JP3231555B2 - 真空脱ガス精錬方法 - Google Patents

真空脱ガス精錬方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は溶融金属の真空脱ガス精
錬方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の真空脱ガス精錬方法は、特開昭5
1−81722号公報で紹介のように脱炭を目的とし
て、精錬前に予め定めた適切な真空パターン,精錬時間
に基づき求めた目標脱炭推移パターンを設定して真空脱
ガス精錬を開始し、その途中の任意の時点で溶鋼中の炭
素量を実測又は排ガス中成分分析値から計測して、その
実測値とその時点での目標脱炭推移値との差から酸素供
給速度,真空度,環流量を操作し、既目標推移値に一致
する脱炭速度を制御している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述のような脱炭の制
御は、脱炭の推移を推定するモデル式を利用している。
このモデルでの推定精度が高いほど、処理時間を短縮で
き、精錬コストを低下させるとともに、成品の成分の的
中率を上げることができる。
【0004】従来の真空脱ガス精錬方法は、特開昭61
−19726号公報に記載されているように、C,0の
反応速度式で構成されたモデル式(下記(4)式)があ
る。しかしながら、最近の極低炭鋼の製造において特
に、Cが20ppm 以下の極低炭域では、脱炭速度が急激
に低下し、脱炭推移値が実績と合わなかった。 ln((Ct −C* )/(C0 −C* ))=−Kt …(4) Ct :t時間におけるC値 C* :平衡到達C C0 :t=0におけるC Kt :脱炭速度定数
【0005】この極低炭域での脱炭速度低下現象に対
し、推定したメカニズムにのっとり、数学的に(5),
(6)式のようにモデル式化したものがある(渡辺ら
CAMP−ISIJ Vol.1(1988)−23
4)。しかしながら(5),(6)式は微分式であり、
さらにこれらを連立して解く必要があることから、ルン
ゲクッタのような数学的に特別な解法で式を解く必要が
ある。これを実操業の脱炭推定に利用するには、かなり
のメモリー量が必要となるため、現場のプロコンには負
荷が大きく、採用されていなかった。 Wd〔C〕IN/dt=Q(〔C〕IN−〔C〕OUT ) …(5) wd〔C〕OUT /dt=−Q(〔C〕IN−〔C〕OUT ) +ρAK′(〔C〕OUT −C* ) −ρAKa 0 Hm(〔C〕OUT −C* (h))dh …(6) Hm=1.48×(K×C×O−P′) …(7) W:鍋内溶鋼量, w:真空槽内溶鋼量, Q:環流
量,〔C〕IN:鍋内C,〔C〕OUT :真空槽内C
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、真空脱
ガス精錬方法で脱ガス精錬処理を実施する場合におい
て、処理開始時から排ガスの成分と量から溶鋼の炭素量
を推定していき、溶鋼の炭素量の推定値が100ppm か
ら30ppm となる任意の時点で、それ以降の炭素推移を
下記(1)〜(3)式で推定して精錬を行うことを特徴
とする真空脱ガス精錬方法である。 dC/dt=−KC1″×(C−C*′)−KC2″×(C−C* )…(1) ただし C*′=(P+P′)/(K×O) …(2) C* =P/(K×O) …(3) (ただしC<C*′のときはKC1″=0) C,O:鍋内炭素,酸素量 P:真空槽内圧力 K;炭
素,酸素の平衡定数KC1″,KC2″:フィティングで求
まる脱炭速度定数 P′:気泡生成圧力t:時間
【0007】または、真空脱ガス精錬方法で脱ガス精錬
処理を実施する場合において、処理中の溶鋼のサンプリ
ングを実施し、サンプリング以降の炭素量の推定を、排
ガスの成分と量から溶鋼の炭素量を推定していき、溶鋼
の炭素量の推定値が100ppm から30ppm となる任意
の時点で、それ以降の炭素推移を下記(1)〜(3)式
で推定して精錬を行うことを特徴とする真空脱ガス精錬
方法。 dC/dt=−KC1″×(C−C*′)−KC2″×(C−C* )…(1) ただし C*′=(P+P′)/(K×O) …(2) C* =P/(K×O) …(3) (ただしC<C*′のときはKC1″=0) C,O:鍋内炭素,酸素量 P:真空槽内圧力 K;炭
素,酸素の平衡定数KC1″,KC2″:フィティングで求
まる脱炭速度定数 P′:気泡生成圧力t:時間
【0008】
【作用】溶鋼の真空脱ガス精錬の脱炭反応と反応機構と
その反応サイトについては、多くの説がある(例えば渡
辺ら CAMP−ISIJ Vol.1(1988)−
234)。本発明者らは、気液界面をかいさずに進行す
るCとOの脱炭で溶鋼内部から発生するCOガスとして
観察できる現象の脱炭と、気液界面(真空槽内自由表面
と溶鋼中内のガス表面)でおこる脱炭を考え(1)式を
構築した。
【0009】ここで(1)式の右辺第1項は、気液界面
をかいさずに進行するCとOの脱炭の速度を表してお
り、その右辺第2項は、気液界面でおこる脱炭速度を表
している。ここで、KC1″,KC2″はフィティングで求
まる脱炭速度定数であり、反応速度,環流量,界面積と
いった要素が集まり構成されている定数であるため、各
プロセスと水準で特有の値を持つものである。
【0010】本発明は、予め組まれた処理方法で操業を
実施しているときに、処理中の〔C〕の推移の推定を精
度よく行うもので、予め定めた終了時間で目標の〔C〕
に達しない場合には、処理時間の延長を実施するもので
ある。また予め定めた終了時間で目標の〔C〕以下に早
期に達してしまう場合には、目標の〔C〕に達すると考
えられる時間で、脱炭処理を終了させるよう判定するも
のである。
【0011】これらの操作を行うとき、この(1)式で
表せるモデル式で精度よく脱炭の推移を見積もることが
できる。(1)式は微分式となっているが、これは数学
的に差分化することでプログラムをくみ簡単に利用でき
る。ここでC* ′は、渡辺らが報告した(CAMP−I
SIJ Vol.1(1988)−234)気泡生成圧
力でP′=20〔Torr〕を用いて(2)式で計算すれば
よい。また酸素は、スラグから溶鋼への酸素流入がおこ
るために計算では求められない。よって実績より処理中
の酸素変化パターンを、プログラムにいれて用いればよ
い。
【0012】さらに、(1)式での予測は、低炭素の区
間の予測ほど精度がたかい。一方、排ガスの成分と量か
ら溶鋼の炭素量を推定する方法(以下質量分析方法と記
す)は、高炭素域の脱炭量の推定精度は高いが、低炭域
は精度が低いことと、先の予測が困難である欠点を持
つ。具体的には、表1に示すように、300ppm から1
00ppm の推移を、質量分析方法と(1)式による推定
と10ch分の試験で比較すると、前者の方が推定精度
は高い。また、表2に示すように、溶鋼の炭素量が10
0ppm から30ppm の炭素量の推移を、質量分析方法と
(1)式による推定方法と10ch分の試験で比較する
と、両者は同等の精度である。さらに表3に示すよう
に、溶鋼の炭素量が30ppm から10ppm の炭素量の推
移を、質量分析方法と(1)式による推定方法と10c
h分の試験で比較すると、後者の方が推定精度は高い。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】
【表3】
【0016】そこで、比較的高い炭素量の推定を、質量
分析方法で推定し、(1)式による推定精度が高く成り
始める100から30ppm の任意の時点で、(1)式に
て切替えて推定することで、推定精度を上げることが可
能となる。
【0017】また、比較的高い炭素量の推定を、サンプ
リングを実施したその分析値以降の溶鋼の炭素量を質量
分析方法で推定し、(1)式による推定精度が高く成り
始める100から30ppm の任意の時点で、(1)式に
て切替えて推定することで、推定精度を上げることが可
能となる。
【0018】
【実施例】実施例として表4に示した。実施例1は、質
量分析方法と(1)式による推定であり、具体的には脱
ガス処理開始から炭素量が100から30ppm までの任
意の時点まで質量分析方法で、それ以降を(1)式によ
る推定で予測した例である。
【0019】実施例2は、サンプリングと質量分析方法
と(1)式による推定であり、具体的には炭素量が15
0〜140ppm の時点でのサンプリング結果から炭素量
が100から30ppm までの任意の時点まで質量分析方
法で、それ以降を(1)式による推定で予測した例であ
る。
【0020】比較例1は、サンプリングと(1)式によ
る推定であり、具体的には炭素量が150〜140ppm
の時点でのサンプリング結果からそれ以降を(1)式に
よる推定で予測した例である。
【0021】比較例2は、サンプリングと質量分析方法
による推定であり、具体的には炭素量が150〜140
ppm の時点でのサンプリング結果からそれ以降を質量分
析方法による推定で予測した例である。
【0022】これらの実施例と比較例で用いた(1)式
のKC1″,KC2″はそれぞれ0.6,0.06〔l/min
〕を,P′は20〔Torr〕の値をもちいた。なお精度
は、溶鋼の炭素量が20と8ppm の時点での推定精度を
15ch調べ比較し、推定の平均値mと分散値σを求め
た。
【0023】どの例も推定の平均値mはおおよそ同じで
あるが、分散値σに違いを持ち、比較例1,2よりも実
施例の方が分散値σが小さく、推定精度が高いことが分
かる。極低炭鋼である8ppm の比較において上述の精度
の比較は、顕著である。
【0024】以上のことから、特に〔C〕=8ppm 程度
の溶鋼を製造するには、本発明は効果的であることがわ
かった。
【0025】
【表4】
【0026】
【発明の効果】本発明は、真空精錬処理時の溶鋼の炭素
量を精度よく推定し、処理時間の短縮,精錬コストの低
下および成品の成分の的中率向上が図ることができる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空脱ガス精錬方法で脱ガス精錬処理を
    実施する場合において、処理開始時から排ガスの成分と
    量から溶鋼の炭素量を推定していき、溶鋼の炭素量の推
    定値が100ppm から30ppm となる任意の時点で、そ
    れ以降の炭素推移を下記(1)〜(3)式で推定して精
    錬を行うことを特徴とする真空脱ガス精錬方法。 dC/dt=−KC1″×(C−C*′)−KC2″×(C−C* )…(1) ただし C*′=(P+P′)/(K×O) …(2) C* =P/(K×O) …(3) (ただしC<C*′のときはKC1″=0) C,O:鍋内炭素,酸素量 P:真空槽内圧力 K;炭
    素,酸素の平衡定数KC1″,KC2″:フィティングで求
    まる脱炭速度定数 P′:気泡生成圧力t:時間
  2. 【請求項2】 真空脱ガス精錬方法で脱ガス精錬処理を
    実施する場合において、処理中の溶鋼のサンプリングを
    実施し、サンプリング以降の炭素量の推定を、排ガスの
    成分と量から溶鋼の炭素量を推定していき、溶鋼の炭素
    量の推定値が100ppm から30ppm となる任意の時点
    で、それ以降の炭素推移を下記(1)〜(3)式で推定
    して精錬を行うことを特徴とする真空脱ガス精錬方法。 dC/dt=−KC1″×(C−C*′)−KC2″×(C−C* )…(1) ただし C*′=(P+P′)/(K×O) …(2) C* =P/(K×O) …(3) (ただしC<C*′のときはKC1″=0) C,O:鍋内炭素,酸素量 P:真空槽内圧力 K;炭
    素,酸素の平衡定数KC1″,KC2″:フィティングで求
    まる脱炭速度定数 P′:気泡生成圧力t:時間
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