JP4215461B2 - 羽口の先端に付着した地金の除去方法及び溶融金属の測温方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気炉、転炉、溶解炉、溶融還元炉、ＲＨ炉、ＡＯＤ炉、ＤＨ炉、ＲＥＤＡ炉等の溶銑・溶鋼を製造又は精錬する炉において、溶湯中にガスを吹き込むために用いる２重管又は３重管構造の羽口の操業及び溶湯の測温に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、転炉等の精錬炉においては、精錬効率を高めるため、溶湯面の下からガスを横底吹きする羽口を設け、溶湯における攪拌力の増大を図っているが、羽口の型式及び羽口から吹き込むガスは種々あり、通常、その目的に応じて使い分けられている。
【０００３】
一般に、酸素ガスを吹き込む羽口としては、２重管構造の羽口又は３重管構造の羽口が使用されている。また、酸素ガスを使用しないガスを吹き込む羽口においても、羽口を通過するときのガスの安定性を維持する点から、２重管構造の羽口を使用する場合がある。
更に近年、精錬炉の溶湯中に浸漬した羽口から溶融金属が発する熱放射光を種々の光学系機器及びデータ処理処置を用いて溶湯の温度を測定することが提示されている。本出願人は、特開平１１−１４２２４６号公報で、溶融金属が発する熱放射光をイメージファイバーで撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）に取り込み、撮像画面上の最高輝度値から溶融金属の温度を測定する装置を開示したが、さらに、この装置を羽口に取付けることを、特開平２００１−８３０１３号公報で提案した。ここでも２重管羽口を用いており、その内外管にパージ用のガスを流し、羽口の溶損・閉塞を防止しつつ温度測定が行われている。
【０００４】
溶湯中で、２又は３重管構造の羽口を使用すると、羽口先端に地金が付着・成長し、羽口の溶損を防止することができるが、羽口の内・外管を流れるガス間の冷却バランスが冷却不足の方向に崩れると、羽口先端に一旦付着・成長した地金が小さくなって、羽口の溶損が進行し、一方、上記冷却バランスが冷却過剰の方向に崩れると、羽口先端の地金が成長し過大な大きさになると同時に、内管側へも成長して、内管のガス流路を閉塞気味にすることとなる。
【０００５】
それ故、このような羽口の溶損及び過剰冷却を防止するため、従来は、羽口の内・外管に流すガス流量及び圧力を制御して、適正な冷却バランスを確保している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記冷却バランスは精錬条件により影響を受けるので、冷却バランスを適正に維持すること、または、精錬条件の変化に即応して冷却バランスを適正に確保することは難しい。操業中、一旦、冷却バランスが崩れて羽口が溶損したり、閉塞したりした場合には、羽口を抜いて羽口孔を盲レンガで閉鎖したり、可能な場合は、新しい羽口に差し替えるが、その作業は、精錬炉を休止して行なうことになるので、操業能率、生産効率は著しく低下する。更に溶湯に浸漬した羽口を通して温度を測定する測温装置においても、溶湯からの熱放射光が測温装置に入らないため測温を継続することが困難となる。
羽口が閉塞傾向の状態となった時、ガスの元圧を大きくして、羽口を流れるガスの流量を所要の値に維持する方法があるが、この方法は、該方法を適確に実施する装置を構成する点で限界がある。
したがって、羽口の内・外管を流れるガス間の冷却バランスが崩れたとき、これに、適確、有効に対処できる対応策は、現状では見当たらない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶銑・溶鋼を製造又は精錬する炉において、溶湯中にガスを吹き込む２重管又は３重管構造の羽口の先端に付着した地金を溶流、除去する方法、及び引き続き精錬中に溶湯の温度を測定する方法を提供することを目的とする。
本発明の要旨は、以下のとおりである。
【０００８】
（１）精錬炉内の溶湯に浸漬する２重管構造の羽口の先端に付着した地金を除去する方法において、稼働中の精錬炉を空炉状態にして、２重管構造の羽口の外管と内管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の内管には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流すことにより、羽口の先端に付着した地金を溶流し、除去することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
【０００９】
（２）精錬炉内の溶湯に浸漬する３重管構造の羽口の先端に付着した地金を除去する方法において、稼働中の精錬炉を空炉状態にして、３重管構造の羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の最内管と中管の空隙の流路には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流すことにより、羽口の先端に付着した地金を溶流し、除去することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
【００１０】
（３）前記（１）或いは（２）記載の方法に先立ち、少なくとも羽口長さ方向の中心軸側の地金を予熱することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
【００１２】
（４）前記（１）〜（３）いずれかの方法により、稼動中の精錬炉が空炉状態で羽口先端に付着した地金を溶流・除去した後、引き続き、精錬炉に溶融金属を投入し、該溶融金属を測温する方法であって、精錬炉内の溶融金属に浸漬した前記羽口へ溶融金属の侵入防止用の不活性ガスを圧入しながら、該羽口の先端部に面する溶融金属の熱放射光をイメージファイバーを介して撮像装置に取り込み、撮像装置が出力する画像信号をデジタル画像データに変換し、該デジタル画像データに基づいて演算処理して、撮影画面上の溶融金属温度を測定することを特徴とする溶融金属の測温方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者は、上記課題を解決するため、羽口の内・外管を流れるガス間の冷却バランスと、羽口先端に付着した地金の消長との関係を、鋭意調査した。その結果、次のことを見出した。
（ａ）通常、溶湯下では、２重管の場合は外管と内管の空隙の流路に、あるいは３重管の場合は最外管と中管の空隙の流路から流すＬＰＧ等は高温に曝されるので、急激なクラッキングを起こして吸熱反応をし、その結果、羽口を保護することとなるが、溶湯を排出して空炉状態になって、羽口を大気開放とした場合には、温度が低くなるため、羽口外管の流路に流れるＬＰＧのクラッキングは緩やかに起きる。
（ｂ）ここで、２重管の場合は羽口内管の流路に、３重管の場合は最内管と中管の空隙の流路に空気を流すと、羽口先端でＬＰＧは燃焼する。これは、流した空気が助燃剤とし、高温炉内の耐火物からの輻射熱及び伝導熱が着火源とし、そして、ＬＰＧが燃料として、即ち、これらが燃焼の３要素として作用するからである。
（ｃ）したがって、羽口先端におけるＬＰＧの燃焼反応を急激なものとすれば、羽口の先端に付着した地金を溶流して除去することが可能となる。
（ｄ）ＬＰＧの燃焼を急激に起こすため、内管に流す助燃剤としてのガス中の酸素の比率を上げていけば、ＬＰＧの燃焼反応は早くなる。
【００１４】
図１に、上底吹転炉において精錬を行なっている状況を示す。上底吹転炉１内の溶鋼２には、炉底に設けた底吹羽口３から精錬用のガスが吹き込まれ（図中、底吹ガス５）、溶鋼が攪拌される。また、溶鋼２には、上吹きランス４から、酸素ガスが溶鋼に吹き付けられて脱炭反応が進行する。
【００１５】
底吹羽口としては、図４に示す２重管構造の羽口、又は、図５に示す３重管構造の羽口を通常用いる。
【００１６】
２重管構造の羽口を用いる場合は、内管１１から攪拌用（或いは精錬用）の酸素ガス、不活性ガス、或いはこれらの混合ガスを吹き込み、内管１１と外管１２の間隙から羽口冷却用のガス（例えば、ＬＰＧ，ＬＰＧ＋Ａｒ，Ｎ2）を吹き込む。
３重管構造の羽口を用いる場合は、最内管１１から攪拌用の不活性ガスを、必要に応じ、石灰、石炭粉等の粉体とともに吹き込み、最内管１１と中管１３の間隙から酸素ガス或いは酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを吹き込み、中管１３と最外管１２の間隙から羽口冷却用のガス（例えば、ＬＰＧ，ＬＰＧ＋Ａｒ，Ｎ2)を吹き込む。
【００１７】
しかし、精錬操業の進行中、精錬条件等の変化の影響を受け、羽口先における冷却バランスが冷却過剰の方向に崩れると、羽口先端の地金が成長し過大な大きさになる。図３に、地金７が大きく成長し、外管と内管の間隙を閉塞するとともに、内管のガス流路を閉塞気味にした態様を示す。このような態様の地金７が形成されると、底吹羽口の内管を流れるガス８（攪拌用の不活性ガス）の流量が減少し、溶鋼の攪拌が充分に行きわたらず、さらに、底吹羽口の外管を流れるガス９との冷却バランスが大きく崩れることになる。
【００１８】
精錬過程において、地金の消長は、冷却用ガスの流量を制御することにより、ある程度制御できるが、図３のように大きく成長し、炉底耐火物１０にも張り付き、内管のガス流路を閉塞気味にした地金は、精錬操業を阻害する要因となるので除去しなければならない。
【００１９】
そこで本発明においては、羽口先端における地金が除去しなければならない程に成長した場合、稼働中の精錬炉を、図２に示すように空炉状態にして、羽口の先端に付着した地金を燃焼により溶流して、除去できることを見出した。
具体的には、底吹羽口３として２重管構造の羽口を用いている場合には、羽口の外管と内管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の内管には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガス（図中、底吹ガス６）を流す。
また、底吹羽口３として３重管構造の羽口を用いている場合には、羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の最内管と中管の空隙の流路には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流す。
上記燃焼が起こると、付着している地金の量が減少し、除去できる。また、燃焼可能な濃度範囲の酸素ガス濃度は、実験や操業実績等から適宜設定すれば良く、特に規定するものではないが、５０容量％以上であれば燃焼効果が大きいため好ましい。また、酸素ガスと混合するガスは、助燃剤として使用する目的から、不活性ガス（Ｎ2、Ａｒ等）を通常用いることが好ましい。
【００２０】
さらに、吹き込む炭化水素系の気体は、特に限定されるものではないが、ＬＰＧ，ＬＮＧ等が、燃焼性やコストの点で好ましい。液体燃料も、特に限定されるものではないが、燃焼性やコストの点を考慮して、灯油等の適切なものを選択することが好ましい。また、可燃性ガスも、特に限定されるものではないが、燃焼性やコストの点でＣＯ含有ガスが好ましい。ここで、これらの炭化水素系気体、液体燃料、可燃性ガス等は単独に流しても良いが、窒素・Ar・CO2等の不活性ガスと混合して流しても良い。
【００２１】
但し、空炉時の羽口先端地金の溶流の際に、例えば２重管の例として、いきなり内管に酸素ガス、外管にLPGガスを流してもLPGガスに着火しない場合がある。そこで地金溶流に先立ち、少なくとも羽口先端地金の内面（羽口長さ方向の中心軸側）を暫く継続して予熱しておくことにより、引き続いて実施される地金溶流を容易にすることが可能となることを見出した。
【００２２】
羽口先端地金の内面（羽口長さ方向の中心軸側）の部分の地金が内側に肥大化すると、羽口内管からのガス流路を直接閉塞させ易くなるが、羽口内管には通常、精錬上の工程ガスを流す場合が多く、その流量が大幅に減少して攪拌不足に伴う冶金効果を損なう。
また、羽口内管のその他の形態として、溶湯に浸漬した羽口から熱放射光を取り込んで温度計測を行うこともできるが、その場合には熱放射光が測温装置に入らなくなり測温ができなくなるといった問題が生じる。
よって少なくとも羽口先端地金の内面部分を予熱することは、上記問題を防止できるため、好ましい。
【００２３】
また、予熱した後、引き続いて行う地金溶流は、羽口先端地金そのものを酸素により着火燃焼させつつガスジェットにより除去するため、少なくとも羽口先端地金の内面（羽口長さ方向の中心軸側）を予熱しておくことで、酸素による地金の着火燃焼を容易に起こすことが可能となる。
【００２４】
上記予熱を行うと、付着している地金の量がほとんど減少することなく、地金に熱を加えることになる。また予熱方法は、特に規定するものではなく、熱を加える機能を有するものを適宜使用するものとする。さらに予熱時間についても、特に規定するものではなく、実験や操業実績等から適宜設定すれば良い。本出願人らの実験から、予熱時間を約５分程度以上確保することが好ましい。
【００２５】
さらに、上記予熱方法の好ましい形態として、地金溶流に先立ち、２重管構造の羽口の場合は該羽口の内管に、あるいは３重管構造の羽口の場合は該羽口の最内管と中管の空隙の流路に、含酸素ガスを流し、２重管構造の羽口の場合は該羽口の外管と内管の空隙の流路に、あるいは３重管構造の羽口の場合は該羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、炉内の高温となっている耐火物を着火源として着火させる。
【００２６】
上記酸素ガスの濃度範囲は、特に規定するものではなく、目的とする予熱条件に応じて、実験や操業実績等から適宜設定するものである。例えば、空気を用いても良いし、酸素ガスと不活性ガス（Ｎ2、Ａｒ等）を混合して調整することもできる。
羽口の最外管の流路に流す燃焼ガスは、地金溶流時と同様に、特に限定されるものではないが、ＬＰＧ，ＬＮＧ等の炭化水素系の気体が燃焼性やコストの点で好ましい。液体燃料も、特に限定されるものではないが、燃焼性やコストの点を考慮して、灯油等の適切なものを選択する必要がある。また、可燃性ガスも、特に限定されるものではないが、燃焼性やコストという点でＣＯが好ましい。
【００２７】
以上の様な、羽口の先端に付着した地金を除去した後、精錬炉に溶融金属を投入し精錬を行う際に、羽口を利用して該溶融金属を精度良く測温することができる。
具体的には羽口を通して観測される溶融金属が発する熱放射光を、イメージファイバーで撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）に取り込み、撮像画面上の最高輝度値から溶融金属の温度を測定するものである。
【００２８】
以下、図を用いて説明する。
図７に上底吹転炉において精錬中に底吹羽口から溶湯温度を測定する測温装置のシステム構成概要図を示す。溶鋼２の容器である精錬炉１の炉底部に、壁を貫通して設置された測温用羽口１５は、その背面にイメージファイバー１６が接続されている。該羽口内には羽口パージガス配管１８を通して不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス、ＣＯ2ガス等）が圧入され、溶鋼と接する該羽口開口先端部から不活性ガス１４を溶鋼２に吹き出すことで、羽口への溶融金属の浸入を防止でき、吹き出した不活性ガス１４は気泡となって溶鋼中を浮上して行く。したがって、イメージファイバー１６の受光端には、該羽口から溶鋼に吹き出す不活性ガスと溶鋼２との界面の溶鋼が発する熱放射光が当る。
【００２９】
イメージファイバー１６は、例えば１５０００本以上の光ファイバー（素線）を細密に結合して直径４mm程度に束ねたものを用いることができ、その先端（受光端）には、焦点距離が無限大近くの集光レンズが装着されており、イメージファイバー１６の受光端に、その前方の像が投影される。イメージファイバー１６の出光端には、投射像がそのまま伝達される。
【００３０】
撮像装置としては例えばＣＣＤカメラ１７を用いることができ、このＣＣＤカメラ１７はイメージファイバー１６の出光端の画像を撮影し、アナログ画像信号（輝度を表すビデオ信号）を出力する。ＣＣＤカメラ１７のシャッター速度及び読み取り（ビデオ信号出力レベル）は、コントローラ２３を介して制御される。次に、上記アナログ画像信号（ビデオ信号）は画像入力装置２４でデジタル画像データに変換される。画像入力装置２４は、保持されたデジタル画像データをパソコン２５に転送し、パソコン２５はこのデジタル画像データを内部メモリ（以下画像メモリと称す）に書き込む。
【００３１】
パソコン２５は、取り込んだデジタル画像データを下記に示す温度計測処理を１秒間に約5回の周期で行い、その結果を外部の出力装置２６であるＣＲＴディスプレイに表示する。尚、出力装置２６には、この他にプリンター及び外部記憶装置が含まれている。
【００３２】
パソコンによる温度計測処理方法としては、例えばパソコンに取込まれた各画素データ（輝度を示すもの）から溶鋼像を抽出するために、溶鋼像と羽口内面像のそれぞれの輝度を２値化して識別することができる。この様にして抽出された溶鋼像の輝度から、温度に換算することにより、溶鋼の温度が測定できる。溶鋼像の輝度は、溶鋼像内の画素を平均化することが好ましい。輝度から温度への換算としては、例えば１画素単位で予めオフラインの黒体炉で校正された輝度−温度換算の光電変換特性に基づいて換算できる。
【００３３】
また、温度計測処理された推定温度と実際の温度との誤差データと溶鋼像の面積との相関関係を整理することにより、精度の良い測温データが得られる。
さらに、溶鋼像に羽口内面反射光がある場合は、輝度の違いにより認識できるため、この羽口内面反射光を除いた測温エリアを指定し、このエリアの輝度から温度に換算することもできる。
この様な温度推定を行うに際し、測温羽口先端外周部に地金が殆ど無い状態であれば、溶鋼の熱放射光が充分に撮像装置に取り込まれ、溶鋼の測温は安定して精度良く実施可能である。
【００３４】
すなわち、本装置において、測温用羽口が閉塞すると測温のための熱放射光が撮像装置に入らないため測温が困難になる。よって、測温を継続するためには、本発明の手段を用いて羽口先端の地金を溶流除去することが必要となる。
従って、事前に羽口の先端に付着した地金を除去した後、精錬炉に投入された溶融金属を測温することで、高い精度で測温できるため好ましい。
【００３５】
また、底吹羽口に測温装置を取付けた上底吹転炉における精錬後の空炉の状況を図８に示す。精錬中の測温時には羽口パージガスとして不活性ガスを使用するが、空炉時において羽口先端地金の溶流のために、前述したように２重管構造の羽口の場合は該羽口の内管に、あるいは３重管構造の羽口の場合は該羽口の最内管と中管の空隙の流路に酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流し、２重管構造の羽口の場合は該羽口の外管と内管の空隙の流路に、あるいは３重管構造の羽口の場合は該羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流すことで、羽口に付着した地金の除去が達成できる。また、必要に応じて予熱を行うこともでき、より効果的に上記地金を除去できる。
本発明において、地金の態様は、羽口内管におけるガス流量及び／又は内圧の変化で検知することができる。羽口先端地金が成長し、内管のガス流路が閉塞気味になると、ガス流量は減少し、ガス圧が高まるので、その変化から地金の成長具合を検知することができる。
【００３６】
また、羽口に取付けたイメージファイバーを用いる場合は、このイメージファイバーを介して溶鋼の熱放射光を撮像した測温装置の画面上の有効画素数の増減から、地金の成長具合を検知することもできる。
【００３７】
例えば、羽口先端の地金が成長し、内管が著しい閉塞傾向に陥ると、熱放射光による撮像視野が狭くなり、撮像画面上の有効画素数が減少する。この有効画素数の変化を知ることにより、羽口先端における地金の成長の具合を知ることができる。
なお、地金の態様を検知する方法は、上記方法に限定されるものではない。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、実施例で用いた条件に限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
２重管構造の羽口を備える精錬炉において溶鋼を吹錬した。吹錬中、地金の成長の具合を、内管におけるガス流量及び内圧の変化で観察し、適時に本発明を実施した。その結果を、表１に示す。
内管酸素流量２０００Nm3／ｈ、内管圧力０．７MPa で吹錬を開始したが、１６分後、内管酸素流量が１２００Nm3／ｈに減少し、内管圧力が０．９MPa に上昇したので、地金が内管側に成長し始めたと判断し、本発明を実施した。
転炉の炉内を空炉の状態にした後、羽口先端の地金溶流実施に先立って、外管に流すＬＰＧを着火させ、羽口先端の地金を予熱するため、内管に空気を１０００Nm3／ｈ、外管にＬＰＧを３０Nm3／ｈ流した。６分間の予熱後の内管の圧力は、予熱開始時と同じ０．８MPa のままであった。ここで羽口先端の予熱が完了したと判断して、次のステップの地金溶流に移った。
【００４０】
地金を溶流、除去するため、内管に酸素を１０００Nm3／ｈ、外管にＬＰＧを６０Nm3/h流した。内管の圧力は、０．８Mpaから徐々に低下し、６分後、０．４MPa に達したので、地金を除去できたと判断し、次の精錬を実施した。
【００４１】
次の精錬においては、吹錬を１６分継続しても、内管酸素流量２０００Nm3／ｈ、内管圧力０．７MPa が維持されている。
【００４２】
このことは、本発明の実施により、羽口の先端に大きく成長した地金を、適確に溶流、除去できたことを示している。
【００４３】
【表１】
【００４４】
（実施例２）
実施例１と同様に、２重管構造の羽口を備える精錬炉において溶鋼を吹錬した。
吹錬中、前述の炉底に設置された羽口から熱放射光を測定して溶湯温度を推定する測温装置により、連続的に溶湯温度を測定した。羽口先端地金の成長の具合をより適確に把握するため、内管におけるガス流量の変化、羽口に取付けたイメージファイバーで溶鋼を撮像した画面上の有効画素数の増減、及び測温装置の温度と同時に行ったサブランスによる測定温度との比較観察から、適時に本発明を実施した。その結果を表２に示す。
【００４５】
地金が成長すると、イメージファイバーの視野が狭くなり、撮像画面上の有効画素数が大きく減少することが分かる。また、測温装置により測定された温度もサブランスによる測定温度に対して誤差が大きくなり、撮像画面上の有効画素数の著しい減少が測定精度の悪化をもたらす。
転炉の炉内を空炉の状態にした後、羽口先端の地金溶流実施に先立って、外管に流すＬＰＧを着火させ、羽口先端の地金を予熱するため、内管に空気を８００Nm3／ｈ、外管にＬＰＧを２０Nm3／ｈ流した。６分間の予熱後の内管の圧力は、予熱開始時と同じ１．５MPa のままであった。ここで羽口先端の予熱が完了したと判断して、次のステップの地金溶流に移った。
【００４６】
本発明による地金溶流を実施した後は、羽口における内管先端部の開孔部が大きくなり、撮像画像上の有効画素数が回復した。また測温装置の温度と同時に行ったサブランスによる測定温度と比較においても良い一致を示し、撮像画面上の有効画素数の回復が温度の測定精度の改善をもたらすことが分かる。
【００４７】
【表２】
【００４８】
（実施例３）
３重管構造の羽口を備える精錬炉において溶鋼を吹錬した。吹錬中、地金の成長の具合を、内管及び中管におけるガス流量及び内圧の変化で観察し、適時に本発明を実施した。その結果を表３に示す。
【００４９】
内管に微粉炭６０kg/min、窒素流量１５００Nm3 ／ｈ、内管圧力０．９MPa 及び中管に酸素流量２０００Nm3 ／ｈ、中管圧力０．７MＰaで吹錬を開始したが、１６分後、内管窒素流量が１０００Nm3 ／ｈに減少し、内管圧力が１．４MPa に上昇し、また中管酸素流量が１３００Nm3 ／ｈに減少し、中管圧力が０．９MPa に上昇したので、地金が中内管側に大きく成長したと判断し、本発明を実施した。
【００５０】
転炉の炉内を空炉の状態にした後、羽口先端の地金溶流実施に先立って、外管に流すＬＰＧを着火させ、羽口先端の地金を予熱するため、内管に窒素を８００Nm3 ／ｈ、中管に空気を１２００Nm3 ／ｈ、外管にＬＰＧを２０Nm3 ／ｈ流した。６分間の予熱後の内管及び中管の圧力は、各々予熱開始時と同じ１．２MPa と０．８MPa のままであった。ここで羽口先端の予熱が完了したと判断して、次のステップの地金溶流に移った。
【００５１】
地金を溶流、除去するため、内管に窒素を８００Nm3 ／ｈ、中管に酸素を１２００Nm3 ／ｈ、外管にＬＰＧを４０Nm3 ／ｈ流した。内管の圧力は、１．２MPa から徐々に低下し、６分後、０．４MPa に、また中管の圧力は、０．８MPa から徐々に低下し、６分後、０．４MPa に達したので、地金を除去できたと判断し、次の精錬を実施した。
【００５２】
次の精錬においては、吹錬を１６分継続しても、内管窒素流量１５００Nm3 ／ｈ、内管圧力０．９Mpa、及び中管酸素流量２０００Nm3 ／ｈ、中管圧力０．７MPaが維持されている。このことは、本発明の実施により、羽口の先端に大きく成長した地金を、適確に溶流、除去できたことを示している。
【００５３】
【表３】
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、精錬過程において、羽口の先端に成長する地金の成長具合を適確に把握し、適時に、地金を溶流、除去することができるので、精錬操業を能率よく行なうことができ、その結果、鋼の生産性を高めることができる。また、精錬炉の溶湯中に浸漬した羽口から溶融金属が発する熱放射光を種々の光学系機器及びデータ処理処置を用いて溶湯の温度を測定する装置においても、常に熱放射光を適切な容量だけ測温装置に取り入れることができ、温度測定の連続性が保たれると同時に、温度の測定精度も高く維持可能とできる。このため、精錬精度が改善され、溶湯の歩留、溶湯中のＣｒ等有価元素の酸化ロスの減少、副材原単位の削減、精錬炉の耐火物寿命の向上等計り知れないメリットを享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】上底吹転炉における精錬状況を示す図である。
【図２】上底吹転炉における精錬後の空炉の状況を示す図である。
【図３】底吹羽口の先端部における地金の付着状況を示す図である。
【図４】２重管構造の羽口を示す図である。
【図５】３重管構造の羽口を示す図である。
【図６】図６ａは、上底吹転炉において精錬後の空炉の状態で羽口先端の地金溶流するに先立ち、内管に空気を流して先端地金を予熱している状況を示す図である。
図６ｂは、上底吹転炉において精錬後の空炉の状態で羽口先端の地金溶流している状況を示す図である。
【図７】上底吹転炉において精錬中に底吹羽口から溶湯温度を測定する測温装置の概要を示す図である。
【図８】底吹羽口に測温装置を取り付けた上底吹転炉における精錬後の空炉の状況を示す図である。
【符号の説明】
１…上底吹転炉
２…溶鋼
３…底吹羽口
４…上吹ランス
５…精錬中の底吹ガス
６…空炉時の底吹ガス
７…底吹羽口の先端に付着した地金
８…底吹羽口の内管を流れるガス（例えば酸素ガス）
９…底吹羽口の外管を流れるガス（例えばLPGガス）
１０…炉底耐火物
１１…内管
１２…外管
１３…中管
１４…羽口パージガス
１５…測温用羽口
１６…イメージファイバー
１７…ＣＣＤカメラ
１８…羽口パージガス配管
１９…アルゴンガス（又は窒素ガス）
２０…酸素ガス
２１…アルゴンガス制御弁
２２…酸素ガス制御弁
２３…コントローラ
２４…画像入力装置
２５…パソコン
２６…出力装置
２７…パージガス制御装置
２８…羽口先端地金予熱部
２９…ＬＰＧ燃焼フレーム
３０…羽口先端地金溶流部
３１…溶流飛散地金
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気炉、転炉、溶解炉、溶融還元炉、ＲＨ炉、ＡＯＤ炉、ＤＨ炉、ＲＥＤＡ炉等の溶銑・溶鋼を製造又は精錬する炉において、溶湯中にガスを吹き込むために用いる２重管又は３重管構造の羽口の操業及び溶湯の測温に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、転炉等の精錬炉においては、精錬効率を高めるため、溶湯面の下からガスを横底吹きする羽口を設け、溶湯における攪拌力の増大を図っているが、羽口の型式及び羽口から吹き込むガスは種々あり、通常、その目的に応じて使い分けられている。
【０００３】
一般に、酸素ガスを吹き込む羽口としては、２重管構造の羽口又は３重管構造の羽口が使用されている。また、酸素ガスを使用しないガスを吹き込む羽口においても、羽口を通過するときのガスの安定性を維持する点から、２重管構造の羽口を使用する場合がある。
更に近年、精錬炉の溶湯中に浸漬した羽口から溶融金属が発する熱放射光を種々の光学系機器及びデータ処理処置を用いて溶湯の温度を測定することが提示されている。本出願人は、特開平１１−１４２２４６号公報で、溶融金属が発する熱放射光をイメージファイバーで撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）に取り込み、撮像画面上の最高輝度値から溶融金属の温度を測定する装置を開示したが、さらに、この装置を羽口に取付けることを、特開平２００１−８３０１３号公報で提案した。ここでも２重管羽口を用いており、その内外管にパージ用のガスを流し、羽口の溶損・閉塞を防止しつつ温度測定が行われている。
【０００４】
溶湯中で、２又は３重管構造の羽口を使用すると、羽口先端に地金が付着・成長し、羽口の溶損を防止することができるが、羽口の内・外管を流れるガス間の冷却バランスが冷却不足の方向に崩れると、羽口先端に一旦付着・成長した地金が小さくなって、羽口の溶損が進行し、一方、上記冷却バランスが冷却過剰の方向に崩れると、羽口先端の地金が成長し過大な大きさになると同時に、内管側へも成長して、内管のガス流路を閉塞気味にすることとなる。
【０００５】
それ故、このような羽口の溶損及び過剰冷却を防止するため、従来は、羽口の内・外管に流すガス流量及び圧力を制御して、適正な冷却バランスを確保している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記冷却バランスは精錬条件により影響を受けるので、冷却バランスを適正に維持すること、または、精錬条件の変化に即応して冷却バランスを適正に確保することは難しい。操業中、一旦、冷却バランスが崩れて羽口が溶損したり、閉塞したりした場合には、羽口を抜いて羽口孔を盲レンガで閉鎖したり、可能な場合は、新しい羽口に差し替えるが、その作業は、精錬炉を休止して行なうことになるので、操業能率、生産効率は著しく低下する。更に溶湯に浸漬した羽口を通して温度を測定する測温装置においても、溶湯からの熱放射光が測温装置に入らないため測温を継続することが困難となる。
羽口が閉塞傾向の状態となった時、ガスの元圧を大きくして、羽口を流れるガスの流量を所要の値に維持する方法があるが、この方法は、該方法を適確に実施する装置を構成する点で限界がある。
したがって、羽口の内・外管を流れるガス間の冷却バランスが崩れたとき、これに、適確、有効に対処できる対応策は、現状では見当たらない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶銑・溶鋼を製造又は精錬する炉において、溶湯中にガスを吹き込む２重管又は３重管構造の羽口の先端に付着した地金を溶流、除去する方法、及び引き続き精錬中に溶湯の温度を測定する方法を提供することを目的とする。
本発明の要旨は、以下のとおりである。
【０００８】
（１）精錬炉内の溶湯に浸漬する２重管構造の羽口の先端に付着した地金を除去する方法において、稼働中の精錬炉を空炉状態にして、２重管構造の羽口の外管と内管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の内管には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流すことにより、羽口の先端に付着した地金を溶流し、除去することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
【０００９】
（２）精錬炉内の溶湯に浸漬する３重管構造の羽口の先端に付着した地金を除去する方法において、稼働中の精錬炉を空炉状態にして、３重管構造の羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の最内管と中管の空隙の流路には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流すことにより、羽口の先端に付着した地金を溶流し、除去することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
【００１０】
（３）前記（１）或いは（２）記載の方法に先立ち、少なくとも羽口長さ方向の中心軸側の地金を予熱することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
【００１２】
（４）前記（１）〜（３）いずれかの方法により、稼動中の精錬炉が空炉状態で羽口先端に付着した地金を溶流・除去した後、引き続き、精錬炉に溶融金属を投入し、該溶融金属を測温する方法であって、精錬炉内の溶融金属に浸漬した前記羽口へ溶融金属の侵入防止用の不活性ガスを圧入しながら、該羽口の先端部に面する溶融金属の熱放射光をイメージファイバーを介して撮像装置に取り込み、撮像装置が出力する画像信号をデジタル画像データに変換し、該デジタル画像データに基づいて演算処理して、撮影画面上の溶融金属温度を測定することを特徴とする溶融金属の測温方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者は、上記課題を解決するため、羽口の内・外管を流れるガス間の冷却バランスと、羽口先端に付着した地金の消長との関係を、鋭意調査した。その結果、次のことを見出した。
（ａ）通常、溶湯下では、２重管の場合は外管と内管の空隙の流路に、あるいは３重管の場合は最外管と中管の空隙の流路から流すＬＰＧ等は高温に曝されるので、急激なクラッキングを起こして吸熱反応をし、その結果、羽口を保護することとなるが、溶湯を排出して空炉状態になって、羽口を大気開放とした場合には、温度が低くなるため、羽口外管の流路に流れるＬＰＧのクラッキングは緩やかに起きる。
（ｂ）ここで、２重管の場合は羽口内管の流路に、３重管の場合は最内管と中管の空隙の流路に空気を流すと、羽口先端でＬＰＧは燃焼する。これは、流した空気が助燃剤とし、高温炉内の耐火物からの輻射熱及び伝導熱が着火源とし、そして、ＬＰＧが燃料として、即ち、これらが燃焼の３要素として作用するからである。
（ｃ）したがって、羽口先端におけるＬＰＧの燃焼反応を急激なものとすれば、羽口の先端に付着した地金を溶流して除去することが可能となる。
（ｄ）ＬＰＧの燃焼を急激に起こすため、内管に流す助燃剤としてのガス中の酸素の比率を上げていけば、ＬＰＧの燃焼反応は早くなる。
【００１４】
図１に、上底吹転炉において精錬を行なっている状況を示す。上底吹転炉１内の溶鋼２には、炉底に設けた底吹羽口３から精錬用のガスが吹き込まれ（図中、底吹ガス５）、溶鋼が攪拌される。また、溶鋼２には、上吹きランス４から、酸素ガスが溶鋼に吹き付けられて脱炭反応が進行する。
【００１５】
底吹羽口としては、図４に示す２重管構造の羽口、又は、図５に示す３重管構造の羽口を通常用いる。
【００１６】
２重管構造の羽口を用いる場合は、内管１１から攪拌用（或いは精錬用）の酸素ガス、不活性ガス、或いはこれらの混合ガスを吹き込み、内管１１と外管１２の間隙から羽口冷却用のガス（例えば、ＬＰＧ，ＬＰＧ＋Ａｒ，Ｎ2）を吹き込む。
３重管構造の羽口を用いる場合は、最内管１１から攪拌用の不活性ガスを、必要に応じ、石灰、石炭粉等の粉体とともに吹き込み、最内管１１と中管１３の間隙から酸素ガス或いは酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスを吹き込み、中管１３と最外管１２の間隙から羽口冷却用のガス（例えば、ＬＰＧ，ＬＰＧ＋Ａｒ，Ｎ2)を吹き込む。
【００１７】
しかし、精錬操業の進行中、精錬条件等の変化の影響を受け、羽口先における冷却バランスが冷却過剰の方向に崩れると、羽口先端の地金が成長し過大な大きさになる。図３に、地金７が大きく成長し、外管と内管の間隙を閉塞するとともに、内管のガス流路を閉塞気味にした態様を示す。このような態様の地金７が形成されると、底吹羽口の内管を流れるガス８（攪拌用の不活性ガス）の流量が減少し、溶鋼の攪拌が充分に行きわたらず、さらに、底吹羽口の外管を流れるガス９との冷却バランスが大きく崩れることになる。
【００１８】
精錬過程において、地金の消長は、冷却用ガスの流量を制御することにより、ある程度制御できるが、図３のように大きく成長し、炉底耐火物１０にも張り付き、内管のガス流路を閉塞気味にした地金は、精錬操業を阻害する要因となるので除去しなければならない。
【００１９】
そこで本発明においては、羽口先端における地金が除去しなければならない程に成長した場合、稼働中の精錬炉を、図２に示すように空炉状態にして、羽口の先端に付着した地金を燃焼により溶流して、除去できることを見出した。
具体的には、底吹羽口３として２重管構造の羽口を用いている場合には、羽口の外管と内管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の内管には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガス（図中、底吹ガス６）を流す。
また、底吹羽口３として３重管構造の羽口を用いている場合には、羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の最内管と中管の空隙の流路には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流す。
上記燃焼が起こると、付着している地金の量が減少し、除去できる。また、燃焼可能な濃度範囲の酸素ガス濃度は、実験や操業実績等から適宜設定すれば良く、特に規定するものではないが、５０容量％以上であれば燃焼効果が大きいため好ましい。また、酸素ガスと混合するガスは、助燃剤として使用する目的から、不活性ガス（Ｎ2、Ａｒ等）を通常用いることが好ましい。
【００２０】
さらに、吹き込む炭化水素系の気体は、特に限定されるものではないが、ＬＰＧ，ＬＮＧ等が、燃焼性やコストの点で好ましい。液体燃料も、特に限定されるものではないが、燃焼性やコストの点を考慮して、灯油等の適切なものを選択することが好ましい。また、可燃性ガスも、特に限定されるものではないが、燃焼性やコストの点でＣＯ含有ガスが好ましい。ここで、これらの炭化水素系気体、液体燃料、可燃性ガス等は単独に流しても良いが、窒素・Ar・CO2等の不活性ガスと混合して流しても良い。
【００２１】
但し、空炉時の羽口先端地金の溶流の際に、例えば２重管の例として、いきなり内管に酸素ガス、外管にLPGガスを流してもLPGガスに着火しない場合がある。そこで地金溶流に先立ち、少なくとも羽口先端地金の内面（羽口長さ方向の中心軸側）を暫く継続して予熱しておくことにより、引き続いて実施される地金溶流を容易にすることが可能となることを見出した。
【００２２】
羽口先端地金の内面（羽口長さ方向の中心軸側）の部分の地金が内側に肥大化すると、羽口内管からのガス流路を直接閉塞させ易くなるが、羽口内管には通常、精錬上の工程ガスを流す場合が多く、その流量が大幅に減少して攪拌不足に伴う冶金効果を損なう。
また、羽口内管のその他の形態として、溶湯に浸漬した羽口から熱放射光を取り込んで温度計測を行うこともできるが、その場合には熱放射光が測温装置に入らなくなり測温ができなくなるといった問題が生じる。
よって少なくとも羽口先端地金の内面部分を予熱することは、上記問題を防止できるため、好ましい。
【００２３】
また、予熱した後、引き続いて行う地金溶流は、羽口先端地金そのものを酸素により着火燃焼させつつガスジェットにより除去するため、少なくとも羽口先端地金の内面（羽口長さ方向の中心軸側）を予熱しておくことで、酸素による地金の着火燃焼を容易に起こすことが可能となる。
【００２４】
上記予熱を行うと、付着している地金の量がほとんど減少することなく、地金に熱を加えることになる。また予熱方法は、特に規定するものではなく、熱を加える機能を有するものを適宜使用するものとする。さらに予熱時間についても、特に規定するものではなく、実験や操業実績等から適宜設定すれば良い。本出願人らの実験から、予熱時間を約５分程度以上確保することが好ましい。
【００２５】
さらに、上記予熱方法の好ましい形態として、地金溶流に先立ち、２重管構造の羽口の場合は該羽口の内管に、あるいは３重管構造の羽口の場合は該羽口の最内管と中管の空隙の流路に、含酸素ガスを流し、２重管構造の羽口の場合は該羽口の外管と内管の空隙の流路に、あるいは３重管構造の羽口の場合は該羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、炉内の高温となっている耐火物を着火源として着火させる。
【００２６】
上記酸素ガスの濃度範囲は、特に規定するものではなく、目的とする予熱条件に応じて、実験や操業実績等から適宜設定するものである。例えば、空気を用いても良いし、酸素ガスと不活性ガス（Ｎ2、Ａｒ等）を混合して調整することもできる。
羽口の最外管の流路に流す燃焼ガスは、地金溶流時と同様に、特に限定されるものではないが、ＬＰＧ，ＬＮＧ等の炭化水素系の気体が燃焼性やコストの点で好ましい。液体燃料も、特に限定されるものではないが、燃焼性やコストの点を考慮して、灯油等の適切なものを選択する必要がある。また、可燃性ガスも、特に限定されるものではないが、燃焼性やコストという点でＣＯが好ましい。
【００２７】
以上の様な、羽口の先端に付着した地金を除去した後、精錬炉に溶融金属を投入し精錬を行う際に、羽口を利用して該溶融金属を精度良く測温することができる。
具体的には羽口を通して観測される溶融金属が発する熱放射光を、イメージファイバーで撮像装置（例えばＣＣＤカメラ）に取り込み、撮像画面上の最高輝度値から溶融金属の温度を測定するものである。
【００２８】
以下、図を用いて説明する。
図７に上底吹転炉において精錬中に底吹羽口から溶湯温度を測定する測温装置のシステム構成概要図を示す。溶鋼２の容器である精錬炉１の炉底部に、壁を貫通して設置された測温用羽口１５は、その背面にイメージファイバー１６が接続されている。該羽口内には羽口パージガス配管１８を通して不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス、ＣＯ2ガス等）が圧入され、溶鋼と接する該羽口開口先端部から不活性ガス１４を溶鋼２に吹き出すことで、羽口への溶融金属の浸入を防止でき、吹き出した不活性ガス１４は気泡となって溶鋼中を浮上して行く。したがって、イメージファイバー１６の受光端には、該羽口から溶鋼に吹き出す不活性ガスと溶鋼２との界面の溶鋼が発する熱放射光が当る。
【００２９】
イメージファイバー１６は、例えば１５０００本以上の光ファイバー（素線）を細密に結合して直径４mm程度に束ねたものを用いることができ、その先端（受光端）には、焦点距離が無限大近くの集光レンズが装着されており、イメージファイバー１６の受光端に、その前方の像が投影される。イメージファイバー１６の出光端には、投射像がそのまま伝達される。
【００３０】
撮像装置としては例えばＣＣＤカメラ１７を用いることができ、このＣＣＤカメラ１７はイメージファイバー１６の出光端の画像を撮影し、アナログ画像信号（輝度を表すビデオ信号）を出力する。ＣＣＤカメラ１７のシャッター速度及び読み取り（ビデオ信号出力レベル）は、コントローラ２３を介して制御される。次に、上記アナログ画像信号（ビデオ信号）は画像入力装置２４でデジタル画像データに変換される。画像入力装置２４は、保持されたデジタル画像データをパソコン２５に転送し、パソコン２５はこのデジタル画像データを内部メモリ（以下画像メモリと称す）に書き込む。
【００３１】
パソコン２５は、取り込んだデジタル画像データを下記に示す温度計測処理を１秒間に約5回の周期で行い、その結果を外部の出力装置２６であるＣＲＴディスプレイに表示する。尚、出力装置２６には、この他にプリンター及び外部記憶装置が含まれている。
【００３２】
パソコンによる温度計測処理方法としては、例えばパソコンに取込まれた各画素データ（輝度を示すもの）から溶鋼像を抽出するために、溶鋼像と羽口内面像のそれぞれの輝度を２値化して識別することができる。この様にして抽出された溶鋼像の輝度から、温度に換算することにより、溶鋼の温度が測定できる。溶鋼像の輝度は、溶鋼像内の画素を平均化することが好ましい。輝度から温度への換算としては、例えば１画素単位で予めオフラインの黒体炉で校正された輝度−温度換算の光電変換特性に基づいて換算できる。
【００３３】
また、温度計測処理された推定温度と実際の温度との誤差データと溶鋼像の面積との相関関係を整理することにより、精度の良い測温データが得られる。
さらに、溶鋼像に羽口内面反射光がある場合は、輝度の違いにより認識できるため、この羽口内面反射光を除いた測温エリアを指定し、このエリアの輝度から温度に換算することもできる。
この様な温度推定を行うに際し、測温羽口先端外周部に地金が殆ど無い状態であれば、溶鋼の熱放射光が充分に撮像装置に取り込まれ、溶鋼の測温は安定して精度良く実施可能である。
【００３４】
すなわち、本装置において、測温用羽口が閉塞すると測温のための熱放射光が撮像装置に入らないため測温が困難になる。よって、測温を継続するためには、本発明の手段を用いて羽口先端の地金を溶流除去することが必要となる。
従って、事前に羽口の先端に付着した地金を除去した後、精錬炉に投入された溶融金属を測温することで、高い精度で測温できるため好ましい。
【００３５】
また、底吹羽口に測温装置を取付けた上底吹転炉における精錬後の空炉の状況を図８に示す。精錬中の測温時には羽口パージガスとして不活性ガスを使用するが、空炉時において羽口先端地金の溶流のために、前述したように２重管構造の羽口の場合は該羽口の内管に、あるいは３重管構造の羽口の場合は該羽口の最内管と中管の空隙の流路に酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流し、２重管構造の羽口の場合は該羽口の外管と内管の空隙の流路に、あるいは３重管構造の羽口の場合は該羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流すことで、羽口に付着した地金の除去が達成できる。また、必要に応じて予熱を行うこともでき、より効果的に上記地金を除去できる。
本発明において、地金の態様は、羽口内管におけるガス流量及び／又は内圧の変化で検知することができる。羽口先端地金が成長し、内管のガス流路が閉塞気味になると、ガス流量は減少し、ガス圧が高まるので、その変化から地金の成長具合を検知することができる。
【００３６】
また、羽口に取付けたイメージファイバーを用いる場合は、このイメージファイバーを介して溶鋼の熱放射光を撮像した測温装置の画面上の有効画素数の増減から、地金の成長具合を検知することもできる。
【００３７】
例えば、羽口先端の地金が成長し、内管が著しい閉塞傾向に陥ると、熱放射光による撮像視野が狭くなり、撮像画面上の有効画素数が減少する。この有効画素数の変化を知ることにより、羽口先端における地金の成長の具合を知ることができる。
なお、地金の態様を検知する方法は、上記方法に限定されるものではない。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、実施例で用いた条件に限定されるものではない。
【００３９】
（実施例１）
２重管構造の羽口を備える精錬炉において溶鋼を吹錬した。吹錬中、地金の成長の具合を、内管におけるガス流量及び内圧の変化で観察し、適時に本発明を実施した。その結果を、表１に示す。
内管酸素流量２０００Nm3／ｈ、内管圧力０．７MPa で吹錬を開始したが、１６分後、内管酸素流量が１２００Nm3／ｈに減少し、内管圧力が０．９MPa に上昇したので、地金が内管側に成長し始めたと判断し、本発明を実施した。
転炉の炉内を空炉の状態にした後、羽口先端の地金溶流実施に先立って、外管に流すＬＰＧを着火させ、羽口先端の地金を予熱するため、内管に空気を１０００Nm3／ｈ、外管にＬＰＧを３０Nm3／ｈ流した。６分間の予熱後の内管の圧力は、予熱開始時と同じ０．８MPa のままであった。ここで羽口先端の予熱が完了したと判断して、次のステップの地金溶流に移った。
【００４０】
地金を溶流、除去するため、内管に酸素を１０００Nm3／ｈ、外管にＬＰＧを６０Nm3/h流した。内管の圧力は、０．８Mpaから徐々に低下し、６分後、０．４MPa に達したので、地金を除去できたと判断し、次の精錬を実施した。
【００４１】
次の精錬においては、吹錬を１６分継続しても、内管酸素流量２０００Nm3／ｈ、内管圧力０．７MPa が維持されている。
【００４２】
このことは、本発明の実施により、羽口の先端に大きく成長した地金を、適確に溶流、除去できたことを示している。
【００４３】
【表１】
（実施例２）
実施例１と同様に、２重管構造の羽口を備える精錬炉において溶鋼を吹錬した。
吹錬中、前述の炉底に設置された羽口から熱放射光を測定して溶湯温度を推定する測温装置により、連続的に溶湯温度を測定した。羽口先端地金の成長の具合をより適確に把握するため、内管におけるガス流量の変化、羽口に取付けたイメージファイバーで溶鋼を撮像した画面上の有効画素数の増減、及び測温装置の温度と同時に行ったサブランスによる測定温度との比較観察から、適時に本発明を実施した。その結果を表２に示す。
【００４５】
地金が成長すると、イメージファイバーの視野が狭くなり、撮像画面上の有効画素数が大きく減少することが分かる。また、測温装置により測定された温度もサブランスによる測定温度に対して誤差が大きくなり、撮像画面上の有効画素数の著しい減少が測定精度の悪化をもたらす。
転炉の炉内を空炉の状態にした後、羽口先端の地金溶流実施に先立って、外管に流すＬＰＧを着火させ、羽口先端の地金を予熱するため、内管に空気を８００Nm3／ｈ、外管にＬＰＧを２０Nm3／ｈ流した。６分間の予熱後の内管の圧力は、予熱開始時と同じ１．５MPa のままであった。ここで羽口先端の予熱が完了したと判断して、次のステップの地金溶流に移った。
【００４６】
本発明による地金溶流を実施した後は、羽口における内管先端部の開孔部が大きくなり、撮像画像上の有効画素数が回復した。また測温装置の温度と同時に行ったサブランスによる測定温度と比較においても良い一致を示し、撮像画面上の有効画素数の回復が温度の測定精度の改善をもたらすことが分かる。
【００４７】
【表２】
（実施例３）
３重管構造の羽口を備える精錬炉において溶鋼を吹錬した。吹錬中、地金の成長の具合を、内管及び中管におけるガス流量及び内圧の変化で観察し、適時に本発明を実施した。その結果を表３に示す。
【００４９】
内管に微粉炭６０kg/min、窒素流量１５００Nm3 ／ｈ、内管圧力０．９MPa 及び中管に酸素流量２０００Nm3 ／ｈ、中管圧力０．７MＰaで吹錬を開始したが、１６分後、内管窒素流量が１０００Nm3 ／ｈに減少し、内管圧力が１．４MPa に上昇し、また中管酸素流量が１３００Nm3 ／ｈに減少し、中管圧力が０．９MPa に上昇したので、地金が中内管側に大きく成長したと判断し、本発明を実施した。
【００５０】
転炉の炉内を空炉の状態にした後、羽口先端の地金溶流実施に先立って、外管に流すＬＰＧを着火させ、羽口先端の地金を予熱するため、内管に窒素を８００Nm3 ／ｈ、中管に空気を１２００Nm3 ／ｈ、外管にＬＰＧを２０Nm3 ／ｈ流した。６分間の予熱後の内管及び中管の圧力は、各々予熱開始時と同じ１．２MPa と０．８MPa のままであった。ここで羽口先端の予熱が完了したと判断して、次のステップの地金溶流に移った。
【００５１】
地金を溶流、除去するため、内管に窒素を８００Nm3 ／ｈ、中管に酸素を１２００Nm3 ／ｈ、外管にＬＰＧを４０Nm3 ／ｈ流した。内管の圧力は、１．２MPa から徐々に低下し、６分後、０．４MPa に、また中管の圧力は、０．８MPa から徐々に低下し、６分後、０．４MPa に達したので、地金を除去できたと判断し、次の精錬を実施した。
【００５２】
次の精錬においては、吹錬を１６分継続しても、内管窒素流量１５００Nm3 ／ｈ、内管圧力０．９Mpa、及び中管酸素流量２０００Nm3 ／ｈ、中管圧力０．７MPaが維持されている。このことは、本発明の実施により、羽口の先端に大きく成長した地金を、適確に溶流、除去できたことを示している。
【００５３】
【表３】
【発明の効果】
本発明によれば、精錬過程において、羽口の先端に成長する地金の成長具合を適確に把握し、適時に、地金を溶流、除去することができるので、精錬操業を能率よく行なうことができ、その結果、鋼の生産性を高めることができる。また、精錬炉の溶湯中に浸漬した羽口から溶融金属が発する熱放射光を種々の光学系機器及びデータ処理処置を用いて溶湯の温度を測定する装置においても、常に熱放射光を適切な容量だけ測温装置に取り入れることができ、温度測定の連続性が保たれると同時に、温度の測定精度も高く維持可能とできる。このため、精錬精度が改善され、溶湯の歩留、溶湯中のＣｒ等有価元素の酸化ロスの減少、副材原単位の削減、精錬炉の耐火物寿命の向上等計り知れないメリットを享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】上底吹転炉における精錬状況を示す図である。
【図２】上底吹転炉における精錬後の空炉の状況を示す図である。
【図３】底吹羽口の先端部における地金の付着状況を示す図である。
【図４】２重管構造の羽口を示す図である。
【図５】３重管構造の羽口を示す図である。
【図６】図６ａは、上底吹転炉において精錬後の空炉の状態で羽口先端の地金溶流するに先立ち、内管に空気を流して先端地金を予熱している状況を示す図である。
図６ｂは、上底吹転炉において精錬後の空炉の状態で羽口先端の地金溶流している状況を示す図である。
【図７】上底吹転炉において精錬中に底吹羽口から溶湯温度を測定する測温装置の概要を示す図である。
【図８】底吹羽口に測温装置を取り付けた上底吹転炉における精錬後の空炉の状況を示す図である。
【符号の説明】
１…上底吹転炉
２…溶鋼
３…底吹羽口
４…上吹ランス
５…精錬中の底吹ガス
６…空炉時の底吹ガス
７…底吹羽口の先端に付着した地金
８…底吹羽口の内管を流れるガス（例えば酸素ガス）
９…底吹羽口の外管を流れるガス（例えばLPGガス）
１０…炉底耐火物
１１…内管
１２…外管
１３…中管
１４…羽口パージガス
１５…測温用羽口
１６…イメージファイバー
１７…ＣＣＤカメラ
１８…羽口パージガス配管
１９…アルゴンガス（又は窒素ガス）
２０…酸素ガス
２１…アルゴンガス制御弁
２２…酸素ガス制御弁
２３…コントローラ
２４…画像入力装置
２５…パソコン
２６…出力装置
２７…パージガス制御装置
２８…羽口先端地金予熱部
２９…ＬＰＧ燃焼フレーム
３０…羽口先端地金溶流部
３１…溶流飛散地金
Claims (4)
- 精錬炉内の溶湯に浸漬する２重管構造の羽口の先端に付着した地金を除去する方法において、稼働中の精錬炉を空炉状態にして、２重管構造の羽口の外管と内管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の内管には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流すことにより、羽口の先端に付着した地金を溶流し、除去することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
- 精錬炉内の溶湯に浸漬する３重管構造の羽口の先端に付着した地金を除去する方法において、稼働中の精錬炉を空炉状態にして、３重管構造の羽口の最外管と中管の空隙の流路には、炭化水素系の気体、液体燃料、または可燃性ガスを単独で、又は２種以上を混合して流し、該羽口の最内管と中管の空隙の流路には、酸素ガスを燃焼可能な濃度範囲に調整した含酸素ガスを流すことにより、羽口の先端に付着した地金を溶流し、除去することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
- 前記請求項１或いは２記載の方法に先立ち、少なくとも羽口長さ方向の中心軸側の地金を予熱することを特徴とする羽口の先端に付着した地金の除去方法。
- 前記請求項１〜３いずれかの方法により、稼動中の精錬炉が空炉状態で羽口先端に付着した地金を溶流・除去した後、引き続き、精錬炉に溶融金属を投入し、該溶融金属を測温する方法であって、精錬炉内の溶融金属に浸漬した前記羽口へ溶融金属の侵入防止用の不活性ガスを圧入しながら、該羽口の先端部に面する溶融金属の熱放射光をイメージファイバーを介して撮像装置に取り込み、撮像装置が出力する画像信号をデジタル画像データに変換し、該デジタル画像データに基づいて演算処理して、撮影画面上の溶融金属温度を測定することを特徴とする溶融金属の測温方法。
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