JP4289214B2 - 溶鋼の脱炭処理方法および溶鋼製造方法 - Google Patents
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これまでにあっても、溶鋼中の炭素濃度の推定方法としては以下のものが知られている。
溶鋼中成分濃度を推定しながら行う溶鋼の脱炭処理方法および溶鋼製造方法を提供することである。
本発明の対象となる溶鋼は、高炉から運搬された溶銑が種々の溶銑予備処理を経て転炉に注銑され、転炉にて脱炭吹錬された後、取鍋に出鋼される。取鍋に出鋼された溶鋼は二次精錬設備に運搬され、RH真空脱ガス装置などの真空脱ガス装置にて脱ガス処理を施される。
上述のRH真空脱ガス装置においては、環流用ガス流量、真空槽内圧力、排ガス中CO、CO2濃度などが連続的あるいは間歇的に測定可能かつ記録可能である。なお、排ガス中分析成分はCO、CO2のみに止める必要はなく、これ以外の成分をも分析して各種補正に使用してもよい。
ここに、「脱ガス成分」とは、溶鋼から除去すべき成分、つまり「目的成分」が脱ガス処理によりガス成分として溶鋼から離脱したものを云い、具体的には、脱炭処理の場合には、脱ガス成分とはCO、CO2ガスであり、目的成分は溶鋼に溶解している[C](溶解炭素)である。また、脱水素処理の場合には、それぞれH2、[H](溶解水素)である。
なお、本発明において、それぞれ変化速度、あるいは変化率を求めるが、具体的には、例えば、これは、脱ガス成分の排出速度の時間変化を演算器による演算によって行えばよい。
A2)脱ガス処理中時刻tiにおける排ガス流量を測定あるいは算出する。排ガス流量は排ガス流量計を用いて測定してもよい。また、排ガス中に流量が既知のトレーサーガスが含有されるように導入し、トレーサーガス濃度と既知のトレーサーガス流量とから排ガス流量を算出してもよい。さらに、排ガスに含有されるインプットガス量を経験的に定めることにより排ガス流量を算出してもよい。なお、この排ガス流量は適当な方法により標準状態換算の体積流量Qex,i(Nm3/s)に換算する。
Qco,i=(CO,i+CO2,i)・Qex,i (1)
A4)時刻tiにおける単位時間当りの脱炭速度をdCdt,i(kg/s)とおくと、物質収支よりQco,iは比例定数Aを用いて(2)式でも表せる。
A5)時刻tiにおける単位時間当りの脱炭速度dCdt,iは一次の速度式で表せ、時刻tiでの速度定数K,i(1/s)と時刻tiでの溶鋼中炭素濃度C,i(-)と溶鋼量W(kg)を用いると(3)式で表せるからQco,iは(4)式でも表せる。
Qco,i=A・(22.4/12)・K,i・C,i・W (4)
A6)時刻ti-1(=ti−Δt)では同様に(5)式が得られる。
A7)時間Δt内での脱炭速度定数Kの変化は小さいとすると、K,i=K,i-1であり、これを用いて{(4)-(5)}÷Δtを計算すると(6)式が得られる。ここで、右辺の一部は(7)式で表せるので、(6)式は(8)式と書き直せる。
(Qco,i-Qco,i-1)/Δt = A・(22.4/12)・K,i・W・(C,i−C,i-1)/Δt (6)
(C,i−C,i-1)/Δt=−K,i・C,i (7)
(Qco,i-Qco,i-1)/Δt = −A・(22.4/12)・K,i2・C,i・W (8)
A8)(8)式÷(4)式を計算すると(9)式が得られ、(9)式と(4)式から時刻t,iでの溶鋼中炭素濃度C,iが(10)式で求まる。(10)式から、排ガス中の脱ガス成分の排出速度の変化速度((10)式分母中の{}部分)を用いて溶鋼中の目的成分の濃度を推定できることが示された。
C,i=−Qco,i2/[A・(22.4/12)・{(Qco,i-Qco,i-1)/Δt}・W] (10)
A9)実際の溶鋼中濃度推定では測定誤差や排ガス分析遅れ、取鍋内混合遅れなどの補正のために、補正係数βを用いて(11)式で表し、補正係数を種々の条件に応じて修正する方法を採用してもよい。
以上、上記手段Aでは最も単純な例を用いて算出手法を説明したが、K,i=K,i-1の近似を用いない方法を採用してもよい。また、単純に時刻Δtだけ離れた時刻t,iとt,i-1の値だけでなく、近傍の値を数学的に用いて誤差を小さくする手法を用いてもよい。
B1)時刻t,i-1での溶鋼中炭素推定濃度C,i-1に対して、(9)式により求めた時刻t,iでの脱炭速度定数K,iを使うと、時刻t,iでの溶鋼中炭素濃度C,iは(12)式で求まる。溶鋼中炭素濃度の初期値として、処理前あるいは処理中に溶鋼サンプリング試料の分析により得た溶鋼中炭素濃度を用いれば逐次計算により、時刻t,iでの溶鋼中炭素濃度が逐次計算できる。
ただし、dt,i:時刻tiでの演算時間刻みである。
なお、排ガス情報にタイムラグがある場合は、その分を補正して計算してもよい。
なお、転炉吹錬後の炭素濃度は0.04%とし、RH脱ガス装置にておおよそ炭素濃度0.002%まで脱炭した際の、RH処理中の排ガス情報を演算器に取り込み[C]推定値を算出した。そして、RH脱炭終了時に溶鋼サンプルを採取し、その分析値に基づいて推定誤差の標準偏差を調査した。
従来法(公知方法2)、発明法1(天蓋ランスからの混合ガスなしの場合)、発明法2(天蓋ランスから混合ガス添加の場合)、とで比較調査を実施した。混合ガスとしてはいずれも4000NL/minのガスを導入した。なお、天蓋ランスから混合ガスを導入する場合、導入位置が真空槽の上方であるため、窒素ガスを導入した。処理中の窒素濃度の挙動はArガスを導入した場合と大差なかった。
さらに、[C]≦28ppmとなるまでの脱炭処理時間短縮効果を確認したところ、表2に示すように、従来法に対して発明法1では2.3min短縮でき、発明法2では5.6minの短縮が可能となった。そのときの従来方法での処理コストを1.0としたときのコスト指数を調査した結果、同じく表2に示すように、発明法1ではコスト指数は0.81であり、発明法2ではコスト指数は0.65と低減することができた。
Claims (7)
- 真空容器に収容された取鍋内の溶鋼の脱炭処理を行う方法であって、該真空容器に接続された排気系統において排ガス中のCOとCO2の排出速度を経時的に測定し、かつ、この測定した時間内の任意の微小時間における、前記COとCO2の排出速度の変化速度を求め、
得られた変化速度に基づき前記任意の微小時間における溶鋼の脱炭速度定数と前記任意の微小時間の終期における溶鋼の炭素濃度との組み合わせを求めること、あるいは、
得られた変化速度に基づき前記任意の微小時間における溶鋼の脱炭速度定数を求め、溶鋼の脱ガス処理前あるいは処理中に溶鋼サンプリング試料を分析して得た溶鋼中炭素濃度を初期値とする逐次計算に該脱炭速度定数を用いること
によって前記任意の微小時間の終期における溶鋼中の炭素濃度を推定すること
を特徴とする溶鋼の脱炭処理方法。 - 真空槽の下部に設けられた浸漬管を溶鋼に浸漬して溶鋼の脱炭処理を行う方法であって、該真空槽に接続された排気系統において排ガス中のCOとCO2の排出速度を経時的に測定し、かつ、この測定した時間内の任意の微小時間における、前記COとCO2の排出速度の変化速度を求め、
得られた変化速度に基づき前記任意の微小時間における溶鋼の脱炭速度定数と前記任意の微小時間の終期における溶鋼の炭素濃度との組み合わせを求めること、あるいは、
得られた変化速度に基づき前記任意の微小時間における溶鋼の脱炭速度定数を求め、溶鋼の脱ガス処理前あるいは処理中に溶鋼サンプリング試料を分析して得た溶鋼中炭素濃度を初期値とする逐次計算に該脱炭速度定数を用いること
によって前記任意の微小時間の終期における溶鋼中の炭素濃度を推定すること
を特徴とする溶鋼の脱炭処理方法。 - 溶鋼内部に攪拌あるいは環流用の不活性ガスを吹き込むことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 浸漬管の本数が1本であることを特徴とする請求項2または3に記載の方法。
- 浸漬管の本数が2本であることを特徴とする請求項2または3に記載の方法。
- 前記真空容器あるいは真空槽上方の天蓋あるいは側面に設けたランスから不活性ガスを上吹きすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 請求項1〜6に記載のいずれかの方法のうち、一つを用いることを特徴とする炭素濃度28ppm以下の溶鋼製造方法。
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