JP4497004B2

JP4497004B2 - 転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法

Info

Publication number: JP4497004B2
Application number: JP2005090308A
Authority: JP
Inventors: 広幸城澤; 浩樹西; 誠司鍋島
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: JP2006274282A

Description

本発明は、酸化性ガス及び羽口保護のための冷却用ガスを吹き込む、２重管構造の転炉底吹き羽口の異常を監視すると同時に底吹き羽口の圧力を制御する、底吹き羽口の監視・圧力制御方法に関するものである。

底吹き羽口を有する底吹き転炉や上底吹き転炉などの底吹き羽口として、内管及び外管からなる２重管羽口を用いるとき、内管からは酸素ガスなどの酸化性ガスを、内管と外管との間隙からは、プロパンガスやＣＯ₂ ガスなどの羽口保護用の冷却用ガスを吹込んでいる。底吹き転炉は、精錬用酸化性ガスの全量を前記羽口の内管から吹き込む方式の溶融金属精錬炉であり、また、上底吹き転炉は、精錬用酸化性ガスの一部を前記羽口の内管から吹き込み、その他を上吹きランスから吹き込む方式の溶融金属精錬炉である。

これらの精錬炉の底吹き羽口として使用される２重管方式の羽口は、前述したように、羽口保護のために内管と外管との間の間隙部（以下、「アニュラスギャップ」とも呼ぶ）から冷却用ガスが吹き込まれており、この冷却用ガスが溶融金属温度に到達するときの顕熱と熱分解の分解吸熱とを利用して羽口が冷却されており、また、羽口先端部には、この冷却によって所謂「マッシュルーム」と呼ばれる凝固鉄が生成されて羽口が保護される。

羽口及び羽口周囲の耐火物保護のためには、羽口先端のマッシュルームの状態を適正に保つことが重要である。つまり、マッシュルームが過度に小さくなると羽口保護効果が小さく、羽口寿命が短くなるという問題を生じ、逆に、マッシュルームが過度に大きいと内管からの精錬剤の吹き込みが困難となり、ときには閉塞してしまい、また、酸化性ガスの吹き込みさえも困難となるという問題を生ずる。

そのために、従来、これらの問題点を解決するための提案が多数なされている。例えば、特許文献１には、外管への供給流路に圧力検出器を設置し、操業中の冷却用ガスの圧力を測定し、この測定値に基づいて羽口先端部における圧力を推定し、この推定値が所定の圧力範囲となるように、冷却用ガスの供給圧力を調整する方法が提案されている。特許文献２には、冷却用ガスに酸化性ガスを混入し、酸化性ガスの混合量を調整することでマッシュルームの大きさを制御する方法が開示されている。

特許文献３には、羽口冷却能を最大とする冷却用ガスの流量と圧力との関係について理想流量特性曲線を予め求めておき、この理想流量特性曲線との偏差から冷却状況を判断し、この偏差に応じて冷却用ガスの吹き込み量を調整する方法が開示されている。また、特許文献４には、酸化性ガス流路にオリフィス板を設置し、オリフィス板の下流側で圧力を測定するとともに酸化性ガス流路の本管で圧力と流量とを測定し、これらの測定値から酸化性ガスの各羽口の羽口先端閉塞率及び羽口圧力変化率を求め、これらが予め設定した上下限値を外れた場合に警報を出力する異常溶損監視装置が開示されている。
特開２００４−１１５８３２号公報特開昭６１−１０４０１６号公報特公昭６１−４０００６号公報特開平５−１９５０３９号公報

しかしながら、上記従来技術には、以下の問題点がある。

即ち、特許文献１では、一例としてマッシュルームによる圧損推定値（羽口先端におけるガス圧力）が０．５ MPa以下となるようにガスの供給圧を調整しているが、単に圧損推定値が０．５ MPa以下となるようにガスの供給圧を調整しても、無視できない頻度で羽口先端部にバーンバックと呼ばれる異常磨耗が発生することを、本発明者等は経験している。特に、羽口のガス流量を増加したり、炉のヒートサイズが大きくなったりすると、発生しやすいことを確認している。即ち、マッシュルームの制御のためには厳密な圧力制御を実施する必要があると考えられる。

また、特許文献２では、羽口の機械的損耗や詰まり、並びに、酸化性ガスと冷却用ガスとのバランスクが不適切なことによる溶損などによって、羽口寿命が大幅に短くなる恐れがあり、従って、これを検知しないと転炉炉底が羽口部分で大きく損耗を受け、炉底の溶損或いは炉底からの湯洩れという重大な事故につながってしまう恐れがある。

特許文献３では操業中の異常を監視できないという問題がある。また、特許文献４では、転炉操業全期間に亘っての異常監視ができないという問題があるのみならず、吹錬のための各ガスの供給量が操業を制御するために切り替えられるとき、この供給量の変更が外乱となって異常警報の出力が多発することにもなり、監視の信頼性が損なわれるという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、転炉炉底に設置した２重管構造の底吹き羽口から酸化性ガス及び冷却用ガスを吹き込んで溶融金属を精錬するに当たり、底吹き羽口の異常を正確に且つ迅速に判定すると同時に、底吹き羽口先端にマッシュルームを安定して形成させ、底吹き羽口の寿命向上を図ることが可能な、転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法は、内管と外管とで構成される２重管構造の底吹き羽口の内管から吹き込まれる酸化性ガスの圧力、並びに、内管と外管との間隙から吹き込まれる冷却用ガスの圧力をそれぞれ測定し、測定した圧力に基づいて底吹き羽口の異常を診断するとともに圧力制御を実施する転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法であって、前記底吹き羽口の内管と外管との間隙の断面積が１６５〜２３０ｍｍ ² で構成されており、測定したそれぞれの圧力を過去のデータと比較して偏差を求め、求めた偏差から底吹き羽口の異常の有無を判定すると同時に、測定した冷却用ガスの検出圧力から、冷却用ガスの圧力検出位置から底吹き羽口先端までの配管圧損と底吹き羽口先端部での静鉄圧とを減算してマッシュルーム圧損を求め、求めたマッシュルーム圧損が０．０８〜０．１５ MPaの範囲内になるように冷却用ガスの供給を調整することを特徴とするものである。

第２の発明に係る転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法は、内管と外管とで構成される２重管構造の底吹き羽口の内管から吹き込まれる酸化性ガスの圧力、並びに、内管と外管との間隙から吹き込まれる冷却用ガスの圧力をそれぞれ測定し、測定した圧力に基づいて底吹き羽口の異常を診断するとともに圧力制御を実施する転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法であって、前記底吹き羽口の内管の外周面には、外側に張り出す、高さが１．２ｍｍ以上であるスプラインが設置されていて、内管と外管との間隙がスプラインによって維持されるように構成されており、測定したそれぞれの圧力を過去のデータと比較して偏差を求め、求めた偏差から底吹き羽口の異常の有無を判定すると同時に、測定した冷却用ガスの検出圧力から、冷却用ガスの圧力検出位置から底吹き羽口先端までの配管圧損と底吹き羽口先端部での静鉄圧とを減算してマッシュルーム圧損を求め、求めたマッシュルーム圧損が０．０８〜０．１５ MPaの範囲内になるように冷却用ガスの供給を調整することを特徴とするものである。

第３の発明に係る転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法は、第１の発明において、前記底吹き羽口の内管の外周面には、外側に張り出す、高さが１．２ｍｍ以上であるスプラインが設置されており、内管と外管との間隙がスプラインによって維持されることを特徴とするものである。

第４の発明に係る転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記配管圧損を、吹錬開始前の圧力測定値から求めることを特徴とするものである。

第５の発明に係る転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法は、第１ないし第４の発明の何れかにおいて、前記底吹き羽口は転炉に複数基設置されていて、各底吹き羽口毎に異常診断並びに圧力制御が行われることを特徴とするものである。

本発明によれば、測定された圧力と過去のデータとを比較して偏差を求め、求めた偏差に基づいて底吹き羽口の異常の有無を判定するので、底吹き羽口の異常を正確に且つ迅速に判定することができる。また、同時に、マッシュルーム圧損が所定の範囲内になるように冷却用ガスの供給を調整するので、マッシュルームが安定して形成され、高温の溶融金属が底吹き羽口及びその周囲の耐火物に直接接触することが抑制され、これによって、底吹き羽口の溶損及び底吹き羽口周囲の耐火物の損耗を抑えることができ、底吹き羽口の寿命を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を実施する際に使用した転炉の概略断面図、図２は、図１に示す転炉を底側から見た概略図、図３は、図１に示す転炉の炉底に設置された底吹き羽口への酸化性ガス及び冷却用ガスの供給ラインの一例を示す概略図である。

図１は、底吹き型或いは上底吹き型の転炉１の断面図を示すもので、転炉１の炉底には、内管３及び外管４からなる２重管方式の底吹き羽口２が設置されており、吹錬中に底吹き羽口２の内管３から、酸素ガス、空気、酸素富化空気、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスなどの酸化性ガスが転炉１の内部に吹き込まれ、また、内管３と外管４との間隙からプロパンガス、ＣＯ₂ ガスなどの冷却用ガスが転炉１の内部に吹き込まれる構成になっている。尚、供給ガスを切り替えることによって、内管３、並びに、内管３と外管４との間隙から、例えばＡｒガスやＮ₂ガスなどの不活性ガスを吹き込むことができるようにもなっている。

底吹き羽口２への酸化性ガスの供給及び冷却用ガスの供給は、それぞれ専用の酸化性ガス供給管５及び冷却用ガス供給管６を介して行われる。即ち、図２に示すように、酸化性ガス供給管５は、転炉１の炉底に配置された分配器（ディストリビュータ）７に接続し、分配器７にはそれぞれの底吹き羽口２へ接続する分岐管９が接続されている。同様に、冷却用ガス供給管６は、転炉１の炉底に配置されたヘッダー８に接続し、ヘッダー８にはそれぞれの底吹き羽口２へ接続する分岐管１０が接続されている。即ち、酸化性ガス供給管５を通して供給された酸化性ガスは、分配器７で分配され、分岐管９を通って内管３から噴出するようになっている。同様に、冷却用ガス供給管６を通して供給された冷却用ガスは、ヘッダー８で分配され、分岐管１０を通って内管３と外管４との間隙から噴出するようになっている。

酸化性ガス供給管５及び冷却用ガス供給管６は、Ａｒガス或いはＮ₂ ガスなどの不活性ガス供給管と接続しており、供給ガスを切り替えることによって、内管３から、並びに、内管３と外管４との間隙から、Ａｒガス或いはＮ₂ガスなどの不活性を吹き込むことができるようになっている。Ａｒガス或いはＮ₂ ガスなどの不活性ガスも、それぞれ、分配器７及び分岐管９を通り、或いは、ヘッダー８及び分岐管１０を通り、それぞれの底吹き羽口２へ供給されるようになっている。尚、図２は底吹き羽口２を炉底に６基並べた例を示している。

これら各種ガスの供給流路を、図３を用いて説明する。図３に示すように、各種ガスは、転炉１の外部から専用の供給管を介して供給されている。つまり、酸化性ガスホルダー２０に収容された酸化性ガスは、各種の遮断弁、圧力調節弁及び流量調節弁の設置された酸化性ガス供給管５を経由して、転炉１のトラニオン部分１７で転炉１に設置される酸化性ガス供給管５に接続している。同様に、冷却用ガスタンク２１に収容されたプロパンガスまたはＣＯ₂ ガスなどの冷却用ガスは、各種の遮断弁、圧力調節弁及び流量調節弁の設置された冷却用ガス供給管６を経由して、転炉１のトラニオン部分１７で転炉１に設置される冷却用ガス供給管６に接続している。尚、トラニオン部分１７とは、転炉１を受鋼姿勢、直立姿勢（吹錬中）、出鋼姿勢（反受鋼側）、排滓姿勢などに回転させる回転軸の部位である。

また、不活性ガスホルダー２２に収容された窒素ガスまたはＡｒガスなどの不活性ガスは、各種の遮断弁、圧力調節弁及び流量調節弁の設置された不活性ガス供給管１１を経由して、トラニオン部分１７に接続するよりも上流側で酸化性ガス供給管５に合流し、内管３に通じている。同様に、不活性ガスホルダー２３に収容された窒素ガスまたはＡｒガスなどの不活性ガスは、各種の遮断弁、圧力調節弁及び流量調節弁の設置された不活性ガス供給管１２を経由して、トラニオン部分１７に接続するよりも上流側で冷却用ガス供給管６に合流し、内管３と外管４との間隙に通じている。ここでは、冷却用ガスとしてプロパンガスを使用し、不活性ガスとして窒素ガスを使用している。

酸化性ガス供給管５と不活性ガス供給管１１との合流部よりも下流側の酸化性ガス供給管５には、圧力検出器１３が設置されており、同様に、冷却用ガス供給管６と不活性ガス供給管１２との合流部よりも下流側の冷却用ガス供給管６には、圧力検出器１４が設置されている。

圧力検出器１３により、吹錬時における内管３の酸化性ガスの圧力及び吹錬前における内管３の不活性ガスの圧力が測定され、圧力検出器１４により、吹錬時における内管３と外管４との間隙の冷却用ガスの圧力及び吹錬前における内管３と外管４との間隙の不活性ガスの圧力が測定される。これらの測定結果に基づいて、後述するように、吹錬開始時、吹錬中及び吹錬前の各段階における底吹き羽口２の異常が判定される。

尚、図１及び図３では、底吹き羽口２の基管配管（本管）に圧力検出器１３及び圧力検出器１４を設置しているが、底吹き羽口２が複数基設置されていて、各底吹き羽口２のガス圧力をそれぞれ測定する場合には、図２に示すように、分岐管９及び分岐管１０にそれぞれ圧力検出器１３Ａ及び圧力検出器１４Ａを設置する。このようにすると、各底吹き羽口２の異常判定が独立して可能になるとともに、異常判定と同時に異常羽口の特定もできる。また、本発明においては、圧力検出器１３及び圧力検出器１４による検出値に基づいてマッシュルーム安定化の厳密な圧力制御を行うので、たとえ底吹き羽口２が１基のみであっても、底吹き羽口２に近接した側に圧力検出器１３及び圧力検出器１４を設置することが好ましい。底吹き羽口２の先端部の圧力検出精度が高まることがその理由である。

図４に、吹錬時における羽口異常、並びに、吹錬前における羽口閉塞の判定を実行する制御装置のブロック図を示す。底吹き羽口２に供給される各種の供給ガスは、圧力検出器１３或いは圧力検出器１４で測定され、測定されたデータは、圧力偏差判定部３０の圧力偏差監視器３１で圧力偏差設定器３２に予め設定されている所定圧力値及びその上下限値とで比較され、例えば上下限値を超えた場合に異常の判定が行われる。

また、圧力偏差判定部３０には、圧力測定タイマー３３が備えられ、ここでは吹錬開始時であれば、不活性ガス吹込みから酸化性ガス及び冷却用ガスへの切り替えに伴なう、酸化性ガス及び冷却用ガスの吹込み流量が安定するまでの時間の設定ができるようになっている。吹錬中のガス供給量変更時も同様で、変更した流量が安定するまでの時間の設定ができるようになっている。

この吹錬開始と吹錬中との時期の区別は、制御部４０に設けられた、転炉１の操業を監視する吹錬開始監視４１、吹錬中監視４２、吹錬前監視４３の各機能部分で行われ、操業監視の時期に応じて、前データとの比較並びに直近データとの比較が行われる。測定データ及びデータの記録は、圧力偏差判定部３０に備えられているデータ記録器３４で行われる。

そして、操業時期毎に監視し、判定されたデータに異常が発生した場合には、異常アラーム出力機器５０による警報が発せられる。また、この異常が発生した場合には、転炉操業用の制御用コンピュータ（図示せず）の画面にも表示されるようになっている。即ち、ガス圧力（背圧）を検出して制御を行う制御装置は、圧力検出器１３と圧力検出器１４とでそれぞれ独立して２系統設けられており、それぞれ、圧力偏差監視器３１、圧力偏差設定器３２、圧力測定タイマー３３及びデータ記録器３４を備えた圧力偏差判定部３０と、吹錬開始監視４１、吹錬中監視４２及び吹錬前監視４３を備えた制御部４０とによって構成されている。

吹錬開始時、並びに、吹錬中に圧力検出器１３（１４）で測定されるデータ（酸化性ガス及び冷却用ガスの圧力測定データ）は、圧力偏差判定部３０の圧力偏差監視器３１で、データ記録器３４に記録された過去のチャージのデータ（吹錬開始時）、或いは、測定データの直近データ（単独或いは平均値：吹錬中）と比較されて偏差が算出され、この偏差が圧力偏差設定器３２に予め設定されている上下限値と比較されて底吹き羽口２が異常か否かの判定が行われる。また、吹錬開始前に圧力検出器１３（１４）で測定されるデータ（不活性ガスの圧力測定データ）については、圧力偏差判定部３０の圧力偏差監視器３１で、圧力偏差設定器３２に予め設定されている上限値と比較されて、羽口閉塞か否かの判定が行われる。

また、圧力測定タイマー３３は、吹錬開始時であれば、不活性ガスの吹込みから酸化性ガス及び冷却用ガスへの切り替えの際の、酸化性ガス及び冷却用ガスの吹込み流量が安定するまでの時間設定を行い、吹錬中の吹込みガス供給量の変更時には、変更したガス流量が安定するまでの時間設定を行うようになっている。この吹錬開始時、吹錬中、及び、吹錬前の３工程の時期の判断は、制御部４０の吹錬開始監視４１、吹錬中監視４２、吹錬前監視４３の各機能部分で行い、これらによって判断される操業監視時期に基づき、圧力偏差判定部３０において、測定データと、過去のチャージのデータ或いは測定データの直近データと、の比較が行われる。そして、前述したように、操業時期毎に羽口異常または羽口閉塞が判定され、羽口異常または羽口閉塞が判定された場合には、異常アラーム出力機器５０による警報が発せられる。

尚、吹錬前監視では、底吹き羽口２の詰まり検出を主目的とするが、更に、底吹き羽口２の溶損量の監視を加えることが好ましい。即ち、圧力偏差判定部３０では、予め設定されている所定圧力の上限値と測定データとを比較して異常の判定を行うほかに、実測された検出圧力から配管圧損を検出する。検出される配管圧損が低くなれば、底吹き羽口２が溶損されたことを知ることができる。本発明では、この配管圧損を、後述するようにマッシュルーム生成のための圧力制御データとして活用する。

次に、本発明によるマッシュルームの生成制御方法について説明する。

マッシュルーム形成のための冷却用ガスの供給量制御は、冷却用ガス供給管６に設置される圧力調節弁にて供給圧力が調整されるとともに、底吹き羽口２の近傍の冷却用ガス供給管６に取り付けられた圧力検出器１４或いは圧力検出器１４Ａにてガス圧が検出される。但し、圧力検出器１４では個々の底吹き羽口２の圧力測定ができないので、圧力検出器１４Ａの測定値を用いる方が好ましく、以下、圧力検出器１４Ａの測定値を用いた方法で説明する。

圧力検出器１４Ａは、ガス圧に応じた検出信号を、底吹き羽口２の圧力を調整するための圧力制御装置（図示せず）に出力し、この圧力制御装置は、入力された検出信号に基づき底吹き羽口２における圧損を演算して求め、求めた圧損が所定の範囲となるように前記圧力調節弁を介して圧力を調整する。即ち、圧力制御装置は、圧力検出器１４Ａが検出する圧力に基づき演算した、底吹き羽口２の先端における圧力（「マッシュルーム圧損」と呼ぶ）が０．０８〜０．１５ MPaの範囲に収まるように、冷却用ガスの圧力調節弁を調整する。尚、冷却用ガスの流量も測定されて圧力制御装置に入力される。

ここで、圧力検出器１４Ａにおける検出圧力をＰｓとすると、検出圧力Ｐｓは下記の（１）式で表される。但し、（１）式において、Ｐｇは圧力検出器１４Ａの設置位置から底吹き羽口２の先端までの配管圧損、Ｐｍはマッシュルーム圧損、Ｐｆは溶融金属の静圧である。

従って、下記の（２）式により、検出圧力Ｐｓに基づきマッシュルーム圧損Ｐｍを演算することができる。

ここで、静圧Ｐｆは、炉内に装入した溶銑などの溶融金属の質量から炉内における浴深さに換算することで求めることができる。また、配管圧損Ｐｇは、例えば予め実験などによって検出圧力Ｐｓ及びガス流量を変数としたマップなどの形で求めておけばよい。

尚、より好ましくは、前記したように、吹錬前監視において羽口詰まりが検出されないとき、圧力検出器１４Ａにより実測された検出圧力Ｐｓの変化に基づいて、配管圧損Ｐｇを求めることとする。ここで検出される検出圧力Ｐｓは、前述した（１）式で示される吹錬中のＰｓと異なり、下記の（３）式で表される。

圧力検出器１４Ａの設置位置から底吹き羽口２の入口までのガス供給配管の長さは変化しないことから、吹錬前監視において検出されるＰｓ即ちＰf1は、底吹き羽口２の羽口長さの変化量に相当する。この吹錬前監視において検出される配管圧損Ｐf1をマッシュルーム生成のための圧力制御データとして活用する。

即ち、下記の（４）式を用いて圧力検出器１４Ａの検出圧力Ｐｓに基づきマッシュルーム圧損Ｐｍを演算して求め、求めたマッシュルーム圧損Ｐｍが、０．０８〜０．１５ MPaの範囲に収まるように、圧力調節弁によって圧力或いは供給する冷却用ガス流量を調整する。通常、供給するガスの圧力を変化させると、供給量もそれに応じて変化する。

このようにしてマッシュルーム圧損Ｐｍが０．０８〜０．１５MPaの範囲に収まるように、冷却用ガスの供給圧力または供給流量を調整することで、底吹き羽口２の異常磨耗が低減して底吹き羽口２の寿命が向上する。

ここで、マッシュルーム圧損Ｐｍを０．０８〜０．１５ MPaの範囲に規定した理由は以下の通りである。即ち、ヒートサイズが大きくなって、冷却能を増大するために冷却用ガスのガス流量の増大が必要であっても、マッシュルーム圧損Ｐｍの最大値を０．１５ MPa以下に抑えることで、マッシュルームの消失（過大圧力によるマッシュルームの羽口先端部からの飛散）を防止して、底吹き羽口２の異常摩耗を低減することができる。また、マッシュルーム圧損Ｐｍの不足（冷却用ガス供給圧力に不足）時には、マッシュルームの過剰成長及びその後の飛散などによる消失が生じるが、マッシュルーム圧損Ｐｍを０．０８ MPa以上に維持することにより、これを防止して底吹き羽口２の異常摩耗を低減することができる。尚、底吹き羽口２の損耗は、マッシュルームが消失したときの、羽口先端部と溶融金属との直接接触による熱衝撃が主体と見られ、冷却用ガスの供給によって形成されるマッシュルームが安定化するときには底吹き羽口２の先端部は適正に保護され、異常損耗が抑制される。

前述したように、検出圧力Ｐｓを測定するための圧力検出器１４は、底吹き羽口２に近接して設置することが好ましく、図２に示す位置よりも更に底吹き羽口２に近接して圧力検出器１４を設置した例を図５に示す。図５に示すように、底吹き羽口２の冷却用ガスの導入孔の直前に圧力検出器１４Ｂが設置されている。酸化性ガスの圧力を測定するための圧力検出器１３Ｂも内管３の直下に設置されている。このようにして冷却用ガスの圧力を測定する圧力検出器１４Ｂを設置することで、配管圧損Ｐｇは、羽口長さも含めた配管長さが極めて短い状態であるので、配管圧損Ｐｇを過小に見ることができ、マッシュルーム形成のための圧力制御用の圧力検出器として最も好ましいといえる。尚、図５において、１５は転炉耐火物、１６は転炉鉄皮、１９はマッシュルームである。

マッシュルーム圧損Ｐｍを制御する際、内管３と外管４との間隙（アニュラスギャップ）、つまり冷却用ガス通路が過小或いは過大であると、冷却用ガスの圧力制御において、過剰反応或いは制御応答遅れが発生し、この乱れもマッシュルーム圧損Ｐｍを制御する際の外乱となることが分かった。そのため、それぞれの底吹き羽口２のアニュラスギャップは１６５〜２３０ｍｍ² の断面積とすることが好ましい。

この冷却用ガス通路の断面積の調整は、底吹き羽口２が既存の底吹き羽口であれば、内管３の外径を変化させ、内管３の外径部と外管４の内径部で構成される間隙量を調整する、或いは、内管３は既存のままとして外管４の内径を変化させる、更には、内管３及び外管４ともに変化させることで調節することができる。

そして、内管３の外周面に内管３から外側に張り出させてスプライン状突起（以下「スプライン」と記す）を設置し、スプラインの高さを調節することにより、間隙量の保持・確保を図ることが好ましい。更に、本発明においては、以下のことも重要である。

本発明者等は、バーンバックと呼ばれる異常磨耗が発生した底吹き羽口２の内管３を回収して調査したところ、内管３の先端部側で大きな偏磨耗が観察され、肉厚が薄くなった位置のスプラインの高さも低くなっていることを突き止めた。これは、転炉耐火物の熱膨張によって底吹き羽口２に応力が加わることを一因として、周方向における一部のアニュラスギャップが潰れ、つまり周方向でアニュラスギャップが変化し、その潰れた（変化した）箇所で冷却用ガスが偏流して内管３の冷却能が低下し、内管３の温度が部分的に上昇したものと考えられる。この結果、マッシュルームの過剰成長と剥離とを繰り返し、バーンバックのような大きな偏磨耗に至ったものと推定される。

このため、本発明においては、吹錬時のアニュラスギャップを確保するために、スプラインを少なくとも４箇所以上等間隔に内管３に配置し、アニュラスギャップの保持を図ることとする。底吹き羽口２のアニュラスギャップは、図６に示すように、内管３の外周面に設けられたスプライン１８によって所定の間隙に確保されている。吹錬時、アニュラスギャップを確保できるように、スプライン１８を少なくとも４箇所以上等間隔に配置し、アニュラスギャップ保持を図る。図６は、本発明で使用する底吹き羽口２の内管３に設置されるスプライン１８の形状の１例である。

内管３の外周面に設けられたスプライン１８は、吹錬中の熱負荷による内管３の変形を抑え、且つ、変形発生時にも円周方向における冷却用ガスの不均一さを抑止する。このスプライン１８の高さを１．２ｍｍ以上とすることにより、吹錬中の内管３の熱変形による偏芯防止がなされ、更に、若干の変形（偏芯）が生じても、スプライン１８により、冷却用ガス通路が確保され、円周方向における冷却用ガスの不均一さを抑止する。従って、スプライン１８の高さは図６に示すように、１．２ｍｍ以上とすることが好ましい。これより低いと周方向のマッシュルーム形成維持が困難となる。また、アニュラスギャップを保持する目的と、吹錬中のアニュラスギャップの変化（間隙の円周方向の変化（ガタによるものも指す）はマッシュルーム形成の外乱となることからこれを防止するために、スプラインの高さ精度は、０．１ｍｍ以内の誤差精度に維持することが好ましい。但し、精度下限値は製作コストとの兼ね合いで定まる。

図７は、スプラインの高さが不足した場合に起こる内管の偏磨耗発生のメカニズムを示す概略図である。底吹き羽口２は、設置当初には同芯の２重管であるが、使用中に、内管３が何れかの方向に傾いたときに偏磨耗が発生する。図７では図中の下方向に偏芯した場合の状況を示したもので、偏芯に伴って冷却用ガスの偏流が生じ、偏流に伴う内管３の冷却不足を生じる。一方、偏心部ではマッシュルームの形成が乱れるために偏芯した側の内管３の損耗が加速される。この現象は、スプラインの高さを１．２ｍｍ以上とすることで阻止されることを確認している。

このように、本発明によれば、測定された圧力と過去のデータとを比較して偏差を求め、求めた偏差に基づいて底吹き羽口２の異常の有無を判定するので、底吹き羽口２の異常を正確に且つ迅速に判定することができる。また、同時に、マッシュルーム圧損が所定の範囲内になるように冷却用ガスの供給を調整するので、マッシュルームが安定して形成され、高温の溶融金属が、底吹き羽口２及びその周囲の耐火物に直接接触することが抑制され、これによって、底吹き羽口２の溶損及び底吹き羽口２の周囲の耐火物の損耗を抑えることができ、底吹き羽口２の寿命を大幅に向上させることができる。

図８は、上記に説明した本発明に係る転炉の底吹羽口監視・圧力制御方法を実施したときの効果である。図８に示すように、本発明例では従来例に比べ、底吹き羽口２の損耗速度は半減しており、本発明を用いることによって底吹き羽口２の寿命は約２倍以上となる画期的な成果を収めることが確認できた。

本発明を実施する際に使用した転炉の概略断面図である。図１に示す転炉を底側から見た概略図である。図１に示す転炉の炉底に設置された底吹き羽口への酸化性ガス及び冷却用ガスの供給ラインの一例を示す概略図である。本発明において羽口異常及び羽口閉塞の判定を実行する制御装置のブロック図である。圧力検出器を底吹き羽口に近接して設置した例を示す概略図である。本発明におけるスプラインの形状を示す図である。スプラインの高さが不足した場合に起こる内管の偏磨耗発生のメカニズムを示す概略図である。本発明例と従来例とで底吹き羽口の残厚を比較して示す図である。

符号の説明

１転炉
２底吹き羽口
３内管
４外管
５酸化性ガス供給管
６冷却用ガス供給管
７分配器
８ヘッダー
９分岐管
１０分岐管
１１不活性ガス供給管
１２不活性ガス供給管
１３圧力検出器
１４圧力検出器
１５転炉耐火物
１６転炉鉄皮
１７トラニオン部分
１８スプライン
１９マッシュルーム
２０酸化性ガスホルダー
２１冷却用ガスタンク
２２不活性ガスホルダー
２３不活性ガスホルダー
３０圧力偏差判定部
３１圧力偏差監視器
３２圧力偏差設定器
３３圧力測定タイマー
３４データ記録器
４０制御部
４１吹錬開始監視
４２吹錬中監視
４３吹錬前監視
５０異常アラーム出力機器

Claims

内管と外管とで構成される２重管構造の底吹き羽口の内管から吹き込まれる酸化性ガスの圧力、並びに、内管と外管との間隙から吹き込まれる冷却用ガスの圧力をそれぞれ測定し、測定した圧力に基づいて底吹き羽口の異常を診断するとともに圧力制御を実施する転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法であって、前記底吹き羽口の内管と外管との間隙の断面積が１６５〜２３０ｍｍ ² で構成されており、測定したそれぞれの圧力を過去のデータと比較して偏差を求め、求めた偏差から底吹き羽口の異常の有無を判定すると同時に、測定した冷却用ガスの検出圧力から、冷却用ガスの圧力検出位置から底吹き羽口先端までの配管圧損と底吹き羽口先端部での静鉄圧とを減算してマッシュルーム圧損を求め、求めたマッシュルーム圧損が０．０８〜０．１５ MPaの範囲内になるように冷却用ガスの供給を調整することを特徴とする、転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法。
内管と外管とで構成される２重管構造の底吹き羽口の内管から吹き込まれる酸化性ガスの圧力、並びに、内管と外管との間隙から吹き込まれる冷却用ガスの圧力をそれぞれ測定し、測定した圧力に基づいて底吹き羽口の異常を診断するとともに圧力制御を実施する転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法であって、前記底吹き羽口の内管の外周面には、外側に張り出す、高さが１．２ｍｍ以上であるスプラインが設置されていて、内管と外管との間隙がスプラインによって維持されるように構成されており、測定したそれぞれの圧力を過去のデータと比較して偏差を求め、求めた偏差から底吹き羽口の異常の有無を判定すると同時に、測定した冷却用ガスの検出圧力から、冷却用ガスの圧力検出位置から底吹き羽口先端までの配管圧損と底吹き羽口先端部での静鉄圧とを減算してマッシュルーム圧損を求め、求めたマッシュルーム圧損が０．０８〜０．１５ MPaの範囲内になるように冷却用ガスの供給を調整することを特徴とする、転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法。
前記底吹き羽口の内管の外周面には、外側に張り出す、高さが１．２ｍｍ以上であるスプラインが設置されており、内管と外管との間隙がスプラインによって維持されることを特徴とする、請求項１に記載の転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法。
前記配管圧損を、吹錬開始前の圧力測定値から求めることを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法。
前記底吹き羽口は転炉に複数基設置されていて、各底吹き羽口毎に異常診断並びに圧力制御が行われることを特徴とする、請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の転炉底吹き羽口の監視・圧力制御方法。