JP4742805B2

JP4742805B2 - スラグの流出防止方法

Info

Publication number: JP4742805B2
Application number: JP2005308038A
Authority: JP
Inventors: 貴幸小柳; 隆行堀; 健朝比奈
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-10-24
Also published as: JP2007113095A

Description

本発明は、転炉及び取鍋などの溶融金属容器に設置される流出孔を介して該溶融金属容器から、取鍋、タンディッシュなどの他の溶融金属容器に溶銑及び溶鋼などの溶融金属を排出する際に、溶融金属の排出の末期、溶融金属の上部に存在するスラグが溶融金属に巻き込まれて流出することを防止する方法に関するものである。

転炉を用いた溶銑の脱炭精錬工程においては、精錬剤としてＣａＯなどの造滓剤を添加したり、副原料としてマンガン鉱石を添加したり、除去された溶銑中の不純物自体がスラグになったりし、更には、酸化精錬であることに起因して鉄の酸化物が不可避的に発生することから、スラグをなくすることは不可能であり、脱炭精錬終了後の溶鋼上にはスラグが形成される。形成されたスラグは、転炉から取鍋などへの出鋼過程の末期、転炉内の溶鋼が少なくなってくると溶鋼に巻き込まれ、溶鋼とともに取鍋内に排出される。このスラグは鉄酸化物及びマンガン酸化物などの酸素ポテンシャルの高い、所謂「低級酸化物」を含んでいるので、大量のスラグが取鍋内に流出した場合には、脱酸のために添加した溶鋼中のＡｌとスラグ中の低級酸化物とが反応して溶鋼中にアルミナが形成され、清浄性の高い鋼を得ることができなくなるという問題が発生する。また、取鍋の耐火物がスラグによって溶損し、取鍋耐火物の寿命が低下するという問題も発生する。

同様に、連続鋳造工程においては、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する際、取鍋内の溶鋼量が少なくなった注入過程の末期に、取鍋内のスラグが溶鋼に巻き込まれ、溶鋼とともにタンディッシュに流出することが発生する。この場合のスラグは、一般的にはすでに低級酸化物は還元されており、酸化度の低いスラグであるので、巻き込まれたスラグがタンディッシュ内で全て浮上して溶鋼と分離してしまえば問題にはならないが、タンディッシュで浮上しきれずに鋳型内まで持ち来たされる場合には、スラグは鋳片に捕捉され、鋳片の清浄性が低下するといった問題が発生する。

従って、スラグの流出を防止するために多数の提案がなされている。例えば、特許文献１には、転炉から出鋼口を介して取鍋へ溶鋼を出鋼する際に、転炉からの出鋼流を比較高温計で監視し、比較高温計で検知される流体が溶鋼からスラグに変わった時点で前記出鋼口に蓋体を挿入し、スラグの流出を防止する方法が開示されている。また、特許文献２には、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入流の幅方向放射エネルギー分布を２次元ＣＣＤカメラで測定し、測定結果のうちの連続する最大幅部分を溶鋼注入流の径として検出し、溶鋼注入流の径の幅及びその積分値が増大したときにスラグ流出と判定して、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入を終了する方法が開示されている。
特公昭５５−４７３１１号公報特開平２−２５１３６２号公報

特許文献１及び特許文献２ともに、溶鋼よりもスラグの方が、放射エネルギーが大きいことを利用して溶鋼とスラグとを区別しているが、これらの従来技術には、次のような問題点がある。即ち、特許文献１及び特許文献２ともに、出鋼流或いは注入流の放射エネルギー全体が増大したときにスラグが流出したと判定しており、このような判定方法では、スラグが出鋼流或いは注入流の一部分にしか混在しない状態が、長時間連続した場合には、放射エネルギーの増加量が少ないためにスラグ流出の検知時期が遅れてしまい、検知した時点ではすでに大量のスラグが流出しまうことが発生する。

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、転炉から取鍋への出鋼時及び取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入時などのように、溶融金属容器から他の溶融金属容器に溶融金属を排出する際に、溶融金属の排出の末期、溶融金属流に混入して流出するスラグの検知を的確に判定し、スラグの流出量をばらつきなく所定量に制御することのできるスラグ流出防止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の発明に係るスラグの流出防止方法は、転炉の出鋼口を流下する出鋼流に混入して前記転炉から流出するスラグの流出防止方法であって、前記出鋼流を赤外線カメラで監視して赤外線カメラで計測される放射エネルギーの差から溶鋼とスラグとを判別し、この判別結果に基づいて出鋼流幅方向におけるスラグの面積率を求め、求めたスラグの面積率を積算し、積算したスラグの面積率が所定の値を超えたときにスラグが流出したと判定して、前記出鋼口からの溶鋼の流出を停止することを特徴とするものである。

第２の発明に係るスラグの流出防止方法は、第１の発明において、前記出鋼口からスラグが流出したと判定した時点で、当該出鋼口をスラグストッパーによって閉鎖することを特徴とするものである。

本発明によれば、溶融金属容器から流下する溶融金属流の幅方向におけるスラグの面積率を求め、求めたスラグ面積率を積算し、積算した値が所定値となった時点をスラグの流出した時点であると判定して、溶融金属流の流出を停止するので、スラグが溶融金属流の一部分にしか混在しない状態が長時間継続しても、スラグ流出の検知時期を的確に把握することができ、スラグの流出量をばらつきなく所定量に制御することが可能となる。その結果、溶鋼清浄性の向上、脱酸剤原単位の削減などが達成されて工業上有益な効果がもたらされる。

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、本発明の実施の形態例を示す図であって、転炉から取鍋に溶鋼を出鋼する際に本発明を実施した例を示す概略断面図、図２は、図１に示すスラグストッパーの概略拡大図である。

図１に示すように、外殻を鉄皮１０とし、鉄皮１０の内側に耐火物１１が施工されて構成される転炉３の側壁には、溶鋼１を取鍋４に排出するための流出孔である出鋼口１２が設置されている。この転炉３の出鋼口１２の近傍には、スラグストッパー９が設置されており、スラグストッパー９は、転炉３とは距離を隔てた位置に設置されるスラグストッパー制御装置８によって制御されている。また、転炉３から取鍋４への出鋼流１Ａに混合して流出するスラグ２を検知するために、赤外線カメラ６及び検知部７からなるスラグ検知装置５が設置されている。赤外線カメラ６は、出鋼流１Ａを監視し、出鋼流１Ａの水平方向、つまり出鋼流１Ａの幅方向の放射エネルギーを計測する装置であり、検知部７は、赤外線カメラ６で計測した放射エネルギーに基づいてスラグ流出の検知並びにスラグ流出の判定を行う装置である。赤外線カメラ６でなくても例えばＣＣＤカメラなどでも放射エネルギーを計測することは可能であるが、検出感度が高いことから本発明では赤外線カメラ６を使用している。検知部７の信号は、スラグストッパー制御装置８に入力されている。

スラグストッパー９は、図２に示すように、転炉３の鉄皮１０に固定されるアーム支持台１８に軸受１９を介して回転自在に支持されたアーム１３と、アーム１３の先端部に取り付けられた鋳鉄製のストッパー１４と、アーム１３のストッパー１４の側とは反対側の先端部にシリンダーロッド１６を介して連結される油圧シリンダー１５と、から構成されている。この油圧シリンダー１５は、鉄皮１０に固定されるシリンダー支持台２０に軸受２１を介して回転自在に支持されている。アーム１３とシリンダーロッド１６との連結部は固定されておらず、連結したまま互いに自在に動くようになっている。また、ストッパー１４の中心部を貫通してガス供給管１７が設けられ、ガス供給管１７を介して供給される窒素ガスが、ストッパー１４を出鋼口１２に嵌合したときに、出鋼口１２の流路内に噴射されるようになっている。また更に、油圧シリンダー１５には２本の油圧配管２２，２３が設置され、油圧配管２２，２３を介して供給・排出される作動油によって油圧シリンダー１５が作動するようになっている。尚、図２では、ガス供給管１７及び油圧配管２２，２３は、その一部分のみを表示し、全体の表示は省略している。

シリンダーロッド１６の突出部が短縮するように油圧シリンダー１５が作動することで、アーム１３はストッパー１４が出鋼口１２に近づくように軸受１９を回転軸として回転し、図２に破線で示すように、シリンダーロッド１６の突出部が最も短縮した時点で、ストッパー１４が出鋼口１２に嵌合するようになっている。ガス供給管１７を介して流れる窒素ガス流量及び油圧配管２２，２３における作動油の流れの方向は、スラグストッパー制御装置８によって制御されている。

このような構成の転炉３及びスラグ検知装置５を用いて、次のようにして本発明を実施する。

転炉３に溶銑を装入し、更に生石灰などの造滓剤を装入して、上吹きランス（図示せず）または底吹き羽口（図示せず）若しくは双方から酸素ガスを溶銑に供給して脱炭精錬を実施する。溶銑は脱炭精錬されて溶鋼１が溶製され、造滓剤は溶融してスラグ２が生成される。溶製した溶鋼１を取鍋４に出鋼するに当たり、出鋼口１２が下面側に位置するように転炉３を傾動させる。転炉３の傾動により、溶鋼１は出鋼口１２を通って取鍋４に流下する。溶鋼１の出鋼が進み、転炉３に滞留する溶鋼１が少なくなると、溶鋼１の上に浮遊するスラグ２が溶鋼１に巻き込まれ、出鋼流１Ａに混入して取鍋４に流出する。

この出鋼流１Ａを赤外線カメラ６で連続して監視し、出鋼流１Ａの幅方向各位置の放射エネルギーを、繰り返して実施される水平走査によって一定時間（走査時間）毎に計測する。計測された各位値の放射エネルギーは検知部７に送られる。

図３に、或る時刻において赤外線カメラ６により計測された放射エネルギーの出鋼流１Ａの幅方向における分布を示す。図３において、「Ｙ」として示す放射エネルギーの極めて低い範囲は出鋼流１Ａの背景であり、「Ｘ」として示す放射エネルギーレベルの高い範囲（以下、「範囲（Ｘ）」と記す）が出鋼流１Ａの幅に相当する。また、範囲（Ｘ）においても放射エネルギーレベルに差があり、Ｅm とＥs の２つの水準に大別されるが、エネルギーレベルがＥm の位置が溶鋼１の範囲となり、エネルギーレベルがＥs の位置がスラグ２の範囲となる。赤外線波長領域におけるスラグ２の放射率は、溶鋼１の放射率の１．２〜１．５倍であり、これによって計測される放射エネルギーレベルに差が発生することになる。換言すれば、赤外線カメラ６を使用することによって、出鋼流１Ａにおける溶鋼１とスラグ２とを明確に区別することが可能となる。図３は、出鋼流１Ａにスラグ２が混入した状態を示しており、スラグ２が混入していない場合には、範囲（Ｘ）の放射エネルギーレベルはＥm となり、出鋼流１Ａが全てスラグ２の場合には、範囲（Ｘ）の放射エネルギーレベルはＥs となる。

検知部７は、赤外線カメラ６から入力される放射エネルギーの計測値に基づいて出鋼流１Ａでのスラグ２の混入を判別し、この判別結果からスラグ２の出鋼流１Ａの幅方向における面積率を求め、求めたスラグ面積率を積算し、積算値が所定の閾値を超えた時点を「スラグ２が流出した時点」と判定して、その判定信号をスラグストッパー制御装置８に出力する。

具体的には、図３に示すように、Ｅm よりも大きく且つＥs よりも小さい所定のエネルギー閾値Ｅc を設定しておき、計測される放射エネルギーレベルがエネルギー閾値Ｅc を越えた範囲（図３ではＺ₁ とＺ₂ の範囲であり、「ΣＺi 」と表示する）をスラグ２の範囲と判別する。そして、スラグ２と判別した範囲（ΣＺi ）と、出鋼流１Ａの全体の範囲（Ｘ）との比率、つまり範囲（ΣＺi ）の範囲（Ｘ）に対する百分率（ΣＺi ×１００／Ｘ）を、スラグ面積率として算出する。そして、求めたスラグ面積率を積算し、積算値が所定の面積閾値Ｓc を超えた時点でスラグ流出を判定し、その判定信号をスラグストッパー制御装置８に出力する。面積閾値Ｓc は一定とする必要はなく、操業条件などに応じて適宜設定変更することができる。

検知部７からスラグ流出の判定信号を受けたスラグストッパー制御装置８は、アーム１３の先端のストッパー１４によって出鋼口１２が閉塞されるように油圧シリンダー１５を作動させると同時に、ガス供給管１７から窒素ガスが流れるように電磁弁（図示せず）を制御する。出鋼流１Ａはストッパー１４によって止められるのみならず、出鋼口１２の内部に噴射される窒素ガスによって、出鋼口１２の内部の溶鋼１及びスラグ２は転炉３の内部に押し戻される。これにより、出鋼口１２の溶鋼１による閉塞は防止される。転炉３は、スラグストッパー９の作動と同時にまたは作動直後に、炉口が上となるように傾動し、その後、出鋼口１２が上になるように更に傾動し、スラグ２は炉口からスラグポット（図示せず）に排出される。

図４及び図５に、計測されるスラグ面積率の推移とスラグストッパー９の作動時期との関係を示す。図４は、出鋼流１Ａにスラグ２の混入が急激に起こった場合を、一方、図５は、スラグ２の混入が徐々に起こった場合を例示しており、図４に示すスラグ面積率の積算値Ｓ₁ と図５に示すスラグ面積率の積算値Ｓ₂ とは同等であり、取鍋４にはほぼ同程度のスラグ２が流出した時点で、出鋼口１２が閉鎖される。

このように、本発明によれば、転炉３からの出鋼流１Ａの幅方向におけるスラグ２の面積率を求め、求めたスラグ面積率を積算し、積算した値が所定値となった時点をスラグ２の流出した時点であると判定して出鋼流１Ａを停止するので、スラグ２が出鋼流１Ａの一部分にしか混在しない状態が長時間継続しても、スラグ流出の検知時期を的確に把握することができ、スラグ２の流出量をばらつきなく所定の範囲に制御することが可能となる。

尚、本発明は上記説明に限るものではなく種々の変更が可能である。例えば、上記説明では、溶銑を脱炭精錬して得た溶鋼１の出鋼時に適用しているが、溶銑を予備脱硫処理して得た脱燐溶銑を溶銑鍋などへ出湯する際にも適用することができる。また、転炉３からの出鋼流１Ａに代えて、取鍋４からタンディッシュへの溶鋼の注入流に対しても同様に適用することができる。更に、スラグストッパー９の構造も上記に限るものではなく、出鋼口１２を閉塞することができる限り、どのような構造であってもよい。また更に、スラグストッパー９を使用することなく、検知部７がスラグ流出を判定した時点で、転炉３を傾動させて出鋼口１２からの流出を停止するようにしてもよい。

図１に示す構成の転炉及びスラグ検知装置を用いて、転炉からの溶鋼の出鋼時に本発明を実施した。用いた転炉は、容量が２５０トンの上底吹き転炉である。

検知部で積算されるスラグ面積率の積算値が５０％・秒となった時点を「スラグ流出時点」と判定して出鋼口をスラグストッパーによって閉塞した（「本発明例」という）。また、比較のために、スラグ面積率の絶対値が５０％となった時点を「スラグ流出時点」と判定して出鋼口をスラグストッパーによって閉塞する操業も実施した（「比較例」という）。そして、両者で取鍋内に流出したスラグ質量を比較した。取鍋内のスラグ質量は、取鍋内のスラグ厚みを測定し、測定したスラグ厚みとスラグの面積とスラグの密度とから算出した。

その結果、本発明例ではスラグの流出量が大幅に少なくなり、比較例に比べて約１／２程度まで減少させることができた。また、本発明例ではスラグ流出量のばらつきが少なく、流出量はほぼ一定量であったが、比較例ではスラグ流出量のばらつきが７００ｋｇを超えており、このばらつきが比較例におけるスラグ流出量を増加させる原因であることが分かった。

転炉から取鍋に溶鋼を出鋼する際に本発明を実施した例を示す概略断面図である。図１に示すスラグストッパーの概略拡大図である。赤外線カメラにより計測された放射エネルギーの出鋼流の幅方向分布を示す概略図である。スラグ面積率の推移とスラグストッパーの作動時期との関係を示す図である。スラグ面積率の推移とスラグストッパーの作動時期との関係を示す図である。

符号の説明

１溶鋼
１Ａ出鋼流
２スラグ
３転炉
４取鍋
５スラグ検知装置
６赤外線カメラ
７検知部
８スラグストッパー制御装置
９スラグストッパー
１０鉄皮
１１耐火物
１２出鋼口
１３アーム
１４ストッパー
１５油圧シリンダー
１６シリンダーロッド
１７ガス供給管
１８アーム支持台
１９軸受
２０シリンダー支持台
２１軸受
２２油圧配管
２３油圧配管

Claims

転炉の出鋼口を流下する出鋼流に混入して前記転炉から流出するスラグの流出防止方法であって、前記出鋼流を赤外線カメラで監視して赤外線カメラで計測される放射エネルギーの差から溶鋼とスラグとを判別し、この判別結果に基づいて出鋼流幅方向におけるスラグの面積率を求め、求めたスラグの面積率を積算し、積算したスラグの面積率が所定の値を超えたときにスラグが流出したと判定して、前記出鋼口からの溶鋼の流出を停止することを特徴とする、スラグの流出防止方法。
前記出鋼口からスラグが流出したと判定した時点で、当該出鋼口をスラグストッパーによって閉鎖することを特徴とする、請求項１に記載のスラグの流出防止方法。