JP4806964B2 - 真空脱ガス処理終了温度の決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空脱ガス処理工程の次工程である連続鋳造工程における溶鋼温度を適正化するべく、真空脱ガス処理中に脱ガス処理終了時の溶鋼温度を決定する方法に関するものである。

近年、鋼の高付加価値化及び鉄鋼材料の使用用途拡大化に伴う材料特性の向上のために、従来にも増して高純度・高清浄度鋼の要求が増加している。この要求に応えるために、（１）水素や窒素などのガス成分の除去が可能である、（２）攪拌力が高く非金属介在物の除去効率に優れている、（３）歩留まりが安定していて狭い成分範囲に調整可能である、などの理由から、転炉や電気炉で溶製された溶鋼に、出鋼後、ＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備による脱ガス精錬を施す比率が拡大している。

脱ガス精錬の施された溶鋼は連続鋳造工程に搬送され、連続鋳造されて鋳片が製造される。この連続鋳造機では、取鍋内の溶鋼を一旦タンディッシュに受け、タンディッシュから鋳型に注入している。通常、鋳型は複数設置されている。タンディッシュから鋳型に注入する際には、耐火物製のタンディッシュノズルを使用している。連続鋳造機での鋳造の際に、溶鋼の温度が低過ぎると、タンディッシュノズルの内部で溶鋼が凝固し、ノズルが閉塞して鋳造が不可能になり、また、逆に溶鋼の温度が高過ぎると、タンディッシュ耐火物の溶損が激しくなって溶鋼の清浄性が劣化する、或いは鋳型内の冷却が遅れて凝固シェル厚みが十分に発達せず、鋳造速度を上げることができないなどの問題が発生する。

そこで、真空脱ガス処理工程では、連続鋳造工程におけるタンディッシュ内の溶鋼温度が所定の過熱度になるように、脱ガス処理終了時の溶鋼温度を調整している。ここで、過熱度とは、溶鋼温度から液相線温度を差し引いた値であり、スーパーヒートとも呼ばれていて、過熱度が０℃のときに凝固が開始する。

この脱ガス精錬終了時の溶鋼温度の決定方法は、従来、オペレーターが、脱ガス処理終了時から連続鋳造での鋳造開始時までの待ち時間（「リードタイム」という）、溶鋼を収容する取鍋の使用回数及び使用サイクル、連々鋳の鋳造順位などに基づき、タンディッシュ内の過熱度が目標値になるように決定していた。しかし、この方法では、オペレーターの個人差が発生するために充分な精度が得られない、或いは、優秀な熟練オペレーターを常に養成して確保し続ける必要があるなどの問題があり、これを避けるために、脱ガス処理終了時の溶鋼温度を定量的に決定する方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、転炉からの出鋼後取鍋内に収容された溶鋼温度を初期値として非定常熱伝達計算式に基づき、取鍋内の溶鋼温度の推移を求め、求めた取鍋内の溶鋼温度の推移から非定常熱伝達計算式に基づいてタンディッシュ内溶鋼温度の推移を求め、求めたタンディッシュ内溶鋼温度の推移のうちで最も温度が低くなるときの過熱度が所定の値以上になるように、脱ガス処理工程の終了温度を決定する方法が開示されている。

また、特許文献２には、転炉で吹錬された溶鋼を、２次精錬工程で２次精錬処理し、鋳造工程で鋳造するプロセスの鋳造開始前の目標溶鋼温度である目標鋳込温度に基づいて転炉吹止時の溶鋼温度である吹止溶鋼温度を推定するに当たり、ニューラルネットワークモデルを使用して各々の工程における溶鋼温度を推定する方法が開示されている。
特開平９−２５３８１２号公報 特開平１１−２０２９０３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の方法では、各工程の条件に変化が生じた場合には、再度モデルを設定し直さなければならないという問題点がある。また、特許文献２の方法では、温度を推定するための計算が複雑で、計算時間が長くなるという問題点がある。

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、ＲＨ真空脱ガス装置などの脱ガス設備を用いた溶鋼の精錬において、次工程の連続鋳造工程におけるタンディッシュ内の溶鋼温度を所定の値に確保するために脱ガス処理終了時の溶鋼温度を決定するに当たり、従来に比べて比較的簡単な方法で且つ処理工程に条件の変化が生じても迅速に対応することができ、しかも、精度良く溶鋼温度を決定することのできる真空脱ガス処理終了温度の決定方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明に係る真空脱ガス処理終了温度の決定方法は、次工程の連続鋳造工程で連続鋳造する溶鋼のタンディッシュ内における過熱度を所定の値とするべく、前工程である脱ガス処理工程の脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定するに当たり、過去の実績操業データベースに保存されている、各チャージの鋼種、溶鋼の液相線温度、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度、脱ガス精錬終了から連続鋳造での鋳造開始までの時間、使用するタンディッシュの使用回数、使用する取鍋の使用回数、取鍋のサイクルタイム、取鍋開口部を覆う蓋の有無からなる８つの要因項目のなかから抽出した２種または２種以上の各チャージ（チャージ数Ｎ）の要因項目を下記の（１）式を用いて正規化し、正規化した各チャージの要因項目と脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定すべきチャージの正規化した要因項目データ値とを、下記の（２）式に代入して各チャージの評価関数を求め、求めた評価関数の値が小さい上位のチャージを、前記溶鋼温度を決定すべきチャージと類似のチャージとして選定し、選定した複数の類似チャージに基づいてタンディッシュ内における溶鋼温度の回帰式を作成し、作成した回帰式に基づいて、前記溶鋼温度を決定すべきチャージの脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定することを特徴とするものである。

但し、（１）式において、ｘ _si は正規化した要因項目のデータ値、ｘ _i は要因項目のデータ値、ｘ _max.i は抽出したＮチャージ中で最大の要因項目データ値、ｘ _min.i は抽出したＮチャージ中で最小の要因項目データ値であり、また、（２）式において、Ｊは評価関数、ｘ ⁰ _si は温度決定するチャージの正規化要因項目データ値、ｘ ^j _si はチャージＪの正規化要因項目データ値、Ｎは実績操業データベースから抽出したチャージ数、ｎは要因項目の数である。

本発明によれば、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定すべき各チャージについて、それぞれのチャージ毎に最適な回帰式を作成し、作成した回帰式に基づいて脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定するので、タンディッシュ内における溶鋼過熱度のばらつきを小さくすることができる。その結果、タンディッシュ内溶鋼温度の低温に起因するタンディッシュノズルの閉塞や、タンディッシュ内溶鋼温度の過度の高温に起因する鋳造速度の減速などを抑制することができ、高品質の鋳片を高能率で製造することが可能となる。また、本発明では、それぞれのチャージ毎に回帰式を作成するので、各工程で条件の変化が生じても直ちに対応することができ、また、回帰式を用いているので計算負荷も極めて小さい。

以下、本発明を具体的に説明する。

転炉や電気炉で溶製された溶鋼を取鍋に出鋼し、この溶鋼を収容した取鍋をＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備に搬送し、真空脱ガス設備で取鍋内の溶鋼に脱ガス精錬を施す。脱ガス精錬としては、高真空下における脱炭精錬、脱硫剤を供給して行う脱硫精錬、水素や窒素などの溶鋼中ガス成分除去のための精錬、成分調整のための精錬、攪拌力を利用した非金属介在物の除去精錬など、或いはこれらの幾つかの精錬を併せて実施する。

この脱ガス精錬の処理中に、次工程の連続鋳造工程のタンディッシュ内における溶鋼の過熱度を所定の値とするべく、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を以下の手順によって決定し、決定した溶鋼温度に仕上げ、脱ガス精錬を終了する。脱ガス精錬終了後の溶鋼は、次工程の連続鋳造工程に搬送される。

脱ガス精錬終了時の溶鋼温度の決定に当たり、本発明では、タンディッシュ内の溶鋼温度を直接計算することのできる近似モデルを作成し、作成した近似モデルから脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を計算する。そして本発明では、この近似モデルを作成するに当たり、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度の計算対象となるチャージと類似した過去のチャージを集め、その集まった実績データから適切なモデルを構築する。

このモデルの構築方法は数多く考えられるが、本発明は、そのうちの１つの方法を提供するものであり、そして、その手法は、溶鋼温度決定の対象となるチャージの操業条件の近傍を定め、その近傍で成立するモデルをその都度構築するという手法を用いる。図１に、本発明による脱ガス精錬終了時の溶鋼温度決定方法のフローチャート図を示す。

先ず、実績操業データベースの中から、Ｎチャージ分の要因項目のデータｘ_iを抽出する（Ｓ１）。ここで、要因項目とは、鋼種及び液相線温度などの溶鋼条件、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度、脱ガス精錬終了から連続鋳造での鋳造開始までの時間（リードタイム）及びタンディッシュの使用回数などの処理条件、使用する取鍋の使用回数、取鍋のサイクルタイム（空き時間）及び取鍋開口部を覆う蓋の有無などの取鍋条件のなかから適宜選択した操業条件であり、タンディッシュ内の溶鋼温度を決める因子となる条件であることから、本発明の精度を高めるためには、少なくとも２つ以上、望ましくは３つ以上の要因項目を抽出することが好ましい。

次いで、抽出した要因項目のデータｘ_iを、下記の（１）式を用いて正規化する（Ｓ２）。但し、（１）式において、ｘ_siは正規化した要因項目のデータ値、ｘ_iは要因項目のデータ値、ｘ_max.iは抽出したＮチャージ中で最大の要因項目データ値、ｘ_min.iは抽出したＮチャージ中で最小の要因項目データ値であり、ｘ_siは０〜１００の範囲となる。

このように要因項目のデータｘ_iを正規化した上で、下記の（２）式を用いて評価関数を算出する（Ｓ３）。但し、（２）式において、Ｊは評価関数、ｘ⁰ _siは温度決定するチャージの正規化要因項目データ値、ｘ^j _siはチャージＪの正規化要因項目データ値、Ｎは実績操業データベースから抽出したチャージ数、ｎは要因項目の数である。

求めた評価関数Ｊから、評価関数Ｊの値が小さい上位のＭチャージ（これらを類似チャージと呼ぶ）の要因項目のデータｘ_iを抽出する。但し、この場合にＪ＝０のチャージデータは除外する（Ｓ４）。

抽出した要因項目データｘ_iを用いて、下記の（３）式に示す、タンディッシュ内の溶鋼温度を定める回帰式を求める（Ｓ５）。但し、（３）式において、ｙはタンディッシュ内の溶鋼温度、ａ₀は定数、ａ_iは回帰係数である。

求めた（３）式の左辺（＝ｙ）に、タンディッシュ内の目標温度を代入して脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を算出し、算出して求めた温度を脱ガス精錬終了時の溶鋼温度として、脱ガス精錬を実施する。尚、実績操業データベースは、脱ガス精錬を制御する計算機などに保存されており、上記の計算は全てこの計算機によって行なわれる。

脱ガス設備における溶鋼の温度調整方法は、溶鋼温度を降下させる場合には、溶鋼に粒度調整した鉄スクラップを投入して溶解させ、鉄スクラップの顕熱及び潜熱を利用して溶鋼温度を降下させる方法、また、溶鋼温度を上昇させる場合には、溶鋼に金属Ａｌを添加するとともに溶鋼に酸素ガスを供給し、酸素ガスによるＡｌの燃焼熱を利用して溶鋼温度を上昇させる方法によって行うことができる。当然のことながら、ＶＡＤ炉などのように、電気エネルギーを利用した溶鋼加熱装置を有する脱ガス設備の場合には、電気エネルギーを利用して溶鋼を加熱することができる。

このように、本発明では、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定すべき各チャージについて、それぞれのチャージ毎に最適な回帰式を作成し、作成した回帰式に基づいて脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定するので、タンディッシュ内における溶鋼過熱度のばらつきを小さくすることができ、その結果、タンディッシュ内溶鋼温度の低温に起因するタンディッシュノズルの閉塞や、タンディッシュ内溶鋼温度の過度の高温に起因する鋳造速度の減速などを抑制することが達成される。

脱ガス設備としてＲＨ真空脱ガス装置を使用し、図１に示すフローチャートに沿って本発明を実施した。

本実施例では、要因項目として、溶鋼の液相線温度、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度、脱ガス処理終了から連続鋳造での鋳造開始までの時間、の３つの操業条件を抽出し、実績操業データベースから９０３チャージを抽出し（Ｎ＝９０３チャージ）、このうちから評価関数Ｊの値が小さい順に類似チャージとして６０チャージを選定し（Ｍ＝６０チャージ）、選定した６０チャージに基づいて前述した（３）式を求めた。そして、求めた（３）式から脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定し、この温度を目標値としてＲＨ真空脱ガス装置精錬を実施した。ＲＨ真空脱ガス装置における処理終了時の溶鋼温度は、目標温度に対して±５℃の範囲に調整した。

この溶鋼をスラブ連続鋳造機で連続鋳造し、鋳造時間の中間時期つまり定常鋳造中にタンディッシュ内の溶鋼温度を測定し、溶鋼過熱度のばらつきを調査した。

図２に、タンディッシュ内における溶鋼過熱度の分布図を示す。図２では、オペレーターが、作業標準などに基づき経験に沿って脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定した場合を従来例として、比較して示している。

従来例では、タンディッシュ内の溶鋼過熱度の標準偏差は５．９℃であったが、本発明例では、３．０℃に低減した。また、鋳造速度を基準値よりも減速する必要のある、溶鋼過熱度が３０℃以上となるケースが、従来例では１２２チャージであったものが、本発明を適用することで２２チャージに低減した。これにより、連続鋳造機の生産性を向上させることができた。

本発明による脱ガス精錬終了時の溶鋼温度決定方法のフローチャート図である。 タンディッシュ内における溶鋼過熱度の分布図である。

Claims (1)

1. 次工程の連続鋳造工程で連続鋳造する溶鋼のタンディッシュ内における過熱度を所定の値とするべく、前工程である脱ガス処理工程の脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定するに当たり、過去の実績操業データベースに保存されている、各チャージの鋼種、溶鋼の液相線温度、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度、脱ガス精錬終了から連続鋳造での鋳造開始までの時間、使用するタンディッシュの使用回数、使用する取鍋の使用回数、取鍋のサイクルタイム、取鍋開口部を覆う蓋の有無からなる８つの要因項目のなかから抽出した２種または２種以上の各チャージ（チャージ数Ｎ）の要因項目を下記の（１）式を用いて正規化し、正規化した各チャージの要因項目と脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定すべきチャージの正規化した要因項目データ値とを、下記の（２）式に代入して各チャージの評価関数を求め、求めた評価関数の値が小さい上位のチャージを、前記溶鋼温度を決定すべきチャージと類似のチャージとして選定し、選定した複数の類似チャージに基づいてタンディッシュ内における溶鋼温度の回帰式を作成し、作成した回帰式に基づいて、前記溶鋼温度を決定すべきチャージの脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を決定することを特徴とする、真空脱ガス処理終了温度の決定方法。
   

   

   但し、（１）式において、ｘ _si は正規化した要因項目のデータ値、ｘ _i は要因項目のデータ値、ｘ _max.i は抽出したＮチャージ中で最大の要因項目データ値、ｘ _min.i は抽出したＮチャージ中で最小の要因項目データ値であり、また、（２）式において、Ｊは評価関数、ｘ ⁰ _si は温度決定するチャージの正規化要因項目データ値、ｘ ^j _si はチャージＪの正規化要因項目データ値、Ｎは実績操業データベースから抽出したチャージ数、ｎは要因項目の数である。

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