JP5309172B2 - インペラの回転数制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インペラの回転数制御方法に関し、特に、インペラを回転駆動するモータの負荷電流値Ｉが所定の閾値Ｉ_０を下回っている場合に、インペラの回転数を上昇させるので、インペラが不必要に摩耗されることを回避でき、インペラの耐用回数を向上させることができるようにするための新規な改良に関するものである。

一般に、製鉄所及び製鋼所では、脆化原因となる硫黄分（不純物元素）を溶鉄から取り除くために、製銑工程と製鋼工程との間で脱硫処理を行っている。脱硫処理では、溶鉄が収容された取鍋等の容器に例えば生石灰、ソーダ灰、カーバイド、苛性ソーダ、及び消石灰等の脱硫剤を供給した後に、容器内の溶鉄に浸漬されたインペラ（攪拌羽根）により撹拌を行うことで、脱硫反応を促進させている。

このような脱硫処理を行う構成としては、例えば下記の特許文献１等に記載された構成を挙げることができる。すなわち、従来構成では、インペラを回転させるモータの負荷電流値から、モータの１００％運転時の発熱量に対する現在運転時の発熱量の比である過負荷残量を推定する。そして、この推定した過負荷残量が所定の閾値を下回った場合にインペラの回転数を下げるようにすることで、モータ過負荷による運転停止が発生しない最大限の回転数でインペラを回転させている。この制御は、インペラ３の回転数を常に高めに設定することで、脱硫不良の発生を最大限に回避しようとするものである。

また、社内技術のため特に文献としては開示していないが、インペラの使用回数から経験的にインペラの磨耗状況を想定し、この想定された磨耗状況に基づいてインペラの回転数を決定することも行われている。

特開２００３−８２４０９号公報

上記の特許文献１に記載されたような構成では、モータ過負荷による運転停止が発生しない最大限の回転数でインペラを回転させるので、インペラの性能によっては必要以上の回転数でインペラを回転させてしまうことになる。また、経験的に想定された磨耗状況に基づいてインペラの回転数を決定する場合でも、脱硫不良の発生を回避するために回転数を高めに設定する傾向にある。従って、上記のような従来構成では、インペラが不必要に摩耗されてしまうことがあり、インペラの耐用回数が低下している。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、インペラが不必要に摩耗されることを回避でき、インペラの耐用回数を向上させることができるインペラの回転数制御方法を提供することである。

本発明に係るインペラの回転数制御方法は、溶融金属に浸漬されたインペラにより、溶融金属及び溶融金属に添加された脱硫剤の撹拌を行う際の前記インペラの回転数を制御するインペラの回転数制御方法であって、所定の設定回転数Ｘ_０でインペラを回転させているときに、インペラを回転駆動するモータの負荷電流値Ｉを読取り、負荷電流値Ｉが所定の閾値Ｉ_０未満であると判定される場合に、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０以上となるようにインペラの回転数を上昇させ、閾値Ｉ _０ は、脱硫不良が発生しない負荷電流値Ｉの下限値である。

また、インペラの回転数が設定回転数Ｘ_０に達したときから所定の待機時間が経過したと判定された後に、負荷電流値Ｉを読取る。
また、回転数の上昇量は、予め設定された固定値ΔＸである。
また、回転数の上昇量は、負荷電流値Ｉと閾値Ｉ_０との間の差分値に基づいて決定される。
また、設定回転数Ｘ_０は、インペラの回転数が上昇された場合に上昇後の回転数に更新される。

本発明のインペラの回転数制御方法によれば、所定の設定回転数Ｘ_０でインペラを回転させているときに、インペラを回転駆動するモータの負荷電流値Ｉを読取り、負荷電流値Ｉが所定の閾値Ｉ_０未満であると判定される場合に、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０以上となるようにインペラの回転数を上昇させるので、当初からインペラの回転数を高めに設定する必要をなくすことができ、適正な回転数での運用を実現できる。従って、インペラが不必要に摩耗されることを回避でき、インペラの耐用回数を向上させることができる。

本発明の実施の形態１によるインペラの回転数制御方法が実施される機械式脱硫装置を示す構成図である。 図１の制御装置により実施されるインペラの回転数制御動作を示すフローチャートである。 図２の回転数制御動作が実施された場合のインペラの回転数の推移を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるインペラの回転数制御方法が実施される機械式脱硫装置を示す構成図である。図において、取鍋１（容器）には、溶鉄２（溶融金属）が収容されている。周知のように、溶鉄２は、製銑工程により製造されたものであり、脆化原因となる硫黄分（不純物元素）を含んでいる。この硫黄分を除去するために、例えば生石灰、ソーダ灰、カーバイド、苛性ソーダ、及び消石灰等の脱硫剤（図示せず）が溶鉄２に添加されている。

溶鉄２には、耐火物からなるインペラ３（攪拌羽根）が浸漬されている。このインペラ３には回転軸３ａが一体に設けられており、回転軸３ａの端部にはモータ４が接続されている。すなわち、モータ４の動作によりインペラ３が回転駆動される。インペラ３が回転駆動されると、溶鉄２及び脱硫剤が撹拌されて、脱硫反応が促進される。

なお、インペラ３は、複数チャージにわたって使用されるものであり、使用回数が増えるにつれて摩耗が進むものである。また、インペラ３及びモータ４は、図示しない昇降装置により昇降可能に支持されており、溶鉄２の脱硫処理が行われる際にインペラ３が溶鉄２に浸漬される位置まで降下される。

モータ４には、制御装置５が接続されている。制御装置５は、例えばインバータ及び演算装置（コンピュータ）等により構成されたものであり、モータ４の動作を制御することでインペラ３の回転数を制御する。

制御装置５には、電流測定装置６及び記憶装置７が接続されている。電流測定装置６は、モータ４に供給される電流値、すなわちモータ４の負荷電流値Ｉを測定するためのものである。負荷電流値Ｉは、インペラ３を回転させるために消費されているエネルギ（インペラ３により溶鉄２及び脱硫剤を撹拌するエネルギ）に対応しており、溶鉄２内でのインペラ３の回転に係る抵抗とインペラ３の回転数とに比例する。インペラ３の回転に係る抵抗は、インペラ３が摩耗されるほど、すなわちインペラ３の撹拌能力が低下するほど、小さくなる。すなわち、一定の基準となる回転数のときの負荷電流値Ｉを所定の基準値と比較することで、インペラ３の撹拌能力の状態を確認できる。

記憶装置７には、所定の設定回転数Ｘ_０と閾値Ｉ_０とが記憶されている。
制御装置５は、記憶装置７に記憶されている設定回転数Ｘ_０でインペラ３を回転させているときに、電流測定装置６により測定された負荷電流値Ｉを読み取る。なお、このとき読み取られる負荷電流値Ｉは、所定時間内の平均電流値である。
また、制御装置５は、読み取った負荷電流値Ｉが、記憶装置７に記憶されている閾値Ｉ_０未満であるか否かを判定する。
さらに、制御装置５は、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０未満であると判定した場合に、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０以上となるようにインペラ３の回転数を上昇させる。
すなわち、制御装置５は、負荷電流値Ｉと閾値Ｉ_０との比較により、インペラ３の撹拌能力が所定の基準に達していないことを検出した場合に、インペラ３の回転数を上昇させることで撹拌能力の低下を補う。これにより、当初からインペラ３の回転数を高めに設定する必要をなくすことができ、適正な回転数での運用を実現できる。従って、インペラ３が不必要に摩耗されることを回避でき、インペラ３の耐用回数を向上させることができる。

ここで、閾値Ｉ_０は、脱硫不良が発生しない負荷電流値Ｉの下限値に設定される。すなわち、上述のように負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０以上となるようにインペラ３の回転数を上昇させることで、インペラ３の回転数を脱硫不良が発生しない最低限度の回転数とすることができる。これにより、低い回転数での運用をより確実に実施することができる。なお、このような下限値は、取鍋１の内径、溶鉄２の量、インペラ３の浸漬深さ、及びモータ４の容量を含む脱硫条件により左右されるが、モータ４の負荷電流値Ｉを測定しながら脱硫効率を比較することで求めることができる。

制御装置５は、インペラ３の回転数が設定回転数Ｘ_０に達したときから所定の待機時間が経過した後に、負荷電流値Ｉを読取る。これは、設定回転数Ｘ_０での撹拌状態が安定したときの負荷電流値Ｉを利用することで、撹拌能力の判定精度を向上させるためである。

また、制御装置５は、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０未満であると判定した場合に、予め設定された固定値ΔＸだけインペラ３の回転数を上昇させる。これは、インペラ３の摩耗が緩やかな変化であり、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０を下回る量も予め想定できるためである。このように、上昇量を固定値ΔＸとすることで、演算プログラムを簡略化でき、設備コストを低減できる。

さらに、制御装置５は、インペラ３の回転数を上昇させた場合に、記憶装置７に記憶されている設定回転数Ｘ_０を上昇後の回転数に更新する。仮に設定回転数Ｘ_０が固定されていると、インペラ３の摩耗が進んでいる場合に、その時点の摩耗状況に応じた適正回転数から大きく外れた回転数で撹拌能力の判定を行うことがある。この場合、回転数が適正回転数とされるまで十分な撹拌を行うことができず、脱硫不足の原因になってしまう。すなわち、設定回転数Ｘ_０を更新するようにすることで、撹拌能力の判定が終了されるまでも有効な撹拌を行うことができ、脱硫不足が発生することを回避できるようにしている。

なお、インペラ３が交換された場合には、例えばオペレータの操作等に応じて、制御装置５にリセット信号が入力される。制御装置５は、リセット信号によりインペラ３の交換を検出した場合、設定回転数Ｘ_０をリセットする。換言すれば、更新された設定回転数Ｘ_０は、インペラ３が交換されるまで継続して使用される。

次に、図２は、図１の制御装置５により実施されるインペラ３の回転数制御動作を示すフローチャートであり、本実施の形態のインペラの回転数制御方法を示すものである。図において、溶鉄２にインペラ３が浸漬されると、制御装置５によるモータ４の動作制御に応じて、インペラ３の回転数が記憶装置７に記憶されている設定回転数Ｘ_０まで上昇される（ステップＳ１）。このとき、溶鉄２に脱硫剤が添加されるとともに、インペラ３の回転数が設定回転数Ｘ_０に達すると、前記インペラ３の回転数が設定回転数Ｘ_０に達したときから所定の待機時間が経過したか否かが制御装置５により判定されて（ステップＳ２）、待機時間が経過したと判定された後に、電流測定装置６により測定された負荷電流値Ｉが制御装置５によって読み取られる（ステップＳ３）。

その次に、負荷電流値Ｉが記憶装置７に記憶されている閾値Ｉ_０未満であるか否かが制御装置５により判定される（ステップＳ４）。このとき、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０未満であると判定された場合、摩耗によりインペラ３の撹拌能力が低下していることが検出されて、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０以上となるようにインペラ３の回転数が上昇される（ステップＳ５）。なお、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０を下回る量は予め想定できるため、インペラ３の回転数の上昇量は、予め設定された固定値ΔＸとされている。また、閾値Ｉ_０は、脱硫不良が発生しない負荷電流値Ｉの下限値に設定されており、上昇後の回転数は、その時点でのインペラ３の摩耗状況に対応した、脱硫不良が発生しない程度の低い回転数となる。インペラ３の回転数が上昇されると、記憶装置７に記憶されている設定回転数Ｘ_０が制御装置５により上昇後の回転数に更新される（ステップＳ６）。

これに対して、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０以上であると判定された場合には、インペラ３の撹拌能力が所定の基準に達していることが検出されて、設定回転数Ｘ_０での撹拌動作が維持される（ステップＳ７）。すなわち、インペラ３の回転数上昇（ステップＳ５）及び設定回転数Ｘ_０の更新（ステップＳ６）は実施されない。

この回転数制御動作は、インペラ３による撹拌が開始されたときから所定の撹拌時間が経過するまでの間、繰り返し実施される。また、回転数制御動作は、撹拌時間が経過した場合には、その時点で終了される。なお、回転数制御動作が終了された場合でも、記憶装置７に記憶されている設定回転数Ｘ_０は保持される。すなわち、設定回転数Ｘ_０が更新された場合、後続のチャージでは、撹拌開始直後から更新後の設定回転数Ｘ_０までインペラ３の回転数が上昇される。設定回転数Ｘ_０は、インペラ３が交換された場合にリセットされる。

次に、実施例を示す。本出願人は、Ｃｒを１０質量％ないし３０質量％，Ｎｉを０質量％ないし２０質量％，炭素を２質量％ないし４質量％，残部にＳｉやＣｕ，Ｍｏなどを含む鉄および不純物からなる電気炉ステンレス溶銑を溶銑鍋に払い出した後に、転炉装入に先立って表１に示す仕様の機械式脱硫装置の下で脱硫処理を行った。

なお、本実施の形態のインペラ３の回転数制御を実施するに当り、各設定値は以下の通りとした。
設定回転数Ｘ_０の初期値： ７０ｒｐｍ
閾値Ｉ_０： １５０Ａ
固定値ΔＸ： １０ｒｐｍ
待機時間： ３分
電流測定時間： １０秒

また、本出願人は、比較例として、本出願人が従来実施していた脱硫操業（経験的に設定した設定回転数での脱硫操業）も合わせて実施した。そして、本実施の形態の回転数制御を実施した場合と、従来の脱硫操業を実施した場合とにおいて、インペラ３の回転数の推移、脱硫率（（脱硫前の硫黄量[質量％]−脱硫後の硫黄量[質量％]）／脱硫前の硫黄量[質量％]×１００[％]）、及びインペラの耐用回数の調査をそれぞれ行った。

まず、インペラ３の回転数の推移を示す。図３は、図２の回転数制御動作が実施された場合のインペラ３の回転数の推移を示すグラフである。図において、縦軸はインペラ３の回転数を示し、横軸はインペラ３の使用回数（使用チャージ数）を示している。図に示すように、インペラ使用回数２００ＣＨまで、本実施の形態の回転数制御が実施された場合のインペラ３の回転数が、経験的に設定していた従来の設定回転数を下回った。

次に、脱硫率及びインペラの耐用回数の調査結果を下記の表２に示す。

表２に示すように、従来実施の脱硫操業の平均脱硫率に比べて、本実施の形態の回転数制御を実施した場合の平均脱硫率は１２．６％上昇した。これは、インペラ３の設定回転数Ｘ_０を、脱硫不良が発生しない最低限度の回転数に設定することで、インペラ３の良好な形状を高使用回数まで維持できたためと考えられる。なお、表２に示す平均脱硫剤原単位は、１つのインペラを継続使用した期間において、脱硫操業を行った際に使用した脱硫剤の使用量の平均値(ｋｇ−脱硫剤/Ｔｏｎ−溶銑)を示している。脱硫剤の使用量によっても脱硫性能が変化すると考えられるが、本発明を利用して操業した場合と従来の操業とにおいて、平均脱硫剤原単位を等しくしていることから、上述の平均脱硫率の向上は脱硫剤の使用量に起因するものではないことが分る。
また、従来実施の脱硫操業では、インペラ３を１８４ＣＨ使用すると、インペラ３を交換せざるを得なかったが、本実施の形態の回転数制御を実施した場合には、２７１ＣＨまでインペラ３を継続使用できた。この結果から、本実施の形態の回転数制御を実施することで、脱硫率及びインペラ耐用回数を改善でき、より経済的かつ効果的な脱硫操業を実現できることが確認できた。

このようなインペラ３の回転数制御方法では、所定の設定回転数Ｘ_０でインペラ３を回転させているときに、インペラ３を回転駆動するモータ４の負荷電流値Ｉを読取り、負荷電流値Ｉが所定の閾値Ｉ_０未満であると判定される場合に、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０以上となるようにインペラ３の回転数を上昇させるので、当初からインペラ３の回転数を高めに設定する必要をなくすことができ、適正な回転数での運用を実現できる。従って、インペラ３が不必要に摩耗されることを回避でき、インペラ３の耐用回数を向上させることができる。

また、閾値Ｉ_０は、脱硫不良が発生しない負荷電流値Ｉの下限値であるので、インペラ３の回転数を脱硫不良が発生しない最低限度の回転数とすることができ、低い回転数での運用をより確実に実施することができる。

さらに、インペラ３の回転数が設定回転数Ｘ_０に達したときから所定の待機時間が経過したと判定された後に、負荷電流値Ｉが読取られるので、設定回転数Ｘ_０での撹拌状態が安定したときの負荷電流値Ｉを利用することができ、撹拌能力の判定精度を向上させることができる。

さらにまた、回転数の上昇量は、予め設定された固定値ΔＸであるので、演算プログラムを簡略化でき、設備コストを低減できる。

また、設定回転数Ｘ_０は、インペラ３の回転数が上昇された場合に上昇後の回転数に更新されるので、撹拌能力の判定が終了されるまでも有効な撹拌を行うことができ、脱硫不足が発生することを回避できる。

なお、実施の形態１では、負荷電流値Ｉが閾値Ｉ_０未満であると判定された場合に、予め設定された固定値ΔＸだけインペラ３の回転数が上昇されると説明したが、負荷電流値Ｉと閾値Ｉ_０との差分値に基づいて、インペラ３の回転数を上昇させる量を決定してもよい。具体的には、差分値が０となるように、インペラ３の回転数を上昇させる。このように上昇量を差分値に基づいて決定するようにすれば、より細かく回転数制御を行うことができる。

２ 溶鉄（溶融金属）
３ インペラ
４ モータ

Claims (5)

1. 溶融金属（２）に浸漬されたインペラ（３）により、前記溶融金属（２）及び前記溶融金属（２）に添加された脱硫剤の撹拌を行う際の前記インペラ（３）の回転数を制御するインペラの回転数制御方法であって、
   所定の設定回転数Ｘ_０で前記インペラ（３）を回転させているときに、前記インペラ（３）を回転駆動するモータ（４）の負荷電流値Ｉを読取り、
   前記負荷電流値Ｉが所定の閾値Ｉ_０未満であると判定される場合に、前記負荷電流値Ｉが前記閾値Ｉ_０以上となるように前記インペラ（３）の回転数を上昇させ、
   前記閾値Ｉ _０ は、脱硫不良が発生しない負荷電流値Ｉの下限値である
   ことを特徴とするインペラの回転数制御方法。
2. 前記インペラ（３）の回転数が前記設定回転数Ｘ_０に達したときから所定の待機時間が経過したと判定された後に、前記負荷電流値Ｉを読取ることを特徴とする請求項１記載のインペラの回転数制御方法。
3. 前記回転数の上昇量は、予め設定された固定値ΔＸであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインペラの回転数制御方法。
4. 前記回転数の上昇量は、前記負荷電流値Ｉと前記閾値Ｉ_０との間の差分値に基づいて決定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインペラの回転数制御方法。
5. 前記設定回転数Ｘ_０は、前記インペラ（３）の回転数が上昇された場合に上昇後の回転数に更新されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のインペラの回転数制御方法。

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