JP5353320B2 - 溶鋼の真空脱ガス方法、真空脱ガス装置および製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、脱炭処理中の溶鋼中炭素濃度の推移をフィッティングで定める脱炭速度定数を用いて推定する発明が開示されている。この発明は、脱炭処理前あるいは脱炭処理中に取鍋から溶鋼サンプルを採取し、その炭素濃度分析値に対してサンプル採取時刻から現在までの炭素濃度の推移を、脱炭速度定数を用いた演算によって推定するものである。
これらの本発明に係る溶鋼の真空脱ガス方法では、浸漬管の本数が1本、または2本であることが好ましい。
別の観点からは、本発明は、溶鋼の真空脱ガス処理である脱炭処理または脱水素処理を行う装置であって、真空容器と、この真空容器に接続された排気系統と、この排気系統に設けられた脱ガス成分である、脱炭処理の場合にはCOガスおよびCO 2 ガス、脱水素処理の場合にはH 2 ガスの分析可能な排ガス分析計と、排ガス分析計により測定されたデータから脱ガス成分の排出速度と時間との関係を定める演算を行う演算器とを備えることを特徴とする溶鋼の真空脱ガス装置である。
これらの本発明に係る溶鋼の真空脱ガス装置は、さらに、溶鋼の内部に攪拌用あるいは環流用の不活性ガスを吹き込む装置を備えることが好ましい。
これらの本発明に係る溶鋼の真空脱ガス装置では、真空容器、または真空槽の上方の天蓋あるいは側面に、不活性ガスを上吹きするためのランスを備えることが好ましい。
図2に示すように、本発明に係る真空脱ガス装置2は、必要により、N2等の不活性ガスの上吹きを可能とする昇降ランス10を備えてもよい。また、図1、2に示すように、本発明に係る真空脱ガス装置1、2の浸漬管3に、環流ガス吹込みノズル11が設けられていてもよい。また、図示しないが、取鍋5に攪拌ガス吹き込み用のノズルあるいはプラグを設けてもよい。もちろん、真空脱ガス装置として酸素ガスの上吹きランスを備えてもよい。
上述したRH真空脱ガス装置1、2においては、環流用ガス流量、真空槽4内圧力、排ガス中CO、CO2濃度等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のみにとどめる必要はなく、CO、CO2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。
本発明の原理を説明する。本発明は、真空処理あるいは減圧処理において溶鋼6中の脱ガス成分濃度の単位時間当たりの変化量(時間微分値)は、物質収支(質量保存則)から、排ガス成分の排出速度と比例関係にあることを利用する。これは、排ガス成分の排出速度の時間積分値が脱ガス成分濃度と関係付けられることと、数学的に等価である。したがって、排ガス成分の排出速度を時間に関する関数としてとらえ、それを積分する操作を行うことによって、溶鋼6中の脱ガス成分濃度を時間に関する関数として推定することが可能となる。
以上のように、本発明によれば、複数の時刻における脱ガス成分の排出速度から該排出速度と時間との関係を定め、その関係から溶鋼中の炭素濃度と時間との関係を求めて溶鋼中脱ガス成分濃度を予測すること、あるいは、溶鋼中脱ガス成分濃度が目標濃度に到達する時刻を予測することが、可能になる。
脱ガス処理中の時刻tiにおける排ガス分析により排ガス中CO分率(CO,i)、CO2分率(CO2,i)を測定する。
脱ガス処理中の時刻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、公知の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。そして、このようにして求めた排ガス流量は、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。
工程A1により求めた排ガス中CO分率(CO,i)とCO2分率(CO2,i)との和と、工程A2により求めた排ガス流量Qex,iとの積である、排ガス中の脱ガス成分の排出速度(Qco,i)を求める。
Qco,i={(CO,i)+(CO2,i)}・Qex,i ・・・・・・(1)
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は溶鋼量W(kg),比例定数Aを用いて(2)式としても表せる。
Qco,i=−W・A・(22.4/12)・dCdt,i ・・・・・・・(2)
時刻tiにおける溶鋼中炭素濃度C,iを(3)式のように時間の関数f(ti)で表せれば、(2)式よりQco,iは関数f(ti)の時間微分形であるf’(ti)を用いて(4)式で表せる。
C,i=f(ti) ・・・・・・・(3)
Qco,i=−W・A・(22.4/12)・f’(ti) ・・・・・・(4)
関数f’(ti)を適宜設定し、関数に用いる係数あるいは定数を複数の時刻におけるQco,iとtiのデータを用いて最小二乗法等の手法で定めることができる。複数の排ガス情報データより定めた関数f’(ti)をもとに関数f(ti)を積分計算等により求めれば、任意の時刻の炭素濃度を計算することができる。具体的な関数形の例を以下に例示する。
関数f(ti)を(5)式と設定すれば、f’(ti)は(6)式となり、これを(4)式に代入して複数の時刻tiにおけるQco,iのデータを用いて最小二乗法等を適用すると、(6)式中の係数を定めることができる。これより(5)式の係数を求めることが可能となり、これを(5)式に代入することにより、任意の時刻の炭素濃度が計算できる。
f(ti)=Co・exp(−a・ti) ・・・・・・・(5)
f’(ti)=(−a)・Co・exp(−a・ti) ・・・・・・・(6)
関数f(ti)を(7)式と設定すれば、f’(ti)は(8)式となり、これを(4)式に代入して複数の時刻tiにおけるQco,iのデータを用いて最小二乗法等を適用すると、(8)式中の係数を定めることができる。これより(7)式の係数を求めることが可能となり、これを(7)式に代入することにより、任意の時刻の炭素濃度が計算できる。
f(ti)=Co・ti−b ・・・・・・・(7)
f’(ti)=(−b)・Co・ti−b−1 ・・・・・・・(8)
関数f(ti)を(9)式と設定すれば、f’(ti)は(10)式となり、これを(4)式に代入して複数の時刻tiにおけるQco,iのデータを用いて最小二乗法等を適用すると、(10)式中の係数を定めることができる。これより(9)式の係数を求めることが可能となり、これを(9)式に代入することにより、任意の時刻の炭素濃度が計算できる。
f(ti)=Co/{2・exp(a・t)−1} ・・・・・・・(9)
f’(ti)=(2・a)・Co/{2・exp(a・t)−1}2 ・・・(10)
関数f(ti)を(11)式と設定すれば、f’(ti)は(12)式となり、これを(4)式に代入して複数の時刻tiにおけるQco,iのデータを用いて最小二乗法等を適用すると、(12)式中の係数を定めることができる。これより(11)式の係数を求めることが可能となり、これを(11)式に代入することにより、任意の時刻の炭素濃度が計算できる。
f(ti)=Co/(1+c・ti) ・・・・・・・(11)
f’(ti)=(−c)・Co/(1+c・ti)2 ・・・・・・・(12)
関数f(ti)を(13)式と設定すれば、f’(ti)は(14)式となり、これを(4)式に代入して複数の時刻tiにおけるQco,iのデータを用いて最小二乗法等を適用すると、(14)式中の係数を定めることができる。これより(13)式の係数を求めることが可能となり、これを(13)式に代入することにより、任意の時刻の炭素濃度が計算できる。
f(ti)=Co・exp(−a・tib) ・・・・・・・(13)
f’(ti)=(−a・b)・Co・tib−1・exp(−a・tib)・・(14)
関数f(ti)を(15)式と設定すれば、f’(ti)は(16)式となり、これを(4)式に代入して複数の時刻tiにおけるQco,iのデータを用いて最小二乗法等を適用すると、(16)式中の係数を定めることができる。これより(15)式の係数を求めることが可能となり、これを(15)式に代入することにより、任意の時刻の炭素濃度が計算できる。
f(ti)=Co・(1+a・ti)−b ・・・・・・・(15)
f’(ti)=(−a・b)・Co・(1+a・ti)−b−1 ・・・・・・(16)
高炉から出銑された溶銑をトピードカーに移して転炉工場に輸送し、脱珪、脱硫さらには脱りん等の溶銑予備処理を一つ以上行った後、得られた溶銑を250トン転炉に装入して脱炭吹錬を行った。脱炭吹錬により得られた溶鋼を転炉出鋼孔から取鍋へ出鋼し、溶鋼を収容した取鍋を二次精錬設備(ここではRH脱ガス装置)へ移送し、脱ガス処理を行った。
従来法(方法a:公知文献2により開示された方法)、本発明法1(方法b:天蓋のランスからの混合ガスなしの場合)および本発明法2(方法c:天蓋のランスから混合ガス添加の場合)について比較調査を実施した。なお、混合ガスとしては4000NL/minのガスを導入した。なお、天蓋の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2.8min短縮でき、発明法2では5.9min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0.77であり、発明法2ではコスト指数は0.62と低減することができた。
2 本発明を実施する別のRH真空脱ガス装置
3 浸漬管
4 真空槽
5 取鍋
6 溶鋼
7 排気系統
8 排ガス分析計
9 演算器
9−1 第1の演算器
9−2 第2の演算器
10 昇降ランス
11 吹込みノズル
12 排ガス
13 天蓋
Claims (17)
- 真空容器に収容された取鍋内の溶鋼の真空脱ガス処理である脱炭処理または脱水素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ける、排ガス中の排ガス成分である、前記脱炭処理の場合にはCOガスおよびCO 2 ガス、前記脱水素処理の場合にはH 2 ガスの複数の時刻における排出速度を算出し、算出した複数の排出速度と該当時刻との関係を求め、この関係から溶鋼中の目的成分である、前記脱炭処理の場合には溶解炭素、前記脱水素処理の場合には溶解水素の濃度を推定する工程を含むことを特徴とする溶鋼の真空脱ガス方法。
- 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真空脱ガス処理である脱炭処理または脱水素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ける、排ガス中の排ガス成分である、前記脱炭処理の場合にはCOガスおよびCO 2 ガス、前記脱水素処理の場合にはH 2 ガスの複数の時刻における排出速度を算出し、算出した複数の排出速度と該当時刻との関係を求め、この関係から溶鋼中の目的成分である、前記脱炭処理の場合には溶解炭素、前記脱水素処理の場合には溶解水素の濃度を推定する工程を含むことを特徴とする溶鋼の真空脱ガス方法。
- 前記算出した複数の排出速度と該当時刻の関係を関数で定め、該関数から求められる溶鋼中の前記目的成分の濃度と時間との関係を用いて溶鋼中の前記目的成分の濃度を推定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載された溶鋼の真空脱ガス方法。
- 前記溶鋼の内部に攪拌用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から請求項3までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス方法。
- 前記浸漬管の本数が1本であることを特徴とする請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス方法。
- 前記浸漬管の本数が2本であることを特徴とする請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス方法。
- 前記排ガス中の前記排ガス成分の複数の時刻における排出速度と該当時刻との関係を求める際に、前記真空脱ガス処理中における溶鋼中の前記目的成分の濃度の分析値を用いることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス方法。
- 前記排ガス中の前記排ガス成分の複数の時刻における排出速度と該当時刻との関係から溶鋼中の前記目的成分の濃度を推定する際に、前記真空脱ガス処理中における溶鋼中の前記目的成分の濃度の分析値を用いることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス方法。
- 前記真空容器、または前記真空槽の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から請求項8までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス方法。
- 溶鋼の真空脱ガス処理である脱炭処理または脱水素処理を行う装置であって、真空容器と、該真空容器に接続された排気系統と、該排気系統に設けられた脱ガス成分である、前記脱炭処理の場合にはCOガスおよびCO 2 ガス、前記脱水素処理の場合にはH 2 ガスの分析可能な排ガス分析計と、該排ガス分析計により測定されたデータから前記脱ガス成分の排出速度と時間との関係を定める演算を行う演算器とを備えることを特徴とする溶鋼の真空脱ガス装置。
- 溶鋼の真空脱ガス処理である脱炭処理または脱水素処理を行う装置であって、下部に浸漬管を有する真空槽と、該真空槽に接続された排気系統と、該排気系統に設けられた脱ガス成分である、前記脱炭処理の場合にはCOガスおよびCO 2 ガス、前記脱水素処理の場合にはH 2 ガスの分析可能な排ガス分析計と、該排ガス分析計により測定されたデータから前記脱ガス成分の排出速度と時間との関係を定めるための演算を行う演算器とを備えることを特徴とする溶鋼の真空脱ガス装置。
- 前記演算器は、さらに前記演算の結果に基づいて溶鋼中の目的成分である、前記脱炭処理の場合には溶解炭素、前記脱水素処理の場合には溶解水素の濃度を演算することを特徴とする請求項10または請求項11に記載された溶鋼の真空脱ガス装置。
- 前記溶鋼の内部に攪拌用あるいは環流用の不活性ガスを吹き込む装置を備えることを特徴とする請求項10から請求項12までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス装置。
- 前記浸漬管の本数が1本であることを特徴とする請求項11から請求項13までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス装置。
- 前記浸漬管の本数が2本であることを特徴とする請求項11から請求項13までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス装置。
- 前記真空容器、または前記真空槽の上方の天蓋あるいは側面に、不活性ガスを上吹きするためのランスを備えることを特徴とする請求項10から請求項15までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス装置。
- 請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載された溶鋼の真空脱ガス方法を用いて溶鋼の真空脱ガス処理を行うことによって、炭素濃度が28ppm以下の溶鋼を製造することを特徴とする溶鋼の製造方法。
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