JP5418430B2

JP5418430B2 - 転炉の傾動トルクの測定方法および転炉装置

Info

Publication number: JP5418430B2
Application number: JP2010163247A
Authority: JP
Inventors: 公基福村; 誠栄國分; 春幸市原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-07-20
Filing date: 2010-07-20
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-07-20
Also published as: JP2012025980A

Description

本発明は、転炉の傾動トルクの測定方法および転炉装置に関するものである。

転炉の炉体の回転駆動に必要な電動機や減速機等がトラニオン軸に載置されたフルシャフトマウント型傾動装置において、炉体の傾動時等に炉体に生じるトルクは、トラニオン軸を介して傾動装置本体に伝達され、さらに傾動装置本体からクランクアームを介して、固定側に連結されたトーションバーに伝達される。このような傾動装置を備えた転炉装置は、例えば特許文献１、２等に開示されている。

また、底吹き式の転炉では、吹錬中に溶湯が揺動して振動が発生し、炉体にトルクが発生する。さらに、炉体の内部に地金が多く付着すると、炉体の傾動時に発生するトルクが増大する。このトルクが定格トルクを超えると、炉体の傾動に支障をきたすため、転炉の操業中に、炉体に発生しているトルクを正確に測定して、予め設定した定格トルクを超えないように管理することが必要である。

特許文献３では、トラニオン軸にトルク検出器を設け、予め求められた傾動角におけるトルクと重心位置の関係に基づいて、現重心位置を表示させる装置が開示されている。

米国特許第３，４００，６０３号特開平２−２２４１１号公報特開昭５８−９９１２号公報

特許文献３では、予めトルクと重心位置との関係を求めているが、転炉の使用に伴って炉体に地金が付着すると重心位置がずれる。ところが、このように重心の原点がずれてもトルクをゼロの状態にできないので、原点調整ができず、計測される角度とトルクとの関係は、相対的なものになり、実際に炉体に発生しているトルクを正確に把握していない場合がある。

また、転炉の操業中には、トラニオン軸は７０〜１００℃程度と高温になるため、特許文献３のようにトラニオン軸にトルク検出器を設けると、トラニオン軸に貼った歪ゲージが熱の影響を受けて、測定精度が低下するとともに、歪ゲージの耐久性にも問題が生じ好ましくない。さらに、小さいスペースにトルク検出器を設置しなければならないうえ、有線式のトルク検出器の場合、炉体の回転に制約が生じるという問題がある。

本発明の目的は、実際に炉体に生じている傾動トルクを容易且つ正確に測定でき、且つ、トルク測定器が炉体の熱の影響を受けず、有線式でも炉体の回転に制約を生じることがない転炉の傾動トルクの測定方法および転炉装置を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、転炉の炉体をフルシャフトマウント型傾動装置により傾動させる転炉装置において、前記炉体のトルクを測定する転炉の傾動トルクの測定方法であって、前記炉体に溶銑を装入する前に、前記炉体を１回転させながら前記炉体に生じるトルクを測定し、測定によって得られた回転角θとトルクＴとの関係を、Ｔ＝ｓｉｎ（θ＋Ｂ）＋Ａの曲線にフィッティングし、Ａの値を前記炉体に生じるトルクの初期偏差の値とすることを特徴とする転炉の傾動トルクの測定方法を提供する。

さらに、転炉操業中に測定したトルクの値に、前記トルクの初期偏差Ａを加えた値を、前記炉体に生じるトルクとする。

また、本発明は、前記炉体のトルクの回転反力を支持するトーションバーに、前記トルクを検出するトルク測定機構を設けたことを特徴とする転炉装置を提供する。また、前記トーションバーの長さ２ｂと、傾動装置本体と前記トーションバーとを連結するクランクアームの長さｈとの比２ｂ／ｈが、２０以下であることが好ましい。

本発明によれば、炉体の熱の影響を受けず、且つ、炉体に回転制約を与えずにトルクを計測できる。また、簡便に正確な傾動トルクの測定を行うことができる。

本発明にかかる転炉の傾動装置を示す正面図である。本発明の転炉装置の側面図である。炉体の傾動角度と傾動トルクとの関係を示すグラフであり、測定値による曲線と補正後の曲線を示す。転炉の操業時の傾動トルクの例を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。

図１、図２は、本発明にかかるフルシャフトマウント型の傾動装置２を採用した転炉装置１を示す。フルシャフトマウント型の傾動装置２は、転炉の炉体の回転駆動に必要な電動機や減速機が全てトラニオン軸にマウントされた傾動装置であり、例えば４つのモータ３を動力源として、それぞれ減速器およびギヤを介してトラニオン軸４を回転させることにより、炉体１０が傾動する。傾動装置本体５は、クランクアーム６を介してトーションバー７に連結されている。トーションバー７の両端は、基礎８に固定された軸受け９に回転自在に支持される。これにより、トーションバー７は、トラニオン軸４、傾動装置本体５、クランクアーム６を介して伝達された炉体１０の傾動による回転反力を支持する。

図１に示すように、傾動トルクの反力を受けるトーションバー７に、トルク計測器１１が取り付けられる。トルク計測器１１は、トーションバー７に貼りつけられた歪ゲージ１２と、歪ゲージ１２に接続された演算部１２を有し、トーションバー７の例えば中央に貼りつけられた歪ゲージ１２の変形が増幅器等を介して電気信号として演算部１３に伝達される。そして、トーションバー７のねじれにより生じた変形量から、トーションバー７に作用するトルクが算出され、さらにトーションバー７で発生したトルクの値に係数を乗じて、トラニオン軸４のトルクに換算される。なお、歪ゲージ１２を取り付ける位置は、トーションバー７の中央でなく任意の位置で構わない。

このように、本発明では、傾動装置２のトーションバー７にトルク測定器１１を設置することにより、歪ゲージ１２が炉体１０からの熱の影響を受けることがない。したがって、測定精度が低下することがなく、歪ゲージ１２の耐久性も向上する。また、歪ゲージ１２と演算部１３とを有線で接続しても、炉体１０の回転を制約することがないので、ノイズ等の影響を受けにくい有線による測定が可能である。したがって、本発明によれば、転炉の操業中に、トルクの測定を連続して行うことができる。

トーションバー７の長さ２ｂとクランクアーム６の長さｈとの比２ｂ／ｈは２０以下とする。なお、クランクアーム６の長さとは、図２に示すように、傾動装置本体５側の連結部の中心と、トーションバー７の中心との距離である。トーションバー７のトルクＴｔｏと、トラニオン軸４のトルクＴｔｒとの関係は、
Ｔｔｒ＝Ｔｔｏ×２ｂ／ｈ
であり、トラニオン軸４のトルクＴｔｒを、トーションバー７のトルクＴｔｏの２０倍以下とする。これにより、転炉の操業中に傾動装置２が破損するのを防ぐ。また、トーションバー７のトルクＴｔｏとトラニオン軸４のトルクＴｔｒとの比率が大きすぎると、トーションバー７で測定するトルク値からトラニオン軸４のトルク値に換算する際に誤差が増幅されるため、２ｂ／ｈが２０以下であることが望ましい。

また、トーションバー７に設けたトルク計測器１１で炉体１０の傾動トルクを測定する場合、トラニオン軸４で測定するよりもトルクの値が減衰するため、測定精度を確保するために、ノイズの分離が重要となる。現状の転炉装置は、通常、２ｂ／ｈ＝７程度であり、このとき、有効な信号成分とノイズ成分との比率であるＳ／Ｎ比は１００程度であることから、本発明では、測定精度に支障をきたすことなく適用できる上限として、２ｂ／ｈ＝２０（Ｓ／Ｎ比が３程度）とした。さらに、２ｂ／ｈ＝２〜１５の範囲が好ましい。２ｂ／ｈ＜２の場合は、トーションバー７に作用するトルクが大きくなり過ぎて疲労破壊が起きやすく、トーションバー７の寿命を低下させる場合がある。２ｂ／ｈ＝１５のときにはＳ／Ｎ比が５程度であり、２ｂ／ｈが１５以下（すなわちＳ／Ｎ比が５以上）であればさらに安定して傾動トルクを測定することができる。

以上の転炉装置を用いた転炉のトルクの測定方法について説明する。

先ず、溶銑を装入する前に、炉体１０を１回転させて、傾動トルクの計測と同期して、傾動装置２に設置した角度検出器により炉体１０の傾動角度をモニタリングし、適宜角度間隔、例えば１５°間隔毎に、炉体１０の傾動角度と傾動トルクとの関係を求める。図３に示すように、測定データは、炉体１０の回転角度が０°のときにトルク計測器を取り付けたため、炉体１０の回転角度が０°のときに傾動トルクが０となり、原点を通る点線で示す曲線となる。この点線の曲線を正弦波でフィッティングさせる。すなわち、
Ｔ＝sin（θ＋Ｂ）＋Ａ
の曲線に、最小二乗法等の周知の方法によりフィッティングすると、図３の実線になる。そして、フィッティングした補正後の曲線において、原点からのずれＡを、実際に作用している傾動トルクの初期偏差とする。

初期偏差Ａが求められた後、転炉の操業時に、トルク計測器１１でトルクを計測する。計測されたトルク計測値に初期偏差Ａを差し引くことにより、実際に炉体１０に作用している傾動トルクの値が算出される。

図４は、転炉操業時に実際に測定したトルクの結果を示す。（１）は転炉を溶銑装入のための角度で停止させている時、（２）は溶銑の装入時、（３）は精錬処理時、（４）は出鋼時、（５）はほぼ出鋼し終わった時である。このように測定されたトルク値が、予め設定した定格トルク、例えば炉体１０の傾動に支障をきたすときのトルク値を下回るように、転炉の状態を監視する。

本発明によれば、トルクの初期偏差を容易に求めることができるので、例えば炉体１０に地金が付着して、傾動時や精錬時に炉体１０に作用するトルク値が変動した場合でも、初期偏差を求めて正確な炉体１０のトルクを把握することができる。したがって、常に転炉装置１の正確な状態を診断し、装置の寿命を管理することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、トルクの初期偏差を求める際の炉体の回転は１回転に限らず、十分にカーブフィッティングできる範囲の角度であれば、１回転未満あるいは１回転以上回転させて求めた傾動角度とトルクとの関係を、正弦波にフィッティングしても構わない。

本発明は、フルシャフトマウント型傾動装置を採用した転炉装置に適用できる。

１転炉装置
２傾動装置
３モータ
４トラニオン軸
５傾動装置本体
６クランクアーム
７トーションバー
８基礎
９軸受け
１０炉体
１１トルク計測器
１２歪ゲージ
１３演算部

Claims

転炉の炉体をフルシャフトマウント型傾動装置により傾動させる転炉装置において、前記炉体のトルクを測定する転炉の傾動トルクの測定方法であって、
前記炉体に溶銑を装入する前に、前記炉体を１回転させながら前記炉体に生じるトルクを測定し、測定によって得られた回転角θとトルクＴとの関係を、Ｔ＝ｓｉｎ（θ＋Ｂ）＋Ａの曲線にフィッティングし、Ａの値を前記炉体に生じるトルクの初期偏差の値とすることを特徴とする、転炉の傾動トルクの測定方法。
転炉操業中に測定したトルクの値に、前記トルクの初期偏差Ａを加えた値を、前記炉体に生じるトルクとすることを特徴とする、請求項１に記載の転炉の傾動トルクの測定方法。
請求項１または２に記載の測定方法で用いられる転炉装置であって、
前記炉体のトルクの回転反力を支持するトーションバーに、前記トルクを検出するトルク測定機構を設けたことを特徴とする、転炉装置。
前記トーションバーの長さ２ｂと、傾動装置本体と前記トーションバーとを連結するクランクアームの長さｈとの比２ｂ／ｈが、２０以下であることを特徴とする、請求項３に記載の転炉装置。