JP5885515B2

JP5885515B2 - Ｒｈ真空脱ガス装置の終点判定方法

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Publication number: JP5885515B2
Application number: JP2012010037A
Authority: JP
Inventors: 均澤田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: JP2013147714A

Description

本発明は、ＲＨ真空脱ガス装置の終点判定方法に関する。

従来より、転炉等で脱炭処理した溶鋼は二次精錬工程へ搬送され、二次精錬工程にてさらに真空脱ガス装置などで真空脱ガス処理（精錬処理）が行われている。真空脱ガス装置で精錬処理を繰り返すと、真空脱ガス装置内に施工した耐火物の溶損が進み残厚が少なくなる。
真空脱ガス装置では、耐火物を出来るだけ使い切った時点で、当該真空脱ガス装置の整備（炉修）を行うことが望まれているため、精錬処理が終わった時点で耐火物の残厚を予測し、予測した耐火物の残厚が小さいと、真空脱ガス装置に終点（炉修を実施する時期）が来たと判断している。真空脱ガス装置内の耐火物の残厚を予測するような技術として、例えば、特許文献１に示すものがある。

特許文献１では、ウェア耐火物におけるパーマネント耐火物側の面又はウェア耐火物の内部に温度計を設置し、温度計の設置位置を同じとした複数の炉代について、各炉代ごとに温度計により測定した窯炉設備の任意の精錬処理回数の精錬処理終了時における測定温度とウェア耐火物の残厚の実測値のデータをデータベースとして求め、測定温度と残厚の実測値との関係を表す温度残厚関係データを予め構築することによって、耐火物の残厚を正確に求めることができるようにしている。

この他に、耐火物の残厚を求める技術ではないものの、真空脱ガス装置などの容器に関する技術が特許文献２〜４に開示されている。

特開２０１０−２８１５１５号公報特開平１０−２８７９１４号公報特開２００８−１２１０６９号公報特許４６５３６６５号公報

上述した特許文献１では、温度計を用いて測定温度と耐火物の残厚との関係をデータベース化することによって測定温度と耐火物の残厚との関係を正確に求めようとするものである。しかしながら、この技術では、局所的な耐火物の溶損状態は把握できるものの、広範囲、例えば、高さ方向や周方向の耐火物の溶損状態は把握することが困難であり、測定温度から適正に真空脱ガス装置の終点を判定することは難しいのが実情である。また、他の特許文献２〜３を見ても、適正に真空脱ガス装置の終点を判断することが難しい。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、真空脱ガス装置（ＲＨ装置）の終点を適正に判定することによって当該真空脱ガス装置の高寿命化を図ることができる方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明における課題解決のための技術的手段は、外殻である鉄皮の内側に断熱シートが設けられ、前記断熱シートの内側にパーマ煉瓦としてマグクロ煉瓦が設けられ、前記パーマ煉瓦の内側にウェア煉瓦としてマグカーボン煉瓦又はマグクロ煉瓦が設けられた筒状の真空槽を備えたＲＨ真空脱ガス装置の終点を判定するに際し、前記真空脱ガス装置での精錬処理の終了後、２０分以上２５分以下となる間に、前記真空槽の鉄皮の温度を測定することとし、前記真空槽の槽底から８５０〜１４５０ｍｍの範囲であり且つ円周方向の４５〜１３５度又は２２５〜３１５度の範囲の鉄皮の温度が４００℃以上となったときに、真空脱ガス装置が終点に達したと判断することを特徴とする。

本発明によれば、真空脱ガス装置（ＲＨ装置）の終点を適正に判定することができ、当該真空脱ガス装置の高寿命化を図ることができる。

真空脱ガス槽の全体図である。真空槽（下部槽）の詳細図である。精錬処理後の経過時間と、鉄皮温度との関係図である。真空槽の槽底からの高さと溶損速度との関係図である。温度測定範囲を示す図である。温度測定範囲（角度）と平均溶損速度との関係図である。鉄皮温度と残厚との関係図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
一般的に、製鋼工程では、転炉等で脱炭処理した溶鋼を二次精錬工程へ搬送して、二次精錬工程にてさらに精錬を行っている。本発明では、例えば、二次精錬工程で行われる溶鋼の真空脱ガス処理において、当該真空脱ガス処理を行う真空脱ガス装置の終点（真空槽内の耐火物の張り替え等を行う炉修を実施する時期）の判定方法を規定するものである。なお、真空脱ガス装置の終点を判定するものであれば、二次精錬工程に限定されない。

図１は真空脱ガス装置の全体図であり、図２は真空脱ガス装置に設けられる真空槽の詳細図である。まず、真空脱ガス装置について詳しく説明する。
図１に示すように、真空脱ガス装置（ＲＨ装置）１は、溶鋼２が装入される取鍋３と、真空状態となって溶鋼２内の脱ガスを行う真空槽４とを有している。取鍋３は、転炉の出鋼時に用いられた取鍋と同一のものであって、真空槽４の直下に配置されるようになっている。真空槽４の下部には、取鍋３内の溶鋼２に浸漬させる２本の浸漬管６、６が設けられており、この浸漬管６、６の一方にはＡｒガス等の不活性ガスを吹き込む吹き込み口が設けられている。真空槽４の上部には、当該真空槽４のガスを排気する排気口７が設けられている。

詳しくは、真空槽４は、筒状に形成されたもので、上下分離型となっており、環流管５、５が設けられた下部槽１０と、排気口７が設けられた上部槽１１とから構成されている。
さて、真空脱ガス装置１を用いて精錬するにあたっては、まず、下部槽１０の下端に設けた浸漬管６、６を取鍋内の溶鋼２に浸漬する。そして、吹き込み口から不活性ガスを吹き込むと共に、排気口７から真空槽４のガスを排気して真空槽４内を略真空状態したうえで、溶鋼２を真空槽４と取鍋３との間で循環させ、溶鋼２内に存在する水素等のガス成分を除去する精錬処理を行う。

溶鋼２を循環させたとき、スラグの一部が下部槽１０に入り、下部槽１０内の耐火物１３とスラグ等との接触により内部に設けられた耐火物が溶損する。耐火物の溶損が進むと、真空脱ガス装置１の整備（炉修）を行わなければならないため、真空脱ガス装置１は終点と判定される。つまり、真空脱ガス装置１を用いて精錬処理を行った場合、下部槽１０内の耐火物が溶損していき、当該耐火物が真空脱ガス装置１の終点の律速となる。以下の説明では、下部槽１０を中心に真空脱ガス装置１の終点の判定について説明する。

図２に示すように、下部槽１０は、主に、外側（外殻）を形成する円筒状の鉄皮１２と、この鉄皮１２の内側（稼働面側）に設けられた断熱シート１５と、この断熱シート１５の内側に施工された耐火物１３とから構成されている。断熱シート１５は、セラミックシートで構成されている。断熱シート１５は、耐火物１３を施工する際に、当該耐火物１３と鉄皮１２との間に隙間を生じることを防いだり、耐火物１３の膨張代となるためのものであり、このような作用を満たすものであれば、材質はどのようなものであってもよい。

断熱シート１５の内側には、下部槽１０内に施工する１つ目の耐火物１３として複数のパーマ煉瓦１３ａが施工されている。詳しくは、下部槽１０における鉄皮１２の下側には、筒状の２つの環流管５、５が所定の間隔を置いて固定され、この環流管５、５の外側面から上方に向けて鉄皮１２の上端に至るまで、各パーマ煉瓦１３ａが鉄皮１２の内側に沿
って積み上げられている。

パーマ煉瓦１３ａの内側には、下部槽１０内に施工する２つ目の耐火物１３として複数のウェア煉瓦１３ｂが施工されている。詳しくは、環流管５、５の上端部から上方に向けて鉄皮１２の上端（最上段のパーマ煉瓦１３ａ）に至るまで、各ウェア煉瓦１３ｂがパーマ煉瓦１３ａの内側に沿って積み上げられている。
パーマ煉瓦１３ａとしては、ＭｇＯが６０質量％以上、Ｃｒ_２Ｏ_３が１６．５質量％以上を含むマグクロ煉瓦が用いられている。ウェア煉瓦１３ｂとしては、ＭｇＯが９０質量％以上、Ｃが６質量％以上を含むマグカーボン煉瓦、又は、マグクロ煉瓦が用いられている。なお、パーマ煉瓦１３ａやウェア煉瓦１３ｂに用いられるマグクロ煉瓦、マグカーボン煉瓦は当業者常用の耐火物１３である。

次に、真空脱ガス装置１の終点判定方法について詳しく説明する。
[鉄皮温度の測定タイミングについて]
真空脱ガス装置１の終点判定を行うにあたっては、まず、溶鋼２を貫流して精錬処理（成分調整、脱ガス処理）を行った後、精錬処理の終了してから、２０〜２５分を経過するまでに（２０分以上２５分以下となる間）、真空槽４の鉄皮１２の温度を測定し、内部の耐火物１３の溶損状態を判定することとしている。

詳しくは、精錬処理が終わり、吹き込み口への不活性ガスの吹き込みを終了して浸漬管６、６を溶鋼２から引き抜いた後、２０分以上２５分以内に、外側から下部槽１０の鉄皮の温度（鉄皮温度）を測定する。図３に示すように、精錬処理の終了後の鉄皮温度を見てみると、鉄皮温度は徐々に上昇していき、２０〜２５分の間でピークとなり、２５分を超えると自然冷却等により低下する傾向にある。これから分かるように、鉄皮温度を適切に測定するためには、鉄皮温度がピーク値となる２０〜２５分の間で測定することが必要である。

なお、鉄皮温度の測定は、サーモビューアを用いて行う。本実施形態では、表１に示すように、熱電対などの接触温度計で鉄皮１２を測定した温度と同じとなるように、サーモビューアの放射率を０．９７に設定した。サーモビューアを用いて鉄皮温度を測定する場合、当然の如く、鉄皮１２の表面の状態に応じて放射率を変更する必要があり、放射率は上述したものに限定されない。

[鉄皮の測定部分について]
図４は、槽底からの高さと耐火物の溶損速度との関係を示したものである。下部槽１０において、高さ方向における耐火物１３（ウェア煉瓦１３ｂ）の溶損速度を考える。
図４に示すように、槽底から８５０ｍｍ未満の箇所の耐火物の溶損速度は最大でも１．１ｍｍ／ｃｈである。槽底から８５０ｍｍを超えると溶損速度は一挙に増加して１．８ｍｍ／ｃｈとなる。つまり、槽底から８５０ｍｍを超える箇所では、耐火物の溶損速度は急激に上昇していて、溶損が進む部分であるため、本発明では、槽底から８５０以上ｍｍの範囲の鉄皮１２の温度を測定して、その範囲にある耐火物１３の溶損状態を把握することとしている。

一方、槽底から８５０ｍｍ以上であっても、槽底から１４５０ｍｍを超えると、急激に溶損速度は低下し１．１ｍｍ／ｃｈ以下となる。つまり、槽底から８５０ｍｍ〜１４５０ｍｍの範囲にある耐火物１３が溶損し易いため、本発明では、槽底から８５０ｍｍ〜１４
５０ｍｍの範囲の鉄皮１２の温度を測定して、その範囲にある耐火物１３の溶損状態を把握することとしている。なお、下部槽１０の鉄皮１２において、当該鉄皮１２が径内方向に絞られ、環流管５、５と鉄皮１２とが最も近くなる基点部（屈曲部）１６を槽底としている。また、上述したように、槽底から８５０ｍｍ〜１４５０ｍｍの範囲は、溶損が進む部分であるため、耐火物（ウェア煉瓦）の厚みを他の部分よりも大きくすることが好ましい。

図５は、下部槽を断面した断面図と、鉄皮温度を測定する測定範囲（角度範囲）との関係を示したものである。図６は、測定箇所と耐火物の溶損速度との関係を示したものである。
下部槽１０において、その周方向における耐火物１３（ウェア煉瓦１３ｂ）の溶損速度を考える。図５に示すように、下部槽１０の水平断面を考え、その断面を上面視したとき、下部槽１０の中心及び一対の環流管５、５の中心を通るラインをｙ軸とし、下部槽１０の中心を通り且つｙ軸と直交するラインをｘ軸とし、ｙ軸において一方側（紙面上側）を０度とし、他方側（紙面下側）を１８０度とする。なお、時計回りに角度が増加するものとする。

図５に示すように、断面視における耐火物１３の位置を定義し、各箇所での溶損速度を見たとき、図６に示すように、円周方向に０〜４５度未満の範囲にある耐火物の溶損速度は最大でも１．５ｍｍ／ｃｈである。一方、４５度を超えて１３５度までの耐火物の溶損速度は、一挙に増加して少なくとも１．７ｍｍ／ｃｈを超える。１３５度を超えて１８０度に至る範囲の耐火物の溶損速度は、一挙に低下して１．５ｍｍ／ｃｈ未満となる。

このように、下部槽１０の耐火物１３を断面視し、半分である０〜１８０度の溶損速度を見たとき、周方向に４５〜１３５度の耐火物の溶損速度は、他の部分に比べて非常に大きく、溶損が進む部分である。そのため、本発明では、周方向に４５〜１３５度の範囲にある鉄皮１２の温度を測定して、その内部の耐火物１３の溶損状態を把握することとしている。

同様に、下部槽１０の耐火物１３を断面視して残り半分である１８０〜３６０度の溶損速度を見たとき、４５〜１３５度の範囲と対照となる２２５〜３１５度における耐火物１３についても、その溶損速度は、他の部分に比べて非常に大きい。そのため、本発明では、周方向に２２５〜３１５度の範囲にある鉄皮１２の温度も測定して、その内部の耐火物１３の溶損状態を把握することとしている。

図５に示すように、環流管５、５を用いて溶鋼２を貫流したとき、環流管５、５の左右両側、即ち、ｙ軸を基準とすると、ｙ軸から離れた部分（左右両側）にスラグが移動し易いため、４５〜１３５度の範囲や２２５〜３１５度の範囲の耐火物１３が溶損し易いと考えられる。言い換えれば、ｙ軸方向を貫流方向とすると、ｙ軸方向と直交する反貫流側（左右両側）における耐火物１３の溶損が早い。

つまり、本発明では、真空脱ガス装置１の精錬処理の終了後、２０分以上２５分以下となる間に、下部槽１０の鉄皮温度を測定することとし、下部槽１０の槽底から８５０〜１４５０ｍｍの範囲であり且つ円周方向の４５〜１３５度又は２２５〜３１５度の範囲の鉄皮温度を測定することによって、真空脱ガス装置１の終点を判断することとしている。
図７は、鉄皮温度と、耐火物１３の残厚との関係をまとめたものである。

図７に示すように、鉄皮温度が低い場合、耐火物１３の残厚は大きい、一方で、鉄皮温度が４００℃以上になると、多少のバラツキがあるものの、残厚が０ｍｍとなる場合がある。そのため、本発明では、鉄皮温度を測定したとき、その鉄皮温度が４００℃以上となっている場合には、耐火物１３の残厚は殆ど無いものとして、真空脱ガス装置１の終点が到来したと判断することとしている。詳しくは、槽底から高さ方向に８５０〜１４５０ｍｍの範囲で且つ円周方向の４５〜１３５度の範囲にある鉄皮温度の分布を見たとき、鉄皮温度の最高値が４００℃以上となる箇所があれば、真空脱ガス装置１の終点が到来したと判断する。

また、槽底から高さ方向に８５０〜１４５０ｍｍの範囲で且つ円周方向の２２５〜３１５度の範囲にある鉄皮温度の分布を見たとき、鉄皮温度の最高温度が４００℃以上となる
箇所があれば、真空脱ガス装置１の終点が到来したと判断する。
つまり、４５〜１３５度の範囲、或いは、２２５〜３１５度の範囲のいずれか一方でも、鉄皮温度の最高温度が４００℃以上になると、真空脱ガス装置１の終点が来たと判断して、真空脱ガス装置１を整備することとしている。

表２は、本発明の真空脱ガス装置１の終点判定方法を行った実施例と、本発明とは異なる方法で終点判定を行った比較例とをまとめたものである。

実施例及び比較例の実施条件は次の通りである。
断熱シート１５として、６９０ｍｍ（高さ）×３７０ｍｍ（幅）×１０ｍｍ（厚み）、又は、６７０ｍｍ（高さ）×３７０ｍｍ（幅）×１０ｍｍ（厚み）のセラミックシートを用いた。また、ＭｇＯを７７質量％、ＳｉＯ_２を３質量％、Ｉｇｒを２０質量％を含有しているセラミックシートを用いた。

パーマ煉瓦１３ａとして、２３０ｍｍ（高さ）×１１０〜１２０ｍｍ（幅）×５０ｍｍ（厚み）の矩形状のマグクロ煉瓦を用いた。パーマ煉瓦１３ａとして用いたマグクロ煉瓦の組成は、ＭｇＯが６０質量％以上、Ｃｒ_２Ｏ_３が１７質量％以上、その他が２３質量％以下のものを用いた。なお、その他とは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３である。
ウェア煉瓦１３ｂとして、１００〜１５０ｍｍ（高さ）×８０〜１３０ｍｍ（幅）×４００〜６００ｍｍ（厚み）の台形状のマグクロ煉瓦を用いた。ウェア煉瓦１３ｂとして用いたマグクロ煉瓦の組成は、ＭｇＯが５０質量％以上、Ｃｒ_２Ｏ_３が３０質量％以上、その他が２０質量％以下のものを用いた。その他とは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３である。

なお、ウェア煉瓦１３ｂとして台形状のマグカーボン煉瓦を用いる場合は、ＭｇＯは９０質量％以上、Ｃは６質量％以上、その他が４質量％以下を用いる。その他とは、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３である。
鉄皮温度の測定は、ＣＨＩＮＯ製、型番ＣＰＡ２２００のサーモビューアを用いた。放射率は、接触温度計とサーモビューアによる測定結果が一致する０．９７としている。このことは、例えば、伝熱光学資料改訂第４版、粗鋼板の測定例、ｐ１８４、図１（ｂ）、丸善株式会社、１９８６年発行）に記載された数値と同じである。

精錬処理の溶鋼２量を２５０ｔ／ｃｈ、最大環流速度を１６８〜２３５ｔ／ｍｉｎ、最大ガス流量を２５００〜５０００Ｎｌ／ｍｉｎとした。下部槽１０の鉄皮１２の厚みは２８ｍｍ、高さは２１００ｍｍ〜２７００ｍｍ、直径は３０００〜３３００ｍｍである。
実施例及び比較例において、測定場所の高さの欄では、最も鉄皮温度が高い箇所の高さ位置を示しており、測定場所の平面の欄では、最も鉄皮温度が高い箇所の位置を角度で示している。

実施例では、測定時間の欄に示すように精錬処理終了後の２０〜２５分を経過するまでに鉄皮１２の温度を測定しており、測定場所の高さの欄に示すように槽底から８５０〜１４５０ｍｍの範囲の鉄皮１２であって、測定場所の平面の欄に示すように円周方向の４５〜１３５度或いは２２５〜３１５度の範囲の鉄皮１２における鉄皮１２の温度が、４００℃以上となっているため、ウェア煉瓦１３ｂを残厚（実測値）が０ｍｍになるまで使用することができた。また、実験結果の欄に示すように、鉄皮１２に穴があくようなことは全く発生することがなかった。

つまり、真空脱ガス装置１にて精錬処理を行った場合、精錬処理の回数（処理回数）が増加するに従い、ウェア煉瓦１３ｂは溶損して薄くなっていくが、本発明では、上述したように、ウェア煉瓦１３ｂの残厚が零になった時点で、真空脱ガス処理の終点と判定できているため、高寿命で停炉させることができる。
一方、比較例１〜３では、測定時間や測定場所は本発明で規定した条件を満たすものの、鉄皮温度が４００℃未満で終点が来たと判定しているため、ウェア煉瓦１３ｂの残厚が大きく、高寿命とすることができなかった。また、比較例４〜６及び９、１０では、測定時間や測定場所が本発明で規定した条件を満たさないだけでなく、鉄皮温度が４００℃未満で終点が来たと判定しているため、ウェア煉瓦１３ｂの残厚が大きく、高寿命とすることができなかった。比較例７では、鉄皮温度が４００℃以上で終点と判定しているものの、測定時間や測定場所が本発明で規定する条件を満たしていないため、ウェア煉瓦１３ｂの残厚が大きく、高寿命とすることができなかった。比較例８では、前ｃｈ測定実施有無の欄に示すように、鉄皮温度を測定していないため、鉄皮１２に穴があくまで使用してしまう結果となった。

以上、本発明によれば、適正な時間（精錬終了後２０〜２５分を経過する間）、適正な箇所（高さ方向では８５０〜１４５０ｍｍ、円周方向では４５〜１３５度又は２２５〜３１５度の範囲）の鉄皮温度に着目して、その温度が適正な温度（４００℃以上）となったときに、真空脱ガス装置１の終点をしているので、耐火物１３を最後まで使用した状態で当該真空脱ガス装置１を整備に出すことができ、真空脱ガス装置１の高寿命化を図ることができる。

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１真空脱ガス装置
２溶鋼
３取鍋
４真空槽
５環流管
６浸漬管
７排気口
１０下部槽
１１上部槽
１２鉄皮
１３耐火物
１３ａパーマ煉瓦
１３ｂウェア煉瓦
１５断熱シート

Claims

外殻である鉄皮の内側に断熱シートが設けられ、前記断熱シートの内側にパーマ煉瓦としてマグクロ煉瓦が設けられ、前記パーマ煉瓦の内側にウェア煉瓦としてマグカーボン煉瓦又はマグクロ煉瓦が設けられた筒状の真空槽を備えたＲＨ真空脱ガス装置の終点を判定するに際し、
前記真空脱ガス装置での精錬処理の終了後、２０分以上２５分以下となる間に、前記真空槽の鉄皮の温度を測定することとし、
前記真空槽の槽底から８５０〜１４５０ｍｍの範囲であり且つ円周方向の４５〜１３５度又は２２５〜３１５度の範囲の鉄皮の温度が４００℃以上となったときに、真空脱ガス装置が終点に達したと判断することを特徴とするＲＨ真空脱ガス装置の終点判定方法。