JP6188610B2

JP6188610B2 - 取鍋を保温する保温バーナの制御方法

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Publication number: JP6188610B2
Application number: JP2014049648A
Authority: JP
Inventors: 中西　良太; 良太中西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2017-08-30
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: JP2015174091A

Description

本発明は、転炉から連続鋳造設備に溶鋼を払い出した後の取鍋を、加熱して保温する際の用いられる保温バーナの制御方法に関する。

取鍋（溶鋼鍋）は、転炉から溶鋼を受鋼した後、溶鋼処理を経由して連続鋳造設備に搬送され、その後、連続鋳造設備に溶鋼を払い出す。そして、連続鋳造設備で溶鋼を払い出した後、取鍋は、再度転炉に返送されて溶鋼を受鋼する。
通常、転炉と連続鋳造設備との間を移動する取鍋は、複数配備されていて、複数の取鍋は、規定のサイクル（図１の実線で示すサイクル）で転炉〜連続鋳造設備間を往復している。

ところが、連続鋳造設備で溶鋼を払い出した後、転炉で再度受鋼するまでの時間が長い場合（例えば、連続鋳造設備の整備や、連続鋳造設備のイレギュラーな操業停止など）においては、転炉での出鋼調整を行い溶鋼の入った鍋の数は連続鋳造設備の稼働数にあわせて調整されるが、先のサイクルで使っていた複数の空の取鍋が連続鋳造設備〜転炉間で停止することとなる。

特に、連続鋳造設備で溶鋼を払い出した後に空となった取鍋は、外気などにより、当該取鍋内部の温度が下がってしまうため、受鋼までの時間が長くなると取鍋内部の温度が低くなる。この後、取鍋内部の温度が下がったままで転炉から溶鋼を受鋼すると、溶鋼の温度と取鍋の温度との差が大きくなり、装入された溶鋼の温度が低下したり、取鍋内部に備えられた耐火物が損傷してしまう虞がある。

そのため、連続鋳造設備で溶鋼を払い出した後、転炉で再度受鋼するまでの時間が長い場合、転炉から溶鋼を受鋼する前に取鍋内部の温度を、保温しておく必要がある。
このような課題を解消するにあたっては、保温バーナからの火炎を取鍋内部に噴射して取鍋内部の温度を高くする（取鍋を保温する）ことが一般的であり、取鍋を保温（保熱）する保温バーナを制御する技術としては、例えば、特許文献１〜特許文献３に示すような技術が挙げられる。

特許文献１には、受鋼鍋の履歴および加熱条件と転炉の出鋼温度とを設定入力として受鋼鍋の加熱に必要な熱量との関係を記憶し、各チャージ毎に該設定条件に合わせて受鋼鍋の加熱に必要な熱量を選定し、選定された熱量と該設定条件とにもとづいて受鋼鍋のヒート・パターンを決定し、該ヒート・パターンと受鋼鍋の検出温度とにもとづいて燃焼バーナの火力を調整する受鋼鍋の温度管理方法が開示されている。

特許文献２には、耐火材が敷設された取鍋を予熱する方法であって、制御温度としての取鍋耐火材温度を測定し、加熱されるべき取鍋の設定温度を予め決定し、制御温度と設定温度を比較して取鍋への入熱量を制御し、入熱と時間の関係について平均勾配を計算し、取鍋への入熱量の変化量を求め、平均勾配を用いて、取鍋の熱含量を監視し、取鍋耐火材が全体に亘って十分に加熱されて、取鍋が使用可能状態となる時を決定する取鍋の予熱方法が開示されている。

特許文献３には、連続鋳造及び排滓を終えた後、受鋼台車に載置され、次いで、受鋼台車によって転炉の受鋼領域に搬送された後、該受鋼台車上で該受鋼領域に所定時間待機状態とされ、該待機後、直ちに受鋼位置に移動して転炉から溶鋼を受鋼する取鍋を該受鋼前に加熱する方法において、前記転炉の受鋼領域に待機状態とされる所定時間内に前記取鍋を該取鍋の上部開口を覆う鍋蓋に取り付けた蓄熱式バーナによって急速加熱し、そのときの所定の式により求められる投入熱量と所定の式により求められる排出ガス顕熱とから、所定の式により取鍋耐火物の着熱量を求めると共に、該着熱量、転炉の出鋼量及び鋼の比熱に基づいて前記急速加熱によって前記取鍋に与えた温度を求め、該温度に応じて転炉の出鋼温度を制御する取鍋の加熱方法が開示されている。

特開昭５７−１９９０１１号公報特開２０００−８８２４７号公報特許第４６１３３８０号公報

しかしながら、特許文献１〜特許文献３に示すような取鍋を保温する保温バーナを制御する技術を用いても、以下に述べるような難点が存在する。
すなわち、特許文献１は、受鋼鍋の履歴（耐火物残存厚み）と加熱条件（初期温度と目標温度、加熱時間など）と出鋼温度を基に、受鋼鍋の加熱に必要な熱量を求め、その求めた熱量と加熱条件とを用いて、ヒート・パターン決定機にてヒート・パターンを算出する。そして、算出されたヒート・パターンに基づいて、受鋼鍋を加熱している。

しかしながら、特許文献１には、ヒート・パターン（温度パターン）を決定する基準が明確に記載されておらず、実際の操業で使用可能な技術とはなっていない。
特許文献２の技術には、「熱電対で測定された耐火物温度」により、耐火物への伝熱量を監視し、取鍋が十分に加熱された時期を表示する取鍋の予熱状態表示システムが備えられていて、この表示システムにより、取鍋が十分に加熱され、取鍋内が「所定の温度」となったことを判断することはできる。しかしながら、本願出願人は、取鍋の保温状況を把握するに必要な情報は「取鍋を構成する耐火物の温度情報」などではなく、「取鍋の耐火物の蓄熱量」であることを知見しており、特許文献２の技術では、受鋼する際に必要となる取鍋の耐火物の蓄熱量を知ることができない虞がある。また、保温バーナの燃焼量により、取鍋内部の温度（排ガス温度）が変化するので、定常となる蓄熱量が取鍋を保温するバーナの条件により異なるという問題が生じる。

特許文献３は、保温時の保温バーナの燃料量と保温バーナの排ガス温度から、保温バーナによる耐火物の着熱量を算出し、算出した耐火物の着熱量を基に、転炉の出鋼温度を制御するようになっている。しかしながら、本願出願人は、取鍋の保温状況を把握するに必要な情報は「取鍋を構成する耐火物の温度情報」などではなく、「取鍋の耐火物の蓄熱量」であることを知見しており、特許文献３の技術では、耐火物全体の蓄熱量がわからないため、溶鋼を搬送している際における溶鋼から耐火物へ伝播する伝熱量もわからない虞がある。そのため、溶鋼温度の低下速度が一定しないという問題が生じる。

すなわち、特許文献２，３の技術でも、実際の操業で取鍋条件により変化するため使用可能なものとはなっていない。
そもそも「取鍋を構成する耐火物の温度情報」を得るための熱電対に関しては、熱電対の耐久性が低く、且つ耐火物の代表温度の設定が難しいため、耐火物の温度の測定誤差が生じる虞がある。この観点から考えても、特許文献１〜３の技術は、実際の操業では温度ばらつきが多く、使用可能なものとはなっていないと思われる。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、溶鋼を払い出した後の取鍋の蓄熱量を算出し、算出した取鍋の蓄熱量を基に、当該取鍋の蓄熱量が予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、保温バーナの入熱量を決定する取鍋を保温する保温バーナの制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る取鍋を保温する保温バーナの制御方法は、転炉から連続鋳造設備に溶鋼を払い出した後の取鍋を、保温バーナにて加熱して保温する取鍋を保温する保温バーナの制御方法において、連続鋳造終了時における前記取鍋の温度と、連続鋳造終了時の前記取鍋の状態に関する情報とを用いて、連続鋳造終了時の前記取鍋の蓄熱量を算出し、算出された連続鋳造終了時の前記取鍋の蓄熱量と、連続鋳造終了時から前記取鍋を保温開始するまでの時間とを用いて、前記保温バーナにて保温を開始する直前の前記取鍋の蓄熱量を算出し、算出された直前の前記取鍋の蓄熱量を基に、当該取鍋の蓄熱量が予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、前記保温バーナの入熱量を決定することを特徴とする。

本発明に係る取鍋を保温する保温バーナの制御方法は、転炉から連続鋳造設備に溶鋼を払い出した後の取鍋を、保温バーナにて加熱して保温する取鍋を保温する保温バーナの制御方法において、連続鋳造開始時における前記取鍋の温度と、連続鋳造開始時の前記取鍋の使用状況の情報とを用いて、連続鋳造開始時の前記取鍋の蓄熱量を算出し、算出された連続鋳造開始時の前記取鍋の蓄熱量と、連続鋳造終了時における前記取鍋の温度と、連続鋳造時間とを用いて、連続鋳造終了時の前記取鍋の蓄熱量を算出し、算出された連続鋳造終了時の前記取鍋の蓄熱量と、連続鋳造終了後から前記取鍋を保温開始する前の時間とを用いて、前記保温バーナにて保温を開始する直前の前記取鍋の蓄熱量を算出し、算出された直前の前記取鍋の蓄熱量を基に、当該取鍋の蓄熱量が、予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、前記保温バーナの入熱量を決定することを特徴とする。

本発明の取鍋を保温する保温バーナの制御方法によれば、溶鋼を払い出した後の取鍋の蓄熱量を算出し、算出した取鍋の蓄熱量を基に、当該取鍋の蓄熱量が予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、保温バーナの入熱量を決定することができる。

製鋼工程における取鍋の運行状況を模式的に示した図である。溶鋼を払い出した後から取鍋の保温を開始するまでの時間と、取鍋の保温時間の実績との関係を示した図である。取鍋に溶鋼が装入されているときにおける取鍋の蓄熱量を算出する方法を示した図である。取鍋が空のときにおける取鍋の蓄熱量を算出する方法を示した図である。取鍋が保温されているときにおける取鍋の蓄熱量を算出する方法を示した図である。取鍋の放熱量（取鍋の耐火物の蓄熱量）の算出方法を示したフローチャートである。本発明の取鍋を保温する保温バーナの制御方法を用いて、連続鋳造終了時から取鍋を保温開始するまでの間の取鍋の蓄熱量を算出する方法を示したフローチャートである。本発明の取鍋を保温する保温バーナの制御方法を用いて、連続鋳造開始時から取鍋を保温開始するまでの間の取鍋の蓄熱量を算出する方法を示したフローチャートである。溶鋼を払い出した後から取鍋の保温を開始するまでの時間と、保温バーナの燃焼量と、耐火物の蓄熱量との関係を示した図である。取鍋の保温時間と保温バーナにおける燃料の使用比率との関係を示した図である。取鍋の保温を開始する時間及び、保温バーナの入熱量に対する取鍋の蓄熱量の時間変化と、取鍋から排出される排ガス温度の時間変化の関係を示した図である。溶鋼を払い出した後から取鍋の保温を開始するまでの時間と、耐火物の蓄熱量との関係を示した図である。

以下、本発明に係る取鍋を保温する保温バーナの制御方法を、図面に基づき詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。

まず、本発明の取鍋２を保温する保温バーナ１の制御方法を説明する前に、製鋼工程について、図を基に説明する。図１は、製鋼工場における製鋼工程を模式的に示した図である。
図１に示すように、製鋼工程では、転炉８や電気炉で精錬した溶鋼１０を取鍋２に出鋼して、取鍋２を二次精錬設備に搬送し、二次精錬設備にて溶鋼１０の介在物除去や成分調整などの精錬（溶鋼処理）を行う。

そして、二次精錬設備にて精錬を終了後、取鍋２は連続鋳造設備９に搬送されて、取鍋２内の溶鋼１０を払い出す。払い出された溶鋼１０は、連続鋳造設備９にて鋳片に鋳造される。溶鋼１０を払い出した後の取鍋２は、スラグなどが排滓された後に、取鍋２下部の注入口７などの鍋整備が行われる。鍋整備後、取鍋２は転炉８などに返送されて、溶鋼１０を再度受鋼する。

このように、溶鋼１０を転炉８などから連続鋳造設備９まで搬送するために使用される取鍋２は、製鋼工程に複数配備されていて、複数の取鍋２は一定のサイクルで溶鋼１０を順次搬送している。このような一定のサイクルで連続鋳造設備９に溶鋼１０を払い出した後の取鍋２は、通常、すぐに転炉８などに返送されて、溶鋼１０を再度受鋼するようになっている。

ところが、連続鋳造設備９で溶鋼１０を払い出した後、転炉８などで再度受鋼するまでの時間が長くなる場合（例えば、連続鋳造設備９の整備や、連続鋳造設備９のイレギュラーな操業停止など）においては、複数の取鍋２が連続鋳造設備９〜転炉８間で停止することとなる。
このとき、溶鋼１０を払い出した後に空となった取鍋２は、外気などにより、取鍋２内（鉄皮４の内側）に施工された耐火物３の温度（取鍋２内部の温度）が急激に下がってしまい、溶鋼１０の温度と取鍋２の温度との差が大きくなる。それ故、装入された溶鋼１０の温度が低下したり、取鍋２の鉄皮４や取鍋２内部の耐火物３が損傷してしまう。

このことから、連続鋳造設備９で溶鋼１０を払い出した後、転炉８で再度受鋼するまでの時間が長い場合、保温バーナ１を用いて、取鍋２内部の温度を溶鋼１０の温度付近にまで高くしている（取鍋２を保温している）。現状では、取鍋２内の温度低下による溶鋼温度の低下を避けるために、保温バーナ１の火炎を最大にして長時間保温している。
そこで、図２に示すように、本願出願人らは、取鍋２を保温しない場合における耐火物３の蓄熱量と、取鍋２を保温する場合に必要な耐火物３の蓄熱量を付与することのできる時間（適正保温時間）を算出した。その結果、取鍋２の適正保温時間は、図２中の実線に示す曲線となった。この結果を受けて、現状行われている耐火物３に付与する蓄熱量を調べてみると、頻度の多い領域を含め、保温が過剰であることがわかった。つまり、取鍋２の耐火物３に蓄熱量を付与する保温バーナ１の入熱量が、余剰であることがわかった。

以上より、本願出願人らは、保温バーナ１の入熱量を適切にした上で、取鍋２を受鋼することができる温度にまで高くする、すなわち取鍋２の保温状況を正確に把握するには、保温バーナ１の入熱量（燃焼量）や、耐火物３の蓄熱状態が耐火物３の厚み方向で異なるなど、「取鍋２の耐火物３の蓄熱量」の情報を得ることが必要であることを知見した。
次に、取鍋２の保温状況を正確に把握する方法、すなわち取鍋２を保温する保温バーナ１の制御方法について、説明する。

本発明に係る取鍋２を保温する保温バーナ１の制御方法は、連続鋳造終了時における取鍋２内の溶鋼温度と、連続鋳造終了時の取鍋２の状態に関する情報とを用いて、連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量を算出し、算出された連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量と、連続鋳造終了時から取鍋２を保温開始するまでの時間とを用いて、保温バーナ１にて保温を開始する直前の取鍋２の蓄熱量を算出し、算出された直前の取鍋２の蓄熱量を基に、当該取鍋２の蓄熱量が予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、保温バーナ１の入熱量を決定する方法である。

上記した取鍋２の状態に関する情報は、取鍋２の耐火物３厚み情報及び、取鍋２の温度情報である。取鍋２の耐火物３厚み情報は、取鍋２の使用回数、連続鋳造終了時における取鍋２の鉄皮４の表面温度、取鍋２の重量などである。また、取鍋２の温度情報は、連続鋳造時の溶鋼温度、連続鋳造終了時間からの経過時間などである。
まず、溶鋼１０を受鋼した取鍋２における取鍋２の耐火物３の蓄熱量を求め、この耐火物３の蓄熱量を定常の蓄熱状態とする。定常状態の耐火物３の蓄熱量を求めるには、この定常状態での取鍋２の鉄皮４の表面温度と、連続鋳造終了時の溶鋼温度とを求める。そして、求めた取鍋２の鉄皮４の表面温度と連続鋳造終了時の溶鋼温度とを用いて、受鋼した取鍋２における取鍋２の耐火物３の蓄熱量を求める。

なお、鉄皮４の表面温度は、断熱材である耐火物施工後の低い温度を示しており、温度変動が少ないので一定値としてもよい。
そして、連続鋳造終了から保温バーナ１にて保温を開始する直前までの時間から、取鍋２の耐火物３の温度低下量が求まり、伝熱計算により耐火物３の蓄熱量の変化を推定する。さらに、保温バーナ１で取鍋２を保温する場合における耐火物３の蓄熱量の変化も伝熱計算で求める。

そして、保温バーナ１の燃焼量が一定であると仮定して、取鍋２の蓄熱量が所定のレベル（定常の蓄熱状態）になるまでの時間（取鍋２の保温時間）を算出する。
溶鋼１０を払い出した後から取鍋２の保温終了までの時間、つまり連続鋳造終了から次の出鋼までの時間が算出され、取鍋２の保温の開始時間が求まる。これにより、保温バーナ１の入熱量（燃料量、時間など）を決定する。

なお、保温バーナ１の入熱量及び耐火物３の蓄熱量は、取鍋２の耐火物３の残存状態（取鍋２の使用回数、取鍋２の重量、耐火物３の厚みなど）により変化するので、取鍋２の耐火物３の残存状態ごとに保温バーナ１の入熱量と耐火物３の蓄熱量を算出する。
上記のようにして保温バーナ１の入熱量を決定し、その決定した保温バーナ１の入熱量を基に取鍋２を保温することで、取鍋２の蓄熱量を所定の量にまで増加させることができると共に、取鍋２全体で均一化することができる。さらに、保温バーナ１の燃料使用量を低減させることができ、取鍋２を保温する際の余剰な加熱をすることを防ぐことができる。

また、取鍋２の蓄熱量を所定の量に調整しているため、受鋼した際の溶鋼温度の時間当たりの低下量が安定する。
［実験例］
以下、本発明に係る取鍋２を保温する保温バーナ１の制御方法の実験例について、図を基に説明する。

図３に示すように、まず、連続鋳造終了時（溶鋼１０払い出し直後）における取鍋２内の溶鋼温度Ｔ_ｍと、連続鋳造終了時の取鍋２の状態に関する情報とを用いて、取鍋２の耐火物３の温度Ｔ_ｉ（溶鋼１０と接する面の耐火物３の温度）を、下式を用いて算出する。
ｑ＝λ_１×（Ｔ_１−Ｔ_２）／ｔ_１＝λ_ｉ×（Ｔ_ｉ−Ｔ_ｉ＋１）／ｔ_ｉ＝ｈ_ａ×（Ｔ_ｎ−Ｔ_ａ）
ただし、溶鋼温度Ｔ_ｍ＝Ｔ_１とし、熱束ｑは一定である。

また、連続鋳造終了時の取鍋２の状態に関する情報を以下に示す。
Ｔ_ｍ：溶鋼温度
Ｔ_ｉ：耐火物の温度（溶鋼と接する面の耐火物の温度Ｔ_１〜鉄皮の表面温度Ｔ_ｎ）
Ｔ_０：取鍋内の雰囲気温度
ｈ：炉内ガスと耐火物の熱伝達率
Ｔ_ａ：雰囲気温度
ｈ_ａ：鉄皮と雰囲気との熱伝達率
λ_ｉ：耐火物の熱伝導率（ｉ＝１〜ｎ）
Ｃｐ_ｉ：耐火物の比熱（ｉ＝１〜ｎ）
Ａ_ｉ：耐火物の面積（半径方向の熱伝導する断面）（ｉ＝１〜ｎ）
ｔ_ｉ：耐火物の厚み（ｉ＝１〜ｎ）
ρ_ｉ：耐火物の密度（ｉ＝１〜ｎ）
Ｗ_ｉ：耐火物重量（＝Ａ_ｉ×ｔ_ｉ×ρ_ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）
ｔｉｍｅ＿ｉ：計算開始からの時間（ｉ＝１〜ｎ）
そして、算出した取鍋２の耐火物３の温度Ｔ_ｉ、つまり取鍋２内の溶鋼温度Ｔ_ｍと、連続鋳造終了時の取鍋２の状態に関する情報とを用いて、連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量Ｑ（含熱量）を下式を用いて、算出する。

Ｑ＝ΣＴ_ｉ×Ｗ_ｉ×Ｃｐ_ｉ（ｉ＝１〜ｎ）
次に、図４に示すように、取鍋２内が空の状態における耐火物３の蓄熱量、すなわち空状態の取鍋２の放熱量を算出する。
例えば、取鍋２の蓋５に変形が生じていない場合、取鍋２内は断熱されているので、鉄皮４表面からの放熱量のみを算出し、連続鋳造終了時からの耐火物３の温度の時間変化を算出する。

一方、取鍋２の蓋５の変形が大きく生じている場合、取鍋２の放熱量も大きいので、鉄皮４表面からの放熱量に加えて放射伝熱による取鍋２内からの放熱量も計算する。また、鍋修理などで取鍋２の蓋５を離脱する場合、上記した取鍋２の放熱量に加えて取鍋２内から大気へ放出される放射伝熱量も算出する。
続いて、図５に示すように、取鍋２を保温している際における取鍋２の耐火物３の蓄熱量を算出する。

保温バーナ１の火炎からの放射伝熱量（入熱量）と、取鍋２内の各側面から放出される放射伝熱量を算出する。例えば、耐火物３から取鍋２内に放出される放射伝熱量は、非定常の熱伝導計算で算出する。また、鉄皮４の表面から大気に放出される放射伝熱量は、鉄皮４の表面と大気雰囲気との対流伝熱における放熱計算で算出する。
ここで、図６に示すフローチャートに沿って、上記した取鍋２の放熱量（取鍋２の耐火物３の蓄熱量）を算出する手順を説明する。

まず、時間time_iにおける耐火物３の温度Ｔ_ｉ（time_i）を初期条件とする（ｉ＝１〜ｎ）。
そして、取鍋２内の温度Ｔ_０を設定するために、耐火物３の伝熱量Ｑ_ｉｎｒを、下式にて算出する。
Ｑ_ｉｎｒ＝ｑ×Ａ_１
ｑ＝ｈ×（Ｔ_０−Ｔ_１）
保温バーナ１の入熱量Ｑ_ｉｎと算出した耐火物３の伝熱量Ｑ_ｉｎｒとの差を算出し、取鍋２の蓋５に備えられた排出口６から大気へ放出される排ガスの温度Ｔ_ｇとする（Ｔ_ｇ＝(Ｑ_ｉｎ−Ｑ_ｉｎｒ）/(排ガス比熱×排ガス流量))。

算出した排ガス温度Ｔ_ｇを、取鍋２内の温度（炉内温度）Ｔ_０と仮定する（Ｔ_０＝Ｔ_ｇ）。そして、取鍋２内の温度Ｔ_０が所定の値となるまで、上記した取鍋２内の温度Ｔ_０の計算を繰り返す。
所定の値となった温度Ｔ_０における耐火物３の伝熱量Ｑ_ｉｎｒを算出する
（Ｑ_ｉｎｒ＝ｑ×Ａ_１=Ａ_１×ｈ×（Ｔ_０−Ｔ_１））
また、耐火物３の厚み方向（取鍋２の径外方向）の温度分布による熱伝導Ｑ_ｉ＋１を、下式にて算出する。

Ｑ_ｉ＋１＝ｑ_ｉ×Ａ_ｉ
ｑ_i＝λ_ｉ×（Ｔ_ｉ−Ｔ_ｉ＋１）／ｔ_i
また、耐火物３が表面から大気に放出する放熱量Ｑ_ｎ−ａを、下式にて算出する。
Ｑ_ｎ−ａ＝ｑ×Ａｎ
ｑ＝ｈ_a×（Ｔ_ｎ−Ｔ_ａ）
算出した耐火物３の伝熱量Ｑ_ｉｎｒと、熱伝導Ｑ_ｉ＋１と、放熱量Ｑ_ｎ−ａとから、一定時間経過後Δtime=time_i+1-time_iの耐火物３の温度Ｔ_ｉ＋１の時間変化（熱移動量）を、下式にて算出する。

（１）取鍋２内側の耐火物３の温度
Ｔ₁（time_i+1）＝
Ｔ₁（time_i）＋(Ｑ_ｉｎｒ(time_i)−Ｑ₁(time_i))×Δtime／ρＣｐＡｔ_i
（２）耐火物３の厚み方向中途部近傍の温度
Ｔ_ｉ（time_i+1）＝
Ｔ_ｉ（time_i）＋（Ｑ_ｉ−１(time_i)−Ｑ_ｉ+１(time_i)）×Δtime／ρＣｐＡｔ_i
（３）鉄皮４（取鍋２外側）の温度
Ｔ_ｎ(time_i+1）＝
Ｔ_ｎ(time_i）＋（Ｑ_n−１(time_i)−Ｑ_n-a(time_i)）×Δtime／ρＣｐＡｔ_i
上記により、時間time_i+1における耐火物３の温度Ｔ_ｉ（time_i+1）が求まる。
次に、時間time_i+2における耐火物３の温度Ｔ_ｉ(time_i+2）を、時間time_i+1における耐火物３の温度Ｔ_ｉ(time_i+1）により算出する。

次に、時間time_i+2における耐火物３の温度Ｔ_ｉ(time_i+2）を、時間time_i+1における耐火物３の温度Ｔ_ｉ(time_i+1）により算出する。
まず、取鍋２内の温度Ｔ_０を設定するために、耐火物３の伝熱量Ｑ_ｉｎｒを算出する。算出した耐火物３の伝熱量Ｑ_ｉｎｒと保温バーナ１の入熱量Ｑ_ｉｎとを用いて、排ガス温度Ｔ_ｇを算出する。ここで、算出した排ガス温度Ｔ_ｇを、取鍋２内の温度Ｔ_０とし、温度Ｔ_０における耐火物３の伝熱量Ｑ_ｉｎｒを算出する。

次に、耐火物３の厚み方向（取鍋２の径外方向）の温度分布による熱伝導Ｑ_ｉを、下式にて算出する。
Ｑ_ｉ＋１＝ｑ_ｉ＋１×Ａ_ｉ
ｑ_ｉ＋１＝λ_ｉ×（Ｔ_ｉ−Ｔ_ｉ＋１）／ｔ_i
また、耐火物３が表面から大気に放出する放熱量Ｑ_ｎ−ａを算出する。

算出した耐火物３の伝熱量Ｑ_ｉｎｒと、熱伝導Ｑ_ｉ-1、Ｑ_ｉ＋1と、放熱量Ｑ_ｎ−ａとから、一定時間経過後の耐火物３の温度Ｔ₁（time_i+2）の時間変化（熱移動量）を、下式にて算出する。
（１）取鍋２内側の耐火物３の温度
Ｔ₁（time_i+2）＝
Ｔ₁（time_i+1）＋(Ｑ_ｉｎｒ(time_i+1)−Ｑ₂(time_i+1))×Δtime／ρＣｐＡｔ_i
（２）耐火物３の厚み方向中途部近傍の温度
Ｔ_ｉ（time_i+2）＝
Ｔ_ｉ（time_i+1）＋（Ｑ_ｉ−１(time_i+1)−Ｑ_ｉ+１(time_i+1)）×Δtime／ρＣｐＡｔ_i
（３）鉄皮４（取鍋２外側）の温度
Ｔ_ｎ(time_i+2）＝
Ｔ_ｎ(time_i+1）＋（Ｑ_n−１(time_i+1)−Ｑ_n-a(time_i+1)）×Δtime／ρＣｐＡｔ_i
上記により、時間time_i+2における耐火物３の温度Ｔ_ｉ（time_i+2）が求まる。

以上の計算過程を繰り返すことで、任意の時間time_iにおける耐火物３の温度Ｔ_ｉ（time_i）を求めることができる。
次に、本発明に係る取鍋２を保温する保温バーナ１の制御方法を、図７及び図８に基づいて説明する。
図７は、連続鋳造終了時から取鍋２を保温開始するまでの間の取鍋２の蓄熱量を算出する方法を示したフローチャートである。図８は、連続鋳造開始時から取鍋２を保温開始するまでの間の取鍋２の蓄熱量を算出する方法を示したフローチャートである。

まず、連続鋳造終了時から取鍋２を保温開始するまでの間の取鍋２の蓄熱量を算出する手順について、説明する。
図７の（１）に示すように、まず連続鋳造終了時における取鍋２内の溶鋼温度と、連続鋳造終了時の取鍋２の状態に関する情報とを用いて、連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量を算出する。

ここで、取鍋２の使用回数などから、耐火物３の厚みｄ_ｉ（＝Ｆ（ｎ，鍋重量））を推定する。
例えば、耐火物３は取鍋２内面より溶損するため、取鍋２の最内面層に備えられる耐火物３（ウエアレンガ）の厚みｄ_１を、下式にて設定する。
ｄ_１＝ｄ−Ｃ×ｎ
ただし、
ｄ：初期のレンガ厚み
ｎ：チャージ回数
ｎ_ｍａｘ：最大チャージ回数
ｄ_ｍｉｎ：最終レンガ厚み
Ｃ：定数（＝（ｄ−ｄ_ｍｉｎ）／ｎ_ｍａｘ）
次に、図７の（２）に示すように、算出された連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量と、連続鋳造終了時から取鍋２を保温開始するまでの時間とを用いて、保温バーナ１にて保温を開始する直前の取鍋２の蓄熱量を算出する。

保温を開始する直前の取鍋２の蓄熱量を算出するにあたっては、保温開始直前までに放出される取鍋２の放熱量を算出する。このとき、取鍋２の蓄熱量が鉄皮４表面からの放熱されており、耐火物３の温度は低下している。なお、保温開始前に行われる鍋整備においては、取鍋２の蓋５を取り外して整備するので取鍋２は蓋５のない状態となり、熱が大気に放出されている。それ故、鍋整備における取鍋２の放熱量も算出する。

算出された保温開始直前の取鍋２の蓄熱量を基に、当該取鍋２の蓄熱量が予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、保温バーナ１の入熱量（保温バーナ１の炊き始めの時間など）を決定する。
そして、図７の（３）に示すように、決定した保温バーナ１の入熱量を基に、取鍋２の保温開始を開始する。

続いて、連続鋳造開始時から取鍋２を保温開始するまでの間の取鍋２の蓄熱量を算出する手順について、説明する。
図８に示すように、連続鋳造開始時から取鍋２を保温開始するまでの間の取鍋２の蓄熱量を算出する方法は、図７に示す取鍋２の蓄熱量を算出する方法と略同じである。
すなわち、連続鋳造開始時から取鍋２を保温開始するまでの間の取鍋２の蓄熱量を算出する方法は、連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量を算出し、算出された連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量と、連続鋳造終了後から取鍋２を保温開始する前の時間とを用いて、保温バーナ１にて保温を開始する直前の取鍋２の蓄熱量を算出し、算出された取鍋２の蓄熱量を基に、当該取鍋２の蓄熱量が、予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、保温バーナ１の入熱量を決定する点が同じである。

しかしながら、連続鋳造開始時から取鍋２を保温開始するまでの間の取鍋２の蓄熱量を算出する方法は、連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量を算出する前に、連続鋳造開始時における取鍋２内の溶鋼温度と、連続鋳造開始時の取鍋２の使用状況の情報とを用いて、連続鋳造開始時の取鍋２の蓄熱量を算出している点が大きく異なっている（図８（１）参照）。

連続鋳造開始時の取鍋２の蓄熱量を算出する理由としては、連続鋳造開始から連続鋳造終了までの間、溶鋼１０の温度は低下とともに出鋼により取鍋内の溶鋼液面が低下し耐火物上部から放熱が進むため、そのときの取鍋２の蓄熱量も変化しているので、連続鋳造中の取鍋２の蓄熱状態を得るためである。
このように、連続鋳造終了時の取鍋２の蓄熱量と、保温バーナ１にて保温を開始する直前の取鍋２の蓄熱量とに加えて、連続鋳造開始時の取鍋２の蓄熱量を算出することで、より正確に出鋼時に必要とされる取鍋２の蓄熱量を算出することができ、そのために必要な保温バーナ１の入熱量を決定することができる。

ここで、保温バーナ１の入熱量を決定する手順について、図を基に説明する。
図９は、溶鋼１０を払い出した後から取鍋２の保温を開始するまでの時間と、保温バーナ１の燃焼量と、耐火物３の蓄熱量との関係を示した図である。
図９に示すように、取鍋２の保温を開始する直前の耐火物３の蓄熱量と、目標とする耐火物３の蓄熱量と、出鋼時間と、予め算出しておいたコークス炉ガス（ＣＯＧ）の流量とにより、耐火物３に目標とする蓄熱量を付与するのに必要とされるＣＯＧの流量を決定する。

図９をみてみると、目標とする耐火物３の蓄熱量は、取鍋２の蓄熱状態が定常とされる、溶鋼１０を払い出した後から２時間後の約６８００Ｍｃａｌである。そして、取鍋２の定常の蓄熱状態を保持し続けるために必要なＣＯＧの流量は、２００Ｎｍ^３／ｈ程度（短破線）と算出することができる。
一方で、保温バーナ１にて保温を開始する時間を溶鋼１０を払い出した後から３時間後にした（保温バーナ１の点火を１時間遅くした）場合、図９から、保温バーナ１の入熱量が３００Ｎｍ^３／ｈ（実線）において、溶鋼１０を払い出した後から約４．６時間後に、必要な蓄熱量、約６８００Ｍｃａｌが得られる。なお、図９から、溶鋼１０を払い出した後から３時間後の取鍋２の蓄熱量は、約６４００Ｍｃａｌと低下していることがわかる。

そして、各保温バーナ１の燃料量を算出する。
溶鋼１０を払い出した２時間後から連続燃焼で取鍋２を保温（２．６時間保温）する場合、
２００（Ｎｍ^３／ｈ）×２．６（ｈｒ）＝５２０（Ｎｍ^３）
と算出される。

一方、溶鋼１０を払い出した３時間後から取鍋２を保温（１．６時間保温）する場合、
３００（Ｎｍ^３／ｈ）×１．６（ｈｒ）＝４８０（Ｎｍ^３）
と算出される。
この結果から、溶鋼１０を払い出した３時間後から取鍋２を保温する場合の保温バーナ１の燃料消費量が、連続燃焼で取鍋２を保温する場合に使用される保温バーナ１の燃料消費量より、約８％削減できることがわかる。

図１０は、取鍋２の保温時間と保温バーナ１における燃料の使用比率との関係（保温バーナ１の燃料消費量を削減できる割合）を示した図である。
図１０に示すように、取鍋２の保温時間が長くなるにつれて、保温バーナ１の燃料消費量を削減できる効果が大きくなることがわかる。なお、実際の製鋼工程では、出鋼時間が早くなることもあるので、取鍋２の保温を開始する時間は少し余裕を持って設定することになる。また、取鍋２の保温を開始する時間を遅くすると効果が底打ちするので、取鍋２の保温を開始する時間は、例えば６時間程度までにするとよい。

図１１に、取鍋２の保温を開始する時間及び、保温バーナ１の入熱量に対する耐火物３の蓄熱量の時間変化と、取鍋２から排出される排ガス温度の時間変化の関係を示す。
図１１に示すように、取鍋２の保温を開始する時間を３つのパターンに分けて行った。このとき、保温バーナ１の入熱量は、２つのパターンとした。
図１１中の（１）のパターンは、溶鋼１０を払い出した２時間後（親鍋終了）から、蓄熱状態が定常とされる（約６８００Ｍｃａｌ）取鍋２をそのまま保温し続ける場合である（太実線）。このときの保温バーナ１のＣＯＧ流量は、２００Ｎｍ^３／ｈとする。

図１１中の（２）のパターンは、溶鋼１０を払い出した２時間後の取鍋２を保熱場に移動させて、その保熱場にて１時間待機し、その後蓄熱状態が定常とされるまで取鍋２を保温する場合である（破線）。このときの保温バーナ１のＣＯＧ流量は、３００Ｎｍ^３／ｈとする。
図１１中の（３）のパターンは、溶鋼１０を払い出した２時間後の取鍋２を保熱場に移動させて、その保熱場にて２時間待機し、その後蓄熱状態が定常とされるまで取鍋２を保温する場合である（細実線）。このときの保温バーナ１のＣＯＧ流量は、３００Ｎｍ^３／ｈとする。

まず、（１）のパターンと（２）のパターンを比較する。
図１１中の（２）のパターンをみてみると、耐火物３の蓄熱量が必要な量（約６８００Ｍｃａｌ）に到達した時間（約４．６時間）までの（２）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度は、最初の段階では（１）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度より低く（（２）＜（１））、その後（１）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度より高く（（１）＜（２））なっていることがわかる。

そして、最初の段階での取鍋２の排ガス温度の時間積分量について検討してみる。（１）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度と（２）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度の差をとって（２）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度を評価すると、（２）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度の方が、領域ａに示す面積分だけ排ガス損失が少ないことがわかる。

一方で、取鍋２の保温が後半の段階になったときの排ガス温度の時間積分量について検討してみる。（１）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度と（２）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度の差をとって（２）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度を評価すると、（２）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度の方が、領域ｂに示す面積分だけ排ガス損失が大きくなることがわかる。

そして、領域ａの面積と領域ｂの面積を比較すると、領域ｂの面積の方が領域ａの面積より、小さいことがわかる（領域ｂの面積＜領域ａの面積）。
以上より、（２）のパターンの方が（１）のパターンより取鍋２からの排ガス損失が小さい、すなわち取鍋２に対する保温バーナ１の入熱が効率的であることがわかる。
次に、（１）のパターンと（３）のパターンを上記と同様に比較する。

図１１中の（３）のパターンをみてみると、耐火物３の蓄熱量が（１）のパターンで付与される量に到達した時間（約８時間）までの（３）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度は、最初の段階では（１）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度より低く（（２）＜（１））、その後（１）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度より高く（（１）＜（２））なっていることがわかる。

そして、最初の段階での取鍋２の排ガス温度の時間積分量について検討してみる。（１）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度と（３）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度の差をとって（３）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度を評価すると、（３）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度の方が、領域ａ＋領域ｄに示す面積分だけ排ガス損失が少ないことがわかる。

一方で、取鍋２の保温が後半の段階になったときの排ガス温度の時間積分量について検討してみる。（１）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度と（３）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度の差をとって（３）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度を評価すると、（３）のパターンにおける取鍋２の排ガス温度の方が、領域ｃに示す面積分だけ排ガス損失が大きくなることがわかる。

そして、領域ａ＋領域ｄの面積と領域ｃの面積を比較すると、領域ｃの面積の方が領域ａ＋領域ｄの面積より、小さいことがわかる（領域ｃの面積＜領域ａ＋領域ｄの面積）。
以上より、（３）のパターンの方が（１）のパターンより取鍋２からの排ガス損失が小さい、すなわち取鍋２に対する保温バーナ１の入熱が効率的であることがわかる。
図１１をまとめると、取鍋２の保温を開始する時間を適切に決定すると共に、保温バーナ１の入熱量を適切に制御すると、保温バーナ１の燃料消費量などが大幅に削減できることがわかる。

図１２に、取鍋２の保温を開始する時間を決定する手順を示す。
図１２に示すように、取鍋２の保温を開始する時間ｔ_ｈを決定するにあたっては、連続鋳造終了から取鍋２の保温を経て出鋼するまでの時間ｔ_ｓと、通常サイクルでの連続鋳造終了から出鋼までの時間ｔ_ｍを基に決定する。
その取鍋２の保温を開始する時間ｔ_ｈを決定する際の式を、以下に示す。

ｔ_ｈ＝（（ｔ_ｓ−ｔ_ｍ）／ｃ）＋ｔ_ｍ
ただし、
ｔ_ｈ：連続鋳造終了から取鍋の保温を開始するまでの時間（保温開始時間）
ｔ_ｓ：連続鋳造終了から出鋼するまでの時間
ｔ_ｍ：保温不要時における連続鋳造終了から出鋼までの時間（目標蓄熱量となる時間）
ｃ：係数（ｃ＞１）
なお、本実施形態では、取鍋２の保温の待機時間が長くなると取鍋２の放熱量が増加し、保温バーナ１の入熱量（取鍋２の蓄熱に必要なＣＯＧガスの流量Ｆ_ｍｉｎ×バーナ蓄熱効率）が増加するので、連続鋳造終了から取鍋２を保温開始するまでの時間を最低限の待機時間としている。

しかし、何らかの理由で取鍋２の保温開始が遅れる場合、取鍋２の放熱量が増加するので、取鍋２が昇温する際のＣＯＧガスの流量Ｆで耐火物３に付与する蓄熱量を補う必要がある。それ故、取鍋２の保温時間が長くなる。
通常、取鍋２の蓄熱に必要なＣＯＧガスの流量Ｆ_ｍｉｎは、取鍋２が昇温する際のＣＯＧガスの流量Ｆより少ないので（Ｆ_ｍｉｎ＜Ｆ）、上記した係数ｃで取鍋２の保温時間を短くする。

その係数ｃを下式で算出する。
ｃ＝１＋（Ｆ_ｍｉｎ／Ｆ）
ただし、
Ｆ_ｍｉｎ：取鍋の蓄熱に必要なＣＯＧガス（コークス炉ガス）の流量
Ｆ：取鍋が昇温する際のＣＯＧガスの流量
ここで、係数ｃを上記の式とした理由を説明する。

保温バーナ１の点火時間、つまり取鍋２の保温開始を遅らせた場合、耐火物３から放出される放熱量は、
ＣＯＧの流量Ｆ_ｍｉｎ×保温バーナ効率×（ｔ_ｈ−ｔ_ｍ）
である。
また、保温バーナ１を点火した後、取鍋２内が昇温している間の蓄熱量は、
ＣＯＧの流量Ｆ×保温バーナ効率×（ｔ_ｓ−ｔ_ｈ）
である。

この取鍋２内が昇温している間の蓄熱量が、耐火物３から放出される放熱量と略同じとなる。また、保温バーナ１の効率も略同じである。
以上より、
Ｆ_ｍｉｎ×保温バーナ効率×（ｔ_ｈ−ｔ_ｍ）＝Ｆ×保温バーナ効率×（ｔ_ｓ−ｔ_ｈ）
ｔｈ＝（（ｔ_ｓ−ｔ_ｍ）／ｃ）＋ｔ_ｍ
上記の２つの式から、
ｃ＝１＋（Ｆ_ｍｉｎ／Ｆ）
と算出される。

以上述べたように、本発明の取鍋２を保温する保温バーナ１の制御方法によれば、溶鋼１０を払い出した後の取鍋２の蓄熱量と保温直前の取鍋２の蓄熱量とを算出し、算出した取鍋２の蓄熱量を基に、当該取鍋２の蓄熱量が予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、保温バーナ１の入熱量を決定することができる。
なお、今回開示された実施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。

特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１保温バーナ
２取鍋
３耐火物
４鉄皮
５蓋
６排出口
７注入口
８転炉
９連続鋳造設備
１０溶鋼

Claims

転炉から連続鋳造設備に溶鋼を払い出した後の取鍋を、保温バーナにて加熱して保温する取鍋を保温する保温バーナの制御方法において、
連続鋳造終了時における前記取鍋の温度と、連続鋳造終了時の前記取鍋の状態に関する情報とを用いて、連続鋳造終了時の前記取鍋の蓄熱量を算出し、
算出された連続鋳造終了時の前記取鍋の蓄熱量と、連続鋳造終了時から前記取鍋を保温開始するまでの時間とを用いて、前記保温バーナにて保温を開始する直前の前記取鍋の蓄熱量を算出し、
算出された直前の前記取鍋の蓄熱量を基に、当該取鍋の蓄熱量が予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、前記保温バーナの入熱量を決定する
ことを特徴とする取鍋を保温する保温バーナの制御方法。
転炉から連続鋳造設備に溶鋼を払い出した後の取鍋を、保温バーナにて加熱して保温する取鍋を保温する保温バーナの制御方法において、
連続鋳造開始時における前記取鍋の温度と、連続鋳造開始時の前記取鍋の使用状況の情報とを用いて、連続鋳造開始時の前記取鍋の蓄熱量を算出し、
算出された連続鋳造開始時の前記取鍋の蓄熱量と、連続鋳造終了時における前記取鍋の温度と、連続鋳造時間とを用いて、連続鋳造終了時の前記取鍋の蓄熱量を算出し、
算出された連続鋳造終了時の前記取鍋の蓄熱量と、連続鋳造終了後から前記取鍋を保温開始する前の時間とを用いて、前記保温バーナにて保温を開始する直前の前記取鍋の蓄熱量を算出し、
算出された直前の前記取鍋の蓄熱量を基に、当該取鍋の蓄熱量が、予定されている出鋼時間までに予め設定された目標の蓄熱量となるように、前記保温バーナの入熱量を決定する
ことを特徴とする取鍋を保温する保温バーナの制御方法。