JP6726437B1 - 機械攪拌式脱硫システム - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、撹拌されている溶銑の浴面上に、上吹きランスと称する筒体を介して、アルゴンガス、窒素ガス等の搬送用ガスを用いて高速で連続的に吹き付け、溶銑内に脱硫剤を侵入させて添加する方法(例えば特許文献1参照)が利用されるようになった。
例えば、投射時、ランスと湯面間の距離が遠い(800mm以上)と集塵装置に吸われ、脱硫剤の投入量が減少するため脱硫効率が悪くなる。逆に、ランスと湯面間の距離が近い(400mm以下)とランス先端が溶銑によって溶損し、ランスの使用寿命が短くなる。
そのため、湯面レベルに対するランスの高さの調整が重要となる(推奨ランス〜湯面高さ:500〜700mm)。
従来、溶銑の湯面レベルを計測する方法としては、次のようなものが知られている。
(1)溶銑の重量を比重で割って容積を求め、溶銑鍋の底面積で割って高さ(湯面レベル)を求める方法
しかしながら、この方法では、鍋の内側(耐火物)に地金等が付着した場合は底面積が小さくなり、又はその逆に、鍋の内側が損耗した場合は底面積が大きくなるため、精度があまり良くないという問題がある。
しかしながら、実際の測定に際しては、溶銑からの輻射熱による故障を防止するために、耐熱ボードを挿入してセンサを囲い、内部の温度上昇を抑制する等の耐熱対策が必要であるが、脱硫処理で投入する脱硫剤等の粉塵が舞い上がり、耐熱ボードに付着堆積すると、マイクロ波が減衰して、湯面レベルを測定できなくなる等の問題があった。
しかしながら、目視の場合は、オペレータが常時湯面を監視しなければならないので、作業負荷および省力の観点から問題がある。また、カメラによる判定では、溶銑表面に浮遊するスラグの性状、生成量および分布の状態により検知精度がばらつくという問題がある。さらには周囲環境によるカメラの故障のリスクも大きい。
しかしながら、この方法は、発生するスプラッシュによって溶銑鍋内の耐火物を損耗させ、製鋼歩留を低下させるとともに、スプラッシュの検出を行う監視カメラが高温で故障しやすくなるという問題も避けられない。
本発明は、上述のような問題に鑑み為されたものであり、簡易な方法で溶銑の湯面レベルを検出し、検出された湯面レベルに合わせてランスを最適な位置に自動的に調整することが可能な機械攪拌式脱硫システムを提供することを目的とする。
一般に、機械撹拌式脱硫処理プロセス(以下単に「脱硫処理プロセス」という。)は、前処理、脱硫処理、後処理の手順で溶銑を脱硫処理する。
前処理とは、脱硫処理前に脱硫効率を高めるため、湯面に浮いた滓(スラグ)を排除機(スラグスキマー)で除去する工程である。
図1は、前処理の状態を示す図である。
(a)傾動台車1にて、溶銑がこぼれ落ちないような最大角度まで溶銑鍋2を傾ける。この時の傾動角θを記憶装置(不図示)に記憶させる。
(b)湯面に浮いている滓を排滓機3にて掻き取り、スラグ鍋4に移す。滓を除去したら、溶銑鍋の傾斜を元に戻し、次の工程に移る。
なお、集塵装置12は、ランス10から吹き付けられた脱硫剤のうち、溶銑鍋2に到達せずに空中に飛散したものを吸い集める装置である。
その工程は、次のとおりである。
(a)昇降用モータ9を駆動し、昇降枠体8と共に撹拌インペラ6を所定の高さまで下降させ、溶銑内に浸漬させ、回転駆動用モータ7で溶銑を攪拌する。
(b)湯面レベルに合わせランス10が下降後、ランス先端から脱硫剤を投射し、脱硫剤を溶銑と攪拌混合し、脱硫反応を開始する。
(c)攪拌を停止すると、溶銑中の硫黄成分と結合した脱硫剤が滓として溶銑の表面に浮いてくる。ここで昇降用モータ9を駆動してインペラ6を溶銑鍋2から引き揚げ、次の後処理に移行する。
後処理は、脱硫処理後に、湯面の表面に浮いた滓を除去する工程であり、操作は前処理と同様に、溶銑鍋2を傾動させて、滓を排除機3で除去する工程である。操作は基本的には前処理と同じであるので、詳細な説明は省略する。
そこで、通常は、約500mm≦H≦約700mmになるようにランス先端の位置を調整して行っているが、ランスの位置調整に影響を与える因子は、溶銑に浸漬されない部位であるフリーボード部の高さ(ΔH)である。
従って、このΔHを予め知ることができれば、適切なHに調整することができる。
図4(A)は円筒容器の場合の図である。溶銑がこぼれ落ちないような最大角度まで傾けた場合の傾動角をθとし、容器の直径をDとすると、容器内の空間の体積Vは、次の式で表すことができる。
V=(D/2)2×π×ΔH0×(1/2)
鍋に入っている溶銑の量は、傾動を元に戻しても変化しないので、フリーボード部の空間の体積も変化しない。従って、
V=(D/2)2×π×ΔH
∴(D/2)2×π×ΔH0×(1/2)=(D/2)2×π×ΔH
∴ΔH=ΔH0/2
しかるに、明らかに
ΔH0=D×tanθ
であるから、
∴ΔH=(D×tanθ)/2…(式1)
となる。
従って、ΔHは鍋の直径Dと傾動角θから一義的に決まり、溶銑の量には異存しない。
前処理において記憶させた傾動角(θ)から、上記式1を用いて溶銑鍋のフリーボード部の高さΔHを求めることができる。
図5は、溶銑鍋の内側の耐火物に金属付着物が付着して内径Dが狭くなった場合(A図)と、内側の耐火物が損耗して内径Dが広くなった場合(B図)を示した図である。
そこで、内径Dの変化によってフリーボードΔHがどの位影響を受けるかを検討する。
いま、DがΔDだけ変化した場合のフリーボードΔH’を上記式1を用いて計算すると、
ΔH’=(D+ΔD)×tanθ/2=Dtanθ/2+ΔDtanθ/2
∴ΔH’=ΔH+ΔDtanθ/2…(式2)
δ=100tanθ(mm)
となる。θが、30°、40°、45°の場合(通常、傾動角は約30°で最大45°の程度である。)について、それぞれδを計算すると、次のようになる。
tan30°=0.58 δ=58mm
tan40°=0.84 δ=84mm
tan45°=1 δ=100mm
すなわち、溶銑鍋の内径が200mm変化したとしても、フリーボードベースでは傾動角が最大45°の場合でも100mmの誤差にしかならず、好ましいフリーボードの範囲(500mm〜700mm)の幅と比較しても、影響は少ないと考えられる。
例えば、図の矢印で示した箇所(θ=約36°前後)では、溶銑鍋の損耗状態が6種類の場合について表示しているが、それらのフリーボードの差の範囲は100mm以内に収まっていることが分かる。従って、標準の溶銑鍋(例えば新品の鍋)の内径Dを用いて算出したフリーボードをすべての場合に適用したとしても、影響は少ないと考えられる。
図7は、本発明に係る脱硫システムの構成を示す模式図である。基本的な構成は図3に示すものと同様であるので、異なる部分のみを説明する。
本発明に係る脱硫システムは、図2に示す従来の脱硫システムに、ランス通過検知センサ13(光電センサ)、及びランス駆動モータ11によってランスの移動距離を制御する制御部14を付加したものである。
傾動角θは、前処理の段階で計測しておき、制御部14に入力して保存されている。また、鍋の損耗状態は、前処理の開始前に内径Dを実測しておき、その値を入力しておいてもよいし、あるいは鍋の使用回数によって損耗の程度が予め経験的にわかっている場合は、その使用回数を入力して、損耗度(mm)に変換するようにしてもよい。
L+H=L0+ΔH
となるから、
∴L=L0+ΔH−H・・・(式3)
L0の値は予め分かっており、また、約500mm≦H≦約700mmであるから、例えば、H=600mmと設定することにより、LはΔHの一次関数となる。
従って、傾動角θに基づいてフリーボードΔHを上記式1により算出することにより、ランスを最適な位置まで自動的に移動させることができる。
L=hcosα
で表される。すなわち、
h=Lsecα・・・(式4)
となる。このhの距離分だけランスを進行方向に移動させることにより、結果的に所望の降下距離Lだけ移動させることができる。
ランスの進行方向の移動距離hの検出は、光電センサ及び図示しないランス昇降回転器(エンコーダ)を組み合わせることで可能である。
昇降回転器(エンコーダ)にて、ランスが光電センサ13を遮る位置を測定し、そこからの移動距離をエンコーダで計測する。
また、エンコーダを用いる代わりに、ランス横に目盛基準を設け、カメラで目盛を読み取って長さを計測する方法も可能である。
図8は、鍋の損耗状態ごとに、傾動角(θ)とフリーボードとの関係をテーブル化したものである。これは一例である。角度は一度刻みで設定した方がより正確にはなるが、紙面の都合上5°刻みで表示している。角度が同じであれば、損耗状態によるフリーボードΔHの変化は小さいことが分かる。
例えば、傾動角が30°の場合は、100mm損耗したとしても、フリーボードは58mmしか変化していない。また、45°の場合でも、100mm損耗したとしても、フリーボードは100mmしか変化しておらず、好ましいフリーボードの範囲(500mm〜700mm)の幅と比較しても、影響は少ないことが分かる。
前提として、当日使用する溶銑鍋の損耗状態(損耗度)と、前処理において計測した傾動角(θ)を予め入力して記憶させておく。
制御部14のプログラムをスタートさせると、まず、制御部14のCPU(不図示)は所定のプログラムに基づいて、溶銑鍋の損耗度(又は使用回数)を読み出す(S1)。次に、傾動角θを読み出す(S2)。溶銑鍋の損耗度に対応したフリーボードのテーブル(例えば図8に示すテーブル)を参照して、傾動角θに対応したフリーボードΔHを読み出す(S3)。
ランス駆動モータ11を駆動してランスの駆動を開始する(S5)。ランスがランス検知センサ13を通過したら(ステップS6のYES)、ランスの移動距離の計測を開始する(S7)。昇降回転器(エンコーダ)にて、ランスが光電センサ13を遮った時点からの移動距離を計測する。
ランスの移動距離が、上記式4で求めた移動距離hに到達したら(ステップS8のYES)、ランスの駆動(移動)を停止する(S9)。
ランスが停止した位置において、ランスからの脱硫剤の投射を開始する(S10)。
さらに、溶銑面との接近によるランス先端部の溶損量が小さくなり、ランス管の使用寿命を格段に延ばすことが可能となる。
Claims (2)
- 攪拌インペラと溶銑鍋を備えた機械攪拌式脱硫装置(以下「脱硫装置」という。)と、該脱硫装置の前記溶銑鍋に脱硫剤を投射する上吹きランスを備え、前記溶銑鍋に投入された溶銑の脱硫処理を行う機械攪拌式脱硫システムにおいて、該システムは、
前記上吹きランスの先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さの位置になるように移動制御を行う制御部をさらに備え、該制御部は、
前記脱硫処理の前処理であるスラグ除去処理の際の溶銑鍋の傾動角と前記溶銑鍋の内径から前記溶銑鍋のフリーボードを算出し、該算出したフリーボードに基づいて前記上吹きランスの移動距離を算出する移動距離算出手段と、前記算出された移動距離に基づいて、前記上吹きランス先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さの位置になるように前記上吹きランスの駆動を行うランス駆動手段とを備えたことを特徴とする機械攪拌式脱硫システム。 - 前記制御部の移動距離算出手段が、前記溶銑鍋の損耗度毎に前記傾動角と前記フリーボードが関係付けられたテーブルを備え、入力された前記損耗度に対応した前記テーブルを用いて求めた前記フリーボードに基づいて前記上吹きランスの移動距離を算出することを特徴とする請求項1に記載の機械攪拌式脱硫システム。
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