JPH01229943A - 溶鉄成分の検出方法およびそれに基づく精錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、酸素または酸素を含む混合ガスを吹きつける
転炉吹錬において、溶融状態にある鉄（以下単に溶鉄と
言う）中の各種成分の濃度（含有率）を精度よく分析し
検出するととも量、この検出値を用いて、溶鉄の精錬を
制御する方法に関するものである。

従来の技術 従来前記転炉等の精錬プロセスにおいて溶鉄の成分を検
出する方法としては、精錬過程における溶鉄をサンプリ
ングし、固化させたブロック試料によってスパーク発光
分光分析法を用いて検出することが一般的であった。と
ころが近年特量、前記転炉においてはより高精度な品質
管理、あるいはＭｎ鉱石の炉内直接還元など操業中に著
しく変化する各種成分濃度に応じて種々の操業因子を迅
速に制御する操業が指向されておし、前記溶鉄を直接分
析対象とするオンラインリアルタイムの分析、検出方法
が強く要請されている。

このような要請に対して本発明者らも種々の研究を行い
、溶融金属に化学炎等を吹きつけることによって形成さ
れる局所的高温部から発生する発光スペクトルを分光分
析する方法、および溶鉄に酸素あるいは酸素を含む混合
ガスを吹きつけることによって形成される火点から発生
する発光スペクトルを分光分析する方法を開発し、先に
特願昭８０−２９３６５８号および特願昭８０−２０７
９７５号として出願した。

発ｉ１が解決しようとする課題 前述した火点から発生する発光スペクトルを分光分析す
る方法（以下、従来方法と言う）は、溶鉄表面に酸−，
Ｖ、あるいは酸素を含む混合ガスを吹きつける場合にガ
ス中の酸素の含有率、吹きつけ距敲などの吹きつけ条件
を同一とすれば火点の温度はほぼ一定であし、その変化
量は１２０℃位と見込まれることを前提としたものであ
った。

しかしながらその後さら量、実炉での調査、研究を重ね
た結果、前記吹きつけ条件が同一であっても溶鉄中に含
まれる成分、溶鉄表面上に存在する酸化物などの影響に
よって、火点の温度は大きく変化する場合があし、火点
の温度が一定であると考えていた前記従来方法のみでは
、その分析、検出精度に問題のあることが判った。

本発明は、ｎカ記従来方法のさらに改良を図し、溶鉄に
酸素含有ガスを吹きつけることによって形成される火点
から発生する発光スペクトルの分光９分析において、よ
り精度の高い溶鉄成分の検出を可能ならしめることを第
１の課題とし、この高精度で得られる溶鉄成分の情報に
基づいて、精錬条件、副原料の投入方法等を変化させ、
効率よく溶鉄の１１標成分に到達せしめる精錬法の提供
を第２の課題とするものである。

課題を解決するための手段 前記課題を解決する本発明は、溶鉄表面に酸素または酸
素を含む混合ガスを吹きつけた時に形成される欠点から
発生する発光スペクトルを分光することにより溶鉄成分
を分析し検出する方法において、あらかじめ前記火点の
温度範囲に対する溶鉄中波分析成分濃度と該被分析成分
の発光スペクトル強度との相関を求めておき４前記分光
操作と同時に１ｔＩ記火点の温度を実測し、該温度実測
値にノ、Ｈづき、前記溶鉄成分濃度を補正することを特
徴とする溶鉄成分の検出方法に関する。

また高配溶鉄成分の検出方法において、あらかじめ溶鉄
中波分析成分濃度に対する該被分析成分の発光スペクト
ル強度と火点温度との相関係数Ｋ　（Ｔ）と、分析装置
および前記被分析成分の測定波長によって定まる自己吸
収係数ｎを求めておき、実Δ１４された被分析成分の発
光スペクトル強度を後述する所定の式に基づいて演算処
理し、被分新成分の濃度を更に精度よく補ＩＦすること
を特徴とする溶鉄成分の検出力Ｄ：に関する。

また前記溶鉄成分検出方法における溶鉄中波分析成分が
、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｓｎ、　ＡＱ、Ｓｉ、　Ｐｂ、　Ｎｉ、
　Ｃｒ等の高蒸気圧元素であることを特徴とし、また前
述した検出方法に基づいて溶鉄中波分析成分の内のＭｎ
濃度を検出し、あらかじめ求められたＭｎ濃度とＰ濃■
隻との相関よりＰ濃度を検出する方法に関する。

更に前述した検出方法に基づいて吹錬中に溶鉄中波分析
成分濃度を検出し、当該操業条件下における目標値に対
する前記検出値との差を求め、語基を解消するようにラ
ンス高さ、送酸速度、底吹きカス埴、副原料の種別、投
入量、および投入タイミング等の内の１もしく２以りを
制御することを特徴とする精錬方法に関する。

作用 転炉においては、吹錬のために吹き込まれる酸素あるい
は酸素を含む混合ガスと溶銑中成分であるＣ、Ｆｅが燃
焼反応を起こし火点と呼ばれる高温部が形成されること
は従来より知られている。この火点温１ｆｔは、溶鉄中
のＣと酸素の燃焼熱およびυ１カス顕熱からｔ＋＃られ
る理論燃焼温度にノ、（づいて計算され、例えば溶鉄中
のＣが約３％、純酸素を２．５　Ｎｍ’／ｍ１ｎｅ　を
吹きつける吹錬においては約２４００°Ｃ程度になるも
のと考えられていた。しかしながら、本発明者らは、実
炉における火点現象の調査、研究を継続したところ、同
−吹きつけ条件によっても、溶鉄浴面の揺動による酸素
ジェットの衝突面積の変化に伴う溶鉄浴面の酸素密度の
変化やこの溶鉄浴面上に存在する溶融酸化物（スラグ）
による抜熱量の違いにより火点温度が変化している状況
のあることを知見した。したがって、火点から発生する
発光スペクトルの分光分析においても火点温度の影響を
大きく受けるものと推定した。

このような火点温度の影響をなくすためには、例えば火
点温度の変化に追従して混合ガス中の醜素含右率を変化
させることにより火点温度を一定に保つ方法が考えられ
るが、特別の制御装とを心霊としたし、転炉における吹
錬の制御性を乱す外乱要因となるため有効な手段ではな
い。

そこで、本発明者らは火点温度と発光スペクトルの強度
との間に何らかの相関があるものと考え、以下に示すよ
うな実験、研究を行った。

さて、火点から発生する発光スペクトル強１■は、溶鉄
からの赤外輻射による連続スペクトル強度と各測定元素
に基づく輝線スペクトル強度の和の形で、下記（１）式
で表すことができる。

Ｉａｂｓ　＝　ＩＩＲ＋ＩＮ −α（２πｈＣ２／入５）ｅｘｐ（−ｈｅ／に入Ｔ）＋
β　（Ｊ　Ｍ（Ｔ）　　Ｉ　ｅｚｐ（−ｈｅ／に八Ｔ）
−（ｃｘａ　２πｈｃ２／入５＋β・ＪＭ（Ｔ））［！
ＩＰ（−ｈｅ／に入Ｔ）　　　　　　　　　−１１−（
１）但し Ｉａｂｓ：測定ネれる発光スペクトル強度ＩｒＲ：赤外
輻射による連続スペクトル強度ＩＭ　　　：ＪＩＩＩ定
される元素の発光スペクトル強度入：測定波長、ｈニブ
ランク定数、Ｃ：光の強度、Ｔ　二火点の温度、に：ポ
ルッマン定数。

ＪＭ（Ｔ）：測定される元素の蒸発速度に依存した火点
表面近傍の濃度、α、β：定数 このよう量、測定される発光スペクトル強度は火点温度
に依存し、火点温度の影響を受ける。赤外輻射および原
子の発光に寄与するｅｘｐ（−ｈｅ／に入Ｔ）のダ１の
補正については、溶鉄中の目的とする元素を測定する際
量、溶鉄からの赤外輻射による発光強度を同時に測定し
て、／へ７タグランド発光の強度を規格化することによ
し、火点の温度変化の影響を補正することができる。Δ
ＩＩＩ光系には波長変調システムを用いれば、シグナル
とバックグランドとを分離することができる。

次量、測定される元素の蒸発速度に依存した火点表面近
傍の強度ＪＭ（Ｔ）の項について説明する。一般量、溶
鉄中に含まれる溶質の蒸発機構は大きく分けると、その
溶質の溶鉄内の拡散による移動１表面からの蒸発、気相
中の拡散による移動の３つの過程からなると考えられて
いる。しかし、各過程における特性値、たとえば溶鉄内
の拡散係数、蒸気圧、気相中の拡散係数は火点のような
高温域では得られておらず、また、１１′速過程に関す
る知見もほとんどないため火点表面近傍の濃度の温度依
存性を推定することは困難である。

そこで１．に発明者らは火点表面近傍の溶鉄濃度の温度
依存性を実際操業によって評価する方〃、の開発を試み
た。而して予め予備テスト、あるいはオフラインの試験
炉などで、溶鉄中の分析対象元素の含有率、即ち被分析
成分に対する発光スペクトル強度が火点温１■でどのよ
うな影響を受けるか調査した。その結果、後述する第５
図に示すように溶鉄中波分析成分濃度とこの被分析成分
の発光スペクトル強度との間には強い相関が認められ。

この相関は火点の温度範囲によって変化することを知見
した。

従ってこのような火点温度範囲に対する溶鉄中波分析成
分濃度とこの被分析成分の発光スペクトル強度との相関
をあらかじめ分析対象元素毎に求めておき、実操業中の
火点温度を実測することによし、当１核操業中に分析し
検出される値を補正して時々刻々の溶鉄成分を正確に検
出することが可能となる。

第１図は前記あらかじめ求めた相関を栓穴的に示した図
表である０図において横軸が被分析成分濃度、即ち分析
対象元素の溶銑中含有率（％）を、縦軸が前記被分析成
分の発光スペクトル強度を表し、その相関が最も強く現
れる火点温度範囲を設定したものである。即ち実線ａ−
ｆが前記各火点温度範囲に対応する相関であり１例えば
操業中の火点温度ＴがＴ２〜Ｔ３の範囲（Ｔ　２≦Ｔく
Ｔ３）にあれば実ｔｉｅで示す相関を用い、その蒔の発
光スペクトル強度がＹ、であれば、このＹｌと実線Ｃと
の交点に対応するＸｌが分析対象元素の溶銑中含有率で
あし、火点温度に応じて補正された伯として検出される
。而して前記実線ａ−ｆはあらかじめ設定された火点温
度範囲毎に被分析成分の濃度を補正する検漬線としての
機能を発揮する。

発光スペクトル強度と溶鉄中の成分濃度との相関関係を
予め求める方法としては、前述したようにオンラインの
予備テストにより求めてもよいが。

従来からなごれているよう量、オフラインにて、溶鉄中
に含まれる各元素の含有率を段階的に変化させた溶鉄を
最初に準備し、この溶鉄中の各元素の含有率をノＳ準量
、火点における発光スペクトル強度との相関を調べると
共にその際量、火点温度をも段階的に変化させて火点温
度の影響を同時に調へ、前記第１図に示すような相関ａ
−ｆを求めておくとよい０発光スペクトル強度は溶鉄の
場合には、その主成分であるＦｅの発光スペクトル強度
と分析対象元素の発光スペクトル強度の比（以下中に発
光スペクトル強度比と言う）を用いる方が検出精度を向
」二させるうえから効果的である。

欠点の温度Δ１４定は、接触式のものでも非接触式のも
のでもよいが、火点から発生する赤外輻射による発光強
度から温度測定できる輻射温度計あるいは二色温度計を
用いるのが望ましい。

以」−詳述した火点温度に応じた補正方法によって、溶
鉄成分を精度よく検出することがｒｊｆ能となった。と
ころが、例えば前述したＡＩ一定に用いる波長、Δ１１
定装置の特性１等に応じてはさらに厳密な補正を加える
必要のあることを本発明者らは経験した。即ち前記測定
に用いる波長、測定装設特性によって、自己吸収によし
、溶銑中成分濃度とスペクトル強度の相関が、第１図に
示すような直線関係で表せない場合が生じる。そこで、
本発明者らは、さらに研究をすすめ、自己吸収がある測
定波長、分析装置で、しかもさらに高精度な検出を行う
方法について検討した。

第１図に示すような直線関係では、火点の発光スペクト
ル強度と溶鉄成分の相関は、下記（２）式％式％ 〔Ｍ〕　：溶鉄中の被分析成分濃度（％）Ｍ　：溶鉄中
の被分析成分。

Ｆｅ：溶鉄中の鉄。

■　二発光スペクトル強度 （Ｉ　（Ｍ／Ｆｅ）　　：溶鉄中の被分析成分Ｍと鉄Ｆ
ｅの発光スペクトル強度比） Ｋ（Ｔ）：溶鉄中波分析成分濃度に対する該被分析成分
の発光スペクトル強度と火点温度との相関係数 しかし、自己吸収のあるυ１定波長、分析装置では、こ
のような１次の相関は１−リられず、下記（３）式の形
で示される。

１ｏｇＩ　　（Ｍ／Ｆｅ）　　＝　ｌｏｇ　Ｋ（Ｔ）　
＋　ｎ　ａｌｏｇ　　（Ｍ）・赤・（３） ｎ：自己吸収係数 この（３）式における自己吸収係数ｎは、前述したと同
様の予備テストにおこない、前記測定波長、分析装置に
対応した火点における発光スペクトル強度と溶銑中成分
濃度および火点温度を測定し１発光スペクトル強度な溶
銑中成分濃度に対してプロットすることによって求める
ことかできる。

第２図は溶鉄中のＭｎ濃度と前述した発光スペクトル強
度比（Ｉ　（Ｍ／Ｆｅ）　）の関係を求めた一例を示す
もので、この第２図の傾きが当該火点温度における自己
吸収係数ｎに相占する。この自己吸収係数ｎが１の場合
前記第１図に示す如き直線関係となる。

次量、前記（３）式を変形すると下記（４）式となる。

Ｋ（Ｔ）−■　（Ｍ／Ｆｅ）／　〔Ｍ″Ｊ　ｎ　・　・
　・（４）この（４）式から判るようにＫ（Ｔ）は、溶
鉄中波分析成分濃度に対する該被分析成分の発光スベク
ｉ・ル強度比と火点温度との相関を表すものとなし、本
発明においてはこのＫ（丁）を相関係数として用いた。

而して（４）式で得られるＫ　（Ｔ）を、予め火点温度
毎に求めておくことによし、溶鉄中波分析成分濃度に対
する該被分析成分の発光スペクトル強度比と火点温度と
の相関係数として利用が可能となる。

第３図は、前記第２図と同様にＭｎ濃度における一例を
示すもので、Ｍ２Ｃ度を段階的に変化させた溶鉄を用意
し、この溶鉄のＭ２Ｃ度を基準量、火点における発光ス
ペクトル強度比を実測して各火点温度と前記相関係数Ｋ
　（Ｔ）との関係を調査した結果を示すものである。第
３図においては横軸は火点温度を、縦軸は相関係数Ｋ　
（Ｔ）を表す。この第３図からｒ４るように火点温度を
微小間隔で変化させて相関係数Ｋ　（Ｔ）を求めること
により相関係数Ｋ　（Ｔ）は連続した曲線状となる。

従って前述した第２図に示す如き自己吸収係数ｎと、第
３図に示す如き相関係数Ｋ　（Ｔ）をあらかじめ求めて
おき、当該吹錬時の発光スペクトル強度比を実測するこ
とによし、溶銑中成分濃度は、前記（３）式を変形した
下記（５）式で演算処理することにより求めることがで
き、測定波長、分析装はの特性、火点の影響を効率的に
補正した正確な溶鉄成分の検出が可１おとなる。

ＣＭ）　＝　（Ｉ　（Ｍ／Ｆｅ）　／Ｋ（Ｔ）　）ｌ／
ｎ・・φ（５）次に実際の転炉設備を示す第４図（ａ）
に基づいて本発明を更に詳述する。この第４図（ａ）に
おいてｌは転炉９内に貯留された溶鉄、ＩＯは前記溶鉄
１上に浮遊するスラグであし、２は前記溶鉄ｌに酸素ま
たはｍ素を含む混合ガスを吹きつけるためのランスであ
る。３は火点４からの発光スペクトルを検出する光ファ
イバーであし、この先ファイバー３は分光器６および温
度計７に連結されている。

第４図（ｂ）は前記ランス２の先端部の詳細を示す断面
図である。酸素又は酸素を含むガスはランス先端の主孔
２ａを通して溶鉄１の表面に吹き付けられる。５はこの
ランス２から噴射される酸素のガスシェドを示す、光フ
ァイバー３は本実施例ではランス２の内管２ｂ内に設け
られたガイトノ−イブ１８に収納されておし、その先端
には溶鉄表面の火点４までの距離に焦点を合わせたレン
ズ３ａが装着されておし、このレンズ３ａを通して火点
４を観測できる構造となっている。第４図（ｂ）におい
て２０がレンズ３ｄを通して１ｓｌｆｉｌｌできる視野
を示し、２０ａが光ファイバー３による火点の測定領塘
である。

而して光ファイバー３で採光された火点４の発光スペク
トルは分光器６、及び湿度計７に入力され、発光スペク
トル強度と火点温度がそれぞれ同１１νに測定され、そ
の実測値は演算装置８に人力される。尚、本発明におい
て分光操作とはこの光ファイバー３で火点４の発光スペ
クトルを採光し、その強度を測定する操作を言うもので
ある６分光器６は分解能、測定可能波長域等の計器特性
を有しているため被分析成分の測定波長は計器特性に適
した範囲のものを選定しなければならない。

また光ファイバー３は長ｙ、材質による減衰特性を有し
ており１分光器６と同様減衰の少ない波長域にて測定を
行う必要がある。光ファイバー３の３１一定領域は光フ
アイバー性能、先端レンズ３ａの形状及び主孔２ａとの
位置関係によって決まるが、火点４の領域と光ファイ／
へ−３による測定領域との関係により前述した自己吸収
係数ｎの影響度が異なる。

本発明において分析装置とは前述したような自己吸収係
数ｎへ影響を与える光ファイバー３、その先端のレンズ
３ａ、及び分光器６等を総称していうものであし、この
分析装置の特性、即ち前述した光ファイバー３、分光器
６の特性や光ファイバー３の設置形ｊ島等に応じて前記
自己吸収係数ｎを求めておく必要がある。また自己吸収
係数ｎは被分析成分の測定波長によっても影響を受ける
ことから、使用する測定波長に対応、した自己吸収係ｔ
！Ｉｎをも求めておく必要がある。

以にのようにしてあらかじめ各操業条件毎に求めておい
た前記第１図に相当する火点の温度範囲に対する溶鉄中
波分析成分濃度と該被分析成分の発光スペクトル強度と
の相関、及び前記第２図、第３図に相当する溶鉄中波分
析成分濃度に対する該被分析成分の発光スペクトル強度
と火点温度との相関係数Ｋ（Ｔ）、及び自己吸収係数ｎ
。等は演算装置８には、入力され、記憶せしめられてい
る。演算装置８では操業中に時々刻々入力されてくる前
記火点温度と発光スペクトル強度とから溶鉄成分を前述
した演算処理を行うことによって自動的に求め、検出す
る。

求められた溶銑中成分濃度が、ＣＲＴ画面＋１に表示さ
れ、詩々刻々と吹錬中の濃度が把握出来るととも量、演
算装置８からの信号にしたがって、ランス２かう供給さ
れる酸素流罎の調節弁１２、底吹きガス流量の調節弁１
３、ランス昇降用モーター１４、および、副原料の投入
用弁１８にそれぞれ信号が人力され、適正の成分値にな
るように制御される。

火点から発生する発光スペクトルを分光器６および温度
計７．に分配するための方法としては、１本の光ファイ
バーから１１られた発光スペクトルを分光器で分離する
こともできるが、複数本の光ファイ／ヘーをバンドルη
νにしておき分光器６および温度計７へ導入できるよう
予め分離しておくほうが簡単である。

以上のよう量、転炉の吹錬中にランス内に装入された光
ファイバーによってＡＩ一定ごれた火点温度と発光スペ
クトルをもと量、連続的にオンラインで溶鉄成分の分析
、検出が可能となる。

次に前述した溶鉄成分の検出方法を利用して、溶鉄成分
を目標値に到達させる方法について溶鉄成分中のＭｎを
例として説明する。

転炉で溶製される鋼中のＭｎ濃度は、製品の引張強度等
に密接に関係しておし、製品原価を低くするためには吹
き止め時のＭｎ６度を目標値に良好に到達させる必要が
ある。そこで、転炉吹錬においては、Ｍｎ鉱石の投入量
、投入タイミング、送酸条件、ランス条件等を操作し、
吹き止めＭｎ値をできるだけ安価な条件で目標値に到達
させる方法が用いられる。これらの制御にかかわらずＩ
−１標値を達成できなかった場合には、出鋼後に高価な
Ｆｅ−Ｍｎ合金鉄を投入し、目標値に的中させる手段が
採られる。

従来の吹錬方法においてＭｎ濃度を［Ｊ標値に到達させ
るための手段としては、前回もしくは数ヒート前までの
ほぼ同一鋼種の吹錬結果を参考にして適切とη想される
吹錬パターンを設定し、サブランスで吹錬中に１回ない
し２回のサンプリングをおこない、その結果だけをもと
に制御することが汀通であった。

而して吹錬中のＭｎ６度を正確に把握することはできず
、同一鋼種が連続する場合には適切な吹錬パターンを設
定しやすいが、多種の鋼種を次々と溶製する場合等は適
切な吹錬パターンを見つけることができず効率的に吹止
め成分を目標値に到達させることが困難であった。

これに対し本発明の実施により前述したように吹錬中に
おいても時々刻々、しかも正確にＭｎ濃度を検出するこ
と力＜　ｉｉ７７七となる。而してこの検出之れたＨｎ
Ｉｋ度と過去の操業実績等からあらかじめ設定されてい
る″′］該操業条件下における吹錬中のＭｎ目標値とを
比較演算することによし、その時点における１」標値に
対する検出値との差が求められる。

従って［１標値に対し検出値が高い場合には、溶鉄中か
らヘスラグ中Ｍｎを以降させる方向のアクション、即ち
、（Ｏ，ランスを」−昇Ｓせるか、底吹きカス４を低ド
させ、浴の撹拌を抑えるソフトブロー化をおこなう、■
、冷却材として鉄鉱石を上体とする原料を投入し溶鉄中
のＭｎの酸化を促進してＭｎＯとし、スラグ中へ移行さ
せる。などの制御要因の１つ、又は２以りを組み合わせ
て溶鉄中のＭｒ＋濃度を低ドさせ、前記差を零にする制
９１をおこなえばよい。

一方、］−１標値に対して検出されたＭｎ濃度が低い場
合にはスラグ中から溶鉄中へＭｎを移行させる方向のア
クション、１！ＩＩち、（ｊ）、ランスをド降させるか
、底吹きガス星を増加させ、浴の撹拌を促進させるハー
トブロー化をおこなう、■、送酸速度を低下させ、溶鉄
及び溶銑中成分の過酸化を防１にする。（３）、投入す
る副原料を低下させ、スラグ量を減少させる。＋４）、
冷却材としてＭｎ鉱石を投入し、炉内へのＭｎ供給源を
増加させる。などの制御要因の１つ、又は２以上を組み
合わせて溶鉄中のＭｎ５度を高め、前記差を零にする制
御をおこなえばよい。

さて本発明では、前記（１）式に示したよう量、溶鉄中
に溶解している場合の蒸気圧が高い成分の検出は行い易
いが、Ｐ等の低蒸気圧成分は困難となる場合が多い９本
発明者らも１種々の成分について、研究を進めてきたが
、吹錬の大きな制御要因となるＰの分析、検出がきわめ
て困難であった。しかしながら吹錬中の！ｌｌｎとＰは
非常に強い相関を示す。而してこのＨｎとＰとの関係を
求めておけば前述した吹錬中に連続的に得られるＭｎの
値を用いてＰを推定することができる。

Ｐを推定する方法としては、溶鉄条件、副原料の投入１
１１−と吹１１−め時のｐＱ度の相関式として５Ｆ２（
６）式の推定式が種々提案されていた。

〔Ｐ″ｌ　Ｂｐ＝　ａ　Ｈｉ　”　Ｗｙｌ＋　ａ７　”
Ｐ　Ｉ’ｉ９＋　ａ、３’Ｔｐ；ｇ＋　ａ、、・ＨＭＲ
・・・（６） 但し、 ＣＰ）Ｅｐ：吹止め詩の溶鉄中Ｐ濃度 ＷＦｌ　：銘柄ｉの副原料の投入ＩＪ１Ｐ　Ｆｉｌ　　
：溶ｆｉ中ＰＣ度 Ｔｐ；ｇ　　：溶鉄温度 ＨＭＲ：溶銑配合比率 ａ１〜ａ４＝係数 しかし、このような推定式の場合、短期間内の非常に類
似した操業条件、同一鋼種では精度よく推定できるが、
長期間にわたって高精度を維持することは困難であし、
頻繁にａ１〜ａ４の係数を見直す必要があし、実用的で
はなかった０本発明においてはこのような問題を効果的
に解決するために吹錬中のＰとＭｎの挙動の相関を利用
し、Ｐ５度を１Ｆ確に推定することに成功したものであ
る。

即ち、前記（６）式に２前述の方法で検出された溶鉄中
Ｍｎ濃度（Ｍｎ）と、時々刻々のにｎ濃度の変化率（ｄ
　ＣＭｎ）　／ｄｔ）を回帰項として付加したＦ記（７
）式の提供によって、Ｐｅ度の精度を飛躍的に向１−キ
せることができた。

ＣＰ）　＝　ａ　ｌＩ・ＷＦＩ　＋　ａ７−ＰｐＨ＋　
ａ３・Ｔｐ；１＋　ａ４・ＨＭＲ＋ａ、＊（Ｍｎ）　＋
ａ６＊ｄ　Ｏ４ｎ〕／ｄｔ　　　・・φ（７）ここで回
帰項の係数ａ５〜ａ６の値は、前記ａｌ−ａ４の係数に
比べ著しく大きくなし、その結果、Ｍｌ１ｍ度項（ａｓ
　６　（Ｍｎ）　）　、　Ｍｎ濃度変化率（ａｈ　・ｄ
〔訃）　／ｄｔ）の項の寄与率が大きくなることから長
期にわたし、はとんど総ての鋼種、操業条件の変化にも
影響されず、係数の見直しも必要なく高精度の推定が可
能となった。

以トの説明は溶鉄成分としてＭｎに絞っておこなッテき
たが、Ｓｉ、Ａｉｊ、Ｃｒ、　Ｚｎ、Ｃｕ、　Ｓｎ、　
Ｐｂ、　Ｎｉ等の高蒸気圧成分であれば、同様の考えで
分析、検出が可能であることは勿論である。また、Ｐの
如き低蒸気圧成分であれば、各操業条件、精錬条件との
回帰式の中量、高蒸気圧成分の連続的に得られる分析値
、および／もしくは分析値の変化率を取り込むことで吹
錬中、もしくは吹き止め時の濃度の推定が高精度で可能
となる。

実施例 実施例１ 前述した第４図に示す装置を用いて本発明を実施した。

転炉９の容星は１７０丁であし、この転炉における吹錬
中に溶鉄中のＭｎの検出に本発明を適用した０本実施例
ではランス２内に設けられたステンレス製のガイドパイ
プ１８に光ファイバー３を収納し、吹錬中の火点４を観
測できるように先端にレンズ３ａを取りつけた。光ファ
イバー３は分光器６および二色温度計７に連接され、分
析装置を構成し、前記分光器６および二色温度計７によ
る測定値は演算装置８に入力される構成となっている。

この転炉で実操業を開始する前にあらかじめオフライン
状態で溶鉄中に含まれるＭｎの含有率を段階的に変化さ
せた溶鉄を準備し、火点温度を種々変化させて発光スペ
クトル強度とＭｎ含有率との相関を調査した。

第５図はその結果の一例を示すもので、横軸がＭｎ含イ
ト１にを、縦軸が発光スペクトル強度を表すものである
。Ｍｎ含有率は化学分析により正確に測定した結果であ
し、発光スペクトル強度は前述したその主成分であるＦ
ｅの発光スペクトル強１■とＭｎの発光スペクトル強度
の比で表したものである。

両者には、火点温度が２３００℃以下では一点鎖線文で
、火点温度が２３００〜２４００℃の範囲では破線ｍで
、火点温度が２４００℃以上では実線ｎで示す明瞭な相
関のあることが確認された。而してこの相関交〜ｎは前
記演算装置８にあらかじめ記憶せしめた。

さて実操業を開始し、操業中における時々刻々のＭｎを
検出した０本実施例では、純酸素２．５２Ｎｍ″１ｍ　
ｉｎψＥをランス２より溶鉄表面に吹きつけた。

溶鉄ｌの吹錬前の飽和炭素濃度は約４％溶銑であし、吹
錬絆Ｙ時の溶鋼中炭素濃度は約０．１％であった。

第６　［ＮはＬ記温度計７により測定された吹錬中にお
ける火点温度実測値の推移状況の一例を示すもので吹錬
中の火点温度が一定ではないことが′Ｉる。本実施例で
は吹錬の初期および末期に温度が低ぐ、中期に高温とな
っておし、その変化Ｖは約２００℃にも達した。

第７図は本発明の実施結果の一例を示すもので、実線ｐ
が本発明に基づいて検出されたＭｎ含有率を示し、破線
ｑは火点温度を２３００℃の一定と仮定した従来方法に
基づく検出結果を示すものである。又図中のム印は周知
のサブランスでサンプリングして化学分析でＭｎ含有率
を確認した結果を示す。この第゛１図からＩＪＩらかな
ように実線ｐとム印は良好に一致しており１本発明によ
って検出精１■が飛躍的に向上することが実証された。

実施例２ 前記実施例１によって、オンラインで溶鉄中Ｍｎを検出
した場合の分析精度は、サブランスサンプルの化学分析
結果との差の標準偏差であられすと、σ＝０．０５％で
あった。この検出結果を例えば、吹錬中のオペレーショ
ンカイトとして使用する場合には、この程度の精度があ
れば充分である。ところが吹１［め時のＭｎ値を製品規
格内に確実に的中させるだめの高度なＭ　ｎ　ｆｆｊ制
御をおこなう場合、前記検出値でもまだ十分な精度とは
言えない状態が生じる。

そこで前記実施例１と同じ設備、及び分析装置を用いて
さらに精度の高い検出精度を１」）るために本発明請求
項第２項の発明を実施した１本実施例において分析装置
の仕様に対応した測定波長はＦｅが３８６ｎｍ、Ｍｎが
４０３ｎｍであし、この測定波長を取り込んだ分析装置
特性による自己吸収係数ｎを予め求めた。

その結果は前述した第２図に示す通りであり。

０．２６であった。（第２図には火点温度２３５０℃、
２４５０℃の２点分の結果しか図示していないが、２２
５０〜２４８０℃の範囲にわたって各温度毎に求めた結
果、各温度ともほぼ平行した直線が得られ、その傾きか
ら自己吸収係数ｎ　＝　０．２６を設定した。）また欠
点温度による相関係数Ｋ　（Ｔ）も前記第３図に示した
曲線より設定し、これらの自己吸収係数ｎ、及び相関係
数Ｋ　（Ｔ）は、前記演算装置８に（５）式と共に記憶
させた。

而して吹錬中に実測される発光スペクトル強Ｉｌｌ’を
逐次演算装置８に人力し、この演算装置８で前記（５）
式に基づいて演算処理し、にｎ濃度を補＋Ｅ　した、こ
の補正されたＭｎ濃度と、サブランスサンプルの化学分
析結果との相関は第８図に示す通りであし、標準偏差σ
＝０．０２％となって、その精１■はさらに改りされる
ことが確認された。

実施例３ 実施例２で検出される１４ｎ濃度を用い、ＭｎｅＲＩ＆
をできるだけ高濃度に吹１１二めする＃Ｓ又を実施した
。

また本実施例ではＭｒ＋濃度の検出イ４をもとに前述し
た（７）式に基づいてオンライン状態でＰ濃度の推定も
同時におこない、吹錬の操業指針とした。即ち吹１１−
め時のＰ濃度が規制値（本実施例では０．０２５％）を
越えている場合にはさらに送酸をおこない、できるだけ
規制値に近い高濃度で吹口−めることを狙った吹錬を実
施した。

このような吹錬によって得られたＭｎ濃度とＰ濃度を、
従来法（前回もしくは数ヒート前までのほぼ同一鋼種の
吹錬結果を参考にして適９）と予想される吹錬パターン
を設定し、サブランスで吹錬中に１回ないし２回のサン
プリングをおこない、その結果だけをもとに制御する方
法）と比較して第９図、及び第１０図に示した。

第９図の吹止めＭｎ濃度については、従来法ではそのｆ
均値が０．３６％であるのに対し、本発明法では０．４
８％と大幅に向上させることができた。また第９図のＰ
濃度は、従来法ではそのモ均仙が０．０１７８％であし
、全般的にオーへ−アクションとなっていることが判る
。

しかしながらこの従来法でのＰ濃度のばらつきは大きく
、規制値を越えて再吹錬となったものも７％に達した。

一方、本発明に基づき、Ｐ濃度を確認しながら実施した
吹錬ではそのモ均値が０．０２０９％となし、規制値ぎ
りぎりの値での吹ｌ二めも■［能となった。しかも規制
値を越えてＩＩｆ吹錬となるものは２％程度であり１本
発明の優れた効果が確認された。

第１１図は、中）にＡｎ−３ｉキルド鋼の溶製に本発明
を実施した結果の一例を示すもので、製品規格に基づ＜
　Ｍｎ１３度、つなり吹ｌトめ時のＭｎ濃度範囲は０．
４５〜０．５２％である。また当該操業条件での吹錬期
間中のＭｎｌＨ度推移パターンは過去の操業経験より求
まっておし、第１１図における破線がその最適なパター
ンを示すものである。而して前述した実施例２で示した
方法で吹錬中におけるＭｎ濃度を時々刻々検出し、演算
装置８でその検出値と前記１」標値との差を求めた。

検出値はＣＲＴ画面１１にも表示させ、作業者も前記差
を確認できるようにした。而して検出値と目標値とに差
が生じ、最適パターンから逸脱したことが確認されたら
直ちにその差を解消し、最適パターンの範囲内になるよ
うな制御を実施した。

この結果吹止めＭｎｆｉ度を目標範囲内にすることがで
きた。

発明の効果 本発明は、溶鉄表面の火点に注目した。オンラインリア
ルタイムの成分検出法において、その検出精１■を飛躍
的に向トさせることができ、金属の精錬や製鋼プロセス
の操業管理や自動化吹錬を行うトでの吹錬制御のために
極めて有効な方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、火点温度範囲に対する溶鉄中波分析成分′ｉ
：ｉ度とこの被分析成分の発光スペクトル強度との相関
を模式的に示した図、第２図は、溶銑中Ｍｎ濃度と発光
スペクトルの関係に及ぼす火点温度の影響を示した図、
第３図は、溶銑中ｘｎ濃度における相関係数Ｋ　（Ｔ）
と火点温度の関係を示した図、第４図（ａ）　、　（ｂ
）は、実際の転炉設備において本発明を実施した状況を
示すもので（ａ）転炉設備及び（ｂ）未発ＩＪ′！の断
面構造図、第５．６．７．８図は、未発ＩＪＩに基づく
具体的な実施結果を示すもので、第５図は、火点温度に
対する溶銑中Ｍｎａ度とこのＭｎとＦｅとの発光強度比
との相関を求めた結果の一例を示す図、第６図は、吹錬
中に実測された火点温度の経時変化を示す図、第７図は
、オンラインで測定された吹錬中の溶鉄中Ｍｎの検出結
果を従来法と比較ルて表した図、第８図は１本発明法に
よる分析精度をサブランスサンプルの化学分析結果と比
較して表した図である。 第９図（ａ）　、　（ｂ）　、第１０図（ａ）　、　（
ｂ）は木兄Ｉ９１の効果を表す図であし、第９図は本発
明を実施した場合の吹Ｉ［めＭｎの分布状況を従来υ：
と比較して表した図、第１Ｏ図は未発ＩＪ］を実施した
場合の吹１１Ｐの分布状況を従来法と比較して表した図
である。第１１図は、中度ＡＱ−３ｉキルド鋼の溶製に
本発明を実施した結果の一例を示す図である。 １・・ψ溶鉄、２Φ−・ランス、３拳−・光ファイ／ヘ
ー、４−ψ・火点、５°φ１１酸素シエツト、６・・会
分光器、７・φφ温度計、８・・・演算装置、９　＊　
＊・転炉、１０−−φスラグ、１１−・・ＣＲＴ画面、
１２・φ・酸素１ｊｔ、量調節弁、１３・・・底吹ガス
１ｉ、ｖ調節弁、１４・・・ランス）１降用モーター、
１５φ・・副材用バンカー、１６・・・副材投入量調節
計、１７・Ｏ・底吹用【］。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶鉄表面に酸素または酸素を含む混合ガスを吹き
   つけた時に形成される火点から発生する発光スペクトル
   を分光することにより溶鉄成分を分析し検出する方法に
   おいて、あらかじめ前記火点の温度範囲に対する溶鉄中
   被分析成分濃度と該被分析成分の発光スペクトル強度と
   の相関を求めておき、前記分光操作と同時に前記火点の
   温度を実測し、該温度実測値に基づき、前記溶鉄成分濃
   度を補正することを特徴とする溶鉄成分の検出方法。
2. （２）あらかじめ溶鉄中被分析成分濃度に対する該被分
   析成分の発光スペクトル強度と火点温度との相関係数Ｋ
   （Ｔ）と、分析装置および前記被分析成分の測定波長に
   よって定まる自己吸収係数ｎを求めておき、実測された
   被分析成分の発光スペクトル強度を下記式に基づいて演
   算処理し、被分析成分の濃度を補正することを特徴とす
   る請求項第１項記載の溶鉄成分の検出方法。 〔Ｍ〕＝｛Ｉ（Ｍ／Ｆｅ）／Ｋ（Ｔ）｝＾１＾／＾ｎ但
   し、 〔Ｍ〕：溶鉄中の被分析成分濃度（％） Ｍ：溶鉄中の被分析成分、 Ｆｅ：溶鉄中の鉄、 Ｉ：発光スペクトル強度 ｛Ｉ（Ｍ／Ｆｅ）：溶鉄中の被分析成分Ｍと鉄Ｆｅの発
   光スペクトル強度比｝ Ｋ（Ｔ）：溶鉄中被分析成分濃度に対する該被分析成分
   の発光スペクトル強度と火点温度との相関係数 ｎ：自己吸収係数
3. （３）溶鉄中被分析成分が、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｓｎ、
   Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｒ等の高蒸気圧元素である
   ことを特徴とする請求項第１項又は第２項記載の溶鉄成
   分の検出方法。
4. （４）請求項第１項又は第２項に基づき溶鉄中被分析成
   分の内のＭｎ濃度を検出し、あらかじめ求められたＭｎ
   濃度とＰ濃度との相関よりＰ濃度を推定することを特徴
   とする溶鉄成分の検出方法。
5. （５）請求項第１項又は第２項に基づき吹錬中に溶鉄中
   波分析成分濃度を検出し、当該操業条件下における目標
   値に対する前記検出値との差を求め、該差を解消するよ
   うにランス高さ、送酸速度、底吹きガス量、副原料の種
   別、投入量、および投入タイミング等の内の１もしくは
   ２以上を制御することを特徴とする精錬方法。