JPH01240609A

JPH01240609A - Ｍｎセンサーを用いた転炉吹錬制御法

Info

Publication number: JPH01240609A
Application number: JP63063538A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ishikawa; 博章石川; Hiroaki Miyahara; 弘明宮原
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1988-03-18
Publication date: 1989-09-26

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］この発明は、固体電解質を利用することにより鋼浴中の
〔Ｍｎ〕値をｄｐｊ定可定色能たセンサーを用い、転炉
での吹込０２Ｑ及び温度の制御精度を向上させるための
Ｍｎセンサーを用いた転炉吹錬制御法に関するものであ
る。

［従来の技術］近年、溶銑の予備処理による製鋼の合理化が注目されて
いる。

従来の製鋼プロセスにおいては、溶銑中の不純物である
Ｐの除去のため、転炉において多量の焼石灰を投入し、
酸素ガスにより、酸化したＳＬ及びＰをスラグに移行さ
せていた。

しかしながら多量のスラグが発生するために、有効成分
であるｒｅ及び訃等のスラグに移行する割合が大きく、
また廃棄物であるスラグの発生も多かった。

そこで溶銑段階で高炉から出銑した溶銑中のＳｉ及びＰ
を除去する製鋼法が近年開発されている。

この方法は、脱珪−（脱硫）−説燐一脱炭の順からなる
製鋼法である。

先ず高炉鋳床で溶銑にスケールを投射して低Ｓｔとし、
次いで焼石灰、ホタル石、スケールを使用して脱燐を行
う。

攪拌はＮ　ガスで行い一部パウダー吹き込みを行い、又
転炉の熱源確保及び効率的な脱燐温度への調整のため０
２ガスを使用し温度コントロールを行っている。

この様な製鋼法では、転炉において殆どスラグのない状
態で０２ガスにより脱炭される。

転炉は底部よりＣＯ２ガス、Ａ「ガスの底吹き操業を行
うもので、炉内のＭｎ歩留向上に有効である。

この製鋼法により転炉においては、脱燐のためのスラグ
が不要となり、スラグ中へのＦｅ及びＭｎのロスが大巾
に減少する。

このため転炉内に安価なマンガン鉱石を投入して炉内Ｍ
ｎを上昇させ、従来出鋼時に添加していた高価なＭｎ系
合金鉄を削減することが可能となる。

この様なプロセスを、レススラグ（低スラグ）吹錬と称
し、このプロセスによる炉内でのＭｎ鉱石大量還元、鍋
内フェロマンガン系合金鉄削減による合理化を図ってい
る。

従来のスラグ有吹錬では、鋼浴中の〔Ｍｎ〕値は、低レ
ベルで且つほぼ一定であるため、終点の鋼浴中の（Ｃ）
値的中及び温度的中に及ぼす〔Ｍｎ〕の影響は小さく、
［Ｍｎ）値レベルを殆ど考慮する必要は無かった。

しかし、レススラグ吹錬では上記の理由により鋼浴中の
〔Ｍｎ〕′値が大巾に上昇し、スラグ有吹錬での〔Ｍｎ
〕値の約１０倍以上に達している。

吹錬中の〔Ｍｎ〕挙動を第５図に示す。

第５図に示す如く、吹錬開始から時間と共に〔Ｍｎ〕値
が上昇し、吹錬途中でピークに達し、その後吹錬末期の
酸化ロスにより低下する。

一般に、転炉での吹錬制御のダイナミックコントロール
において、この−浴中のＭｎロス量を正確に把握するこ
とは、鋼浴中の（Ｃ）値の的中及び温度的中させる上で
必須である。

例えば、推定Ｍｎロス量が約０．１％違うと、〔Ｃ〕値
で約０６０２％、温度で約５℃の誤差になる。

特に、鋼浴中のＥＣ）　１ｉｆｆを的中させることは、
第６図の終点（Ｃ）値と終点ＣＭ’ｎ）値との関係グラ
フに示すように、（Ｍｎ〕　レベルをアップするなめに
非常に重要である。

そこで、従来から吹錬中、サブランス測定によって得ら
れる情報から、鋼浴中の〔Ｍｎ〕値を推定し、この推定
〔Ｍｎ〕　ｆｍから吹止めまでのＮｏロス分を推定する
ために次のような方法が採用されている。

〔Ｍｎ〕値の推定式は、先ず、（１）Ｍｎ平衡式％式％）上式において、（）ニスラグ成分、（）：ｍ中成骨、Ｔ：鋼浴温度であ
る。

（２）Ｍｎバランスは、Ｉｎｐｕｔ　Ｍｎ＝　ｆ　（溶銑〔Ｍｎ〕　、スクラッ
プ、　Ｍｎ鉱石）・・・■ であり、０ｕｔｐｕｔ　Ｍｎ＝　／　（溶鋼Ｉｎ　、　Ｗ　　、
　（ＭｎＯ））　−・・■ここで　　Ｗ　ニスラグボリ
ューム、Ｉｎｐｕｔ　　Ｍｎ　　＝　　０ｕｔｐｕｔ　Ｍｎ　　
　　　　　　　　　−■）（３）スラグバランスは、・・・■）ここで゛は前チャージのデータＷｏｔｈｅ、　−ＦｅＯ，？ＩｎＯ，：以外の総計（Ｆ
ｅｄ）　”　ｆ　（（Ｃ）　吹止）　　　　　”・（８
）上式（１）　〜（８）より（Ｍｎ、０）　、　　〔Ｍ
ｎ〕　、’ｄ　　を未知数として解き７推定［Ｑ、１．
値を求める。　　、゛第７図は、上記の如くして求めた
従来法にょる鋼浴中の（Ｍｎ］推定竺と実績値や関係グ
ラフである。第７図に示す如く１．σ−０，２０％の推
定精度しかなく不十分である。

このためレススラグ吹錬の場合、〔Ｃ〕値及び温度Ｔの
的中精度はスラグ有吹錬に比較して低下していた。

［発明が解決しようとする課８］以上の如く、レススラグ吹錬における転炉での吹錬制御
に当たって、従来法にょる鋼浴中の〔Ｍｎ〕値の推定精
度が不十分な理由として、（１）Ｍｎ鉱石の融点が高＜　（１８５０℃）、大量投
入時には未溶解が発生している考えられる。

（２）Ｍｎ蒸気圧力が高いため、吹錬中の蒸発ロスが考
えられること、（Ｍｎ：　１０””’ａｔｏｍ、　Ｆｅ：　１Ｏ−３ａ
ｔｏｎｅ、　ａｔ１６５０℃）（３）前述の式かられか
るように、〔Ｍｎ：ｌ推定値は前のチャージの残留スラ
グ量、スラグ中（ＭｎＯ）濃度の影響を受けるが、これ
らの項目を正確に把握することは困難であること、等の点が挙げられる。

以上の如く、［Ｍｎ）値推定精度向上のためには、以上
の３点を定量的に把握することが必要であるが、現実操
業では、そのような把握は困難なため、この方法による
推定には限界が有る。

従って、高い精度の鋼浴〔Ｍｎ〕の推定方法が望まれて
いた。

この発明は、以上の如き転炉でのレススラグ吹錬制御に
当たって、〔Ｍｎ〕値推定精度を向上させ、吹錬末期の
Ｍｎ酸化ロスを正確に予測し、終点の的中率を向上させ
るための転炉の吹錬制御方法を提供することを目的とす
るものである。

［課題を解決するための手段］以上の従来技術の課題を解決するため、この発明は、特
開昭６１−１４２４５５号公報に開示した「溶融金属中
の不純・物元素の活ｆｆｌ　＋１ｐ１定方法及び測定プ
ローブ」を利用した訃センサーを、転炉吹錬中に、サブ
ランスに装着して、鋼中〔Ｍｎ〕を測定し転炉吹錬制御
を行うものである。

即ち、この発明は、転炉の吹錬中に、酸素イオン導電性
を有する固体電解質と標準電極及び測定電極とを有し、
前記固体電解質の表面にＭｎ酸化物を被覆してなるＭｎ
センサーをサブランスに装着し、前記Ｍｎセンサーを溶
鋼中に浸漬し、該Ｍｎセンサーの両極間に生ずる起電力
（Ｅ）及び溶鋼温度（Ｔ）をＩＩＰ＋定し、該ｎ１定値
（Ｅ）及び（Ｔ）から溶解酸素活量値を求め、これより
Ｍｎ活量値を計算し、該訃活量値より鋼浴中の〔Ｍｎ〕
値を推定し、該推定［Ｍｎ］値から吹錬末期のＭｎ酸化
ロス量を予測し、吹込Ｏ２量及び温度を制御することを
特徴とするＭｎセンサーを用いた転炉吹錬制御法である
。

［作用］本発明方法は、前述の如く、特開昭８１−１４２４５５
号公報に開示されたＭｎセンサーに基づくものである。

上記のＭｎセンサーは、酸素イオン導電性を有する固体
電解質と標準電極と測定電極とを有し、前記固体電解質
表面に溶鉄中の測定対象不純物元素（本例の場合Ｍｎ）
と同一元素の酸化物（ＭｎＯまたはＭｎａ　０４　）を
被覆した測定プローブである。

以上のように構成されたＭｎセンサーをサブランスに装
管して、吹錬中の鋼浴中に浸漬し、Ｍｎセンサーの両極
間に生ずる起電力（Ｅ）及び溶鋼温度（Ｔ）を１ｆ）Ｊ
定し、該測定値（Ｅ）及び（Ｔ）から得られるＭｎ活量
値を計算し、このＭｎ活量値より鋼浴中の〔Ｍｎ〕値を
推定し、この〔Ｍｎ〕値から吹錬末期のＭｎ酸化ロスを
予測し１、ダイナミックコントロールに反映させ、（Ｃ
）及び温度（Ｔ）の的中精度を向上させることが出来る
ものである。

次に本発明の実施例について述べる。

［実施例コ第１図は本発明方法に用いるＭｎセンサーの構造説明図
、第２図はＭ　ｎ　ａｌＪ定プローブの説明図である。

第１図及び第２図において、１及び１′はＭｏ製の棒体
からなる測定電極、２は標準電極、３はＣｒとＣｒ２Ｏ
３の混合物からなる基準物質、４はＺｒ　Ｏ３と７％Ｍ
ｇＯとからなる有底筒状の固体電解質、５は固体電解質
の表面に施された被覆、６は電位差計、７は熱電対、８
は溶鋼、１０はハウジング、１１はコネクター、１２は
保護管、１３はキャップである。

第１図及び第２図に示す如く、測定電極１及び１−はハ
ウジング１０上に装着され、コネクター１１を介して電
位差計６に接続するようにな・っている。

標準電極２は、固体電解質４とこの内部にいれられた基
準物質３及びこの基準物質３に先端が浸漬され、コネク
タ１１を介して電位差計６に接続されるＭｏ製測定電極
１−と更に固体電解質４の表面に施された被覆５とから
構成される装置固体電解質４の表面に施された被８！５
は、測定対象となる不純物元素と同一元素の純酸化物（
この例では、ＭｎＯまたはＭｎ３０４）に適宜バインダ
ーを混合し、これを１００〜２００−の厚さで被覆した
もので−ある。

第２図に示す如く、測定電極１と１″□との間には熱電
対７が装着され、同時に測温出来るようになっており、
ハウジング１０の下部は保護管１２に嵌装され、その上
部はキャップ１３に覆われ測定プローブを形成、する。

まず本発明を第１図に基づいて説明する。

このＭｎ測定プローブ（Ｍｎセンサー）を転炉の吹錬中
に、サブランスに装着し、このＭｎセンサーを溶鋼８中
に浸漬し、Ｍｎセンサーの両極間に生ずる起電力（Ｅ）
を電位差計６により及び溶鋼温度（Ｔ）を熱電対７によ
り測定する。

これら起電力（Ｅ）及び溶鋼温度（Ｔ）　’Ｃの測定結
果からＭｎの活量値を求める。その求め方を次に述べる
。

第１図において、電池構成を表面にＭｎａ　０４を被覆
したＺｒＯ２固体電解質４とその内部にＯｒとＣｒ２Ｏ
３の混合物からなる基準物質３を入れ、測定Ｍｏ製電極
１を挿入してなる（標準電極としてＣｒとＣｒ２Ｏ３を
使用した場合）電池を考える。

この様な電池において、溶解酸素活量は測定起電力値と
測定温度値より次式を用いて求められる。

−Ｐｃ”］　　　　・・・■ 但し■において、ａｏ：溶解酸素活量（ＰＰＭ）Ｅ：測定起電力（ｍＶ）Ｔ：測定温度（Ｋ）Ｋ：１／２０２−０反応の平衡定数　−Ｋ　　−ｅｘｐ
　　（８，２７４＋１８４８（ｉ／Ｔ）Ｐｅ二二部型電
子伝導度パラメータ６ｍ　１ｏ（２４，４２−７４３７０／Ｔ）ＰＯ：　
２Ｃｒ＋３／２０　　■Ｃ「２０３によって決められる
酸素分圧ＰＯ２−ｅＸｐ（１８，６３８−８６３Ｂ４バ）である
。

また電池構成をＺｒＯ２の表面にＭｎ３ｏ４をコーティ
ングした電池について考えた場合、コーティング剤の反
応式％式％上式反応における平衡定数に１は、熱力学データよりＫ　＝ａＭｎ　ａｏ’　／ａＭｎ３０４−＝■ｌｏｇ　
Ｋ　　−−４９８００／Ｔ◆２５．５１　　　　　・・
・■■式に測定温度（Ｔ）を代入すればに１は決まる。

また■よりａ、”（ａＭｎ　　ＯＸＫ、／ａＭｎ３）’ハ上式にお
いてＭｎ３Ｏ４は純粋なのでａＨｎｏ　　−１従ってａ　ｏ−（Ｋ　ｔ　／　ａ　Ｍｎ３）　ｌハ　　　　・
・・■■式を０式に代入すると１／８　　１／２Ｅ−Ｔ／１１．６０４５　　（ｋ（１００Ｋ　　　　／
Ｋａ　Ｍｎ”８＋Ｐｅ　”　）−ｋ（Ｐｅ１１４＋Ｐ０
　１１４）　）・・・■ ■式において、起電力（Ｅ）及び溶鋼温度（Ｔ）　’Ｃ
を測定すれば、■式から柿の活ＱｔＬであるａＭｎを求
めることが出来る。

このＭｎの活量値から鋼浴中の〔Ｍｎ〕値を推定し、第
３図に示す結果を得た。

第３図に示す如＜　、Ｍｎセンサーによる［　Ｍｎ］推
定値（ｆｆｌ量％）と［Ｍｎ）実績値（重量％）とは±
０．１０％（重量％）の中肉に収まっており、［Ｍｎ］
推定値（重量％）をσ−０，０２％の精度で推定するこ
とが可能であった。

Ｍｎセンサーに上る（　Ｍｎ）推定値（重量％）の精度
は高く、前述の従来法による第７図のσ−０，２％の精
度に比して１０倍のσを示し、十分実用に供し得るもの
である。

次にこの推定［Ｎｎ］値から吹錬末期のＭｎ酸化ロス量
を推定し、ダイナミックコントロールでの脱炭モデル、
昇温モデルの補正を行う。

即ち、第４図は、吹錬時間と〔Ｍｎ〕濃度及び温度との
関係についてダイナミックコントロールを行った場合の
概要を示す説明図である。

第４図に基づいて、本発明のダイナミックコントロール
の概要を説明する。

（１）サブランス測定〜終点までの吹込０２量は次の（
イ＋ロ＋ハ）量である。

イ：　Ｃｏｏ　−Ｇｏ　　反応用の０２ｏ　：　Ｐｅ＋
Ｏ−”Ｐｅ０反応用の０２ハ：　Ｍｎ＋０−Ｍｎ０反応
用の０２イ１口は、終点目標［Ｃ］が決まれば、Ｍｎロス量によ
らず一定であり、ハはＭｎロス量が多いほど大である。

従って、サブランス測定〜終点までのＭｎロス量を予測
して、吹込０２量を補正する必要がある。

第４図に示す如＜、Ｍｎロスが大の場合、予測ＭｎＯス
量−［Ｍｎｌ　　　　　−［Ｍｎ］目標ＵＢ−１またはＭｎロスが小の場合、予測Ｍｎロス量−［：Ｍｎｌ　５ＵＢ−２［Ｍｎｌ目標
となる。

Ｍｎロスが大きいほど、Ｍｎ＋Ｏ→ＭｎＯ反応の発熱量
が大きく、終点予測温度Ｔ１が上昇する。

このように目標温度よりも温度が高くなると予測される
場合、冷却材を投入して目標温度に合わせる。

以上により、転炉における吹錬末期のＭｎ酸化ロスを予
測し、鋼浴中の〔Ｃ〕値及び温度の的中精度を向上させ
ることが出来、レススラグ吹錬の目的を達成した。

［発明の効果］本発明のにｎセンサーを用いた転炉吹錬制御法によれば
、鋼浴中の〔Ｍｎ〕値を精度良く測定出来るため、吹錬
末期のＭｎ量を正確に予測することが出来、特にレスス
ラグ吹錬における鋼浴中の（Ｃ）値及び温度の的中精度
を向上させることが出来る等の効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いるＭｎセンサーの構造説明図
、第２図はＭｎ測定プローブの説明図、第３図はＭｎセ
ンサーによる（　Ｍｎ）推定値と〔Ｍｎ〕実績値との関
係図、第４図は、吹錬時間と〔Ｍｎ〕濃度及び温度との
関係についてダイナミックコントロールを行った場合の
説明図、第５図は従来の吹錬中の〔Ｍｎ〕挙動の説明図
、第６図は終点（Ｃ）値と［Ｍｎ）　ｆｉとの関係グラ
フ、第７図は従来法による鋼浴中の〔Ｍｎ〕推定値と〔
柿〕実績値との関係図である。図において、１及び１　＝　：　Ｎｏ製の棒体からなる
測定電極、２：標準電極、３：基準物質（Ｃｒ＋Ｃｒ０
）、４：固体電解質ＺｒＯ２＋　７％ＭｇＯ）、５：コ
ーティング剤（ＭｎＯ又はＭｎｓ　０４）　、６　：電
位差計、７：熱電対、８：溶鋼、１０：ハウジング、１
１：コネクター、１２：保護管、１３：キャップである
。

Claims

【特許請求の範囲】転炉の吹錬中に、酸素イオン導電性を有する固体電解質
と標準電極及び測定電極とを有し、前記固体電解質の表
面にＭｎ酸化物を被覆してなるＭｎセンサーをサブラン
スに装着し、前記Ｍｎセンサーを溶鋼中に浸漬し、該Ｍ
ｎセンサーの両極間に生ずる起電力（Ｅ）及び溶鋼温度
（Ｔ）を測定し、該測定値（Ｅ）及び（Ｔ）から溶解酸
素活量値を求め、これよりＭｎ活量値を計算し、該Ｍｎ
活量値より鋼浴中の〔Ｍｎ〕値を推定し、該推定〔Ｍｎ
〕値から吹錬末期のＭｎ酸化ロス量を予測し、吹込Ｏ＿
２量及び温度を制御することを特徴とするＭｎセンサー
を用いた転炉吹錬制御法。