JPH0154410B2 - - Google Patents

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JPH0154410B2
JPH0154410B2 JP56152927A JP15292781A JPH0154410B2 JP H0154410 B2 JPH0154410 B2 JP H0154410B2 JP 56152927 A JP56152927 A JP 56152927A JP 15292781 A JP15292781 A JP 15292781A JP H0154410 B2 JPH0154410 B2 JP H0154410B2
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JP
Japan
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amount
molten steel
gas
oxidation
oxygen
Prior art date
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Application number
JP56152927A
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Japanese (ja)
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JPS5855519A (en
Inventor
Takeya Toge
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Yakin Kogyo Co Ltd filed Critical Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority to JP15292781A priority Critical patent/JPS5855519A/en
Publication of JPS5855519A publication Critical patent/JPS5855519A/en
Publication of JPH0154410B2 publication Critical patent/JPH0154410B2/ja
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、コンピユーター・シミユレーシヨン
によるAOD炉操業の制御方法に関するものであ
り、特に本発明は溶鋼の温度、成分組成、重量等
の初期値を知つてプロセスの経過を計算し、冷材
の投入量と投入時期、精錬ガス量、ガス比、ガス
切換時点をコントロールすることによつて、溶鋼
の脱炭プロセスを最適化する方法に関するもので
ある。 従来のコンピユーターを用いて溶鋼を脱炭する
方法にあつては、溶鋼中のCr%、C%、溶滓中
のCr2O3、CO分圧、溶鋼温度が平衡関係にある
ことを前提として種々の解析がなされている。例
えば溶鋼金属を脱炭するためのコンピユーターを
用いる方法が特開昭48−52603号公報(特公昭52
−26212号公報)により知られているが、前記公
報には下記の記載がある。 本発明は、鋼の精錬溶湯を脱炭する方法に関
し、特には脱炭操作を最適にする為の方法に関す
る。 鋼が酸素を使用して脱炭される時、特定の温度
及び圧力において、金属、炭素及び酸素の間に平
衡が確立される。この平衡状態が、金属分特にク
ロムを酸化することなく溶湯から除去しうる炭素
量を決定する。浴中でのこれらの元素の熱力学的
活量及びこれら元素及び放出ガス雰囲気間に確立
される平衡が、酸素を不活性ガスにより希釈する
ことにより修正されうることが広く認識されてい
る。 昇温される温度限界は、容器裏張りの寿命並び
に表面下から溶湯内に直接酸素及び不活性ガスを
注入するのに必要な羽口の寿命に及ぼす高温度の
影響に関しての実際的なかつ経済的な考慮双方に
基いている。他方、吹き込み酸素の不活性ガスに
よる希釈もまた、それが導入不活性ガスの容量%
に比例して鋼生産率を低下するから、経済的な考
慮と関与している。不活性ガス自体の費用が相当
なものとなることは言うまでもない。 これまで、主なる関心は、溶湯の炭素含量を特
定の水準まで減少し、同時に他の元素の酸化損失
を最小限にすることであつた。注意深い温度監視
により耐火材の急速な劣化を防止せんとする要望
はともかくとして、これまでの工程は、比較的低
い鋼生産速度という犠牲においてそして使用され
る不活性ガス量への顧慮なく、実施された。経済
性についての関心があきらかに欠除していた理由
は、金属の酸化程度及び実際の浴温を測定する為
に操業中周期的に浴のサンプリングを行うことが
不可能であつたことに基いていた。生産速度を増
大しそして不活性ガスを節約することによつて品
質の落ちた溶解分を製造する危険を招くよりも許
容しうる最終溶解分組成を保証することの方が、
遥かに賢明であると考えられた。せいぜい、所定
の耐火裏張り組成物を使用する特定の溶解分に対
して一定の時間間隔でまた予想温度条件で希釈比
を変える為、実際の経過を通して、或る一般化さ
れた指標が経験的に確立された位である。 本発明の目的は、最初の溶解金属組成、重量及
び温度のみの知識から、もつとも好ましい経済的
条件の下で所定の最終組成物を確立することに関
連して、溶湯の脱炭を最適にする為のプログラム
を提供することである。 本発明の別の目的は、或る溶解金属に対する所
望の仕様に従う最終溶解分組成及び温度を比較的
高い製造速度で一貫して生産する為、品質及び経
済性双方の観点から、溶湯の脱炭を最適にする為
の方法を提供することである。 本発明のプログラムは、僅かの短期間の間に酸
素が炭素と結合し、終にはそれ以上の酸素と炭素
との結合が酸素の金属元素に対する選択性により
阻止されるに充分の一酸化炭素圧が発生し、その
場合その金属酸化物の還元が一酸化炭素の最小平
衡分圧をもたらすという理論的仮定に基いてい
る。この仮定から、理論的数学モデルが、所定の
選択された時間間隔において一酸化炭素の最小平
衡分圧を計算する為開発された。この分圧から、
新しい溶湯組成、重量及び温度を決定することが
出来、そして自動的に或いは操作員を通して工程
を最適にする為の希釈比において再調節を為しう
る。この数学モデルは、反応の熱力学、熱収支お
よび溶湯収支に関して耐火材裏張り容器において
存在する複雑な自然過程を模擬し、斯して溶湯の
状態推移を予知する。この数学的計算は人手によ
つてでも為されうるが、実際上有用性を持つに充
分迅速には為しえない。従つて、本発明方法は、
その実際上の遂行に当つて計算機を必要とする。 概略的に述べれば、本発明は、酸素及び希釈用
ガスを溶融金属内に注入する為の手段及びガス流
量比を変える為の調節可能なガス流量制御手段を
備える耐火材裏張り容器内に収納される炭素及び
鉄を包含する所定の質量の溶融金属の脱炭を制御
する方法を提供する。本発明方法は次の操作を包
含する: (a) 前記酸素に対する零より大きな第1流量及び
前記希釈用ガスに対する第1流量を確立するべ
く前記調節自在の制御手段を設定すること; (b) 次の順序段階を実施する為計算機を使用する
こと; (1) 前記溶融金属の初期の組成、重量及び温度
から該溶融金属中のその組成の関数としての
各元素の熱力学的活量を定義する複数の活量
係数を計算する段階(その場合各係数は元素
のパーセンテージに換算しての各元素の活量
及び前記溶融金属における他の元素のパーセ
ンテージに及び各元素の依存度を反映し、そ
して鉄の活量はそのモル分率に等しくそして
各元素の酸化物の活量は所定の値を有するも
のとする。); (2) 前記所定温度における前記活量係数によつ
て各元素の酸化反応に対する一酸化炭素の理
論平衡分圧を計算する段階; (3) 注入された酸素が総て炭素とのみ反応した
と仮定して一酸化炭素の絶対最大分圧を計算
する段階; (4) (2)からの一酸化炭素の最小理論平衡分圧を
選定しそしてそれと(3)からの一酸化炭素の絶
対最大分圧とを比較する段階; (5) 前記最小理論平衡分圧が前記絶対最大分圧
に大きさにおいて少く共等しい場合、更に前
記第1ガス流量から酸化された炭素の量及び
新たな金属分析値及びその組成に対する温度
を計算する段階; (6) 前記最小理論平衡分圧が前記絶対最大分圧
より大きさにおいて小さい場合、更に一酸化
炭素の理論平衡分圧及び前記第1ガス流量か
ら酸化された炭素及び金属、新たな金属分析
値及び該組成に対する温度を計算する段階; (7) 前記溶融金属体中の前記新しい炭素含量の
指示を提供する段階; (8) 前記溶融金属体中の特定の単一元素の酸化
量と該元素に対して予じめ確定された酸化限
とを比較する段階; (9) 前記特定元素の酸化量が前記予じめ確定さ
れた酸化限に少く共等しければ、希釈用ガス
の比率を高める為前記ガス流量制御手段を再
設定する為の指示を提供する段階; (c) 段階(9)において提供された指示に従つて前記
調節自在のガス流量制御手段を再設定するこ
と。 (d) 2分以下の所定の時間間隔において、段階(7)
において指示される炭素含量が少くとも所定の
含量に減少するまで、段階(1)からの順序を繰返
すこと。 本発明は、溶鋼の脱炭を最適化する改良された
AOD炉の制御方法を提供することを目的とし、
本発明によれば単に初期溶鋼の成分組成と重量と
温度とを知つて所定の最終成分組成の溶鋼を経済
的に得ることができる。 本発明は、酸素と希釈ガスを溶鋼中に吹込む手
段と前記ガスの流量を制御する手段を有する耐火
物を内張りした容器に収納された炭素と鉄、クロ
ム、マンガン、ニツケル等を含む所定量の溶鋼の
脱炭を制御する改良された制御方法に関する。 前述した特開昭48−52603号公報に開示された
従来脱炭操業解析方法は単位時間中に酸素と炭素
が結合し、終には酸素と炭素とのそれ以上の結合
が酸素の金属元素に対する選択性により阻止され
るに充分なCO圧が発生し、その場合その金属酸
化物の還元がCOの最小平衡分圧をもたらすとい
う理論的仮定に基いている。すなわち例えば含ク
ロム溶鋼の精錬操業においては、%〔Cr〕−%
〔C〕−%(Cr2O3またはCr3O4―)−PCO−温度間
に理論的平衡が保持されるとの仮定に基いてい
る。しかしながら、かかる仮定に基いたプログラ
ムを用いることによつては精錬操業を正確に制御
することは困難である。 前記公報に開示された従来法によれば、 ) 金属の酸化は平衡論にのみ基いており速度
論的考察がなされていないため、途中の変化を
計算することができない。従つて冷材を投入す
る時期を正確に計算することができず、実際操
業においては溶鋼温度が高くなりすぎたり、逆
に低くなりすぎてから冷材を添加することにな
るので、クロムの酸化が促進される恐れが生ず
る。 ) Si、Mn、Cr、Feの酸化の程度は、これら
酸化物と平衡するCOの理論平衡分圧と全ての
酸素がCOを生成して生ずるPCOとの比較から求
めているが、上記先行例によれば、これら4種
の酸化物は同時に反応して生成しているにもか
かわらずCOのみが生成するか、またはCOと
Si、Mn、Cr、Feのうち1種の元素の酸化物が
生成するかの何れかの場合についてだけしか計
算することができない。 従つて前記先行例に基いてAOD炉操業をコ
ンピユーター・シミユレーシヨンを用いて実施
すると、適確な操業を実施することが困難であ
る。 本発明は、従来行なわれていた前記平衡関係に
基づく解析方法によるAOD操業の制御方法によ
り生ずる的確な操業の制御を行うことが困難であ
るという欠点を除去・改善した制御方法を提供す
ることを目的とするものであり、特許請求の範囲
記載の方法を提供することによつて前記目的を達
成することができる。 本発明は、従来解析の対象とされなかつたCr
およびFeの平衡状態からずれた酸化現象をも考
慮した上で、コンピユーターにより操業の制御を
行なうという新規な知見に基くものである。 次に本発明に想到するまでの経過について説明
する。 本発明者は平衡論、速度論的考察に加えて脱炭
現象をより精密にシミユレートした数式モデルI
を考えた。以下にこのモデルを説明する。このモ
デルはAOD炉における例えば含クロム溶鋼の脱
炭工程をシミユレートする場合についてのもので
ある。 モデル; (1) 精錬容器中に複数の羽口を通して吹込まれた
酸素−アルゴン混合ガスは気泡となり、酸素ガ
スは直ちに溶鋼中のC、Si、Mn、Crと反応し
てCO、SiO2、MnO、Cr2O3を生成する。この
場合、反応によつて生成される酸化物の量は気
液界面への各元素の物質移動速度によるものと
する。 (1)〜(4)式は羽口付近における反応式を示すも
のである。 O2+2 →2CO (1) O2+4/3Cr→2/3(Cr2O3) (2) O2+2Mn →2(MnO) (3) O2Si →(SiO2) (4) (1)〜(4)式への酸素の分配は(5)〜(8)式に示され
る。 O2(C)=(1/2JC/ΣJj)・Γ nO2、mol/sec (5) O2(Cr)=(3/4JCr/ΣJj)・Γ nO2、mol/sec (6) O2(Mn)=(1/2JMo/ΣJj)・Γ nO2、mol/sec (7) O2(Si)=(JSi/ΣJj)・Γ nO2、mol/sec (8) さらにまたバルク溶鋼から界面へのフラツク
スJiは式(9)で示される。 Jj=ρn/100Mj・kj・AB ・(%Cb、j−%Ci、j)、mol/sec (9) ΣJj=1/2JC+3/4JCr +1/2JMo+JSi、mol/sec (10) ここで、 j:C、Si、Mn、Crのなかから選ばれる何
れか1種 %Cb、j:jのバルク濃度、% %Ci、j:界面におけるJ濃度、% Γ nO2:容器内に吹込まれた酸素量、mol/sec ρn:溶鋼の密度、g/cm3 kj:jの物質移動係数、cm/sec AB:気泡の表面積、cm2 (2) 式(2)〜(3)において生成されるCr2O3、MnOは
気泡と共に溶鋼中を浮上し、その過程において
(11)〜(14)式に示されるように、溶鋼中のC
(以下溶鋼中のCをで示す)および溶鋼中の
Si(以下溶鋼中のSiをSiで示す)によつて還元
される。 1/3(Cr2O3)+→2/3Cr+CO (11) (MnO)+Mn+CO (12) 1/3(Cr2O3)+1/2Si→2/3Cr+1/2(SiO2
) (13) (MnO)+1/2SiMn+1/2(SiO2) (14) 式(11)〜(14)の反応速度は高炭素領域におい
ては溶鋼中酸素の物質移動によつて律速され、
低炭素領域においては溶鋼中の炭素の物質移動
によつて律速されるものと仮定する。また式(11)
〜(14)のそれぞれの反応速度はそれぞれの式
の自由エネルギーにも依存すると仮定する。 浮上する気泡中のCO濃度変化d(CO)/dXおよ び気泡中の酸化物のCr、Mn、Siの濃度変化
d(Cr)/dX、d(Mn)/dX、d(Si)/dXはそれぞれ
(15) 〜(18)式に示される。 d(CO)/dX=JO・△G11+△G12/△GT、mol/cm/sec (15) d(Cr)/dX=−jO・△G11+△G13/△G、 〃(1
6) d(Mn)/dX=−jO・△G12+△G14/△GT、 〃(1
7) d(Si)/dX=−jO・△G13+△G14/△GT、 〃(1
8) ここで、 △G11,12,13,14:式(11)、(12)、(13)、(14)の
自由
エネルギー、cal jO:酸素フラツクス jO=ρn/1600・AB/VB ・kO(%Oi−%Ob)、mol/sec (19) d(N2)/dX=ρn/2800・AB/VB ・kN(%Nb−%N、i) (20) ここで、 kO:酸素の物質移動係数、cm/sec kN:窒素の物質移動係数、cm/sec VB:気泡の上昇速度、cm/sec %Oi:Cr2O3と平衡する酸素濃度、% %Ob:バルク溶鋼中の酸素濃度、% %Nb:バルク溶鋼中の窒素濃度、% %N、i:気泡と溶鋼との界面における窒素
濃度、% (3) 気泡の浮上過程で還元されなかつた酸化物は
スラグ相に入り、再び使用されないとして溶
鋼、溶滓の物質収支を計算する。溶鋼重量の変
化dWm/dtは(21)式に、また溶鋼の成分組成の 変化d%〔Ci〕/dtは式(22)、(23)に示される。 dWm/dt=−{Σ△Ci・Mi} −ΣdWSC,l/dt、(g/sec) (21) d〔%Ci〕/dt=−100Mi/Wm・△Ci−%Ci/Wm・dWm/
dt −Σ%Ci、l/Wm・dWSC,l/dt、(%/sec)(22
) i:SiMnNiCr、 d〔%N〕/dt=−2800/Wm・△N2−〔%N〕/Wm・dW
m/dt +ρnkN・A/Wm(%N′−%Nb)、(%/sec
) (23) ここで、 △Ci:iの酸化、mol/sec Mi:iの原子量、g/mol l:容器内に装入されるスクラツプの種類 WSC:容器内に装入されるスクラツプの重量 △N2:気泡への脱窒量、mol/sec ρn:溶鋼の比重、g/cm2 k′N:自由表面における溶鋼中の窒素の物質
移動係数、cm/sec N′:自由表面における窒素濃度、% A:自由表面積、cm2 溶滓重量の変化dWS/dtを式(24)に、溶滓組 成の変化d〔%MXOY〕/dtを式(25)に示す。 dWS/dt=MCr2O3/2・△Cr+MMoO ・△Mn+MSiO2・△Si +MFeO・△Fe−dWCaO/dt、g/sec (24) d〔%MxOy〕/dt=100MMxOy/WS・△CMxOy −%MxOy/Ms・dWS/dt、%/sec (25) ここで、 MxOy:Cr2O3、MnO、FeO、SiO2 △Cr:酸化されたCrの量、mol/sec △Mn:酸化されたMnの量、mol/sec △Si:酸化されたSiの量、mol/sec △Fe:酸化されたFeの量、mol/sec (4) 精錬過程において生ずる全反応熱、容器口か
らの熱放射損失、容器壁からの熱損失、冷材の
溶融熱およびガスのエンタルピーを考慮して熱
収支を計算し、さらに溶鋼の温度変化を式
(26)を用いて計算する。 dT/dt=−ΣQ/(Cp,SWS+Cp,mWm)、 ℃/sec (26) ここで、 Cp,S:溶滓の比熱、cal/℃/g Cp,m:溶鋼の比熱、cal/℃/g ΣQ:反応熱、容器からの熱損失およびその
他の合計、cal/sec 以上の数式モデルを実際操業の結果と比較し
た結果を第1図に示す。なお実際操業における操
業条件は実施例によつて詳しく後述する。同図は
温度とCr、Cの変化と共にCrの酸化速度mol/
secを示す図である。 同図によれば、実線、破線、1点鎖線はそれぞ
れ数式モデルによる計算値であり、これらの値
は△、●、Γで示す実測値に良く一致しているこ
とが判る。図中A,B,C,Dの諸時点におい
て、クロム酸化速度は1点鎖線上のA′,B′,C′,
D′点で示され、各時点においてそれぞれCrの酸
化が生起していることが判る。また第1表は本発
明の数式モデルと先行例のモデル(特開昭48−
52603号で開示された解析モデル)を用いて上記
A,B,C,D時点におけるCrの酸化傾向につ
いて計算した結果を示す。 先行例に準拠した計算によれば、A,B,C時
点においてはCr3O4と平衡するCOの理論平衡分
圧(Pe COCrは酸素吹込量および希釈ガス吹込み量
から求められるCOの絶対最大分圧より大きいの
で、Crは酸化しないことになる。この点平衡理
論に基づく先行例の数式モデルには欠点があるこ
とが判る。
The present invention relates to a method of controlling AOD furnace operation using computer simulation. In particular, the present invention calculates the progress of the process by knowing the initial values of the temperature, composition, weight, etc. of molten steel, and adjusts the amount of coolant input. The present invention relates to a method for optimizing the decarburization process of molten steel by controlling the input timing, refining gas amount, gas ratio, and gas switching point. In the conventional method of decarburizing molten steel using a computer, it is assumed that Cr% and C% in molten steel, Cr 2 O 3 in slag, CO partial pressure, and molten steel temperature are in an equilibrium relationship. Various analyzes have been conducted. For example, a method using a computer to decarburize molten steel is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-52603 (Japanese Patent Publication No. 52-52603
-26212), and the above publication contains the following description. The present invention relates to a method for decarburizing molten steel, and in particular to a method for optimizing the decarburization operation. When steel is decarburized using oxygen, an equilibrium is established between the metal, carbon and oxygen at a certain temperature and pressure. This equilibrium determines the amount of carbon that can be removed from the melt without oxidizing the metals, especially chromium. It is widely recognized that the thermodynamic activity of these elements in the bath and the equilibrium established between these elements and the emitted gas atmosphere can be modified by diluting the oxygen with an inert gas. Elevated temperature limits are determined by practical and economic considerations regarding the effect of high temperatures on the life of the vessel lining and the life of the tuyeres required to inject oxygen and inert gases directly into the molten metal from below the surface. It is based on both considerations. On the other hand, dilution of the blown oxygen with an inert gas also reduces the volume % of the inert gas introduced.
Economic considerations are involved since the steel production rate decreases proportionately. Needless to say, the cost of the inert gas itself is considerable. Hitherto, the main concern has been to reduce the carbon content of the melt to a certain level while minimizing oxidation losses of other elements. Despite the desire to prevent rapid deterioration of refractory materials through careful temperature monitoring, processes to date have been carried out at the expense of relatively low steel production rates and without regard to the amount of inert gas used. Ta. The apparent lack of concern for economics was due to the impossibility of periodically sampling the bath during operation to determine the extent of metal oxidation and the actual bath temperature. I was there. It is better to ensure an acceptable final melt composition than to risk producing a poor quality melt by increasing the production rate and conserving inert gas.
considered far more sensible. At best, over the course of practice, some generalized index can be empirically determined to vary the dilution ratio for a particular melt at regular time intervals and at expected temperature conditions using a given refractory lining composition. It is a position established in The object of the invention is to optimize the decarburization of the molten metal from knowledge only of the initial molten metal composition, weight and temperature, in connection with establishing a given final composition under favorable economic conditions. The aim is to provide programs for Another object of the present invention is to decarburize the molten metal from both a quality and economic point of view in order to consistently produce a final melt composition and temperature in accordance with the desired specifications for a given molten metal at relatively high production rates. The objective is to provide a method for optimizing the The program of the present invention allows oxygen to combine with carbon over a very short period of time, and eventually generate enough carbon monoxide that further oxygen-carbon combinations are prevented due to the selectivity of oxygen toward metal elements. It is based on the theoretical assumption that a pressure is generated in which the reduction of the metal oxide results in a minimum equilibrium partial pressure of carbon monoxide. From this assumption, a theoretical mathematical model was developed to calculate the minimum equilibrium partial pressure of carbon monoxide at certain selected time intervals. From this partial pressure,
A new melt composition, weight and temperature can be determined and readjustments can be made in the dilution ratio to optimize the process, either automatically or through an operator. This mathematical model simulates the complex natural processes that exist in refractory-lined vessels with respect to reaction thermodynamics, heat balance and melt balance, and thus predicts the state evolution of the melt. This mathematical calculation can be done manually, but it cannot be done quickly enough to be of practical use. Therefore, the method of the present invention:
Its practical performance requires a computer. Generally stated, the present invention provides a refractory lined vessel with means for injecting oxygen and diluent gas into the molten metal and adjustable gas flow control means for varying the gas flow ratio. A method for controlling the decarburization of a predetermined mass of molten metal containing carbon and iron is provided. The method of the invention includes: (a) setting said adjustable control means to establish a first flow rate greater than zero for said oxygen and a first flow rate for said dilution gas; (b) Using a calculator to perform the following sequential steps: (1) Defining the thermodynamic activity of each element as a function of its composition in the molten metal from the initial composition, weight, and temperature of the molten metal; calculating a plurality of activity coefficients, each coefficient reflecting the activity of each element in terms of percentage of the element and the dependence of each element on the percentage of other elements in said molten metal; The activity of iron is equal to its molar fraction, and the activity of the oxide of each element has a predetermined value.); (2) The activity coefficient of each element at the predetermined temperature is Step of calculating the theoretical equilibrium partial pressure of carbon monoxide for the oxidation reaction; (3) Step of calculating the absolute maximum partial pressure of carbon monoxide assuming that all the injected oxygen reacts only with carbon; (4 ) selecting the minimum theoretical equilibrium partial pressure of carbon monoxide from (2) and comparing it with the absolute maximum partial pressure of carbon monoxide from (3); (5) said minimum theoretical equilibrium partial pressure is If the magnitude is slightly equal to the absolute maximum partial pressure, further calculating the amount of oxidized carbon and the new metal analysis value and the temperature for its composition from the first gas flow rate; (6) the minimum theoretical equilibrium partial pressure; If the pressure is smaller in magnitude than the absolute maximum partial pressure, further calculate the oxidized carbon and metal, the new metal analysis value, and the temperature for the composition from the theoretical equilibrium partial pressure of carbon monoxide and the first gas flow rate. (7) providing an indication of the new carbon content in the molten metal body; (8) providing an indication of the new carbon content in the molten metal body; (9) If the oxidation amount of the specific element is slightly equal to the predetermined oxidation limit, resetting the gas flow rate control means to increase the proportion of the diluent gas; (c) resetting said adjustable gas flow control means in accordance with the instructions provided in step (9); (d) At predetermined time intervals of not more than 2 minutes, step (7)
Repeating the sequence from step (1) until the carbon content indicated in is reduced to at least the predetermined content. The present invention provides an improved method for optimizing the decarburization of molten steel.
The purpose is to provide a control method for AOD reactors,
According to the present invention, molten steel having a predetermined final composition can be obtained economically by simply knowing the composition, weight, and temperature of the initial molten steel. The present invention provides a predetermined amount of carbon, iron, chromium, manganese, nickel, etc. contained in a refractory-lined container having means for blowing oxygen and diluent gas into molten steel and means for controlling the flow rate of said gases. This invention relates to an improved control method for controlling decarburization of molten steel. In the conventional decarburization operation analysis method disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. 48-52603, oxygen and carbon combine in a unit time, and eventually further combinations of oxygen and carbon occur, and oxygen is bonded to metal elements. It is based on the theoretical assumption that sufficient CO pressure is generated to be inhibited by selectivity, in which case reduction of the metal oxide results in a minimum equilibrium partial pressure of CO. That is, for example, in refining operations for chromium-containing molten steel, %[Cr]-%
It is based on the assumption that a theoretical equilibrium is maintained between [C] - % (Cr 2 O 3 or Cr 3 O 4 -) - P CO - temperature. However, it is difficult to accurately control refining operations by using programs based on such assumptions. According to the conventional method disclosed in the above-mentioned publication, the oxidation of metal is based only on equilibrium theory and no kinetic considerations are made, so changes during the process cannot be calculated. Therefore, it is not possible to accurately calculate the timing to add cold material, and in actual operation, the temperature of molten steel may become too high or, conversely, cool material may be added only after it has become too low, resulting in the oxidation of chromium. There is a risk that this will be promoted. ) The degree of oxidation of Si, Mn, Cr, and Fe is determined by comparing the theoretical equilibrium partial pressure of CO that is in equilibrium with these oxides and the P CO generated when all oxygen generates CO. According to the example, although these four types of oxides are produced by reacting simultaneously, only CO is produced, or CO and CO are produced simultaneously.
Calculations can only be made for cases in which an oxide of one of Si, Mn, Cr, and Fe is generated. Therefore, if AOD furnace operation is carried out using computer simulation based on the above-mentioned precedent example, it is difficult to carry out proper operation. The present invention aims to provide a control method that eliminates and improves the drawback that it is difficult to accurately control the operation caused by the conventional AOD operation control method using the analysis method based on the equilibrium relationship. This object can be achieved by providing the method described in the claims. The present invention solves the problem of Cr, which has not been subject to conventional analysis.
This is based on the new knowledge that the operation is controlled by a computer, taking into account the oxidation phenomenon that deviates from the equilibrium state of iron and Fe. Next, the process leading up to the invention will be explained. In addition to equilibrium theory and kinetic considerations, the present inventor developed a mathematical model I that more precisely simulates the decarburization phenomenon.
I thought about it. This model will be explained below. This model is for simulating the decarburization process of, for example, chromium-containing molten steel in an AOD furnace. Model: (1) Oxygen-argon mixed gas injected into the refining vessel through multiple tuyeres becomes bubbles, and the oxygen gas immediately reacts with C, Si, Mn, and Cr in the molten steel, producing CO, SiO 2 , and MnO. , producing Cr2O3 . In this case, the amount of oxide produced by the reaction depends on the mass transfer rate of each element to the gas-liquid interface. Equations (1) to (4) show the reaction equations near the tuyere. O 2 +2 C →2CO (1) O 2 +4/3 Cr →2/3 (Cr 2 O 3 ) (2) O 2 +2 Mn →2 (MnO) (3) O 2 + Si → (SiO 2 ) ( 4) The distribution of oxygen to equations (1) to (4) is shown in equations (5) to (8). O 2 (C)=(1/2J C /ΣJ j )・Γ n O2 , mol/sec (5) O 2 (Cr)=(3/4J Cr /ΣJ j )・Γ n O2 , mol/sec ( 6) O 2 (Mn) = (1/2J Mo /ΣJ j )・Γ n O2 , mol/sec (7) O 2 (Si) = (J Si /ΣJ j )・Γ n O2 , mol/sec ( 8) Furthermore, the flux J i from bulk molten steel to the interface is expressed by equation (9). J j = ρ n /100M j・k j・A B・(%Cb, j−%Ci, j), mol/sec (9) ΣJ j =1/2J C +3/4J Cr +1/2J Mo +J Si , mol/sec (10) where, j: any one selected from C, Si, Mn, and Cr %Cb, j: bulk concentration of j, % %Ci, j: J concentration at the interface, % Γ n O2 : Amount of oxygen blown into the container, mol/sec ρ n : Density of molten steel, g/cm 3 k j : Mass transfer coefficient of j, cm/sec A B : Surface area of bubbles, cm 2 (2 ) Cr 2 O 3 and MnO generated in equations (2) and (3) float in the molten steel together with bubbles, and in the process
As shown in equations (11) to (14), C in molten steel
(Hereinafter, C in molten steel will be referred to as C ) and
It is reduced by Si (hereinafter Si in molten steel will be referred to as Si ). 1/3 (Cr 2 O 3 ) + C → 2/3 Cr + CO (11) (MnO) + CMn + CO (12) 1/3 (Cr 2 O 3 ) + 1/2 Si → 2/3 Cr +1 /2( SiO2
) (13) (MnO) + 1/2 SiMn + 1/2 (SiO 2 ) (14) The reaction rates of equations (11) to (14) are determined by the mass transfer of oxygen in the molten steel in the high carbon region. is,
It is assumed that in the low carbon region, the rate is determined by the mass transfer of carbon in molten steel. Also, equation (11)
Assume that the reaction rate of each of ~(14) also depends on the free energy of each equation. The change in CO concentration in the floating bubble d(CO)/dX and the change in the concentration of Cr, Mn, and Si in the oxides in the bubble d(Cr)/dX, d(Mn)/dX, and d(Si)/dX are They are shown in equations (15) to (18), respectively. d(CO)/dX=J O・△G 11 +△G 12 /△G T , mol/cm/sec (15) d(Cr)/dX=−j O・△G 11 +△G 13 /△ G, 〃(1
6) d (Mn) / dX = −j O・△G 12 +△G 14 /△G T , 〃(1
7) d (Si) / dX = −j O・△G 13 +△G 14 /△G T , 〃(1
8) Here, △G 11,12,13,14 : Free energy of equations (11), (12), (13), (14), cal j O : Oxygen flux j O = ρ n /1600・A B /V B・k O (%Oi−%Ob), mol/sec (19) d(N 2 )/dX=ρ n /2800・A B /V B・k N (%Nb−%N, i ) (20) where, k O : Mass transfer coefficient of oxygen, cm/sec k N : Mass transfer coefficient of nitrogen, cm/sec V B : Rising speed of bubbles, cm/sec %Oi: Cr 2 O 3 and Equilibrium oxygen concentration, % %Ob: Oxygen concentration in bulk molten steel, % %Nb: Nitrogen concentration in bulk molten steel, % %N, i: Nitrogen concentration at the interface between bubbles and molten steel, % (3) Floating of bubbles The material balance of molten steel and slag is calculated assuming that oxides that are not reduced during the process enter the slag phase and are not used again. The change in the weight of molten steel dWm/dt is shown in equation (21), and the change in the composition of molten steel d% [Ci]/dt is shown in equations (22) and (23). dWm/dt=−{Σ△Ci・Mi} −ΣdW SC,l /dt, (g/sec) (21) d[%Ci]/dt=−100Mi/Wm・△Ci−%Ci/Wm・dWm /
dt −Σ%Ci, l/Wm・dW SC,l /dt, (%/sec) (22
) i: C , Si , Mn , Ni , Cr , d[%N]/dt=-2800/Wm・△N 2 −[%N]/Wm・dW
m/dt +ρ nkN・A/Wm (%N′−%Nb), (%/sec
) (23) Where, △Ci: Oxidation of i, mol/sec Mi: Atomic weight of i, g/mol l: Type of scrap charged into the container W SC : Type of scrap charged into the container Weight △N 2 : Amount of denitrification into bubbles, mol/sec ρ n : Specific gravity of molten steel, g/cm 2 k′N: Mass transfer coefficient of nitrogen in molten steel at the free surface, cm/sec N′: Free surface Nitrogen concentration, % A: free surface area, cm 2 The change in slag weight dW S /dt is shown in equation (24), and the change in slag composition d[%M X O Y ]/dt is shown in equation (25). . dW S /dt=M Cr2O3 /2・△Cr+M MoO・△Mn+M SiO2・△Si +M FeO・△Fe−dW CaO /dt, g/sec (24) d[%MxOy]/dt=100M MxOy /W S・△C MxOy −%MxOy/M s・dW S /dt, %/sec (25) Here, MxOy: Cr 2 O 3 , MnO, FeO, SiO 2 △Cr: Amount of oxidized Cr, mol/ sec △Mn: Amount of oxidized Mn, mol/sec △Si: Amount of oxidized Si, mol/sec △Fe: Amount of oxidized Fe, mol/sec (4) Total reaction heat generated in the refining process , calculate the heat balance by considering the heat radiation loss from the container mouth, the heat loss from the container wall, the heat of fusion of the coolant, and the enthalpy of the gas, and further calculate the temperature change of the molten steel using equation (26). . dT/dt=-ΣQ/(C p,S W S +Cp, mWm), ℃/sec (26) Where, C p,S : Specific heat of slag, cal/℃/g Cp, m : Specific heat of molten steel , cal/°C/g ΣQ: total heat of reaction, heat loss from the container, and other factors, cal/sec Figure 1 shows the results of comparing the mathematical model with the results of actual operation. Note that the operating conditions in actual operation will be described in detail later with reference to Examples. The figure shows the oxidation rate of Cr/mol/with changes in temperature, Cr, and C.
FIG. According to the figure, the solid line, broken line, and dashed-dotted line are calculated values using a mathematical model, and it can be seen that these values agree well with the measured values indicated by Δ, ●, and Γ. At various times A, B, C, and D in the figure, the chromium oxidation rate is A', B', C',
It is shown by point D', and it can be seen that oxidation of Cr occurs at each time point. Table 1 also shows the mathematical model of the present invention and the model of the prior example (Japanese Patent Application Laid-Open No.
The results of calculations regarding the oxidation tendency of Cr at the above points A, B, C, and D using the analytical model disclosed in No. 52603 are shown below. According to calculations based on the previous example, at points A, B, and C, the theoretical equilibrium partial pressure of CO in equilibrium with Cr 3 O 4 (P e CO ) Cr is found from the amount of oxygen blown and the amount of diluent gas blown. Since it is greater than the absolute maximum partial pressure of CO, Cr will not be oxidized. It can be seen that the previous mathematical models based on point equilibrium theory have drawbacks.

【表】【table】

【表】 上述のように、平衡理論的考察にさらに速度論
的考察をも加えて現象をより詳細にシミユレート
した数式モデルによれば、平衡論のみを用いて
計算すると酸化しないはずの領域においてもクロ
ムの酸化が生ずることが第1表よりわかる。しか
しながら数式モデルはコンピユーターによる計
算に要する時間が約4時間と長いので、数式モデ
ルに基いて操業を実施するには前記計算に要す
る時間を短くすることが必要である。 よつて本発明者は以下に述べる数式モデルを
新規に発明した。次に数式モデルを説明する。 数式モデル: 溶鋼の精錬反応はマクロ的には式(27)〜
(32)により示される。 {O2}+4/3Cr=2/3<Cr2O3> (27) {O2}+2Mn=2(MnO) (28) {O2}+Si=(SiO2) (29) {O2}+=2{CO} (30) →1/2{N2} (31) 1/3<Cr2O3>+Fe=(FeO)+2/3Cr (32) ここで、 < >:固体状態 ( ):液体状態 { }:気体状態 CrMnSi:溶鋼中のCr、Mn、Si、C 上記式(27)〜(32)による反応速度をガスと
メタル間の界面への各元素の物質移動が律速する
と仮定して計算することができる。 コンピユーターを使用して次のステツプを連続
的に実施する。 (1) 酸化されたメタルの量を下記の手段によつて
計算する。 (1‐1) 炭素、珪素およびマンガンが単位時間内に
酸化される量を前記各元素の濃度差と容器係
数の積から計算する。前記容器係数は実測デ
ータと数式モデルを用いて計算した結果か
ら求める。 (1‐2) 前記単位時間内に吹込まれた酸素量から式
(28)〜(30)に示す酸化反応中に消費され
る酸素量を差引いた残量をクロムの酸化に消
費された酸素量と仮定する。 (1‐3) 式(32)に示すように、溶鋼中のFeはスラ
グ中のCr2O3によつて酸化される。前記反応
の何れかの時にも実際操業によつて得られる
データから計算されるスラグ中のモル比
Cr/Feは維持されると仮定する。 (2) 希釈ガスとして窒素を使用する場合、あるい
はアルゴンを使用する場合には式(31)に示さ
れる溶鋼の加窒あるいは脱窒量は溶鋼中の窒素
の物質移動に依存するものとする。従つて前記
加窒あるいは脱窒量は実際操業とモデルを用
いて計算した結果から得られる容器係数と窒素
濃度差の積によつて計算される。 (3) 下記のステツプより濃度および温度変化が計
算される。 (3‐1) (1)、(2)項で求めた炭素、珪素、マンガン、
クロムの酸化量および吸窒量または脱窒量か
ら溶鋼、溶滓の物質収支を計算する。 (3‐2) (3−1)項より溶鋼の重量変化、溶鋼中
に含まれる前記各元素の成分組成の変化、溶
滓の重量変化およびスラグの成分組成の変化
が計算される。 (3‐3) 溶鋼と溶滓の熱収支が式(27)〜(32)に
示される反応熱、容器の熱損失量および冷材
の溶融熱量から計算される。 このような計算結果にもとづき、次のように炉
の操業を行う。 (a) 上記のようにして計算された脱炭量が、所定
の脱炭量より小さくなる時は、容器内に吹込ま
れるガスのガス比およびガス量を次のように制
御する。すなわち、希釈ガスに対する酸素比を
希釈ガスの割合を増加させるように変化させ、
また、混合ガスの総量を変化させる制御を行
う。 (b) さらに前記(3)の物質収支より求められる溶鋼
中の炭素含有量が所定の炭素含有量と等しくな
るまで、精錬ガスの吹込みを続ける制御を行
う。 (c) そして、上述の如き制御の間で、溶鋼の温度
が所定の最高温度に達したときには、溶鋼温度
を所定の温度まで低下させるために、所要量の
冷却材を投入する制御を行う。 上述の制御は、溶鋼の所定炭素含有量が得られ
た時点で停止される。すなわちその時点は精錬過
程の終点である。 本発明によれば、前記ステツプのそれぞれの所
定の時間間隔は10秒より少なく、また前記希釈ガ
スはヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、
窒素、キセノンおよびそれらのなかから選ばれる
何れかのガスの混合ガスから選択することができ
る。 第2図は数式モデルとから得られる計算値
を比較したグラフである。第2図によれば前記両
計算値は互によく一致し、また実際操業により得
られた値とよく一致することがわかる。 第3図は計算操業中の容器内に装入されるべき
冷材量、冷材の装入時期、溶鋼の温度および成分
組成の変化を比較して示すところのモデルと
によつて計算されたグラフである。同図によれば
モデルとを用いた計算は互によく一致してい
ることがわかる。 ところで、前記モデルを用いる計算を達成す
るに約4時間かかり、一方前記モデルを用いる
計算を達成するには3分間以内ですむ。それ故、
前記モデルは実際操業における制御プログラム
として有効に使用することができる。 次に本発明を実施例について説明する。 60t容量のAOD炉を用いてSUS304ステンレス
鋼を本発明により精錬した。 前記AOD炉としては羽口数が4本と5本の炉
であつて、炉内耐火物が新しい炉(炉壁が侵食さ
れていないので鋼浴深さは使い古した炉のそれに
比し深いという炉特性を有する。)と炉内耐火物
がある程度溶損した使い古した炉(炉壁が侵食さ
れているので、鋼浴深さは炉内耐火物が新しい炉
のそれより浅いと炉特性を有する。)のそれぞれ
の炉を用いて精錬を行なつた。 実施例 1 第1図は新しく築炉した4本羽口AOD炉を用
いて操業したコンピユーター・シミユレーシヨン
の経過であつて、脱炭操業過程の鋼浴温度(△印
で表す)、クロム濃度(●印で表す)、炭素濃度
(Γ印で表す)を時間の経過に従つて調べた図で
ある。同図中〜は投入材の投入時期を示し、
それぞれの投入時期に投入した投入材の種類と重
量は下記のとおりであつた。 HCFeCr 1455Kg 鉄 屑 2100Kg 鉄 屑 2000Kg ステンレス屑 2500Kg CaO 620Kg ステンレス屑 2000Kg CaO 620Kg 上記精錬中に吹込むガスの組成と量を下記第2
表のように変更したが、同一ガス組成で吹錬した
期間を1つのステツプと称すると第1図に示す精
錬では1〜4の4つののステツプでガス吹錬を行
つた。 次に各ステツプにおける吹込みガスの吹込量と
組成比を第2表に示す。
[Table] As mentioned above, according to a mathematical model that simulates the phenomenon in more detail by adding kinetic considerations to equilibrium theory considerations, even in the region where no oxidation should occur when calculated using only equilibrium theory, It can be seen from Table 1 that chromium oxidation occurs. However, since the mathematical model requires a long time, about 4 hours, for calculation by a computer, it is necessary to shorten the time required for the calculation in order to carry out operations based on the mathematical model. Therefore, the present inventor newly invented a mathematical model described below. Next, the mathematical model will be explained. Mathematical model: Macroscopically, the refining reaction of molten steel is expressed by equation (27) ~
(32). {O 2 }+4/3 Cr = 2/3<Cr 2 O 3 > (27) {O 2 }+2 Mn = 2 (MnO) (28) {O 2 }+ Si = (SiO 2 ) (29) { O 2 }+ C = 2 {CO} (30) N → 1/2 {N 2 } (31) 1/3<Cr 2 O 3 >+Fe=(FeO)+2/3Cr (32) Here, <> : Solid state ( ): Liquid state { }: Gaseous state Cr , Mn , Si , C : Cr, Mn, Si, C in molten steel Calculations can be made assuming that the rate-determining mass transfer of each element to the Perform the following steps sequentially using a computer. (1) Calculate the amount of oxidized metal by the following means. (1-1) Calculate the amount of carbon, silicon, and manganese oxidized within a unit time from the product of the concentration difference of each element and the container coefficient. The container coefficient is determined from the results of calculations using measured data and a mathematical model. (1-2) The amount of oxygen consumed in the oxidation of chromium is the remaining amount after subtracting the amount of oxygen consumed during the oxidation reaction shown in equations (28) to (30) from the amount of oxygen blown into the unit time. Assume that (1-3) As shown in equation (32), Fe in molten steel is oxidized by Cr 2 O 3 in slag. Molar ratio in slag calculated from data obtained from actual operation during any of the above reactions.
Assume that Cr/Fe is maintained. (2) When nitrogen is used as the diluent gas or when argon is used, the amount of nitrification or denitrification of the molten steel shown in equation (31) depends on the mass transfer of nitrogen in the molten steel. Therefore, the amount of nitrification or denitrification is calculated by multiplying the vessel coefficient and the nitrogen concentration difference obtained from actual operation and calculation results using a model. (3) Concentration and temperature changes are calculated using the steps below. (3-1) Carbon, silicon, manganese determined in (1) and (2),
Calculate the material balance of molten steel and slag from the amount of chromium oxidation and nitrogen absorption or denitrification. (3-2) From section (3-1), changes in the weight of molten steel, changes in the composition of each of the elements contained in the molten steel, changes in the weight of slag, and changes in the composition of slag are calculated. (3-3) The heat balance of molten steel and slag is calculated from the reaction heat, the amount of heat loss in the container, and the amount of heat of fusion of the cold material shown in equations (27) to (32). Based on these calculation results, the furnace is operated as follows. (a) When the decarburization amount calculated as above becomes smaller than the predetermined decarburization amount, the gas ratio and gas amount of the gas blown into the container are controlled as follows. That is, changing the ratio of oxygen to diluent gas to increase the proportion of diluent gas,
Further, control is performed to change the total amount of mixed gas. (b) Further, control is performed to continue blowing the refining gas until the carbon content in the molten steel determined from the material balance in (3) above becomes equal to the predetermined carbon content. (c) During the above-described control, when the temperature of the molten steel reaches a predetermined maximum temperature, control is performed to inject a required amount of coolant in order to lower the molten steel temperature to a predetermined temperature. The above control is stopped when a predetermined carbon content of the molten steel is obtained. That is, that point is the end point of the refining process. According to the invention, the predetermined time interval of each of said steps is less than 10 seconds and said diluent gas is helium, neon, argon, krypton,
The gas can be selected from nitrogen, xenon, and a mixed gas of any gas selected from them. FIG. 2 is a graph comparing calculated values obtained from a mathematical model. According to FIG. 2, it can be seen that the two calculated values agree well with each other and also match well with the values obtained through actual operation. Figure 3 shows the amount of cold material to be charged into the vessel during calculation operation, the timing of charging the cold material, and the changes in the temperature and composition of molten steel calculated using the model. It is a graph. According to the figure, it can be seen that the calculations using the model agree well with each other. By the way, calculations using said model take about 4 hours to accomplish, while calculations using said model take less than 3 minutes to accomplish. Therefore,
The model can be effectively used as a control program in actual operation. Next, the present invention will be explained with reference to examples. SUS304 stainless steel was refined according to the present invention using a 60 t capacity AOD furnace. The above-mentioned AOD furnaces have 4 and 5 tuyeres, and the refractory inside the furnace is new (the furnace wall is not eroded, so the depth of the steel bath is deeper than that of an old furnace). ) and used furnaces in which the refractories in the furnace have been eroded to some extent (because the furnace walls are eroded, the steel bath depth has furnace characteristics when the refractories in the furnace are shallower than that in new furnaces). ) were used for smelting. Example 1 Figure 1 shows the progress of a computer simulation run using a newly built four-tuyere AOD furnace, showing the steel bath temperature (represented by △) and chromium concentration (●) during the decarburization process. Fig. 3 is a diagram in which carbon concentration (represented by a Γ mark) and carbon concentration (represented by a Γ mark) were investigated over time. In the figure, ~ indicates the timing of input materials,
The types and weights of input materials introduced at each input period were as follows. HCFeCr 1455Kg Iron scrap 2100Kg Iron scrap 2000Kg Stainless steel scrap 2500Kg CaO 620Kg Stainless steel scrap 2000Kg CaO 620Kg The composition and amount of the gas injected during the above refining process are as follows.
Although the changes were made as shown in the table, the period during which the gas was blown with the same gas composition is referred to as one step.In the refining shown in FIG. 1, gas blowing was performed in four steps 1 to 4. Next, Table 2 shows the amount and composition ratio of the blown gas in each step.

【表】 第1図から本発明による計算値の結果から予測
される温度推移、〔Cr〕%推移ならびに〔C〕%
推移(実線)と実測値とがそれぞれ非常によく一
致していることが判り、本発明の方法が優れてい
ることが立証された。 第4図は第1図に示した操業の際のスラグ重
量、FeO、MnO、Cr2O3(%)の経時的変化を示
す計算値である。なお上記経時的変化の実測値は
測定が非常に困難であることから実測しなかつ
た。 実施例 2 5本羽口の使い古したAOD炉を用いて同じく
SUS304ステンレス鋼を精錬した。第2図は本発
明の数式モデルによるシミユレーシヨンと実測値
の比較を示したもので、△、●、Γ印はそれぞれ
第1図のそれと同一である。同図において、〜
は投入材の投入時期を示し、それぞれの投入時
期に投入した投入材の種類と重量は下記のとおり
であつた。 HCFeCr 1204Kg CaO 390Kg Fe−Ni 2000Kg 鉄 屑 810Kg Fe−Ni 2200Kg Fe−Ni 2000Kg CaO 510Kg CaO 500Kg なお各ステツプの吹込みガスの組成と組成比な
らびにそれぞれのガス量を第3表に示す。
[Table] Temperature transition, [Cr]% transition, and [C]% predicted from the results of calculations according to the present invention from Figure 1
It was found that the transition (solid line) and the measured values were in very good agreement with each other, proving that the method of the present invention is superior. FIG. 4 shows calculated values showing changes over time in slag weight, FeO, MnO, and Cr 2 O 3 (%) during the operation shown in FIG. 1. It should be noted that actual measurements of the above-mentioned changes over time were not carried out because they are extremely difficult to measure. Example 2 Same procedure using a worn-out AOD furnace with 5 tuyeres.
Refined SUS304 stainless steel. FIG. 2 shows a comparison between simulations based on the mathematical model of the present invention and actual measurements, and the Δ, ●, and Γ marks are the same as those in FIG. 1, respectively. In the same figure, ~
indicates the timing of input materials, and the types and weights of input materials input at each input period are as follows. HCFeCr 1204Kg CaO 390Kg Fe-Ni 2000Kg Iron scrap 810Kg Fe-Ni 2200Kg Fe-Ni 2000Kg CaO 510Kg CaO 500Kg Table 3 shows the composition and composition ratio of the blown gas for each step as well as the amount of each gas.

【表】 第2図から本発明による計算値の結果から予測
される温度推移、〔Cr〕%推移ならびに〔C〕%
推移と実測値とがそれぞれ非常に良く一致してい
ることが判る。例えばHCFeCrの投入によつてCr
濃度が高くなり、またFe−Niの投入(、、
)によりCr濃度が希釈されて低くなつて行く
状況がよくシミユレートされている。 第5図は第2図に示した操業の際の窒素濃度の
変化の計算値と実測値の比較グラフである。ステ
ツプ1〜3においては希釈ガスとして窒素を使用
したので、溶鋼中の窒素濃度は増加し、反対にス
テツプ4においてはアルゴンが希釈ガスとして使
用されたので溶鋼中の窒素濃度は著しく低下す
る。計算値は●印で示す実測値とよく一致した。 実施例 3 実施例2で用いた操業炉と同じ5本羽口の炉で
あるが、耐火物を新しくした新炉を用いてガス
量、ガス比は第2図に示す条件と同一条件で操業
した。この結果を第6図に示す。 同図において〜は投入材の投入時期を示
し、それぞれの投入時期に投入した投入材の種類
と重量は下記のとおりであつた。 鉄 屑 950Kg NiO 786Kg Fe−Ni 1685Kg 鉄 屑 510Kg CaO 660Kg Fe−Ni 2272Kg Fe−Ni 2176Kg CaO 500Kg CaO 560Kg NiO 103Kg 第6図から判るように本発明の数式モデルによ
る計算値と実測値は、この場合もまたよく一致し
ていた。 前記第1,2及び6図にそれぞれ示した実施例
1〜3の脱炭終了後の鋼浴温度、鋼浴組成につい
ての計算値と実施値とを第4表にそれぞれ示す
が、いずれの例もきわめてよく一致していること
が判る。
[Table] Temperature transition, [Cr]% transition, and [C]% predicted from the results of calculations according to the present invention from Figure 2
It can be seen that the trends and the measured values match very well. For example, by adding HCFeCr, Cr
The concentration increases, and Fe-Ni input (,,
), the situation in which the Cr concentration is diluted and lowered is well simulated. FIG. 5 is a graph comparing calculated values and actual measurements of changes in nitrogen concentration during the operation shown in FIG. Since nitrogen was used as the diluent gas in steps 1 to 3, the nitrogen concentration in the molten steel increased, whereas in step 4, argon was used as the diluent gas, so the nitrogen concentration in the molten steel decreased significantly. The calculated values were in good agreement with the measured values indicated by ●. Example 3 A furnace with the same five tuyeres as the operating furnace used in Example 2 was used, but a new furnace with new refractories was used, and the gas amount and gas ratio were operated under the same conditions as shown in Figure 2. did. The results are shown in FIG. In the figure, ~ indicates the timing of input materials, and the types and weights of input materials input at each input time were as follows. Iron scrap 950Kg NiO 786Kg Fe−Ni 1685Kg Iron scrap 510Kg CaO 660Kg Fe−Ni 2272Kg Fe−Ni 2176Kg CaO 500Kg CaO 560Kg NiO 103Kg As can be seen from FIG. were also in good agreement. Table 4 shows the calculated values and actual values for the steel bath temperature and steel bath composition after the completion of decarburization in Examples 1 to 3 shown in FIGS. 1, 2, and 6, respectively. It can be seen that they are in very good agreement.

【表】 実施例 4 第7図はAOD受鋼時の溶鋼成分、温度を初期
条件としてシミユレーシヨンを行い実操業した
が、途中でチエツク分析、測温を行い、これを初
期条件として再度シミユレーシヨンを行い操業を
修正した結果を示したものである。 同図において〜は投入材の投入時期を示
し、それぞれの投入時期に投入した投入材の種類
と重量は下記のとおりであつた。 Fe 820Kg NiO 786Kg Fe−Ni 608Kg CaO 590Kg Fe−Ni 1533Kg Fe−Cr 193Kg CaO 500Kg Fe−Ni 1731Kg Fe−Ni 2476Kg CaO 500Kg 同図中点線で示したものがAOD受鋼時の成分、
温度を初期条件としてシミユレーシヨンを行い、
吹錬を行つたものである。2ステツプ末でチエツ
ク分析、測温を行つた。それによると溶鋼温度が
計算値より15℃高く、またC、Cr%も低目にな
り過酸化気味になつているので、この後昇温を抑
えるためにO2量を初めに計算した点線の場合よ
りも15%減じて吹錬した。この計算値は実線で示
しており、操業値は▲、●、Γ(それぞれ温度、
Cr%、C%)で示した。修正結果は脱炭末の温
度を低くすることができ、またクロムロスも防止
することができ、過酸化を避けることができた。 第5表にAOD受鋼時の成分、温度、これを初
期条件とした場合の2ステツプ末、脱炭末の計算
値と2ステツプ末の成分、温度の実測値ならびに
これを初期条件として再シミユレーシヨンした脱
炭末の計算値と実測値を示す。なお4ステツプで
脱炭を終了しているが、その後Arのみ吹込んで
溶鋼中の過剰酸素とCの反応を促進せしめるAr
脱炭のシミユレーシヨンと操業結果を合せて示
す。
[Table] Example 4 Figure 7 shows a simulation and actual operation using the molten steel composition and temperature at the time of receiving AOD steel as the initial conditions, but check analysis and temperature measurement were performed on the way, and the simulation was performed again using these as the initial conditions. This shows the results of modifying operations. In the figure, ~ indicates the timing of input materials, and the types and weights of input materials input at each input time were as follows. Fe 820Kg NiO 786Kg Fe−Ni 608Kg CaO 590Kg Fe−Ni 1533Kg Fe−Cr 193Kg CaO 500Kg Fe−Ni 1731Kg Fe−Ni 2476Kg CaO 500Kg The dotted line in the same figure shows the composition when receiving AOD steel.
A simulation was performed using temperature as the initial condition.
This was done through blowing. Check analysis and temperature measurement were performed at the end of the second step. According to this, the molten steel temperature is 15℃ higher than the calculated value, and the C and Cr% are also low, making it a little overoxidized.Thereafter, in order to suppress the temperature rise, the amount of O 2 was changed from the dotted line calculated at the beginning. The amount was reduced by 15% compared to the case. This calculated value is shown as a solid line, and the operating values are ▲, ●, Γ (temperature,
Cr%, C%). As a result of the modification, it was possible to lower the temperature of the decarburized powder, prevent chromium loss, and avoid overoxidation. Table 5 shows the components and temperatures when receiving AOD steel, the calculated values at the end of the 2nd step using these as the initial conditions, the calculated values at the end of decarburization, the actual measured values of the components and temperatures at the end of the 2nd step, and the re-simulation using these as the initial conditions. The calculated and measured values of the decarburized powder are shown below. Although decarburization is completed in four steps, after that only Ar is injected to accelerate the reaction between excess oxygen and C in the molten steel.
A simulation of decarburization and operational results are also shown.

【表】【table】

【表】 下記第6表は脱炭精錬時のガス組成と吹込み量
を示す。
[Table] Table 6 below shows the gas composition and injection amount during decarburization refining.

【表】 以上本発明によれば、従来解析の対象とされな
かつたCrおよびFeの平衡からずれた酸化現象を
も考慮して、電子計算機によりAOD炉による脱
炭精錬における冷材投入タイミングと投入量を決
定し、かつ吹錬終点制御を適確に行なうことがで
きる。
[Table] According to the present invention, the timing and injection of coolant in decarburization refining using an AOD furnace are calculated using an electronic computer, taking into account the oxidation phenomenon that deviates from the equilibrium of Cr and Fe, which was not subject to conventional analysis. It is possible to determine the amount and accurately control the blowing end point.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明方法による4本羽口を有する
AOD新炉操業のコンピユーター・シミユレーシ
ヨンの経過を示す図、第4図は第1図に示す操業
においてスラグ重量、FeO、MnO、Cr2O3(%)
の経時変化の計算値を示す図、第2図は本発明方
法による5本羽口を有するAOD古炉操業のコン
ピユーター・シミユレーシヨンの経過を示す図、
第3図は計算操業中の容器内に装入されるべき冷
材量、冷材の装入時期、溶鋼の温度および成分組
成の変化を比較して示すところのモデルとに
よつて計算されたグラフである。第5図は5本羽
口を有するAOD古炉操業の窒素濃度の変化のコ
ンピユーター・シミユレーシヨンによる経過を示
す図、第6図は本発明方法による5本羽口を有す
るAOD新炉操業のコンピユーター・シミユレー
シヨンの経過を示す図、第7図は本発明により実
操業し、途中でチエツク分析測定を行い、これを
初期条件として再度シミユレーシヨンを行い操業
を修正したコンピユーター・シミユレーシヨンの
経過を示す図である。
Figure 1 shows four tuyeres according to the method of the present invention.
A diagram showing the progress of computer simulation of AOD new furnace operation. Figure 4 shows the slag weight, FeO, MnO, Cr 2 O 3 (%) in the operation shown in Figure 1.
Figure 2 is a diagram showing the progress of a computer simulation of an AOD old furnace operation with five tuyeres according to the method of the present invention.
Figure 3 shows the amount of refrigerant to be charged into the vessel during calculation operation, the timing of charging the refrigerant, and the changes in the temperature and composition of molten steel calculated using the model. It is a graph. Figure 5 is a computer simulation diagram showing the progress of changes in nitrogen concentration during operation of an old AOD furnace with five tuyeres, and Figure 6 is a diagram showing computer simulation of changes in nitrogen concentration during operation of a new AOD furnace with five tuyeres according to the method of the present invention. Fig. 7 is a diagram showing the progress of a computer simulation in which actual operation according to the present invention was carried out, check analysis and measurement was performed midway through, and the simulation was performed again using this as an initial condition to correct the operation.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 酸素と希釈用ガスの吹込み手段およびそれぞ
れのガスの流量制御用調節自在の制御手段を具え
る耐火材内張り容器内に、炭素および鉄を含む所
定量の溶融金属を収容し、前記各手段を介してそ
の脱炭を制御するようにしたコンピユーター・シ
ミユレーシヨンによるAOD炉操業の制御方法に
おいて、 (a) 前記酸素に対する第1流量および前記希釈用
ガスに対する第1流量を、前記調節自在の制御
手段を使用して設定すること; (b) 計算機を介して次の順序段階を経ることによ
り、金属の酸化量、吸窒量、脱窒量および溶鋼
の組成、温度などを計算すること; (1) 下記の計算より得られる値を用いて金属の
酸化量を計算する。すなわち、 (1‐1) 炭素、珪素およびマンガンの単位時間内
に酸化される量を、溶鋼バルクから、ガス
と溶鋼との界面への各元素の物質移動速度
より算出する。また、各元素のバルクから
界面への物質移動速度を、各元素のバルク
濃度と界面濃度の差と容器係数の積から算
出する。(容器係数は、モデルの式をオ
フラインコンピユーターを使つて計算した
結果と、ある期間内の実操業データと比較
することにより得られる係数である) (1‐2) クロムと鉄の酸化に消費される酸素量
は、単位時間内に吹込まれた酸素量から前
記(1−1)で算出された各元素の酸化に
消費された酸素量を差し引いた残りとし、
残りの酸素は全てクロムの酸化に消費され
るものとして、単位時間当りの見掛けのク
ロム酸化量を算出する。 (1‐3) 溶鋼中の鉄は、スラグ中の過剰なCr2O3
によつて酸化されると共に、それは実操業
において得られるデータによつて算出され
るスラグ中のモル比Cr/Feと等しい比率
で酸化されるものとして、操業中ほぼ一定
に維持されるスラグ中のモル比Cr/Feと、
(1−2)で算出された単位時間当りの見
掛けのクロム酸化量から、単位時間に酸化
される真の鉄、クロムの量を算出する。 (2) 単位時間に溶鋼内管に吸収される窒素量ま
たは脱窒量を、バルクメタルとガス/メタル
間の窒素濃度差と容器係数の積により算出す
る。 (3) 新しい溶鋼の組成および温度を次のように
して算出する。すなわち、 (3‐1) 前記(1)および(2)から得られる炭素、珪
素、マンガン、クロムおよび鉄の酸化量と
吸窒または脱窒量から、元素についての物
質収支を計算する。 (3‐2) 新しい溶鋼、溶滓重量、溶鋼および溶滓
中の各元素の含有量を算出する。 (3‐3) 上述の酸化反応における反応熱と反応容
器からの熱損失、投入材の溶解熱を計算す
ると同時に、溶鋼、溶滓の熱収支を計算
し、新しい溶鋼温度を算出する。 (c) 上記のようにして計算された脱炭量が、所定
の脱炭量より小さくなる時は、容器内に吹込ま
れるガスのガス比およびガス量を次のように制
御する。すなわち、希釈ガスに対する酸素比を
希釈ガスの割合を増加させるように変化させ、
また、混合ガスの総量を変化させる制御を行
う。 (d) さらに、前記(3)の物質収支より求められる溶
鋼中の炭素含有量が所定の炭素含有量と等しく
なるまで、精錬ガスの吹込みを続ける制御を行
う。 (e) そして、上述の如き制御の間で、溶鋼の温度
が所定の最高温度に達したときには、溶鋼温度
を所定の温度まで低下させるために、所要量の
冷却材を投入する制御を行うこと。 を特徴とするコンピユーター・シミユレーシヨン
によるAOD炉操業の制御方法。
[Scope of Claims] 1. A predetermined amount of molten metal containing carbon and iron is placed in a refractory-lined container provided with means for blowing oxygen and diluting gases and adjustable control means for controlling the flow rates of each gas. In a method of controlling the operation of an AOD furnace by computer simulation, the decarburization of the AOD furnace is controlled through the respective means, wherein: (a) a first flow rate for the oxygen and a first flow rate for the dilution gas; (b) Setting the amount of oxidation, the amount of nitrogen absorption, the amount of denitrification of the metal, the composition of the molten steel, the temperature, etc. by using the adjustable control means; Calculate: (1) Calculate the amount of metal oxidation using the values obtained from the calculations below. That is, (1-1) The amount of carbon, silicon, and manganese oxidized within a unit time is calculated from the mass transfer rate of each element from the bulk of molten steel to the interface between gas and molten steel. Further, the mass transfer rate of each element from the bulk to the interface is calculated from the product of the difference between the bulk concentration and the interface concentration of each element and the container coefficient. (The vessel coefficient is a coefficient obtained by comparing the result of calculating the model equation using an offline computer with actual operation data within a certain period.) (1-2) Consumption of chromium and iron for oxidation The amount of oxygen is the remainder after subtracting the amount of oxygen consumed for oxidation of each element calculated in (1-1) above from the amount of oxygen blown in within a unit time,
Assuming that all remaining oxygen is consumed for chromium oxidation, the apparent amount of chromium oxidation per unit time is calculated. (1-3) Iron in molten steel is caused by excess Cr 2 O 3 in slag.
Cr/Fe in the slag, which is maintained almost constant during operation, is oxidized at a ratio equal to the molar ratio Cr/Fe in the slag calculated from data obtained in actual operation. molar ratio Cr/Fe,
From the apparent amount of chromium oxidation per unit time calculated in (1-2), the true amount of iron and chromium oxidized per unit time is calculated. (2) Calculate the amount of nitrogen absorbed in the molten steel inner tube per unit time or the amount of denitrification by multiplying the nitrogen concentration difference between the bulk metal and gas/metal by the vessel coefficient. (3) Calculate the composition and temperature of new molten steel as follows. That is, (3-1) Calculate the mass balance for the elements from the oxidation amount and nitrogen absorption or denitrification amount of carbon, silicon, manganese, chromium, and iron obtained from (1) and (2) above. (3-2) Calculate the weight of new molten steel, molten slag, and the content of each element in molten steel and slag. (3-3) Calculate the heat of reaction in the oxidation reaction mentioned above, heat loss from the reaction vessel, and heat of melting of the input materials, and at the same time calculate the heat balance of molten steel and slag to calculate the new molten steel temperature. (c) When the decarburization amount calculated as above becomes smaller than the predetermined decarburization amount, the gas ratio and gas amount of the gas blown into the container are controlled as follows. That is, changing the ratio of oxygen to diluent gas to increase the proportion of diluent gas,
Further, control is performed to change the total amount of mixed gas. (d) Furthermore, control is performed to continue blowing the refining gas until the carbon content in the molten steel determined from the material balance in (3) above becomes equal to the predetermined carbon content. (e) During the above-mentioned control, when the temperature of the molten steel reaches a predetermined maximum temperature, control is performed to inject the required amount of coolant in order to lower the molten steel temperature to a predetermined temperature. . A method for controlling AOD furnace operation using computer simulation, characterized by:
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