JPH0273913A

JPH0273913A - 取鍋精錬における溶鋼成分調整方法

Info

Publication number: JPH0273913A
Application number: JP63224338A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ishikawa; 博章石川; Teruyuki Hasegawa; 輝之長谷川; Hiroaki Miyahara; 弘明宮原
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1990-03-13

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、ＲＨ脱ガス法、ＤＨ脱ガス法、ＬＦ法等の
取鍋精錬処理中において溶鋼中マンガン量を迅速に検出
し、溶鋼のマンガン量を調整する取鍋精錬における溶鋼
成分調整方法に関する。

［従来の技術］近年、鋼の高級化に伴い、転炉出鋼後に溶鋼を取鍋精錬
処理する比率が上昇している。取鍋精錬においては、処
理の初期に溶鋼を試料分析し、分析結果に基づきフェロ
マンガン等の合金鉄を溶鋼に投入し、溶鋼を成分調整す
る。処理末期に至ると、溶鋼を再度サンプリングして試
料分析し、溶鋼成分が目標成分範囲にあることを確認す
る。従って、分析結果を得るまで処理を終了させること
ができず、処理時間の延長の一因となっている。

処理時間は、溶鋼の温度低下防止、処理コストの低減、
並びに生産性向上等の観点から、可能な限り短縮する必
要があり、迅速な分析方法が要望されている。

例えば、従来のＲＨ脱ガス処理においては、脱ガス処理
中に取鍋内溶鋼の試料を発光分光分析し、分析結果に応
じて合金鉄を溶鋼に添加し、溶鋼成分を目標成分に調整
する。

通常、成分調整される溶鋼成分は、Ｃ，Ｓｔ。

Ｍｎ、ＡＩ！である。このうち、Ｃについてはサンプル
凝固温度から推定可能であり、Ｓｉについては、歩留り
がほぼ一定のため、転炉出鋼時にほぼ完全に調整するこ
とができるため、取鍋精錬での調整は不要である。また
、Ａ、ｆｆについては従来から溶鋼中の溶存酸素［０］
から推定することができる。従って、取鍋精錬ではＭｎ
を迅速に定量分析する必要がある。

なお、発光分光分析においては、試料にアークスポット
を当て、発光スペクトル線の波長からマンガン元素を同
定する。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の方法においては、サンプリング試
料を水冷凝固し、これを所望サイズに切断し、研磨し、
更に空冷した後に発光分光分析するので、迅速に分析結
果を得ることかできない。

このように多くの工程を経るために、従来の方法によれ
ば分析結果を得るまでに１０分間以上を要し、次工程に
迅速に移行することができない。このため、処理時間が
全体として長くなり、溶鋼の温度低下、処理コストの上
昇、生産性の低下という種々の問題点を生じている。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、取鍋精錬処理中の溶鋼を迅速に成分分析することがで
きる取鍋精錬における溶鋼成分調整方法を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するだめの手段］この発明に係る取鍋精錬における溶鋼成分調整方法は、
酸素イオン導電性を有する固体電解質にマンガンを含む
酸化物を被覆した素子を具備するマンガンセンサを、サ
ンプリング装置に装着して処理中の取鍋内溶鋼に浸漬し
て、溶鋼中マンガンの起電力を検出し、検出起電力に基
づき溶鋼中のマンガン活量を求め、マンガン活量を用い
て溶鋼のマンガン不足量を求め、マンガン不足量に見合
う量のマンガン含有物質を溶鋼に添加することを特徴と
する。

［作用］この発明方法は、特開昭６１−１４２４５５号公報に開
示されたマンガンセンサ（Ｍ　ｎセンサ）に基づくもの
である。

Ｍｎセンサは、酸素イオン導電性を存する固体電解質と
標準電極と測定電極とを有し、固体電解質表面に溶鋼中
の測定対象溶質元素（マンガン）を含む酸化物（ＭｎＯ
またはＭｎ３０．１）を被覆した素子を有する。

上記Ｍｎセンサをサンプリング装置に装着して、処理中
の溶鋼に浸漬し、センサの両極間に生じる起電力Ｅを測
定する一方、熱電対により溶鋼温度Ｔを検出し、この起
電力Ｅ及び温度Ｔから溶存酸素活量値を求め、これによ
りＭｎ活量値を算出し、このＭｎ活量値より溶鋼中マン
ガン［Ｍ　ｎ　］値を推定し、この推定値に基づきフェ
ロマンガン等のマンガン含有物質を溶鋼に添加し、マン
ガン不足量を補い、溶鋼を所定の目標成分に調整する。

これによれば、溶鋼中マンガン量の分析結果を迅速に得
ることができるので、取鍋精錬における処理時間の短縮
を図ることができる。

［実施例］以下、添付の図面を参照して、この発明の実施例につい
て具体的に説明する。

第１図は、取鍋精錬に採用された溶鋼中マンガン［Ｍｎ
］の活量測定システムを模式的に示すブロック図である
。活量測定システムの主要部は、演算装置４．レコーダ
ー５．並びにプローブ１４により構成されている。プロ
ーブ１４はホルダ１３に装着されている。ホルダ１３は
昇降装置（図示せず）により支持されており、これを降
下させるとプローブ１４の先端のセンサ部３０が取鍋内
溶鋼３に浸漬されるようになっている。ホルダ１３の基
部は、ケーブル１２ａ、１２ｂを介して演算装置４及び
レコーダー５のそれぞれの入力部に接続されている。演
算装置４は、プロセスコンピュータ８及びその周辺機器
９，１０．１１により構成されており、センサ部３０で
検出されたＭｎ起電力及び熱電対起電力にそれぞれ対応
する電圧信号が増幅器６及びＡ／Ｄ変換器７を介してコ
ンピュータ８に入力されるようになっている。

なお、この場合に、機器９はメモリ、機器１０はデイス
プレィ、機器１１はプリンタである。また、レコーダー
５の記録方式には、自動平衡方式が採用されている。

第２図に示すように、プローブ１４はセンサ部３０及び
保護管３１を有している。センサ部３０の先端側には各
素子３５，３９．４０がそれぞれ突出しており、これら
がキャップ３４で覆われている。プローブ１４の筒状保
護管３１の先端にはセンサ部３０のハウジング３２が差
込まれている。

この差込み部分にはコネクタ３３が設けられており、セ
ンサ部３０の各種素子３５，３９．４０のリード線がコ
ネクタ３３に接続されている。

次に、ＲＨ脱ガス処理において、マンガン起電力を測定
し、これに基づき溶鋼を成分調整する場合について説明
する。

転炉出鋼された溶鋼を取鍋２に受け、これを脱ガス処理
設備に搬送する。取鍋２をリフトテーブルにより上昇さ
せ、脱ガス槽（図示せず）の１対の環流管を取鍋内溶鋼
３に浸漬させ、溶鋼３を取鍋２と脱ガス槽との間に循環
させつつ脱ガス処理する。

プローブ１４をサンプリング装置のホルダ１３に装る“
し、処理開始後の所定時間内にこれを下降させ、センサ
部３０を溶鋼３に浸漬する。センサ部３０が溶鋼３に浸
漬されると、各素子が直ちに熱的平衡状態に到達し、各
素ｒ間に電位差が生じてこれが起電力として検出される
。すなわち、Ｍｎセンサの両極間に生ずる起電力Ｅが電
位差計４１により検出されると共に、溶鋼温度Ｔが熱電
対３９により検出される。これら起電力Ｅ及び溶鋼温度
Ｔの７１１１１定データを演算装置４に入力し、演算装
置４により所定の数式を用いてＭｎ活量を求める。

次に、第３図を参照しながら、Ｍｎ起電力の測定原理及
びＭｎ活量の算出方法について説明する。

表面にＭｎ３０．Ｈの層３８が被覆されたＺｒＯ２の固
体電解質３７と、その内部にＣｒとＣｒ２Ｏ３との混合
物からなる基準物質３６を保持し、測定電極４０を挿入
してなる（標準電極としてＣｒ及びＣｒ２Ｏ３を使用し
た場合）電池を考える。

このような電池において、溶解酸素活量値は、測定起電
力値と測定温度とにより、下記（１）式により求められ
る。

ａｏ−Ｋ［（Ｐｅ”＋ＰＯｚ”’）ｅｘｐ（１１，６０
４５／Ｔ）−Ｐｃ１’］　　−１１）但し、上記（１）
式において、記号ａ、）は溶解酸素活量（ｐｐｍ　）　
、記号Ｅは測定起電力（１１ｖ）、記号Ｔは測定温度（
Ｋ）である。記号には、酸素分子が原子状態に解離する
際の反応の平衡定数であり、下記（２）式で表わされる
。記号Ｐｅは部分電子伝導度パラメータであり、下記（
３）式によって表わされる。記号ＰＯ２は金属クロムＣ
ｒが酸化されて酸化クロムＣｒ２Ｏ３になる酸化反応の
平衡状態における酸素分圧であり、下記（４）式によっ
て表わされる。

Ｋ−ｅｘｐ（８，２７４＋１８４８６／Ｔ）　　　　　
＝４２）、。＝　１０（２４，４２−７４３７０／Ｔ）
　　　　　　　、、、（３）ＰＯ２−ｅｘｐ（１８，６
３６−８６３８４／Ｔ）　　　　　−（４）また、電池
構成をＺｒＯ２の表面にＭｎ３０．４を被覆した電池に
ついて考えた場合に、コーティング剤の反応は下記（５
）式で表わされる。

Ｍｎ　３０４−３Ｍｎ　＋４０　　　　　−（５）上記
（５）式の反応における平衡定数に１は、下記（６）式
及び（７）式によって表わされる。

Ｋｌ＝ａＭｎ３ａ、’／ａＭｎ３０４　　−（６）ｌｏ
ｇ　Ｋ、＝−４９８００／Ｔ＋２５．５３　　　　−（
７）上記（７）式に測定温度Ｔを代入すれば、平衡定数
に１が決定する。

また、上記（６）式より下記（８）式が導かれる。

ａ、）　＝　（ａＭｎ３　０．Ｉ　ＸＫ１／ａＭｎ３）
””　　　−（ｇ）上記（８）式においてＭｎ３Ｏ４は
純粋なので、下記（９）式を導くことができる。

ａＭｎ３０４−１ａＱ　−（Ｋ＋　／　ａＭｎ３）　”’　　　　　−（
９）上記（９）式を前述の（１）式に代入して、下記（
１０）を得る。

Ｅ　＝Ｔ／１１．６０４５ｉρｎ（１００に＋　１８／
　Ｋ　”２・ａＭｎ”８＋Ｐｅ１′’）−Ωｎ（Ｐｃ”
　＋ｐｏ２”’＝１　＋＋＋　　（１０）上記（１０）
式において、起電力Ｅ及び溶鋼温度Ｔを測定すれば、上
記（１０）式からＭｎの活１値ａ　Ｍ　ｎを求めること
ができる。

このＭｎ活量値から溶鋼中マンガン［Ｍｎ］値を推定し
、第４図に示す結果を得た。第４図は、横軸に溶鋼中マ
ンガン［Ｍ　ｎ　］推定値をとり、縦軸に溶鋼中マンガ
ン［Ｍ　ｎ　］実績値をとって、この発明方法による［
Ｍ　ｎ　］推定精度について調べたグラフ図である。ま
た、第５図は、横軸及び縦軸を第４図と同様にとって、
従来の方法による［　Ｍ　ｎ　］推定精度について調べ
たグラフ図である。

両図の比較から明らかなように、本願発明方法による結
果が従来方法による結果よりばらつきが小さく、本願発
明方法の結果では［Ｍｎ］推定値（重量％）と［Ｍｎ］
実績値（重量％）とは±０．ｌＯ％の範囲内にあり、σ
−０．０２７％の精度で推定することができた。

また、Ｍｎセンサの応答時間は１０秒間以下であり、従
来方法の分析所要時間が約１０分間も要していたことか
ら、ＲＨ脱ガス処理時間を大幅に短縮化することができ
た。

なお、上記実施例では、ＲＨ脱ガス法の場合について説
明したが、これに限られることなく、ＤＨ脱ガス法及び
ＬＦ法等の他の取鍋精錬処理にこの発明方法を用いても
同様の効果を得ることができる。

［発明の効果コこの発明によれば、Ｍｎセンサにより取鍋精錬処理中に
おける溶鋼中マンガン量を迅速に把握することができる
ので、処理時間を大幅に短縮することができる。このた
め、溶鋼、特にマンガン系合金溶鋼の温度低下を有効に
防止することができ、処理コストを大幅に低減すること
ができる。

特に、ＲＨ脱ガス法においてはＭｎセンサの使用効果が
顕著であり、処理時間を従来の約３０分間から約２０分
間に短縮することができた。このため、ＲＨ脱ガス操業
における電力、蒸気、アルゴンガス、工業用水、耐火物
の使用量を大幅に低減することができ、コストダウンを
達成することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る取鍋精錬における溶鋼
成分調整方法が使用されたマンガン活量測定システムを
模式的に示すブロック図、第２図は測定用プローブを示
す縦断面図、第３図は、起電力測定の原理を説明するた
めの図、第４図はこの発明の詳細な説明するためのグラ
フ図、第５図は゛従来の推定結果を示すグラフ図である
。２；取鍋、３；溶鋼、１４；プローブ、３０：センサ部
（Ｍ　ｎセンサ）　、３５，３９，４０　；素子

Claims

【特許請求の範囲】

酸素イオン導電性を有する固体電解質にマンガンを含む
酸化物を被覆した素子を具備するマンガンセンサを、サ
ンプリング装置に装着して処理中の取鍋内溶鋼に浸漬し
て、溶鋼中マンガンの起電力を検出し、検出起電力に基
づき溶鋼中のマンガン活量を求め、マンガン活量を用い
て溶鋼のマンガン不足量を求め、マンガン不足量に見合
う量のマンガン含有物質を溶鋼に添加することを特徴と
する取鍋内溶鋼の成分調整方法。