JPH03161161A - 溶湯温度管理方法 - 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） この発明は、溶湯、例えば溶製時の溶鋼運搬工程におけ
る溶湯温度の管理方法に関する。以下、溶湯として代表
例である溶鋼を、そして溶湯運搬容器として取鍋を例に
とってこの発明を説明する．（従来の技術） 製鋼工程における溶鋼温度は、最終には連続鋳造または
造塊における鋳込温度を規定値内に確保することが重要
であり、このため、溶鋼の運搬容器である取鍋を横戒す
る耐火物による抜熱及び開放面等よりの輻射、対流等に
よる放熱に起因する溶鋼温度降下量を考慮して、前記規
定値内の鋳込温度になるように転炉等の精錬炉での出鋼
温度が！ｌＮ節される． 従来技術では、前記の取鍋による溶鋼温度降下量は一般
には取鍋使用回数や前回チャージの鋳込終了時からの経
過時間により耐火物の蓄熱量をモデル的に演算して求め
ている． また、特開昭６２−１６６０７１号公報に示されている
ように、ケーブルセンサを利用する方法も知られている
。すなわち、取鍋を構戒する耐火物に多数のケーブルセ
ンサを埋め込み、該ケーブルセンサに矩形波パルスを入
力し、該人力パルスと各ケーブルセンサからの反射パル
スの合戒波を観測し、該合或波中の反射パルスよりケー
ブルセンサ埋込部の位置と耐火物平均温度を求め、これ
らの耐火物平均温度Ｔと平均厚さＤと耐火物比熱Ｃとか
ら耐火物蓄熱量ＱをＱｃｃ［）−Ｃ−Ｔとして求めるこ
とを特徴とする方法である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来技術には次のような問題
がある． すなわち、単に取鍋の使用回数や前回チャージの鋳込終
了時からの経過時間によって耐火物の蓄熱量を算出する
方法では、演算値と実際の蓄熱量との誤差が大きい。誤
差の主な要因は、前回チャージの鋳込終了後のいわゆる
空鍋時間帯において、空鍋への蓋掛けの有無、あるいは
空鍋のバーナー加熱による保熱の有無であり、このよう
な変動要因の影響として、耐火物表面温度を測定した場
合でも該測定値が必ずしも耐火物内部の平均温度あるい
は耐火物蓄熱量を代表した値とはならないからである。

また、空鍋時間帯の蓋掛けや保熱実施の情報に基づいて
耐火物内部の平均温度あるいは耐火物蓄熱量を補正する
場合は、一般に数時間にわたる空鍋時間帯における情報
管理が難しく、情報ξスが発生しやすいという問題があ
る。さらに、耐火物表面に地金やスラグが付着している
場合は、その付着状況すなわち耐火物との密着程度によ
り地金やスラグの温度降下の程度に差異があるので耐火
物表面温度を正確に測定することは困難である． 一方、特開昭６２−１６６０７１号公報に示されている
方法では多数のケーブルセンサを耐火物内に埋設する必
要があるので埋設作業が繁雑で、特に不定形耐火物の流
し込み施工においてはケーブルセンサを特定の位置に埋
設することは困難であり、さらに高価なセンサを多数必
要とし、その接続等煩雑な作業を要する。

この発明は、このような事情に鑑みて提案されたもので
、その目的は、従来のように耐火物に計測端を埋め込む
ような繁雑さを回避した簡易な方法で、かつ的確に取鍋
耐火物内部の平均温度および蓄熱量を推定し、溶鋼運搬
中の溶鋼温度降下量を精度よく予測し、また、必要に応
して溶鋼保有熱に対する抜熱能を計算して溶鋼運搬工程
の中間工程において溶鋼温度を必要量調節し、もって連
続鋳造または造塊における鋳込温度を規定値に確保し得
る方法を提供することにある。

（Ｌｌ題を解決するための手段） 本発明者は、上述のような目的を達戒すべく、種々検討
を重ねたところ、次のような知見を得た。

通常、取鍋で代表される溶湯運搬用容器の蓄熱量の大部
分は耐火物のそれであり、鉄皮の蓄熱量は無視すること
にする。鉄の熱伝導率は耐火物のそれの数十倍であるか
ら、温度は均一に近く計算するとしてもよい。かかる前
提に基づいて耐火物内の温度分布を模式的に表すと第３
図のグラフのようになる。なおその場合、蓄熱量の基準
はＯ′Ｃとした。

第３図の場合の蓄熱量は耐火物の内壁（温度θ゜Ｃ）、
鉄皮の外壁（温度θ！ζθ，゜Ｃ）を結ぶ温度曲線θ，
θ４θ，θ２と横軸（０℃）に囲まれた面積に比例する
。

なお、第３図、第４図および第５図は円筒底つきの取鍋
の壁面を１次元と見なすことにしてその断面を表わした
ものである． θ．は溶湯の温度で、溶鋼入り取鍋が十分に時間がたち
伝熱が定常的になると温度はθ、θ３θ２の勾配となる
．空の取鍋は内壁の放熱によってθ１θ４θ３θ２のよ
うな曲線となり、耐火物内部に最高温度点θ４が現われ
る。空の取鍋をさらに放置すると第４図のθ＋−＋→θ
，．．ｔ・・・θ，−，のように内壁温度が低下する．
第３図のθ１　θ，のように直線の勾配ならば耐火物の
平均温度は（θ，十〇１）／２になる。現実はθ．θ４
θ，のように斜線部分に相当する分だけ平均温度が高く
なる．なお、鉄皮の熱伝導は耐火物に比べ大きい事より
θ，！＝ｉθ２とし、さらに第４図の曲線を見て耐火物
の平均温度を（θ，十〇！）（１＋ｌｌθ１）／２とす
る。即ち耐火物の平均温度は（θ，＋８２）／２に係数
（１＋ｋθｌ）を掛けて補正して求める。ここに定数ｋ
は実験的に求められ、耐火物表面温度が放冷により下が
り、内部最高温度より低下している分を補正するためで
ある． 平均温度に耐火物の熱容ｉ１（＋ｗｗ・ＣＩ１）を掛け
れば耐火物のＳ熱量が得られる。

１ ｑ＝−（θ，＋θｔ）・（１千ｋθＩ）１１ＣＲ２ ここに、ｑ　： θ，： θオ： ｋ　： ＷＡ電　： 蓄熱量 容器内耐火物表面温度 容器外壁鉄皮表面温度 実験で決まる定数 耐火物質量 （θ２Ｚθ１） Ｃ寛　：耐火物比熱 溶湯（溶鋼）は容器（取鍋）耐火物への熱伝導および大
気への放射により冷却されるが、大半（ｌチャージごと
の変動が大きい〉は容器耐火物への抜熱（蓄熱＋鉄皮よ
りの放射〉であり、上に求めたＭ熱量ｑと、溶湯温度か
ら求まる蓄熱上限値（定常熱伝導、直線）との差が定常
的な放熱の他に、溶湯より容器が熱を奪う熱量となる。

このため少な《とも２回溶湯を測温すれば単位時間当り
の溶場温度降下量が分かり、咳抜熱能算出の基礎となっ
た容器蓄熱量の補正を行うことができる．あるいは抜熱
能そのものを補正してもよい。この測温は溶鋼運搬工程
の開始点から中間工程（たとえば真空脱ガス精錬など）
までの間で行われる。かかる測温の結果に基づいて、中
間工程で溶鋼の温度を調整制御すればよい。

すなわち、本発明者は次のような知見を得ることにより
本発明を完成した． （１）予熱（放置した取堝を出鋼前に予熱する）前の取
鍋の耐火物表裏面温度を知れば、その結果に基づき耐火
物の蓄熱量を計算によって求め、その結果を用いて運搬
中の溶鋼の温度降下量を予測することができる． （２）一定時間での溶鋼温度降下量を知れば、容器内蓄
熱量を推定でき、それ以降の溶鋼温度降下量を予測でき
、必要があれば中間工程において溶鋼温度を調節して規
定の鋳込温度に近づけることができる。

ここに、本発明の要旨とするところは、溶湯連搬用容器
の蓄熱量を推定する方法において、運搬使用後の空容器
を予熱する前に内壁耐火物表面の温度を実測し、容器外
面鉄皮温度を実測または推定によって求め、下式により
容器蓄熱量を推定することによって溶湯温度降下量を予
測することを特徴とする溶湯温度管理方法である。

ｌ ｑ一一（θ１÷θｇ）　・（１＋ｋθｌ）’ｌｌ１ｃｌ
ｌ２ ここに、ｑ　：蓄熱量 θｌ：容器内耐火物表面温度 θｔ：容器外鉄皮表面温度 ｋ　；実験で決まる定数 鵬，：耐大物質量 Ｃ糞　：耐火物比熱 である． 本発明はその好適態様によれば、受湯後時間を経て２回
以上溶湯温度を測定し、上記計算式で求めた容器蓄熱量
より推定した溶湯温度降下量と比較し、推定値の誤差分
を容器蓄熱量の計算値の誤差と見なして補正し、以降の
溶湯温度降下量の再予測を行うことを特徴とする溶湯温
度管理方法である． （作用） 次に、添付図面を参照して本発明をさらに具体的に説明
する． 第ｌ図は、本発明を適用する製鋼工程における取鍋の循
環使用例の状況説明図である．転炉から出調された溶鋼
は取鍋に収容し運搬され、真空脱ガス精錬を経て連続鋳
造設備で鋳込まれ、空鍋となった取鍋は排滓およびノズ
ル等の整備を経た後、予熱して次回の転炉出鋼に供する
ようになっている。第１図に示すＡは、予熱前の取鍋の
耐火物表面温度測定時点を示す． 第２図は前記Ａにおける耐火物の表面温度測定に関する
実施例の説明図である。取鍋１が予熱装置および図示し
ない転炉の下方に通じる軌条２上を移動する台車３に載
置され、予熱装置側へ移動する途中において、台車３の
上方に設けられた放射温度計４により取鍋耐大物表面温
度を測定する。

放射温度計は複数設け、例えば測定値の平均値あるいは
最高値を採用するなど実態に沿うよう適切に処理するこ
とが望ましい。

なお、第２図には取鍋予熱に使用する予熱バーナ５およ
びそれを吊り下げ支持するウインチ６が設けられている
。

したがって、上述の面からは、本発明は、取禍の予熱、
溶鋼注入、保持、溶！Ｉｉ！排出、そして再び予熱を経
て溶鋼を注入する取鍋の使用サイクルにあって、予熱前
における取鍋の耐火物表面温度を測定し、得られた測定
値に基づき耐火物内部の平均温度および含熱量を計算に
よって求め、その計算結果に基づき運搬中の溶＃Ａ温度
降下量を予測することを特徴とする溶鋼温度管理方法で
ある。

すでに一部説明したように、第３図および第４図は取鍋
耐大物の温度分布に関する説明図である。

図中、各符号の指示内容は次の通りである。

０．４：溶鋼収容時の耐火物表面の最高到達温度θ１：
空鍋の耐火物表面温度測定値（例えば前記放射温度計に
より測定した温度） θｔ：鉄皮外表面温度 θ，：耐大物と鉄皮の境界点の温度 θ４：空鍋の耐火物内部温度の最高値 ここで、鉄皮の熱伝導率は耐火物の熱伝導率に比べ数十
倍大きいのでθｔ一〇，とみなすことができる。鉄皮外
表面温度は例えば接触式温度計を使用して測定してもよ
いし、あるいは経験式により求めてもよい。実施例では
経験式により求めており、取鍋使用回数Ｎを用いθ．　
＝２００　＋１．５Ｎとしている．鉄皮外表面温度は、
大気への放散面であり、温度変動も比較的小さいので、
数回使用毎に測温し、その測温値により、上式の係数等
を補正すれば良い。

取鍋耐大物の蓄熱能ｑｌは近似的に ｑ　＋　””　０　．　５　（θ、＋θハ・−１ｃｌｌ
で表すことができる。これは充分溶鋼保持した後、鋳込
直後の取鍋の蓄熱量と考えればよい．ただし出鋼後十分
に時間が経過し、耐火物中の熱伝導は定常的とする。

一：耐大物質量 Ｃｌ：耐大物比熱 次に、空鍋の耐火物内部の平均温度に関しては、第４図
に示すように耐火物表面温度θ，が高温の場合ほど図示
しない平均温度θと０．５（θ，＋θ２）の差が大きく
なり、例えば近似的にθ−０，５（θ１十θｇ）（１　
＋ｋθ１）で表すことができる．この概略状況を第４図
に示す．θ１−，，θ，−．θ＋−Ｓｌθ，−４，θＩ
−５を付した各温度曲線の表面温度が高いほど内部最高
温度が高く山状に盛り上がっている．ｋ一実験で決まる
定数 このようにして求めた耐火物内部の平均温度θ、耐火物
の質１．５および耐火物の比熱Ｃ，を用い耐火物の蓄熱
量ｑ２は ｑ＊ｍＢ−軸・ＣＩ１ 雪０．５（θ１＋θｚ）（１＋ｋθＩ）・ＴＩ員・Ｃえ
で表わすことができる． また、第５図に示すように耐火物表面温度θ１の測定後
に予熱を実施した場合は、予熱による耐火物への着熱量
ｑ，は ｑｓ−Ｑ゛η で表すことができる。

Ｑ：予熱における投入熱量 η：耐火物への着熱効率 あるいは、予熱後の耐火物表面温度を測定してｑ，ｗν
　（θＶ一θ１） ν　：定数 θＶ：予熱終了直後の耐火物表面温度 として近似的に求めることもできる。

溶鋼に対する耐火物の抜熱能Φは Φ一α［ｑ＋　　（ｑオ＋ｑ，〉｝ と表すことができる．取橘内溶１ｍ温度降下は受鋼時を
時間の原点とするとき、第６図に示すようにほぼ，／Ｔ
　（ｔ：時間〉に比例する。溶鋼温度降下量ΔＴは例え
ば ｍｓ−ｃｓ として求めることができる。

α二　定数 ｔ，：ｉ！ｊ搬開始からの任意経過時間ｔ０：　　運搬
開始時間 僧３：　溶調質量 Ｃ，：　　溶鋼比熱 以上のように、予熱前における取鍋の耐火物表面温度を
測定し、該測定値θ１に基づき耐火物内部の平均温度θ
および蓄熱量ｑ！を計算により求め、運搬中の溶鋼温度
降下量ΔＴを予測することができる。

さらに取鍋運搬工程で少なくとも２回溶鋼温度降下量を
測定すれば、抜熱能Φを必要に応して修正することがで
き、鋳込温度を再予測することができる。

第７図は、製鋼工程における溶鋼温度降下の予測の実施
例に関する説明図である。前述の−３・Ｃｓ においてΔＴをΔＴ１ とおいて ＩＩｓ＋　Ｃｓ より、取鍋の抜熱能Φを評定することができる。

従って、時間Ｌ２において 僧，・Ｃｓ を予測することができる。

次に、溶鋼運搬工程の開始点から中間工程例えば問脱ガ
ス精錬までに複数回にわたって溶鋼温度を測定し、該測
定値と予測値の差の大きさに対応させて溶鋼温度を中間
工程においてＩＩＩｌ’！する方法について説明する。

第８図は、製鋼工程における溶ｉｌ温度の変化を示す。

Ｔｔ：転炉出ｔｌｉ温度 Ｔ０：溶鋼運搬開始時の温度 Ｔ，：中間工程における目標温度 Ｔ４：中間工程における精練開始温度 Ｔ，：中間工程における調節後の温度 Ｔ．：鋳込工程における目標温度 Ｔ．゜：中間工程において予測した鋳込温度溶鋼運搬開
始点から中間工程（ＲＨ脱ガス精練）までの温度降下の
予測値ΔＴ４がＣＣ鋳込温度の規定値Ｔ．に対応できる
ものであるとし、これに対し、Ｒｌｌ脱ガス処理開始ま
での実際の温度降下がΔ↑４゜であり、予測値Δ丁４よ
りも大きかった場合に、温度調節を実施しなければＣＣ
鋳込温度はＴ．から外れて７．＋　となってしまう。す
なわち、溶鋼運搬開始前に予測した取鍋の抜熱能に対し
、実際の抜熱能が大きかったことを意味する。従って、
ＲＨ脱ガス精練中に例えばＡＱ一酸素の反応熱を利用し
Ｔ４からＴ，まで昇温する。ここで、温度調節代は例え
ば取鍋の抜熱能を用い、 −３゜ＣＳ ＋（Δ↑　１−Δ１＋） として求めることができる． 一方、第９図に示すように、溶鋼運搬開始からＲ｝Ｉ脱
ガス精練開始までの実際の温度降下ΔＴｓ’が溶ｔｌ４
運搬開始前の予測値八Ｔ，よりも小さかった場合は予測
した取鍋の抜熱能Φに対し実際の抜熱能Φ”が小さかっ
たことを意味する。従って、Ｒｌ｛脱ガス精練中に例え
ば溶鋼環流時間の延長あるいは冷却材の投入等によって
Ｔ，からｉ．まで冷却する．ここで、温度調節代は例え
ば取鍋の抜熱能を用い鶴３゜Ｃ＄ ＋（Δ↑５−Δｉｓ’） として求めることができる。

Ｔ＆：中間工程における目標温度 Ｔ？：中間工程における精練開始温度 Ｔ．：中間工程における調節後の温度 次に、本発明をその実施例によってさらに具体的のその
作用効果を説明する。

（実施例〉 第１図に示す取鍋使用サイクルにしたがって溶鋼を運搬
する工程において本発明にしたがって鋳込み温度の管理
を行った．取鍋内表面の温度測定は第２図に示す要領で
行った。又取鍋外表面温度は、約１０回に１回実測（接
触温度計により）し、その間は経験式で求めた． 本実施例における操業条件は、取鍋容量２５０トン、耐
火材種類、厚さはジルコン質で１５０　ａｓ、サンプリ
ングチャージ数１００チャージ、目標出鋼温度１６６０
℃、モして鋳込温度（規定値）　１５５０’Ｃ　（タン
ディシュ内）であり、転炉吹錬開始前に、空鍋データよ
り蓄熱量を推定し、転炉出鋼温度より所定時間経過後の
溶鋼温度（各炉外精錬での降温を含む）を５０チャージ
推定し、実測値、との比較を行った。推定値と実測値と
の差は、±１０’Ｃ以内であった． 次に、この温度予測値を基に、鋳込までの工程を加味し
て出鋼目標温度を与え、さらに、受鋼後と中間工程との
２点で測温し、これにより、前述推定値を補正し、温度
調整を中間工程（真空脱ガス処理）で行った結果、鋳込
み目標温度への適中率は次表に示す通り飛躍的に高める
事ができた（サンプリングチャージ数１００チャージ）
。

なお、第２表の従来技術における鋳込み温度の予測は現
場作業者の経験に基づく方法によって行った。

（発明の効果） 本発明の溶鋼温度管理方法は空鍋耐大物の表面温度およ
び鉄皮表面温度を測定し、取堝耐大物の平均温度および
蓄熱量に関する計算を行うことにより溶鋼温度降下量の
予測ができる極めて簡易な方法である．しかも、前記温
度を自動計測し、前記計算を予めコンピューターにプロ
グラミングすることは容易に実施できるから、溶鋼温度
管理に関する作業は一層簡易となる． また、前掲の表からも分かるように、本発明によれば、
鋳込温度の適中率が飛躍的に向上した．このことは、転
炉出鋼温度の引き下げ、連続鋳造および造塊製品の品質
例えば介在物の減少や偏析軽減に効果的である．

【図面の簡単な説明】

第１図は、製鋼工程における取鍋の循環使用例の説明図
で、図に示すＡは予熱前の空鍋の耐火物表面温度測定時
点である． 第２図は、第１図Ａにおける耐火物の表面温度測定の一
例を示す説明図である． 第３図および第４図は、取鍋耐火物の表面と内部の温度
分布のグラフで、取鍋は溶鋼入りと空の双方の場合が含
まれる。 第５図は、予熱バーナーで加熱直後の空鍋耐大物の表面
および内部の温度分布のグラフである。 第６図は、溶！ｇ温度降下量を示すグラフである。 第７図〜第９図は、実際の溶鋼温度の推移例を説明する
グラフである．

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶湯運搬用容器の蓄熱量を推定する方法において
   、運搬使用後の空容器を予熱する前に耐火物表面温度を
   実測し、該温度実測値と外面鉄皮の温度を実測または推
   定によって求め、下式により容器蓄熱量を推定すること
   によって溶湯温度降下量を予測することを特徴とする溶
   湯温度管理方法。 ｑ＝１／２（θ＿１＋θ＿２）・（１＋ｋθ＿１）・ｍ
   ＿Ｒ・Ｃ＿Ｒここに、ｑ：蓄熱量 θ＿１：容器内耐火物表面温度 θ＿２：容器外鉄皮表面温度 ｋ：実験で決まる定数 ｍ＿Ｒ：耐火物質量 Ｃ＿Ｒ：耐火物比熱 である。
2. （２）受湯後時間を経て２回以上溶湯温度を測定し、請
   求項１の計算式で求めた容器蓄熱量より推定した溶湯温
   度降下量と比較し、推定値の誤差分を容器蓄熱量の計算
   値の誤差と見なして補正し、以降の溶湯温度降下量の再
   予測を行うことを特徴とする溶湯温度管理方法。