JPH0741818A - 炉外精錬装置における攪拌ガス検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルゴンガス等を溶鋼中へ供給してバブリン
グさせるとき、取鍋等の炉外精錬装置での攪拌ガスの正
常な供給状態を検出できるようにすること。 【構成】 攪拌ガス１５のバブリングにより湯面２４が
上下動する溶鋼３に向かうアーク２０の長さを維持させ
るため、一定に保たれるべく制御されるアーク電極２の
アークインピーダンスの変化のあったことを検出する。
これによって、攪拌ガス１５が溶鋼３内に放出されてい
るのを検知することができる。その結果、攪拌ガス１４
が溶鋼３に供給されかつそれが所望量となっているかを
確実に検知できる。その検出においては外部振動や外乱
などの混入を伴うことがなく、検出精度が高く信頼性の
向上したものとなる。なお、アーク電極２に印加されて
いる電圧に変化があったことや、流れる電流に変化があ
ったことからもバブリングの状態が知られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炉外精錬装置における
攪拌ガス検出方法に係り、詳しくは、取鍋等の炉外精錬
装置において、アルゴンガス等を底部から噴出させて溶
鋼をバブリングさせる際に、その攪拌ガスが溶鋼中へ正
常に供給されているかを検知できるようにした攪拌ガス
検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気炉などで溶製された溶鋼は、取鍋に
移された後にタンディッシュを介してモールドへ供給さ
れ、連続鋳造される。このような設備において、取鍋で
二次精錬されたり真空脱ガス処理されるなどしてからタ
ンディッシュへ移される。その二次精錬においては攪拌
ガスを底部から供給して溶鋼がバブリングによって攪拌
され、精錬効果の向上が図られる。その二次精錬におい
ても、電気炉の場合と同じくアーク電極を用いて溶鋼に
アークが飛ばされる。その場合に、アーク電極に印加さ
れている電圧と流れた電流からアークインピーダンスを
検出し、そのアークインピーダンスが一定となるように
アーク電極が昇降されるようになっている。なお、アー
ク電極に印加されている電圧や流れた電流からアークが
一定となるように制御されることもある。すなわち、ア
ーク電極は通常三本使用されるが、アーク電極ごとに昇
降装置が設けられ、駆動モータの回転などによってアー
クインピーダンスなどが設定値となるように、言い換え
れば、アークが所望長さとなるように調整される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した攪拌ガスは取
鍋等の底部に設けたポーラスプラグから供給されるが、
そのアルゴンガス等の攪拌ガスは吹込装置からガス流量
検出器を経て取鍋に送られる。そして、その攪拌ガスの
溶鋼への供給の有無が上記したガス流量検出器を介して
検知され、ポーラスプラグに詰まりが発生していないか
などを監視している。しかし、供給パイプから漏れがあ
ると溶鋼へは攪拌ガスが供給されていないにもかかわら
ず、上記したガス流量検出器は正常値を指したりするの
で、二次的な欠陥要因によるものまでを監視することが
できない問題がある。例えば、供給パイプの接続部に漏
れがあるとか、ポーラスプラグの詰まり等によって別の
ところへ攪拌ガスが流れているといったことが起こるか
らである。このようなことがあると、アークによる溶鋼
の局部加熱をきたして、取鍋などに内張りされた耐火壁
煉瓦を損傷させたり、甚だしくは鉄皮に孔があいたりし
て湯漏れの起こる事態となる。また、攪拌ガスによるバ
ブリングが不十分となり、溶鋼温度や溶鋼成分の不均一
が発生したりする。

【０００４】ところで、攪拌ガスが溶鋼に正常に供給さ
れていると湯面が変化し、その湯面とアーク電極との距
離すなわちアークが所定長さでなくなる。その場合、ア
ークが元の一定長さとなるようにアーク電極が追従動作
するよう制御される。このように、湯面に僅かであるが
高低の変化が生じると、アーク電極もそれと同じく例え
ば２ｃｍないし３ｃｍ程度上下動するので、それを検出
すれば、バブリングが所望通りに達成されているかを知
ることができる。そこで、アーク電極に上下振動などを
検出する装置を取り付けるようにすればよいことになる
が、製鉄所には種々の設備があって振動が至るところで
発生している。そのために、外部振動を拾うことが多
く、検出の信頼性は極めて低くなる欠点がある。また、
そのような外乱を検出信号の中から取り除くことは容易
でない。

【０００５】本発明は上記の問題に鑑みなされたもの
で、その目的は、攪拌ガスが溶鋼に供給されかつそれが
所望された攪拌状況となっているかを確実に検知できる
ようにすること、その検出においては外部振動や外乱な
どの混入を伴うことがなく、検出精度が高く信頼性の向
上したものとすることができること、その検知手段とし
て特に新たな装置を導入することなく、既存設備の各装
置から情報が得られるようにすることを実現した炉外精
錬装置における攪拌ガス検出方法を提供することであ
る。なお、本発明は、攪拌ガスを溶鋼に供給した場合、
そのバブリングによって湯面が少し変動し、それに応じ
て溶鋼面までのアーク長さを維持すべくアーク電極が上
下動するという挙動に着目したものであり、また、その
アーク電極の動きやアークインピーダンスなどの変化を
電気的に検出することによって、アーク電極の動きを機
械的に検出する場合に比べて外乱を受けにくい検出デー
タの信憑性や信頼性の向上を図る種々の研究を重ねた結
果、実現されたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルゴンガス
等を溶鋼中へ供給してバブリングさせるようにした取鍋
等の炉外精錬装置における攪拌ガスの検出方法に適用さ
れる。その特徴とするところは、図１を参照して、攪拌
ガス１５のバブリングにより湯面２４が上下動する溶鋼
３に向かうアーク２０の長さを維持させるため、一定に
保たれるべく制御されるアーク電極２のアークインピー
ダンスに変化のあったことを検出することによって、攪
拌ガス１５が溶鋼３内に放出されていることを検知でき
るようにしたことである。

【０００７】上記したアークインピーダンスの変化を検
出することに代えて、溶鋼３に向かうアークの長さを維
持させるため一定に保たれるべきアーク電極２に印加さ
れている電圧値に変化があったことを検出するようにし
てもよい。また、アーク電極２へ流れる電流値に変化が
あったことを検出することもできる。

【０００８】さらには、アーク電極２を上下動作させる
駆動モータ７に流れた電流の発生を検出するようにする
こともできる。アーク電極２を上下動作させる駆動モー
タ７の回転数検出器１０で回転の生じたことや、アーク
電極２を昇降させる装置における電極位置検出器１１で
電極位置に変化があったことを検出するようにしてもよ
い。

【０００９】

【作用】アルゴンガス等の攪拌ガス１５を溶鋼３中へ供
給してバブリングさせると、気泡の上昇が集中する部分
の溶鋼３の湯面２４が部分的に波を打って上下動する。
その変動する湯面２４に最も近く位置するアーク電極２
においては、その溶鋼面までのアーク２０の長さが変化
する。そのアーク２０の長さの変化によってアークイン
ピーダンスも変動する。炉外精錬に必要なアーク２０の
長さは予め決められており、アーク電極２は所定のアー
ク長さを復元すべくその精錬における本来のアークイン
ピーダンスとなるようにアーク電極２が追従動作する。
バブリングがなければ変動しない湯面２４が、バブリン
グによってアークインピーダンスに変化のあったことで
変動していると察知される。これでもって攪拌ガス１５
が溶鋼３内へ供給されていることが検知される。また、
攪拌ガス１５の供給量によって通常生じる湯面２４の変
動量に対して異なるときは、バブリングが正常でないと
いうことが把握される。アーク電極２が複数本設けられ
ていると、攪拌ガス１５によるバブリングの影響を大き
く受けないアーク電極２と比較することによっても、攪
拌ガスの供給量の正否が確認される。

【００１０】アーク電極２に印加されている電圧に変化
があったことを検出することによって、上記したような
アークインピーダンスの変化を検出することに代えるこ
とができる。バブリングの影響を大きく受ける湯面２４
の近傍のアーク電極２に着目したり、他のアーク電極２
での電圧の変化と対比して、バブリングの様子を間接的
に知ることができる。また、アーク電極２へ流れる電流
に変化があったことを検出することによっても、同様に
検出される。

【００１１】アーク電極２はアークインピーダンスに変
化があると、アーク２０の長さを所定値へ戻すように昇
降されるが、そのアーク電極２を上下動作させる必要の
ないときには駆動モータ７へは電流が流れない。しか
し、上下動作させるときには、駆動モータ７へその時点
で電流が流れ、その電流の発生を検出する。これによっ
ても、アーク電極２の動かされたことを察知でき、攪拌
ガス１５によるバブリングの存在が知られる。同様にし
て、アーク電極２を上下動作させる駆動モータ７の回転
数検出器１０で回転が生じたり、アーク電極２を昇降さ
せる装置における電極位置検出器１１で電極位置に変化
があったりすると、それを検出して、攪拌ガス１５の供
給状態が正常であるか否かが検知される。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、アークインピーダンス
の変化から攪拌ガスが溶鋼に正常に供給されていること
を検知でき、アークインピーダンスに変化がないか異常
の変化の仕方をすれば、攪拌ガスの供給経路のいずれか
でガス漏れがあるとか吹込系統に何らかの欠陥のあるこ
とを知ることができる。また、その検出は電気的になさ
れて工場振動などの機械的な外乱の影響を受けず、検出
精度の向上や検出値の信頼性は高いものとなる。アーク
インピーダンスの検出は元来検出されているものを取り
出すようにするだけであり、炉外精錬装置の制御系に新
たな検出装置などを取り付ける必要がなく、既存設備へ
の適用も容易なものとなる。

【００１３】アーク電極に印加されている電圧に変化が
あったことを検出する場合には、精錬中は常時電力が供
給されているアーク電極の電圧を検出するだけであっ
て、上記と同様な効果が得られる。もちろん、アーク電
極へ流れる電流に変化があったことを検出するようにし
ている場合も同じである。

【００１４】アーク電極を上下動作させる駆動モータに
流れた電流の発生を検出する場合、駆動モータの回転数
検出器で回転の生じたことを検出する場合や、さらに、
アーク電極を昇降させる装置の電極位置検出器で電極位
置に変化があったことを検出する場合も、同様にしてバ
ブリングの存在やその程度が把握される。いずれの方法
によっても、バブリングに対する情報が既存設備や装置
から得られると共に、その検出情報の信憑性は高いもの
となる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明に係る炉外精錬装置における
攪拌ガス検出方法を、実施例として表した図面をもとに
して詳細に説明する。図１は、取鍋１などの二次精錬炉
においてアーク電極２を用いて溶鋼３を精錬している設
備と制御系の全体図である。これは、アルゴンガス等を
底部から噴出させて溶鋼中でバブリングさせるようにし
た取鍋等の炉外精錬装置を例としている。電気炉で溶製
された溶鋼は図示したように取鍋１に所定量が注湯され
ており、電極昇降装置４によってアーク電極２が昇降さ
れるようになっている。なお、アーク電極２の図示した
ものは一本であるが、実際には三本が採用される。した
がって、各アーク電極に電極昇降装置４が付帯されてい
る。

【００１６】アーク電極２は取鍋１に溶鋼３を注湯する
場合や図示しないタンディッシュへ移す場合には取り除
かれるので、上記した電極昇降装置４を備えるが、それ
は、昇降するマスト５と、そのマスト５から張り出され
たアーク電極２を保持するアーム６と、マスト５を昇降
させる駆動モータ７とを備える。その駆動モータ７の回
転はワイヤ８などを巻き取ったり繰り出したりするよう
になっており、シーブ９を介したワイヤ８によってマス
ト５が上下動するようになっている。なお、駆動モータ
７にはパルスジェネレータなどの回転数検出器１０があ
り、また、マスト５の昇降位置を検出するためドラム２
７の回転からアーク電極２の上下位置を検出するポテン
ショメータなどの電極位置検出器１１も設けられてい
る。一方、各アーク電極２には炉用変圧器１２を介して
電力が供給されるようになっており、その印加される電
圧や流れる電流を制御するために、コントローラとして
の電極昇降制御装置１３が図示しない制御盤などに配置
されている。

【００１７】一方、取鍋１の底部にはポーラスプラグ１
４が設けられ、アルゴンガス等の攪拌ガス１５が吹込装
置１６からガス流量検出器１７を経て供給されるように
なっている。取鍋１の底部にはスライディングノズル
（図示せず）なども存在するので、ポーラスプラグ１４
は中心から外れた位置に設けられるのが一般的であり、
上記した三本のアーク電極２，２からは必ずしも等距離
にあるものではない。ポーラスプラグ１４からの攪拌ガ
ス１５は細かい気泡となって溶鋼３中を浮上し、溶鋼３
の攪拌を図って二次精錬を迅速に行わせる。すなわち、
アーク２０によって溶鋼３が局部加熱されることはなく
なり、耐火壁煉瓦１ａを損傷させたり鉄皮１ｂに孔があ
いて湯漏れを起こすようなことも防止される。もちろ
ん、溶鋼は均一に加熱され、溶鋼成分の均質化が図られ
る。なお、場合によっては、攪拌ガス１５に粉末状の副
原料を伴わせることもある。その攪拌ガスの供給を制御
するバルブ１８が供給パイプ１９に介在され、その開閉
は作業員が手動で行ったり、上記した電極昇降制御装置
１３からの指令を受けて動作する。その上流側にはガス
流量検出器１７が配置され、供給量が所定値であるかを
監視するようになっている。

【００１８】電極昇降制御装置１３は、各アーク電極２
に通電させる機能のほかに、アーク電極２を昇降させる
指令もすることができるようになっている。そのため、
前述した駆動モータ７への給電制御機能をも有してい
る。例えばアーク電極２を下降させる指令をすると駆動
モータ７を作動させ、各アーク電極２の三本を同時に所
望する高さ位置まで降ろす。また、二次精錬が済むと駆
動モータ７を逆転させてアーク電極２を上昇させる。と
ころで、アーク電極２が湯面近くまで降ろされて精錬が
始まると、精錬に適した長さのアーク２０が発生するよ
うに制御される。これは、アーク電極２に給電されてい
る電流を電流検出器２１で検出し、また、印加されてい
る電圧を電圧検出器２２で検出して、それられをもとに
して、個々のアーク電極２のその時点でのアークインピ
ーダンスがインピーダンス検出器２３において検出され
るようになっている。

【００１９】その検出されたインピーダンスが所定長さ
のアーク２０を発生しているときのアークインピーダン
スに比べて大きければ該当するアーク電極２を下降さ
せ、また小さければ上昇させるように、対応する駆動モ
ータ７に回転方向と回転量とが指令される。ちなみに、
所定長さのアーク２０を発生しているときのアークイン
ピーダンスとは、取鍋精錬するときに鋼種などに応じて
所定長さのアーク２０の発生を達成すべく作業員がアー
ク電極に印加する電圧値や流すべき電流値をその都度設
定するが、その設定値をもとにして演算された値であっ
て、電極昇降制御装置１３のメモリ部などに記憶されて
いる。なお、上記したごとくインピーダンスを用いてい
るのは、三相交流などのオルタネーティングカレントに
よるアーク電極２への通電によるためである。したがっ
て、直流を使用したアーク電極を一本とする場合には、
アーク電極に印加された電圧値と流れている電流値との
比である電気レジスタンスが採用されることになる。

【００２０】このような装置は従前から存在するもので
あるが、この設備には以下のような構成が付加されてい
る。すなわち、インピーダンス検出器２３において検出
されたアークインピーダンスを取り込み、その値に変化
があれば、攪拌ガス１５が溶鋼３内に放出されているの
を検知することができる判定回路２５が組みこまれてい
る。取鍋１内の溶鋼３は、バブリングがなければ通常湯
面２４が変動することはほとんどない。しかし、攪拌ガ
ス１５が溶鋼３内を上昇してくると、それによって部分
的に湯面２４が波打つ現象が生じる。その周期は１秒程
度かそれ以下であるが、湯面２４の変動によってその近
傍のアーク電極２のアーク２０の長さも変わる。その都
度、上記したようにアークインピーダンスが変化するの
で、これによってバブリングがなされているかを判定さ
せることができる。その場合に、所望する量の攪拌ガス
１５のバブリングによって湯面２４が上下動するときの
アークインピーダンスの変化量であるか、また、湯面２
４の上下動周期が予想されるものになっているかなどに
よって、そのバブリングが正常であるかどうかも判定す
ることができる。すなわち、攪拌ガス１５の供給量がガ
ス流量検出器１７によって正常であることが確認されて
いるにもかかわらずアークインピーダンスに変化がない
か弱ければ、ポーラスプラグ１４に至るまでの供給パイ
プ１９のいずれかの個所で漏れが発生しているわけであ
り、二次精錬を停止したり修理しなければならないこと
を察知することができる。このような情報は、判定回路
２５から出力された信号をもとに、判定出力部１３Ａに
よって知らされる。

【００２１】ところで、上記したようにアーク電極２は
三本配置されるのが一般的であり、取鍋１の底部に設け
たポーラスプラグ１４の位置から最も近いもの、中間の
距離にあるもの、最も離れたものといったようになって
いる。したがって、バブリングが正常であれば、ポーラ
スプラグ１４に最も近い位置のアーク電極２のアークイ
ンピーダンスが変化するはずである。しかし、他のアー
ク電極２での変化が激しければ異常な状態にあるという
ことも察知できる。また、最も大きく動くはずのアーク
電極２が、ほとんど静止しているはずの他のアーク電極
２の動きに比べて通常得られる上下動の様相の相違程度
と異なることがあれば、それによってもバブリングの程
度や異常の状況を把握することができる。

【００２２】以上はアークインピーダンスの変化により
正常なバブリングの存在の有無を確認するものである
が、それ以外に次のような方法によっても検出すること
もできる。上記した判定回路２５に、アーク電極２に印
加されている電圧を検出する電圧検出器２２からの信号
を取り込むようにしておくことができる。その電圧は、
アーク２０が長くなると上昇し、短くなると低下する。
したがって、上記したアークインピーダンスの検出に代
えて、その電圧値に変化があったことを検出すれば、バ
ブリングの状態を知ることができる。また、上記した判
定回路２５に、アーク電極２に流れる電流値を検出する
電流検出器２１からの信号を取り込むようにしておいて
もよい。その電流は、アーク２０が長くなると小さくな
り、短くなると大きくなる。したがって、その電流値に
変化があったことを検出することによっても、バブリン
グの状態が知らされる。

【００２３】さらには、アーク電極２を上下動作させる
駆動モータ７に流れた電流の発生を検出するようにして
もよい。前述したようにアークインピーダンスが変化す
るとすなわちアーク２０の長さに変化があると、湯面２
４の上下変位に対して所定のアークインピーダンスとな
るようにアーク電極２が昇降されるわけであり、したが
って、駆動モータ７が二次精錬中に動く。その場合に、
モータ用電流検出器２６で電流の発生が検出されること
になり、また、検出された電流の多少によっても、バブ
リングの程度が察知される。同様なことから、駆動モー
タ７の回転数検出器１０で回転が生じたことやその回転
速度などを検出するようにしても、バブリングの有無や
程度を知ることができる。さらには、電極位置検出器１
１で電極位置に変化があったことを検出するということ
も可能である。この場合には、駆動モータ７によって回
転されるドラム２７などを介したワイヤ８の動きを直接
もしくは間接的に検出したり、ドラム２７に取り付けた
ポテンショメータの指示値の変化から検出することにな
る。以上述べたいずれの方法においても、バブリングの
存在やその程度は電気的な量でもって検出されるので、
工場振動やその他の機械的な外乱が検出信号に影響する
ことはなく、検出精度が高く維持される。

【００２４】以上の説明から分かるように、いずれの方
法を採るにしても、バブリングがあれば湯面２４は上下
動し、それに伴ってアーク電極２を駆動している何らか
の手段において変化が生じる。これに着目して、攪拌ガ
ス１５が溶鋼３に供給されかつそれが所望量となってい
るかを確実に検知することができる。もちろん、上記の
いずれかの方法によって検出されると、判定出力部１３
Ａから図示しない警報装置に警報信号が出力され、作業
員などに報知することができる。また、検知手段として
新たな検出装置を導入する必要がなく、既存設備の各装
置から情報を得ることができる。その検出においては、
工場内で発生している振動などを外乱として拾うことが
なく、電気的信号のみであって、その検出の信頼性も向
上する。なお、上記は、アルゴンガス等を底部から噴出
させて溶鋼中でバブリングさせるようにした取鍋等の炉
外精錬、すなわちＬＦプロセスとして知られている二次
精錬に適用して説明した。しかし、本発明は、アルゴン
ガス等をランスを用いて溶鋼中へ吹き込みバブリングさ
せるＮＫ−ＡＰプロセスといった二次精錬においても適
用することができる。ちなみに、バブリングの有無やそ
の程度の検出をすることができれば、それをもとにして
溶鋼３に浮かぶスラグ２８の性状などを把握することも
できる。スラグの生成とその量や流動性の高低といった
性状等は精錬に重要な要素であり、それを考慮して副原
料を投入するといった精錬制御も実現できるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る攪拌ガス検出方法を実現した炉
外精錬装置とその制御系の全体システム図。

【符号の説明】

１…取鍋、２…アーク電極、３…溶鋼、７…駆動モー
タ、１０…回転数検出器、１１…電極位置検出器、１５
…攪拌ガス、２０…アーク、２１…電流検出器、２２…
電圧検出器、２３…インピーダンス検出器、２４…湯
面、２５…判定回路、２６…モータ用電流検出器。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルゴンガス等を溶鋼中へ供給してバブ
   リングさせるようにした取鍋等の炉外精錬装置における
   攪拌ガスの検出方法において、 前記攪拌ガスのバブリングにより湯面が上下動する溶鋼
   に向かうアークの長さを維持させるため、一定に保たれ
   るべく制御されるアーク電極のアークインピーダンスに
   変化のあったことを検出することによって、前記攪拌ガ
   スが溶鋼内に放出されているのを検知するようにしたこ
   とを特徴とする炉外精錬装置における攪拌ガス検出方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のアークインピーダンス
   の変化を検出することに代えて、溶鋼に向かうアークの
   長さを維持させるため一定に保たれるべきアーク電極に
   印加されている電圧に変化があったことを検出するよう
   にしたことを特徴とする炉外精錬装置における攪拌ガス
   検出方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のアークインピーダンス
   の変化を検出することに代えて、溶鋼に向かうアークの
   長さを維持させるため一定に保たれるべきアーク電極を
   流れる電流に変化があったことを検出するようにしたこ
   とを特徴とする炉外精錬装置における攪拌ガス検出方
   法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のアークインピーダンス
   の変化を検出することに代えて、溶鋼に向かうアークの
   長さを維持させるため一定に保たれるべきアーク電極を
   上下動作させる駆動モータに流れた電流の発生を検出す
   るようにしたことを特徴とする炉外精錬装置における攪
   拌ガス検出方法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のアークインピーダンス
   の変化を検出することに代えて、溶鋼に向かうアークの
   長さを維持させるため一定に保たれるべきアーク電極を
   上下動作させる駆動モータの回転数検出器で回転の生じ
   たことを検出するようにしたことを特徴とする炉外精錬
   装置における攪拌ガス検出方法。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のアークインピーダンス
   の変化を検出することに代えて、溶鋼に向かうアークの
   長さを維持させるため一定に保たれるべきアーク電極を
   昇降させる装置における電極位置検出器で電極位置に変
   化があったことを検出するようにしたことを特徴とする
   炉外精錬装置における攪拌ガス検出方法。