JPH08295924A - 真空脱ガス装置における検音式脱炭終点判別法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空脱ガス装置で溶鋼を減圧脱炭処理するさ
いに，処理されている溶鋼中の炭素濃度をリアルタイム
で検出できる方法を見出し，目標炭素濃度に至ったとき
の終点を正確に判別できる方法を確立する。 【構成】 真空脱ガス装置で溶鋼を減圧脱炭処理するさ
いに，減圧処理中の溶鋼内で発生するＣＯ気泡音を検出
し続け，このＣＯ気泡音の変化からその時点の溶鋼中の
炭素濃度を推定し，この推定炭素濃度が目標炭素濃度に
達したときを脱炭処理終点と判断する検音式脱炭終点判
別法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，溶鋼を減圧処理して極
低炭素鋼を溶製する際に，目標炭素濃度に至った時点
（脱炭終点）を正確に的中させる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鋼における極低炭素鋼の溶製は，真空
脱ガス装置（例えばＲＨ装置）を使用して溶鋼を減圧脱
炭するのが通常である。この減圧脱炭処理において，処
理後の炭素濃度レベルには製品毎に目標値があり，この
目標値への過不足のない脱炭が要求される。このため，
減圧処理中の任意の時間における溶鋼中の炭素濃度の推
定並びに処理終了時の炭素濃度を予測することが必要で
ある。

【０００３】この炭素濃度の推定法として，排ガス中の
ＣＯガス濃度を情報源とし，これから脱炭速度ひいては
溶鋼中の炭素濃度を推定する方法が知られている。例え
ば特開平２−１０１１１０号公報にはこの原理により排
ガス中のＣＯガス濃度から脱炭速度を検知し，脱炭速度
と炭素濃度の関係を用いて炭素濃度を推定する方法が記
載されている。

【０００４】しかし，この方法は排気系からサンプリン
グガスを抽出して分析を行うので，分析装置へのガスの
搬送に要する時間が遅れ時間となり，この分だけ情報を
得る時期がずれ，終点を判断するタイミングが遅れる事
になる。また分析装置に至る過程での排ガス中の不規則
な混合あるいは大気リークなどにより，ガス中のＣＯ濃
度のみによる判定では誤差が大きくなるといった問題も
ある。

【０００５】より現実的な方法としては，減圧処理中の
溶鋼を次々にサンプリングし，その試料中の炭素を分析
する方法がある。しかし，この方法もサンプリング作
業，サンプル取り出し，搬送，予備処理，分析，データ
転送など，多くの行程を要し，限られた時間内にこれを
行うのは困難である。

【０００６】いずれにしても，従来の方法では処理中の
溶鋼中の炭素濃度をリアルタイムで検知することは困難
であり，このために終点の的中精度を低下させることは
否めない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記のような背景か
ら，本発明の目的とするところは，真空脱ガス装置で極
低炭素溶鋼を製造するさいに，処理中の溶鋼中の炭素濃
度を遅れ時間なくリアルタイムで検知できる技術を確立
することにあり，これによって，減圧脱炭の終点を精度
よく的中できる方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば，真空脱
ガス装置で溶鋼を減圧脱炭処理するさいに，減圧処理中
の溶鋼内で発生するＣＯ気泡音を検出し続け，このＣＯ
気泡音の変化からその時点の溶鋼中の炭素濃度を推定
し，この推定炭素濃度が目標炭素値に達したときを脱炭
処理終点と判断する検音式脱ガス終点判別法を提供す
る。

【０００９】

【作用】減圧処理による溶鋼の脱炭反応はＣＯガス発生
反応であり，溶鋼内部よりＣＯ気泡が発生することによ
り脱炭が進行するから，ＣＯ気泡の発生挙動，例えばそ
の時点までの発生量やその時点の発生速度，が検知でき
れば脱炭反応の進行程度ひいてはその時点の炭素濃度を
知ることができる。

【００１０】本発明者らは，溶鋼内部より発生するＣＯ
気泡の挙動は音波検知によって知ることができることを
見出した。溶鋼中でのＣＯの発生は一般の沸騰現象と類
似するところがあり，溶鋼中に浮上する過程でも音波を
発生するが，これが液面ではじけるときに一層明確な音
波を発生させる。かようなＣＯ気泡関与音は，より直接
的には，溶鋼中にマイク（音響センサー）を取り付ける
ことによって検出できる。もちろん，音響センサーを耐
火物性の保護管内に装入して高熱から保護することが必
要である。

【００１１】また，真空脱ガス装置の容器壁の内側また
は外側に高精度の音響センサーを取り付けることによっ
ても該ＣＯ気泡関与音を検出することが可能である。さ
らに溶鋼中に検音棒を気相中から浸漬させ，この検音棒
の気相中の他端に音響センサーを接続することによっ
て，この検音棒を介して該ＣＯ気泡関与音を検出するこ
とも可能である。

【００１２】このようにして音響センサーで処理中の溶
鋼から発生する音を拾う場合，ＣＯ気泡関与音以外のあ
らゆる音も拾うことになるが，これらの外乱音は処理中
ほぼ一定の規則音であるか，或いは処理の経時変化に伴
って一定の変化を伴うものが多いので，これら外乱音か
らＣＯ気泡関与音を波形処理によって選別することが可
能である。

【００１３】この場合，この外乱音の挙動を知るため
に，例えば極低域まで脱炭処理した溶鋼を用いて，ＣＯ
気泡を発生させない以外は同一条件の脱ガス処理を，同
一装置で且つ同一位置の同一音響センサーを用いて，対
照例としてトライアルに実施しておき，このときの処理
開始から終了までの音波を記録しておき，この対照記録
音を外乱音として利用すると便宜である。すなわち，実
際の減圧脱炭処理における検出音から前記の記録した外
乱音を波形処理で消去すると，おおよそのＣＯ気泡音を
選別することができる。より正確を期すには，数多くの
トライアルや減圧脱炭処理の記録音波データを統計処理
して，ＣＯ気泡発生音の特徴（波形）を予め把握してお
くのがよい。

【００１４】また，このような外乱音検知のためのトラ
イアルを実施できない場合には，処理中の溶鋼サンプリ
ングによって得られた炭素濃度分析値と，その時点での
ＣＯ気泡音の特性値との関連性を，処理開始から終了に
至るまでできるだけ数多く把握しておき，この関係を利
用して検出されるＣＯ気泡音の特性値からその時点の炭
素濃度を推定することもできる。

【００１５】図１に溶鋼の真空脱ガス装置の一例として
ＲＨ脱ガス装置の概略を示した。図示のように，ＲＨ脱
ガス装置では取鍋１内の溶鋼２を真空槽３内に還流する
ために，上昇用浸漬管４にガス導入口５が設けられ，こ
のガス導入口５からアルゴンガスが供給される。したが
って，還流処理中はこのアルゴン気泡も溶鋼内を浮上す
るので，脱炭反応によって発生するＣＯ気泡のほかにア
ルゴン気泡も共存することになる。しかし，還流用アル
ゴンガスは処理全体を通じてほぼ一定流量で導入される
ので，このアルゴン気泡が関与する音波は真空度の関数
としてその強度を予知できる。

【００１６】すなわち，図１のように，処理中の音波を
検出できる位置に音響センサー６を取り付け，この音響
センサー６によって減圧脱炭処理中の音波を検出し続
け，これを電気信号として演算機７に入力し，この演算
機７において，該アルゴン気泡音，溶鋼の還流音，装置
振動音，排気音，スプラッシュ飛翔音その他の外乱音か
らＣＯ気泡音を選別する操作を行い，得られたＣＯ気泡
音の強度と波形からその時点の脱炭量を演算することが
できる。そのさい，演算機７には真空度計８からの真空
度情報をリアルタイムで入力し，この真空度情報もＣＯ
気泡気泡音の選別操作に利用する。もちろん，初期情報
として溶鋼中の初期炭素濃度，溶鋼量，溶鋼温度等も演
算機７に入力しておく。

【００１７】なお，図１では，音響センサー６を真空槽
３内の湯面近傍位置における真空槽外壁（平面的には上
昇用浸漬管４とは最も離れた位置）に取り付けた例を示
したが，図２や図３のように，真空槽３内に取り付けて
もよい。

【００１８】図２の場合は，真空槽３内に還流している
溶鋼中に音響センサー６を浸漬した例を示している。こ
の場合，真空槽３の上部から耐火物製中空支持棒９を吊
り降ろし，この支持棒９の先端に取り付けた耐火容器１
０内に音響センサー６を配置することによって，溶鋼内
に発生する音を耐火容器１０を介して検出する。検出音
は支持棒９内に配線したリード線によって前記同様の演
算機７に送信する。

【００１９】図３の場合は，真空槽３内に還流している
溶鋼中に検波棒１１を浸漬した例を示している。この場
合，耐火物製の検音棒１１の一端を溶鋼中に浸漬し，こ
の検音棒の気相中の他端に音響センサー６を接続するこ
とによって，検音棒１１が溶鋼から拾う音を音響センサ
ーで検出するようにしたものであり，検出音は図２と同
様に中空支持棒９内の配線を介して演算機７に送信す
る。

【００２０】本発明者らの経験によると，ＣＯ気泡音は
減圧脱炭開始から処理末期に至るまで検知可能な変化を
伴うが，溶鋼中の炭素濃度が約２００ｐｐｍ付近と約３
０ｐｐｍ付近で，その強度に変化点が現れることがわか
った。すなわち，ＣＯ気泡音の強度は炭素濃度が約２０
０ｐｐｍ付近に至るまでは緩やかに低下するが，２００
ｐｐｍ付近を過ぎるとその強度は３０ｐｐｍ付近に至る
までやや急に低下するようになり，３０ｐｐｍを過ぎる
ともはや一定の強度となる。

【００２１】２００ｐｐｍ付近の第１の変化点が現れる
のは，この濃度の炭素から推定されるＣＯガス発生深さ
がＲＨ下部槽の底面に達し，脱炭速度がこれ以上は上が
らず，ＣＯガス発生量すなわちＣＯ気泡発生頻度が変化
しないことによるものと思われる。また第２の変化点
は，溶鋼内部での脱炭反応が納まり，脱炭反応サイトは
溶鋼表面だけになるからであろうと推定される。したが
って，溶鋼中の炭素濃度が３０ｐｐｍ以下にまで低下す
ると，もはやＣＯ気泡音では脱炭速度を検出できない。
このため，第２の変化点（炭素濃度約３０ｐｐｍ）が検
知されたら，その時点からの処理時間と炭素濃度との関
係を予め把握しておき，この予知情報に基づいて，その
時点からの処理時間をもって炭素濃度を推定する。

【００２２】いずれにしても，真空脱ガス装置での溶鋼
の減圧脱炭の状況は，脱炭反応生成物であるＣＯ気泡が
関与する音を感知することによって聞き分けることがで
きるのであり，その音の分析によってその時点の脱炭速
度ひいてはその時点の炭素濃度を推定することができ
る。

【００２３】以下にＲＨ脱ガス装置による減圧脱炭処理
に本発明法を適用した例を挙げるが，本発明法はこのＲ
Ｈ脱ガス装置に限られるものではなく，例えばＶＡＤ等
の取鍋真空脱ガス法などにも適用できる。

【００２４】

【実施例】

〔実施例１〕処理容量が１８５トン規模のＲＨ脱ガス装
置を用い，図１に示したように，上昇浸漬管とは対向す
る側の真空槽壁の外側の，湯面高さに相当する位置に，
音響センサーを固定し，この音響センサーから検知され
る音を演算機に入力しながら本発明法を実施した。

【００２５】減圧操業は上昇浸漬管に送入する還流用ア
ルゴンガス流量を１８００ＮＬ／分の一定とし，到達真
空度１Torrの条件で数多くのチャージを実施した。各チ
ャージにおいて，処理末期の或る時点で溶鋼のサンプリ
ングを行って得たその時点の炭素濃度と，ＣＯ気泡音か
ら推定したその時点の炭素濃度とを対比した結果を図４
に示した。図４に見られるように，炭素濃度３０〜７０
ｐｐｍの領域ではＣＯ気泡音からの炭素濃度推定値は，
実際の炭素濃度にほぼ正確に対応している。

【００２６】また，目標炭素濃度３０ｐｐｍの鋼種に対
して，ＣＯ気泡音から炭素濃度３０ｐｐｍになった時点
を推定して処理を終えた処理を６１チャージ実施した。
この場合の最終処理溶鋼の実際の炭素濃度の平均値は３
１.１ｐｐｍであり，標準偏差は１.５であった。この成
果を，従来の排ガス中のＣＯ＋ＣＯ₂濃度から終点を決
定した従来法の場合と対比すると次のとおりである。

【００２７】 本発明例 従来例 目標炭素濃度（ｐｐｍ） ３０ ３０ チャージ数 ６１ ２４８ 製品炭素濃度平均値（ｐｐｍ） ３１.1 ３２.7 標準偏差 (σ) １.5 ４.2

【００２８】この対比から明らかなように，本発明法に
よると，バラツキが小さくなって正確に目標炭素濃度に
的中できる。

【００２９】〔実施例２〕本例は，目標炭素濃度が３０
ｐｐｍ以下の場合の終点判別法を示す。炭素濃度が３０
ｐｐｍ以下の領域ではＣＯ気泡は殆んど発生しないの
で，この極低炭素領域ではＣＯ気泡音から炭素濃度を判
別するには無理がある。そこで，実施例１と同様の装置
における減圧脱炭処理において，３０ｐｐｍに至った時
点からの経過時間と鋼中炭素濃度の変化を数多くのチャ
ージから調べた。その結果を図５に示した。

【００３０】図５において，溶鋼中の炭素濃度の実測値
が３０ｐｐｍに到達してからの経過時間を横軸に，その
時点で採取したサンプル中の炭素濃度を縦軸としてい
る。プロットは近似曲線の±３ｐｐｍ以内におさまり，
精度の高い濃度予測が期待できることがわかった。そこ
で，実施例１と同じ処理において，最終目標炭素濃度が
３０ｐｐｍ以下である鋼を溶製する場合，ＣＯ気泡音か
ら３０ｐｐｍに至った時点を推定し，その時点からは図
５の関係を用いて経過時間をもって目標炭素濃度１５ｐ
ｐｍの鋼種を２０チャージ溶製した。

【００３１】各処理において，推定炭素濃度が１５ｐｐ
ｍになった時点で脱酸用Ａｌを投入し，最終成分を調整
した。また音響測定のみで１５ｐｐｍまでねらった場合
も実施したがこれを比較例とし，排ガス中のＣＯ＋ＣＯ
₂濃度から炭素濃度を推定した場合を従来例として，本
例の成果を比較し，その結果を次表に示した。

【００３２】 本発明例 比較例 従来例 目標炭素濃度（ｐｐｍ） １５ １５ １５ チャージ数 ２０ ２５ ２６ 製品炭素濃度平均値（ｐｐｍ） １４.8 ２１.2 １２.1 標準偏差 (σ) １.64 ３.24 ４.35

【００３３】この結果に見られるように，実施例では，
目標の１５ｐｐｍに対して平均値は１４.８ｐｐｍと非
常に近く，標準偏差σも１.６４と小さくバラツキが少
ないことがわかる。また，比較例では炭素濃度は平均２
１.２ｐｐｍと高く，従来例では１２.１ｐｐｍと低めに
はずれバラツキも大きかった。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば，真空脱ガスにおける減
圧脱炭中の溶鋼中の炭素濃度をリアルタイムで検知で
き，減圧脱炭の終点を精度良く決定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＲＨ脱ガス装置に本発明法を適用する例を示し
た機器配置図である。

【図２】ＲＨ脱ガス装置に本発明法を適用する他の例を
示した機器配置図である。

【図３】ＲＨ脱ガス装置に本発明法を適用する他の例を
示した機器配置図である。

【図４】本発明法によって推定した溶鋼中の炭素濃度と
実測した炭素濃度の対応図である。

【図５】溶鋼中の炭素濃度が３０ｐｐｍより低いときの
処理中の経過時間と炭素濃度との関係図である。

【符号の説明】

１ 取鍋 ２ 取鍋内溶鋼 ３ 真空槽 ４ 上昇浸漬管 ５ ガス供給口 ６ 音響センサー ７ 演算機 ８ 真空計 ９ 中空支持棒 １０ 耐熱容器 １１ 検音棒

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空脱ガス装置で溶鋼を減圧脱炭処理す
   るさいに，減圧処理中の溶鋼内で発生するＣＯ気泡音を
   検出し続け，このＣＯ気泡音の変化からその時点の溶鋼
   中の炭素濃度を推定し，この推定炭素濃度が目標炭素濃
   度に達したときを脱炭処理終点と判断する検音式脱炭終
   点判別法。
2. 【請求項２】 目標炭素濃度が３０ｐｐｍ以下のとき
   は，３０ｐｐｍに達した時点をＣＯ気泡音の変化から推
   定し，この時点からは，処理時間と炭素濃度の既知の関
   係を用いて目標炭素濃度の処理時間に達した時点を脱炭
   終点とする請求項１に記載の検音式脱炭終点判別法。
3. 【請求項３】 真空脱ガス装置はＲＨ脱ガス装置である
   請求項１または２に記載の検音式脱炭終点法。