JPH1068012A - 溶鋼成分の調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 素鋼成分から脱ガス設備の合金鉄投入量を計
算する。 【解決手段】 素鋼成分の目標値を基に、リードタイ
ム、ブロータイムなどに基づいて脱ガス設備に於ける成
分調整目標を計算する。脱ガス程度、調整目標成分に基
づいて鋼種を２６種類に分け、各種類毎に調整範囲を決
める。この調整範囲になるように合金鉄の投入量を計算
する。 【効果】 任意の鋼種について、鋼種毎に成分調整目標
値を持つことなく、脱ガス工程における成分調整が可
能。また、素鋼成分のバラツキが小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は脱ガス精錬中に合金
鉄を投入する溶鋼の成分調整方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】転炉などで精錬された溶鋼は、真空脱ガ
ス設備などで成分が調整され、連続鋳造機でスラブ・ビ
レット等に鋳造・成形される。真空脱ガス設備における
成分調整の方法は特公平３ー１２１２７号公報に一例が
ある。この技術は特定成分（炭素）に着目して、アルミ
キルド鋼における成分調整方法が開示されている。

【０００３】従来の調整方法は、このように作業単位プ
ロセスにおいて、特定の鋼種毎に作業基準を定め、新た
な鋼種や粗鋼成分が必要なときは個別に基準を作成する
方法であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特公平３ー１２１２７
号公報に示された方法は特定鋼種の成分調整には有効で
あるが、全ての脱酸形式や全ての粗鋼成分を含めた調整
方法が開示されていない。

【０００５】本発明は真空脱ガス設備などの成分調整装
置を用いて、全ての脱酸形式や全ての成分について目標
値に精度よく調整する溶鋼成分の調整方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、脱ガス精錬
中に合金鉄を投入して目標成分の溶鋼を得る溶鋼成分の
調整方法において、成分調整前溶鋼の脱酸形態、処理ル
ートおよびＳｉ、Ａｌ、Ｔｉの成分範囲に基づいて鋼種
をグループ化し、グループ毎に成分調整方法と成分調整
範囲を設定し、これに基づいて溶鋼に投入する合金鉄の
種類と量を決定することを特徴とする溶鋼成分の調整方
法、とすることによって解決される。

【０００７】また、粗鋼成分の目標値と成分調整時の成
分目標値との成分差をリードタイム、ブロータイムおよ
び環流時間から決めることを特徴とする溶鋼成分の調整
方法とする。

【０００８】（作用） 鋼種のグループ化： 脱酸形態、処理ルートおよび粗鋼
のＳｉ、Ａｌ、Ｔｉの成分範囲に応じて、合金鉄投入に
よる成分歩留りが異なり成分のバラツキが異なる。即
ち、合金鉄を添加する時の溶鋼が未脱酸であれば添加さ
れた合金成分の酸化ロスが大きく、逆に脱酸されていれ
ば、酸化ロスは少なく成分の歩留りは高い。又、真空脱
ガス設備に来る溶鋼は、転炉から直接くる場合と取鍋精
錬で前処理された後に来る場合がある（処理ルート）。
脱ガス精錬前に、取鍋精錬等で処理されていれば、溶鋼
は既に均質化されており、又、溶鋼とスラグとの反応も
進行し、添加成分の歩留りが高くなる。そして、Ｓｉ、
Ａｌ、Ｔｉは酸素との親和力が強く、これらの元素が含
まれる場合、これらの成分が優先的に酸化ロスするた
め、他の成分の変動は少ない。従って、これらの成分の
粗鋼成分範囲により他の成分の変動を推定することがで
きる。

【０００９】これら３の要因により、鋼種をグループ分
けしているので、各成分の推移を的確に把握でき、正確
に成分調整ができる。

【００１０】粗鋼と成分調整時の成分差： 粗鋼成分は
鋳造時の成分である。従って脱ガス精錬時の成分調整目
標は、鋳造開始までの成分変化を考えて決定する必要が
ある。成分調整後、各成分は溶鋼上を覆うスラグと反応
して指数関数的に変化する。そしてこのスラグとの反応
は溶鋼とスラグとの攪拌が強い程進行する。そこで、経
過時間を、リードタイム（脱ガス精錬終了から鋳造開始
迄の時間）、ブロータイム（鋳造直前に、Ａｒ等の不活
性ガスで溶鋼温度を均一とするために溶鋼を攪拌する時
間）、と環流時間（脱ガス精錬において合金材添加後の
溶鋼の環流時間）に区分し、それぞれの期間で溶鋼成分
の変化する度合いに重み付けをして区分する。

【００１１】

【発明の実施の形態】転炉で精錬された溶鋼を、真空脱
ガス設備で成分調整し、連続鋳造機で鋳造・成形する場
合の溶鋼成分の調整方法について説明する。

【００１２】図１は本発明の一実施例にかかる真空脱ガ
ス設備およびその制御装置の構成を示す図である。

【００１３】真空脱ガス設備は、溶鋼１７の入った取鍋
１２と、これに浸漬される２本の浸漬管１３、および真
空排気装置１４が接続された真空脱ガス槽１１から構成
されている。

【００１４】転炉から直接ないし取鍋精錬で前処理され
た溶鋼１７は、取鍋１２に入った状態で真空脱ガス設備
に到着する。真空脱ガス設備では取鍋内に浸漬管１３を
浸漬し、真空排気装置１４で真空脱ガス槽１１内の気体
を排出して溶鋼１３の一部を真空脱ガス槽内に吸い上げ
る。浸漬管の一方から環流ガスを流して、溶鋼が環流し
ている時に、合金鉄添加装置１０から所定量の合金鉄を
添加して成分の調整を行う。

【００１５】また真空脱ガス設備の制御装置は、工程管
理用の計算機１、転炉および取鍋精錬用プロセス計算機
２、成分分析装置３、脱ガス設備用プロセス計算機５が
あり、これらはデータ伝送用ネットワーク４で相互に接
続されている。脱ガス設備用プロセス計算機５にはデジ
タル制御装置６が接続されており、デジタル制御装置６
にはさらに合金鉄秤量用シーケンサー７および合金鉄添
加用シーケンサー８が接続されている。

【００１６】合金鉄ホッパー１８には各種の合金鉄が準
備されており、合金鉄秤量機９で所定のホッパーから所
定量が切り出される。切り出された合金鉄は合金鉄添加
装置１０を経由して真空脱ガス槽１１内へ投入される。

【００１７】成分調整の終了した溶鋼は、真空を除去し
て取鍋１２内に戻り、取鍋によって連続鋳造機（図示せ
ず）に搬送されて、鋳造・成形される。

【００１８】次にこれらの装置を用いた溶鋼成分の調整
方法について説明する。工程管理用の計算機１は、各取
鍋の溶鋼毎に粗鋼の目標成分が伝送されている。また、
工程管理用の計算機１は、溶鋼の搬送や処理に必要な時
間を計画している。工程管理用の計算機１は、脱ガス設
備用プロセス計算機５にこれらの値を伝送する。

【００１９】脱ガス設備用プロセス計算機５は、製造計
画によって決まる真空脱ガス終了から鋳造開始までの時
間（リードタイム）、鋳造機における不活性ガスによる
攪拌時間（ブロータイム）、および真空脱ガスにおいて
合金鉄添加後の環流ガスを流す時間（環流時間）で
（１）式によって、真空脱ガスの目標値を粗鋼目標値に
基づいて求める。

【００２０】 ＲＨ目標値＝粗鋼目標値×ｅｘｐ（ｋ１×ｔ１＋ｋ２×ｔ２＋ｋ３×ｔ３） …… （１） ここで、各記号は、 ｋ１：リードタイム係数、ｋ２：ブロータイム係数、ｋ
３：環流時間係数 ｔ１：リードタイム、ｔ２：ブロータイム、ｔ３：環流
時間である。

【００２１】ｋ１、ｋ２、ｋ３の各係数は、真空脱ガス
の目標値と粗鋼目標値との実測値によって定める。成分
分析装置３で測定された調整前溶鋼の鋼中酸素濃度と、
前工程である転炉および取鍋精錬用計算機で測定された
スラグ厚さとで、鋼種グループを分類し、各分類ごとに
係数を設定してもよい。

【００２２】溶鋼は、転炉で精錬された後、吹錬中に溶
鋼中に含まれた酸素を除去するために脱酸剤を添加する
必要がある。脱酸剤はＳｉを主成分とするものとＡｌを
主成分とするものがある。また、真空脱ガス設備に来る
溶鋼は、前述したように転炉から直接くる場合と取鍋精
錬で前処理された後に来る場合がある。これらの前処理
の種類（処理ルート）によって合金鉄の合金成分が溶鋼
中に留まる割合が異なる。すなわち調整後の溶鋼成分が
目標値の回りにばらつく。バラツキの大きさは目標成分
の内Ｓｉ，Ａｌ，Ｔｉによっても変化する。

【００２３】そこで、これら鋼種と前処理条件を成分調
整目標の厳しさを示す２６種類に区分する。まず、図２
に示すように脱酸程度とＳｉの成分範囲によって９種類
に区分する。さらに、その中を一例として図３、４、５
に示すように、それぞれをＳｏｌ．Ａｌ、Ｔｉの成分範
囲によって細分する。この２６種類の分類に応じて、図
６に示すように合金鉄投入量の計算における許容範囲を
変化させる。

【００２４】図２は、横軸と縦軸にそれぞれ脱酸の程度
と粗鋼目標成分の内Ｓｉの量をとり、成分調整目標の厳
しさを９種類に分類した図である。

【００２５】脱酸の程度は、まず精錬ままで脱酸が全く
行われていない場合（未脱酸）、精錬後に前工程でＳｉ
を主成分とする脱酸剤が使用された場合（半脱酸）、同
じくＡｌを主成分とする脱酸剤が使用された場合（既脱
酸）に分類する。脱ガス精錬工程で温度調整のために酸
素を吹き込むことがあり、この場合は半脱酸が未脱酸
に、既脱酸が半脱酸に変化する場合があり、その際は合
金鉄を添加する時の脱酸状態で分類する。ＡＲ、Ｒは処
理ルートを示す区分であって、ＡＲは転炉精錬後に取鍋
精錬を経由して溶鋼が送られてきた場合、Ｒは転炉精錬
後に直接溶鋼が送られてきた場合を示す。前工程で成分
分析３が行われておれば、その分析値の酸素量で区分す
ることもできる。

【００２６】Ｓｉの目標成分は０ｐｐｍの場合（なし）
と１００ｐｐｍから２０００ｐｐｍ程度を対数的に分割
したものである。

【００２７】分類の数字は１が最も成分調整が厳しい場
合を示し、９は比較的成分調整が安定している場合を示
している。

【００２８】次に、さらに１から９の分類を図３、４、
５に示すように、それぞれをＳｏｌ．Ａｌ，Ｔｉの目標
成分によって細分する。

【００２９】図３は、図２の分類３について、細分した
ものであり、図３、４はそれぞれ図２の分類５、７につ
いて細分したものである。図３の例では、Ｓｏｌ．Ａ
ｌ，Ｔｉともに粗鋼目標がゼロの場合が最も厳しい区分
Ａとし、Ｓｏｌ．Ａｌ，Ｔｉの成分に応じて順次Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉと区分していく。

【００３０】図６は、上記の手順によって分類された２
６種類の分類に応じて、合金鉄投入量の計算における許
容範囲を変化させる説明図であり、この図はＭｎの例に
付いて示したものである。粗鋼目標のＭｎ許容値を１０
０％に取り、鋼種グループがＡの場合はその許容値の２
０％を調整目標とする。鋼種グループがＭ以降の場合に
は、７５％を調整目標とする。

【００３１】Ｍｎ以外の成分についてもそれぞれ同様の
許容範囲を１００％とした調整目標範囲を定める。これ
によって、全ての粗鋼目標成分について真空脱ガス設備
で合金鉄投入量を計算する場合の調整目標範囲が決定さ
れる。

【００３２】鋼種によっては複数の成分で相対目標が設
定されている場合がある。例えばＭｎ／Ｓの目標値が設
定された場合にはＭｎ，Ｓの調整範囲は０％とする。

【００３３】このように目標範囲を設定することによ
り、粗鋼の成分が同じ目標値であっても製造工程・目標
成分によって変動するバラツキの範囲を加味した目標範
囲を設定することができる。このために、最終的な粗鋼
成分のバラツキの小さい成分調整が可能となる。

【００３４】合金鉄の計算方法は後述するが、目標範囲
を広く設定した区分については合金鉄の種類の選択幅が
広くなり、より低コストの合金鉄を使用できるようにな
る。

【００３５】合金鉄の投入量の計算は、酸化合金鉄と通
常合金鉄の計算に別けて行う。酸化合金鉄は脱酸のため
に投入する合金をいう。また通常合金鉄は、酸素以外の
成分を調整するために投入する合金鉄をいう。

【００３６】酸化合金鉄の計算は、（２）式を基準とす
る。 Ｇ ＝ ａ × 〔Ｏ〕 ＋ ｂ … （２） Ｇ：酸化合金鉄の投入量（ｋｇ／溶鋼トン数） ａ：酸化係数 ｂ：酸化補正係数 〔Ｏ〕：溶鋼の酸素濃度−目標酸素濃度 （ｐｐｍ） 酸化合金鉄の補正係数ａ，ｂは粗鋼成分の目標値と真空
脱ガス設備で使用する取鍋によって決める。酸化合金鉄
の銘柄は２６種類の鋼種グループ別に決める。

【００３７】通常合金鉄の計算は（３）式を基準とす
る。 Ｇ ＝ （ Ｍ ＋ Ｈ ） ÷ Ｂ × Ｗ …（３） Ｍ：成分目標値−溶鋼中の成分値（ｐｐｍ） Ｈ：目標成分補正値（ｐｐｍ） Ｂ：目標成分歩留り（％） Ｗ：溶鋼重量（トン）

【００３８】粗鋼の成分の内、調整すべき成分は約１８
成分ある。合金鉄はその１８成分を主要な成分とする約
２０種類があるので、任意に添加量を決めることができ
る。必要な添加量が決まったとき、例えばＳｉ，Ｍｎ，
・・のように成分の調整順を予め決めておいて、成分あ
たりの単価の安いものから合金鉄の量を決めるようにす
れば、成分の調整に必要な合金鉄のコストを下げること
ができる。

【００３９】合金鉄の投入回数は、粗鋼の条件（許容値
の大きさ、目標成分の量）、脱酸状態、ならびに前工程
によって一回ないし二回投入とする。粗鋼の目標成分量
が多く、許容値の大きいときは一回投入とし、それ以外
は二回投入とする。二回投入にあたる粗鋼条件のときで
も、半脱酸・既脱酸の時は一回投入とする。また、前工
程に炉外精錬があるときは粗鋼条件が二回投入条件でも
一回投入とする。

【００４０】二回投入の場合には、一回目の投入後に成
分分析を行い、（２）式の歩留りを補正して再度投入量
の計算を行い二回目を投入する。このような投入方法と
することによって、厳しい成分範囲の時に精度よく目標
値に調整することができ、それ以外のときに時間を節約
することができる。

【００４１】これらの方法によって成分調整を行った代
表的な結果を表１、２に示す。表１は極低炭Ａｌキルド
鋼、表２は高張力鋼について従来の方法と本発明の方法
について行ったものである。成分のバラツキが小さくな
っていることを示している。評価欄はバラツキが極めて
小さくなった成分を○で、バラツキが改良ないし従来並
の成分を△で示した。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【表２】

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、溶鋼ごとに個別の製造
基準を作成することなく、必須要件である粗鋼成分を補
正して目標とするので、任意の粗鋼について合金鉄の投
入量が計算できる。

【００４５】また、粗鋼の目標成分をグループ化するの
で、合金鉄の選択範囲が広くなり低コストの調整が可能
となり、かつ粗鋼成分のバラツキが低く抑えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である溶鋼成分の調整装
置を示す図である。

【図２】本発明の鋼種のグループ分けを示す図である。

【図３】本発明の鋼種のグループ分けの細分類を示す図
である。

【図４】本発明の鋼種のグループ分けの細分類を示す図
である。

【図５】本発明の鋼種のグループ分けの細分類を示す図
である。

【図６】本発明の鋼種のグループ分けに基づく調整範囲
を示す図である。

【符号の説明】

１ 工程管理用計算機 ２ 転炉および取鍋精錬用プロセス計算機 ３ 成分分析装置 ４ データ伝送用ネットワーク ５ 脱ガス設備用プロセス計算機 ６ デジタル制御装置 ７ 合金鉄秤量用シーケンサー ８ 合金鉄添加用シーケンサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田野 学 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脱ガス精錬中に合金鉄を投入して目標成
   分の溶鋼を得る溶鋼成分の調整方法において、成分調整
   前溶鋼の脱酸形態、処理ルートおよびＳｉ、Ａｌ、Ｔｉ
   の成分範囲に基づいて鋼種をグループ化し、グループ毎
   に成分調整方法と成分調整範囲を設定し、これに基づい
   て溶鋼に投入する合金鉄の種類と量を決定することを特
   徴とする溶鋼成分の調整方法。
2. 【請求項２】 粗鋼成分の目標値と成分調整時の成分目
   標値との成分差をリードタイム、ブロータイムおよび環
   流時間から決めることを特徴とする請求項１の溶鋼成分
   の調整方法。