JPS5837479A - 金属溶湯の湯面測定方法および装置 - 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】 この発明は溶鋼のＶＯＤ精錬装置等における溶湯容器内
の金属溶湯の湯面位置変化を測定する方法および装置に
関するものである。

周知のようにＶ■精錬法は真空下において溶鋼を上吹ラ
ンスにより酸素吹精するとともに溶鋼容器の底部からＡ
ｒ　　ガスを吹込むことにより溶鋼を攪拌し１これによ
って溶鋼を脱炭精錬する方法であり１主としてステンレ
ス鋼等の高Ｑｒ鋼の脱炭に適用されている。このＶＱＤ
精錬法の応用技術として、最近では底吹きムｒ　ガスを
大量に流して溶鋼を強攪拌し、これによって上吹きの吹
精酸素ガスと溶鋼とを充分に接触させ、最少のメタル四
ルで極低炭素域まで脱炭させて、極低炭素、低窒素のＯ
ｒ　鋼を得る強攪拌ＶＯＤ精錬法が開発されている。す
なわち従来の通常のＶＯＤ精錬法においては攪拌用のＡ
ｒガスをポーラスプラグにより吹込んでいたのに対し、
前述の強攪拌■■精錬法にあってはム１ガス吹込み口を
大量ガス吹込可能なパイプに代え、しかもその吹込パイ
プ数を増加することによってＡｒガス吹込み総量を従来
の３倍程度まで増加させて溶鋼を強攪拌させる。例えば
極端な場合、３０％ω鋼の精錬においてＣを５　Ｑ　ｐ
ｐｍ迄低下させる際には〜ガス吹込総流量は３．００　
Ｏｒ−。

にも達する。

しかるにｖｏＤ精錬においては溶鋼が１０〜５０Ｔｏｒ
ｒ程度の減圧下にあるから〜前述のように溶鋼を底吹き
Ａｒガスにより極端に強攪拌する強攪拌ＶＯＤ精錬を実
施した場合−湯面が著しく盛り上がり、遂には溶湯容器
外へ溶鋼が湿田するオーバー７０−現象が生じる可能性
が強い。このようにオーバーフローが生じれば、配管が
損傷するなど、ＶＯＤ精錬設備に損害を与え、極端な場
合には精錬を続行することが困難となることもある＠し
たがって強攪拌ＶＯＤ精錬法を実施するにあたっては１
精錬中の溶鋼レベル（湯面位置）を検知し、それに応じ
てムｒｆｆス吹込量を調整することによりオーバーフロ
ーを防止することが望ましい。この場合溶鋼の盛り上が
りの程度は経時的に変化するから、オーバー７０−を確
実に防止するためには溶鋼の湯面位置を連続的に測定す
ることが望ましい。

ところで容器内の溶鋼の湯面位置を測定する方法として
は従来から種々の方法が提案されている。

例えば溶鋼湯面の上方１もしくは溶鋼容器の側壁上部に
渦流式の距離計を設置して、溶鋼の湯面位置を連続的に
測定する方法が知られている。しかしながら渦流式距離
計は通常８０℃位迄しか耐えることができず、そのため
ＶＯＤ精錬装置の如き高温雰囲気では使用することが不
可能であった。すなわちＶＯＤ精錬装置においては後述
するように溶鋼容器としての取鍋を密閉構造のタンク内
に収容し、しかもその取鍋上にスプラッシュ飛散防止の
ため取鍋蓋を被せるから、距離計を設置すべき取鍋蓋裏
面附近等においては１５００〜１６００℃の高温となる
から１前述のような渦流距離計は側底使用に耐えない。

また従来、溶鋼湯面の上方に超音波距離計を設置して溶
鋼湯面位置を連続的に測定する方法も知られているが、
この場合も超音波距離計の耐用温度が低く、また超音波
の伝播速度の温度依存性が大きいため測定誤差が著しく
大きくなる等の問題からＶＯＤ精錬装置には使用困難で
あった。また従来、溶鋼容器の両側の側壁上部に放射線
源と放射線検出器とを相互に対向するように配設してお
き、その線源および検出器の間に溶鋼が存在しない状態
および存在する状態における放射線検出量の大小によっ
てその侃直よ′ＣＣ銅鋼湯面上昇したか否かを検出する
方法が知られているが、この場合溶鋼湯面位置の異常な
上昇を監視することはできるが、溶鋼湯面位置を常時知
ることはできない問題があり、また前記同様に高温雰囲
気で使用困難となる問題がある０まだ一方、レーザー発
振器およびレーザー光検出器を溶鋼湯面上方に配置して
おき、レーザー発振器からのレーザー光を溶鋼湯面にて
反射させ、その反射光が検出器に入射されるときのレー
ザー発振器および検出器の相対角度により湯面位置を測
定する方法が知られているが、この方法では溶鋼湯面が
沸騰状態にある場合に反射光が乱れるために湯面位置の
測定が困難となる問題があり、また前記同様にレーザー
発振器や検出器がＶＯＤ精錬装置の如き高温雰囲気では
使用できない問題がある。

さらに、従来から第１図に示すように電極１を用いて湯
面位置を検出する方法が知られている。

電極１はその上部が無端環状のチェーン２の一部に固定
され、そのチェーン２を駆動するモータ３の回転により
電極１が昇降するようになっており、電極１を溶鋼湯面
４の上方から下降させてその溶鋼湯面４と接触した時に
電極と溶鋼とが電気的に導通してその間の電気抵抗が零
に近い値となることを検出し、その時の電極位置により
溶鋼湯面位置を知ることができる。しかしながらこの方
法は電極を湯面上方から降下させた時点における湯面位
置を検出するものであるから、湯面位置を連続測定する
ことはできず、そのため湯面位置を常時監視するには不
適当であると考えられていた。一方箋溶鋼湯面上に電気
抵抗を有するスラグ層が存在する場合の湯面位置測定方
法としては）第２図に示すように電極１の先端をスラグ
層５に浸漬させ、溶鋼湯面４と電極１との間の電気抵抗
（すなわちスラグ層５の電気抵抗）を抵抗検出器６によ
り検出し、その検出された抵抗値と予め設定した抵抗値
Ｒｏ　、との差に対応する信号を演算回路７によって得
、その差信号によってモータ８を駆動して歯車９Ａおよ
びネジ９Ｂを介して電極１を昇降させて、その電極１と
溶鋼湯面４との間の電気抵抗を一定に保つように電極１
を制御し兎これにより電極１を常に溶鋼湯面４の近くに
位置させて、溶鋼湯面位置を連続測定する方法が知られ
ている。

この方法では電極によって溶鋼湯面を連続測定できる利
点があるが、その反面１溶鋼湯面上に電気抵抗を有する
スラグ層が存在しない場合や、スラグ層が存在しても溶
鋼湯面が静止していないためスラグ層が均一でない場合
には適用できない問題があった。またこのほか、工業用
テレビで溶鋼湯面を監視する方法もあるが電溶鋼湯面位
置を定量的に測定することができず、また高温雰囲気で
使用できない等の問題があった。

以上のように従来の各方法はそれぞれ欠点があり、特に
高温雰囲気下で強攪拌するＶＯＤ精錬の如く、湯面の盛
り上がりを連続して測定監視し、オーバーフ四−を未然
に防止しなければならない場合にぼいずれの方法も適用
困難であった。

この発明は以上の問題を有効に解決することを目的とし
てなされたものであって、強攪拌ＶＯＤ精錬の茹き高温
雰囲気下において金属溶湯の湯面位置の経時変化を測定
し得るようにした湯面位置測定方法およびその装置を提
供するものである。

すなわちこの発明の方法は、電極と溶湯との接触導通に
より湯面位置を検知する従来の電極方式の湯面検知方法
を応用したものであり１間欠的にすなわち時間間隔を置
いて電極を湯面上方から降下させて湯面位置を１間欠的
に測定し、これによって湯面位置の経時変化を測定する
ことを特徴とするものである。またこの発明の装−置は
、上記の測定方法を自動的に行ない得るようにしたもの
である。

以下この発明の方法および装置を第６図ないし第７図を
参照して詳細に説明する。

第３図はこの発明の湯面測定装置をＶＯＤ精錬装置に適
用した例を示すものであり、処理すべき溶鋼１０を収容
した取鍋１１は鉄皮１２にＭｇＯ’　−０ｒ２０５質等
からなる耐火物１６を内張すした構成とされており、そ
の取鍋１１は鉄製の架台１４に支持された真空タンク１
５内に収容されている。

その真空タンク１５はタンク蓋１６によって密閉されて
おり、また溶鋼１０のスプラッシュ飛散を防止するため
の取鍋蓋１７はタンク蓋１６から吊下げられている。一
方真空タンク１５の側壁にＧｉ排気口１８が設けられて
おり、この排気口１８を介してタンク内が真空に減圧さ
れるようになっている。さらに前記真空タンク１５内に
は、溶鋼１０を酸素吹精するためのランス１９および湯
面検知用の電極２０が上方から挿入されている。すなわ
ちランス１９は上方から吊下げられた状態でタンク蓋１
６および取鍋蓋１７を貫通してその下端が溶鋼１０の湯
面上方に位置しており、ランス１９とタンク蓋１６との
間はランス１９の昇降を許容した状態でシール部材２１
により気密にシールされている。一方検知用電極２０は
その上部が昇降駆動用チェーン２２に取付けられた状態
で下方へ垂下されて、タンク蓋１６および取［１７を貫
通しており、その検知用電極２０の外周面とタンク蓋１
６との間は検知用電極２０の昇降を許容した状態でシー
ル部材２３により気密にシールされている。なお後に説
明するように検知用電極２０はその電極体４５（第６図
参照）の周囲が電極体４５に対し電気的に絶縁されたガ
イドパイプ４８によって取囲まれており、したがって電
極体４５自体はタンク蓋１６や取鍋蓋１７、チェーン２
２等に対し電気的に絶縁されている０前記昇降駆動用チ
エーン２２はモータ等の駆動源２４によって垂直方向へ
走行せしめられるようにスプロケット２５．２５’に装
架されており）これらチェーン２２、駆動源２４および
スプロケット２５．２５′によって検知用電極２０を昇
降させるための昇降手段２６が構成されている。前記ス
プロケット２５．２５’の一方２５′には、その回転角
度もしくは回転数を検出して検知用電極２０の位置を検
知するためのポテンショメータ２７が連結されており１
そのｌテンシロメータ２フにはペンチヤード式記録針等
、前記検知用電極２０の位置を記録もしくは表示するた
めの記録または表示装置２８が電気的に接続されている
。一方前記駆動源２４にはその動作を制御するための制
御装置２９が接続されており、この制御装置２９には電
子式タイ後述する抵抗変化検出回路３６からの信号すな
わち検知用電極２０と溶鋼１０との間の抵抗値があるレ
ベル以下となったことを表わす湯面検知信号Ｓｒ・と、
前記ポテンショメータ２７からの検知用電極２０が初期
位置（上限位置）に上昇復帰したことを表わす信号（ま
たは別に検知用電極２０の上限位置に設けられた図示し
ないリミ、トスイ。

チからの信号）Ｓｌとが入力されて）これらの信号に応
じて前記駆動源２４を制御するように構成されている。

なおこの制御の詳細にｐいては後述する。

前記検知用電極２０の上端から引出されたリード［３１
１，すなわち第６図における電極体４５に接続されたリ
ード線３１は、絶縁されたガイドローテロ２を経て巻取
・繰出ドラム６６に巻掛けられ、さらに抵抗変化検出回
路３４に電気的に接続されている。前記巻取・繰出ドラ
ム３３は前記モータ等の駆動源２４によりチェーン２２
の昇降と同期してすなわち検知用電極２ｏの昇降と同期
して回転せしめられるように構成されている。前記抵抗
変化検出回路３４は、検知用電極２０の電極体４５と溶
鋼１０との間の電気抵抗値変化を検出〜特にその抵抗値
があるレベル以下となったことを検出するためのもので
あり、後述するように溶鋼１０は接地電位となっている
から１例えば図示のように電源３４ａの一方の極を前記
リード線６１の側に接続し１他方の極とアースとの間に
固定抵抗３４ｂを接続して、その固定抵抗３４ｂの両端
間の電圧Ｖの変化により前記抵抗値変化を検出する構成
とすれば良い。

一方前記取鍋１１の底部には、取鍋１１内の溶鋼１０を
接地電位に短絡、すなわちアースするための金属等の導
電材料製の中空管６５が設けられている。この中空管３
５はその先端が取鍋１１内の溶鋼１０と接触するように
取鍋１１の底部に埋込まれるとともに、内部にＡｒガス
等の冷却ガスが通気されるものであって、この例におい
てはＶＯＤ精錬において溶鋼を攪拌するための〜ガスの
吹込み用パイプを兼ねている。第′４図および第５図に
前記中空管６５の附近の詳細を示す。第４図および第５
図において取鍋底部の羽口レンガ６６の内側には、内外
両面がテーパー状をなす耐火物からなるアウターノズル
３７が下側から差し込まれ、このアウターノズ／に３７
の内側には外面テーパー状の耐火物からなるインナーノ
ズル３８が下側から差し込まれている。そしてインナー
ノズル６８の中心軸線位置にはステンレス鋼等の導電材
料からなる中空管６５が配設されている。前記インナー
ノズル３８はその下面側から鉄製のノズル押え部材３９
によって支持されており、一方前記中空管３５はその下
端に取付けられたホースジヨイント４０の部分において
パイプ押え部材４１により支持されている。そしてノズ
ル押え部材３９およびパイプ押え部材４１は、取鍋底部
の鉄皮１２に突設した係合片４２，４２’間に差し渡し
たコツタ４３によって鉄皮１２に画定されている。しか
して取鍋１１内の溶鋼１０は、中空管６５、ホースジヨ
イント４０、パイプ押え部材４１、取鍋１１・の鉄皮１
２、および架台１４を介して真空りンク１５に電気的に
短絡され、この真空タンク１５が接地されている。した
がって溶鋼１０は接地電位となっている。なお前記中空
管３５には配管４４およびホースジヨイント４０を介し
て外部からＡｒガスが供給され）このＡｒガスにより中
空管６５が冷却されてその溶損が防止され、かつ同時に
そのＡｒガスが溶鋼１０内に吹込まれて溶＊ｉｏが攪拌
される◎ 第６図には前記検知用電極２０の具体例を示す。

第６図において４５は高温下で溶損せずしかも導電性が
良好な材料、例えばサーモアロイ（ＭｏおよびｚｒＯ２
からなる合金）で作られた中空管状もしくは中実棒状の
電極体であり、その電極体４５の外周面には高温下で溶
損せずかつ電気絶縁性が良好な耐熱絶縁材料、例えば窒
化ボロン（ＢＮ）からなる中空筒状の複数の保護筒４６
が電極体４５の軸線方向に沿って配列されており、これ
ら保護筒４６は、電極体４５の先端（下端）近くにネジ
止めされた同じく窒化ボロン等の耐熱絶縁材料からなる
環状の抜は止め部材４７によって電極体４５から抜は出
ないように支持されている。さらに前記保護筒４６の外
側は、電極体４５に対し同心状に配設した中空筒状のガ
イドパイプ４８によって取囲まれている。このガイドパ
イプ４８は普通鋼あるいはアルミ含浸処理を施した鋼等
からなるものであり、その−周面と前記保護筒４６との
間に所要間隔の空１１ＫＧが保持されるようにその上端
が所定厚みのゴム等の絶縁物４９を介して電極体４５に
固定されている。、なお保護筒４６の間の適当な箇所に
は、前記空１１Ｇを確保するため、保護筒１６と同様に
窒化ポロン等の耐熱絶縁材料からなるスペーサ５０が配
置されている。一方ガイドパイプ４８の上部には％　Ａ
ｒガス等の冷却ガスを前記空隙Ｇに導入するための冷却
ガス供給口５１が形成されている。このように冷却ガス
を空１！１ｊＧに流すことによって高温雰囲気における
保護筒おの酸化による絶縁性低下や電極体４５の溶損を
防止することができ、またガイドパイプ４８の下端開口
端附近に溶鋼のスプラッシュが耐層することを防止して
、そのスプラッシ、の耐着により保護筒４６が侵食され
て電極体４５が接地電位に短絡されることや前記スプラ
、シ、の耐着により放電短絡されることが防止される。

次に第３図〜第６図に示される装置の動作について説明
する０先ず測定開始用の図示しない押釦スイッチ等を操
作すれば、モータ２４が所定方向へ回転して検知用電極
２０の下降が開始される。

そして検知用電極２０の電極体４５の先端が溶鋼１０の
湯面に接触すれば、その間の抵抗値が著しく小さくなり
、抵抗変化検出回路６４から抵抗値があるレベル以下と
なったことを表わす湯面検知信号８ｒが出力され、この
信号Ｓｒにより制御装置２９はモータ２４の前記方向へ
の回転を停止させるとともに反対方向への回転を開始さ
せる。したがりて検知用電極２０は湯面を検知した時点
で下降が停止し、引続き反転して上昇が開始される。

なお電極２０の位置はポテンショメータ２７によって検
出されて記録または表示装置、例えばペンチヤード式記
録計２８に常時記録される。検知用電極２０が初期位置
（上限位置）まで復帰上昇すれば、その位置に至ったこ
とを表わす復帰信号ジが前記ポテンショメータ２７ある
いは検知用電極２０の復帰位置に対設した図示しないリ
ミットスイッチから出力され１その復帰信号Ｕにより制
御装置２９はモータ２４の回転を停止させる。すなわち
検知用電極２０の上昇を停止させる。前記復帰信号Ｓｔ
は時限手段６０にも入力されて、予め設定した時間の計
時を開始させる。そして設定した時間が経過すれば時限
手段６０から計時終了信号８ｔが出力され、この計時終
了信号Ｓノにより制御装置２９はモータ２６の回転を再
び開始させ、検知用電極２０の下降を再開させる。した
がって検知用電極２０は上限位置に復帰してから予め設
定した時間待期し、その後下降を開始することになる。

以下順次同様の過程を繰返し、かつその間の検知用電極
２０の動き（位置）がペンチヤード式記録計２Ｂに記録
される。

第７図にペンチヤード式記録計２８に記録された測定例
を承オ。第７図において実線は検知用電極２０の動きを
示す口検知用電極２０が下降から上昇に移る各点Ｐがそ
れぞれ湯面検知位置となる。

したがって第７図の破線で示すように各点（各湯面検知
位置）Ｐ・・・を順次結ぶことによって湯面位置の経時
的な連続変化を近似的に知ることができる。

なお以上の例においては、検知用電極２０の位置を記録
または表示する手段としてペンチヤード式記録計を用い
て、検知用電極２０の位置を常時記録する構成としたが
、場合によってはドツト方式の記録計を用いて、検知用
電極２０が湯面を検出した時のみその電極位置（すなわ
ち湯面検知位置Ｐ）を記録するように構成しても良い。

その場合例えば前記抵抗変化検出回路３４からの湯面検
知信号８１によって記録計を動作させても良いし、ある
いはポテンショメータ２７の出力信号を電子的に処理し
て検知用電極２０が下降から上昇に反転する際の信号を
取出し、その信号により記録計を動作させても良い。

なおまた前述の例においては、検知用電極２０が初期位
置に上昇復帰した時点から時限手段６０が設定時間の計
時を開始する構成としたが、場合によっては検知用電極
２０が湯面位置を検知した時点すなわち検知用電極２０
と溶鋼１０との間の抵抗値があるレベル以下となったこ
とを抵抗変化検出回路３４が検出した時点から時限手段
３０が設定時間の計時を開始する構成としても良く、こ
の場合時限手段３０の設定時間は、検知用電極λが湯面
位置を検知してから上限位置まで上昇復帰するまでの時
間より充分に長い時間とする。また場合によっては時限
手段３０の計時が終了した時点から再び設定時間の計時
を再開する構成としても良く、この場合の設定時間は、
検知用電極２０の下降開始から上昇復帰する時点までの
時間よりも充分に長い時間とする。

また、前述の例においては検知用電極２０を昇降させる
ための昇降手段２６として、チェーン２２等を用いた構
成としているが、この昇降手段２６の具体的構成は任意
であって、例えば検知用電極２６にラックを形成し、こ
のう、りに対しビニオンを設け、モータ等の駆動源２４
によりピニオンを回転させることにより検知用電極２０
を昇降させる構成としても良い。

以上の説明で明らかなようにこの発明の湯面測定方法に
よれば、高温雰囲気下における溶鋼等の金属溶湯の湯面
位置の経時的な変化を容易に測定することができ、した
がって強攪拌ＶＯＤ精錬等において湯面の盛り上がりを
監視してオーバーフローを防止するため跡に使用して最
適なものである０またこの発明の湯面測定装置によれば
１湯面位置の経時的な変化を自動的に測定することがで
き、したがって強攪拌ＶＯＤ精錬装置における底吹ガス
炊込量等の操業条件を湯面位置の変化に対応して自動的
に調整することが可能となる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ従来の湯面測定方法の一
例を示すための略解図、第６図はこの発明の湯面測定方
法をＶＯＤ精錬に適用する場合の例を示す略解的な縦断
面図、第４図は第６図のＡ部の拡大断面図、第５図は第
４図のｖ−ｖ線矢視方向の底面図、第６図はこの発明の
湯面測定方法に使用される検知用電極の一例を示す縦断
面図、第７図はこの発明の湯面測定方法による測定例を
示す図である。 １０・・・溶鋼（金属溶湯）、１１・・・取鍋（容器）
。 ２０・・・湯面検知用電極、２６・・・昇降手段、２８
・・・ペンチヤード式記録計（記録または表示装置）ｆ
２９・・・制御装置、３０・・・時限手段。 出願人　　川崎製鉄株式会社 代理人　　弁理士　豊田武人 （ほか１名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属溶湯の湯面上方の位置から検知用電極を下降
   させてその検知用電極と金属溶湯との間の抵抗値変化に
   より検知用電極が金属溶湯の湯面を検知した後、その検
   知用電極を上昇復帰させる一連の電極下降および上昇過
   程を複数回間欠的に繰返し、これにより金属溶湯の湯面
   位置を間欠的に検知して、湯面位置の経時変化を測定す
   ることを特徴とする金属溶湯の湯面測定方法。 ■前記電極下降および上昇過程を複数回繰返すことによ
   り間欠的に検知さｎた湯面位置を順次結ぶ′ｑとによっ
   て湯面位置の経時的な連続変化を近似測定することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の湯面測定方法。 （西金属溶湯を収容した容器内の湯興上方に昇降可能に
   支持された検知用電極と、その検知用電極を湯面上方の
   位置から下降および上昇復帰させるための昇降手段と亀
   前記容器内の金属溶湯と検知用電極との間の電気抵抗値
   の変化を検出するための抵抗変化検出回路と、予め設定
   した時間の経過を計時する時限手段と、前記駆動手段の
   動作を制御する制御装置と一前記検知用電極の位置を記
   録または表示する手段とを有し、前記検知用電極が上昇
   復帰した時点もしくは前記抵抗値が所定レベル以下とな
   った時点または前記時限手段の計時終了時点から前記時
   限手段が設定時間の計時を開始する構成とするとともに
   、その時限手段の計時終了に伴って前記検知用電極の下
   降を開始させかつ前記電気抵抗値が所定のレベル以下と
   なったときに前記検知用電極を反転上昇させるように構
   成したことを特徴とする金属溶湯の湯面測定装置。