JPS59568B2 - 酸素転炉の吹錬制御法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素転炉の吹錬制御法に関し、特に、スラグ中
の酸素量を定まった範囲内に適中させる吹錬制御法に関
する。

酸素転炉における溶銑の吹錬において、浴に純酸素等の
酸化性ガスを吹き込み、炭素、珪素、マンガン等を酸化
燃焼し、同時に生石灰等のＣａＯを主成分とする石灰系
副原料を投入し、ＣａＯとＦｅＯの濃度が高いスラグを
形成せしめることによって燐を除去することは良く知ら
れている。

従来は、溶銑の攪拌を大きくするために溶銑に対する酸
素吹込みをハードブローとすると、スラグ中のＦｅＯ濃
度が上昇しないため、石灰系副原料が十分に滓化されず
、溶銑の脱燐反応が遅れていた。

一方、石灰系副原料の滓化促進のため酸素吹みをソフト
ブローにするとスラグ中のＦｅＯ濃度は高くなり石灰系
副原料の滓化が促進されるものの、溶銑に対する攪拌作
用が小さいために滓化状態の良いスラグど溶銑の攪拌が
不十分になり、滓化状態の良いスラグが脱Ｐ反応に十分
寄与していなかった。

そのため、スラグ中のＦｅＯ濃度が過剰に高くなり、製
出鋼歩留が低下したり、転炉の内張りレンガを異常に溶
損せしめることがあり、更には、溶銑の脱硫反応が抑制
されるなど悪影響があられれていた。

また、スラグ生成即ち滓化過程の違いにより、吹止組成
が異なることもよく知られている。

一方、従来から吹錬を行なうに当たっての静的な物質バ
ランスおよび熱バランスによる副原料の配合計算、およ
び、吹止近傍における吹止〔Ｃ〕および温度の動的制御
については数多く行なわれてきたが、スラグの生成反応
すなわち吹錬反応そのものを制御することに関しては未
だ開拓されていない部分である。

従ってスラグの酸化状態を表わす定量的な指標によって
吹錬制御をすることが可能になれば、得るところは犬で
ある。

この発明は、前記従来の吹錬制御法における欠陥や問題
点が解消できる新規な転炉吹錬制御法を提案するもので
あって、この発明の目的とするところは、転炉吹錬に当
り、スラグの酸化過程を適正に制御することによって脱
燐反応を促進せしめ、過剰滓化を抑制しつつ目的成分を
得る転炉吹錬制御法を提供することにある。

＊＊ 前記目的を達成するために本
発明においては、吹錬開始以前に予め過去の最適吹錬チ
ャージの実測値を基準としてスラグ中蓄積酸素量の目標
変化曲線を求めておき、当該吹錬開始以後スラグ中蓄積
酸素量を排ガス情報を用いて遂次算出し、該スラグ中蓄
積酸素量が前記目標変化曲線に追従するように吹錬条件
を制御しつつ吹錬する。

各時点のスラグ中蓄積酸素量は、排ガス組成と排ガス流
量から炉内発生ガス量を推定し、排ガス中に出ていく総
酸素量と、転炉に導入される総酸素量の差より遂次算出
する。

この算出手法の一例を以下に説明すると、算出の基本式
を次の０式および０式とする。

ここで、 Ｆｏｘ：送酸純酸素流量 ＦｃｏＥ：炉内にて生成するＣＯ流量 Ｆｃｏ２Ｅ： 〃 ＣＯ２流量Ｗｐｉ※：炉
内に投入された銘柄ｉなる副原料の分解反応速度 αｉ：炉内に投入された銘柄ｉなる副原料の０２発生係
数 βｉ：炉内に投入された銘柄ｉなる副原料のＣＯ２発生
係数 γｉ：炉内に投入された銘柄ｉなる副原料のＨ２０発生
係数 α０５ニスラグ中蓄積酸素量の変化 Ｏ８ニスラグ中蓄積酸素量 但し、炉内に生成されるガス流量の推定は、排ガス組成
中の、Ｎ２バランスあるいはＡｒバランスに注目して炉
口フード間より吸引する大気による燃焼を補正するとよ
い。

Ｎ２バランスの例を下に示す。

ＦＣＯ°＝ＦＣＯ＋２°（Ｋｏ ２ ／ＫＮ ２°ＦＮ
２ ＦＯ２）・・・・・・・・・■ ＦＣ０２Ｅ：Ｆｃｏ２−２°（ＫＯ／ＫＮ−２°ＦＮ２
−ＦＯ２）・・・・・・・・・■ ここで、 Ｆｃｏ：排ガス中ＣＯ流量 ＦＱＱ２ ： ｔｔ Ｃ０２流量 ＦＮ２ ：排ガス中Ｎ２流量 Ｆｏ２ ： 〃０２流量 ＫＯ２：大気中０２組成 ＸＮ２ ： 〃 Ｎ２組成 但し、排ガス中の各成分の流量を求めるには、排ガス流
量に排ガス中の各成分濃度を乗するとよいが、一般的に
流量計が差圧型のものでありガス分析計がサンプル系統
を有する場合は、分析遅れ時間を生じるため、当然この
遅れ時間を考慮した方が精度の高い制御を得る。

遅れ時間をτとし、これを考慮すると、前記各流量は次
のようになり、（を−τ）はτ時間前を意味する。

ＦＱＱ（ｔ−τ） ＝Ｘｃｏ（ｔ）” Ｆａｘ （ｔ−
τ）・・・・・・■Ｆｃｏ２（を−τ）＝Ｘｃｏ２（１
）・ＦｅＸ（を−τ）・・・■ＦＮ２（ｔ−ｒ）＝ＸＮ
２（１）ＩＩＦｅｘ（ｔ−τ）・・・・−・−・■Ｆｏ
２（ｔ−τ） ＝Ｘ０２ （１）・Ｆ ｅｘ （ｔ−τ
）・・・・・・・・■Ｆｅｘ ：排ガス流量 Ｘｃｏ ：排ガス中ＣＯ濃度 Ｘｃｏ２： 〃 ＣＯ２濃度 ＸＮ２ ： 〃 Ｎ２濃度 Ｋｏ２ ： 〃 ０２ 〃 τ：ガス分析計の分析遅れ時間 ｔ：任意の時刻 ここで、ＸＮ２については直接計測してもよいし、Ｎ２
分析計を有しない場合は全体よりＣＯ２ＣＯ２，０□、
Ｎ２濃度を差し引いて算出してもよい。

転炉排ガス処理設備が非燃焼型の場合、煙道内にパージ
用のＮ２を定常的に吹き込んでいる場合があるが、この
場合は事前にパージ用のＮ２量を測定しておき０式のＦ
Ｎ２より差し引いたものをＦＮ２とするとよい。

但し、炉内に投入された副原料の分解反応速度は直接計
測できないため、投入された副原料が、若干の分解反応
無駄時間と分解反応遅れ時間を持って分解反応していく
ことを数学的に表現するものであればよい。

この遅れの関係を第１図に示す。第１図に示す記号は次
の通りである。

１１：副原料投入始での分解反応無駄時間ｄ１：
〃 分解反応遅れ時間１２：〃終了での分解反応
無駄時間 ｄ２ ： 〃 分解反応遅れ時間以上のよ
うにして０式で求めたスラグ中蓄積酸素量変化（ｄｏ８
）を吹錬中０式のように積分することによって、スラグ
中蓄積酸素量（Ｏｓ）の変化曲線が得られる。

吹錬を開始する前に当該吹錬のスラグ中蓄積酸素量変化
曲線の目標線を求める必要がある。

このスラグ中蓄積酸素量変化曲線は、設備条件や操業条
件等によって異なるので、各転炉ごとに求めた方がよい
。

求め方としては、次のような方法を例として掲げるが、
溶銑条件、吹止条件等によって目標とする変化曲線を設
定すればよい。

第１番目として、過去の吹錬のスラグ中蓄積酸素量変化
曲線の中から最も望ましい吹錬成績が得られた曲線を尚
該吹錬の目標線とする方法がある。

第２番目として、過去の吹錬の中で、目標成分が得られ
たものにおいて、製造コストが最小の場合のスラグ中蓄
積酸素量変化曲線を当該吹錬の目標線とする方法がある
。

また、第３番目として、過去の吹錬において得られたス
ラグ中蓄積酸素量変化曲線と吹止成分の因果関係を調査
し、統計的あるいは理論的に目標線を求める方法がある
。

前述のような方法を本発明では、過去の最適吹錬チャー
ジの実測値を基準としてスラグ中蓄積酸素量の目標変化
曲線を求める方法と言う。

ただし、このような変化曲線を求めるに於いて溶銑ある
いは冷銑中の珪素については、このスラグ中蓄積酸素量
変化曲線に及ぼす影響が大きいので、予め（Ｓｉ０２）
として珪素と結びつく酸素量を差し引いておく方が望ま
しい。

したがって目標線の設定においても珪素の補正を行なっ
た方がよい。

このようにして、当該吹錬開始以前に求められたスラグ
中蓄積酸素量目標変化曲線に当該吹錬のスラグ沖蓄積酸
素量を追従させるには、第２図に示すように、目標線に
一致するようにランス高さくランス−湯面間隔）、送酸
、流量、副原料投入速度等を制御すればよい。

個々の制御端の制御範囲および効果については後述する
。

また、第３図に示すように目標線のまわりに許容帯を設
け、この許容帯の中に入るように制御してもよい。

この方が各制御端を操作する回数が少なく、実用的には
適している。

このような制御を具体的に行なう方法の例として次のよ
うな方法が考えられるが、このうちの１つあるいは複数
個を併用してもよい。

第１番目は、電子計算機によって上記計算を行ない計算
機からの指令によって自動的に制御端を操作する方法： 第２番目は、電子計算機によって上記計算を行ない計算
機からの指令によって手動で制御端を操作する方法；お
よび 第３番目は、作業者の判断によって手動で制御端を操作
する方法； である。

このような制御を行なうに当り、スラグ中蓄積酸素量目
標変化曲線および許容帯と当該吹錬中のスラグ中蓄積酸
素量実績値をグラフィックディスプレイに表示するとよ
い。

特に第３番目の方法においては、グラフィック・ディス
プレイ等による表示がなければ制御は不可能である。

次に制御手法につき説明すると、スラグ中蓄積酸素量Ｏ
８を制御する手段として、ランス高さ、送酸流量、鉄鋼
面等の副原料投入が考えられるが、いずれを優先して用
いるかは、設備条件、操業条件等によって決定すればよ
い。

以下に各制御手段の特徴および制約条件を示し、１７０
転炉での実施例における制約条件と制御の優先順位に
ついて示す。

〈制御手段としての特徴と制約〉 ■ ランス高さ ・ランスノズルに対する熱負荷より、ある下限値より下
げることは不可能 ・ランスノズル先端が転炉炉口より下にあるという条件
から、ある上限値より上げることは不可能 ・溶鉄の湯面高さの正確な位置測定を通常毎チャージご
とには行なわないので、精度の高いランス−湯面間隔を
把握できない。

（ある１７０Ｔ転炉では１，５００Ｍ〜２，５００層（
制御範囲１０１００Ｏの範囲で制御可能）ｄ０５：±２
５００ Ｎｍ３／ Ｈｒ ■ 送酸流量 ・設備的な制約（送酸配管の許容圧力、排ガス処理設備
の吸引ガス流量）により上限がある。

・吹錬に必要な総酸素量は変化しないので、吹錬時間が
変化する。

・吹錬を続行するために下限はあるが、制御範囲が広い
。

（ある１７０Ｔ転炉では１０，０００〜３０，００ Ｏ
Ｎｍ３／Ｈｒ（制御範囲２０．０００ Ｎｍ３／ Ｈｒ
）の範囲で制御可能） ｄｏｓ：±５００ＯＮｍ３／Ｈｒ ■ 鉄鋼石等の副原料 ・投入すると溶銑温度が低下するため、静的配合計算に
おける熱バランスより、使用量に上限がある。

・Ｏ８を増加させる方向にのみ制御が可能・単位時間当
りのＯ８を大きく増加させることが可能 （投入速度によってｄＯ８を制御可能） （ある１７０Ｔ転炉では０〜１２０Ｔ／Ｈｒの範囲で制
御可能） ｄｏ８：＋１２００ＯＮｍ３／Ｈｒ 〈制御の優先順位〉 ■ 配合計算内でしかもＯ８が減少傾向のさきは、鉄鉱
石等の副原料の投入を行なう。

■ 吹錬中期までは、制御範囲が広く、匍脚容易な送酸
流量を用いる。

ただし、鉄鉱石投入中等で排ガス流量が吸引能力限界で
あれは、また効果不足であれはランス高さも同時に用い
る。

■ 吹錬末期は、温度、［Ｃ１の動的制御および吹錬時
間の関係によりランス高さを優先し、効果が不足の場合
、送酸流量も同時に用いる。

尚、設備条件、操業条件によって制御範囲および効果が
異なるので、優先順位は各転炉ごとに決定すべきもので
、固定的なものではない。

〈制御量の決定（計算機制御を行なう場合）〉ランス高
さ、送酸流量、鉄鉱石等の副原料のｄＯ５に対する効果
（第５図の実線）を計算機に記憶させておいて（各チャ
ージごとに学習更新機能をもたせてもよい）、そのとき
の実績Ｏ８と目標Ｏ８の偏差に応じて、前記効果より求
める。

ここで、許容帯の幅（Ｏ８の偏差）およびそれにともな
う制御量は、設備条件、操業条件等によって異なるので
、各転炉ごとに求める必要がある。

１７０Ｔ転炉での実施例では、スラグ中のＴ−ＦｅＯ０
５％相当分として許容帯の幅を５ＯＮｍ３とし２分間に
５ＯＮｍ３のＯ８制御を目安としてＯ８が上下限値を越
えた場合には、 ランス高さ・・・・・・・・・±３００７Ｍ／を送酸速
度・・・・・・・・・・・・±３０００ Ｎ ｒｒｌ／
Ｈｒを操作する。

１分後にＯ８が許容帯内になければさらに制御範囲内で
匍脚端を操作する。

前記のような本発明方法を１７０屯転炉に適用した効果
を次に示す。

＜１７０Ｔ転炉で実施した場合の実施例〉過去４０チヤ
ージのスラグ中蓄積酸素量変化曲線の中から当該１７１
Ｔ転炉に適したスラグ中蓄積酸素量変化曲線を選び、該
曲線を目標スラグ中蓄積酸素量変化曲線とした。

第４ａ図に示す曲線が目標のスラグ中蓄積酸素量変化曲
線であり、第４ｂ図に示す曲線が本発明を実施したもの
であり、第４ｃ図および第４ｄ図が本発明の制御をおこ
なわなかった場合のものである。

第１表に第４ａ図〜第４ｂ図に表わすＡ−Ｄの吹錬にお
ける吹止組成を示す。

なお、第４ｂ図に示す本発明の実施結果を得るにおいて
、排ガス情報は２秒毎に電子計算機に取り込み、ｄＯＳ
およびＯ８の値を計算した。

制御操作であるアクション■〜■の内容は次の通りであ
り、各アクション時点のデータを第２表に示す。

アクション■： 吹錬中期にＯ８が許容上限を越えたので、送酸流量を２
４００ Ｎ ｍ３／ Ｈｒから２７００ＯＮｍ３／
※※Ｈｒにアップした。

アクション■： その後Ｏ８が許容下限を越えたので、送酸流量を２７０
００ Ｎｍ”／ Ｈｒから２４０００ Ｎｍ３／Ｈｒに
ダウンした。

アクション■： 吹錬末期にＯ８が許容上限を越えたのでランス高さを１
８５０７ＩＩＩＩｌから１５５０層にダウンした。

実施例（第４ｂ図および第１表）から明らかなように、
スラグ中蓄積酸素量目標変化曲線に追従するように制御
することによって吹錬はほぼ再現され、目標と同程度の
吹止結果が得られている。

これに対して、Ｃ（第４Ｃ図）の場合は無制御であり、
吹錬中期以降実績スラグ中蓄積酸素量は目標スラグ中蓄
積酸素量を大きく下回っている。

その結果として吹錬結果は滓化不良であり、吹止〔Ｐ〕
も高くなっている。

逆にＤ（第４ｄ図）の場合は、吹錬中期から実績スラグ
中蓄積酸素量は目標スラグ中蓄積酸素量を大きく上回っ
ており、その結果として、吹錬中期の終り頃にはスロッ
ピングが見られた。

また、吹止［Ｐ）の値は低いが、［Ｍｎ］も低くまたＴ
、Ｆｅが高く、好ましい吹錬とは言い難い。

このように、スラグ中蓄積酸素量目標変化曲線に追従す
るように制御することは、吹錬そのものを再現すること
を可能ならしめる。

このような制御をおこなうための制御端のスラグ中蓄積
酸素量変化に及ぼす効果を予め求めておいた結果を第５
図に示す。

この第５図においてａはランス高さの変化（ΔＬ、Ｈ）
に対するスラグ中蓄積酸素量の変化率を示し、ｂは送酸
流量の変化（ΔＦＯ２）に対するスラグ中蓄積酸素量の
変化率を示し、Ｃは鉄鉱石投入速度に対するスラグ中蓄
積酸素量の変化率を示す。

この第５図から分る通り、ランス高さを上げ、又は送酸
量を下げ又は鉄鉱石投入速度を大きくすることによって
スラグ中蓄積酸素量の値を上昇させることが可能であり
、またランス高さを下げ、又は送酸量を上げ又は鉄鉱石
投入速度を下げるあるいは投入しないことによってスラ
グ中蓄積酸素量の値を下げることが可能であることを示
している。

第５図に示す関数関係は、前述した各時点のスラグ中蓄
積酸素量推定値０８（０式）と目標値Ａ（第４ａ図）と
の差から、所要のランス高さ、送酸流量、鉄鉱石投入速
度を求める場合に参照され、これらの関数に従がってこ
れら制御端の補正量が計算機で算出される。

以上の通り本発明によれは、目標への連中精度がきわめ
て高くなり、本発明は転炉吹錬制御法において大きな飛
躍をもたらし、得られる効果は極めて大きなものである
。

【図面の簡単な説明】 第１図は浴への副原料投入と、副原料の分解との時間遅
れを示すグラフである。 第２図および第３図は、本発明における制御タイミング
を示すグラフである。 第４ａ図は目標吹錬特性を示すグラフ、第４ｂ図は本発
明の一実施例における吹錬特性を示すグラフ、第４Ｃ図
および第４ｄ図は、それぞれ本発明を実施しなかった場
合の吹錬特性を示すグラフである。 第５図は転炉における制御端の制御量に対するスラグ中
酸素量の変化を示すグラフであり、ａは制御端をランス
高さの変化量としたもの、ｂは制御端を送酸流量の変化
量としたもの、およびＣは制御端を鉄鉱石投入速度とし
たものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸素転炉の吹錬制御方法において、当該吹錬開始以
   前に予め過去の最適吹錬チャージの実測値を基準として
   スラグ中蓄積酸素量の目標変化曲線を求めておき、当該
   吹錬開始以後スラグ中蓄積酸素量を排ガス情報を用いて
   遂次算出し、該スラグ中蓄積酸素量が前記目標変化曲線
   に追従するように吹錬条件を制御しつつ吹錬することを
   特徴とする酸素転炉の吹錬制御法。 ２ 各時点の排ガス組成と排ガス流量から排ガス中に出
   ていく総酸素量を遂次求め、転炉に導入される総酸素量
   との差よりスラグ中蓄積酸素量を遂次算出する前記特許
   請求の範囲第１項記載の、酸素転炉の吹錬制御法。 ３ 吹錬条件の制御は、算出スラグ中蓄積酸素量が目標
   スラグ中蓄積酸素量を下廻るときは、送酸流量の低下あ
   るいはランス高さの増大あるいは鉄鉱石等の副原料投入
   のうち１つあるいは２つ以上を組み合せて調整し、また
   算出スラグ中蓄積酸素量が目標スラグ中蓄積酸素量を上
   廻るときは送酸流量の増大あるいはランス高さの低下の
   うち１つあるいは２つを組み合わせて調整する前記特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の酸素転炉の吹錬制
   御法。