JPS595834B2 - 溶融鉄の撹拌方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、溶融鉄の攪拌方法、特に溶鋼の炉外二次精
錬を目的として取鍋内溶鋼の攪拌する方法に関するもの
である。

従来、転炉や電気炉などで、一次精錬された溶鋼は、炉
から取鍋に出鋼され、この取鍋内の溶鋼に合金や脱酸剤
が添加され、酸素などの不純物の除去や目的の鋼の組成
を得るための成分調節などを目的としていわゆる溶鋼の
二次精錬が炉外で行なわれている。

かかる二次精錬方法として中空管を取鍋などの容器内の
溶鋼中に浸漬し、中空管のガス圧力を変動させて容器内
の溶鋼を中空管内に流入流出させることにより容器内の
溶鋼を攪拌することが提案されている。

この攪拌方法では、中空管内の溶鋼の流動が攪拌の駆動
力となっており、中空管内溶鋼の流動を制御することが
重要である。

この流動制御に関して、従来以下の方法が知られている
。

第１の従来方法は、中空管内の溶鋼位置を検出し、この
検出信号に基づいて中空管内のガス圧力変動を制御する
方法である。

アルミニュームなどの低融点の金属では、中空管内液面
の検出が比較的容易であるため、この制御方法は実用可
能である。

しかし、溶鋼のように１６００ ’Ｃといった高温で、
しかもかなりな速度で上下動している溶鋼面を制御信号
として利用可能な信頼度で検出することは困難であり、
この方法は溶鋼に対して実用的でない。

そのために、溶鋼では中空管内のガス圧力を検出し、ガ
ス圧力の検出値を用いて中空管内溶鋼流動を制御する方
法が採用されている。

中空管内のガス圧力の制御法の従来法としては、中空管
内の溶鋼流動の減圧吸上げ時の上限液面と加圧排出時の
下限液面に対応するガス圧力をあらかじめ実験的に求め
ておき（これら溶鋼液面とガス圧力の関係は溶鋼がかな
りの速度で中空管内を上下動運動している装置において
は、ガス圧力と溶融液面間には静的に一対一の対応があ
るわけでなく、溶鋼の運動の動的な効果（慣性力）の影
響があるのでガ哀圧力と液面間の対応を求めることはか
なり困難であるが流動条件を限定すれば求めることは可
能である。

）これらガス圧力の上限値と下限値をガス圧力制御の設
定値として用いる方法がある。

すなわち、ガス流量制御弁を有する加圧用ガス配管と、
同じ（ガス流量制御弁を有する排気用のガス配管を中空
管に接続し、各ガス配管中に設置された開閉弁をタイマ
にて設定された一定時間間隔で開閉する。

かくして中空管内の空間は一定時間間隔で減圧、加圧が
繰返され、周期的な圧力変動が生じる。

この際中空管内に生ずる圧力変動の上限値Ｐ と下限
値Ｐｍ１ｎを検出し、ａｘ 前述の設定値と比較してＰｍ１ｎが設定値からずれれば
排気用配管の流量制御弁を調整し、また、Ｐｍａｘが設
定値からはずれれば加圧用配管の流量制御弁を調整して
設定値との差を解消するよう流量制御弁を制御する方法
がある。

しかし、この制御方法は一定量のずれが実際に生じて初
めて制御系が働くフィードバック制御であり、加圧と減
圧間の圧力変動の周期が５秒程度の小さな周期であるた
め、流量制御弁は応答性の速い高価な制御弁を必要とし
、かかる応答性の速い流量制御弁を用いたとしても、フ
ィードバック制御であるために原理的に制御精度を向上
させることが困難である。

本発明の目的は、上述した従来の攪拌方法によるガス圧
力制御上の問題を解消しようとするもので、本発明によ
れば、吸上げ期間の終了時における中空管内のガス圧力
値に基づいて、吸上げ期間の終了時における中空管内の
ガス圧力値と吐出期間の中空管内のガス圧力の最大値と
の関係に関してあらかじめ作成した関係式を用いて中空
管内のガス圧力の最大値が一定値となるように、中空管
内への加圧用ガス供給時間を決定して中空管内ガス圧力
変動を制御することを特徴とする。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明の実施態様の１例を示す概略線図であ
る。

図面において、１は取鍋その他の容器に出鋼された溶鋼
を示し、この溶鋼１中に中空管２を下端部を浸漬させて
保持する。

中空管２には加圧用配管１３および減圧排気用配管１２
を接続する。

加圧用配管１３には電磁開閉弁３、流量制御弁５、ガス
タンク８および減圧弁７を配置し、高圧ガス源（図示せ
ず）に接続している。

他方、減圧排気用配管１２には電磁開閉弁４、流量制御
弁６を配置し、減圧排気ポンプ９に接続している。

加圧用配管１３の電磁開閉弁３および減圧排気用配管１
２の電磁開閉弁４をコントローラー１に接続し、このコ
ントローラー１に内蔵されたタイマーによって予め設定
されたＴＶ待時間間、減圧排気用配管１２中の電磁開閉
弁４を開とする。

中空管２には圧力検出器１０が取付けられ、この圧力検
出器１０もまたコントローラー１に接続され、これによ
り中空管２の圧力は圧力検出器１０により連続的に検出
され、この中空管内の圧力をコントローラー１に送って
いる。

コントローラー１は減圧排気時間ＴＶの経過後、排気配
管１２中の電磁開閉弁４を閉とすると同時に、この瞬間
の中空管内圧力Ｐｍ１ｎに基づいて加圧用配管１３中の
電磁弁３の開時間Ｔ を決定し、Ｔｐ特待 時の間当該電磁弁３を開とし、また減圧排気配管１２中
の電磁弁４を閉とする。

Ｔｐ待時間経過すれば、加圧用配管１３中の電磁弁３を
閉とし、減圧用配管１２中の電磁弁４を開とする。

以上の動作を繰返すことにより中空管２内の圧力変動を
制御する。

本発明の長所は、運転中の流量制御弁の作動を不要とし
た事にあり、前述したように、中空管２内の圧力に応じ
て加圧用配管１３中の電磁弁の開時間を決めることによ
り、中空管２内の最大加圧力ＰｍａＸを制御することに
ある。

加圧、減圧の周期は５秒程度であり、このような短時間
で流量制御バルブを作動完了させることは困難であるが
、本発明ではこのような制御は不要となる。

本発明の最大の長所は、制御弁が中空管内ガス圧力の上
限値Ｐｍａｘに対してフィードフォワード制御、すなわ
ち結果を予測して所定のＰｍａｘが得られるような制御
を行なう方式′であり、吸上げ期間の終了時における中
空管内のガス圧力値、すなわち下限値Ｐｍ１ｎＯ値に応
じてコントローラ内での電気的信号処理のみで、流量制
御弁の開度の調節は必要でなく、適切に設定されたＰｍ
８ｘが得られるように加圧配管中の開閉弁の開時間をＰ
・ から予測して設置するので、Ｐｍａｘの変動ｌｎ 量が生じる前に、変動しないように制御することが可能
であり、これにより前述した従来法と比較してＰｍａｘ
の制御精度を著しく向上させることができる。

本発明を実施するに当っては、適切なＰｍａＸが得られ
るよつＰｒ］１ｉｎとＴｐの関数関係を予め実験的に求
め、これら関数関係をコントローラ１１に記憶させてお
くことが必要である。

以上の制御法を具体的に説明すると、以下の通りである
。

前述したように、中空管内ガス圧力の上限値ＰｍａＸお
よびその下限値Ｐｍ１ｎと電磁弁３の開時間Ｔ、との間
には、 あるいは なる関数関係があるので、前回の圧力条件（ｎ回目の加
減圧の周期）から次回（ｎ＋１回目の周期）の加圧時間
は、 あるいは の式から求められる。

また、Ｔ＝ｆ（Ｐ 、Ｐ ・ ）なる関数間ｐ
ｍａｘ ｍｉｎ 係は、装置が限定されれば実験的に求められるが、加圧
用ガスの元圧の変動、あるいは、円節の溶鋼中への浸漬
深さの変化による円筒内空間体積変化によって多少の変
化があるので、実験にはＰｍａｘの設定値（Ｐ１’ｎａ
Ｘ ）とｎ回目の測定されたＰｍａＸ （Ｐｍａｘ ）
との差をΔＰｍａＸとして、ΔＰｍａｘの値に応じて、 なる式で、ｎ ＋１回目の加圧時間を決定し、ΔＰｍａ
ｘが自動的にゼロに近づくような制御を行う。

最大の攪拌効果を得るためには、中空管内の最大圧力Ｐ
ｍａｘは加圧期に下降する溶鋼が中空管下端にて停止す
る値とすることが必要である。

この理由は、溶鋼が中空管より完全に流出してしまうと
、中空管内のガスが中空管下端より容器内の溶鋼中に噴
出し、これらガスが容器内溶鋼浴面上に浮上して、浴上
のスラグと溶鋼との界面を攪拌し、溶鋼の汚染が生じ脱
酸などの精錬効果が低減されるからであり、さらに、加
圧期に下降する溶鋼の下降運動が中空管下端より上方で
停止する場合には、十分な攪拌効果が得られないからで
ある。

攪拌力は、中空管内を下降する溶鋼が有する運動エネル
ギーであり、したがって最大の攪拌効果を得るためには
中空管内の溶鋼を十分に排出することが必要である。

さらに、本発明では加圧用ガスの消費量の若干の増大を
厭わなければ排気、減圧配管中の流量制御バルブ６およ
び電磁弁４を除去することも可能である。

この場合、排気は加圧中も行なわれることとなるが、一
般に加圧期は１秒以下の短時間であるのに対し、減圧排
気期は３秒程度であり、排気ガス流量と比較して加圧ガ
ス流量は１０倍以上もあるので、加圧用ガス流量を１０
％程度増大すれば、同一の加圧速度が得られる。

以下実施例について説明する。

以下の実施例は実用規模の溶鋼精錬装置に適用した例で
、中空管の内径３００１１Ｌ７ｒＬ１高さ約２ｍ、容積
は１４０１である。

加圧用配管には約２５ｋｇ／ｃｒｒｔのＡｒガスを接続
し、減圧弁１を用いて７．５ｋｇ／ｃｒＡの一定値とし
た。

減圧弁以後の配管径は５０朋とし、１４０１のガス溜め
タンク８を通して流量制御バルブ５、電磁弁３を通じて
中空管に接続した。

減圧排気ポンプは、１０ｍ″／ｍ１ｙｔの排気能力を有
する排気ポンプ９を用い、１００１ｒＬ７１径の配管を
用い、流量制御バルブ６、電磁弁４を設けて、中空管に
接続した。

実施例 １（比較例） 加圧用の電磁弁の開時間を０．４秒、減圧側の電磁弁の
開時間を３．６秒に設定し、タイマーにて両電磁弁を交
互に作動させて中空管内の圧力を変化させへ圧力検出器
にて本体内の圧力を検出し、加圧時の最高圧力が１．４
ｋｇ／ｃｒｔｉ、減圧時の最低圧力力０．２ ｋｇ／
ｃｒｔｔ （いづれも絶対圧力）となるように、コント
ローラ１１を用いて加圧用配管および減圧排気用配管中
のそれぞれの流量制御バルブをコントロールした。

実施例 ２（本発明） 減圧側の電磁弁の開時間を３．６秒に設定し、加圧時の
最高圧力を１．４ｋｇ／ｃｒ７ｆとなるように加圧配管
の電磁弁の開時間をコントローラ１１によってコントロ
ールした。

加圧用配管および減圧排気用配管中の流量制御弁はコン
トローラと無関係として実験に先立って手動にて一定の
開度に設定し、実験中を通じて一定とした。

以上の２実施結果について約１０分の運転時間中のＰｍ
ａｘの経時変化を第２図に示す。

第２図より明らかなように、本発明はＰｍａＸの制御性
に優れ、ＰｍａＸのバラツキが比較例の約％であった。

その結果、中空管下端からのガスの噴出回数は比較例の
５回に対して、本発明では皆無であった。

本発明によれば、ＰｍａＸを極めて高い精度で制御する
ことができ、この結果として中空管内の液面下限位置を
中空管下端に一致させることが容易に可能であり、これ
がため最大の攪拌効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の概略線図、第２図は本
発明の実施例の中空管内の最大圧力Ｐｍａｘに関する設
定値と測定値との差の経時変化を示すグラフである。 １・・・・・・溶鋼、２・・・・・・中空管、３，４・
・・・・・電磁開閉弁、５，６・・・・・・流量制御弁
、７・・・・・・減圧弁、８・・・・・・ガスタンク、
９・・・・・・真空ポンプ、１０・・・・−・圧力検出
器、１１・・・・・・コントローう、１２・・・・・・
減圧排気用配管、１３・・・・・・加圧用配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 容器内の溶融鉄中に中空管の一端を浸漬し、中空管
   内のガス圧力を変動させて溶融鉄を中空管内に吸い上げ
   たり吐出させたりして溶融鉄を攪拌する方法において、
   吸上げ期間の終了時における中空管内のガス圧力値に基
   づいて吸上げ期間の終了時における中空管内のガス圧力
   値と吐出期間の中空管内のガス圧力の最大値との関係に
   関してあらかじめ作成した関係式を用いて中空管内のガ
   ス圧力の最大値が一定値となるように、中空管内への加
   圧用ガスの供給時間を決定して中空管内ガス圧力変動を
   制御することを特徴とする溶融鉄の攪拌方法。