JPS6157369B2

JPS6157369B2 -

Info

Publication number: JPS6157369B2
Application number: JP55023848A
Authority: JP
Inventors: Nagayasu Betsusho; Osamu Haida
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1980-02-27
Publication date: 1986-12-06
Also published as: JPS56119717A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、転炉の炉況検知方法に係り、特に、
吹錬操業されている転炉内を伝搬する音響の音波
強度変化から炉況を知る転炉の炉況検知装置の改
良に関する。

一般に、転炉製鋼法の精錬に際しては、炭素を
飽和量含有している銑鉄に酸素を供給し、炭素を
この酸素により酸化し、一酸化炭素或いは二酸化
炭素として除去している。転炉製鋼法における精
錬反応には、前記脱炭反応以外に、鋼の性質を害
する燐或いは硫黄等の有害物質を除去する反応が
ある。有害物質は、CaO、FeO等の酸化物から成
るスラグ中へ移行し分離される。この為、適当な
組成を有するスラグをできるだけ速く生成するこ
とが必要となり、このスラグ生成反応を促進する
為に、一般に螢石等の媒溶剤が用いられている。

前記のような転炉精錬は、銑鉄の化学組成、溶
鋼の温度、スラグの化学組成、物性、量、酸素供
給速度等に依存して進行する。これは、精錬反応
が、ガス層、スラグ層、溶鋼の３層の相互作用に
より進行しているためで、脱炭反応にしても、ガ
ス層の酸素はスラグ層と溶鋼へ供給され、後者の
酸素は直接脱炭反応をもたらし、前者の酸素は、
更にスラグ層と溶鋼の接触により脱炭反応をもた
らす。脱炭反応により生じた一酸化炭素または二
酸化炭素のガスは、溶鋼、スラグ層を通り抜けて
ガス層へと出ていく。

また、脱燐脱硫反応は、主にスラグ層と溶鋼間
において進行している。これら転炉内における溶
鋼とスラグ層の冶金反応学的状態に関する情報を
得ることは、精錬反応を判定し、制御する上で極
めて重要なことである。

特にスラグが適当な組成と量を持ち、且つ、溶
鋼における脱炭反応が急激に進行する場合、一酸
化炭素あるいは二酸化炭素のガスがスラグ層から
完全に脱出できないために、発泡状のスラグが転
炉炉口からあふれ出す所謂スロツピング現象が発
生すると、転炉炉内挿入物が炉外にあふれ出し、
歩留低下、操業不安定、炉口への地金あるいはス
ラグの付着、鉄皮の熱的負荷による変形、等をも
たらす。したがつて、そのような転炉吹錬操業を
妨げるスロツピング現象に関する情報をできる限
り正確に多量に得ることは、転炉吹錬の制御にお
いて極めて重要なことである。

これら情報を得るために、従来は、溶鋼の温度
および化学的成分、転炉より発生する音の周波
数、ランスと溶鋼間の電気伝導率、排ガスの化学
的組成および流量の測定等が知られているが、い
ずれも満足すべきものではなかつた。

特に、吹錬操業されている転炉内を伝搬する音
響の音波強度変化から炉況を知る方法は、上吹転
炉プロセスにおいて、間接的ではあるが、連続的
に炉内スラグ情報を検知する手法として、広く採
用されている。これは、第１図に示す如く、溶鋼
１０が下部に蓄えられ、その上部にスラグ１２が
蓄えられ、溶鋼上方に排ガス煙道１４が配設さ
れ、炉内にメインランス１６が挿入される転炉１
８において、炉口近傍に導波管２０を配設し、該
導波管２０により導出した炉内を伝搬する音響の
音波強度変化をマイクロホン２２で検知し、増巾
器２４で増巾し、中心周波数100〜1000Hzの1/3オ
クターブ分析計２６により所定周波数帯域を通過
し、交直変換器２８により前記1/3オクターブ分
析計２６の出力を直流化し、これを記録計３０に
より音波波形として記録するようにしたものであ
る。

このような従来の炉況検知方法においては、炉
内音響の音源として、メインランスからの酸素ジ
エツト音、送給酸素の鋼浴面への衝撃音、一酸化
炭素ガス生成等の酸化反応時に発せられる音等を
利用し、これらの炉内で自然発生する音響が、導
波管２０を介してマイクロホン２２で検知される
までに吸収される量が、スラグ１２の高さによつ
て変化することに着目し、その音波強度変化か
ら、スラグフオーミング状況を把握するようにし
たものである。この吹錬中のスラグフオーミング
は、一酸化炭素ガスがスラグ中に安定化し、スラ
グレベルを上げているものであるため、一酸化炭
素ガス発出量、スラグ物性、スラグ量等に依存し
ており、そのスラグフオーミング状況から炉況を
把握できるものである。

このようにして炉内音波強度の検知により、ス
ラグ物性、量、フオーミング高さ、一酸化炭素ガ
ス発生量等に関する情報が得られると、ランスハ
イト、送酸速度、副原料投入形式等を調整するこ
とにより吹錬を制御し、スラグフオーミングを制
御して、脱燐反応、脱硫反応を促進したり、スロ
ツピングを防止して溶鋼歩留を向上したり、脱炭
期からスラグ酸化期への遷移点を判断する転炉終
点制御を行なうようにしている。

しかし、前記従来の音波測定法においては、そ
の音源として、前述したように、周波数帯域０〜
5KHzにわたる、メインランスからの酸素ジエツ
ト音、送酸酸素の鋼浴面への衝撃音、一酸化炭素
ガス生成等の酸化反応時に発せられる音等の炉内
自然発生音を用いていたため、スラグフオーミン
グ高さを検知するに好適な特性周波数帯域が、吹
錬条件、炉内形状等に大きく左右され、数Hz〜
1KHzと各転炉毎に異なつていた。

ちなみに、前記従来法では、試行錯誤あるいは
経験的に特性周波数帯域を決めており、副原料投
入時の騒音等、騒音変動の影響を完全に無視する
ことはできず、且つ、吹錬中、炉況に応じメイン
ランス高さおよび送酸速度の変更を随時行なうた
め、前記炉内音源の位置および強化が変化し、導
波管で採用される音波強度はスラグフオーミング
高さと無関係な要因を多く含んでおり、音波強度
よりスラグフオーミング情報を推定する場合、誤
差が大きく、音波測定によるスロツピング防止、
脱燐反応あるいは脱硫反応促進の吹錬制御を効果
的に行なうことは困難であつた。

そこで、前記従来技術の欠点を解消するため、
本発明者らは、既に、特公昭57−53841号におい
て吹錬中の吹錬音あるいは現場騒音と周波数帯域
を異にする一定強度の音響を補助ランスを用い炉
口より炉内の所定位置に送入し、スラグ層の吸収
によつて生じる該音響の音波強度の減衰信号から
のスラグレベルを検知する方法を提案した。

この方法は前記した従来法に比べ、スラグレベ
ルの測定精度はすこぶる優れたものであつたが、
吹錬中にスラグ層を通して補助ランスを炉内に挿
入するため、補助ランスの昇降機構、補助ランス
水冷機構、不活性ガスパージ機構等を必要とし、
設備が複雑で送音系の保守管理が煩雑となり、し
かも設備費が高くなるという欠点を有していた。

本発明は、前記従来の欠点を解消すべくなされ
たもので、吹錬音あるいは工場内騒音等の影響を
受けることなく、スラグフオーミングを含む炉況
の情報を正確に検知することができ、また設備が
簡単で、設備費が低廉である他、保守管理の容易
な転炉の炉況検知装置を提供することを目的とす
る。

本発明は、転炉の側壁に設けられ、鋼浴上方に
位置する羽口と、この羽口に形成した不活性ガス
吹き込み口と、前記羽口に取り付けられ、吹錬音
および環境騒音とは異なる周波数の音を発生する
スピーカと、一端が前記転炉の炉口近傍に開口し
ている導波管と、この導波管が導く前記転炉内の
音響を電気信号に変換するマイクロホンと、この
マイクロホンが出力する電気信号のうち、前記ス
ピーカが発生する音に相当する成分を選択的に取
り出す帯域フイルタと、この帯域フイルタの出力
を表示する表示器と、を有することを特徴とする
転炉の炉況検出装置である。

上記の如く構成した本発明においては、吹錬音
および環境騒音と異なる周波数の音波を使用する
ため、吹錬音や環境騒音の変化による影響を受け
ずにスラグレベルを検出でき、炉況を知ることが
可能となる。

そして、本発明は、転炉の側壁に設けた羽口か
ら音を炉内に水平方向に送入し、導波管を介して
マイクロホンにより検知するようにしている。こ
のため、特公昭57−53841号に記載のものと異な
り、補助ランスを必要とせず、補助ランスを設け
ることに伴う昇降機構、冷却機構等も不要とな
り、構造が簡単でコストも低減でき、保守管理も
容易となる。

しかも、本発明においては、マイクロホンが検
知するスピーカの発する音は、鋼浴面からの反射
音でないため、吹錬中の鋼浴面の変動を補正する
必要がなく、装置を簡素化することができる。

以下本発明の原理を説明する。150t上吹転炉に
おける吹錬前、あるいは吹練中の測定音波を周波
数解析したものを第２図に示す。図において、実
線Ａが吹錬前のもの、一点鎖線Ｂが吹錬開始後１
分の音波強度が最大となる時刻のもの、二点鎖線
Ｃが、吹錬開始後５分経過し、脱珪期が終了し、
スラグ生成が完了したために、音波強度が最小と
なる時刻のもの、破線Ｄが吹錬開始後15分経過し
た吹錬末期に、一酸化炭素ガス発生量が減少し、
且つ、スラグ中の酸化鉄含有量が増加するため、
スラグ粘度が低下し、スラグフオーミングレベル
が下降するため、音波強度がやや上昇する時期の
ものである。

第２図より、下記のことが明らかである。

(1) 炉内音波強度は、低周波数から高周波数にか
けて減衰する。

(2) 吹錬音波強度の周波数帯域は０〜5KHz内に
おさまる。

(3) 10〜20KHzの音波強度は、吹錬前、吹錬中
を通して小さい。

従来の音波測定法における特性周波数帯域は、
吹錬音の強度が大で、且つ変動の大きい約100〜
1000Hzの領域が対象とされていたが、当該周波数
帯域は、実線Ａで示される工場内騒音の強度およ
びその変動の大きい領域であり、音波測定からス
ラグフオーミング高さを推定する上で大きな誤差
要因となつていることが明らかである。

一方第２図から、雑音強度およびその変動が少
なく、吹錬音の帯域と重複しない周波数帯域、例
えば周波数12.5KHz程度を用いれば、環境騒音等
に影響されず、炉況を正確に検知することが可能
である。

以下本発明の実施例を図面を参照して詳細に説
明する。

第３図は本発明に係る炉況検知装置の一実施例
をを示すもので、第１図に示す従来例と同一また
は対応する部分には同一符号を付して重複説明を
省略する。

本例の転炉１８においては、その内部の鋼浴と
スラグ１２との界面よりも上方の該界面近傍の位
置において炉壁に水平方向への孔３２が形成さ
れ、この孔３２にはたとえばステンレスで作られ
た単管式の羽口３４が挿入され、該羽口３４とそ
の周囲の耐火物との間にはジヨイントミツクス剤
が流し込まれている。前記羽口３４の炉外部分に
は、スラグ１２が該羽口３４の中に侵入しその熱
的損耗を起こすことを防止するため不活性ガス吹
込口３６が形成され、この不活性ガス吹込口から
はN₂ガスの如き不活性ガスが吹き込まれる。

前記羽口３４の端部には容器３８が設けられ、
この容器３８内には炉況検知用の音源としての小
型のスピーカ４４が内蔵されている。スピーカ４
４のための音源としては高周波電流発生器４０が
使用され、この高周波電流発生器４０から発生さ
れた一定周波数、一定強度の電流信号を発信させ
て増巾器４２で増巾し、スピーカ４４に送るよう
に構成されている。その他の構成においては、本
実施例と前記第１図の従来列とほぼ同様である
が、本実施例では導波管２０を介してマイクロホ
ン２２で吹音された炉内音響はそれぞれの増巾器
２４，２４で増巾された後に各々10KHzと1KHz
の周波数帯域を持つ帯域フイルタ２６Ａまたは２
６Ｂを並列的に通過させられ、その後、各帯域で
フイルタ２６Ａと２６Ｂの各々について設けられ
た交直変換器２８により直流化され、表示器とし
ての各計録計３０により音波強度の吹錬中の経時
変化を記録することができる。

前記スピーカ４４は、第４図に詳細に示す如
く、耐熱性を考慮して、前記増巾器４２の出力が
通電されるボイスコイル４４ａと、例えばFe−
Cr−Co合金製の耐久磁石４４ｂと、音響を発生
する、例えばチタニウム合金、ステンレス鋼、ベ
リリウム製の振動板４４ｃと、前記各構成部品を
保護するガラスウール４４ｄとから構成されてい
る。

以下作用を説明する。高周波電流発生器４０で
発生された、吹錬音あるいは環境騒音と周波数帯
域を異にする周波数ｘ、一定振巾の交流電流信号
は、増巾器４２で増巾され、スピーカ４４のボイ
スコイル４４ａに通電されて該スピーカ４４の振
動板４４ｃにおいて音響信号に変換され、容器３
８、羽口３４により、一定周波数、一定音波強度
の音響が炉内定位置、この場合は鋼浴面直近上方
に水平方向から送音される。前記羽口３４の先端
より炉内に送音された音響は、スラグ１２を経た
後、炉口に配設された従来と同様の導波管２０を
介してマイクロホン２２で収音され、前記高周波
電流発生器４０における発振周波数ｘに相当する
周波数帯域を通過させる帯域フイルタ２６Ａまた
は２６Ｂを通過し、交直変換器２８により直流化
され、記録計３０により前記音波強度の吹錬中の
経時変化が記録される。

本実施例によりスロツピング現象が検知された
場合に、スロツピングを抑止する方法としては、
例えば、ランスからの酸素供給速度およびランス
と溶鋼間の距離を調整したり、スロツピング抑止
剤として生石灰、転炉スラグ、おがくず、木片等
を分割投入することができる。

なお、前記実施例においては、炉内の所定位置
に、吹錬中の吹錬音あるいは環境騒音と周波数帯
域を異にする周波数を略する一定音波強度の音響
を投入するようにしていたため解析が容易であつ
たが、炉内の所定位置に投入する音波の強度は必
ずしも一定とする必要はなく、転炉の操業状態に
応じて、適当に変調することも可能である。

前記実施例は、上吹転炉に適用したものである
が、本発明の適用範囲はこれに限定されず、底吹
転炉にも同様に適用できることは明らかである。
この場合は、メインランスからの雑音も無く、上
吹転炉以上の高感度で本発明が適用されることは
明らかである。

以上説明した通り、本発明は、吹錬操業されて
いる転炉内を伝搬する音響の音波強度変化から炉
況を知る転炉の炉況検知方法において、転炉の側
壁、好ましくは転炉内のスラグと鋼浴との界面の
近傍（好ましくは界面よりも上方側）の位置の炉
壁に羽口を設け、該羽口から不活性ガスを吹込み
ながら、該羽口から炉内で吹錬中の吹錬音あるい
は環境騒音と周波数帯域を異にする周波数の音響
を、炉内の所定位置に投入し、炉内伝搬によつて
生じる該音響の音波強度の変化から炉況を知るよ
うにしたので、スラグフオーミング等の炉況を、
吹錬音あるいは環境騒音等にかかわらず、正確に
検知でき、しかも設備が簡単で、設備費が低廉で
ある他、保守管理が容易であるという優れた効果
を有する。

実施例本発明の実施例を以下に示す。150t上吹転炉に
おいて、スラグ１０と鋼浴１２との界面上約１ｍ
の地点から、単管の羽口３４を介し、周波数
10KHz、100dBの音響を炉内に送入し、炉口位置
に設置した導波管２０により集音し、マイクロホ
ン２２、増巾器２４、帯域フイルタ２６Ａ（中心
周波数10KHz）、交直変換器２８を経て、その音
波強度の吹錬中経時変化を記録計３０により記録
した。また、吹錬中２電極を先端に有するサブラ
ンスプローブを１ヒート４〜５回の割合で炉内に
装入し、スラグ高さを実測した。また、第１図の
従来例で示すように、導波管２０にセツトしたマ
イクロホン２２の信号を並列に取り出し、増巾器
２４、帯域フイルタ２６Ｂ（中心周波数
1KHz）、交直変換器２８、記録計３０を介し従
来法による信号処理を行なつた。数十ヒートにわ
たる現場実験において得られた従来法と実施例と
によるスラグレベルと音波強度の関係をそれぞれ
第５図ＡとＢに示す。ここで、Ix、Iyは音の基準
エネルギー、Ｉは測定音のエネルギー（Watt/
m²）である。これより、実施例の場合（第５図
Ｂ）は従来法（第５図Ａ）に比べ、音波強度、ス
ラグレベル間のばらつきが少なく相関が良好であ
ることがわかる。

ちなみに、スラグレベル高さを回帰式(1)式（SL）ｅ＝α（音波強度）＋β ……(1) α、β：定数（回帰係数）で推定した場合、次の(2)式で定義されるスラグレ
ベルの推定値（SL）ｅと実測スラグレベル
（SL）_Rとの標準誤差σは、実施例の場合、σ＝0.15〜0.20ｍ、従来法の場
合、σ＝0.6ｍとなり、実施例による測定精度の
方が従来法よりも極めて優れていることが明らか
である。

以上のように、本発明に基づく炉内音波強度の
検知により、前出(1)式を用いてフオーミング高さ
を推測すれば、スロツピングを防止し、且つ、脱
燐反応、脱硫反応の促進をはかるべく吹錬を制御
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の音波測定法による炉況検知方
法が実施される転炉を示す断面図、第２図は、吹
錬前および吹錬中の炉内音波の周波数分布を示す
線図、第３図は、本発明に係る転炉の炉況検知装
置の一実施例を示す断面図、第４図は、前記実施
例における要部拡大断面図、第５図ＡとＢはそれ
ぞれ従来法および本発明の実施例におけるスラグ
レベル高さと音波強度の相関を示す線図である。１０……溶鋼、１２……スラグ、１４……排ガ
ス煙道、１６……メインランス、１８……転炉、
２０……導波管、２２……マイクロホン、２４…
…増巾器、２６Ａ，２６Ｂ……帯域フイルタ、２
８……交直変換器、３０……記録計、３２……
孔、３４……羽口、３６……不活性ガス吹込口、
３８……容器、４０……高周波電流発生器、４２
……増巾器、４４……スピーカ。

Claims

【特許請求の範囲】

１転炉の側壁に設けられ、鋼浴上方に位置する
羽口と、この羽口に形成した不活性ガス吹き込み
口と、前記羽口に取り付けられ、吹錬音および環
境騒音とは異なる周波数の音を発生するスピーカ
と、一端が前記転炉の炉口近傍に開口している導
波管と、この導波管が導く前記転炉内の音響を電
気信号に変換するマイクロホンと、このマイクロ
ホンが出力する電気信号のうち、前記スピーカが
発生する音に相当する成分を選択的に取り出す帯
域フイルタと、この帯域フイルタの出力を表示す
る表示器と、を有することを特徴とする転炉の炉
況検知装置。