JPS62263916A - 真空精錬炉における溶鋼炭素含有量制御方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は真空精錬における溶鋼炭素含有量の制御方法
に係り、特にステンレス鋼やクロム鋼を精錬するのに適
したＶＯＤ炉のごとき真空精錬炉において溶鋼炭素含有
量を精度よく制御し終点炭素量を正確に連中させる方法
ｌこ関する。

従来技術とその問題点 ＶＯＤ炉のごとき真空精錬炉を用いてステンレス鋼やク
ロム鋼を溶製する場合、精錬中のサンプリングが困難で
あるため溶鋼炭素含有量の推定が容易でなく、真空酸素
説伏および真空脱ガスの終了時期の決定は現場作業者の
経験と勘に任されている。しかしこの場合、脱炭後の炭
素含有量が高いと再吹錬を必要とし生産能率を著しく低
下させるため過脱炭にて吹止める結果となりコストアッ
プの要因となっている。

真空精錬炉の溶鋼炭素含有量を制御する方法としては、
例えば排ガス情報を利用して制御する方法が提案されて
いる（特開昭４９−６１０１４．特開昭４９−６１０１
３）。このうち、特開昭４９−６１０１４号公報に開示
されたものは、極低炭素ステンレス鋼を製造する際の脱
炭について、酸素の供給速度が律速となる高炭素領斌と
炭素の拡散速度が律速となる低炭素領域との境界におけ
る炭素濃度を臨界炭素濃度と定義し、この臨界炭素濃度
を吹錬前の溶鋼条件あるいは排ガス中のｃｏ、　ａ度と
真空容器内の圧力から経験的ｌこ求め、それ以降の脱炭
速度は炭素の拡散速度が律速であると仮定して作成した
式から酸素吹込み時間を計算している。しかし、実際の
精錬においては酸素供給律速の状態から突然炭素拡散律
速の状態へ移行「るのではないので、臨界炭素濃度の厳
密値を求めること自体にあまり意味がなく、実操業上有
効な方法上は言い得ないものである。

また特開昭４９−６１０１３号公報に記載された方法は
、標準ステンレス鋼の製造において、吹錬途中の真空度
、排ガス成分の測定値が全体の脱炭酸素効率と極めて相
関が強いとしてその相関グラフを作成し吹錬中の適当な
時期での真空度、排ガス成分の測定値から全体の脱炭酸
素効率を推定し、これにより終点炭素含有量を推定でき
るとしている。しかし、吹錬前の溶鋼条件や吹錬中の攪
拌条件等が一定でない限り上記のような明瞭な相関は得
られるものではなく、一般的なステンレス鋼やクロム鋼
製造には適用し難い。

ざらに上記以外に、排ガス分析計に質量分析計を用いて
初期の溶鋼炭素含有量から排ガス情報に基づいて計算さ
れた脱炭量を逐次差引いていくという方法が提示されて
いるが（特開昭５４−４２３２３）、この場合は初期の
溶鋼炭素含有量の分析誤差がそのまま終点炭素含有量の
推定値に影響をおよぼすことになるため得策でない。

発明の目的 この発明は従来の前記問題点にかんがみなされたもので
あり、真空酸素脱炭期および真空脱ガス期の溶鋼炭素含
有量を操業条件の関数として定量化し、この関係を用い
て真空酸素脱炭および真空脱ガスの適正な終ｒ時期を決
定することにより、真空精錬炉における溶鋼炭素含有量
を正確に制御し得る方法を提案することを目的とするも
のである。

発明の構成 この発明に係る真空精錬炉における溶鋼炭素含有量の制
御方法は、真空酸素脱炭期および真空脱ガス期のそれぞ
れの段階での溶鋼炭素含有量を精錬処理前の溶鋼成分Ｃ
ｆ、　Ｎｌ　、　ＭＱおよび該溶鋼温度、処理中Ａｒ流
量等の操業条件の関数としてあらかじめ定量化し、これ
らの定量化された関係式を用いて精錬終了時の炭素含有
量が目標値と一致するよう真空酸素脱炭期の必要酸素量
および真空脱ガス期の必要処理時間を算出し、これらの
算出値に基づいて溶鋼炭素含有量を制御することを特徴
とするものである。

以下、この発明方法について詳細に説明する。

真空精錬により脱炭を行なうＶＯＤ炉の操業では、まず
Ａｔを供給し、次に排慨を開始し、引続いて酸素吹精を
開始する。所定の量だけ脱炭が進行すると酸素吹きを止
め、真空度をさらに上昇させてＡｔのみで攪拌し脱炭反
応を進ませる。これらの処理のうち、酸素吹精の段階を
真空酸素脱炭期、その後の酸素吹きによらず真空度を上
げて脱炭させる段階を真空脱ガス期と呼ぶ。

まず、真空酸素脱炭期における溶鋼炭素含有量の推定方
法について説明する。この段階は簡略化すると、第６図
に精錬の各段階を示すとと（、脱炭に先立って溶鋼中Ｓ
ｌ、Ｍｌや必要に応じて投入された昇温剤（ｉ等）の酸
化が優先的に行なわれる第１期と、酸素の供給速度が律
速となる最高脱炭領域の第■期、および炭素の拡散速度
が律速となる第■期に区分することができる。

上記第工期の特性は王妃（１）式で表わすことができる
。

Δ０．；第１期処理中に消費される酸素量（Ｎｔｒ／　
） ＷＨ７：溶鋼電食（Ｔ） ＷＨ＋処理前に必要に応じて投入される昇温剤量（Ｔ） Ｓｉｔ、　Ｍｕ、　　：　処理前溶鋼中硅素、マンガン
含有量（％） ｈｍ、　ｈａ、　ＡＭ、　ｈＣ１定数 第■期および第■期の特性は包括的番こ王妃（２）式で
表わすことができる。

Ｃ；溶鋼炭素含有！（％） θ１：第■期、第■期の処理中に消費される酸素量（Ｎ
ｎｆ） 上記（２）式において、α０．αＩは操業条件の関数で
表わされるべきパラメータであるが、解析を容易にする
ため（２）式に替えて下記（３）式を用いることとする
。

ただし、（３）式において、α０．αｌは定数であり、
αは精錬処理前の溶鋼成分、すなわちＣｒ、Ｎｌ、Ｍ□
の操業条件などの関数で表わされるパラメータである。

また、第■期と第■期とを包括した脱炭期で消費される
酸素量は前記（３）式を積分することにより下記（４）
式として得られる。

Ｃｏ；処理部溶鋼中炭素含有量（％） ＣＭ；真空酸素脱炭期終了時の溶鋼中 炭素含有量（％） 第１期での酸素消費量は前記（１３式で表わされるから
第１期、第■期および第■期を統合して真空酸素脱炭期
全体としての酸素消費量は下Ｍｉ１３（５）式で表わす
ことができる。

＋　　α（（ｇｏ　　ｌ　　（ＣＯＣＭ　　）　　＋　
αｔ　　ｔａｇ　　Ｊ　　　　　””・・　（５）上１
（５）式ｌこおいて、パラメータαは操業条件、なかで
も処理前溶鋼成分ｃｒ、　Ｎｉ　、　Ｍｏと相関が強い
と考えられるが、この点を確認するため実操業データを
用いて同上（５）式から逆算されるαの値と各処理前溶
鋼成分との関係を調査した結果を第２図〜第４図番こ示
す。すなわち、第２図はαの値と処理前Ｃ２成分との関
係を示すもので、α実績値き処理前Ｃｒ成分とは正の相
関が認められるが、これは溶鋼Ｃｒ成分が溶鋼炭素成分
の酸化反応における活量を下げるため溶鋼Ｃｒ成分の多
い程脱炭反応が鈍化するという原理と一致する。逆ｌこ
、溶鋼Ｎ１成分は溶鋼炭素成分の酸化反応における活量
を上げるため溶鋼Ｎｌ成分の多い程脱炭反応が促進され
、第３図に示すごとき負相関の傾向が得られる。溶鋼Ｍ
ｏ成分とα値との関係については第４図に示すとと＜　
Ｃｒ成分の場合（第２図）と同様の傾向が得られた。

このような調査を他の操業要因との関係についても実施
した結果、パラメータσとして下記（６）式で表わすの
が妥当であるとの結論を得た。

α８αｇｔ”ｃｒｓ＋αａｌ＠Ｎｉｅ＋α、＠ＩＭＯ。

＋αａ４’　Ｔｏ　＋　ａａｍ　ｌｐＡ、　＋　ａｇ＠
　　　＋＋ｍｍ　（６）Ｃｒ　０１　Ｎｌａ　ｌ　Ｆｉ
’ｆｏｏ　：処理前溶鋼中Ｃｒ。

Ｎｌ、Ｍｏ含有量（影） Ｔｏ；処理前溶ｆＩＲ温度（℃） ＦＡｒ　ｌ精錬中のＡｒ流量（Ｎｙｒ／／ｈｒ）αα亀
、αα１．αα−・αα４．αα６αα１；定数パラメ
ータαとして上記（６）式による推定値を使用しそれを
前記（５）式右辺ζこ代入するこきによって得られる吹
込み酸素量推定値の精度は、第５図に示す実績値と推定
値との関係より明らかなごとく±Ｉ　ＮｄｌＴ以内に入
る高精度である。

次に、真空脱ガス期における推定方法について説明する
。

この段階の脱炭速度は炭素拡散律速きなるので近似的に
下記（７）式で表わすことができる。

Ｃ −＝　−ｈ・Ｃ・・・・・・・・・・・・（７）ｔ ｔ：時間（＠・Ｃ） 上記（７）式中のｋは前記（３）式におけるαと同様、
精錬処理能溶鋼成分Ｃｒ　＋　Ｎ　ｉ　＃　Ｍｏの操業
条件の関数で表わされるパラメータである。この（７）
式を積分することにより真空脱ガス期での処理時間が下
記（８）式で得られる。

Δｔ；真空脱ガス期の処理時間（−Ｃ）ｃＥｌ　　真空
脱ガス期終了時の溶鋼中炭素含有量（％） 上記パラメータには（５）式におけるパラメータαと同
様の方法で操業要因との関係を調査し下記（９）式で表
わすこととした。

ｋ　＝　α＆１　　’ｃｒｏ　　＋　α＆＊　　１Ｎｉ
ｏ　　＋　ａｋＭ　′　Ｍ００＋αに４　”ｒｏ　＋　
ａｋＭ　’　ＦＡｒ＋α＆＠　　　　””°（９）αｈ
１．α６ｍ、αｍｌ、αに４，６口、αに６：定数オン
ラインで溶鋼炭素含有量を制御する場合には、パラメー
タαとして（６）式１こ替えてフィードバック環を加え
た下お０１式を採用する。

α　＝　ａｇＩ参Ｃｒｏ　＋αｇｓ　ｅ　Ｎｌｅ　　＋
α、ＩＩＭＱ＠十〇ｇ４　ａＴＯ＋　４４１Ｆｈｒ　＋
　Ｇａｇ＋８ａ０°″ＩａＱ上１ｉ３ＱＩ式における右
辺のｔ、は長期時系列変動に基づくフィードバック量を
示す項で、各ヒート毎に精錬終了時の実測データを用い
て（６）式から逆算されるαの値（α実績値）が（６）
式で計算されるαの値（α推定値）と平均的にずれてき
た場合にそのずれ量を補正するための項である。

同様にパラメータにとして（９）式に替えてフィードバ
ック環を加えた下記α９式を採用する。

ｊ＝αｋＩＩＣｒｏ＋ａＡ１・ＮＩ・＋αｋｓ１Ｍｏ。

＋αに４　”ｔｏ＋αに６・ｐＡ、　＋（！＆ｓ＋εｈ
　　　−＋−＋＋Ｑｌ）上記０１）式における右辺の６
にも０１式におけるε４と同様、長期時系列変動に基づ
くフィードバック量を示す項である。

第１図はこの発明方法を概略的に示すフローチャートで
ある。すなわち、オンラインで制御する場合は、真空酸
素脱炭期にはまずパラメータαをα１式により推定し、
それを（５］式に代入することにより必要酸素量を算出
する（この場合のｃＭは目標値を使用する）。次に、真
空脱ガス期にはまずパラメータｋを０９式により推定し
、それを（８）式に代入して必要処理時間を算出する。

ただし、フィードバック量の計算に際して（６）式から
α実績値を逆算する場合も、また（８）式からｈ実績値
を逆算する場合も真空酸素脱炭期終了時の溶鋼中炭素含
有量ＣＭについてはサンプリングによる検知ができない
場合は、排ガス情報を用いて真空脱ガス期終了時の溶鋼
中炭素含有量を下記（２）式により推定する。

・１２／２λ４／１０００　　　　　　　……・・・・
ｌＩαのＶｃｏ　　＄　ｉ期間に発生した排ガス中ＣＯ
量（Ｎゴ） Ｗｏｏ、　＋　ｉ期間ζこ発生した排ガス中ＣＯ，量（
Ｎゴ） 上記（２）式中のΣは真空酸素脱炭期と真空脱ガス期と
を合わせた期間での総和を表わす。また、Ｋはこの（６
）式で得られたＣ、の値が実績値と合致するように計算
された補正係数である。このＫの値を用い、（２）式中
のΣを真空酸素脱炭期のみとして計算すればＣＭの推定
値を求めることができる。

実　　　施　　　例 ステンレスＳＵ８３０４鋼（終点Ｃ０，３０％未満）を
対象にこの発明方法を適用して真空精錬中の溶鋼炭素含
有量の制御を行なった結果の、溶鋼炭素含有量連中精度
（標準偏差）は第１表に示すごと〈従来の現場作業者化
よる場合と比較し高い連中精度が得られた。

第１表 発明の詳細 な説明したごとく、この発明方法によれば、精錬終了時
の溶鋼炭素含有量の連中精度を向上させることができる
ので、過脱炭防止が可能となり、それによる還元剤（フ
ェロシリコン、ＡＩ等）や媒溶剤（生石灰等）投入量、
吹込み酸素量および耐火物使用量の低減に大なる効果を
奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法を概略的に示すフローチャート、
第２図は真空酸素脱炭期におけるα実績値と処理前Ｃｒ
成分の関係を示す図、第３図は同じくα実績値と処理前
Ｎｉ成分の関係を示す図、第４図は同じくα実績値と処
理前ＭＱ酸成分関係を示す図、第５図は同じく吹込み酸
素量実績値と推定値の関係を示す図、第６図は真空精錬
炉における精錬の各段階を概略的に示す図である。 第１図 ｊｆＧ２図 処理前Ｃｒ成分（％） 第３図 第４図 処理前Ｍｏ成分（％） ｍ８ 第６図 真空酸素脱炭　　　真空脱ガス 処理前Ｎｉ成分（％） 精錬時間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空酸素脱炭とそれに引続いて真空脱ガスを行なう真空
   精錬炉における鋼の精錬において、真空酸素脱炭期およ
   び真空脱ガス期のそれぞれの段階での溶鋼炭素含有量を
   精錬処理前の溶鋼成分Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏおよび該溶鋼温
   度、処理中Ａｒ流量等の操業条件の関数としてあらかじ
   め定量化し、これらの定量化された関係式を用いて精錬
   終了時の炭素含有量が目標値と一致するよう真空酸素脱
   炭期の必要酸素量および真空脱ガス期の必要処理時間を
   算出し、これらの算出値に基づいて溶鋼炭素含有量を制
   御することを特徴とする真空精錬炉における溶鋼炭素含
   有量制御方法。