JPS63171821A - 溶鉄処理のスタテイツク制御方法 - 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］ 本発明は、転炉精錬あるいは溶銑予備処理等に適用され
るスタティック制御方法の改良に関し、特に溶鉄温度を
降下させる要因のひとつとして処理炉の内張耐火物によ
る溶鉄からの奪熱を溶鉄温度のスタティック制御要素に
組込み、吹止め温度の適中精度を高める方法に関するも
のである。

尚以下の説明では転炉精錬を主体にして説明を進める。

［従来の技術］ 転炉精錬における吹止め温度の的中精度を高めることは
、出鋼後の各種処理（成分調整、脱ガス処理、連続鋳造
等）を行なう為の熱保障を図るうえで重要な管理項目と
されている。

この様なところから転炉精錬時の吹止め温度については
的中精度の向上を期して様々の研究が行なわれており、
現在実用化されている転炉制御方式を大別すると、（１
）溶銑の温度や成分組成（特に炭素量や珪素量等）など
の初期条件及び酸素吹込み量等を基にして熱収支・酸素
収支を算出し目標吹止め温度に的中させるのに必要な冷
却材（又は昇熱材）の投入量を推定するスタティック制
御方式と、（２）転炉吹錬中の各種変動状況（鋼中成分
、鋼浴温度、排ガス成分及び排ガス温度等）を刻々と検
知しながらそれらの値を吹錬操作に反映させて吹止め温
度等の適中を狙うダイナミック制御方式に分けることが
できる。

このうちダイナミック制御方式は操業時の変動項目を逐
次検知しながら吹錬条件を補正していく方式であるが、
これは最適酸素吹込み中止タイミング、吹止温度コント
ロールの微調整を実施するものであり、冷却材（又は昇
熱材）投入量・必要酸素積算量の概略の値は吹錬開始時
にスタティックコントロールで計算しておき、吹錬中の
操作に反映させていく必要がある０本発明は該スタティ
ック制御方式に分類される改良方法を提供するものであ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 転炉内張耐火物の温度がスタティック制御における管理
項目の一つとなり得ることは早くから指摘されている。

これは、該内張耐火物による溶鉄からの奪熱が吹止め温
度に少なからぬ影響を与えることを考慮したためである
。ところが該温度を管理項目とする従来のスタティック
制御においては、内張耐火物の内部温度を正確に測定し
て行なうものではなく、出鋼後次バッチの溶銑を装入す
るまでの待機時間を学習項目に取り入れ、待機時間の長
短が吹止め温度の工程にどの様な影響を与えるかという
体験的学習を集積し、当該チャージにおける待機時間か
らそのときの降温効果に与える影響を予測するという程
度のものであり、この方式では以下に示す様な理由から
的中精度を充分に高めることができなかった。

即ち転炉内張耐火物による溶鉄からの奪熱量は前記待機
時間のみによって正確に推定し得る訳ではなく、この他
■内張耐火物の残存厚さ、■前チャージ吹止め温度、■
炉体冷却条件（鉄皮の劣化及び変形防止のための空冷ま
たは水冷、炉体周辺の通風状況）、■内張耐火物内部の
蓄熱状況（新炉立上がり時あるいは長時間休炉後便用再
開する場合には耐火物内部の蓄熱量が少ないため、使用
開始後１０チヤ一ジ程度までの奪熱量は定常使用の場合
よりも大きくなる）、■待機時における保温蓋の有無、
等々によってもかなり変わってくるため、これらの変動
要因を全て加味した制御システムを採用しない限り、ス
タティック制御による吹止め温度の的中精度を高めるこ
とはできない、尚前述の０項があるため、従来のスタテ
ィック制御では立上がり時や再開時の制御精度は初めか
ら期待されておらない。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、その目的は、内張耐火物による溶鉄の奪熱効果をより
正確に求め、スタティック制御方式による吹止め温度の
的中精度を上記立上がり時や再開時を含めてより高いも
のにし、その成果として例えば冷却材（例えば鉄鉱石や
ミルスケール類）の投入量を正確に制御することができ
る様な方法を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成することのできた本発明の構成は、溶
鉄処理戸の内張耐火物の厚さ方向温度分布を溶鉄装入直
前の時点で求め、内張耐火物による溶鉄からの奪熱量を
上記温度分布に基づいて算出し、この値を溶鉄温度のス
タティック制御要素に組込んで精錬するところに要旨を
有するものである。

［作用］ 本発明を実施するに当たっては、まず内張耐火物の材質
等に応じた伝熱のシュミレーションモデルを有限要素法
により求めておく。

たとえば第１図に示す如く転炉の内張耐火物を高さ方向
に１７要素に分割すると共に各要素を厚さ方向に２０分
割した場合につき、炉体放熱損失量を［ｒ］炉内壁から
の放出熱量、［ＩＩ　］炉内壁への入熱量、［ＩＩＩ　
］耐火物の伝導熱量及び［ｒＶ］炉体鉄皮表面からの放
出熱量に分けて解析すると、次の通りとなる。

［１１］炉内壁への大熱量（Ｑｌ　） ａ：溶鉄がない場合 ｂ：溶鉄がある場合 ［ＩＩＩ　］耐火物の伝熱量 Ａ：断面積　　　　Ｔ：温度 Ｃ：比熱　　　　　ρ：密度 λ：熱伝導率　　　Ｘ：座標 τ：時間 の方程式を差分法により解いて求める。

［ｒＶ］鉄皮表面からの放出熱量 下記■の対流伝熱と■の放射伝熱により鉄皮から熱が放
出されるものとする。

■対流伝熱 ｈｗ５＋３．４　ｕ’　　（ｕ’　≦５　ｍ　／　ｓの
とき）ｈｗ６．１４（ｕ’　）””（ｕ’　＞５ｍ／ｓ
のとき） の簡易式より求める。

但しｈは熱伝導率（にｃａｔ／ｍ２．ｈｒ、℃）を示し
、 ｕ　　　　＝　ｕ ｃｏ２７３．１５　　＋　ｔ ｕＣＩ：ｌ　’空気流速（ｍ／５ｅｃ）ｔ　：空気温度
（℃） ■放射伝熱 Ｑ＝Ａ・σ□（（Ｔ、＋ １／ε。＋１／ε、−１ ２７３，１５）’−（Ｔ　ｏ　＋　２７３．１５）’）
ε０　：空気の放射率 ε、、：鉄皮表面の放射率 Ｔｏ　：空気温度 Ｔｌｌ１：鉄皮表面の温度 の方程式を解いて求める。

一方、耐火物における１箇所若しくは複数箇所の肉厚方
向に、たとえば実公昭５９−１６８１６号公報に開示し
た様な温度測定用センサーを埋込んでおき、溶鉄装入の
直前に耐火物内部の温度分布を実測してその値を上記シ
ュミレーションモデルに代入し、耐火物の熱収支に基づ
いて溶鉄の吹止め温度に与える影響を定量化し、これを
スタティック制御要素に組込んで吹止め温度の推定を行
なうものである。このときの温度分布測定は炉体の１箇
所だけで測定することもできるが、複数箇所で測定して
その平均値を採用する様にすれば、吹止め温度の的中率
を一層高めることができる。また温度分布検知センサー
における肉厚方向の測定点は多ければ多いほど的中率の
向上に好結果をもたらすが、通常はセンサーの経済性も
考慮して３〜１５点、より一般的には５〜１０点程度の
測定点を有するセンサーが用いられる。尚耐火物の材質
が肉厚方向で変わっている場合は、たとえば第２図（概
略断面図二図中Ｗはワーク煉瓦、Ｐはパーマ煉瓦、Ｆは
鉄皮、Ｓはセンサ、■〜■は測定点を示す）に示す如く
材質変更箇所に測温点がくる様にセンサＳを埋込んでお
けば、温度分布をより正確に求めることができるので好
ましい。尚耐火物層中の温度は必ずしも直線的に変化し
ないので、この様な意味からすれば測温点をなるべく多
めに設けておくことが望まれる。耐火物の温度分布を求
める他の方法として、耐火物の稼動面側の温度を非接触
法（たとえば二色温度計等）で測定し、鉄皮温度及び待
機時間を考慮して内部の温度分布を計算により求める方
法もあり、この方法はセンサによる実測法に比べて若干
精度は低下するものの従来法に比べると吹止め温度の連
中精度を高めることができる。

尚本発明で採用されるスタティック制御自体は従来公知
の方法と本質的に異なるものではなく、本発明では要す
るに耐火物の温度分布を基にして　。

算出される溶鉄からの奪熱量を吹止め温度の制御要素に
組込んで管理することにより、その連中精度を著しく高
め得ることになった。

［実施例］ ９０トン転炉（上・下吹き）のトラニオン軸よりも上方
の炉壁耐火物内に測温センサを配設した（第３図）。図
中■〜■は測温点を示す。

この転炉を用いて操業を行ないつつ各チャージ毎に溶銑
装入直前の炉壁内の温度勾配を求めた。

この値を、前記第１図で説明した方法に従って予め設定
しておいた有限要素法によるシュミレーションモデルに
適用し、スタティック制御要素に組込んで吹止め温度の
制御を行なった。

尚上記シュミレーションモデルと耐火物の温度勾配を基
に、様々の条件下で耐火物にょる溶鉄からの奪熱量を算
出した。たとえば第４図は、第３図における測温点■の
温度が１ｏｏｏｔ及び１５００’ｅの場合における該温
度勾配と奪熱量（溶鉄側から見ると熱損失量）の関係を
調べた結果を示したもの−である。この図からも明らか
である様に耐火物による奪熱量は、炉待機時間等によっ
て変動する内面側温度や溶鉄の温度はもとより耐火物内
の温度勾配によっても著しく変わフてくるものであり、
これらの変動に充分な考慮が払われておらない従来法で
満足な的中精度が得られないのは当然のことと言える。

これに対し本発明ではこうした耐火物への奪熱量を定量
化して吹止め温度のスタティック制御要素に組込む方式
を採用しているので、連中精度の飛躍的な向上が可能で
ある。

ちなみに上記の方法に従ったスタテック制御方式と従来
のスタティック制御方式を採用して夫々５０回ずつ転炉
精錬を行ない、吹止め温度の適中精度を比較したところ
、第１表及び第６図［（Ａ）従来法、（Ｂ）本発明法］
に示す結果が得られた。

第１表 第１表及び第６図からも明らかな様に本発明によれば吹
止め温度の的中誤差を従来法の！７２以下に激減するこ
とができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、転炉精錬あるいは
溶銑予備処理等における処理終了温度の適中精度を著し
く高めることができ、それに付随して以下に示す様な多
くの利益を享受することができる。

■通中精度の向上により吹止め温度を目標値以上に過度
に高めることがなくなるので耐火物の溶損を最少限に押
えることができる。

■冶金反応の安定化を推進することができる。

即ち脱燐反応や脱硫反応の如き冶金反応の効率は処理温
度に大きく依存しており、この温度を安定化することに
よって冶金反応効率の変動を抑制することができ、精錬
溶鉄の品質管理も容易となる。

■生産性及び品質を向上させることができる。

吹止め温度が目標値よりも低い場合、それ以降の熱保障
のため再吹錬による昇温が必要となり、それに伴って生
産性が低下するばかりでなく、再吹錬による過剰脱炭あ
るいは溶鉄中の［ｏ］、［Ｎ］濃度アップといった問題
も併起し品質低下を招くが、本発明によればこうした問
題も回避することができる。

■冷却材となるスクラップの投入量を正確に制御するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は有限要素法による解析時に採用される転炉耐火
物の分割例を示す図、第２図は温度勾配測定用センサの
配設例を示す断面説明図、第３図は実施例で採用したセ
ンサの配設構造を示す断面説明図、第４．５図はワーク
煉瓦内の温度勾配と熱損失量の関係を示すグラフ、第６
図（Ａ）　、　（Ｂ）は実験で得た吹止め温度適中誤差
の分布を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶鉄処理炉の内張耐火物の厚さ方向温度分布を溶鉄装入
   直前の時点で求め、処理中における内張耐火物による溶
   鉄からの奪熱量を上記温度分布に基づいて算出し、この
   値を溶鉄温度のスタティック制御要素に組込んで精錬す
   ることを特徴とする溶鉄処理のスタティック制御方法。