JPS63227705A - 転炉の吹錬制御方法 - 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、マイクロ波スラグレベル針を用いて検出した
スラグレベル及びマイクロ波反射率を用いて転炉の吹錬
を制御する方法に関する。

〔従来技術〕

転炉による吹錬は、転炉の炉口から挿入したランスから
純酸素ガスを溶鋼に吹付けて溶鋼を攪拌しつつ説炭し、
或いは脱燐・脱硫反応を行わせる。

また、上底吹転炉においては、上吹転炉底部に取付けた
羽口からＮ２１　Ａｒ、　Ｇｏ等のガスを吹込み、鋼浴
に攪拌エネルギーを与え、炉口から挿入したランスから
の純酸素ガス吹付けと併せ、複合的に説炭、税燐、脱硫
反応を行わせるものである。

ところで吹錬を安定して行うための操業上の重要な管理
項目として適正なスラグレベル及びスラグ滓化状況の維
持がある。スラグレベルの異常はスラグが泡状となって
炉口から吹き出す、所謂スロッピングの前徴を示すもの
であり、またスラグ滓化不良は脱燐・展硫作用の進行に
影響があり、いずれも製鋼の成分品質、歩留に重大な影
響を与えることが知られている。このため従来よりスラ
グレベル、スラグ滓化状況の検出のための種々の方法が
提案され、実施されている０例えばスラグレベルの検出
方法としては転炉内での特定周波数の発生音を検出し、
そのレベルの分析によってスラグのフォーミング状態を
検知し、これに従ってスラグレベルを予測する方法があ
る（特開昭５５−１５４５１７号）、シかしこの方法は
音源位置、強度が変化し、またスラグフォーミングと音
響上の関連性が十分でないため、検出精度が低いなどの
難点があった。

またスラグ滓化状況の検出方法としてはサブランスを用
いて吹錬期間中間欠的にスラグをサンプリングし、スラ
グ中の各成分濃度、特にＦｅＯ濃度を分析して滓化状況
を検知する方法、または吹錬中のランスの振動を検出し
、スラグの運動エネルギをランスの撮動エネルギとして
捉えて滓化状況を間接的に検出する方法（特開昭５３−
７７８１６号）等がある。しかしこれらの方法は前者に
あっては間接的なデータしか得られないこと、またサン
プル採取及びその分析に時間を要し、検出データの時間
遅れが著しいこと、一方、後者にあっては間接検知方法
であるため、検知精度が低く、またスラグ量が少ないと
きはランスとスラグとが接触せず検出が出来ないことと
なるなどの難点があった。

本発明者等は上述した如き吹錬過程におけるスラグレベ
ル、スラグ滓化状況の検出方法につき実験。

研究を行った結果、マイクロ波をスラグ面に投射してス
ラグ面から反射されたマイクロ波を捉え、このマイクロ
波の投射波と反射波との混合により生ずるうなり波（以
下混合波という）の周波数から求められるスラグレベル
並びにスラグ面からのマイクロ波反射率とスラグ滓化状
況、更にはスロッピング発生状況等と密接な関係がある
ことを知見し、これらの関係に基づく、マイクロ波装置
による吹錬制御方法を、特開昭５９−４１４０９号に既
に示している。

〔発明が解決しようとする問題点］ ところで、特開昭５９−４１４０９号に開示される吹錬
制御方法は、スラグレベルの上限値、下限値及びマイク
ロ波反射率の上限値を予め設定しておき、マイクロ波に
よる測定値がこれら設定値を超えた場合に、所要の制御
を行なう方法でありて、設定値は吹錬期間中、一定とし
ている。

しかし、脱炭反応によるＣＯガス発生等の炉内反応は、
吹錬の進行につれて変化していくものであって、吹錬初
期から中期にかけての脱珪期後は、脱炭反応の最盛期で
あり、ＣＯガス発生が多いが、吹錬末期は脱炭反応率が
低下しＣＯガス発生が少ない、従つて、初期から中期に
おいて盛んなＣＯガス発生に伴ってスロッピングが生じ
るスラグレベルであっても、このレベルが末期において
スロッピングを発生するスラグレベルであるとは限らな
い。

また吹錬末期においては、むしろスロッピングを生じな
い程度まで滓化スラグを生成し、脱燐反応を促進させ、
脱燐不良を防ぐことが望ましい、吹錬時期によるこのよ
うな炉内反応の推移を考慮する場合、吹錬期間中、一定
値に設定したスラグレベルであっては、スロッピングの
発生防止を目的としてスラグレベルを低く設定すると、
脱燐不良が生じ得る一方、脱燐を主たる目的としてスラ
グレベルを高く設定すると、スロッピングが発生し易く
なるという問題点があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたも
のであって、スロッピングの発生を防止するとともに、
スラグの滓化を促進して脱燐不良を防止し得る吹錬制御
方法の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、転炉内のスラグ面にマイクロ波を投射し、ス
ラグ面から反射されたマイクロ波を捉えて投射波と反射
波との混合波の周波数及びスラグ面でのマイクロ波反射
率を算出し、これら算出値に基づいてスラグレベル及び
スラグ滓化状況を検知する一方、スラグレベル及びスラ
グ滓化状況の許容限度を吹錬の進行に応じて変化する炉
内の反応特性に基づいて予め設定しておき、検知したス
ラグレベル及びスラグ滓化状況を許容限度内に維持すべ
くこれらの影響因子を設定制御することを特徴とする。

また本発明の第２の発明は、マイクロ波を用いてスラグ
レベルを検知する一方、スラグレベルの許容限度を吹錬
が初期から末期に進行するにつれて高い値に変化するよ
うに予め設定しておくことを特徴とする。

〔作用〕

本発明方法は、転炉内のスラグ面にマイクロ波を投射し
、スラグ面から反射されたマイクロ波を捉えて投射波と
反射波との混合波の周波数及びスラグ面での反射率を算
出し、両者′の算出値に基づいてスラグレベル及びスラ
グ滓化状況を検知する一方、スラグレベルの許容限度を
初期から中期にかけては低く、また末期においては相対
的に高くといった如く、炉内の反応特性に応じて予め設
定しておき、スラグレベルがこの許容限度内に納まるべ
く、所要因子を制御することにより、スロッピング発生
を防止するとともに吹錬末期におけるスラグ滓化を促進
して展燐反応を亢進させる。また、スラグ滓化状況を示
し得る反射率に対する上限値を炉内の反応特性に応じて
予め設定しておき、前記スラグレベルの許容度及び反射
率の上限値の両者を併せて所要因子の制御を決定する。

〔実施例〕

以下先ず本発明に係る吹錬制ｍ方法の原理を説明する。

スラグ面に対する一定の周波数変化率で周波数変調を施
したマイクロ波の投射波とこれからの反射波との混合波
周波数に基づくスラグレベルの検出は次のようにして行
う、即ち両者には第１図（イ）に示す如き関係が存する
が、これは下記（１３式の如くに表わせるから、この式
によってスラグレベルが検知される。

但し　　ｆｂ：混合波周波数Ｃｆ１ｚ）Ｌ：マイクロ波
を送受信するアンテナ とスラグ表面との距離 ｆｏ：周波数変化率（Ｈｚ／秒） Ｃ：マイクロ波伝播速度（３ｘ１０ａ−７秒）さらに、
スロッピングが発生しないスラグレベルの許容限度を予
め設定するが、その設定は、経験的に求められる吹錬中
期における平均的スラグレベルを基準として、吹錬初期
においては相対的に低（、末期においては相対的に高く
設定しこの設定値Ｓを平均値として第２図に示す如く上
下夫々に所定量を加減した上限値Ｌｕ及び下限値Ｌｄを
設定する。

即ち、吹錬初期から中期にかけての脱炭反応が盛んな時
期には、スロッピング発生を予防するために基準スラグ
レベルを低い設定値に定め、また末期においては、脱炭
反応効率が低下し、ＣＯガス発生が減少し、スロッピン
グ発生が少ないため、設定値を高く定め、滓化を促進し
て脱燐不良を防止する。この場合、脱燐不良を防止する
ためには、吹錬末期に至るまでできるだけ早い時期から
スロッピングを発生しない程度の高い設定値に定めてお
くことが望ましい、なお、スラグレベルの上限値、下限
値は、原則として吹錬前期から中期にかけて低く、中期
から末期にかけて高く設定するが、その値は溶製鋼種、
溶銑成分等により適宜決定すればよく、また吹錬期間を
適当数のブロックに分割し、ブロック毎に炉内の反応状
況に応じた一定値を定めてもよい。

ところで、スロッピングの発生はスラグレベルのみによ
って予測することも不可能ではないが、第３図に示すス
ラグレベルと、スラグ滓化状況の良否を示し得る反射率
との関係を示したグラフに見られる如く、図中Ａで示す
ように吹錬初期において滓化がまだ十分に進んでおらず
、反射率が高いが、滓化していないスラグ粒が転炉内て
飛び上がることにより、これがマイクロ波を反射し、高
いスラグレベル値を示す場合等があり、この場合はスラ
グレベルが高くてもスロッピングは発生しない、また、
図中Ｂで示すように、スラグの滓化は進行しているが、
鋼浴からのガス発生に伴う気泡の量が少なく、スラグレ
ベルが低いにも拘わらず、反射率が低いといったように
、その関係は必ずしも一定ではない、従って、スラグの
滓化状況と関連の深い反射率を判定要素に加えることに
よって、より的確な制御の実現が可能となる。

このような、マイクロ波反射率に基づくスラグ滓化状況
の検出は次のようにして行う、先ずマイクロ波反射率に
は物体に対する投射マイクロ波ｕ１を下記（２）式で表
わすと物体からの反射マイクロ波ｕ２は下記（３）式の
如く表わされるから、その相対値ｕ２／ｕ１として与え
られる。

ｕｌ　−ｕ、　ＣＯ３（ωｔ　ｔ）　　　　　　−・−
（２１但し　Ｕｌ　：振幅 ｕｌ　：角周波数 ｔ：時間 ｕ２　＝Ｕ２　ｃｏｓ　　（（ａ１２　ｔ　）　　　　
　　−（３１但し　Ｕ２　：振幅 ω２　：角周波数 上述の如くに与えられるマイクロ波反射率には第１図（
ロ）に示す如く、スラグ滓化状況を表わすスラグ中のＴ
４ｅ濃度と所定の関係にあり、即ち滓化状況の良好なス
ラグにおいては反射波の減衰度が大きく、反射率が低い
、従って予め両者の対応関係を求めておき、スラグ滓化
状況の良否を、マイクロ波反射率が基準値（第１図（ロ
）に一点鎖線で示す）より低下するか否かで判定すれば
よい、なお、反射率の基準値は、一定値に■らず、鋼種
、吹錬条件等により変更してもよく、また吹錬の経過時
間により変化させてもよい。

以上の如く算出し得るスラグレベル及び反射率とスロッ
ピング発生は、第１図（ニ）に示す如き関係にある。第
１図（ニ）に示すグラフは横軸にマイクロ波反射率、縦
軸にスラグレベルをとって示しており、グラフ中斜線を
施した領域、即ちスラグレベルが所定値より高く且つ反
射率が所定値より低い領域、がスロッピング発生領域で
ある。

従って、マイクロ波レベル計により算出したスラグレベ
ル及ヒ反射率の両者が共にこのスロッピング発生領域に
属せばスロツピングが発生すると判断する。

次に、本発明方法を実施する装置の構成を図面に基づき
詳述する。第４図は、本発明方法を実施する上底吹転炉
の構成を示す模式図であって、図中１は転炉、２は廃ガ
ス収集用のフード、３は酸素等の吹込用ランスを示して
いる。ランス３は図示省略した駆動用モータによって上
下に駆動可能となっており、フード２を通して炉口１ａ
から転炉１内に挿入され、その先端は転炉１内のスラグ
１ｂ内に位置せしめられており、酸素をスラグ１ｂ及び
その下方のｆ４Ｉｌｌ　ｃ中に吹き込むようになってい
る。

そして転炉１上のフード２には転炉炉口１ａと対向する
位置にマイクロ波スラグレベル針４を構成するアンテナ
５が設置されている。アンテナ５は水冷及び窒素パージ
用のジャケラ）Ｓａ内に装着されており、図示しない導
波管、マイクロ波回路１０を介してマイクロ波発生装置
２０、及び信号処理装置３０に接続され、マイクロ波発
生装置２０からのマイクロ波信号によりアンテナ５から
転炉１内のスラグ表面に向けてマイクロ波を投射し、ま
たスラグから反射されたマイクロ波を受信するようにな
っている。

−また、転炉１底部には、底吹羽口８が設けられ、この
羽口から底吹ガスが炉内に吹込まれ、鋼浴が攪拌され、
ランス３からの純酸素吹付けと併せ、複合的に溶鋼の税
炭、税燐、脱硫反応を行わしめる。これら反応に伴う発
生ガスはフード２から外部へ廃ガスとして排出される。

またフード内にはダンパ（図示省略）が設けられており
、その開度によって炉圧を調節する。

次にマイクロ波の発生及び受信した反射波に基づく信号
の流れを、その装置の構成を示す図に基づき説明する。

第５図は上記マイクロ波回路１０、マイクロ波発生回路
２０及び信号処理装置３０の電気回路系を示すブロック
図であり、周波数変調器２２からの変調信号を受けてマ
イクロ波発振器２１が角周波数ω１　（ω！／２π−１
〜１０００ＧＨ２）程度のマイクロ波信号を出力しこの
マイクロ波信号はマイクロ波回路１０のマジックＴｌｌ
及びサーキュレータ１２を経てアンテナ５に与えられ、
アンテナ５からマイクロ波が発せられる。そしてスラグ
３からの反射波はアンテナ５にて受信されこの反射波に
係るマイクロ波信号はマイクロ波回路１ｏのサーキュレ
ータ１２に入力せしめられる。マイクロ波回路１０は微
弱な反射波信号を高感度で捉え得べく構成されたもので
あって、マジックＴ１１．サーキエレータ１２．ミキサ
ー１３及び可変減衰器１４によるプリフジ回路からなる
ものであり、ミキサーエ３にて投射波信号と反射波信号
とが混合され、混合信号が信号処理装置３０の前置増幅
器３１に入力される。

混合波信号は前置増幅器３１にて増幅された後フィルタ
３２に入力せしめられる外、周波数検出回路３５に人力
せしめられ、該周波数検出回路３５にて混合波の周波数
が検出され、検出周波数信号を制御回路６に出力する。

一方、フィルタ３２に入力された混合波信号はここで直
流分、即ち後述する！、４　（Ｕｉ　＋Ｕ３　）の成分
が除去された後、波形整形回路３３に入力せしめられる
。波形整形回路３３には変調発ｉ器２２からマイクロ波
の変調信号も入力されており、混合波信号は波形整形回
路３３にて整流され、平滑化されてその振幅Ｕ、、Ｕ２
に対応する電圧がレコーダ３４に出力され記録される外
、反射率検出回路３６に出力される０反射率検出回路３
６は混合波信号の振幅電圧が反射率Ｋに比例することを
利用してマイクロ波のスラグにおける反射率Ｋを検出し
この検出データを制御回路６に出力する。

なおこの反射率Ｋが前記混合波の振幅に比例する電圧と
して捉えることができるのは混合波Ｐは投射波ｕ１及び
反射波ｕ２から下記のように表わされ、 Ｐ−’Ａ　（Ｕｉ　＋Ｕ３　＋２ＵＩ　Ｕ２ｃｏｓ　　
（ω１−ω２　）　　ｔ）投射波ｕｌの振幅Ｕ１が一定
である場合は、混合波Ｐの振幅Ｕ、、Ｕ２が反射波ｕ２
の振幅Ｕ２に比例するので、反射率には混合波Ｐの振幅
に対応するからである。

ｍｓ回路６は周波数検出回路３５から入力された混合波
の周波数ｆｂ及び予め入力されている周波数変化率（Ｈ
ｚ／秒）、マイクロ波伝播速度Ｃに基づき前記（１１式
に従ってスラグレベルＬを算出し、これを表示１１７ｎ
へ出力する外、これを予め入力しであるスラグレベルの
上限値ＬＬ１％及び下限値Ｌｄと比較し、Ｌｄ≦Ｌ≦Ｌ
ｕの条件を満たすか否かを判定し、スラグレベルＬがこ
の条件を超えたときは表示器７ｎに警報表示を行わせ、
また警報音を発せしめるべく信号を発すると共に、スラ
グレベルＬが上。

下限値間の間となるよう、スラグレベル影響要素である
０例えばランス高さ、送酸素置、ｗＩＪ原料投入量制御
すべく夫々ランス高さ設定器７ａ、送酸量設定器７ｂ、
副原料投入量設定器７０等に制御信号を出力するように
なっている。

また制御回路６は反射率検出回路３６から入力されたマ
イクロ波反射率Ｋ及び予め入力されている第１図（ロ）
に示す如きスラグ中のＴ−Ｆｅ濃度との関連データ等に
基づきスラグ滓化状況を検出し、この検出データを前記
表示器７ｎへ出力すると共に、予め吹錬時間と関連させ
て入力しであるスラグ滓化状況の基準パターンと比較し
てその偏差を求め、この偏差が一定以上になったとき、
偏差を解消すべくスラグ滓化状況の影響要素、例えば造
滓剤投入量等を制御するため造滓剤投入量設定器７慣に
制御信号を出力するようになっている。

更にａｍ回路６は上記した過程で求めたスラグレベルＬ
と反射率検出回路３６から入力されたマイクロ波反射率
にとを予め入力されているメロンピング発生防止上の限
界値と比較し、スラグレベルし、マイクロ波反射率Ｋが
ともに限界値を超えたときは直接スロッピング発生と判
定して表示器７ｎに警報表示させると共に、前述したス
ラグレベル影響要素を設定制御すべく各設定器７ａ等に
制御信号を出力するようになっている。

以上の如き原理、装置に基づく吹錬制御は、定常状態に
あっては予め経験的に求めた吹錬時間による経時変化を
伴った平均化パターンに基づいてランス高さ、副原料投
入、送酸量等の制御を行い、上述した如きスラグレベル
、スラグ滓化状況に異常が生じた際、またスロッピング
先住条件に達した場合には定常状態に復帰するまでの間
、作業者が表示器等を監視しつつ手動的に、或いは上記
実ｊ！ｉＮの如く自動的に各影響要素である、例えばラ
ンス高さ、送酸量、底吹ガス量、ダンパ開度の調節、或
いは副原料、造滓剤等の投入量、投入時期等の設定制御
を行えばよいこととなる。

次に本発明方法による吹錬制御の一例を具体的な数値を
掲げて説明する。対象として使用した転炉は１５０トン
ＬＤ転炉であって、これにて高炭素普通鋼の溶製を行う
過程での吹錬制御のものであって、第６図はそのスロッ
ピング発注防止の制御パターンを示している。第６図の
グラフは横軸に吹錬時間（％）を、また縦軸に炉口に対
するレベル（ｍ）、をとって示してあり、グラフ中Ａは
スラグレベル、Ｌｕ、　Ｌｄはスラグレベルの上、下限
値を、更にａは鎮静剤投入時点、ｂは造滓剤投入時点を
示している。このグラフに明らかなように、本発明方法
によりスラグレベルがその上限基準値以下または下限基
準値以上となるように送酸量、ランス高さ、底吹ガス量
、ダンパ開度を調節し、また鎮静剤、造滓剤を投入する
ことによって、スロッピング発生を防止できた。即ち、
スラグレベルが上限値を上回り、その反射率も考慮して
スロッピングが発生しそうな場合は、送酸量、底吹ガス
量及びダンパ開度を減じて、ＣＯガスの発生を抑え、ま
た吹錬の進行状況に応じて鎮静剤を投入し、スラグレベ
ルを低下させてスロッピングを防止する。

一方、スラグレベルが下限値を下回り、その反射率も考
慮して滓化状況が良好でない場合は、送酸量、底吹ガス
量、ダンパ開度を増し、ランスを上昇せしめ炉内反応を
元通させるとともに、吹錬の進行状況に応じて、特に吹
錬末期においては造滓剤を投入して滓化を促進させ、脱
燐不良を防止する。

また、この吹錬における溶製実績は表１に示すに略一致
しており、滓化状況も適切に保たれた。

なお上記制御例においては、制御因子のすべてに関して
その量またはタイミングの制御を行ったが、吹錬の進行
状況または経過時間に応じて１つまたはいくつかを組合
せて設定制御してもよい。

また本実施例においては、マイクロ波反射率を投射波と
反射波との混合波の振幅から検出したが、スラグレベル
とマイクロ波反射率との間には、第１図（ハ）に示す如
き相関関係が見られるものであるから、スラグレベルの
測定値を用いた′ＭｒＢだけでも十分効果が発揮される
。第１図（ハ）のグラフは横軸に吹錬時間を、また縦軸
には一側にスラグレベル（ｍ）を、また他側にマイクロ
波反射率（相対値）をとって示しており、グラフ中実線
スラグレベルを、また破線はマイクロ波反射率を示して
いる。

〔効果〕

以上の如く本発明方法においては、マイクロ波をスラグ
面に投射して、ここから反射されたマイクロ波を検出し
この検出信号に基づき算出したスラグレベル及びスラグ
面での反射率からスロッピング発生及び滓化良否を判定
する際、判定の基準となるスラグレベルの基準状態を転
炉炉内の吹錬状況に応じて、例えば吹錬初期から中期に
かけては相対的に低く、また末期においては相対的に高
く設定することにより、炉内の反応状況に応じた制御が
可能となってスロッピング発生を防止するとともに、充
分なスラグ滓化を実現して脱燐不良を防止し、また反射
率を考慮することによって、的確なスロッピング発生防
止が可能となり、鋼品質９歩留向上を図り得るといった
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いる混合波周波数、マイクロ波
反射率とスラグレベル、スラグ滓化状況、スロッピング
発生域との関係を示すグラフ、第２図は本発明方法の実
施状態を示す模式図、体３図はスラグレベルと反射率と
の関係を示すグラフ、第４図は本発明方法を実施する転
炉の模式的断面図、第５図はその制御系のブロック図、
第６図は本発明方法を用いたスロッピング防止制御の一
例を示すグラフである。 １・・・転炉　２・・・フード　３・・・ランス　４′
・・・マイクロ波スラグレベル計　５・・・アンテナ　
６・・・制御回路　７　ａ　ｒ　７　ｂ　＋　・・・７
ｗ・・・設定器　８・・・底吹羽口１０・・・マイクロ
波回路　２０・・・マイクロ波発生装置３０・・・信号
処理回路 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　人口Ｘ　　４コ［１＋　間　
（％　＞ 第６図 見＋涙周浪玖 （イ） （ロ） 吹ｆｉ吟聞（−） （ハ） も 蔦　２　図 スラクーＬ代ル（ｆｆｌ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、転炉内のスラグ面にマイクロ波を投射し、スラグ面
   から反射されたマイクロ波を捉えて投射波と反射波との
   混合波の周波数及びスラグ面でのマイクロ波反射率を算
   出し、これら算出値に基づいてスラグレベル及びスラグ
   滓化状況を検知する一方、スラグレベル及びスラグ滓化
   状況の許容限度を吹錬の進行に応じて変化する炉内の反
   応特性に基づいて予め設定しておき、検知したスラグレ
   ベル及びスラグ滓化状況を許容限度内に維持すべくこれ
   らの影響因子を設定制御することを特徴とする転炉の吹
   錬制御方法。 ２、転炉内のスラグ面にマイクロ波を投射し、スラグ面
   から反射されたマイクロ波を捉えて投射波と反射波との
   混合波の周波数を算出しこの算出値に基づいてスラグレ
   ベルを検知する一方、スラグレベルの許容限度を吹錬が
   初期から末期に進行するにつれて高い値に変化するよう
   に、炉内の反応特性に基づいて予め設定しておき、検知
   したスラグレベルを許容限度内に維持すべく、スラグレ
   ベルの影響因子を設定制御することを特徴とする転炉の
   吹錬制御方法。