JPS63227709A - スロツピング予知方法 - 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〕 本発明は鋼の精錬中に発生するスラグ及び溶鋼の逸出現
象、所謂スロッピングを予知する方法に関する。

〔従来技術〕

精錬炉、例えば転炉における溶鋼の精錬は、転炉の炉口
から炉内にランスを鉛直挿入し、該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税炭し、更に転炉
内に投入された造滓剤が滓化して生成した溶融スラグと
の反応によって税燐、脱硫作用を営ませることにより行
われるが、この滓化の過程でスラグ組成、粘性、酸素ポ
テンシャル等の条件によりスラグがフォーミングし、こ
れが進行するとスラグ及び溶鋼の逸出現象、所謂スロッ
ピングが発生することがある。このスロフピングが発生
すると溶鋼成分、製鋼歩留り等に大きく影響し、また吹
錬制御効率の低下、スラグラインの耐火物の溶損等の弊
害を招来するので極力これを抑制する必要がある。

転炉の吹錬中のスラグレベルを把握してスロッピング発
生を予知する方法として音響測定法（特開昭５３−４５
６１５号）、振動測定法（特開昭５３−７７８１６号）
、炉内圧測定方法、マイクロ波測定方法（特開昭５３−
１１８１６１号）等が公知である。音響測定法は吹錬中
に炉内より発生する音響を把えてその減衰の程度により
スラグレベルを推定してスロッピング発生を予知する方
法であり、振動測定法は吹錬のランス又は炉体各部の振
動を測定してその振動の程度によりスラグレベル又はス
ラグの状態を推定してスロッピング発生を予知する方法
であり、炉内圧測定法は吹錬中の炉内圧力の変動を測定
してその変動の程度によりスラグレベルを推定してスロ
ッピング発生を予知する方法であり、マイクロ波測定法
は吹錬中に炉内へマイクロ波を直接投射して門レーダの
原理によりスラグレベルを直接測定してスロッピング発
生を予知する方法である。

上述した音響測定法、撮動測定法、炉内圧測定法はいず
れも間接的測定法であり、スラグレベル及びスラグの状
態を定量的に把握することができず、スロッピング発生
の予知精度が低い。

以上の如き予知方法の改善を図るべく、本発明者等はマ
イクロ波を用いて測定したスラグレベル及びスラグ面で
のマイクロ波反射率と、予め設定したスラグレベル及び
反射率のスロッピングが発生するスロッピング予知レベ
ルとを比較してスロッピングを予知する方法を既に提案
した（特開昭５８−２８６５４号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記特開昭５８−２８６５４号のスロッピング予知方法
は、測定したスラグレベル及び反射率が予め設定したス
ラグレベル及び反射率のスロッピング予知レベルを超え
た場合に、スロッピング発生を予知する方法であって、
スラグレベルに基づくスロッピング予知レベルは吹錬期
間中、一定としている。

しかし、浸炭反応による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、浸炭反応の最盛期で
あり、ＣＯガス発生が多いが、吹錬末期は浸炭酸素効率
が低下し、ＣＯガス発生が少ない、即ち、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、このレベルが吹錬末期に
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、従ってスロッピング予知レベルを吹錬期間中
、一定とした場合、吹錬初期から中期にがけてのスロッ
ピング予知レベルとスラグレベルとの関係から定めたス
ロッピング予知レベルであっては、吹錬末期においてス
ロッピングが発生しないもに拘わらず、発生を予知して
しまうといった過Ｉ１１検知を生じ、スラグレベルの制
御が必要以上に行なわれ、吹錬末期における滓化不足を
招きかねず、また逆に吹錬末期を基準として定めたスロ
ッピング予知レベルであっては、吹錬初期から中期にか
けてのスロッピングを予知しきれないという問題点があ
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、吹錬の進行に応じて変化する炉内反応状況
に即したスロッピング予知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からスラグレベルを測定する一方
、それとの比較結果によってスロッピング発生を予測し
得る基準値を、吹錬の進行に応じて変化する炉内の反応
特性に基づいて変化するように予め設定しておき、測定
した値と基準値とを比較してスロッピングを予知するこ
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
グレベルとスラグ面での反射率を測定する一方、それと
の比較結果によってスロッピングを予測し得るスラグレ
ベルと反射率との基準値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、測定した
値と基準値とを比較しスロッピングを予知する。

〔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振幅から、スラグレベル
及びスラグ面でのマイクロ波反射率を測定する一方、そ
れとの比較結果によりスロッピングの発生を予測し得る
基準値を、吹錬初期、中期、末期等における炉内の反応
変化に基づき予め設定しておき、測定値が基準値を超え
ると警報を発令する等してスロッピングを予知する。

〔実施例〕

以下、本発明方法をその実施例を示す図面に基づき詳述
する。第１図は本発明方法を実施する上吹転炉の構成を
示す模式図であって、図中１は転炉、２は庚ガス収集用
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
の溶＃ｌｌｌＩｃ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計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
用のジャケット５ａ内に装着されており、図示しない導
波管、マイクロ波回路ｌＯ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、マイクロ波スラグレベル計４は、投射波及び反射
波から検出した間波数信号及び反射率を演算回路６へ出
力し、演算回路６は、これら検出信号と予め設定された
スロッピング予知レベルとを比較し、比較結果に応じて
警報器７へ信号を送る。警報器７は、送られた信号に基
づき、警報ブザ−、警報ライト、ｗ報表示等によって吹
錬者にスロッピングを予知せしめる。

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２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ｍ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
〜１０００ＧＨｚ　）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Ｔ
ｌｌ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ＩＯ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．　　サーキュレータ１２
．　　ｔキサーエ３及び可変減衰器Ｉ４によるブリッジ
回路からなるものであり、ミキサー１３にて投射波信号
と反射波信号とが混合され、混合波信号が信号処理装置
３０の前置増幅１１３１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に入力
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、検出周波数信号を演算回路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（３）式中の’Ａ　（ｔ＋ｉ　＋Ｕ
３　）等が除去された後、波形成形回路３３に入力せし
められる。波形成形回路３３には変調発振器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
形成形回路３３にて整流れ、平滑化されてその振幅Ｕ１
．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３６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、この検出データを演算回路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から後述（３）式で示しているように次式で
表わされ、 Ｐ−％　（Ｕ７　＋Ｕ（＋２ＵＩ　Ｕ２ｃｏｓ　　（（
ｄｌ　　ａ１２　）　　ｔ）投射波のＵｌの振ｌ／ｉｉ
Ｕ　）が一定である場合は、混合波Ｐの振幅ＵＩＵ２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。

演算回路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及び予め値のわかっている周波数変化率ｆ
　（Ｈｚ／秒）、マイクロ波伝播速度Ｃに基づき後述す
る（５）式に従ってスラグレベルＬを算出し、これを演
算回路６に予め入力しであるスラグレベルのスロッピン
グレベルＳと比較し、Ｌ≦Ｓ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、警報
器７へ警報発令の指示信号を与え、警報器７は、ブザー
ライト。

表示画面等を用いて吹錬者にスロッピングを予知せしめ
る。

本発明におけるスラグレベルのスロッピング予知レベル
につき説明する。経験的に得られた吹錬経過データから
、例えば吹錬初期においては、スラグレベルが炉口から
一３ｍの高さを超えるとスロッピングが発生するが、吹
錬末期においては、−２ｍの高さまでスロッピングの発
生は見られないといった場合に、スラグレベルのスイッ
チング予知レベルＳＬは、第３図に示す如く、吹錬初期
から中期にかけては炉口から一３ｍのレベル、また吹錬
末期においては一２ｍとなるべく設定する。

このスロッピング予知レベルは、吹錬初期において相対
的に低く、末期に及ぶに従い相対的に高い値に設定する
という原則にのっとったものであれば、第３図に示す如
きパターンに限らず、吹錬経過に応じて徐々に上昇して
もよく、また吹錬時間を適当数のブロックに分割し、ブ
ロック毎の予知レベルを一定としてもよい、レベル値は
、経験的に得た値を設定すればよく、さらに、溶製鋼種
。

溶銑成分、炉回数等により変更すればよい。

次に投射波と反射波との周波数から反射率を算出する方
法及び反射率とスロッピング発生の関係について説明す
る。一般に物体に投射されるマイクロ波ｕ１及び物体か
ら反射されるマイクロ波ｕ２を ＋Ｉ−Ｕ１ｃｏｓ　　（２πｆｌ　　ｔ−φ１　　）　
　　＝（ｌ）ｕ２　　＝Ｕ２　ｃｏｓ　　（２πｆ２　
ｔ−φ２　）　　　−（２）但し、Ｕｌ　：投射波振幅 ｆ、：投射波周波数 φ１　：投射波位相角 Ｕ２　：反射波振幅 ｆ２　：反射波周波数 φ２　：反射波位相角 ｔ：時間 と表した場合、投射波と反射波のうなり波Ｐは次式で表
される。

Ｐ−’Ａ　ＣＵＩ　＋Ｕ３　＋２ＵＩ　Ｕ２ＣＯ３（２
π（ｆ、−１２）ｔ−φ）〕・・・（３）但し、φ：う
なり波位相角 また投射波の周波数ｆ１と反射波の周波数ｆ２との間に
は 但し、Ｘ：アンテナから物体面までの距離Ｃ：マイクロ
波伝播速度 ｆ：反射による周波数変化率 の関係があるのでうなり波Ｐの周波数ｆｂは・　２ｘ ｆｂ−ｆ　、　−ｆ　２−　ｆ　−−（５）となり、ア
ンテナから物体までの距離Ｘに比例する。またうなり波
Ｐの振＠Ｕは −２ｒＵイ・・・（６） 但し、ｒニスラグ面でのマイクロ波の反射率となり、物
体に対するマイクロ波の反射率に比例する。

従ってマイクロ波をスラグに向けて発する場合、その投
射波とスラグ表面におけるそのマイクロ波反射波とのう
なり波からスラグレベル及びスラグ表面におけるマイク
ロ波反射率を凛定することができる。即ち前述の周波数
検出回路３５はうなり波の間波数ｆｂを計測するもので
あるから、その出力からスラグレベルに関するデータが
得られ、また波形成形回路３３からはスラグ表面におけ
るマイクロ波反射率に関するデータが得られることにな
る。

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４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で
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しめす場合等があり、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、スラグの滓化が進行し、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、滓化状況が良好であって反射率が低
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によりス
ロッピング予知を補足することによって、より的確なス
ロッピングの予知が可能となる。

即ち、前述の如くに与えられるマイクロ波反射率は、第
５図（イ）に示す如く、スラグ滓化状況を表わすスラグ
中のＴ、Ｆｅ？１１度と所定の関係にあり、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。さらに第５図（ロ）に示す如きスラグレベル
と反射率との関係においては、斜線で示すスロッピング
発生領域は、スラグレベルが所定値以上であって反射率
が所定値以下の場合に発生することが経験的に知られる
。従って、この反射率の所定値を反射率のスロッピング
予知レベルとして設定し、測定したスラグレベルがその
スロッピング予知レベルより高く、且つ反射率がそのス
ロッピング予知レベルより低い場合に、スロッピング発
生を予知する。

但し、スラグ面でのマイクロ波反射率は、吹錬末期では
スラグ滓化が進行し、一般的に低い値であり、そのスラ
グレベルが所定値を超えた場合であっても脱炭酸素効果
率が低下しているためＣＯガスが発生が少なくスロッピ
ング発生にはつながらない。従って反射率を用いてスラ
グレベルによるスロッピング予知を補足する効果が薄い
。

従って、スラグレベルと反射率との両スロッピング予知
レベルに基づきスロッピングを予知するのは吹錬初期が
ち中期までの、スロッピング発生がスラグレベルのみで
は把握しきれない段階において行い、その予知精度を向
上させるとともに、吹１末期においては、スラグレベル
のスロッピング予知レベルのみの簡略な方法によってス
ロッピング予知を行い、スロッピング発生に対する早急
な予防処置の実行を可能とする。

さらに本発明方法によるスラグレベルのスロッピング予
知レベルを用いてスロッピング予知を行った結果を第６
図のグラフに示した。このグラフから明らかな如く、本
発明方法によれば、スロッピング予知警報とスロッピン
グ発生が一致している。従って、本発明方法を実施して
、スロッピング予知ｉ報がブザー、ライト、表示等によ
って発令されれば、手動的または自動的に、スロッピン
グを防止すべく、鎮静剤の投入、送酸量の減少。

ランス効果によるハードブロー等を実施し、スロッピン
グを未然に防止することが可能となる。

なお、反射率のスロッピング予知レベルは、一定値に限
らず、鋼種、吹錬条件等により変更してもよく、また吹
錬の時間経過につれて変化させてもよい。

〔効果〕

本発明方法は、スラグレベルのスロッピング予知レベル
を吹錬の進行に応じて初期は相対的に低く、末期に至る
につれて高いというような変化していく値に設定するこ
とにより、スロッピングの過剰予知または予知の不完全
実施といった予知むらを無くして予知精度を高め、さら
に吹錬の初期から中期にかけて、スラグ面でのマイクロ
波反射率にもスロッピング予知レベルを設け、スラグレ
ベルと反射率との両スロッピング予知レベルを用いて確
実なスロッピング予知を実現し、製鋼歩留りの向上を図
るとともに製鋼施設の損傷を防止するといった優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する転炉の模式図、第２図は
マイクロ波スラグレベル計の回路図、第３図は本発明方
法のスロンピング予知しベル設定例を示すグラフ、第４
図はスラグレベル、反射率及びスロッピング発生の有無
の関係を示すグラフ、第５図は反射率とＴ、　Ｆｅ濃度
との関係を示すグラフ、第６図は本発明の実施態様を示
すグラフである。 １・・・転炉　４・・・マイクロ波レベル計　５・・・
アンテナ　６・・・演算回路　７・・・警報器　１０・
・・マイクロ波回路　２０・・・マイクロ波発生回路　
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　　夫第　Ｇ　酊 纂　２　旧 χ÷γしへ４＋、し　（ｗｌ） マイクロ淳旦射＊　（１対蓮） （イ） 第　５　図 ０．６　　０，７　　　０，８　　　０，９　　　１０
マイクロ液戻肘皐（相対遁） （ロ） 算　５　図

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
   混合波の周波数からスラグレベルを測定する一方、それ
   との比較結果によってスロッピング発生を予測し得る基
   準値を、吹錬の進行に応じて変化する炉内の反応特性に
   基づいて変化するように予め設定しておき、測定した値
   と基準値とを比較してスロッピングを予知することを特
   徴とするスロッピング予知方法。 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
   混合波の周波数及び振幅から、スラグレベル及びスラグ
   面でのマイクロ波反射率を測定する一方、それとの比較
   結果によってスロッピング発生を予測し得る基準値を、
   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
   変化するように予め設定しておき、測定した値と基準値
   とを比較してスロッピングを予知することを特徴とする
   スロッピング予知方法。