JPWO2021106441A1 - 取鍋精錬処理の操業方法 - Google Patents

Abstract

溶鋼の取鍋精錬処理において、取鍋精錬処理後の溶鋼温度を精度よく推定する方途について提供する。溶鋼の取鍋精錬処理の操業中に前記溶鋼の温度を連続的に測定しつつ前記溶鋼の取鍋精錬処理を行う操業方法であって、前記溶鋼の連続測温期間内の前記取鍋精錬処理の終了予定時刻よりも早い時刻を判断タイミングとして定め、前記溶鋼の連続測温の開始から前記判断タイミングまでの、前記溶鋼の連続測温データにおける溶鋼温度の時間変化に基づいて、前記終了予定時刻における溶鋼温度を推定する。

Description

本発明は、溶鋼を取鍋に受け該取鍋内において脱ガス、脱炭、脱酸、脱硫、介在物の形態制御または成分調整（合金添加）などの仕上げ精錬を行う、取鍋精錬処理の操業方法に関する。

溶鋼の取鍋精錬処理、例えばＲＨ脱ガス処理、ＤＨ真空脱ガス処理、ＲＥＤＡ真空脱ガス処理、ＶＯＤ装置での真空脱ガス処理などの脱ガス処理において、処理中の溶鋼温度の変化を正確に把握し、該処理の終了温度の的中率を高めることは、脱ガス処理中の過剰な昇熱・冷却の実施、これら昇熱・冷却の実施にともなう、脱ガス処理時間の延長、および次工程である連続鋳造におけるΔＴ（溶鋼の過熱度）高による減速の発生、等の防止につながり、製鋼工程の生産性向上やコスト低減をもたらす。

上記した溶鋼温度の変化を正確に把握するため、製鋼工程で連続測温を導入する試みがなされている。例えば、特許文献１や特許文献２には、光ファイバー等を用いて溶鋼温度を連続的に測温し、精錬時の溶鋼温度を制御する方法が開示されている。また、特許文献３には、溶鋼温度と二次精錬終了時の目標温度との差を連続的に求め、この温度差とデータベースとして保有している昇熱効率に基づいて溶鋼に供給する酸素量を調整して、二次精錬終了時の溶鋼温度を目標値に制御する方法が開示されている。

特開昭63−203716号公報(第２頁) 特開平11−124618号公報(段落「0028」「0029」) 特開2010−217164号公報(段落「0042」)

しかし、これらの方法は、溶鋼温度の測定値と処理終了時の目標温度との差から昇熱および冷却の必要性を判断するものであり、必ずしも処理終了時の溶鋼温度が目標範囲内であることを保証するものではなかった。また、精錬工程中に昇熱や冷却を行ったために溶鋼温度の調整が必要になる場合があり、昇熱や冷却のタイミングによっては予定していた時間内に処理を終了することができず、処理時間の延長による生産ロスにつながる可能性がある。この処理時間について、上記した方法には言及するところがなく、予定時間内で処理を終了するための操業が希求されていた。

本発明は、溶鋼の取鍋精錬処理において、取鍋精錬処理後の溶鋼温度を精度よく推定する方途、さらには、その推定値を用いて予定処理時間を延長することなく処理後温度を目標範囲内に制御するための方途について提供することを目的とする。

本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は下記のとおりである。
（１）溶鋼の取鍋精錬処理の操業中に前記溶鋼の温度を連続的に測定しつつ前記溶鋼の取鍋精錬処理を行う操業方法であって、
前記溶鋼の連続測温期間内の前記取鍋精錬処理の終了予定時刻よりも早い時刻を判断タイミングとして定め、前記溶鋼の連続測温の開始から前記判断タイミングまでの、前記溶鋼の連続測温データにおける溶鋼温度の時間変化に基づいて、前記終了予定時刻における溶鋼温度を推定する取鍋精錬処理の操業方法。

（２）前記溶鋼の連続測温データが、連続測温用温度センサーの浸漬深さに応じて補正が施された値である前記（１）に記載の取鍋精錬処理の操業方法。

（３）前記溶鋼温度の推定値が前記終了予定時刻における溶鋼温度の目標範囲内にある場合は、前記判断タイミングにおける操業条件を前記終了予定時刻まで継続する、前記（１）または（２）のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。

（４）前記溶鋼温度の推定値が前記終了予定時刻における溶鋼温度の目標範囲よりも高い場合は、前記判断タイミングから前記終了予定時刻までの期間に、溶鋼温度を降下させる操作を行う、前記（１）または（２）のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。

（５）前記溶鋼温度の推定値が前記終了予定時刻における溶鋼温度の目標範囲よりも低い場合は、前記判断タイミングから前記終了予定時刻までの期間に、溶鋼温度を上昇させる操作を行う、前記（１）または（２）のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。

（６）前記判断タイミングが、前記終了予定時刻の３分前から８分前である前記（１）から（５）のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。

（７）前記溶鋼温度の推定値Ｔ_fを下記（１）式によって算出する前記（１）から（６）のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。
記
Ｔ_f＝BMA_td＋（BMA_td−BMA_td-α）／α×ｔ_r ・・・・・（１）
ただし、Ｔ_f：処理終了予定時刻における推定溶鋼温度（℃）
BMA_td：ｔ_dの時点における連続測温値の後方移動平均値（℃）
BMA_td-α：（ｔ_d-α）の時点における連続測温値の後方移動平均値（℃）
ｔ_d：溶鋼の連続測温の開始から判断タイミングまでの操業時間（分）
ｔ_d-α：ｔ_dよりα分前の、溶鋼の連続測温の開始からの操業時間（分）
ｔ_r：終了予定時刻における溶鋼温度の推定値の判明から終了予定時刻までの時間（分）

（８）前記αが、０．５分から２．０分である前記（７）に記載の溶鋼の取鍋精錬処理の操業方法。

（９）前記後方移動平均の範囲を、予め測定した溶鋼温度の連続測定値の変動周期に基づき決定する前記（７）または（８）に記載の溶鋼の取鍋精錬処理の操業方法。

（１０）前記連続測温用温度センサーの浸漬深さを、該連続測温用温度センサーの測定素子使用回数の増加とともに深くする前記（２）から（９）のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。

（１１）前記溶鋼の連続測温期間内の合金添加および／または酸素供給の終了後から前記判断タイミングまでのキルド処理中の、前記溶鋼の連続測温データにおける溶鋼温度の時間変化に基づいて、前記終了予定時刻における溶鋼温度を推定する、前記（１）から（１０）のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。

（１２）前記取鍋精錬処理がＲＨ脱ガス処理である、前記（１）から（１１）のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。

本発明により、取鍋精錬処理において、終了時点での溶鋼温度を精度よく推定することができる。この溶鋼温度の推定値を用いることによって、取鍋精錬処理における昇熱および冷却の必要性が適切に判断され、必要な場合は予定処理時間を延長することなく昇熱や冷却を実施することができる。以上の操作を行うことによって、取鍋精錬処理後の溶鋼温度が安定するため、後続の連続鋳造プロセスの生産性を落とすことなく操業できるという、効果も奏する。さらに、本発明では、取鍋精錬処理の操業中に溶鋼の温度を連続的に測定（連続測温）する際に、測定値の確度を維持したまま、連続測温用温度センサーの測定素子（溶鋼に浸漬する耐火物を被覆した温度測定素子部、以下プローブとも称する）の寿命を向上させることができ、連続測温の実施に伴う操業コストの上昇を最小限に抑えられる。

連続測温用プローブに関する、基準浸漬深さと実績浸漬深さとの差の単位量あたりの温度のオフセット量の求め方を示す図である。 連続測温用プローブの浸漬深さの調節手法を示す図である。 鉄スクラップを投入する温度下降操作を行った操業例を示す図である。 バッチ測温によりＲＨ脱ガス処理終了時の溶鋼温度の推定を行った操業例を示す図である。 本発明に従う操業におけるＲＨ処理後温度のトレンド推定値を示す図である。

さて、転炉や電気炉で溶製された溶鋼は、取鍋に出鋼され、この溶鋼を収容した取鍋を取鍋精錬装置に搬送し、取鍋内の溶鋼に取鍋精錬処理を施す。取鍋精錬装置としては、例えばＲＨ真空脱ガス装置、ＤＨ真空脱ガス装置やＶＯＤ装置などの真空脱ガス設備があり、真空脱ガス設備で取鍋内の溶鋼に脱ガス精錬が施される。脱ガス精錬では、高真空下における脱炭精錬、水素や窒素などの溶鋼中ガス成分除去のための精錬などが行われる。なお、脱ガス精錬以外の取鍋精錬処理では、脱硫剤を供給して行う脱硫精錬、攪拌力を利用した非金属介在物の除去精錬、成分調整のための精錬などの各処理を実施する。

脱ガス精錬処理が、連続鋳造工程の直前の工程である場合、この脱ガス精錬の処理中に、次工程の連続鋳造工程のタンディッシュ内における溶鋼の過熱度を所定の値とするべく、脱ガス精錬終了時の溶鋼温度を以下の手順によって決定し、決定した溶鋼温度に仕上げ、脱ガス精錬を終了する、必要がある。そして、脱ガス精錬終了後の溶鋼は、次工程の連続鋳造工程に搬送される。

本実施形態では、取鍋精錬処理のうち、脱ガス精錬処理についてＲＨ脱ガス処理装置を用いた脱ガス処理を例として説明する。ＲＨ脱ガス処理装置は、円筒容器状の真空槽と、真空槽の槽底から延びる円筒状の１対の浸漬管とを有する。
上記構成のＲＨ脱ガス処理装置を用いた脱ガス処理では、真空槽を下降させ、取鍋内に収容された溶鋼に浸漬管を浸漬させる。次いで、真空槽内を減圧とすることで、真空槽内の所定の高さまで溶鋼を吸い上げる。さらに、いずれか一方の浸漬管の内面からＡｒやＮ₂等のガスを吹き込むことにより、ガスが吹き込まれる側の浸漬管では溶鋼が上昇し、他方の浸漬管では溶鋼が下降する結果、溶鋼を還流させて脱ガス処理が進行する。このようにＲＨ脱ガス処理装置では、溶鋼が真空槽内を通過しながら還流することにより、溶鋼中のガス成分や不純物等が浮上し除去される。また、ランス等から真空槽内の溶鋼に酸素ガスを噴射することにより、溶鋼の脱炭などの酸化精錬や、溶鋼に投入したAlの酸化発熱を利用した溶鋼の昇熱が行われる。さらに、溶鋼を還流させた状態で、副原料投入シュートから合金鉄や副原料を真空槽内の溶鋼に添加することにより、溶鋼成分の調整などが行われる。

通常、ＲＨ脱ガス処理は、以下の手順で操業が行われる。
例えば、溶鋼の脱炭精錬を伴うＲＨ脱ガス処理は、転炉や電気炉で溶製された溶鋼を、未脱酸の状態で取鍋に出鋼し、この取鍋をＲＨ脱ガス設備に搬送し、取鍋内溶鋼に対して脱ガス精錬を施す。ＲＨ脱ガス処理の初期は、溶鋼中の炭素を溶存酸素と減圧下で反応させる脱炭を行う。この際、必要に応じランスから酸素ガスを供給することにより溶存酸素を増加させて脱炭を促進させる。このように、溶鋼が未脱酸の状態で行われる処理をリムド処理と呼ぶ。

次に、溶鋼中の炭素濃度が目標濃度まで低下したら、Al等の脱酸材を添加して溶鋼の脱酸を行う。その後、目標成分組成となるよう合金鉄を添加して成分調整を行い、ＲＨ脱ガス処理を所定時間継続し、溶鋼中成分濃度の均一化および脱酸生成物の浮上分離促進を図る。このような脱酸後の処理をキルド処理と呼ぶ。

また、溶鋼の脱炭精錬を伴わないＲＨ脱ガス処理の場合は、転炉や電気炉からの出鋼時に取鍋内で溶鋼を脱酸した後、この取鍋をＲＨ脱ガス設備に搬送する。この場合、ＲＨ脱ガス設備では、目標成分組成となるように合金鉄を添加して成分調整を行い、所定時間処理を継続する、キルド処理を実施する。

上記したＲＨ脱ガス処理では、（昇熱操作を行わなければ）キルド処理の進行に伴い溶鋼の温度が低下する。この温度低下量を適切に見積り、ＲＨ脱ガス処理後の溶鋼の温度を目標温度に対して精度よく合わせる必要がある。このため、ＲＨ脱ガス処理中の温度変化を正確に把握して温度低下量の見積り精度を向上させるとともに、処理後の溶鋼温度が目標範囲に収まらない予想が成立する場合は、それを修正する操作を早期に実施して、時間を延長することなく処理を終了する必要がある。

以上のことは、ＲＨ脱ガス処理以外の取鍋精錬処理においても同様である。すなわち、ＤＨ真空脱ガス処理、ＲＥＤＡ真空脱ガス処理、ＶＯＤ設備での真空脱ガス処理などの脱ガス処理や、ガスバブリング処理、大気下または減圧下での粉体吹込み処理、ワイヤー添加処理、アーク加熱を伴う取鍋精錬処理（いわゆるレードルファーネスでの処理）、などの取鍋精錬全般の処理において、溶鋼温度を上昇させる操作を行わなければ、各処理に伴う溶鋼温度の低下は不可避である。各処理中の温度変化を正確に把握して温度低下量の見積り精度を向上させるとともに、処理後の溶鋼温度が目標範囲に収まらない予想が成立する場合は、それを修正する操作を早期に実施して、時間を延長することなく処理を終了する必要がある。

本発明は、以上のＲＨ脱ガス処理を典型例とする取鍋精錬処理における操業上の課題を解消するために、まず、処理後の溶鋼温度を精度よく推定する方途を与え、さらには、その推定値を用いて予定処理時間を延長することなく処理後温度を目標範囲内に制御する方途を提供する。
以下、本発明の取鍋精錬処理としてＲＨ脱ガス処理を行い、ＲＨ脱ガス処理を施した溶鋼を鋳造する場合を例に、該ＲＨ脱ガス処理後の溶鋼温度を精度よく推定すること、ついで推定値を用いてＲＨ脱ガス処理を制御することの順に、詳しく説明する。

本発明では、ＲＨ脱ガス処理中の温度変化を正確に把握するため、溶鋼に対して連続測温を実施する。ここで、連続測温に用いる温度センサーとしては、耐火物被覆を施した熱電対や、光ファイバーと接続された放射温度計などが利用できる。測温位置は、各操業を通じ同一の位置であれば特に指定しないが、温度センサーの設置しやすさと温度センサーの熱や溶鋼流動に対する耐用性から、真空槽の外側で取鍋内溶鋼の表面に浸漬することが望ましい。

温度センサーとして耐火物被覆を施した熱電対を用いる場合、ＲＨ脱ガス処理の開始とともに、またはＲＨ脱ガス処理の開始後、連続測温用プローブ（耐火物被覆を施した熱電対の溶鋼に浸漬する部位）を取鍋内溶鋼の表層に浸漬して測温を開始し、ＲＨ脱ガス処理の終了まで測温を継続する。本発明では、ＲＨ脱ガス処理の初期の溶鋼温度は必ずしも必要としないが、被覆耐火物が溶鋼温度に到達して測温値が定常状態になるまで数分を要するため、熱電対の溶鋼への浸漬は、被覆耐火物の耐用性を満たす範囲で処理の初期から行うことが望ましい。

ここで、連続測温用プローブの浸漬深さは、耐火物被覆がなされた範囲で熱電対の先端が溶鋼内に確実に浸漬されている深さであれば、特に指定しない。ただし、取鍋内溶鋼はその表面から抜熱されるため、表層に温度分布が生じ、通常は、浸漬深さを深くすると測温値が高くなる。従って、連続測温用プローブによる溶鋼温度の測定値は、連続測温用プローブの浸漬深さに応じて補正されることが好ましい。

前記補正は、例えば、基準浸漬深さと実績浸漬深さとの差の単位量あたりの温度のオフセット量を求めておき、対象測定時における実績浸漬深さに対応したオフセット量を、測定値に一律加算または一律減算して補正する方法が採用できる。また、前記基準浸漬深さと実績浸漬深さとの差の単位量あたりの温度のオフセット量の求め方は、特に定めるものではないが、例えば、次に挙げる方法が採用できる。

すなわち、図１に示すように、１チャージの処理の期間中にプローブの浸漬深さを一定として一定期間連続測温を行った後、該プローブの浸漬深さを深く（図１中、ΔＬ）し、該変更後のプローブの浸漬深さのもと、さらに一定期間連続測温を行う。この際、プローブ浸漬深さ変更前の温度変化速度（時間当たりの温度変化量）、およびプローブ浸漬深さ変更後の温度変化速度にて、測定値をそれぞれ前方外挿、および後方外挿して、プローブ浸漬深さ変更中のタイミングにおける値（図１中、Ｔ₁およびＴ₂）を推定する。このようにして推定したプローブ浸漬深さ変更前後の温度変化（ΔＴ＝Ｔ₂−Ｔ₁）を該プローブの浸漬深さの変更量（ΔＬ）で除して、基準浸漬深さと実績浸漬深さとの差の単位量あたりの温度のオフセット量（ΔＴ／ΔＬ）とする。

ＲＨ脱ガス処理後の溶鋼温度の推定は、溶鋼のＲＨ脱ガス処理の開始以降のタイミングから同処理の終了まで溶鋼温度を連続的に測定しつつ、同処理の終了予定時刻よりも早い時刻を、同処理において加熱や冷却の調整操作（以下、単に調整操作ともいう）が必要であるか否かの判断をする時点、すなわち判断タイミングとして定め、前記ＲＨ脱ガス処理の開始以降のタイミングから前記判断タイミングまでの、溶鋼の連続測温データにおける溶鋼温度の時間変化に基づいて行う。

すなわち、ＲＨ脱ガス処理にあたり、例えばオペレータが調整操作要否の判断タイミングを定める。例えば、終了予定時刻の５分前、などと定める。このタイミングは、終了予定時刻における溶鋼温度の推定値をみてから、オペレータが溶鋼の昇熱あるいは冷却アクションをとって溶鋼の昇温あるいは降温が終了予定時刻までに完了するタイミングとすることが望ましく、終了予定時刻の３分前〜８分前と設定すると好適である。なぜなら、判断タイミングが終了予定時刻の３分前より短いと、終了予定時刻における溶鋼温度の推定時期が遅くなる。すると、溶鋼温度の推定値が目標範囲に収まらない予想となり、溶鋼の昇熱あるいは冷却アクションが必要になった場合、終了予定時刻までに脱ガス処理が完了せず、処理時間の延長をもたらす、可能性があるためである。一方、８分前より長くなると、終了予定時刻に対して、溶鋼温度の推定時期が早すぎ、その結果、終了予定時刻における溶鋼温度の推定精度が低下する、可能性があるためである。

なお、終了予定時刻とは、次工程である鋳造工程を決められた生産スケジュール通りに完了させるために、ＲＨ脱ガス処理を終了しなければならない時刻を意味し、具体的には鋳造工程からＲＨ脱ガス処理工程への要求に基づき決定される。ＲＨ脱ガス処理の終了時刻が遅れると、鋳造工程では鋳造開始時間を遅らせ、連々鋳（鋳造を中断せず、多数のヒートを連続的に鋳込むこと）の場合は、鋳造速度を落としてＲＨ脱ガス処理後の溶鋼の到着を待つ、などの操業変更が必要となるために、生産性が低下する。また、ＲＨ脱ガス処理の終了時刻が早まると、ＲＨ脱ガス処理後の溶鋼は取鍋に保持された状態で鋳造開始を待たねばならなくなる。この間、取鍋内の溶鋼の温度は低下するので、鋳造に必要な溶鋼の過熱度が確保できなくなる場合があり、最悪、取鍋内の溶鋼の全量を鋳造する前に鋳造を中止しなければならなくなることもある。

ＲＨ脱ガス処理が進行し、先に定めた判断タイミングに到達したら、その時点での溶鋼の連続測温データにおける溶鋼温度の時間変化に基づき、終了予定時刻の溶鋼温度を推定する。例えば、以下の方法に従って推定することができる。
まず、判断タイミングの１分前および判断タイミングにおける各溶鋼温度を、溶鋼温度の連続測温データからそれぞれ読みとり、これらの温度差から１分間当たりの溶鋼温度の変化量を求める。終了予定時刻まで先に求めた１分間当たりの溶鋼温度の変化量が変わらないとして外挿すれば、終了予定時刻の溶鋼温度が求められる。この計算はオペレータが行うこともできるが、プロセスコンピュータ等に連続測温値を取り込んで自動で計算させればよい。

終了予定時刻における溶鋼温度の推定は、上記の方法に限らず、下記の（１）式に従って行うこともできる。この（１）式を用いることによって、推定精度が向上するため、より好適である。
Ｔ_f＝BMA_td＋（BMA_td−BMA_td-α）／α×ｔ_r ・・・・・（１）
ただし、Ｔ_f：処理終了予定時刻における推定溶鋼温度（℃）
BMA_td：ｔ_dの時点における連続測温値の後方移動平均値（℃）
BMA_td-α：（ｔ_d-α）の時点における連続測温値の後方移動平均値（℃）
ｔ_d：溶鋼の連続測温の開始から判断タイミングまでの操業時間（分）
ｔ_d-α：ｔ_dよりα分前の、溶鋼の連続測温の開始からの操業時間（分）
ｔ_r：終了予定時刻における溶鋼温度の推定値の判明から終了予定時刻までの時間（分）

上記の（１）式を用いることによって、以下を考慮した溶鋼温度の推定を可能とするものである。
（Ａ）上記の調整操作要否を行う判断タイミングにおける溶鋼の連続測温値の時間変化として、該判断タイミングのα分前から判断タイミングまでの連続測温データにおける溶鋼温度の時間変化を用いる。
（Ｂ）上記の判断タイミング、および判断タイミングのα分前の連続測温値の代表値として、それぞれx分間の後方移動平均値を用いる。

連続測温データにおける溶鋼温度値（以下、連続測温値と示す）は、溶鋼流動等の外乱やノイズの影響を受けて変動しながら推移する。このため、あるタイミングにおける溶鋼温度の時間変化を求める際、微小時間に対する変位より算出すると、必ずしも正確な値を示さない場合がある。従って、α分の期間に対する溶鋼温度の時間変化として算出することが望ましい。ここで、αを０．５分〜２．０分とすることが好適である。なぜなら、αが０．５分より短いと上記の連続測温値の変動を吸収できず、αが２．０分より長いと、それまでに行った、例えば合金鉄投入等の操業アクションの影響が残存して溶鋼温度の挙動が安定していない場合があるからである。

また、判断タイミングにおける溶鋼温度の代表値、および判断タイミングのα分前における溶鋼温度の代表値として、それぞれのタイミングの瞬時値を採用すると、必ずしも正確な値を示さない場合がある。これを回避するため、各々のタイミングにおける溶鋼温度の代表値として、それぞれx分間の後方移動平均値を用いることが望ましい。このようにすることにより、ノイズ等により測定値が周期変動することなどによる影響を最小限に抑えることができる。
なお、移動平均の区間xは、予め溶鋼温度の連続測定を行い、測定値の変動周期の有無および周期変動があればその周期を考慮して少なくとも１周期以上の期間となるよう決定することが望ましい。また、溶鋼環流時間（取鍋内の溶鋼が真空脱ガス槽を通って、再び取鍋に戻るまでの時間）以上の期間を移動平均区間としてもよい。ただし、移動平均区間を長くとりすぎると、合金鉄添加や酸素供給等、溶鋼温度に非定常な変化を及ぼす操作を行った時期が移動平均区間に含まれる場合がある。その場合、処理終了時の溶鋼温度の推定値の推定精度の低下をもたらす可能性があるので、キルド処理の期間の連続測温データで移動平均が算出できるよう、移動平均区間を設定するとよい。

上記に従って終了予定時刻における溶鋼温度の推定値（以下、単に推定値ともいう）が得られたら、その推定値が予め定めた目標温度範囲内であるか否かで、オペレータは次に行うべきアクションを判断する。
すなわち、推定値が予め定めた目標温度範囲よりも高ければ、判断タイミングから終了予定時刻までの期間に、溶鋼温度を降下させる操作を行う。ＲＨ脱ガス処理において溶鋼温度を降下させる操作としては、溶鋼に粒度調整した鉄スクラップを投入して溶解させ、鉄スクラップの顕熱及び潜熱を利用して溶鋼温度を降下させる方法がある。

一方、終了予定時刻における溶鋼温度の推定値が予め定めた目標温度範囲よりも低ければ、判断タイミングから終了予定時刻までの期間に、溶鋼温度を上昇させる操作を行う。溶鋼温度を上昇させる操作としては、溶鋼に金属Ａｌを添加するとともに酸素ガスを供給し、酸素ガスによるＡｌの燃焼熱を利用して溶鋼温度を上昇させる方法がある。さらには、鋼種により金属Ａｌの代わりに金属Ｓｉやフェロシリコンを用いても良い。また、真空脱ガス槽に溶鋼加熱が可能なバーナーが装備されているＲＨ脱ガス設備であれば、溶鋼の清浄性を損なわない範囲で、このバーナーを使用して溶鋼を加熱しても良い。

また、終了予定時刻における溶鋼温度の推定値が予め定めた目標温度範囲内であれば、判断タイミング以降終了予定時刻まで、上記の溶鋼温度を降下させる操作および溶鋼温度を上昇させる操作のいずれも行うことなく、そのまま操業を継続する。

ここで、上記の予め定めた目標温度範囲は、次工程である鋳造工程から指定される溶鋼温度範囲である。一般に鋳造工程では、鋳片の割れなどの欠陥の発生や、ブレイクアウトや鋳造中止などのトラブルなく連続鋳造機の機端までに鋳片全厚の凝固を完了させられるよう、鋼種に応じた適正な鋳造温度範囲（溶鋼過熱度範囲）を定めて操業を行なっている。そのため、鋳造工程は、鋳造段階の（鋳込み予定時刻での）溶鋼過熱度が上記の適正な鋳造温度範囲内となるよう、鋳造開始までの見込み時間を考慮してＲＨ脱ガス処理終了時の目標温度範囲を指定する。目標値の範囲は、鋼種や操業状況により異なるが±３℃以内であることが多い。ＲＨ脱ガス処理終了時の温度が目標範囲より高いと、鋳造工程は、鋳造開始時間を遅らせ、鋳造速度を落とすなどして溶鋼温度が高くてもブレイクアウト等なく操業が行なえるよう操業条件を変更するので生産性が低下する。また、ＲＨ脱ガス処理終了時の温度が目標範囲より低いと、鋳造に必要な溶鋼過熱度が確保できなくなる場合があり、最悪、取鍋内の溶鋼の全量を鋳造する前に鋳造を中止しなければならなくなることもある。

ところで、連続測温用プローブは、使用回数を重ねるにつれ、耐火物被覆がなされた部分のうち、浸漬された際にスラグに接触する部位（スラグライン）が局所的に溶損する。スラグライン部位の耐火物被覆が溶損してその影響がプローブ内部に及ぶと、内部の熱電対も断線する。そのため、連続測温用プローブの寿命向上を図るには、スラグライン部位の耐火物被覆寿命を向上させることが肝要である。対策として、耐火物被覆の厚みを厚くする、あるいは耐火物材質を耐溶損性の高いものに変更するという方法を取っても良いが、これらの方法では連続測温用プローブのコスト増加や熱スポーリングのリスクが増加する場合もある。

本発明に係るＲＨ脱ガス処理の操業方法では、連続測温用プローブの浸漬深さを、当該プローブの使用回数の増加とともに深くするという方法を採用することができる。この方法では、例えば図２に示すように、新品の連続測温用プローブの使用開始時は、耐火物被覆がなされた部分が溶鋼温度の測定に支障のない最低限程度の浸漬深さとなるように、連続測温用プローブを浅く浸漬させて使用し、図２の矢印に示すように、使用回数の増加とともに連続測温用プローブの浸漬深さを深くして使用する。このようにして、連続測温用プローブの耐火物被覆がなされた部分のうち、スラグラインにあたる部位を分散して使用することにより、耐火物被覆の局所的な溶損を防止し、連続測温用プローブの寿命向上が可能になる。発明者は、上記方法を採用することにより、採用しない場合に比べて、10ch〜20chほどプローブ寿命が向上することを確認している。ここで、連続測温用プローブの浸漬深さを、当該プローブの使用回数の増加とともに深くする場合、当該プローブによる溶鋼温度の測定値は、当該プローブの浸漬深さに応じて補正されることが好ましい。

転炉で脱炭した300〜340トンの溶鋼を取鍋に受け、ＲＨ脱ガス装置を用いた溶鋼のＲＨ脱ガス処理を行った。処理実施時には、溶鋼に連続測温装置を浸漬し、測定された温度データに基づいて溶鋼温度の推定を行った。連続測温により、溶鋼温度の値を１秒ごとに観測した。また、溶鋼温度の推定は、以下の式（１）に従って行った。その推定した溶鋼温度を表１に示す。
Ｔ_f＝BMA_td＋（BMA_td−BMA_td-α）／α×ｔ_r ・・・・・（１）
ただし、Ｔ_f：処理終了予定時刻における推定溶鋼温度（℃）
BMA_td：ｔ_dの時点における連続測温値の後方移動平均値（℃）
BMA_td-α：（ｔ_d-α）の時点における連続測温値の後方移動平均値（℃）
ｔ_d：溶鋼の連続測温の開始から判断タイミングまでの操業時間（分）
ｔ_d-α：ｔ_dよりα分前の、溶鋼の連続測温の開始からの操業時間（分）
ｔ_r：終了予定時刻における溶鋼温度の推定値の判明から終了予定時刻までの時間（分）

上記の操業では、発明例として、上式（１）におけるｔ_dを処理終了予定時刻の５分前に対応する値、αを１分とし、xを０分または２分として処理終了時の溶鋼温度を推定した。なお、xを０分とした場合は、移動平均を取らない場合に相当する。

表１は、ＲＨ脱ガス処理における連続測温適用中に、本発明により処理後温度を推定した結果を示している。表１に示す通り、発明例１から３は、処理終了５分前の推定値はすべて目標値±２℃の目標温度範囲内にあったため、昇熱および冷却による調整を行わなかった。実際のＲＨ脱ガス処理の終了時の溶鋼温度の実績値も同様に目標値±２℃の範囲内に収まっており、推定式および調整実施の判断に誤りのなかったことが示された。

一方、発明例４および５は、処理終了５分前の推定値が目標値±２℃の目標温度範囲から外れていたため、発明例４については、鉄スクラップを投入する温度下降操作を行い（図３参照）、発明例５については、Ａｌを投入して酸素吹精する温度上昇操作を行った。その結果、実際のＲＨ脱ガス処理の終了時の溶鋼温度の実績値を目標値±２℃の範囲内に収めることができた。

また、比較として、連続測温を行わずに、非連続の測温（バッチ測温）により、ＲＨ脱ガス処理終了時の溶鋼温度の推定を行った（図４参照）。具体的には、処理終了５分前でバッチ測温を行い、得られた測定値を各種操業データ(前工程からRH処理までの時間、取鍋の温度等)に基づく推定式に代入してＲＨ脱ガス処理終了時の溶鋼温度の推定値を算出したところ、1590℃であった。1590℃であれば目標値±２℃を満たすので、溶鋼温度の上昇操作または下降操作は行わず、予定通りの時間で処理を終了すべく操業を継続した。しかし、目標処理終了時刻の１分前に再度バッチ測温を行うと、想定よりも温度が５℃高かった。このため、処理時間を３分延長することにより溶鋼を冷却し、目標温度1589℃に合わせた。

また、図５に、以下の（ａ）から（ｆ）の手順に従う操業における、ＲＨ処理後温度のトレンド推定値を示す。
（ａ）操業開始時点で予定処理時間は17.5分。
（ｂ）判断タイミングを操業開始後12.5分およびαを１分と決定して操業を開始。同時に、連続測温も開始。
（ｃ）予定通りに操業が進行したので、操業開始後12.5分が経過した時点にて、操業開始後11.5分および操業開始後12.5分の移動平均区間を２分とする、後方移動平均値を算出。
（ｄ）これらの後方移動平均値より、上記した（１）式を用いて操業開始後17.5分の溶鋼温度推定値を算出。
（ｅ）前記（ｄ）で求めた推定値は1573.8℃で、目標値（1572.0℃）±２℃の範囲に入ると予想されたことから、そのまま17.5分で操業を終了。
（ｆ）操業終了時点の実績の溶鋼温度は1573.0℃であり、連続測定による推定値は高精度での推定であることを確認。

なお、図５において、灰色のプロットはｘ＝０、黒色のプロットはｘ＝２とした場合の推定値を示している。移動平均をとらない灰色のプロットでは、おおよそ２分の周期でバラついているのに対し、２分の幅で移動平均をとった黒色のプロットでは、そのバラつきを抑えることができ、精度良く温度を推定できたことがわかる。

ここで、本発明は、上記したＲＨ脱ガス処理に限らず、例えば、ガスバブリング処理にも適用可能である。具体的には、転炉出鋼後、ガスバブリング処理を行なって鋳造する鋼種において、ガスバブリング処理中の連続測温を行い、実施例１と同様に上記の式（１）を用いてガスバブリング処理終了時の溶鋼温度の推定を行うことができる。
ガスバブリング処理では昇熱手段がないため、溶鋼温度が目標下限を下回ると鋳造できなくなる。このため従来は、出鋼温度を高めにし、ガスバブリング処理中に冷材投入を行ってガスバブリング処理後の温度を目標温度に合わせる対応をとっていた。しかし、冷材投入量は、経験から予測される温度降下量を元に決定しているため、その予測よりも温度降下量が小さかった場合は、処理時間を延長して溶鋼を冷却することもあった。

ヒートサイズが340ｔの溶鋼に、400L/minのArガスを吹き込んで行う、予定処理時間が10分のガスバブリング処理に本発明を適用すると、例えば、上記の式（１）におけるｔ_dを処理終了予定時刻の３分前に対応する値、αを１分とし、xを２分として処理終了時の溶鋼温度を推定すると、実施例１と同様に正確な推定値が得られる。これにより、ガスバブリング処理において、溶鋼温度の下げ過ぎを懸念せず適正量の冷材を投入することが可能になり、処理時間を延長して溶鋼を冷却するケースが減少する。

転炉で脱炭した300〜340トンの溶鋼を取鍋に受け、ＲＨ脱ガス装置を用いた溶鋼のＲＨ脱ガス処理を行った。処理実施時には、溶鋼に連続測温装置を浸漬し、測定された温度データに基づいて溶鋼温度の推定を行った。連続測温用プローブによる連続測温は、実施例１での浸漬深さから300mm深い条件で行った。なお、実施例１の条件より連続測温用プローブの浸漬深さが300mm深くなったことによる温度のオフセット値は1.1℃であることを、予め確認している。その他の操業条件および連続測温の条件は、実施例１と同様である。

表２は、ＲＨ脱ガス処理における連続測温適用中に、本発明により処理後温度を推定した結果を示している。表２に示す通り、発明例６から８は、処理終了５分前の推定値に、浸漬深さが300mm深くなったことによる温度のオフセット値である1.1℃を引いて推定値を補正した。その結果、補正後の推定値はすべて目標値±２℃の目標温度範囲内にあったため、昇熱および冷却による調整を行わなかった。実際のＲＨ脱ガス処理の終了時の溶鋼温度の実績値も同様に目標値±２℃の範囲内に収まっており、推定式と値の補正、および調整実施の判断に誤りのなかったことが示された。

Claims (12)

1. 溶鋼の取鍋精錬処理の操業中に前記溶鋼の温度を連続的に測定しつつ前記溶鋼の取鍋精錬処理を行う操業方法であって、
   前記溶鋼の連続測温期間内の前記取鍋精錬処理の終了予定時刻よりも早い時刻を判断タイミングとして定め、前記溶鋼の連続測温の開始から前記判断タイミングまでの、前記溶鋼の連続測温データにおける溶鋼温度の時間変化に基づいて、前記終了予定時刻における溶鋼温度を推定する取鍋精錬処理の操業方法。
2. 前記溶鋼の連続測温データが、連続測温用温度センサーの浸漬深さに応じて補正が施された値である請求項１に記載の取鍋精錬処理の操業方法。
3. 前記溶鋼温度の推定値が前記終了予定時刻における溶鋼温度の目標範囲内にある場合は、前記判断タイミングにおける操業条件を前記終了予定時刻まで継続する、請求項１または２に記載の取鍋精錬処理の操業方法。
4. 前記溶鋼温度の推定値が前記終了予定時刻における溶鋼温度の目標範囲よりも高い場合は、前記判断タイミングから前記終了予定時刻までの期間に、溶鋼温度を降下させる操作を行う、請求項１または２に記載の取鍋精錬処理の操業方法。
5. 前記溶鋼温度の推定値が前記終了予定時刻における溶鋼温度の目標範囲よりも低い場合は、前記判断タイミングから前記終了予定時刻までの期間に、溶鋼温度を上昇させる操作を行う、請求項１または２に記載の取鍋精錬処理の操業方法。
6. 前記判断タイミングが、前記終了予定時刻の３分前から８分前である請求項１から５のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。
7. 前記溶鋼温度の推定値Ｔ_fを下記（１）式によって算出する請求項１から６のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。
   記
   Ｔ_f＝BMA_td＋（BMA_td−BMA_td-α）／α×ｔ_r ・・・・・（１）
   ただし、Ｔ_f：処理終了予定時刻における推定溶鋼温度（℃）
   BMA_td：ｔ_dの時点における連続測温値の後方移動平均値（℃）
   BMA_td-α：（ｔ_d-α）の時点における連続測温値の後方移動平均値（℃）
   ｔ_d：溶鋼の連続測温の開始から判断タイミングまでの操業時間（分）
   ｔ_d-α：ｔ_dよりα分前の、溶鋼の連続測温の開始からの操業時間（分）
   ｔ_r：終了予定時刻における溶鋼温度の推定値の判明から終了予定時刻までの時間（分）
8. 前記αが、０．５分から２．０分である請求項７に記載の溶鋼の取鍋精錬処理の操業方法。
9. 前記後方移動平均の範囲を、予め測定した溶鋼温度の連続測定値の変動周期に基づき決定する請求項７または８に記載の溶鋼の取鍋精錬処理の操業方法。
10. 前記連続測温用温度センサーの浸漬深さを、該連続測温用温度センサーの測定素子使用回数の増加とともに深くする請求項２から９のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。
11. 前記溶鋼の連続測温期間内の合金添加および／または酸素供給の終了後から前記判断タイミングまでのキルド処理中の、前記溶鋼の連続測温データにおける溶鋼温度の時間変化に基づいて、前記終了予定時刻における溶鋼温度を推定する、請求項１から１０のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。
12. 前記取鍋精錬処理がＲＨ脱ガス処理である、請求項１から１１のいずれかに記載の取鍋精錬処理の操業方法。

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