KR20230098852A - 전로의 조업 방법 및 전로의 취련 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

다이나믹 제어로의 수정에 의해, 취련 분사 정지 시의 용강의 온도 및 성분을 목표값에 적중시키는 것이 가능한 범위로, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도를 제어하기 위한 전로 조업 방법을 제공한다. 스태틱 제어와 다이나믹 제어를 이용하여, 취련 분사 정지 시의 용강의 온도 및 성분을 목표값으로 제어하는 전로 조업 방법에 있어서, 용선의 산소 취련 중, 용탕 온도의 추정값인 취련 중 온도 추정값 및 용탕 중 탄소 농도의 추정값인 취련 중 탄소 농도 추정값을 순차 추정하고(S-4), 서브 랜스의 투입 전의 소정의 시기(S-5)에, 미리 정한 도중 온도 목표값과, 서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 예측값인 도중 온도 예측값의 차(도중 온도차)를 구하고(S-6), 구한 도중 온도차의 절대값이 미리 정한 문턱값보다 큰 경우에, 서브 랜스 투입 전에, 전로 내에 냉각재 또는 승열재를 투입하고(S-8, S-10), 서브 랜스 투입 시기의 용탕 온도를 제어한다.

Description

전로의 조업 방법 및 전로의 취련 제어 시스템

본 발명은, 상취 랜스(top blow lance)로부터 전로(converter) 내의 용선(pig iron)에 산화성 가스를 분사하여 산소 취련하고, 용선으로부터 용강(molten steel)을 제조하는 전로의 조업 방법에 관한 것이고, 및, 전로의 취련 제어 시스템에 관한 것이다.

용선으로부터 용강을 제조하는 전로에서는, 상취 랜스로부터의 산소 취련(이하, 간단히 「취련(blowing)」이라고도 기재함)에 의해, 용선을 탈탄 정련하여 용강을 제조하고 있다. 이 전로 조업에서는, 산소 취련의 분사 정지 시(종료 시)에서의 용강 온도나 용강 성분 농도를 목표값에 적중시키기 위한 취련 제어 방법으로서, 스태틱 제어(stactic control)와 다이나믹 제어(dynamic control)가 행해지고 있다. 이 중, 스태틱 제어는, 취련 개시 전에, 당해 취련에서 사용하는 용선 및 철 스크랩의 정보로부터, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값으로 하기 위해 필요한 공급 산소량을 계산함과 함께, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값으로 하기 위한 부원료 투입량을 계산하는 제어이다.

다이나믹 제어는, 취련 도중에 전로 내에 투입되는 서브 랜스(sublance)(이하, 「도중 서브 랜스」라고도 기재함)에 의해 얻어지는 정보인 서브 랜스 측정값(용탕 온도, 또는, 용탕 온도 및 용탕 중 탄소 농도의 양쪽)으로부터, 공급하는 산소량이나 투입하는 부원료를 적정화하여, 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값으로 조정하는 제어이다. 도중 서브 랜스의 투입은, 종래, 스태틱 제어로 구한 공급 산소량으로부터 소정량의 산소량이 차인된(by subtracting) 산소량을 공급한 타이밍에서 행해져, 서브 랜스 측정값을 얻고 있다.

스태틱 제어에 의해, 도중 서브 랜스에서의 서브 랜스 측정값과, 취련 분사 정지 시의 목표 용강 온도 및 목표 탄소 농도의 괴리가 커진 경우, 다이나믹 제어로(by dynamic control)의 수정이 곤란해진다. 그 결과, 분사 정지 시의 용강 온도나 용강 중의 탄소 농도 및/또는 산소 농도가 목표값으로부터 크게 벗어난다.

분사 정지 시의 용강 온도가 목표 온도보다도 고온이 된 경우는, 로(爐) 내로의 냉각재의 투입에 의해 취련 시간이 길어져, 생산성이 악화됨과 함께, 전로의 라이닝(lining) 내화물의 용손이 커져, 라이닝 내화물의 보수 비용이 증가한다. 한편, 분사 정지 시의 용강 온도가 목표 온도보다도 저온이 된 경우는, 취련을 재개하여, 용강 중의 철(Fe)의 연소에 의해 온도를 상승시킨다. 취련을 재개하는 점에서, 분사 정지 시의 용강 중의 산소 함유량이 목표값보다도 높아지고, 용강을 탈산하기 위한 금속 알루미늄(Al)의 투입량이 증가하여, 제조 비용이 증가한다. 이 경우, 취련을 재개함으로써, 일반적으로, 분사 정지 시의 용강 중의 탄소 함유량은 목표값보다도 낮아진다.

그 때문에, 산소 취련의 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분(탄소 농도, 산소 농도)을 목표값에 적중시키는 기술이 요구되고 있다.

스태틱 제어와 다이나믹 제어를 이용하여, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값에 적중시키기 위해서는, 다이나믹 제어로의 수정에 의해, 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 용이하게 목표값에 적중시키는 것이 가능한 범위로, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도나 용탕 중 탄소 농도의 서브 랜스 측정값을 제어할 필요가 있다.

종래, 도중 서브 랜스 투입 시점의 결정 방법으로서, 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 다이나믹 제어에 필요한 시간을 취련 조건으로부터 결정하고, 결정된 다이나믹 제어 시간에서 취입되는 산소량을 산출하고, 스태틱 제어로 구한 산소량(공급 예정량)으로부터 산출된 상기 산소량을 뺀 양의 산소량이 취입되는 시점을, 도중 서브 랜스의 투입 타이밍으로서 결정하고 있다.

또한, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에서는, 전로의 로구로부터 관측되는 발광 스펙트럼, 배기 가스 유량 및 배기 가스 성분 농도를 측정하고, 로 내의 탄소 농도를 순차 추정함으로써, 탈탄 산소 효율이 저하하는 타이밍을, 스태틱 제어와 다이나믹 제어의 전환 타이밍, 즉, 도중 서브 랜스의 투입 타이밍으로서 결정하고 있다.

일본공개특허공보 2007-327113호 일본공개특허공보 2020-105611호 국제공개 제2019/220800호

그러나, 특허문헌 1에서 개시된 방법은, 스태틱 제어를 이용하여 도중 서브 랜스의 측정 타이밍을 결정하고 있고, 외란에 의해 취련 상황이 변화한 경우, 도중 서브 랜스의 측정 타이밍도 부적절해진다. 그 결과, 다이나믹 제어의 시간을 확보할 수 없거나, 또는, 도중 서브 랜스의 투입에서 취련 분사 정지까지 시간을 필요로 하여, 다이나믹 제어의 정밀도가 저하하는, 등의 문제가 발생할 우려가 있다.

또한, 특허문헌 2, 3에서는, 취련 상황의 변화에 의하지 않고, 측정값으로부터 순차 산출되는 계산값에 기초하여 도중 서브 랜스의 투입 타이밍이 결정된다. 그러나, 결정된 타이밍에서 도중 서브 랜스를 투입했다고 해도, 측정되는 용탕 온도나 용탕 중 탄소 농도가, 그 후의 다이나믹 제어로 수정 가능한 범위라고는 할 수 없다.

즉, 특허문헌 1∼3은, 도중 서브 랜스의 투입 타이밍을 결정할 뿐이고, 다이나믹 제어로의 수정에 의해, 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 용이하게 목표값에 적중시키는 것이 가능한 범위로, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도나 용탕 중 탄소 농도를 제어한다는 기술 사상은 개시하고 있지 않다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그의 목적으로 하는 바는, 스태틱 제어와 다이나믹 제어를 이용하여 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값으로 제어하는 전로 조업 방법에 있어서, 다이나믹 제어로의 수정에 의해, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값에 적중시키는 것이 가능한 범위로, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도를 제어할 수 있는, 전로의 조업 방법을 제공하는 것이다. 또한, 이 전로의 조업 방법을 행하기 위한, 전로의 취련 제어 시스템을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 전로 내의 용선에 산화성 가스를 분사하여 용선을 탈탄 정련하는 취련 중에, 로 내에 서브 랜스를 투입하여 적어도 로 내의 용탕의 용탕 온도를 포함하는 서브 랜스 측정값을 실측하고, 실측한 서브 랜스 측정값에 기초하여, 취련 분사 정지 시까지 공급해야 할 산소량 그리고 냉각재 또는 승열재(heating material)의 투입 필요 여부 및 투입량을 결정함으로써, 취련 분사 정지 시의 용강의 온도 및 성분 농도를 목표값으로 제어하는 전로의 조업 방법으로서,

서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 목표값인 도중 온도 목표값을 정함과 함께, 상기 도중 온도 목표값과 서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 예측값인 도중 온도 예측값의 차인 도중 온도차를, 서브 랜스 투입 시기보다도 전의 취련 중에 확인하는 확인 타이밍을 정하고,

취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 조업 조건 및 계측값에 기초하여, 취련 진행 시점에 있어서의 용탕 온도의 추정값인 취련 중 온도 추정값 및 용탕 중 탄소 농도의 추정값인 취련 중 탄소 농도 추정값을 순차 추정함과 함께,

취련이 상기 확인 타이밍까지 진행되면, 상기 취련 중 온도 추정값 및 상기 취련 중 탄소 농도 추정값에 기초하여 상기 도중 온도차를 산출하고,

산출된 상기 도중 온도차의 절대값이 미리 정한 문턱값보다 큰 경우에, 상기 확인 타이밍보다 후에 또한 서브 랜스 투입보다도 전의 취련 중에, 전로 내에 냉각재의 투입 또는 승열재의 투입을 행하는, 전로의 조업 방법.

[2] 상기 확인 타이밍을, 상기 취련 중 탄소 농도 추정값에 의해 정하는, 상기 [1]에 기재된 전로의 조업 방법.

[3] 상기 확인 타이밍을, 상기 취련 중 탄소 농도 추정값이 0.6∼1.4질량％가 되는 범위에서 정하는, 상기 [2]에 기재된 전로의 조업 방법.

[4] 상기 미리 정한 문턱값이 10℃ 이상의 값으로부터 선택되는 값인, 상기 [1] 내지 상기 [3] 중 어느 하나에 기재된 전로의 조업 방법.

[5] 상기 도중 온도차의 절대값이 미리 정한 문턱값보다 큰 경우에, 상기 확인 타이밍보다 후에 또한 서브 랜스 투입의 전의 취련 중에 투입하는 냉각재의 양 또는 승열재의 양은, 상기 취련 중 온도 추정값, 취련 분사 정지 시의 용강 온도의 목표값 및 당해 취련 중에 전로 내에 투입한 생석회의 양 중의 1개 또는 2개 이상에 기초하여 결정하는, 상기 [1] 내지 상기 [4] 중 어느 하나에 기재된 전로의 조업 방법.

[6] 취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 상기 계측값이, 배기 가스 유량계 및 배기 가스 분석계로부터 얻어지는 계측값의 어느 한쪽 또는 양쪽을 포함하는, 상기 [1] 내지 상기 [5] 중 어느 하나에 기재된 전로의 조업 방법.

[7] 취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 상기 계측값이, 취련 중의 전로 로구부의 광학 특성에 대한 계측값으로서, 슬래그(slag) 중의 산화철의 환원 반응에 유래하는 스펙트럼의 발광 강도의 변화율을 포함하는, 상기 [1] 내지 상기 [6] 중 어느 하나에 기재된 전로의 조업 방법.

[8] 취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 상기 계측값이, 당해 취련의 원료로서 이용하는 용선이 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 비접촉의 광학적 수법을 이용하여 측정된 용선 온도를 포함하는, 상기 [1] 내지 상기 [7] 중 어느 하나에 기재된 전로의 조업 방법.

[9] 전로 내의 용선에 산화성 가스를 분사하여 용선을 탈탄 정련하는 취련 중에, 적어도 로 내의 용탕의 용탕 온도를 포함하는 서브 랜스 측정값을 실측하는 서브 랜스와,

취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 조업 조건 및 계측값에 기초하여, 취련 진행 시점에 있어서의 용탕 온도의 추정값인 취련 중 온도 추정값 및 용탕 중 탄소 농도의 추정값인 취련 중 탄소 농도 추정값을 순차 추정함과 함께, 상기 서브 랜스에 의해 실측된 서브 랜스 측정값에 기초하여, 취련 분사 정지 시의 용강의 온도 및 성분 농도를 목표값으로 하기 위해 공급해야 할 산소량 그리고 냉각재 또는 승열재의 투입 필요 여부 및 투입량을 산출하는 제1 계산기와,

상기 제1 계산기에 의해 산출된 상기 산소량 및 상기 냉각재 또는 승열재의 투입량에 기초하여, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 중 탄소 농도가 목표값이 되도록, 조업 조건을 제어하는 조업 제어용 계산기와,

서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 목표값인 도중 온도 목표값을 설정하고, 또한, 당해 도중 온도 목표값과 서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 예측값인 도중 온도 예측값의 차인 도중 온도차를 서브 랜스 투입 시기보다도 전의 취련 중에 확인하는 확인 타이밍을 설정함과 함께,

상기 도중 온도 목표값과 상기 도중 온도 예측값의 차인 도중 온도차를 산출하고, 산출된 상기 도중 온도차의 절대값에 기초하여, 상기 확인 타이밍보다 후에 또한 서브 랜스 투입보다도 전의 취련 중에, 전로 내에 냉각재의 투입 또는 승열재의 투입을 행할지 아닌지를 판정하는 제2 계산기와,

냉각재의 투입 또는 승열재의 투입을 행하는 경우에는, 냉각재의 투입량 또는 승열재의 투입량을 산출하는 제3 계산기

를 갖는, 전로의 취련 제어 시스템.

[10] 전로의 배기 가스 처리 설비에 배기 가스 유량계 및 배기 가스 분석계를 구비하고, 상기 배기 가스 유량계 및 상기 배기 가스 분석계에서 계측된 배기 가스의 데이터가 상기 배기 가스 유량계 및 상기 배기 가스 분석계로부터 상기 제1 계산기에 송신되고, 상기 제1 계산기는, 송신된 배기 가스의 데이터를, 취련 중 온도 추정값 및 취련 중 탄소 농도 추정값의 순차 추정에 이용하도록 구성되어 있는, 상기 [9]에 기재된 전로의 취련 제어 시스템.

[11] 전로의 주위에 배치되고, 전로와 가동식 후드의 간극으로부터 로구 연소 화염을 촬영하는 분광 카메라와, 당해 분광 카메라로부터 보내진 화상 데이터를 취출 가능하게 기록함과 함께, 상기 화상 데이터의 발광 스펙트럼의 580∼620㎚의 범위의 파장에 있어서의 발광 강도를 산출하는 화상 해석 장치를 구비하고, 상기 발광 강도의 데이터가 상기 화상 해석 장치로부터 상기 제1 계산기에 송신되고, 상기 제1 계산기는, 송신된 발광 강도의 데이터를, 취련 중 온도 추정값 및 취련 중 탄소 농도 추정값의 순차 추정에 이용하도록 구성되어 있는, 상기 [9] 또는 상기 [10]에 기재된 전로의 취련 제어 시스템.

[12] 전로에서의 취련의 원료로서 이용하는 용선이 상기 전로로 장입되어 있는 기간 중에 있어서의 용선의 온도를 장입 시의 용선 온도로서 광학적으로 측정하는 온도 계측기를 구비하고, 당해 온도 계측기에 의한 온도 측정값의 데이터가 상기 온도 계측기로부터 상기 제1 계산기에 송신되고, 상기 제1 계산기는, 송신된 온도 측정값의 데이터를, 취련 중 온도 추정값 및 취련 중 탄소 농도 추정값의 순차 추정에 이용하도록 구성되어 있는, 상기 [9] 내지 상기 [11] 중 어느 하나에 기재된 전로의 취련 제어 시스템.

본 발명에 의하면, 스태틱 제어와 다이나믹 제어를 이용하여 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값으로 제어하는 전로 조업 방법에 있어서, 다이나믹 제어로의 수정에 의해, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값에 적중시키는 것이 가능한 범위로, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도를 제어하도록 했기 때문에, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 높은 정밀도로 목표값에 적중시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 산소 취련의 공정을 따라 행하는 취련 제어 시스템의 플로우차트의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명을 실시하는 데에 있어서 적합한 취련 제어 시스템을 구비한 전로 설비의 개략도이다.
도 3은, 용선 유지 용기로부터 전로에 유입하는 용선의 온도를 측정하는 개략도이다.
도 4는, 본 발명예 및 비교예에 있어서, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도와 용탕 중 탄소 농도의 관계를 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명예 및 비교예에 있어서, 취련 분사 정지 시의 목표 용강 온도와, 취련 분사 정지 시의 실적 용강 온도의 오차를 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명에 따른 전로의 조업 방법 및 전로의 취련 제어 시스템에 대해서 설명한다.

상취 랜스로부터의 산소 취련에 의해, 용선을 탈탄 정련하여 용강을 제조하는 전로 조업에서는, 산소 취련의 분사 정지 시(종료 시)에서의 용강 온도 및 탄소 농도 등의 용강 성분 농도를 목표값으로 제어하기 위해, 스태틱 제어와 다이나믹 제어를 조합한 취련 제어가 행해지고 있다. 본 발명에 따른 전로의 조업 방법에 있어서도, 스태틱 제어와 다이나믹 제어를 조합하여 취련을 제어한다.

스태틱 제어는, 열 수지(收支:balance) 계산 및 물질 수지 계산에 기초한 수식 모델을 이용하여, 용강 온도 및 용강 성분 농도를 목표값으로 제어하기 위해 필요한 공급 산소량 및 냉각재 또는 승열재의 투입량을 취련 개시 전에 결정한다. 그리고, 결정된 공급 산소량 및 냉각재 또는 승열재의 투입량에 기초하여 취련을 개시하여 진행시키고, 일정 시간 취련을 계속한 후(예를 들면, 스태틱 제어로 계산된 공급 산소량의 80∼90％를 취입한 시점 등), 로 내에 서브 랜스를 투입한다. 이 서브 랜스를 이용하여 로 내의 용탕의 온도, 또는, 로 내의 용탕의 온도 및 탄소 농도의 양쪽을 측정한다. 취련 도중에 전로 내에 투입되는 서브 랜스를, 「도중 서브 랜스」라고도 한다.

다이나믹 제어에서는, 서브 랜스를 이용하여 측정된 서브 랜스 측정값(용탕 온도, 또는, 용탕 온도 및 용탕 중 탄소 농도의 양쪽), 그리고, 열 수지 및 물질 수지와 반응 모델에 기초한 수식 모델을 이용하여, 스태틱 제어로 결정한 공급 산소량이나 냉각재 또는 승열재의 투입량을 수정하고, 취련 분사 정지까지의 공급 산소량 및 냉각재 또는 승열재의 투입량을 최종적으로 결정한다.

여기에서, 「용탕」이란, 용선 또는 용강이다. 용선으로부터 용강을 제조하는, 전로에서의 산소 취련 즉 탈탄 정련에서는, 로 내에 장입한 용선은 탈탄 반응에 의해 용강으로 바뀐다. 산소 취련의 도중에 용선과 용강을 구별하여 표시하는 것은 곤란하기 때문에, 본 명세서에서는, 용선과 용강을 통합하여 용탕이라고 표시한다. 용선과 용강의 구별이 명확한 경우는, 「용선」 또는 「용강」이라고 표시한다.

스태틱 제어에 있어서의 열 수지 계산의 계산식은, 예를 들면, 입열 확정항(heat-input determination term) , 출열 확정항(heat-out determination term), 냉각항(cooling term) 또는 승온항(heating term), 오차항(error term) 및, 오퍼레이터에 의한 온도 보정항에 의해 구성되어 있다. 또한, 송산량(산소 공급량)의 계산식은, 예를 들면, 용선 성분, 부원료 투입량, 분사 정지 시의 목표 용강 온도 및 목표 용강 성분에 의해 구성되어 있다.

그러나, 스태틱 제어는 어디까지나 취련 개시 전의 정보에 기초하여 계산을 구성하고 있기 때문에, 로 상황의 변화나 랜스 높이, 송산량의 변동에 의해, 2차 연소율이나 부원료의 수율이 변동한 경우, 스태틱 제어에 오차가 생긴다. 즉, 스태틱 제어로 정한 도중 서브 랜스의 투입 타이밍은 적확하지 않은 것이 일어날 수 있다. 그 때문에, 특허문헌 2나 특허문헌 3에서는, 전로 배기 가스의 정보(배기 가스 유량, 배기 가스 성분)나 로구의 분광 정보에 기초하여 취련 중의 용탕의 탄소 농도를 순차 추정하고, 탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 타이밍에서 도중 서브 랜스를 투입하고 있다. 여기에서, 「탈탄 산소 효율」이란, 로 내에 공급한 산소 중에서 탈탄 반응에 기여한 산소의 비율이고, 「랜스 높이」란, 상취 랜스의 선단에서 전로 내의 용선의 정지 욕면까지의 거리이다. 또한, 「2차 연소」란, 탈탄 반응에 의해 로 내에서 발생한 CO 가스가, 상취 랜스로부터 공급되는 산소에 의해 CO₂ 가스로 연소하는 현상이다.

그러나, 취련 분사 정지 시에 용강 온도 및 용강 중 탄소 농도를 목표 범위 내로 제어하기 위해서는, 취련 중의 탄소 농도 추이의 추정을 이용한 제어만으로는 불충분하다.

본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 취련 분사 정지 시에 있어서의 용강 온도의 제어 정밀도가 향상하지 않는 원인으로서, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도에 편차가 있는 것을 인식했다. 특히, 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정에 의해 얻어지는, 탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 타이밍에서 결정한 도중 서브 랜스의 투입 타이밍과, 스태틱 제어로 결정한 도중 서브 랜스의 투입 타이밍의 괴리가 큰 경우에, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도의 편차가 커지는 것을 인식했다.

이 도중 서브 랜스 투입 타이밍에서의 괴리는, 취입된 산소가 스태틱 제어로 추정한 용탕 중 성분 또는 부원료와의 반응에 사용되지 않고, 예를 들면, 2차 연소나 용탕 중의 철의 연소에 사용되는 비율의 편차가, 원인이라고 생각된다. 그러나, 이들 편차를 스태틱 제어에 정밀도 좋게 반영시키는 것은 곤란하다.

그래서, 본 발명자들은, 취련 중의 용탕의 탄소 농도 뿐만 아니라, 용탕의 온도도 순차 추정하고, 용탕 온도의 순차 추정값을 이용하여 도중 서브 랜스 투입 시점의 용탕 온도가 다이나믹 제어로 수정 가능한 범위가 되도록, 도중 서브 랜스의 투입 전에, 용탕 온도를 조정하는 액션(행동, 조작)을 실시하면 좋다고 생각했다.

본 발명에 있어서의 용탕의 탄소 농도의 순차 추정은, 특허문헌 2나 특허문헌 3에 기재된 방법을 적용할 수 있다. 즉, 취련 개시 전 및 취련 중의 적어도 어느 한쪽의 용탕의 온도 및 성분 농도의 계측 결과, 배기 가스의 유량 및 성분 농도의 정보, 전로의 로구부의 광학 특성에 관한 정보(로구 분광 실적, 로구부 광학 특성 정보), 송산량 및 송산 속도의 정보, 교반용 가스 유량의 정보, 그리고, 원료(주원료, 부원료) 투입량의 정보 등에 기초하여, 용탕 중 탄소 농도를 추정한다. 여기에서, 전로의 로구부의 광학 특성에 관한 정보로서는, 예를 들면, 전로의 로구로부터 분출하는 로구 연소 화염의 발광 스펙트럼 또는 출강구 연소 화염의 발광 스펙트럼을 측정하고, 측정되는 발광 스펙트럼의 580∼620㎚의 범위의 파장에 있어서의 발광 강도의 시간 변화를 산출한 것을 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서의 용탕 온도의 순차 추정은, 다음과 같이 하여 행한다. 우선, 용탕 중 탄소의 연소에 사용된 산소량을, 송산량이나 투입한 산화철 등의 산소 인풋량과, 배기 가스 유량 및 배기 가스 성분(CO 가스 농도, CO₂ 가스 농도, O₂ 가스 농도 등)으로부터 얻어지는 산소 아웃풋량으로부터, 로 내 산소 수지가 최소가 되도록 보정 계산을 함으로써 얻는다. 그리고, 연소한 용탕 중의 탄소량으로부터 용탕 중 탄소 농도를 추정한다. 그 때, 계산된 탄소 농도의 변화를 반응열로 변환함으로써, 용탕 온도를 추정한다.

또한, 이 용탕 온도의 추정 계산에서는, 용선 성분의 탄소 뿐만 아니라, 용선 성분의 규소, 망간, 인 및 철과 산소의 반응열 외에, 철 스크랩 및 부원료에 의한 흡열, 배기 가스 유량에 따른 가스 현열, 전로 철피 온도(temperature of the shell)에 따른 방산열을 계산항으로 한다. 상기의 반응열은, 도중 서브 랜스에 의한 용탕 온도의 측정값과 계산 용탕 온도의 오차가 최소가 되도록, 과거의 조업 결과로부터 중회귀로 결정한 계수를 곱하여 보정한다.

탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 타이밍에서 도중 서브 랜스를 투입한 경우의 용탕 온도와, 종래의 스태틱 제어로 계산한 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 추정 용탕 온도의 오차는, 표준 편차 1σ에서 19.6℃였다. 이에 대하여, 탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 타이밍에서 도중 서브 랜스를 투입한 경우의 용탕 온도와, 용탕 온도의 순차 계산에 의한 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 추정 용탕 온도의 온도 오차는, 표준 편차 1σ에서 14.4℃가 되었다. 즉, 용탕 온도를 순차 계산함으로써 도중 서브 랜스의 투입 타이밍을 결정함으로써, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 온도 추정 정밀도가 향상했다.

예를 들면, 로 내에서의 생석회 원단위(consumption rate of quicklime)가 5∼15㎏/용선－ton일 때, 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 중 탄소 농도로서, 목표 용강 온도±10℃, 목표 탄소 농도±0.015질량％를 목표 범위로서 설정한다. 이 경우, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 중 탄소 농도가 0.1∼0.3질량％이고, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도가 '분사 정지 시의 목표 온도－35℃'에서 '분사 정지 시의 목표 온도－65℃'까지의 범위 내이면, 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 중 탄소 농도의 동시 적중률이 고위(88％)인 것을 확인했다.

본 발명에 있어서는, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 중 탄소 농도 및 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도를, 상기의 범위로 설정한다.

다음으로, 본 발명의 실시 형태의 일 예를 산소 취련의 공정을 따라 설명한다. 도 1에, 산소 취련의 공정을 따라 행하는 취련 제어 시스템의 플로우차트의 일 예를 나타낸다.

우선, 당해 취련에서 사용하거나, 또는, 사용한 용선의 온도, 용선 장입량, 용선 성분 등의 용선 조건을 취득한다(S-1).

이어서, 당해 취련에 있어서, 이하의 2점을 결정한다(S-2). 결정하는 시기는, 하기 (2)의 확인 타이밍의 전이라면, 언제라도 좋지만, 시간적인 여유를 갖게 한다는 관점에서, 예정되는 취련 시간의 1/2 정도가 진행할 때까지 결정하는 것이 바람직하고, 취련 개시의 전에 결정하는 것이 보다 바람직하다.

(1) 도중 온도 목표값의 설정;

'도중 온도 목표값'이란, 도중 서브 랜스의 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 목표값이다.

(2) 확인 타이밍의 설정;

'확인 타이밍'이란, 취련 중의 도중 서브 랜스 투입 전의 시기에, 도중 서브 랜스의 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 목표값인 '도중 온도 목표값'과, 서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 예측값인 '도중 온도 예측값'의 차인 '도중 온도차'를 확인하는 타이밍(시기 또는 시점)이다.

상기의 '도중 온도 목표값'은, 분사 정지 시의 목표 용강 온도와 로 내 슬래그량을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 하기의 (1)식과 같이, 분사 정지 시의 목표 용강 온도의 일차식과, 취련 중에 로 내에 투입 예정의 생석회 원단위의 다항식을 조합하여 구하는 것이 바람직하다. 또한, (1)식은, 투입 예정의 생석회 원단위의 다항식과의 조합이지만, 투입 예정의 생석회 원단위의 다항식을, 투입 예정의 생석회 원단위에 기초하는 예정로 내 슬래그량의 다항식으로 바꿀 수 있다.

도중 온도 목표값(℃)＝분사 정지 목표 용강 온도(℃)－a×W－b×W²－c…(1)

여기에서, W는, 당해 취련에 있어서의 생석회 원단위(㎏/용선－ton)이고, a(℃×용선－ton/㎏), b(℃×(용선－ton)²/㎏²), c(℃)는 계수이다. 계수 a, 계수 b, 계수 c는, 과거의 조업 결과로부터, 분사 정지 시의 적중률이 가장 높아지도록 회귀 계산을 이용하여 설정한다.

또한, 확인 타이밍은, 예를 들면, 취련 중에 순차 계산되는 용탕 중 탄소 농도의 추정값이 1.0질량％가 된 타이밍과 같이, 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값에 의해 정한다. 특히, 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값이, 0.6∼1.4질량％의 범위 내의 타이밍을 확인 타이밍으로서 정하는 것이 바람직하다.

용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값이 1.4질량％를 초과하는 타이밍을 확인 타이밍으로서 정한 경우에는, 확인 타이밍이 지나치게 빨라, 그 후, 취련 상황이 변화한 경우에 대응할 수 없을 우려가 있다. 한편, 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값이 0.6질량％ 미만인 타이밍을 확인 타이밍으로서 정한 경우에는, 확인 타이밍이 지나치게 느려, 확인 타이밍에서 도중 서브 랜스 투입까지의 기간에 투입한 부원료(냉각재 및 승열재)의 모두가 반응하기 전에, 도중 서브 랜스에 의한 측정이 행해질 가능성이 있기 때문에, 그 후에 행해지는 다이나믹 제어의 정밀도의 저하를 초래할 우려가 있다.

취련 개시 후의 취련 중은, 전로 배기 가스의 유량 및 성분 등의 배기 가스 정보를 순차 취득한다. 동시에, 상취 랜스로부터의 송산량 및 송산 속도의 송산 정보도 순차 취득한다(S-3).

또한, 취련 개시 후의 취련 중은, 열 수지 계산 및 물질 수지 계산에 기초한 수식 모델을 이용하여, 스텝 (S-1) 및 스텝 (S-3)에서 취득한, 취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 조업 조건 및 계측값에 기초하여, 취련 진행 시점에 있어서의 용탕 온도의 순차 추정값인 '취련 중 온도 추정값' 및 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값인 '취련 중 탄소 농도 추정값'을 순차 추정한다(S-4).

취련의 진행에 수반하여 탈탄 반응이 진행되고, 순차 계산되는 취련 중 탄소 농도 추정값이, 0.6∼1.4질량％의 범위 내가 되는 '확인 타이밍'에 도달한다(S-5). 취련이 확인 타이밍까지 진행되면, 서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 예측값인 '도중 온도 예측값'을 계산한다. 이 '도중 온도 예측값'은, 확인 타이밍을 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값으로 정하고, 그 탄소 농도의 값, 즉, '취련 중 탄소 농도 추정값'을 C_x(질량％)로 한 경우, 이하의 (2)식으로 추정된다.

도중 온도 예측값(℃)＝T(C_x)＋d×(C_x－C_SL)…(2)

여기에서, T(C_x)는, '취련 중 탄소 농도 추정값'이 C_x(질량％) 시점에서의 '취련 중 온도 추정값'(℃), C_x는, 확인 타이밍 시점에서의 '취련 중 탄소 농도 추정값'(질량％), C_SL은, 도중 서브 랜스 투입 예정 시점에서의 탄소 농도(질량％)이다. d는, 용탕 중의 탄소의 1.0질량％가 연소했을 때의 용탕 온도 상승률(℃/질량％)이고, 과거의 전로 취련의 실적으로부터 중회귀로 구한 값을 이용하는 것이 바람직하다.

즉, '도중 온도 예측값'은, 상기의 (2)식에 나타내는 바와 같이, '취련 중 온도 추정값' 및 '취련 중 탄소 농도 추정값'에 의해 구해진다.

그리고, 구한 '도중 온도 목표값'과, 구한 '도중 온도 예측값'을 이용하여, 상기의 '도중 온도차'를 산출한다(S-6).

'도중 온도 목표값'은 (1)식으로 나타나고, '도중 온도 예측값'은 (2)식으로 나타나기 때문에, (1)식 및 (2)식으로부터, 도중 서브 랜스 투입 시의 '도중 온도 예측값'과 '도중 온도 목표값'의 차, 즉, '도중 온도차'가, 하기의 (3)식으로 나타난다.

도중 온도차(℃)＝도중 온도 예측값(℃)－도중 온도 목표값(℃)

＝T(C_x)＋d×(C_x－C_SL)－[분사 정지 목표 용강 온도(℃)－a×W－b×W²－c]…(3)

(3)식에 의해 산출되는 '도중 온도차'가 0(영)을 초과하는 경우는, '도중 온도 예측값'이 '도중 온도 목표값'보다도 높고, 한편, '도중 온도차'가 0(영) 미만인 경우는, '도중 온도 예측값'이 '도중 온도 목표값'보다도 낮은 것에 대응한다.

따라서, '도중 온도차'가 양수인 경우도 또한 음수인 경우도, '도중 온도차'의 절대값이 큰 경우는, 용탕 온도를 수정하는 액션(행동, 조작)이 필요해진다. 즉, '도중 온도차'의 절대값이 미리 정한 문턱값보다 큰 경우, 액션 후의 '도중 온도 예측값'이 '도중 온도 목표값'에 근접하도록 작용하는 액션을 취할 필요가 있다.

그래서, '도중 온도차'가 미리 정한 문턱값(양수)보다도 큰지 아닌지를 판정한다(S-7). '도중 온도차'가 양수로서 문턱값(양수)을 초과하는 경우는, 용탕 온도를 내리기 위해 냉각재를 투입한다(S-8).

'도중 온도차'가 미리 정한 문턱값(양수) 이하인 경우는, '도중 온도차'가 문턱값(음수)보다도 더욱 작은지 아닌지를 판정한다(S-9). '도중 온도차'가 음수로서, 문턱값(음수)보다도 더욱 작은 경우는, 용탕 온도를 올리기 위해 승열재를 투입한다(S-10).

'도중 온도차'의 절대값이 미리 정한 문턱값 이하인 경우에는, 용탕 온도를 조정하기 위한 액션은 실시하지 않는다.

예를 들면, 미리 정한 문턱값을 15℃로 하면, '도중 온도차'가 ＋15℃를 초과하는 경우는, 액션 후의 '도중 온도 예측값'이 저하하여 '도중 온도 목표값'에 근접하도록, 스케일(scale)이나 철광석 등의 냉각재를 로 내에 투입하여 용탕을 냉각한다. 냉각재의 투입량은 '도중 온도차'에 냉각 계수를 곱하여 결정한다. 한편, '도중 온도차'가, 예를 들면, －15℃ 미만의 경우는, 액션 후의 '도중 온도 예측값'이 상승하여 '도중 온도 목표값'에 근접하도록, 탄재(포함되는 탄소의 연소에 의해 온도를 상승시킴)나, Fe-Si 합금(포함되는 규소(Si)의 연소에 의해 온도를 상승시킴) 등의 승열재를 로 내에 투입하여 용탕을 승열한다. 승열재의 투입량은 '도중 온도차'에 승열 계수를 곱하여 결정한다.

'도중 온도차'의 절대값으로서 미리 정하는 문턱값은, 개별의 제강 공장의 사정에 맞추어 적절히 정하면 좋지만, 10℃ 이상의 값으로부터 선택되는 값인 것이 바람직하다. 예를 들면 15℃와 같이 정한다.

'도중 온도차'의 절대값이 10℃보다 작으면, 확인 타이밍보다 후에 또한 서브 랜스 투입보다도 전의 취련 중에, 전로 내에 냉각재의 투입 또는 승열재의 투입을 행하지 않아도, 다이나믹 제어에 의한 수정이 가능하다. 따라서, 미리 정하는 문턱값은 10℃ 이상의 값으로 하면 좋다. 또한, '도중 온도차'의 절대값이 큰 경우일수록, 확인 타이밍보다 후에 또한 서브 랜스 투입보다도 전의 취련 중에, 전로 내로의 냉각재의 투입량 또는 승열재의 투입량을 많게 함으로써, 다이나믹 제어로의 수정량이 적어져, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값에 적중시키기 쉬워지기 때문에, 절대값의 상한은 정할 필요가 없다.

그 후, 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값인 '취련 중 탄소 농도 추정값'에 기초하여, 탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 타이밍(후술하는 바와 같이 '취련 중 탄소 농도 추정값'이 대략 0.45질량％가 된 시점)을 구하고, 그 타이밍에서 도중 서브 랜스를 투입한다.

도중 서브 랜스의 투입 후, 도중 서브 랜스에 의해 실측된 서브 랜스 측정값에 기초하여, 다이나믹 제어를 실시하고, 다이나믹 제어로 나타난 조작을 행하여, 산소 취련을 종료한다.

이상의 조작을 행함으로써, 종래보다도 도중 서브 랜스 투입 시점의 용탕 온도 제어가 용이해지고, 그 후의 다이나믹 제어에 의해, 분사 정지 시의 용강 온도를 정밀도 좋게 목표값으로 제어하는 것이 가능해진다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 효과를 보다 한층 발현시키기 위한 포인트는, '취련 중 온도 추정값' 및 '취련 중 탄소 농도 추정값'의 순차 추정을 보다 정확하게 행하는 것이다. 이 때문에, 취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 계측값으로서, 전술한, 전로의 배기 가스 처리 설비의 연도(煙道:flue)에 설치한 배기 가스 유량계에 의한 배기 가스 유량의 측정값 및, 배기 가스 분석계에 의한 배기 가스 성분(CO 가스 농도, CO₂ 가스 농도, O₂ 가스 농도 등)의 측정값의 어느 한쪽 또는 양쪽을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들과 병용하여, '취련 중 온도 추정값' 및 '취련 중 탄소 농도 추정값'의 순차 추정에 유용한 다른 계측값을 채용하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 채용하는 전로의 계측값으로서, 취련 중의 전로 로구부의 광학 특성에 대한 계측값으로서, 슬래그 중의 산화철의 환원 반응에 유래하는 스펙트럼의 발광 강도의 변화율을 채용하는 것이 바람직하다. 이 값을 채용함으로써, 취련 중의 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정 정밀도가 향상한다. 구체적으로는, 전로 로구부의 광학 특성으로서, 하기의 (4)식의 반응식에 나타내는 슬래그 중 산화철의 환원 반응에 의해, 탈탄 반응에 수반하여 발광되는 빛의 파장대(스펙트럼) 중, 예를 들면, 파장 550∼650㎚의 파장대의 발광 강도의 최대값을 검출하고, 이 계측값을 이용한다.

FeO＋C→Fe＋CO…(4)

송산 탈탄에 의해, 용탕 중 탄소 농도가 임계 탄소 농도 부근에 도달하면, (4)식에 나타내는 탈탄 반응의 효율(탈탄 산소 효율)이 저하함으로써, 파장 550∼650㎚의 발광 강도도 저하하는 것이 알려져 있다. 여기에서, '임계 탄소 농도'란, 송산 탈탄에 의한 탈탄 반응 속도가, 산소의 공급 속도로 율속(律速)되는 상태로부터 용탕 중의 탄소의 이동(확산)으로 율속되는 상태로 이동하는 경계에서의 용탕 중 탄소 농도이다. 환언하면, '임계 탄소 농도'는, 탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 시점에서의 용탕 중 탄소 농도이다. 또한, 임계 탄소 농도는, 상취 가스 및 저취 가스에 의한 용탕의 교반력과 산화성 가스의 유량에 의해 변화하지만, 대략 0.45질량％이다.

그래서, 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 상기 파장대의 발광 강도의 최대값의 발광 강도 변화율을 산출하고, 취련 중의 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정에 반영하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 발광 강도 변화율이 정값(positive value)으로부터 부값(negative value)으로 변하는 타이밍을 용탕 중 탄소 농도가 임계 탄소 농도에 도달하는 타이밍으로서 검출할 수 있다.

또한, 예를 들면, 채용하는 계측값에, 당해 취련의 원료로서 이용하는 용선이 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 비접촉의 광학적 수법을 이용하여 측정된 용선의 온도가 포함되는 것이 바람직하다. 이 값을 채용함으로써, '취련 중 온도 추정값'의 순차 추정 정밀도가 향상한다.

구체적으로는, '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로서, 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 측정된 용선의 온도에 기초하여 정한 값을 이용하는 것이 바람직하다. 통상, 이 초기값으로서, 전로로의 장입 전에 용선 유지 용기 내에 충전된 용선에 열전대를 침지시켜 측정한 온도가 이용된다. 그러나, 용선 유지 용기 내의 용선 온도의 측정 후, 전로 장입까지의 기간에 용선 유지 용기 내의 용선의 온도는 강하하고, 차지(charge)에 따라 그의 강하량도 상이하기 때문에, 정확한 용선 온도가 초기값으로서 반영되어 있는 것은 아니다. 따라서, 용선이 전로로 장입되어 있는 기간 중에 있어서의 용선의 온도를 측정하고, 이 온도에 기초하여 정한 값을 '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로 하는 것이 바람직하다. '취련 중 온도 추정값'의 초기값은, 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 측정된 용선의 온도를 그대로 이용해도 좋고, 또한, 전(前) 차지의 출강에서 금회의 용선 장입까지의 시간, 즉, 공로(empty converter) 시간이나, 장입되는 철 스크랩의 양 등을 고려하여 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 측정된 용선의 온도를 보정한 값을 이용해도 좋다.

용선이 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때의 용선 온도의 측정은, 비접촉의 광학적 수법을 이용하여 행한다. 이 광학적 수법으로서는, 구체적으로는, 용선으로부터 방사되는 발광 스펙트럼을 측정하고, 측정된 발광 스펙트럼 중으로부터 선택되는 상이한 2파장의 방사 에너지비로부터 용선의 온도를 산출하는, 소위, 2색 온도계를 이용하는 것이 바람직하다. 용선 온도를 광학적으로 측정하는 온도 계측기로서 2색 온도계를 이용함으로써, 측온 대상의 방사율이 변동하는 경우라도, 파장이 상이한 2개의 분광 방사율의 관계가 비례 관계를 유지하여 변동하는 한은, 2개의 분광 방사율의 비는 온도에만 의존하고, 방사율의 변동에 의하지 않고 정확한 온도 측정이 가능해지기 때문이다.

여기에서, 2색 온도계에서 이용하는 상이한 2파장을 λ1 및 λ2(λ2＞λ1)로 했을 때, λ1 및 λ2가, 함께 400㎚ 내지 1000㎚의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. λ1 및 λ2가 400㎚ 미만인 경우, 파장이 짧기 때문에 통상의 분광 카메라에서는 방사 에너지의 검출이 어려워진다. 한편, λ1 및 λ2가 1000㎚를 초과하는 경우에는, 파장이 길기 때문에 방사율비 변동의 영향이 커진다. 또한, λ1과 λ2의 차의 절대값이 50㎚ 이상 600㎚ 이하인 것이 바람직하다. λ1과 λ2의 차의 절대값이 50㎚ 미만인 경우, λ1과 λ2의 파장이 가깝기 때문에, 통상의 분광 카메라에서는 분광이 어려워지기 때문에 바람직하지 않다. 한편, λ1과 λ2의 차의 절대값이 600㎚를 초과하는 경우에는, 필연적으로 한쪽의 파장(λ2)을 장파장의 범위로부터 선택하고 있게 되어, 파장이 길기 때문에 방사율비 변동의 영향이 커지기 때문에 바람직하지 않다.

취련의 원료로서 이용하는 용선이 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 비접촉의 광학적 수법을 이용하여 측정된 용선의 온도를, '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로서 이용한 경우, 탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 타이밍에서 도중 서브 랜스를 투입한 경우의 용탕 온도와, 용탕 온도의 순차 계산에 의한 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 '취련 중 온도 추정값'의 온도 오차는 표준 편차 1σ에서 12.9℃로 저하했다. 즉, 전로에 유입할 때에 비접촉의 광학적 수법을 이용하여 측정된 용선의 온도에 기초하여 정한 값을, '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로서 이용함으로써, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 온도 추정 정밀도가 더욱 향상했다.

채용하는 전로의 계측값으로서, 취련 중의 전로 로구부의 광학 특성(슬래그 중의 산화철의 환원 반응에 유래하는 스펙트럼의 발광 강도 변화율)에 대한 계측값과, 당해 취련의 원료로서 이용하는 용선이 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 측정된 용선 온도의 양쪽을 포함하는 경우, 어느 측정에도 분광 카메라로 대응할 수 있다. 즉, 1기의 분광 카메라에서도 양쪽을 측정할 수 있다. 여기에서, 분광 카메라란, 일반적으로, 소위 서모 뷰어(thermoviewer)와 같은 측정 온도의 평면 이미지에 더하여, 분광 데이터를 촬영할 수 있는 카메라를 총칭한 것이다. 또한, 분광 데이터란, 방사광에 포함되는 다수의 파장을 파장마다 나누어 채취한 데이터이다.

이하, 본 발명에 따른 전로의 조업 방법을 실시하는 데에 있어서 적합한 취련 제어 시스템을 구비한 전로 설비의 구성을, 도면을 참조하여 설명한다. 도 2에, 본 발명을 실시하는 데에 있어서 적합한 전로 설비의 개략도를 나타낸다.

본 발명을 실시하는 데에 있어서 적합한 전로 설비(1)는, 전로(2)와, 상취 랜스(3)와, 저취 송풍구(4)와, 서브 랜스(5)와, 전로(2)의 주위에 배치되고, 로구 연소 화염(18)을 촬영 가능하게 하는 분광 카메라(7)와, 당해 분광 카메라(7)에서 촬영된 촬영 화상을 취출 가능하게 기록하고, 당해 촬영 화상을 해석하는 화상 해석 장치(8)와, 당해 화상 해석 장치(8)에서 해석된 데이터를 입력하는 제1 계산기(9)와, 제1 계산기(9)에서 해석된 데이터를 입력하는 조업 제어용 계산기(12)를 갖는다.

또한, 제1 계산기(9)에서 해석된 데이터를 입력하는 제2 계산기(10) 및, 제2 계산기(10)에서 해석된 데이터를 입력하는 제3 계산기(11)를 갖는다. 제2 계산기(10)에서 해석된 데이터 및 제3 계산기(11)에서 해석된 데이터는, 조업 제어용 계산기(12)에 입력된다. 제1 계산기(9), 제2 계산기(10) 및 제3 계산기(11)는, 1개의 계산기로 구성할 수도 있다. 조업 제어용 계산기(12)는, 제1 계산기(9) 및 제3 계산기(11)로부터 입력된 데이터에 기초하여, 제어 신호를 발신한다.

또한, 조업 제어용 계산기(12)로부터 발신된 제어 신호에 의해, 개별적으로 작동 가능하게 구성되는 랜스 높이 제어 장치(13), 서브 랜스 승강 제어 장치(14), 산화성 가스 유량 제어 장치(15), 저취 가스 유량 제어 장치(16) 및, 부원료 투입 제어 장치(17)를 갖는다. 랜스 높이 제어 장치(13)는, 상취 랜스(3)의 랜스 높이를 조정하기 위한 장치이고, 서브 랜스 승강 제어 장치(14)는, 서브 랜스(5)의 하강 및 상승을 제어하기 위한 장치이다. 산화성 가스 유량 제어 장치(15)는, 상취 랜스(3)로부터 분사하는 산화성 가스의 유량을 조정하고 또한 유량을 측정하기 위한 장치이다. 저취 가스 유량 제어 장치(16)는, 저취 송풍구(4)로부터 취입하는 교반용 가스의 유량을 조정하기 위한 장치이고, 부원료 투입 제어 장치(17)는, 로 상 호퍼(24)에 수용되는 부원료의 품목 및 투입량을 제어하는 장치이다.

이들 제어 장치로부터는, 각각의 실적값이 조업 제어용 계산기(12)에 피드백 제어를 위해 입력된다. 여기에서, 부원료란, 생석회 등의 매용제(flux), 철광석 등의 냉각재, 탄재 등의 승열재의 총칭이다. 부원료에 대하여 주원료란, 용선 및 철 스크랩이다.

또한 추가로, 로구(20)의 상부에 설치되는 배기 가스 배출용의 연도(29)에는, 전로(2)로부터 배출되는 배기 가스의 유량을 측정하기 위한 배기 가스 유량계(22) 및, 배기 가스의 조성(CO 가스, CO₂ 가스, O₂ 가스 등)을 분석하기 위한 가스 분석계(23)가 설치되어 있다. 배기 가스 유량계(22) 및 가스 분석계(23)에 의한 각각의 측정값은, 제1 계산기(9)에 입력되어 있다.

본 발명에서 사용하는 전로(2)는, 상취 랜스(3)로부터, 로 내의 용선(6)을 향하여 산화성 가스 분류(噴流)(19)를 분사함과 동시에, 로 저부의 저취 송풍구(4)로부터, 교반용 가스를 취입할 수 있는 구성으로 되어 있다. 상취 랜스(3)로부터 분사되는 산화성 가스로서는, 순산소(공업용 순산소)나 산소와 불활성 가스의 혼합 가스가 사용된다. 통상은, 산화성 가스로서 순산소가 사용된다.

제1 계산기(9)에는, 당해 취련(차지)에서 사용하는 용선(6)의 조성(C, Si, Mn, P, S 등), 온도, 질량 및, 당해 취련에서의 철 스크랩의 질량(장입량) 등의 데이터가, 전로 프로세스 컴퓨터(도시하지 않음)로부터 입력된다. 또한, 제1 계산기(9)에는, 서브 랜스(5)에 의한 서브 랜스 측정값, 즉, 용탕 온도의 측정값, 또는, 용탕 온도 및 용탕 중 탄소 농도의 양쪽의 측정값이 입력된다. 또한, 제1 계산기(9)에는, 산소 취련의 분사 정지 시(종료 시)에서의 용강 온도의 목표값 및 탄소 농도 등의 용강 성분 농도의 목표값이 전로 프로세스 컴퓨터로부터 입력된다. 또한, 산소 취련의 분사 정지 시에서의 용강 온도의 목표값 및 탄소 농도 등의 용강 성분 농도의 목표값은, 직접, 제1 계산기(9)에 설정할 수도 있다.

제1 계산기(9)는, 취련 개시 전에, 입력된 당해 취련의 분사 정지 시에서의 용강 온도의 목표값 및 용강 성분 농도의 목표값, 그리고, 입력된 용선(6)의 조성, 온도, 질량 및 철 스크랩의 질량에 기초하여, 열 수지 계산 및 물질 수지 계산에 기초한 수식 모델을 이용하여 스태틱 제어를 실시한다. 그리고, 제1 계산기(9)는, 분사 정지 시에서의 용강 온도 및 용강 성분 농도를 목표값으로 제어하기 위해 필요한 공급 산소량, 매용제 투입량 및 냉각재 또는 승열재의 투입량을, 스태틱 제어의 데이터로서 산출한다. 즉, 제1 계산기(9)는, 취련 개시 전에, 스태틱 제어를 실시한다.

제1 계산기(9)에 의한 스태틱 제어의 데이터는, 조업 제어용 계산기(12)에 입력된다. 조업 제어용 계산기(12)는, 제1 계산기(9)로부터 입력된 스태틱 제어의 데이터에 기초하여, 랜스 높이 제어 장치(13), 산화성 가스 유량 제어 장치(15), 저취 가스 유량 제어 장치(16) 및, 부원료 투입 제어 장치(17)의 각각에, 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분 농도가 목표값이 되도록 제어 신호를 발신한다. 이와 같이 하여, 스태틱 제어에 기초한 취련이 개시된다.

제1 계산기(9)는, 취련 개시 후의 취련 중에는, 열 수지 계산 및 물질 수지 계산에 기초한 수식 모델을 이용하여, 취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 조업 조건 및 계측값에 기초하여, 취련 진행의 각 시점에 있어서의 용탕 온도의 순차 추정값인 '취련 중 온도 추정값' 및 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값인 '취련 중 탄소 농도 추정값'을 순차 추정한다.

'취련 중 탄소 농도 추정값'을 순차 추정하는 방법으로서는, 예를 들면, 산화성 가스 유량 제어 장치(15)로부터 입력되는 산화성 가스의 공급량과, 전로 프로세스 컴퓨터로부터 입력되는 산소 취련 전의 용선(6)의 탄소 농도와, 배기 가스 유량계(22)로부터 입력되는 배기 가스 유량의 측정값 및 가스 분석계(23)로부터 입력되는 배기 가스 조성의 측정값을 이용하여, 탈탄 반응에 있어서의 탄소 및 산소의 물질 수지 계산을 행하고, 로 내의 용탕의 탄소 농도를 추정한다.

제2 계산기(10)는, 전술한 '도중 온도 목표값' 및 '확인 타이밍'을 설정한다. 도중 서브 랜스의 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 목표값인 '도중 온도 목표값'은, 전술한 (1)식을 이용하여 산출한다. 설정하는 시기는, '확인 타이밍'의 전이라면, 어느 때라도 좋지만, 예정되는 취련 시간의 1/2 정도가 진행될 때까지 결정하는 것이 바람직하고, 취련 개시의 전에 결정하는 것이 보다 바람직하다.

여기에서, '확인 타이밍'이란, 전술한 바와 같이, 취련 중의 도중 서브 랜스 투입 전의 시기에, 상기의 '도중 온도 목표값'과, 서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 예측값인 '도중 온도 예측값'의 차인 '도중 온도차'를 확인하는 타이밍이다. 또한, 확인 타이밍은, 제1 계산기(9)에 의해 구해지는 순차 추정값의 '취련 중 탄소 농도 추정값'이, 0.6∼1.4질량％의 범위 내의 타이밍을 확인 타이밍으로서 정하는 것이 바람직하다.

취련이 진행되어, 제1 계산기(9)에 의해 순차 산출되는 '취련 중 탄소 농도 추정값'이 상기 '확인 타이밍'까지 진행되면, 이 '취련 중 탄소 농도 추정값'의 신호를, 제1 계산기(9)는 제2 계산기(10)에 입력한다. 제1 계산기(9)로부터 '확인 타이밍'이 입력되었다면, 제2 계산기(10)는, 전술한 (2)식을 이용하여 '도중 온도 예측값'을 산출한다. 그리고, 산출한 '도중 온도 예측값'과, 이미 산출이 완료된 상기 '도중 온도 목표값'을 이용하여, '도중 온도차'를 전술한 (3)식에 의해 산출한다.

제2 계산기(10)는, 구한 '도중 온도차'의 절대값에 기초하여, 서브 랜스 투입보다도 전의 취련 중에, 전로 내에 냉각재의 투입 또는 승열재의 투입을 행할지 아닌지를 판정한다. 구체적으로는, 예를 들면, '도중 온도차'의 절대값의 문턱값을 15℃로 설정하고, '도중 온도차'가 ＋15℃를 초과하는 경우는, 스케일이나 철광석 등의 냉각재를 로 내에 투입하고, 한편, '도중 온도차'가 －15℃ 미만인 경우는, 탄재나 Fe-Si 합금 등의 승열재를 로 내에 투입한다고 판정한다. 이 경우에는, '도중 온도차'의 절대값이 15℃ 이하이면, 냉각재 및 승열재의 투입은 실시하지 않는다. '도중 온도차'가 ＋15℃를 초과하는 양수의 경우는 냉각재를 투입하고, '도중 온도차'가 －15℃를 초과하는 음수의 경우는 승열재를 투입하기 때문에, 그 후의 서브 랜스 투입 시에서의 '도중 온도차'의 절대값은 작아진다. 즉, 냉각재 또는 승열재의 투입에 의해, 서브 랜스 투입 시점에서의 도중 온도 목표값과 도중 온도 예측값의 차는 작아진다. 제2 계산기(10)는, 냉각재 또는 승열재의 투입의 유무를, 제3 계산기(11) 및 조업 제어용 계산기(12)에 송신한다.

제3 계산기(11)는, 제2 계산기(10)로부터 냉각재 또는 승열재의 투입 있음의 신호를 입력했다면, 냉각재의 투입량 또는 승열재의 투입량을 산출한다. 냉각재 및 승열재의 투입량은, '도중 온도차'의 절대값에 기초하여 산출한다. 예를 들면, 냉각재가 철광석이라면, '도중 온도차'가 ＋15℃ 초과 ＋20℃ 이하인 경우는 2.7㎏/용선－ton의 원단위의 냉각재를 투입하고, '도중 온도차'가 ＋20℃ 초과 ＋25℃ 이하인 경우는 3.6㎏/용선－ton의 원단위의 냉각재를 투입하는 등 하고, '도중 온도차'가 양수인 경우에는, '도중 온도차'가 커질수록, 냉각재의 투입량을 많게 한다. 한편, '도중 온도차'가 음수인 경우에는, '도중 온도차'의 절대값이 커질수록, 승열재의 투입량을 많게 한다.

산출된 냉각재 및 승열재의 투입량은, 제3 계산기(11)로부터 조업 제어용 계산기(12)에 송신된다. 제3 계산기(11)로부터 냉각재 및 승열재의 투입량의 신호를 받은 조업 제어용 계산기(12)는, 부원료 투입 제어 장치(17)에 소정량의 냉각재 또는 승열재를 로 내에 투입하도록, 제어 신호를 발신한다. 이 제어 신호를 받은 부원료 투입 제어 장치(17)는, 로 내에 소정량의 냉각재 또는 승열재를 투입한다.

그 후, 제1 계산기(9)에 의해 순차 산출되는 '취련 중 탄소 농도 추정값'이, 탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 탄소 농도(대략 0.45질량％)가 되었다면, 그의 신호를 제1 계산기(9)는 조업 제어용 계산기(12)에 송신한다. 이 신호를 받은 조업 제어용 계산기(12)는 서브 랜스 승강 제어 장치(14)에 서브 랜스 투입의 제어 신호를 발신한다. 이 제어 신호를 받은 서브 랜스 승강 제어 장치(14)는, 서브 랜스(5)를 로 내에 투입한다.

서브 랜스(5)는, 용탕 온도를 측정하거나, 또는, 용탕 온도 및 용탕 중 탄소 농도의 양쪽을 측정한다. 여기에서, 용탕 온도는, 서브 랜스(5)의 선단에 설치되는 서브 랜스 프로브(sublance probe) 내의 열전대에 의해 측정된다. 또한, 용탕 중 탄소 농도는, 서브 랜스 프로브 내의 용탕 샘플러에서 채취된 용탕이 용탕 샘플러 내에서 응고할 때의 냉각 곡선으로부터 구해진다. 서브 랜스(5)에 의한 서브 랜스 측정값, 즉, 용탕 온도의 측정값, 또는, 용탕 온도 및 용탕 중 탄소 농도의 양쪽의 측정값은, 제1 계산기(9)에 송신된다.

제1 계산기(9)는, 서브 랜스(5)에 의해 실측된 서브 랜스 측정값에 기초하여, 취련 분사 정지 시의 용강의 온도 및 성분 농도를 목표값으로 하기 위해 공급해야 할 산소량 그리고 냉각재 또는 승열재의 투입 필요 여부 및 투입량을 산출한다. 즉, 제1 계산기(9)는, 서브 랜스 투입 후에 다이나믹 제어를 실시한다.

제1 계산기(9)에 의한 다이나믹 제어의 신호는, 조업 제어용 계산기(12)에 송신된다. 제1 계산기(9)에 의한 다이나믹 제어의 신호를 수신한 조업 제어용 계산기(12)는, 산화성 가스 유량 제어 장치(15)에 소정량의 산화성 가스를 로 내에 공급하도록, 제어 신호를 발신한다. 동시에, 부원료 투입 제어 장치(17)에 소정량의 냉각재 또는 승열재를 로 내에 투입하도록, 제어 신호를 발신한다. 이 제어 신호를 받은 산화성 가스 유량 제어 장치(15)는, 로 내에 소정량의 산소 가스를 공급한다. 또한, 조업 제어용 계산기(12)로부터 제어 신호를 받은 부원료 투입 제어 장치(17)는, 로 내에 소정량의 냉각재 또는 승열재를 투입한다.

제1 계산기(9)에 의한 다이나믹 제어에 의한 산소량의 공급 및 냉각재 또는 승열재의 투입이 완료되었다면, 산소 취련을 종료한다.

상기 구성의 취련 제어 시스템에 의해, 종래보다도 도중 서브 랜스 투입 시점의 용탕 온도 제어가 용이해지고, 그 후의 다이나믹 제어에 의해, 분사 정지 시의 용강 온도를 정밀도 좋게 목표값으로 제어하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서는, '취련 중 온도 추정값' 및 '취련 중 탄소 농도 추정값'의 순차 추정을 보다 정확하게 행하기 위해, 전술한 바와 같이, 취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 계측값으로서, 취련 중의 전로 로구부의 광학 특성에 대한 계측값, 및/또는, 용선이 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 비접촉의 광학적 수법을 이용하여 측정된 용선의 온도 측정값을 채용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 전로 설비(1)에는, 전로 로구부의 광학 특성에 대한 계측값 및 비접촉의 광학적 수법을 이용하여 측정되는 용선의 온도 측정값을 측정하기 위해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 분광 카메라(7)가 구비되어 있다. 도 2 중의 부호 25는, 부원료의 투입 슈트, 부호 26은, 상취 랜스로의 산화성 가스 공급관, 부호 27은, 상취 랜스로의 냉각수 공급관, 부호 28은, 상취 랜스로부터의 냉각수 배출관이다.

전로(2)의 주위에는, 전로의 로구 연소 화염(18)의 발광 스펙트럼을 측정할 수 있는 위치에 분광 카메라(7)가 부착된다. 부착된 분광 카메라(7)에 의해, 전로의 로구(20)와 가동식 후드(21)의 간극으로부터 보이는 로구 연소 화염(18)을 촬영한다. 분광 카메라(7)에 의해 촬영된 촬영 화상(화상 데이터)은, 순차, 화상 해석 장치(8)에 송신된다. 화상 해석 장치(8)에서는, 보내진 촬영 화상(화상 데이터)을 기록함과 함께, 화상 데이터의 임의의 주사선 상을 선 분석하여, 발광 파장 및 파장마다의 발광 강도를 해석한다.

해석된 로구 연소 화염(18)의 화상 데이터는, 그때마다, 제1 계산기(9)에 송신된다. 제1 계산기(9)는, 산소 및 탄소의 물질 수지 계산에 의해 '취련 중 탄소 농도 추정값'의 순차 추정을 행할 때에, 화상 해석 장치(8)로부터 입력된 로구 연소 화염(18)의 발광 스펙트럼의 해석 화상 데이터를 이용하여, '취련 중 탄소 농도 추정값'을 순차 추정한다. 이에 따라, '취련 중 탄소 농도 추정값'의 추정 정밀도가 향상한다.

여기에서, 「로구 연소 화염」이란, 전로(2)의 로구(20)로부터 상방의 연도(29)를 향하여 취출하는 로 내의 화염을 가리킨다. 로구 연소 화염(18)의 발광 스펙트럼에는, 전로 내에서 탈탄 반응에 의해 발생하는 CO 가스나, 이 CO 가스의 일부와 전로 로구 부분에서 흡인되는 공기가 혼합하여 일어나는 자연 발화에 의해 생성되는 CO₂ 가스에 관한 정보나, 로 내의 화점(火点)으로부터 증발하는 철 원자에 유래하는 FeO*(중간 생성물)에 관한 정보가 포함되어 있다.

본 발명자들은, 이 발광 스펙트럼 중, 580∼620㎚의 범위의 파장에 대해서, 그 파장마다의 발광 강도를 리얼 타임으로 측정함으로써, 전로의 로 내 상황이, 리얼 타임으로 용이하게 추정할 수 있는 것을 확인하고 있다. 또한, 본 발명자들은, FeO*의 생성 시에는, 이 파장역에서 흡광 피크가 확인되고, 한편, FeO*의 소실 시에는, 동일한 파장역에서 발광 피크가 확인되고, 이 중, 발광 강도가 FeO*의 소실 속도에 연동하고 있는 것을 확인하고 있다.

감시하고 있는 것은, 로 내의 용융철욕의 화점에서 주로 생성되는 FeO*의 전자 상태가 전이할 때에 발해지거나 혹은 흡수되는, 특정의 파장의 전자파이다. FeO*는 로 내로부터 피어오르는 화염과 일체로 되어 있기 때문에, 예를 들면, 탈탄 반응이 종료에 근접했을 때는 FeO*의 발생량 및 FeO*의 반응량은 줄어들기 때문에, 이 화염의 발광 스펙트럼을 분광하면, 580∼620㎚의 파장의 발광 강도는 감소한다. 즉, 탈탄 반응 속도가 용탕 중의 탄소의 물질 이동 율속이 되면, FeO의 환원보다도 FeO의 생성이 지배적이 되어, 580∼620㎚의 파장의 발광 강도는 급락한다.

다음으로, 분광 카메라(7)로, 당해 취련에서 사용되는 용선(6)이, 용선 유지 용기(30)로부터 전로(2)에 유입할 때에, 용선(6)의 온도를 측정하는 방법을 설명한다.

도 3에, 용선 유지 용기로부터 전로에 유입되는 용선의 온도를 측정하는 개략도를 나타낸다. 당해 취련의 원료로서 이용하는 용선(6)이 용선 유지 용기(30)로부터 전로(2)에 유입할 때에, 용선 온도를 측정하는 경우, 분광 카메라(7)는, 예를 들면 전로 장입측의 로 앞에서, 용선(6)이 용선 유지 용기(30)로부터 전로(2)로 유입할 때의 주입 흐름을 관측할 수 있는 장소에 설치된다. 주입 흐름을 올려보는 바와 같은 각도로 분광 카메라(7)를 설치하면, 용선 장입 시의 발진의 영향을 받기 어려워 바람직하다. 분광 카메라(7)에서는, 용선 장입 개시에서 종료까지의 사이, 미리 설정된 샘플링 레이트(sampling rate)(예를 들면 1초 간격)로 2색 온도 정보가 채취된다.

분광 카메라(7)에 의해 채취된 2색 온도 정보는 화상 해석 장치(8)에 송신되고, 화상 해석 장치(8)에서 용선 온도가 산출된다. 산출된 용선 온도는 제1 계산기(9)에 입력되고, 제1 계산기(9)는, 입력된 용선 온도에 기초하여 정한 값을 '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로서 이용하여, '취련 중 온도 추정값'의 순차 계산이 행해진다.

분광 카메라(7)에서 측정되는 용선 온도에 기초하여 정한 값을, '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로서 이용함으로써, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 온도 추정 정밀도가 보다 한층 향상한다.

분광 카메라(7)에 의해 2색 온도 정보를 측정하는 방법으로서는, 분광 카메라(7)로 다수의 파장 데이터를 채취해 두고, 얻어진 데이터로부터 화상 해석 장치(8) 등에서 임의의 2파장의 데이터를 추출해도 좋고, 분광 카메라 내에 밴드패스 필터를 갖는 카메라이면, 이 밴드패스 필터에 의해 임의의 2파장을 추출해도 좋다. 또한, 분광 카메라(7)의 촬상은 CCD 소자에 의해 행하는 것이 많지만, 복수의 CCD 소자를 탑재하고, 각 CCD 소자가 다른 파장 범위를 측정하는 것이라도 좋다.

분광 카메라(7)는, 취련 중의 전로 로구부의 광학 특성(슬래그 중의 산화철의 환원 반응에 유래하는 스펙트럼의 발광 강도 변화율)의 계측용과, 전로 장입 중의 용선 온도의 계측용의 각각에 대하여 따로 구비해도 좋고, 공용해도 좋다. 공용하는 경우는, 전로(2)의 로구(20)와 가동식 후드(21)의 간극으로부터 보이는 로구 연소 화염(18) 및, 용선(6)이 용선 유지 용기(30)로부터 전로(2)에 유입할 때의 주입 흐름의 양쪽을 관측할 수 있는 장소에 설치한다. 혹은, 용선 장입 중은 용선(6)이 용선 유지 용기(30)로부터 전로(2)에 유입할 때의 주입 흐름을 관측할 수 있는 장소에 설치하고, 용선 장입 후, 취련 개시 전까지 전로(2)의 로구(20)와 가동식 후드(21)의 간극으로부터 보이는 로구 연소 화염(18)이 관측 가능한 장소로 이동할 수 있도록, 이동 수단을 설치해도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 스태틱 제어와 다이나믹 제어를 이용하여 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값으로 제어하는 전로 조업 방법에 있어서, 다이나믹 제어로의 수정에 의해, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 목표값에 적중시키는 것이 가능한 범위로, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도를 제어하도록 했기 때문에, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 성분을 높은 정밀도로 목표값에 적중시킬 수 있다.

실시예

용선에 미리 탈황 처리 및 탈린 처리를 실시한 후, 도 2에 나타내는, 350톤 용량 상저취 전로(산소 가스 상취, 아르곤 가스 저취)를 이용하여, 300∼350톤의 용선을, 스태틱 제어, 도중 서브 랜스 투입, 다이나믹 제어에 의해 산소 취련하고, 용선을 탈탄 정련하여 용강을 제조했다. 분사 정지 시의 목표 용강 온도는 각각의 취련에 따라 상이하고, 1660∼1700℃의 범위였다. 각 취련에 있어서의 분사 정지 시의 목표 용강 온도의 적중 범위는, 목표 용강 온도±10℃이다. 취련에 사용한 용선의 화학 성분 및 용선 온도를 표 1에 나타낸다.

전로의 배기 가스 처리 설비의 연도에 설치된 배기 가스 유량계 및 배기 가스 분석계, 그리고, 상취 랜스로부터 공급되는 산소량 및 투입한 고체 산소량(철광석 등)의 관계로부터, 로 내의 산소 수지 오차가 최소가 되도록 로 내 성분의 연소량을 결정했다. 얻어지는 로 내 성분 반응량을 반응 열량으로 변환하여, '취련 중 온도 추정값'의 순차 산출을 행했다. 또한, 산소 및 탄소의 물질 수지 계산에 의해 '취련 중 탄소 농도 추정값'의 순차 추정을 행했다.

용선을 전로에 장입하는 타이밍에서, 전로 로구와 용선 유지 용기의 사이에 보이는 용선을 분광 카메라로 촬영했다. 얻어진 용선의 발광 스펙트럼 중, 파장 550㎚와 850㎚의 발광 강도로부터 전로 장입 시의 용선 온도를 산출했다. 또한, 취련 중은, 분광 카메라에 의해 로구 연소 화염의 발광 스펙트럼을 촬영하고, 발광 스펙트럼 중, 580∼620㎚의 범위의 파장에 대해서, 그 파장마다의 발광 강도를 리얼 타임으로 측정했다. 사용한 파장은 610㎚로 했다. 분광 카메라는 1기의 분광 카메라를 사용하고, 이동 수단을 이용하여, 로구 연소 화염 및, 용선 유지 용기로부터 전로에 유입하는 용선의 주입 흐름을 관측할 수 있는 장소에 설치했다.

본 발명예에서는, 용선을 전로에 장입하는 타이밍에서 측정한 용선 온도를, '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로서 이용하여, '취련 중 온도 추정값'의 순차 계산을 행했다. 또한, 산소 및 탄소의 물질 수지 계산을 이용하여 '취련 중 탄소 농도 추정값'을 추정할 때에, 로구 연소 화염의 발광 스펙트럼의 해석 화상 데이터를 병용하여, '취련 중 탄소 농도 추정값'의 순차 추정을 행했다.

또한, 본 발명예에서는, '취련 중 탄소 농도 추정값'이 1.2질량％가 되는 시점을 '확인 타이밍'으로서 결정하고, '도중 온도 목표값'을 각 취련의 분사 정지 시의 목표 용강 온도에 따라서, 전술한 (1)식으로 구했다. '도중 온도 목표값'은, '분사 정지 시의 목표 용강 온도－35℃'에서 '분사 정지 시의 목표 용강 온도－65℃'까지의 범위 내였다.

그리고, 본 발명예에서는, '취련 중 탄소 농도 추정값'이 1.2질량％가 된 시점에서, (3)식을 이용하여 '도중 온도차'를 구했다. 구한 '도중 온도차'가 ＋15℃를 초과하는 경우는, 도중 서브 랜스 투입의 전까지, 냉각재로서 철광석을 로 내에 투입했다. 한편, '도중 온도차'가 －15℃ 미만인 경우는, 도중 서브 랜스 투입의 전까지, 승열재로서 탄재(탄소 함유량 75질량％ 이상)를 로 내에 투입했다.

냉각재로서의 철광석 및 승열재로서의 탄재의 투입량은, '도중 온도차'에 각각 냉각 계수 및 승열 계수를 곱한 값을 채용했다. 냉각 계수 및 승열 계수는 과거의 취련 계산 결과로부터 중회귀로 각각 구하고, 냉각 계수는 －0.18[(철광석·㎏)/(용선·ton×℃)]를 사용하고, 승열 계수는 ＋0.25[(탄재·㎏)/(용선·ton×℃)]를 사용했다.

그 후, 용탕 중 탄소 농도의 순차 추정값인 '취련 중 탄소 농도 추정값'에 기초하여, 탈탄 산소 효율이 저하하기 시작하는 타이밍(용탕 중 탄소 농도≒0.45질량％)을 구하고, 그 타이밍에서 도중 서브 랜스를 투입했다.

도중 서브 랜스의 투입 후, 도중 서브 랜스에 의한 용탕 온도와 용탕 중 탄소 농도의 실측값에 기초하여, 다이나믹 제어를 실시하고, 다이나믹 제어로 나타난 조작을 행하여, 산소 취련을 종료했다.

한편, 비교예는, 용선을 전로에 장입하는 타이밍에서 측정한 용선 온도를, '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로서 이용하지 않고, 전로로의 장입 전에 용선 유지 용기 내에 충전된 용선에 열전대를 침지시켜 측정한 용선 온도를, '취련 중 온도 추정값'의 초기값으로서 사용하여 '취련 중 온도 추정값'의 순차 계산을 행했다. 또한, 로구 연소 화염의 발광 스펙트럼의 해석 화상 데이터를 병용하지 않고, 산소 및 탄소의 물질 수지 계산을 이용하여 '취련 중 탄소 농도 추정값'을 추정했다.

그리고, '취련 중 탄소 농도 추정값'이 0.45질량％가 된 시점에서, 서브 랜스를 투입했다. 도중 서브 랜스에 의한 용탕 온도와 용탕 중 탄소 농도의 실측값에 기초하여, 다이나믹 제어를 실시하고, 다이나믹 제어로 나타난 조작을 행하여, 산소 취련을 종료했다.

표 2에, 본 발명예 및 비교예의 시험 조건 및 시험 결과를 나타낸다.

본 발명예는, 취련 분사 정지 시(종점)의 적중률이 87％로 높아, 비교예에 비해 대폭으로 취련 분사 정지 시(종점)의 적중률을 대폭으로 향상시키는 것을 확인할 수 있었다.

도 4는, 본 발명예 및 비교예에 있어서, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도와 용탕 중 탄소 농도의 관계를 나타낸 도면이다. 도 4로부터 분명한 바와 같이, 본 발명예에서는, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도가, 분사 정지 시의 목표 용강 온도에 대하여 편차가 적어져, 도중 서브 랜스 투입 시점에서의 용탕 온도가 제어되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

도 5는, 본 발명예 및 비교예에 있어서, 취련 분사 정지 시의 목표 용강 온도와, 취련 분사 정지 시의 실적 용강 온도의 오차를 나타내는 도면이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의해 취련 분사 정지 시의 용강 온도를 목표 용강 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

1 : 전로 설비
2 : 전로
3 : 상취 랜스
4 : 저취 송풍구
5 : 서브 랜스
6 : 용선
7 : 분광 카메라
8 : 화상 해석 장치
9 : 제1 계산기
10 : 제2 계산기
11 : 제3 계산기
12 : 조업 제어용 계산기
13 : 랜스 높이 제어 장치
14 : 서브 랜스 승강 제어 장치
15 : 산화성 가스 유량 제어 장치
16 : 저취 가스 유량 제어 장치
17 : 부원료 투입 제어 장치
18 : 로구 연소 화염
19 : 산화성 가스 분류
20 : 로구
21 : 가동식 후드
22 : 배기 가스 유량계
23 : 가스 분석계
24 : 로 상 호퍼
25 : 부원료의 투입 슈트
26 : 상취 랜스로의 산화성 가스 공급관
27 : 상취 랜스로의 냉각수 공급관
28 : 상취 랜스로부터의 냉각수 배출관
29 : 연도
30 : 용선 유지 용기

Claims (12)

1. 전로 내의 용선에 산화성 가스를 분사하여 용선을 탈탄 정련하는 취련 중에, 로(爐) 내에 서브 랜스를 투입하여 적어도 로 내의 용탕의 용탕 온도를 포함하는 서브 랜스 측정값을 실측하고, 실측한 서브 랜스 측정값에 기초하여, 취련 분사 정지 시까지 공급해야 할 산소량 그리고 냉각재 또는 승열재(heating material)의 투입 필요 여부 및 투입량을 결정함으로써, 취련 분사 정지 시의 용강의 온도 및 성분 농도를 목표값으로 제어하는 전로의 조업 방법으로서,
   서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 목표값인 도중 온도 목표값을 정함과 함께, 상기 도중 온도 목표값과 서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 예측값인 도중 온도 예측값의 차인 도중 온도차를, 서브 랜스 투입 시기보다도 전의 취련 중에 확인하는 확인 타이밍을 정하고,
   취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 조업 조건 및 계측값에 기초하여, 취련 진행 시점에 있어서의 용탕 온도의 추정값인 취련 중 온도 추정값 및 용탕 중 탄소 농도의 추정값인 취련 중 탄소 농도 추정값을 순차 추정함과 함께,
   취련이 상기 확인 타이밍까지 진행되면, 상기 취련 중 온도 추정값 및 상기 취련 중 탄소 농도 추정값에 기초하여 상기 도중 온도차를 산출하고,
   산출된 상기 도중 온도차의 절대값이 미리 정한 문턱값보다 큰 경우에, 상기 확인 타이밍보다 후에 또한 서브 랜스 투입보다도 전의 취련 중에, 전로 내에 냉각재의 투입 또는 승열재의 투입을 행하는, 전로의 조업 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 확인 타이밍을, 상기 취련 중 탄소 농도 추정값에 의해 정하는, 전로의 조업 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 확인 타이밍을, 상기 취련 중 탄소 농도 추정값이 0.6∼1.4질량％가 되는 범위에서 정하는, 전로의 조업 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 미리 정한 문턱값이 10℃ 이상의 값으로부터 선택되는 값인, 전로의 조업 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도중 온도차의 절대값이 미리 정한 문턱값보다 큰 경우에, 상기 확인 타이밍보다 후에 또한 서브 랜스 투입의 전의 취련 중에 투입하는 냉각재의 양 또는 승열재의 양은, 상기 취련 중 온도 추정값, 취련 분사 정지 시의 용강 온도의 목표값 및 당해 취련 중에 전로 내에 투입한 생석회의 양 중의 1개 또는 2개 이상에 기초하여 결정하는, 전로의 조업 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 상기 계측값이, 배기 가스 유량계 및 배기 가스 분석계로부터 얻어지는 계측값의 어느 한쪽 또는 양쪽을 포함하는, 전로의 조업 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 상기 계측값이, 취련 중의 전로 로구부의 광학 특성에 대한 계측값으로서, 슬래그 중의 산화철의 환원 반응에 유래하는 스펙트럼의 발광 강도의 변화율을 포함하는, 전로의 조업 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 상기 계측값이, 당해 취련의 원료로서 이용하는 용선이 용선 유지 용기로부터 전로에 유입할 때에 비접촉의 광학적 수법을 이용하여 측정된 용선 온도를 포함하는, 전로의 조업 방법.
9. 전로 내의 용선에 산화성 가스를 분사하여 용선을 탈탄 정련하는 취련 중에, 적어도 로 내의 용탕의 용탕 온도를 포함하는 서브 랜스 측정값을 실측하는 서브 랜스와,
   취련 개시 시 및 취련 중에 얻어지는 전로의 조업 조건 및 계측값에 기초하여, 취련 진행 시점에 있어서의 용탕 온도의 추정값인 취련 중 온도 추정값 및 용탕 중 탄소 농도의 추정값인 취련 중 탄소 농도 추정값을 순차 추정함과 함께, 상기 서브 랜스에 의해 실측된 서브 랜스 측정값에 기초하여, 취련 분사 정지 시의 용강의 온도 및 성분 농도를 목표값으로 하기 위해 공급해야 할 산소량 그리고 냉각재 또는 승열재의 투입 필요 여부 및 투입량을 산출하는 제1 계산기와,
   상기 제1 계산기에 의해 산출된 상기 산소량 및 상기 냉각재 또는 승열재의 투입량에 기초하여, 취련 분사 정지 시의 용강 온도 및 용강 중 탄소 농도가 목표값이 되도록, 조업 조건을 제어하는 조업 제어용 계산기와,
   서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 목표값인 도중 온도 목표값을 설정하고, 또한, 당해 도중 온도 목표값과 서브 랜스 투입 시기에 있어서의 용탕 온도의 예측값인 도중 온도 예측값의 차인 도중 온도차를 서브 랜스 투입 시기보다도 전의 취련 중에 확인하는 확인 타이밍을 설정함과 함께,
   상기 도중 온도 목표값과 상기 도중 온도 예측값의 차인 도중 온도차를 산출하고, 산출된 상기 도중 온도차의 절대값에 기초하여, 상기 확인 타이밍보다 후에 또한 서브 랜스 투입보다도 전의 취련 중에, 전로 내에 냉각재의 투입 또는 승열재의 투입을 행할지 아닌지를 판정하는 제2 계산기와,
   냉각재의 투입 또는 승열재의 투입을 행하는 경우에는, 냉각재의 투입량 또는 승열재의 투입량을 산출하는 제3 계산기
   를 갖는, 전로의 취련 제어 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    전로의 배기 가스 처리 설비에 배기 가스 유량계 및 배기 가스 분석계를 구비하고, 상기 배기 가스 유량계 및 상기 배기 가스 분석계에서 계측된 배기 가스의 데이터가 상기 배기 가스 유량계 및 상기 배기 가스 분석계로부터 상기 제1 계산기에 송신되고, 상기 제1 계산기는, 송신된 배기 가스의 데이터를, 취련 중 온도 추정값 및 취련 중 탄소 농도 추정값의 순차 추정에 이용하도록 구성되어 있는, 전로의 취련 제어 시스템.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    전로의 주위에 배치되고, 전로와 가동식 후드의 간극으로부터 로구 연소 화염을 촬영하는 분광 카메라와, 당해 분광 카메라로부터 보내진 화상 데이터를 취출 가능하게 기록함과 함께, 상기 화상 데이터의 발광 스펙트럼의 580∼620㎚의 범위의 파장에 있어서의 발광 강도를 산출하는 화상 해석 장치를 구비하고, 상기 발광 강도의 데이터가 상기 화상 해석 장치로부터 상기 제1 계산기에 송신되고, 상기 제1 계산기는, 송신된 발광 강도의 데이터를, 취련 중 온도 추정값 및 취련 중 탄소 농도 추정값의 순차 추정에 이용하도록 구성되어 있는, 전로의 취련 제어 시스템.
12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    전로에서의 취련의 원료로서 이용하는 용선이 상기 전로로 장입되어 있는 기간 중에 있어서의 용선의 온도를 장입 시의 용선 온도로서 광학적으로 측정하는 온도 계측기를 구비하고, 당해 온도 계측기에 의한 온도 측정값의 데이터가 상기 온도 계측기로부터 상기 제1 계산기에 송신되고, 상기 제1 계산기는, 송신된 온도 측정값의 데이터를, 취련 중 온도 추정값 및 취련 중 탄소 농도 추정값의 순차 추정에 이용하도록 구성되어 있는, 전로의 취련 제어 시스템.

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