WO2021070455A1 - 機械攪拌式脱硫システム - Google Patents

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lance
desulfurization
freeboard
pot
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高敦 浜田
正勝 吉澤
良顕 安井
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ダイヤモンドエンジニアリング株式会社
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    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/20—Measures not previously mentioned for influencing the grain structure or texture; Selection of compositions therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/10—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with refining or fluxing agents; Use of materials therefor, e.g. slagging or scorifying agents
    • C22B9/103—Methods of introduction of solid or liquid refining or fluxing agents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical stirring type desulfurization system including a mechanical stirring type desulfurization apparatus and a gas blowing lance for blowing a desulfurizing agent into the mechanical stirring type desulfurization apparatus.
  • a dephosphorization / desulfurization agent is put into a refining container containing hot metal, and the hot metal is mechanically agitated using a stirring impeller. Mechanical agitation desulfurization equipment is known.
  • the gravity drop method has been conventionally adopted as the method for adding the desulfurizing agent, but in that method, a part of the desulfurizing agent is scattered at the time of addition and is sucked into the dust collector, or desulfurization. Since the agents aggregate and the desulfurization efficiency is lowered, there is a problem that the yield of addition of the desulfurization agent or the like is low. Therefore, a desulfurizing agent is continuously sprayed onto the bath surface of the agitated hot metal at high speed using a transport gas such as argon gas or nitrogen gas through a cylinder called a top-blown lance. A method of invading and adding (see, for example, Patent Document 1) has come to be used.
  • the height of the lance with respect to the hot water level greatly contributes to the desulfurization efficiency.
  • the distance between the lance and the molten metal surface is long (800 mm or more)
  • the distance between the lance and the molten metal surface is short (400 mm or less)
  • the tip of the lance is melted by the hot metal and the service life of the lance is shortened. Therefore, it is important to adjust the height of the lance with respect to the level of the molten metal (recommended lance-height of the molten metal: 500 to 700 mm).
  • the amount of hot metal differs for each treatment, and the shape of the treatment pot varies greatly with each treatment due to the metal adhering to the inside of the pot. Therefore, it is necessary to measure the hot water level every time.
  • the following methods are known as methods for measuring the hot water level of hot metal.
  • (1) A method of dividing the weight of hot metal by the specific weight to obtain the volume, and dividing by the bottom area of the hot metal pot to obtain the height (hot water level). If the bottom area is attached, the bottom area becomes small, or conversely, if the inside of the pot is worn, the bottom area becomes large, so that there is a problem that the accuracy is not very good.
  • the present invention includes a mechanical stirring type desulfurization apparatus (hereinafter referred to as "desulfurization apparatus”) provided with a stirring impeller and a hot metal pan, and a top blowing lance for projecting a desulfurizing agent onto the hot metal pan of the desulfurization apparatus.
  • the object of the present invention is that the tip of the top blowing lance is at a predetermined height (H) from the hot water surface of the hot metal pot.
  • a control unit that controls movement so as to be in a position is further provided, and the control unit includes a tilt angle ( ⁇ ) of the hot metal pot and an inner diameter (D) of the hot metal pot during the slag removal treatment, which is a pretreatment of the desulfurization treatment. ),
  • the free board ( ⁇ H) of the hot metal pan is calculated, and the moving distance (h) of the top blowing lance is calculated based on the calculated free board, and the moving distance is calculated based on the calculated moving distance.
  • the mechanical stirring is provided with a lance driving means for driving the top blowing lance so that the tip of the top blowing lance is located at a predetermined height (H) from the hot water surface of the hot metal pot. Achieved by a formula desulfurization system.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state of preprocessing.
  • FIG. 2 is a diagram showing a drive system for tilting the hot metal pan 2.
  • FIG. 2A shows a case where the actuator 5 for driving the tilt of the hot metal pan 2 is electric, and a rotor is installed on the shaft of the tilt gear.
  • (B) is a diagram showing a case where the actuator 5 is driven hydraulically, and the tilt angle changes as the hydraulic cylinder rod expands and contracts.
  • Each has an encoder (not shown) and converts a mechanical displacement amount (angle change or expansion / contraction amount) into an electric signal.
  • the output signal of the encoder is stored in a storage means (not shown), and the tilt angle can be known by reading the signal.
  • FIG. 3 is a diagram showing a general desulfurization treatment system.
  • the desulfurization treatment system includes a carriage provided with a stirring impeller 6, a rotary drive motor 7 of the stirring impeller 6, and an elevating frame body 8 in which a rotary drive motor 7 is installed to raise and lower the stirring impeller 6 up and down.
  • a hot metal stirring unit equipped with a lifting motor 9 for pulling the lifting frame with a rope, and a desulfurizing agent at high speed using a transport gas such as argon gas or nitrogen gas on the bath surface of the hot metal being stirred.
  • a lance drive having a top-blown lance 10 (hereinafter referred to as "lance") for continuously spraying and adding, and a lance drive motor 11 for adjusting the height of the lance blowing port by moving the lance 10 up and down in the direction of the arrow in the figure. It is provided with a lance projection unit provided with means, and a hot metal pan 2 which is placed on a tilting carriage 1 and into which hot metal is put.
  • the dust collector 12 is a device that collects the desulfurizing agent sprayed from the lance 10 that is scattered in the air without reaching the hot metal pot 2.
  • the desulfurization treatment is a treatment in which a desulfurizing agent is projected into the hot metal and stirred, and the sulfur content in the hot metal is reacted with the desulfurizing agent.
  • the process is as follows. (a) The elevating motor 9 is driven, the stirring impeller 6 is lowered to a predetermined height together with the elevating frame body 8, immersed in the hot metal, and the hot metal is agitated by the rotary driving motor 7. (b) After the lance 10 is lowered according to the molten metal level, the desulfurization agent is projected from the tip of the lance, the desulfurization agent is stirred and mixed with the hot metal, and the desulfurization reaction is started.
  • the distance H between the lance and the molten metal surface becomes a problem.
  • H is about 400 mm or less
  • the tip of the lance may be melted due to the heat of hot metal or the splash of hot metal
  • H is If it is approximately 800 mm or more, the desulfurizing agent may scatter and be sucked into the dust collector 12, and the amount of the desulfurizing agent charged may decrease. Therefore, normally, the position of the tip of the lance is adjusted so that about 500 mm ⁇ H ⁇ about 700 mm, but the factor that affects the position adjustment of the lance is the freeboard part, which is the part that is not immersed in the hot metal. Height ( ⁇ H). Therefore, if this ⁇ H can be known in advance, it can be adjusted to an appropriate H.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of obtaining the height ⁇ H of the freeboard portion of the hot metal pot from the tilt angle ( ⁇ ) stored in the pretreatment.
  • FIG. 4 (B) is a diagram showing the case of an actual hot metal pan, but it is considered to be the same as the case where the cylindrical container of (A) is provided with a notch of the portion shown by the dotted line. ) Can be considered in the same way. From the tilt angle ( ⁇ ) stored in the pretreatment, the height ⁇ H of the freeboard portion of the hot metal pot can be obtained using the above equation 1.
  • FIG. 5 shows a case where metal deposits adhere to the refractory inside the hot metal pot and the inner diameter D becomes narrower (Fig. A), and a case where the inner refractory wears and the inner diameter D becomes wider (Fig. B). ). Therefore, it is examined how much the height ⁇ H of the freeboard portion is affected by the change of the inner diameter D.
  • the "height of the freeboard section" is simply referred to as "freeboard”.
  • ⁇ D is a maximum of 200 mm (the thickness of the refractory is 100 mm, and the diameter base is 200 mm)
  • ⁇ is 30 °, 40 °, and 45 ° (usually, the tilt angle is about 30 ° and the maximum is about 45 °)
  • ⁇ is calculated as follows.
  • a standard hot metal pot for example, a new pot
  • FIG. 7 is a schematic view showing the configuration of the desulfurization system according to the present invention. Since the basic configuration is the same as that shown in FIG. 3, only the different parts will be described.
  • the desulfurization system according to the present invention is a conventional desulfurization system shown in FIG. 2 to which a lance passage detection sensor 13 (photoelectric sensor) and a control unit 14 for controlling the moving distance of the lance by a lance drive motor 11 are added. ..
  • the tilt angle ⁇ is measured at the stage of preprocessing, input to the control unit 14, and stored.
  • the inner diameter D may be actually measured and the value may be input before the start of the pretreatment, or the degree of wear can be empirically known in advance depending on the number of times the pot is used. If so, you may enter the number of times it has been used and convert it to the degree of wear (mm).
  • the control unit 14 automatically controls the position of the tip of the lance from the molten metal surface to a predetermined height (H) and stops there. For that purpose, the lance must be moved to that position, and the descent distance L (pointing to the vertical distance after passing through the lance passage detection sensor 13) is calculated by the following equation.
  • FIG. 8 is a table showing the relationship between the tilt angle ( ⁇ ) and the freeboard for each worn state of the pan. This is just an example. It is more accurate to set the angle in increments of 5 °, but due to space limitations, it is displayed in increments of 5 °. It can be seen that if the angles are the same, the change in the freeboard ⁇ H due to the wear state is small. For example, if the tilt angle is 30 °, the freeboard will only change by 58mm, even if it wears 100mm. Further, even at 45 °, even if the freeboard is worn by 100 mm, the freeboard changes only 100 mm, and it can be seen that the influence is small even when compared with the width of the preferable freeboard range (500 mm to 700 mm).
  • FIG. 9 shows an example of a flowchart showing the flow of control performed by the control unit 14.
  • the worn state (wear degree) of the hot metal pot used on the day and the tilt angle ( ⁇ ) measured in the pretreatment are input and stored in advance.
  • the CPU (not shown) of the control unit 14 reads out the degree of wear (or the number of times of use) of the hot metal pot based on a predetermined program (S1).
  • the tilt angle ⁇ is read out (S2).
  • a freeboard table for example, the table shown in FIG. 8) corresponding to the degree of wear of the freeboard
  • the freeboard ⁇ H corresponding to the tilt angle ⁇ is read out (S3).
  • the descent distance L of the lance is calculated based on the read freeboard ⁇ H (S4).
  • the above equation 3 is used to calculate the descent distance L of the lance.
  • the moving distance h of the lance is calculated using the above equation 4.
  • the lance drive motor 11 is driven to start driving the lance (S5).
  • the measurement of the moving distance of the lance is started (S7).
  • the elevating rotary device measures the moving distance from the time when the lance blocks the photoelectric sensor 13.
  • the driving (movement) of the lance is stopped (S9).
  • the projection of the desulfurizing agent from the lance is started (S10).
  • the distance between the desulfurizing agent projection lance and the molten metal surface can be made constant in all treatments, and the optimum distance can be uniformly secured under any condition.
  • the desulfurizing agent is not sucked into the dust collector, and the desulfurizing agent efficiently enters the inside of the agitated hot metal, enabling stable desulfurization treatment.
  • This effect makes it possible to greatly increase the success rate of desulfurization treatment. Further, the amount of melting damage of the tip of the lance due to the approach to the hot metal surface is reduced, and the service life of the lance pipe can be significantly extended.

Abstract

［課題］簡易な方法で溶銑の湯面レベルを検出し、検出された湯面レベルに合わせてランスを最適な位置に自動的に調整することが可能な機械攪拌式脱硫システムを提供すること。 ［解決手段］　上吹きランス１０の先端が溶銑鍋２の湯面から所定の高さの位置になるように移動制御を行う制御部１４を備え、制御部１４は、脱硫処理の前処理であるスラグ除去処理の際の溶銑鍋２の傾動角と溶銑鍋２の内径Ｄから溶銑鍋２のフリーボードΔＨを算出し、算出したフリーボードに基づいて上吹きランスの移動距離Ｌを算出する移動距離算出手段と、算出された移動距離Ｌに基づいて、上吹きランスの先端が溶銑鍋２の湯面から所定の高さの位置になるように上吹きランス１０の駆動を行うランス駆動手段とを備えたことを特徴とする。　

Description

機械攪拌式脱硫システム
　本発明は、機械攪拌式脱硫装置と該機械攪拌式脱硫装置に脱硫剤を吹き込むガス吹き込み用ランスとを備えた機械攪拌式脱硫システムに関する。
　溶銑の脱燐・脱硫を行う際に使用される代表的な設備としては、溶銑を収容した精錬容器内に脱燐・脱硫剤を投入し、攪拌インペラを用いて該溶銑を機械的に撹拌する機械攪拌式脱硫装置が知られている。
  かかる設備においては、脱硫剤の添加方法として、従来は重力落下方式を採用していたが、その方法では、添加時に脱硫剤の一部が飛散して集塵装置に吸引されるか、或いは脱硫剤が凝集し脱硫効率が低下するため、脱硫剤等の添加歩留りが低いという問題があった。
そこで、撹拌されている溶銑の浴面上に、上吹きランスと称する筒体を介して、アルゴンガス、窒素ガス等の搬送用ガスを用いて高速で連続的に吹き付け、溶銑内に脱硫剤を侵入させて添加する方法（例えば特許文献１参照）が利用されるようになった。
特開２００５－１７９６９０号公報 特開２００４－３０１３６２号公報
　かかる上吹きランスを用いて溶銑の湯面上に脱硫剤を吹き付ける方式においては、湯面レベルに対するランスの高さが脱硫効率に大きく寄与している。
例えば、投射時、ランスと湯面間の距離が遠い(800mm以上)と集塵装置に吸われ、脱硫剤の投入量が減少するため脱硫効率が悪くなる。逆に、ランスと湯面間の距離が近い(400mm以下)とランス先端が溶銑によって溶損し、ランスの使用寿命が短くなる。
そのため、湯面レベルに対するランスの高さの調整が重要となる(推奨ランス～湯面高さ：500～700mm)。
　また、処理毎に溶銑の量が異なり、更に、鍋内側に付着した地金により処理鍋の形状は各処理毎に湯面レベルが大きく変動するため、毎回湯面レベルの計測が必要となる。
　従来、溶銑の湯面レベルを計測する方法としては、次のようなものが知られている。
（１）溶銑の重量を比重で割って容積を求め、溶銑鍋の底面積で割って高さ（湯面レベル）を求める方法
しかしながら、この方法では、鍋の内側（耐火物）に地金等が付着した場合は底面積が小さくなり、又はその逆に、鍋の内側が損耗した場合は底面積が大きくなるため、精度があまり良くないという問題がある。
（２）溶銑鍋上部の開口方向からマイクロ波を送受信するセンサを使用して湯面レベルを計測する方法
しかしながら、実際の測定に際しては、溶銑からの輻射熱による故障を防止するために、耐熱ボードを挿入してセンサを囲い、内部の温度上昇を抑制する等の耐熱対策が必要であるが、脱硫処理で投入する脱硫剤等の粉塵が舞い上がり、耐熱ボードに付着堆積すると、マイクロ波が減衰して、湯面レベルを測定できなくなる等の問題があった。
（３）撹拌インペラが溶銑に浸漬された時の湯面の輝度変化を目視またはカメラで撮像して判定する方法
しかしながら、目視の場合は、オペレータが常時湯面を監視しなければならないので、作業負荷および省力の観点から問題がある。また、カメラによる判定では、溶銑表面に浮遊するスラグの性状、生成量および分布の状態により検知精度がばらつくという問題がある。さらには周囲環境によるカメラの故障のリスクも大きい。
かかる従来の問題点に鑑み、攪拌インペラの先端部が溶銑の湯面に触れた瞬間に発生するスプラッシュを検出し、その時の攪拌インペラ昇降用モータ軸に設置したエンコーダの値から溶銑レベルを計測する方法が提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、この方法は、発生するスプラッシュによって溶銑鍋内の耐火物を損耗させ、製鋼歩留を低下させるとともに、スプラッシュの検出を行う監視カメラが高温で故障しやすくなるという問題も避けられない。
　本発明は、上述のような問題に鑑み為されたものであり、簡易な方法で溶銑の湯面レベルを検出し、検出された湯面レベルに合わせてランスを最適な位置に自動的に調整することが可能な機械攪拌式脱硫システムを提供することを目的とする。
　本発明は、攪拌インペラと溶銑鍋を備えた機械攪拌式脱硫装置（以下「脱硫装置」という。）と、該脱硫装置の前記溶銑鍋に脱硫剤を投射する上吹きランスを備え、前記溶銑鍋に投入された溶銑の脱硫処理を行う機械攪拌式脱硫システムに関し、本発明の上記目的は、該システムが、前記上吹きランスの先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さ（Ｈ）の位置になるように移動制御を行う制御部をさらに備え、該制御部は、前記脱硫処理の前処理であるスラグ除去処理の際の溶銑鍋の傾動角（θ）と前記溶銑鍋の内径（Ｄ）から前記溶銑鍋のフリーボード（ΔＨ）を算出し、該算出したフリーボードに基づいて前記上吹きランスの移動距離（ｈ）を算出する移動距離算出手段と、前記算出された移動距離に基づいて、前記上吹きランス先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さ（Ｈ）の位置になるように前記上吹きランスの駆動を行うランス駆動手段とを備えたことを特徴とする機械攪拌式脱硫システムによって達成される。
　本発明に係る機械攪拌式脱硫システムによれば、簡易な方法で溶銑の湯面レベルを検出し、検出された湯面レベルに合わせてランスを最適な位置に自動的に調整することが可能となる。
脱硫処理の前処理の状態を示す図である 溶銑鍋を傾動させるための駆動方式を示す図である。 一般的な脱硫処理システムを示す図である。 前処理において記憶させた傾動角（θ）から、溶銑鍋のフリーボード部の高さΔＨを求める方法を説明するための図である。 溶銑鍋の内側の耐火物に金属が付着して内径Ｄが狭くなった場合（Ａ図）と、内側の耐火物が損耗して内径Ｄが広くなった場合（Ｂ図）を示した図である。 傾動角（θ）とフリーボード部の高さ（ΔＨ）との関係をグラフにしたものである。 本発明に係る機械攪拌式脱硫システムの構成を示す模式図である。 鍋の損耗状態ごとに、傾動角（θ）とフリーボード部の高さ（ΔＨ）との関係をテーブル化したものである。 制御部が行う制御の流れを示すフローチャートの一例を示すものである。
[規則91に基づく訂正 03.08.2020]　
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る機械攪拌式脱硫システム（以下単に「脱硫システム」という。）について詳細に説明する。
　一般に、機械撹拌式脱硫処理プロセス（以下単に「脱硫処理プロセス」という。）は、前処理、脱硫処理、後処理の手順で溶銑を脱硫処理する。
前処理とは、脱硫処理前に脱硫効率を高めるため、湯面に浮いた滓（スラグ）を排滓機（スラグスキマー）で除去する工程である。
図１は、前処理の状態を示す図である。
(a)傾動台車１にて、溶銑がこぼれ落ちないような最大角度まで溶銑鍋２を傾ける。この時の傾動角θを記憶装置（不図示）に記憶させる。
(b)湯面に浮いている滓を排滓機３にて掻き取り、スラグ鍋４に移す。滓を除去したら、溶銑鍋の傾斜を元に戻し、次の工程に移る。
　図２は、溶銑鍋２を傾動させるための駆動方式を示す図である。図２（Ａ）は、溶銑鍋２の傾動を駆動するアクチュエータ５が電動の場合を示すものであり、傾動ギヤの軸上に回転器が設置されている。（Ｂ）は、アクチュエータ５が油圧駆動の場合を示す図であり、油圧シリンダーロッドが伸縮することにより傾動角が変化する。それぞれエンコータ（不図示）を備えており、機械的な変位量（角度変化又は伸縮量）を電気信号に変換する。エンコーダの出力信号は図示しない記憶手段に記憶され、その信号を読み出すことにより傾動角を知ることができる。
　次は脱硫処理工程である。図３は、一般的な脱硫処理システムを示す図である。脱硫処理システムは、攪拌用インペラ６と、攪拌用インペラ６の回転駆動用モータ７と回転駆動用モータ７を設置して攪拌用インペラ６を上下に昇降させる昇降枠体８とを備えたキャリッジと、昇降枠体をロープで牽引する昇降用モータ９とを備えた溶銑攪拌部と、撹拌されている溶銑の浴面上に、アルゴンガス、窒素ガス等の搬送用ガスを用いて高速で脱硫剤を連続的に吹き付け添加する上吹きランス１０（以下「ランス」という。）と、ランス１０を図の矢印方向に上下させてランスの吹き込み口の高さを調整するランス駆動モータ１１を有するランス駆動手段を備えたランス投射部と、傾動台車１の上に載置され、その中に溶銑が投入される溶銑鍋２を備えている。
　なお、集塵装置１２は、ランス１０から吹き付けられた脱硫剤のうち、溶銑鍋２に到達せずに空中に飛散したものを吸い集める装置である。
[規則91に基づく訂正 03.08.2020]　
　脱硫処理は、脱硫剤を溶銑内に投射・撹拌し、溶銑内の硫黄分を脱硫剤と反応させる処理である。
　その工程は、次のとおりである。
(a)昇降用モータ９を駆動し、昇降枠体８と共に撹拌インペラ６を所定の高さまで下降させ、溶銑内に浸漬させ、回転駆動用モータ７で溶銑を攪拌する。
(b)湯面レベルに合わせランス１０が下降後、ランス先端から脱硫剤を投射し、脱硫剤を溶銑と攪拌混合し、脱硫反応を開始する。
(c)攪拌を停止すると、溶銑中の硫黄成分と結合した脱硫剤が滓として溶銑の表面に浮いてくる。ここで昇降用モータ９を駆動してインペラ６を溶銑鍋２から引き揚げ、次の後処理に移行する。
後処理は、脱硫処理後に、湯面の表面に浮いた滓を除去する工程であり、操作は前処理と同様に、溶銑鍋２を傾動させて、滓を排滓機３で除去する工程である。操作は基本的には前処理と同じであるので、詳細な説明は省略する。
　図３において、ランスと湯面との距離Ｈが問題となるが、通常、Ｈが概ね400mm以下の場合はランス先端が溶銑熱や溶銑のスプラッシュにより溶損する場合があり、その逆に、Ｈが概ね800mm以上になると、脱硫剤が飛散して集塵装置１２に吸われ、脱硫剤の投入量が減少してしまうおそれがある。
　そこで、通常は、約500mm≦Ｈ≦約700mmになるようにランス先端の位置を調整して行っているが、ランスの位置調整に影響を与える因子は、溶銑に浸漬されない部位であるフリーボード部の高さ（ΔＨ）である。
　従って、このΔＨを予め知ることができれば、適切なＨに調整することができる。
　図４は、前処理において記憶させた傾動角（θ）から、溶銑鍋のフリーボード部の高さΔＨを求める方法を説明するための図である。
　図４（Ａ）は円筒容器の場合の図である。溶銑がこぼれ落ちないような最大角度まで傾けた場合の傾動角をθとし、容器の直径をＤとすると、容器内の空間の体積Ｖは、次の式で表すことができる。
Ｖ＝(D/2)2×π×ΔH0×（1/2）
鍋に入っている溶銑の量は、傾動を元に戻しても変化しないので、フリーボード部の空間の体積も変化しない。従って、
Ｖ＝(D/2)2×π×ΔH 
∴(D/2)2×π×ΔH0×（1/2）=(D/2)2×π×ΔH
∴ΔH=ΔH0/2
　しかるに、明らかに　
ΔH0=D×tanθ　
であるから、
∴ΔH=(D×tanθ)/2…（式１）
となる。
　従って、ΔＨは鍋の直径Ｄと傾動角θから一義的に決まり、溶銑の量には異存しない。
　次に、図４（Ｂ）は実際の溶銑鍋の場合を示す図であるが、（Ａ）の円筒容器に点線で示した部分の切り欠きを設けたものと同じと考えられるから、（Ａ）の場合と同様に考えることができる。
前処理において記憶させた傾動角（θ）から、上記式１を用いて溶銑鍋のフリーボード部の高さΔＨを求めることができる。
　溶銑鍋の内径Ｄの変化に影響を与えるのは、溶銑鍋の使用頻度による耐火物の損耗度あるいは地金の付着による内径Ｄの狭小化である。通常はこの両方が複合されてＤが変化する。
　図５は、溶銑鍋の内側の耐火物に金属付着物が付着して内径Ｄが狭くなった場合（Ａ図）と、内側の耐火物が損耗して内径Ｄが広くなった場合（Ｂ図）を示した図である。
そこで、内径Ｄの変化によってフリーボード部の高さΔＨがどの位影響を受けるかを検討する。以下、「フリーボード部の高さ」を単に「フリーボード」という。
いま、ＤがΔＤだけ変化した場合のフリーボードΔＨ’を上記式１を用いて計算すると、
ΔＨ’＝（Ｄ＋ΔＤ）×tanθ／２＝Ｄtanθ／２＋ΔＤtanθ／２
∴ΔＨ’＝ΔＨ＋ΔＤtanθ／２…（式２）
いま、仮に、ΔＤを最大200mm（耐火物の厚さとしては100mmの損耗であり、直径ベースでは200mmの損耗となる。）とすると、ΔＨの増加分（δ）は、
δ＝100tanθ（mm）
となる。θが、30°、40°、45°の場合（通常、傾動角は約30°で最大45°の程度である。）について、それぞれδを計算すると、次のようになる。
tan30°=0.58   δ＝58mm
tan40°=0.84   δ＝84mm
tan45°=1      δ＝100mm
すなわち、溶銑鍋の内径が200mm変化したとしても、フリーボードのベースでは傾動角が最大45°の場合でも100mmの誤差にしかならず、好ましいフリーボードの範囲（500mm～700mm）の幅と比較しても、影響は少ないと考えられる。
図６は、傾動角（θ）とフリーボードとの関係をグラフにしたものである。傾動角が同じであれば、溶銑鍋の損耗による影響は少ないことを視覚的に示している。
例えば、図の矢印で示した箇所（θ＝約36°前後）では、溶銑鍋の損耗状態が６種類の場合について表示しているが、それらのフリーボードの差の範囲は100mm以内に収まっていることが分かる。従って、標準の溶銑鍋（例えば新品の鍋）の内径Ｄを用いて算出したフリーボードをすべての場合に適用したとしても、影響は少ないと考えられる。
次に、本発明に係る脱硫システムの構成及びその動作について説明する。
図７は、本発明に係る脱硫システムの構成を示す模式図である。基本的な構成は図３に示すものと同様であるので、異なる部分のみを説明する。
本発明に係る脱硫システムは、図２に示す従来の脱硫システムに、ランス通過検知センサ１３（光電センサ）、及びランス駆動モータ１１によってランスの移動距離を制御する制御部１４を付加したものである。
傾動角θは、前処理の段階で計測しておき、制御部１４に入力して保存されている。また、鍋の損耗状態は、前処理の開始前に内径Ｄを実測しておき、その値を入力しておいてもよいし、あるいは鍋の使用回数によって損耗の程度が予め経験的にわかっている場合は、その使用回数を入力して、損耗度（mm）に変換するようにしてもよい。
　制御部１４が自動制御するのは、ランスの先端の位置を湯面から所定の高さ（Ｈ）まで移動させて、そこで停止させることである。そのためには、ランスをその位置まで移動させなければならないが、降下距離Ｌ（ランス通過検知センサ１３を通過してからの垂直距離を指す）は、次の式で求められる。すなわち、鍋の上端部からランス通過検知センサ１３までの高さをＬ０、鍋のフリーボードをΔＨとすれば、
　Ｌ＋Ｈ＝Ｌ０＋ΔＨ
となるから、
　∴Ｌ＝Ｌ０＋ΔＨ－Ｈ・・・（式３）
Ｌ０の値は予め分かっており、また、約500mm≦Ｈ≦約700mmであるから、例えば、Ｈ＝600mmと設定することにより、ＬはΔＨの一次関数となる。
　従って、傾動角θに基づいてフリーボードΔＨを上記式１により算出することにより、ランスを最適な位置まで自動的に移動させることができる。
 なお、ランスの鉛直方向の傾きがαである場合は、ランス先端の降下距離Ｌと実際のランスの進行方向の移動距離ｈとの関係は、
Ｌ＝ｈcosα
で表される。すなわち、
　　ｈ＝Ｌsecα・・・（式４）
となる。このｈの距離分だけランスを進行方向に移動させることにより、結果的に所望の降下距離Ｌだけ移動させることができる。
ランスの進行方向の移動距離ｈの検出は、光電センサ及び図示しないランス昇降回転器(エンコーダ)を組み合わせることで可能である。
　昇降回転器（エンコーダ）にて、ランスが光電センサ１３を遮る位置を測定し、そこからの移動距離をエンコーダで計測する。
　また、エンコーダを用いる代わりに、ランス横に目盛基準を設け、カメラで目盛を読み取って長さを計測する方法も可能である。
フリーボードΔＨの鍋の損耗状態による影響を少なくするために、予め損耗状態ごとに算出したフリーボード値と傾動角との関係を予めテーブル化しておき、必要に応じてテーブルを切り替えて使用することも一つの方法である。
　図８は、鍋の損耗状態ごとに、傾動角（θ）とフリーボードとの関係をテーブル化したものである。これは一例である。角度は一度刻みで設定した方がより正確にはなるが、紙面の都合上５°刻みで表示している。角度が同じであれば、損耗状態によるフリーボードΔＨの変化は小さいことが分かる。
例えば、傾動角が30°の場合は、100mm損耗したとしても、フリーボードは58mmしか変化していない。また、45°の場合でも、100mm損耗したとしても、フリーボードは100mmしか変化しておらず、好ましいフリーボードの範囲（500mm～700mm）の幅と比較しても、影響は少ないことが分かる。
　図９は、制御部１４が行う制御の流れを示すフローチャートの一例を示すものである。
　前提として、当日使用する溶銑鍋の損耗状態（損耗度）と、前処理において計測した傾動角（θ）を予め入力して記憶させておく。
　制御部１４のプログラムをスタートさせると、まず、制御部１４のＣＰＵ（不図示）は所定のプログラムに基づいて、溶銑鍋の損耗度（又は使用回数）を読み出す（Ｓ１）。次に、傾動角θを読み出す（Ｓ２）。溶銑鍋の損耗度に対応したフリーボードのテーブル（例えば図８に示すテーブル）を参照して、傾動角θに対応したフリーボードΔＨを読み出す（Ｓ３）。
　読み出したフリーボードΔＨに基づいて、ランスの降下距離Ｌを算出する（Ｓ４）。ランスの降下距離Ｌの算出には、上記の式３を用いる。そして、上記式４を用いてランスの移動距離ｈを算出する。
　ランス駆動モータ１１を駆動してランスの駆動を開始する（Ｓ５）。ランスがランス検知センサ１３を通過したら（ステップＳ６のYES）、ランスの移動距離の計測を開始する（Ｓ７）。昇降回転器（エンコーダ）にて、ランスが光電センサ１３を遮った時点からの移動距離を計測する。
　ランスの移動距離が、上記式４で求めた移動距離ｈに到達したら（ステップＳ８のYES）、ランスの駆動（移動）を停止する（Ｓ９）。
　ランスが停止した位置において、ランスからの脱硫剤の投射を開始する（Ｓ１０）。
本発明により、すべての処理において脱硫剤投射ランスと湯面までの距離を一定とすることができ、最適とされる距離をどの条件に対しても均一に確保することが可能である。このことより脱硫剤が集塵装置に吸引されず、攪拌溶銑内部に脱硫剤が効率よく入り込み、安定した脱硫処理が可能となる。この効果により、脱硫処理の成功率を非常に高くすることが可能となる。
さらに、溶銑面との接近によるランス先端部の溶損量が小さくなり、ランス管の使用寿命を格段に延ばすことが可能となる。
[規則91に基づく訂正 03.08.2020]　
１：傾動台車、２：溶銑鍋、３：排滓機、４：スラグ鍋、５：アクチュエータ、６：攪拌インペラ、７：回転駆動用モータ、８：昇降枠体、９：昇降用モータ、１０：上吹きランス、１１：ランス駆動モータ、１２：集塵装置、１３：ランス通過検知センサ、１４：制御部
 
 

Claims (2)

  1. 攪拌インペラと溶銑鍋を備えた機械攪拌式脱硫装置（以下「脱硫装置」という。）と、該脱硫装置の前記溶銑鍋に脱硫剤を投射する上吹きランスを備え、前記溶銑鍋に投入された溶銑の脱硫処理を行う機械攪拌式脱硫システムにおいて、該システムは、
    　前記上吹きランスの先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さの位置になるように移動制御を行う制御部をさらに備え、該制御部は、
    前記脱硫処理の前処理であるスラグ除去処理の際の溶銑鍋の傾動角と前記溶銑鍋の内径から前記溶銑鍋のフリーボードを算出し、該算出したフリーボードに基づいて前記上吹きランスの移動距離を算出する移動距離算出手段と、前記算出された移動距離に基づいて、前記上吹きランス先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さの位置になるように前記上吹きランスの駆動を行うランス駆動手段とを備えたことを特徴とする機械攪拌式脱硫システム。
  2. 　前記制御部の移動距離算出手段が、前記溶銑鍋の損耗度毎に前記傾動角と前記フリーボードが関係付けられたテーブルを備え、入力された前記損耗度に対応した前記テーブルを用いて求めた前記フリーボードに基づいて前記上吹きランスの移動距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の機械攪拌式脱硫システム。
     
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