JP2000336422A - 溶鋼昇熱時における成分元素濃度の推定方法 - Google Patents
溶鋼昇熱時における成分元素濃度の推定方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単純な少数のパラメーターで精度の高い溶鋼
昇熱時における成分元素濃度の推定方法を提供する方法
を提供する。 【解決手段】 （１）溶鋼に酸化性ガスを供給して溶鋼
中の成分元素との発熱反応により溶鋼を昇熱するに際
し、反応帯と混合帯間の循環速度、酸素流量および化学
量論等から得られる連立方程式を解くことにより溶鋼中
の成分元素濃度を推定する。（２）環流型真空脱ガス装
置においても同様に連立方程式を解くことにより溶鋼中
の成分元素濃度を推定する。
昇熱時における成分元素濃度の推定方法を提供する方法
を提供する。 【解決手段】 （１）溶鋼に酸化性ガスを供給して溶鋼
中の成分元素との発熱反応により溶鋼を昇熱するに際
し、反応帯と混合帯間の循環速度、酸素流量および化学
量論等から得られる連立方程式を解くことにより溶鋼中
の成分元素濃度を推定する。（２）環流型真空脱ガス装
置においても同様に連立方程式を解くことにより溶鋼中
の成分元素濃度を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼中の金属成分
と酸化性ガスとの酸化発熱反応を利用して溶鋼を昇温す
る際に、酸化発熱反応後の溶鋼中の成分元素濃度を精度
よく推定する方法に関する。
と酸化性ガスとの酸化発熱反応を利用して溶鋼を昇温す
る際に、酸化発熱反応後の溶鋼中の成分元素濃度を精度
よく推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】大気下での溶鋼昇熱方法としては、例え
ば、取鍋に収容された溶鋼に、昇降可能な浸漬ランスあ
るいは取鍋底部に設けた羽口から攪拌用のArあるいはN2
ガスを吹き込んで溶鋼を攪拌し、溶鋼表面に上吹きラン
スから酸素を吹き付ける、あるいは、溶鋼内にランスを
浸漬して酸素を吹き付ける方法がある。
ば、取鍋に収容された溶鋼に、昇降可能な浸漬ランスあ
るいは取鍋底部に設けた羽口から攪拌用のArあるいはN2
ガスを吹き込んで溶鋼を攪拌し、溶鋼表面に上吹きラン
スから酸素を吹き付ける、あるいは、溶鋼内にランスを
浸漬して酸素を吹き付ける方法がある。
【０００３】真空下での溶鋼昇熱方法としては、例え
ば、ＲＨ真空精錬方法において、真空槽内の内壁羽口か
ら酸素ガスをインジェクションあるいは吹き付けを行っ
たり、真空槽内上部に設けた昇降ランスから溶鋼表面に
酸素ガス吹き付けを行う方法である。
ば、ＲＨ真空精錬方法において、真空槽内の内壁羽口か
ら酸素ガスをインジェクションあるいは吹き付けを行っ
たり、真空槽内上部に設けた昇降ランスから溶鋼表面に
酸素ガス吹き付けを行う方法である。
【０００４】いずれの場合も、酸素と反応して反応熱を
生成する成分元素は、Al、Si、Mn、P 、Cr、Fe、C が代
表的なものである。したがって、酸化性ガス供給中にこ
れらの成分元素は酸化反応により時々刻々と変化する。
生成する成分元素は、Al、Si、Mn、P 、Cr、Fe、C が代
表的なものである。したがって、酸化性ガス供給中にこ
れらの成分元素は酸化反応により時々刻々と変化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術には以下の問題点があった。酸素ガス供給中に溶鋼中
の複数の成分が変化し、酸素ガス供給終了後に溶鋼試料
を採取し、それを迅速分析法で分析した後に、目標成分
との差を求め、必要な金属または合金（以下、合金で表
す）を添加していた。そのために、昇熱後に試料採取時
間、分析待ち時間、添加合金量の計算時間、合金の切り
出し時間、合金の添加時間、合金の混合時間が余分に必
要となっていた。また、昇熱後の合金添加後に再び確認
分析用試料を採取する場合もあり、この場合はさらに処
理時間が延びるという問題が発生する。このように処理
時間が長くなると溶鋼温度が低下し、再度昇温処理を行
う必要がある場合もあり、昇熱処理時間の短縮化が必要
である。
術には以下の問題点があった。酸素ガス供給中に溶鋼中
の複数の成分が変化し、酸素ガス供給終了後に溶鋼試料
を採取し、それを迅速分析法で分析した後に、目標成分
との差を求め、必要な金属または合金（以下、合金で表
す）を添加していた。そのために、昇熱後に試料採取時
間、分析待ち時間、添加合金量の計算時間、合金の切り
出し時間、合金の添加時間、合金の混合時間が余分に必
要となっていた。また、昇熱後の合金添加後に再び確認
分析用試料を採取する場合もあり、この場合はさらに処
理時間が延びるという問題が発生する。このように処理
時間が長くなると溶鋼温度が低下し、再度昇温処理を行
う必要がある場合もあり、昇熱処理時間の短縮化が必要
である。
【０００６】昇熱処理時間の短縮化により、処理コスト
の低減も可能となる。例えば、昇熱量の低減による昇温
剤（酸素ガス、Al、Si、Cのような発熱元素を含有する
物質）の使用コスト低減、昇温最高温度および昇温時間
短縮による取鍋、浸漬管、ランス、真空槽などに使用す
る耐火物寿命の延命化が可能となり、耐火物コストの低
減も可能となる。
の低減も可能となる。例えば、昇熱量の低減による昇温
剤（酸素ガス、Al、Si、Cのような発熱元素を含有する
物質）の使用コスト低減、昇温最高温度および昇温時間
短縮による取鍋、浸漬管、ランス、真空槽などに使用す
る耐火物寿命の延命化が可能となり、耐火物コストの低
減も可能となる。
【０００７】しかし、酸化性ガス供給中には溶鋼中の各
成分元素は時々刻々と変化するため、酸化性ガス供給終
了時の成分を推定することは困難であり、昇熱中あるい
は昇熱終了時の成分変化を精度よく推定する方法が望ま
れている。この成分変化を推定するために、鋼種別にテ
ーブルを作成する方法を採用する場合がある。しかし、
成分変化は鋼種のみで推定できるのは希であり、昇熱
量、送酸速度、送酸量、真空度、酸素供給条件、溶鋼攪
拌あるいは循環条件などの複雑な影響を受ける。従っ
て、これらの複雑な影響を考慮するために必要なテーブ
ル量は莫大なものとなり、精度良く推定する手段として
は実用的とは言い難い。
成分元素は時々刻々と変化するため、酸化性ガス供給終
了時の成分を推定することは困難であり、昇熱中あるい
は昇熱終了時の成分変化を精度よく推定する方法が望ま
れている。この成分変化を推定するために、鋼種別にテ
ーブルを作成する方法を採用する場合がある。しかし、
成分変化は鋼種のみで推定できるのは希であり、昇熱
量、送酸速度、送酸量、真空度、酸素供給条件、溶鋼攪
拌あるいは循環条件などの複雑な影響を受ける。従っ
て、これらの複雑な影響を考慮するために必要なテーブ
ル量は莫大なものとなり、精度良く推定する手段として
は実用的とは言い難い。
【０００８】本発明の目的は、単純な少数のパラメータ
ーで表現可能な精度の高い溶鋼昇熱時における成分元素
濃度の推定方法を提供することにある。
ーで表現可能な精度の高い溶鋼昇熱時における成分元素
濃度の推定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、下記の知見
を得た。 （Ａ）取鍋内を溶鋼昇熱用酸素が供給される反応帯とそ
れ以外の混合帯の二つに分離し、両者の間は溶鋼循環速
度Ｗで常時入れ替わっているとみなす。ここで、反応帯
溶鋼量ＶＲの全溶鋼量Ｖに対する比ＶＲ／Ｖをパラメー
ターＥとおく。ＶＲ＝Ｅ・Ｖの溶鋼量を有する反応帯で
は、単位時間dtの間に混合帯から溶鋼がW の速度で流入
し、反応帯で反応が生じたのちにW の速度で溶鋼が流出
する。したがって、反応帯での単位時間当たりの成分元
素Ｘの変化：d[X]o/dtは、次式で表せる。
を得た。 （Ａ）取鍋内を溶鋼昇熱用酸素が供給される反応帯とそ
れ以外の混合帯の二つに分離し、両者の間は溶鋼循環速
度Ｗで常時入れ替わっているとみなす。ここで、反応帯
溶鋼量ＶＲの全溶鋼量Ｖに対する比ＶＲ／Ｖをパラメー
ターＥとおく。ＶＲ＝Ｅ・Ｖの溶鋼量を有する反応帯で
は、単位時間dtの間に混合帯から溶鋼がW の速度で流入
し、反応帯で反応が生じたのちにW の速度で溶鋼が流出
する。したがって、反応帯での単位時間当たりの成分元
素Ｘの変化：d[X]o/dtは、次式で表せる。
【００１０】
【数３】
【００１１】右辺第１項は混合帯から反応帯への成分元
素Ｘの流入速度、右辺第二項は反応帯から混合帯への成
分元素Ｘの流出速度、右辺第三項のαは上吹き酸素によ
る成分元素Ｘの減少速度(kg/s)である。
素Ｘの流入速度、右辺第二項は反応帯から混合帯への成
分元素Ｘの流出速度、右辺第三項のαは上吹き酸素によ
る成分元素Ｘの減少速度(kg/s)である。
【００１２】同様に、（１−Ｅ）・Ｖ の溶鋼量を有す
る混合帯での単位時間当たりの成分元素Ｘの変化：d[X]
1/dt は、次式で表せる。
る混合帯での単位時間当たりの成分元素Ｘの変化：d[X]
1/dt は、次式で表せる。
【００１３】
【数４】
【００１４】右辺第１項は反応帯から混合帯への成分元
素Ｘの流入速度、右辺第二項は混合帯から反応帯への成
分元素Ｘの流出速度である。
素Ｘの流入速度、右辺第二項は混合帯から反応帯への成
分元素Ｘの流出速度である。
【００１５】以上から、微小時間dtの間に、供給酸素に
より成分元素Ｘが減少する量を評価できればＸ成分の変
化が算出できる。ここで、微小時間dtを極めて小さい値
とおくと、このdtの間に供給酸素と反応する成分元素Ｘ
は一種類と考えても差し支えない。
より成分元素Ｘが減少する量を評価できればＸ成分の変
化が算出できる。ここで、微小時間dtを極めて小さい値
とおくと、このdtの間に供給酸素と反応する成分元素Ｘ
は一種類と考えても差し支えない。
【００１６】（Ｂ）このdtの間に供給酸素と反応する成
分元素の種類を以下の方法で定めることができる。
分元素の種類を以下の方法で定めることができる。
【００１７】（１）反応帯にある各成分元素Ｘの活量ａ
X と熱力学平衡式とから平衡酸素活量ａO,X *を各成分元
素ごとに求め、最も低いａO,X *を示す成分元素Ｘがこの
dtの間に最も早く供給酸素と反応する。
X と熱力学平衡式とから平衡酸素活量ａO,X *を各成分元
素ごとに求め、最も低いａO,X *を示す成分元素Ｘがこの
dtの間に最も早く供給酸素と反応する。
【００１８】（２）dtの間に供給される酸素量が反応帯
の成分元素Ｘの存在量よりも化学量論的に多い場合、成
分元素Ｘで消費しきれない酸素は二番目に低いａO,X *を
示す成分元素に消費される。さらに、未消費酸素が残る
場合は、同様に次に低いａO,X *を示す成分元素に順次消
費される。
の成分元素Ｘの存在量よりも化学量論的に多い場合、成
分元素Ｘで消費しきれない酸素は二番目に低いａO,X *を
示す成分元素に消費される。さらに、未消費酸素が残る
場合は、同様に次に低いａO,X *を示す成分元素に順次消
費される。
【００１９】（４）上記の酸化反応は、希薄溶液近似が
可能で、相互作用が小さいと見なせる場合には、各成分
元素の活量の代わりに、簡便法として単なる重量比を使
用できる。
可能で、相互作用が小さいと見なせる場合には、各成分
元素の活量の代わりに、簡便法として単なる重量比を使
用できる。
【００２０】（５）真空処理を行う場合には、真空度に
よりCO分圧が変化するため、炭素Cと酸素との反応のし
易さは、CO分圧をパラメーターにすることができる。ま
た、平衡定数は、温度の関数であるため、温度の影響も
同時に考慮する必要がある。
よりCO分圧が変化するため、炭素Cと酸素との反応のし
易さは、CO分圧をパラメーターにすることができる。ま
た、平衡定数は、温度の関数であるため、温度の影響も
同時に考慮する必要がある。
【００２１】（６）以上の（１）〜（５）の知見を基
に、例えば、炭素の平衡酸素活量ａO,X *を下記のように
求めることができる。
に、例えば、炭素の平衡酸素活量ａO,X *を下記のように
求めることができる。
【００２２】すなわち、下記（１）式の炭素の酸化反応
の平衡式は（２）式で表せる。
の平衡式は（２）式で表せる。
【００２３】
【数５】
【００２４】ここで、Pco ：CO分圧、ａC 、ａO ：C 、
O の活量、Kco ：上記反応式の平衡定数反応帯での炭素
活量ａC,r から平衡酸素活量ａO,C *は下記（３）式で求
めることができる。
O の活量、Kco ：上記反応式の平衡定数反応帯での炭素
活量ａC,r から平衡酸素活量ａO,C *は下記（３）式で求
めることができる。
【００２５】
【数６】
【００２６】炭素以外の成分元素についても同様に以下
のように表すことができる。
のように表すことができる。
【００２７】
【数７】
【００２８】ただし、ａ、Ｋ：各反応の各成分元素の活
量および平衡定数。
量および平衡定数。
【００２９】これらの熱力学諸量については、各種文
献、データベースに記載があるので、それらの値を採用
すればよい。上記に示した成分元素以外でも平衡酸素活
量を求めることができるのは、言うまでもない。
献、データベースに記載があるので、それらの値を採用
すればよい。上記に示した成分元素以外でも平衡酸素活
量を求めることができるのは、言うまでもない。
【００３０】（７）以上の手法により、微小時間dtの間
に供給された酸素と反応する成分元素が上記により求め
られた平衡酸素活量の比較により決定できる。これよ
り、酸素と反応する成分元素Ｘの反応量α（kg/s）は以
下の式で表せる。それ以外の成分元素の反応量αは酸素
と反応しないためゼロとなる。
に供給された酸素と反応する成分元素が上記により求め
られた平衡酸素活量の比較により決定できる。これよ
り、酸素と反応する成分元素Ｘの反応量α（kg/s）は以
下の式で表せる。それ以外の成分元素の反応量αは酸素
と反応しないためゼロとなる。
【００３１】すなわち、酸素と反応する成分元素Ｘの反
応量α（kg/s）は、KX：単位酸素量（O2標準状態での体
積、m3）と化学量論的に等しいＸ成分元素の重量（kg/N
m3）とQ ：酸素流量（Nm3/s）との積で下記（４）式の
ように表せる。
応量α（kg/s）は、KX：単位酸素量（O2標準状態での体
積、m3）と化学量論的に等しいＸ成分元素の重量（kg/N
m3）とQ ：酸素流量（Nm3/s）との積で下記（４）式の
ように表せる。
【００３２】
【数８】
【００３３】（８）以上の知見から、昇熱中の各成分元
素の濃度変化を微分方程式で表すことができる。微分方
程式を解き、成分の時間変化を求める手法例として、前
進差分法による離散化の方法を示す。ただし、離散化の
方法は前進差分法以外の数学の分野で既知の方法を用い
ても良い。
素の濃度変化を微分方程式で表すことができる。微分方
程式を解き、成分の時間変化を求める手法例として、前
進差分法による離散化の方法を示す。ただし、離散化の
方法は前進差分法以外の数学の分野で既知の方法を用い
ても良い。
【００３４】反応帯における時刻t+dtでの成分元素Ｘの
濃度[X]ot+dtは、反応帯および混合帯における時刻ｔで
の成分元素Ｘの濃度[X]ot および[X]1 t を用いて（５）
式で表せる。
濃度[X]ot+dtは、反応帯および混合帯における時刻ｔで
の成分元素Ｘの濃度[X]ot および[X]1 t を用いて（５）
式で表せる。
【００３５】
【数９】
【００３６】同様に、混合帯における時刻t+dtでの成分
元素X の濃度[X]1 t+dtは、[X]ot および[X]1 t を用いて
（６）式で表せる。
元素X の濃度[X]1 t+dtは、[X]ot および[X]1 t を用いて
（６）式で表せる。
【００３７】
【数１０】
【００３８】時刻ｔでの値を用いることにより時刻t+dt
での値が求まり、これを昇温時間終了まで繰り返せば、
昇温終了時の成分を算出することができる。
での値が求まり、これを昇温時間終了まで繰り返せば、
昇温終了時の成分を算出することができる。
【００３９】ここで、W ：溶鋼循環速度、E ：パラメー
ターは操業条件に適合するように設定すればよい。両者
は、いずれも鋼種によらないため、攪拌条件と酸素供給
方法を固定した数十チャージのデータからパラメーター
フィッティングで事前に求めておけばよい。
ターは操業条件に適合するように設定すればよい。両者
は、いずれも鋼種によらないため、攪拌条件と酸素供給
方法を固定した数十チャージのデータからパラメーター
フィッティングで事前に求めておけばよい。
【００４０】（９）上記の算出方法により昇熱終了後の
成分元素濃度を計算した結果と昇熱終了後に採取した溶
鋼サンプルの成分元素分析結果とを比較するため、溶鋼
量：160ton(160x103kg) 、酸素流量：1600Nm3/hr(0.44N
m3/s) で昇熱処理を25チャージ行った。計算は、溶鋼循
環速度：50ton/min(833kg/s)、パラメーターE ：0.25で
計算を行った。
成分元素濃度を計算した結果と昇熱終了後に採取した溶
鋼サンプルの成分元素分析結果とを比較するため、溶鋼
量：160ton(160x103kg) 、酸素流量：1600Nm3/hr(0.44N
m3/s) で昇熱処理を25チャージ行った。計算は、溶鋼循
環速度：50ton/min(833kg/s)、パラメーターE ：0.25で
計算を行った。
【００４１】図１〜３は昇熱後の各成分元素濃度の計算
値と実測分析値とを比較したグラフである。図１は、溶
鋼中の［Ｃ］濃度、図２は、溶鋼中の［Ｓｉ］濃度、図
３は、溶鋼中の［sol.Ａｌ］濃度の各計算値と実測分析
値とを比較したグラフである。各グラフの横軸は計算値
を示し、縦軸は実測分析値を示す。
値と実測分析値とを比較したグラフである。図１は、溶
鋼中の［Ｃ］濃度、図２は、溶鋼中の［Ｓｉ］濃度、図
３は、溶鋼中の［sol.Ａｌ］濃度の各計算値と実測分析
値とを比較したグラフである。各グラフの横軸は計算値
を示し、縦軸は実測分析値を示す。
【００４２】比較のため、従来のテーブル法で求めた値
も各グラフに示した。各グラフ中の白丸（○）が本発明
の計算法、黒丸(●)が従来のテーブル法である。
も各グラフに示した。各グラフ中の白丸（○）が本発明
の計算法、黒丸(●)が従来のテーブル法である。
【００４３】25チャージ分のデータを基に、本発明の計
算法と従来のテーブル法で回帰分析を行い標準偏差σを
求めた。表１に回帰分析の結果を示す。
算法と従来のテーブル法で回帰分析を行い標準偏差σを
求めた。表１に回帰分析の結果を示す。
【００４４】
【表１】
【００４５】同表に示すように、本発明の計算法の標準
偏差は、テーブル法の標準偏差に比較して大幅に小さ
く、推定精度が極めて高いことが確認できた。
偏差は、テーブル法の標準偏差に比較して大幅に小さ
く、推定精度が極めて高いことが確認できた。
【００４６】（１０）例えば、ＲＨ真空脱ガス装置例の
ように、取鍋と真空槽内溶鋼とが明らかに分離している
場合は、(a) 真空槽内反応域、(b) 真空槽内混合域、
(c) 取鍋内の３領域に分割し、以下の３つの方程式を解
けばよい。ここで、E'：全溶鋼量に対する真空槽内溶鋼
量の比、E'' ：真空槽内溶鋼量に対する反応領域の比で
ある。[X]A：真空槽内反応域の濃度、[X]B：真空槽内混
合域の濃度、[X]C：取鍋内の濃度である。また、W'：真
空槽混合域と反応域との溶鋼循環速度(kg/s)、W''：取
鍋と真空槽との間の溶鋼循環速度(kg/s)である。
ように、取鍋と真空槽内溶鋼とが明らかに分離している
場合は、(a) 真空槽内反応域、(b) 真空槽内混合域、
(c) 取鍋内の３領域に分割し、以下の３つの方程式を解
けばよい。ここで、E'：全溶鋼量に対する真空槽内溶鋼
量の比、E'' ：真空槽内溶鋼量に対する反応領域の比で
ある。[X]A：真空槽内反応域の濃度、[X]B：真空槽内混
合域の濃度、[X]C：取鍋内の濃度である。また、W'：真
空槽混合域と反応域との溶鋼循環速度(kg/s)、W''：取
鍋と真空槽との間の溶鋼循環速度(kg/s)である。
【００４７】
【数１１】
【００４８】(c) 式の左辺は真空槽反応域の成分元素Ｘ
の重量変化量、右辺第１項は真空槽内混合域からの流入
重量から真空槽内反応域からの流出量を引いたもの、右
辺第２項は酸素との反応による変化量である。以上、変
化量はいずれも単位時間当たりの量である。
の重量変化量、右辺第１項は真空槽内混合域からの流入
重量から真空槽内反応域からの流出量を引いたもの、右
辺第２項は酸素との反応による変化量である。以上、変
化量はいずれも単位時間当たりの量である。
【００４９】(d) 式の左辺は真空槽内溶鋼中の成分元素
Ｘの単位時間当たりの濃度変化量、右辺第１項は真空槽
内反応域からの流入量から真空槽内混合域からの流出量
を引いたもの、右辺第２項は取鍋からの流入量から真空
槽内混合域からの流出量を引いたものである。
Ｘの単位時間当たりの濃度変化量、右辺第１項は真空槽
内反応域からの流入量から真空槽内混合域からの流出量
を引いたもの、右辺第２項は取鍋からの流入量から真空
槽内混合域からの流出量を引いたものである。
【００５０】(e) 式の左辺は取鍋内溶鋼中の成分元素Ｘ
の単位時間当たりの濃度変化量、右辺は真空槽内混合域
からの流入量から取鍋からの流出量を引いたものであ
る。
の単位時間当たりの濃度変化量、右辺は真空槽内混合域
からの流入量から取鍋からの流出量を引いたものであ
る。
【００５１】ＲＨ真空脱ガス装置での以上の式を前記と
同様に計算した。溶鋼量：160ton(160x103kg) 、酸素流
量：1600Nm3/hr(0.44Nm3/s) で昇熱処理を行い、溶鋼循
環速度W'：60ton/min(1000kg/s)、W'' ：80ton/min(133
3kg/s) 、パラメーターE'：0.05、E'' ：0.75で計算を
行った。
同様に計算した。溶鋼量：160ton(160x103kg) 、酸素流
量：1600Nm3/hr(0.44Nm3/s) で昇熱処理を行い、溶鋼循
環速度W'：60ton/min(1000kg/s)、W'' ：80ton/min(133
3kg/s) 、パラメーターE'：0.05、E'' ：0.75で計算を
行った。
【００５２】25ch分のデータを基に、本計算法とテーブ
ル法で回帰分析を行い標準偏差σを求めた。表２に回帰
分析の結果を示す。
ル法で回帰分析を行い標準偏差σを求めた。表２に回帰
分析の結果を示す。
【００５３】
【表２】
【００５４】同表に示すように、本計算法の標準偏差
は、テーブル法の標準偏差に比較して大幅に小さく、推
定精度が極めて高いことが確認できた。
は、テーブル法の標準偏差に比較して大幅に小さく、推
定精度が極めて高いことが確認できた。
【００５５】本発明は、以上の知見に基づいてなされた
もので、その要旨は、下記のとおりである。
もので、その要旨は、下記のとおりである。
【００５６】（１）溶鋼に酸化性ガスを供給して溶鋼中
の成分元素との発熱反応により溶鋼を昇熱するに際し、
下記の式を連立して計算することにより溶鋼中の成分元
素Ｘの濃度を推定することを特徴とする溶鋼昇熱時にお
ける成分元素濃度の推定方法。
の成分元素との発熱反応により溶鋼を昇熱するに際し、
下記の式を連立して計算することにより溶鋼中の成分元
素Ｘの濃度を推定することを特徴とする溶鋼昇熱時にお
ける成分元素濃度の推定方法。
【００５７】
【数１２】
【００５８】ただし、[X]o：反応帯での酸素と反応する
成分元素Ｘの重量比濃度(-) 、[X]1：混合帯での酸素と
反応しうる成分元素Ｘの重量比濃度(-) 、W ：反応帯と
混合帯の間を循環する溶鋼循環速度(kg/s)、V ：処理溶
鋼量(kg)、E ：パラメーター(-) 、KX：単位酸素量(O2
標準状態での体積、m3) と化学量論的に等しい成分元素
X の重量(kg/Nm3)、Q ：酸素供給速度(Nm3/s) （２）環流型真空脱ガス装置において、溶鋼を環流さ
せ、溶鋼の表面にあるいは内部に酸化性ガスを供給して
溶鋼中の成分元素との発熱反応により溶鋼を昇熱するに
際し、下記の式を連立して計算することにより溶鋼中の
成分元素濃度を推定することを特徴とする溶鋼昇熱時に
おける成分元素Ｘの濃度の推定方法。
成分元素Ｘの重量比濃度(-) 、[X]1：混合帯での酸素と
反応しうる成分元素Ｘの重量比濃度(-) 、W ：反応帯と
混合帯の間を循環する溶鋼循環速度(kg/s)、V ：処理溶
鋼量(kg)、E ：パラメーター(-) 、KX：単位酸素量(O2
標準状態での体積、m3) と化学量論的に等しい成分元素
X の重量(kg/Nm3)、Q ：酸素供給速度(Nm3/s) （２）環流型真空脱ガス装置において、溶鋼を環流さ
せ、溶鋼の表面にあるいは内部に酸化性ガスを供給して
溶鋼中の成分元素との発熱反応により溶鋼を昇熱するに
際し、下記の式を連立して計算することにより溶鋼中の
成分元素濃度を推定することを特徴とする溶鋼昇熱時に
おける成分元素Ｘの濃度の推定方法。
【００５９】
【数１３】
【００６０】ただし、[X]A：真空槽反応帯での酸素と反
応する成分元素Ｘの重量比濃度(-) 、[X]B：真空槽混合
帯での酸素と反応しうる成分元素の重量比濃度(-) 、
[X]C：取鍋内の酸素と反応する成分元素Ｘの重量比濃度
(-) 、KX：単位酸素量(O2 標準状態での体積、m3) と化
学量論的に等しい成分元素X の重量(kg/Nm3)、Q ：酸素
供給速度(Nm3/s) 、W'：真空槽反応帯と真空槽混合帯の
間を循環する溶鋼循環速度(kg/s)、W'' ：真空槽混合帯
と取鍋の間を循環する溶鋼循環速度(kg/s)、V ：処理溶
鋼量(kg)、E'：（真空槽内全溶鋼重量／全処理溶鋼重
量）、E'':パラメーター(-) 。
応する成分元素Ｘの重量比濃度(-) 、[X]B：真空槽混合
帯での酸素と反応しうる成分元素の重量比濃度(-) 、
[X]C：取鍋内の酸素と反応する成分元素Ｘの重量比濃度
(-) 、KX：単位酸素量(O2 標準状態での体積、m3) と化
学量論的に等しい成分元素X の重量(kg/Nm3)、Q ：酸素
供給速度(Nm3/s) 、W'：真空槽反応帯と真空槽混合帯の
間を循環する溶鋼循環速度(kg/s)、W'' ：真空槽混合帯
と取鍋の間を循環する溶鋼循環速度(kg/s)、V ：処理溶
鋼量(kg)、E'：（真空槽内全溶鋼重量／全処理溶鋼重
量）、E'':パラメーター(-) 。
【００６１】
【発明の実施の形態】高炉から運搬された溶銑をそのま
ま、あるいは脱硅、脱りん、脱硫などの溶銑処理を行っ
た後、転炉に装入して吹錬を行い、吹錬後に取鍋内に溶
鋼を出鋼し、取鍋二次精錬を行う。この取鍋二次精錬
時、本発明の溶鋼昇熱時における成分元素濃度の推定方
法を適用する。推定する成分元素は、Al、Si、Mn、C 、
P などの酸素と発熱反応を起こす元素である。
ま、あるいは脱硅、脱りん、脱硫などの溶銑処理を行っ
た後、転炉に装入して吹錬を行い、吹錬後に取鍋内に溶
鋼を出鋼し、取鍋二次精錬を行う。この取鍋二次精錬
時、本発明の溶鋼昇熱時における成分元素濃度の推定方
法を適用する。推定する成分元素は、Al、Si、Mn、C 、
P などの酸素と発熱反応を起こす元素である。
【００６２】
【実施例】事前に溶銑処理により脱Si、脱P 、脱S を行
った溶銑（温度1200℃）を転炉に装入し、酸素ガスを10
00Nm3/minで上吹きランス（4 孔、スロート径58mm、ラ
ンス高さ2.2m）から溶鋼に吹き付け、炉底に設けた４本
羽口から合計32Nm3/minのArガスを底吹きしながら吹錬
し、取鍋内に出鋼した。転炉出鋼口にはスラグストッパ
ーを設置し、出鋼末期に転炉内スラグが取鍋内に流出す
ることを防止した。出鋼時にAl、Si、Mnを含有する合金
を添加して成分調整を行い、下記の実施例１〜３の溶鋼
昇熱処理を行った。
った溶銑（温度1200℃）を転炉に装入し、酸素ガスを10
00Nm3/minで上吹きランス（4 孔、スロート径58mm、ラ
ンス高さ2.2m）から溶鋼に吹き付け、炉底に設けた４本
羽口から合計32Nm3/minのArガスを底吹きしながら吹錬
し、取鍋内に出鋼した。転炉出鋼口にはスラグストッパ
ーを設置し、出鋼末期に転炉内スラグが取鍋内に流出す
ることを防止した。出鋼時にAl、Si、Mnを含有する合金
を添加して成分調整を行い、下記の実施例１〜３の溶鋼
昇熱処理を行った。
【００６３】（実施例１）溶鋼量：160ton、酸素流量：
1600Nm3/hr=0.44Nm3/s、底吹きガス流量：36Nm3/hr=0.0
1Nm3/sの条件下で昇熱処理を行った。溶鋼循環速度50to
n/min(833kg/s)、パラメーターE=0.25で計算を行った。
1600Nm3/hr=0.44Nm3/s、底吹きガス流量：36Nm3/hr=0.0
1Nm3/sの条件下で昇熱処理を行った。溶鋼循環速度50to
n/min(833kg/s)、パラメーターE=0.25で計算を行った。
【００６４】昇熱処理後に溶鋼試料を採取し、溶鋼中の
[C] 、[Si]、[Sol.Al]および[Mn]濃度（重量％）を分析
し、[X]obsとし、本発明法での計算値（重量比を１００
倍して重量％）を[X]cal、従来から実施していたテーブ
ル法での推定値[X]tab（重量％）とした。表３に評価結
果を示す。
[C] 、[Si]、[Sol.Al]および[Mn]濃度（重量％）を分析
し、[X]obsとし、本発明法での計算値（重量比を１００
倍して重量％）を[X]cal、従来から実施していたテーブ
ル法での推定値[X]tab（重量％）とした。表３に評価結
果を示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】評価方法は、本発明法の計算値の[X]calお
よびテーブル法の推定値[X]tabを分析結果の[X]obsで割
ることで精度の評価を行った。同表における、* 印は、
[X]cal／[X]obsの値を、**印は、[X]tab／[X]obsの値を
それぞれ示す。これらの値が１に近いと分析結果に近い
ことを示す。
よびテーブル法の推定値[X]tabを分析結果の[X]obsで割
ることで精度の評価を行った。同表における、* 印は、
[X]cal／[X]obsの値を、**印は、[X]tab／[X]obsの値を
それぞれ示す。これらの値が１に近いと分析結果に近い
ことを示す。
【００６７】表３に示すように、本発明法の計算値の値
は、テーブル法の推定値に比較して各測定成分元素の広
い濃度範囲で極めて高い推定精度が得られた。
は、テーブル法の推定値に比較して各測定成分元素の広
い濃度範囲で極めて高い推定精度が得られた。
【００６８】（実施例２）真空下(100Torr) でのＲＨ二
次精錬装置にて、溶鋼昇熱処理を行った。溶鋼量：160t
on(160x103kg) 、酸素流量：1600Nm3/hr=0.44Nm3/sの条
件下で昇熱処理を行った。ＲＨ浸漬管の内径：450mm 、
上昇管の環流ガス流量：1.0Nm3/minとした。溶鋼循環速
度：W'=60ton/min(1000kg/s)、W''=80ton/min(1333kg/
s) 、パラメーター：E'=0.05 、E''=0.75で計算を行っ
た。
次精錬装置にて、溶鋼昇熱処理を行った。溶鋼量：160t
on(160x103kg) 、酸素流量：1600Nm3/hr=0.44Nm3/sの条
件下で昇熱処理を行った。ＲＨ浸漬管の内径：450mm 、
上昇管の環流ガス流量：1.0Nm3/minとした。溶鋼循環速
度：W'=60ton/min(1000kg/s)、W''=80ton/min(1333kg/
s) 、パラメーター：E'=0.05 、E''=0.75で計算を行っ
た。
【００６９】昇熱処理後に溶鋼試料を採取し、溶鋼中の
[C] 、[Si]、[Sol.Al]および[Mn]濃度（重量％）を分析
し、[X]obsとし、本発明法での計算値を[X]cal（重量比
を１００倍して重量％）、従来から実施していたテーブ
ル法での推定値[X]tab（重量％）とした。表４に評価結
果を示す。
[C] 、[Si]、[Sol.Al]および[Mn]濃度（重量％）を分析
し、[X]obsとし、本発明法での計算値を[X]cal（重量比
を１００倍して重量％）、従来から実施していたテーブ
ル法での推定値[X]tab（重量％）とした。表４に評価結
果を示す。
【００７０】
【表４】
【００７１】評価方法は、本発明法の計算値の[X]calお
よびテーブル法の推定値[X]tabを分析結果の[X]obsで割
ることで精度の評価を行った。同表における、* 印は、
[X]cal／[X]obsの値を、**印は、[X]tab／[X]obsの値を
それぞれ示す。これらの値が１に近いと分析結果に近い
ことを示す。
よびテーブル法の推定値[X]tabを分析結果の[X]obsで割
ることで精度の評価を行った。同表における、* 印は、
[X]cal／[X]obsの値を、**印は、[X]tab／[X]obsの値を
それぞれ示す。これらの値が１に近いと分析結果に近い
ことを示す。
【００７２】表４に示すように、本発明法の計算値の値
は、テーブル法の推定値に比較して各測定成分元素の広
い濃度範囲で極めて高い推定精度が得られた。
は、テーブル法の推定値に比較して各測定成分元素の広
い濃度範囲で極めて高い推定精度が得られた。
【００７３】
【発明の効果】本発明により、昇熱処理後の成分の推定
が極めて容易にかつ精度よく行うことが可能となり、従
来の分析待ち時間を省略できる。また、従来の成分はず
れによる再処理や成分調整処理の追加も省略可能とな
り、最短時間で処理を終了することができる。従って、
昇熱量も従来に比べ低減することができる。以上から昇
熱総時間の短縮および昇熱コストの削減が可能となっ
た。
が極めて容易にかつ精度よく行うことが可能となり、従
来の分析待ち時間を省略できる。また、従来の成分はず
れによる再処理や成分調整処理の追加も省略可能とな
り、最短時間で処理を終了することができる。従って、
昇熱量も従来に比べ低減することができる。以上から昇
熱総時間の短縮および昇熱コストの削減が可能となっ
た。
【図１】昇熱後の溶鋼中の［Ｃ］濃度の計算値と実測分
析値とを比較したグラフである。
析値とを比較したグラフである。
【図２】昇熱後の溶鋼中の［Ｓｉ］濃度の計算値と実測
分析値とを比較したグラフである。
分析値とを比較したグラフである。
【図３】昇熱後の溶鋼中の［sol.Ａｌ］濃度の計算値と
実測分析値とを比較したグラフである。
実測分析値とを比較したグラフである。
Claims (2)
- 【請求項１】 溶鋼に酸化性ガスを供給して溶鋼中の成
分元素との発熱反応により溶鋼を昇熱するに際し、下記
の式を連立して計算することにより溶鋼中の成分元素Ｘ
の濃度を推定することを特徴とする溶鋼昇熱時における
成分元素濃度の推定方法。 【数１】 ただし、[X]o：反応帯での酸素と反応する成分元素Ｘの
重量比濃度(-) 、[X]1：混合帯での酸素と反応しうる成
分元素Ｘの重量比濃度(-) 、W ：反応帯と混合帯の間を
循環する溶鋼循環速度(kg/s)、V ：処理溶鋼量(kg)、E
：パラメーター(-) 、KX：単位酸素量(O2 標準状態で
の体積、m3) と化学量論的に等しい成分元素X の重量(k
g/Nm3)、Q ：酸素供給速度(Nm3/s) - 【請求項２】 環流型真空脱ガス装置において、溶鋼を
環流させ、溶鋼の表面にあるいは内部に酸化性ガスを供
給して溶鋼中の成分元素との発熱反応により溶鋼を昇熱
するに際し、下記の式を連立して計算することにより溶
鋼中の成分元素濃度を推定することを特徴とする溶鋼昇
熱時における成分元素Ｘの濃度の推定方法。 【数２】 ただし、[X]A：真空槽反応帯での酸素と反応する成分元
素Ｘの重量比濃度(-) 、[X]B：真空槽混合帯での酸素と
反応しうる成分元素の重量比濃度(-) 、[X]C：取鍋内の
酸素と反応する成分元素Ｘの重量比濃度(-) 、KX：単位
酸素量(O2 標準状態での体積、m3) と化学量論的に等し
い成分元素X の重量(kg/Nm3)、Q ：酸素供給速度(Nm3/
s) 、W'：真空槽反応帯と真空槽混合帯の間を循環する
溶鋼循環速度(kg/s)、W'' ：真空槽混合帯と取鍋の間を
循環する溶鋼循環速度(kg/s)、V ：処理溶鋼量(kg)、
E'：（真空槽内全溶鋼重量／全処理溶鋼重量）、E'':パ
ラメーター(-) 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14589699A JP3666302B2 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 溶鋼昇熱時における成分元素濃度の推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14589699A JP3666302B2 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 溶鋼昇熱時における成分元素濃度の推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000336422A true JP2000336422A (ja) | 2000-12-05 |
| JP3666302B2 JP3666302B2 (ja) | 2005-06-29 |
Family
ID=15395568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14589699A Expired - Fee Related JP3666302B2 (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 溶鋼昇熱時における成分元素濃度の推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3666302B2 (ja) |
-
1999
- 1999-05-26 JP JP14589699A patent/JP3666302B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3666302B2 (ja) | 2005-06-29 |
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