JPH02170909A - 転炉の吹止成分推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＭｎ、ＰおよびＳのうち少なくとも１ｆ！１以
上の成分について吹止時の溶鋼中濃度を高精度に推定す
ることのできる方法に関し、詳細には、吹錬途中に測定
される上記成分の溶鋼中濃度を基にして、これに操業項
目の要因を加えて吹止成分推定精度を高める方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 従来の転炉操業においては、吹止めに到った時点で転炉
内の溶鋼をサンプリングし、溶鋼成分（特にＣ，Ｍｎ、
Ｐ、Ｓ等）の成分分析を行なって、これらが目標基準に
達しているか否かをチエツクし、不合格であれば再吹錬
し、合格判定を待ってはじめて出鋼するという手順で操
業管理がなされてきた。しかし従来の方法であれば、吹
止め後成分分析が完了するまでに最低５分間を要し、そ
の結果、（イ）転炉から連鋳機への溶鋼供給ピッチが遅
くなり、生産能力の向上にとって重要な隘路となってい
るだけでなく、（ロ）溶鋼の炉内滞留時間が長く耐火物
との接触時間が長いこと、並びに出鋼待ちによる温度低
下の恐れのため吹止温度を必要以上に高く設定する必要
があること、等の複合効果として転炉耐火物の損傷が早
いとい問題があった。

そこで近年の転炉操業においては、吹止め後の成分分析
を省略して直ちに出鋼するという形態（以下迅速出鋼と
言う）を採用する方向での検討が進められ、上記（（）
、（ロ）で述べた様な欠点が解消されつつある。

しかしながら迅速出鋼操業の実施に当たっては、吹止め
時の溶鋼成分を、成分分析を行なうことなしに言い当て
る技術、即ち吹止成分推定技術を確立することが大前提
となる。この推定技術が不正確であること、（ａ）事実
としては目標成分が達成されているにもかがられず未達
成であるとの誤認判定を行なったときは、不必要な再吹
錬を行なって前記−（イ）、（ロ）の問題を大きくした
り、或は（ｂ）事実としては目標成分が未達成であるに
もかかわらず達成であると判断して出鋼を行なりたとき
は、規格を満足しない製品を作ることになってしまうと
いう問題を生じる。そこで前記推定技術の精度を高める
ことが要求され、下記の様な提案がなされている。

（Ｉ）吹止時にサブランスを用いて溶鋼をサンプリング
し、凝固点を測定してその値から炭素濃度を推定する方
法。

（１１）吹錬中の溶鋼をサンプリングし、燐濃度の分析
値を基にして下記式により吹止 燐濃度を推定する方法（特開昭５２− １０５５１２）。

ＣＰ］ｓ＝［ｐ　　コ　、　−α　ｔ　　　・・・　（
１）ただし ［ＰコＳ　：吹止溶鋼中の燐濃度 ［Ｐ］ａ：吹錬中の溶鋼中燐源 度 α　　：係数 ｔ　　：サンプリング採取時 から吹止めまでの時 間 （ＩＩ＋　）吹錬中の溶鋼をサンプリングし、Ｃ９Ｍｎ
、Ｐ、Ｓの各成分について溶鋼中濃度を分析し、更に吹
止時採取溶鋼の凝固温度または火花判定等によって吹止
溶鋼中の炭素濃度［Ｃ］　ｓを推定する。そして溶鋼中
におけるＣとＭｎ、Ｐ、Ｓの関係を示す下記式 ％式％ ただし ［Ｍ］　：溶鋼中のＭｎ、Ｐ、Ｓ 濃度 Ａ、に：定数 ［Ｃ］　：溶鋼中のＣの濃度 αＭ　、ＡＭ　＋　ｋ”定数 β、　：溶鋼中の炭素濃度を小 さくしたときの［Ｍｌ の到達最小値 を用い、前記式におけるＣ２を、吹錬条件、吹錬中採取
サンプル分析値、各時点における溶鋼温度等の要因ｘｉ
から下記式 ％式％（３） ただしａｌＭ：係数 によって決定する。そして前記（２）式に［Ｃコ、ＣＭ
］Ｓ　Ｃ２を代入することによって該（２）式における
係数αＭを決定し、更に前記で推定された吹止溶鋼中の
炭素濃度［Ｃ］５を前記（２）式の［Ｃ］に代入して［
Ｍ］の値、即ち吹止溶鋼中のＭｎ、Ｐ、Ｓを推定する方
法（特開昭５６−３６１１）。

（ＩＶ　）吹止時にサブランスを適用し、酸素濃淡電池
を原理とする酸素センサーによって溶鋼中の酸素分圧を
推定し、更に副 原料等の操業条件Ｘ、を要因に加え、 下記式 ％式％ ただし ［Ｍ］ｓ：吹上溶鋼中のＭｎ。

ｐ、ｓ濃度 ［ｏｌｒ：溶鋼中の酸素分圧 ａｏ、ａｌ：係数 Ｋ　　：定数 によって吹止時のＭｎ、Ｐ、Ｓ濃度を推定する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記Ｎ）〜（ｒＶ）の方法は夫々次の様な欠点を有して
いる。

まず（１）の方法は炭素濃度の推定に適用できるだけで
あり、しかも液相線温度の［Ｃ］依存性が小さい低炭素
領域（〔Ｃ］≦０．１０％）ではσ＝０．０２％程度の
推定精度しか得られない。

次に（！Ｉ）の方法は溶鋼中［Ｐ］が吹錬時間のみに依
存するとの仮定の下で組立てた推定法であり、鋼種や操
業条件に変動の無い場合は一応有効な手段であるが、こ
れらがチャージ毎に変動する様な場合には通用すること
ができず、また燐濃度の推定にしか利用できない。

（ｍ　）の方法はＭｎ、Ｐ、Ｓの各濃度の推定に利用で
きるが、各元素毎の推定精度はσ（Ｍｎ）＝　０．０１
４９％、σ（Ｐ）　＝Ｏ，０Ｏ１７７％、σ（Ｓ）＝０
．００１５１％程度であり、成分規格の厳しい鋼種や、
転炉における脱燐条件が厳しく負荷されている様な８１
種には安心して適用することがで診ないという欠点があ
る。

最後に（ｒＶ）の方法は、低炭素域において特に有用な
手段であり、且つＣ濃度の推定精度はσ＝０．００７３
％と良好であるが、他の成分についてみると、ａ　（Ｍ
ｎ）　＝０．０１８５％、ｃｓ　（Ｐ）　＝０．００２
９４％、σ（Ｓ　）　＝　０．００１０２％程度に止ま
り、　（ＩＩＩ　）の場合と同様適用範囲は狭い。

以上述べた様に特に吹止め時のＭｎ、Ｐ、Ｓ濃度につい
ては高炭素域および低炭素域を通じて高精度に推定でき
る技術が知られておらず、転炉精錬法における迅速出鋼
操業の採用比率は未だ低い。本発明は上記の様な事情を
考慮してなされたものであって、転炉吹峠におけるＭｎ
、Ｐ、Ｓの各吹止時濃度を高精度に推定し得る技術を確
立することによって、迅速出鋼比率の向上に資すること
を目的とするものである。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成することのできた本発明とは、転炉吹錬
途中に溶鋼サンプルを採取し、Ｍｎ、ＰおよびＳのうち
少なくとも１種以上の成分について吹錬途中における溶
鋼中濃度［Ｍ］９を測定し、その結果を用いて当該成分
の吹止溶鋼中濃度［Ｍ］Ｓを推定する方法において、 （１）副原料の景、 （２）溶鋼サンプル採取時点から吹止迄の吹錬酸素使用
量、 （３）酸素バランスから計算されるスラグ中残留酸素量
、 （４）吹止時に測定される溶鋼中の酸素分圧、（５）吹
止時の溶鋼温度 （６）吹止時の炭素濃度 （７）溶銑条件 よりなる操業項目群の中から少なくとも１以上の項目を
選び、当該選ばれた項目に係る要因を前記吹錬途中にお
ける溶鋼中濃度ＣＭ］Ｂに加えて構成される下記回帰式 ％式％（５） 式中 ［Ｍ］ｓ＋吹止溶鋼中濃度 ［Ｍ］ａ：吹錬途中における溶鋼中濃度α　　：係数 ｘｌ　　：前記（１）〜（７）よりなる操業項目群の中
から遭ばれる１以 上の項目に係る要因 に基づいて当該成分の吹止溶鋼中濃度を推定することを
要旨とするものである。

［作用］ 酸素吹錬における鋼浴中Ｍｎ、Ｐ、Ｓの反応については
次の極な反応が考えられる。

［Ｍｎ］　＋　（Ｆｅｄ）＝　（ＭｎＯ）＋Ｆｅ２　［
Ｐ］　＋４　（Ｃａｂ’　）＋５　（Ｆｅｄ）＝　（Ｃ
ａｂ’　）４・Ｐ、０５　＋５Ｆｅ（Ｃａｂ）　　＋　
　［ＦｅＳ　　コ　＝（ＣａＳ）＋　（Ｆｅｄ） ［Ｓ］　＋２　［０１＝ＳＯ２（ガス）従って吹止時の
鋼浴中Ｍｎ、Ｐ、Ｓ濃度の支配因子としては溶銑条件（
溶銑の量や成分組成−特にＭｎ、Ｐ、Ｓの濃度）、スラ
グ量、並びに溶鋼−スラグ間の各成分の分配関係が挙げ
られる。これらのうち溶鋼−スラグ間の分配関係を更に
詳細に分析すると、スラグ組成（特にＣａＯ濃度や５ｉ
Ｏｚ４度）、系中の酸素分圧（具体的にはスラグ中のＦ
ｅＯ濃度、溶鋼中の酸素分圧）、並びに吹止時の溶鋼温
度や炭素濃度が重要な支配因子となっている。

そのため本発明者等は、吹錬途中にサンプリングした溶
鋼から得られる溶鋼中のＭｎ、Ｐ、Ｓ濃度情報を推定計
算のベースに置きつつ、これらに加えて １　副原料の量 ２　前記途中サンプリング以後の吹錬酸素量３）吹止時
のスラグ中残留酸素量 ４）吹止時の溶鋼中酸素分圧 ５）吹止時の溶鋼温度 ６）吹止時の炭素濃度 ７）溶銑条件 の中から運ばれる１項目以上を要因として組合わせ、統
計的に作成した前記式（５）を用いて吹止化に溶鋼中濃
度がどの様に変化するかを考慮に入れ、吹止時の最終的
溶鋼中濃度を推定することとしたのである。尚より高精
度の推定を行なうには、前記７項目の全てを要因として
加えることが推奨される。

吹錬途中のサンプリング溶鋼を対象とするＭｎ、Ｐ、Ｓ
濃度の測定に当たフてはその方法を限定しないが、カン
トバック分析法（例えば真空型発光分析装置によるパル
ス分析測定方式）は有効な手段として推奨される。

上記（１）の項目は吹錬の開始に当たって設計される項
目であり、また（２）の項目は吹錬実績として容易に把
握できる項目であるから、これら２項目に係る情報につ
いては格別の困難なしに人手できる。

次に（３）の項目については次の計算式によって算出す
れば良い。

アウトプット酸素））ｄｔ 但し　ｔｌ：前記途中サンプリングした時期インプット
酸素：吹錬酸素量と副原料 中の酸素量から求める アウトプット酸素：排ガス中の酸素量 スラグ中残留酸素の計算方式は上記計算式に限定される
訳ではないが、上記計算式で求める場合は、前チャージ
の残留スラグ中に含まれる酸素量による変動を受けず、
また計算期間が短いのでセンサー誤差も少なくなり、精
度の高い吹錬制御用パラメータとして採用される。

（４）の項目については吹止時にサブランスを適用し、
適宜の酸素センサーを用いて溶鋼中の酸素分圧（以下［
０１ｒと記す）を測定する。酸素センサーの機構につい
ては本発明を制限しないが、酸素濃淡電池をサブランス
の先端に取付けておこなう方式を採用すれば、ｔ’８ｆ
ｉＡ中にこれを浸漬して測定することができるので、溶
鋼サンプルを汲出して色々な測定を行なう方式に比べて
顕著な時間短縮を図ることができる。

（５）の項目である吹止時の溶鋼温度についてはサブラ
ンスを用いて簡単に測定することができるし、場合によ
っては転炉のダイナミック・コントロールとして公知の
手法を用いて推定した値をそのまま採用することもでき
る。

（６）の項目である吹止時の炭素濃度については例えば
サブランスを用いて採取されたサンプル溶鋼の凝固温度
に基づく炭素濃度推定によって求める方法や、前述のダ
イナミック・コントロール法を利用して推定する方法等
が例示される。

（７）の項目である溶銑条件としては吹錬の主原料とな
る溶銑の量及び溶銑中のＭｎ、Ｐ、Ｓ濃度を夫々初期デ
ータの中から選択して使用する。

本発明における測定項目（１）〜　（７）のうちもっと
も重要なものは（４）　で述べた溶鋼中の酸素分圧［０
］ｒであるが、従来本発明者らが［０１Ｆをベースにし
て吹上溶鋼中のＭｎ、Ｐ、Ｓ濃度を推定する技術を研究
していたところ、低炭素域では計算値と実測値の間に相
関性が認められたにもかかわらず、高炭素域ではスラグ
が過酸化状態となってスラグ−溶鋼間が非平衡状態とな
り、計算値と実測値は全く合わず、高炭素域では［ｏ］
ｒによる推定はできなかった。

これに対し本発明では吹錬途中にサンプリングし、溶鋼
中のＭｎ、Ｐ、Ｓ濃度を迅速分析し、そのデーターに前
記（４）を除く（１）〜　（６）の要因を加えて吹止時
のＭｎ、Ｐ、Ｓ？Ｉ度を推定する様にしたので、推定精
度が極めて高いものとなった。

［実施例］ 第１図は本発明方法によって成分推定を行なう場合の実
施例フロー図であり、吹止の２．５分前にサブランスを
浸漬して溶鋼中のＣ濃度および溶鋼温度を測定すると共
に、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ濃度を測定するための溶鋼をサンプリ
ングし、カントバック分析に供する。一方吹止時点にも
サブランスを浸漬し、ここでは溶鋼温度と［０］Ｓを測
定して前記カントバック分析結果と共にＣＰＵにインプ
ットし、ここで迅速に計算を行ない、目標成分と照合し
て出鋼の可否を判定する。そして不合格であれば再吹錬
する。尚本発明はサンプルのカントバック分析によって
吹上時点そのものを制御するものではないから、吹止時
点は計画通り実行することとし、そのときのＭｎ、Ｐ、
Ｓ濃度を直接な濃度分析によらなくとも迅速且つ高精度
に推定できる方法である。

１族里ユ ２４０トン上下吹転炉を用い、第１表に示す成分規格の
高炭素鋼を得る目的で吹錬を計画した。

まず第２表に示す成分の予備処理された溶銑２５０トン
を転炉に装入した。吹錬を開始し、生石灰３トン、軽焼
ドロマイト２トン、蛍石０．９　トンを装入した。吹錬
開始後１３分目にサブランスで溶鋼サンプルを採取・回
収し、Ｍｎ、Ｐ、Ｓを分析した。吹錬はサンプル採取時
点から２．５分後に終了し、サブランスを用いて溶鋼温
度を測定した。当チャージにおいて、サンプル分析値、
没入した生石灰、軽焼ドロマイト、重石の量、サンプル
採取時点から吹止までのインプット酸素量（吹錬酸素、
巻き込み空気）とアウトプット酸素量（Ｃｏ、ＣＯ２）
の差から計算した残留酸素量４１２Ｎ＋ｎ３．および吹
止で測定した溶鋼温度１６８０℃を要因として（５）式
で吹止のＭｎ。

Ｐ、Ｓを推定したところ、第３表の値が得られた。ｐ、
ｓは第２表の成分規格を満足していたのでただちに出鋼
を開始し、Ｍｎについては規格の成分に達するようＭｎ
合金鉄を投入した。なお、Ｃについては従来法（Ｉ）で
推定した。また、吹止でサブランスを用いて溶鋼温度を
測定する際に溶鋼サンプル採取も行ない、別途分析した
ところ第４表の値であり、末法による推定は高炭素鋼に
おいても高い精度であることを確認した。

第１表 第２表 第３表 第４表 ２４０トン上下吹転炉を用いて高炭素鋼を溶製するに当
たり、サブランスを用いて吹錬途中に溶鋼サンプルを採
取し、カントバック分析によって溶鋼中のＭｎ、Ｐ、Ｓ
濃度を測定した。一方当該チャージに投入されている副
原料（生石灰、蛍石、ドロマイト）の量、サンプル採取
時点から吹止までの吹錬酸素使用量、酸素バランスから
計算したスラグ中の残留酸素量および溶鋼温度を要因と
して加え、統計的に求めた前記（５）式を用いて吹止時
のＰ　？ａ度を求めて推定値とした。第２図は推定値と
実測値の相関性を示すグラフでσ＝０．００１５１％の
高精度で推定することができた。

裏底±ユ ２４０トン転炉を用い、第５表に示す成分規格の低炭素
鋼を目的として溶製した。まず転炉にスクラップ２５ト
ン、続いて第６表の成分の溶銑を２２５トン装入した。

吹錬を開始し、生石灰９トン、軽焼ドロマイト４トン、
蛍石０．８トンを装入した。吹辣開始後１２分目にサブ
ランスで溶鋼サンプルを採取・回収し、Ｍｎ、Ｐ、Ｓを
分析した。吹錬はサンプル採取時点から２．５分後に終
了し、その際、サブランスを用いて溶鋼温度および［０
］Ｓを測定した。ここで、当該サンプル分析値、投入し
た生石灰、軽焼ドロマイト、蛍石の量、サンプル採取時
点から吹止までの吹ｉｉｉ酸素使用量２００ＯＮｍ’、
吹止で測定した溶鋼温度１６６０℃ならびに［０３ｖ　
７５０ｐｐｍを要因として（５）式を用いて吹止のＭｎ
、Ｐ、Ｓを推定したところ、第７表の値が得られた。Ｐ
、Ｓは第１表の成分規格を満足していたのでただちに出
鋼を開始し、Ｍｎについては規格の成分に達するようＭ
ｎ合金鉄を没入した。なお、Ｃについては従来法（！Ｖ
）で推定した。また、吹止でサブランスを用いて溶鋼温
度および［０］Ｓを測定する際に溶鋼サンプル採取も行
ｔｔっでおき、別途分析したところ′ｓ８表の値であり
、末法による推定は高炭素鋼においても高い精度である
ことを確認した。

第５表 第７表 第８表 第６表 ２４０トン上下吹転炉を用い、Ｃ５０，３θ％の低炭素
鋼を溶製するに当たり、サブランスを用いて吹錬途中に
溶鋼サンプルを採取し、カントバック分析によって溶鋼
中のＭｎ、Ｐ、Ｓ濃度を測定した。一方当該チャージに
投入されている副原料（生石灰、蛍石、ドロマイト）の
量、サンプル採取時点から吹止までの吹錬酸素使用量並
びに吹止時にサブランスを用いて測定した溶鋼温度及び
Ｃ濃度を要因として加え、統計的に求めた前記（５）式
を用いて吹止時のＭｎ、ＩＪ！度を求めて推定値とした
。第３図はＭｎについての推定値と実測値の相関性を示
すグラフであり、ｏ　＝　０．００９３％の高精度で優
れた相関性が認められた。第４図はＰについての同様の
グラフであり、σ＝　０．００１４５％の高精度で優れ
た相関性を認めることができた。

第９表は［Ｏ〕、に基づいて同様の推定を行なった場合
と本発明の場合について、夫々低炭素鋼の場合の推定精
度を比較したものであり、本発明の方がすぐれた推定精
度を示すことが分かる。

第９表 ［発明の効果コ 本発明は上記の様に構成されているので、吹止溶鋼中の
Ｍｎ、Ｐ、Ｓ？Ａ度を、直接分析するに必要な時間をか
けないで短時間に推定することができ、またその推定精
度は低炭素鋼、高炭素鋼の如何を問わず高い、従って低
燐鋼の様に成分規格のｇ＆格なｍ種であっても迅速出鋼
システム中に組入れることが可能となり、迅速出鋼の採
用比率を高めることに資することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は一本発明の実施例に係る推定手順を示すフロー
図、第２図は高炭素鋼におけるＰ濃度についての推定値
と実測値の関係を示すグラフ、第３図は低炭素鋼におけ
るＭｎ濃度についての推定値と実測値の関係を示すグラ
フ、第４図は低炭素鋼におけるＰ濃度についての推定値
と実測値の関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 転炉吹錬途中に溶鋼サンプルを採取し、Ｍｎ、Ｐおよび
   Ｓのうち少なくとも１種以上の成分について吹錬途中に
   おける溶鋼中濃度［Ｍ］＿Ｂを測定し、その結果を用い
   て当該成分の吹止溶鋼中濃度［Ｍ］＿Ｓを推定する方法
   において、 （１）副原料の量、 （２）溶鋼サンプル採取時点から吹止迄の吹錬酸素使用
   量、 （３）酸素バランスから計算されるスラグ中残留酸素量
   、 （４）吹止時に測定される溶鋼中の酸素分圧、（５）吹
   止時の溶鋼温度 （６）吹止時の炭素濃度 （７）溶銑条件 よりなる操業項目群の中から少なくとも１以上の項目を
   選び、当該選ばれた項目に係る要因を前記吹錬途中にお
   ける溶鋼中濃度［Ｍ］＿Ｂに加えて構成される下記回帰
   式 ［Ｍ］＿Ｓ＝［Ｍ］＿Ｂ＋ΣαＸ＿１＋定数・・・［
   I ］式中 ［Ｍ］＿Ｓ：吹止溶鋼中濃度 ［Ｍ］＿Ｂ：吹錬途中における溶鋼中濃度 α：係数 Ｘ＿１：前記（１）〜（７）よりなる操業 項目群の中から選ばれる１以 上の項目に係る要因 に基づいて当該成分の吹止溶鋼中濃度を推定することを
   特徴とする転炉吹止成分推定方法。