JPH11246907A - 転炉の吹錬制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上底吹き転炉において、サブランスによる測
定を行うことなく、吹錬中の溶鉄温度及び炭素濃度を精
度良くかつ確実に制御する手段を提供する。 【解決手段】 転炉内鉄浴部に温度計を配して溶鉄温度
を連続的に測定し、当該温度情報に基づき送酸速度、ラ
ンス−湯面間隔及び冷却用副原料添加量のうちの１又は
２以上を調節する。また、上記に加えて鉄浴部に炭素濃
度測定手段を配して炭素濃度を測定し、これらの温度及
び炭素濃度の情報に基づき、吹錬中の溶鉄温度及び炭素
濃度の制御を行う。さらに、吹錬時に転炉の炉口部を密
閉して外気の侵入を防止する手段と、排ガス中のＣＯ、
ＣＯ₂及び不活性ガス濃度を測定する手段と、転炉炉内
又は／及び排ガス組成測定点より上流の排ガスダクト内
に所定流量の不活性ガスを供給する手段とを配して、前
記の排ガス中の成分濃度及び不活性ガス流量に基いて脱
炭量を推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、上底吹き転炉にお
いて炉内反応の高効率化や転炉耐火物の溶損の軽減を図
るため、吹錬中の溶鉄温度や炭素濃度を精度良くかつ確
実に制御する転炉の吹錬制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】製鋼用転炉においては、吹錬終点の溶鋼
温度及び炭素濃度を所定の値に制御する必要がある。と
くに、近年製鋼能率向上の要請が強くなり、再吹錬等を
避けるためできるだけ精度良く終点制御を行うことが必
要になっている。

【０００３】また、脱燐等の炉内反応の効率を高めるた
めには、精錬中の溶鉄温度の推移を適正に制御する必要
がある。さらに、転炉耐火物の溶損の軽減を図るために
は、吹錬末期の温度制御を適正に行う必要がある。

【０００４】そのため、従来から転炉の吹錬終点制御に
関しては、計算機を用いたダイナミックコントロールが
一般に行われている。これは、物資収支・熱収支計算等
により吹錬中の溶鉄温度、炭素濃度の推移を推定する際
に、先行ヒートの情報に基く学習計算により推定精度を
向上させ、さらに吹錬中にサブランス(測定用ランス)に
より溶鉄温度及び炭素濃度を実測して軌道修正を行い、
吹錬終点制御を確実かつ精度良く行おうとするものであ
る。

【０００５】また、ダイナミックコントロールの精度を
さらに向上させるために、排ガスに関する情報例えば排
ガス中のＣＯ、ＣＯ₂濃度や排ガス流量等を実測し、こ
れらより脱炭量を推定するいわゆる脱炭速度計も多用さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】熱収支計算等に基づく
溶鉄温度の推定は精度が低い。また、排ガス情報に基づ
く従来の脱炭速度計は、排ガス流量の測定に問題があり
その信頼性が低い。そのため、従来の吹錬制御では、サ
ブランスを用いて溶鉄温度及び炭素濃度を測定し、軌道
修正することが必要不可欠であった。

【０００７】しかし、サブランスのプローブ（消耗形熱
電対や消耗形カーボンデターミネータ）は消耗品である
ためコストが高く、かつスクラップ等の冷材が未溶解の
吹錬初期は測定の信頼性が低いため、吹錬後半の特定時
期に(通常は１回)測定を行うのが通例であり、吹錬全期
の情報を得るという観点からは不十分であった。

【０００８】一方、近年転炉の生産性や鉄歩留等を高め
るため、転炉の炉内圧を大気圧より高くして吹錬する加
圧式の転炉製鋼法が多数提案されている（例えば、特公
昭４３−９９８２号、特開平２−２０５６１号、特開平
２−２９８２０９号、特開平４−１６０１０９号公報な
ど）。

【０００９】このような加圧式の転炉製鋼法において
は、サブランスによる測定は、その設備及び作業が複雑
になって好ましくない。すなわち、サブランスの摺動部
のシール構造やプローブ交換のための加圧室が必要にな
り、炉上設備が複雑になる。また加圧室を炉内と等圧に
調整する必要があり、作業上の負担も大きい。

【００１０】上述したように、現行の大気圧下の転炉操
業においても、将来実用化の可能性のある加圧下の転炉
操業においても、サブランスによる測定に依存しない新
たな吹錬制御方法を提供することが望まれている。

【００１１】本発明は、上記のような問題点に鑑み、大
気圧下又は加圧下の転炉操業において、サブランスによ
る測定を行うことなく、転炉の吹錬中の温度制御及び吹
錬終点制御を精度良くかつ確実に行いうる手段を提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、近年の測
温技術の進歩により、転炉の鉄浴部に温度計を配して比
較的容易に連続測温しうること、及びこれが転炉の吹錬
制御に非常に有用であることを知見した。

【００１３】また、本発明者らは、加圧式転炉のみなら
ず大気圧下の転炉においても炉口部の密閉を容易に行い
うること、及び近年のガス分析技術の進歩により排ガス
中の低濃度の不活性ガス成分も精度よく分析しうること
に着想し、種々検討の結果、排ガス流量を測定すること
なく、不活性ガスのマスバランスにより脱炭量を精度良
く推定しうることを知見した。

【００１４】これらの知見に基づく本発明の要旨は、上
底吹き転炉内の鉄浴部に温度計を配して溶鉄温度を連続
的に測定し、当該温度情報に基づき送酸速度、ランス−
湯面間隔及び冷却用副原料添加量のうちの１又は２以上
を調節して、吹錬中の溶鉄温度の制御を行なうことを特
徴とする転炉の吹錬制御方法である。

【００１５】また、上底吹き転炉内の鉄浴部に温度計と
炭素濃度測定手段とを配して溶鉄の温度及び炭素濃度を
測定し、これらの温度及び炭素濃度の情報に基づき送酸
速度、ランス−湯面間隔及び冷却用副原料添加量のうち
の１又は２以上を調節して、吹錬中の溶鉄温度及び炭素
濃度の制御を行うことを特徴とする転炉の吹錬制御方法
である。

【００１６】さらに、上底吹き転炉内の鉄浴部に温度計
を配して溶鉄温度を連続的に測定するとともに、吹錬時
に転炉の炉口部を密閉して外気の侵入を防止する手段
と、排ガス中のＣＯ、ＣＯ₂及び不活性ガス濃度を測定
する手段と、転炉炉内又は／及び排ガス組成測定点より
上流の排ガスダクト内に所定流量の不活性ガスを供給す
る手段とを配して、前記の排ガス中の成分濃度及び不活
性ガス流量に基いて脱炭量を推定し、これらの温度及び
脱炭量の情報に基づき送酸速度、ランス−湯面間隔及び
冷却用副原料添加量のうちの１又は２以上を調節して、
吹錬中の溶鉄温度及び炭素濃度の制御を行うことを特徴
とする転炉の吹錬制御方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態の例を
示す説明図である。上吹きランス３と底吹き羽口４を備
えた転炉１内に鉄浴２が形成されており、副原料用のホ
ッパー７から切り出し装置８、投入シュート９をへて副
原料が添加される。

【００１８】転炉１の炉底には測温用羽口１０が設置さ
れ、パージガス供給ライン１１から供給されるパージガ
スを導入するノズルの中にイメージファイバー１２が挿
入されている。パージガスとしては通常はＡｒを用いる
が、Ｎ₂、ＣＯであっても構わない。また、ノズルを開
口するために必要に応じてＯ₂、空気、ＣＯ₂を供給する
ことも可能である。

【００１９】イメージファイバー１２で得られた情報は
信号処理及び測温装置１３により画像処理と信号処理が
なされた上で輝度から温度に変換され、温度情報として
出力される。なお、溶鉄温度の測定は上記のような光学
的な方法に限る必要はなく、例えば耐久保護管式の熱電
対等によってもよい。

【００２０】この温度情報により操業条件が計算され、
その指示が上吹きガスライン５に設けた上吹きガス流量
制御装置６、ランス位置制御装置(図示していない)及び
冷却用副原料（鉄鉱石、細断スクラップ、石灰石、ドロ
マイトの一種又は２種以上）の切り出し装置８に伝達さ
れて、送酸速度、ランス−湯面間隔及び冷却用副原料添
加量のうちの１又は２以上を調節することにより、吹錬
中の溶鉄温度を制御する。

【００２１】図２は、請求項２記載の本発明の実施形態
の例を示す説明図である。図２の例においては、転炉１
の炉底には測温用羽口１０と分析用羽口１４とが設置さ
れ、図１と同様に溶鉄温度を測定するとともに、溶鉄炭
素濃度を測定する。

【００２２】分析用羽口１４には、パージガス供給ライ
ン１５から供給されるパージガスを導入するノズルの中
に分析用ファイバー１６が挿入されており、分析装置１
７により炭素濃度を測定する。パージガスとしては炭素
のような軽元素を測定するためにはＡｒを用いるが、Ｎ
₂、ＣＯであっても構わない。また、ノズルを開口する
ために必要に応じてＯ₂、空気、ＣＯ₂を供給することも
可能である。

【００２３】分析方法としては、例えば特開昭６０−４
２６４４号公報に開示されているような、レーザーによ
る発光を利用した分析方法がある。

【００２４】このように、溶鉄温度と炭素濃度の情報を
同時に得て、上記と同様に送酸速度、ランス−湯面間隔
及び冷却用副原料添加量のうちの１又は２以上を調節す
ることにより、吹錬中の溶鉄温度及び炭素濃度が所定の
パターンで推移するように制御することができ、吹錬終
点での溶鋼温度及び炭素濃度の制御がより容易かつ確実
になる。

【００２５】図３は請求項３記載の本発明の実施形態の
例を示す説明図である。本図の例においては、図１と同
様に転炉１の炉底に設けた測温用羽口１０により溶鉄温
度を連続的に測定するに加えて、下記の方法で脱炭量の
推定を行う。

【００２６】図３の例においては、転炉１は吹錬時に炉
口シール装置１８によりフード１９と連結され、炉口部
を密閉して外気の侵入を防止する。排ガスダクトには、
排ガスの組成を分析する手段（本例では、サンプリング
孔２０よりサンプルガスを採取してガス分析計２１によ
り分析）を配して、排ガス中のＣＯ、ＣＯ₂及びＮ₂濃度
を測定する。また、排ガスダクトの上流にガス吹き込み
口２２を設けて、所定流量のＮ₂ガスを流量計２３を介
して、ダクト内に吹き込む。

【００２７】炉口シール装置１８の形式はとくに限定す
る必要はなく、耐熱性、作業性や必要に応じて耐圧性を
考慮して、適切な方法を選択すればよい。また、外気の
遮断をより完全にするため、上吹きランス３の挿入孔に
もランス孔シール装置２４を配し、副原料供給系も密閉
系とすることが望ましい。

【００２８】上記の手段により、外気の侵入を完全に防
止できるから、酸素吹錬中の脱炭量は下記(１)式により
推定することができる。 △Ｃ＝(１２／２２．４)・Ｑ_n・((ＣＯ＋ＣＯ₂)／Ｎ₂) ……(１） ここで、 △Ｃ：脱炭量（ｋｇ／ｍｉｎ) Ｑ_n：Ｎ₂ガス流量(Ｎｍ³／ｍｉｎ) ＣＯ、ＣＯ₂、Ｎ₂：排ガス中のＣＯ、ＣＯ₂、Ｎ₂濃度
(ｖｏｌ．％)。

【００２９】なお、上式は基本式であって、先行ヒート
における脱炭量の推定値と実測値との対比により補正し
たり、排ガス組成測定点までの空間容積等により補正し
て、△Ｃの推定精度を高めることができる。

【００３０】Ｎ₂ガスは必ずしもダクト内に吹き込む必
要はなく、他の目的のために用いられるＮ₂、例えば底
吹き用のＮ₂や副原料粉体のキャリアガスとして、酸素
ランスの副孔等から吹き込むＮ₂であってもよい。ま
た、これらとダクトへのＮ₂吹き込みを併用してもよ
い。

【００３１】なお、図３の例は、不活性ガスとしてＮ₂
を用いた場合であるが、この他Ａｒを用いてもよく、Ｎ
₂とＡｒを併用してもよい。

【００３２】従来の排ガス情報に基く脱炭量の推定は、
排ガス流量の測定値の信頼性が低く、推定精度が悪かっ
た。これに対して本発明の方法によれば、排ガス流量を
測定又は推定することなく、脱炭量を推定することがで
き、その推定精度を高めることができる。

【００３３】実際に後記の実施例に示すように、本発明
の方法により脱炭量や溶鉄[Ｃ]の推移を精度良く推定し
うることが確かめられた。これにより、図２の例のよう
に溶鉄炭素濃度を実測することなく、精度の良い吹錬制
御を行うことができる。

【００３４】なお、本発明においては、図２の例のよう
に溶鉄温度及び炭素濃度を測定し、さらに図３のような
方法で、脱炭量の推定を行ってもよい。このように、脱
炭量と炭素濃度の情報を得る手段を重複して持つことに
より、測定等のトラブルにも対応することができ、確実
にかつ高い精度で炭素濃度の推移を判定しうる。

【００３５】本発明の吹錬制御方法によれば、サブラン
スによる測定を行う必要がないため、プローブ等消耗品
のコストの低減が図れるとともに、加圧式の転炉吹錬に
おけるサブランス測定の設備上、作業上の負荷を無くす
ることができる。

【００３６】また、吹錬初期から未期に至るまで、連続
的に溶鉄温度又は溶鉄温度と炭素濃度の情報を得ること
ができるため、脱燐反応効率の向上や耐火物溶損の軽減
等の上でも有用である。

【００３７】例えば、吹錬初期は溶鉄温度が低く脱燐能
力が非常に大きいが、従来初期の温度が測定できず温度
制御していなかったため、吹錬開始後短時間で、脱燐が
進行しにくい高温域になっていた。後記の実施例に示す
ように、本発明の方法により吹錬開始後３分から６分迄
の期間の温度を１３５０〜１５００℃にすることによ
り、脱燐が極めて効率良く進行することが確かめられ
た。

【００３８】また、従来吹錬未期の溶鉄温度の推定精度
が十分でないため、温度を高めに推移させ、サプランス
による温度測定結果に基いて鉄鉱石等の冷材を投入し
て、所定の吹止め温度に調節していた。このため、吹錬
後期の高温期間が長く、耐火物の溶損量が多かった。

【００３９】後記の実施例に示すように、本発明の方法
により、吹止め前５分からの吹止め前１分迄の期間は冷
材を入れず所定の吹止め温度に調節することが可能とな
り、吹錬未期の高温期間が短縮されるため、耐火物の溶
損量を大幅に軽減することが可能になった。

【００４０】

【実施例】（実施例１）図３に示すような、炉口シール
装置、ランス孔シール装置及び密閉型の副原料供給系を
有する６トン規模の上底吹き試験転炉を用いて、本発明
の方法により脱炭量の推定を行った。上吹きランスには
ノズルスロート径が１２っｍφの４孔ランスを用い、酸
素供給速度は１５００〜１８００Ｎｍ³／ｈとした。底
吹きは２重管羽口を用い酸素と冷却ガスであるＬＰＧを
供給した。酸素流量は約１００Ｎｍ³／ｈとした。

【００４１】排ガスダクトの後方の乾式粗集塵器の出口
側で、排ガスサンプルを連続的に採取し、ＣＯ、ＣＯ₂
及びＮ₂濃度を測定すると共に、フード直近の排ガスダ
クト内に６０Ｎｍ³／ｈのＮ₂ガスを吹き込んだ。

【００４２】[Ｃ]約４．２％の溶銑を低炭域まで脱炭す
る際に、本発明の方法により排ガス情報から求めた溶鉄
[Ｃ]の推定値と、吹錬中にスポット的にサブランスによ
り溶鉄サンプルを採取した分析した溶鉄[Ｃ]実測値との
関係を調査した結果を図４に示す。

【００４３】溶鉄[Ｃ]の推定値は、前記の排ガス組成分
析値及び吹き込みＮ₂流量等のデータを計算機に入力
し、前記(１)式の関係に一定の補正を行って脱炭量の積
算値を求め、これと装入物のＦｅ、Ｃ収支から算出した
ものである。

【００４４】図４に見るように、本発明の方法により求
めた溶鉄[Ｃ]の推定値は、サブランスのサンプルによる
実測値と良く一致する結果が得られた。

【００４５】（実施例２）実施例１と同じ試験転炉で実
施例１と同様に脱炭量を推定するとともに、鉄浴部に温
度計を配して連続測温を行い、これらの脱炭量及び温度
の情報に基いて吹錬制御を行った。

【００４６】連続測温は、炉底に設けた５ｍｍφのＡｒ
ガス吹き込み孔にイメージファイバーを挿入し輝度イメ
ージを得ることによって行った。得られた輝度イメージ
は、Ａｒ気泡を介して見た溶鋼の輝度だけではなく、周
囲のガス吹き込みパイプや吹き込み孔出口部に生成され
た地金（マッシュルーム）の輝度も含まれているため、
これを画像処理して、真の溶鋼部の輝度情報のみを抽出
し温度に換算した。Ａｒ流量は６Ｎｍ³／ｈとした。

【００４７】脱珪と脱硫処理を実施したＣ：４．２％、
Ｓｉ：０．１５％、Ｍｎ：０．１５％、Ｐ：０．０９５
％、Ｓ：０．０１１％、温度：１３５０℃の溶銑と、溶
銑比で１０％のスクラップを転炉に装入後、上吹きラン
スから送酸し脱炭した。吹酸中の温度変化に対応して、
鉄鉱石を冷材として添加した。

【００４８】吹酸開始から４分間は鉄鉱石１０ｋｇ／ｔ
を連続的に添加して温度を１３５０〜１４５０℃に制御
した。また、吹き止め前２分間は冷材を入れずに制御し
た。吹き止め条件は、Ｃ：０．０６％、Ｐ：０．０１５
％、温度：１６３５℃であり、生石灰原単位は３１ｋｇ
／ｔと少なく耐火物の損耗も極めて少なかった。

【００４９】一方、比較例は、同一の試験転炉で吹錬中
にサブランスにより２〜３回溶鉄の温度と炭素濃度を測
定し、この情報に基いて吹錬制御を行った。送酸条件、
底吹き条件、装入溶銑及びスクラップの量は実施例とほ
ぼ同一にしたが、溶銑組成はＣ：４．３％、Ｓｉ：０．
１４％、Ｍｎ：０．１６％、Ｐ：０．０９８％、Ｓ：
０．０１０％、溶銑温度は１３５５℃であった。

【００５０】吹錬開始から５分後に測定した温度は１５
７０℃に達していたため鉄鉱石を添加して冷却した。ま
た、吹き止め３分前に測定した温度が１６７０℃であっ
たため鉄鉱石を冷材として添加した。吹き止め条件は、
Ｃ：０．０６％、Ｐ：０．０１８％、温度：１６５８℃
であったが、生石灰原単位は４８ｋｇ／ｔと多く耐火物
の損耗も大きかった。

【００５１】

【発明の効果】本発明により、サブランスによる測定を
行うことなく、転炉の吹錬中の温度制御及び吹錬終点制
御を精度良くかつ確実に行うことが可能になった。とく
に本発明の方法によれば、吹錬全期間で溶鉄温度を精度
良く制御しうるため、吹錬初期の脱燐反応の効率向上や
吹錬末期の耐火物損耗の軽減を図ることができる。

【００５２】また、サブランスによる測定を必要としな
いため、そのプローブのコストを節減しうるとともに、
加圧式転炉における設備費、作業費の軽減を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の例を示す説明図である。

【図２】請求項２記載の本発明の実施形態の例を示す説
明図である。

【図３】請求項３記載の本発明の実施形態の例を示す説
明図である。

【図４】本実施例における溶鉄[Ｃ]の推定値と実測値の
関係を示す図である。

【符号の説明】

１：転炉、 ２：鉄浴、 ３：上吹きランス、
４：底吹き羽口、５：上吹きガスライン、 ６：上吹
きガス流量制御装置、 ７：ホッパー８：切り出し装
置、 ９：投入シュート、 １０：測温用羽口、１
１：パージガス供給ライン、 １２：イメージファイ
バー、１３：信号処理及び測温装置、 １４：分析用
羽口、１５：パージガス供給ライン、 １６：分析用
ファイバー、１７：分析装置、 １８：炉口シール装
置、 １９：フード、２０：サンプリング孔、 ２
１：ガス分析計、 ２２：ガス吹き込み口、２３：流
量計、 ２４：ランス孔シール装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上底吹き転炉内の鉄浴部に温度計を配し
   て溶鉄温度を連続的に測定し、当該温度情報に基づき送
   酸速度、ランス−湯面間隔及び冷却用副原料添加量のう
   ちの１又は２以上を調節して、吹錬中の溶鉄温度の制御
   を行なうことを特徴とする転炉の吹錬制御方法。
2. 【請求項２】 上底吹き転炉内の鉄浴部に温度計と炭素
   濃度測定手段とを配して溶鉄の温度及び炭素濃度を測定
   し、これらの温度及び炭素濃度の情報に基づき送酸速
   度、ランス−湯面間隔及び冷却用副原料添加量のうちの
   １又は２以上を調節して、吹錬中の溶鉄温度及び炭素濃
   度の制御を行うことを特徴とする転炉の吹錬制御方法。
3. 【請求項３】 上底吹き転炉内の鉄浴部に温度計を配し
   て溶鉄温度を連続的に測定するとともに、吹錬時に転炉
   の炉口部を密閉して外気の侵入を防止する手段と、排ガ
   ス中のＣＯ、ＣＯ₂及び不活性ガス濃度を測定する手段
   と、転炉炉内又は／及び排ガス組成測定点より上流の排
   ガスダクト内に所定流量の不活性ガスを供給する手段と
   を配して、前記の排ガス中の成分濃度及び不活性ガス流
   量に基いて脱炭量を推定し、これらの温度及び脱炭量の
   情報に基づき送酸速度、ランス−湯面間隔及び冷却用副
   原料添加量のうちの１又は２以上を調節して、吹錬中の
   溶鉄温度及び炭素濃度の制御を行うことを特徴とする転
   炉の吹錬制御方法。