JPS6035409B2 - 転炉内溶融スラグの性状測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、転炉内熔融スラグの性状測定方法に関する
ものである。

一般に転炉製錬においては溶融スラグの酸化度、又はさ
らに塩基度のごときスラグ性状を適正範囲内に調整する
ことが肝要である。

最近、サブランス設備とこれに用いるプローブの開発が
進み、鋼俗につにての情報が容易に得られるようになっ
て吹錬終点のＣ，Ｔ的中率も著しく向上したが、転炉内
溶融スラグの情報に関しては吹鎌中にその情報を利用し
うるような迅速な計測手段は非常に少ない。

しかるに転炉内溶融スラグの組成は勿論脱燐の程度に影
響し、また溶融スラグ層内へ鋼俗からはじき出された粒
鉄の量の変化を経て脱炭速度にもかなりの影響を与える
ので転炉吹銭の制御要因としてゆるがせにできない。

この発明は転炉吹鏡中のスラグ相の酸化度、またさらに
は塩基度すなわちスラグ性状を迅速に決定しうる方法を
提供するものである。

酸素転炉の吹錬終点の制御にサブランスおよびプローブ
を用いることが一般的となった。

すなわち、吹錬後半に鋼浴中にサブランスを浸潰し、鋼
浴から一部溶鋼をプロープ内に流入させ、その凝固過程
を熱分析して鋼格のＣ濃度を定める一方、温度計により
浴温度を測定し、ついで上記サプランス情報を基に、．
適当な脱炭速度式、昇温速度式により目標のＣ濃度、鋼
格温度で吹止めるために必要な送酸量を決定する方法で
ある。この方法を有効に利用することにより、吹錬終点
の制御精度はかなり向上し、目標に対する的中率は７０
〜９０％に達している。

しかしながら、転炉内における諸反応は種々の吹鎌条件
に影響されるため、再現性は必ずしも良好ではない。し
たがって、終点制御精度向上を意図して吹銭条件の画一
化が計られることが多いが、しかしこれは転炉の本来的
なＰなどの不純物除去機能を否定することとなり、かよ
うな画一化は多くの鋼種を同一の転炉で製造する工場で
は実施できない。一方、転炉々口より逸出する排ガス中
のＣＯおよびＣ０２の量を連続的に測定し鋼格の脱炭量
を推定する方法、いわゆる排ガス分析法も一般的である
が、転炉の装入物とくに溶銑のＣ濃度に不正確さがあり
、またＣ○，Ｃ０２分析計および排ガス流量計の精度が
不十分なため、吹錬開始時期を出発点とする吹銭末期の
鋼裕中のＣ濃度の推算値には誤差が集積され使用に堪え
ない。

また、サプランスにより推定した鋼裕Ｃ濃度を基にサブ
ランス装入以降の鋼裕中のＣ濃度を排ガス分析法で時々
刻々推定する手法においても、吹錬末期における転炉排
ガス回収弁の切替、空気の排ガス中への混入量を調整す
る炉□部のフードの上昇などの外乱が、時間遅れのある
ガス分析および流量測定系で処理しきれず、そのため鋼
浴中のＣ濃度推定値にかなりの誤差が含まれることとな
り、目標Ｃ濃度に対する的中率は高々９０％に過ぎない
。

上述のように的中率が９０％どまりとなる理由はサブラ
ンスあるいは排ガスの情報がいずれも単に鋼俗に関わる
もので、炉内反応に密接に関わる転炉内溶融スラグの情
報を欠いているためである。

すなわち、転炉内熔融スラグは主として吹錬初期に生ず
る鋼浴中のＳｉ，Ｍｎ，Ｆｅの酸化生成物と副原料とし
て添加されるＣａ○よりなり、とくに吹錬終点の制御に
密接に関係する溶融スラグ中の酸化鉄の濃度および鉄の
酸化程度は、吹鎌用ランス形状、ランスの傷面からの高
さ、送酸速度、送酸圧力、炉体内壁の形状など吹錬条件
により左右されるばかりでなく、スラグ生成状況、スラ
グ量、炉内のフオーミング程度の他、塊状で供給される
石灰のスラグ化の程度にも依存することが知られている
。このように、溶融スラグ中の酸化濃度はこれを支配す
る要因が多いので、スラグ中酸化鉄濃度と吹錬時間の間
には再現性が乏しいわけである。

一方、転炉内の反応に参画するＣａ０は、塊状で炉内に
供給されるがＣａ○の融点は高く、Ｃａ○とスラグ中の
Ｓｉ０２の反応により、父ａ○・Ｓｉ０２，＊ａ○・Ｓ
ｉ０２がＣａ○表面に強固に形成されるため、Ｃａ○の
スラグ中への均一化は停滞しやすく、また溶鋼の循環方
向との関連もあって炉壁付近に偏在することが知られて
いるし、Ｃａ○のスラグ化はスラグ中の酸化鉄の存在に
より促進されることも既知であって、このような意味で
は均一スラグ中の酸化鉄濃度とＣａの農度は互いに影響
を及ぼしつつ吹鎌中に変化すると見て良い。したがって
、スラグ鋼浴界面あるいは粒鉄界面での脱炭反応に密接
な関連を持つスラグ中の酸化鉄濃度と脱燐、脱硫反応と
関連するＣａの膿度の２要因の定量的把握が転炉におけ
る終点制御精度をさらに高める上で不可欠と考えてよい
。

しかるに前述のように転炉内溶融スラグの組成の制御が
重要なことは知られていたが、その組成あるいはこれに
準ずる情報の取得法はこれまで明らかにされていなかっ
たのである。そこで発明者らは、紙質又は木質の圧縮成
形体又は黒鉛成形体よりなる円筒状容器の側壁にスラグ
流入口を設け、その外面に金属薄板などをはりつけ密閉
し、該容器に熱軍対を設けその感熱端（熱接点）を容器
内に突出させ、この容器内に適量の易酸化性金属をあら
かじめ装入したスラグプローブを開発し次の実験を行っ
た。

すなわち、サブランスの先端に上記プローブを取付け転
炉内の溶融スラグ層に浸潰し、該プローブ内に適量のス
ラグを流入させることにより、易酸化性金属を、該スラ
グ中の酸化鉄と反応させた。この反応は発熱反応であり
、スラグの温度は反応開始後に増加し、極大値を示した
のち低下し、従って、この過程を熱電対により追跡すれ
ば、所定の易酸化性金属重量に対する反応熱はスラグ中
の酸化鉄含量と比例関係にあることから、適切な条件下
での測定結果を解析すればスラグ中の酸化鉄舎量を推定
することができるわけである。

以下この発明の構成効果を具体例でくわしく説明する。
実施例 １ プローブを、内径２物奴、高さ５仇舷の円筒形として圧
縮成型紙により製作した。

プローブのスラグ流入口として内径５柳の孔を、高さ４
５肌の位置に設け、その外側に０．１柳厚さの銅箔をは
りつけて密閉した。

熱電対は線径０．２肋のＰｔ−１３％Ｒｈ・Ｐｔとし、
先端２物肋を、プローブ内に突出させた。易酸化性金属
としてはＮ線あるいはＮ粉末を、スラグ採取重量の５％
に相当する量を予めスラグプ。

ーブの反応室内に装てんした。スラグ格はこ）ではとく
に夕−ル含浸マグネシアるつぼで１０ｋ９溶製し、１５
００ｏ０に調整した。

その組成は（％Ｆｅ○）ｔ：５〜３止 Ｃａ○／Ｓｉ０
２２１〜４、％Ｍｇ０２５〜１０である。この調製スラ
グとＡＩとの反応を追跡したところ、反応は２〜５秒で
開始し５〜１の砂で温度‐時間曲線に極大値を生じた。

この温度上昇△Ｔと（％Ｆｅ○）ｔの関係の例を第１図
に示す。

図中パラメータはスラグの塩基度である。この結果から
該反応による温度上昇△Ｔを測定＊＊すればスラグ中の
酸化鉄濃度を推定することができる。

この場合第１図から明らかなようにスラグの塩基度が前
述の温度上昇と酸化鉄濃度の関係に多少影響するので、
測定時点のスラグ塩基度をあらかじめ吹鎌条件との関連
で概略定めておけば、スラグ中酸化鉄濃度の決定精度は
かなり向上する。

第１図の関係を実験とスラグの化学分析により定め、つ
いで山添加量の異なる場合（１０％）について第２図に
もとめた。ひきつづき、実験を行ない△Ｔを測定し、種
々の条件でスラグ中の（％Ｆｅ○）ｔを推定し、分析値
との対応関係をみたのが表１である。

表１ スラク中の（多Ｆｅ○）ｔの推定、Ａ乙添加量５
その場合表中で（％Ｆｅ０）三は平均的な塩基度２．４
を想定した推定値；（％Ｆｅ○）乳ま吹錬条件により定
まる塩基度の推定値を用いたスラグ中の（％Ｆｅ○）上
の推定値である。

ここに注目すべきことは、従来の迅速分析法を駆使し、
サンプリングの迅速化を計っても、スラグの組成に関す
る情報を得るのに最短５分間を要したものが、（Ｆｅ○
）ｔの情報には過ぎないが熱分析により即刻推定可能と
なったので、転炉吹鎌のような高速プロセスへの適用の
道が開かれたことにある。

さらに同一のスラグに対し、山添加量を変えて昇温を測
定すれば、（％Ｆｅ０）ｔと△Ｔの関係はこの２つの場
合で異なるので、スラグの塩基度も推定することができ
る。

すなわち、例えばＡＩ添加量５％、１０％のときの昇温
をそれぞれ、△Ｔ，，△Ｌとすれば、第１図上で△Ｔ，
を満足する（％Ｆｅ○）ｔと塩基度の関係が定まり、一
方第２図上でも同様の第１図の場合とは異なる関係が求
められる。

この場合被測定スラグは同一であるので前出の２つの関
係を満す（％Ｆｅ○）ｔと塩基度の組がひとつだけ定ま
る。その場合の実施例を表２に示した。推定値は分析値
と良く対応しており、決定精度は（％Ｆｅ○）ｔで士１
．０％、塩基度で±０．２程度と考えられる。表２ ス
ラグ中の（多Ｆｅ○）ｔ、塩基度の推定実施例 ２転炉
用サブランスに取付け可能な構造として実施例１記載の
スラグプローブ２ヶを同一構造内に有しスラグ流入口に
高さが同一で流入口が１８００ずれている圧縮紙製プロ
ーブを製作し、１６比ｏｎ転炉操業で試験を行なった。

スラグプローブ２ケのうと、１ヶにはＡＩを採取スラグ
重量の５％、他の１ヶには１０％あらかじめ装入してお
いた。吹鏡前の傷面測定により、鋼浴表面の位置を定め
、吹銭条件により定まる吹鉄用酸素ランス直下の凹み深
さも考慮し、スラグプローブの浸債位置をスラグ流入口
が鋼格より２仇帆ないし８仇岬上部のスラグ層内となる
よう定めた。スラグ層の厚さは通常吹鎌ではｌｏｗ舷程
度以上あって、前出の位置はスラグプローブへの鋼格の
侵入を防ぎ、上部ブローブヘスラグが混入しないため最
適の位置であった。

スラグプローブは吹鎌終了予定の約２〜４分前にサブラ
ンス先端に付けて降下させて、スラグ層に浸潰した。

この結果、実施例１と同様に浸債後５〜１の砂で温度‐
時間曲線に極大値を生じた。この温度上昇とスラグ組成
の関係を求めたところ、該関係は第１図、第２図のそれ
と実質的に同じであったので、この関係を用いて（％Ｆ
ｅ○）ｔと塩基度を推定したところ、（％Ｆｅ○）」塩
基度の推定値と分析値との差の標準偏差は（％Ｆｅ０）
・ｔ＝１０〜２５塩基度２〜４の範囲でそれぞれ１．５
，０．２であった。この場合の測定数２８である。

ただし、測定数２については、山とスラグの反応がプロ
ーブ内で完結していない例があることが判明したので、
あらかじめＮの他に酸化剤としてＭｎ０２をＡＩ量の１
０％添加しておくと、該反応は完結することを実施例１
と類似の実験により実験数５０について確認した。この
程度のＭｎ０２添加量であれば、第１図、第２図に示し
た温度上昇と（％Ｆｅ○）ｔの関係は実質的に維持され
ることが判明している。上述実施例においてスラグプロ
ーブ内に予め装てんする易酸化性金属は、Ｎの場合につ
いて説明をしたが、この発明ではＡＩのほかＣａ、希土
類金属、Ｃｒ、Ｓｊ、ＴｉおよびＺｒなどが用い得る。
またＭｎ０２に代る酸化剤もＣの２、Ｃｒ０３、Ｆｅ２
０３などが適合する。この発明に従って転炉内溶融スラ
グの塩基度を酸化度とともに計測するとき、スラグプロ
ーブを２個用いるほかに、２個の独立した反応室を有す
るスラグプローブを用いると浸債操作が一層簡便となる
。

この発明の実施により、すでに述べた課題、問題点は有
利に解決されて、転炉内溶融スラグの性状を即刻検知し
得るので、これに応じた該スラグの酸化度またさらに塩
基度を容易に調整することができる。

しかしプローブ浸績位置が適当でないと適正な測定値を
示さないことは留意されなければならない。この発明は
酸化物スラグを用いる精錬工程のすべてに適用可能なの
はもちろんである。

【図面の簡単な説明】

図面はプローブ内反応による温度上昇とスラグ中の（Ｆ
ｅ０）ｔ含量の関係とこれにおよぼす塩基度の影響を示
し、第１図はＮをスラグ重量の５％、第２図はＮを１０
％添加した場合の例についてのグラフである。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸素転炉の吹錬中、転炉々口の上部より転炉内の溶
   融スラグ層へ、プローブを浸漬して該プローブ内に該ス
   ラグを流入させ、該プローブ内に予め装てんした易酸化
   性金属と該スラグとを反応させ、該プローブ内に設置し
   た感熱素子により検出した該反応による反応熱を熱分析
   して、転炉内溶融スラグの酸化度を決定することを特徴
   とする転炉内溶融スラグの性状測定方法。 ２ 酸素転炉の吹錬中、転炉々口の上部より転炉内の溶
   融スラグ層へ、互いに異なる量の易酸化性金属を反応室
   内にそれぞれ装てんしたプローブを浸漬して各反応室内
   に該スラグを流入させ、該スラグと易酸化性金属との反
   応熱を各反応室内に設置した感熱素子により検出、熱分
   析して、転炉内溶融スラグの酸化度および塩基度を決定
   することを特徴とする転炉内溶融スラグの性状測定方法
   。