JPS622603B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸素上吹ランスおよび炉底にガス吹
込羽口を備えた上吹底吹併用転炉による高炭素鋼
の溶製方法に関するものである。 一般に、転炉吹錬におけるスラグの酸化度（ス
ラグ中の全鉄量Ｔ、Feで示す）と溶鋼の炭素量
とは逆比例の関係にある。 従来、上吹転炉における炭素量0.1％以下の低
炭素鋼の溶製では脱炭を促進するためスラグの酸
化度が高くなり、脱燐について有利な条件下で溶
製できるので、脱燐が問題になることは少なかつ
た。 これに対して炭素量0.4％以上の高炭素鋼の溶
製では、スラグの酸化度が低くなるため脱燐が非
常に困難である。 そこで、上吹転炉での高炭素鋼の溶製では、上
吹ランスを上昇してソフトブローを行い、脱炭を
抑制しながらスラグの酸化度を高くして脱燐を促
進する方法が採用されている。 この従来方法にあつては、上吹ランスからの酸
素がスラグ層を介して供給されることになり、ま
た酸素ジエツトの運動エネルギーによる鋼浴の撹
拌が十分行なわれないため、スラグが過酸化とな
り易く、鋼浴との平衡が失なわれ、異常反応によ
りスロツピングやボイリング等を起こし、吹錬に
支障を来たすことが多い。 本発明は、従来技術による上吹転炉における問
題点を解決することを目的としてなされたもので
あり、上吹転炉における鋼浴撹拌力の不足を補う
ため、転炉炉底に設けた羽口より不活性ガスある
いは酸素ガス（以下撹拌用ガスという）等を直接
鋼浴中に吹込み撹拌力を強化し、一方では上吹き
によるスラグの酸化度の調整作用を有利に活用す
ることに着目してなされたものである。 ところで、上吹転炉ではサブランスにより鋼浴
中の炭素量と溶鋼温度とを測定し、その結果から
終点を推定して修正する所謂ダイナミツクコント
ロールが普及しており、本発明者らは、上吹底吹
併用転炉による高炭素鋼の溶製に、このダイナミ
ツクコントロールを適用し、種々吹錬を試みた
が、終点炭素量および温度の的中率に問題がある
ばかりでなく、スロツピングや燐について十分制
御し得るに至らなかつた。 そこで、吹錬初期条件すなわち溶銑の成分、温
度や溶銑率などを加味して高炭素鋼の吹錬方法を
標準化し、吹錬モデルを作成し、このモデルに基
づく吹錬プログラムにより、上吹ランスの高さ、
上吹酸素流量及び底吹撹拌用ガス吹込量の調整
や、副原料投入などを行なう方法を試み、相当の
成果をあげることができた。 しかし溶銑条件、操炉条件によつては、なお所
期の吹錬を実施することができない場合があり、
一層高い的中率の下で終点炭素濃度および溶鋼温
度の制御が望まれ前述のとおり、特に、高炭素鋼
の溶製では、スロツピングなどのトラブルを起こ
すことなく燐を許容値に制御することが大切で、
そのためには、吹錬進行中における滓化状況の検
出が大きな課題となつて来る。 従来、滓化状況の検出手段として、炉内音響測
定などが知られているが、その情報は間接的で情
報も十分でなく、高温、粉塵などの悪環境にさら
される不利もある。 また転炉排ガスの分析による方法も、同様に間
接的な情報で、しかも炉内反応に対する時間的な
遅れのために、十分な活用は期待できない。 本発明者らは、滓化状況の検出手段として、上
吹転炉において酸素ランスに振動加速度計を取り
付け、吹錬下におけるスラグの運動によつて生ず
る酸素ランスの運動の加速度を測定して滓化の進
行状況を把握する方法を開発し成果を納めてい
る。 そこでこの検出手段を、上吹底吹吹錬転炉のプ
ログラムに従う吹錬に取り入れて、高炭素鋼の溶
製を行なう方法を試み、本発明を開発するに至つ
た。 本発明は上述のような従来の上吹転炉の問題点
を解決した高炭素鋼の溶製方法を提供することを
目的とするものであり、前記特許請求の範囲に記
載の上吹底吹併用転炉による溶製法によつて上記
目的を達成することができる。 次に本発明の高炭素鋼の溶製方法を詳細に説明
する。 本発明は上吹底吹併用転炉によつて高炭素鋼を
溶製するに際し、まず吹錬の標準化モデルを作製
し、このモデルに従つて上吹ランスの高さ、上吹
酸素流量、底吹羽口からの撹拌用ガス吹込量、副
原料投入量など上吹底吹吹錬プログラムを組み、
このプログラムによる吹錬を行う。そして、該プ
ログラム吹錬の進行中における造滓状況の変化を
炉内に挿入した振動加速度検出体によつて検出
し、この検出に基いて上記上吹底吹吹錬プログラ
ムを修正するという技術思想に基くものである。 さて、上吹底吹併用転炉の吹錬は第１図のフロ
ーシートに示す作業手順により実施される。 すなわち、転炉への溶銑の装入１、副原料の前
装入２を終つて、吹錬準備の完了と共に吹錬開始
３、つづいて吹錬過程で上吹ランスの高さ、上吹
酸素流量、底吹ガス流量、副原料の補給などの設
定および変更４を行なつて吹錬終了５する。つづ
いて測温・サンプリング６を行なつて、所期の目
標値が得られたならば出鋼７することになる。 本発明では、まず、第１段階としての高炭素鋼
溶製のための上吹底吹吹錬プログラムは、第２図
に示す基本モデルに従つて設定される。 すなわち、吹錬過程における上吹酸素吹込条件
は、吹錬全過程の60〜80％進行するまでは、上吹
ランスからの酸素ジエツト侵入比L/L₀（L₀は静
止鋼浴時における鋼浴深さ、Ｌは酸素ジエツトに
より生じる鋼浴火点附近の陥没部の深さ第３図参
照）が0.6〜0.7の範囲に適合するように上吹ラン
スの高さおよび上吹送酸量についてプログラムを
設定する。 一方、底吹羽口からの撹拌用ガスの吹込量は、
同じく吹錬全過程の60〜80％進行するまでは、予
め定めた撹拌用ガス吹込最大量の50〜70％に相当
する範囲に適合するように底吹羽口からの吹込量
についてプログラムを設定する。 また吹錬全過程の60〜80％を経過した以降の吹
錬については、上吹ランスからの酸素ジエツト侵
入比L/L₀が、0.3〜0.4の範囲に適合するように上
吹ランスの高さおよび上吹送酸量についてプログ
ラムを設定し、底吹羽口からの撹拌用ガスは予め
定めた最大吹込量でプログラムを設定する。 一般に底吹羽口から吹込む撹拌用ガス量の増加
とともに溶鋼の撹拌力は増加するが、この撹拌力
増加が、溶鋼流動に及ぼす効果には自ずと限界が
あり、その限界量以上のガスを吹込んでも吹込量
の割には溶鋼流動力の増加が余り期待できなくな
つてくる。本発明者らの200トン転炉での操業経
験によると羽口数が10〜12本程度では、10Nm³／
minがほぼ限界であることが判明したので高炭素
鋼溶製の場合の撹拌用ガス吹込量の最大吹込量を
10Nm³／minとした。したがつて吹錬開始から60
〜80％までの吹錬時間における撹拌用ガス吹込量
は４〜7Nm³／min、吹錬全過程の60〜80％以降は
８〜10Nm³／minで吹込むことになる。 ここで、上吹ランスからの酸素ジエツト侵入比
L/L₀とランスの高さおよび送酸量との関係は、
転炉の諸元ならびに上吹ランスのノズル構造等か
ら予め求めておき、上吹底吹吹錬プログラムの進
行に従つて、酸素ジエツト侵入比L/L₀が所定の
範囲に入るよう上吹ランスの高さおよび送酸量を
設定すればよい。 ところで、前述のように従来の上吹転炉による
高炭素鋼の溶製は、炭素を残して脱燐を図る必要
があつたためソフトブローになり過ぎてスロツピ
ング等を起し易い欠点があつたが、本発明ではこ
の欠点を解決するために、吹錬全過程の60〜80％
までは上吹き側を従来の上吹転炉よりもハードブ
ロー指向で操業し、底吹きからの撹拌用ガス吹込
みによる撹拌をある程度援用（最大吹込量の50〜
70％）して、スラグと鋼浴との平衡を図りながら
スロツピングを起させないように吹錬する。 そして吹錬全過程の60〜80％以降の吹錬過程
で、滓化を促進するため上吹側を超ソフトブロー
としてスラグの酸化度をあげ、底吹側の撹拌用ガ
ス量を最大にして鋼浴の撹拌を図り、スラグと鋼
浴との平衡を取りながらスロツピングなどのトラ
ブルを起こすことなく、一挙に脱燐を図るのであ
る。 ここで、吹錬全過程の60〜80％までについて上
吹酸素ジエツト侵入比L/L₀を0.6〜0.7、撹拌用ガ
ス吹込量を設定最大吹込量の50〜70％範囲にした
のは、酸素ジエツト侵入比0.6以下、撹拌用ガス
吹込量50％以下の条件ではスロツピング防止が十
分でなく、また酸素ジエツト侵入比0.7以上、撹
拌用ガス吹込量70％以上の条件ではハードブロー
過ぎて、吹錬途上で滓化が不良となるからであ
る。 一方、吹錬全過程の60〜80％以降の吹錬過程に
ついて酸素ジエツト侵入比0.3〜0.4、撹拌用ガス
吹込量を最大吹込量の80〜100％範囲内にしたの
は、上吹酸素のソフトブローにより滓化を促進し
てスラグ酸化度をあげると共に撹拌用ガスを十分
に吹込んで鋼浴を十分撹拌してスラグ酸化度との
平衡をとつてスロツピング等のトラブルを起こす
ことなく脱燐を図るためである。 さてすでに述べたように、本発明では上吹底吹
併用転炉の吹錬進行中に造滓状況を炉内に挿入し
た振動加速度検出体によつて検出するが、これは
滓化の進行が上吹ランスの運動と密接に関連する
ことを利用するもので、例えば上吹ランスの運動
の加速度を振動子により測定する。（場合によつ
ては専用の検出棒を炉内に挿入し、これに振動子
を取り付けてもよい）上吹ランスの運動にはラン
スクランプを開にしたときに生ずる自由運動とス
ラグの運動によつて生ずる強制運動とに区分され
るが、自由振動の周波数の方が、強制振動の周波
数よりも低く、たとえば、前者は0.1〜0.5Hzであ
るのに対し、後者は１〜２Hzである。実際の制御
には両者の周波数が異なることを利用して後者の
みを選択して利用する必要がある。 この加速度の波形を積分処理することによつて
ある一定時間の平均強度を求めて、吹錬過程にお
ける滓化状況を検出する。その検出値が終点炭素
濃度、リン濃度に関して予め設定したランス振動
加速度の積分平均値に関する標準パターンからず
れた場合、プログラムに設定された撹拌用ガス吹
込量をそのずれに応じて調整し吹錬プログラムの
修正を行う。ここで吹錬プログラムの修正は、従
来の上吹転炉にて行われる上吹ランス高さ又は上
吹送酸量の調整によつても可能であるが、撹拌用
ガス吹込量の調整が最も有効な手段である。具体
的には、例えば第４図のように上吹ランス１２の
上部に水晶発振加速度計１３を取付け（場合によ
つてはランスの円周上に直角配置で２個取付けて
もよい）、このランス１２の水平方向加速度を検
出し、復調器１４、波形変換器１５、記録計１
６、プロセスコンピユーター１７そして底吹撹拌
ガス流量、上吹ランス位置、上吹酸素流量設定器
１８からなるようなシステムにより造滓制御を行
うのである。図中１９は溶鋼、２０はフオーミン
グしたスラグで２１は底吹羽口、２２はガス配管
である。 信号処理された上記波形は波高指数の大きさに
より炉内の滓化状況と対応するので、第５図に一
例を示すように滓化不良、滓化良好、滓化過多お
よびスロツピングの区分においてそれぞれ滓化状
況を判断し、滓化良好の区分になるように底吹撹
拌用ガス流量を増減する。滓化状況の各区分、す
なわち滓化レベルは、吹錬の積重ねによつて適切
に定めればよく、滓化良好な波高指数の設定は、
設備の特性、経時要因などによつて変更すること
が必要な場合がある。 以下本発明の実施例について説明する。 200トン上吹底吹併用転炉による高炭素鋼（化
学成分Ｃ：65×10^-2、Si：25×10^-2、Mn：60×
10^-2、Ｐ＜15×10^-3、Ｓ＜20×10^-3％）の吹錬に
際し、第２図に示す上吹底吹吹錬モデル条件に適
合するように設定した上吹底吹吹錬プログラムに
従う吹錬について、造滓制御法の１例を第６図に
具体的に示した。第６図において横軸は吹錬の過
程をパーセンテージで示した時間軸、縦軸に上吹
ランス高さ、上吹送酸流量、底吹撹拌用窒素ガス
流量および滓化強度指数をとつた吹錬プログラム
および滓化検知の説明図である。 吹錬の初期とその末期には、滓化制御を必要と
しないので、吹錬開始８分経過の時点から吹止め
予定である吹錬全期間の90％経過時点までの間に
わたつて造滓制御期間とした。吹錬条件の修正ア
クシヨンは５秒毎に求めたランス振動加速度の波
高の10〜30秒間にわたる積分値の平均を、滓化強
度指数として行なつた。 第６図に示した上吹ランスの高さ（静止鋼浴面
からの高さで単位ｍ）、上吹送酸流量（Ｎm³／
min）および底吹撹拌用窒素ガス流量（Ｎm³／
min）の経過を示す実線は、第２図の吹錬基本モ
デルに基づいて定められて既に確立している上吹
底吹吹錬プログラム設定値を示し、これに対して
破線はスラグのフオーミングにより上吹ランスに
作用する水平加速度の検出結果から、修正アクシ
ヨンを講じて造滓制御を行なつた操業値を示して
いる。 まず第２図の吹錬基本モデル、すなわち上吹酸
素吹込み条件（酸素ジエツト侵入比0.6〜0.7）お
よび底吹撹拌用窒素ガス吹込み条件（最大吹込み
量の50〜70％）に適合するよう上吹ランスの高さ
を2.4m、上吹送酸量を550Nm³／min、底吹撹拌
用窒素ガス流量を4Nm³／min（底吹き羽口数10個
の合計流量）の設定で吹錬を開始した。第６図に
示すように、吹錬の進行と共に滓化が進行する
が、ａ時点で酸素ジエツト侵入比が0.6〜0.7にな
るように考慮して定めた上吹底吹吹錬プログラム
に従い上吹ランスの高さを2.0mに、送酸流量を
500Nm³／minに下げて吹錬したところ、ｘ時点で
滓化強度指数がスロツピング発生危険区域に入る
ことを検知したので、底吹撹拌用窒素ガス流量を
4Nm³／minから7Nm³／minに増加して鋼浴の撹拌
を強化して、スラグ酸化度と鋼浴とが平衡に近づ
くようアクシヨンを採つた。その結果、滓化強度
指数は小さなピークに達した後下降傾向をたど
り、スロツピング危険区域を脱したので、x′時点
で底吹撹拌用窒素ガス流量を7Nm³／minからプロ
グラム設定流量である4Nm³／minに戻した。そし
てｂ時点で酸素ジエツト侵入比が0.6〜0.7になる
よう考慮して定めた上吹底吹吹錬プログラムに従
つて上吹ランスの高さを1.6mにしてプログラム
通りの吹錬を続行した。その後稍々滓化過多傾向
をたどりながら推移したが、再びスロツピング危
険区域に入つたので、x″時点で底吹撹拌用窒素
ガス流量を4Nm³／minから7Nm³／minに増加し
て、鋼浴の撹拌を強化したところ、滓化強度指数
がピーク附近でわずかなスロツピング傾向を示し
たものの滓化強度指数がピークに達した後、下降
傾向を示したのでｘ時点で撹拌用窒素ガス流量
をプログラム設定量4Nm³／minに復帰して吹錬を
続行した。その後、滓化強度指数は滓化良好の方
向に推移したので、吹錬過程の80％まで吹錬を行
なつた。 そして吹錬過程80％のｃ時点で吹錬プログラム
に従つて上吹ランスの高さ1.8m、上吹送酸量
500Nm³／min、底吹撹拌用窒素ガス流量8Nm³／
minのソフトブローを行なつたが、完全に滓化良
好の区域内で推移し、スロツピング等のトラブル
を伴なうことなく吹錬を行なうことができた。 この後、サブランスにより溶鋼の炭素濃度分折
と溶鋼温度測定などにより出鋼目標に対する的中
率を高める吹錬の軌道修正を行なうわけである。 そして吹止め後は、上吹底吹併用転炉を水平に
倒炉して、底吹撹拌用ガスの撹拌による脱炭を防
ぎながら、吹止め溶鋼全成分の分折結果などが出
るまで待機し、所期の目標値が出たならば出鋼す
ることになる。 上述の吹錬の結果、表に示すような結果が得ら
れ、上吹転炉での吹錬に比較してスラグのT.Fe
が低く歩留り向上に寄与するばかりでなくスロツ
ピング頻度も大幅に低下し、安定した操業を行な
うことができた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施作業手順を示すフローシ
ート、第２図は吹錬の基本モデル、第３図は静止
時の鋼浴と酸素ジエツト吹込み時の鋼浴との深さ
の関係を示す説明図、第４図は吹錬中の造滓状況
の変化を検知して造滓制御を行なうシステムの説
明図、第５図は波高指数の大きさと転炉内の滓化
状況との対比を示した説明図、第６図は上吹底吹
吹錬プログラムおよび滓化検知による造滓制御の
実施例を示した説明図である。 １…装入、２…副原料の前装入、３…吹錬開
始、４…上吹ランスの高さ、上吹酸素流量、底吹
ガス流量、副原料の設定および変更、５…吹錬終
了、６…測温・サンプリング、７…出鋼、１１…
上吹底吹併用転炉、１２…上吹ランス、１３…水
晶発振加速度計、１４…復調器、１５…波形変換
器、１６…記録計、１７…プロセスコンピユー
タ、１８…上吹酸素流量設定器、１９…溶鋼、２
０…フオーミングしたスラグ、２１…底吹羽口、
２２…ガス配管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上吹・底吹併用転炉による高炭素鋼の溶製に
   際し；吹錬開始から吹錬全期間の60〜80パーセン
   トまで経過する吹錬期間においては、上吹ランス
   からの酸素ジエツト侵入比L/L₀が0.6〜0.7の範囲
   になるようにし且つ底吹羽口からの撹拌用ガス吹
   込量を最大吹込量の50〜70パーセントに相当する
   ガス吹込量範囲になるようにしたモデルに従つて
   上吹底吹吹錬プログラムを設定して吹錬し；吹錬
   全期間の60〜80パーセントを経過した以降の吹錬
   期間においては、上吹ランスからの酸素ジエツト
   侵入比L/L₀が0.3〜0.4の範囲になるようにし且つ
   底吹羽口からの撹拌用ガス吹込量を最大吹込量の
   80〜100パーセントに相当する撹拌用ガス吹込量
   範囲になるようにしたモデルに従つて上吹底吹吹
   錬プログラムを設定して吹錬し；前記上吹底吹吹
   錬プログラムの進行中に吹錬時間の経過に伴う造
   滓状況の変化を転炉内に装入した振動加速度検出
   体に対するスラグの炉内運動によつて生じる該振
   動加速度検出体の運動加速度の測定によつて検出
   し、その検出結果に応じて底吹羽口からの撹拌用
   ガス吹込量を調整して前記上吹底吹吹錬プログラ
   ムの修正を施すことからなる上吹底吹併用転炉に
   よる高炭素鋼の溶製方法。