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技術 転炉の操業方法

出願人 株式会社神戸製鋼所
発明者 田附篤山本裕基
出願日 2018年11月9日 (1年7ヶ月経過) 出願番号 2018-211643
公開日 2019年2月14日 (1年4ヶ月経過) 公開番号 2019-023355
状態 拒絶査定
技術分野 炭素鋼又は鋳鋼の製造
主要キーワード 挿入アーム 規格上限値 内のり 把持棒 各説明変数 支持ビーム 製品規格 フェロマンガン
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年2月14日)のものです。
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図面 (8)

課題

鋳造直前における溶鋼中のりん含有量製品規格を確実に下回るように、復りん濃度を正確に推定し、出鋼の可否を正しく判定することができる転炉操業方法を提供する。

解決手段

本発明は、上底吹転炉1において吹錬を行う際に、「スラグ14中のりん濃度」を含む複数の変数を用いて、出鋼された後に発生する溶鋼鍋6での「溶鋼13への復りん濃度」を推定する推定式を過去の転炉1の操業実績に基づいて、予め導出し、出鋼される時点における溶鋼13のりん濃度である「吹止りん濃度」を推定し、出鋼される時点における「スラグ14中のりん濃度」を推定し、予め導出しておいた推定式に、推定した「スラグ14中のりん濃度」を適用して、出鋼後の溶鋼13の「復りん濃度」を推定し、推定された「吹止りん濃度」と「復りん濃度」を所定の式に代入して、満足する場合に出鋼を開始する。

概要

背景

周知のように、転炉工程においては、転炉に溶銑装入して副原料添加と酸素吹込み(吹錬)を行って脱りん脱炭を実施し、りん濃度や炭素濃度が所定の値となった溶鋼生産する。吹錬終了後は、転炉を傾動させ、転炉の側壁上部に設けられた出鋼孔から溶鋼を取鍋溶鋼鍋)に出鋼する。
転炉から出鋼される際には、りん(P)を含む脱炭スラグが取鍋に流出し、次の処理工程以降において、その流出したスラグ中のりんが溶鋼に移行する「復りん現象」が起きることがある。多くのりんが溶鋼に移行すると、最終製品である鋼材品質に悪影響を及ぼす虞がある。

そのため、鋼材の製品特性満足させるために、りんの含有量の上限値を設定しておき、復りんが発生したとしてもりんの上限値を超えないよう、りんの含有量の上限値よりも低いりんの含有量で出鋼する必要がある。加えて、転炉では復りんを抑制するために、出鋼孔封鎖具などが使用されている。
しかしながら、出鋼孔封鎖具を使用しても、転炉内においては溶鋼とスラグの界面は懸濁状態にあるため、不可避的にスラグが取鍋に混入してしまい、復りんの原因となっている。

そこで従来から、転炉から溶鋼を出鋼する際には、その出鋼以降で発生する復りんが発生したとしてもりんの上限値を超えないために、例えば、特許文献1、2に開示されているような技術がなされている。
特許文献1には、予め精錬容器で溶銑を脱燐精錬した後他の転炉において脱炭精錬を行って鋼を生産するに際して、脱燐精錬後の燐含有量を、脱炭精錬における溶鋼のりん(P)含有量の変化を考慮して所定のP含有量となるように、下記の処理工程に従って、精錬することを目的とする、脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法が開示されている。

(a)工程:精錬容器で、終点の燐含有量([P]fwt%)が下式に従うように溶銑を脱燐精錬する。
(b)工程:前記脱燐精錬された溶銑を他の転炉に装入し、実質的に造滓材を装入せず脱炭精錬を行う。
[P]fwt%≦[P]kwt%−Δ1−Δ2
ここで、[P]kwt%:粗鋼で要求されているP含有量(鋼の成分規格値
Δ1:この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬後の炉内に残留したスラグ量による燐の増加量(wt%)
Δ2:取鍋における溶鋼の復燐量(wt%)
なお、取鍋における溶鋼の復燐量(Δ2)は、取鍋内に転炉から流出したスラグ組成、量、鋳造までの時間、出鋼時に添加した保温材の種類と量等の影響により変化するので、予め計算することはできないが、上記の処理工程が一定である場合には経験的、すなわち過去実績により予想することができる。経験上、復燐量(Δ2)は0.002(wt%)以下である。

また、特許文献2には、要求される品質の精錬を達成しつつも、生石灰添加量を必要最小限に抑えることを目的とする転炉製鋼方法が開示されている。
この転炉製鋼方法は、復燐量が脱酸材や合金材のうち、強い還元性を有するものの添加量と強い相関があるものと予測し、それらの間の重回帰分析を行う方法であり、復燐量を下式(同文献の段落[0046]に記載)で推定する。

ΔP=D1・WC+D2・WFM+D3・WA+D4
なお、復燐量をΔP(重量%)、加炭材添加量をWC(kg/ton溶鋼)、フェロマンガン添加量をWFM(kg/ton溶鋼)、アルミニウム添加量をWA(kg/ton溶鋼)とする。また、この復燐量(ΔP)を求める部分は、同文献の図1では符号109に相当する。

概要

鋳造直前における溶鋼中のりんの含有量が製品規格を確実に下回るように、復りん濃度を正確に推定し、出鋼の可否を正しく判定することができる転炉の操業方法を提供する。本発明は、上底吹転炉1において吹錬を行う際に、「スラグ14中のりん濃度」を含む複数の変数を用いて、出鋼された後に発生する溶鋼鍋6での「溶鋼13への復りん濃度」を推定する推定式を過去の転炉1の操業実績に基づいて、予め導出し、出鋼される時点における溶鋼13のりん濃度である「吹止りん濃度」を推定し、出鋼される時点における「スラグ14中のりん濃度」を推定し、予め導出しておいた推定式に、推定した「スラグ14中のりん濃度」を適用して、出鋼後の溶鋼13の「復りん濃度」を推定し、推定された「吹止りん濃度」と「復りん濃度」を所定の式に代入して、満足する場合に出鋼を開始する。

目的

一方で、特許文献2は、復りん量の予測に重要である、転炉スラグのりん濃度が全く考慮されておらず、復りん量(復りん濃度)を正確に把握することが困難である。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、鋳造直前における溶鋼中のりんの含有量が製品規格を確実に下回るように、復りん濃度を正確に推定し、出鋼の可否を正しく判定することができる転炉の操業方法を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

上底転炉において吹錬を行う際に、「スラグ中りん濃度(P)」を含む複数の変数を用いて、前記転炉から溶鋼鍋に出鋼された後に発生する当該溶鋼鍋での「溶鋼への復りん濃度C」を推定する推定式を、過去の前記転炉の操業実績に基づいて、予め導出する推定式導出工程と、前記転炉から出鋼される時点における前記溶鋼のりん濃度である「吹止りん濃度B」を推定する吹止りん濃度推定工程と、前記転炉から出鋼される時点における「スラグ中のりん濃度(P)」を推定するスラグりん濃度推定工程と、前記推定式導出工程で得られた推定式に、推定した「スラグ中のりん濃度(P)」を適用して、出鋼後の溶鋼の「復りん濃度C」を推定する復りん濃度推定工程を有し、前記吹止りん濃度推定工程で推定された「吹止りん濃度B」と、前記復りん濃度推定工程で推定された「復りん濃度C」を代入して、式(1)を満足する場合に出鋼を開始することを特徴とする転炉の操業方法

請求項2

前記推定式導出工程においては、前記溶鋼鍋でのスラグの除滓を実施する場合の推定式と、前記溶鋼鍋でのスラグの除滓を実施しない場合の推定式とを区別して求めることを特徴とする請求項1に記載の転炉の操業方法。

技術分野

0001

本発明は、転炉から溶鋼鍋に出鋼された後に発生する溶鋼の復りん濃度を推定し、その復りん濃度の推定結果を用いて出鋼の可否を判断する転炉の操業方法に関する。

背景技術

0002

周知のように、転炉工程においては、転炉に溶銑装入して副原料添加と酸素吹込み(吹錬)を行って脱りん脱炭を実施し、りん濃度や炭素濃度が所定の値となった溶鋼を生産する。吹錬終了後は、転炉を傾動させ、転炉の側壁上部に設けられた出鋼孔から溶鋼を取鍋(溶鋼鍋)に出鋼する。
転炉から出鋼される際には、りん(P)を含む脱炭スラグが取鍋に流出し、次の処理工程以降において、その流出したスラグ中のりんが溶鋼に移行する「復りん現象」が起きることがある。多くのりんが溶鋼に移行すると、最終製品である鋼材品質に悪影響を及ぼす虞がある。

0003

そのため、鋼材の製品特性満足させるために、りんの含有量の上限値を設定しておき、復りんが発生したとしてもりんの上限値を超えないよう、りんの含有量の上限値よりも低いりんの含有量で出鋼する必要がある。加えて、転炉では復りんを抑制するために、出鋼孔封鎖具などが使用されている。
しかしながら、出鋼孔封鎖具を使用しても、転炉内においては溶鋼とスラグの界面は懸濁状態にあるため、不可避的にスラグが取鍋に混入してしまい、復りんの原因となっている。

0004

そこで従来から、転炉から溶鋼を出鋼する際には、その出鋼以降で発生する復りんが発生したとしてもりんの上限値を超えないために、例えば、特許文献1、2に開示されているような技術がなされている。
特許文献1には、予め精錬容器で溶銑を脱燐精錬した後他の転炉において脱炭精錬を行って鋼を生産するに際して、脱燐精錬後の燐含有量を、脱炭精錬における溶鋼のりん(P)含有量の変化を考慮して所定のP含有量となるように、下記の処理工程に従って、精錬することを目的とする、脱燐溶銑を使用する転炉製鋼方法が開示されている。

0005

(a)工程:精錬容器で、終点の燐含有量([P]fwt%)が下式に従うように溶銑を脱燐精錬する。
(b)工程:前記脱燐精錬された溶銑を他の転炉に装入し、実質的に造滓材を装入せず脱炭精錬を行う。
[P]fwt%≦[P]kwt%−Δ1−Δ2
ここで、[P]kwt%:粗鋼で要求されているP含有量(鋼の成分規格値
Δ1:この溶銑を脱炭精錬する転炉における先行する脱炭精錬後の炉内に残留したスラグ量による燐の増加量(wt%)
Δ2:取鍋における溶鋼の復燐量(wt%)
なお、取鍋における溶鋼の復燐量(Δ2)は、取鍋内に転炉から流出したスラグ組成、量、鋳造までの時間、出鋼時に添加した保温材の種類と量等の影響により変化するので、予め計算することはできないが、上記の処理工程が一定である場合には経験的、すなわち過去実績により予想することができる。経験上、復燐量(Δ2)は0.002(wt%)以下である。

0006

また、特許文献2には、要求される品質の精錬を達成しつつも、生石灰添加量を必要最小限に抑えることを目的とする転炉製鋼方法が開示されている。
この転炉製鋼方法は、復燐量が脱酸材や合金材のうち、強い還元性を有するものの添加量と強い相関があるものと予測し、それらの間の重回帰分析を行う方法であり、復燐量を下式(同文献の段落[0046]に記載)で推定する。

0007

ΔP=D1・WC+D2・WFM+D3・WA+D4
なお、復燐量をΔP(重量%)、加炭材添加量をWC(kg/ton溶鋼)、フェロマンガン添加量をWFM(kg/ton溶鋼)、アルミニウム添加量をWA(kg/ton溶鋼)とする。また、この復燐量(ΔP)を求める部分は、同文献の図1では符号109に相当する。

先行技術

0008

特開平11−193413号公報
特開2000−178630号公報

発明が解決しようとする課題

0009

特許文献1では、同文献の段落[0029]に記載されているように、溶鋼の復りん量(Δ2)は予め予測できないものとして一定(閾値)としている。
しかしながら、復りん量(Δ2)は転炉スラグのりん濃度に依存するため、復りん量(復りん濃度)を一定値(Δ2=0.002(wt%)以下)とした場合、発生する復りん量が大きいと、鋼材の製品特性を満足するために設定したりんの含有量の上限値を超えてしまい、鋼材の品質に悪影響を及ぼす虞がある。また、復りん量が小さい場合には、過剰に脱りん処理を行う必要があり、製造コストが嵩んでしまい、経済的に劣る。

0010

また、転炉に装入する前の溶鋼のりんの含有量が成分規格より低い場合は、取鍋における溶鋼の復りん量が大きく変化しないため、その復りん量を一定値としても、製品特性を満足するために設定したりんの含有量の上限値を満足させることができるかもしれないが、転炉に装入する溶鋼のりんの含有量が成分規格より高い場合、出鋼後に取鍋に流出する転炉スラグ中のりん濃度が高くなり、取鍋における溶鋼の復りん量が大きくなる虞がある。それ故、復りん量を正確に考慮しないと、鋼材の製品特性を満足するために設定したりんの含有量の上限値を満足させることが困難である。

0011

一方で、特許文献2は、復りん量の予測に重要である、転炉スラグのりん濃度が全く考慮されておらず、復りん量(復りん濃度)を正確に把握することが困難である。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、鋳造直前における溶鋼中のりんの含有量が製品規格を確実に下回るように、復りん濃度を正確に推定し、出鋼の可否を正しく判定することができる転炉の操業方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0012

上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明にかかる転炉の操業方法は、上底吹転炉において吹錬を行う際に、「スラグ中のりん濃度(P)」を含む複数の変数を用いて、前記転炉から溶鋼鍋に出鋼された後に発生する当該溶鋼鍋での「溶鋼への復りん濃度C」を推定する推定式を、過去の前記転炉の操業実績に基づいて、予め導出する推定式導出工程と、前記転炉から出鋼される時点における前記溶鋼のりん濃度である「吹止りん濃度B」を推定する吹止りん濃度推定工程と、前記転炉から出鋼される時点における「スラグ中のりん濃度(P)」を推定するスラグりん濃度推定工程と、前記推定式導出工程で得られた推定式に、推定した「スラグ中のりん濃度(P)」を適用して、出鋼後の溶鋼の「復りん濃度C」を推定する復りん濃度推定工程を有し、前記吹止りん濃度推定工程で推定された「吹止りん濃度B」と、前記復りん濃度推定工程で推定された「復りん濃度C」を代入して、式(1)を満足する場合に出鋼を開始することを特徴とする。

0013

0014

好ましくは、前記推定式導出工程においては、前記溶鋼鍋でのスラグの除滓を実施する場合の推定式と、前記溶鋼鍋でのスラグの除滓を実施しない場合の推定式とを区別して求めるとよい。

発明の効果

0015

本発明によれば、鋳造直前における溶鋼中のりんの含有量が製品規格を確実に下回るように、復りん濃度を正確に推定し、出鋼の可否を正しく判定することができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の転炉の操業方法を示した図である。
本発明の転炉の操業方法を示すフローチャート図である。
復りんの推定値実績値の比較したグラフである。
復りんの推定値と実績値の比較したグラフである(除滓有)。
復りんの推定値と実績値の比較したグラフである(除滓なし)。
本発明の転炉の操業方法で得られた結果と従来の転炉の操業方法で得られた結果とを比較した図である。
スラグカットダーツを模式的に示した図である。

実施例

0017

以下、本発明の実施の形態を、図を基に説明する。
図1に示すように、転炉工程(脱炭精錬工程)では、上底吹転炉1(以降、単に転炉と呼ぶことがある。)に溶銑を装入するとともに副原料を添加して、その溶銑に対して上吹ランス4から酸素吹込み(吹錬)を行って脱りん・脱炭を実施している。なお、吹錬中においては、サブランス5で上底吹転炉1内から溶鋼13を採取してりん濃度を測定し、吹錬終了後(吹止)での種々の操業条件から、転炉1から出鋼される直前の溶鋼13のりん濃度である、吹止りん濃度Bを推定している。

0018

推定された吹止りん濃度Bが、復りんを考慮しても製品特性を満足するために設定したりん含有量(りん濃度)の上限値A以下である場合には、吹錬終了し、転炉1を傾動させ、転炉1の側壁上部に設けられた出鋼孔3から溶鋼13を溶鋼鍋6(取鍋)に出鋼する。
転炉1から出鋼される際には、りん[P]を含む脱炭スラグが取鍋6に流出し、次の処理工程以降において、その流出したスラグ14中のりんが溶鋼13に移行する、復りん現象が起きることがある。多くのりんが溶鋼13に移行すると、最終製品である鋼材の品質に悪影響を及ぼす虞がある。

0019

そのため、鋼材の製品特性を満足させるために、りんの含有量の上限値Aを設定しておき、復りんが発生したとしても、りんの含有量の上限値Aよりも低いりんの含有量で出鋼する必要がある。例えば、転炉1では復りんを抑制するために、出鋼孔封鎖具の挿入装置7が使用されている。
図7に示すように、出鋼孔封鎖具の挿入装置7は、傾動した状態の転炉1(脱炭炉)の炉口2近傍に設けられ、出鋼時に転炉1内のスラグ14が外部に流出しないように、転炉1内部から出鋼孔3に出鋼孔封鎖具8を挿入するものである。なお、出鋼孔3は転炉1の側壁の上部側であって、炉口2の近傍に設けられている。

0020

出鋼孔封鎖具8は、出鋼孔3に差し込まれる鋼製棒体9と、棒体9の基端側に設けられた鍔体10と、鍔体10から後方伸び把持棒体11とからなり、遊具のダーツにその形が似ているため、現場では単に「ダーツ8」と呼ばれているものである。出鋼孔封鎖具8の挿入装置7も、現場では単に「ダーツ挿入装置7」と呼ばれている。
ダーツ挿入装置7(ダーツ式スラグカット)は、ダーツ8を先端に装着可能な挿入アーム12と、挿入アーム12を前後方向へスライド移動自在に支持する支持ビーム(図示せず)と、支持ビームの先端部を上下方向へ移動させる昇降機構(図示せず)とを有している。

0021

すなわちダーツ式スラグカットとは、上部が状で下部が棒状からなり、本体全体の比重がスラグ14より大きく且つ溶鋼13より小さくしたダーツ8を、炉内に溶鋼13がほとんどなくなった時点で、棒体9の下端が出鋼孔3上端より下の位置になるように出鋼孔3に投入すると、鍔体10が出鋼孔3の蓋の役割を果たし、出鋼孔3からスラグ14が流出することを抑制する治具である。

0022

本実施形態においては、溶鋼13を60%〜80%出鋼した段階で、スラグ14より大きく溶鋼13より小さい比重(比重3.5)のダーツ8を転炉1内の出鋼孔3に差し込んだ。
なお、出鋼する際に、比重が適正ではないダーツ8を使用したり、ダーツ式スラグカットを使用しない場合は、りんを含むスラグ14が溶鋼鍋6に流出してしまう虞がある。それにより、溶鋼鍋6において、スラグ14中のりんが溶鋼13に移行する復りん発生し、且つその復りん濃度Cが大きくなることとなり、製品特性を満足するために設定したりんの含有量の上限値Aを超えてしまう虞がある。

0023

また、転炉1内においては溶鋼13とスラグ14の界面は懸濁状態にあるため、ダーツ式スラグカットを使用しても、不可避的にスラグ14が溶鋼鍋6に流出することがあり、復りんが発生する原因となることがある。
そこで、本発明においては、出鋼後における溶鋼13中のりんの含有量が製品規格を確実に下回るように、復りん濃度Cを正確に推定し、出鋼の可否を正しく判断することができるようにしている。図2に、本発明の転炉1の操業方法のフローチャート図を示す。

0024

本発明における転炉の操業方法は、上底吹転炉1において吹錬を行う際に、「スラグ14中のりん濃度(P)」を含む複数の変数を用いて、転炉1から溶鋼鍋6に出鋼された後に発生する当該溶鋼鍋6での「溶鋼13への復りん濃度C」を推定する推定式を、過去の転炉1の操業実績に基づいて、予め導出する推定式導出工程と、転炉1から出鋼される時点における溶鋼13のりん濃度である「吹止りん濃度B」を推定する吹止りん濃度推定工程と、転炉1から出鋼される時点における「スラグ14中のりん濃度(P)」を推定するスラグりん濃度推定工程と、推定式導出工程で得られた推定式に、推定した「スラグ14中のりん濃度(P)」を適用して、出鋼後の溶鋼13の「復りん濃度C」を推定する復りん濃度推定工程を有し、吹止りん濃度推定工程で推定された「吹止りん濃度B」と、復りん濃度推定工程で推定された「復りん濃度C」が、式(1)を満足する場合に出鋼を開始する操業方法である。

0025

0026

ここで、上記のパラメータについて述べる。
パラメータAは、最終製品である鋼材の製品特性を満足させるために設定した、鋳造直前の溶鋼13中のりん含有量の上限値A(成分規格値上限P)である。パラメータBは、出鋼直前の溶鋼13中のりん含有量(吹止りん濃度)である。パラメータCは、転炉1(脱炭炉)以降における溶鋼13の復りん濃度であり、[C=連鋳工程で測定した溶鋼中のりん濃度(%)− 吹止りん濃度B(%)]で求められる。なお、連鋳工程で測定した溶鋼中のりん濃度(連鋳工程P)とは、鋳造直前の溶鋼13中に存在するりんの濃度であり、最終製品である鋼材のりん濃度と一致する。パラメータDは、推定式のバラツキを補間する値であり、復りん濃度Cの推定式と実績値の誤差最大値としている。

0027

次いで、本実施形態における転炉1の操業条件を以下に述べる。
溶銑は、高炉出銑後、溶銑脱硫処理を実施した溶銑、又は予め溶銑脱燐脱硫処理を実施した溶銑を用いている。なお、溶銑りん濃度は、0.010%〜0.150%である。また、容量が250tの転炉1で操業を行った。
副原料は、溶銑成分、製品特性を満足するために設定したりん含有量の上限値A等から当業者常法通り最適化計算により、その副原料の量を決定した。また副原料として、CaO濃度90.1%の焼石灰、CaO濃度66.8%及びMgO濃度22.4%の軽焼ドロマイト、SiO2濃度92.0%及びSi濃度50%のFeSiを使用した。なお、塩基度は2.5〜5.0以下である。転炉1の一般的な操業条件の範囲である、0.8Nm3/mi.t以上の送酸速度で、吹錬を行った。なお、吹錬の中断は行わなかった。

0028

推定式導出工程は、過去における転炉操業の実績を重回帰分析して、「スラグ14中のりん濃度(P)」を含む、復りん濃度Cを推定する各変数の係数を求めて、転炉1から溶鋼鍋6に出鋼された後に発生する当該溶鋼鍋6での「溶鋼13への復りん濃度C」を推定する推定式を予め導出する工程である。
なお、脱炭炉以降における溶鋼13への復りんは、脱炭スラグ14中のりんが溶鋼13に移行して発生するため、その復りん濃度Cを推定するにはスラグ14中のりん濃度(P)が重要な変数となる。そのため、本実施形態においては、スラグ14中のりん濃度(P)を含む複数の変数を用いて、溶鋼13への復りん濃度Cを推定している。

0029

表1に、復りん濃度Cを推定する推定式を導出する際に用いたデータを示す。

0030

0031

溶鋼13への復りん濃度Cの推定式を導出するにあたり、過去の転炉操業の中で、「スラグ14中のりん濃度(P)」と、「吹止りん濃度B」を分析した表1に示す40チャージに対して復りん濃度Cを目的変数とし、スラグ14中のりん濃度(P)(%)、Mn規格濃度(%)、出鋼温度(℃)を説明変数として重回帰分析を行い、各説明変数に対する係数(b〜d)と定数項(a)を求め、復りん濃度Cを推定する推定式(式(2))を導出した。

0032

0033

吹止りん濃度推定工程は、出鋼する時点での溶鋼13のりん濃度である「吹止りん濃度B」を推定する工程である。
なお、溶鋼13への復りんが発生したとしても、「吹止りん濃度B」を「鋼材の製品特性を満足するために設定したりん含有量の上限値A」より低くする必要があるので、濃度推定工程で吹止りん濃度Bを正確に推定している。

0034

吹止りん濃度Bを推定する方法は、例えば、特開2012−136767号公報や、特開平6−271921号公報や、特許5483429号などに記載されているように、転炉1の操業条件をパラメータとした推定式により推定する。
表2に、吹止りん濃度Bを推定する推定式を導出する際に用いたデータを示す。

0035

0036

過去の操業の中で、吹錬終了の30秒前〜180秒前にサブランス5でサンプリングした溶鋼13のりん濃度(吹錬中P)と、吹止りん濃度Bを分析した表2に示す40チャージに対して、吹止P(吹止りん濃度B)を目的変数とし、溶銑P(溶銑りん濃度)、HMR(Hot Metal Ratio)、CaO量MgO量吹止積算酸素量吹止温度、吹止C(吹止炭素濃度)、吹錬中P、吹錬中サブランス測定時積算酸素量を説明変数として重回帰分析を行い、各説明変数に対する係数(b〜j)と定数項(a)を事前に求めて、吹止りん濃度Bの推定式(式(3))を作成した。

0037

なお、CaO量及びMgO量は、焼石灰の投入量、軽焼ドロマイトの投入量、CaO濃度、MgO濃度を用いて算出した(式(4)、式(5))。

0038

0039

スラグりん濃度推定工程は、転炉1から出鋼される時点における「スラグ14中のりん濃度(P)」を推定する。すなわち、スラグりん濃度推定工程は、「復りん濃度C」を正確に推定する際に必要な「スラグ14中のりん濃度(P)」を推定する。
ところで、転炉1内のりんは、出鋼時において溶鋼13中とスラグ14中に分かれて存在する。そのため、溶鋼13が転炉1に装入された時のりん量、溶鋼量、スラグ量、溶鋼りん濃度が分かれば、スラグ14中のりん濃度(P)が推定式[スラグ中のりん濃度(−)=(転炉装入時のりん量(kg)−溶鋼量(kg)×溶鋼りん濃度(−)/(スラグ量(kg)]で推定できる。

0040

なお、溶鋼13が転炉1に装入された時のりんは、主原料及び副原料のりん濃度、装入量から算出する。また「スラグ14中のりん濃度(P)」は、表3、表4に示す値、主原料から計算される溶鋼量と、吹止りん濃度推定工程で推定された「吹止りん濃度B」と、副原料から計算されるスラグ量とを用いて、式(6)を求めて推定する。

0041

0042

なお、スクラップ中のりん濃度は、使用しているスクラップ平均値0.020%を使用した。また係数「78%」は、CaO、SiO2、MgOの平均スラグ濃度の和である。また、珪石SiO2濃度は、92%、FeSi中Si濃度は50%を使用した。

0043

0044

0045

復りん濃度推定工程は、表3、表4に示すように、推定式導出工程で予め算出しておいた、復りん濃度Cの推定式(式(2))に、スラグりん濃度推定工程で推定した「スラグ14中のりん濃度(P)」と、出鋼直前の操業結果を適用して、出鋼後の溶鋼13の「復りん濃度C」を推定する。
そして、吹止りん濃度推定工程で推定された「吹止りん濃度B」と、復りん濃度推定工程で推定された「復りん濃度C」が、式(1)を満足する場合に出鋼を開始する。なお、転炉1の操業においては、出鋼を開始してしまうと、再吹錬(再脱りん)が実施できないため、製品特性を満足するために設定したりん含有量の上限値Aを満足する終点判定、すなわち出鋼可能か否かの判定が必要となる。

0046

0047

終点判定では、パラメータBには吹止りん濃度推定工程で推定した結果、すなわち式(3)で推定した吹止りん濃度を用い、パラメータCには復りん濃度推定工程で推定した結果、すなわち式(6)で推定した復りん濃度Cを用いている。これらパラメータB、Cは若干のばらつきがあるため、「りん上限A超え」(連鋳工程で測定したりん濃度が製品特性を満足するために設定したりん含有量の上限値Aを超えてしまうこと)が発生しないよう定数Dを加えている。

0048

定数Dは、値を大きくすると確実に「りん上限A超え」を防止することができるものである。しかし、定数Dの値を大きくすると、式(1)を満足できないチャージが発生し再吹錬の比率が多くなる、すなわち再吹錬が必要なチャージが増加することがある。そこで、式(1)を満足できないチャージが頻発せずに、溶鋼13の生産性を著しく落とすことがないように、生産阻害を起こさない定数Dを決定する。

0049

図3に示すように、本実施形態においては、復りん濃度Cの推定値と実績値の差の最大値(最大誤差)を定数Dとし、D=0.002%とした。
なお、式(1)を満足しない場合、次工程の連鋳工程において測定したりん濃度が、製品特性を満足するために設定したりん含有量の上限値Aを超えてしまうため、転炉1において再吹錬を実施して脱りんを行う。

0050

再吹錬とは、転炉1で一度吹錬を終了した後において、転炉吹止時のりん濃度が高く、成分規格上限値Aを満足できない場合に、再度上吹ランス4から酸素を供給して吹錬を行い、脱りん反応を促進することである。
この再吹錬を行うことで、吹止りん濃度Bを低下させて、製品特性を満足するために設定したりん含有量の上限値Aを満足させることができるものの、転炉1においての処理時間を延長させてしまい、転炉1の生産能力を低下させてしまう弊害が発生する。

0051

以上のことを考慮して、式(1)を満たした場合出鋼を開始し、式(1)を満足しない場合再吹錬を行う操業実験を行った。表3、表4に、その実験結果(実施例)の一部を示す。
表3、表4に示すように、チャージNo.1〜No.6、No.8〜No.10に関しては、式(1)を満足したので、出鋼を開始した。一方、チャージNo.7に関しては、式(1)を満たさなかったため、気体酸素を追加で供給する再吹錬を実施した。以上、式(1)を満たすか否かの出鋼の判定方法で、300チャージ実施した結果、「りん上限A超え」は0チャージ、再吹錬チャージは4チャージであった。

0052

また比較例として、過去の転炉操業の中で、スラグ14中のりん濃度(P)、吹止りん濃度Bを分析した表1に示す40チャージに対して復りん濃度Cを目的変数とし、Mn規格濃度、出鋼温度を説明変数として重回帰分析を行い、式(7)の各説明変数に対する係数(c、d)と定数項(a)を求め、式(7)を導出した。
スラグ14中のりん濃度(P)を考慮せずに、過去における転炉1の操業実績に基づいて、各説明変数に対する係数(c,d)と定数項(a)を求め、復りん濃度Cを推定する推定式(式(7))を導出した。この式(7)で復りん濃度Cを推定すると、推定精度が低くなってしまうことが分かった。

0053

0054

推定精度が低い復りん濃度Cの推定式(式(7))を用いた出鋼の判定を、300チャージ実施した結果、「りん上限A超え」は0チャージであったが、再吹錬チャージは11チャージであった。
以上、本実施形態と比較例を参照すると分かるように、スラグ14中のりん濃度(P)を考慮すると、正確に復りん濃度Cを推定することができる。このように推定された復りん濃度Cを用いて、式(1)を満足させるようにすることで、「りん上限A超え」を防止し、且つ再吹錬の回数を低減させることができる。

0055

さらに、上記の推定式導出工程においては、過去の転炉1の操業実績に基づき、スラグ14中のりん濃度(P)を含む複数の変数を用いて、溶鋼鍋6(脱炭炉以降)でのスラグ14の除滓を実施する場合の復りん濃度Cの推定式と、溶鋼鍋6でのスラグ14の除滓を実施しない場合の復りん濃度Cの推定式とを区別して予め求めるとよい。
具体的には、転炉1から溶鋼鍋6へ出鋼した後であって、溶鋼処理を実施する前に、溶鋼鍋6中に流出した転炉スラグ14を除滓することがあり、その場合、後の復りん濃度Cが小さくなる。そのため、復りん濃度Cの推定式を、溶鋼鍋6でのスラグ14の除滓を実施する場合と、溶鋼鍋6でのスラグ14の除滓を実施しない場合とに分けて、予め導出しておく。

0056

表5は、除滓が実施された場合における、復りん濃度Cを推定する推定式の導出に用いたデータを示す表である。表6は、除滓が実施されていない場合における、復りん濃度Cを推定する推定式の導出に用いたデータを示す表である。

0057

0058

0059

溶鋼13への復りん濃度Cの推定式を導出するにあたり、過去の転炉操業の中で、スラグ14中のりん濃度(P)、吹止りん濃度Bを分析したデータを表5、表6に示すように除滓の有無に分け、それぞれ復りん濃度Cを目的変数、スラグ14中のりん濃度(P)、Mn規格濃度、出鋼温度を説明変数として、過去の操業実績を重回帰分析して、復りん濃度Cを推定する式(2)の各説明変数に対する係数(b〜d)と定数項(a)を求めた。

0060

除滓が実施された場合、係数(b〜d)と定数項(a)は、[a=−3.590×10−2,b=4.692×10−3,c=2.415×10−3,d=1.923×10−5]と導出された。
除滓が実施されていない場合、係数(b〜d)と定数項(a)は、[a=−1.079×10−1,b=3.976×10−3,c=1.641×10−3,d=6.355×10−5]と導出された。

0061

これら導出された係数(b〜d)と定数項(a)を除滓の有無ごとに使い分けて、復りん濃度Cを推定した。
図4図5に示すように、復りん濃度Cの推定値と実績値の差の最大値(最大誤差)を定数Dとし、D=0.001%とした。
除滓の有無ごとに分けて復りん濃度Cの推定し、式(1)を満たした場合出鋼を開始し、式(1)を満足しない場合再吹錬を行う操業実験を行った。表7、表8に、その実験結果(実施例)の一部を示す。

0062

0063

0064

表7、表8に示すように、チャージNo.1、No.4、No.7、No.8は除滓を実施し、その他のチャージNo.2、No.3、No.5、No.6、No.9、No.10は除滓を実施しなかった。
チャージNo.3、No.4、No.6においては、(B+C+D)の値と連鋳工程Pの値とがほとんど差が無く、チャージNo.9、No.10においては、(B+C+D)の値が連鋳工程Pの値と同じ値である。この結果より、除滓の有無ごとに分けて復りん濃度Cの推定するほうが、推定精度がより向上することが分かる。

0065

以上、除滓の有無ごとに分けて復りん濃度Cを推定して、式(1)を満たすか否かの出鋼の判定方法で、300チャージ実施した結果、「りん上限A超え」は0チャージ、再吹錬チャージは2チャージであった。このように、除滓の有無ごとに分けて復りん濃度Cの推定することで、より再吹錬の回数を低減させることができる。
図6に、除滓の有無ごとに分けて復りん濃度Cを推定した際の再吹錬率、除滓の有無ごとに分けずに復りん濃度Cを推定した際の再吹錬率、従来の手法で復りん濃度Cを推定した際の再吹錬率、をまとめたものを示す。なお、再吹錬率とは、全操業チャージに対して再吹錬を実施したチャージの割合である。

0066

図6に示すように、スラグ14中のりん濃度(P)を含む複数の変数を用いて、溶鋼13への復りん濃度Cを推定することで、その復りん濃度Cの推定精度が向上する(除滓有無の区別なし)。ここで、「除滓有無の区別なし」における再吹錬率(1.4%)と、スラグ14中のりん濃度(P)を含む変数を用いていないときの再吹錬率(3.5%超え)とを比較すると、本発明は、上記したようにりん上限A超えを防止しつつ、再吹錬比率を低減させることができる。

0067

さらに、本発明において、転炉出鋼後に除滓を実施する場合と、除滓を実施しない場合を区別して復りん濃度Cを推定することで、その復りん濃度Cの推定精度をより向上させることができる。それ故、再吹錬比率をさらに低減させることができる(0.6%)。
本発明の転炉1の操業方法(終点判定を利用した転炉1の操業方法)によれば、高炉で製造された溶銑に含まれるりん濃度(B+C+D)、すなわち連鋳工程で測定する溶鋼13中のりん濃度(連鋳工程P)が、製品特性を満足させるために設定した、りん含有量の上限値Aを確実に下回るように、復りん濃度Cを正確に推定し、出鋼の可否を正しく判定することができる。それ故、製品とならない鋳片を皆無としながら、転炉1の再吹錬比率を大幅に低減させることが可能となる。

0068

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

0069

1転炉(上底吹転炉)
2炉口
3出鋼孔
4上吹ランス
5サブランス
6溶鋼鍋(取鍋)
7 出鋼孔封鎖具の挿入装置(ダーツ挿入装置)
8 出鋼孔封鎖具(ダーツ)
9棒体
10鍔体
11把持棒体
12挿入アーム
13溶鋼
14 スラグ

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