JP5482615B2 - 転炉における吹錬制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、転炉での吹錬時のスタティック制御において、放射温度計により直接的に測定した転炉の内張り耐火物の表面温度から吹錬中の放熱ロスを推定し、吹き止め時における転炉内の溶銑温度または溶鋼温度の的中精度を高める方法に関するものである。
本願発明において、転炉とは溶銑を吹錬して溶鋼を製造する装置をいう。

溶銑の表面に上吹きランスから酸素を吹き付けることで、溶銑に含まれる不純物を酸化除去する転炉製鋼法や溶銑予備処理炉における吹錬制御方法として、スタティック制御とダイナミック制御がある。このうち、スタティック制御は、溶銑情報から目標温度、目標成分に必要な酸素量、媒溶材を吹錬前にモデル計算する制御である。また、ダイナミック制御は、吹錬中のサブランス情報や排ガス情報などから吹錬中に適宜修正を行う制御である。

特に転炉製鋼法では、前記の２つを組み合わせた制御方法が一般的であるが、スタティック制御における誤差が大きすぎる場合は、ダイナミック制御で修正することが困難になるので、吹き止め時の溶銑または溶鋼が必要以上に高温もしくは低温になってしまう。

吹き止め時における転炉内の溶銑温度または溶鋼温度が高温の場合は、転炉の内張り耐火物の溶損が促進するので、耐火物の補修コストが増加するのと共に、炉内の溶銑温度または溶鋼温度を下げるための冷却材の投入が必要になるので、吹錬時間が長くなる。

一方、吹き止め時における転炉内の溶銑温度または溶鋼温度が低温の場合は、二次精錬設備での昇熱が必要となる。二次精錬設備での昇熱はAlの燃焼熱を用いて行っているので、一次精錬時に昇熱する場合よりもコストが悪化し、二次精錬耐火物への負荷も大きくなる。

そのため、吹錬前の計算精度の向上が求められており、スタティック制御における温度的中率の向上方法として、例えば以下のような技術が報告されている。

例えば特許文献１には、熱収支及び物質収支に基づいて転炉吹錬における吹き込み酸素量と副原料投入量を決定する静的吹錬制御方法において、物質収支式の精度を高めるためにスラグ中蓄積酸素量を重回帰モデル式のパラメータとして用いる方法が開示されている。

スタティック制御時の温度的中率を向上させるためには、熱収支式の不明熱量（主に耐火物への抜熱）を推定する必要があるが、従来、耐火物への抜熱は、作業者が耐火物の色や待機時間などを考慮して判断している。この熱収支式の不明熱量を推定する技術として、下記のような報告がある。

例えば特許文献２には、内張り耐火物の厚さ方向の温度分布を溶銑装入直前の時点で求め、処理中における耐火物による溶鉄からの奪熱量を算出し、この算出した奪熱量をスタティック制御要素に組み込んで熱収支式の精度を高める方法が開示されている。

また、特許文献３には、過去の実績の時系列的な傾向を考慮し、熱収支の誤差項を求める方法が開示されている。

さらに、特許文献４には、過去の操業情報を参考にしてニューラルネットワークを構築し、当該の操業情報から不明熱量及び不明酸素量を推定する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１，３，４で開示された方法は、いずれも直接的な測定値から熱収支のバランスを推定するものではなく、過去の実績データを参考にして熱収支のバランスを推定するものである。従って、各々の吹錬において急激な条件の変化が発生した場合や、データ化が困難な情報の影響が強い場合は、推定誤差が大きくなってしまう。このような場合は、結局、作業者が判断して修正を行わざるを得ないので、作業者の経験によっては誤差が生じる。

これに対して、特許文献２で開示された方法は、内張り耐火物の厚さ方向の温度分布を溶銑の装入直前に直接求めてスタティック制御の要素として取り組むので、熱収支の誤差を小さくできるという点で優れている。

しかしながら、特許文献２に記載されているような、耐火物内に多数の温度センサを設ける測定方法は、メンテナンス性に難点があることや、耐久性の問題など、実用上の問題がある。この点について、特許文献２では、温度分布を求める方法として非接触法（二色温度計）を用いる方法があると記載してはいるものの、詳細な方法については触れられておらず、さらにセンサによる実測方法と比べると精度が落ちるとも記載している。

特公昭５８−５８４０５号公報 特開昭６３−１７１８２１号公報 特開平１−２３０７１０号公報 特開平６−２００３１２号公報

本発明が解決しようとする問題点は、直接的な測定値から熱収支のバランスを推定しない場合、吹錬時に急激な条件の変化が発生したり、データ化が困難な情報の影響が強くなって推定誤差が大きくなると、修正する作業者の経験により誤差が生じるという点である。また、耐火物内に多数の温度センサを設けて直接的に測定する場合は、メンテナンス性に難点があることや、耐久性の問題など、実用上の問題があるという点である。

本発明の転炉における吹錬制御方法は、
内張り耐火物の表面温度を直接的に測定する場合にもメンテナンス性や耐久性が悪化しないようにして、精度良く吹錬中の放熱ロスを予測するために、
装入する溶銑及びスクラップの情報から、吹錬終了出鋼時の溶鋼の目標成分、目標温度に必要な媒溶材と酸素量を計算する、上吹きランスを用いた転炉製鋼法における吹錬スタティック制御において、
放射温度計によって転炉の内張り耐火物の表面温度を測定し、当該測定温度と時刻情報から放冷曲線を求め、その後の吹錬での温度降下を予測して熱収支計算に取り入れることを最も主要な特徴としている。

本発明は、非接触法で直接的に測定した内張り耐火物の表面温度と時刻情報から放冷曲線を求め、その後の吹錬での温度降下を予測して熱収支計算に取り入れるので、吹錬中の放熱ロスの予測を精度良く行うことができる。また、その際の直接的な測定を放射温度計により行うので、メンテナンス性や耐久性が悪化することもない。

放冷曲線上の、吹錬直前の転炉の内張り耐火物の表面温度と放熱ロスの関係を示した図である。 排滓終了からの経過時間と、放射温度計によって測定した転炉の内張り耐火物の表面温度の様々な実測データを示した図である。 転炉の使用回数と放熱ロスとの関係を示した図である。 本発明方法の効果を確認するために行った実施結果を示した図で、温度誤差と頻度の関係を示した図である。

本発明では、内張り耐火物の表面温度を直接的に測定する場合にもメンテナンス性や耐久性に問題がないようにして精度良く吹錬中の放熱ロスを予測するという目的を、放射温度計により測定した内張り耐火物の表面温度と時刻情報から放冷曲線を求めることで実現した。

以下、本発明について説明する。
発明者らは、内張り耐火物の表面温度を直接的に測定する場合にも、測定する温度計のメンテナンス性や耐久性が悪化することがないようにするために、種々の実験を行った。

先ず、発明者らは、さまざまな操業条件のもとで転炉の鉄皮温度や内張り耐火物の表面温度を測定した。その結果、転炉の鉄皮温度は操業条件によらずほぼ一定であった。そのため、内張り耐火物の表面温度のみで転炉内部の温度分布を表わせることが分かった。

しかしながら、メンテナンス性や耐久性が悪化しないように、放射温度計を使用して内張り耐火物の表面温度を非接触で直接的に測定した場合でも、ただ単にその測定温度をスタティック計算に取り込むだけでは十分な推定精度を得ることができない。

出鋼中や排滓中では、転炉内に溶鋼（溶銑）やスラグが存在するので、転炉の内張り耐火物の表面は温められた状態であるが、出鋼後や排滓後は、時間が経つにつれて表面や鉄皮からの熱放射によって内張り耐火物が冷却されていくからである。

つまり、放射温度計による転炉の内張り耐火物の表面温度測定を、排滓から注銑までの間の待機中に行うに際し、測定したタイミングから吹錬までの時間が長い場合は、測定温度からのずれが大きくなる。極力、注銑の直前に測定を行うことで測定温度からの誤差を低減することは可能であるが、それでも排滓直後などは、温度降下の速度が速いため、どうしても吹錬までに誤差が出てきてしまう。

そこで、発明者らは、放射温度計を用いて直接的に測定した転炉の内張り耐火物の表面温度と時刻情報（排滓終了からの経過時間）から放冷曲線を求め、その後の吹錬での温度降下を予測して温度補正の設定を行うことを考えた。

すなわち、先ず、放射温度計を用いて転炉の内張り耐火物の表面温度を直接的に測定した際の時刻情報（排滓終了からの経過時間）とその時の内張り耐火物の表面温度から、放冷曲線を求めるのである。この放冷曲線を求める方法としては、熱伝導方程式や放射伝熱式を使用した計算によるものでもよい。また、予めさまざまな条件で実測しておいた連続データから、近いものを選ぶ方法でもよい。

そして、前記放冷曲線上における吹錬時点での温度を、スタティック制御の熱収支計算のパラメータとして用いるのである。この際の「吹錬時点での温度」は、吹錬開始予定時刻の温度でも、また、吹錬時間を考慮した吹錬終了時点の温度でもよい。

すなわち、本発明は、装入する溶銑及びスクラップの情報から、吹錬終了出鋼時の溶鋼の目標成分、目標温度に必要な媒溶材と酸素量を計算する、上吹きランスを用いた転炉製鋼法における吹錬スタティック制御において、放射温度計によって転炉の内張り耐火物の表面温度を測定し、当該測定温度と時刻情報から放冷曲線を求め、その後の吹錬での温度降下を予測して熱収支計算に取り入れることを特徴とするものである。

このような本発明の吹錬制御方法の場合、転炉の内張り耐火物の表面温度の直接的測定を放射温度計によって行うので、メンテナンス性や耐久性の問題は解決できる。

また、前記放冷曲線上の、例えば吹錬直前の転炉の内張り耐火物の表面温度と放熱ロスには、図１に示すような相関関係がある。よって、この放冷曲線上の転炉の内張り耐火物の表面温度をスタティック制御の熱収支計算に取り入れることで、内張り耐火物の表面温度を測定した後吹錬までのタイムラグによる誤差を抑制でき、吹錬中の放熱ロスの推定精度を向上することができる。図１に示す「冷却能」とは、溶鋼温度の２０℃を１％とした数値であり、溶銑とスクラップを装入する場合の、スクラップ比率の変化が１％に相当する熱量である。

図２は、２５０tonの転炉を用いて２３０〜２５０tonの溶銑を吹錬した後の、排滓終了からの経過時間と、放射温度計によって測定した転炉の内張り耐火物の表面温度の様々な実測データを示した図である。

この図２では、排滓からの経過時間が２分未満と極端に短い場合には、前処理の出鋼温度の影響で路内耐火物の表面温度が１３００〜１４００℃に集中している。このことから、排滓終了から２分以降に測定を行えば、より精度よく放熱ロスを推定できることが分かる。これが請求項２の発明である。

また、図３は転炉の使用回数と放熱ロスとの関係を示した図であるが、転炉の使用回数が多くなるにつれて、内張り耐火物の残厚が減り、放熱ロスが大きくなることが分かる。よって、内張り耐火物の残厚の情報を、スタティック計算に取り入れることで、さらに放熱ロスの推定精度を向上できることが分かる。これが請求項３の発明である。

この内張り耐火物の残厚情報は、前記本発明方法における放冷曲線を求める際の情報として用いることも可能である。この残厚情報は、レーザー式残厚測定機などで直接測定した値を用いてもよいし、転炉の使用回数から推定した値を用いても良い。

上記本発明方法の効果を確認するために行った実施結果を下記表１及び図４に示す。
下記表１に示す発明例１〜３は、２５０tonの転炉を用いて２３０〜２５０tonの溶銑を吹錬する際に、放射温度計による炉内耐火物の表面温度情報や内張り耐火物の残厚情報を取り入れてスタティック計算を行ったものである。一方、比較例１，２は、前記の情報を吹錬時点で補正せず、作業者が放熱ロスを判断して転炉吹錬したものである。

表１及び表１中の発明例３と比較例１を示した図４より明らかなように、比較例に比べて発明例ではスタティック計算による温度的中精度が向上しているのが分かる。

なお、表１中の温度的中精度は、計算によるサブランスでの溶鋼温度測定を行った時点のスタティック計算による推定溶鋼温度と実測溶鋼温度の差の標準偏差を示したものである。

本発明は上記の例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

本発明は、転炉製鋼法おける吹錬スタティック制御に限らず、転炉型の溶銑予備処理炉における吹錬スタティック制御にも適用可能である。

Claims (3)

1. 装入する溶銑及びスクラップの情報から、吹錬終了出鋼時の溶鋼の目標成分、目標温度に必要な媒溶材と酸素量を計算する、上吹きランスを用いた転炉製鋼法における吹錬スタティック制御において、
   放射温度計によって転炉の内張り耐火物の表面温度を測定し、当該測定温度と時刻情報から放冷曲線を求め、その後の吹錬での温度降下を予測して熱収支計算に取り入れることを特徴とする吹錬制御方法。
2. 放射温度計による温度測定を、排滓終了から２分以降に行うことを特徴とする請求項１に記載の吹錬制御方法。
3. 使用する転炉の内張り耐火物の残存厚さ情報をスタティック制御の熱収支計算に取り入れることを特徴とする請求項１又は２に記載の吹錬制御方法。

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