JP6586966B2 - 溶融金属のスラグ量推定方法およびスラグ量推定装置、ならびに溶融金属の脱硫処理方法および脱硫処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属のスラグ量推定方法およびスラグ量推定装置、ならびに溶融金属の脱硫処理方法および脱硫処理装置に関する。

従来、転炉予備処理の脱硫設備において、高炉鍋から装入鍋へと溶融金属（溶銑）を装入した際に、装入鍋に脱硫材を投入する脱硫処理が行われている。その際、脱硫材の投入量は、溶融金属中のＳ（硫黄）濃度や溶融金属の温度等から決定される。例えば特許文献１には、高炉下部の出銑口から流出する溶融金属を連続的に撮像し、撮像画像中における溶融金属の輝度から温度を求める方法が提案されている。

一方、高炉鍋から装入鍋に溶融金属を装入した際に、溶融金属中に大量のスラグが混入している場合がある。溶融金属中に大量のスラグが含まれていると脱硫率が悪化するため、脱硫処理時の挙動が安定しない。そのため、通常は、装入鍋にスラグが大量に持ち込まれたことをオペレータが目視で確認した際に、脱硫材を追加投入している。しかしながら、このような方法では溶融金属のスラグ量を定量的に把握することができないため、装入鍋に対する脱硫材の投入量を適正化することができず、過剰なコストを発生させることになる。

そこで、例えば特許文献２では、高炉鍋の出鋼口から溶鋼台車上の装入鍋に対して溶融金属を流し込み、その際の溶融金属の状態を２台のカメラ（可視カメラ、赤外線カメラ）で撮像し、その撮像画像に基づいて装入鍋内のスラグ量を定量化する方法が提案されている。

特許第４５８０４６６号公報 特開２００６−１４４１１４号公報

しかしながら、特許文献１で提案された方法は、高炉の操業条件の変動を最小限に抑えることを目的とする溶融金属の温度の検知方法であり、脱硫設備における溶融金属の温度を検知することは想定されていない。また、特許文献２で提案された方法は、溶融金属の状態をカメラで撮像した際に、スラグがメタルに巻き込まれ、スラグの周りをメタルが覆っている場合があり、正確なスラグ量を測定することが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、脱硫設備において、溶融金属中のスラグ量を正確に推定し、脱硫処理における脱硫材の投入量を適正化することができる溶融金属のスラグ量推定方法およびスラグ量推定装置、ならびに溶融金属の脱硫処理方法および脱硫処理装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶融金属のスラグ量推定方法は、脱硫処理時における脱硫材の投入量を決定するために、溶融金属に含まれるスラグ量を推定するスラグ量推定方法であって、上部が開放されており、その開放部分を流出口として備える第１の容器を傾動させることにより、前記流出口から第２の容器に対してスラグを含む溶融金属を流出させ、前記溶融金属の画像を前記流出口の上方から撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで撮像された前記溶融金属の画像に基づいて前記スラグの面積を求め、かつ各画像における前記スラグの面積に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属に含まれるスラグ量を算出するスラグ量算出ステップと、を含むことを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶融金属の脱硫処理方法は、上部が開放されており、その開放部分を流出口として備える第１の容器を傾動させることにより、前記流出口から第２の容器に対してスラグを含む溶融金属を流出させ、前記溶融金属の画像を前記流出口の上方から撮像する撮像ステップと、前記撮像ステップで撮像された前記溶融金属の画像に基づいて前記スラグの面積を求め、かつ各画像における前記スラグの面積に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属に含まれるスラグ量を算出するスラグ量算出ステップと、前記スラグ量算出ステップで算出された前記スラグ量に基づいて、前記スラグ量に応じた、前記第２の容器に対する脱硫材の投入量を算出する投入量算出ステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る溶融金属の脱硫処理方法は、上記発明において、前記撮像ステップで撮像された前記溶融金属の画像の輝度に基づいて、前記溶融金属の温度を算出する温度算出ステップと、をさらに含み、前記投入量算出ステップは、前記温度算出ステップで算出された前記溶融金属の温度に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属を、所定の目標温度まで昇温するための、前記第２の容器に対する前記脱硫材の投入量をさらに算出することを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶融金属のスラグ量推定装置は、脱硫処理時における脱硫材の投入量を決定するために、溶融金属に含まれるスラグ量を推定する溶融金属のスラグ量推定装置であって、上部が開放されており、その開放部分を流出口として備える第１の容器を傾動させることにより、前記流出口から第２の容器に対してスラグを含む溶融金属を流出させ、前記溶融金属の画像を前記流出口の上方から撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された前記溶融金属の画像に基づいて前記スラグの面積を求め、かつ各画像における前記スラグの面積に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属に含まれるスラグ量を算出する画像処理装置と、を備えることを特徴とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶融金属の脱硫処理装置は、上部が開放されており、その開放部分を流出口として備える第１の容器を傾動させることにより、前記流出口から第２の容器に対してスラグを含む溶融金属を流出させ、前記溶融金属の画像を前記流出口の上方から撮像する撮像装置と、前記撮像装置で撮像された前記溶融金属の画像に基づいて前記スラグの面積を求め、かつ各画像における前記スラグの面積に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属に含まれるスラグ量を算出する画像処理装置と、前記画像処理装置で算出された前記スラグ量に基づいて、前記スラグ量に応じた、前記第２の容器に対する脱硫材の投入量を算出する投入量算出手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る溶融金属の脱硫処理装置は、上記発明において、前記画像処理装置は、前記撮像装置で撮像された前記溶融金属の画像の輝度に基づいて、前記溶融金属の温度を算出し、前記投入量算出手段は、前記画像処理装置で算出された前記溶融金属の温度に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属を、所定の目標温度まで昇温するための、前記第２の容器に対する前記脱硫材の投入量をさらに算出することを特徴とする。

本発明によれば、第１の容器から第２の容器へ溶融金属が流れる様子を、第１の容器の流出口の上方から撮像した画像に基づいてスラグ量を算出することにより、溶融金属中のスラグ量を正確に推定し、脱硫処理における脱硫材の投入量を適正化することができる。

図１は、本発明の実施形態に係るスラグ量推定装置および脱硫処理装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、本発明の実施形態に係るスラグ量推定装置によるスラグ量推定方法、および脱硫処理装置による脱硫処理方法を示すフローチャートである。 図３は、本発明の実施形態に係るスラグ量推定装置および脱硫処理装置の実施例において、本発明例の撮像装置によって撮像した溶融金属の画像を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る溶融金属のスラグ量推定方法およびスラグ量推定装置、ならびに溶融金属の脱硫処理方法および脱硫処理装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

[脱硫処理装置]
本実施形態に係る脱硫処理装置の構成について、図１を参照しながら説明する。脱硫処理装置１は、転炉予備処理の脱硫設備において、溶融金属（溶銑）の脱硫処理を行うものであり、撮像装置１０と、画像処理装置２０と、プロセスコンピュータ３０と、を備えている。

ここで、本実施形態に係るスラグ量推定装置は、脱硫処理装置１からプロセスコンピュータ３０を除いた構成、すなわち撮像装置１０および画像処理装置２０のみから構成されている。以下では、脱硫処理装置１の構成の説明の中で、スラグ量推定装置の構成の説明も含めて行うこととする。

脱硫処理装置１では、脱硫設備として、例えば図１に示すように、高炉鍋（第１の容器）２と、受銑口３と、装入鍋（第２の容器）４と、を用いる。高炉鍋２は、上部が開放された有底筒状に形成されている。そして、高炉鍋２は、上部の開放部分を、溶融金属を流出させるための流出口２ａとして備えている。受銑口３は、高炉鍋２と装入鍋４との間に配置されており、高炉鍋２から流出した溶融金属を装入鍋４内に導く。

装入鍋４は、高炉鍋２および受銑口３の下方向に配置されており、高炉鍋２と同様に有底筒状に形成されている。装入鍋４は、高炉鍋２の流出口２ａから流出した溶融金属を、受銑口３を介して受け入れる。なお、装入鍋４には、プロセスコンピュータ３０からの指示に基づいて脱硫材Ｄが投入される。

高炉鍋２から装入鍋４へと装入される溶融金属はスラグを含んでおり、具体的には図１に示すように、溶銑からなるメタルＭと、ＳｉＯ_２を含むスラグＳとから構成されている。また、同図に示すように、高炉鍋２を傾動させて溶融金属を流出させた状態を側方から見ると、比重の軽いスラグＳがメタルＭの上側に浮上しており、スラグＳとメタルＭとが層状に分かれた状態となっている。これは、流出口２ａが高炉鍋２の上部に形成されており、高炉鍋２を傾動させることにより装入鍋４に溶融金属を流出させるため、例えば前記した特許文献２のようにスラグＳがメタルＭに巻き込まれることがないためである。

撮像装置１０は、例えばＣＣＤカメラである。撮像装置１０は、高炉鍋２の流出口２ａの下側の縁よりも上方に配置されている。そして、撮像装置１０は、高炉鍋２の流出口２ａから受銑口３（装入鍋４）に対して溶融金属を流出させた際に、流出口２ａから受銑口３に流れる溶融金属の画像を、流出口２ａおよび受銑口３の上方（斜め上）から連続的に撮像する。そして、撮像装置１０は、撮像した溶融金属の画像を画像処理装置２０に送信する。

画像処理装置２０は、具体的にはパーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の情報処理装置によって実現されるものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を主要構成部品としている。

画像処理装置２０は、溶融金属におけるメタルＭ部分とスラグＳ部分を識別し、溶融金属に含まれるスラグ量を算出するスラグ量算出手段として機能する。画像処理装置２０は、撮像装置１０で撮像された溶融金属の画像に基づいてスラグＳの面積を求め、かつ各画像におけるスラグＳの面積に基づいて、高炉鍋２から装入鍋４に流出した溶融金属に含まれるスラグ量（スラグ流出量）を算出する。そして、画像処理装置２０は、算出したスラグ量をプロセスコンピュータ３０に送信する。なお、スラグ量の具体的な算出方法は後記する。

また、画像処理装置２０は、溶融金属の温度を算出する温度算出手段としても機能する。画像処理装置２０は、撮像装置１０で撮像された溶融金属の画像の輝度に基づいて、溶融金属の温度を算出する。そして、画像処理装置２０は、算出した溶融金属の温度をプロセスコンピュータ３０に送信する。なお、溶融金属の温度の具体的な算出方法は後記する。

プロセスコンピュータ３０は、投入量算出手段３１を備えている。投入量算出手段３１は、画像処理装置２０で算出されたスラグ量に基づいて、当該スラグ量に応じた、装入鍋４に対する脱硫材Ｄの投入量（以下、「脱硫材投入量」という）を算出する。また、投入量算出手段３１は、画像処理装置２０で算出された溶融金属の温度に基づいて、高炉鍋２から装入鍋４に流出した溶融金属を、所定の目標温度まで昇温するための、装入鍋４に対する脱硫材投入量を算出する。そして、プロセスコンピュータ３０は、算出したそれぞれの脱硫材投入量に従って、脱硫材Ｄを装入鍋４に投入する。なお、脱硫材投入量の具体的な算出方法は後記する。

[脱硫処理方法]
本実施形態に係る脱硫処理方法について、図２を参照しながら説明する。脱硫処理方法は、撮像ステップ（ステップＳ１）と、スラグ量算出ステップ（ステップＳ２）と、温度算出ステップ（ステップＳ３）と、投入量算出ステップ（ステップＳ４）と、投入ステップ（ステップＳ５）と、を行う。なお、温度算出ステップは、図示のようにスラグ量算出ステップの後に行ってもよく、あるいはスラグ量算出ステップと並行して同じタイミングで行ってもよい。

ここで、本実施形態に係るスラグ量推定方法は、図２に示す脱硫処理方法から温度算出ステップおよび投入量算出ステップを除いた方法、すなわち撮像ステップとスラグ量算出ステップのみを行う。以下では、脱硫処理方法の構成の説明の中で、スラグ量推定方法の説明も含めて行うこととする。

撮像ステップでは、１台の撮像装置１０により、高炉鍋２の流出口２ａから受銑口３（装入鍋４）へと流出する溶融金属を、流出口２ａの上方（斜め上）から連続的に撮像する（ステップＳ１参照）。

続いて、スラグ量算出ステップでは、画像処理装置２０により、撮像ステップで撮像された溶融金属の画像に基づいて、溶融金属のスラグ量を算出する（ステップＳ２参照）。

スラグ量算出ステップでは、まず、撮像ステップで撮像された溶融金属の画像に基づいて、メタルＭの上側に浮上したスラグＳ（図１参照）の面積を求める。すなわち、装入鍋４に対する溶融金属の装入開始からカウントを行い、装入開始からＮ［ｓｅｃ］後までに高炉鍋２から受銑口３（装入鍋４）へ流出したスラグＳの面積をＸ_Ｎ［ｍ^２］とする。そして、溶融金属の装入開始から装入完了までに撮像された各画像について画像処理を行い、各画像におけるスラグＳの面積を合計することにより、装入開始から装入完了までの間に高炉鍋２から受銑口３へ流出したスラグＳの面積を算出する。

なお、高炉鍋２から溶融金属を流出させる際に、高炉鍋２内に滞留するスラグＳがあるため、例えばスラグＳが滞留せずに受銑口３へ落ちるスラグカウントラインＡ（図３参照）を任意に定め、そのラインを通過したポイントでスラグＳの面積を算出する。

スラグ量算出ステップでは、次に、算出したスラグＳの面積に基づいて、溶融金属に含まれるスラグ量を算出する。本ステップでは、具体的には下記式（１）により、高炉鍋２から受銑口３（装入鍋４）に流出したスラグ量の原単位［ｋｇ／ｔ］を算出する。

続いて、温度算出ステップでは、画像処理装置２０により、撮像ステップで撮像された溶融金属の画像に基づいて、溶融金属（溶銑）の温度Ｙ［℃］を算出する（ステップＳ３参照）。本ステップでは、装入開始から装入完了までの間に撮像装置１０によって撮像された各画像中において、最高輝度の平均値を算出し、当該最高輝度の平均値を温度へと変換することにより、溶融金属の温度Ｙ［℃］を算出する。

続いて、投入量算出ステップでは、プロセスコンピュータ３０の投入量算出手段３１により、脱硫材投入量を算出する（ステップＳ４参照）。本ステップでは、まず、スラグ量算出ステップで算出されたスラグ量（スラグ量の原単位）に基づいて、溶融金属中のスラグ量に応じた脱硫材投入量、すなわち溶融金属中のスラグＳによる脱硫率の悪化を抑制するための脱硫材投入量を算出する。

投入量算出ステップでは、上記式（１）で示したスラグ量の原単位［ｋｇ／ｔ］に必要な脱硫材投入量の原単位［ｋｇ／ｔ］をｄとし、下記式（２）により、高炉鍋２から装入鍋４にスラグＳが流入したことによる脱硫材投入量の原単位［ｋｇ／ｔ］を算出する。

投入量算出ステップでは、次に、温度算出ステップで算出された溶融金属の温度Ｙ［℃］に基づいて、装入鍋４内の溶融金属を所定の目標温度まで昇温するために必要な脱硫材投入量の原単位Ｅ［ｋｇ／ｔ］を算出する。なお、溶融金属の温度Ｙ［℃］と、前記した脱硫材投入量の原単位Ｅ［ｋｇ／ｔ］との関係は予め判明している。

投入量算出ステップでは、最後に、下記式（３）に示すように、上記式（１）で算出した高炉鍋２から受銑口３（装入鍋４）に流出したスラグ量の原単位［ｋｇ／ｔ］と、前記した脱硫材投入量の原単位Ｅとを足し合わせることにより、装入鍋４に対する最適な脱硫材投入量の原単位［ｋｇ／ｔ］を算出する。そして、下記式（４）に示すように、装入鍋４内の溶融金属量ｃ［ｔ］に基づいて、装入鍋４に対する最適な脱硫材投入量［ｋｇ］を算出する。

最後に、投入ステップでは、プロセスコンピュータ３０により、投入量算出ステップで算出した脱硫材投入量に従って、脱硫材Ｄを装入鍋４に投入する（ステップＳ５参照）。

以上のように、本実施形態に係る脱硫処理装置１を利用した溶融金属の脱硫処理方法、および本実施形態に係るスラグ量推定装置を利用した溶融金属のスラグ量推定方法によれば、高炉鍋２から装入鍋４へ溶融金属が流れる様子を、高炉鍋２の流出口２ａの上方から撮像した画像に基づいてスラグ量を算出することにより、装入鍋４内の溶融金属中のスラグ量を正確に推定することができる。

なお、本実施形態は、高炉鍋２から装入鍋４へ溶融金属（溶銑）を受銑させる場所で適用され、図１に示すように、溶融金属の上部にスラグＳが浮上した状態で撮像を行うため、前記した特許文献２と比較して、スラグ量を容易に算出することが可能である。

また、本実施形態によれば、算出したスラグ量および溶融金属の温度に基づいて、溶融金属中のスラグＳによる脱硫率の悪化を抑制し、かつ溶融金属を所定の目標温度まで昇温するための、最適な脱硫材投入量を自動的に算出し、最適な量の脱硫材Ｄを自動的に装入鍋４に投入することができる。従って、脱硫材Ｄの投入量を削減することができるとともに、脱硫処理に従事する作業者の省力化に寄与することができる。

以下、本発明の効果を確認するための実施例について説明する。従来例（本発明適用前）では、前記した特許文献１，２に示された方法によってスラグ量および溶融金属の温度の算出を行い、脱硫材投入量を求めた。一方、本発明例（本発明適用後）では、前記したような脱硫処理装置１による脱硫処理方法を利用して、脱硫材投入量を求めた。なお、図３は、本発明例の撮像装置によって撮像した溶融金属（メタルＭ、スラグＳ）を示す図である。

以下の表１に示すように、従来例では、１チャージ当たりの脱硫材投入量（脱硫材投入量の原単位）は６．０［ｋｇ／ｔ］であり、脱硫処理後に成分外れ（Ｓ濃度外れ）が発生した。一方、本発明例では、１チャージ当たりの脱硫材投入量（脱硫材投入量の原単位）は５．６［ｋｇ／ｔ］であり、脱硫処理後に成分外れは発生しなかった。従って、本発明例は、従来例と比較して、脱硫材投入量を０．４［ｋｇ／ｔ］削減することができ、脱硫処理における脱硫材投入量を適正化できることが証明できた。

以上、本発明に係る溶融金属のスラグ量推定方法およびスラグ量推定装置、ならびに溶融金属の脱硫処理方法および脱硫処理装置について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

１ 脱硫処理装置
２ 高炉鍋
２ａ 流出口
３ 受銑口
４ 装入鍋
１０ 撮像装置
２０ 画像処理装置
３０ プロセスコンピュータ
３１ 投入量算出手段
Ｄ 脱硫材
Ｍ メタル
Ｓ スラグ

Claims (6)

1. 脱硫処理時における脱硫材の投入量を決定するために、溶融金属に含まれるスラグ量を推定する溶融金属のスラグ量推定方法であって、
   上部が開放されており、その開放部分を流出口として備える第１の容器を傾動させることにより、前記流出口から第２の容器に対してスラグを含む溶融金属を流出させ、前記溶融金属の画像を前記流出口の上方から撮像する撮像ステップと、
   前記撮像ステップで撮像された前記溶融金属の画像に基づいて前記スラグの面積を求め、かつ各画像における前記スラグの面積に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属に含まれるスラグ量を算出するスラグ量算出ステップと、
   を含むことを特徴とする溶融金属のスラグ量推定方法。
2. 上部が開放されており、その開放部分を流出口として備える第１の容器を傾動させることにより、前記流出口から第２の容器に対してスラグを含む溶融金属を流出させ、前記溶融金属の画像を前記流出口の上方から撮像する撮像ステップと、
   前記撮像ステップで撮像された前記溶融金属の画像に基づいて前記スラグの面積を求め、かつ各画像における前記スラグの面積に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属に含まれるスラグ量を算出するスラグ量算出ステップと、
   前記スラグ量算出ステップで算出された前記スラグ量に基づいて、前記スラグ量に応じた、前記第２の容器に対する脱硫材の投入量を算出する投入量算出ステップと、
   を含むことを特徴とする溶融金属の脱硫処理方法。
3. 前記撮像ステップで撮像された前記溶融金属の画像の輝度に基づいて、前記溶融金属の温度を算出する温度算出ステップと、をさらに含み、
   前記投入量算出ステップは、前記温度算出ステップで算出された前記溶融金属の温度に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属を、所定の目標温度まで昇温するための、前記第２の容器に対する前記脱硫材の投入量をさらに算出することを特徴とする請求項２に記載の溶融金属の脱硫処理方法。
4. 脱硫処理時における脱硫材の投入量を決定するために、溶融金属に含まれるスラグ量を推定する溶融金属のスラグ量推定装置であって、
   上部が開放されており、その開放部分を流出口として備える第１の容器を傾動させることにより、前記流出口から第２の容器に対してスラグを含む溶融金属を流出させ、前記溶融金属の画像を前記流出口の上方から撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置で撮像された前記溶融金属の画像に基づいて前記スラグの面積を求め、かつ各画像における前記スラグの面積に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属に含まれるスラグ量を算出する画像処理装置と、
   を備えることを特徴とする溶融金属のスラグ量推定装置。
5. 上部が開放されており、その開放部分を流出口として備える第１の容器を傾動させることにより、前記流出口から第２の容器に対してスラグを含む溶融金属を流出させ、前記溶融金属の画像を前記流出口の上方から撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置で撮像された前記溶融金属の画像に基づいて前記スラグの面積を求め、かつ各画像における前記スラグの面積に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属に含まれるスラグ量を算出する画像処理装置と、
   前記画像処理装置で算出された前記スラグ量に基づいて、前記スラグ量に応じた、前記第２の容器に対する脱硫材の投入量を算出する投入量算出手段と、
   を備えることを特徴とする溶融金属の脱硫処理装置。
6. 前記画像処理装置は、前記撮像装置で撮像された前記溶融金属の画像の輝度に基づいて、前記溶融金属の温度を算出し、
   前記投入量算出手段は、前記画像処理装置で算出された前記溶融金属の温度に基づいて、前記第１の容器から前記第２の容器に流出した前記溶融金属を、所定の目標温度まで昇温するための、前記第２の容器に対する前記脱硫材の投入量をさらに算出することを特徴とする請求項５に記載の溶融金属の脱硫処理装置。