(57)【要約】【課題】転炉操業において炉口からスラグを排出する際に、溶鋼の流出を確実に検知してスラグの排出を適正に停止すること。【解決手段】炉口排出滓流監視装置１は、転炉３を傾けながら転炉３内に収容された溶鋼７１の上層に存在するスラグ７３を炉口３１を介して排出する際に、炉口３１から流出するスラグ７３の炉口排出滓流を監視する。このとき、溶鋼流出判定処理部１３１は、炉口排出滓流の炉口３１付近下側の領域Ａ１を監視対象とし、監視対象領域Ａ１に混入する溶鋼７１を識別して炉口３１から溶鋼７１が流出したか否かを判定する。炉口３１から溶鋼７１が流出したと判定した場合には、傾動制御部１３３が、転炉３を正立させてスラグ７３の排出を停止する。【選択図】図１
2014055315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉を傾けながら該転炉内に収容された溶鋼の上層に存在するスラグを炉口を介して排出するに際し、前記炉口から流出する前記スラグの炉口排出滓流を監視する炉口排出滓流監視方法であって、
前記炉口排出滓流の前記炉口付近下側の領域を監視対象とし、該監視対象領域に混入する前記溶鋼を識別して前記炉口から前記溶鋼が流出したか否かを判定する判定ステップと、
前記炉口から前記溶鋼が流出したと判定した場合に、前記転炉を正立させて前記スラグの排出を停止する停止ステップと、
を含むことを特徴とする炉口排出滓流監視方法。
【請求項２】
前記判定ステップは、熱放射エネルギーの強度を検出する赤外線カメラを用いて前記監視対象領域のエネルギー分布データを取得し、該エネルギー分布データに基づいて前記監視対象領域に混入する前記溶鋼を識別することを特徴とする請求項１に記載の炉口排出滓流監視方法。
【請求項３】
前記判定ステップは、ＣＣＤカメラを用いて前記監視対象領域の画像データを取得し、該画像データの輝度値に基づいて前記監視対象領域に混入する前記溶鋼を識別することを特徴とする請求項１に記載の炉口排出滓流監視方法。
【請求項４】
前記判定ステップは、放射温度計を用いて前記監視対象領域の温度分布データを取得し、該温度分布データに基づいて前記監視対象領域に混入する前記溶鋼を識別することを特徴とする請求項１に記載の炉口排出滓流監視方法。
【請求項５】
転炉内に溶銑を装入して酸素吹錬を行い、溶鋼上層に形成されたスラグを前記転炉の炉口を介して排出する転炉操業方法であって、
請求項１〜４のいずれか１つに記載の炉口排出滓流監視方法を用いて前記炉口から流出する前記スラグの炉口排出滓流を監視することを特徴とする転炉操業方法。
【請求項６】
前記溶銑を装入した前記転炉内で溶銑予備処理を行い、該溶銑予備処理後のスラグを前記炉口を介して排出する際に、前記スラグの炉口排出滓流を監視することを特徴とする請求項５に記載の転炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉口を介してスラグを排出する転炉操業において炉口排出滓流を監視する炉口排出滓流監視方法および転炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉製鋼等の金属精錬プラントでは、高炉から供給される溶銑や鉄スクラップ等の主原料を転炉に装入し、転炉にて酸素吹錬して溶鋼を製造している。転炉への溶銑等の装入は、転炉が正立した状態において上方に開口する炉口を介して行われる。ここで、酸素吹錬では、転炉内の溶銑等に酸素を吹き込むことによって溶銑中に含まれる不純物元素を酸化する。これにより、溶銑等は所定組成の溶鋼となる一方、不純物元素の酸化物は、別途転炉に投入される媒溶剤等の副原料とスラグ（精錬滓）を形成して溶鋼の上層に浮遊し、酸素吹錬が終了となる。酸素吹錬が終了した後は転炉を徐々に傾け、炉口近傍の炉体側壁に設けられた出鋼口を介して取鍋に溶鋼を排出（出鋼）する。
【０００３】
このような金属精錬プラントの転炉操業では、出鋼に際して取鍋へのスラグの流出を極力防止することが重要となる。スラグの混入は、取鍋の内張り耐火物を溶損する他、製品品質の低下等の問題を引き起こすためである。
【０００４】
この種の課題を解決するための技術として、従来から、赤外線カメラ等を用いて出鋼口からの出鋼流のエネルギー分布を検出し、検出したエネルギー分布におけるエネルギー強度差から溶鋼とスラグとを識別することで出鋼流へのスラグの混入を検知するようにしたものが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０８４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記した転炉における酸素吹錬プロセスでは、必要に応じて事前に脱Ｓｉ処理や脱Ｐ処理等の溶銑予備処理を行って溶銑中の珪素や燐等を除去し、その後で本吹錬（脱炭精錬）を行う場合がある。このような場合には、溶銑予備処理で形成されたスラグを排出する中間排滓が適宜行われるが、この中間排滓では、上記した出鋼時とは逆方向に転炉を傾けて炉口からスラグを排出している。また、転炉操業によっては、酸素吹錬の終了後、出鋼口から溶鋼を排出するのではなく中間排滓の場合と同様に炉口からスラグを排出することもある。
【０００７】
しかしながら、前述のように出鋼口からではなく炉口からスラグを排出する場合、特許文献１の技術を適用しても、溶鋼や溶銑予備処理後の溶銑（以下、これらを包括して「溶鋼」と呼ぶ。）の炉口からの流出を検知してスラグの排出を停止することが困難であった。このため、溶鋼がスラグとともに排出されてしまい歩留の低下を招いたり、逆にスラグが十分に排出できずにその後の酸素吹錬プロセスで用いる媒溶剤原単位の上昇を招くといった問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、転炉操業において炉口からスラグを排出する際に、溶鋼の流出を確実に検知してスラグの排出を適正に停止することができる炉口排出滓流監視方法および転炉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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる炉口排出滓流監視方法は、転炉を傾けながら該転炉内に収容された溶鋼の上層に存在するスラグを炉口を介して排出するに際し、前記炉口から流出する前記スラグの炉口排出滓流を監視する炉口排出滓流監視方法であって、前記炉口排出滓流の前記炉口付近下側の領域を監視対象とし、該監視対象領域に混入する前記溶鋼を識別して前記炉口から前記溶鋼が流出したか否かを判定する判定ステップと、前記炉口から前記溶鋼が流出したと判定した場合に、前記転炉を正立させて前記スラグの排出を停止する停止ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、溶鋼とは、酸素吹錬を終えた溶鋼の他、脱Ｓｉ処理や脱Ｐ処理等の溶銑予備処理後の溶銑を含み、上記したようにこれらを包括して「溶鋼」と呼ぶ。
【００１１】
また、本発明にかかる炉口排出滓流監視方法は、上記発明において、前記判定ステップは、熱放射エネルギーの強度を検出する赤外線カメラを用いて前記監視対象領域のエネルギー分布データを取得し、該エネルギー分布データに基づいて前記監視対象領域に混入する前記溶鋼を識別することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる炉口排出滓流監視方法は、上記発明において、前記判定ステップは、ＣＣＤカメラを用いて前記監視対象領域の画像データを取得し、該画像データの輝度値に基づいて前記監視対象領域に混入する前記溶鋼を識別することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる炉口排出滓流監視方法は、上記発明において、前記判定ステップは、放射温度計を用いて前記監視対象領域の温度分布データを取得し、該温度分布データに基づいて前記監視対象領域に混入する前記溶鋼を識別することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる転炉操業方法は、転炉内に溶銑を装入して酸素吹錬を行い、溶鋼上層に形成されたスラグを前記転炉の炉口を介して排出する転炉操業方法であって、上記発明の炉口排出滓流監視方法を用いて前記炉口から流出する前記スラグの炉口排出滓流を監視することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる転炉操業方法は、上記発明において、前記溶銑を装入した前記転炉内で溶銑予備処理を行い、該溶銑予備処理後のスラグを前記炉口を介して排出する際に、前記スラグの炉口排出滓流を監視することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、転炉操業において炉口からスラグを排出する際に、溶鋼の流出を確実に検知してスラグの排出を適正に停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、炉口排出滓流監視装置の構成および転炉の側面を切り欠いて内部の様子を示した模式図である。
【図２】図２は、炉口排出滓流監視処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の炉口排出滓流監視方法および転炉操業方法を実施するための形態について説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１９】
図１は、本実施の形態の炉口排出滓流監視装置１の構成およびこの炉口排出滓流監視装置１を適用する転炉３の側面を切り欠いて内部の様子を示した模式図である。
【００２０】
転炉３は、正立状態において上方に開口する炉口３１と、炉口３１近傍の炉体側壁に設けられた出鋼口３３とを備える。この転炉３の炉体外周には、図１中において破線で示す位置に１対の水平軸３５が対向配置されて突設されている。この１対の水平軸３５は、各々が傾動装置５と連結されており、転炉３は、傾動装置５によって水平軸３５を軸中心として３６０度の回転が可能に構成されている。本実施の形態では、転炉３は、中間排滓時において図１に示すように出鋼口３３が上側となる方向に傾けられる。
【００２１】
ここで、本実施の形態における酸素吹錬プロセスを簡単に説明すると、正立状態の転炉３に溶融状態の銑鉄（溶銑）等の主原料を装入し、先ず脱Ｓｉ処理を行う。続いて、図１に示すように出鋼口３３が上側となる方向に転炉３を徐々に傾けていき、脱Ｓｉ処理で形成された溶鋼７１上層のスラグ７３を炉口３１から流出させて排出する中間排滓を行う。このようにしてスラグ７３を取り除いたならば、転炉３を正立状態に戻し、同じ転炉３内で脱Ｐ処理を行う。脱Ｐ処理の後は、例えば、背景技術として上記した要領で中間排滓時とは逆方向（出鋼口３３が下を向く方向）に転炉３を徐々に傾けて脱Ｐ処理で形成されたスラグが混入しないように出鋼口３３から下層の溶鋼を排出し、別の転炉に移し変えて本吹錬を行う。
【００２２】
炉口排出滓流監視装置１は、赤外波長域において感度を有する赤外線カメラ１１と、制御装置１３とが伝送ケーブル等を介して接続されて構成される。上記したように、中間排滓時においては、転炉３を傾けて炉口３１から上層のスラグ７３を排出するため、スラグ７３とともに下層の溶鋼７１が流出する可能性がある。炉口排出滓流監視装置１は、中間排滓時において炉口３１からの排出滓流（炉口排出滓流）を監視し、溶鋼７１の流出を検知する。
【００２３】
赤外線カメラ１１は、炉口排出滓流監視装置１が監視対象とする炉口排出滓流から放射される熱放射エネルギー（赤外線）の強度を検出する。この赤外線カメラ１１は、転炉３の炉体下方に設置され、炉口排出滓流を下側から撮像する。具体的には、赤外線カメラ１１は、図１中に一点鎖線で囲って示す炉口排出滓流の炉口３１付近下側の領域Ａ１を監視対象とし、この監視対象領域Ａ１内の熱放射エネルギーの強度を検出する。そして、赤外線カメラ１１は、各画素の画素値を検出強度（エネルギー強度）とするエネルギー分布データを制御装置１３に随時出力する。
【００２４】
制御装置１３は、脱Ｓｉ処理後の中間排滓時において転炉３を傾動させるとともに、これに伴う炉口排出滓流を監視し、炉口３１から流出する溶鋼７１を検知した時点で転炉３を正立状態に戻す制御を行う。炉口排出滓流の監視は、赤外線カメラ１１から随時入力されるエネルギー分布データを用いて行う。この制御装置１３は、主な機能部として、溶鋼流出判定処理部１３１と、傾動制御部１３３とを備える。
【００２５】
なお、制御装置１３は、ＣＰＵ等の演算装置、主記憶装置、ハードディスクや各種記憶媒体等の補助記憶装置、通信装置、表示装置や印刷装置等の出力装置、入力装置、各部を接続し、あるいは外部入力を接続するインターフェース装置等を備えた公知のハードウェア構成で実現でき、例えばワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータを利用することができる。
【００２６】
次に、炉口排出滓流監視装置１が行う炉口排出滓流監視処理の処理手順について説明する。図２は、炉口排出滓流監視処理の処理手順を示すフローチャートである。炉口排出滓流監視装置１は、図２のフローチャートが示す処理を行うことで炉口排出滓流監視方法を実施する。また、転炉３の転炉操業において、中間排滓を行う際に炉口排出滓流監視装置１が図２のフローチャートが示す処理を行うことで転炉操業方法を実施する。
【００２７】
図２に示すように、炉口排出滓流監視処理では、先ず、スラグ７３の排出を開始する（ステップＳ１）。ここでの処理は、傾動制御部１３３が転炉３の傾動動作開始を指示する通知を傾動装置５に通知し、これに応答して傾動装置５が転炉３を回転させ、炉口３１が上側となる方向に転炉３を傾けることで行う。このとき、傾動装置５は、予め設定される所定の目標角度となるまで転炉３を徐々に傾けていく。目標角度は、該当する角度に転炉３を傾けたときに炉口３１からスラグ７３の流出が開始されるように、例えば、転炉３内の溶鋼７１の重量等に基づいて事前に算出されて設定される。そして、傾動装置５は、目標角度まで転炉３を傾けて転炉３の回転を停止する。
【００２８】
ただし、転炉３の内壁に敷設された耐火レンガの損耗が進んでいる場合や、転炉３の内壁に付着物が存在する場合等、転炉３の内壁の状態によっては、目標角度では転炉３の傾きが足りずスラグ７３が全く排出されなかったり、あるいは目標角度では転炉３が傾き過ぎて即時に溶鋼７１が流出する事態が生じ得る。このような事態に対処するため、炉口３１からスラグ７３が流出され始めるのをオペレータが目視によって確認し、確認した時点で転炉３の傾動動作を手動で停止するようにしてもよい。あるいは、後段の処理で開始する炉口排出滓流の監視では監視対象領域Ａ１のエネルギー分布データを用いて溶鋼７１の流出を検知するが、これと同様の要領でスラグ７３の流出を検知し、検知した時点で転炉３の傾動動作を自動的に停止するようにしてもよい。
【００２９】
図２に戻り、続いて、溶鋼流出判定処理部１３１が赤外線カメラ１１を駆動し、ステップＳ３〜ステップＳ７の処理を繰り返し行って炉口排出滓流を監視する。
【００３０】
すなわち先ず、溶鋼流出判定処理部１３１は、赤外線カメラ１１から随時入力されるエネルギー分布データを取得する（ステップＳ３）。
【００３１】
続いて、溶鋼流出判定処理部１３１は、ステップＳ３で取得したエネルギー分布データに基づいて炉口３１から溶鋼７１が流出したか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、スラグ部分のエネルギー強度は溶鋼部分のエネルギー強度に比べて格段に高いため、監視対象領域Ａ１内のエネルギー強度差から監視対象領域Ａ１に混入する溶鋼７１を識別できる。具体的な処理としては、例えば、溶鋼流出判定処理部１３１は、先ず、エネルギー分布データの各画素のエネルギー強度を所定の閾値で閾値処理し、閾値を超える画素の画素値を「０」、閾値以下の画素の画素値を「１」とする二値化画像を生成する。閾値は、スラグ部分のエネルギー強度と溶鋼部分のエネルギー強度との間の値として設定しておく。そして、溶鋼流出判定処理部１３１は、生成した二値化画像において画素値が「１」である画素が存在する場合（エネルギー分布データ内にエネルギー強度が閾値以下の画素がある場合）に、炉口３１から溶鋼７１が流出したと判定する。生成した二値化画像の全ての画素値が「０」の場合は、溶鋼７１は流出していないと判定する。
【００３２】
なお、ここでの処理と同様の要領で、炉口３１からのスラグ７３の流出開始を判定することも可能である。すなわち、炉口３１から何も流出していない場合と、炉口３１からスラグ７３が流出している場合とでは、赤外線カメラ１１が検出するエネルギー強度は大きく異なる。したがって、これら双方のエネルギー強度の間の値を閾値として用いて閾値処理し、例えば閾値を超える画素の画素値を「０」、閾値以下の画素の画素値を「１」とする二値化画像を生成すれば、画素値が「０」である画素の有無によって炉口３１からのスラグ７３の流出開始を判定できる。例えば、上記したようにステップＳ１において転炉３の傾動動作を自動的に停止する場合には、前述のようにしてスラグ７３の流出開始を判定するようにしてもよい。そして、スラグ７３の流出が開始したと判定した時点で傾動制御部１３３が転炉３の傾動動作停止を指示する通知を傾動装置５に通知し、これに応答して傾動装置５が転炉３の回転を停止するようにしてもよい。
【００３３】
また、このように炉口３１からスラグ７３の流出が開始した場合に転炉３の回転を停止する場合、一部のスラグ７３が流出しただけでその後スラグ７３の流出が止まる場合もある。このような場合には、再度スラグ７３の流出が開始するまで転炉３をさらに傾けていき、スラグ７３の流出が開始した時点で転炉３の回転を停止するようにしてもよい。
【００３４】
図２に戻り、溶鋼流出判定処理部１３１は、溶鋼７１が流出していないと判定している間は（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ３に戻って上記した処理を繰り返す。そして、炉口３１から溶鋼７１が流出したと判定した場合には（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、転炉３を正立状態に戻してスラグ７３の排出を停止する（ステップＳ９）。ここでの処理は、傾動制御部１３３が転炉３の正立動作開始を指示する通知を傾動装置５に通知し、これに応答して傾動装置５が転炉３の回転を逆転させることで行う。なお、スラグ７３の混入を検知した時点で警報の出力を行ってオペレータに報知するようにしてもよい。この警報の出力は、制御装置１３が備える表示装置に画面表示することで行ってもよいし、金属精錬プラント内の適所に配設されたスピーカ等から警報音を出力する構成としてもよい。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、中間排滓時において炉口３１からスラグ７３を排出する際の炉口排出滓流を監視することができる。ここで、スラグ７３は、転炉３内において溶鋼７１の上層に浮遊しているため、炉口３１の上側から炉口排出滓流を撮像するのではスラグ７３に隠れて溶鋼７１の流出を検知するのは難しい。これに対し、本実施の形態では、転炉３の炉体下方に赤外線カメラ１１を設置し、この赤外線カメラ１１によって炉口排出滓流の炉口３１付近下側の監視対象領域Ａ１を撮像することとした。そして、取得したエネルギー分布データに基づいて炉口３１から溶鋼７１が流出したか否かを判定することとした。したがって、溶鋼７１の流出を迅速かつ確実に検知することができる。また、スラグ７３の流出を検知した時点で転炉３を正立させてスラグ７３の排出を停止することとした。したがって、炉口３１から溶鋼７１が流出し始めた初期の段階で即時にスラグ７３の排出を停止させることが可能となる。これによれば、転炉操業において炉口３１からスラグ７３を排出する際に、溶鋼７１の流出を確実に検知してスラグ７３の排出を適正に停止することができる。そしてこの結果、溶鋼７１がスラグ７３とともに排出されてしまい歩留の低下を招いたり、逆にスラグ７３が十分に排出できずにその後の酸素吹錬プロセスで用いる媒溶剤原単位の上昇を招くといった事態を防止することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、転炉３の炉体下方に赤外線カメラ１１を設置し、炉口排出滓流の炉口３１付近下側の領域Ａ１を監視対象としてエネルギー分布データを取得することとした。そして、取得したエネルギー分布データに基づいて監視対象領域Ａ１に混入する溶鋼７１を識別することとしたが、これに限定されるものではない。
【００３７】
例えば、転炉３の炉体下方にＣＣＤカメラを設置し、監視対象領域Ａ１の画像データを取得するようにしてもよい。そして、取得した画像データに基づいて監視対象領域Ａ１に混入する溶鋼７１を識別するようにしてもよい。スラグ部分の輝度は溶鋼部分の輝度に比べて格段に高いため、監視対象領域Ａ１内の輝度値から監視対象領域Ａ１に混入する溶鋼を識別できる。この場合には、例えば、スラグ部分の輝度と溶鋼部分の輝度との間の値を閾値として事前に設定しておく。そして、溶鋼流出判定処理部１３１は、画像データの各画素の輝度値を前述の閾値で閾値処理し、輝度値が閾値を超える画素の画素値を「０」、閾値以下の画素の画素値を「１」とする二値化画像を生成する。その後、溶鋼流出判定処理部１３１は、生成した二値化画像において画素値が「１」である画素が存在する場合（画像データ内に輝度値が閾値以下の画素がある場合）に、炉口３１から溶鋼７１が流出したと判定する。
【００３８】
あるいは、転炉３の炉体下方に放射温度計を設置し、監視対象領域Ａ１の温度分布データを取得するようにしてもよい。そして、取得した温度分布データに基づいて監視対象領域Ａ１に混入する溶鋼７１を識別するようにしてもよい。スラグ部分の温度は溶鋼部分の温度に比べて格段に高いため、監視対象領域Ａ１内の温度値から監視対象領域Ａ１に混入する溶鋼を識別できる。この場合には、例えば、スラグ部分の温度と溶鋼部分の温度との間の値を閾値として事前に設定しておく。そして、溶鋼流出判定処理部１３１は、温度分布データの各画素の温度値を前述の閾値で閾値処理し、温度値が閾値を超える画素の画素値を「０」、閾値以下の画素の画素値を「１」とする二値化画像を生成する。その後、溶鋼流出判定処理部１３１は、生成した二値化画像において画素値が「１」である画素が存在する場合（温度分布データ内に温度値が閾値以下の画素がある場合）に、炉口３１から溶鋼７１が流出したと判定する。
【００３９】
また、本実施の形態では、脱Ｓｉ処理後の中間排滓時を例にとって炉口排出滓流を監視し、溶鋼の流出を検知してスラグの排出を停止する場合を説明したが、これに限らずに転炉操業においてスラグを炉口３１から排出する場合であれば同様に適用できる。例えば、脱Ｐ処理後において、この脱Ｐ処理で形成されたスラグを炉口３１から排出する場合や、本吹錬の後において、この本吹錬で形成されたスラグを炉口３１から排出する場合にも同様に適用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１      炉口排出滓流監視装置
１１      赤外線カメラ
１３      制御装置
１３１      溶鋼流出判定処理部
１３３      傾動制御部
３      転炉
３１      炉口
３３      出鋼口
３５      水平軸
５      傾動装置
７１      溶鋼
７３      スラグ
Ａ１      監視対象領域
【図１】
2014055315.tif 000003
【図２】
2014055315.tif 000004