(57)【要約】【課題】転炉吹錬で発生する音を用いて精度良くスラグ中の酸化鉄濃度、言い換えればスラグのさい化状態を予想する。【解決手段】本発明の転炉１におけるさい化検出方法は、転炉１において吹錬中に発生する音を用いて、転炉内のスラグ２のさい化状態を検出する方法であって、事前準備工程として、吹錬中の転炉１で発生する音を基に、スラグ２のさい化に起因する周波数帯に着目し、着目した周波数帯の音圧の推移からさい化指数を求め、求めたさい化指数とスラグ中の酸化鉄濃度との関係を求め、さらに実作業工程として、吹錬対象となる溶銑４の目標さい化指数を設定し、吹錬対象となる溶銑４の転炉１での吹錬中に確認されるさい化指数の推移を基に、吹錬吹止時のさい化指数を推定し、吹止時のさい化状態を「さい化異常」または「さい化良好」と判定する。【選択図】図３
2019135320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉において吹錬中に発生する音を用いて、前記転炉内のスラグのさい化状態を検出する転炉におけるさい化検出方法であって、
前記さい化検出方法は、事前準備工程と、実作業工程とを有しており、
前記事前準備工程は、以下に示す（１）から（５）の工程を有し、
（１）：前記吹錬中の転炉で発生する音を基に、スラグのさい化に起因する周波数帯に着目する。
（２）：（１）の工程で着目した周波数帯の吹錬中における音圧の推移を確認する。
（３）：（２）の工程で確認した音圧の推移から、スラグのさい化に関する周波数帯の基準音圧を決める。
（４）：（２）の工程で確認されたスラグのさい化に関する周波数帯の音圧と、前記（３）の工程で決められた基準音圧との差からさい化指数を求める。    
（５）：（４）の工程で求めたさい化指数と、当該さい化指数でのスラグ中の酸化鉄濃度との関係を求める。
前記実作業工程は、以下に示す（６）から（１０）の工程を有する
（６）：吹錬対象となる溶銑の目標さい化指数を設定する。
（７）：前記吹錬対象となる溶銑の転炉での吹錬を開始する。
（８）：吹錬中のさい化指数の推移を基に、吹錬吹止時のさい化指数を推定する。
（９）：（８）の工程で推定したさい化指数が、吹錬吹止までに目標さい化指数を外れると推定された場合には「さい化異常」と判定する。
（１０）：（８）の工程で推定したさい化指数が、吹錬吹止までに目標さい化指数を外れないと推定された場合には「さい化良好」と判定する。
ことを特徴とする転炉におけるさい化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉におけるさい化検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、転炉において溶銑・溶鋼を精錬する際には、転炉の炉口から炉内に挿入された酸素ランスより純酸素ガスを溶銑に吹き付けて、底吹きガスを吹き込み脱炭する脱炭処理が行われている。また、転炉内に造さい材を投入した際には、造さい材によりさい化生成される溶融スラグの反応により、脱りんを行う脱りん処理も行われている。
ところで、このさい化の過程でスラグの組成や粘性、あるいはスラグ中の酸素量等の諸条件が変化すると、スラグがCOガスを含んで膨らむフォーミングという現象を起こすことがある。そして、スラグのフォーミングが過度に進行すると、スラグ、さらにはスラグと共に溶鋼までもが炉口より溢出するスロッピングといわれる現象が発生する。このスロッピングが発生すると、製造が中断され製造効率が低下するため、溶銑・溶鋼の製錬工程ではスロッピングが発生しないようにスラグレベル（スラグの高さ）をさまざまな手段で確認できるようにしている。
【０００３】
上述したスラグの高さを確認する手段の中には、音響測定法を用いたものがある。すなわち、音響測定法は、吹錬中に炉内より発生する音響の周波数および強度の変化を捕らえてスラグレベルを推定してスロッピング発生を予知しようとするものであり、測定原理が単純であり、設備費が安価であることから、上吹転炉においては有効なスロッピング防止手段の一つとされている。具体的には、音響測定法では特定の周波数が炉内のフォーミング挙動を反映することに着目し、特定の周波数の変化（挙動）を連続的に測定するものとなっている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、スロッピング予知精度を向上させ、効果的な防止手段を講じる方法を提供することを目的としている。
具体的には、特許文献１では、転炉炉口情報に設置した集音マイクロフォンで吹錬音圧を測定し、脱Si時間の20〜50％の時点より決定したベース音圧より音圧が5％下がった場合、粉状の炭材を炉内へ投入することでスロッピングを防止することとなっている。
【０００５】
また、特許文献２は、時々刻々に変化する炉況の正確な把握を行い、スロッピングの予知を行うことを目的としている。
具体的には、特許文献２では、排ガス煙道部等炉周辺に設置した音響センサと酸素ランスに設置した振動センサを用い、スロッピングの予知を行う。スラグ未溶融〜フォーミングまでを音響、フォーミング〜スロッピングをランス振動で評価することで、副原料投入によるランス振動の誤検知防止など、単体での検知より精度よくスロッピングを検知することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−０４９００８号公報
【特許文献２】特開平６−１５８１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、吹錬中の炉内では、上吹酸素吐出音、副原量投入時の音、底吹ガス沸き出し音、炉周辺機器動作音等、種々の音源から種々の音が混合して共鳴しあっており、スロッピングの発生状況に対応した最適周波数を同定できない。つまり、これまではフォーミングを反映する音源を同定することが不可能であった。従来は、その特徴的な周波数についての知見がないため、種々の周波数を実験的に採取し、採用する周波数を経験的に設定する場合も多かった。また、最適周波数が正確に同定できないため、特に上底吹転炉となってからは、必要な精度が確保できず、実操業条件下で音響測定法を適用することは不可能とも考えられていた。
【０００８】
さらに、上述した特許文献１や特許文献２の技術は、特定の周波数を検出してその周波数音の強度変化でスロッピングを予知する原理であるために、スロッピング発生以外の転炉の情報、例えば転炉内でのスラグのさい化状況を判断したり予測したりすることは概して困難である。
加えて、特許文献１は、スラグが酸素ランスの酸素吐出口より上部までフォーミングした際に、スラグが酸素吐出音を遮蔽することで発生する音圧低下を検知する構成となっている。そのため、脱りんを進行させるためのスラグの溶融やスラグ中の酸化鉄濃度の推定には用いることができない。
【０００９】
また、特許文献２は、ランス振動の由来がスラグであることの信頼性を担保するために吹錬音圧の低下を検知しており、特許文献１と同様にスラグの溶融やスラグ中酸化鉄濃度の推定には用いることができない。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、転炉吹錬で発生する音を用いて精度良くスラグ中の酸化鉄濃度、言い換えればスラグのさい化状態を予想乃至は推定することが可能となる転炉でのさい化検出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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の転炉におけるさい化検出方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の転炉におけるさい化検出方法は、転炉において吹錬中に発生する音を用いて、前記転炉内のスラグのさい化状態を検出する転炉におけるさい化検出方法であって、
前記さい化検出方法は、事前準備工程と、実作業工程とを有しており、前記事前準備工程は、以下に示す（１）から（５）の工程を有し、
（１）：前記吹錬中の転炉で発生する音を基に、スラグのさい化に起因する周波数帯に着目する。
（２）：（１）の工程で着目した周波数帯の吹錬中における音圧の推移を確認する。
（３）：（２）の工程で確認した音圧の推移から、スラグのさい化に関する周波数帯の基準音圧を決める。
（４）：（２）の工程で確認されたスラグのさい化に関する周波数帯の音圧と、前記（３）の工程で決められた基準音圧との差からさい化指数を求める。
（５）：（４）の工程で求めたさい化指数と、当該さい化指数でのスラグ中の酸化鉄濃度との関係を求める。
【００１１】
前記実作業工程は、以下に示す（６）から（１０）の工程を有する
（６）：吹錬対象となる溶銑の目標さい化指数を設定する。
（７）：前記吹錬対象となる溶銑の転炉での吹錬を開始する。
（８）：吹錬中のさい化指数の推移を基に、吹錬吹止時のさい化指数を推定する。
（９）：（８）の工程で推定したさい化指数が、吹錬吹止までに目標さい化指数を外れると推定された場合には「さい化異常」と判定する。
（１０）：（８）の工程で推定したさい化指数が、吹錬吹止までに目標さい化指数を外れないと推定された場合には「さい化良好」と判定する。
【００１２】
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の転炉におけるさい化検出方法によれば、転炉吹錬で発生する音を用いて精度良くスラグ中の酸化鉄濃度、言い換えればスラグのさい化状態を予想乃至は推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】吹錬前から脱炭期まで各段階において転炉で発生する音の周波数及び音圧を示した図である。
【図２】造さい期から造さい後まで各段階において転炉で発生する音の周波数及び音圧を示した図である。
【図３】転炉内のスラグの状態と音の発生状態が精錬の各段階に合わせてどのように変化するかを模式的に示した図である。
【図４】周波数域が４００〜５００Ｈｚの音圧の時間推移を示したグラフである。
【図５】音圧の時間推移と音圧基準値との関係について示したグラフである。
【図６】音圧基準値とさい化指数との関係について示したグラフである。
【図７】さい化指数とスラグ中の酸化鉄の濃度との関係を示したグラフである。
【図８】さい化指数とスラグ中の酸化鉄の濃度との関係を示したグラフから目標さい化指数を設定する手順を示した図である。
【図９】「さい化異常」の判定される場合に、周波数域が４００〜５００Ｈｚの音圧がどのように推移するかを示した図である。
【図１０】「さい化異常」の判定される場合に、さい化指数がどのように推移するかを示した図である。
【図１１】「さい化正常」の判定される場合に、周波数域が４００〜５００Ｈｚの音圧がどのように推移するかを示した図である。
【図１２】「さい化正常」の判定される場合に、さい化指数がどのように推移するかを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る転炉１におけるさい化検出方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１に示すように、本実施形態の転炉１におけるさい化検出方法は、転炉１において吹錬中に発生する音を用いて、転炉１内のスラグ２のさい化状態を検出するものとなっている。
【００１６】
具体的には、転炉１においては、溶銑・溶鋼を精錬する際に、転炉１の炉口から炉内に挿入された酸素ランス３より純酸素ガスを溶湯４（溶銑）に吹き付けて、底吹きガスを吹き込み脱炭する脱炭処理が行われている。特に、脱りん処理では、転炉１内に造さい材を投入し、造さい材によりさい化生成される溶融スラグ２の反応により、溶銑内のりんを除去するものとなっている。効率の良い脱りん処理を行うには、転炉１内のスラグ２が最適なさい化状態となることが必要であり、転炉１内のスラグ２のさい化状態を検出する技術が切望されていた。
【００１７】
そこで、本発明の発明者らは、各音源から発生している炉内の種々の音について、それぞれの音が固有振動数をもっていることに着目し、スラグ２のさい化を反映する周波数をもつ音源を解析した。すなわち、吹錬中に発生する音の周波数及び音圧強度の時間変化を同時に計測・解析することにより、スラグ２のさい化の進行に合わせて変動する特定周波数を見出し、その特定周波数について転炉１で溶銑装入から吹錬、出鋼、排さいを経て次回溶銑装入までの強度変化（音圧変化）を連続的に測定（解析）した。
【００１８】
この連続測定の結果、スラグ２のさい化を反映する特定周波数の音源は、従来のフォーミング検知（スロッピング検知）で用いられていた上吹酸素吐出音ではなく、スラグ溶銑界面におけるCOガスの発泡音であることを解明することができた。言い換えれば、音響測定法でスラグ２のさい化を反映する音として集音すべき最適な音源はスラグ溶銑界面におけるCOガスの発泡音であることを見出した。
【００１９】
すなわち、スラグ溶銑界面におけるCOガスの発泡音は、スラグ中の酸化鉄濃度が上昇する程に活発に進行することから、この発泡音がスラグ２の酸化度、即ち、スラグ２の脱りん特性（脱Ｐ特性）を反映すると考え、スラグ溶銑界面におけるCOガスの発泡音とスラグ２の脱りん特性との関係を調査した。そして、その結果、スラグ溶銑界面におけるCOガス発泡音の音程の変化を測定することで、スラグ中の酸化鉄濃度を予想できることを見出した。
【００２０】
なお、スラグ中の酸化鉄濃度とは、スラグ２のさい化状態を評価するための指標に他ならない。というのも、スラグ２のさい化状態とはスラグ２として転炉１に入れたCaOが溶融することに他ならず、CaOが溶融するにはスラグ中に酸化鉄が必要になる。つまり、スラグ中の酸化鉄濃度が高ければスラグ２のさい化が進んでいると判断でき、逆にスラグ２中の酸化鉄濃度が低ければスラグ２のさい化が進んでいないと判断できることになる。そのため、本発明のさい化検出方法は、スラグ中の酸化鉄濃度を指標として用いて、スラグ２のさい化状態を評価するものとなっている。
【００２１】
以下、本発明の転炉１でのさい化検出方法について、詳細に説明する。
本発明の転炉１でのさい化検出方法は、事前準備工程と、実作業工程との２つの工程を有している。
事前準備工程は、実作業時に得られるさい化指数からスラグ中の酸化鉄濃度を正確に予測できるように、予めさい化指数とスラグ中の酸化鉄濃度との関係を求めておくものとなっている。具体的には、事前準備工程は、転炉吹錬中に発生する音の周波数と操業因子の関係を調査するものであり、以降に示す（１）〜（５）の工程から構成されている。
【００２２】
まず、（１）の工程は、吹錬中の転炉１で発生する音を基に、スラグ２のさい化に起因する周波数帯に着目するというものである。
具体的には、吹錬中の炉内で発生する音の中には、炉内のスラグ２の形成状態、例えば炉内のスラグ２の厚みに合わせて変化するものがある。このような音としては、「転炉１吹錬中の酸素ランス３から供給される酸素に起因する音」および「スラグ２のさい化に起因する泡立ち音」が挙げられる。前述したもの以外の音は、炉内のスラグ形成状態（スラグ２の厚み等）にほとんど影響を受けない。
【００２３】
「転炉吹錬中の酸素ランス３から供給される酸素に起因する音」は、酸素ランス３から炉内に超音速で吹き込まれた酸素ジェット５が発生する音以外に、超音速で吹き込まれた酸素ジェット５が炉内で減速し、膨張していく際に発生する音の２つに分類できる。「転炉吹錬中の酸素ランス３から供給される酸素に起因する音」のなかで、前者の音は、非常に周波数の高い音である。一方、後者の音は比較的周波数が低い領域に発生する音である。また、後者の音は、酸素ランス３から吹き込まれた酸素ジェット５が減衰する影響をうけるため、酸素ランス３から供給される送酸速度に関連する。
【００２４】
すなわち、図３の「周波数１」の変化に示すように、送酸速度の変化により、この音の周波数と音圧は変化していく。この音の音圧は、送酸速度やランス高さが一定の条件下のように、同一の酸素供給条件下では音圧は減衰しない。ただし、酸素ノズルと溶銑間の酸素ジェット５の膨張領域に膨張時に発生する音を遮蔽するだけのスラグ２が存在しない場合には、この音の音圧は減衰する。例えば、吹錬中にスラグ２がフォーミングし、酸素ランス３先端近傍までスラグ２が上昇してくると、酸素ノズルと溶銑間の酸素ジェット５の膨張領域がスラグ２で覆われるために、この音の音圧は急激に減衰し、フォーミング高さが酸素ランス３先端部以上になるとほとんど消失する。そのため、この音の音圧変化が従来のフォーミング検知（スロッピング検知）で用いられていた。
【００２５】
前述の音は、吹錬中にスラグ２の酸化鉄濃度が上昇し、溶鋼中のCと反応（C+FeO→CO+Fe）して発生したCOガスがスラグ２中に滞留してスラグ２をフォーミングさせる現象を反映している。
吹錬中の炉内で発生する音の中で、より直接的にスラグ２のさい化を反映する音は「スラグ２のさい化に起因する泡立ち音」、言い換えればスラグ溶鋼界面におけるCOガスの発泡音である。この音は、スラグ中の酸化鉄濃度が上昇する程、活発に進行する（音圧が高くなる）ことから、本発明者はこの音がスラグ２の酸化度を反映すると考えた。
【００２６】
具体的には、上述した「スラグ２のさい化に起因する泡立ち音」は、以下のようにして特定することができる。
すなわち、吹錬中の時間、周波数、音圧強度を同時に解析することにより、吹錬の進行に伴い音圧強度が変動する周波数を見出した（本実施形態の場合、400〜500Hz、詳細は後述する）。さらに、この音圧強度が変動する周波数について、転炉１で溶銑装入から吹錬、出鋼、排さいを経て次回溶銑装入までの間に、音圧強度がどのように変化するかを連続的に測定することにより、「転炉１吹錬中の酸素ランス３から供給される酸素に起因する音」および「スラグ２のさい化に起因する泡立ち音」の周波数帯を特定する。
【００２７】
次に、吹錬の開始直後から中盤にかけての脱炭反応を優先した脱炭期（脱炭吹錬Ｉ期）の終了後、スラグ２をさい化を促進するために、造さい期の吹錬が行われる。この造さい期の吹錬では、上吹き酸素供給条件をソフトブロー化し、スラグ２溶鋼界面の酸化鉄濃度を上げてゆく。ここで、上述した周波数帯の中から、この造さい期に音圧が変化する音に注目する。このようにして得られる周波数帯の音が「スラグ２のさい化に起因する泡立ち音」である。
【００２８】
上述した「スラグ２のさい化に起因する泡立ち音」の音源、言い換えればスラグ２のさい化を反映する周波数（特定周波数）の音源は、従来のフォーミング検知（スロッピング検知）で用いられていた上吹酸素吐出音ではなく、スラグ溶銑界面におけるCOガスの発泡音であることが解明された。つまり、音響測定法での集音すべき周波数としては、スラグ２溶銑界面におけるCOガスの発泡音が最適であると判断される。
【００２９】
（２）の工程は、（１）の工程で着目した周波数帯の吹錬中における音圧の推移を確認するというものである。
具体的には、（１）の工程で周波数帯が特定されたら、周波数帯（本実施形態の場合、400〜500Hz、詳細は後述する）が特定された「転炉１吹錬中の酸素ランス３から供給される酸素に起因する音」および「スラグ２のさい化に起因する泡立ち音」について、吹錬中の音圧を連続的に測定する。
【００３０】
（３）の工程は、（２）の工程で確認した音圧の推移から、スラグ２のさい化に関する周波数帯の基準音圧を決めるというものである。
具体的には、吹錬開始直後から中盤の脱炭反応を優先した脱炭期（脱炭吹錬Ｉ期）では、脱C反応が主反応として進行する。そのため、スラグ溶銑界面の酸化鉄濃度はゆるやかに上昇するものの、大きくは増加しない。また、スラグ溶銑界面に付近におけるCOガスの発泡音はほとんど発生しない。
【００３１】
やがて、脱炭期（脱炭吹錬Ｉ期）が終了すると、スラグ２をさい化を促進するために、上吹き酸素供給条件をソフトブロー化し、スラグ溶鋼界面の酸化鉄濃度を上げていく造さい期が開始される。造さい期では、スラグ溶鋼界面付近の酸化鉄濃度が上昇するにともないスラグ溶鋼界面におけるCOガスの発泡音の音圧が上昇していく。その結果、脱炭期（脱炭吹錬Ｉ期）と造さい期（脱炭吹錬ＩＩ期）との間には、明らかな音圧の差が発生する。
【００３２】
このことを念頭におき、基準音圧として、脱炭吹錬Ｉ期における音圧（平均値）を採用することとした。
（４）の工程は、（２）の工程で確認されたスラグ２のさい化に関する周波数帯の音圧と、（３）の工程で決められた基準音圧との差からさい化指数を求めるものである。
具体的には、さい化指数とは、後ほど詳しく説明するが、造さい期において供給された酸素量の内、スラグ２中に残留している酸素量を示す指数である。
【００３３】
このさい化指数については、さい化に関する周波数帯の音圧と、（３）の工程で求められた基準音圧との差を求め、求められた差の最大値や平均値をさい化指数として用いることができる。しかし、望ましくは、さい化に関する音圧は、造さい期の吹錬中（さい化吹錬中）に徐々に増加していくことから、さい化に関する周波数帯の音圧と、基準音圧との差の積算値（時間積分値）をさい化指数として用いるとよい。
【００３４】
なお、各転炉１で実際にさい化指数を求めるに際しては、前述した基準音圧との差の最大値や平均値、あるいは積分値を調査しておき、最もさい化状態と相関がある値をさい化指数に用いれば良いのであり、前述の方法のどれかに限定してさい化指数を求めなくてはならないという訳ではない。
（５）の工程は、（４）の工程で求めたさい化指数と、このさい化指数でのスラグ２中の酸化鉄濃度との関係を求めるというものである。
【００３５】
具体的には、さい化指数とは、上述したように造さい期において供給された酸素量の内、スラグ２中に残留している酸素量を示す指数である。というのも、さい化指数は、間接的にスラグ２中の酸化鉄濃度を表すものであるからである。
この（５）の工程は、必要な酸化鉄濃度を得るためにさい化指数をどの様な値に制御するかを決めるために、さい化指数とスラグ２中の酸化鉄濃度との関係を事前に求めておくものとなっている。
【００３６】
以上が、事前準備工程である。上述した事前準備工程を経ることで、さい化指数とスラグ２中の酸化鉄濃度との関係が予め求められる。事前準備工程でさい化指数とスラグ２中の酸化鉄濃度との関係が求められたら、求められた関係を用いて実作業工程が行われる。
実作業工程は、事前準備工程で求められたさい化指数とスラグ２中の酸化鉄濃度との関係を用いて、実作業時に得られたさい化指数からスラグ２中の酸化鉄濃度を予測し、吹き止め時点でさい化状態が異常になるか正常になるかを判定するものとなっている。
【００３７】
具体的には、実作業工程は、以降に示す（６）〜（１０）の工程から構成されている。
まず、（６）の工程は、吹錬対象となる溶銑、言い換えれば溶製しようとする鋼種の目標さい化指数を設定するというものである。具体的には、実作業において、吹錬対象となる溶銑の鋼種（溶製鋼種）が決まると、吹錬において最終的に得なくてはならない溶銑の組成、言い換えれば吹止時点での鋼種毎のりん濃度の目標値が決まる。
【００３８】
また、吹錬前の溶銑成分を分析することで、吹錬前の溶銑のりん濃度がわかる。このようにして吹錬対象となる溶銑について、吹錬前後の溶銑のりん濃度が求まれば、両者の差から脱りん量を算出することができ、スラグ２中の酸化鉄濃度の目標値を決定することができる。
このようにしてスラグ２中の酸化鉄濃度の目標値が決まれば、上述した（５）の工程で得られる「さい化指数とスラグ２中の酸化鉄濃度との関係」を用いて、目標さい化指数を決定することができる。
【００３９】
（７）の工程は、吹錬対象となる溶銑の転炉１での吹錬を開始するというものである。すなわち、上述した（６）の工程で、溶銑のりん濃度、言い換えれば吹止時点での目標りん濃度が決まると、炉内に投入する副原料、上吹き送酸パターン、底吹きガス吹き込みパターンが自動的に決定されるため、吹錬を開始することが可能になる。この吹錬は、上述したように脱炭を主に行わせる脱炭吹錬Ｉ期と、造さいを主に行わせる脱炭吹錬ＩＩ期とに分かれている。
【００４０】
（８）の工程は、吹錬中のさい化指数の推移を基に、吹錬吹止時のさい化指数を推定するというものである。具体的には、この（８）の工程は、脱炭吹錬Ｉ期終了後、スラグ２をさい化を促進する脱炭吹錬ＩＩ期に行われる。つまり、脱炭吹錬ＩＩ期、言い換えれば造さい期は、上吹き酸素供給条件をソフトブロー化し、スラグ溶鋼界面の酸化鉄濃度を上げていくものとなっており、スラグ溶鋼界面付近の酸化鉄濃度が上昇するに伴いスラグ溶鋼界面におけるCOガスの発泡音の音圧も上昇していく。そのため、吹錬中のさい化指数の推移（現時点でのさい化指数の推移）を基に、吹錬吹止時のさい化指数を推定し、吹止時点でさい化指数がどこまで変化するかを予測する。
【００４１】
具体的には、（８）の工程で得られた結果を、（９）の工程に従って処理して「さい化異常」との判定が下されるか、（１０）の工程に従って処理して「さい化正常」との判定が下される。
すなわち、（９）の工程は、（８）の工程で推定したさい化指数が、吹錬吹止までに目標さい化指数を外れると推定された場合には「さい化異常」と判定するというものである。また、（１０）の工程は、（８）の工程で推定したさい化指数が、吹錬吹止までに目標さい化指数を外れない（例えば、下限値を下回らない）と推定された場合には「さい化良好」と判定するというものである。
【００４２】
つまり、（９）の工程は、造さい期中のさい化指数の推移から予測して、吹止までに目標さい化指数を満足できないと判断した場合に「さい化異常」と判定して、オペレータに対して「さい化異常」であることを指示するものである。また、（１０）の工程は、造さい期中のさい化指数の推移から予測して、吹止までに目標さい化指数を十分に満足できると判断した場合に「さい化正常」と判定して、オペレータに対して「さい化正常」であることを指示するものである。
【００４３】
上述したような転炉１でのさい化検出方法を行えば、転炉１吹錬で発生する音を用いて精度良くスラグ中の酸化鉄濃度、言い換えればスラグ２のさい化状態を予想することが可能となる。
【実施例】
【００４４】
次に、比較例及び実施例を用いて、本発明の転炉１でのさい化検出方法が有する作用効果について詳しく説明する。
実施例及び比較例は、容量が95tonの上底吹き式の転炉１（炉内半径2000mm、耐火物材質：MgO＝80〜90％, C=10〜20％）に、［C］＝3.6〜3.8質量％、[Si]＝0.0質量％、溶銑温度＝1240〜1300℃の溶銑を装入し、溶銑中に 孔直径：28.0mm,出口直径：38.4mmのノズルを、孔角度：12°,ノズル孔数：6個備えたノズルを挿し込み、上吹き吹錬を行ったものである。なお、上吹きに合わせて、溶銑にはCOガスを、4カ所の羽口から底吹きも行っている。
【００４５】
また、溶銑に対しては、さい化を促進するためにスラグ量が25〜60kg/ｔとなるように副原料を投入した。
さらに、炉内に装入される溶銑の湯面高さについては、サブランスプローブを用いて測定を行い、また炉内で発生する音については、転炉１の煙道に設けられた音響センサを用いて測定を行った。
【００４６】
上述した実験条件を表１に示す。
【００４７】
【表１】
2019135320.tif 000003
【００４８】
図１及び図２に示すように、上述した実験条件に従って吹錬を行い、上述した事前準備工程を行った。
具体的には、まず（１）の工程として、吹錬中の転炉１で発生する音を基に、スラグ２のさい化に起因する周波数帯に着目した。
図１の最も上に記載されるグラフは、吹錬前の転炉１で発生する音の周波数と音圧との関係を示したものである。吹錬前の転炉からは溶銑に熱せられた気体が発生しており、炉内で発生した機体が煙道内を通過する際に音が発生する。この音は、200Hz付近や700Hz付近に音圧のピークを備えている。
【００４９】
図１の上から２番目に記載されるグラフは、吹錬前の副原料投入時に、転炉１から発生する音の周波数と音圧との関係を示したものである。副原料を炉内に投入する際にはダンパーが動作するが、ダンパー動作音は目立ったピークとなってはいない。
図１の上から３番目に記載されるグラフは、吹錬開始時点での転炉１で発生する音の周波数と音圧との関係を示したものである。なお、この吹錬開始時点での送酸速度は15000Nm3/hであるが、この程度の送酸速度であれば供給された酸素は脱炭などの反応には寄与せず殆どが煙道に排出される。そのため、この吹錬開始時点では、煙道内を気体が通過する際に発生する音が、周波数が200Hz付近及び700Hz付近に観測され、この周波数の音圧は増加していく傾向がある。さらに、周波数が300〜400Hz付近には、酸素ランス３より供給される超音速ジェットに起因する音も発生している。
【００５０】
図１の最も下のグラフは、脱炭期（脱炭吹錬Ｉ期）に転炉１から発生する音の周波数と音圧との関係を示したものである。脱炭期で脱炭を行う際には、送酸速度を15000Nm3/hから21000Nm3/hへ増加することで、脱炭反応が促進される。この脱炭期においては、脱炭反応の増加に伴い、200Hz付近で発生する音の音程幅（確認される周波数域の広さ）が広くなる。
【００５１】
図２の最も上のグラフは、造さい期（脱炭吹錬ＩＩ期）の初期に転炉１から発生する音の周波数と音圧との関係を示したものである。造さい期に入ると、送酸速度が21000Nm3/hから6000Nm3/h〜8000Nm3/hへ低下させられ、またランス-湯面間距離も大きくなって、湯面に対する酸素ジェット５の衝突圧が低下する。この状態で、酸化鉄を炉内に装入すると、脱りん用のスラグ２が湯面に形成される。
【００５２】
上述した造さい期では、酸素ジェット５の衝突圧が低下し、送酸速度の低下による煙道内の気体通過音減少に伴い、0〜800Hzの音圧が減少する。
図２の上から２番目のグラフは、造さい期（脱炭吹錬ＩＩ期）の末期に転炉１から発生する音の周波数と音圧との関係を示したものである。サブランス投入時のランス口ではパージ用窒素ガスの流出音が発生し、この流出音により200Hz付近で発生する音の音程幅が広くなる。また、造さい期を通したスラグ２の溶融に伴い、400〜500Hzの音圧が増加する。
【００５３】
図２の最も下のグラフは、造さい期の後で転炉１から発生する音の周波数と音圧との関係を示したものである。上述した造さい期において脱りん用のスラグ２が十分に形成されたと判断したら、送酸速度を10000Nm3/ｈ程度に上昇させ、スラグ２と溶銑を攪拌することで脱りん反応を促進させる。このとき、スラグ２が溶融し、COガスがスラグ２中に残留することによってスラグ２が膨張するため、脱C反応が抑制され、煙道内の気体通過音が減少する。一方、脱炭期の実施前と比較すると、400〜500Hzの音圧が明らかに増加する。
【００５４】
上述した図１及び図２の各段階において炉内で発生する音を、発生する周波数帯に分類すると次のような種類の音が観測されることになる。
すなわち、
（200Hz）
「吹錬前より出現し、吹錬中に増加するため、煙道内を気体が通過する音と推定される。」
（300〜400Hz）
「吹錬開始の直後から音が出現するため、酸素ランス３からの供給されるジェットの音と推定した。また、吹錬の進行とともに音圧が緩やかに減少していくことから、スラグ２表面でスラグ２中残存COが発泡する音ではないと推定した。」
（400〜500Hz）
「第二工程の進行に伴い出現、音圧が増加するため、スラグフォーミングに伴い発生量の増加と発生源の上昇が生じるスラグ表面でスラグ２中に残存したCOが発泡する音と推定した。」
（700Hz）
「200Hzより音圧が低いが、吹錬前より出現し、吹錬中に増加するため、煙道内を気体が通過する音と推定した。」
（1500Hz〜）
「0〜1500Hzと比較し、ほとんど音が発生していないため、ノイズとして扱った。」
上述した分類に従えば、転炉１吹錬中のスラグ２のさい化に起因する音に関連する周波数帯は、400〜500Hzとなる。
【００５５】
上述した分類結果から判断すると、「スラグ２のさい化に起因する音」は、周波数帯が400〜500Hzの音であると考えることができる。そこで、（２）の工程として、400〜500Hzの周波数帯の音について吹錬中での推移を調査した。調査の結果を図４に示す。
図４に示されるように、400〜500Hzの周波数帯の音は、吹錬時間の経過に応じて変化している。同図に重畳されている送酸速度の変化と合わせて考えると、送酸速度が大きい65.0minから273.0minの期間では400〜500Hzの周波数の音圧は40〜60dBとなっているが、送酸速度が50%以下まで下がった273.0minから417.0minの期間では音圧は40〜90dBとなり、送酸速度の減少、言い換えれば脱炭期から造さい期への吹錬条件の変動に対応して400〜500Hzの音圧は増加していることがわかる。このようにして工程（２）で400〜500Hzの周波数帯の音について吹錬中での推移が得られたら、以降の工程（３）でスラグ２のさい化に関する周波数帯の基準音圧を決める。
【００５６】
図５に示すように、工程（３）では、スラグ２のさい化に関する周波数帯の基準音圧を決める場合には、まず造さい期を定義する必要がある。上述したように造さい期は、湯面に対する酸素ジェット５の衝突圧を下げて、脱りん用のスラグ２の形成を促進させる期間であるため、脱炭期との違いは送酸速度に現れる。そこで、本発明では、脱炭最盛期の送酸速度に比して、送酸速度が50％以上下げられた期間を造さい期と定義する。
【００５７】
一方、スラグ２のさい化に関する周波数帯の基準音圧は、造さい期以降に炉内で発生する音圧の基準となるものであり、造さい期より前の音圧が増加していない状態の音圧を基準とするのが好ましい。そこで、本発明では、脱炭最盛期における400〜500Hzの周波数の音圧を計測し、計測された音圧の平均値を基準音圧とした。なお、図５に示す基準音圧は、40dBであり、図中に太線で示すものとなっている。
【００５８】
図６に示すように、基準音圧が決定されたら、工程（４）として、さい化指数を求める。このさい化指数は、本実施形態の場合、スラグ２のさい化に関する周波数帯の音圧と、工程（３）で求められた基準音圧との差を積分することで算出される。具体的には、さい化指数は、以下の式に従って得られるものである。つまり、造さい期の開始から、音圧の実績値から基準音圧を差し引いた値を一秒ごとに求め、求めた一秒ごとの差を積算したものがさい化指数となっている。
【００５９】
【数１】
2019135320.tif 000004
【００６０】
ただし、Ｔstart：造さいの開始時間、Ｔend：吹錬終了時間
なお、図５の例であれば、273.0minから465.0minまでの期間の積算値で求めた場合には、さい化指数は8176［dB・s］となる。
図７に示すように、さい化指数が決定されたら、工程（５）として、さい化指数と、このさい化指数でのスラグ中の酸化鉄濃度との関係を求める。具体的には、以下に示すような操業条件で吹錬を行い、吹錬中にスラグ２を採取して、スラグ中の酸化鉄濃度を計測した。なお、この吹錬を行う際の操業条件は、以下に示すものとなっている。
（造さい前の条件）
・吹錬前溶銑りん濃度=0.008%〜0.015%
（造さい期の吹錬条件）
・造さい期時間=2.5〜5min
・ランス高さLh=2.2m
・送酸速度＝7000〜9000Nm3/h
・底吹きガス流量＝200〜250Nm3/h
（吹止条件）
・吹止時溶鋼％[C]＝0.50〜0.80％
上述した操業条件で吹錬を行って造さいされたスラグ２について、さい化指数と、このさい化指数でのスラグ２中の酸化鉄濃度を求め、求められた数値をスロットすると図７に示すような関係が得られる。
【００６１】
上述した工程（１）〜工程（５）が事前準備工程の実施例である。
次に、実作業工程の実施例について説明する。上述した事前準備工程で「さい化指数とスラグ２中の酸化鉄濃度との関係」が得られたら、工程（６）として、吹錬対象となる溶銑の目標さい化指数を設定する。具体的には、この目標さい化指数は、吹錬対象となる鋼種が決定されたら、自ずと決定される。つまり、鋼種には、その鋼種の製品規格があり、製品規格により溶銑の炭素濃度、りん濃度、硫黄濃度が定まっている。
【００６２】
例えば、C=0.65%、P＜0.015%、S＜0.010%、Si＝2.5％の高C鋼を製造する場合であれば、転炉１吹錬終了から鋳造終了までの期間中のP汚染量を考慮すると、吹止時点でのりん濃度目標値は規格上限（＝0.015％）-P汚染量（＝0.005％）＝0.010％と設定することができる。
一方、この鋼種の溶銑を吹錬前に成分分析すると、溶銑中のりん濃度を実測することができる。本実施形態の場合は0.015％となっている。そのため、吹錬中の目標脱りん量は、次式を用いて求めることができる。
【００６３】
吹錬で脱りんすべき目標脱りん量＝溶銑中のりん濃度（0.015％）-吹止時点でのりん濃度目標値（0.010％）＝0.005％
このように吹錬で脱りんすべき脱りん量がわかれば、過去の鋼種の吹錬データから、この鋼種で脱りん量が0.005％となるような、吹止時点でのスラグ中の酸化鉄濃度目標値が決定される。なお、本実施形態の場合であれば、この吹止時点でのスラグ２中の酸化鉄濃度目標値は22％となる。そして、吹止時点でのスラグ中の酸化鉄濃度目標値が22％に決定されたら、上述した「さい化指数とスラグ中の酸化鉄濃度との関係」を用いて、目標さい化指数が決定される。
【００６４】
すなわち、事前準備工程で得られた「さい化指数とスラグ中の酸化鉄濃度との関係」の図より、吹錬における脱りん量が0.005％となるためのさい化指数は7000dB・s必要であることがわかる。それゆえ、（６）の工程では、目標さい化指数を7000dB・sに設定した。
上述したように目標さい化指数が決定されたら、転炉吹錬を開始する。
例えば、溶銑C濃度＝3.9％、溶銑Si濃度＝0.00％、溶銑P濃度＝0.015％、溶銑Mn濃度＝0.04％、溶銑S濃度＝0.005％であって、溶銑温度＝1300℃の溶銑100tに対して転炉１吹錬する。この吹錬では、副原料として焼石灰2000kg/ch、珪石500kgを炉内に投入し、また初期の送酸速度1500Nm3/h、ランス高さ2mで吹錬を開始した。また、この送酸速度は、吹錬を開始した１min後に21000Nm3/hに増加し、さらに吹錬開始10min後にはスラグ２をさい化すべく、8000nm3/hに下げ、ランス高さも2.2ｍに変更し、5min間さい化吹錬を行った。
【００６５】
図９に示すように400〜500Hzの音圧の変化を吹錬中に確認すると共に、図１０に示すようにさい化指数の変化を吹錬中に確認した。その結果、図１０に示すように吹錬開始12minの段階で、吹錬終了までにさい化指数が7000sを下回ることが予想されたので、12minの時点で「さい化異常」と判定し、監視画面にアラームを表示した。
一方、同じ吹錬条件で別の溶銑を処理し、図１１に示すように400〜500Hzの音圧の変化を吹錬中に確認すると共に、図１２に示すようにさい化指数の変化を吹錬中に確認した。得られた結果を、図１１及び図１２に示す。
【００６６】
図１２に示すように、吹錬開始12min付近で、吹錬終了までにさい化指数が7000s以上となることが予想されたので、この時点で「さい化良好」と判定し、監視画面に現時点の吹錬状態を継続するように表示した。
以上に述べたように、本発明の技術を用いることで、転炉吹錬で発生する音を用いて精度良くスラグ２中の酸化鉄濃度、言い換えればスラグ２のさい化状態を予想し推定することが可能となる。
【００６７】
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。
【符号の説明】
【００６８】
１  転炉
２  スラグ
３  酸素ランス
４  溶湯（溶銑）
５  酸素ジェット
【図１】
2019135320.tif 000005
【図２】
2019135320.tif 000006
【図３】
2019135320.tif 000007
【図４】
2019135320.tif 000008
【図５】
2019135320.tif 000009
【図６】
2019135320.tif 000010
【図７】
2019135320.tif 000011
【図８】
2019135320.tif 000012
【図９】
2019135320.tif 000013
【図１０】
2019135320.tif 000014
【図１１】
2019135320.tif 000015
【図１２】
2019135320.tif 000016