(57)【要約】      （修正有）【課題】羽口の個数の増加を伴わず、かつ、スロッシング抑制部材と溶湯との接触を伴わずして、転炉本体内の溶湯の、送酸起因のスロッシングを抑制する。【解決手段】転炉１０は、転炉本体１、転炉本体１を支持するトラニオンリング２、並びに転炉本体１及びトラニオンリング２を搭載し傾転させる傾転装置３を有し、トラニオンリング２から転炉本体１を水平方向に振れる吊り下げ部材５を具備し、吊り下げ部材５の長さが、溶湯収容時の転炉本体１の水平方向の振れの固有振動数と送酸時に計測したスロッシング周波数とが同期するよう調整された転炉１０。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉本体、該転炉本体を支持するトラニオンリング、ならびに前記転炉本体および前記トラニオンリングを搭載し傾転させる傾転装置を有する転炉において、前記トラニオンリングから前記転炉本体を水平方向に振れる吊り下げ部材を具備したことを特徴とする転炉。
【請求項２】
前記吊り下げ部材の長さが、溶湯収容時の転炉本体の水平方向の振れの固有振動数と送酸時に計測したスロッシング周波数とが同期するよう調整されたことを特徴とする請求項１に記載の転炉。
【請求項３】
前記転炉本体と前記トラニオンリングとの間にバネとダンパとからなる部材であるバネ‐ダンパを具備したことを特徴とする請求項１または２に記載の転炉。
【請求項４】
前記傾転装置が溶湯を装入し出湯する方向にスライドし、該傾転装置のスライド方向の両端にバネとダンパとからなる部材であるバネ‐ダンパを具備したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の転炉。
【請求項５】
前記転炉本体にスロッシングによる溶湯の波の方向及び周波数をオンタイムで計測するスロッシング計測器を具備し、
かつ、前記転炉本体と前記トラニオンリングとの間で伸縮し、前記スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記転炉本体を溶湯の波の進行方向と同方向に振れさせるアクチュエータを具備したことを特徴とする請求項１または２に記載の転炉。
【請求項６】
前記転炉本体にスロッシングによる溶湯の波の方向及び周波数をオンタイムで計測するスロッシング計測器を具備し、
かつ、前記スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記転炉本体を溶湯の波の進行方向と同方向に振れさせるよう前記傾転装置を制御する傾転制御手段を具備したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の転炉。
【請求項７】
転炉本体、該転炉本体を支持するトラニオンリング、ならびに前記転炉本体および前記トラニオンリングを搭載する転炉傾転装置を有する転炉を用いる転炉操業方法において、前記トラニオンリングから前記転炉本体を水平方向に振れる吊り下げ部材を設けることを特徴とする転炉操業方法。
【請求項８】
前記吊り下げ部材の吊り下げ長さを、溶湯収容時の前記転炉本体の水平方向の振れの固有振動数と送酸時に計測したスロッシング周波数とが同期するよう調整することを特徴とする請求項７に記載の転炉操業方法。
【請求項９】
前記転炉本体と前記トラニオンリングとの間にバネとダンパとからなる部材であるバネ‐ダンパを具備し、該バネ‐ダンパのバネ定数および減衰係数を前記スロッシング周波数に応じて調整することを特徴とする請求項７または８に記載の転炉操業方法。
【請求項１０】
前記傾転装置を、溶湯を装入し出湯する方向にスライド可能とし、前記傾転装置のスライド方向両端部にバネとダンパとからなる部材であるバネ‐ダンパを具備し、該バネ‐ダンパのバネ定数および減衰係数を前記スロッシング周波数に応じて調整したことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の転炉操業方法。
【請求項１１】
請求項５に記載の転炉を用いる転炉操業方法において、前記スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記アクチュエータが前記転炉本体を溶湯の波の方向と同方向に振れさせるよう伸縮することを特徴とする転炉操業方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の転炉を用いる転炉操業方法において、前記傾転装置制御手段が、前記スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記傾転装置が前記転炉本体を溶湯の波の進行方向と同方向に振れさせるよう前記傾転装置を制御することを特徴とする転炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送酸中の転炉内の溶湯のスロッシングを抑制する、転炉および転炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉精錬において、転炉本体内の溶湯（溶銑または溶鋼）への送酸に起因して、転炉本体内で溶湯が激しく揺動する、溶湯のスロッシングという現象がある。なお、「送酸」とは、酸素を送り込むことを意味し、従来より転炉の炉口からランスを挿入して行っている。
一般に、スロッシングとは、容器内の液体が外部からの比較的長周期な振動によって揺動することを意味する。
【０００３】
溶湯のスロッシングに関係しては、以下に掲げる問題がある。
（ア）  溶湯のスロッシングが生じると、溶湯が炉外に漏れて歩留まり低下する恐れや、高温の溶湯が周辺設備に掛って破損の恐れがある。
（イ）  転炉精錬において、送酸量と精錬速度は比例するが、送酸量が多いほど、溶湯のスロッシングも激しくなるため、送酸量アップによる精錬速度の向上には限界がある。
したがって、転炉精錬では、溶湯のスロッシングを抑制することが重要である。
溶湯あるいはそれ以外の液体のスロッシングに関して、以下の文献がある。
【０００４】
特許文献１では、転炉内の溶鋼のスロッシングに関して、炉側面に横吹羽口、炉の加速度検出装置及び振動数解析装置を具備する転炉を用いて、振動数解析装置で求められた溶鋼の振動数に応じて、横吹羽口からの吹込みガス量を制御することで溶鋼のスロッシングを抑制する吹錬操業方法を提案している。
【０００５】
一方、特許文献２では、容器内の液体のスロッシングに関して、風や地震などの構造物に作用する振動外力の影響を低減させるための動吸振器として、構造物から吊るされた水槽からなる振り子式動吸振器と水槽内部の液体からなるスロッシングダンパにより２重動吸振器を構成する第１の振り子水槽ダンパと、構造物から吊るされた水槽からなる振り子式動吸振器と水槽内部の液体からなるスロッシングダンパにより２重動吸振器を構成する第２の振り子水槽ダンパを有し、第１の振り子水槽ダンパと第２の振り子水槽ダンパをバネで連結したものを提案している。
【０００６】
また、特許文献３では、液体を貯蔵するタンク内に液面に平行した可撓性の薄膜を有し、液面の動きに合わせて薄膜が伸縮、展開することで、スロッシングを抑制することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０９−１７６７１９号公報
【特許文献２】特公平０８−００３２８９号公報
【特許文献３】特許第４１６３１０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法では必然的に羽口の個数が増加する。転炉において羽口は溶湯の逆流や溶損によるトラブルが多発する部位であり、転炉の補修周期は羽口に律速されるため、羽口の個数が増加する特許文献１の方法では、耐火物の寿命が短くなる問題や、羽口起因のトラブル発生のリスクが高まる問題がある。
【０００９】
また、特許文献２の方法は、水槽内でスロッシングを生じさせることで、水槽の外側に位置する構造物の振動を抑制することが目的であるため、容器内の液体（例えば転炉本体内の溶湯）のスロッシングを抑制する目的には使用できない。
【００１０】
また、特許文献３の方法では、薄膜からなるスロッシング抑制部材が液体に直接触れる方式でスロッシングを抑制するが、転炉で扱う液体は高温の溶湯であり、スロッシング抑制部材の高温による焼損や、スロッシング抑制部材へ触れた溶湯が固化して地金付着が発生するため実施困難である。
【００１１】
本発明は、上記の事情に鑑み、羽口の個数の増加を伴わず、かつ、スロッシング抑制部材と溶湯との接触を伴わずして、転炉本体内の溶湯の、送酸起因のスロッシングを抑制する、転炉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】
【００１２】
発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討し、その結果、トラニオンリングで支持される転炉本体を、前記トラニオンリングから吊り下げ部材を介して水平方向の振れが可能に吊り下げ、この吊り下げ時および溶湯収容時の転炉本体の水平方向の振れの固有振動数が、送酸時に計測した溶湯のスロッシング周波数と同期するように、前記吊り下げ部材の吊り下げ長さを調整することにより、送酸起因の溶湯のスロッシングを抑制できるという知見を獲得し、本発明をなすに至った。なお、スロッシング周波数とは、スロッシングによって生じる波の周波数（周期の逆数）のことである。一般に波の高さ、周期、波の向き（波の進行方向）は、レーダーや超音波を波面に照射し、その反射波を解析する計測器により測定できる。あるいは、転炉やトラニオンリングに加速度計を設置して測定してもよい。波がスロッシングによる波である場合、本明細書では、前記計測器をスロッシング計測器という。
【００１３】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
（１）  転炉本体、該転炉本体を支持するトラニオンリング、ならびに前記転炉本体および前記トラニオンリングを搭載し傾転させる傾転装置を有する転炉において、前記トラニオンリングから前記転炉本体を水平方向に振れる吊り下げ部材を具備したことを特徴とする転炉。
（２）  （１）の転炉において、前記吊り下げ部材の長さが、溶湯収容時の転炉本体の水平方向の振れの固有振動数と送酸時に計測したスロッシング周波数とが同期するよう調整されたことを特徴とする転炉。
（３）  （１）または（２）の転炉において、前記転炉本体と前記トラニオンリングとの間にバネとダンパとからなる部材であるバネ‐ダンパを具備したことを特徴とする転炉。
（４）  （１）〜（３）のいずれかの転炉において、前記傾転装置が溶湯を装入し出湯する方向にスライドし、該傾転装置のスライド方向の両端にバネとダンパとからなる部材であるバネ‐ダンパを具備したことを特徴とする転炉。
（５）  （１）または（２）の転炉において、前記転炉本体にスロッシングによる溶湯の波の方向及び周波数をオンタイムで計測するスロッシング計測器を具備し、
かつ、前記転炉本体と前記トラニオンリングとの間で伸縮し、前記スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記転炉本体を溶湯の波の進行方向と同方向に振れさせるアクチュエータを具備したことを特徴とする転炉。
（６）  （１）〜（４）のいずれかの転炉において、前記転炉本体にスロッシングによる溶湯の波の方向及び周波数をオンタイムで計測するスロッシング計測器を具備し、
かつ、前記スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記転炉本体を溶湯の波の進行方向と同方向に振れさせるよう前記傾転装置を制御する傾転制御手段を具備したことを特徴とする転炉。
（７）  転炉本体、該転炉本体を支持するトラニオンリング、ならびに前記転炉本体および前記トラニオンリングを搭載する転炉傾転装置を有する転炉を用いる転炉操業方法において、前記トラニオンリングから前記転炉本体を水平方向に振れる吊り下げ部材を設けることを特徴とする転炉操業方法。
（８）  （７）の転炉操業方法において、前記吊り下げ部材の吊り下げ長さを、溶湯収容時の前記転炉本体の水平方向の振れの固有振動数と送酸時に計測したスロッシング周波数とが同期するよう調整することを特徴とする転炉操業方法。
（９）  （７）または（８）の転炉操業方法において、前記転炉本体と前記トラニオンリングとの間にバネとダンパとからなる部材であるバネ‐ダンパを具備し、該バネ‐ダンパのバネ定数および減衰係数を前記スロッシング周波数に応じて調整することを特徴とする転炉操業方法。
（１０）  （７）〜（９）のいずれかの転炉操業方法において、前記傾転装置を、溶湯を装入し出湯する方向にスライド可能とし、前記傾転装置のスライド方向両端部にバネとダンパとからなる部材であるバネ‐ダンパを具備し、該バネ‐ダンパのバネ定数および減衰係数を前記スロッシング周波数に応じて調整したことを特徴とする転炉操業方法。
（１１）  （５）の転炉を用いる転炉操業方法において、前記スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記アクチュエータが前記転炉本体を溶湯の波の方向と同方向に振れさせるよう伸縮することを特徴とする転炉操業方法。
（１２）  （６）の転炉を用いる転炉操業方法において、前記傾転装置制御手段が、前記スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記傾転装置が前記転炉本体を溶湯の波の進行方向と同方向に振れさせるよう前記傾転装置を制御することを特徴とする転炉操業方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記トラニオンリングから前記転炉本体を水平方向に振れる吊り下げ部材を具備し、該吊り下げ部材の長さが、溶湯収容時の転炉本体の水平方向の振れの固有振動数と送酸時に計測したスロッシング周波数とが同期するよう調整されたから、羽口の個数の増加を伴わず、かつ、スロッシング抑制部材としての前記吊り下げ部材と溶湯との接触を伴わずして、転炉本体内の溶湯の、送酸起因のスロッシングを容易に抑制することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る転炉の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る転炉の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る転炉の一例を示す概略図である。
【図４】本発明例と従来例とにおける浴振幅と底吹き流量の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明について、図１〜図３に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態の一例を示す概略図である。なお、図１において（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図（矢印Ａは上向き）である。図１の例に示されるように、本発明では、転炉本体１、転炉本体１を支持するトラニオンリング２、ならびに転炉本体１およびトラニオンリング２を搭載し傾転させる傾転装置３を有することを本発明の前提とする。
【００１７】
傾転装置３は、トラニオンリング２の傾転軸２Ａを回転させてトラニオンリング２を傾転させる。この際、トラニオンリング２が転炉本体１と直接接触しない間は転炉本体１は傾転しないが、トラニオンリング２が転炉本体１と直接接触したまま傾転すると、転炉本体１はトラニオンリング２から力を受け、トラニオンリング２と共に傾転する。
【００１８】
なお、転炉本体１は、溶湯を炉内で処理するための炉内処理室（図示せず）と、該炉内処理室への溶湯の出入り口として上方に設けられた開口である炉口（図示せず）を備えており、また、前記炉内処理室内の溶湯に送酸を行う手段として、前記ランスに加え、底吹き送酸手段（図示せず）を備えていてもよい。
【００１９】
第１の実施形態では、本発明の前提下で、転炉１０は、トラニオンリング２から転炉本体１を、転炉本体１の水平方向に振れ、転炉本体１を吊り下げる吊り下げ部材５を具備する。吊り下げ部材５は転炉本体１の円周方向の４箇所において、トラニオンリング２とは上支点５Ａで連結し、転炉本体１とは下支点５Ｂで連結した。上支点５Ａと下支点５Ｂとは、水平面内で互いに直交するＸ方向とＹ方向の振れが可能な連結手段からなる。このような連結手段として、例えば自在継手（ユニバーサルジョイント）が挙げられる。これにより、転炉本体１は、送酸起因のスロッシングによる転炉本体１内の溶湯の波の力が転炉本体１に加わると、波の進行方向（Ｘ方向とＹ方向に分解される方向）に振れる。なお、本明細書では、傾転軸２Ａの軸方向をＹ方向、水平面内でＹ方向と直交する方向をＸ方向とする。
【００２０】
一方、従来の転炉（図示せず）では、転炉本体がトラニオンリングに固定された状態（以下、炉固定状態という。）にあるため、転炉本体１の水平面内での振れは起こらない。
【００２１】
そして、本発明の第１の実施形態では、吊り下げ部材５の長さ（上支点５Ａから下支点５Ｂまでの長さ）は、溶湯収容時の転炉本体１の水平面内での振れの固有振動数と、送酸時に計測したスロッシング周波数とが同期する長さとした。
【００２２】
スロッシング周波数は、予め、炉固定状態の転炉での実操業の送酸条件下で、前記スロッシング計測器を用いて計測しておき、吊り下げ部材の長さの値を算出する。算出した吊り下げ部材の長さの値は、スロッシング周波数と固有振動数とが同期する長さの値として、実際の吊り下げ部材５の長さとする。
【００２３】
これにより、転炉本体１は、スロッシングに応じて、溶湯の波が静まるように水平方向の振れを生じるので、転炉１０によれば、転炉本体１内の溶湯への送酸に起因して生じる溶湯のスロッシングを抑制することができる。吊り下げ部材５は転炉本体１の外側に設けられるから、転炉本体１内の溶湯と接触することはない。また、吊り下げ部材５は羽口とは無関係なので、本発明では、羽口の個数が増えることもない。
【００２４】
次に、図２は本発明の第２の実施形態の一例を示す概略図である。なお、図２において（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図（矢印Ｂは上向き）である。第２の実施形態に係る転炉１０は、第１の実施形態において、転炉本体１とトラニオンリング２との間にバネ‐ダンパ６（バネとダンパからなる部材）を具備した。
【００２５】
前記第２の実施形態よれば、バネ‐ダンパ６のバネ定数、減衰係数のいずれか一方または両方を、前記スロッシング周波数に応じて調整することにより、第１の実施形態と比べて、スロッシング抑制効果をより大きくすること（例えば溶湯の波をより早く鎮静させること、あるいは、鎮静後の最終的な波の高さをより小さくすること）が可能である。
【００２６】
次に、図３は本発明の第３の実施形態の一例を示す概略図である。なお、図３において（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ矢視図（矢印Ｃは下向き）である。図３の例では、第１の実施形態において、傾転装置３が溶湯を装入し出湯する方向である傾転軸２Ａに直交する方向（前述のとおりＸ方向である。）にスライド可能であり、傾転装置３のスライド方向（これも当然Ｘ方向である。）の両端にバネ‐ダンパ７（バネとダンパからなる部材）を具備した。なお、第３の実施形態では、第１の実施形態をベースとした場合の、図３に例示した形態に限らず、第２の実施形態をベースとした場合でも同様に、傾転装置がＸ方向にスライド可能であり、傾転装置のＸ方向の両端にバネ‐ダンパを具備した形態（図示せず）としてもよい。
【００２７】
前記第３の実施形態によれば、第１の実施形態または第２の実施形態のスロッシング抑制効果に加え、溶湯のスロッシングに応じて傾転装置および転炉本体がＸ方向（溶湯を装入し出湯する方向）の両端間を弾力的かつ減衰的な挙動で往復することによるスロッシング抑制効果も重畳させることができる。
【００２８】
また、前記第１の実施形態（図１参照）においては、転炉本体１にスロッシングによる溶湯の波の方向、波の高さおよび周波数をオンタイムで計測するスロッシング計測器（オンタイム計測用スロッシング計測器という。図示せず）を具備し、かつ、転炉本体１とトラニオンリング２との間で伸縮し、前記オンタイム計測用スロッシング計測器の計測出力信号に応じて前記転炉本体を溶湯の波の進行方向と同方向に振れさせるアクチュエータ（振れ方向制御用アクチュエータという。図示せず）を具備してもよい。
【００２９】
前記オンタイム計測用スロッシング計測器および前記振れ方向制御用アクチュエータを具備した形態によれば、実操業中に前記オンタイム計測用スロッシング計測器および前記振れ方向制御用アクチュエータを稼動させることで、これらを具備しない形態と比べ、実操業中のスロッシングによる波の方向に転炉本体の振れの方向をよりよく合致させることができ、より大きなスロッシング抑制効果が得られる。
【００３０】
また、前記第１の実施形態（図１参照）、前記第２の実施形態（図２参照）または前記第３の実施形態（図３参照）においては、転炉本体１にスロッシングによる溶湯の波の方向及び周波数をオンタイムで計測するスロッシング計測器（前記オンタイム計測用スロッシング計測器である。図示せず。）を具備し、かつ、前記オンタイム計測用スロッシング計測器の計測出力信号に応じて転炉本体１を溶湯の波の進行方向と同方向に振れさせるよう傾転装置３を制御する傾転制御手段（図示せず）を具備してもよい。
【００３１】
前記オンタイム計測用スロッシング計測器および前記傾転制御手段を具備した形態によれば、実操業中に前記オンタイム計測用スロッシング計測器および前記傾転制御手段を稼動させることで、これらを具備しない形態と比べ、実操業中のスロッシングによる波の方向に転炉本体の振れの方向をよりよく合致させることができ、より大きなスロッシング抑制効果が得られる。
【実施例】
【００３２】
本発明例として、前記第１の実施形態（図１参照）に係る転炉１０を用い、転炉本体１の前記炉内処理室（図示せず）内の３２０トンの溶湯に送酸する転炉操業を行った。ここで、送酸される酸素の流量である送酸量は、約２００Ｎｍ３／ｍｉｎ〜約９００Ｎｍ３／ｍｉｎの範囲である。この送酸量の範囲内では、予め、炉固定状態で前記スロッシング計測器により計測したスロッシング周波数は平均値が０．３Ｈｚ、範囲が平均値０．３±０．０５Ｈｚであった。そこで、前記計測したスロッシング周波数の平均値から、算出した吊り下げ部材の長さの値＝２０００ｍｍを、実際の吊り下げ部材５の長さとした。
【００３３】
一方、従来例は、本発明例において、炉固定状態（転炉本体１をトラニオンリング２に固定した状態）とした以外は本発明例と同様とした例である。
【００３４】
本発明例と従来例とで、前記送酸量の範囲で、送酸中の浴振幅（溶湯の波高さの１／２）を前記スロッシング計測器にて計測した。その結果を図４に示す。図４から、本発明例と従来例では、ともに浴振幅が送酸量の増加につれて増加するが、本発明例の浴振幅は従来例の浴振幅と比べて小さく、しかも両者の差は送酸量の増加と共に拡大しており、本発明により、溶湯のスロッシングが抑制できたことが明らかである。
【００３５】
さらに、転炉操業中の溶湯のスロッシングによる溶湯の炉外飛散状況を本発明例と従来例とで、比較調査した。この調査結果から、従来例では、送酸量が約５００Ｎｍ３／ｍｉｎ以上で溶湯の炉外飛散が発生し、その発生量は送酸量の増加につれて増大するのに対し、本発明例では、前記送酸量の範囲が９００Ｎｍ３／ｍｉｎ以内の全域にわたり、溶湯の炉外飛散が発生しないことが分かった。
【符号の説明】
【００３６】
１  転炉本体
２  トラニオンリング
２Ａ  傾転軸
３  傾転装置
５  吊り下げ部材
５Ａ  上支点
５Ｂ  下支点
６  バネ‐ダンパ（転炉本体１とトラニオンリング２との間に具備）
７  バネ‐ダンパ（傾転装置３のスライド方向両端に具備）
１０  転炉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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