(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑の酸化精錬を行う転炉の操業を監視する、転炉の操業監視方法であって、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の変化率を求め、
求めた発光強度の変化率に基づいて、脱珪期の終了及び／または脱炭反応が酸素供給律速から溶融鉄中の炭素の物質移動律速に移行したことを判定する、転炉の操業監視方法。
【請求項２】
前記発光強度の変化率として、下記の（１）式で定義される発光強度変化率を算出し、算出される発光強度変化率の時間変化に基づいて、脱珪期の終了及び／または脱炭反応が酸素供給律速から溶融鉄中の炭素の物質移動律速に移行したことを判定する、請求項１に記載の転炉の操業監視方法。
発光強度変化率＝（Ｉn/Ｉn-1）−１……（１）
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１は、時刻ＴｎのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における特定波長の発光強度（a.u.）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【請求項３】
前記発光強度の変化率として、下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、算出される発光強度移動平均変化率の変化に基づいて、脱珪期の終了及び／または脱炭反応が酸素供給律速から溶融鉄中の炭素の物質移動律速に移行したことを判定する、請求項１に記載の転炉の操業監視方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【請求項４】
転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑を脱珪、脱燐および脱炭し、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記溶銑が０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑であり、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の変化率を求め、
求めた発光強度の変化率に基づいて脱珪期の終了を判定し、
脱珪期の終了を判定した後に、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
【請求項５】
前記発光強度の変化率として、下記の（１）式で定義される発光強度変化率を算出し、算出される発光強度変化率が、上吹きランスからの酸化性ガスの吹き付けを開始した後に予め設定された閾値を超えた時点で、脱珪期の終了と判定する、請求項４に記載の転炉の操業方法。
発光強度変化率＝（Ｉn/Ｉn-1）−１……（１）
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１は、時刻ＴｎのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における特定波長の発光強度（a.u.）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【請求項６】
前記発光強度の変化率として、下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、算出される発光強度移動平均変化率が、上吹きランスからの酸化性ガスの吹き付けを開始した後に予め設定された閾値を超えた時点で、脱珪期の終了と判定する、請求項４に記載の転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【請求項７】
脱珪期の終了を判定した後における前記調整が、前記上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量を増加するとともに、前記上吹きランスのランス高さを低下するか、或いは、前記底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を減少する調整である、請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の転炉の操業方法。
【請求項８】
転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑を脱炭精錬し、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の変化率を求め、
脱炭精錬の後半に、求めた発光強度の変化率に基づいて、脱炭反応が酸素供給律速から溶融鉄中の炭素の物質移動律速に移行したことを確認し、
その後、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
【請求項９】
転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑を脱炭精錬し、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（１）式で定義される発光強度変化率を算出し、
算出される発光強度変化率が、脱炭精錬の後半に、予め設定された閾値以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
発光強度変化率＝（Ｉn/Ｉn-1）−１……（１）
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１は、時刻ＴｎのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における特定波長の発光強度（a.u.）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【請求項１０】
転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑を脱炭精錬し、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、脱炭精錬の後半に、予め設定された閾値以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【請求項１１】
前記予め設定された閾値以下を満たす時点での前記調整が、前記上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量を減少するとともに、前記上吹きランスのランス高さを低下するか、或いは、前記底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を増加する調整である、請求項９または請求項１０に記載の転炉の操業方法。
【請求項１２】
転炉に収容された、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑に上吹きランスから酸化性ガスを供給して溶銑を脱珪する脱珪処理工程と、
該脱珪処理工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排出する排滓工程と、
該排滓工程の後、前記転炉にＣａＯ系媒溶剤を添加し、前記上吹きランスから酸化性ガスを供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐する脱燐処理工程と、
該脱燐処理工程の後、脱燐した溶銑を前記転炉から溶銑保持容器に出湯する出湯工程と、
を有する転炉の操業方法であって、
前記脱珪処理工程で、前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、予め設定された閾値を超えた時点で、前記排滓工程に移行する、転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【請求項１３】
転炉に収容された、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑に上吹きランスから酸化性ガスを供給し、更にＣａＯ系媒溶剤を添加して、溶銑を脱珪する脱珪処理工程と脱燐処理工程とを連続して行い、
その後、脱珪処理工程および脱燐処理工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する排滓工程と、
該排滓工程の後、前記転炉にＣａＯ系媒溶剤を添加し、前記上吹きランスから酸化性ガスを供給して転炉内に残留させた溶銑を脱炭する脱炭精錬工程と、
を有し、１基の転炉で溶銑を酸化精錬して溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記脱珪処理工程および前記脱燐処理工程で、前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、予め設定された閾値を超えた時点、或いは予め設定された閾値を超えた時点を基準に所定時間経過した時点または所定酸素量を供給した時点で、脱珪処理工程、または、脱珪処理工程および脱燐処理工程で生成したスラグの排滓工程に移行する、転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【請求項１４】
２基の転炉を用い、一方を溶銑の予備処理炉として使用し、他方を前記予備処理炉で予備処理された溶銑の脱炭炉として使用して、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記予備処理は、転炉内に収容された、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑に上吹きランスから酸化性ガスを供給して溶銑を脱珪する脱珪処理工程と、該脱珪処理工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する排滓工程と、該排滓工程の後、前記転炉にＣａＯ系媒溶剤を添加し、前記上吹きランスから酸化性ガスを供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐する脱燐処理工程と、を有し、
前記脱珪処理工程で、前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、予め設定された閾値を超えた時点で、前記排滓工程に移行し、且つ
前記脱炭炉における脱炭精錬で、前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、脱炭精錬の後半に、予め設定された閾値以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて溶銑を酸化精錬する転炉の操業監視方法および転炉の操業方法に関し、詳しくは、生産性および鉄歩留まりの向上に寄与する操業監視方法および操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉で製造された溶銑は、炭素（Ｃ）、燐（Ｐ）、珪素（Ｓｉ）などの不純物を含有している。これらの不純物を除去するために、溶銑浴面に酸化性ガスを吹き付ける、または、溶銑中に酸化性ガスを吹き込んで、溶銑を酸化精錬し、溶銑から溶鋼を製造している。炭素、燐および珪素を含有している溶銑を酸化精錬すると、脱炭反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）、脱燐反応（２Ｐ＋５Ｏ→Ｐ２Ｏ５）および脱珪反応（Ｓｉ＋２Ｏ→ＳｉＯ２）が起こる。【０００３】
これらの反応のなかで、脱珪反応が優先的に起こり、脱珪反応によって溶銑中珪素濃度が低下した後に、脱炭反応および脱燐反応が起こる。炭素、燐および珪素を含有している溶銑を酸化精錬する場合、脱珪反応が主に起こる精錬初期時期を「脱珪期」と呼び、その後の脱炭反応および脱燐反応が起こる時期を「脱炭期」または「脱燐−脱炭期」と呼んでいる。但し、脱珪期には、脱炭反応および脱燐反応が全く起こらないということではなく、反応速度は遅いが、脱炭反応および脱燐反応も起こる。【０００４】
近年、生産性の向上という観点から、溶銑から溶鋼を製造するための、転炉での酸化精錬（「脱炭精錬」ともいう）では、酸化性ガスの供給速度を高めた操業が行われている。尚、転炉での脱炭精錬では、脱炭反応の進行に伴って溶銑は溶鋼に変化するが、脱炭精錬の途中で、炉内の溶融金属を、溶銑と溶鋼とに区別して表示することは困難であるので、本明細書では、溶銑および溶鋼をまとめて「溶融鉄」と表示する。溶銑と溶鋼との区別が明確な場合は、それぞれ「溶銑」または「溶鋼」と表示する。【０００５】
しかし、酸化性ガスの供給速度を高めると、鉄分が、ダストとして炉外に飛散したり、炉壁や炉口付近に付着して堆積したり、更には、スラグ中に酸化鉄として分配されたりする量が増加する。これらの鉄分は、当該精錬においては鉄損失となり、溶鋼の鉄歩留まり低下の原因となり、当該精錬のコストの増加や生産性の低下を招く。これらの鉄分の大半は、最終的には回収されて、鉄源として再利用されることになるが、発生量が多くなると、付着物の除去および回収に要するコストの増加を招き、更には転炉稼動率の低下を招くという問題がある。【０００６】
また、近年、鉄鋼製品の高強度化、高機能化の要求の高まりに対応するために、低燐化および低硫化が必要不可欠となっている。これに対応するために、転炉を用いて溶銑の脱珪処理を行った後、生成したスラグを排滓し、排滓後、炉内に残留させた溶銑を脱燐処理する予備処理方法や、更に、その後、転炉内に残留させた溶銑を脱炭精錬する精錬方法などが提案されている。【０００７】
但し、溶銑の脱珪処理および脱燐処理を転炉で行う場合や、炭素、燐および珪素を含有している溶銑を転炉で脱炭精錬する場合に、酸化性ガスの供給速度を高めると、スラグ中に多量のＣＯガス気泡が生成し、スラグが泡立ち易くなる。これは、脱珪反応によって発生した、表面張力の大きいスラグが存在することに起因する。その結果、溶融鉄を含む多量のスラグが転炉の炉口から逸出する、いわゆるスロッピング現象を引き起こすことが知られている。この状態に陥ると、鎮静化のために酸化性ガスの供給速度を低下させるか、場合によっては酸素吹錬を中断せざるを得なくなり、却って生産性が低下することになる。ここで、「酸素吹錬」とは、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて行う脱珪処理および脱燐処理、更には脱炭精錬を指す。【０００８】
このようなダストの発生やスラグの逸出を抑制するために、例えば、特許文献１には、上吹き酸素ガスと溶融鉄との衝突面に形成される高温反応領域（「火点」または「キャビティー」という）の直径Ｄと、その火点に隣接する火点の重なり部ｄとの比（ｄ／Ｄ）で表される火点オーバーラップ率を０．２以下とする上吹きランスが提案されている。特許文献１によれば、スピッティング、ダストロス、炉寿命がともに良好になるとしている。【０００９】
特許文献２には、中心孔と、その周囲の６孔とを有する７孔ランスを用い、火点の最外周位置を炉壁の耐火物位置より０．４ｍ以上離し、火点のオーバーラップ率を総火点面積の３０％以下とし、火点の総面積を、火点の最外周を囲む円の面積の７５％以上とする転炉精錬方法が提案されている。特許文献２によれば、ダスト発生、スピッティング、スプラッシュに起因する歩留まりロスを低減できるとしている。【００１０】
しかしながら、特許文献１および特許文献２は、供給される酸化性ガスの挙動に関しては言及していない。供給された酸化性ガスのうち、炭素と反応せずに溶融鉄と反応した酸化性ガスは、スラグ中に酸化鉄として蓄積される。スラグ中への酸素の過度な蓄積は、脱炭反応速度の低下に加えて鉄歩留まりの低下を招くことになる。【００１１】
また、特許文献３には、上底吹き型の転炉で溶銑を脱珪・脱燐する脱珪・脱燐処理方法において、固体酸素源を、上吹きランスからの酸素ガス供給の開始直前または直後３０秒間以内に溶銑上に添加し、底吹きガス供給速度を、脱珪期間中と脱燐期間中とで変化させ、スラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ２)）を２．５〜３．０とし、粉状生石灰を６ｋｇ／(ｍｉｎ・溶銑-ｔ)以下の吹込み速度で溶銑に吹付け、処理終了時の溶銑中の炭素濃度を３．４〜３．７質量％とする、溶銑の脱珪・脱燐処理方法が提案されている。特許文献３によれば、フッ素を含む副原料を用いることなく、高脱燐能を確保しつつ、スロッピング、スピッティングを抑制できるとしている。【００１２】
しかしながら、特許文献３は、脱珪期の終了を、溶銑の珪素濃度、固体酸素源、上吹きランスからの酸素ガス供給量に基づく物質収支計算によって求めており、脱珪期の実際の終了を把握してはいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開昭６０−１６５３１３号公報
【特許文献２】特開２００２−２８５２２４号公報
【特許文献３】特開２０１４−２８９９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記したように、転炉での脱珪、脱燐、脱炭などの酸化精錬工程において、溶融鉄、スラグ、ダストなどの逸出に伴う生産性低下や鉄歩留まり低下を防止するために、上吹きノズルの改善や精錬剤の添加条件の適正化が行われているが、未だ十分な対策とはいえず、改善の余地がある。【００１５】
転炉の生産性低下や鉄歩留まり低下を防止するためには、炉内状況をリアルタイムで的確に把握し、上吹きランスからの酸化性ガスの吹き付け条件および底吹き羽口からの攪拌用ガスの吹き込み条件などを、炉内状況に応じて適正に設定することが重要である。【００１６】
特に、表面張力の大きいスラグによるスロッピングやスピッティングに起因する溶融鉄、スラグ、ダストなどの逸出を少なくするためには、炉内のスラグ形成と関係する、溶融鉄中の珪素濃度を監視し、溶融鉄中の珪素濃度に応じて上吹き条件および底吹き条件を適正に制御することが重要である。【００１７】
同様に、転炉での脱炭精錬において、供給した酸素のうちで、脱炭反応に用いられる酸素の割合、すなわち脱炭酸素効率を高め、スラグ中の酸化鉄を過度に高くせず、鉄歩留まりを高く維持して、脱炭精錬を行うには、脱炭精錬の後半の溶融鉄中の炭素濃度に応じて上吹き条件および底吹き条件を適正に制御することが重要である。【００１８】
しかしながら、特許文献１〜３に記載された技術は、炉内状況をリアルタイムで監視していないのみならず、溶融鉄中の珪素濃度の変化や溶融鉄中の炭素濃度の変化に応じて、上吹き酸化性ガスの供給速度および底吹き攪拌用ガスの供給速度などを制御することは意図していない。【００１９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、転炉に収容された溶銑を脱珪、脱燐、脱炭などの酸化精錬する転炉において、炉内状況をリアルタイムで的確に監視することのできる、転炉の操業監視方法を提供することである。【００２０】
また、酸化精錬中に溶融鉄の珪素濃度の変化を監視し、珪素濃度に応じて上吹き条件および底吹き条件を制御し、ダストやスラグの逸出を抑制して生産性および鉄歩留まりを向上させることのできる、転炉の操業方法を提供することであり、更に、脱炭精錬の後半の溶融鉄の炭素濃度を監視し、炭素濃度に応じて上吹き条件および底吹き条件を制御し、スラグ中に含まれる酸化鉄を低減し、鉄歩留まりを向上させることのできる転炉の操業方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑の酸化精錬を行う転炉の操業を監視する、転炉の操業監視方法であって、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化を算出し、
算出された発光強度の時間変化に基づいて転炉の炉内状況の変化を推定する、転炉の操業監視方法。
［２］前記発光強度の時間変化として、下記の（１）式で定義される発光強度変化率を算出し、算出される発光強度変化率の時間変化に基づいて転炉の炉内状況の変化を推定する、上記［１］に記載の転炉の操業監視方法。
発光強度変化率＝（Ｉn/Ｉn-1）−１……（１）
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１は、時刻ＴｎのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における特定波長の発光強度（a.u.）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
［３］前記発光強度の時間変化として、下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、算出される発光強度移動平均変化率の変化に基づいて転炉の炉内状況の変化を推定する、上記［１］に記載の転炉の操業監視方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
［４］転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑を脱珪、脱燐および脱炭し、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記溶銑が０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑であり、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化を算出し、
算出された発光強度の時間変化に基づいて脱珪期の終了を判定し、
脱珪期の終了を判定した後に、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
［５］前記発光強度の時間変化として、下記の（１）式で定義される発光強度変化率を算出し、算出される発光強度変化率が、上吹きランスからの酸化性ガスの吹き付けを開始した後に予め設定された閾値を超えた時点で、脱珪期の終了と判定する、上記［４］に記載の転炉の操業方法。
発光強度変化率＝（Ｉn/Ｉn-1）−１……（１）
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１は、時刻ＴｎのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における特定波長の発光強度（a.u.）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
［６］前記発光強度の時間変化として、下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、算出される発光強度移動平均変化率が、上吹きランスからの酸化性ガスの吹き付けを開始した後に予め設定された閾値を超えた時点で、脱珪期の終了と判定する、上記［４］に記載の転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
［７］脱珪期の終了を判定した後における前記調整が、前記上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量を増加するとともに、前記上吹きランスのランス高さを低下するか、或いは、前記底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を減少する調整である、上記［４］から上記［６］のいずれかに記載の転炉の操業方法。
［８］転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑を脱炭精錬し、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化を算出し、
脱炭精錬の後半に、算出された発光強度の時間変化に基づいて、脱炭反応が酸素供給律速から溶融鉄中の炭素の物質移動律速に移行したことを確認し、
その後、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
［９］転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑を脱炭精錬し、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（１）式で定義される発光強度変化率を算出し、
算出される発光強度変化率が、脱炭精錬の後半に、予め設定された閾値以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
発光強度変化率＝（Ｉn/Ｉn-1）−１……（１）
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１は、時刻ＴｎのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における特定波長の発光強度（a.u.）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
［１０］転炉内の溶銑に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑を脱炭精錬し、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、脱炭精錬の後半に、予め設定された閾値以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
［１１］前記予め設定された閾値以下を満たす時点での前記調整が、前記上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量を減少するとともに、前記上吹きランスのランス高さを低下するか、或いは、前記底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を増加する調整である、上記［９］または上記［１０］に記載の転炉の操業方法。
［１２］転炉に収容された、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑に上吹きランスから酸化性ガスを供給して溶銑を脱珪する脱珪処理工程と、
該脱珪処理工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排出する排滓工程と、
該排滓工程の後、前記転炉にＣａＯ系媒溶剤を添加し、前記上吹きランスから酸化性ガスを供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐する脱燐処理工程と、
該脱燐処理工程の後、脱燐した溶銑を前記転炉から溶銑保持容器に出湯する出湯工程と、
を有する転炉の操業方法であって、
前記脱珪処理工程で、前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、予め設定された閾値を超えた時点で、前記排滓工程に移行する、転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
［１３］転炉に収容された、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑に上吹きランスから酸化性ガスを供給し、更にＣａＯ系媒溶剤を添加して、溶銑を脱珪する脱珪処理工程と脱燐処理工程とを連続して行い、
その後、脱珪処理工程および脱燐処理工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する排滓工程と、
該排滓工程の後、前記転炉にＣａＯ系媒溶剤を添加し、前記上吹きランスから酸化性ガスを供給して転炉内に残留させた溶銑を脱炭する脱炭精錬工程と、
を有し、１基の転炉で溶銑を酸化精錬して溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記脱珪処理工程および前記脱燐処理工程で、前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、予め設定された閾値を超えた時点、或いは予め設定された閾値を超えた時点を基準に所定時間経過した時点または所定酸素量を供給した時点で、脱珪処理工程、または、脱珪処理工程および脱燐処理工程で生成したスラグの排滓工程に移行する、転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
［１４］２基の転炉を用い、一方を溶銑の予備処理炉として使用し、他方を前記予備処理炉で予備処理された溶銑の脱炭炉として使用して、溶銑から溶鋼を製造する転炉の操業方法であって、
前記予備処理は、転炉内に収容された、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑に上吹きランスから酸化性ガスを供給して溶銑を脱珪する脱珪処理工程と、該脱珪処理工程で生成したスラグの少なくとも一部を転炉から排滓する排滓工程と、該排滓工程の後、前記転炉にＣａＯ系媒溶剤を添加し、前記上吹きランスから酸化性ガスを供給して転炉内に残留させた溶銑を脱燐する脱燐処理工程と、を有し、
前記脱珪処理工程で、前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、予め設定された閾値を超えた時点で、前記排滓工程に移行し、且つ
前記脱炭炉における脱炭精錬で、前記転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎の発光スペクトルまたは前記転炉の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、
測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として下記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、
算出される発光強度移動平均変化率が、脱炭精錬の後半に、予め設定された閾値以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量のうちの１種または２種以上を調整する、転炉の操業方法。
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）であり、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、溶銑を脱珪、脱燐、脱炭などの酸化精錬する転炉の炉内状況をリアルタイムで監視することが実現される。【００２３】
また、炉内状況をリアルタイムで監視することで、脱珪期の終了を判定することができ、脱珪期から脱炭期への移行に伴う、上吹きランスからの酸化性ガス吹き込み条件および底吹き羽口からの攪拌用ガス吹き込み条件の変更を的確な時点で行うことが可能となり、ダストの発生を抑制して、生産性および鉄歩留まりを高めた転炉操業を行うことが可能となる。【００２４】
また更に、炉内状況をリアルタイムで監視することで、脱炭精錬の後半での溶融鉄の炭素濃度を正確に把握することができ、脱炭精錬の後半での溶融鉄の炭素濃度の変化に伴う、上吹きランスからの酸化性ガス吹き込み条件および底吹き羽口からの攪拌用ガス吹き込み条件の変更を的確な時点で行うことが可能となり、スラグ中に含まれる酸化鉄を低減し、鉄歩留まりを高めた転炉操業を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、酸素吹錬進行度で示す、上吹き条件および底吹条件の変更時期と、酸素吹錬終了後のダスト原単位との関係を示すグラフである。
【図２】図２は、転炉の炉口燃焼火炎の発光スペクトルのうちの６１０ｎｍの波長の発光強度変化率と溶融鉄中の珪素濃度との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、転炉の炉口燃焼火炎の発光スペクトルのうちの６１０ｎｍの波長の発光強度移動平均変化率と溶融鉄中の珪素濃度との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施に好適な転炉設備の構成を模式的に示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施に好適な転炉設備を図４とは別の方向から見た概略図である。
【図６】図６は、酸素吹錬進行度で示す、上吹き条件および底吹条件の変更時期と、脱炭精錬終了後のスラグ中の酸化鉄含有量との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、転炉の炉口燃焼火炎の発光スペクトルのうちの６１０ｎｍの波長の発光強度変化率と溶融鉄中の炭素濃度との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、転炉の炉口燃焼火炎の発光スペクトルのうちの６１０ｎｍの波長の発光強度移動平均変化率と溶融鉄中の炭素濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１の実施形態］
本発明者らは、転炉での酸化精錬中に溶融鉄の珪素濃度の変化をリアルタイムで監視し、珪素濃度に応じて上吹き条件および底吹き条件を制御し、ダストやスラグの逸出を抑制することを目的として、以下の検討を行った。すなわち、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑を脱珪、脱燐および脱炭して、溶銑から溶鋼を製造する転炉操業において、ダスト発生量に及ぼす、上吹きランスからの酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さおよび底吹き羽口からの攪拌用ガスの流量の影響について鋭意検討した。
【００２７】
この検討では、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けるとともに、炉底部の底吹き羽口から攪拌用ガスを吹き込むことができる転炉（容量３００トン規模）を使用した。上吹きランスからの酸化性ガスとしては、酸素ガス（工業用純酸素ガス）を使用し、底吹き羽口からの攪拌用ガスとしては、アルゴンガスを使用した。また、上吹きランスは、先端に設置される酸素ガス噴射ノズルの個数が５孔で、その噴射角度が１５°のラバール型噴射ノズルを有する上吹きランスを使用した。尚、噴射ノズルの噴射角度とは、噴射ノズルの酸素ガス噴射方向と上吹きランスの軸心方向との相対角度である。
【００２８】
珪素を０．０２質量％以上含有する溶銑を上記した転炉に装入し、上吹きランスから酸素ガスを吹き付けて転炉内の溶銑を、脱珪、脱燐および脱炭した。０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑に上吹きランスから酸素ガスを吹き付けると、脱珪反応（Ｓｉ＋２Ｏ→ＳｉＯ２）、脱燐反応（２Ｐ＋５Ｏ→Ｐ２Ｏ５）および脱炭反応（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）が起こる。これらの反応のなかで、脱珪反応が優先的に起こり、脱珪反応によって溶銑中珪素濃度が低下した後に、脱燐反応および脱炭反応が起こる。
【００２９】
上吹きランスからの酸素ガスの供給は、溶銑の炭素含有量が４．５質量％の時点から開始し、炉内の溶融鉄の炭素含有量が０．０４質量％となる時点まで継続して行った。酸素吹錬の途中では、上吹きランスからの酸素ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口からの攪拌用ガスの流量を、それぞれ手動で同時期に変更した。上吹き条件および底吹き条件の変更は、変更時期を酸素吹錬の前半として、種々変化させた。
【００３０】
上吹きランスからの酸素ガス流量の変更は、８３３Ｎｍ３／ｍｉｎから１０００Ｎｍ３／ｍｉｎへと増加し、上吹きランスのランス高さの変更は、３．０ｍから２．５ｍへと低下し、底吹き羽口からの攪拌用ガスの流量の変更は、３０Ｎｍ３／ｍｉｎから１５Ｎｍ３／ｍｉｎへと減少した。ここで、「上吹きランスのランス高さ」とは、上吹きランスの先端から転炉内における静止状態の溶銑浴面までの距離である。
【００３１】
尚、酸素吹錬の後半では、熱物質計算に基づいてプロセスコンピューターによって算出される、溶融鉄中の炭素濃度が０．３５質量％になったと推定された時点を、上吹き酸素ガス流量、ランス高さおよび底吹きガス流量の変更時期とし、それぞれ手動で同時期に変更した。酸素吹錬後半の変更は、上吹きランスからの酸素ガス流量は、１０００Ｎｍ３／ｍｉｎから８３３Ｎｍ３／ｍｉｎへと減少し、ランス高さは、２．５ｍから２．０ｍへと低下し、底吹き羽口からの攪拌用ガスの流量は、１５Ｎｍ３／ｍｉｎから３０Ｎｍ３／ｍｉｎへと増加した。
【００３２】
酸素吹錬の終了後、それぞれの酸素吹錬で発生したダスト量（ｋｇ）を測定し、ダスト原単位（ｋｇ／溶鋼−ｔ）を算出した。上吹き酸素ガス流量、ランス高さおよび底吹きガス流量の変更時期を、下記の（３）式で定義される酸素吹錬進行度で整理した。
【００３３】
酸素吹錬進行度＝（ＱO2C／ＱO2）×１００……（３）
ここで、ＱO2Cは、上吹き条件および底吹き条件を変更させた時点での積算酸素量（Ｎｍ３）、ＱO2は、酸素吹錬終了時の積算酸素量（Ｎｍ３）である。
【００３４】
図１に、酸素吹錬進行度（％）で示す、上吹き条件および底吹き条件の変更時期と、酸素吹錬終了後のダスト原単位（ｋｇ／溶鋼−ｔ）との関係を示す。図１から、酸素吹錬進行度が小さいときに、上吹き酸素ガス流量、ランス高さおよび底吹きガス流量の変更を行うと、酸素吹錬終了時のダスト原単位（ｋｇ／溶鋼−ｔ）が高くなることがわかった。
【００３５】
すなわち、上吹き酸素ガス流量の増加、ランス高さの低下および底吹きガス量の減少を、酸素吹錬の初期に行うと、酸素吹錬終了時のダスト発生量が多くなり、ダスト原単位が高くなることがわかる。ここで、上吹き条件および底吹き条件を酸素吹錬の初期に変更した場合にダスト発生量が多くなる理由は、溶融鉄中珪素の酸化による溶融スラグの生成が不十分であり、溶銑浴面の一部が溶融スラグで覆われないことによると推定される。
【００３６】
このことから、上吹き条件および底吹き条件の変更時期がダスト発生量（鉄損失）に大きく影響しており、ダスト発生量（鉄損失）を低減するための上吹き条件および底吹き条件の変更については、転炉内の炉内状況を把握して、その変更時期を決定することが肝要であることを知見した。
【００３７】
そこで、本発明者らは、転炉の炉内状況を適正に把握するために、転炉の炉口燃焼火炎に着目し、酸素吹錬にあたって、炉口燃焼火炎の発光スペクトルを測定することに思い至った。ここで「炉口燃焼火炎」とは、転炉の炉口から上方の煙道に向かって吹き出す炉内の火炎を指す。
【００３８】
炉口燃焼火炎の発光スペクトルには、転炉内で脱炭反応によって発生するＣＯガスや、このＣＯガスの一部と転炉炉口部分で吸引される空気とが混合して起こる自然発火によって生成するＣＯ２ガスに関する情報や、炉内の火点から蒸発する鉄原子に由来するＦｅＯ＊（中間生成物）に関する情報が含まれている。この発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、その波長ごとの発光強度をリアルタイムに測定できれば、転炉の炉内状況が、リアルタイムに容易に推定できることに、本発明者らは想到した。
【００３９】
尚、発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長は、ＦｅＯ＊（中間生成物）の生成および消失に起因する「FeO  orange  system  band」に相当し、炭化水素系ガスの中間生成物の波長域とは異なる。更に、ＦｅＯ＊の生成時には、この波長域で吸光ピークが認められ、一方、ＦｅＯ＊の消失時には、同じ波長域で発光ピークが認められ、このうち、発光強度がＦｅＯ＊の消失速度に連動していることを確認している。
【００４０】
ここで、監視しているのは、炉内の溶融鉄浴の火点で主に生成するＦｅＯ＊の電子状態が遷移するときに発せられる或いは吸収される、特定の波長の電磁波である。ＦｅＯ＊は炉内から立ちのぼる火炎と一体になっているので、例えば、脱珪反応が終了に近づいたときはＦｅＯ＊の発生量およびＦｅＯ＊の反応量は増えるので、この火炎の発光スペクトルを分光すれば、５８０〜６２０ｎｍの波長の電磁波の強度は増大する。逆に、ＦｅＯ＊の発生量およびＦｅＯ＊の反応量が減れば、５８０〜６２０ｎｍの波長の電磁波の強度は減少する。
【００４１】
すなわち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長は、炭素によってＦｅＯが還元される際に発生する還元光であり、該波長の発光強度は、ＦｅＯが励起状態（ＦｅＯ＊）から基底状態に変化する際の発光エネルギーの大きさを表すものである。脱珪期末期に上記波長における発光強度が増加することから、分光強度の変化は脱珪反応終了に伴うＦｅＯの生成・還元に対応すると考えられる。
【００４２】
そこで、上記した転炉の酸素吹錬中に、転炉の炉口燃焼火炎の発光スペクトルを測定した。転炉の炉口燃焼火炎の発光スペクトルの測定は、図４（図４の詳細説明は後述）に示すように、転炉２の正面に分光カメラ６を取り付け、炉口１４と可動式フード１５との隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影することによって行った。分光カメラ６により撮影された撮影画像を画像解析装置７に送信した。そして、画像解析装置７で画像を記録するとともに、入力された画像データの任意の走査線上を線分析し、発光波長の波長ごとの発光強度を解析した。尚、発光スペクトルの測定および発光強度解析は、１〜１０秒の一定の測定時間間隔Δｔで行った。また、発光スペクトルの測定と同時に、転炉に備えられたサブランス（自動測温サンプリング装置）を用いて、酸素吹錬中に１〜２回の頻度で溶融鉄試料の採取、および、溶融鉄中の珪素濃度の分析を行った。
【００４３】
得られた発光スペクトルの測定結果から、酸素吹錬中に最も変化幅が大きかった６１０ｎｍの波長を特定波長とし、この特定波長における、時刻Ｔｎの発光強度Ｉｎと、そのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１の発光強度Ｉｎ−１とから、下記の（１）式で定義される発光強度変化率を求めた。測定時間間隔Δｔは、１〜１０秒とした。
【００４４】
発光強度変化率＝（Ｉn/Ｉn-1）−１……（１）
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１は、時刻ＴｎのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における特定波長の発光強度（a.u.）である。
【００４５】
図２に、求めた発光強度変化率と溶融鉄中の珪素濃度との関係を示す。図２から、溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％を境界として、発光強度変化率が大きく変化していることがわかる。つまり、溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％未満では、発光強度変化率は１．８よりも増大することがわかる。溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％未満では、６１０ｎｍの波長の発光強度が大きく、溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％以上では、６１０ｎｍの波長の発光は殆ど観測されない。
【００４６】
これは、珪素を０．０２質量％以上含有する溶銑の酸化精錬では、先ず、脱珪反応が起こり、その後、脱燐反応および脱炭反応が起こることが公知であり、脱珪反応によって溶銑中の珪素濃度が約０．０２質量％未満になると、発光強度が大きくなることを示している。
【００４７】
図２から、溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％未満となる時点、換言すれば、発光強度変化率が１．８超えとなった時点が、溶融スラグの生成による浴面遮蔽効果が期待できる。つまり、ダスト発生の増加による鉄歩留まりの低下を防止するうえで、酸素吹錬初期に、上吹き酸素ガス流量増加などの上吹き条件および底吹き条件を変更する時期の指標として、酸素吹錬を開始した後に発光強度変化率が１．８超えとなった時点が最適であり、この時点を脱珪期の終了と判定できることを知見した。つまり、（１）式による発光強度変化率の「閾値」を１．８とし、閾値を超えた時点を脱珪期の終了と判定できることを知見した。尚、発光強度変化率の「閾値」は、１．８に限るわけではなく、それぞれの転炉毎に予め決定される。
【００４８】
本発明者らは更なる検討を行い、実際の酸素吹錬においては、発光強度スペクトル測定の光路に、クレーンや煙の障害物が侵入する場合があり、その場合には、測定される、（１）で定義した発光強度変化率が、設定した閾値（１．８）を超えて、誤検知することがわかった。このようなことから、（１）式のように、或る時刻Ｔｎと、そのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における発光強度との比較（瞬時値の比較）だけでは、正確な判定ができない場合があることを知見した。
【００４９】
そこで、本発明者らは、時刻Ｔｎを基準として、時刻Ｔｎと、時刻Ｔｎから（Δｔ×１）秒前の時刻Ｔｎ−１と、時刻Ｔｎから（Δｔ×２）秒前の時刻Ｔｎ−２と、時刻Ｔｎから（Δｔ×３）秒前の時刻Ｔｎ−３と、・・・、時刻Ｔｎから（Δｔ×Ｓ）秒前（Ｓは０以上の整数）の時刻Ｔｎ−Ｓとで、それぞれ発光強度を求め、得られた各発光強度の合計量（和）、すなわち発光強度の移動平均を利用して発光強度変化率を求めることに思い至った。このような発光強度の移動平均を利用すれば、発光強度のばらつきを或る程度平均化でき、したがって、発光強度変化率のばらつきが小さくなり、より正確な判定を行うことができることに想到した。
【００５０】
上記した発光スペクトルの測定結果から、酸素吹錬中に最も変化幅が大きかった６１０ｎｍの波長を特定波長とした。そして、時刻Ｔｎを基準とし、時刻Ｔｎ−ｉでの特定波長の発光強度Ｉｎ−ｉを、時刻Ｔｎと、時刻Ｔｎから（Δｔ×１）秒前の時刻Ｔｎ−１と、時刻Ｔｎから（Δｔ×２）秒前の時刻Ｔｎ−２と、・・・、時刻Ｔｎから（Δｔ×Ｓ）秒前の時刻Ｔｎ−Ｓとで、合計（Ｓ＋１）回について求めた。そして、それらを合計（和）し、時刻Ｔｎを基準とする発光強度の移動平均を、下記の（４）式を用いて算出した。尚、Ｉｎ−ｉは、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｉ）秒前の時刻Ｔｎ−ｉにおける特定波長の発光強度（a.u.）である。
【００５１】
【数１】
0006617855.tif 000002
【００５２】
また、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とし、同様に、時刻Ｔｎ−ｍ−ｉでの特定波長の発光強度Ｉｎ−ｍ−ｉを、時刻Ｔｎ−ｍと、時刻Ｔｎ−ｍから（Δｔ×１）秒前の時刻Ｔｎ−ｍ−１と、時刻Ｔｎ−ｍから（Δｔ×２）秒前の時刻Ｔｎ−ｍ−２と、・・・、時刻Ｔｎ−ｍから（Δｔ×Ｓ）秒前（Ｓは０以上の整数）の時刻Ｔｎ−ｍ−Ｓとで、合計（Ｓ＋１）回について求めた。そして、それらを合計（和）し、時刻Ｔｎ−ｍを基準とする発光強度の移動平均を、下記の（５）式を用いて算出した。尚、Ｉｎ−ｍ−ｉは、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍから（Δｔ×ｉ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍ−ｉにおける特定波長の発光強度（a.u.）である。
【００５３】
【数２】
0006617855.tif 000003
【００５４】
得られた時刻Ｔｎを基準とする発光強度の移動平均、および、時刻Ｔｎ−ｍを基準とする発光強度の移動平均から、下記の（２）式で定義される、特定波長の発光強度移動平均変化率を求めた。
【００５５】
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【００５６】
求めた発光強度移動平均変化率と溶融鉄中の珪素濃度との関係を図３に示す。尚、ここでは、測定時間間隔Δｔは１秒、自然数ｍおよび移動平均の加算数Ｓは２０とした。
【００５７】
図３から、溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％未満となる時点を境界として、（２）式で算出される発光強度移動平均変化率が大きく変化していることがわかる。すなわち、発光強度移動平均変化率が０．４超えとなった時点が、溶融スラグの生成による浴面遮蔽効果が期待できる。つまり、ダスト発生の増加による鉄歩留まりの低下を防止するうえで、酸素吹錬初期に、上吹き酸素ガス流量増加などの上吹きおよび底吹条件を変更する時期の指標として、酸素吹錬を開始した後に発光強度移動平均変化率が０．４超えとなった時点が最適であり、この時点を脱珪期の終了と判定できることを知見した。つまり、発光強度移動平均変化率の「閾値」を０．４とし、閾値を超えた時点を脱珪期の終了と判定できることを知見した。尚、発光強度移動平均変化率の「閾値」は、０．４に限るわけではなく、それぞれの転炉毎に予め決定される。
【００５８】
発光スペクトルの測定光路が、クレーンの移動、煙の発生などによって遮断された場合には、（１）式（瞬時値の比較）を用いた発光強度変化率では、発光強度変化率が低くなり、所定の条件（予め設定された閾値超え）を満足したと判定されることがある。これに対して、（２）式の移動平均を用いて算出された発光強度移動平均変化率では、そのようなトラブルがあっても平均化されるために、変化は安定している。
【００５９】
このため、移動平均を用いて算出された発光強度移動平均変化率を用いれば、溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量未満となる時点、すなわち発光強度移動平均変化率が閾値超えとなる時点のばらつきが少なく、安定して脱珪期の終了を判定できることを知見した。
【００６０】
ところで、転炉には、精錬した後の炉内の溶融鉄を溶銑保持容器または溶鋼保持容器に排出するための出鋼口が設けられており、通常、出鋼口は開口しているので、出鋼口からも炉内の火炎が観察される。本明細書では、この火炎を「出鋼口燃焼火炎」と称す。つまり、出鋼口を通して観測される出鋼口燃焼火炎或いは出鋼口で観察される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定することで、上記の炉口燃焼火炎の発光スペクトルを測定した場合と同様に、転炉の炉内状況を把握することができる。
【００６１】
本発明の第１の実施形態に係る転炉の操業監視方法および転炉の操業方法は、上記知見に基づき、更に検討を加えて完成されたものである。以下、本発明の第１の実施形態の具体的な実施方法を、図面を参照して説明する。図４に、本発明を実施するうえで好適な転炉設備の構成の概略を模式的に示す。
【００６２】
本発明を実施するうえで好適な転炉設備１は、転炉２と、上吹きランス３と、転炉２の正面に配設され、炉口燃焼火炎１２を撮影可能とする分光カメラ６と、該分光カメラ６で撮影された撮影画像を取り出し可能に記録し、該撮影画像を解析する画像解析装置７と、該画像解析装置７で解析されたデータに基づき、制御信号を発信する制御用計算機８と、を有する。更に、制御用計算機８から発信された制御信号により、個別に作動可能に構成される、上吹きランス３のランス高さを調整するためのランス高さ制御装置９、上吹きランス３から噴射する酸化性ガスの流量を調整するための酸化性ガス流量制御装置１０、および、底吹き羽口４から吹き込む攪拌用ガスの流量を調整するための底吹きガス流量制御装置１１を有する。
【００６３】
使用する転炉２は、上吹きランス３から、炉内の溶銑５に向けて酸化性ガス噴流１３を噴射すると同時に、炉底部の底吹き羽口４から、攪拌用ガスを吹き込むことができる構成とする。そして、転炉２の正面には、転炉の炉口燃焼火炎１２の発光スペクトルを測定できる分光カメラ６が取り付けられる。取り付けられた分光カメラ６により、転炉の炉口１４と可動式フード１５との隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影する。該分光カメラ６により撮影された撮影画像（画像データ）は、逐次、画像解析装置７に送信される。画像解析装置７では、送られた撮影画像（画像データ）を記録するとともに、画像データの任意の走査線上を線分析して、発光波長および波長ごとの発光強度を解析する。
【００６４】
解析された炉口燃焼火炎１２の画像データは、その都度、制御用計算機８に送信される。制御用計算機８は、入力された、解析された画像データに基づき、ランス高さ制御装置９、酸化性ガス流量制御装置１０および底吹きガス流量制御装置１１を、個別或いは同時に作動させる制御信号を発信するように構成されている。図４中の符号１６は、上吹きランスへの酸化性ガス供給管、１７は、上吹きランスへの冷却水供給管、１８は、上吹きランスからの冷却水排出管である。
【００６５】
本発明の第１の実施形態における転炉の操業では、上記した転炉設備１を用いて、転炉２に収容された溶銑５に、上吹きランス３から酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口４から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑５を酸化精錬して、脱珪、脱燐および脱炭を行い、溶銑５から溶鋼を製造する。尚、溶銑５は、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑とする。
【００６６】
本発明の第１の実施形態では、分光カメラ６で炉口燃焼火炎１２を撮影し、得られた発光スペクトルを解析して、リアルタイムで転炉２における酸素吹錬中の炉内状況を監視する。尚、分光カメラ６による炉口燃焼火炎１２の撮影、発光スペクトルの解析は、測定時間間隔Δｔを１〜１０秒の間隔で行うことが、生産性の向上および鉄歩留まりの向上の観点から好ましい。
【００６７】
撮影して得られた発光スペクトルを、画像解析装置７に取り出し可能に記録する。そして、画像解析装置７では、得られた炉口燃焼火炎１２の発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、発光波長の特定と、波長ごとの発光強度を算出する解析とを行う。尚、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長は、前述したように、ＦｅＯ＊（中間生成物）の生成と消失に起因するFeO  orange  system  bandに相当し、ＦｅＯ＊の生成時には、この波長域で吸光ピークが認められ、一方、ＦｅＯ＊の消失時には、同じ波長域で発光ピークが認められ、そのうちの発光強度がＦｅＯ＊の消失速度に連動していることを確認している。つまり、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長は、転炉内での反応を反映し、転炉の炉内状況を容易に推定する手掛かりになることから、測定の対象とした。また、発光強度は、ＦｅＯが励起状態（ＦｅＯ＊）から基底状態に変化する際の発光エネルギーの大きさを表すものである。
【００６８】
そして本発明の第１の実施形態では、得られた波長ごとの発光強度の時間変化を算出し、該発光強度の時間変化から、炉内状況の変化を推定し、転炉操業の監視に利用する。具体的には、炉口燃焼火炎１２を撮影して得られた発光スペクトルの発光強度の時間変化として、（１）式で示す特定波長の発光強度変化率、または、（２）式で示す特定波長の発光強度移動平均変化率を算出して利用する。
【００６９】
尚、発光強度変化率および発光強度移動平均変化率の算出に使用する特定波長は、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長のうち、酸素吹錬中の発光強度の変化量が最も大きい波長を予め測定して決定するか、または、当該酸素吹錬中に当該波長域内の複数の波長を監視して、発光強度の変化量が最も大きい波長を、その都度決定する。
【００７０】
本発明の第１の実施形態に係る転炉の操業方法では、測定した発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の特定波長について、発光強度の時間変化を算出し、上吹きランスからの酸化性ガスの吹き付けを開始した後、つまり、酸素吹錬を開始した後に、上記（１）式で定義される発光強度変化率が予め設定した閾値（例えば、１．８）を超えた時点、または、上記（２）式で定義される発光強度移動平均変化率が予め設定した閾値（例えば、０．４）を超えた時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量増加、ランス高さの低下、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量減少のうちの１種または２種以上を実施する。
【００７１】
酸素吹錬の前半では、上記（１）式で定義される発光強度変化率、および、上記（２）式で定義される発光強度移動平均変化率は、溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％を境にして大きく変化する。溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％未満では、発光強度変化率および発光強度移動平均変化率は大きくなるが、溶融鉄中の珪素濃度が０．０２質量％以上の場合には、当該波長域での発光は殆ど観察されない。
【００７２】
溶融鉄中の珪素濃度が約０．０２質量％以上である酸素吹錬初期では、溶融鉄中の珪素の酸化による溶融スラグの生成が不十分であり、浴面からのＣＯガス気泡離脱に伴う液滴飛散が無視できない。そのため、この段階での上吹き酸化性ガス流量の増加は、ダストの発生量が多くなり、鉄歩留まりの低下を招く。
【００７３】
したがって、酸素吹錬初期における、上吹き酸化性ガス流量の増加、ランス高さの低下、底吹きガス流量の減少のうちの１種または２種以上の変更は、上記（１）式で定義される発光強度変化率が予め設定した閾値を超えた時点、または、上記（２）式で定義される発光強度移動平均変化率が予め設定した閾値を超えた時点で行うこととする。つまり、溶融鉄中の珪素の酸化がほぼ完了した時点で行うこととする。
【００７４】
ここで、第１の実施形態における「予め設定された閾値」とは、各転炉ごとに、予備試験を実施し、予め求められた、溶融鉄中の珪素濃度がおよそ０.０２％未満となる発光強度変化率および発光強度移動平均変化率をいう。
【００７５】
更に、この時点では、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量を増加すると同時に、上吹きランスのランス高さを低下するか、或いは底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を減少させることが、より好ましい。このような調整により、ダスト発生が抑制されて、鉄歩留まりを向上させることができる。
【００７６】
尚、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量の増加量、上吹きランスのランス高さの低下量、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量の減少量は、予め、溶融鉄の攪拌力と酸化性ガスの流量との比率などに基づき、決定しておくことが好ましい。
【００７７】
また、本発明の第１の実施形態を実施するうえで好適な転炉設備１では、上記（１）式で定義される発光強度変化率が予め設定した閾値を超えた時点、または、上記（２）式で定義される発光強度移動平均変化率が予め設定した閾値を超えた時点で、その都度、制御用計算機８から、ランス高さ制御装置９へ、ランス高さを低下するように制御信号を発信するか、上吹きランス酸化性ガス流量制御装置１０へ、噴射する酸化性ガスの流量を増加するように制御信号を発信するか、底吹きガス流量制御装置１１へ、吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を減少するように制御信号を発信するか、或いは、それら制御信号の全てを同時に発信するように構成されることが好ましい。
【００７８】
上吹きランス３から吹き付ける酸化性ガスは、酸素ガスが一般的であるが、酸素ガスと、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの希ガス、窒素ガスとの混合ガス、空気、酸素富化空気などを用いることができる。尚、ここでいう「酸化性ガス」とは、酸素濃度が空気と同等或いはそれ以上である酸素含有ガスである。また、底吹き羽口４から吹き込むガスは、不活性ガスまたは酸化性ガスであり、酸化性ガスを吹き込む場合は、酸化精錬用の酸化性ガスとして機能するとともに、攪拌用ガスとしても機能する。
【００７９】
上記説明は、炉口燃焼火炎１２を撮影して、転炉２における酸素吹錬中の炉内状況をリアルタイムで監視する場合を例としているが、転炉２の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定することで、同様に、転炉２における酸素吹錬中の炉内状況をリアルタイムで監視することができる。
【００８０】
図５に、図４に示す転炉２を図４とは別の方向（図４とは直交する方向）から見た概略図を示す。図５に示すように、外殻を鉄皮２１とし、鉄皮２１の内側に耐火物２２が施工された転炉２には、片側の側壁の耐火物２２を貫通する出鋼口１９が設置されている。転炉２を傾動することで、酸化精錬された炉内の溶融鉄を溶銑保持容器（図示せず）または溶鋼保持容器（図示せず）に出湯するように構成されている。
【００８１】
酸素吹錬中、転炉２の炉内圧は大気圧よりもわずかに低くなるように制御されており、出鋼口１９から空気が炉内に進入し、出鋼口燃焼火炎２０は出鋼口１９からは噴出しない。したがって、この場合には、出鋼口燃焼火炎２０の発光スペクトルを、出鋼口１９を通して、分光カメラで測定することで、炉口燃焼火炎１２を測定した場合と同様に、転炉２における酸素吹錬中の炉内状況をリアルタイムで監視することができる。
【００８２】
転炉２の炉内圧が大気圧よりもわずかに高くなるように制御した場合には、出鋼口燃焼火炎２０が出鋼口１９から炉外側に噴出し、出鋼口燃焼火炎２０の測定が容易になる。図５中の符号２３はスラグである。
【００８３】
尚、本発明の第１の実施形態に係る転炉の操業方法では、酸素吹錬の後半については、常用の酸素吹錬方法がいずれも適用でき、特に限定しない。例えば、転炉内の溶融鉄の過酸化状態を回避し、鉄歩留まりを向上させるために、酸素吹錬進行度が適正な時期（例えば、既存のプロセスコンピューターによる熱物質計算に基づき、溶融鉄中炭素濃度が０．３５質量％と推定された時点）に、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量を減少する、上吹きランスのランス高さを低下する、或いは、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を増加する、のうちの１種または２種以上を行うことが好ましい。
【００８４】
また、本発明の第１の実施形態に係る転炉操業方法では、酸素吹錬の前半と同じように酸素吹錬の後半においても、転炉の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎または出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定して、発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の特定波長について、発光強度の時間変化として、上記の（１）式で定義される発光強度変化率または上記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、発光強度変化率または発光強度移動平均変化率が、予め設定した閾値以下を満たす時点で、上吹き条件および底吹き条件を変更してもよい。これにより、スラグの鉄酸化物濃度の上昇が回避でき、鉄歩留まりの向上が図れる。
【００８５】
［第２の実施形態］
本発明者らは、溶銑を酸化精錬して溶銑から溶鋼を製造する転炉での脱炭精錬において、脱炭精錬の後半の溶融鉄の炭素濃度の変化をリアルタイムに監視し、炭素濃度に応じて上吹き条件および底吹き条件を制御し、スラグ中に含まれる酸化鉄を低減することを目的として、以下の検討を行った。すなわち、溶銑を脱炭精錬して、溶銑から溶鋼を製造する転炉操業において、スラグ中の酸化鉄の生成に及ぼす、上吹きランスからの酸化性ガスの流量、上吹きランスのランス高さおよび底吹き羽口からの攪拌用ガスの流量の影響について鋭意検討した。尚、脱炭精錬に供する溶銑は、珪素および燐の含有量がどの程度であっても構わない。
【００８６】
転炉での脱炭精錬では、脱炭反応速度は、溶融鉄中の炭素濃度が臨界炭素濃度となるまでの期間は酸素供給律速であり、一方、溶融鉄中の炭素濃度が臨界炭素濃度よりも低い期間は溶融鉄中の炭素の物質移動律速（「拡散律速」ともいう）であると知られている。ここで、「酸素供給律速」とは、溶融鉄中の炭素濃度と無関係に脱炭反応速度が酸素供給速度で決定される状態を指す。したがって、酸素供給律速の期間では、酸化性ガスの供給速度を上昇すれば脱炭反応速度が速くなるが、炭素の物質移動律速の期間は、酸化性ガスの供給速度を上昇しても脱炭反応速度は速くならず、過剰に供給した酸化性ガスは、スラグ中の酸化鉄を増大させることになる。つまり、脱炭反応速度が酸素供給律速から溶融鉄中の炭素の物質移動律速に変わる時点を正確に把握し、それに基づいて上吹き条件および底吹き条件を変更すれば、スラグ中に含まれる酸化鉄を低減できると、本発明者らは想到した。
【００８７】
この検討では、第１の実施形態と同様に、上吹きランスから酸化性ガスを吹き付けるとともに、炉底部の底吹き羽口から攪拌用ガスを吹き込むことができる転炉（容量３００トン規模）を使用した。上吹きランスからの酸化性ガスとしては、酸素ガス（工業用純酸素ガス）を使用し、底吹き羽口からの攪拌用ガスとしては、アルゴンガスを使用した。また、上吹きランスは、先端に設置される酸素ガス噴射ノズルの個数が５孔で、その噴射角度が１５°のラバール型噴射ノズルを有する上吹きランスを使用した。
【００８８】
上記した転炉を用いて、炭素濃度が３．５質量％の溶銑の脱炭精錬を行った。上吹きランスからの酸素ガスの供給は、溶銑の炭素含有量が３．５質量％の時点から開始し、炉内の溶融鉄の炭素含有量が０．０４質量％となる時点まで継続して行った。脱炭精錬の後半では、上吹きランスからの酸素ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹き羽口からの攪拌用ガスの流量を、それぞれ手動で同時期に変更した。上吹き条件および底吹き条件の変更は、変更時期を脱炭精錬の後半の脱炭反応の律速段階が、酸素供給律速から溶融鉄中炭素の物質移動律速に変化する時期を中心とし、その前後に種々変化させた。
【００８９】
上吹きランスからの酸素ガス流量の変更は、１０００Ｎｍ３／ｍｉｎから８３３Ｎｍ３／ｍｉｎへと減少し、上吹きランスのランス高さの変更は、２．５ｍから２．０ｍへと低下し、底吹き羽口からの攪拌用ガスの流量の変更は、１５Ｎｍ３／ｍｉｎから３０Ｎｍ３／ｍｉｎへと増加した。
【００９０】
脱炭精錬の終了後、それぞれの脱炭精錬で発生したスラグを回収し、スラグ中の酸化鉄含有量（質量％ＦｅＯ）を蛍光Ｘ線分析法で測定した。上吹き酸素ガス流量、ランス高さおよび底吹きガス流量の変更時期を、第１の実施形態と同様に、下記の（３）式で定義される酸素吹錬進行度で整理した。
【００９１】
酸素吹錬進行度＝（ＱO2C／ＱO2）×１００……（３）
ここで、ＱO2Cは、上吹き条件および底吹き条件を変更させた時点での積算酸素量（Ｎｍ３）、ＱO2は、酸素吹錬終了時の積算酸素量（Ｎｍ３）である。
【００９２】
図６に、酸素吹錬進行度（％）で示す変更時期と、脱炭精錬終了後のスラグ中の酸化鉄含有量（質量％ＦｅＯ）との関係を示す。図６から、上吹き条件および底吹き条件を変更させた時点の酸素吹錬進行度が増加するとともに、脱炭精錬終了時のスラグ中の酸化鉄含有量（質量％ＦｅＯ）が増加することがわかる。つまり、酸素吹錬進行度が９０％以上の時期に、上吹き酸素ガス流量、ランス高さおよび底吹きガス流量の変更を行うと、脱炭精錬終了後のスラグ中の酸化鉄含有量（質量％ＦｅＯ）が高くなることがわかった。
【００９３】
すなわち、上吹き酸素ガス流量の減少、ランス高さの低下および底吹きガス量の増加を、酸素吹錬進行度が大きくなる時期（脱炭精錬の末期）に行うほど、とくに脱炭精錬終了に近くなればなるほど、脱炭精錬終了時のスラグ中の酸化鉄含有量（質量％ＦｅＯ）が増加する。このことから、上吹き条件および底吹き条件の変更時期が鉄損失に大きく影響しており、脱炭精錬終了時のスラグ中の酸化鉄含有量（質量％ＦｅＯ）を低減するためには、転炉内の炉内状況を把握して、上吹き条件および底吹き条件の変更時期を決定することが肝要になることを、本発明者らは知見した。
【００９４】
そこで、本発明者らは、転炉の炉内状況を適正に把握するために、転炉の炉口燃焼火炎に着目し、脱炭精錬において、炉口燃焼火炎の発光スペクトルを測定することに思い至った。
【００９５】
炉口燃焼火炎の発光スペクトルには、転炉内で脱炭反応によって発生するＣＯガスや、このＣＯガスの一部と転炉炉口部分で吸引される空気とが混合して起こる自然発火によって生成するＣＯ２ガスに関する情報や、炉内の火点から蒸発する鉄原子に由来するＦｅＯ＊（中間生成物）に関する情報が含まれている。この発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、その波長ごとの発光強度をリアルタイムに測定できれば、転炉の炉内状況が、リアルタイムに容易に推定できる。
【００９６】
尚、発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長は、ＦｅＯ＊（中間生成物）の生成および消失に起因する「FeO  orange  system  band」に相当する。本発明者らは、ＦｅＯ＊の生成時には、この波長域で吸光ピークが認められ、一方、ＦｅＯ＊の消失時には、同じ波長域で発光ピークが認められ、このうち、発光強度がＦｅＯ＊の消失速度に連動していることを確認している。
【００９７】
ここで、監視しているのは、炉内の溶融鉄浴の火点で主に生成するＦｅＯ＊の電子状態が遷移するときに発せられる或いは吸収される、特定の波長の電磁波である。ＦｅＯ＊は炉内から立ちのぼる火炎と一体になっているので、例えば、脱炭反応が終了に近づいたときはＦｅＯ＊の発生量およびＦｅＯ＊の反応量は減るので、この火炎の発光スペクトルを分光すれば、５８０〜６２０ｎｍの波長の電磁波の強度は減少する。
【００９８】
すなわち、脱炭反応速度が溶融鉄中の炭素の物質移動律速になると、ＦｅＯの還元よりもＦｅＯの生成が支配的になり、５８０〜６２０ｎｍの波長の発光強度は急落する。
【００９９】
そこで、上記した転炉での脱炭精錬中に、第１の実施形態と同様に、転炉の炉口燃焼火炎の発光スペクトルを測定した。転炉の炉口燃焼火炎の発光スペクトルの測定は、図４に示すように、転炉２の正面に分光カメラ６を取り付け、炉口１４と可動式フード１５との隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影することによって行った。分光カメラ６により撮影された撮影画像を画像解析装置７に送信した。そして、画像解析装置７で画像を記録するとともに、入力された画像データの任意の走査線上を線分析し、発光波長の波長ごとの発光強度を解析した。尚、発光スペクトルの測定および発光強度解析は、１〜１０秒の一定の測定時間間隔Δｔで行った。また、発光スペクトルの測定と同時に、転炉に備えられたサブランス（自動測温サンプリング装置）を用いて、脱炭精錬中に１〜２回の頻度で溶融鉄試料の採取、および、溶融鉄中の炭素濃度の分析を行った。
【０１００】
得られた発光スペクトルの測定結果から、脱炭精錬中に最も変化幅が大きかった６１０ｎｍの波長を特定波長とし、この特定波長における、時刻Ｔｎの発光強度Ｉｎと、そのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１の発光強度Ｉｎ−１とから、下記の（１）式で定義される発光強度変化率を求めた。測定時間間隔Δｔは、１〜１０秒とした。
【０１０１】
発光強度変化率＝（Ｉn/Ｉn-1）−１……（１）
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１は、時刻ＴｎのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における特定波長の発光強度（a.u.）である。
【０１０２】
図７に、求めた発光強度変化率と溶融鉄中の炭素濃度との関係を示す。図７から、溶融鉄中の炭素濃度が約０．４５質量％を境界として、発光強度変化率が大きく変化していることがわかる。つまり、溶融鉄中の炭素濃度が約０．４５質量％以上では、発光強度変化率は１．８よりも増大していることがわかる。溶融鉄中の炭素濃度が約０．４５質量％以上では、６１０ｎｍの波長の発光強度が大きく、溶融鉄中の炭素濃度が約０．４５質量％未満では、６１０ｎｍの波長の発光は殆ど観測されない。
【０１０３】
図７から、溶融鉄中の炭素濃度が約０．４５質量％未満となる時点、換言すれば、発光強度変化率が１．８以下を満たす時点が、脱炭精錬末期に上吹き条件および底吹き条件を変更する時期の指標として最適であることがわかった。つまり、スラグ中の酸化鉄含有量（質量％ＦｅＯ）の増加による鉄歩留まりの低下を防止するうえで、発光強度変化率の「閾値」を１．８とし、上吹き酸素ガス流量減少などの上吹き条件および底吹き条件を変更する時期の指標として、脱炭精錬の後半で、（１）式で算出される発光強度変化率が１．８以下を満たす時点が最適であることを知見した。尚、発光強度変化率の「閾値」は、１．８に限るわけではなく、それぞれの転炉毎に予め決定される。
【０１０４】
本発明者らは更なる検討を行い、実際の脱炭精錬においては、発光強度スペクトル測定の光路に、クレーンや煙の障害物が侵入する場合があり、その場合には、測定される、（１）で定義した発光強度変化率が、設定した閾値（１．８）以下を満たし、誤検知することがわかった。このようなことから、或る時刻Ｔｎと、そのΔｔ秒前の時刻Ｔｎ−１における発光強度との比較（瞬時値の比較）だけでは、正確な判定ができない場合があることを知見した。
【０１０５】
そこで、本発明者らは、第１の実施形態と同様に、発光強度の移動平均を利用した、下記の（２）式で定義される、特定波長の発光強度移動平均変化率を求めることとした。
【０１０６】
発光強度移動平均変化率＝(ＩnS−Ｉn-mS)/[(ＩnS＋Ｉn-mS)/２]……（２）
ここで、ＩｎＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、Ｉｎ−ｍＳは、加算数をＳとし、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｍ）秒前の時刻Ｔｎ−ｍを基準とする特定波長の発光強度の移動平均（a.u.）、ｍは自然数、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【０１０７】
求めた発光強度移動平均変化率と溶融鉄中の炭素濃度との関係を図８に示す。尚、ここでは、測定時間間隔Δｔは１秒、自然数ｍおよび移動平均の加算数Ｓは１０とした。
【０１０８】
図８から、溶融鉄中の炭素濃度が約０．４５質量％を境界として、発光強度移動平均変化率が大きく変化していることがわかる。すなわち、溶融鉄中の炭素濃度が０．４５質量％以上では、脱炭精錬の進行に伴って発光強度移動平均変化率が増加していくが、溶融鉄中の炭素濃度が約０．４５質量％未満では、発光は減少に転じる。
【０１０９】
このように、図８から、溶融鉄中の炭素濃度が約０.４５質量％未満となる時点、つまり、発光強度変化率が予め設定された閾値（点線：ここでは１.６）以下を満たす時点が、脱炭精錬の後半に上吹き条件および底吹条件を変更する時期の指標として、スラグ中の酸化鉄含有量（質量％ＦｅＯ）の増加による鉄歩留まりの低下を防止するうえで、最適であることがわかった。尚、発光強度移動平均変化率の「閾値」は、１．６に限らず、各精錬炉ごとに予め決定される。
【０１１０】
発光スペクトルの測定光路が、クレーンの移動、煙の発生などによって遮断された場合には、（１）式（瞬時値の比較）を用いた発光強度変化率では、発光強度変化率が低くなり、所定の条件（予め設定された閾値以下）を満足したと判定されることがある。これに対して、（２）式の移動平均を用いて算出された発光強度移動平均変化率では、そのようなトラブルがあっても、発光強度のバラツキが平均化され、変化は安定している。
【０１１１】
このため、移動平均を用いて算出された発光強度移動平均変化率を用いれば、溶融鉄中の炭素濃度が約０．４５質量未満となる時点、すなわち発光強度移動平均変化率が閾値以下を満たす時点のばらつきが少なく、上吹き条件および底吹き条件の変更時期を安定して決定できることを知見した。
【０１１２】
上記説明は、炉口燃焼火炎の発光スペクトルを測定することで、転炉での脱炭精錬における炉内状況を把握しているが、出鋼口を通して観測される出鋼口燃焼火炎或いは出鋼口で観察される出鋼口燃焼火炎の発光スペクトルを測定することで、上記の炉口燃焼火炎の発光スペクトルを測定した場合と同様に、転炉での脱炭精錬における炉内状況を把握することができる。
【０１１３】
本発明の第２の実施形態に係る転炉の操業監視方法および転炉の操業方法は、上記知見に基づき、更に検討を加えて完成されたものである。以下、本発明の第２の実施形態の具体的な実施方法を説明する。
【０１１４】
本発明の第２の実施形態で使用する転炉設備は、本発明の第１の実施形態で使用する、図４に示す転炉設備１と同一構造であるので、使用する転炉設備の詳細説明は省略する。
【０１１５】
本発明の第２の実施形態における転炉の操業では、転炉設備１を用いて、転炉２に収容された溶銑５に、上吹きランス３から酸化性ガスを吹き付けて、或いは、更に底吹き羽口４から酸化性ガスまたは不活性ガスを吹き込んで、溶銑５を酸化精錬して、つまり、溶銑５を脱炭精錬して、溶銑５から溶鋼を製造する。尚、使用する溶銑５が０．０２質量％以上の珪素を含有する場合は、先ず、脱珪反応が起こり、その後、脱炭反応および脱燐反応が起こる。使用する溶銑５の珪素濃度が０．０２質量％未満の場合は、脱炭精錬の初期から、脱炭反応および脱燐反応が起こる。本発明の第２の実施形態に係る転炉の操業は、脱炭精錬の後半を対象としており、脱炭精錬の初期はどのような反応形態であっても、脱炭精錬の後半は同一の反応形態になるので、脱炭精錬初期の反応形態は問題としない。
【０１１６】
本発明の第２の実施形態では、分光カメラ６で炉口燃焼火炎１２を撮影し、得られた発光スペクトルを解析して、リアルタイムで転炉２における脱炭精錬中の炉内状況を監視する。尚、分光カメラ６による炉口燃焼火炎１２の撮影、発光スペクトルの解析は、測定時間間隔Δｔを１〜１０秒の間隔で行うことが、生産性の向上および鉄歩留まりの向上の観点から好ましい。
【０１１７】
撮影して得られた発光スペクトルを、画像解析装置７に取り出し可能に記録する。そして、画像解析装置７では、得られた炉口燃焼火炎１２の発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、発光波長の特定と、波長ごとの発光強度を算出する解析とを行う。
【０１１８】
そして本発明の第２の実施形態では、得られた波長ごとの発光強度の時間変化を算出し、該発光強度の時間変化から、炉内状況の変化を推定し、転炉操業の監視に利用する。具体的には、炉口燃焼火炎１２を撮影して得られた発光スペクトルの発光強度の時間変化として、（１）式で示す特定波長の発光強度変化率、または、（２）式で示す特定波長の発光強度移動平均変化率を算出して利用する。
【０１１９】
尚、発光強度変化率および発光強度移動平均変化率の算出に使用する特定波長は、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長のうち、脱炭精錬中の発光強度の変化量が最も大きい波長を予め測定して決定するか、または、当該脱炭精錬中に当該波長域内の複数の波長を監視して、発光強度の変化量が最も大きい波長を、その都度決定する。
【０１２０】
本発明の第２の実施形態に係る転炉の操業方法では、測定した発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の特定波長について、発光強度の時間変化を算出する。そして、脱炭精錬の後半に、上記（１）式で定義される発光強度変化率が予め設定した閾値（例えば、１．８）以下を満たす時点、または、上記（２）式で定義される発光強度移動平均変化率が予め設定した閾値（例えば、１．６）以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量減少、ランス高さの低下、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量増加のうちの１種または２種以上を実施する。
【０１２１】
ここで、「脱炭精錬の後半」とは、当該チャージで予定される総酸素供給量の１／２を供給した後の期間を指す。また、第２の実施形態における「予め設定された閾値」とは、各転炉ごとに、予備試験を実施し、予め求めた、溶融鉄中の炭素濃度がおよそ０.４５％未満となる発光強度変化率および発光強度移動平均変化率をいう。
【０１２２】
更に、この時点では、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量を減少すると同時に、上吹きランスのランス高さを低下するか、或いは底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を増加させることが、より好ましい。このような調整により、脱炭酸素効率が向上し、転炉内の溶融鉄の過酸化状態が抑制され、スラグ中の酸化鉄濃度の過度の上昇が軽減され、鉄歩留まりを向上させることができる。
【０１２３】
上記（１）式で定義される発光強度変化率および上記（２）式で定義される発光強度移動平均変化率が予め設定された閾値以下を満たす時点では、溶融鉄中の炭素濃度は臨界炭素濃度以下になっていると考えられる。尚、臨界炭素濃度は、上吹きガスおよび底吹きガスによる溶融鉄の攪拌力と酸化性ガスの流量とによって変化するが、およそ０.４５質量％以下である。脱炭反応が溶融鉄中の炭素の物質移動律速の場合には、吹き込まれた酸化性ガスの一部は、スラグ中に酸化鉄として蓄積され易い状態であるので、過剰の酸化性ガスの供給は、脱炭酸素効率の低下と鉄歩留まりの低下とを招く。
【０１２４】
本発明の第２の実施形態に係る転炉の操業方法では、脱炭反応が溶融鉄中の炭素の物質移動律速になった状態の後に、つまり、発光強度変化率および発光強度移動平均変化率が予め設定された閾値以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量の減少、ランス高さの低下、底吹き羽口から吹き込まれる酸化性ガスまたは不活性ガスの流量の増加のうちの１種以上を調整するので、転炉内の溶融鉄の過酸化状態が抑制され、スラグ中の酸化鉄濃度の過度の上昇が軽減される。
【０１２５】
尚、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量の減少量、上吹きランスのランス高さの低下量、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量の増加量は、予め、溶融鉄の攪拌力と酸化性ガスの流量との比率などに基づき、決定しておくことが好ましい。
【０１２６】
また、本発明の第２の実施形態を実施するうえで好適な転炉設備１では、上記（１）式で定義される発光強度変化率が予め設定した閾値以下を満たした時点、または、上記（２）式で定義される発光強度移動平均変化率が予め設定した閾値以下を満たした時点で、その都度、制御用計算機８から、ランス高さ制御装置９へ、ランス高さを低下するように制御信号を発信するか、上吹きランス酸化性ガス流量制御装置１０へ、噴射する酸化性ガスの流量を減少するように制御信号を発信するか、底吹きガス流量制御装置１１へ、吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量を増加するように制御信号を発信するか、或いは、それら制御信号の全てを同時に発信するように構成されることが好ましい。
【０１２７】
上吹きランス３から吹き付ける酸化性ガスは、酸素ガスが一般的であるが、酸素ガスと、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの希ガス、窒素ガスとの混合ガス、空気、酸素富化空気などを用いることができる。尚、ここでいう「酸化性ガス」とは、酸素濃度が空気と同等或いはそれ以上である酸素含有ガスである。また、底吹き羽口４から吹き込むガスは、不活性ガスまたは酸化性ガスであり、酸化性ガスを吹き込む場合は、酸化精錬用の酸化性ガスとして機能するとともに、攪拌用ガスとしても機能する。
【０１２８】
上記説明は、炉口燃焼火炎１２を撮影して、転炉２における脱炭精錬中の炉内状況をリアルタイムで監視する場合を例としているが、転炉２の出鋼口から観測される出鋼口燃焼火炎２０の発光スペクトルを測定することで、炉口燃焼火炎１２と同様に、転炉２における脱炭精錬中の炉内状況をリアルタイムで監視することができる。出鋼口燃焼火炎２０の発光スペクトルの測定は、第１の実施形態で説明しているので、その説明を省略する。
【０１２９】
［第３の実施形態］
近年の鉄鋼製品の高強度化、高機能化の要求の高まりに対応するために、第１および第２の実施形態で使用した転炉において、溶銑の予備処理が広く行われている。つまり、溶銑の予備処理として、溶銑の脱珪処理および脱燐処理が転炉で行われている。また、この予備処理に続いて、同一転炉で、炉内に残留させた溶銑の脱炭精錬も行われている。
【０１３０】
転炉において、溶銑の予備処理と溶銑の脱炭精錬とを行う組み合わせは種々の方法が採用されており、例えば、以下のような形態で行われている。
【０１３１】
［１］；２基の転炉を用い、一方の転炉を予備処理炉として使用し、他方を予備処理炉で予備処理された溶銑を脱炭精錬する脱炭炉として使用する方法である。この方法では、予備処理炉では、脱珪処理、脱燐処理の順に行い、脱珪処理工程の後、脱珪処理工程で生成したスラグ（脱珪スラグという）の少なくとも一部を転炉から排滓する排滓工程を設け、脱燐処理工程におけるＣａＯ系媒溶剤の添加量を削減させている。また、脱炭炉では、予備処理炉から溶銑保持容器に排出された、珪素をほとんど含有せず、燐含有量の少ない溶銑を脱炭精錬している。
【０１３２】
この方法では、脱珪処理工程と脱燐処理工程との間に排滓工程を設けない方法も行われている。この場合も、脱燐処理工程後には、脱燐処理を施した溶銑の転炉からの出湯工程があり、この出湯工程で出湯された溶銑が脱炭炉に装入されるので、脱炭炉には脱燐処理工程のスラグは混入せず、脱炭炉でのＣａＯ系媒溶剤の使用量は削減される。
【０１３３】
ここで、ＣａＯ系媒溶剤としては、生石灰、石灰石、消石灰、ドロマイトとなどが、使用される。脱燐処理工程の場合には、脱炭スラグ（脱炭精錬で生成するスラグ）もＣａＯ系媒溶剤として使用される。
【０１３４】
［２］；１基の転炉を用い、脱珪処理、脱燐処理、脱炭精錬の順に行い、脱燐処理工程と脱炭精錬工程との間で、炉内のスラグの少なくも一部を転炉から排出する排滓工程を有する方法である。脱珪処理工程および脱燐処理工程で生成したスラグの少なくとも一部が排滓されるので、脱炭精錬工程でのＣａＯ系媒溶剤の使用量が削減される。この方法では、脱珪処理工程と脱燐処理工程との間に更に排滓工程を設ける方法や、脱燐処理工程と脱炭精錬工程との間に排滓工程を設けない方法も行われている。
【０１３５】
上記［１］、［２］の脱珪処理工程では、珪素含有量が０．０２質量％以上の溶銑を対象としており、したがって、予備処理における脱珪処理工程の終了判定を、第１の実施形態で説明した、脱珪期の終了判定方法に準じて行うことができる。
【０１３６】
すなわち、転炉２に収容された、０．０２質量％以上の珪素を含有する溶銑に上吹きランス３から酸化性ガスを供給して溶銑を脱珪する脱珪処理工程において、転炉２の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎１２の発光スペクトルまたは転炉２の出鋼口１９から観測される出鋼口燃焼火炎２０の発光スペクトルを測定し、測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として、上記の（１）式で定義される発光強度変化率または上記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、算出される発光強度変化率または発光強度移動平均変化率が、予め設定された閾値を超えた時点、或いは予め設定された閾値を超えた時点を基準に所定時間経過した時点または所定酸素量を供給した時点で、脱珪処理工程、または、脱珪処理工程および脱燐処理工程で生成したスラグの排滓工程に移行する。
【０１３７】
このようにすることで、脱珪処理工程、または、脱珪処理工程および脱燐処理工程の終了を確実に把握することができる。脱珪処理工程、または、脱珪処理工程および脱燐処理工程の終了を確実に把握することで、前述の溶融鉄の過酸化が防止され、スラグ中の酸化除去が十分となり、次工程の脱燐処理工程或いは脱炭精錬工程で使用するＣａＯ系媒溶剤の削減に加えて、溶融鉄中炭素の過剰脱炭を防止することができる。これにより、次工程の脱燐処理工程或いは脱炭精錬工程に持ち越される炭素量が増加し、脱炭精錬工程で使用する加炭材などの昇熱材を節約できるために、経済的に有利な操業を行うことができる。
【０１３８】
また、予備処理された溶銑を脱炭精錬する脱炭精錬工程では、脱炭精錬の後半に、溶融鉄の炭素濃度に応じて、上吹き条件および底吹き条件を制御し、スラグ中に含まれる酸化鉄を低減する、第２の実施形態で説明した方法が適用できる。
【０１３９】
すなわち、予備処理された溶銑を脱炭する脱炭精錬工程では、転炉２の炉口から吹き出す炉口燃焼火炎１２の発光スペクトルまたは転炉２の出鋼口１９から観測される出鋼口燃焼火炎２０の発光スペクトルを測定し、測定される発光スペクトルの５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長における発光強度の時間変化として、上記の（１）式で定義される発光強度変化率を算出し、または、上記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、算出される発光強度変化率または算出される発光強度移動平均変化率が、脱炭精錬工程の後半に、予め設定された閾値以下を満たす時点で、上吹きランスから吹き付ける酸化性ガスの流量の減少、上吹きランスのランス高さの低下、底吹き羽口から吹き込む酸化性ガスまたは不活性ガスの流量の増加のうちの１種または２種以上を調整する。
【０１４０】
このようにすることで、脱炭精錬工程の終了時のスラグ中の酸化鉄濃度の過度の上昇が軽減され、鉄歩留まりを向上させることができる。
【０１４１】
尚、上記説明では、発光強度の時間変化として、上記の（１）式および上記の（２）式を用いているが、本発明を実施する上で、発光強度の時間変化として、上記の（１）式および上記の（２）式に限ることはなく、その他の式を用いることができる。例えば、移動平均を利用した、下記の（６）式を用いることができる。
【０１４２】
【数３】
0006617855.tif 000004
【０１４３】
ここで、Ｉｎは、時刻Ｔｎにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−ｉは、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｉ）秒前の時刻Ｔｎ−ｉにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｉｎ−１−ｉは、時刻Ｔｎの（Δｔ×１）秒前の時刻Ｔｎ−１から（Δｔ×ｉ）秒前の時刻Ｔｎ−１−ｉにおける特定波長の発光強度（a.u.）、Ｓは移動平均の加算数（０以上の整数）、Δｔは測定時間間隔（ｓ）である。
【０１４４】
（６）式は、以下のようにして求められる。
【０１４５】
時刻Ｔｎを基準とし、時刻Ｔｎ−ｉでの特定波長の発光強度Ｉｎ−ｉを、時刻Ｔｎと、時刻Ｔｎから（Δｔ×１）秒前の時刻Ｔｎ−１と、時刻Ｔｎから（Δｔ×２）秒前の時刻Ｔｎ−２と、・・・、時刻Ｔｎから（Δｔ×Ｓ）秒前の時刻Ｔｎ−Ｓとで、合計（Ｓ＋１）回について求める。そして、それらを合計（和）し、時刻Ｔｎを基準とする発光強度の移動平均を、下記の（７）式を用いて算出する。尚、Ｉｎ−ｉは、時刻Ｔｎの（Δｔ×ｉ）秒前の時刻Ｔｎ−ｉにおける特定波長の発光強度（a.u.）である。また、（７）式は前述した（４）式と同一である。
【０１４６】
【数４】
0006617855.tif 000005
【０１４７】
また、時刻Ｔｎの（Δｔ×１）秒前の時刻Ｔｎ−１を基準とし、同様に、時刻Ｔｎ−１−ｉでの特定波長の発光強度Ｉｎ−１−ｉを、時刻Ｔｎ−１と、時刻Ｔｎ−１から（Δｔ×１）秒前の時刻Ｔｎ―１―１と、時刻Ｔｎ−１から（Δｔ×２）秒前の時刻Ｔｎ−１−２と、・・・、時刻Ｔｎ−１から（Δｔ×Ｓ）秒前（Ｓは０以上の整数）の時刻Ｔｎ−１−Ｓとで、合計（Ｓ＋１）回について求める。そして、それらを合計（和）し、時刻Ｔｎ−１を基準とする発光強度の移動平均を、下記の（８）式を用いて算出する。尚、Ｉｎ−１−ｉは、時刻Ｔｎの（Δｔ×１）秒前の時刻Ｔｎ−１から（Δｔ×ｉ）秒前の時刻Ｔｎ−１−ｉにおける特定波長の発光強度（a.u.）である。
【０１４８】
【数５】
0006617855.tif 000006
【０１４９】
（７）式で算出される時刻Ｔｎを基準とする発光強度の移動平均、および、（８）式で算出される時刻Ｔｎ−１を基準とする発光強度の移動平均から、上記の（６）式が求められる。本明細書では、（６）式で定義される発光強度移動平均変化率を、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率と区別するために、「発光強度移動平均変化率Ａ」と称す。尚、上記の（１）式で定義される発光強度変化率は、（６）式で定義される発光強度移動平均変化率Ａで、Ｓ＝０とした場合である。また、上記の（２）式で定義される発光強度移動平均変化率において、ｍ＝１とし、（６）式で用いるＳと同じ数値のＳを用いれば、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率は、（６）式で定義される発光強度移動平均変化率Ａと同じ測定データを対象とすることになる。換言すれば、（２）式が最も数多くの測定データを対象可能としている。
【実施例】
【０１５０】
以下、実施例に基づき、更に、本発明について説明する。【０１５１】
［実施例１］
図４に示す転炉２と同様の形式を有する、容量３００トンの上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）を用いて、溶銑５を酸化精錬して、溶銑５の脱珪、脱燐および脱炭を行った。上吹きランス３は、先端部に５個のラバールノズル型の噴射ノズルを、噴射角度を１５°として、上吹きランスの軸心に対して同一円周上に等間隔に配置したものを使用した。尚、噴射ノズルのスロート径ｄｔは７３．６ｍｍ、出口径ｄｅは７８．０ｍｍである。【０１５２】
先ず、転炉内に鉄スクラップを装入したのち、予め脱硫処理を施した、温度が１２６０〜１２８０℃の３００トンの溶銑を転炉に装入した。溶銑の化学成分を表１に示す。【０１５３】
【表１】
0006617855.tif 000007
【０１５４】
次いで、底吹き羽口４から、攪拌用ガスとしてアルゴンガスを溶銑中に吹き込みながら、上吹きランスから、酸化性ガスとして酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付け、溶銑の酸化精錬を開始した。尚、鉄スクラップの装入量は、酸化精錬終了後の溶鋼温度が１６５０℃となるように調整した。【０１５５】
次いで、酸素吹錬中に炉上ホッパー（図示せず）から、ＣａＯ系媒溶剤として生石灰を投入して、溶融鉄中の炭素濃度が０．０５質量％となるまで酸化精錬を行った。尚、生石灰の投入量は、炉内に生成されるスラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ２)）が２．５となるように調整した。【０１５６】
酸素吹錬中に、所定の測定時間間隔Δｔ：１〜１０秒で、連続的に、転炉２のほぼ正面に設置した分光カメラ６により、転炉２の炉口と可動式フードとの隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影した。得られた撮影画像から、画像解析装置７で、発光スペクトル（画像データ）を測定し、得られた発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、各時点における発光波長の特定と、波長ごとの発光強度Ｉｎを算出する解析を行った。使用した波長（特定波長）は６１０ｎｍとした。解析は、画像データの任意の走査線上を線分析して行った。【０１５７】
得られた各時点における特定波長の発光強度を用いて、発光強度の時間変化として、（１）式で定義される発光強度変化率を算出し、各時点における転炉内の炉内状況の指標とし、転炉操業を監視した。そして、得られた発光強度変化率が、上吹きランスからの酸素ガスの吹き付けを開始した後、１．８超えを満たした各時点で、表２に示すように、上吹きランスからの酸化性ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹きガスの流量のいずれか１種または２種以上を調整した。具体的には、上吹きランスからの酸化性ガス流量の調整は、８３３Ｎｍ３／ｍｉｎから１０００Ｎｍ３／ｍｉｎへとガス流量を増加し、ランス高さの調整は、３．０ｍから２．５５ｍへとランス高さを低下し、底吹きガス流量の調整は、３０Ｎｍ３／ｍｉｎから１５Ｎｍ３／ｍｉｎへと流量を減少させた。【０１５８】
【表２】
0006617855.tif 000008
【０１５９】
このような調整は、発光強度変化率が１．８超えを満たした各時点で、直ちに制御用計算機８から、ランス高さ制御装置９、酸化性ガス流量制御装置１０および底吹きガス流量制御装置１１に、制御信号を発信して作動させた。尚、ランス高さ制御装置９、酸化性ガス流量制御装置１０および底吹きガス流量制御装置１１の３つの制御装置のうち、一部の制御装置のみを作動させた場合には、制御用計算機８から該当しない制御装置への制御信号は発信せず、該当する制御装置だけに制御信号を発信した。【０１６０】
尚、比較例として、（１）式で定義される発光強度変化率に関係なく、酸化性ガス流量、ランス高さおよび底吹きガス流量を、既存のプロセスコンピューターによる熱物質計算に基づき、溶融鉄中珪素濃度が０．０２質量％未満と推定された時点で、上記した上吹き条件および底吹き条件となるように調整する操業を行った。【０１６１】
また、酸素吹錬の後半では、各操業とも、既存のプロセスコンピューターによる熱物質計算に基づき、溶融鉄中炭素濃度が０．３５質量％と推定された時点で、上吹きランスからの酸化性ガス流量を、１０００Ｎｍ３／ｍｉｎから８３３Ｎｍ３／ｍｉｎへと減少し、上吹きランスのランス高さを、２．５ｍから２．０ｍへと低下し、底吹きガス流量を、１５Ｎｍ３／ｍｉｎから３０Ｎｍ３／ｍｉｎへと増加させた。【０１６２】
酸素吹錬終了後、それぞれの酸素吹錬で発生したダストを全て回収し、秤量してダスト原単位（ｋｇ／溶鋼−ｔ）を求めた。得られた結果を表２に併記した。【０１６３】
本発明例はいずれも、比較例に比べて、ダスト原単位が低下し、鉄歩留まりが向上した。尚、本発明例と比較例とで、精錬時間は、ほぼ同じであった。【０１６４】
［実施例２］
実施例１と同様の転炉の操業条件において、酸素吹錬中に、転炉２のほぼ正面に設置した分光カメラ６により、転炉２の炉口と可動式フードとの隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影した。得られた撮影画像から、上記（２）式で、移動平均の加算数Ｓ＝３０、自然数Ｍ＝３０とする計算式を用いて発光強度移動平均変化率を求め、求めた発光強度移動平均変化率を各時点における転炉内の炉内状況の指標として転炉操業を監視した。ここで、「予め設定された閾値」としては、０．４を採用し、測定時間間隔Δｔは１〜１０秒とし、使用した波長（特定波長）は６１０ｎｍとした。【０１６５】
そして、得られた発光強度移動平均変化率が、上吹きランスからの酸素ガスの吹き付けを開始した後、閾値の０．４を超えた各時点で、表３に示すように、上吹きランスからの酸化性ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹きガスの流量のいずれか１種または２種以上を調整した。具体的には、上吹きランスからの酸化性ガス流量の調整は、８３３Ｎｍ３／ｍｉｎから１０００Ｎｍ３／ｍｉｎへと増加し、ランスの高さの調整は、３．０ｍから２．５ｍへと低下し、底吹きガス流量の調整は、３０Ｎｍ３／ｍｉｎから１５Ｎｍ３／ｍｉｎへと減少させた。【０１６６】
尚、比較例として、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率に関係なく、酸化性ガス流量、ランス高さ、底吹きガス流量の１種以上を、既存のプロセスコンピューターによる熱物質計算に基づき、溶融鉄中珪素濃度が０．０２質量％未満と推定された時点で、上記した上吹き条件および底吹き条件となるように調整する操業を行った。【０１６７】
【表３】
0006617855.tif 000009
【０１６８】
酸素吹錬終了後、それぞれの酸素吹錬で発生したダストを全て回収し、秤量してダスト原単位（ｋｇ／溶鋼−ｔ）を求めた。得られた結果を、表３に併記した。【０１６９】
本発明例はいずれも、比較例に比べて、ダスト原単位が低下し、鉄歩留まりが向上した。尚、本発明例と比較例とは、精錬時間はほぼ同じであった。【０１７０】
［実施例３］
実施例１および実施例２と同じ転炉設備（上底吹き転炉）を用いて、実施例１および実施例２と同様に、溶銑の酸化精錬を行った。酸化精錬の全酸素吹錬時間中にわたり、測定時間間隔Δｔを１秒として、実施例１および実施例２と同様に、連続的に分光カメラ６により、転炉２の炉口と可動式フードとの隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影し、得られた撮影画像から、画像解析装置７で、発光スペクトル（画像データ）を測定し、記録した。【０１７１】
そして、オフラインで、得られた画像データの解析を実施した。解析では、得られた発光スペクトル（画像データ）のうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、各時点における発光波長の特定と、波長ごとの発光強度Ｉｎを算出する解析を行った。解析は、画像データの任意の走査線上を線分析して行った。【０１７２】
更に、特定波長を６１０ｎｍに決定し、得られた各時点における該特定波長の発光強度を用いて、発光強度の時間変化として、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を、移動平均の加算数Ｓが、０（瞬時値）、１０、３０の３種とし、且つ、自然数ｍが、１、１０、３０、６０の４種とした場合の合計６水準について、それぞれ算出した。そして、得られた発光強度移動平均変化率が「予め設定された閾値＝０．４」を超えた時点を、それぞれの酸素吹錬における「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント」として特定した。【０１７３】
一方、得られた発光スペクトル（画像データ）のトレンドグラフから、手動解析によって「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント」を特定した。手動解析では、クレーンなどの遮蔽物が存在する場合などの明らかなノイズは除外し、転炉排ガスのトレンドなどから類推される酸素吹錬状況を総合的に判断し、「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（適正検知のタイミング）」を特定した。【０１７４】
そして、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率から特定された「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（本発明による変更ポイント）」と、手動解析によって特定された「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（適正検知のタイミング）」とを比較した。手動解析によって特定された「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（適正検知のタイミング）」と、本発明による変更ポイントとが合致した場合を「適正検知」とした。【０１７５】
手動解析により特定された「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（適正検知のタイミング）」に対して、本発明による変更ポイントが早い場合を「過検知」とし、遅い場合を「未検知」とした。尚、「未検知」には、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率が「予め設定された閾値超え」とならず、「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント」を特定できない場合を含む。【０１７６】
移動平均の加算数Ｓごとに比較した結果を、全チャージに対する割合（％）で、表４に示す。【０１７７】
【表４】
0006617855.tif 000010
【０１７８】
表４に示すように、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率の算出において、移動平均の加算数Ｓを０（瞬時値）とした場合には、移動平均の加算数Ｓを１０、３０とした移動平均を利用した場合に比べて、「過検知」の割合（％）が高くなっていた。【０１７９】
また、（２）式における自然数ｍが移動平均の加算数Ｓよりも大きい場合には、「未検知」の割合（％）が高くなっていた。このことから、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率の算出においては、（２）式における自然数ｍは移動平均の加算数Ｓ以下の値とすることが、「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント」の適正検知という観点からも好ましいことがわかった。【０１８０】
［実施例４］
図４に示す転炉２と同様の形式を有する、容量３００トンの上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）を用いて、溶銑の脱炭精錬を行った。上吹きランス３は、先端部に５個のラバールノズル型の噴射ノズルを、噴射傾角を１５°として、上吹きランスの軸心に対して同一円周上に等間隔に配置したものを使用した。尚、噴射ノズルのスロート径ｄｔは７３.６ｍｍ、出口径ｄｅは７８.０ｍｍである。【０１８１】
先ず、転炉内に鉄スクラップを装入したのち、予め脱硫処理および脱燐処理を施した、温度が１３１０〜１３６０℃の溶銑を転炉に装入した。溶銑の化学成分を表５に示す。【０１８２】
【表５】
0006617855.tif 000011
【０１８３】
次いで、底吹き羽口４から、攪拌用ガスとしてアルゴンガスを溶銑中に吹き込みながら、上吹きランス３から、酸化性ガスとして酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付け、溶銑の脱炭精錬を開始した。尚、鉄スクラップの装入量は、脱炭精錬終了後の溶鋼温度が１６５０℃となるように調整した。【０１８４】
その後、脱炭精錬中に炉上ホッパー（図示せず）から、ＣａＯ系媒溶剤として生石灰を投入して、溶融鉄中の炭素濃度が０.０５質量％となるまで脱炭精錬を行った。尚、生石灰の投入量は、炉内に生成されるスラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ２)）が２.５となるように調整した。【０１８５】
脱炭精錬中に、所定の測定時間間隔Δｔ：１〜１０秒で、連続的に、転炉２のほぼ正面に設置した分光カメラ６により、転炉２の炉口と可動式フードとの隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影した。得られた撮影画像から、画像解析装置７で、発光スペクトル（画像データ）を測定し、得られた発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、各時点における発光波長の特定と、波長ごとの発光強度Ｉnを算出する解析を行った。使用した波長（特定波長）は６１０ｎｍとした。解析は、画像データの任意の走査線上を線分析して行った。【０１８６】
得られた各時点における特定波長の発光強度を用いて、発光強度の時間変化として、（１）式で定義される発光強度変化率（瞬時値）を算出し、各時点における転炉内の炉内状況の指標とし、転炉操業を監視した。「閾値」は１.８とした。そして、脱炭精錬の後半において、得られた発光強度変化率が１.８以下を満たした時点で、表６に示すように、上吹ランスからの酸化性ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹きガスの流量のいずれか１種または２種以上を調整した。具体的には、上吹きランスからの酸化性ガス流量の調整は、１０００Ｎｍ３／ｍｉｎから８３３Ｎｍ３／ｍｉｎへとガス流量を減少し、ランス高さの調整は、３.０ｍから２.５ｍへとランス高さを低下し、底吹きガス流量の調整は、１５Ｎｍ３／ｍｉｎから３０Ｎｍ３／ｍｉｎへと流量を増加させた。【０１８７】
【表６】
0006617855.tif 000012
【０１８８】
このような調整は、発光強度変化率が１.８以下を満たした各時点で、直ちに制御用計算機８から、ランス高さ制御装置９、酸化性ガス流量制御装置１０および底吹きガス流量制御装置１１に、制御信号を発信して作動させた。尚、ランス高さ制御装置９、酸化性ガス流量制御装置１０および底吹きガス流量制御装置１１の３つの制御装置のうち、一部の制御装置のみを作動させた場合には、制御用計算機８から該当しない制御装置への制御信号は発信せず、該当する制御装置だけに制御信号を発信した。【０１８９】
尚、比較例として、（１）式で定義される発光強度変化率に関係なく、酸化性ガス流量、ランス高さおよび底吹きガス流量を、既存のプロセスコンピューターによる熱物質計算に基づき、溶融鉄中炭素濃度が０.４５質量％と推定された時点で、上記した上吹き条件および底吹き条件となるように調整した。【０１９０】
脱炭精錬終了後、スラグ中の全鉄分量（Total Fe）を、蛍光Ｘ線分析法を用いて調査した。得られた結果を、表６に併記した。【０１９１】
本発明例は、いずれも、比較例に比べてスラグ中の全鉄分量が少なく、鉄歩留まりが向上した。尚、本発明例と比較例とで、精錬時間はほぼ同じであった。【０１９２】
［実施例５］
実施例４と同様に、容量３００トンの上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、アルゴンガス底吹き）を用いて、溶銑の脱炭精錬を行った。上吹きランス３は、先端部に５個のラバールノズル型の噴射ノズルを、噴射傾角を１５°として、上吹きランスの軸心に対して同一円周上に等間隔に配置したものを使用した。尚、噴射ノズルのスロート径ｄｔは７３.６ｍｍ、出口径ｄｅは７８.０ｍｍである。【０１９３】
先ず、転炉内に鉄スクラップを装入したのち、予め脱硫処理および脱燐処理を施した、温度が１３１０〜１３６０℃の溶銑を転炉に装入した。表５に溶銑の化学成分を示す。【０１９４】
次いで、底吹き羽口４から、攪拌用ガスとしてアルゴンガスを溶銑中に吹き込みながら、上吹きランス３から、酸化性ガスとして酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付け、溶銑の脱炭精錬を開始した。尚、鉄スクラップの装入量は、実施例４と同様に、脱炭精錬終了後の溶鋼温度が１６５０℃となるように調整した。【０１９５】
実施例４と同様に、脱炭精錬中に炉上ホッパーから、ＣａＯ系媒溶剤として生石灰を投入して、溶融鉄中の炭素濃度が０.０５質量％となるまで脱炭精錬を行った。尚、生石灰の投入量は、炉内に生成されるスラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ２)）が２.５となるように調整した。【０１９６】
脱炭精錬中に、実施例４と同様に、所定の測定時間間隔Δｔ：１〜１０秒で、連続的に、転炉のほぼ正面に配設した分光カメラ６により、転炉２の炉口と可動式フードとの隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影した。得られた撮影画像から、画像解析装置７で、発光スペクトル（画像データ）を測定し、得られた発光スペクトルのうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、各時点における発光波長の特定と、波長ごとの発光強度Ｉnを算出する解析を行った。使用した波長（特定波長）は６１０ｎｍとした。解析は、画像データの任意の走査線上を線分析して行った。【０１９７】
得られた各時点における特定波長の発光強度を用いて、発光強度の時間変化として、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、各時点における転炉内の炉内状況の指標とし、転炉操業を監視した。尚、発光強度移動平均変化率の算出は、（２）式でｍ＝１、Ｓ＝１０とする移動平均を用いて行った。【０１９８】
尚、使用した転炉では、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率の「予め設定された閾値」は、ｍ＝１、Ｓ＝１０とした場合には１.６であった。【０１９９】
そして、得られた発光強度移動平均変化率が、表７に示す値になった時点で、表７に示すように、上吹きランスからの酸素ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹きガスの流量のいずれか１種または２種以上を調整した。具体的には、実施例４と同様に、上吹きランスからの酸素ガス流量の調整は、１０００Ｎｍ３／ｍｉｎから８３３Ｎｍ３／ｍｉｎへと減少し、ランス高さの調整は、３.０ｍから２.５ｍへと低下し、底吹きガス流量の調整は、１５Ｎｍ３／ｍｉｎから３０Ｎｍ３／ｍｉｎへと増加させた。【０２００】
【表７】
0006617855.tif 000013
【０２０１】
このような調整は、発光強度移動平均変化率が表７に示す値になった時点で、直ちに制御用計算機８から、ランス高さ制御装置９、酸化性ガス流量制御装置１０および底吹きガス流量制御装置１１に、制御信号を発信して作動させた。【０２０２】
尚、比較例として、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率に関係なく、ランス高さ、酸化性ガス流量および底吹きガス流量の１種以上を、既存のプロセスコンピューターによる熱物質計算に基づき、溶融鉄中炭素濃度が０.４５質量％と推定された時点で、上記した上吹き条件および底吹き条件となるように調整した。【０２０３】
脱炭精錬終了後、スラグ中の全鉄分量（Total Fe）を、蛍光Ｘ線分析法を用いて調査した。得られた結果を、表７に併記した。【０２０４】
実施例４と同様に、発光強度移動平均変化率が「予め設定した閾値」（ここでは１.６）以下を満たした時点で、上吹きランスからの酸素ガス流量、上吹きランスのランス高さ、底吹きガスの流量のいずれか１種または２種以上を調整した本発明例は、いずれも、比較例に比べて、スラグ中の全鉄分量が少なく、鉄歩留まりが向上した。尚、本発明例と比較例とは、精錬時間はほぼ同じであった。【０２０５】
［実施例６］
実施例４、実施例５と同じ転炉設備を用いて、実施例４、実施例５と同様に、溶銑の脱炭精錬を行った。合計２９チャージについて、脱炭精錬の全酸素吹錬時間中にわたり、実施例４、実施例５と同様に、所定の測定時間間隔Δｔ：１〜１０秒で、連続的に、分光カメラ６により、転炉２の炉口と可動式フードとの隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影し、得られた撮影画像から、画像解析装置７で、発光スペクトル（画像データ）を測定し、記録した。【０２０６】
そして、オフラインで、得られた画像データの解析を実施した。解析では、得られた発光スペクトル（画像データ）のうち、５８０〜６２０ｎｍの範囲の波長について、各時点における発光波長の特定と、波長ごとの発光強度Ｉnを算出する解析を行った。解析は、画像データの任意の走査線上を線分析して行った。【０２０７】
更に、特定波長を６１０ｎｍに決定し、得られた各時点における該特定波長の発光強度を用いて、発光強度の時間変化として、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を、移動平均の加算数Ｓが、０（瞬時値）、１０、３０の３種とした場合について、それぞれ算出した。自然数ｍは１とした。そして、得られた発光強度移動平均変化率が「予め設定された閾値」以下となる時点を、それぞれの「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント」として特定した。【０２０８】
一方、得られた発光スペクトル（画像データ）のトレンドグラフから、手動解析によって「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント」を特定した。手動解析では、クレーンなどの遮蔽物が存在する場合などの明らかなノイズは除外し、「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（適正検知のタイミング）」を特定した。【０２０９】
そして、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率から特定された「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（本発明による変更ポイント）」と、手動解析によって特定された「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（適正検知のタイミング）」とを比較した。手動解析により特定された「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（適正検知のタイミング）」と、本発明による変更ポイントとが合致した場合を「適正検知」とした。【０２１０】
手動解析により特定された「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント（適正検知のタイミング）」に対して、本発明による変更ポイントが１０秒以上早い場合を「過検知」とし、１０秒以上遅い場合を「未検知」とした。尚、「未検知」には、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率が「予め設定された閾値」以下とならず、「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント」を特定できない場合を含む。【０２１１】
移動平均の加算数Ｓごとに比較した結果を、全チャージに対する割合（％）で、表８に示す。【０２１２】
【表８】
0006617855.tif 000014
【０２１３】
表８に示すように、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率の算出において、移動平均の加算数Ｓを０（瞬時値）とした場合には、Ｓを１０、３０とした移動平均を利用した場合に比べ、「過検知」の割合（％）が高くなっている。このことから、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率の算出においては、移動平均を利用した算出とすることが、「上吹き条件および底吹き条件の変更ポイント」の適正検知という観点からも好ましいことがわかった。【０２１４】
［実施例７］
図４に示す転炉２と同様の形式を有する、容量が３００トンである２基の上底吹き転炉（酸素ガス上吹き、窒素ガスまたはアルゴンガス底吹き）を用いて、溶銑５の脱珪処理、脱燐処理および脱炭精錬を行った。脱珪処理および脱燐処理は、第１の転炉を使用し、脱炭精錬は第２の転炉を使用した。上吹きランス３は、先端部に５個のラバールノズル型の噴射ノズルを、上吹きランスの軸心に対して同一円周上に等間隔に配置し、その噴射傾角が１５°のものを使用した。尚、噴射ノズルのスロート径ｄｔは７３．６ｍｍ、出口径ｄｅは７８．０ｍｍである。【０２１５】
先ず、第１の転炉内に鉄スクラップを装入したのち、予め脱硫処理を施した、温度が１２６０〜１２８０℃の３００トンの溶銑を第１の転炉に装入した。使用した溶銑の化学成分を上記の表１に示す。【０２１６】
次いで、底吹き羽口４から、攪拌用ガスとして窒素ガスを溶銑中に吹き込みながら、上吹きランスから酸化性ガスとして酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付け、溶銑の脱珪処理を開始した。尚、鉄スクラップの装入量は、第２の転炉における脱炭精錬終了後の溶鋼温度が１６５０℃となるように調整した。【０２１７】
脱珪処理中に、所定の測定時間間隔Δｔ：１〜１０秒で、連続的に、転炉２のほぼ正面に設置した分光カメラ６により、転炉２の炉口と可動式フードとの隙間から見える炉口燃焼火炎１２を撮影した。得られた撮影画像を画像解析装置７で解析し、６１０ｎｍの波長について、各時点における発光強度Ｉnを算出する解析を行った。【０２１８】
得られた各時点における特定波長の発光強度を用いて、移動平均の加算数Ｓ＝３０、自然数Ｍ＝３０として（２）式で定義される発光強度移動平均変化率を算出し、各時点における転炉内の炉内状況の指標とし、転炉操業を監視した。そして、得られた発光強度移動平均変化率が、表９に示すように閾値０．４を超えた時点で、脱珪スラグを排出する排滓工程に移行した。ここで、「脱珪スラグ」とは脱珪処理で生成するスラグである。【０２１９】
【表９】
0006617855.tif 000015
【０２２０】
尚、比較例として、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率に関係なく、既存のプロセスコンピューターによる熱物質計算に基づき、溶融鉄中の珪素濃度が０．０２質量％と推定された時点で、脱珪スラグを排出する工程に移行した。【０２２１】
この排滓工程で排滓された脱珪スラグを採取し、採取した脱珪スラグの全鉄分量（Total Fe）を、蛍光Ｘ線分析法を用いて調査した。脱珪スラグの全鉄分量（Total Fe）の分析結果を表９に併記する。本発明例は、いずれも、比較例に比べて脱珪スラグ中の全鉄分量が少なく、鉄歩留が向上した。【０２２２】
脱珪スラグを排出した後、第１の転炉にＣａＯ系媒溶剤として生石灰を装入し、上吹きランスから酸化性ガスとして酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付け、第１の転炉に残留させた溶銑を、溶融鉄中の燐濃度が０．０３５質量％となるまで脱燐処理した。【０２２３】
その後、第１の転炉から溶銑保持容器に溶銑を出湯し、出湯した溶銑を第２の転炉に装入し、上吹きランスから酸化性ガスとして酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付けて脱炭精錬を開始した。脱炭精錬中に炉上ホッパーから、ＣａＯ系媒溶剤として生石灰を投入して、溶融鉄中の炭素濃度が０．０５質量％となるまで脱炭精錬を行った。生石灰の投入量は、炉内に生成されるスラグの塩基度（(質量％ＣａＯ)／(質量％ＳｉＯ２)）が２．５となるように調整した。【０２２４】
脱炭精錬においても、脱珪処理と同様の方法で炉口燃焼火炎１２のスペクトルを解析し、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率（ｍ＝１、Ｓ＝０）を算出し、転炉操業を監視した。そして、得られた発光強度移動平均変化率が、閾値（＝１．６）以下を満たす各時点で、表１０に示すように、上吹きランスからの酸素ガス流量、ランス高さ、底吹きガスの流量のいずれか１種または２種以上を調整した。具体的には、上吹きランスからの酸素ガス流量の調整は、１０００Ｎｍ３／ｍｉｎから８３３Ｎｍ３／ｍｉｎへとガス流量を減少し、ランス高さの調整は、２．５ｍから２．０ｍへと低下し、底吹きガス流量の調整は、１５Ｎｍ３／ｍｉｎから３０Ｎｍ３／ｍｉｎへと流量を増加させた。【０２２５】
【表１０】
0006617855.tif 000016
【０２２６】
これらの調整は、発光強度移動平均変化率が閾値以下を満たす各時点で、直ちに制御用計算機８から、ランス高さ制御装置９、酸化性ガス流量制御装置１０および底吹きガス流量制御装置１１に、制御信号を発信して作動させた。尚、ランス高さ制御装置９、酸化性ガス流量制御装置１０および底吹きガス流量制御装置１１の３つの制御装置のうち、一部の制御装置のみを作動させた場合には、制御用計算機８から該当しない制御装置への制御信号は発信せず、該当する制御装置だけに制御信号を発信した。【０２２７】
尚、比較例として、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率に関係なく、酸化性ガス流量、ランス高さおよび底吹きガス流量を、既存のプロセスコンピューターによる熱物質計算に基づき、溶融鉄中炭素濃度が０．３５質量％と推定された時点で、上記の上吹きおよび底吹き条件となるように調整した。【０２２８】
脱炭精錬終了後、スラグ中の全鉄分量（Total Fe）を、蛍光Ｘ線分析法を用いて調査した。得られた結果を、表１０に併記した。【０２２９】
第２の転炉における脱炭精錬において、本発明例は、いずれも、比較例に比べてスラグ中の全鉄分量が少なく、鉄歩留が向上した。尚、脱炭精錬時間は、本発明例と比較例とでほぼ同じであった。【０２３０】
［実施例８］
実施例７と同じ転炉設備（上底吹き転炉）および操業方法に従うが、第２の転炉における画像解析装置７の解析条件を、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率の加算数Ｓが、０（瞬時値）、１０、３０の３種とし、且つ、自然数ｍが、１、１０、３０、６０の４種とした場合の合計６水準について、それぞれ算出した。そして、得られた発光強度移動平均変化率が１．６以下となった時点で、サブランスを投入し、溶融鉄温度と溶融鉄中の炭素濃度とを測定すると同時に、上吹きランスからの酸素ガス流量、ランス高さ、底吹きガスの流量のいずれか１種または２種以上を調整した。【０２３１】
具体的には、上吹きランスからの酸素ガス流量の調整は、１０００Ｎｍ３／ｍｉｎから８３３Ｎｍ３／ｍｉｎへとガス流量を減少し、ランス高さの調整は、２．５ｍから２．０ｍへと低下し、底吹きガス流量の調整は、１５Ｎｍ３／ｍｉｎから３０Ｎｍ３／ｍｉｎへと流量を増加させた。【０２３２】
サブランスによる溶融鉄中の炭素濃度測定値が０．３５±０．０５質量％の場合を適正検知、サブランスによる溶融鉄中の炭素濃度測定値が０．４０質量％超えの場合を過検知、サブランスによる溶融鉄中の炭素濃度測定値が０．３０質量％未満の場合を未検知として、加算数Ｓごとに比較した。その結果を、全チャージに対する割合（％）で表１１に示す。【０２３３】
【表１１】
0006617855.tif 000017
【０２３４】
表１１に示すように、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率の算出において、移動平均の加算数Ｓを０（瞬時値）とした場合は、Ｓを１０、３０とした場合に比べて、「過検知」の割合が高くなった。また、Ｓとｍとを同一の値とした場合に「適正検知」の割合が高くなり、特に、Ｓ＝３０、ｍ＝３０とした場合には、最も高い割合で「適正検知」が可能であった。【０２３５】
これらのことから、（２）式で定義される発光強度移動平均変化率の算出においては、移動平均を利用し、また、（２）式中のｍをＳと同一の値とすることが、適正検知という観点からも好ましいことがわかった。
【符号の説明】
【０２３６】
１  転炉設備
２  転炉
３  上吹きランス
４  底吹き羽口
５  溶銑
６  分光カメラ
７  画像解析装置
８  制御用計算機
９  ランス高さ制御装置
１０  酸化性ガス流量制御装置
１１  底吹きガス流量制御装置
１２  炉口燃焼火炎
１３  酸化性ガス噴流
１４  炉口
１５  可動式フード
１６  上吹きランスへの酸化性ガス供給管
１７  上吹きランスへの冷却水供給管
１８  上吹きランスからの冷却水排出管
１９  出鋼口
２０  出鋼口燃焼火炎
２１  鉄皮
２２  耐火物
２３  スラグ
【図１】
0006617855.tif 000018
【図２】
0006617855.tif 000019
【図３】
0006617855.tif 000020
【図４】
0006617855.tif 000021
【図５】
0006617855.tif 000022
【図６】
0006617855.tif 000023
【図７】
0006617855.tif 000024
【図８】
0006617855.tif 000025