(57)【要約】【課題】  転炉出鋼口の損傷・損耗状況に基づいて出鋼口補修の要否を判定するに当たり、オペレーターが転炉に近づいて出鋼口を直接観察する必要がなく、しかも、オペレーターによる個人差が生じず、的確に補修の要否を判定することのできる転炉出鋼口の補修時期判定方法を提供する。【解決手段】  本発明の転炉出鋼口の補修時期判定方法は、転炉４からの溶鋼１の出鋼時に赤外線カメラ７によって出鋼口１５から流下する溶鋼流２の放射エネルギーを測定し、測定した放射エネルギーと溶鋼の温度とにより定まる溶鋼流の放射率に基づいて出鋼口の損耗状況を把握し、補修の要否を判定する。【選択図】            図１
2008156717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉からの溶鋼の出鋼時に赤外線カメラによって出鋼口から流下する溶鋼流の放射エネルギーを測定し、測定した放射エネルギーと溶鋼の温度とにより定まる溶鋼流の放射率に基づいて出鋼口の補修の要否を判定することを特徴とする、転炉出鋼口の補修時期判定方法。
【請求項２】
放射率に予め閾値を設定しておき、測定した放射エネルギーと溶鋼温度とにより定まる放射率が前記閾値を越えたときを、出鋼口の補修時期と判定することを特徴とする、請求項１に記載の転炉出鋼口の補修時期判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐火物で構成される転炉出鋼口の補修時期を判定する方法に関し、詳しくは、出鋼口から流出する溶鋼流を赤外線カメラで観察し、その放射率に基づいて出鋼口の損耗状況を推定し、補修時期を判定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銑鋼一貫の製鉄所においては、高炉で製造された溶銑は転炉で脱炭精錬されて溶鋼となり、その後、連続鋳造工程及び圧延工程を経て鋼製品が製造されている。溶銑を脱炭精錬するための転炉は、傾動軸（「トラニオン軸」という）を中心として回転可能になっており、脱炭精錬終了後、直立していた転炉を傾動させ、転炉の上部側側壁に設置した出鋼口から製造した溶鋼を取鍋などの溶鋼保持容器に出鋼している。転炉からの溶鋼の出鋼の際、出鋼の末期には、炉内の溶鋼深さが浅くなることから、転炉内に生成するスラグの一部も溶鋼に混入して出鋼口から溶鋼保持容器に流出する。
【０００３】
出鋼口は、転炉の側壁に配置された、転炉の内部と外部とを結ぶ円筒状貫通孔を形成する案内レンガの内部に、複数個の中空円柱体状のスリーブレンガが挿入されて構成されており、つまり、耐火物で構成されており、中空円柱体状のスリーブレンガの中心内孔部を溶鋼が高速で流下するとともに、耐火物にとって侵食作用のあるスラグも流下するので、スレーブレンガの中心内孔部は出鋼毎に損傷・損耗し、出鋼口の拡大につながる。出鋼口が拡大すると、（１）落下エネルギーの増加に伴い鉄スプラッシュが激しくなり、飛散地金に起因して鉄の歩留りが低下する、（２）出鋼流に混入するスラグが増えて溶鋼保持容器内のスラグ量が増加し、それに伴って脱酸用Ａｌの使用量が増加する、また、（３）スリーブレンガが溝状に損耗した場合には、スラグストッパーを用いても溝状溶損部からスラグが流出してしまい、スラグストッパーの効果を十分に発揮できない、などの問題が発生する。
【０００４】
従って、これらの問題を防止するために、スリーブレンガの損耗が激しくなった時点で出鋼口の補修を実施し、この出鋼口補修を繰り返し行いながら、転炉操業が継続されている。この出鋼口の補修方法は、通常、損耗したスリーブレンガを取り除き、新品のスレーブレンガを案内レンガに挿入することにより行われている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。この出鋼口の補修では、新品のスリーブレンガと案内レンガとの間隙には不定形耐火物が充填されている。
【０００５】
従来、この出鋼口の損傷・損耗状況の判別は、つまり出鋼口の補修要否の判定は、出鋼直後、オペレーターが転炉に近づいて目視で出鋼口の内部を観察することにより行われていた。しかしながら、目視で判別することから、的確な判定は困難であり、最適な補修時期を逸してしまうという問題があった。また、個々のオペレーターにより判定基準に差が生ずるという問題もあった。更に、オペレーターは高温の出鋼口の内部を覗いて観察する必要があることから、判定作業は危険作業でもあった。
【特許文献１】特開２００５−２００７０４号公報
【特許文献２】特開平５−１９５０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、転炉出鋼口の損傷・損耗状況に基づいて出鋼口補修の要否を判定するに当たり、オペレーターが転炉に近づいて出鋼口を直接観察する必要がなく、しかも、オペレーターによる個人差が生じず、的確に補修の要否を判定することのできる転炉出鋼口の補修時期判定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意研究・検討を重ねた。以下に研究・検討を説明する。
【０００８】
転炉における出鋼時には、赤外線カメラで出鋼口からの出鋼流を観察し、スラグの輝度の方が溶鋼の輝度よりも高いことを利用して、出鋼流幅方向における輝度の分布からスラグの混入率を求め、所定の輝度分布になった時点で、つまり所定のスラグ混入率となった時点で出鋼口からの注入を停止し、転炉からのスラグの流出を防止する方法が広く行われている（例えば、特開２００６−１４４１１４号公報など参照）。
【０００９】
赤外線カメラでは、出鋼流のうちのスラグ流の放射エネルギー及び溶鋼流の放射エネルギーを輝度として測定し、スラグの輝度と溶鋼の輝度との差に基づいて両者を識別している。本発明者等は、スラグと溶鋼との輝度の差に基づいてスラグを検出しているなかで、スラグの輝度と溶鋼の輝度とは大幅に異なることからスラグの流出を検知する際には全く問題にならないが、溶鋼温度が同一であっても溶鋼流の輝度が変化することを確認した。尚、本発明では、出鋼流のうちの溶鋼の部分を溶鋼流、スラグの部分をスラグ流と称す。
【００１０】
ここで、放射エネルギーと温度との関係は、下記の（１）式で与えられる。但し、（１）式において、Ｗは放射エネルギー、εは放射率、σはスティファン・ボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。
【００１１】
Ｗ＝εσＴ4 ……（１）
溶鋼流の温度（Ｔ）が同一であっても溶鋼流の輝度即ち放射エネルギー（Ｗ）が異なるということは、放射率（ε）が溶鋼流の状態に応じて異なるということである。更に検討した結果、放射率（ε）は溶鋼流の表面の粗さにより異なり、表面が粗いほど放射率（ε）が大きくなることが確認できた。
【００１２】
出鋼口を構成するスリーブレンガは使用開始時には表面が平滑であるが、使用回数に伴って損耗が進むと、スリーブレンガの中心内孔表面に、つまり出鋼口の内壁に凹凸ができるため、出鋼口を補修した後、出鋼回数が増すにつれて出鋼流が乱れやすくなり、溶鋼流の温度が同一であっても観察される放射エネルギーは大きくなる。つまり、損耗の進行に伴って（１）式における放射率（ε）が大きくなる。
【００１３】
これらの結果から、赤外線カメラで観察される溶鋼流の放射エネルギー（Ｗ）とその時の溶鋼温度とによって定まる溶鋼流の放射率（ε）に基づいて、出鋼口の損耗状況を把握することができると同時に、補修の要否を判定することができるとの知見が得られた。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る転炉出鋼口の補修時期判定方法は、転炉からの溶鋼の出鋼時に赤外線カメラによって出鋼口から流下する溶鋼流の放射エネルギーを測定し、測定した放射エネルギーと溶鋼の温度とにより定まる溶鋼流の放射率に基づいて出鋼口の補修の要否を判定することを特徴とするものである。
【００１５】
第２の発明に係る転炉出鋼口の補修時期判定方法は、第１の発明において、放射率に予め閾値を設定しておき、測定した放射エネルギーと溶鋼温度とにより定まる放射率が前記閾値を越えたときを、出鋼口の補修時期と判定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、赤外線カメラで測定した放射エネルギーと溶鋼の温度とにより定まる溶鋼流の放射率に基づいて出鋼口の損耗状況を把握し、損耗状況に応じて出鋼口の補修の要否を判定するので、オペレーターが転炉に近づいて出鋼口を直接観察する必要がなく、しかも、オペレーターによる個人差が生じず、的確に出鋼口補修の要否を判定することができる。放射率に閾値を設定しておけば、出鋼口補修の最適時期を自動的に判定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態例を示す図であって、転炉から取鍋に溶鋼を出鋼する際に本発明を実施した例を示す概略断面図である。
【００１８】
図１に示すように、外殻を鉄皮１３とし、鉄皮１３の内側に耐火物１４が施工された転炉４の上部側の側壁には、溶鋼１を取鍋５に排出するための流出孔である出鋼口１５が設置されている。出鋼口１５は、耐火物１４に埋め込まれた案内レンガ１７の形成する円筒状の貫通孔に、中空円柱体状のスリーブレンガ１６が挿入されて構成されている。図１ではスリーブレンガ１６及び案内レンガ１７は、ともに１つのブロックのように図示しているが、それぞれ複数のブロックから構成されている。当然ながら、高価となることを容認すれば１つのブロックとしても構わない。スリーブレンガ１６と案内レンガ１７との間隙には、不定形耐火物（図示せず）が充填されている。
【００１９】
この出鋼口１５の近傍の鉄皮１３には、スラグストッパー１２が設置されており、スラグストッパー１２は、転炉４とは距離を隔てた位置に設置されるスラグストッパー制御装置１１によって制御されている。スラグストッパー１２は、回転自在なアーム１８と、アーム１８の先端部に取り付けられた鋳鉄製のストッパー１９と、アーム１８を駆動するための油圧シリンダー２０と、から構成されており、油圧シリンダー２０が作動することにより、アーム１８の先端部のストッパー１９が出鋼口１５に嵌合するようになっている。このストッパー１９には、ストッパー１９の中心部を貫通してガス吹込み孔（図示せず）が設けられ、このガス吹込み孔から供給される窒素ガスが、ストッパー１９を出鋼口１５に嵌合したときに、出鋼口１５の流路内に噴射されるようになっている。ガス吹込み孔を流れる窒素ガス流量及び油圧シリンダー２０を作動するための作動油は、スラグストッパー制御装置１１によって制御されている。尚、図１では、油圧シリンダー２０に接続する油圧配管、ガス吹込み孔に接続するガス供給管及び流量調整弁などは省略している。
【００２０】
また、転炉４から取鍋５への出鋼流２の放射エネルギーを輝度として測定するための赤外線カメラ７と、赤外線カメラ７による測定値を入力して所定の演算を行う演算部８とからなる検知装置６が設置されている。演算部８はプロセスコンピューター９と接続しており、転炉での脱炭精錬終点で測定されたサブランスなどによる溶鋼温度の測温値がプロセスコンピューター９を介して演算部８に入力されるようになっている。
【００２１】
尚、赤外線カメラ７は、特別な機能は必要とせず、出鋼流２及びその背景を二次元で撮影し、各被写体の放射エネルギーを測定し、各被写体の放射エネルギーに基づいて、溶鋼１、スラグ３及び背景に分別して表示する装置であればよい。赤外線カメラ７でなくても例えばＣＣＤカメラなどでも被写体の放射エネルギーを計測することは可能であるが、検出感度が高いことから本発明では赤外線カメラ７を使用している。但し、赤外線カメラ７の代わりにＣＣＤカメラを使用しても、本発明を実施することは可能である。
【００２２】
この検知装置６の機能は２つあり、１つ目の機能は、出鋼流２のうちの溶鋼流の輝度から溶鋼流の放射率を求め、求めた放射率から出鋼口１５の損耗状況を推定し、推定した損耗状況から出鋼口１５の補修時期を判定する機能であり、２つ目の機能は、溶鋼１の輝度とスラグ３の輝度とが異なることを利用して出鋼流２に混入するスラグ３を検知する機能である。出鋼口１５の損耗状況及び出鋼口１５の補修時期の判定結果は表示装置１０に送られ、表示装置１０において表示される或いは警報が発せられ、一方、スラグ３の検知結果はスラグストッパー制御装置１１に送られ、上記に説明したスラグストッパー１２の動作が行われる。本発明は、１つ目の機能に関するものであり、２つ目の機能は必要としないが、１つの赤外線カメラ７で両方の機能を発揮することができることから、両方の機能を持たすことが好ましい。尚、本発明は２つ目の機能とは直接関係しないので、２つ目の機能の詳細な説明は省略する。
【００２３】
このような構成の転炉４及び検知装置６を用いて、次のようにして本発明を実施する。
【００２４】
転炉４に溶銑を装入し、更に生石灰などの造滓剤を装入して、上吹きランス（図示せず）または底吹き羽口（図示せず）若しくは双方から酸素ガスを溶銑に供給して脱炭精錬を実施する。溶銑は脱炭精錬されて溶鋼１が溶製され、造滓剤は溶融してスラグ３が生成される。溶製した溶鋼１を取鍋５に出鋼するに当たり、出鋼口１５が下面側に位置するように転炉４を傾動させる。転炉４の傾動により、溶鋼１は出鋼口１５を通って取鍋５に流下する。溶鋼１の出鋼が進み、転炉４に滞留する溶鋼１が少なくなると、溶鋼１の上に浮遊するスラグ３が溶鋼１に巻き込まれ、出鋼流２に混入して取鍋５に流出する。
【００２５】
この出鋼流２を赤外線カメラ７で連続的に或いは断続的に監視し、出鋼流２の放射エネルギーを測定し、出鋼流２の放射エネルギーの二次元画像を撮影する。そして、被写体の放射エネルギーに基づき、撮影した二次元画像を溶鋼１、スラグ３及び背景に分別処理するとともに、測定した放射エネルギー及び分別処理された画像を演算部８に送信する。
【００２６】
赤外線波長領域におけるスラグ３の放射率は、溶鋼１の放射率の１．２〜１．５倍であり、これによって計測される放射エネルギーレベルに差が発生するので、赤外線カメラ７を使用することによって、出鋼流２における溶鋼１とスラグ３とを明確に区別することができる。また、出鋼流２の背景は極めて低い放射エネルギーレベルであるので、出鋼流２とは自ずと分別することができる。
【００２７】
演算部８は、赤外線カメラ７により測定された溶鋼流の放射エネルギー（Ｗ）と、プロセスコンピューター９から入力された脱炭精錬終点時の転炉内溶鋼温度（Ｔ）と、から、前述した（１）式を用いて溶鋼流の放射率（ε）を出鋼毎に算出する。そして、演算部８は、算出して求めた放射率（ε）から出鋼口１５の損耗状況を推定し、推定した損耗状況に基づいて出鋼口１５の補修の要否を判定する。この判定は、例えば以下のようにして実施する。
【００２８】
即ち、先ず、溶鋼１という物質と溶鋼温度とによって一義的に定まる放射率（ε0 ）を溶鋼の温度別に予め求めておき、次いで、経験に基づいて出鋼口１５の補修を行う最適時期の放射率（ε* ）を定める。放射率（ε* ）も溶鋼の温度によって変化するので、放射率（ε* ）も溶鋼の温度別に定める。但し、温度別に放射率（ε* ）を定めようとしても、出鋼時の溶鋼の温度設定範囲は狭く、且つ、全ての温度に亘って満弁なくデータをとることも不可能であるので、数点の温度データから類推して放射率（ε* ）を定める。このようにして設定した温度別の放射率（ε* ）を閾値とし、算出して求めた放射率（ε）がこの閾値を越えたときに、出鋼口１５の補修が必要であるとして、その旨を表示装置１０で表示する或いは警報を発するなどすればよい。
【００２９】
この場合、算出して求めた放射率（ε）が閾値よりも離れているときには、出鋼口１５の損耗は進行しておらず、算出して求めた放射率（ε）が閾値に近づくことで出鋼口１５の損耗が進行していることを把握できる。尚、転炉内の溶鋼の温度は出鋼中には左程変化しないが、放射率（ε）を算出する際に脱炭精錬終了時の転炉内溶鋼の温度を用いていることから、溶鋼流の放射率（ε）を算出する際は、出鋼開始直後に測定した溶鋼流の放射エネルギーを用いることが好ましい。
【００３０】
出鋼中、演算部８によるスラグ流出が検知されたなら、スラグストッパー制御装置１１に信号を送り、ストッパー１９によって出鋼流２を止め、転炉４を直立させて出鋼作業を終了する。その後、出鋼口１５が上になるように更に転炉４を傾動し、スラグ３を炉口からスラグポット（図示せず）に排出する。
【００３１】
オペレーターは表示装置１０による出鋼口１５の「補修要」の表示或いは警報に基づき、当該出鋼後に或いは次回出鋼後に、出鋼口１５の補修を実施する。出鋼口１５の補修方法は、例えば、ブレーカーなどによって古いスリーブレンガ１６を破砕して案内レンガ１７から取り外し、案内レンガ１７の内面に付着した不定形耐火物を除去した後、新しいスリーブレンガ１６を案内レンガ１７に挿入することで行うことができる。新しいスリーブレンガ１６と案内レンガ１７との間隙には、不定形耐火物が充填される。
【００３２】
このように、本発明によれば、赤外線カメラ７で測定した放射エネルギーと溶鋼１の温度とにより定まる溶鋼流の放射率に基づいて出鋼口１５の損耗状況を把握し、損耗状況に応じて出鋼口１５の補修の要否を判定するので、オペレーターが転炉４に近づいて出鋼口１５を直接観察する必要がなく、しかも、オペレーターによる個人差が生じず、的確に出鋼口補修の要否を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  溶鋼
２  出鋼流
３  スラグ
４  転炉
５  取鍋
６  検知装置
７  赤外線カメラ
８  演算部
９  プロセスコンピューター
１０  表示装置
１１  スラグストッパー制御装置
１２  スラグストッパー
１３  鉄皮
１４  耐火物
１５  出鋼口
１６  スリーブレンガ
１７  案内レンガ
１８  アーム
１９  ストッパー
２０  油圧シリンダー
【図１】
2008156717.tif 000003