(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
攪拌インペラと溶銑鍋を備えた機械攪拌式脱硫装置（以下「脱硫装置」という。）と、該脱硫装置の前記溶銑鍋に脱硫剤を投射する上吹きランスを備え、前記溶銑鍋に投入された溶銑の脱硫処理を行う機械攪拌式脱硫システムにおいて、該システムは、
前記上吹きランスの先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さの位置になるように移動制御を行う制御部をさらに備え、該制御部は、
前記脱硫処理の前処理であるスラグ除去処理の際の溶銑鍋の傾動角と前記溶銑鍋の内径から前記溶銑鍋のフリーボードを算出し、該算出したフリーボードに基づいて前記上吹きランスの移動距離を算出する移動距離算出手段と、前記算出された移動距離に基づいて、前記上吹きランス先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さの位置になるように前記上吹きランスの駆動を行うランス駆動手段とを備えたことを特徴とする機械攪拌式脱硫システム。
【請求項２】
前記制御部の移動距離算出手段が、前記溶銑鍋の損耗度毎に前記傾動角と前記フリーボードが関係付けられたテーブルを備え、入力された前記損耗度に対応した前記テーブルを用いて求めた前記フリーボードに基づいて前記上吹きランスの移動距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の機械攪拌式脱硫システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械攪拌式脱硫装置と該機械攪拌式脱硫装置に脱硫剤を吹き込むガス吹き込み用ランスとを備えた機械攪拌式脱硫システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶銑の脱燐・脱硫を行う際に使用される代表的な設備としては、溶銑を収容した精錬容器内に脱燐・脱硫剤を投入し、攪拌インペラを用いて該溶銑を機械的に撹拌する機械攪拌式脱硫装置が知られている。
【０００３】
かかる設備においては、脱硫剤の添加方法として、従来は重力落下方式を採用していたが、その方法では、添加時に脱硫剤の一部が飛散して集塵装置に吸引されるか、或いは脱硫剤が凝集し脱硫効率が低下するため、脱硫剤等の添加歩留りが低いという問題があった。
そこで、撹拌されている溶銑の浴面上に、上吹きランスと称する筒体を介して、アルゴンガス、窒素ガス等の搬送用ガスを用いて高速で連続的に吹き付け、溶銑内に脱硫剤を侵入させて添加する方法（例えば特許文献１参照）が利用されるようになった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７９６９０号公報
【特許文献２】特開２００４−３０１３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる上吹きランスを用いて溶銑の湯面上に脱硫剤を吹き付ける方式においては、湯面レベルに対するランスの高さが脱硫効率に大きく寄与している。
例えば、投射時、ランスと湯面間の距離が遠い(800mm以上)と集塵装置に吸われ、脱硫剤の投入量が減少するため脱硫効率が悪くなる。逆に、ランスと湯面間の距離が近い(400mm以下)とランス先端が溶銑によって溶損し、ランスの使用寿命が短くなる。
そのため、湯面レベルに対するランスの高さの調整が重要となる(推奨ランス〜湯面高さ：500〜700mm)。
【０００６】
また、処理毎に溶銑の量が異なり、更に、鍋内側に付着した地金により処理鍋の形状は各処理毎に湯面レベルが大きく変動するため、毎回湯面レベルの計測が必要となる。
従来、溶銑の湯面レベルを計測する方法としては、次のようなものが知られている。
（１）溶銑の重量を比重で割って容積を求め、溶銑鍋の底面積で割って高さ（湯面レベル）を求める方法
しかしながら、この方法では、鍋の内側（耐火物）に地金等が付着した場合は底面積が小さくなり、又はその逆に、鍋の内側が損耗した場合は底面積が大きくなるため、精度があまり良くないという問題がある。
【０００７】
（２）溶銑鍋上部の開口方向からマイクロ波を送受信するセンサを使用して湯面レベルを計測する方法
しかしながら、実際の測定に際しては、溶銑からの輻射熱による故障を防止するために、耐熱ボードを挿入してセンサを囲い、内部の温度上昇を抑制する等の耐熱対策が必要であるが、脱硫処理で投入する脱硫剤等の粉塵が舞い上がり、耐熱ボードに付着堆積すると、マイクロ波が減衰して、湯面レベルを測定できなくなる等の問題があった。
【０００８】
（３）撹拌インペラが溶銑に浸漬された時の湯面の輝度変化を目視またはカメラで撮像して判定する方法
しかしながら、目視の場合は、オペレータが常時湯面を監視しなければならないので、作業負荷および省力の観点から問題がある。また、カメラによる判定では、溶銑表面に浮遊するスラグの性状、生成量および分布の状態により検知精度がばらつくという問題がある。さらには周囲環境によるカメラの故障のリスクも大きい。
【０００９】
かかる従来の問題点に鑑み、攪拌インペラの先端部が溶銑の湯面に触れた瞬間に発生するスプラッシュを検出し、その時の攪拌インペラ昇降用モータ軸に設置したエンコーダの値から溶銑レベルを計測する方法が提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、この方法は、発生するスプラッシュによって溶銑鍋内の耐火物を損耗させ、製鋼歩留を低下させるとともに、スプラッシュの検出を行う監視カメラが高温で故障しやすくなるという問題も避けられない。
本発明は、上述のような問題に鑑み為されたものであり、簡易な方法で溶銑の湯面レベルを検出し、検出された湯面レベルに合わせてランスを最適な位置に自動的に調整することが可能な機械攪拌式脱硫システム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】
本発明は、攪拌インペラと溶銑鍋を備えた機械攪拌式脱硫装置（以下「脱硫装置」という。）と、該脱硫装置の前記溶銑鍋に脱硫剤を投射する上吹きランスを備え、前記溶銑鍋に投入された溶銑の脱硫処理を行う機械攪拌式脱硫システムに関し、本発明の上記目的は、該システムが、前記上吹きランスの先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さ（Ｈ）の位置になるように移動制御を行う制御部をさらに備え、該制御部は、前記脱硫処理の前処理であるスラグ除去処理の際の溶銑鍋の傾動角（θ）と前記溶銑鍋の内径（Ｄ）から前記溶銑鍋のフリーボード（ΔＨ）を算出し、該算出したフリーボードに基づいて前記上吹きランスの移動距離（ｈ）を算出する移動距離算出手段と、前記算出された移動距離に基づいて、前記上吹きランス先端が前記溶銑鍋の湯面から所定の高さ（Ｈ）の位置になるように前記上吹きランスの駆動を行うランス駆動手段とを備えたことを特徴とする機械攪拌式脱硫システムによって達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る機械攪拌式脱硫システムによれば、簡易な方法で溶銑の湯面レベルを検出し、検出された湯面レベルに合わせてランスを最適な位置に自動的に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】脱硫処理の前処理の状態を示す図である
【図２】溶銑鍋を傾動させるための駆動方式を示す図である。
【図３】一般的な脱硫処理システムを示す図である。
【図４】前処理において記憶させた傾動角（θ）から、溶銑鍋のフリーボード部の高さΔＨを求める方法を説明するための図である。
【図５】溶銑鍋の内側の耐火物に金属が付着して内径Ｄが狭くなった場合（Ａ図）と、内側の耐火物が損耗して内径Ｄが広くなった場合（Ｂ図）を示した図である。
【図６】傾動角（θ）とフリーボードとの関係をグラフにしたものである。
【図７】本発明に係る機械攪拌式脱硫システムの構成を示す模式図である。
【図８】鍋の損耗状態ごとに、傾動角（θ）とフリーボードとの関係をテーブル化したものである。
【図９】制御部が行う制御の流れを示すフローチャートの一例を示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る機械攪拌式脱硫システム（以下単に「脱硫システム」という。）について詳細に説明する。
一般に、機械撹拌式脱硫処理プロセス（以下単に「脱硫処理プロセス」という。）は、前処理、脱硫処理、後処理の手順で溶銑を脱硫処理する。
前処理とは、脱硫処理前に脱硫効率を高めるため、湯面に浮いた滓（スラグ）を排除機（スラグスキマー）で除去する工程である。
図１は、前処理の状態を示す図である。
(a)傾動台車１にて、溶銑がこぼれ落ちないような最大角度まで溶銑鍋２を傾ける。この時の傾動角θを記憶装置（不図示）に記憶させる。
(b)湯面に浮いている滓を排滓機３にて掻き取り、スラグ鍋４に移す。滓を除去したら、溶銑鍋の傾斜を元に戻し、次の工程に移る。
【００１４】
図２は、溶銑鍋２を傾動させるための駆動方式を示す図である。図２（Ａ）は、溶銑鍋２の傾動を駆動するアクチュエータ５が電動の場合を示すものであり、傾動ギヤの軸上に回転器が設置されている。（Ｂ）は、アクチュエータ５が油圧駆動の場合を示す図であり、油圧シリンダーロッドが伸縮することにより傾動角が変化する。それぞれエンコータ（不図示）を備えており、機械的な変位量（角度変化又は伸縮量）を電気信号に変換する。エンコーダの出力信号は図示しない記憶手段に記憶され、その信号を読み出すことにより傾動角を知ることができる。
【００１５】
次は脱硫処理工程である。図３は、一般的な脱硫処理システムを示す図である。脱硫処理システムは、攪拌用インペラ６と、攪拌用インペラ６の回転駆動用モータ７と回転駆動用モータ７を設置して攪拌用インペラ６を上下に昇降させる昇降枠体８とを備えたキャリッジと、昇降枠体をロープで牽引する昇降用モータ９とを備えた溶銑攪拌部と、撹拌されている溶銑の浴面上に、アルゴンガス、窒素ガス等の搬送用ガスを用いて高速で脱硫剤を連続的に吹き付け添加する上吹きランス１０（以下「ランス」という。）と、ランス１０を図の矢印方向に上下させてランスの吹き込み口の高さを調整するランス駆動モータ１１を有するランス駆動手段を備えたランス投射部と、傾動台車１の上に載置され、その中に溶銑が投入される溶銑鍋２を備えている。
なお、集塵装置１２は、ランス１０から吹き付けられた脱硫剤のうち、溶銑鍋２に到達せずに空中に飛散したものを吸い集める装置である。
【００１６】
脱硫処理は、脱硫剤を溶銑内に投射・撹拌し、溶銑内の硫黄分を脱硫剤と反応させる処理である。
その工程は、次のとおりである。
(a)昇降用モータ９を駆動し、昇降枠体８と共に撹拌インペラ６を所定の高さまで下降させ、溶銑内に浸漬させ、回転駆動用モータ７で溶銑を攪拌する。
(b)湯面レベルに合わせランス１０が下降後、ランス先端から脱硫剤を投射し、脱硫剤を溶銑と攪拌混合し、脱硫反応を開始する。
(c)攪拌を停止すると、溶銑中の硫黄成分と結合した脱硫剤が滓として溶銑の表面に浮いてくる。ここで昇降用モータ９を駆動してインペラ６を溶銑鍋２から引き揚げ、次の後処理に移行する。
後処理は、脱硫処理後に、湯面の表面に浮いた滓を除去する工程であり、操作は前処理と同様に、溶銑鍋２を傾動させて、滓を排除機３で除去する工程である。操作は基本的には前処理と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００１７】
図３において、ランスと湯面との距離Ｈが問題となるが、通常、Ｈが概ね400mm以下の場合はランス先端が溶銑熱や溶銑のスプラッシュにより溶損する場合があり、その逆に、Ｈが概ね800mm以上になると、脱硫剤が飛散して集塵装置１２に吸われ、脱硫剤の投入量が減少してしまうおそれがある。
そこで、通常は、約500mm≦Ｈ≦約700mmになるようにランス先端の位置を調整して行っているが、ランスの位置調整に影響を与える因子は、溶銑に浸漬されない部位であるフリーボード部の高さ（ΔＨ）である。
従って、このΔＨを予め知ることができれば、適切なＨに調整することができる。
【００１８】
図４は、前処理において記憶させた傾動角（θ）から、溶銑鍋のフリーボード部の高さΔＨを求める方法を説明するための図である。
図４（Ａ）は円筒容器の場合の図である。溶銑がこぼれ落ちないような最大角度まで傾けた場合の傾動角をθとし、容器の直径をＤとすると、容器内の空間の体積Ｖは、次の式で表すことができる。
Ｖ＝(D/2)2×π×ΔH0×（1/2）
鍋に入っている溶銑の量は、傾動を元に戻しても変化しないので、フリーボード部の空間の体積も変化しない。従って、
Ｖ＝(D/2)2×π×ΔH 
∴(D/2)2×π×ΔH0×（1/2）=(D/2)2×π×ΔH
∴ΔH=ΔH0/2
しかるに、明らかに  
ΔH0=D×tanθ  
であるから、
∴ΔH=(D×tanθ)/2…（式１）
となる。
従って、ΔＨは鍋の直径Ｄと傾動角θから一義的に決まり、溶銑の量には異存しない。
【００１９】
次に、図４（Ｂ）は実際の溶銑鍋の場合を示す図であるが、（Ａ）の円筒容器に点線で示した部分の切り欠きを設けたものと同じと考えられるから、（Ａ）の場合と同様に考えることができる。
前処理において記憶させた傾動角（θ）から、上記式１を用いて溶銑鍋のフリーボード部の高さΔＨを求めることができる。
【００２０】
溶銑鍋の内径Ｄの変化に影響を与えるのは、溶銑鍋の使用頻度による耐火物の損耗度あるいは地金の付着による内径Ｄの狭小化である。通常はこの両方が複合されてＤが変化する。
図５は、溶銑鍋の内側の耐火物に金属付着物が付着して内径Ｄが狭くなった場合（Ａ図）と、内側の耐火物が損耗して内径Ｄが広くなった場合（Ｂ図）を示した図である。
そこで、内径Ｄの変化によってフリーボードΔＨがどの位影響を受けるかを検討する。
いま、ＤがΔＤだけ変化した場合のフリーボードΔＨ’を上記式１を用いて計算すると、
ΔＨ’＝（Ｄ＋ΔＤ）×tanθ／２＝Ｄtanθ／２＋ΔＤtanθ／２
∴ΔＨ’＝ΔＨ＋ΔＤtanθ／２…（式２）
【００２１】
いま、仮に、ΔＤを最大200mm（耐火物の厚さとしては100mmの損耗であり、直径ベースでは200mmの損耗となる。）とすると、ΔＨの増加分（δ）は、
δ＝100tanθ（mm）
となる。θが、30°、40°、45°の場合（通常、傾動角は約30°で最大45°の程度である。）について、それぞれδを計算すると、次のようになる。
tan30°=0.58   δ＝58mm
tan40°=0.84   δ＝84mm
tan45°=1      δ＝100mm
すなわち、溶銑鍋の内径が200mm変化したとしても、フリーボードベースでは傾動角が最大45°の場合でも100mmの誤差にしかならず、好ましいフリーボードの範囲（500mm〜700mm）の幅と比較しても、影響は少ないと考えられる。
【００２２】
図６は、傾動角（θ）とフリーボードとの関係をグラフにしたものである。傾動角が同じであれば、溶銑鍋の損耗による影響は少ないことを視覚的に示している。
例えば、図の矢印で示した箇所（θ＝約36°前後）では、溶銑鍋の損耗状態が６種類の場合について表示しているが、それらのフリーボードの差の範囲は100mm以内に収まっていることが分かる。従って、標準の溶銑鍋（例えば新品の鍋）の内径Ｄを用いて算出したフリーボードをすべての場合に適用したとしても、影響は少ないと考えられる。
【００２３】
次に、本発明に係る脱硫システムの構成及びその動作について説明する。
図７は、本発明に係る脱硫システムの構成を示す模式図である。基本的な構成は図３に示すものと同様であるので、異なる部分のみを説明する。
本発明に係る脱硫システムは、図２に示す従来の脱硫システムに、ランス通過検知センサ１３（光電センサ）、及びランス駆動モータ１１によってランスの移動距離を制御する制御部１４を付加したものである。
傾動角θは、前処理の段階で計測しておき、制御部１４に入力して保存されている。また、鍋の損耗状態は、前処理の開始前に内径Ｄを実測しておき、その値を入力しておいてもよいし、あるいは鍋の使用回数によって損耗の程度が予め経験的にわかっている場合は、その使用回数を入力して、損耗度（mm）に変換するようにしてもよい。
【００２４】
制御部１４が自動制御するのは、ランスの先端の位置を湯面から所定の高さ（Ｈ）まで移動させて、そこで停止させることである。そのためには、ランスをその位置まで移動させなければならないが、降下距離Ｌ（ランス通過検知センサ１３を通過してからの垂直距離を指す）は、次の式で求められる。すなわち、鍋の上端部からランス通過検知センサ１３までの高さをＬ０、鍋のフリーボードをΔＨとすれば、
Ｌ＋Ｈ＝Ｌ０＋ΔＨ
となるから、
∴Ｌ＝Ｌ０＋ΔＨ−Ｈ・・・（式３）
Ｌ０の値は予め分かっており、また、約500mm≦Ｈ≦約700mmであるから、例えば、Ｈ＝600mmと設定することにより、ＬはΔＨの一次関数となる。
従って、傾動角θに基づいてフリーボードΔＨを上記式１により算出することにより、ランスを最適な位置まで自動的に移動させることができる。
【００２５】
なお、ランスの鉛直方向の傾きがαである場合は、ランス先端の降下距離Ｌと実際のランスの進行方向の移動距離ｈとの関係は、
Ｌ＝ｈcosα
で表される。すなわち、
ｈ＝Ｌsecα・・・（式４）
となる。このｈの距離分だけランスを進行方向に移動させることにより、結果的に所望の降下距離Ｌだけ移動させることができる。
ランスの進行方向の移動距離ｈの検出は、光電センサ及び図示しないランス昇降回転器(エンコーダ)を組み合わせることで可能である。
昇降回転器（エンコーダ）にて、ランスが光電センサ１３を遮る位置を測定し、そこからの移動距離をエンコーダで計測する。
また、エンコーダを用いる代わりに、ランス横に目盛基準を設け、カメラで目盛を読み取って長さを計測する方法も可能である。
【００２６】
フリーボードΔＨの鍋の損耗状態による影響を少なくするために、予め損耗状態ごとに算出したフリーボード値と傾動角との関係を予めテーブル化しておき、必要に応じてテーブルを切り替えて使用することも一つの方法である。
図８は、鍋の損耗状態ごとに、傾動角（θ）とフリーボードとの関係をテーブル化したものである。これは一例である。角度は一度刻みで設定した方がより正確にはなるが、紙面の都合上５°刻みで表示している。角度が同じであれば、損耗状態によるフリーボードΔＨの変化は小さいことが分かる。
例えば、傾動角が30°の場合は、100mm損耗したとしても、フリーボードは58mmしか変化していない。また、45°の場合でも、100mm損耗したとしても、フリーボードは100mmしか変化しておらず、好ましいフリーボードの範囲（500mm〜700mm）の幅と比較しても、影響は少ないことが分かる。
【００２７】
図９は、制御部１４が行う制御の流れを示すフローチャートの一例を示すものである。
前提として、当日使用する溶銑鍋の損耗状態（損耗度）と、前処理において計測した傾動角（θ）を予め入力して記憶させておく。
制御部１４のプログラムをスタートさせると、まず、制御部１４のＣＰＵ（不図示）は所定のプログラムに基づいて、溶銑鍋の損耗度（又は使用回数）を読み出す（Ｓ１）。次に、傾動角θを読み出す（Ｓ２）。溶銑鍋の損耗度に対応したフリーボードのテーブル（例えば図８に示すテーブル）を参照して、傾動角θに対応したフリーボードΔＨを読み出す（Ｓ３）。
【００２８】
読み出したフリーボードΔＨに基づいて、ランスの降下距離Ｌを算出する（Ｓ４）。ランスの降下距離Ｌの算出には、上記の式３を用いる。そして、上記式４を用いてランスの移動距離ｈを算出する。
ランス駆動モータ１１を駆動してランスの駆動を開始する（Ｓ５）。ランスがランス検知センサ１３を通過したら（ステップＳ６のYES）、ランスの移動距離の計測を開始する（Ｓ７）。昇降回転器（エンコーダ）にて、ランスが光電センサ１３を遮った時点からの移動距離を計測する。
ランスの移動距離が、上記式４で求めた移動距離ｈに到達したら（ステップＳ８のYES）、ランスの駆動（移動）を停止する（Ｓ９）。
ランスが停止した位置において、ランスからの脱硫剤の投射を開始する（Ｓ１０）。
【００２９】
本発明により、すべての処理において脱硫剤投射ランスと湯面までの距離を一定とすることができ、最適とされる距離をどの条件に対しても均一に確保することが可能である。このことより脱硫剤が集塵装置に吸引されず、攪拌溶銑内部に脱硫剤が効率よく入り込み、安定した脱硫処理が可能となる。この効果により、脱硫処理の成功率を非常に高くすることが可能となる。
さらに、溶銑面との接近によるランス先端部の溶損量が小さくなり、ランス管の使用寿命を格段に延ばすことが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１：傾動台車、２：溶銑鍋、３：除滓機、４：スラグ鍋、５：アクチュエータ、６：攪拌インペラ、７：回転駆動用モータ、８：昇降枠体、９：昇降用モータ、１０：上吹きランス、１１：ランス駆動モータ、１２：集塵装置、１３：ランス通過検知センサ、１４：制御部
【要約】 
【課題】簡易な方法で溶銑の湯面レベルを検出し、検出された湯面レベルに合わせてランスを最適な位置に自動的に調整することが可能な機械攪拌式脱硫システムを提供すること。
【解決手段】
上吹きランス１０の先端が溶銑鍋２の湯面から所定の高さの位置になるように移動制御を行う制御部１４を備え、制御部１４は、脱硫処理の前処理であるスラグ除去処理の際の溶銑鍋２の傾動角と溶銑鍋２の内径Ｄから溶銑鍋２のフリーボードΔＨを算出し、算出したフリーボードに基づいて上吹きランスの移動距離Ｌを算出する移動距離算出手段と、算出された移動距離Ｌに基づいて、上吹きランスの先端が溶銑鍋２の湯面から所定の高さの位置になるように上吹きランス１０の駆動を行うランス駆動手段とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図７【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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