(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装入溶銑温度が１２５０〜１３５０℃、[Ｃ]：３．５〜４．５質量％、[Ｓｉ]：０．１０質量％以下、[Ｐ]：０．００５〜０．０５０質量％である、転炉装入前の溶銑段階で事前に脱りん処理した熱余裕のない溶銑を、７０〜３５０ｔ規模の上底吹き型転炉に装入して脱炭処理および／または脱りん処理を行うに際して、溶銑、スクラップ、冷銑という主原料の配合計算を計算機を用いて制御するにあたり、
吹止［Ｃ］予測計算において、吹止［Ｃ］を決定し、この吹止［Ｃ］を使用して出鋼温度予測計算において出鋼温度を計算し、さらに、前記吹止［Ｃ］と出鋼温度を使用して、転炉副原料投入量計算で副原料の投入量を計算し、前記吹止［Ｃ］、前記出鋼温度、副原料投入量を使用して、合金鉄投入量計算で合金鉄投入量を計算し、
これらの計算結果を用いて転炉での鉄収支計算と熱量収支計算を行い、
その鉄収支計算および熱量収支計算と、主原料配合計算との間で一回以上のデータの授受を行って精度よく主原料の配合計算をして主原料を配合することを特徴とする転炉の主原料配合方法。
【請求項２】
上底吹き型転炉にて脱りん処理した後、脱りんスラグを排滓した後に炉内に残った、温度が１２５０〜１３５０℃、 [Ｃ]：３．５〜４．５質量％、[Ｓｉ]：０．１０質量％以下、[Ｐ]：０．００５〜０．０５０質量％の熱余裕のない溶銑を、再び、脱炭処理および／または脱りん処理を行うに際しての、請求項１に記載の転炉の主原料配合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予備処理溶銑を上底吹き型転炉に装入して、脱炭処理および／または脱りん処理を行うに際して、溶銑、スクラップ、冷銑などの主原料の配合計算を、計算機を用いて精度よく制御する方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
主原料配合計算を行う際、転炉装入溶銑の成分、温度、転炉副原料投入銘柄および投入量、転炉出鋼時の合金鉄投入銘柄および投入量、出鋼温度、吹止［Ｃ］といった主原料配合の熱収支・鉄収支計算を行う前提条件となる値の内、主原料配合段階で実績が既に確定している値については実績値を用いる。しかし、主原料配合は実際の処理（吹錬）よりも以前に実施する必要があるため、その間に目標とする処理後の成分、温度を変更する必要が生じる場合がある。そこで、従来は、鋼種ごとに事前に決定している設定値を前提条件の設定値として用いて、主原料配合計算にて主原料配合計算を行っていた。
【０００４】
また、主原料配合計算は、これまで特開平５−３３０２９号公報などに見られるように、“鉄収支”によって出鋼量を確保することが主目的と考えられており、副原料使用量および精錬特性に影響を与える重要な操業要因である“熱収支”に着目して主原料配合量を調整しているものではなかった。
【０００５】
転炉装入前の溶銑段階で事前に脱りん処理する場合、脱りん反応は転炉で行う１６００〜１７５０℃と比較して、できるだけ低温で行う方が反応効率が高くなるため、脱りん処理後の温度は溶銑の凝固温度を考慮して１２５０〜１３５０℃の範囲で処理するのが一般的である。この温度は、脱りん処理を行わずに転炉に装入する時の溶銑温度である１３００〜１４００℃と比較して約５０℃低い。また、脱りん処理は酸化精錬であるため脱りん反応に伴い、脱炭および脱珪反応も同時に起こり、溶銑中の[Ｃ]濃度は高炉出銑時の４．３〜４．８質量％より０．３〜１．０質量％程度脱炭して転炉装入時には、３．５〜４．４質量％の範囲に低下し、溶銑中の[Ｓｉ]濃度も高炉出銑時の０．２〜０．６質量％より０．１０質量％程度以下まで低下してしまう。溶銑中の[Ｐ]濃度も同様に、高炉出銑時の０．０７〜０．１５質量％より０．００５〜０．０５０質量％の範囲まで低下している。これら[Ｃ] [Ｓｉ] [Ｐ]成分は酸化反応により発熱して溶銑温度を上昇させる働きをするが、脱りん処理を転炉装入前の溶銑段階で行うことにより、これらの反応熱が転炉段階では低下してしまい、転炉装入温度の低下と合わせて転炉段階での熱余裕が著しく低減することになる。このため本発明では、転炉装入温度が１２５０〜１３５０℃、[Ｃ]：３．５〜４．５質量％、[Ｓｉ]：０．１０質量％以下、[Ｐ]：０．００５〜０．０５０質量％である脱りん処理した溶銑を対象とした。
【０００６】
従って、転炉装入前の溶銑段階で事前に脱りん処理した場合、熱的に余裕がないために、溶銑配合計算の誤差が大きく熱余裕がない方向に振れる場合、炭素質あるいはFeSiといった高価な昇熱材を使用する必要が生じてくる。これらの昇熱材を使用した場合、さらには、炭素質を用いると、吹錬時間が延長して生産性の低下および放熱量の増加を招き、エネルギー効率が低下してしまう。また、FeSiを用いた場合も、塩基度を調整するために、生石灰などの CaO源を増量使用する必要が生じて発生するスラグ量が増加する結果、熱ロスの増加、さらには、鉄歩留りおよびMn歩留りの低下をまねく。
【０００７】
反対に、熱余裕が大きすぎる場合、鉄鉱石・スケールなどの冷却材を投入する量を増やせばよいわけであるが、溶銑予備処理を行った溶銑を用いて転炉吹錬を行う場合、転炉炉内のスラグ量が少量であるため、鉄鉱石・スケールなどの酸化鉄源を多量に使用すると、炉内スラグ中の酸化鉄濃度である（％T.Fe）が過剰に上昇してしまう。その結果、鉄歩留りおよびMn歩留りの低下、さらには、スラグ量の増加にり転炉耐火物の溶損速度の増大を招き、転炉炉寿命の低下に至る。
【０００８】
さらには、このように鉄歩留りが変化すると、目標としていた出鋼量に対しても、増減が生じることになる。出鋼量が少ないとチャージ当たりのトン数低下によるエネルギー効率低下となり、極端な場合は取鍋のフリーボード（空間高さ）制約および溶鋼処理での制約のため出鋼不能に陥る場合もある。逆に、出鋼量が多いと起重機での吊り上げ搬送が不能となる。
【０００９】
しかし、上記の技術では、鋼種ごとに設定した値を用いて主原料配合計算を実施しているため、その値に起因する誤差が大きく、その結果、主原料配合計算の精度が低くなっており、上記の課題が残されたままになっている。また、各前提条件値の推定計算精度が低いため、定数を用いる方が精度が上がると判断して、これまでは定数を用いていた。
【００１０】
特に、予備処理→転炉の生産プロセスで連続的・効率的に生産する場合には、主原料の一つである溶銑を予備処理中あるいは処理後であって、成分・温度が判明する前に、主原料配合を実施する必要がかなりの頻度で生じる。さらには、時間的に余裕がある場合でも、処理後サンプル・測温が不能となり、分析値・測温値が判らない場合がある。このような場合、転炉に装入される成分・温度の予測計算精度が低いと、実際に転炉に装入する主原料の配合バランスが計算からずれて不適切となり、エネルギーロスおよび出鋼量が目標値から外れることになる。
【００１１】
目標出鋼温度は、転炉以降の溶鋼処理および連続鋳造工程の処理工程、待ち時間、鍋状況などにより最適値が変化するため、定数の設定値ではなく、できるだけ転炉吹錬開始時点を見計らって最適目標温度を精度よく推定計算する必要がある。目標出鋼温度が変化すると、転炉での脱りん効率およびMn歩留りが大きく影響を受けるため、最適な副原料投入量が変化して熱収支および鉄収支が変化するが、現状の計算ではこの変化を考慮できない。
【００１２】
溶銑予備処理を行った溶銑を用いて転炉吹錬を行う場合、転炉での脱りん処理負荷が軽減されることから、転炉炉内のスラグ量を低減できる。従って、転炉炉内でのMn歩留りの向上が図れるため、高価なMn系合金鉄の使用量抑制の目的で、転炉にてMn鉱石を積極的に使用するのが一般的である。しかし、従来の主原料配合計算では、Mn鉱石の投入は考慮されず、実際に転炉に溶銑が装入された時点になって、転炉にて熱余裕が有ればその中でMn鉱石を使用し、熱余裕が無い場合は、炭素質あるいはFeSiといった高価な昇熱材を使用していた。反対に熱余裕が過剰に有る場合は、鉄鉱石やスケールなどの冷却材を多量投入して（％T.Fe）が高くなり、Mn歩留りを低減させることになる。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、装入溶銑温度が１２５０〜１３５０℃、[Ｃ]：３．５〜４．５質量％、[Ｓｉ]：０．１０質量％以下、[Ｐ]：０．００５〜０．０５０質量％である、転炉装入前の溶銑段階で事前に脱りん処理した熱余裕のない溶銑を、７０〜３５０ｔ規模の上底吹き型転炉に装入して脱炭処理および／または脱りん処理を行うに際して、溶銑、スクラップ、冷銑という主原料の配合計算を計算機を用いて制御するにあたり、主原料配合の熱収支・鉄収支計算を行うための前提条件となる変数を、それぞれを推定する計算モデルを用いることにより算出し、主原料の配合計算をして主原料を配合する転炉の主原料配合方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
その要旨は、装入溶銑温度が１２５０〜１３５０℃、[Ｃ]：３．５〜４．５質量％、[Ｓｉ]：０．１０質量％以下、[Ｐ]：０．００５〜０．０５０質量％である、転炉装入前の溶銑段階で事前に脱りん処理した熱余裕のない溶銑を、７０〜３５０ｔ規模の上底吹き型転炉に装入して脱炭処理および／または脱りん処理を行うに際して、溶銑、スクラップ、冷銑という主原料の配合計算を計算機を用いて制御するにあたり、  転炉装入溶銑の成分・温度、転炉副原料投入銘柄および投入量、転炉出鋼時の合金鉄投入銘柄および投入量、出鋼温度、吹止[Ｃ]といった主原料配合の熱収支・鉄収支計算を行うための前提条件となる変数を、それぞれを推定する計算モデルを用いることにより算出し、これらの計算結果を用いて転炉での鉄収支計算と熱量収支計算を行い、その鉄収支計算および熱量収支計算と、主原料配合計算との間で一回以上のデータの授受を行って精度よく主原料の配合計算をして主原料を配合することを特徴とする転炉の主原料配合方法である。
【００１７】
上底吹き型転炉にて脱りん処理した後、脱りんスラグを排滓した後に炉内に残った、温度が１２５０〜１３５０℃、 [Ｃ]：３．５〜４．５質量％、[Ｓｉ]：０．１０質量％以下、[Ｐ]：０．００５〜０．０５０質量％の熱余裕のない溶銑を、再び、脱炭処理および／または脱りん処理を行うに際しての、上記の転炉の主原料配合方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、計算機を用いて制御することを前提としており、図１のような計算機設備をもとに一例を説明する。溶銑を転炉に装入する容器に必要量の溶銑を払い出す「溶銑秤量所」、スクラップや冷銑などを転炉に装入する容器に必要量を入れる「スクラップ秤量所」、そして主原料配合量を指示する「主原料配合指示所」や転炉などに計算機の計算結果を表示するテレビを設置し、本発明の結果である配合計算量を実際の配合に適用して後述の効果を達成する。なお、製鋼工程の操業形態により溶銑やスクラップ・冷銑の秤量所のレイアウトおよび構成は変わるものとし、また発明に係わる配合計算量に基づいて配合するにあたり、機械設備により自動的に配合を行う場合や、操作員が配合計算量に基づいて機械設備を手動操作して配合を行う場合などの例が考えられる。
【００１９】
続いて、配合量を計算する方法について説明する。配合量を計算する方法は図２に示すような考え方に基づいて計算する。吹止［Ｃ］予測計算１において、まず、吹止［Ｃ］を決定し、この吹止［Ｃ］を使用して次の出鋼温度予測計算２において出鋼温度を計算し、さらに、前記吹止［Ｃ］と出鋼温度を使用して、転炉副原料投入量計算３で副原料の投入量を計算し、前記吹止［Ｃ］、前記出鋼温度、副原料投入量を使用して、合金鉄投入量計算４で合金鉄投入量を計算し、最後に、これらの各計算の結果の全てを使用して、転炉鉄収支計算５および転炉熱収支計算６と、主原料配合計算７との間で一回以上のデータの授受により精度よく主原料の配合計算をする。また、１で説明される最初の計算から、ここでは７で説明される最後の計算までを複数回繰り返して計算したり一回だけで計算を終了する場合も含む。
【００２０】
次に、転炉において既に吹錬した単一の、または複数のチャージの実際の配合量や転炉出鋼時の温度や成分などの実績データを使用して図２で実行する各計算の計算係数を、全ての実績データと、それに対応する計算結果との誤差ができるだけ小さくなるように変更して学習させることにより経時変化に対応して精度を維持または向上させるようにする。
【００２１】
１〜３などの計算のいずれかで、そのチャージが必要とするMnの規格を満たすのに適当なもしくは十分な転炉投入Mn鉱石量または鉄Mn鉱石量を計算して、その場合においても必要十分な熱余裕となるよう主原料の配合量を計算する。この時、転炉投入Mn鉱石量または鉄Mn鉱石量から予測される吹止［Mn］をもとに４の合金鉄投入量計算においてMnに関係する合金鉄の投入量を精度よく計算することで、主原料配合量の精度も向上する。
【００２２】
上記の説明では、一連の処理の中で脱炭処理および／または脱りん処理を行う場合だが、脱りん処理した後に、一度排滓して再び脱炭処理および／または脱りん処理を行う場合において、図２または図３の各計算において脱りん処理後の排滓を考慮させることで精度の高い主原料配合量を計算することが可能となる。また、排滓前後の脱りん処理について、図４に示すように脱りん処理計算８という形で独立した計算とする場合も含んでいる。
【００２３】
以上述べたように、本発明は主原料配合計算モデルのみでなく、吹止［Ｃ］予測計算において、吹止［Ｃ］を決定し、この吹止［Ｃ］を使用して出鋼温度予測計算において出鋼温度を計算し、さらに、前記吹止［Ｃ］と出鋼温度を使用して、転炉副原料投入量計算で副原料の投入量を計算し、前記吹止［Ｃ］、前記出鋼温度、副原料投入量を使用して、合金鉄投入量計算で合金鉄投入量を計算し、これらの計算結果を用いて転炉での鉄収支計算と熱量収支計算を行っているため、転炉出鋼時の出鋼量および出鋼温度を精度よく計算できる。すなわち、本発明の主原料配合方法を用いることにより、転炉出鋼温度を精度よく推定計算でき、転炉の主原料配合が適切にできる。従って、炭素質あるいはＦｅＳｉといった高価な昇熱材を使用することなしに、あるいは鉄鉱石やスケールなどの冷却材を多量投入することなく吹錬できる。
【００２４】
その結果、吹錬時間の延長に起因する生産性の低下および放熱量の増加を招かず、エネルギー効率の低下を抑制できる。また、塩基度調整のための生石灰などCaO 源の増量使用をする必要がなくなり、熱ロスの増加、さらには、鉄歩留りおよびMn歩留りの低下を招くことがなくなる。また、炉内スラグ中の酸化鉄濃度である（％T.Fe）が過剰に上昇することがなくなり、鉄歩留りおよびMn歩留りの低下、さらには、転炉耐火物の溶損速度の増大を招かず、転炉炉寿命の低下を抑制できる。
【００２５】
また、鉄収支および熱収支を学習させることにより、転炉炉容積の変化などの経時変化にも対応することができる。
【００２６】
上記の計算モデルを適用し、転炉での熱バランスを最適化することにより、コストメリットの高い、Mn成分規格の高い鋼種に積極的に熱余裕を持たせ、炭素質あるいはFeSiといった高価な昇熱材を使用することなしに、あるいは鉄鉱石やスケールなどの冷却材を多量投入してMn歩留りを低減させることなく、Mn鉱石使用量の拡大を図ることができる。
【００２７】
【実施例】
次に、実操業の例を挙げて説明する。280t混銑車による脱珪・脱りん処理を行った溶銑を、240t上底吹き転炉へスクラップと一緒に装入し、吹錬するプロセスにて、比較例として、従来の計算機モデルによる主原料配合計算結果に基づいて主原料配合を実施した結果を図５に、実施例として、本発明の計算結果を適用した結果を図６に示す。これらは、転炉における熱余裕を溶銑配合率(HMR) で示したものであり、目標とするところの熱余裕をばらつき小さく確保できればよいことになる。ここで、目標とする熱余裕とは、Mn規格に対応したMn鉱石を投入するのに十分な熱余裕であり、実施例では、溶銑配合率 1.8％とした。また、予備処理段階での脱りん処理で粗鋼のりん規格上限以下までりんが低減されていない場合は、転炉段階にて再度脱りん処理する必要があるため、投入した生石灰・軽焼ドロマイトなどの造滓材を滓化させるのに必要な量のスケール・鉄鉱石などの冷却材を投入するのに十分な熱余裕をさらに確保する必要がある。
【００２８】
図５と図６を比較すると、目標とする熱余裕に対して、本発明により、ばらつきを小さくすることができる（図６参照）。その結果、表１に示すように、Mn鉱石を多量配合でき、スケール、鉄鉱石といった酸化鉄系の冷却材およびFeSi、黒鉛といった昇熱材の使用量を低減することができた。
【００２９】
【表１】
0004807895.tif 000002
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、転炉出鋼量を精度よく推定計算でき、かつ転炉出鋼温度を精度よく推定計算して転炉での主原料配合が適切にできる。従って、炭素質あるいはFeSiといった高価な昇熱材を使用することなしに、あるいは、鉄鉱石やスケールなどの冷却材を多量投入することなく吹錬が可能である。また、鉄収支および熱収支を学習させることにより転炉炉容積の変化などの経時変化に対応できる。
【００３１】
さらには、コストメリットの高いMn成分規格の高い鋼種に積極的に熱余裕を持たせ、炭素質あるいはFeSiといった高価な昇熱材を使用することなしに、あるいは、鉄鉱石やスケールなどの冷却材を多量投入してMn歩留りを低減させることなく、Mn鉱石使用量の拡大を図ることができる。
【００３２】
以上の結果、主原料配合段階で種々の条件変化に対して各計算モデルを有機的に結合して主原料配合量の計算を行い、これに基づいて主原料配合計を行うことにより、エネルギーミニマムの転炉吹錬が実施可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  転炉の主原料配合量を計算機で制御する計算機設備例を示す図である。
【図２】  本発明に関わる主原料配合量計算の手順を説明する図である。
【図３】  図２に示す１〜６の個別の計算を主原料配合量計算の一部として使用する場合の参考例を示す図である。
【図４】  本発明に関わる主原料配合量計算において脱りん処理計算を追加した主原料配合量計算の手順を説明する図である。
【図５】  比較例である従来の計算モデルによる主原料配合計算における熱余裕の実績値を示す図である。
【図６】  実施例である本発明に関わる計算モデルによる主原料配合計算における熱余裕の実績値を示す図である。
【符号の説明】
１…吹止［Ｃ］予測計算、２…出鋼温度予測計算、３…転炉副原料投入量計算、４…合金鉄投入量計算、５…転炉鉄収支計算、６…転炉熱収支計算、７…主原料配合計算、８…脱りん処理計算。
【図１】
0004807895.tif 000003
【図２】
0004807895.tif 000004
【図３】
0004807895.tif 000005
【図４】
0004807895.tif 000006
【図５】
0004807895.tif 000007
【図６】
0004807895.tif 000008