(57)【要約】  【課題】  二次精錬処理における溶鋼温度の予測誤差を可及的に減じ、取鍋内に収容されて運搬される溶鋼の温度を正確に管理して、最終プロセスに要求される目標温度を高精度に実現できるようにする。  【解決手段】  二次精錬炉５において取鍋３内の溶鋼２に対し、成分調整処理及び温度調整処理を含めた二次精錬処理を実施し、最終プロセスとなる連続鋳造機４に送り込む製鋼プロセスにおいて、二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度を表すモデル式、二次精錬処理の所要時間を表すモデル式、及び二次精錬処理の終了時点から連続鋳造機４の操業中の所定時点までの間に生じる溶鋼温度降下量を表すモデル式を連立して解き、二次精錬処理の所要時間及び二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度の目標値を算出し、この結果に基づいて溶鋼２の温度を管理する。【選択図】      図１
2005320563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
製鋼炉から取鍋に出鋼され、最終プロセスにまで運搬される間に、運搬経路の中途にて成分調整処理及び温度調整処理を含めた二次精錬処理がなされる溶鋼の温度を、前記最終プロセスの所定時点に設定された目標温度を実現すべく管理する溶鋼温度管理方法において、
前記二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度を、前記二次精錬処理の開始時点における溶鋼温度、前記二次精錬処理の所要時間、前記温度調整処理における処理条件、及び前記成分調整処理における処理条件を要因変数として表すモデル式と、
前記二次精錬処理の所要時間を、前記温度調整処理における処理条件、及び前記成分調整処理における処理条件を要因変数として表すモデル式と、
前記二次精錬処理の終了時点から前記最終プロセスの所定時点までの間に生じる溶鋼の温度降下量を、前記二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度、前記二次精錬処理の所要時間、前記二次精錬の終了時点から前記最終プロセスの開始時点までの間の経過時間、及び前記最終プロセス中での溶鋼温度に影響を与える操業変動要因を要因変数として表すモデル式と
を連立して解くことにより、前記温度調整処理における処理条件及び前記二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度の目標値を算出することを特徴とする溶鋼温度管理方法。
【請求項２】
前記温度調整処理における処理条件は、溶鋼温度の昇温のための所要時間、又は溶鋼温度の降温のために投入される冷材投入量である請求項１記載の溶鋼温度管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鋼炉から取鍋に出鋼され、該取鍋により運搬される溶鋼の温度を、運搬先での要求温度を実現すべく管理する方法に関し、特に、高精度の溶鋼の温度管理が要求される連続鋳造を最終プロセスとする製鋼工程において、取鍋内部の溶鋼に対して行われる二次精錬の開始時点から連続鋳造の開始時点までの間の溶鋼温度を高精度に管理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造は、タンディッシュ内に貯留された溶鋼を上下に開口を有する筒形の鋳型に注入し、該鋳型の水冷された内壁面との接触により凝固させ、外側を凝固シェルにて被覆されてなる鋳片を得て、該鋳片を鋳型の下部の開口から連続的に引抜きつつ更に冷却し、内側にまで凝固が進行した段階において所定の長さに切断して、圧延等の後工程に送給される鋼塊を製造するプロセスである。
【０００３】
この連続鋳造は、転炉、電気炉等の製鋼炉から出鋼される溶鋼を、取鍋に収容して運搬し、タンディッシュに供給せしめて行われるが、供給される溶鋼の温度が低い場合、鋳型への注入用ノズルの詰まりを引き起し、逆に溶鋼温度が高い場合、鋳型内部での冷却による凝固シェルの生成が良好になされず、ブレークアウトの発生防止のために鋳込み速度の低下を強いられる等、安定操業を阻害する種々の不具合を招来することから、タンディッシュ内部の溶鋼の温度を予め定めた目標温度に保つことが重要である。
【０００４】
このような目標温度の維持は、取鍋による運搬途中の溶鋼の温度管理を適正に実施することにより実現されており、このような目的による溶鋼の温度管理の方法が、従来から種々提案されている。
【０００５】
第１の方法は、過去のチャージにおける実績データに基づいて操業変動要因により溶鋼温度降下分を求め、この結果から製鋼炉の出鋼時点から連続鋳造開始時点までの溶鋼温度降下量を予測して、製鋼炉の出鋼時点における目標温度を決定する方法である（例えば、特許文献１参照）。なお、前記操業変動要因としては、鋼種、取鍋条件、連続鋳造条件、溶鋼運搬時間、製鋼炉条件等が挙げられ、更に、取鍋内部の溶鋼に対して行われる二次精錬プロセスにおける成分調整条件が挙げられている。
【０００６】
第２の方法は、二次精錬プロセスにおいて昇温のための温度調整が行われることに着目し、二次精錬の開始時点から連続鋳造開始時点までの間の溶鋼運搬時間の予定値に基づいて決定した二次精錬終了時の溶鋼温度目標値と、二次精錬の開始時点における取鍋内部の溶鋼温度の測定値から求められる二次精錬終了時の溶鋼温度予測値とを比較し、予測値が目標値よりも低く、昇温処理が必要であると判定された場合には、この昇温処理のための所要時間の消費による溶鋼運搬時間の短縮を考慮して、前記溶鋼温度目標値を補正する方法である（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
第３の方法は、製鋼炉からの出鋼後における取鍋内部の溶鋼温度推移、及び連続鋳造設備のタンディッシュ内での溶鋼温度推移を求め、取鍋内部の溶鋼の全ての消費が完了するまでの間、タンディッシュ内部の溶鋼温度が所定の下限温度以上に保たれるように前記出鋼時点における溶鋼温度を決定する方法である（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
なお以上の如き溶鋼温度の管理は、連続鋳造を最終プロセスとしない製鋼プロセスにおいても、取鍋及び精錬炉内部の耐火物の耐用回数の増加を図り、また無為な加熱による時間及びエネルギ消費の削減を図ることを目的として実施されている。
【特許文献１】特許第２７５１８００号公報
【特許文献２】特開平４−２５１６４８号公報
【特許文献３】特開平９−２５３８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、第１の方法及び第３の方法においては、製鋼炉からの出鋼時点から連続鋳造の開始又は終了時点までの間の長い時間内での各時点における予測値が用いられており、第１の方法では過去の実績データを用いることにより、また第３の方法では伝熱モデル式の適正化により、夫々予測精度を高めるようにしているが、連続鋳造の操業中におけるタンディッシュ内の溶鋼温度を十分な精度で目標温度に保つことは難しい。
【００１０】
また、運搬途中に取鍋内部の溶鋼に対して行われる二次精錬プロセスにおいて、溶鋼の成分調整に要する調整時間は、出鋼時点における溶鋼成分と目標溶鋼成分との差に応じて種々に変動するが、第３の方法においては、この変動分が考慮されておらず、これによる予測精度の低下を招くという問題がある。
【００１１】
一方第１の方法においては、二次精錬プロセスにおける成分調整条件を操業変動要因として含めることにより、成分調整に要する時間による予測精度の低下は緩和されるが、二次精錬プロセスにおいて、特許文献２に記載されているように溶鋼の昇温処理が行われた場合、この処理に要する時間に基づく予測誤差が発生し、十分な予測精度が得られなくなる虞れがある。この昇温処理の有無による予測誤差は、第３の方法においても全く同様に発生する。
【００１２】
これらに対し第２の方法は、二次精錬の開始時点から連続鋳造の開始時点までの比較的短い時間を予測の対象としており、また前述の如く、二次精錬プロセスにおける溶鋼の昇温処理の有無に基づく補正が行われているため、これらによる予測精度の向上が期待されるが、二次精錬処理中の温度降下量、二次精錬後の溶鋼運搬中の温度降下量、及び連続鋳造操業中の温度降下量の具体的な予測手順が記載されておらず、また第３の方法と同様、二次精錬プロセスにおける溶鋼の成分調整に要する時間の変動分が考慮されておらず、この時間変動による予測精度の低下が避けられず、連続鋳造の操業中におけるタンディッシュ内の溶鋼温度を十分な精度で目標温度に保つことは難しい。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、二次精錬プロセスにおける所要時間の変動に起因する溶鋼温度の予測誤差を可及的に減じ、取鍋内に収容されて運搬される溶鋼の温度を正確に管理することができ、連続鋳造等の最終プロセスに要求される溶鋼の目標温度を高精度に実現し得る溶鋼温度管理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】
【００１４】
本発明の第１発明に係る溶鋼温度管理方法は、製鋼炉から取鍋に出鋼され、最終プロセスにまで運搬される間に、運搬経路の中途にて成分調整処理及び温度調整処理を含めた二次精錬処理がなされる溶鋼の温度を、前記最終プロセスの所定時点に設定された目標温度を実現すべく管理する溶鋼温度管理方法において、前記二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度を、前記二次精錬処理の開始時点における溶鋼温度、前記二次精錬処理の所要時間、前記温度調整処理における処理条件、及び前記成分調整処理における処理条件を要因変数として表すモデル式と、前記二次精錬処理の所要時間を、前記温度調整処理における処理条件、及び前記成分調整処理における処理条件を要因変数として表すモデル式と、前記二次精錬処理の終了時点から前記最終プロセスの所定時点までの間に生じる溶鋼の温度降下量を、前記二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度、前記二次精錬処理の所要時間、前記二次精錬の終了時点から前記最終プロセスの開始時点までの間の経過時間、及び前記最終プロセス中での溶鋼温度に影響を与える操業変動要因を要因変数として表すモデル式とを連立して解くことにより、前記温度調整処理における処理条件及び前記二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度の目標値を算出することを特徴とする。
【００１５】
本発明においては、二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度、二次精錬処理の所要時間、及び二次精錬処理の終了時点から目標温度が設定された最終プロセスの所定時点までの間に生じる溶鋼の温度降下量を夫々表すモデル式を連立して解くことより、二次精錬処理と共に行われる成分調整処理及び温度調整処理の双方の影響を含めて溶鋼温度の予測を実施し、この予測結果に基づいて温度調整処理の処理条件及び二次精錬処理の終了時点における溶鋼温度の目標値を算出し、最終プロセスに要求される溶鋼の目標温度を高精度に実現する。
【００１６】
また本発明の第２発明に係る溶鋼温度管理方法は、第１発明における温度調整処理における処理条件が、溶鋼温度の昇温のための所要時間、又は溶鋼温度の降温のために投入される冷材投入量であることを特徴とする。
【００１７】
この発明においては、温度調整処理が、酸素の吹き付けによる昇温処理と冷材の投入による降温処理とのいずれか一方によって行われることに着目し、昇温処理のための所要時間又は冷材投入量を温度調整処理における処理条件として用い、３つのモデル式による溶鋼温度の算出を可能とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る溶鋼温度管理方法においては、成分調整処理及び温度調整処理を含めて行われる二次精錬処理の所要時間、及びこの間の溶鋼温度の変化を高精度に予測することができ、この予測結果を用いて最終プロセスに要求される溶鋼の目標温度に発生する誤差を抑え、最終プロセスを含めた製鋼プロセス全体における溶鋼の温度管理を高精度に行わせることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係る溶鋼温度管理方法（以下本発明方法という）が適用される製鋼プロセスの説明図である。図中１は、製鋼炉としての転炉であり、該転炉１において製造される溶鋼２は、取鍋３に出鋼され、該取鍋３により所定の運搬経路に沿って運搬され、運搬経路の末端に配した連続鋳造機４のタンディッシュ40に供給されて、最終プロセスとしての連続鋳造に供されるようになしてある。
【００２０】
以上の如き取鍋３の運搬経路の中途には、二次精錬炉５が設けられている。この二次精錬炉５は、図中に拡大して示す如く、取鍋３内部の溶鋼２中に浸漬される上昇管51及び下降管52を有する炉本体50に、真空排気管53、成分調整材及び冷材の投入管54、並びに昇温用酸素ランス55を備えてなり、真空排気管53からの排気により炉本体50の内部に真空を発生させると共に、上昇管51からＡｒガスを吹き込み、取鍋３内部の溶鋼２を上昇管51を経て炉本体50の内部に吸い上げ、下降管52を経て取鍋３に戻すように循環せしめて、この間に炉本体50の内部に発生している真空と接触させるＲＨ真空脱ガス処理により、脱炭、脱ガス及び脱酸を主目的とした二次精錬が行われる。
【００２１】
またこの間、投入管54を経て炉本体50内に複数種の成分調整材を順次投入し、溶鋼２中に攪拌混合せしめて、該溶鋼２中の合金成分及び炭素濃度を調整するための成分調整処理が行われる。この成分調整処理は、最終プロセスである連続鋳造のチャージ毎の溶鋼２の成分要求を満たすために必要なものである。
【００２２】
更にこの間、溶鋼２の温度調整が必要な場合、投入管54から冷材を投入して溶鋼２の内部に取り込ませ、該溶鋼２の温度を降下させる降温処理、又は昇温用酸素ランスから酸素を吹き込み、炉本体50内を循環する溶鋼２に吹き付け、アルミニウムと酸素の反応熱を利用して前記溶鋼２を昇温させる昇温処理が行われる。この降温又は昇温処理は、最終プロセスである連続鋳造の操業中に、連続鋳造機４のタンディッシュ40内部の溶鋼２の温度を予め定めた目標温度に保つために必要なものである。
【００２３】
本発明方法は、以上の如き製鋼プロセスにおいて、最終的な温度調整が行われる二次精錬炉５の出側における取鍋３内部の溶鋼２の温度、即ち、二次精錬処理終了後の溶鋼温度を、二次精錬中の成分調整処理及び温度調整処理に要する時間を含めて適正に決定し、二次精錬炉５から連続鋳造機４への運搬の間の温度降下、及び連続鋳造機４の操業中の温度降下を見込んだ上で、連続鋳造の操業に前述の如く要求される目標温度を高精度に実現することを目的として行われる。
【００２４】
この目的の実現のため本発明方法においては、二次精錬炉５での精錬中における溶鋼２の温度変化が、処理開始前の溶鋼中成分濃度と処理終了後の溶鋼中成分濃度とにより定まる成分調整処理による温度降下量及び所要時間だけでなく、前記降温処理のための冷材投入量、及び前記昇温処理のための所要時間によっても変化することに着目し、まず、これらを要因変数とし、二次精錬処理終了後の溶鋼温度ＴRHE を下記（１）式により、また二次精錬処理の所要時間ｔRHを下記（２）式により夫々モデル化する。
【００２５】
【数１】
2005320563.tif 000003
【００２６】
【数２】
2005320563.tif 000004
【００２７】
ここでＣSiは、ｉ番目（ｉ＝１, ２，…，Ｎ）の成分調整処理の開始前における溶鋼中成分濃度、ＣEiは、同じく処理の終了後における溶鋼中成分濃度、ＴRHS は、二次精錬処理開始前の溶鋼温度、ｔRHは、二次精錬処理全体の所要時間、ｔUTは、昇温処理のための所要時間、ｗclは、降温処理のための冷材の投入量である。
【００２８】
なお、同一の取鍋３内の溶鋼２に対して、昇温処理及び降温処理の両方を実施することはあり得ないので、（１）式及び（２）式において、下記の（３）式に示す条件が成立する。
ｔUT＞０の場合、ｗcl＝０，ｔUT＝０の場合、ｗcl≧０    （３）
【００２９】
また、連続鋳造機４における操業開始後の所定時点において、二次精錬処理終了時点の溶鋼温度ＴRHE を起点とする溶鋼２の温度降下量ＴDROPは、下記（４）式にモデル化することができる。
【００３０】
【数３】
2005320563.tif 000005
【００３１】
この式中のＴCCS は、連続鋳造の操業開始時点における溶鋼２の温度、ＴCCE は、連続鋳造の操業終了時点における溶鋼２の温度であり、また、Ｘ1 ，…，Ｘn は、溶鋼２の温度降下に影響を与える連続鋳造の操業変動要因である。
【００３２】
以上の（１）式、（２）式及び（４）式を、（３）式に示す条件下にて連立して解くことにより、二次精錬処理開始前の溶鋼温度ＴRHS が既知である場合、二次精錬処理終了後の溶鋼温度ＴRHE 、二次精錬処理時間ｔRH、昇温処理時間ｔUT及び冷材投入量ｗclを算出することができる。
【００３３】
（１）式、（２）式及び（４）式は、夫々線形回帰式として表現することができ、二次精錬処理終了後の溶鋼温度ＴRHE を推定するためのモデルＦは、下記（５）式のように表すことができる。
【００３４】
【数４】
2005320563.tif 000006
【００３５】
この（５）式中、夫々の要因変数の係数、ａCS（ｋ），ａCE（ｋ），ａTRHS，ａtRH ，ａtUT ，ａwcl は、過去の操業実績から多重回帰等の手段により定める。
【００３６】
また二次精錬処理時間ｔRHを推定するためのモデルＧは、下記（６）式のように表すことができる。
【００３７】
【数５】
2005320563.tif 000007
【００３８】
この（６）式中、夫々の要因変数の係数、ｂCS，ｂCE，ｂtUT ，ｂwcl は、（５）式における係数と同様、過去の操業実績から多重回帰等の手段により定める。
【００３９】
更に、連続鋳造開始後における溶鋼温度降下量ＴDROPを推定するためのモデルＰは、下記（７）式のように表すことができる。
【００４０】
【数６】
2005320563.tif 000008
【００４１】
この（７）式中、夫々の要因変数の係数、ｃTRHE，ｃtRH ，ｃtRHCC ，ｃi （ｉ＝１, ２，…，Ｎ）は、（５）式及び（６）式における係数と同様、過去の操業実績から多重回帰等の手段により定める。
【００４２】
図１に示す如き製鋼プロセスにおいて、連続鋳造開始時点ｔCCS は定められており、また二次精錬処理開始時点ｔRHS は、略正確に推定できるので、これらを用いて（７）式中のｔRHCCは、
【００４３】
【数７】
2005320563.tif 000009
【００４４】
によって求めることができる。但し、ｔRHSCCSは、二次精錬開始時点と連続中層開始時点との時間差である。
【００４５】
また連続鋳造プロセスにおける溶鋼温度目標値をＴCCA とすると、（７）式の溶鋼温度降下量ＴDROPは、下記（９）式により表される。
【００４６】
【数８】
2005320563.tif 000010
【００４７】
従って、二次精錬処理終了後の溶鋼温度ＴRHE と、二次精錬処理時間ｔRHとの関係は、（８）式及び（９）式を（７）式に代入して得られる（10）式により表される。
【００４８】
【数９】
2005320563.tif 000011
【００４９】
以上の（５）式、（６）式及び（10）式を、（３）式の条件下において、変数ＴRHE ，ｔRH及びｔUT又はｗclについて解く。この手順は以下のとおりである。
【００５０】
まず、ｗcl＝０である、即ち、二次精錬の過程において昇温処理が行われると仮定し、（５）、（６）及び（10）式を、下記の（11）式に示す連立方程式として表す。
【００５１】
【数１０】
2005320563.tif 000012
【００５２】
この（11）式は、ＴRHE ，ｔRH及びｔUTを変数とする３元連立方程式として解くことができ、この結果、ｔUT≧０であった場合には、得られたＴRHE を二次精錬終了後の温度目標値として使用し、製鋼プロセスの溶鋼温度管理を実施する。
【００５３】
一方、ｔUT＜０であった場合には、二次精錬の過程において、昇温ではなく、降温処理が必要であると判定し、ｔUT＝０として、（５）、（６）及び（10）式を、下記の（12）式に示す連立方程式として表す。
【００５４】
【数１１】
2005320563.tif 000013
【００５５】
この（12）式は、ＴRHE ，ｔRH及びｗclを変数とする３元連立方程式として解くことができ、得られたＴRHE を二次精錬終了後の温度目標値として使用し、製鋼プロセスの溶鋼温度管理を実施する。
【００５６】
図２は、図１に示す製鋼プロセスにおいて、本発明方法と特許文献２に開示された従来方法とを実施した結果を示す図である。本図には、連続鋳造の鋳込終了直前の溶鋼温度目標値を定め、本発明方法及び従来方法の夫々により二次精錬終了後の目標温度を決定して操業を実施し、鋳込終了直前の取鍋３内部の溶鋼２の温度を測定し、この測定温度と前記溶鋼温度目標値との間の誤差分布をヒストグラムとして示してある。
【００５７】
図中に白抜きして示す本発明方法による誤差分布は、図中にハッチングを施して示す従来方法による誤差分布と比較した場合、本発明方法によった場合、温度誤差のばらつきが減少し、また温度誤差の平均値が０に近づいており、本発明方法の実施により、連続鋳造プロセスに要求される目標溶鋼温度を高精度に実現し得ることが明らかである。
【００５８】
なお以上の実施の形態においては、モデルＦ，Ｇ，Ｐを線形回帰式で表す場合について説明したが、ニューラルネットワークなどの非線形モデル、変数値を適切な区間に分けて表形式で参照するようにしたモデル等、他の形式にて表したモデルＦ，Ｇ，Ｐを用いることもでき、これらによっても同様の効果が得られる。
【００５９】
また以上の実施の形態においては、最終プロセスとして連続鋳造が行われる製鋼プロセスにおける適用例について述べたが、本発明方法は、連続鋳造以外の最終プロセスを有する製鋼プロセスにおいて実施してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明方法が適用される製鋼プロセスの説明図である。
【図２】本発明方法と従来方法とを実施した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１    転炉
２    溶鋼
３    取鍋
４    連続鋳造機
５    二次精錬炉
【図１】
2005320563.tif 000014
【図２】
2005320563.tif 000015