(57)【要約】高速ガス流３が、ランス１から浴４へ通され、遠隔の又は間隔を開けた観察地点９から前記ガス流を通して縦方向に溶融金属浴を観察するための前記ガス流３を通して遮るもののない観察通路を形成するように、火炎外被２によって凝集性に維持される、溶融金属浴４を光学的に分析するためのシステム。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）ランス（１）から外へガス流を出し、前記ガス流を火炎の外被（２）で取り囲むことによって、凝集性のガス流（３）を形成することと、
（Ｂ）前記凝集性のガス流を溶融金属浴（４、５）に通すことと、
（Ｃ）前記溶融金属浴を見て、そこから光学的データを得るために、前記凝集性のガス流を通して縦方向に観察することと、
（Ｄ）前記光学データを分析計（７）に渡されることとを含む、溶融金属浴を光学的に分析するための方法。
【請求項２】
前記火炎外被が前記ランスから前記溶融金属浴に延在している、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記凝集性ガス流が前記溶融金属浴に到達するとき超音速を有している、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
（Ａ）溶融金属浴（４、５）を収容する溶融金属炉（１０）と、
（Ｂ）凝集性のガス流（３）を前記溶融金属浴に通すための噴出端を有するランス（１）と、
（Ｃ）光学的データを得るために、前記凝集性ガス流を通して縦方向に溶融金属浴を見ることができるように整列された、前記ランスに取り付けられた観察ガラス（９）と、
（Ｄ）分析計（７）及び前記光学的データを前記分析計に渡すための手段とを備える、溶融金属浴を光学的に分析する装置。
【請求項５】
前記凝集性ガス流を通って通過する光を発生させる光源をさらに備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記光源がレーザである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記観察ガラスが、前記ランスの前記噴出端と反対側の端部で前記ランスに配置されている、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
光学的データを前記分析計に通す前記手段が、前記観察ガラスから前記分析計へ通る光ファイバを含む光ガイド・アセンブリを備えている、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記分析計が光学分光計を有している、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記分析計が高温計を有している、請求項４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、例えば鋼などの溶融金属を精錬することに関し、より詳細には、精錬中に溶融金属浴を分析することに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼などの金属は、スクラップを含む金属、銑鉄、鉱石、石灰石、ドロマイトなどの装入材料を溶融状態に加熱し、不純物を酸化させるために生成した溶融金属浴中に酸素を吹き込むことによって、耐火物でライニングされた容器内で通常生産され精錬される。処理工程の開始に先立って装入材料の正確な化学成分を知ることは常に可能とは限らない。したがって、この成分は、装入材料が溶解し完全に混合された後で求めなければならない。さらに、溶融金属浴の変化する成分は、精錬する容器容量に合わせて行う添加物のタイミングや量を知ることができるように、少なくとも周期的に求めなければならない。溶融金属浴の成分を求めるための標準的な方法は、生産工程を中止し、材料の小さなサンプルを引き出し、質量分析計を使用してこのサンプルを分析することである。
【０００３】
連続的なオンライン測定がより望ましいが、高温及びダスト、ヒューム、及びスラグの存在によって、溶融金属浴の内部に測定装置を配置することは許されない。当分野の技術者達は、溶融金属浴から分析計へデータを届けるために、溶融金属浴の表面近くに光ファイバを使用して、又はレンズ、ミラー及びプリズムなどの補助器具を使用してこれらの問題に対処しようと試みてきた。しかしながら、そのような装置は、据え付けるのに複雑であり、精錬工程中維持することが困難であり、したがって、集められたデータの正確性に欠陥が生じ、そのようなデータに基づく分析の完全さが危うくなるという理由で不満足なものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の１つの目的は、精錬期間中連続的なベースで使用することができ、現行使用可能な分析システムに固有な問題を克服する、溶融金属浴を光学的に分析するためのシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示を読むことによって当分野の技術者に明らかになるであろう上記の及び他の目的は、本発明によって達成され、その一態様は、
（Ａ）ランスから外へガス流を出し、そのガス流を火炎の外被で取り囲むことによって凝集性のガス流を形成することと、
（Ｂ）この凝集性のガス流を溶融金属浴に通すことと、
（Ｃ）この溶融金属浴を見て、そこから光学的データを得るために、前記凝集性のガス流を通して縦方向に観察することと、
（Ｄ）この光学データを分析計に通すこととを含む、溶融金属浴を光学的に分析する方法である。
【０００６】
本発明の別の態様は、
（Ａ）溶融金属浴を収容する溶融金属炉と、
（Ｂ）凝集性のガス流を溶融金属浴に通すための噴出端を有するランスと、
（Ｃ）光学的データを得るために、凝集性のガス流を通して縦方向に溶融金属浴を見ることができるように整列された、ランスに取り付けられた観察ガラスと、
（Ｄ）分析計及び光学的データを分析計に通すための手段とを備える、溶融金属浴を光学的に分析する装置である。
【０００７】
本明細書で使用される用語「火炎の外被」は、少なくとも１つの別の非燃焼ガス流の周りの、燃焼流を意味する。
【０００８】
本明細書で使用される用語「凝集性のガス流」は、その直径が実質的に一定のままであるガス流を意味する。
【０００９】
本明細書で使用される用語「溶融金属浴」は、溶融金属を含み、スラグを含む可能性もある金属精錬炉の内容物を意味する。
【００１０】
本明細書で使用される用語「光学的データ」は、溶融金属浴から離隔した受信器によって検知することができる溶融金属浴の特性を示す値を意味する。
【００１１】
本明細書で使用される用語「縦方向に」は、「主軸に合致して」を意味する。
【００１２】
本明細書で使用される用語「観察ガラス」は、ランス内の圧力の掛かったガス流と光ファイバ・ケーブル又は他の光学構成部品の間のシールをもたらすことができる、サファイア又は石英などの光学的に透明な材料を意味する。レーザなどの光源を、分析の効率を改善することができるように、凝集性の噴流を通して観察される溶融金属浴のエネルギーを増加させるために観察ガラスに嵌合してもよい。
【実施例】
【００１３】
本発明を図面を参照して詳細に説明する。図を参照すると、溶融金属４、及び溶融金属の湯たまりの上に融けた又は固体である可能性があるスラグ層５を含む溶融金属浴を収容する溶融金属炉１０が示されている。一般に、溶融金属は鉄又は鋼を含む。スラグ層は、通常１つ又は複数のカルシウム酸化物、２酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム及び鉄酸化物を含む。
【００１４】
ランス１は、溶融金属浴にガスを供給することができるように配置される。図に示す実施例は、ランスが溶融金属浴の表面に垂直な方向に溶融金属浴にガスを供給できるように配置された好ましい一実施例である。別法として、ガスを浴の表面に対して角度を持って供給できるように、ランスを炉１０の側壁を通して配置することができる。
【００１５】
ランスから浴に供給されるガス流に任意の有用なガスを使用することができるが、通常は、好ましくは、そのガスは商業的な酸素などの酸素、又は酸素を含むガス混合物である。本発明の実施のガス流に使用できる他のガスには、窒素、アルゴン、２酸化炭素、水素、ヘリウム、蒸気、炭化水素ガス、及びそれらの１つ以上を含むガス混合物がある。このガスは、好ましくは音速又は超音速の高速でランスから供給される。一般にランスから供給されるガス流３の速度は、少なくとも３０４．８ｍ／秒（１０００フィート／毎秒（ｆｐｓ））、好ましくは少なくとも４５７．２ｍ／秒（１５００ｆｐｓ）の速度を有する。このガス流はランスからの噴出の際、超音速を有し、浴表面に接触するときも超音速を有することが最も好ましい。
【００１６】
燃料及び酸化剤がこのガス流の周りにランスから外へ供給され、ガス流３の周りに火炎外被２を形成するように燃焼する。図に示すように、この火炎外被は炉内でランス噴出端から浴までガス流の全体長さに対して延在するのが好ましい。火炎外被２を形成するのに使用する燃料は、ガス状であることが好ましく、メタン又は天然ガスなどの任意の燃料とすることができる。火炎外被２を形成するのに使用する酸化剤は、空気、空気の酸素濃度を超える酸素濃度を有する酸素富化空気、又は少なくとも９０モル％の酸素濃度を有する商業的酸素であることができる。
【００１７】
火炎外被２は、周辺ガス、例えば炉ガスが、ガス流３内に引き込まれ又は混入されないようにする働きをし、それによってガス流３の速度が大きく低下しないようにし、ガス流３が噴出するランス噴出端でのノズルの直径をｄとして、一般に少なくとも２０ｄの距離に対して、ガス流３の直径が大きく増大しないようにする。すなわち、火炎外被２は、ガス流３が一般に少なくとも２０ｄの距離に対して凝集性ガス流として形成され、保持されるのに役立つ。図に示すように、ガス流３はランスから浴まで凝集性ガス流であることが好ましい。
【００１８】
ガス流３内で浴に移動するガス又はガス混合物は、浴成分と反応し及び／又は浴を混合することによって、溶融金属を精錬するのに役立つ。図に示すように、ガス流３で浴に供給されるガスの精錬及び／又は混合作用を高めることができるように、ガス流３の高速及び凝集的性質が、ガス流３をスラグ層５を通り溶融金属４内に深く突っ込ませる働きをすることが好ましい。図に示す本発明の実施例では、ガス流３内のガスは、溶融金属を脱炭するために溶融金属内の炭素と反応する酸素を含み、工程中に２酸化炭素及び／又は１酸化炭素の気泡６を形成する。
【００１９】
上記で論じてきたように、例えば、その成分、温度及び／又は融けたスクラップの割合を求めるため、溶融金属の状態を少なくとも周期的に、好ましくは連続的に監視することが望ましい。本発明の実施では、これらのパラメータは、観察ガラス９を通して観察することによって監視される。図に示すように、観察ガラス９は、噴出端の反対側端部でランス１に取り付けられ、酸素又は他のガスのランスからの漏れを防止する圧力シールを形成する一方、光学的に透明なのぞき穴を形成することが好ましい。
【００２０】
炉ガス、ヒューム、粒子などをガス流３内に混入されないようにするガス流３の凝集的性質によって、観察ガラス９から溶融金属浴までの視界の透き通った直線を形成することが可能になる。これによって、凝集性のガス流３によってもたらされる、遮るもののない通路を通して縦方向に観察することによって、溶融金属浴を見ることができるようになる。この見ることによって、浴からの光学的データを集めることが可能になる。凝集性の噴流を通して溶融金属を見ることから集めることができるデータには、光学高温計による温度、分光分析による溶融金属浴及びスラグ内に含まれる様々な元素の量の測定及び温度の傾向分析による溶融したスクラップの割合などの工程の状態が含まれる。
【００２１】
この光学的データは、光ファイバ・ケーブル又はレンズ及びミラーのシステムを含むことができる光ガイド・アセンブリ８などによって、分析計７に渡される。分析計７は、例えば、光学分光計、光学高温計、又はこれらの計器の組み合わせであり得る。分析計７は、データを使用して溶融金属浴の温度及び成分の測定を行い、それによってオペレータは、精錬工程の所望の終点にうまく到達させるために、追加の装入材料、融剤、合金、電力エネルギー及び酸素などの反応剤の量及びタイミングの調整を行うことが可能になる。
【００２２】
溶融浴の現在の温度及び溶融金属浴内に残存する炭素、クロム、マンガン又は他の元素の量を監視することによって、オペレータは、製造すべき金属の品種に対して指定された状態に、その金属の処理工程が到達したときを判定することができる。さらに、銅などの微量元素が製造される金属に対し量的限度外にあることが観察された場合は、オペレータは、処理工程の完了する前に製品を規格値内に入れるため調整を行うことができるであろう。融けたスクラップの割合を知ることによって、オペレータは追加のスクラップを炉に加える適切な時間を知るであろう。
【００２３】
本発明を使用することによって、光ファイバを溶融金属浴の表面に近接して使用する、又はレンズ、ミラー及びプリズムなどの補助器具を使用する必要なしに、溶融金属浴の性状の連続した、オンラインでの測定値を得ることができる。本発明は好ましい実施例を参照して詳細に説明したが、当分野の技術者は、特許請求の範囲の趣旨及び範囲内で本発明の別の実施例が存在することを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施に使用可能な好ましい構成の簡略化した、ただ１つの断面図である。
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【国際調査報告】
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