(57)【要約】【課題】溶鋼の温度降下量の推定精度を向上させること。【解決手段】脱ガス処理による溶鋼の温度降下量を推定する温度推定方法において、脱ガス処理を行う脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を、脱ガス処理をしてから次に脱ガス処理を開始するまでの時間である処理間隔に対して非線形の算出式を用いて算出することを特徴とする脱ガス処理における温度推定方法。【選択図】図３
2016030851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱ガス処理による溶鋼の温度降下量を推定する温度推定方法において、
脱ガス処理を行う脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を、脱ガス処理をしてから次に脱ガス処理を開始するまでの時間である処理間隔に対して非線形の算出式を用いて算出することを特徴とする脱ガス処理における温度推定方法。
【請求項２】
前記脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を算出する際に、下記（２）式を用いて温度降下量を算出することを特徴とする請求項１に記載の脱ガス処理における温度推定方法。
【数１】
2016030851.tif 000008
Ｄ：温度降下量［℃］
ａ，ｂ：係数
ｔ２：処理間隔［分］
【請求項３】
脱ガス処理による溶鋼の温度降下量を推定する温度推定方法において、
脱ガス処理を行う脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を、脱ガス処理をしてから次に脱ガス処理を開始するまでの時間である処理間隔に対して閾値の前後で異なる２つの線形の算出式を用いて算出することを特徴とする脱ガス処理における温度推定方法。
【請求項４】
前記脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を算出する際に、前記処理間隔が前記閾値未満の場合には下記（４）式、前記処理間隔が前記閾値以上の場合には（５）式を用いて温度降下量を算出することを特徴とする請求項３に記載の脱ガス処理における温度推定方法。
【数２】
2016030851.tif 000009
【数３】
2016030851.tif 000010
Ｄ：温度降下量［℃］
ｅ，ｆ：係数
ｇ：定数
ｔ２：処理間隔［分］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の脱ガス処理を行う際に、脱ガス処理に伴う溶鋼の温度降下量を推定する脱ガス処理における温度推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所の製鋼工程では、転炉や電気炉等で精錬処理された溶鋼を、成分や温度等を調整するために種々の方法で処理する二次精錬処理が行われる。特に、二次精錬処理では、高品質な製品に対応するため、ＲＨ脱ガス装置等の脱ガス処理設備等を用いた脱ガス処理が行われることが多い。脱ガス処理では、処理に伴って溶鋼の温度が低下するため、処理をする前に予め温度降下量を推定することが行われている。溶鋼の温度が低下する要因としては、例えば添加する合金鉄等の顕熱および潜熱による抜熱、溶鋼が収容される取鍋への抜熱、脱ガス処理設備への抜熱、処理時間に伴う温度降下等がある。
例えば特許文献１には、溶鋼の温度降下量を推定する方法として、製鋼工程において所定の工程の複数の操業因子を説明変数とする線形回帰モデルを用いることで、各処理工程での温度降下量を推定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５７１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のように、操業因子に対して線形回帰モデルで温度降下量を推定する方法では、脱ガス処理に適用した場合に、推定した温度降下量に対して実績の温度降下量が大きくずれることがあった。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、溶鋼の温度降下量の推定精度を向上させることができる脱ガス処理における温度推定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る脱ガス処理における温度推定方法は、脱ガス処理による溶鋼の温度降下量を推定する温度推定方法において、脱ガス処理を行う脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を、脱ガス処理をしてから次に脱ガス処理を開始するまでの時間である処理間隔に対して非線形の算出式を用いて算出することを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る脱ガス処理における温度推定方法は、脱ガス処理による溶鋼の温度降下量を推定する温度推定方法において、脱ガス処理を行う脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を、脱ガス処理をしてから次に脱ガス処理を開始するまでの時間である処理間隔に対して閾値の前後で異なる２つの線形の算出式を用いて算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る脱ガス処理における温度推定方法によれば、溶鋼の温度降下量の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態のＲＨ脱ガス処理装置を示す側面図である。
【図２】処理間隔と温度降下量との関係を示すグラフである。
【図３】図２の破線部における浸漬管の吸熱および抜熱挙動を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜脱ガス処理＞
まず、図１を参照して本発明の一実施形態における脱ガス処理について説明する。製鋼工程では、転炉や電気炉等の精錬炉を用いて、溶銑やスクラップ等を原料として精錬処理することで溶鋼が得られる。得られた溶鋼は、取鍋４に収容された後、脱ガス処理設備等の二次精錬設備において、成分調整や温度調整等の二次精錬処理が行われる。二次精錬処理された溶鋼は、連続鋳造機や造塊鋳型等の鋳造設備で鋳造されることで、スラブやインゴット等の半製品となる。
【０００９】
本実施形態では、二次精錬処理として、脱ガス処理設備であるＲＨ脱ガス処理装置１を用いて脱ガス処理を行う。ＲＨ脱ガス処理装置１は、略円筒容器状の真空槽２と、略円筒状の１対の浸漬管３ａ，３ｂ（３）とを有する。真空槽２は、略円筒容器状の本体２１と、本体２１の槽底から延びる一対の略円筒状の還流管２２ａ，２２ｂ（２２）とからなる。真空槽２の本体２１および還流管２２は、鉄皮と、鉄皮の内面を覆って設けられた耐火物とからなる。また、一対の還流管２２ａ，２２ｂの先端には、フランジがそれぞれ設けられる。浸漬管３は、略円筒状の鉄皮と、鉄皮を覆って設けられた耐火物とを有する。また、浸漬管３には、還流管２２のフランジと連結するフランジが、真空槽２と対向する側の先端に設けられる。
【００１０】
また、真空槽２の上部には、不図示の排気口と、副原料投入シュートと、ランスとが設けられる。排気口は、不図示の真空排気装置と接続され、真空排気装置によって真空槽２の内部気圧を低減可能に構成される。副原料投入シュートには、不図示の複数のホッパーから合金鉄等の各種副原料が送られることで、溶鋼に副原料が添加される。ランスは、真空槽２外に配された一端が酸素供給路に接続され、真空槽２内に配された他端から酸素供給路を介して送られる酸素ガスを噴射する。
【００１１】
上記構成のＲＨ脱ガス処理装置１を用いた脱ガス処理では、まず、図１に示す状態から、真空槽２を下降させ、取鍋４内に収容された溶鋼に浸漬管３ａ，３ｂを浸漬させる。次いで、真空槽２内の気圧を下げることで、真空槽２内の所定の高さまで溶鋼を吸い上げる。さらに、いずれか片方の浸漬管３ａ，３ｂの内面からＡｒやＮ２等のガスを吹き込むことにより、溶鋼を還流させて処理する。例えば、浸漬管３ａの内面からガスを吹き込む場合、ガスが吹き込まれる浸漬管３ａでは溶鋼が上昇し、浸漬管３ｂでは溶鋼が下降することで、溶鋼の循環流が生じる。
上記構成のＲＨ脱ガス処理装置１では、溶鋼が真空槽２内を通過しながら還流することで、溶鋼中のガス成分や不純物等が浮上除去される。また、溶鋼を還流させた状態で、副原料投入シュートから副原料を真空槽２内の溶鋼に添加することにより、溶鋼成分の調整や溶鋼の昇熱が行われる。さらに、ランスから真空槽２内の溶鋼に向かって酸素ガスが噴射されることで、溶鋼の酸化精錬や昇熱が行われる。
【００１２】
＜温度降下量の推定＞
上記のような脱ガス処理では、処理に伴い溶鋼の温度が低下する。また、主に鋳造工程での品質上の理由から、脱ガス処理後の溶鋼の温度を目標温度に対して精度よく合わせる必要がある。このため、脱ガス処理の前に脱ガス処理に伴う溶鋼の温度降下量を精度よく推定する必要がある。
脱ガス処理に伴う溶鋼の温度降下の要因としては、脱ガス処理の処理時間に伴う抜熱、合金鉄等の副原料添加に伴う抜熱、処理中の取鍋４への抜熱、およびＲＨ脱ガス処理装置１への抜熱等がある。脱ガス処理の処理時間に伴う抜熱では、大気等への放熱によって、処理時間に比例して溶鋼の温度が低下する。副原料添加に伴う抜熱では、添加する副原料の潜熱や顕熱によって、副原料の添加量に比例して溶鋼の温度が低下する。処理中の取鍋４への抜熱では、取鍋４への放熱によって、処理時間に比例して溶鋼の温度が低下する。ＲＨ脱ガス処理装置１への抜熱は、浸漬管３および真空槽２の耐火物への放熱挙動である。このため、浸漬管３および真空槽２の耐火物の温度に応じて溶鋼の温度が低下する。
【００１３】
以上の要因を考慮し、本実施形態では、下記（１）式を用いて脱ガス処理に伴う溶鋼の温度降下量を推定する。（１）式において、第１項は脱ガス処理の処理時間に伴う抜熱、第２項は合金鉄等の副原料添加に伴う抜熱、第３項は処理中の取鍋４への抜熱、第４項はＲＨ脱ガス処理装置１への抜熱による温度降下量をそれぞれ示す。また、（１）式において、ΔＴは脱ガス処理に伴う温度降下量［℃］、Ａｉ,Ｃは取鍋４やＲＨ脱ガス処理装置１の大きさ等の設備仕様に応じた係数、ｔ１は脱ガス処理の予定の処理時間（分）、Ｂｉは副原料の種類に応じた係数、ｍｉは各副原料の予定の添加量［ｋｇ／ｔ］、Ｄは下記（２）式で算出される温度降下量［℃］をそれぞれ示す。なお、（１）式ではｎ種類の副原料を用いる場合を示す。（２）式は、ＲＨ脱ガス処理装置１への抜熱に伴う温度降下量の算出式を示す。また、（２）式において、ａ，ｂは係数、ｔ２は脱ガス処理装置１の予定の処理間隔［分］をそれぞれ示す。脱ガス処理装置１の処理間隔は、脱ガス処理装置１が脱ガス処理をしてから次に脱ガス処理を開始するまでの時間であり、温度降下量を推定する対象溶鋼の前に行われる処理における脱ガス処理終了から対象溶鋼の脱ガス処理開始までの時間である。
【００１４】
【数１】
2016030851.tif 000003
【００１５】
【数２】
2016030851.tif 000004
【００１６】
ここで、図２および図３を参照して、（２）式で算出される浸漬管３および真空槽２の耐火物への抜熱に伴う温度降下量について詳細に説明する。本発明に先立ち、本発明者らは、工場や脱ガス処理設備の違いから溶鋼の温度降下量の推定精度に違いがあることに注目し、各脱ガス処理設備の操業条件や設備仕様等の違いから、処理間隔に対して耐火物への抜熱に伴う温度降下量の変化が線形に変化しないことを知見した。
図２は、本発明者らによる異なる処理間隔毎に温度降下量を調査した結果を示すグラフである。図２に示すように、処理間隔が１１分から９５分程度までの長い期間で、溶鋼の温度降下量の変化をみた場合、処理間隔に対する温度降下量の変化は線形にならないことがわかった。特に、処理間隔が１１分から４５分までの区間Ｄ１と処理間隔が４５分から１００分までの区間Ｄ２とでは、処理間隔に対する温度降下量の変化量が大きく異なる。
【００１７】
ここで、本発明者らは、このような関係が耐火物の放熱の律速段階が異なることに起因したものであることを見出した。つまり、図３に示すように、まず、脱ガス処理中には、浸漬管３の鉄皮３１の表面に設けられた耐火物３２が溶鋼５と接触し、溶鋼５から耐火物への熱移動が起こる。次に、脱ガス処理が終了した後、耐火物３２の表面から大気への熱拡散が律速段階となる放熱が起こる（自然対流律速段階）。自然対流律速段階の後、耐火物３２の表面の温度がある程度まで低下すると、耐火物内での熱移動が律速段階となる放熱が起こる（耐火物内熱移動律速段階）。自然対流律速段階と耐火物内熱移動律速段階とでは放熱速度が異なり、耐火物内熱移動律速段階の放熱速度の方が低くなる。図２における区間Ｄ１と区間Ｄ２との処理間隔に対する温度降下量の変化量の違いは、区間Ｄ１が自然対流律速段階となり、区間Ｄ２が耐火物内熱移動律速段階となることで生じる。
【００１８】
このような関係は、耐火物３２と溶鋼５とが接触する際における耐火物の熱移動の場合であっても同様となる。すなわち、溶鋼５から耐火物３２への熱移動では、自然対流律速段階を経た後、耐火物内熱移動律速段階となるため、耐火物３２の溶鋼５との接触時間が長くなるに伴って吸熱速度は低下する。このとき、耐火物３２の吸熱量Ｅは、下記（３）で示す曲線で近似することができる。（３）式において、ｃ，ｄは係数、ｔ３は溶鋼５と耐火物との接触時間［分］をそれぞれ示す。
【００１９】
【数３】
2016030851.tif 000005
【００２０】
ここで、耐火物３２が溶鋼５と接触した後に大気へ放熱する際における処理間隔ｔ２に対する熱量は、（３）式に示す曲線と同様な曲線で表すことができる。さらに、温度降下量は、この処理間隔ｔ２に対する曲線式から算出される熱量に比例する。このため、本発明者らは、（２）式に示す近似曲線式を用いることで処理間隔と温度降下量との関係を精度よく推定することを知見した。なお、（２）式における係数ａ，ｂは、各脱ガス処理装置での処理間隔に対する温度降下量の関係の実績を曲線近似することで算出される。
【００２１】
これに対して、従来の推定方法では、実績の処理間隔と温度降下量との関係から線形近似して算出される線形回帰式を用いて温度降下量が推定されていた。このような推定方法は、処理間隔が短い期間となる自然対流律速段階においては、温度降下量を精度よく推定することができるが、処理間隔が長い期間となる耐火物内熱移動律速段階においては、温度降下量を精度よく推定することができなかった。一方、本発明によれば、（２）式のように耐火物３２の放熱挙動に応じた非線形の推定式を用いるため、温度降下量の推定精度を高めることができる。
【００２２】
＜変形例＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００２３】
例えば、上記実施形態では、ＲＨ脱ガス処理装置１への抜熱に伴う温度降下量Ｄを（２）式を用いて算出したが、本発明はかかる例に限定されない。処理間隔に対する温度降下量の変化は、自然対流律速段階および耐火物内熱移動律速段階の各律速段階においては、それぞれ線形近似することでも精度よく推定することができる。このため、例えば、下記（４），（５）式を用いて温度降下量Ｄが算出されてもよい。このとき、律速段階が変化する処理間隔を閾値として、処理間隔が閾値未満の場合は（４）式、処理間隔が閾値以上の場合は（５）を用いて温度降下量が算出される。閾値は耐火物３２の厚み等の設備仕様によって適宜設定される。例えば、図２に図示した例の場合、律速段階が変化する処理間隔が４５分であるため、処理間隔４５分を閾値とする。なお、（４），（５）式において、ｅ，ｆは係数、ｇは定数をそれぞれ示す。また、係数ｅ，ｆおよび定数ｇは、各脱ガス処理装置での処理間隔に対する温度降下量の関係の実績を、閾値を境に（４），（５）式でそれぞれ直線近似することで算出される。
【００２４】
【数４】
2016030851.tif 000006
【００２５】
【数５】
2016030851.tif 000007
【００２６】
また、上記実施形態では、脱ガス処理設備としてＲＨ脱ガス処理装置１を用いたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、脱ガス処理設備として、ＤＨ法等の他の方式を用いた脱ガス処理設備が用いられてもよい。
【００２７】
＜実施形態の効果＞
（Ａ）本発明の一実施形態に係る脱ガス処理における温度推定方法は、脱ガス処理による溶鋼の温度降下量を推定する温度推定方法において、脱ガス処理を行う脱ガス処理設備１への抜熱に伴う温度降下量を、脱ガス処理をしてから次に脱ガス処理を開始するまでの時間である処理間隔ｔ２に対して非線形の算出式である（２）式を用いて算出する。
上記構成によれば、耐火物の放熱挙動に基づいて溶鋼の温度降下量を推定するため、処理間隔に対して線形の算出式を用いる方法に比べ、推定精度を高めることができる。特に、処理間隔が長くなり耐火物内熱移動律速段階となる場合においては、処理間隔に対して線形の算出式を用いる方法よりも推定精度を大幅に向上させることができる。脱ガス処理における温度降下量の推定精度が向上することにより、温度調整のための余分な昇熱処理や冷却処理が減る。これにより、副原料の削減等による製造コストの低廉化や、脱ガス処理時間の短縮による生産能率の拡大を図ることができる。
【００２８】
（Ｂ）上記（Ａ）において、脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を算出する際に、（２）式を用いて温度降下量を算出する。
（Ｃ）本発明の他の実施形態に係る脱ガス処理における温度推定方法は、脱ガス処理による溶鋼の温度降下量を推定する温度推定方法において、脱ガス処理を行う脱ガス処理設備１への抜熱に伴う温度降下量を、脱ガス処理をしてから次に脱ガス処理を開始するまでの時間である処理間隔に対して閾値の前後で異なる２つの線形の算出式である（４），（５）式を用いて算出する。
【００２９】
上記構成によれば、処理間隔に対して１つの線形の算出式を用いる場合と比べ、上記（Ａ）と同様に推定精度を向上させることができる。また、上記（Ａ）の構成に比べて、算出方法が簡便であるため、温度降下量を容易に推定することができる。
（Ｄ）上記（Ｃ）において、脱ガス処理設備への抜熱に伴う温度降下量を算出する際に、（４）式および（５）式を用いて温度降下量を算出する。
【実施例】
【００３０】
次に本発明者らが行った実施例について説明する。
本発明者らは、（１），（４），（５）式を用いて、溶鋼の温度降下量の推定を行い、異なる溶鋼について脱ガス処理を計１０回行った。なお、（４），（５）式の係数は、図３に示す処理時間に対する温度降下量の実績を用いて区間Ｄ１，Ｄ２についてそれぞれ線形近似することで算出した。また、閾値は４５分とした。さらに、比較例として、実施例と同様な鋼種について本発明の温度降下量の推定方法を用いずに行った脱ガス処理を異なる溶鋼について計１０回行った。
【００３１】
効果の確認のため、実施例と比較例とについて、酸素ガスを噴射処理した比率（ＫＴＢ処理比率）および冷却材添加量を調査した。酸素ガスを噴射するＫＴＢ処理は、溶鋼を昇熱する際や鋼中のＣを除去する際等に用いられる処理である。このため、同様な鋼種で比較した場合、ＫＴＢ処理比率が低いほど、温度降下量の推定精度が高いことを示す。また、冷却材添加量は、低いほど温度降下量の推定精度が高いことを示す。
【００３２】
調査の結果、ＫＴＢ処理比率は、比較例が５５％であったのに対して、実施例が４５％と１０％低減することを確認できた。また、冷却材添加量は、比較例が２．２ｋｇ／ｔであったのに対して、実施例が２．０ｋｇ／ｔと９％低減することを確認できた。
以上の結果から、本発明に温度推定方法を用いることにより、溶鋼の温度降下量の推定精度を向上させることができることが確認できた。
【符号の説明】
【００３３】
１  ：ＲＨ脱ガス処理装置
２  ：真空槽
３，３ａ，３ｂ  ：浸漬管
３１  ：鉄皮
３２  ：耐火物
４  ：取鍋
５  ：溶鋼
【図１】
2016030851.tif 000011
【図２】
2016030851.tif 000012
【図３】
2016030851.tif 000013