スラグの流出検知方法
【課題】 転炉から取鍋に出鋼口を介して溶鋼を排出する際に、溶鋼の排出の末期、溶鋼に混入して流出するスラグを、何らかの理由によって排出される溶鋼の放射エネルギー値が高くなってもまた低くなっても、溶鋼の放射エネルギー値の如何に拘わらず的確に検知し、スラグの流出量をばらつきなく所定量に制御する。
【解決手段】 転炉３の出鋼口１２から流出する出鋼流１Ａを赤外線カメラ６で撮影し、赤外線カメラで測定される出鋼流中の溶鋼の放射エネルギー値と出鋼流中のスラグの放射エネルギー値とを対比することによって溶鋼１とスラグ２とを判別し、前記出鋼口から流出する溶鋼に混合して流出するスラグを検知するスラグの流出検知方法であって、前記出鋼口から流出する溶鋼の放射エネルギーを前記赤外線カメラで測定し、この放射エネルギーの測定値に基づいて溶鋼とスラグとを判別するためのエネルギー閾値を決定する。
【解決手段】 転炉３の出鋼口１２から流出する出鋼流１Ａを赤外線カメラ６で撮影し、赤外線カメラで測定される出鋼流中の溶鋼の放射エネルギー値と出鋼流中のスラグの放射エネルギー値とを対比することによって溶鋼１とスラグ２とを判別し、前記出鋼口から流出する溶鋼に混合して流出するスラグを検知するスラグの流出検知方法であって、前記出鋼口から流出する溶鋼の放射エネルギーを前記赤外線カメラで測定し、この放射エネルギーの測定値に基づいて溶鋼とスラグとを判別するためのエネルギー閾値を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉側壁に設置された出鋼口を介して転炉から取鍋に溶鋼を排出する際に、溶鋼の排出の末期、溶鋼に巻き込まれて流出するスラグを検知する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転炉を用いた溶銑の脱炭精錬工程においては、精錬剤として生石灰（ＣａＯ）やドロマイト（ＭｇＣＯ3・ＣａＣＯ3）などの造滓剤を添加したり、副原料としてマンガン鉱石を添加したり、また、除去された溶銑中の不純物自体がスラグになったりし、更には、酸化精錬であることに起因して鉄の酸化物が不可避的に発生することから、スラグをなくすることは不可能であり、脱炭精錬終了後の溶鋼上にはスラグが形成される。形成されたスラグは、転炉から取鍋への出鋼過程の末期、転炉内の溶鋼が少なくなってくると、溶鋼に形成される渦流によって溶鋼に巻き込まれ、溶鋼とともに取鍋内に排出される。
【０００３】
このスラグは鉄酸化物及びマンガン酸化物などの酸素ポテンシャルの高い、所謂「低級酸化物」を含んでいるので、大量のスラグが取鍋内に流出した場合には、溶鋼を脱酸するために添加した溶鋼中のＡｌとスラグ中の低級酸化物とが反応して溶鋼中にアルミナが形成され、清浄性の高い鋼を得ることができなくなるという問題が発生する。また、取鍋の耐火物がスラグによって溶損し、取鍋耐火物の寿命が低下するという問題も発生する。
【０００４】
そこで、スラグの流出を防止するための多数の提案がなされている。例えば、特許文献１には、転炉から出鋼口を介して取鍋へ溶鋼を出鋼する際に、転炉からの出鋼流を赤外線カメラで監視し、赤外線カメラで検知される流体が溶鋼からスラグに変わった時点で転炉を傾転（直立）させて出鋼を終了し、スラグの取鍋への流出を防止する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、溶融金属容器の流出孔を流下する溶融金属流に混入して前記溶融金属容器から流出するスラグの検知方法において、前記溶融金属流を赤外線カメラで撮影し、撮影した画像の各画素を、溶融金属及びスラグの輝度エネルギー差を利用して溶融金属とスラグとに判別し、スラグと判別された画素の数を撮影毎に積算し、スラグと判別された画素の数の積算値に基づいてスラグの流出を判定し、その時点で流出孔を閉鎖してスラグの流出を防止する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１０７１２７号公報
【特許文献２】特開２００７−１９７７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２ともに、溶鋼よりもスラグの方が、放射率が大きいこと、つまり放射エネルギー値が大きいことを利用して溶鋼とスラグとを判別しているが、これらの従来技術には、次のような問題点がある。即ち、特許文献１及び特許文献２ともに、溶鋼とスラグとを判別する際に、或る一定の放射エネルギー値を、溶融金属とスラグとを判別するための閾値（以下、「エネルギー閾値」と記す）として設定し、検出される放射エネルギー値が、エネルギー閾値を越えたときにスラグと判別し、エネルギー閾値以下の場合を溶鋼と判別しており、このエネルギー閾値を固定していることである。
【０００７】
本発明者らの経験によれば、出鋼温度（出鋼直前の転炉内の溶鋼温度）が同等であっても、溶鋼成分の違いや出鋼口形状の変化などによって、測定される溶鋼の放射エネルギー値が変化し、また、出鋼温度が相対的に高くなれば、測定される溶鋼の放射エネルギー値が高くなることが確認されている。また、この場合、スラグの放射エネルギー値も、溶鋼の放射エネルギー値の変動に伴って変動することが確認されている。
【０００８】
従って、エネルギー閾値を固定している特許文献１及び特許文献２では、溶損などにより出鋼口の状態が悪くなり、出鋼流が乱れて放射率が見掛け上大きくなるなどの理由から、測定される溶鋼の放射エネルギー値が高い場合には、溶鋼のみが流出中であっても放射エネルギー値が設定したエネルギー閾値を越えてしまい、溶鋼をスラグと誤認識してしまうという問題が発生する。また、この問題を回避するために、エネルギー閾値を高めて設定した場合には、出鋼流の乱れが収まり、測定される溶鋼の放射エネルギー値が低くなったときには、スラグが流出しているにも拘わらず、検出される放射エネルギー値はエネルギー閾値を越えず、スラグを溶鋼と誤認識してしまうという問題が発生する。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、転炉から取鍋に出鋼口を介して溶鋼を排出する際に、溶鋼の排出の末期、溶鋼に混入して流出するスラグを、何らかの理由によって排出される溶鋼の放射エネルギー値が高くなってもまた低くなっても、溶鋼の放射エネルギー値の如何に拘わらず的確に検知し、スラグの流出量をばらつきなく所定量に制御することのできるスラグの流出検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明に係るスラグの流出検知方法は、転炉の出鋼口から流出する出鋼流を赤外線カメラで撮影し、赤外線カメラで測定される出鋼流中の溶鋼の放射エネルギー値と出鋼流中のスラグの放射エネルギー値とを対比することによって溶鋼とスラグとを判別し、前記出鋼口から流出する溶鋼に混合して流出するスラグを検知するスラグの流出検知方法であって、前記出鋼口から流出する溶鋼の放射エネルギーを前記赤外線カメラで測定し、この放射エネルギーの測定値に基づいて溶鋼とスラグとを判別するためのエネルギー閾値を決定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、出鋼口から流出する溶鋼の放射エネルギー値に基づいて溶鋼とスラグとを判別するためのエネルギー閾値を決定するので、従来はスラグと判断されてスラグ流出を検知できなかった、例えば出鋼流が激しく乱れた場合であっても、スラグ検知が可能となる。一方、例えば出鋼温度が低く、出鋼流の放射エネルギー値が低くなる場合には、それに応じてエネルギー閾値が小さくなるので、スラグを溶鋼と誤認することが防止される。これにより、転炉からのスラグ流出量をばらつきなく所定量に制御することが可能となり、その結果、溶鋼清浄性の向上、脱酸剤原単位の削減などが実現されて工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態例であって、転炉から取鍋への出鋼流に本発明を適用した１例を示す概略断面図である。
【００１３】
図１に示すように、外殻を鉄皮１０とし、鉄皮１０の内側に耐火物１１が施工された転炉３の側壁には、溶鋼１を取鍋４に排出するための出鋼口１２が設置されている。この転炉３の出鋼口１２の近傍には、スラグストッパー９が設置されており、スラグストッパー９は、転炉３とは距離を隔てた位置に設置されるスラグストッパー制御装置８によって制御されている。また、出鋼口１２を介して転炉３から取鍋４へ出鋼される出鋼流１Ａに混合して流出するスラグ２を検知するために、赤外線カメラ６及び検知部７からなるスラグ検知装置５が設置されている。尚、出鋼流１Ａには、溶鋼１のみならず、スラグ２も溶鋼１に混合して存在するが、通常、出鋼口１２から排出されるもの全てを「出鋼流」と称している。
【００１４】
赤外線カメラ６は、出鋼流１Ａ及びその背景を二次元で撮影し、各被写体の放射エネルギー値を測定するとともに、各被写体の放射エネルギー値を表示する装置である。赤外線カメラ６により撮影された二次元の画像及び放射エネルギーの測定値は、検知部７に送られる。検知部７は、赤外線カメラ６から送られた画像に基づいて、スラグ流出の検知並びにスラグ流出の判定を行う装置である。また、検知部７は、赤外線カメラ６による溶鋼１の放射エネルギー測定値に基づいて、溶鋼１とスラグ２とを判別するためのエネルギー閾値を決定する機能を備えている。検知部７の信号は、スラグストッパー制御装置８に入力されている。尚、赤外線カメラ６でなくても例えばＣＣＤカメラなどでも、被写体の放射エネルギー値を計測することは可能であるが、検出感度が高いことから本発明では赤外線カメラ６を使用している。但し、赤外線カメラ６の代わりにＣＣＤカメラを使用しても、本発明を実施することは可能である。
【００１５】
スラグストッパー９は、回転自在なアーム１３と、アーム１３の先端部に取り付けられた鋳鉄製の止め栓部１４と、アーム１３を駆動するための油圧シリンダー１５と、から構成されており、油圧シリンダー１５が作動することにより、アーム１３の先端部の止め栓部１４が出鋼口１２に嵌合するようになっている。この止め栓部１４には、止め栓部１４の中心部を貫通してガス吹込み孔（図示せず）が設けられ、このガス吹込み孔から供給される窒素ガスが、止め栓部１４を出鋼口１２に嵌合させたときに、出鋼口１２の流路内に噴射されるようになっている。ガス吹込み孔を流れる窒素ガス流量及び油圧シリンダー１５を作動するための作動油は、スラグストッパー制御装置８によって制御されている。尚、図１では、油圧シリンダー１５に接続する油圧配管、ガス吹込み孔に接続するガス供給管及び流量調整弁などは省略している。
【００１６】
このような構成の転炉３及びスラグ検知装置５を用いて、次のようにして本発明を適用する。
【００１７】
転炉３に溶銑を装入し、更に、生石灰、焼成ドロマイト、蛍石などの造滓剤を装入して、上吹きランス（図示せず）または底吹き羽口（図示せず）若しくは双方から酸素ガスを溶銑に供給して脱炭精錬を実施する。溶銑は脱炭精錬されて溶鋼１が溶製され、造滓剤は溶融してスラグ２が生成される。溶製した溶鋼１を取鍋４に出鋼するに当たり、出鋼口１２が下面側に位置するように直立していた転炉３を傾動させる。転炉３の傾動により、溶鋼１は出鋼口１２を通過する出鋼流１Ａとなって取鍋４に流下する。溶鋼１の出鋼が進み、転炉３に滞留する溶鋼１が少なくなると、溶鋼１に渦流が形成され、この渦流によって溶鋼１の上に浮遊するスラグ２が溶鋼１に巻き込まれ、出鋼流１Ａに混入して取鍋４に流出する。
【００１８】
この出鋼流１Ａを赤外線カメラ６で連続して監視し、一定周期で出鋼流１Ａの二次元画像を撮影し、撮影した二次元画像の各位置の放射エネルギー値を測定する。測定された各位置の放射エネルギー値は検知部７に送られる。
【００１９】
図２に、或る時刻において赤外線カメラ６により測定された出鋼流１Ａ及び背景の放射エネルギー値の二次元画像の例を示す。図２において、「Ｚ」として示す放射エネルギー値の極めて低い部分（以下、「範囲（Ｚ）」と記す）は出鋼流１Ａの背景であり、「Ｘ」として示す放射エネルギーレベルの高い部分（以下、「範囲（Ｘ）」と記す）が出鋼流１Ａの溶鋼１の部分であり、出鋼流１Ａのなかで放射エネルギーレベルの更に高い「Ｙ」として示す部分（以下、「範囲（Ｙ）」と記す）が、スラグ２の部分である。
【００２０】
撮影した二次元画像を、範囲（Ｘ）、範囲（Ｙ）及び範囲（Ｚ）の３つの範囲に判別する方法を、図３を用いて説明する。図３は、図２に示すＡ−Ａ’線上の放射エネルギー値の分布を示す概略図である。背景つまり範囲（Ｚ）の部分は、放射エネルギー値が極めて低く、出鋼流１Ａの部分、つまり範囲（Ｘ）及び範囲（Ｙ）とは明確に判別することができる。出鋼流１Ａの部分において、溶鋼１の放射エネルギー値はＥmであり、スラグ２の放射エネルギー値は溶鋼１の放射エネルギーＥmよりも高いＥsであるので、溶鋼１とスラグ２とを判別することができる。具体的には、図３に示すように、Ｅmよりも大きく且つＥsよりも小さい所定のエネルギー閾値Ｅcを設定しておき、計測される放射エネルギーレベルがエネルギー閾値Ｅcを越えた範囲をスラグ２、つまり範囲（Ｙ）とし、それ以外を溶鋼１、つまり範囲（Ｘ）として判別する。検知部７では、送られてくる放射エネルギー値の測定データに基づき、二次元画像全体について、このようにして溶鋼１、スラグ２及び背景の３つに判別する。
【００２１】
つまり、赤外線波長領域におけるスラグ２の放射率は、溶鋼１の放射率の１．２〜１．５倍であり、これによって測定される放射エネルギーレベルに差が発生するので、赤外線カメラ６を使用することによって、出鋼流１Ａにおける溶鋼１とスラグ２とを明確に区別することが可能となる。図３は、出鋼流１Ａにスラグ２が混入した状態を示しており、スラグ２が混入していない場合には、画像は範囲（Ｘ）と範囲（Ｚ）とで構成され、出鋼流１Ａが全てスラグ２の場合には、画像は範囲（Ｙ）と範囲（Ｚ）とで構成される。
【００２２】
ここで、従来、エネルギー閾値Ｅcは一定値のまま判定していたが、本発明者らは、種々の試験操業の結果から、出鋼流１Ａの溶鋼１の温度や成分或いは出鋼流１Ａの乱れなどによって放射率が変化すること、換言すれば、出鋼流１Ａの溶鋼１の放射エネルギー値が変化することから、エネルギー閾値Ｅcを一定値としたまま判定すると、出鋼流１Ａの溶鋼１の放射率が高い場合には、溶鋼１をスラグ２と誤認する場合が発生することを確認した。具体的には、出鋼流１Ａの溶鋼１の温度が高くなるなどして出鋼流１Ａの溶鋼１の放射率が高くなると、溶鋼１及びスラグ２ともに放射エネルギー値が高くなるので、出鋼流１Ａの溶鋼１の放射率が高い場合には、出鋼流１Ａの溶鋼１の放射率が低い場合に比べて、相対的にエネルギー閾値Ｅcを大きくする必要のあることを見出した。
【００２３】
そこで、本発明においては、検知部７は、先ず、赤外線カメラ６から送られてくる溶鋼の放射エネルギー値のデータに基づいてエネルギー閾値Ｅcを決定する。溶鋼の放射エネルギー値としては、図２に示す範囲（Ｘ）の部分の平均値を用いればよいが、エネルギー閾値Ｅcを決定する前の段階であるので、範囲（Ｘ）と範囲（Ｙ）との区別はできない。そこで、出鋼流１Ａにスラグ２が混入しない段階で測定した出鋼流１Ａの放射エネルギー値（＝範囲（Ｘ）の部分の平均値）を溶鋼の放射エネルギー値として、エネルギー閾値Ｅcを決定する。一般的に、出鋼開始から２分間程度経過するまでは、出鋼流１Ａにスラグ２が混入しないので、その時点までに測定した出鋼流１Ａの放射エネルギー値を溶鋼の放射エネルギー値とすればよい。
【００２４】
また、溶鋼の放射エネルギー値からエネルギー閾値Ｅcを決定するにあたり、エネルギー閾値Ｅcを溶鋼放射エネルギー値毎に連続して変化させるようにしてもよいが、例えば或る一定の放射エネルギー値の範囲毎にエネルギー閾値Ｅcを変化させるなど、段階的に変化させるようにしても構わない。エネルギー閾値Ｅcの決定は検知部７に組み込まれた計算機で行うので、どちらであっても容易に実施可能である。何れにしろ、溶鋼の放射エネルギー値とエネルギー閾値Ｅcとの関係を予め検知部７に入力しておき、検知部７は、入力される溶鋼の放射エネルギー値に基づいてエネルギー閾値Ｅcを決定する。決定したエネルギー閾値Ｅcは当該チャージの出鋼中は変更しない。尚、出鋼温度が高い鋼種としては、例えば、高炭素鋼や出鋼時に合金鉄の投入量の多い鋼種（高マンガン鋼）などが挙げられる。
【００２５】
検知部７は、測定された溶鋼の放射エネルギー値に基づいてエネルギー閾値Ｅcを決定したならば、決定したエネルギー閾値Ｅcに基づいて、範囲（Ｘ）か範囲（Ｙ）かを、つまり溶鋼１かスラグ２かを、赤外線カメラ６からデータが送られてくる毎に判定する。
【００２６】
そして、検知部７は、出鋼流１Ａの面積（＝範囲（Ｘ）＋範囲（Ｙ））における範囲（Ｙ）の比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））が所定の値になった時点を「スラグ２が流出した時点」と判定して、その判定信号をスラグストッパー制御装置８に出力する。この場合、スラグ２の流出を可能な限り少なくしたい場合には、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））を小さい値（例えば０．１程度）とし、一方、転炉３に残留する溶鋼１を少なくしたい場合には、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））を大きくする（例えば０．５〜０．７程度）など、溶製される溶鋼１の品質レベルなどに応じて、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））を設定する。但し、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））は、当該チャージの出鋼中は或る一定の値とする。
【００２７】
つまり、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））は、当該溶鋼の出鋼中は或る一定の値であるので、赤外線カメラ６で測定される放射エネルギーの総量に応じてスラグ２の流出を判定することになるが、本発明においては、出鋼流１Ａの溶鋼の放射エネルギー値に応じて溶鋼１かスラグ２かを判定するので、赤外線カメラ６で測定される放射エネルギーの総量が同一であっても、出鋼流１Ａの溶鋼の放射エネルギー値によっては、溶鋼１と判定したり或いはスラグ２と判定したりすることになる。尚、エネルギー閾値Ｅcを一定値とする従来の検知方法では、放射エネルギーの総量に基づき一義的に溶鋼１かスラグ２かに判別される。
【００２８】
検知部７からスラグ流出の判定信号を受けたスラグストッパー制御装置８は、アーム１３の先端に設置した止め栓部１４によって出鋼口１２が閉塞されるように油圧シリンダー１５を作動させると同時に、止め栓部１４の先端部から窒素ガスが流出するように電磁弁（図示せず）を制御する。出鋼流１Ａは止め栓部１４によって止められるのみならず、出鋼口１２の内部に噴射される窒素ガスによって、出鋼口１２の内部の溶鋼１及びスラグ２は転炉３の内部に押し戻される。これにより、出鋼口１２の溶鋼１による閉塞は防止される。転炉３は、スラグストッパー９の作動と同時にまたは作動直後に、炉口が上となるように傾動し、その後、出鋼口１２が上面側に位置するように更に傾動し、スラグ２は炉口からスラグポット（図示せず）に排出される。
【００２９】
このように、本発明によれば、転炉３の出鋼口１２から出鋼される出鋼流１Ａの溶鋼１の放射エネルギーの測定値に基づいて、溶鋼１とスラグ２とを判別するためのエネルギー閾値Ｅcを決定するので、従来はスラグ２と判断されてスラグ流出を検知できなかった放射率が高い場合であっても、スラグ検知が可能となる。一方、出鋼温度が低いときのような放射率が低い場合には、エネルギー閾値Ｅcを小さくするので、スラグ２を溶鋼１と誤認することが防止される。これにより、転炉３からのスラグ流出量をばらつきなく所定量に制御することが可能となる。
【００３０】
尚、本発明は上記説明に限るものではなく種々の変更が可能である。例えば、スラグストッパー９の構造は上記に限るものではなく、出鋼口１２を閉塞することができる限り、どのような構造であっても構わない。また、スラグストッパー９を使用することなく、検知部７がスラグ流出を判定した時点で、転炉３を直立するように傾動させて出鋼口１２からの流出を停止するようにしてもよい。また更に、上記説明は、本発明を溶銑の脱炭精錬に適用した場合を説明したが、精錬反応は、例えばクロム鉱石の還元による高クロム鋼の精錬反応など、どのような精錬反応であっても構わず、要は、転炉出鋼口から溶鋼を出鋼する場合の全てに、本発明を適用することができる。
【実施例１】
【００３１】
図１に示す構成の転炉及びスラグ検知装置を用いて、転炉から取鍋への出鋼流のスラグ流出検知及びスラグストッパーよるスラグ流出防止を実施した。この場合、出鋼開始から２０秒及び４０秒経過した時点で出鋼流の放射エネルギー値を測定し、この溶鋼の放射エネルギー値の平均値に基づいてエネルギー閾値Ｅcを決定した。そして、溶鋼の放射エネルギー値に応じてエネルギー閾値Ｅcを５水準に設定し、予めこの溶鋼の放射エネルギー値とエネルギー閾値Ｅcとの関係を検知部に入力しておき、測定された溶鋼の放射エネルギー値からエネルギー閾値Ｅcを自動的に決定した。用いた転炉は、容量が２５０トンの上底吹き転炉である。
【００３２】
その結果、従来、出鋼温度の高い高炭素鋼などではスラグの自動検知ができず、出鋼チャージ全体のスラグの自動検知率はおよそ９３％程度であり、残りの７％には操作員による手動介入が必要であったが、本発明を適用することでスラグの自動検知率は１００％になり、操作員による手動介入は全く不要となった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】転炉から取鍋への出鋼流に本発明を適用した１例を示す概略断面図である。
【図２】赤外線カメラにより撮影された出鋼流の二次元画像の概略図である。
【図３】図２に示す、Ａ−Ａ’線上の放射エネルギー分布を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 溶鋼
１Ａ 出鋼流
２ スラグ
３ 転炉
４ 取鍋
５ スラグ検知装置
６ 赤外線カメラ
７ 検知部
８ スラグストッパー制御装置
９ スラグストッパー
１０ 鉄皮
１１ 耐火物
１２ 出鋼口
１３ アーム
１４ 止め栓部
１５ 油圧シリンダー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉側壁に設置された出鋼口を介して転炉から取鍋に溶鋼を排出する際に、溶鋼の排出の末期、溶鋼に巻き込まれて流出するスラグを検知する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転炉を用いた溶銑の脱炭精錬工程においては、精錬剤として生石灰（ＣａＯ）やドロマイト（ＭｇＣＯ3・ＣａＣＯ3）などの造滓剤を添加したり、副原料としてマンガン鉱石を添加したり、また、除去された溶銑中の不純物自体がスラグになったりし、更には、酸化精錬であることに起因して鉄の酸化物が不可避的に発生することから、スラグをなくすることは不可能であり、脱炭精錬終了後の溶鋼上にはスラグが形成される。形成されたスラグは、転炉から取鍋への出鋼過程の末期、転炉内の溶鋼が少なくなってくると、溶鋼に形成される渦流によって溶鋼に巻き込まれ、溶鋼とともに取鍋内に排出される。
【０００３】
このスラグは鉄酸化物及びマンガン酸化物などの酸素ポテンシャルの高い、所謂「低級酸化物」を含んでいるので、大量のスラグが取鍋内に流出した場合には、溶鋼を脱酸するために添加した溶鋼中のＡｌとスラグ中の低級酸化物とが反応して溶鋼中にアルミナが形成され、清浄性の高い鋼を得ることができなくなるという問題が発生する。また、取鍋の耐火物がスラグによって溶損し、取鍋耐火物の寿命が低下するという問題も発生する。
【０００４】
そこで、スラグの流出を防止するための多数の提案がなされている。例えば、特許文献１には、転炉から出鋼口を介して取鍋へ溶鋼を出鋼する際に、転炉からの出鋼流を赤外線カメラで監視し、赤外線カメラで検知される流体が溶鋼からスラグに変わった時点で転炉を傾転（直立）させて出鋼を終了し、スラグの取鍋への流出を防止する方法が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、溶融金属容器の流出孔を流下する溶融金属流に混入して前記溶融金属容器から流出するスラグの検知方法において、前記溶融金属流を赤外線カメラで撮影し、撮影した画像の各画素を、溶融金属及びスラグの輝度エネルギー差を利用して溶融金属とスラグとに判別し、スラグと判別された画素の数を撮影毎に積算し、スラグと判別された画素の数の積算値に基づいてスラグの流出を判定し、その時点で流出孔を閉鎖してスラグの流出を防止する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１０７１２７号公報
【特許文献２】特開２００７−１９７７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び特許文献２ともに、溶鋼よりもスラグの方が、放射率が大きいこと、つまり放射エネルギー値が大きいことを利用して溶鋼とスラグとを判別しているが、これらの従来技術には、次のような問題点がある。即ち、特許文献１及び特許文献２ともに、溶鋼とスラグとを判別する際に、或る一定の放射エネルギー値を、溶融金属とスラグとを判別するための閾値（以下、「エネルギー閾値」と記す）として設定し、検出される放射エネルギー値が、エネルギー閾値を越えたときにスラグと判別し、エネルギー閾値以下の場合を溶鋼と判別しており、このエネルギー閾値を固定していることである。
【０００７】
本発明者らの経験によれば、出鋼温度（出鋼直前の転炉内の溶鋼温度）が同等であっても、溶鋼成分の違いや出鋼口形状の変化などによって、測定される溶鋼の放射エネルギー値が変化し、また、出鋼温度が相対的に高くなれば、測定される溶鋼の放射エネルギー値が高くなることが確認されている。また、この場合、スラグの放射エネルギー値も、溶鋼の放射エネルギー値の変動に伴って変動することが確認されている。
【０００８】
従って、エネルギー閾値を固定している特許文献１及び特許文献２では、溶損などにより出鋼口の状態が悪くなり、出鋼流が乱れて放射率が見掛け上大きくなるなどの理由から、測定される溶鋼の放射エネルギー値が高い場合には、溶鋼のみが流出中であっても放射エネルギー値が設定したエネルギー閾値を越えてしまい、溶鋼をスラグと誤認識してしまうという問題が発生する。また、この問題を回避するために、エネルギー閾値を高めて設定した場合には、出鋼流の乱れが収まり、測定される溶鋼の放射エネルギー値が低くなったときには、スラグが流出しているにも拘わらず、検出される放射エネルギー値はエネルギー閾値を越えず、スラグを溶鋼と誤認識してしまうという問題が発生する。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、転炉から取鍋に出鋼口を介して溶鋼を排出する際に、溶鋼の排出の末期、溶鋼に混入して流出するスラグを、何らかの理由によって排出される溶鋼の放射エネルギー値が高くなってもまた低くなっても、溶鋼の放射エネルギー値の如何に拘わらず的確に検知し、スラグの流出量をばらつきなく所定量に制御することのできるスラグの流出検知方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明に係るスラグの流出検知方法は、転炉の出鋼口から流出する出鋼流を赤外線カメラで撮影し、赤外線カメラで測定される出鋼流中の溶鋼の放射エネルギー値と出鋼流中のスラグの放射エネルギー値とを対比することによって溶鋼とスラグとを判別し、前記出鋼口から流出する溶鋼に混合して流出するスラグを検知するスラグの流出検知方法であって、前記出鋼口から流出する溶鋼の放射エネルギーを前記赤外線カメラで測定し、この放射エネルギーの測定値に基づいて溶鋼とスラグとを判別するためのエネルギー閾値を決定することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、出鋼口から流出する溶鋼の放射エネルギー値に基づいて溶鋼とスラグとを判別するためのエネルギー閾値を決定するので、従来はスラグと判断されてスラグ流出を検知できなかった、例えば出鋼流が激しく乱れた場合であっても、スラグ検知が可能となる。一方、例えば出鋼温度が低く、出鋼流の放射エネルギー値が低くなる場合には、それに応じてエネルギー閾値が小さくなるので、スラグを溶鋼と誤認することが防止される。これにより、転炉からのスラグ流出量をばらつきなく所定量に制御することが可能となり、その結果、溶鋼清浄性の向上、脱酸剤原単位の削減などが実現されて工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態例であって、転炉から取鍋への出鋼流に本発明を適用した１例を示す概略断面図である。
【００１３】
図１に示すように、外殻を鉄皮１０とし、鉄皮１０の内側に耐火物１１が施工された転炉３の側壁には、溶鋼１を取鍋４に排出するための出鋼口１２が設置されている。この転炉３の出鋼口１２の近傍には、スラグストッパー９が設置されており、スラグストッパー９は、転炉３とは距離を隔てた位置に設置されるスラグストッパー制御装置８によって制御されている。また、出鋼口１２を介して転炉３から取鍋４へ出鋼される出鋼流１Ａに混合して流出するスラグ２を検知するために、赤外線カメラ６及び検知部７からなるスラグ検知装置５が設置されている。尚、出鋼流１Ａには、溶鋼１のみならず、スラグ２も溶鋼１に混合して存在するが、通常、出鋼口１２から排出されるもの全てを「出鋼流」と称している。
【００１４】
赤外線カメラ６は、出鋼流１Ａ及びその背景を二次元で撮影し、各被写体の放射エネルギー値を測定するとともに、各被写体の放射エネルギー値を表示する装置である。赤外線カメラ６により撮影された二次元の画像及び放射エネルギーの測定値は、検知部７に送られる。検知部７は、赤外線カメラ６から送られた画像に基づいて、スラグ流出の検知並びにスラグ流出の判定を行う装置である。また、検知部７は、赤外線カメラ６による溶鋼１の放射エネルギー測定値に基づいて、溶鋼１とスラグ２とを判別するためのエネルギー閾値を決定する機能を備えている。検知部７の信号は、スラグストッパー制御装置８に入力されている。尚、赤外線カメラ６でなくても例えばＣＣＤカメラなどでも、被写体の放射エネルギー値を計測することは可能であるが、検出感度が高いことから本発明では赤外線カメラ６を使用している。但し、赤外線カメラ６の代わりにＣＣＤカメラを使用しても、本発明を実施することは可能である。
【００１５】
スラグストッパー９は、回転自在なアーム１３と、アーム１３の先端部に取り付けられた鋳鉄製の止め栓部１４と、アーム１３を駆動するための油圧シリンダー１５と、から構成されており、油圧シリンダー１５が作動することにより、アーム１３の先端部の止め栓部１４が出鋼口１２に嵌合するようになっている。この止め栓部１４には、止め栓部１４の中心部を貫通してガス吹込み孔（図示せず）が設けられ、このガス吹込み孔から供給される窒素ガスが、止め栓部１４を出鋼口１２に嵌合させたときに、出鋼口１２の流路内に噴射されるようになっている。ガス吹込み孔を流れる窒素ガス流量及び油圧シリンダー１５を作動するための作動油は、スラグストッパー制御装置８によって制御されている。尚、図１では、油圧シリンダー１５に接続する油圧配管、ガス吹込み孔に接続するガス供給管及び流量調整弁などは省略している。
【００１６】
このような構成の転炉３及びスラグ検知装置５を用いて、次のようにして本発明を適用する。
【００１７】
転炉３に溶銑を装入し、更に、生石灰、焼成ドロマイト、蛍石などの造滓剤を装入して、上吹きランス（図示せず）または底吹き羽口（図示せず）若しくは双方から酸素ガスを溶銑に供給して脱炭精錬を実施する。溶銑は脱炭精錬されて溶鋼１が溶製され、造滓剤は溶融してスラグ２が生成される。溶製した溶鋼１を取鍋４に出鋼するに当たり、出鋼口１２が下面側に位置するように直立していた転炉３を傾動させる。転炉３の傾動により、溶鋼１は出鋼口１２を通過する出鋼流１Ａとなって取鍋４に流下する。溶鋼１の出鋼が進み、転炉３に滞留する溶鋼１が少なくなると、溶鋼１に渦流が形成され、この渦流によって溶鋼１の上に浮遊するスラグ２が溶鋼１に巻き込まれ、出鋼流１Ａに混入して取鍋４に流出する。
【００１８】
この出鋼流１Ａを赤外線カメラ６で連続して監視し、一定周期で出鋼流１Ａの二次元画像を撮影し、撮影した二次元画像の各位置の放射エネルギー値を測定する。測定された各位置の放射エネルギー値は検知部７に送られる。
【００１９】
図２に、或る時刻において赤外線カメラ６により測定された出鋼流１Ａ及び背景の放射エネルギー値の二次元画像の例を示す。図２において、「Ｚ」として示す放射エネルギー値の極めて低い部分（以下、「範囲（Ｚ）」と記す）は出鋼流１Ａの背景であり、「Ｘ」として示す放射エネルギーレベルの高い部分（以下、「範囲（Ｘ）」と記す）が出鋼流１Ａの溶鋼１の部分であり、出鋼流１Ａのなかで放射エネルギーレベルの更に高い「Ｙ」として示す部分（以下、「範囲（Ｙ）」と記す）が、スラグ２の部分である。
【００２０】
撮影した二次元画像を、範囲（Ｘ）、範囲（Ｙ）及び範囲（Ｚ）の３つの範囲に判別する方法を、図３を用いて説明する。図３は、図２に示すＡ−Ａ’線上の放射エネルギー値の分布を示す概略図である。背景つまり範囲（Ｚ）の部分は、放射エネルギー値が極めて低く、出鋼流１Ａの部分、つまり範囲（Ｘ）及び範囲（Ｙ）とは明確に判別することができる。出鋼流１Ａの部分において、溶鋼１の放射エネルギー値はＥmであり、スラグ２の放射エネルギー値は溶鋼１の放射エネルギーＥmよりも高いＥsであるので、溶鋼１とスラグ２とを判別することができる。具体的には、図３に示すように、Ｅmよりも大きく且つＥsよりも小さい所定のエネルギー閾値Ｅcを設定しておき、計測される放射エネルギーレベルがエネルギー閾値Ｅcを越えた範囲をスラグ２、つまり範囲（Ｙ）とし、それ以外を溶鋼１、つまり範囲（Ｘ）として判別する。検知部７では、送られてくる放射エネルギー値の測定データに基づき、二次元画像全体について、このようにして溶鋼１、スラグ２及び背景の３つに判別する。
【００２１】
つまり、赤外線波長領域におけるスラグ２の放射率は、溶鋼１の放射率の１．２〜１．５倍であり、これによって測定される放射エネルギーレベルに差が発生するので、赤外線カメラ６を使用することによって、出鋼流１Ａにおける溶鋼１とスラグ２とを明確に区別することが可能となる。図３は、出鋼流１Ａにスラグ２が混入した状態を示しており、スラグ２が混入していない場合には、画像は範囲（Ｘ）と範囲（Ｚ）とで構成され、出鋼流１Ａが全てスラグ２の場合には、画像は範囲（Ｙ）と範囲（Ｚ）とで構成される。
【００２２】
ここで、従来、エネルギー閾値Ｅcは一定値のまま判定していたが、本発明者らは、種々の試験操業の結果から、出鋼流１Ａの溶鋼１の温度や成分或いは出鋼流１Ａの乱れなどによって放射率が変化すること、換言すれば、出鋼流１Ａの溶鋼１の放射エネルギー値が変化することから、エネルギー閾値Ｅcを一定値としたまま判定すると、出鋼流１Ａの溶鋼１の放射率が高い場合には、溶鋼１をスラグ２と誤認する場合が発生することを確認した。具体的には、出鋼流１Ａの溶鋼１の温度が高くなるなどして出鋼流１Ａの溶鋼１の放射率が高くなると、溶鋼１及びスラグ２ともに放射エネルギー値が高くなるので、出鋼流１Ａの溶鋼１の放射率が高い場合には、出鋼流１Ａの溶鋼１の放射率が低い場合に比べて、相対的にエネルギー閾値Ｅcを大きくする必要のあることを見出した。
【００２３】
そこで、本発明においては、検知部７は、先ず、赤外線カメラ６から送られてくる溶鋼の放射エネルギー値のデータに基づいてエネルギー閾値Ｅcを決定する。溶鋼の放射エネルギー値としては、図２に示す範囲（Ｘ）の部分の平均値を用いればよいが、エネルギー閾値Ｅcを決定する前の段階であるので、範囲（Ｘ）と範囲（Ｙ）との区別はできない。そこで、出鋼流１Ａにスラグ２が混入しない段階で測定した出鋼流１Ａの放射エネルギー値（＝範囲（Ｘ）の部分の平均値）を溶鋼の放射エネルギー値として、エネルギー閾値Ｅcを決定する。一般的に、出鋼開始から２分間程度経過するまでは、出鋼流１Ａにスラグ２が混入しないので、その時点までに測定した出鋼流１Ａの放射エネルギー値を溶鋼の放射エネルギー値とすればよい。
【００２４】
また、溶鋼の放射エネルギー値からエネルギー閾値Ｅcを決定するにあたり、エネルギー閾値Ｅcを溶鋼放射エネルギー値毎に連続して変化させるようにしてもよいが、例えば或る一定の放射エネルギー値の範囲毎にエネルギー閾値Ｅcを変化させるなど、段階的に変化させるようにしても構わない。エネルギー閾値Ｅcの決定は検知部７に組み込まれた計算機で行うので、どちらであっても容易に実施可能である。何れにしろ、溶鋼の放射エネルギー値とエネルギー閾値Ｅcとの関係を予め検知部７に入力しておき、検知部７は、入力される溶鋼の放射エネルギー値に基づいてエネルギー閾値Ｅcを決定する。決定したエネルギー閾値Ｅcは当該チャージの出鋼中は変更しない。尚、出鋼温度が高い鋼種としては、例えば、高炭素鋼や出鋼時に合金鉄の投入量の多い鋼種（高マンガン鋼）などが挙げられる。
【００２５】
検知部７は、測定された溶鋼の放射エネルギー値に基づいてエネルギー閾値Ｅcを決定したならば、決定したエネルギー閾値Ｅcに基づいて、範囲（Ｘ）か範囲（Ｙ）かを、つまり溶鋼１かスラグ２かを、赤外線カメラ６からデータが送られてくる毎に判定する。
【００２６】
そして、検知部７は、出鋼流１Ａの面積（＝範囲（Ｘ）＋範囲（Ｙ））における範囲（Ｙ）の比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））が所定の値になった時点を「スラグ２が流出した時点」と判定して、その判定信号をスラグストッパー制御装置８に出力する。この場合、スラグ２の流出を可能な限り少なくしたい場合には、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））を小さい値（例えば０．１程度）とし、一方、転炉３に残留する溶鋼１を少なくしたい場合には、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））を大きくする（例えば０．５〜０．７程度）など、溶製される溶鋼１の品質レベルなどに応じて、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））を設定する。但し、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））は、当該チャージの出鋼中は或る一定の値とする。
【００２７】
つまり、比率（Ｙ／（Ｘ＋Ｙ））は、当該溶鋼の出鋼中は或る一定の値であるので、赤外線カメラ６で測定される放射エネルギーの総量に応じてスラグ２の流出を判定することになるが、本発明においては、出鋼流１Ａの溶鋼の放射エネルギー値に応じて溶鋼１かスラグ２かを判定するので、赤外線カメラ６で測定される放射エネルギーの総量が同一であっても、出鋼流１Ａの溶鋼の放射エネルギー値によっては、溶鋼１と判定したり或いはスラグ２と判定したりすることになる。尚、エネルギー閾値Ｅcを一定値とする従来の検知方法では、放射エネルギーの総量に基づき一義的に溶鋼１かスラグ２かに判別される。
【００２８】
検知部７からスラグ流出の判定信号を受けたスラグストッパー制御装置８は、アーム１３の先端に設置した止め栓部１４によって出鋼口１２が閉塞されるように油圧シリンダー１５を作動させると同時に、止め栓部１４の先端部から窒素ガスが流出するように電磁弁（図示せず）を制御する。出鋼流１Ａは止め栓部１４によって止められるのみならず、出鋼口１２の内部に噴射される窒素ガスによって、出鋼口１２の内部の溶鋼１及びスラグ２は転炉３の内部に押し戻される。これにより、出鋼口１２の溶鋼１による閉塞は防止される。転炉３は、スラグストッパー９の作動と同時にまたは作動直後に、炉口が上となるように傾動し、その後、出鋼口１２が上面側に位置するように更に傾動し、スラグ２は炉口からスラグポット（図示せず）に排出される。
【００２９】
このように、本発明によれば、転炉３の出鋼口１２から出鋼される出鋼流１Ａの溶鋼１の放射エネルギーの測定値に基づいて、溶鋼１とスラグ２とを判別するためのエネルギー閾値Ｅcを決定するので、従来はスラグ２と判断されてスラグ流出を検知できなかった放射率が高い場合であっても、スラグ検知が可能となる。一方、出鋼温度が低いときのような放射率が低い場合には、エネルギー閾値Ｅcを小さくするので、スラグ２を溶鋼１と誤認することが防止される。これにより、転炉３からのスラグ流出量をばらつきなく所定量に制御することが可能となる。
【００３０】
尚、本発明は上記説明に限るものではなく種々の変更が可能である。例えば、スラグストッパー９の構造は上記に限るものではなく、出鋼口１２を閉塞することができる限り、どのような構造であっても構わない。また、スラグストッパー９を使用することなく、検知部７がスラグ流出を判定した時点で、転炉３を直立するように傾動させて出鋼口１２からの流出を停止するようにしてもよい。また更に、上記説明は、本発明を溶銑の脱炭精錬に適用した場合を説明したが、精錬反応は、例えばクロム鉱石の還元による高クロム鋼の精錬反応など、どのような精錬反応であっても構わず、要は、転炉出鋼口から溶鋼を出鋼する場合の全てに、本発明を適用することができる。
【実施例１】
【００３１】
図１に示す構成の転炉及びスラグ検知装置を用いて、転炉から取鍋への出鋼流のスラグ流出検知及びスラグストッパーよるスラグ流出防止を実施した。この場合、出鋼開始から２０秒及び４０秒経過した時点で出鋼流の放射エネルギー値を測定し、この溶鋼の放射エネルギー値の平均値に基づいてエネルギー閾値Ｅcを決定した。そして、溶鋼の放射エネルギー値に応じてエネルギー閾値Ｅcを５水準に設定し、予めこの溶鋼の放射エネルギー値とエネルギー閾値Ｅcとの関係を検知部に入力しておき、測定された溶鋼の放射エネルギー値からエネルギー閾値Ｅcを自動的に決定した。用いた転炉は、容量が２５０トンの上底吹き転炉である。
【００３２】
その結果、従来、出鋼温度の高い高炭素鋼などではスラグの自動検知ができず、出鋼チャージ全体のスラグの自動検知率はおよそ９３％程度であり、残りの７％には操作員による手動介入が必要であったが、本発明を適用することでスラグの自動検知率は１００％になり、操作員による手動介入は全く不要となった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】転炉から取鍋への出鋼流に本発明を適用した１例を示す概略断面図である。
【図２】赤外線カメラにより撮影された出鋼流の二次元画像の概略図である。
【図３】図２に示す、Ａ−Ａ’線上の放射エネルギー分布を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１ 溶鋼
１Ａ 出鋼流
２ スラグ
３ 転炉
４ 取鍋
５ スラグ検知装置
６ 赤外線カメラ
７ 検知部
８ スラグストッパー制御装置
９ スラグストッパー
１０ 鉄皮
１１ 耐火物
１２ 出鋼口
１３ アーム
１４ 止め栓部
１５ 油圧シリンダー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉の出鋼口から流出する出鋼流を赤外線カメラで撮影し、赤外線カメラで測定される出鋼流中の溶鋼の放射エネルギー値と出鋼流中のスラグの放射エネルギー値とを対比することによって溶鋼とスラグとを判別し、前記出鋼口から流出する溶鋼に混合して流出するスラグを検知するスラグの流出検知方法であって、前記出鋼口から流出する溶鋼の放射エネルギーを前記赤外線カメラで測定し、この放射エネルギーの測定値に基づいて溶鋼とスラグとを判別するためのエネルギー閾値を決定することを特徴とする、スラグの流出検知方法。
【請求項１】
転炉の出鋼口から流出する出鋼流を赤外線カメラで撮影し、赤外線カメラで測定される出鋼流中の溶鋼の放射エネルギー値と出鋼流中のスラグの放射エネルギー値とを対比することによって溶鋼とスラグとを判別し、前記出鋼口から流出する溶鋼に混合して流出するスラグを検知するスラグの流出検知方法であって、前記出鋼口から流出する溶鋼の放射エネルギーを前記赤外線カメラで測定し、この放射エネルギーの測定値に基づいて溶鋼とスラグとを判別するためのエネルギー閾値を決定することを特徴とする、スラグの流出検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２８７０９７（Ｐ２００９−２８７０９７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４２０９９（Ｐ２００８−１４２０９９）
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月３０日（２００８．５．３０）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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