冶金プロセスの廃ガス流量を間接的に決定する方法
本発明は、冶金プロセスにおいて廃ガス流量を間接的に決定する方法に関する。この目的のため、標準ガスと廃ガスとの完全な混合が行われるように、すなわち実質的に均質な分布が得られるように、具体的には流れに関してサンプルの採取より十分に先行する時点で、ヘリウムなどの標準ガスを最初に廃ガスに加え、ヘリウムの添加量を考慮しながら、質量分析計による測定によって廃ガスのヘリウムおよび窒素の定量分析を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金プロセスにおける廃ガス流量（廃ガス速度）を間接的に決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃ガスに関する情報、例えば、その経時的な組成および／または量は、冶金プロセスを制御する重要な要素である。
【０００３】
ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００６８４８号には、特にコンバータにおける非接触の廃ガス測定方法が開示されており、廃ガス体積のセグメントがＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外）分光計によって測定される。
【０００４】
独国特許出願公開第２８３９３１６号明細書に記載された別の方法では、サンプルの質量分析モニタリングが、サンプル中のＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、および標準ガスに関して選択されたピークのイオン電流で行われる。標準ガスは、たとえばヘリウムであることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、冶金プロセスにおける廃ガス流量をより正確に示すことのできる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る方法では、標準ガスと廃ガスとの完全な混合が行われるように、すなわち実質的に均質な分布が得られるように、具体的には流れに関してサンプルの採取より十分に先行する時点で、ヘリウムなどの標準ガスを最初に廃ガスに加える。
【０００７】
次に、ヘリウムに基づく廃ガス流量の間接的な決定では、ヘリウムの添加量を考慮しながら、質量分析計による測定によって、廃ガス中のヘリウムおよび窒素の定量分析を行う。
【０００８】
この２つを合わせることにより、次式によって廃ガス流量を算出することが可能になる。
【数１】
ＱＷは、算出された廃ガス流量Ｎｍ３／分である。
ＱＨｅＢは、測定されたヘリウム流量Ｎｍ３／分である。
ＱＬは、算出された侵入空気Ｎｍ３／分である。
Ｈｅは、測定された廃ガス中のヘリウム濃度（−）である。
ＨｅＡｉｒは、測定された空気中のヘリウム濃度（−）であり、５．２ｐｐｍに相当する。
【０００９】
侵入空気は次式によって求めることができる。
【数２】
ＱＮ２Ｓ＝ＱＮ２Ｂ＋ＱＮ２Ｓｔｅｅｌ （３）
Ｎ２とＨｅは、測定された廃ガス中の窒素濃度とヘリウム濃度である。
Ｎ２ＡｉｒとＨｅＡｉｒは、空気中の窒素濃度とヘリウム濃度であり、０．７８と５．２Ｅ−４の値に相当する。
ＱＮ２Ｓは、供給源からの窒素の流量Ｎｍ３／分である。
ＱＮ２Ｂは、測定された窒素の流量（プロセスガス）Ｎｍ３／分である。
ＱＮ２Ｓｔｅｅｌは、脱ガス生成物として算出された窒素の流量Ｎｍ３／分である。
【００１０】
式（２）および式（３）を式（１）に挿入したとき、廃ガス流量は次の形式にまとめることができる。
【数３】
【００１１】
式のマイナス成分は、全体として算出された廃ガスの流量において、特殊鋼処理の場合に液体鋼に吹き込まれる酸素の流量（ＱＮ２Ｂ）および液体鋼の脱ガスにおける窒素の流量（ＱＮ２Ｓｔｅｅｌ）の影響を示すものである。
【００１２】
通常の状況下では、攪拌ガスまたは不活性ガスとしてアルゴンが用いられて、脱ガス中に生じる窒素の量のみが廃ガス流量の算出精度に関して理論的な重要性を有する。これは全体の廃ガスの流量と比較して非常に少ないため、無視できる。
【００１３】
測定装置（質量分析計）によって求められる廃ガス流量Ｎｍ３／分は、以下の簡易式で求められる。
【数４】
【００１４】
精度±（０．００５÷０．００７％）で炭素収支を得ることができる、廃ガス中の必要とされる最低ヘリウム濃度の概算は、以下の通りである。
約１００×ＨｅＡｉｒ
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図１は、冶金プロセスの制御に適用される上述の測定システムを示し、具体的には、ＶＯＤプロセスの例である。本発明の理解に必要な部分のみ図に示す。
【００１６】
ヘリウムを廃ガス流に注入する。その量は廃ガス圧に応じて調節する。ヘリウム供給源、廃ガス圧力計、およびヘリウム流調整器は、図に示すように配置されている。
【００１７】
ヘリウムの添加量に対応する値を測定装置によって得て、それを算出に用いる。
【００１８】
次に、廃ガス流からサンプルを採取して、測定ステーションに供給する。
【００１９】
次いで、流量ＱＨｅＢ、ガス濃度Ｘ％、Ｎ２処理ガス量ＱＮ２Ｂから上述の式に従い、測定精度が必要とされる場合、Ｎ２反応ガス量ＱＮ２Ｓｔｅｅｌを考慮して、廃ガスの流量ＱＷを求める。
【図１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金プロセスにおける廃ガス流量（廃ガス速度）を間接的に決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃ガスに関する情報、例えば、その経時的な組成および／または量は、冶金プロセスを制御する重要な要素である。
【０００３】
ＰＣＴ／ＥＰ２００５／００６８４８号には、特にコンバータにおける非接触の廃ガス測定方法が開示されており、廃ガス体積のセグメントがＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外）分光計によって測定される。
【０００４】
独国特許出願公開第２８３９３１６号明細書に記載された別の方法では、サンプルの質量分析モニタリングが、サンプル中のＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、および標準ガスに関して選択されたピークのイオン電流で行われる。標準ガスは、たとえばヘリウムであることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、冶金プロセスにおける廃ガス流量をより正確に示すことのできる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る方法では、標準ガスと廃ガスとの完全な混合が行われるように、すなわち実質的に均質な分布が得られるように、具体的には流れに関してサンプルの採取より十分に先行する時点で、ヘリウムなどの標準ガスを最初に廃ガスに加える。
【０００７】
次に、ヘリウムに基づく廃ガス流量の間接的な決定では、ヘリウムの添加量を考慮しながら、質量分析計による測定によって、廃ガス中のヘリウムおよび窒素の定量分析を行う。
【０００８】
この２つを合わせることにより、次式によって廃ガス流量を算出することが可能になる。
【数１】
ＱＷは、算出された廃ガス流量Ｎｍ３／分である。
ＱＨｅＢは、測定されたヘリウム流量Ｎｍ３／分である。
ＱＬは、算出された侵入空気Ｎｍ３／分である。
Ｈｅは、測定された廃ガス中のヘリウム濃度（−）である。
ＨｅＡｉｒは、測定された空気中のヘリウム濃度（−）であり、５．２ｐｐｍに相当する。
【０００９】
侵入空気は次式によって求めることができる。
【数２】
ＱＮ２Ｓ＝ＱＮ２Ｂ＋ＱＮ２Ｓｔｅｅｌ （３）
Ｎ２とＨｅは、測定された廃ガス中の窒素濃度とヘリウム濃度である。
Ｎ２ＡｉｒとＨｅＡｉｒは、空気中の窒素濃度とヘリウム濃度であり、０．７８と５．２Ｅ−４の値に相当する。
ＱＮ２Ｓは、供給源からの窒素の流量Ｎｍ３／分である。
ＱＮ２Ｂは、測定された窒素の流量（プロセスガス）Ｎｍ３／分である。
ＱＮ２Ｓｔｅｅｌは、脱ガス生成物として算出された窒素の流量Ｎｍ３／分である。
【００１０】
式（２）および式（３）を式（１）に挿入したとき、廃ガス流量は次の形式にまとめることができる。
【数３】
【００１１】
式のマイナス成分は、全体として算出された廃ガスの流量において、特殊鋼処理の場合に液体鋼に吹き込まれる酸素の流量（ＱＮ２Ｂ）および液体鋼の脱ガスにおける窒素の流量（ＱＮ２Ｓｔｅｅｌ）の影響を示すものである。
【００１２】
通常の状況下では、攪拌ガスまたは不活性ガスとしてアルゴンが用いられて、脱ガス中に生じる窒素の量のみが廃ガス流量の算出精度に関して理論的な重要性を有する。これは全体の廃ガスの流量と比較して非常に少ないため、無視できる。
【００１３】
測定装置（質量分析計）によって求められる廃ガス流量Ｎｍ３／分は、以下の簡易式で求められる。
【数４】
【００１４】
精度±（０．００５÷０．００７％）で炭素収支を得ることができる、廃ガス中の必要とされる最低ヘリウム濃度の概算は、以下の通りである。
約１００×ＨｅＡｉｒ
【図面の簡単な説明】
【００１５】
図１は、冶金プロセスの制御に適用される上述の測定システムを示し、具体的には、ＶＯＤプロセスの例である。本発明の理解に必要な部分のみ図に示す。
【００１６】
ヘリウムを廃ガス流に注入する。その量は廃ガス圧に応じて調節する。ヘリウム供給源、廃ガス圧力計、およびヘリウム流調整器は、図に示すように配置されている。
【００１７】
ヘリウムの添加量に対応する値を測定装置によって得て、それを算出に用いる。
【００１８】
次に、廃ガス流からサンプルを採取して、測定ステーションに供給する。
【００１９】
次いで、流量ＱＨｅＢ、ガス濃度Ｘ％、Ｎ２処理ガス量ＱＮ２Ｂから上述の式に従い、測定精度が必要とされる場合、Ｎ２反応ガス量ＱＮ２Ｓｔｅｅｌを考慮して、廃ガスの流量ＱＷを求める。
【図１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金プロセスにおいて廃ガス流量を間接的に決定する方法であって、標準ガスと廃ガスとの完全な混合が行われるように、すなわち実質的に均質な分布が得られるように、具体的には、ヘリウムなどの標準ガスを最初に廃ガスに加えた後、この廃ガスからサンプルを採取し、ヘリウムの添加量を考慮しながら、質量分析計による測定によって廃ガス中のヘリウムおよび窒素の定量分析を行うことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記流量が、ヘリウムの供給源において調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ２が質量分析によって求められることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
廃ガス流量が次式によって求められることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【数１】
【請求項１】
冶金プロセスにおいて廃ガス流量を間接的に決定する方法であって、標準ガスと廃ガスとの完全な混合が行われるように、すなわち実質的に均質な分布が得られるように、具体的には、ヘリウムなどの標準ガスを最初に廃ガスに加えた後、この廃ガスからサンプルを採取し、ヘリウムの添加量を考慮しながら、質量分析計による測定によって廃ガス中のヘリウムおよび窒素の定量分析を行うことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記流量が、ヘリウムの供給源において調整されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ２が質量分析によって求められることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
廃ガス流量が次式によって求められることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【数１】
【公表番号】特表２０１０−５３８２７９（Ｐ２０１０−５３８２７９Ａ）
【公表日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５２３２６６（Ｐ２０１０−５２３２６６）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００８／００１３３６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３０１９２
【国際公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（５０００３１０５４）エスエムエス・ジーマーク・アクチエンゲゼルシャフト (31)
【氏名又は名称原語表記】ＳＭＳ Ｓｉｅｍａｇ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｅｄｕａｒｄ−Ｓｃｈｌｏｅｍａｎｎ−Ｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ−４０２３７ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｆ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＤＥ２００８／００１３３６
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０３０１９２
【国際公開日】平成２１年３月１２日（２００９．３．１２）
【出願人】（５０００３１０５４）エスエムエス・ジーマーク・アクチエンゲゼルシャフト (31)
【氏名又は名称原語表記】ＳＭＳ Ｓｉｅｍａｇ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｅｄｕａｒｄ−Ｓｃｈｌｏｅｍａｎｎ−Ｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ−４０２３７ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｆ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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