取鍋精錬方法

【課題】溶鋼の温度調整すると共に、溶鋼を攪拌しながら精錬を行う取鍋精錬において、正確且つ確実に溶鋼温度の調整を行うことができるようにする。
【解決手段】精錬処理中の溶鋼温度を計測し、この計測値を基準として溶鋼２の温度調整すると共に、溶鋼２を攪拌しながら精錬を行う取鍋精錬方法において、溶鋼２を攪拌する前後の計測値を基準として溶鋼２の温度調整を行うに際しては、計測値に基づいて溶鋼２全体の温度を示す代表温度からのズレ量を求め、このズレ量に基づき温度調整量を求めて溶鋼２の温度調整を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、溶鋼の温度調整すると共に、溶鋼を攪拌しながら精錬を行う取鍋精錬方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、転炉から出鋼した溶鋼は、取鍋によって二次精錬装置へと搬送されて、二次精錬装置にて二次精錬（取鍋精錬）を行うのが一般的である。この取鍋精錬においては、溶鋼を攪拌しながら精錬処理を行うが、溶鋼搬出時（精錬処理後）に溶鋼温度が目標温度となるように、温度調整を行っている。温度調整を行うにあたっては、精錬処理中に溶鋼温度を計測して、測定した溶鋼温度を基に溶鋼の加熱や冷却を行っている。
特許文献１の溶鋼温度予測方法においては、溶鋼処理のアーク加熱処理前に、取鍋内の溶鋼の温度測定を行い、少なくとも前記取鍋内の溶鋼の温度測定時からの経過時間と、アーク電力量とを含む基準量に、少なくとも前記取鍋の使用回数を含む補正量を乗じた式を含むモデル式を用いて、該取鍋内の時間経過に伴う溶鋼の温度変化を予測し、溶鋼の温度調整を行っている。
【０００３】
さて、取鍋精錬の他に、溶鋼温度を測定したり溶鋼温度を予測して、溶鋼温度の管理を行うものとしては、特許文献２及び特許文献３に示す技術がある。
特許文献２の転炉吹止温度設定方法では、取鍋から二次精錬間の鍋履歴による温度補正を各工程の処理及び滞留時間を考慮した予め設定された連続的温度補正量曲線を用いて、直近の時間処理による補正要因を加えた温度補正を行っている。
特許文献３の純酸素上吹転炉の吹錬制御方法では、吹錬中の炭素濃度の補正を行うにあたって溶鋼温度を補正式により補正を行っている。
【特許文献１】特開２００７−１８６７３４号公報
【特許文献２】特開昭５４−１３５６１０号公報
【特許文献３】特開平８−１２０３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、溶鋼温度の測定を行った上で溶鋼の温度変化を予測しているものの、測定した溶鋼温度は必ずしも溶鋼全体の温度を代表した値となっているとは限らないため、溶鋼の温度を厳密に管理するといったものではなく、実態的な溶鋼温度と測定した測定温度とには隔たりがある可能性があった。
ここで、特許文献２及び特許文献３は、溶鋼温度の補正を行う技術であるが、特許文献２や特許文献３の技術は、転炉吹錬における溶鋼温度の補正であって、本発明の取鍋精錬とは精錬条件が全く異なり、その技術を適用することができないのが実情である。
【０００５】
そこで、本発明は、溶鋼の温度調整すると共に、溶鋼を攪拌しながら精錬を行う取鍋精錬において、正確且つ確実に溶鋼温度の調整を行うことができる取鍋精錬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】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は、次の手段を講じた。
即ち、本発明は、精錬処理中の溶鋼温度を計測し、この計測値を基準として溶鋼の温度調整すると共に、溶鋼を攪拌しながら精錬を行う取鍋精錬方法において、前記溶鋼を攪拌する前後の前記計測値を基準として溶鋼の温度調整を行うに際しては、前記計測値に基づいて溶鋼全体の温度を示す代表温度からのズレ量を求め、このズレ量に基づき温度調整量を求めて前記溶鋼の温度調整を行う点にある。
前記温度調整量は、式（１）により求めることが好ましい。
【０００７】
【数４】

【０００８】
前記計測値と代表温度とのズレ量は、式（２）及び式（３）により求めることが好ましい。
【０００９】
【数５】

【００１０】
Ｎ個の溶鋼要素を有する伝熱計算モデルを用いて前記計測値と代表温度とのズレ量を求めるに際しては、式（４）及び式（５）により前記ズレ量を求めることが好ましい。
【００１１】
【数６】

【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶鋼の温度調整すると共に、溶鋼を攪拌しながら精錬を行う取鍋精錬において、正確且つ確実に溶鋼温度の調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の取鍋精錬方法について説明する。
図１は、本発明の取鍋精錬方法を行う取鍋精錬装置を示している。
取鍋精錬装置１は、例えば、転炉から出鋼した溶鋼２に対して二次精錬を行う電極加熱式のＬＦ装置であって、溶鋼２が装入された取鍋３と、取鍋３の溶鋼２内にガスを吹き込む吹き込み装置４と、アーク放電により溶鋼２を加熱する電極式加熱装置５と、フラックス等を投入するための供給装置６とを有している。
吹き込み装置４は、取鍋３の上部側から装入してガスを吹き込むランス８を備えている。ランス８の先端には溶鋼２内にガスを吹き込むノズルが設けられている。
【００１４】
このような取鍋精錬装置１によれば、ランス８を用いてガスを吹き込むことにより溶鋼２を攪拌すると共に、電極式加熱装置５によって溶鋼２を所定温度まで上げたり、供給装置６によって冷鉄源などを溶鋼２内に投入することで溶鋼温度を調整しながら取鍋精錬を行うことができる。
以下、本発明の取鍋精錬方法について詳しく説明する。
取鍋精錬を行うにあたっては、溶鋼２の成分調整を行うことは重要であるが、取鍋精錬後（取鍋精錬終了後）の溶鋼温度を目標値にすることも重要である。
【００１５】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、取鍋精錬における溶鋼温度を見てみると、この溶鋼温度は、溶鋼２熱の取鍋３内の耐火物への放熱や大気への放熱により徐々に低下する。また、溶鋼温度は、溶鋼２の成分調整等を行うために行われる合金の投入やスクラップの投入、さらには、攪拌をするために行われるガスの吹き込みによっても変化する。
このように、精錬中の溶鋼温度は、様々な要因によって変化するため、取鍋精錬では、精錬中における溶鋼２の温度変化を溶鋼温度の測定により予測しながら取鍋精錬後の溶鋼温度が可及的に目標値になるように溶鋼温度の調整を行っている。この溶鋼温度の調整は、成分調整によって行われる合金やスクラップの投入の他に、冷鉄源の投入や電極式加熱装置５による溶鋼２の加熱により行っている。
【００１６】
図２（ａ）に示す溶鋼温度の変化は、従来の方法で溶鋼温度の調整を行った従来例であり、図２（ｂ）に示す溶鋼温度の変化は、本発明の溶鋼温度の調整を行った実施例である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）において、点線は溶鋼温度を測定した測定点における溶鋼温度（例えば、取鍋３の上側で測定）であり、実線は溶鋼２全体の溶鋼温度（例えば、溶鋼２全体の温度を示す代表温度）である。
ここで、溶鋼２を攪拌する前に溶鋼温度を測定して、その溶鋼温度を基準として、溶鋼２の温度調整を行った場合を考える。
【００１７】
このような場合、図２（ａ）に示すように、従来例では、攪拌前の攪拌前測定点Ｐ１における計測値Ａ（第１計測温度Ａということがある）を基準として、その攪拌前測定点Ｐ１における第１計測温度Ａと、攪拌終了後であって搬出時の搬出時測定点Ｐ２における計測値Ｂ（第２計測温度Ｂ）との差（Ａ−Ｂ）を、溶鋼２処理中の温度降下量（温度調整量）として、溶鋼温度を調整していた。
溶鋼温度の調整を行うにあたって用いた第１計測温度Ａ及び第２計測温度Ｂを見てみると、その計測温度は、実体的な溶鋼２全体の温度である代表温度と比較すると差がある。
【００１８】
そのため、従来例では、溶鋼温度の調整にあたって、溶鋼２攪拌前の第１計測温度Ａを基準にしてしまうと、その第１計測温度Ａが実際の溶鋼２の代表温度よりも高いことから、温度調整時の昇温量を低く見積もり（温度降下量を高く見積もり）、結果として、温度調整後の溶鋼温度（溶鋼２の全体の温度）が搬出時の目標温度よりも大幅に低くなり、再び昇温を行わないといけない自体が発生することがある。
また、従来例では、溶鋼２を攪拌した後であって暫く時間が経過した後の第２計測温度Ｂを基準にして、その第２計測温度Ｂを目標温度として判断してしまうと、第２計測温度Ｂは実際の溶鋼２の代表温度（目標温度における代表温度）よりも高いことから、この状態で搬出すると次の工程にて温度調整後の溶鋼温度（溶鋼２の全体の温度）が低くなるということが発生する可能性がある。
【００１９】
このように、従来では、第１計測温度Ａ及び第２計測温度Ｂを基準として溶鋼温度の調整を行うと、調整後の溶鋼温度が溶鋼２の全体温度に比べて低くなったり、高くなったりすることがあった。
そこで、本発明においては、溶鋼２を攪拌する前後の計測値を基準として溶鋼２の温度調整を行うに際しては、計測した計測値をそのまま使用するのではなく、計測値に基づいて溶鋼２全体の温度を示す代表温度からのズレ量（偏差）を求め、このズレ量に基づき温度調整量を求めて溶鋼２の温度調整を行うことで、従来の問題を解決している。
【００２０】
温度調整量は、式（１）により求め、ズレ量は、より詳しく表記した式（１−ａ）〜式（１−ｄ）により求めている。
【００２１】
【数７】

【００２２】
【数８】

【００２３】
図３は、溶鋼２の温度調整の手順を示したフローチャートである、このフローチャートを用いて詳しく説明をする。
図２（ｂ）及び図３に示すように、本発明では、溶鋼２の温度調整を行うに際し、まず、溶鋼温度（Ｔｍs１)を計測すると共に、溶鋼温度を計測した計測時間(ｔｓ１）を計測する（Ｓ１）。溶鋼温度を計測した計測時間ｔｓ１と攪拌開始時間ｔｃ１により、溶鋼２を計測した時点が溶鋼２の攪拌前か否かを判断する（Ｓ２）。
溶鋼２の攪拌前に溶鋼温度を計測している場合（ｔｓ１＜ｔｃ１）は、計測値（計測温度）に基づいて溶鋼２全体の温度を示す代表温度からのズレ量ΔＴ１（計測値−代表温度）を式（１−ａ）により求める（Ｓ３）。溶鋼２の攪拌前に溶鋼温度を計測していない場合（ｔｓ１≧ｔｃ１）は、前記ズレ量ΔＴ１を式（１−ｂ）により求める（Ｓ４）。
【００２４】
次に、搬出時の溶鋼２の目標温度（Ｔｍｅ１）を設定すると共に、目標温度を確認するための計測を行う計測時間（ｔｅ１）を設定する（Ｓ５）。目標温度を確認する時間（ｔｅ１）と攪拌終了時間（ｔｃ２）により、目標温度の確認のための測定は攪拌後に行うか否かを判断する（Ｓ６）。溶鋼２の攪拌後に目標温度の確認のための計測を行う場合（ｔｅ１＞ｔｃ２）は、計測時点での計測値（計測温度）と溶鋼２全体の温度を示す代表温度からのズレ量ΔＴ２（代表温度−計測温度）を式（１−ｄ）により求める（Ｓ７）。溶鋼２の攪拌後に目標温度の確認のための計測を行わない場合（ｔｅ１≦ｔｃ２）は、前記ズレ量ΔＴ２を式（１−ｃ）により求める（Ｓ８）。なお、ΔＴ１及びΔＴ２は、式（１−ｂ）や式（１−ｄ）の関数ｆにより求めるものとなっているが、この点については後述する。
【００２５】
そして、計測温度Ｔｍｓ１、搬出時の溶鋼２の目標温度Ｔｍｅ１、各計測点における代表温度からのズレ量ΔＴ１、ΔＴ２を、式（１）に代入することにより、温度調整量（温度降下量）を求める（Ｓ９）。
そして、溶鋼温度が温度調整量だけ下降又は上昇するように、電極式加熱装置５によって溶鋼２を所定温度まで上げたり、供給装置６によって冷鉄源などを溶鋼２内に投入することで溶鋼温度を調整する（Ｓ１０）。
溶鋼温度の調整において、各計測点における代表温度からのズレ量ΔＴ１、ΔＴ２は、様々な方法により求めることができ、式（２）及び式（３）に示すような簡易式を用いて算出する場合と、式（４）及び式（５）に示す計算式を用いて算出する場合とがある。以下、ズレ量ΔＴ１、ΔＴ２の算出について説明する。
【００２６】
溶鋼２の攪拌を行っていない状態を考えると、取鍋３内の溶鋼２の熱対流による上下の温度差は、攪拌終了時からの時間経過が大きくなると共に、溶鋼２の深さの中心から離れるほど大きくなり、溶鋼２の温度は、上部分が高く下部分が低くなる。
つまり、攪拌を行って溶鋼２の温度が中心にて均一になっている状態から次第に溶鋼２の温度が不均一になる状態を考えると、図４に示すように、均一となっている時点（攪拌している時点）からの時間経過が大となるにつれて温度の不均一の度合いが高く、溶鋼２の中心位置から離れるにしたがって温度の不均一の度合いが高くなる。
【００２７】
ここで、測定位置（溶鋼２浴面からの距離）がＸｍ（ｍ）、溶鋼２の深さがｘｄｍ（ｍ）、処理開始（前処理の終了）の時間がＴｐ１、溶鋼温度を計測した計測時間がＴｓ１であるとすると、ズレ量ΔＴ１、ΔＴ２（攪拌中を除く）は、式（２）及び式（３）にて求めることができる。
図３に示した手順において、攪拌中を除いて、ΔＴ１及びΔＴ２を式（２）及び式（３）から求めることを考えると、上述した「ΔＴ１を求めるにあたって溶鋼温度を計測した計測時刻Ｔｓ１」は、温度調整前の溶鋼温度の計測時刻（攪拌前に溶鋼温度を計測した計測時刻）と言え、「ΔＴ２を求めるにあたって溶鋼温度を計測した計測時刻Ｔｅ１」は、目標温度の計測時刻（攪拌後に溶鋼温度を計測した時刻、即ち、目標温度に達したかどうかを確認する時刻）と言える。
【００２８】
なお、式（２）の温度拡大係数αは、均一状態からの温度差を示す係数であって、シミュレーションや実験等により求められ、温度拡大係数αは、０．０５〜０．２程度である。
【００２９】
【数９】

【００３０】
ズレ量ΔＴ１、ΔＴ２は、式（２）及び式（３）に示すような簡易式により求めることも可能であるが、式（４）及び式（５）に示すような計算式を用いる。即ち、溶鋼２の要素を上下に複数（Ｎ個）の要素ＶＮ（Ｉ）に分割すると共に、各要素ＶＮ（Ｉ）における温度をＴＮ（Ｉ）として、非定常の伝熱計算モデルを用いて、ズレ量ΔＴ１、ΔＴ２を求める。
【００３１】
【数１０】

【００３２】
伝熱計算モデルにより求めた溶鋼温度（代表温度）は、総熱量として見ると各要素ＶＮ（Ｉ）の容量における加重平均［ＳＵＮ（Ｉ＝１，Ｎ,ＴＮ（Ｉ）×ＶＮ（Ｉ）］で表されることから、計測位置に対応する要素温度をＴＮ（Ｍ）とすれば、式（４）及び式（５）に示す如く、ズレ量ΔＴ１、ΔＴ２を求めることができる。伝熱計算モデルは、どのようなものを用いてもよく、例えば、ＡＮＳＹＳ社製のＦＬＵＥＮＴ６．３（汎用熱流体解析ソフトウェア）を用いている。
この実施形態の場合、伝熱計算モデルとして、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すような溶鋼２内部における熱対流に着目して、その熱移動を考慮した熱対流モデルを用いている。
【００３３】
図５（ａ）は、溶鋼２を上下方向に３つに分割して、要素３から要素１に熱対流（熱移動）が生じたときの要素１における熱量をＱin１とし、要素３から要素２に熱対流が生じたときの要素２における熱量をＱin２とし、要素３における熱量をＱin３として、熱交換を考慮したモデルである。
図５（ｂ）は、溶鋼２を上下方向に３つに分割して、要素１から要素３に熱対流が生じると共に要素２から要素１に熱対流が生じたときの要素１における熱量をＱin１とし、要素２から要素１に熱対流が生じると共に要素３から要素２に熱対流が生じたときの要素２における熱量をＱin２とし、要素３から要素２に熱対流が生じると共に要素１から要素３に熱対流が生じたときの要素３における熱量をＱin３として、熱交換を考慮したモデルである。
【００３４】
また、このような熱対流モデルと加えて、図６に示す溶鋼２から外部に放熱する熱を考慮した熱収支モデルを用いて伝熱計算を行ってもよい。
また、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した熱対流モデルを用いて温度拡大係数αを求めても良い。なお、これらのモデルは、搬出後（処理終了後）の溶鋼温度が、目標温度から外れている場合に温度の許容範囲に入っているか否かの判定として用いることもできる。
表１は、本発明の取鍋精錬方法によって処理を行った実験例を示したものである。表１の実験例では、仮に本発明の取鍋精錬方法にて処理を行わなかった温度調整量（表１の従来技術での温度調整量ΔＴadj）も示している。
【００３５】
【表１】

【００３６】
従来技術での温度調整量ΔＴadjは、計測値そのものから温度調整量を割り出したものであって、ズレ量ΔＴ１やΔＴ２は含まれていない（従来技術でのΔＴadj＝Ｔｍｓ１−Ｔｍｅ１）。この実験例では、温度拡大係数αは０．１５℃／分／ｍとし、溶鋼の深さｘｄは３．５ｍ、測定位置Ｘｍは０．３として、式（２）及び式（３）により、ΔＴ１及びΔＴ２を求めた。
表１において、前処理での処理時間終了時刻が、式（２）における処理開始時刻ｔｐ１に対応しており、温度調整の欄における計測時刻が、式（２）における温度調整前の溶鋼温度の計測時刻ｔｓ１に対応している。
【００３７】
また、表１において、目標温度の欄における計測時刻が、式（３）における目標温度の計測時刻ｔｅ１に対応しており、攪拌終了時刻が式（３）における攪拌終了時刻ｔｃ２に対応している。
例えば、実験Ｎｏ１では、ΔＴ１は、式（２）により、０．１５×（３．５／２−０．３）×１５＝３．６２５℃となる。ΔＴ２は、式（３）により、０．１５×（３．５／２−０．３）×５＝１．０８７５℃となる。
表１において、溶鋼の代表温度での目標温度が、式（１）における目標溶鋼温度Ｔｍｅ１に対応しており、初期測定温度が、式（１）における温度調整前の溶鋼温度の計測値ｔｍｓ１に対応している。
【００３８】
例えば、実験Ｎｏ１では、従来におけるΔＴａｄｊは、１５９８．９１−１５８８．２６＝１０．６５０℃となる。本発明におけるΔＴａｄｊは、式（１）により、１５９８．９１−１５８８．２６＋３．２６２５−１．０８７５＝１２．８２５となる。
表１の実験例１〜６（実験Ｎｏ１〜６）によれば、本発明のように測定時での代表温度との温度差（ずれ量ΔＴ１、ΔＴ２）を加味して温度調整を行った場合、計測値を用いた場合でも、全ての実験例１〜６について最終的な溶鋼温度を目標値に合わすことができた。
【００３９】
表１に示すように、仮に、ズレ量（ΔＴ１やΔＴ２）を用いずに計測値だけで温度調整を行わなかった従来技術の温度調整量（従来技術のΔｔadj）と本発明の温度調整量（本発明でのΔｔadj）とを比べると、大凡、本発明によれば、０℃〜８．７℃の調整温度の差があった。
特に、実験Ｎｏ２〜実験Ｎｏ４において、従来技術のように溶鋼の温度調整を行った場合を考えると、処理終了後の実際の溶鋼温度と、本来調整すべき溶鋼温度との差が４℃以上（±４℃）の開きが出てしまい、溶鋼の目標温度の許容範囲を超えてしまうため、処理終了後に溶鋼の温度調整を再び行わなければならないという事態となった（表１、最終調整の可否「必要」）。
【００４０】
以上、本発明によれば、溶鋼２の攪拌前に溶鋼温度を測定して、この溶鋼温度を用いて溶鋼２の調整を行うに場合は、溶鋼２開始又は前工程での処理終了時刻（多くは転炉出鋼時刻）から測温時刻までの間隔（静置時間）を求めて、その値から各種計算モデルを用いて計測した部分での測定温度と代表温度の差を計算することによって、代表温度からのズレ量を計算することができ、そのズレ量を加味して溶鋼２の温度調整を行うため、正確な温度調整を実現することができる。
また、溶鋼２の攪拌中に溶鋼温度を測定して、この溶鋼温度を用いて溶鋼２の調整を行うに場合は、取鍋３内の溶鋼温度は、略均一のため、測定値をそのまま使用しても良く、これにより、正確な温度調整を実現することができる。
【００４１】
溶鋼温度が、目標温度に達成しているか否かの判断においても、目標温度の確認のための計測値と代表温度からのズレ量を求めているため、そのズレ量を加味して溶鋼２の温度調整を行うため、正確な温度調整を実現することができる。ここで目標温度の確認のための計測において、溶鋼２の攪拌中に計測した場合は、溶鋼温度はほぼ均一であるため、測定値を代表温度とみなすことができる。また、攪拌中と静置時では平均温度降下量に差があるため（攪拌時の温度降下が大きい）、最終測温から処理終了までの時間で平均温度効果量を補正することもできる。
【００４２】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の取鍋精錬を行う二次精錬装置の全体図である。
【図２】（ａ）従来の温度調整方法における溶鋼温度の変化図であり、（ｂ）本発明の温度調整方法における溶鋼温度の変化図である。
【図３】溶鋼の温度調整の手順を示したフローチャートである。
【図４】溶鋼温度が不均一となる説明図である。
【図５】（ａ）１つの熱対流モデルを示す図であり、他の熱対流モデルを示す図である。
【図６】熱収支モデルを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１取鍋精錬装置
２溶鋼
３取鍋
４吹き込み装置
５電極式加熱装置
６供給装置
８ランス

【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼の温度調整を行うと共に、攪拌しながら精錬を行う取鍋精錬方法において、
前記溶鋼を攪拌する前後における溶鋼温度の計測値を用いて溶鋼の温度調整を行うに際しては、前記計測値と溶鋼全体の温度を示す代表温度とのズレ量を求め、このズレ量に基づいて温度調整量を求め、この温度調整量に基づき前記溶鋼の温度調整を行うことを特徴とする取鍋精錬方法。
【請求項２】
前記温度調整量は、式（１）により求めることを特徴とする請求項１に記載の取鍋精錬方法。
【数１】