JP5299032B2

JP5299032B2 - 溶鋼の連続測温方法

Info

Publication number: JP5299032B2
Application number: JP2009088784A
Authority: JP
Inventors: 典生大村; 意智國武; 崇宏柄戸
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: JP2010243171A

Description

本発明は、溶鋼を収容して精錬等の処理を行う精錬容器内における溶鋼の温度を連続的に測温する方法に関するものである。

精錬工程での溶鋼の温度制御が不十分な場合、連続鋳造時の鋳造速度が低下することがある。これを回避して生産性向上を図るとともに、精錬工程での過剰な昇熱を回避し無駄なコストを削減するために、精錬工程において、溶鋼の温度制御の精度を向上させることが重要である。

従来、精錬の最終工程である二次精錬においては、精錬処理中に、溶鋼鍋の内部に、熱電対を備えたプローブを浸漬して測温を行っている。ところが、高温の溶鋼に浸漬されるプローブの浸食が激しく、従来は、測温を間欠的に行い、その測温結果から温度推移を予測して温度調整を行っていた。そのため、データが不連続であり、実際の処理中に、例えば合金添加時や熱の損失などによる温度変化を正確に把握することが困難であり、二次精錬処理後の温度にばらつきが生じる要因となっていた。そのため、温度が管理基準下限値を下回ることによる操業トラブルを起こさないように、過剰な昇熱を行うという無駄が生じていた。

そこで、近年は、耐熱性及び熱伝導性に優れた保護管で熱電対を覆った測温体を溶鋼に浸漬させることによる連続的な溶鋼の測温が行われている。例えば特許文献１に開示されているように、一般には、溶鋼の上方から測温体を浸漬させる方法が知られており、特許文献１には、精錬炉に測定孔を設け、測定孔に測温体を挿入して、精錬炉内の溶鋼を測温する方法が記載されている。

また、特許文献２には、先端をセラミックス製キャップで覆った測温体を炉壁に埋め込み、測温体に急激な溶湯流が当たらないように保護するための堰を設けたものが開示されている。

特開平５−３９５１６号公報特開平１−１６７５９２号公報

しかしながら、前記特許文献１では、測定孔が溶湯面よりも上方に設置されているため、測温体を上方から溶湯内に浸漬する際に、溶湯の表面に存在する充填物やスラグによって測温体の表面が被覆され、測温精度が低下する。

また、前記特許文献２は、堰で囲まれた部分を測温するため、高精度な測温結果が得られないという問題がある。

本発明の目的は、処理容器内の溶鋼を連続測温する方法において、高精度な測温と、測温体の浸食および折損等による測温体寿命低下を抑えることとを両立する連続測温方法を提供することにある。

上記問題を解決するため、本発明は、熱電対を保護管で覆った測温体によりＲＨ真空脱ガス槽である精錬容器内の溶鋼の連続測温を行う方法であって、前記保護管の材質がサーメットであり、前記測温体を、前記精錬容器の側壁を貫通して前記溶鋼内に挿入し、連続測温を行い、前記測温体の、前記精錬容器の内面からの突出長さが５０〜３００ｍｍであり、前記測温体先端が前記精錬容器の下部に設けられた浸漬管の上開口部よりも外側に位置することを特徴とする、溶鋼の連続測温方法を提供する。保護管の材質を、熱伝導率が高く耐ヒートショック性が高いサーメットとすることにより、溶鋼内に挿入し続けて連続測温することが可能になる。さらに、精錬容器の側壁から溶鋼内に測温体を挿入することにより、溶湯の表面に存在する充填物やスラグの影響を受けることなく、高精度な測定が行える。また、精錬容器に挿入する測温体が溶損あるいは折損などにより測温不能となった場合等、必要に応じて容易に取り替えることができる構造を有している。

前記測温体の外径は、１０ｍｍ〜５０ｍｍであることが好ましい。また、前記保護管は、先端に向けて外径が小さくなるテーパ形状を有していてもよい。

本発明によれば、精錬処理中の溶鋼を精度良く連続測温できる。それにより、精錬処理における温度制御精度が向上し、生産性の向上が図れる。また、過剰な昇熱が不要となるため精錬時間が短縮され、コスト削減が実現できる。

本発明をＲＨ真空脱ガス装置に適用した実施形態を示す断面図であり、（ａ）は精錬容器、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。測温体の外径と、測温値の誤差および測温体の寿命との関係を示すグラフである。測温体の突出長さと、測温値の誤差および測温体の寿命との関係を示すグラフである。処理時間ごとの、バッチ測温および本発明の連続測温による測定値を示すグラフである。図４のバッチ測温と連続測温との温度誤差率の分布を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。

図１は、本発明により溶鋼の連続測温を行う精錬容器の例であり、ＲＨ真空脱ガス槽における測温時の状態を示す。溶鋼６を収容した脱ガス槽からなる精錬容器２の外壁は、外側の鉄皮３と、その内側に設けられた耐火物層４により形成されている。取鍋７に収容された溶鋼６は、真空の精錬容器２によって脱ガス処理が行われる。

精錬容器２の外側から、精錬容器２の下部の側壁５を貫通して、測温体１１が挿入される。測温体１１は、図１（ｂ）に示すように、熱電対１２を保護管１３で覆ったものである。熱電対１２は、白金−白金ロジウム合金等、高温で使用してもばらつきや劣化が少ないものが用いられる。保護管１３の材質は、耐熱性に優れたサーメットとし、例えば高熱伝導率且つ耐ヒートショック製に優れたモリブデン・ジルコニア（８０％Ｍｏ−２０％ＺｒＯ_２）管などが好ましい。

保護管１３の外径φは１０〜５０ｍｍ、好ましくは３０〜４０ｍｍとする。外径φが１０ｍｍよりも小さくなると、保護管１３が僅かに浸食されただけで熱電対１１に影響が及びやすく、測温体１１の寿命が短くなる。外径φが５０ｍｍよりも大きくなると、熱電対１２に浸食が及びにくくなり、測温体１１の寿命は長くなるが、溶鋼６と熱電対１１との距離が大きくなって測温精度が低下する。また、精錬容器２の内面２ａからの測温体１１の突出長さＬは５０〜３００ｍｍ、好ましくは１００〜１５０ｍｍとする。測温体１１の突出長さＬは、すなわち溶鋼６への挿入寸法であり、５０ｍｍよりも短いと、保護管１３の浸食が少なく寿命は長くなるが、測温精度は低下する。突出長さＬが３００ｍｍよりも長くなると、測温精度は向上するが、浸食が激しく寿命が低下する。

また、測温体１１の容器２への取り付けおよび取り替え時の作業性を良くするために、保護管１３は、先端側が細くなるテーパ形状を有していることが好ましい。

図１に示すように、測温体１１の先端部を精錬容器２内の溶鋼６に直接差し込み、精錬容器２の外側に配置されたコネクタ１４から測定機器（図示省略）へ接続することにより、脱ガス処理中の溶鋼６の温度をリアルタイムで連続測定することができる。また、図示するように、測温体１１が溶鋼６の内部に挿入されることにより、溶湯面に存在する充填物やスラグの影響を受けずに正確に測定できる。そして、保護管の材質、測温体の外径および溶鋼への挿入寸法を上記条件とすることにより、測定精度と寿命とを両立させることができる。

なお、以上のように例えばモリブデン・ジルコニア製の保護管１３を用いても、１５００℃を超えた大気中では、８時間程度で激しく酸化し、表層が剥離することがある。精錬容器２内では、処理中の高温の溶鋼６はもちろん、処理を行っていないときにも精錬容器２内の熱を保持するために保熱ガスが用いられるため、測温体１１は常に高温にさらされる。したがって、測温体１１の酸化を防止するため、測温体１１の表面に、モルタルを塗布したり酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を溶射してもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、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うることは明らかであり、そ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。

本発明をＲＨ真空脱ガス処理に適用し、測温体の外径を変えて、精錬反応中の溶鋼の温度をリアルタイムで測温し、測温精度および測温体の寿命を調査した。測温体の外径は、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍの８種類とした。結果を図２に示す。なお、実用に際して好ましい測温体の寿命を２０チャージ以上と設定した。また、好ましい測温精度は、バッチ測温による測定結果との誤差が５℃以下と設定した。

図２に示すように、測温体の外径が５ｍｍの場合には、寿命が著しく低下した。また、外径が６０ｍｍ、７０ｍｍの場合には、測温体の寿命は向上するが、測温誤差が極めて大きくなった。測温値の誤差が５℃以下、測温体の寿命が２０チャージ以上の両方の条件を満たすのは、本発明の通り、測温体の外径が１０ｍｍから５０ｍｍの範囲であった。

本発明をＲＨ真空脱ガス処理に適用し、測温体の容器内面からの突出長さ、すなわち溶鋼への挿入寸法を変えて、精錬反応中の溶鋼温度をリアルタイムで測温し、測温精度および測温体の寿命を調査した。測温体の突出長さは、３０ｍｍ、５０ｍｍ、１００ｍｍ、１２０ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍの９種類とした。結果を図３に示す。

図３に示すように、突出長さが増すほど測温体の寿命が低下し、４００ｍｍの場合には、著しく寿命が低下した。また、突出長さが短いと測温体の寿命は向上するが、３０ｍｍの場合には測温誤差が極めて大きくなった。実施例１と同様に、実用に際して好ましい測温値の誤差を５℃以下、測温体の寿命を２０チャージ以上と設定すると、両方の条件を満たすのは、本発明の通り、測温体の突出長さが５０ｍｍから３００ｍｍの範囲であった。

測温体の保護管として、モリブデン・ジルコニア（８０％Ｍｏ−２０％Ｚｒ）管を使用し、実施例１、２等の結果等より、ＲＨ真空脱ガス槽において、測温体の外径φ＝３２ｍｍ、測温体の容器内への突出長さＬ＝１２０ｍｍが好適であることを見出し、この条件で、溶鋼の連続測温を実施した。さらに、測温体にモルタル塗布およびＭｇＯ溶射を行い、測温体の耐酸化性の向上を図った。

比較値としてバッチ測温を行い、バッチ測温値Ｔｂに対する、本発明にかかる連続測温値Ｔとバッチ測温値Ｔｂとの差で表す温度誤差率（（Ｔ−Ｔｂ）／Ｔｂ×１００）を算出した。温度誤差の目標値を５℃以内とし、これを１６００℃時の温度誤差率で表すと、０．３１％となる。図４に、処理時間ごとの連続測温とバッチ測温の測定値を、図５に、温度誤差率の分布を示す。

図４に示すように、バッチ測温と連続測温の測定は極めて近似しており、連続測温によって、リアルタイムで正確に測温できた。また、温度誤差率の平均は０．１８％であり、目標値の０．３１％以下を実現できた。なお、バッチ測温４０回における標準偏差は０．１１％であった。このように、本発明によって、精錬反応中の溶鋼の温度を、リアルタイムで連続的に精度良く測温できた。

本発明は、精錬容器における溶鋼の連続測温のみならず、溶鋼以外の溶融金属の精錬容器に適用できる。

２精錬容器
３鉄皮
４耐火物層
５側壁
６溶鋼
１１測温体
１２熱電対
１３保護管
１４コネクタ
Ｌ突出長さ
φ 外径

Claims

熱電対を保護管で覆った測温体によりＲＨ真空脱ガス槽である精錬容器内の溶鋼の連続測温を行う方法であって、
前記保護管の材質がサーメットであり、前記測温体を、前記精錬容器の側壁を貫通して前記溶鋼内に挿入し、連続測温を行い、
前記測温体の、前記精錬容器の内面からの突出長さが５０〜３００ｍｍであり、前記測温体先端が前記精錬容器の下部に設けられた浸漬管の上開口部よりも外側に位置することを特徴とする、溶鋼の連続測温方法。
前記測温体の外径が１０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の溶鋼の連続測温方法。
前記保護管は、先端に向けて外径が小さくなるテーパ形状を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の溶鋼の連続測温方法。