特許 6007887 真空脱ガス装置およびこれを用いた溶鋼の脱炭処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6007887

(24)【登録日】2016年9月23日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】真空脱ガス装置およびこれを用いた溶鋼の脱炭処理方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 7/068 20060101AFI20161006BHJP

   C21C 7/10 20060101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   C21C7/068

   C21C7/10 A

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-241385(P2013-241385)

(22)【出願日】2013年11月21日

(65)【公開番号】特開2015-101742(P2015-101742A)

(43)【公開日】2015年6月4日

【審査請求日】2015年6月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】橿棒 裕介

(72)【発明者】

【氏名】富山 伸司

(72)【発明者】

【氏名】岡崎 健太郎

【審査官】 國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−２０２９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０１７９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第２９８５６４３（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ ７／００−７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

取鍋内の溶鋼に浸漬する浸漬管を有し、大気圧よりも低い減圧下で前記浸漬管を通じ前記取鍋から前記溶鋼を吸引して前記溶鋼の脱炭処理を行う真空槽と、
前記脱炭処理の際に前記浸漬管を通じ前記取鍋と前記真空槽との間で環流する前記溶鋼の環流量を、前記溶鋼の環流に伴う前記浸漬管の内径の増減変化を加味して算出し、算出した前記溶鋼の環流量と、前記脱炭処理における前記溶鋼中の炭素に関する物質収支式と、前記溶鋼の脱炭速度と、前記真空槽内における前記溶鋼の脱炭反応を表す槽内反応モデル式とをもとに、前記溶鋼中の炭素濃度を推定し、推定した前記炭素濃度が所定の目標値に達したタイミングに前記脱炭処理を終了させる制御部と、
を備えたことを特徴とする真空脱ガス装置。

【請求項2】

前記溶鋼の温度と前記溶鋼中の酸素濃度とを計測する温度濃度計測部をさらに備え、
前記制御部は、前記物質収支式と前記脱炭速度の演算式と前記槽内反応モデル式とをもとに導出した前記溶鋼中の炭素濃度の推定式に基づき、前記溶鋼の温度と前記酸素濃度と前記溶鋼の環流量とを用いて前記溶鋼中の炭素濃度を推定することを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス装置。

【請求項3】

前記脱炭処理の際に前記真空槽から排出される排ガスの流量を計測する排ガス流量計と、
前記排ガスの成分分析を行って、前記排ガス中の一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度を計測する排ガス成分分析計と、
をさらに備え、
前記制御部は、前記排ガスの流量と前記一酸化炭素濃度と前記二酸化炭素濃度とを用いて、前記溶鋼の脱炭速度を算出し、算出した前記脱炭速度が所定速度以下であるか否かを判断し、前記脱炭速度が前記所定速度以下である場合、前記溶鋼中の炭素濃度を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の真空脱ガス装置。

【請求項4】

取鍋内の溶鋼に真空槽の浸漬管を浸漬し、大気圧よりも低い減圧下において前記浸漬管を通じ前記取鍋と前記真空槽との間で前記溶鋼を環流させつつ前記溶鋼の脱炭処理を行う真空脱ガス装置を用いた溶鋼の脱炭処理方法において、
前記取鍋と前記真空槽との間における前記溶鋼の環流量を、前記溶鋼の環流に伴う前記浸漬管の内径の増減変化を加味して算出し、算出した前記溶鋼の環流量と、前記脱炭処理における前記溶鋼中の炭素に関する物質収支式と、前記溶鋼の脱炭速度と、前記真空槽内における前記溶鋼の脱炭反応を表す槽内反応モデル式とをもとに、前記溶鋼中の炭素濃度を推定する溶鋼炭素濃度推定ステップと、
前記溶鋼炭素濃度推定ステップによって推定した前記炭素濃度が所定の目標値に達したタイミングに前記脱炭処理を終了する脱炭処理終了ステップと、
を含むことを特徴とする溶鋼の脱炭処理方法。

【請求項5】

前記溶鋼の温度と前記溶鋼中の酸素濃度とを計測する温度濃度計測ステップをさらに含み、
前記溶鋼炭素濃度推定ステップは、前記物質収支式と前記脱炭速度の演算式と前記槽内反応モデル式とをもとに導出した前記溶鋼中の炭素濃度の推定式に基づき、前記溶鋼の温度と前記酸素濃度と前記溶鋼の環流量とを用いて前記溶鋼中の炭素濃度を推定することを特徴とする請求項４に記載の溶鋼の脱炭処理方法。

【請求項6】

前記脱炭処理の際に前記真空槽から排出される排ガスの流量を計測する排ガス流量計測ステップと、
前記排ガスの成分分析を行って、前記排ガス中の一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度を計測する排ガス成分濃度計測ステップと、
前記排ガスの流量と前記一酸化炭素濃度と前記二酸化炭素濃度とを用いて、前記溶鋼の脱炭速度を算出する脱炭速度算出ステップと、
前記脱炭速度算出ステップによって算出した前記脱炭速度が所定速度以下であるか否かを判断する判断ステップと、
をさらに含み、
前記溶鋼炭素濃度推定ステップは、前記脱炭速度が前記所定速度以下である場合に前記溶鋼中の炭素濃度を推定することを特徴とする請求項４または５に記載の溶鋼の脱炭処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶鋼の脱炭処理を行う真空脱ガス装置およびこれを用いた溶鋼の脱炭処理方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、製鋼プロセスにおいて、溶鋼の脱炭処理を行う真空脱ガス装置が用いられている。例えば、ＲＨ真空脱ガス装置は、真空槽内に通じる２本の浸漬管を取鍋内の溶鋼中に浸漬し、これら２本の浸漬管を介して取鍋内と真空槽内との間で溶鋼を環流させつつ、真空槽内の減圧空間（真空）に溶鋼を曝す。これにより、ＲＨ真空脱ガス装置は、溶鋼中の炭素濃度を低減する脱炭処理を行う。

【0003】

このような溶鋼の脱炭処理に関する従来技術として、例えば、溶鋼の脱炭処理に伴い真空槽から排出される排ガスの情報等を用いて、脱炭処理中の溶鋼に含まれる炭素濃度（以下、溶鋼炭素濃度という）を推定し、得られた溶鋼炭素濃度の推定値が目標値に達している場合に溶鋼の脱炭処理を終了するＲＨ真空脱ガス装置がある（特許文献１，２参照）。また、排ガスの情報等をもとに溶鋼炭素濃度の推定を行う間に溶鋼試料を採取し、採取した溶鋼試料の分析値に基づき、情報の検出および分析の遅れ時間を考慮した溶鋼炭素濃度の推定値を求め、この推定値が溶鋼炭素濃度の目標値となった時点に溶鋼の脱炭処理を終了するＲＨ真空脱ガス装置がある（特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−２０２９１３号公報

【特許文献2】特許第２９８５６４３号公報

【特許文献3】特開平１１−２７９６２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

一方、溶鋼の脱炭処理の実操業においては、取鍋内と真空槽内との間で繰り返し行われる溶鋼の環流に伴い、取鍋内と真空槽内とを連通する浸漬管の内壁の磨耗や内壁への合金付着が進行し、これにより、溶鋼の脱炭処理中に浸漬管の内径が変化する場合が多い。しかしながら、上述した従来技術では、溶鋼の脱炭処理中に浸漬管の内径が変化した場合、溶鋼炭素濃度の推定精度が低下してしまい、この結果、規格を満たす溶鋼炭素濃度が得られる適切なタイミングに溶鋼の脱炭処理を終了することが困難になる。また、特許文献３に開示されるように、採取した溶鋼試料の分析値に基づいて溶鋼炭素濃度を推定する場合、溶鋼試料の分析結果を得るまでに要する時間分、溶鋼の脱炭処理時間が過度に長くなる可能性がある。

【0006】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、溶鋼炭素濃度の推定精度を向上することができ、溶鋼炭素濃度の推定値に基づいて溶鋼の脱炭処理を適切なタイミングに終了することが可能な真空脱ガス装置およびこれを用いた溶鋼の脱炭処理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】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる真空脱ガス装置は、取鍋内の溶鋼に浸漬する浸漬管を有し、大気圧よりも低い減圧下で前記浸漬管を通じ前記取鍋から前記溶鋼を吸引して前記溶鋼の脱炭処理を行う真空槽と、前記脱炭処理の際に前記浸漬管を通じ前記取鍋と前記真空槽との間で環流する前記溶鋼の環流量を、前記溶鋼の環流に伴う前記浸漬管の内径変化を加味して算出し、算出した前記溶鋼の環流量と、前記脱炭処理における前記溶鋼中の炭素に関する物質収支式と、前記溶鋼の脱炭速度と、前記真空槽内における前記溶鋼の脱炭反応を表す槽内反応モデル式とをもとに、前記溶鋼中の炭素濃度を推定し、推定した前記炭素濃度が所定の目標値に達したタイミングに前記脱炭処理を終了させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

【0008】

また、本発明にかかる真空脱ガス装置は、上記の発明において、前記溶鋼の温度と前記溶鋼中の酸素濃度とを計測する温度濃度計測部をさらに備え、前記制御部は、前記物質収支式と前記脱炭速度の演算式と前記槽内反応モデル式とをもとに導出した前記溶鋼中の炭素濃度の推定式に基づき、前記溶鋼の温度と前記酸素濃度と前記溶鋼の環流量とを用いて前記溶鋼中の炭素濃度を推定することを特徴とする。

【0009】

また、本発明にかかる真空脱ガス装置は、上記の発明において、前記脱炭処理の際に前記真空槽から排出される排ガスの流量を計測する排ガス流量計と、前記排ガスの成分分析を行って、前記排ガス中の一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度を計測する排ガス成分分析計と、をさらに備え、前記制御部は、前記排ガスの流量と前記一酸化炭素濃度と前記二酸化炭素濃度とを用いて、前記溶鋼の脱炭速度を算出し、算出した前記脱炭速度が所定速度以下であるか否かを判断し、前記脱炭速度が前記所定速度以下である場合、前記溶鋼中の炭素濃度を推定することを特徴とする。

【0010】

また、本発明にかかる溶鋼の脱炭処理方法は、取鍋内の溶鋼に真空槽の浸漬管を浸漬し、大気圧よりも低い減圧下において前記浸漬管を通じ前記取鍋と前記真空槽との間で前記溶鋼を環流させつつ前記溶鋼の脱炭処理を行う真空脱ガス装置を用いた溶鋼の脱炭処理方法において、前記取鍋と前記真空槽との間における前記溶鋼の環流量を、前記溶鋼の環流に伴う前記浸漬管の内径変化を加味して算出し、算出した前記溶鋼の環流量と、前記脱炭処理における前記溶鋼中の炭素に関する物質収支式と、前記溶鋼の脱炭速度と、前記真空槽内における前記溶鋼の脱炭反応を表す槽内反応モデル式とをもとに、前記溶鋼中の炭素濃度を推定する溶鋼炭素濃度推定ステップと、前記溶鋼炭素濃度推定ステップによって推定した前記炭素濃度が所定の目標値に達したタイミングに前記脱炭処理を終了する脱炭処理終了ステップと、を含むことを特徴とする。

【0011】

また、本発明にかかる溶鋼の脱炭処理方法は、上記の発明において、前記溶鋼の温度と前記溶鋼中の酸素濃度とを計測する温度濃度計測ステップをさらに含み、前記溶鋼炭素濃度推定ステップは、前記物質収支式と前記脱炭速度の演算式と前記槽内反応モデル式とをもとに導出した前記溶鋼中の炭素濃度の推定式に基づき、前記溶鋼の温度と前記酸素濃度と前記溶鋼の環流量とを用いて前記溶鋼中の炭素濃度を推定することを特徴とする。

【0012】

また、本発明にかかる溶鋼の脱炭処理方法は、上記の発明において、前記脱炭処理の際に前記真空槽から排出される排ガスの流量を計測する排ガス流量計測ステップと、前記排ガスの成分分析を行って、前記排ガス中の一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度を計測する排ガス成分濃度計測ステップと、前記排ガスの流量と前記一酸化炭素濃度と前記二酸化炭素濃度とを用いて、前記溶鋼の脱炭速度を算出する脱炭速度算出ステップと、前記脱炭速度算出ステップによって算出した前記脱炭速度が所定速度以下であるか否かを判断する判断ステップと、をさらに含み、前記溶鋼炭素濃度推定ステップは、前記脱炭速度が前記所定速度以下である場合に前記溶鋼中の炭素濃度を推定することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、溶鋼炭素濃度の推定精度を向上することができ、溶鋼炭素濃度の推定値に基づいて溶鋼の脱炭処理を適切なタイミングに終了することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施の形態にかかる真空脱ガス装置の一構成例を示す図である。

【図2】図２は、溶鋼の脱炭処理における溶鋼炭素濃度の推定値と真空槽の浸漬管内径との相関を例示する図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態にかかる溶鋼の脱炭処理方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、添付図面を参照して、本発明にかかる真空脱ガス装置およびこれを用いた溶鋼の脱炭処理方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一構成部分には同一符号を付している。

【0016】

（真空脱ガス装置）
まず、本発明の実施の形態にかかる真空脱ガス装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる真空脱ガス装置の一構成例を示す図である。本実施の形態にかかる真空脱ガス装置１は、溶鋼１６に浸漬する２つの浸漬管を有するＲＨ方式の真空脱ガス装置である。具体的には、図１に示すように、真空脱ガス装置１は、溶鋼１６を収容する取鍋２と、取鍋２内の溶鋼１６に浸漬する上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを有する真空槽３と、真空槽３内の圧力を減圧する真空排気装置４とを備える。また、真空脱ガス装置１は、取鍋２と真空槽３との間における溶鋼１６の環流のための環流用ガス供給管５と、環流用ガスのガス弁６と、環流用ガス流量計７と、溶鋼１６の脱炭処理を終了するための脱酸材投入部８とを備える。さらに、真空脱ガス装置１は、真空槽３内の圧力を計測する槽内真空度計９と、真空槽３からの排ガス流量を計測する排ガス流量計１０と、排ガスの成分分析を行う排ガス成分分析計１１と、溶鋼１６の温度および溶鋼１６中の酸素濃度を測定する測定プローブ１２と、入力部１３と、記憶部１４と、制御部１５とを備える。

【0017】

取鍋２は、転炉（図示せず）等によって精錬された溶鋼１６を収容する。溶鋼１６を収容した取鍋２は、真空槽３の下部側の位置に移動し、真空槽３に向かって上昇する等して、真空槽３の上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂをこの溶鋼１６中に浸漬させる。なお、本実施の形態において、溶鋼１６は、真空脱ガス装置１による溶鋼１６の脱炭処理に必要な酸素が溶存酸素として含有している。すなわち、この溶鋼１６を脱炭処理するに際し、真空槽３内の溶鋼１６の表面に酸素を吹き付けて供給する必要はない。また、溶鋼１６を脱炭処理するための酸素が不足する場合は、上吹きランス等の酸素供給機構（図示せず）から溶鋼１６に酸素を供給してもよい。

【0018】

真空槽３は、大気圧よりも低い減圧下で溶鋼１６の脱炭処理を行うためのものである。具体的には、図１に示すように、真空槽３は、取鍋２内の溶鋼１６に浸漬する２つの浸漬管すなわち上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを下部に有し、排ガスを排出する排気管３ｃを上部に有する。真空槽３は、真空引き等によって排気管３ｃから真空槽３内のガスを排出し、これにより、大気圧よりも低い減圧空間を形成する。この減圧空間は、例えば、所定値以上の真空度を有する略真空状態の空間である。真空槽３は、上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを取鍋２内の溶鋼１６に浸漬した状態において、この減圧空間を形成し、この減圧空間の圧力状態下（減圧下）で上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを通じ取鍋２から溶鋼１６を吸引する。ついで、真空槽３は、上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを通じ取鍋２との間で溶鋼１６を環流させつつ、この減圧空間に溶鋼１６を曝すことにより、溶鋼１６の脱炭処理を行う。

【0019】

真空排気装置４は、真空槽３からガスを排出する装置である。具体的には、図１に示すように、真空排気装置４は、真空槽３の排気管３ｃに設けられる。真空排気装置４は、排気管３ｃを通じて真空槽３内を真空引きし、これにより、真空槽３内を上述した減圧状態（略真空状態）にする。また、真空排気装置４は、吸引動作等により、排気管３ｃを通じて真空槽３内から排ガスを真空脱ガス装置１の外部に排出する。この排ガスは、真空槽３内において行われる溶鋼１６の脱炭処理の際に発生するガスを含む混合ガスである。この脱炭処理の際の発生ガスは、脱炭処理によって溶鋼１６から離脱した炭素成分を含有するガス、例えば一酸化炭素（ＣＯ）および二酸化炭素（ＣＯ₂）等である。

【0020】

環流用ガス供給管５は、取鍋２と真空槽３との間において溶鋼１６を環流させるための環流用ガスの供給管である。具体的には、図１に示すように、環流用ガス供給管５は、その出口端を真空槽３の上昇側浸漬管３ａに接続する態様に配置される。環流用ガス供給管５は、上昇側浸漬管３ａ内の溶鋼１６に環流用ガスを吹き込み、これによって生じるエアリフトポンプ作用により、上昇側浸漬管３ａ内の溶鋼１６を取鍋２側から真空槽３側へ上昇させる（図１に示す破線矢印参照）。これに伴い、真空槽３内の溶鋼１６は、減圧下で脱炭処理された後に下降側浸漬管３ｂを通じて真空槽３側から取鍋２側へ下降する（図１に示す破線矢印参照）。溶鋼１６は、このように上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを通じて、取鍋２と真空槽３との間で環流（循環）する。なお、上述したように環流用ガス供給管５から上昇側浸漬管３ａ内に供給される環流用ガスとして、例えば、アルゴンガス等の不活性ガスが用いられる。

【0021】

ガス弁６は、図１に示すように環流用ガス供給管５に設けられ、制御部１５によって弁開閉動作を制御される自動開閉弁である。ガス弁６は、制御部１５の制御に基づいて弁開動作を行い、これにより、環流用ガス供給管５から上昇側浸漬管３ａ内への環流用ガスの供給を可能にする。また、ガス弁６は、制御部１５の制御に基づいて弁閉動作を行い、これにより、この環流用ガスの供給を停止する。

【0022】

環流用ガス流量計７は、環流用ガス供給管５の所定の位置、例えば図１に示すように環流用ガス供給管５の出口端（上昇側浸漬管３ａとの接続端）からガス弁６との間の位置に設けられる。環流用ガス流量計７は、環流用ガス供給管５を通じて上昇側浸漬管３ａ内に供給される環流用ガスの流量（以下、環流用ガス流量という）を計測し、その都度、計測した環流用ガス流量を示す電気信号を制御部１５に送信する。

【0023】

脱酸材投入部８は、溶鋼１６の脱炭処理を終了させるための脱酸材を溶鋼１６に投入するものである。具体的には、図１に示すように、脱酸材投入部８は、取鍋２の開口部近傍に配置される。脱酸材投入部８は、制御部１５によって脱酸材の投入タイミングを制御され、制御部１５から指示された投入タイミングに、溶鋼１６の脱炭処理の終了に要する量の脱酸材を取鍋２内の溶鋼１６に投入する。なお、この脱酸材として、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等が用いられる。

【0024】

槽内真空度計９は、真空槽３内の真空度を計測する。具体的には、図１に示すように、槽内真空度計９は、真空槽３の上部内壁の所定位置（例えば排気管３ｃの近傍）に設けられる。槽内真空度計９は、上述した真空排気装置４の作用によって減圧される真空槽３内の圧力（以下、真空槽内圧力という）を真空度として計測し、その都度、計測した真空槽内圧力を示す電気信号を制御部１５に送信する。

【0025】

排ガス流量計１０は、真空槽３から排出される排ガスの流量を計測する。具体的には、図１に示すように、排ガス流量計１０は、真空槽３の排気管３ｃの所定位置に設けられる。排ガス流量計１０は、溶鋼１６の脱炭処理の際に真空槽３から排気管３ｃを通じて外部に排出される排ガスの流量（以下、排ガス流量という）（排ガス流量は標準状態とする。）を計測し、その都度、計測した排ガス流量を示す電気信号を制御部１５に送信する。

【0026】

排ガス成分分析計１１は、真空槽３から排出される排ガス中の炭素成分含有のガス濃度を計測する。具体的には、図１に示すように、排ガス成分分析計１１は、真空槽３の排気管３ｃの所定位置（例えば排ガス流量計１０の近傍）に設けられる。排ガス成分分析計１１は、溶鋼１６の脱炭処理の際に真空槽３から排気管３ｃを通じて外部に排出される排ガスの成分分析を行う。これにより、排ガス成分分析計１１は、この排ガス中の炭素成分含有のガス濃度、詳細には一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度を計測する。その都度、排ガス成分分析計１１は、計測した排ガス中の一酸化炭素濃度（以下、排ガスＣＯ濃度という）および二酸化炭素濃度（以下、排ガスＣＯ₂濃度という）を示す電気信号を制御部１５に送信する。

【0027】

測定プローブ１２は、溶鋼１６の温度と溶鋼１６中の酸素濃度とを計測する温度濃度計測部として機能する。具体的には、測定プローブ１２は、プローブ形状の筐体内に温度検出器と酸素濃度検出器とを内蔵したプローブ型測定器である。測定プローブ１２は、図１に示すように、取鍋２内の溶鋼１６中に適宜浸漬し、この溶鋼１６の温度（以下、溶鋼温度という）および溶鋼１６中の酸素濃度（以下、溶鋼酸素濃度という）を計測する。その都度、測定プローブ１２は、計測した溶鋼温度および溶鋼酸素濃度を示す電気信号を制御部１５に送信する。

【0028】

入力部１３は、脱炭処理対象の溶鋼１６中の炭素濃度を推定するための演算処理に必要な各種情報を制御部１５に入力する。例えば、入力部１３は、取鍋２内に収容された１チャージ分の溶鋼１６を真空脱ガス装置１が受け入れる都度、この受け入れた１チャージ分の溶鋼１６の全重量（以下、溶鋼重量という）を示す電気信号を制御部１５に入力する。また、入力部１３は、真空槽３の浸漬管内径、演算処理に用いる定数等の各種情報を制御部１５に入力する。本実施の形態において、真空槽３の浸漬管内径は、未使用または設備仕様上の浸漬管の内径等、浸漬管本来の内径である。このような浸漬管内径は、真空槽３の上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂのうちの少なくとも一方の内径であってもよいし、これら上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂの各内径の平均値、最大値、あるいは最小値であってもよい。

【0029】

記憶部１４は、脱炭処理対象の溶鋼１６中の炭素濃度を推定するための演算処理に必要な各種情報を記憶する。例えば、記憶部１４は、過去に真空脱ガス装置１を用いて繰り返し行われた各種溶鋼の脱炭処理の操業によって蓄積した溶鋼炭素濃度の過去実績データから求めた補正係数等を記憶する。なお、上記の溶鋼炭素濃度は、脱炭処理対象の溶鋼１６中の炭素濃度である。記憶部１４は、これら記憶した各種情報の中から、制御部１５によって読み出し指示された情報を制御部１５に送信する。

【0030】

制御部１５は、真空脱ガス装置１による溶鋼１６の脱炭処理の終了タイミングを制御する。具体的には、制御部１５は、演算パラメータ等の各種情報を記憶するメモリおよび予め設定されたプログラムを実行するＣＰＵ等を用いて構成される。脱炭処理対象の溶鋼１６中の炭素濃度（溶鋼炭素濃度）を推定するための演算式として、制御部１５には、溶鋼１６中の炭素に関する系全体の物質収支を表す物質収支式と、溶鋼１６の脱炭処理における脱炭速度を表す演算式とが予めプログラム設定される。また、制御部１５には、溶鋼１６の脱炭処理の際における溶鋼１６の環流量を表す演算式と、真空槽３からの排ガス中の炭素流量を表す演算式と、真空槽３内における溶鋼１６の脱炭反応を表す槽内反応モデル式とが予めプログラム設定される。さらに、制御部１５には、溶鋼１６の脱炭処理における炭素と酸素との反応の平衡定数を表す演算式と、溶鋼炭素濃度の推定式と、チャージ毎の浸漬管内径の変化量を表す演算式とが予めプログラム設定される。制御部１５は、上述した環流用ガス流量計７、槽内真空度計９、排ガス流量計１０、排ガス成分分析計１１、および測定プローブ１２からの各入力信号と、入力部１３からの入力情報と、記憶部１４から読み出した情報とを用い、上述した各演算式に基づいて演算処理を行う。

【0031】

詳細には、制御部１５は、溶鋼１６の脱炭処理の際に上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを通じ取鍋２と真空槽３との間で環流する溶鋼１６の環流量（以下、溶鋼環流量という）を、この溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径の変化を加味して算出する。また、制御部１５は、真空槽３からの排ガス流量と排ガスＣＯ濃度と排ガスＣＯ₂濃度とを用いて、溶鋼１６の脱炭速度を算出し、この算出した脱炭速度が所定速度以下であるか否かを判断する。この脱炭速度が所定速度以下である場合、制御部１５は、上述したように浸漬管内径の変化を加味して算出した溶鋼環流量と、溶鋼１６の脱炭処理における溶鋼１６中の炭素に関する物質収支式と、溶鋼１６の脱炭速度と、真空槽３内における溶鋼１６の脱炭反応を表す槽内反応モデル式とをもとに、溶鋼炭素濃度を推定する。この際、制御部１５は、予め設定された物質収支式と脱炭速度の演算式と槽内反応モデル式とをもとに導出した溶鋼炭素濃度の推定式に基づき、溶鋼１６の溶鋼温度と溶鋼酸素濃度と溶鋼環流量とを用いて溶鋼炭素濃度を推定する。制御部１５は、このように推定した溶鋼炭素濃度が所定の目標値に達したタイミングに、真空脱ガス装置１による溶鋼１６の脱炭処理を終了させる。

【0032】

（溶鋼炭素濃度の推定に要する演算処理）
つぎに、本発明における溶鋼炭素濃度の推定に要する演算処理について説明する。本実施の形態にかかる真空脱ガス装置１の制御部１５には、上述したように、脱炭処理対象の溶鋼１６中の炭素濃度（溶鋼炭素濃度）を推定するために要する各種演算式が予め設定されている。これら各種演算式のうち、溶鋼１６中の炭素に関する系全体の物質収支を表す物質収支式は、溶鋼炭素濃度［Ｃ］と、溶鋼環流量Ｑと、溶鋼重量Ｗと、下降管側溶鋼炭素濃度［Ｃ］^*とを用い、次式（１）によって表される。

【0033】

【数1】

【0034】

上式（１）において、ｄ［Ｃ］／ｄｔは、単位時間当りの溶鋼炭素濃度［Ｃ］の変化量であり、脱炭処理される溶鋼１６の脱炭速度に相当する。また、下降管側溶鋼炭素濃度［Ｃ］^*は、図１に示した真空槽３から取鍋２への溶鋼１６の下降経路を形成する下降側浸漬管３ｂ内の溶鋼１６中の炭素濃度である。

【0035】

一方、上述した制御部１５に設定された各種演算式のうち、溶鋼１６の脱炭処理における脱炭速度を表す演算式は、真空槽３からの排ガス中に含まれる炭素成分の流量（以下、排ガス炭素流量という）Ｇ_Cと、溶鋼重量Wとを用い、次式（２）によって表される。また、溶鋼１６の脱炭処理の際における溶鋼環流量Ｑを表す演算式は、環流用ガス流量Ｆと、真空槽３の浸漬管内径ｄと、チャージ毎の浸漬管内径ｄの変化量（以下、浸漬管内径変化量という）ｄ_gNと、大気圧Ｐａ（＝１［ａｔｍ］）と、真空槽内圧力Ｐとを用い、次式（３）によって表される。

【0036】

【数2】

【0037】

【数3】

【0038】

また、上式（２）に含まれる排ガス炭素流量Ｇ_Cは、真空槽３からの排ガス流量Ｇと、排ガスＣＯ濃度［ＣＯ］と、排ガスＣＯ₂濃度［ＣＯ₂］と、定数ａとを用い、次式（４）によって表される。

Ｇ_C＝ａ・Ｇ・（［ＣＯ］＋［ＣＯ₂］） ・・・（４）

【0039】

他方、上述した制御部１５に設定された各種演算式のうち、真空槽３内における溶鋼１６の脱炭反応を表す槽内反応モデル式は、下降管側溶鋼炭素濃度［Ｃ］^*と、真空槽内圧力Ｐと、溶鋼１６の脱炭処理における炭素と酸素との反応の平衡定数Ｋと、溶鋼酸素濃度［Ｏ］と、補正係数Ｂと、溶鋼炭素濃度［Ｃ］とを用い、次式（５）によって表される。

【0040】

【数4】

【0041】

上式（５）において、補正係数Ｂは、過去に真空脱ガス装置１を用いて繰り返し行われた各種溶鋼の脱炭処理の操業によって蓄積した溶鋼炭素濃度［Ｃ］の過去実績データから求めた補正係数である。この補正係数Ｂは、図１に示した記憶部１４に保存される。また、平衡定数Ｋは、溶鋼温度Ｔを用い、次式（６）によって表される。

Ｋ＝ｅｘｐ（２６７１／Ｔ＋４．６１２） ・・・（６）

【0042】

また、上述した溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定式は、式（１）のような物質収支式と、式（２）のような脱炭速度の演算式と、式（５）のような槽内反応モデル式とをもとに導出され、次式（７）のように表される。

【0043】

【数5】

【0044】

本実施の形態にかかる真空脱ガス装置１において、制御部１５は、環流用ガス流量計７、槽内真空度計９、排ガス流量計１０、排ガス成分分析計１１、および測定プローブ１２からの各入力信号と、入力部１３からの入力情報と、記憶部１４から読み出した情報とを用い、上述した式（１）〜（７）に基づいて演算処理を行う。特に、制御部１５は、式（３）の演算処理において、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内壁の磨耗または金属付着に起因する浸漬管内径ｄの変化を加味する。すなわち、制御部１５は、真空槽３の本来の浸漬管内径ｄに溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径変化量ｄ_gNを加えた値を、溶鋼１６の脱炭処理の実操業における浸漬管内径推定値とし、この実操業上の浸漬管内径推定値等を用い、式（３）に基づいて溶鋼環流量Ｑを算出する。制御部１５は、このように算出した溶鋼環流量Ｑを、溶鋼１６の脱炭処理の実操業における溶鋼環流量推定値として取得する。また、制御部１５は、式（４）に基づいて、真空槽３からの排ガス炭素流量Ｇ_Cを算出し、この算出した排ガス炭素流量Ｇ_Cを、溶鋼１６の脱炭処理の実操業における排ガス炭素流量推定値として取得する。制御部１５は、このように取得した溶鋼環流量Ｑおよび排ガス炭素流量Ｇ_Cと、槽内真空度計９からの真空槽内圧力Ｐと、式（６）による平衡定数Ｋと、測定プローブ１２からの溶鋼酸素濃度［Ｏ］と、記憶部１４から読み出した補正係数Ｂとを用い、式（７）に基づいて溶鋼炭素濃度［Ｃ］を算出する。すなわち、制御部１５は、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径ｄの変化を加味して溶鋼炭素濃度［Ｃ］を算出する。制御部１５は、このように算出した溶鋼炭素濃度［Ｃ］を、溶鋼１６の脱炭処理の実操業における溶鋼炭素濃度推定値として取得する。

【0045】

（溶鋼の環流に伴う浸漬管内径の変化）
つぎに、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径ｄの変化について説明する。図１に示した真空脱ガス装置１を用いて溶鋼１６の脱炭処理を行う際、脱炭処理対象である１チャージ分の溶鋼１６は、上述したように、上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂ（以下、２つの浸漬管と適宜いう）を通じて取鍋２と真空槽３との間で環流する。この脱炭処理の実操業中において、これら２つの浸漬管の各内径は、溶鋼１６の環流に伴って増減変化する。

【0046】

具体的には、取鍋２と真空槽３との間で溶鋼１６が環流する際、溶鋼１６は、上昇側浸漬管３ａ内を通って上昇し、また、下降側浸漬管３ｂ内を通って下降する。この際、これら２つの浸漬管の各内壁には、溶鋼１６の通過（流通）による磨耗、環流時の溶鋼１６に添加された合金鉄の付着等の現象が発生する。この溶鋼１６の浸漬管内通過による浸漬管内壁の磨耗（以下、溶鋼環流による浸漬管内磨耗という）は、真空槽３の浸漬管内径ｄを増加させる。一方、この溶鋼１６の浸漬管内通過時における浸漬管内壁への合金鉄の付着（以下、溶鋼環流時の添加合金鉄の浸漬管内付着という）は、真空槽３の浸漬管内径ｄを減少させる。

【0047】

上述した溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径ｄの増減変化は、溶鋼１６の脱炭処理における溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定に影響する。図２は、溶鋼の脱炭処理における溶鋼炭素濃度の推定値と真空槽の浸漬管内径との相関を例示する図である。溶鋼１６の脱炭処理において、溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定値は、図２に示すように、真空槽３の浸漬管内径ｄの変化に応じて変化する。したがって、溶鋼１６の脱炭処理における溶鋼炭素濃度［Ｃ］は、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径ｄの変化すなわち浸漬管内径変化量ｄ_gNを加味して推定されるべきである。

【0048】

本発明において、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径変化量ｄ_gNは、溶鋼１６の環流の際に浸漬管内壁に生じる２つの現象、具体的には、溶鋼環流による浸漬管内磨耗と、溶鋼環流時の添加合金鉄の浸漬管内付着と、に着目して算出される。すなわち、浸漬管内径変化量ｄ_gNは、溶鋼１６の環流による単位時間当りの浸漬管内磨耗量ｄ_aと、溶鋼１６の合金鉄添加による単位時間当りの浸漬管内径減少量ｄ_bと、溶鋼環流時間ｔ_Nと、溶鋼１６の環流時の合金鉄添加量Ｊ_Nとを用い、次式（８）によって表される。なお、溶鋼環流時間ｔ_Nは、溶鋼１６が取鍋２と真空槽３との間で環流している時間である。

ｄ_gN＝ｄ_a×ｔ_N−ｄ_b×Ｊ_N ・・・（８）

【0049】

上式（８）の各項のうち、浸漬管内径変化量ｄ_gN、溶鋼環流時間ｔ_N、および合金鉄添加量Ｊ_Nは、真空脱ガス装置１を用いた溶鋼１６の脱炭処理の実操業データと、溶鋼１６のチャージ毎に交換する２つの浸漬管（上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂ）の交換前後の各内径測定値とを用いることにより、求めることが可能である。具体的には、前回の溶鋼１６の脱炭処理が終了した後に交換した２つの浸漬管の未使用状態（交換直後の状態）における各内径測定値と、今回の溶鋼１６の脱炭処理が終了した後に交換を予定する２つの浸漬管の使用済み状態（交換直前の状態）における各内径測定値とを用い、これら各内径測定値の差をとることにより、浸漬管内径変化量ｄ_gNの実測値が得られる。また、今回の２つの浸漬管を溶鋼１６の環流に使用し始めてから使用し終わるまでの経過時間が、溶鋼環流時間ｔ_Nとして実測される。さらに、今回の２つの浸漬管を溶鋼１６の環流に使用した際に環流中の溶鋼１６に添加した合金鉄の量が、合金鉄添加量Ｊ_Nとして実測される。

【0050】

上述したような浸漬管の内径測定、溶鋼環流の時間測定、および合金鉄の添加量測定を各々Ｎ回（Ｎは正の整数）行い、Ｎ回目の測定結果である浸漬管内径変化量ｄ_gNと、溶鋼環流時間ｔ_Nと、合金鉄添加量Ｊ_Nとを式（８）に代入する。これにより、式（８）は、浸漬管内磨耗量ｄ_aと浸漬管内径減少量ｄ_bとを二変数とする一次関数式となる。上述したようにＮ回（Ｎ＝１，２，３，・・・）行った浸漬管の内径測定、溶鋼環流の時間測定、および合金鉄の添加量測定の各々に対応して、上記二変数の一次関数式をＮ個、導出する。これらＮ個の一次関数式をもとに、最小二乗法によって、最適な浸漬管内磨耗量ｄ_aと浸漬管内径減少量ｄ_bとを求める。このようにして求めた最適な浸漬管内磨耗量ｄ_aと浸漬管内径減少量ｄ_bとを、上述した式（８）に代入する。この結果、式（８）は、最適な浸漬管内磨耗量ｄ_aと浸漬管内径減少量ｄ_bとを係数とし、溶鋼環流時間ｔ_Nと合金鉄添加量Ｊ_Nとを変数として、浸漬管内径変化量ｄ_gNを算出する演算式となる。このような式（８）によって表される浸漬管内径変化量ｄ_gNは、上述した式（３）に示されるように、１チャージ分の溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径ｄの変化量として、溶鋼環流量Ｑの演算式に含まれる。すなわち、真空槽３の本来の浸漬管内径ｄに浸漬管内径変化量ｄ_gNを加えた項（ｄ＋ｄ_gN）を含む式（３）は、１チャージ分の溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径ｄの変化（チャージ毎の浸漬管内径変化）を加味して溶鋼環流量Ｑを算出する演算式となる。なお、式（８）の変数としての溶鋼環流時間ｔ_Nおよび合金鉄添加量Ｊ_Nは、例えば、図１に示した入力部１３によって、溶鋼１６のチャージ毎に制御部１５に入力される。

【0051】

（溶鋼の脱炭処理方法）
つぎに、本発明の実施の形態にかかる溶鋼の脱炭処理方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる溶鋼の脱炭処理方法の一例を示すフローチャートである。本実施の形態にかかる溶鋼の脱炭処理方法では、取鍋２内の溶鋼１６に真空槽３の２つの浸漬管を浸漬し、大気圧よりも低い減圧下において、これら２つの浸漬管を通じ取鍋２と真空槽３との間で溶鋼１６を環流させつつ溶鋼１６の脱炭処理を行う真空脱ガス装置１（図１参照）を用い、溶鋼１６のチャージ毎に、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０９が順次行われる。

【0052】

すなわち、本実施の形態にかかる溶鋼の脱炭処理方法において、真空脱ガス装置１は、図３に示すように、まず、１チャージ分の溶鋼１６の脱炭処理を開始する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、真空脱ガス装置１は、取鍋２内に収容された１チャージ分の溶鋼１６を受け入れる。ついで、真空槽３は、この取鍋２内の溶鋼１６に２つの浸漬管すなわち上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを浸漬する。この状態において、制御部１５は、真空槽３の内部ガスを吸引して外部に排出するように真空排気装置４を制御する。真空排気装置４は、制御部１５の制御に基づいて、真空槽３の内部ガスを排気管３ｃから外部に排出し、これにより、真空槽３内の圧力を略真空状態に減圧する。この結果、取鍋２内の溶鋼１６は、上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを通じて真空槽３内に吸引される。このタイミングに、制御部１５は、弁開動作をガス弁６に行わせる。これに伴い、環流用ガス供給管５は、上昇側浸漬管３ａ内の溶鋼１６に環流用ガスを供給する。これによって生じるエアリフトポンプ作用により、溶鋼１６は、上昇側浸漬管３ａを通じて取鍋２側から真空槽３側へ上昇する。真空槽３内の溶鋼１６は、大気圧よりも低い減圧下で脱炭処理される。真空槽３内の溶鋼１６は、下降側浸漬管３ｂを通じて真空槽３側から取鍋２側へ下降する。このように、溶鋼１６は、上昇側浸漬管３ａおよび下降側浸漬管３ｂを通じて取鍋２と真空槽３との間で環流しつつ、真空槽３内の減圧空間に順次曝されて連続的に脱炭処理される。

【0053】

続いて、真空脱ガス装置１は、真空槽３からの排ガス流量Ｇを計測する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２において、排ガス流量計１０は、溶鋼１６の脱炭処理の際に真空槽３から排気管３ｃを通じて外部に排出される排ガスの流量を計測する。排ガス流量計１０は、この計測した排ガス流量Ｇを示す電気信号を制御部１５に送信する。

【0054】

ついで、真空脱ガス装置１は、真空槽３からの排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度および二酸化炭素（ＣＯ₂）濃度を計測する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３において、排ガス成分分析計１１は、溶鋼１６の脱炭処理の際に真空槽３から排気管３ｃを通じて外部に排出される排ガスの成分分析を行う。この成分分析の結果をもとに、排ガス成分分析計１１は、この排ガス中の一酸化炭素濃度（排ガスＣＯ濃度［ＣＯ］）および二酸化炭素濃度（排ガスＣＯ₂濃度［ＣＯ₂］）を計測する。排ガス成分分析計１１は、計測した排ガスＣＯ濃度［ＣＯ］および排ガスＣＯ₂濃度［ＣＯ₂］を示す電気信号を制御部１５に送信する。

【0055】

つぎに、真空脱ガス装置１は、計測した排ガス流量Ｇと排ガスＣＯ濃度［ＣＯ］と排ガスＣＯ₂濃度［ＣＯ₂］とを用いて、溶鋼１６の脱炭速度を算出する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４において、制御部１５は、排ガス流量計１０からの入力信号に基づく排ガス流量Ｇと、排ガス成分分析計１１からの入力信号に基づく排ガスＣＯ濃度［ＣＯ］および排ガスＣＯ₂濃度［ＣＯ₂］とを取得する。制御部１５は、取得した排ガス流量Ｇと排ガスＣＯ濃度［ＣＯ］と排ガスＣＯ₂濃度［ＣＯ₂］とを用い、式（４）に基づいて排ガス炭素流量Ｇ_Cを算出する。ついで、制御部１５は、この算出した排ガス炭素流量Ｇ_Cと入力部１３によって入力された溶鋼重量Ｗとを用い、式（２）に基づいて溶鋼１６の脱炭速度ｄ［Ｃ］／ｄｔを算出する。

【0056】

続いて、真空脱ガス装置１は、ステップＳ１０４によって算出した溶鋼１６の脱炭速度ｄ［Ｃ］／ｄｔが所定速度以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、制御部１５は、上述したように式（２）に基づいて算出した脱炭速度ｄ［Ｃ］／ｄｔと、予め設定された所定速度とを比較処理する。脱炭速度ｄ［Ｃ］／ｄｔが所定速度を超過すると制御部１５が判断した場合（ステップＳ１０５，Ｎｏ）、真空脱ガス装置１は、上述したステップＳ１０２に戻り、このステップＳ１０２以降の処理ステップを繰り返す。

【0057】

一方、脱炭速度ｄ［Ｃ］／ｄｔが所定速度以下であると制御部１５が判断した場合（ステップＳ１０５，Ｙｅｓ）、真空脱ガス装置１は、溶鋼温度Ｔおよび溶鋼酸素濃度［Ｏ］を計測する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６において、測定プローブ１２は、制御部１５の制御に基づき駆動して、溶鋼温度Ｔおよび溶鋼酸素濃度［Ｏ］を計測する。この際、測定プローブ１２は、取鍋２内の溶鋼１６に浸漬し、この溶鋼１６の温度（溶鋼温度Ｔ）と、この溶鋼１６中の酸素濃度（溶鋼酸素濃度［Ｏ］）とを計測する。測定プローブ１２は、計測した溶鋼温度Ｔおよび溶鋼酸素濃度［Ｏ］を示す電気信号を制御部１５に送信する。

【0058】

つぎに、真空脱ガス装置１は、溶鋼１６の環流に伴う真空槽３の浸漬管内径ｄの変化を加味して、溶鋼炭素濃度［Ｃ］を推定する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７において、制御部１５は、入力部１３によって入力された溶鋼環流時間ｔ_Nと溶鋼１６の環流時の合金鉄添加量Ｊ_Nとを用い、式（８）に基づいて、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径変化量ｄ_gNを算出する。ついで、制御部１５は、この算出した浸漬管内径変化量ｄ_gNと、入力部１３によって入力された浸漬管内径ｄと、環流用ガス流量計７によって計測された環流用ガス流量Ｆと、槽内真空度計９によって計測された真空槽内圧力Ｐと、大気圧Ｐａとを用い、式（３）に基づいて、取鍋２と真空槽３との間における溶鋼環流量Ｑを算出する。これにより、制御部１５は、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径ｄの変化を加味して溶鋼環流量Ｑを算出する。その後、制御部１５は、算出した溶鋼環流量Ｑと、溶鋼１６の脱炭処理における溶鋼１６中の炭素に関する物質収支式（式（１））と、溶鋼１６の脱炭速度ｄ［Ｃ］／ｄｔと、真空槽３内における溶鋼１６の脱炭反応を表す槽内反応モデル式（式（５））とをもとに、溶鋼１６中の炭素濃度を推定する。この際、制御部１５は、式（１）の物質収支式と式（２）の脱炭速度の演算式と式（５）の槽内反応モデル式とをもとに導出した溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定式（式（７））に基づき、溶鋼温度Ｔと溶鋼酸素濃度［Ｏ］と溶鋼環流量Ｑとを用いて溶鋼１６中の炭素濃度を推定する。詳細には、制御部１５は、ステップＳ１０６によって計測した溶鋼温度Ｔを用い、式（６）に基づいて、溶鋼１６の脱炭処理における炭素と酸素との反応の平衡定数Ｋを算出する。ついで、制御部１５は、上述したように算出した溶鋼環流量Ｑおよび平衡定数Ｋと、槽内真空度計９からの真空槽内圧力Ｐと、ステップＳ１０６によって計測した溶鋼酸素濃度［Ｏ］と、記憶部１４から読み出した補正係数Ｂと、排ガス炭素流量Ｇ_Cとを用い、式（７）に基づいて溶鋼炭素濃度［Ｃ］を算出する。この演算処理において、制御部１５は、脱炭速度ｄ［Ｃ］／ｄｔが所定速度以下であるという条件を満足する際の排ガス炭素流量Ｇ_Cを用いる。以上の演算処理により、制御部１５は、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径ｄの変化を加味して、推定される溶鋼炭素濃度［Ｃ］を算出する。

【0059】

ステップＳ１０７を実行後、真空脱ガス装置１は、ステップＳ１０７によって推定した溶鋼炭素濃度［Ｃ］が目標値に達したか否かを判断する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０８において、制御部１５は、上述したように式（７）に基づいて算出した溶鋼炭素濃度［Ｃ］（推定値）と、溶鋼１６中の目標とする炭素濃度（目標値）とを比較処理する。なお、制御部１５は、例えば、入力部１３によって入力された溶鋼１６のオーダ情報等をもとに、溶鋼１６の要求仕様等に応じた炭素濃度の目標値を予め設定する。この比較処理の結果、溶鋼炭素濃度［Ｃ］が目標値に達していないと制御部１５が判断した場合（ステップＳ１０８，Ｎｏ）、真空脱ガス装置１は、上述したステップＳ１０６に戻り、このステップＳ１０６以降の処理ステップを適宜繰り返す。

【0060】

一方、溶鋼炭素濃度［Ｃ］が目標値に達したと制御部１５が判断した場合（ステップＳ１０８，Ｙｅｓ）、真空脱ガス装置１は、溶鋼１６の脱炭処理を終了する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９において、制御部１５は、ステップＳ１０７によって推定した溶鋼炭素濃度［Ｃ］が上述した目標値に達したタイミングに、溶鋼１６の脱炭処理を終了させる各種制御動作を行う。具体的には、制御部１５は、溶鋼１６に脱酸材を投入するように脱酸材投入部８を制御し、この制御を通して、溶鋼１６の脱炭処理を終了させる。これに加えて、制御部１５は、真空槽３の内部ガスの吸引動作を停止するように真空排気装置４を制御し、これにより、真空槽３内の圧力を大気圧に戻す。また、制御部１５は、弁閉動作をガス弁６に行わせ、これにより、環流用ガス供給管５から上昇側浸漬管３ａ内への環流用ガスの供給を停止する。

【0061】

（実施例）
つぎに、本発明の実施例について説明する。本実施例では、図１に示した真空脱ガス装置１を用い、図３に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０９の各処理ステップに沿って、溶鋼１６の脱炭処理を行った。この際、上述した式（１）〜（８）に基づいて演算処理を行うことにより、溶鋼１６の脱炭処理の際における溶鋼炭素濃度［Ｃ］を推定した。特に、取鍋２と真空槽３との間における溶鋼１６の環流に伴う真空槽３の浸漬管内径ｄの変化量（浸漬管内径変化量ｄ_gN）を式（８）に基づいて算出し、算出した浸漬管内径変化量ｄ_gNを式（３）に適用して溶鋼環流量Ｑを算出した。このように浸漬管内径変化量ｄ_gNを加味した溶鋼環流量Ｑを式（７）に適用して、溶鋼１６の脱炭処理終了時における溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定値を算出した。

【0062】

一方、本実施例に対する比較例として、上述した溶鋼１６の環流に伴う真空槽３の浸漬管内径ｄの変化量を加味せずに、溶鋼炭素濃度［Ｃ］を推定した。すなわち、式（３）から浸漬管内径変化量ｄ_gNの項を除去し、これにより、溶鋼１６の環流によらず浸漬管内径ｄを一定値として、溶鋼環流量Ｑを算出し、この溶鋼環流量Ｑを式（７）に適用して溶鋼１６の脱炭処理終了時における溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定値を算出した。なお、比較例の条件は、浸漬管内径ｄの変化量を加味せずに溶鋼炭素濃度［Ｃ］を推定すること以外、本実施例と同じとした。

【0063】

真空脱ガス装置１による脱炭処理終了後の溶鋼１６から、その一部分をサンプルとして採取し、このサンプルの溶鋼炭素濃度［Ｃ］を実測した。この溶鋼炭素濃度［Ｃ］の実測値と、本実施例および比較例における溶鋼炭素濃度［Ｃ］の各推定値との比較結果を表１に示す。

【0064】

【表1】

【0065】

表１に示すように、本実施例による溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定値は、比較例による溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定値に比して、脱炭処理終了後の溶鋼炭素濃度［Ｃ］の実測値に近い値となった。このことから、溶鋼１６の環流に伴う浸漬管内径変化量ｄ_gNを加味することにより、溶鋼１６の脱炭処理の際における溶鋼炭素濃度［Ｃ］の推定精度を、浸漬管内径変化量ｄ_gNを加味しない場合に比して向上できることが明らかとなった。

【0066】

以上、説明したように、本発明の実施の形態では、取鍋内の溶鋼に真空槽の浸漬管を浸漬し、大気圧よりも低い減圧下において浸漬管を通じ取鍋と真空槽との間で溶鋼を環流させつつ溶鋼の脱炭処理を行う際、取鍋と真空槽との間における溶鋼環流量を、溶鋼の環流に伴う浸漬管の内径変化を加味して算出し、この算出した溶鋼環流量と、脱炭処理における溶鋼中の炭素に関する物質収支式と、溶鋼の脱炭速度と、真空槽内における溶鋼の脱炭反応を表す槽内反応モデル式とをもとに、溶鋼炭素濃度を推定し、この推定した溶鋼炭素濃度が所定の目標値に達したタイミングに、この溶鋼の脱炭処理を終了している。

【0067】

このため、溶鋼の環流に伴って実際に変化することが想定される浸漬管内径の変化量を加味して、演算処理時の浸漬管内径を、実操業上の浸漬管内径に近づけるように補正し、この補正後の浸漬管内径に応じて溶鋼炭素濃度の推定値を算出することができる。これにより、浸漬管内径を一定値に固定して溶鋼炭素濃度を推定していた従来技術に比べ、溶鋼の脱炭処理の実操業における溶鋼炭素濃度の実績値に近い溶鋼炭素濃度の推定値を得ることができる。この結果、従来技術に比べて溶鋼炭素濃度の推定精度を向上することができ、高精度に得られた溶鋼炭素濃度の推定値に基づいて、溶鋼の脱炭処理を適切なタイミングに終了することができる。

【0068】

本発明を溶鋼の脱炭処理に適用することにより、チャージ毎に溶鋼の脱炭処理を適切なタイミングに終了できることから、溶鋼の脱炭処理の過剰な継続を抑制して、溶鋼の脱炭処理時間の短縮を促進することができる。この結果、溶鋼に要求される炭素濃度の規格値を外すことなく、目標とする低炭素濃度の溶鋼を効率よく製造できるとともに、溶鋼の脱炭処理に要するユーティリティコストの削減を図ることができる。

【0069】

なお、上述した実施の形態では、脱炭処理に必要な酸素を溶存酸素として含有する溶鋼１６を用いていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、真空脱ガス装置１の真空槽３に酸素吹付け羽口または酸素吹付けランス等の酸素供給機構を適宜設け、真空槽３内の溶鋼１６に対し、脱炭処理に必要な酸素を吹き込み、これにより、この溶鋼１６の脱炭処理を行ってもよい。この場合、制御部１５は、溶鋼１６の脱炭処理の終了タイミングに、真空槽３の酸素供給機構による溶鋼１６への酸素供給を停止するように構成されてもよい。

【0070】

また、上述した実施の形態では、２つの浸漬管を備えたＲＨ方式の真空脱ガス装置１を例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、単一の浸漬管を有するＤＨ方式の真空脱ガス装置に適用することも可能である。

【0071】

さらに、上述した実施の形態では、真空槽３からの排ガスの流量を計測した後、この排ガス中の一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度を計測していたが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明において、真空槽３からの排ガス中の一酸化炭素濃度および二酸化炭素濃度を計測した後、この排ガスの流量を計測してもよいし、これら一酸化炭素濃度、二酸化炭素濃度、および排ガスの流量を同時に計測してもよい。

【0072】

また、上述した実施の形態または実施例により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0073】

１ 真空脱ガス装置
２ 取鍋
３ 真空槽
３ａ 上昇側浸漬管
３ｂ 下降側浸漬管
３ｃ 排気管
４ 真空排気装置
５ 環流用ガス供給管
６ ガス弁
７ 環流用ガス流量計
８ 脱酸材投入部
９ 槽内真空度計
１０ 排ガス流量計
１１ 排ガス成分分析計
１２ 測定プローブ
１３ 入力部
１４ 記憶部
１５ 制御部
１６ 溶鋼

【図1】

【図2】

【図3】