JPH05223808A - 鋼の清浄度のオンライン評価方法と鋼材精錬方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 清浄度の評価結果を精錬にフィードバックし
得るオンライン評価方法を提供すると共に、その評価方
法を応用することで目標とする清浄度の鋼材を無駄な
く、かつ効率よく製造すること。 【構成】 ＲＨ還流炉７の溶鋼収納槽９から、樋１１を
介して溶鋼の一部をサンプルとして取り出し、直ちに真
空固化装置１５内へセットして固化した撮像試料２１の
表面の状態をＣＣＤカメラ１９にて撮像する。撮像した
画像は、画像処理演算装置２５に入力され、暗部の個数
と長さとに基づいてサンプルの清浄度が算出される。こ
の清浄度評価値を各種判定条件と比較することにより、
清浄度の達成具合いやその後の精錬処理内容を演算し、
ＲＨ炉運転制御装置２９にフィードバックする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の精錬状態をオンラ
インで評価する方法と、その評価方法を応用した鋼材の
精錬方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】非金属介在物による疲労寿命・転動寿命
への影響などから、近年、鋼材の高級化が進み、高い清
浄度（非金属介在物の少なさ）が求められるようになっ
てきた。このため、製品化された鋼材からサンプルを切
り出し、化学的方法や物理的方法を用いて非金属介在物
の検査・評価が実施されている。

【０００３】化学的方法としては、例えば酸素分析によ
り評価する方法が知られている。この方法は、鋼材中の
非金属介在物として問題となるＡｌ₂ Ｏ₃ 等の酸化物の
量を知るのに適している。しかし、酸素濃度１０ｐｐｍ
程度までは介在物の量を的確に評価し得るものの、それ
以下の酸素濃度においては介在物の量との関係が一義に
定まらなくなり、近年の高清浄度化の傾向の中での評価
には不適当となりつつある。

【０００４】物理的方法としては、ＪＩＳ法，ＡＳＴＭ
法等が知られているが、これらはいずれもサンプル表面
を精密に研磨して顕微鏡観察する必要があった。さら
に、近年では鋼材から切り出したサンプルをボタンメル
ティング等にて再溶解し、これを真空中又は不活性ガス
雰囲気中で固化させ、その表面に浮き上がった介在物の
量によって清浄度を評価する方法が採用される様になっ
てきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記各評価方
法はいずれも、出来上がった製品からサンプルを切り出
して清浄度を評価するため、事後的に清浄度を評価する
には適するものの、清浄度が条件を満たしていないこと
が判明した鋼材は廃棄するしかなく、不適格な鋼材が大
量に発生するのを防止する対策としては有効といえなか
った。

【０００６】そこで、清浄度の評価結果を精錬にフィー
ドバックし得るオンライン評価方法を提供すると共に、
その評価方法を応用することで目標とする清浄度の鋼材
を無駄なく、かつ効率よく製造することのできる鋼材精
錬方法及び鋼材精錬装置を提供することをも目的として
本発明を完成した。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】かかる目的を達
成するためになされた本発明の鋼の清浄度のオンライン
評価方法は、溶解状態にある鋼の一部をサンプルとして
取り出し、元の鋼は溶解状態に保持したままで、前記サ
ンプルのみを非酸化雰囲気中にて固化させ、該固化した
サンプルの表面状態を観察し、サンプルの表面に浮き上
がった介在物の量に基づいて前記溶解状態にある鋼の清
浄度を評価する鋼の清浄度のオンライン評価方法を要旨
とする。

【０００８】このオンライン評価方法によれば、溶解状
態にある鋼の一部をサンプリングするから従来の様に再
溶解する必要がない。しかも、一部であるから迅速に固
化させることができる。また、非酸化雰囲気、即ち真空
中やＡｒ等の不活性ガス雰囲気中やＮ₂ ガス雰囲気中等
において固化させるから、固化の最中に酸化物を生成せ
ず、溶鋼中に介在物として存在する酸化物のみの浮き上
がりが見られ、評価の信頼性も高い。そして、サンプル
のみを固化させ、溶鋼自体は溶解状態のままに保持する
から、評価結果に応じてさらに精錬を続行させるなどの
フィードバックが可能である。

【０００９】そこで、かかるフィードバックをも含めた
鋼材精錬方法として、請求項２記載の如く、精錬を完了
する前に溶鋼の一部をサンプルとして取り出し、該サン
プルを非酸化雰囲気中にて固化させ、該固化したサンプ
ルの表面状態を観察し、サンプルの表面に浮き上がった
介在物の量に基づいて精錬中の鋼の清浄度を評価すると
共に、精錬目標としての清浄度との関係から該評価結果
をフィードバックしつつ精錬を続行するという方法を採
用するとよい。

【００１０】精錬を完了する前にオンラインで評価を実
行し、これをフィードバックして精錬を続行する構成で
あるから、満足のいく清浄度の鋼材に仕上げることがで
き、不適格な鋼材が製造されるという無駄をなくするこ
とができる。また、かかる鋼材精錬方法を実現する装置
は、請求項３記載のように、鋼を精錬するための精錬炉
と、精錬を完了する前に前記精錬炉から溶鋼の一部をサ
ンプルとして取り出すサンプリング手段と、該取り出し
た溶鋼を非酸化雰囲気中にて固化させるサンプル固化手
段と、該固化したサンプルの表面の画像を検出する表面
画像検出手段と、該検出された表面画像と、目標値とし
ての介在物の量に関する条件とを比較する比較手段と、
該比較の結果に基づいて、前記精錬炉をフィードバック
制御するフィードバック制御手段と、前記比較結果に基
づいて、精錬を完了してよいか否かを判断する判断手段
と、該判断手段の判断結果に基づいて精錬を完了する完
了手段ととを備える鋼材精錬装置として構成することが
できる。

【００１１】この鋼材精錬装置によれば、判断手段及び
完了手段によって、満足できる清浄度に達した場合にだ
け精錬完了となるから、不適格な鋼材を製品として出し
てしまうことがない。また、清浄度が十分でない場合
は、フィードバック制御手段によって清浄度評価結果を
フィードバックした精錬が続行されるから、目標値まで
清浄度を高めていくことができる。このように構成する
ことで、目標とする清浄度に対して過不足のない精錬を
行うことができ、過剰に精錬を続行することもない。

【００１２】

【実施例】次に、本発明を一層明らかにするために、実
施例を以下に説明する。実施例は、高清浄度を要求され
る軸受鋼の製造システムに関するものである。このシス
テムは、図１に示す様に、真空槽１の上昇管３の所定位
置ＸからＡｒガスを吹き込み、ガスリフトポンプの原理
に基づいて下降管５との間で溶鋼ＳＴを還流させつつ真
空と接触させることで真空精錬を実行するＲＨ還流炉７
を用いた清浄鋼精錬システムであり、以下の特徴を有し
ている。

【００１３】溶鋼収納槽９には、溶鋼の一部をサンプル
として取り出すための樋１１が配設されている。そし
て、この樋１１を介して取り出したサンプル溶鋼１３
は、直ちに真空固化装置１５内へセットできるように搬
送路１７が設けられている。この搬送路も真空又はＡｒ
雰囲気等の非酸化雰囲気に設定されている。真空固化装
置１５内へセットされたサンプル溶鋼１３は、そのまま
所定時間置かれることで固化する。この間、サンプル溶
鋼１３中に存在しているＡｌ₂ Ｏ₃ 等の非金属介在物は
比重の関係によって溶鋼表面へ浮き上がってくる。な
お、真空中であるから、サンプル溶鋼１３内にさらに酸
素が取り込まれることはなく、新たな非金属介在物の生
成は生じない。従って、真空固化の完了した状態で表面
に存在する非金属介在物の量を調べれば、このサンプル
溶鋼１３の清浄度を評価することができる。

【００１４】かかる清浄度の評価は、以下の装置構成に
よってなされる。真空固化装置１５からはさらに、ＣＣ
Ｄカメラ１９の撮像範囲内へ固化したサンプル（撮像試
料）２１を搬送する搬送路２３が設けられている。従っ
て、樋１１を介して取り出されたサンプル溶鋼１３は、
真空中で固化された後の表面の状態をＣＣＤカメラ１９
にて撮像され、以後画像データとして処理することがで
きるようになる。

【００１５】このＣＣＤカメラ１９の撮像した画像は、
画像処理演算装置２５に入力される。この画像処理演算
装置２５は、いわゆるコンピュータであって、入力され
た画像中の介在物に該当する部分を暗部として捉えると
共に、当該暗部の個数と大きさとに基づいて所定の演算
を実行し、サンプルの清浄度を算出する。暗部の個数が
多いほど、また暗部が大きいほどあるいは長いほど清浄
度は低いことになる。

【００１６】この画像処理演算装置２５には、外部記憶
装置２７が接続され、精錬中の軸受鋼の清浄度に関する
目標値や、清浄度の程度に応じたその後の処理内容等の
情報を入力可能に構成されている。画像処理演算装置２
５は、ＣＣＤカメラ１９から入力される画像情報に基づ
いて演算した清浄度評価値を、この外部記憶装置２７か
ら入力される各種判定条件等と比較することにより、清
浄度の達成具合いやその後実行すべき精錬処理内容を演
算により決定する。

【００１７】こうして画像処理演算装置２５にて演算処
理されて決定された結果は、ＲＨ炉運転制御装置２９に
フィードバックされる。ＲＨ炉運転制御装置２９も、い
わゆるコンピュータであって、ＲＨ還流炉７の運転制
御，樋１１からのサンプルの取出タイミング及び真空固
化装置１５への搬送，真空固化装置１５における真空固
化，真空固化後のＣＣＤカメラ１９による撮像等といっ
た各種処理をコントロールする中央演算制御装置であ
る。なお、構成を分かりやすくするため、画像処理演算
装置２５とＲＨ炉運転制御装置２９とを分けて記載した
が、これらは一つのコンピュータで構成されてもよいこ
とはいうまでもない。

【００１８】次に、本実施例のシステムにおける精錬中
の制御処理について図２のフローチャートに基づいて説
明する。精錬が開始されて所定のサンプリング時期に達
すると、樋１１からサンプル溶鋼１３を取り出し、これ
を直ちに真空固化装置１５内に搬送しセットする（Ｓ１
〜Ｓ３）。こうしてサンプル溶鋼１３のセットが完了す
ると、固化に必要な所定時間の経過を待って固化完了と
判断し、固化した撮像試料２１を真空固化装置１５から
取り出してＣＣＤカメラ１９による撮像範囲内へ搬送す
る（Ｓ４，Ｓ５）。

【００１９】続いて、ＣＣＤカメラ１９にて撮像試料２
１の表面の画像を撮像し、画像処理演算装置２５内へ読
み込む（Ｓ６）。画像処理演算装置２５では、この画像
データに基づいて、前述の様に非金属介在物の個数及び
その大きさに基づいて、清浄度評価値を演算する（Ｓ
７）。そして、外部記憶装置２７から入力される判定条
件と比較してサンプルが清浄度を満足しているか否かを
判断する（Ｓ８）。

【００２０】清浄度を満足している場合には、精錬完了
のための処理を実行し、溶鋼を出鋼する（Ｓ９）。一
方、清浄度を満足していない場合には、さらに清浄度の
程度とそれに対するこの後の精錬処理条件、例えば触媒
を添加するか否かや還流用のＡｒガスの量をいくらにす
べきか等の精錬処理条件を決定すると共に、現在の精錬
条件と比較してこのままの状態で精錬を続行したのでは
不十分であるという場合には精錬条件の変更を行う（Ｓ
１０，Ｓ１１）。そして、清浄度を満足するまでサンプ
リング・評価を実行しつつ精錬を続行する（Ｓ１２）。

【００２１】以上説明した様に、本実施例のシステムに
よれば、精錬途中の溶鋼の一部をサンプリングしている
から、従来のように製品からサンプル切り出しを行い、
これを真空溶解した上で固化させる手法と比べて、簡便
で、しかも鋼材が製品として出来上がる前の状態で溶鋼
の清浄度を評価することができる。この様なオンライン
評価が可能になったことにより、精錬中に直ちに清浄度
の評価結果をフィードバックすることができるのであ
り、この結果、満足のいく清浄度の鋼だけを製品として
出すことができるようになるのである。従って、清浄度
不足から出来上がった鋼材を廃棄するといったことがな
くなる。

【００２２】また、サンプリング・評価を行いつつ清浄
度を向上させていく精錬方法を採用したから、清浄度不
足をなくすだけでなく、清浄度の過剰をも抑えることが
できる。従って、必要な清浄度の鋼材を効率よく製造す
ることができる。以上本発明の実施例を説明したが、本
発明は上述した実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲内で種々なる態様にて実現するこ
とができることはいうまでもない。

【００２３】例えば、清浄度の評価方法は、上述の実施
例の手法に限定されるものではなく、種々の画像処理手
法を用いることができる。また、画像処理に限らず、目
視観察によって評価をする構成を介在させても構わな
い。重要なのは、溶解中の溶鋼を一部取り出して非酸化
雰囲気で固化させ、元の溶鋼の固化を行う前に清浄度を
評価するという点にあるからである。

【００２４】また、軸受鋼の様な高清浄度を要求される
鋼材に限らず、普通鋼の精錬において清浄度を評価する
方法として採用することもできる。この場合もオンライ
ンで評価することによって、清浄度の不足の場合には溶
鋼を固化する前に適切な処置をすることができ、本発明
の目的を達成することができるからである。

【００２５】さらに、真空固化装置については、特別に
これを設けなくても、サンプリングからサンプルの固化
までを真空炉の内部で実施する構成としておいてもよ
い。加えて、ＲＨ法を用いた真空精錬に限らず、ＤＨ法
による真空精錬や、その他大気中での精錬においても、
本発明を適用したシステム構成が可能なことはいうまで
もない。

【００２６】また、溶鋼のサンプリングについても、溶
鋼収納槽から樋を介して取り出す構成に限らず、細管を
介して取り出す構成や、非接触コイル方式で取り出す構
成としてもよい。少量だけ溶鋼を取り出すことができれ
ば、どの様な手法を用いても構わないのである。

【００２７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明の鋼の清浄度
のオンライン評価方法によれば、従来の様に再溶解する
ことなく、溶解状態の溶鋼自体の清浄度として精錬工程
等におけるオンラインでの清浄度評価を行うことがで
き、評価結果に応じてさらに精錬を続行させるなど評価
結果のフィードバックが可能である。

【００２８】また、本発明の鋼材精錬方法によれば、か
かるフィードバックを実行しつつ鋼の精錬を行うから、
満足のいく清浄度の鋼材に仕上げることができ、不適格
な鋼材が製造されるという無駄をなくすることができ
る。さらに、本発明の鋼材精錬装置によれば、満足でき
る清浄度に達した場合にだけ精錬完了となるから、不適
格な鋼材を製品として出してしまうことがなく、清浄度
が十分でない場合は目標値まで清浄度を高めていくこと
ができる。このように構成することで、目標とする清浄
度に対して過不足のない精錬を行うことができ、過剰に
精錬を続行することもなく、最適な清浄度の鋼材を効率
よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の清浄鋼精錬システムを示す概略構成
図である。

【図２】 実施例における清浄度評価に関する処理内容
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１・・・真空槽、３・・・上昇管、５・・・下降管、７
・・・ＲＨ還流炉、９・・・溶鋼収納槽、１１・・・
樋、１３・・・サンプル溶鋼、１５・・・真空固化装
置、１７・・・搬送路、１９・・・ＣＣＤカメラ、２１
・・・撮像試料、２３・・・搬送路、２５・・・画像処
理演算装置、２７・・・外部記憶装置、２９・・・ＲＨ
炉運転制御装置、ＳＴ・・・溶鋼、Ｘ・・・Ａｒガス吹
き込み位置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶解状態にある鋼の一部をサンプルとし
   て取り出し、元の鋼は溶解状態に保持したままで、前記
   サンプルのみを非酸化雰囲気中にて固化させ、該固化し
   たサンプルの表面状態を観察し、サンプルの表面に浮き
   上がった介在物の量に基づいて前記溶解状態にある鋼の
   清浄度を評価する鋼の清浄度のオンライン評価方法。
2. 【請求項２】 精錬を完了する前に溶鋼の一部をサンプ
   ルとして取り出し、該サンプルを非酸化雰囲気中にて固
   化させ、該固化したサンプルの表面状態を観察し、サン
   プルの表面に浮き上がった介在物の量に基づいて精錬中
   の鋼の清浄度を評価すると共に、精錬目標としての清浄
   度との関係から該評価結果をフィードバックしつつ精錬
   を続行する鋼材精錬方法。
3. 【請求項３】 鋼を精錬するための精錬炉と、 精錬を完了する前に前記精錬炉から溶鋼の一部をサンプ
   ルとして取り出すサンプリング手段と、 該取り出した溶鋼を非酸化雰囲気中にて固化させるサン
   プル固化手段と、 該固化したサンプルの表面の画像を検出する表面画像検
   出手段と、 該検出された表面画像と、目標値としての介在物の量に
   関する条件とを比較する比較手段と、 該比較の結果に基づいて、前記精錬炉をフィードバック
   制御するフィードバック制御手段と、 前記比較結果に基づいて、精錬を完了してよいか否かを
   判断する判断手段と、 該判断手段の判断結果に基づいて精錬を完了する完了手
   段とを備える鋼材精錬装置。