(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋中の溶湯の温度及び複数種類の成分の濃度を夫々所定の目標温度及び所定の目標成分濃度にするために前記溶湯に投入すべき複数の添加材及びその夫々の投入量を求め、これらを前記溶湯に投入してその成分濃度及び温度を調整する溶湯成分濃度・溶湯温度調整方法であって、
溶湯の温度，複数種類の成分の濃度及び溶湯重量を測定し、
測定した各成分濃度及び溶湯重量並びに各目標成分濃度，予め設定した各添加材の組成及び求めるべき各添加材の投入量から定式化した各成分の需給関係を表す式と、測定した溶湯の温度並びに前記目標温度，予め設定した各添加材の温度特性及び求めるべき各添加材の投入量から定式化した添加材投入による熱損失と温度変化の許容量との関係を表す式と、各添加材の最大投入量及び最小投入量による制約を表す式と、各添加材の最大投入量の制限を表す式とを制約条件とし、添加材を投入した後の溶湯の温度を前記目標温度に近付けることを目的とする目的関数による数理計画法に基づき、投入すべき添加材及びその投入量を求め、
これを前記溶湯に投入してその成分濃度及び温度を調整することを特徴とする溶湯成分濃度・溶湯温度調整方法。
【請求項２】
取鍋中の溶湯の温度及び複数種類の成分の濃度を夫々所定の目標温度及び所定の目標成分濃度にするために前記溶湯に投入すべき複数の添加材及びその夫々の投入量を求め、これらを前記溶湯に投入してその成分濃度及び温度を調整する溶湯成分濃度・溶湯温度調整装置であって、
溶湯の温度，複数種類の成分の濃度及び溶湯重量を測定する手段と、
測定した各成分濃度及び溶湯重量並びに各目標成分濃度，予め設定した各添加材の組成及び求めるべき各添加材の投入量から定式化した各成分の需給関係を表す式と、測定した溶湯の温度並びに前記目標温度，予め設定した各添加材の温度特性及び求めるべき各添加材の投入量から定式化した添加材投入による熱損失と温度変化の許容量との関係を表す式と、各添加材の最大投入量及び最小投入量による制約を表す式と、各添加材の最大投入量の制限を表す式とを制約条件とし、添加材を投入した後の溶湯の温度を前記目標温度に近付けることを目的とする目的関数による数理計画法に基づき、投入すべき添加材及びその投入量を求める手段と、
これを前記溶湯に投入してその成分濃度及び温度を調整する手段と
を備えることを特徴とする溶湯成分濃度・溶湯温度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属精錬プラントにおいて溶湯に添加材を投入してその成分濃度及び温度を所定の目標成分濃度及び所定の目標温度に調整する溶湯成分濃度・溶湯温度調整方法及びその実施に使用する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属精錬プラントにおいて、転炉から取鍋に汲み出した溶湯に、その成分濃度を調節するための合金鉄等の添加材を投入する工程がある。溶湯に投入するための添加材は複数種類存在し、それらの組成は互いに異なる。また、添加材は複数組み合わせて投入しても構わない。しかし、添加材に費やされるコストは可及的に低い方が良い。このような添加材を投入する工程において、添加材に費やされるコストが可及的に低くなるように添加材を選択しその投入量を決定する鍋中溶鋼成分調整法が提案されている（特公昭57−14732 号公報）。
【０００３】
前述の方法は、取鍋内の溶鋼に含まれる炭素Ｃ，硅素Ｓｉ及びマンガンＭｎの成分濃度の測定値及びオペレータによる成分濃度の補正値の入力を受け付け、入力された値，各添加材の組成及びその単価に基づいて、目標成分濃度を満たすような添加材の組み合わせ及びその投入量を決定し、決定した添加材を取鍋に投入することにより溶鋼の成分濃度を調整する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、取鍋に汲み出した溶鋼の温度は所定温度以上に、しかも前記所定温度（以下、鍋中目標温度という）付近に保持する必要がある。それに対して、溶鋼の温度は添加材を投入することにより変化するという問題がある。
ところが前述の鍋中溶鋼成分調整法においては、添加材の投入による温度の変化を考慮していないために、添加材の投入により溶鋼の温度が保持すべき鍋中目標温度を下回る可能性があった。
また、炭素Ｃ，硅素Ｓｉ及びマンガンＭｎ以外の成分を調整対象とする場合の適用方法は不明であった。さらに、添加材の投入量に限界があることを考慮しておらず、そのために実施不可能な投入量を指示する可能性があった。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであって、添加材の投入により溶湯の温度が鍋中目標温度を下回ることがなく、また調整対象成分の限定を解除し、さらに添加材の投入量を実施可能な範囲内で指示することができる溶湯成分濃度・溶湯温度調整方法及びその実施に使用する装置の提案を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る溶湯成分濃度・溶湯温度調整方法は、取鍋中の溶湯の温度及び複数種類の成分の濃度を夫々所定の目標温度及び所定の目標成分濃度にするために前記溶湯に投入すべき複数の添加材及びその夫々の投入量を求め、これらを前記溶湯に投入してその成分濃度及び温度を調整する溶湯成分濃度・溶湯温度調整方法であって、溶湯の温度，複数種類の成分の濃度及び溶湯重量を測定し、測定した各成分濃度及び溶湯重量並びに各目標成分濃度，予め設定した各添加材の組成及び求めるべき各添加材の投入量から定式化した各成分の需給関係を表す式と、測定した溶湯の温度並びに前記目標温度，予め設定した各添加材の温度特性及び求めるべき各添加材の投入量から定式化した添加材投入による熱損失と温度変化の許容量との関係を表す式と、各添加材の最大投入量及び最小投入量による制約を表す式と、各添加材の最大投入量の制限を表す式とを制約条件とし、添加材を投入した後の溶湯の温度を前記目標温度に近付けることを目的とする目的関数による数理計画法に基づき、投入すべき添加材及びその投入量を求め、これを前記溶湯に投入してその成分濃度及び温度を調整することを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係る溶湯成分濃度・溶湯温度調整装置は、取鍋中の溶湯の温度及び複数種類の成分の濃度を夫々所定の目標温度及び所定の目標成分濃度にするために前記溶湯に投入すべき複数の添加材及びその夫々の投入量を求め、これらを前記溶湯に投入してその成分濃度及び温度を調整する溶湯成分濃度・溶湯温度調整装置であって、溶湯の温度，複数種類の成分の濃度及び溶湯重量を測定する手段と、測定した各成分濃度及び溶湯重量並びに各目標成分濃度，予め設定した各添加材の組成及び求めるべき各添加材の投入量から定式化した各成分の需給関係を表す式と、測定した溶湯の温度並びに前記目標温度，予め設定した各添加材の温度特性及び求めるべき各添加材の投入量から定式化した添加材投入による熱損失と温度変化の許容量との関係を表す式と、各添加材の最大投入量及び最小投入量による制約を表す式と、各添加材の最大投入量の制限を表す式とを制約条件とし、添加材を投入した後の溶湯の温度を前記目標温度に近付けることを目的とする目的関数による数理計画法に基づき、投入すべき添加材及びその投入量を求める手段と、これを前記溶湯に投入してその成分濃度及び温度を調整する手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
数理計画法は、与えられた制約条件のもとで、ある目的関数を最小 (又は最大) にする解を求める公知の解法である。式１に数理計画法の一般式を表す。
【０００９】
【数１】
0003640122.tif 000002
【００１０】
ここでＸは基礎となる空間であって、Ｓはその領域である。ｘ∈Ｓを満たす解ｘを可能解という。領域Ｓを定義する制約条件はいくつかの不等式または等式で与えられる。
【００１１】
目的関数は解の良さを数量的に評価するものである。ある可能解ｘが他の任意の可能解ｙに対して f (ｘ) ≦ f (ｙ)  (最小化の場合) が成立するとき、このｘを最適解という。また、可能解ｘを含むある解集合Ｈが存在して、任意のｙ∈Ｓ∩Ｈに対して f (ｘ) ≦ f (ｙ) が成立するとき、このｘを局所最適解 (または単に局所解) という。前記最適解 (実質的には局所最適解) が求めるべき解である。
【００１２】
本発明は前述のような数理計画法に基づいて、投入すべき添加材の成分重量及び温度変化の許容量並びに添加材の最大投入量及び最小投入量から制約条件を設定し、添加材を投入することにより溶湯の温度を鍋中目標温度へ近付けることを目的とする目的関数を設定し、投入すべき添加材の組み合わせ及びその投入量を求める。
以下に示す式２は、各成分の需給関係による制約条件を表す式である。
【００１３】
【数２】
0003640122.tif 000003
【００１４】
式２において成分濃度上昇狙いＸi は成分ｉの目標成分濃度と測定成分濃度との差を表す。式２の各左辺は投入する添加材に含まれる成分ｉの総重量を表し、対応する各右辺は成分ｉの投入すべき重量を表す。即ち、式２は取鍋に投入する添加材に含まれる成分ｉの総重量と成分ｉの投入すべき重量とを等しくすることを示す。
【００１５】
以下に示す式３は、添加材投入による熱損失と温度変化の許容量との関係による制約条件を表す式である。
【００１６】
【数３】
0003640122.tif 000004
【００１７】
式３の左辺は添加材を投入することによる温度の総変化量を表し、右辺は鍋中目標温度と添加材投入前の溶湯の温度との温度差を表す。即ち、式３は添加材を投入した時の温度変化により、溶湯の温度が鍋中目標温度を下回らないようにすることを示す。
【００１８】
以下に示す式４は、添加材の最大投入量及び最小投入量による制約条件を表す式である。
【００１９】
【数４】
0003640122.tif 000005
【００２０】
最大投入量ｇj,l には、添加材ｊの準備してある分量を設定する。また最小投入量ｇj,u には基本的に０を設定するが、在庫管理等の目的で優先的に使用したい添加材がある場合、その添加材の最小投入量ｇj,u に０より大きい値を設定する。
【００２１】
以下に示す式５は添加材の最大投入量の制限、具体的には添加材の在庫分量の有無又は添加材を投入する装置の補修作業等に起因する添加材の投入制限に係る制約条件を表す式である。
【００２２】
【数５】
0003640122.tif 000006
【００２３】
式５において変数ｙj は、添加材ｊを組み合わせの候補とするか否かを夫々１または０により表す。また、変数ｎは組み合わせる添加材の種類の数を表す。即ち、式５による制約条件を設けることにより、組み合わせの候補とする添加材及びその組み合わせに含まれる添加材の種類の数を詳細に指定することができる。
【００２４】
以下に示す式６は、投入する添加材に費やされるコストを削減すること及び前記添加材を投入することにより溶湯の温度を鍋中目標温度へ近付けることを目的とする目標関数を表す式である。
【００２５】
【数６】
0003640122.tif 000007
【００２６】
式６における耐火物溶損コスト係数ｈは、単位温度差当たりの取鍋の溶損コストを表す。即ち、式６は添加材の総コスト及び取鍋の溶損コストが可及的に小さくなるような添加材の組み合わせ及びその投入量を決定することを示す。
以上の式２から式５までに示した制約条件の下で式６に示した目的関数の評価がより良くなる、即ち関数の値がより小さくなるような添加材の組み合わせを決定し、これを取鍋に投入してその成分濃度を調節する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の実施に使用する溶湯成分濃度・溶湯温度調整装置の構成を示すブロック図である。図において102 は本発明に係る全ての演算処理を行う演算装置である。演算装置102 は、所要の設定値を入力するためのキーボードを用いてなる入力装置101 と接続してある。また演算装置102 は、取鍋内の溶湯の温度，その複数種類の成分の濃度及び溶湯重量を測定する測定装置103 と接続しており、その測定値を与えられる。さらに演算装置102 は、溶湯の成分濃度及びその温度を調節すべく添加材を投入するための投入装置104 と接続しており、投入装置104 へ決定した投入すべき添加材の組み合わせ及びその投入量の情報に基づき添加材を投入させる指令を与える。
【００２８】
図１は演算装置102 における溶湯成分濃度・溶湯温度調整処理の処理手順を示すフローチャートである。まず、目標成分濃度及び鍋中目標温度（Ｔaim ）並びに組み合わせるべき各添加材の組成（含有率Ｓi,j ），その温度特性（温度変化量Δｔj ）及びその単価（Ｈj ）の入力を受け付ける(S1)。また、測定装置103 により測定された取鍋内の溶湯の温度（Ｔ），各成分濃度及び溶湯重量（Ｗ）の入力を受け付ける(S2)。受け付けた入力値及び測定値に基づき各定数の値を設定する(S3)。値を設定した各定数に基づいて制約条件及び目標関数を設定し、数理計画法により投入すべき添加材の組み合わせ及びその投入量を演算する(S4)。そして、この演算結果に従い、添加材を所定分量だけ分取し、取鍋に投入させるべく投入装置104 に指令する(S5,S6) 。
【００２９】
図３及び図４はＳ４における添加材の組み合わせ及びその投入量を決定する処理手順を示すフローチャートである。まず数理計画法による求解のために必要な設定値、具体的には制約条件の緩和に係る所定の許容濃度差及びその緩和の程度を表す所定の緩和係数ｎの入力を受け付ける(S41) 。受け付けた設定値及びＳ３において設定した各定数に基づいて目標関数を設定し(S42) 、また制約条件を設定する(S43) 。次にシンプレックス法に基づき最適解を探索し(S44) 、最適解が存在するか否かを判別する(S45) 。最適解が存在しないと判別したとき、成分濃度上昇狙いＸi が最も小さい成分ｉを、制約条件を緩和する対象として選択する(S46) 。そして、選択した成分濃度上昇狙いＸi に所定の許容値、即ち目標成分濃度に前記許容濃度差を加えた和を緩和係数ｎで割った値を上乗せする(S47) 。これによって式２に表される制約条件が緩和される。以下、処理をＳ43に戻して以降の手順を繰り返す。
【００３０】
Ｓ45において最適解が存在すると判別したとき、その最適解が整数条件をみたすか否かを判別する(S48) 。整数条件をみたすと判別したとき、その最適解を求めるべき解として、添加材及び投入量を決定する(S56) 。整数条件をみたさないと判別したとき、分枝限定法に基づいて与えられた問題を部分問題に分解する(S49) 。分解した部分問題を一つ選択し(S50) 、再度シンプレックス法に基づき最適解を探索し(S51) 、最適解が存在するか否かを判別する(S52) 。最適解が存在すると判別したとき、その最適解が整数条件をみたすか否かを判別し(S54) 、整数条件をみたすと判別したとき、その最適解を求めるべき解として、添加材及び投入量を決定する(S56) 。Ｓ54において整数条件をみたさないと判別したとき、整数条件をみたす最適解が得られるように分枝状態の再設定、即ち前述の部分問題を分解して新たな部分問題を設定し(S55) 、処理をＳ50に戻して、以降の手順を繰り返す。またＳ52において最適解が存在しないと判別したとき、探索深さの再設定、即ち先程の部分問題を以降の考慮から除外して(S53) 、処理をＳ50に戻して、以降の手順を繰り返す。
【００３１】
以上の如き処理手順に従って演算することにより、式２から式５までに示した制約条件の下で式６に示した目的関数を満たすような、即ち投入する添加材に費やされるコストが可及的に低く、しかも前記添加材を投入した後の溶湯の温度を鍋中目標温度に可及的に近付けるような添加材の組み合わせが決定される。
【００３２】
【発明の効果】
以上の如き第１発明の溶湯成分濃度・溶湯温度調整方法及び第２発明の溶湯成分濃度・溶湯温度調整装置によっては、溶湯の成分濃度を目標成分濃度に調整するために投入する添加材の組み合わせを、各成分の需給関係を表す式，添加材投入による熱損失と温度変化の許容量との関係を表す式、添加材の最大投入量，最小投入量による制約を表す式、及び各添加材の最大投入量の制限を表す式を制約条件とし、添加材を投入することにより溶湯の温度を鍋中目標温度に近付けることを目的とする目的関数に基づく数理計画法により求めることから、それを投入した溶湯の温度を鍋中目標温度以上に保つような添加材の組み合わせを求めることができる。
【００３３】
また、前記制約条件において溶湯に含まれる全ての成分を調整対象成分とし、しかも投入量の上限及び下限を詳しく指定することにより、操業状態の実情に合った投入量を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】演算装置における溶湯成分濃度・溶湯温度調整処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る溶湯成分濃度・溶湯温度調整装置の構成を示すブロック図である。
【図３】添加材の組み合わせ及びその投入量を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【図４】添加材の組み合わせ及びその投入量を決定する処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０１  入力装置
１０２  演算装置
１０３  測定装置
１０４  投入装置
【図１】
0003640122.tif 000008
【図２】
0003640122.tif 000009
【図３】
0003640122.tif 000010
【図４】
0003640122.tif 000011