(57)【要約】【課題】脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を精度高く推定すること。【解決手段】転炉を用いた溶銑予備処理において、脱りん処理前の溶銑に関する溶銑データ、並びに脱りん処理時に上記転炉から排出された排ガス成分および排ガス流量を含む排ガスデータを取得するデータ取得ステップと、上記排ガスデータに基づいて算出される脱りん処理時の脱炭量を、上記脱りん処理時の操業要因に基づいて算出される補正値を用いて補正し、補正された脱炭量と上記溶銑データとに基づいて脱りん処理後の炭素濃度を推定する炭素濃度推定ステップと、を含む溶銑予備処理方法が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉を用いた溶銑予備処理において、
脱りん処理前の溶銑に関する溶銑データ、並びに脱りん処理時に前記転炉から排出された排ガス成分および排ガス流量を含む排ガスデータを取得するデータ取得ステップと、
前記排ガスデータに基づいて算出される脱りん処理時の脱炭量を、前記脱りん処理時の操業要因に基づいて算出される補正値を用いて補正し、補正された脱炭量と前記溶銑データとに基づいて脱りん処理後の炭素濃度を推定する炭素濃度推定ステップと、
を含む溶銑予備処理方法。
【請求項２】
前記炭素濃度推定ステップにおいて、前記補正値は、前記操業要因を説明変数とする回帰式により算出される、請求項１に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項３】
前記脱りん処理時の操業要因は、前記脱りん処理時におけるスラグの滓化状況を示す操業要因を含む、請求項１または２に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項４】
前記スラグの滓化状況を示す操業要因は、前記転炉内の音響情報に関する操業要因を含む、請求項３に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項５】
前記データ取得ステップにおいて、前記脱りん処理後の目標炭素濃度、および前記脱りん処理後に行われる脱炭処理における前記転炉内への吹込み酸素量をさらに取得し、
推定された前記脱りん処理後の炭素濃度および前記脱りん処理後の目標炭素濃度の比較結果に基づいて、前記吹込み酸素量を修正する酸素量修正ステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項６】
転炉を用いた溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置において、
脱りん処理前の溶銑に関する溶銑データ、並びに脱りん処理時に前記転炉から排出された排ガス成分および排ガス流量を含む排ガスデータを取得するデータ取得部と、
前記排ガスデータに基づいて算出される脱りん処理時の脱炭量を、前記脱りん処理時の操業要因に基づいて算出される補正値を用いて補正し、補正された脱炭量と前記溶銑データとに基づいて脱りん処理後の炭素濃度を推定する炭素濃度推定部と、
を備える、溶銑予備処理制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉を用いた溶銑予備処理において、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定する溶銑予備処理方法及び溶銑予備処理制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼プロセスにおける転炉吹錬では、吹止め時（脱炭処理終了時）の溶鋼成分濃度（例えば炭素濃度等）や溶鋼温度を目標値に的中させるために、スタティック制御とサブランス測定に基づいたダイナミック制御とを組み合わせた吹錬制御が行われている。スタティック制御では、吹錬を開始する前において、溶銑中の成分濃度等の溶銑データに基づいて、物質収支や熱収支に基づいた数式モデル等を用いて、吹止め時の溶鋼成分濃度及び溶鋼温度を目標値に的中させるために必要な吹込み酸素量や各種副原料の投入量を決定しておき、これに従って吹錬が行われる。一方、ダイナミック制御では、吹錬中において、サブランスを用いて実際に溶鋼成分濃度や溶鋼温度を測定し、これらの測定値に基づいて、物質収支や熱収支に基づいた数式モデル等を用いて、スタティック制御で決定しておいた吹込み酸素量や各種副原料の投入量を更新し、更新したこれらの値を用いて吹錬が行われる。【０００３】
近年、転炉吹錬において溶銑予備処理と脱炭処理とを同一の転炉において一貫して行うことが可能なＭＵＲＣ（MUlti  Refining  Converter：多機能転炉法）と呼ばれる技術の開発が進められている。ＭＵＲＣでは、吹錬における溶銑予備処理の一つである脱りん処理と、吹錬における脱炭処理とを連続的に行うことができる。これにより、製鋼プロセスにおいて他の転炉に溶銑を移し替えることにより生じ得る熱損失が少なくなる。したがって、大量のスクラップを吹錬に使用することができるので、製鋼プロセスにおける生産効率を顕著に向上させることが可能となる。【０００４】
スクラップが大量に転炉に装入された場合、脱りん処理が終了した後において、溶銑に未溶解のまま存在することがある。このような未溶解スクラップが存在する場合、転炉内の溶銑について上述したサブランス測定を行うことが困難となる。これは、サブランスが未溶解スクラップに衝突することによりサブランスが破損し、重大な事故を引き起こす可能性があるからである。そのため、脱りん終了後に脱炭処理を開始する場合において、脱炭処理開始時の溶銑中の炭素濃度を、サブランスを用いて測定することは困難である。したがって、脱りん処理と脱炭処理を同一の転炉により連続的に行う場合、脱炭処理開始時ではなく、脱りん処理開始時の溶銑中の炭素濃度の実績値に基づいて、スタティック制御により吹込み酸素量や各種副原料の投入量を決定することが要求される。【０００５】
しかし、脱りん処理の進行状況によっては、溶銑中の炭素濃度が、当初の想定よりも大きく減少したり、またはあまり減少しない場合が存在する。この場合、脱炭処理後の溶鋼中の炭素濃度が、目標の炭素濃度から大きく乖離する可能性がある。したがって、目標の炭素濃度を有する溶鋼を確実に得るためには、脱りん処理前ではなく、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度に基づいてスタティック制御を行う必要がある。脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を直接的に測定することは困難であるため、脱りん処理後における溶銑中の炭素濃度を理論的に推定するための技術が要求される。【０００６】
転炉吹錬における炭素濃度を推定するための技術として、様々な技術がこれまでに開発されている。例えば、下記特許文献１には、脱炭処理において転炉から排出される排ガスデータを用いて脱炭酸素効率に関するパラメータを算出し、当該パラメータを用いて脱炭処理が行われている溶鋼中の炭素濃度を推定する技術が開示されている。この技術では、脱炭処理において、吹き込まれた酸素と溶鋼中の炭素がほぼ１対１の割合（ここで、１対１の割合とは、モル比における１対１との意味である）で反応する脱炭最盛期の段階において脱炭酸素効率が一定となる挙動と、溶鋼中の炭素濃度が臨界値を下回った段階において脱炭酸素効率が低下する挙動とを組み合わせたモデルが用いられている。これにより、脱炭処理の推移を反映した炭素濃度の推定が可能となるので、溶鋼中の炭素濃度および溶鋼温度の推定精度が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１１７０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術により推定される溶鋼中の炭素濃度は、あくまで脱炭処理における溶銑中の炭素濃度を推定するものである。脱りん処理においては、脱炭処理とは転炉内に吹き込まれる酸素流量が異なる。具体的には、脱炭処理においては、溶鋼の脱炭のために酸素が上吹きランスから高速で吹き込まれるが、脱りん処理においては、脱りんを促進させるための酸化鉄スラグを効率よく生成するために、酸素が低速で吹き込まれる。転炉内に吹き込まれる酸素流量が異なると、転炉内で生じる酸化反応のメカニズムも異なる。したがって、上記特許文献１に開示されている炭素濃度の推定に係る技術をそのまま脱りん処理における溶銑中の炭素濃度の推定に適用させても、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を精度高く推定することは困難である。【０００９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を精度高く推定することが可能な、新規かつ改良された溶銑予備処理方法および溶銑予備処理制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、転炉を用いた溶銑予備処理において、脱りん処理前の溶銑に関する溶銑データ、並びに脱りん処理時に上記転炉から排出された排ガス成分および排ガス流量を含む排ガスデータを取得するデータ取得ステップと、上記排ガスデータに基づいて算出される脱りん処理時の脱炭量を、上記脱りん処理時の操業要因に基づいて算出される補正値を用いて補正し、補正された脱炭量と上記溶銑データとに基づいて脱りん処理後の炭素濃度を推定する炭素濃度推定ステップと、を含む溶銑予備処理方法が提供される。【００１１】
上記炭素濃度推定ステップにおいて、上記補正値は、上記操業要因を説明変数とする回帰式により算出されてもよい。【００１２】
上記脱りん処理時の操業要因は、上記脱りん処理時におけるスラグの滓化状況を示す操業要因を含んでもよい。【００１３】
上記スラグの滓化状況を示す操業要因は、上記転炉内の音響情報に関する操業要因を含んでもよい。【００１４】
上記データ取得ステップにおいて、上記脱りん処理後の目標炭素濃度、および上記脱りん処理後に行われる脱炭処理における上記転炉内への吹込み酸素量をさらに取得し、上記溶銑予備処理方法は、推定された上記脱りん処理後の炭素濃度および上記脱りん処理後の上記目標炭素濃度の比較結果に基づいて、上記吹込み酸素量を修正する酸素量修正ステップをさらに含んでもよい。【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、転炉を用いた溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置において、脱りん処理前の溶銑に関する溶銑データ、並びに脱りん処理時に上記転炉から排出された排ガス成分および排ガス流量を含む排ガスデータを取得するデータ取得部と、上記排ガスデータに基づいて算出される脱りん処理時の脱炭量を、上記脱りん処理時の操業要因に基づいて算出される補正値を用いて補正し、補正された脱炭量と上記溶銑データとに基づいて脱りん処理後の炭素濃度を推定する炭素濃度推定部と、を備える、溶銑予備処理制御装置が提供される。【００１６】
上記溶銑予備処理方法は、排ガスデータを用いて得られる脱炭量を脱りん処理時の操業要因を説明変数とする回帰式により表現される補正値により補正した補正脱炭量を用いて、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定する。これにより、脱りん処理後にサブランス測定を行わなくても脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を高精度で推定することができる。したがって、脱炭処理後に目標値の炭素濃度を有する溶鋼をより確実に得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を精度高く推定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る溶銑予備処理システムの構成例を示す図である。
【図２】同実施形態に係る溶銑予備処理システムによる溶銑予備処理方法のフローチャートを示す図である。
【図３】比較例における排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓの推定誤差を示す図である。
【図４】実施例１における排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓ＋補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定誤差を示す図である。
【図５】実施例２における排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓ＋補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定誤差を示す図である。
【図６】実施例１における炭素濃度ＣｄｅＰの推定誤差を示す図である。
【図７】実施例２における炭素濃度ＣｄｅＰの推定誤差を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
なお、脱炭処理時の転炉内には、その炭素濃度に応じて銑鉄又は鋼が存在し得るが、以下の説明では、説明が煩雑になることを避けるために、転炉内の溶銑又は溶鋼のことを、便宜的に、いずれも溶鋼と呼称することとする。また、脱りん処理時については溶銑という単語を用いる。また、本明細書において「脱りん処理後」は、特に区別しない限り「脱りん処理が終了した時点（脱りん処理終了時）」の意味で用いられる。つまり、「脱りん処理後」には、脱炭処理開始以降の時点は含まれない。
【００２１】
また、本発明の一実施形態に係る溶銑予備処理方法は、ＭＵＲＣによる脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定することを想定しているが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、本発明の一実施形態に係る溶銑予備処理方法は、ＳＲＰ（Simple  Refining  Process：シンプル・リファイニング・プロセス）等の他の転炉吹錬方式を用いた脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定することも可能である。すなわち、本発明の一実施形態に係る溶銑予備処理方法は、溶銑予備処理（特に脱りん処理）に用いられる転炉吹錬方式に関わらず、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定することが可能である。
【００２２】
＜１．システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る溶銑予備処理システム１の構成例を示す図である。図１を参照すると、本実施形態に係る溶銑予備処理システム１は、転炉吹錬設備１０、溶銑予備処理制御装置２０および計測制御装置３０を備える。
【００２３】
（転炉吹錬設備）
転炉吹錬設備１０は、転炉１１、煙道１２、上吹きランス１３、排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２を備える。また、転炉吹錬設備１０は、サウンドメータ１１１および集音マイクロフォン１１２をさらに備え得る。転炉吹錬設備１０は、例えば、計測制御装置３０より出力された制御信号に基づいて、上吹きランス１３による溶銑への酸素の供給の開始および停止、冷材の投入、並びに、転炉１１による溶銑およびスラグの排滓に関する処理を行う。なお、図示は省略するが、転炉吹錬設備１０には、溶銑の成分濃度および溶銑温度を測定するためのサブランス、上吹きランス１３に対して酸素を供給するための送酸装置、転炉１１に対して冷材を投入するための駆動系を有する冷材投入装置、並びに転炉１１に対して副原料を投入するための駆動系を有する副原料投入装置等、一般的な転炉による吹錬に用いられる各種装置が設けられ得る。
【００２４】
転炉１１の炉口からは吹錬に用いられる上吹きランス１３が挿入されており、送酸装置から送られた酸素１４が上吹きランス１３を通じて炉内の溶銑に供給される。また、溶銑の撹拌のために、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス等が底吹きガス１５として転炉１１の底部から導入され得る。転炉１１内には、高炉から出銑された溶銑、少量の鉄スクラップ、溶銑温度を調整するための冷材、および生石灰等のスラグ形成のための副原料が装入／投入される。なお、副原料が粉体である場合は、上吹きランス１３を通じて酸素１４とともに転炉１１内に供給されてもよい。
【００２５】
脱りん処理において、下記式（１）に示されるように、溶銑に含まれるりんが転炉内のスラグに含まれる酸化鉄、および酸化カルシウム含有物質を含む副原料と化学反応することにより（脱りん反応）りんがスラグに取り込まれる。つまり、吹錬によりスラグの酸化鉄の濃度を増加させることにより、脱りん反応を促進させることができる。なお、下記式（１）において、「［物質Ｘ］」は溶銑中の物質Ｘを示し、「（物質Ｙ）」はスラグ中の物質Ｙを示す。
【００２６】
【数１】
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【００２７】
また、溶銑中の炭素は上吹きランス１３から供給された酸素と酸化反応する（脱炭反応）。これにより、ＣＯまたはＣＯ２の排ガスが生成される。これらの排ガスは、転炉１１から煙道１２へ排出される。
【００２８】
このように、転炉吹錬では、吹込まれた酸素と、溶銑中の炭素、りん、または珪素等とが反応し、酸化物が生じる。ここで生じた酸化物は、排ガスとして排出されるか、またはスラグとして安定化する。吹錬における酸化反応によって炭素が除去されるとともに、りん等がスラグに取り込まれて除去されることにより、低炭素で不純物の少ない鋼が生成される。
【００２９】
また、転炉１１の炉口からは、上吹きランス１３に加えて、不図示のサブランスも炉内に挿入され得る。サブランスの先端が所定のタイミングで溶鋼（または溶銑）に浸漬されることにより、炭素濃度を含む溶鋼中の成分濃度、及び溶鋼温度等が測定される。このサブランスによる成分濃度および／または溶鋼温度等の測定のことを、サブランス測定と呼ぶ。サブランス測定の結果は、計測制御装置３０を介して溶銑予備処理制御装置２０に送信される。なお、本実施形態では、脱りん処理においては転炉１１内に未溶解スクラップが存在し得るためサブランス測定は行われないが、脱炭処理中の所定のタイミングでサブランス測定が実施され得る。
【００３０】
吹錬により発生した排ガスは、転炉１１外に設けられる煙道１２へと流れる。煙道１２には、排ガス成分分析計１０１、および排ガス流量計１０２が設けられる。排ガス成分分析計１０１は、排ガスに含まれる成分を分析する。排ガス成分分析計１０１は、例えば、排ガスに含まれるＣＯおよびＣＯ２の濃度を分析する。排ガス流量計１０２は、排ガスの流量を測定する。排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２は、所定のサンプリング周期（例えば５〜１０（ｓｅｃ）周期）で、逐次排ガスの分析および測定を行う。排ガス成分分析計１０１によって分析された排ガス成分に係るデータ、および排ガス流量計１０２によって測定された排ガス流量に係るデータ（以下、これらのデータを「排ガスデータ」と呼称する）は、計測制御装置３０を介して溶銑予備処理制御装置２０に、時系列データとして出力される。この排ガスデータは、逐次溶銑予備処理制御装置２０に出力されてもよいし、または、脱りん処理が終了した際に一括して溶銑予備処理制御装置２０に出力されてもよい。
【００３１】
また、転炉吹錬設備１０は、サウンドメータ１１１および集音マイクロフォン１１２を備え得る。集音マイクロフォン１１２は、転炉１１内から発生する音を取得し、当該音に関する信号をサウンドメータ１１１に出力する。サウンドメータ１１１は、取得した信号について信号処理を行い、処理結果を音響情報として生成する。ここで生成される音響情報は、計測制御装置３０を介して溶銑予備処理制御装置２０に出力される。この音響情報は、脱りん処理時における転炉１１内のスラグの滓化状況を反映する情報であり、脱りん処理時における操業要因のパラメータとして用いられ得る。なお、脱りん処理時における操業要因については、詳しくは後述する。
【００３２】
なお、転炉吹錬設備１０には、サウンドメータ１１１および集音マイクロフォン１１２の他にも脱りん処理時における転炉１１内のスラグの滓化状況を示す操業要因のパラメータを取得するための装置が設けられてもよい。例えば、転炉１１内にマイクロ波を照射して転炉１１のスラグレベルを計測することにより、スラグの滓化状況を把握することができる。当該スラグレベルを操業要因のパラメータとして取得する場合、転炉吹錬設備１０において、例えば、転炉１１内にマイクロ波を照射するためのマイクロ波照射装置、湯面に反射したマイクロ波を受信するためのアンテナ、および当該アンテナにより受信されたマイクロ波に基づいてスラグレベルを解析するスラグレベル測定装置が設けられてもよい。
【００３３】
（溶銑予備処理制御装置）
溶銑予備処理制御装置２０は、データ取得部２０１、炭素濃度推定部２０２、修正量算出部２０３、溶銑予備処理データベース２１、および入出力部２２を備える。溶銑予備処理制御装置２０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ストレージおよび通信装置等のハードウェア構成を備え、これらのハードウェア構成によって、データ取得部２０１、炭素濃度推定部２０２、修正量算出部２０３、および溶銑予備処理データベース２１の各機能が実現される。また、入出力部２２は、キーボード、マウス、またはタッチパネル等の入力装置、ディスプレイ、またはプリンタ等の出力装置、および通信装置により実現される。
【００３４】
なお、図１においては、溶銑予備処理制御装置２０の有する機能のうち、本発明において特徴的な機能のみを主に図示している。溶銑予備処理制御装置２０は、図示する機能以外にも、溶銑予備処理に係る制御を行う際に必要となる一般的な機能を有する。
【００３５】
例えば、溶銑予備処理制御装置２０は、転炉１１への酸素の吹込み、並びに冷材および副原料の投入等の溶銑予備処理に関するプロセス全体を制御する機能を有する。また、例えば、溶銑予備処理制御装置２０は、一般的なスタティック制御において行われている、吹錬開始前に所定の数式モデル等を用いて転炉１１への吹込み酸素量、冷材の投入量（以降、冷材量と呼称する）および副原料の投入量等を決定する機能等を有する。また、例えば、溶銑予備処理制御装置２０は、一般的なダイナミック制御において行われているサブランス測定について、その測定対象や測定タイミング等を制御する機能を有する。
【００３６】
図示しない各機能における具体的な処理（例えば、上述した、冷材および副原料投入の制御方法、スタティック制御において吹錬開始前に吹込み酸素量や各種冷材および副原料の投入量等を決定する方法、並びにサブランス測定の制御方法）としては、各種の公知の方法が適用され得るため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３７】
溶銑予備処理制御装置２０は、溶銑予備処理データベース２１に格納されている各種データ、および排ガスデータを入力値として、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定する。そして、溶銑予備処理制御装置２０は、推定した溶銑中の炭素濃度に基づいて、脱りん処理前にスタティック制御により決定した吹込み酸素量および冷材量の指示値を修正する。溶銑予備処理制御装置２０は、さらに、推定した溶銑中の炭素濃度、並びに修正した吹込み酸素量および冷材量の指示値を入出力部２２に出力する。また、入出力部２２に出力された各指示値は、転炉吹錬設備１０の動作を制御する計測制御装置３０に出力される。計測制御装置３０は、溶銑予備処理制御装置２０から取得した各指示値に応じた転炉１１内への送酸および冷材投入に関する制御を行う。
【００３８】
溶銑予備処理制御装置２０の各機能部が有する具体的な機能については後述する。
【００３９】
溶銑予備処理データベース２１は、溶銑予備処理制御装置２０において用いられる各種データを格納するデータベースであり、ストレージ等の記憶装置により実現される。溶銑予備処理データベース２１は、例えば、図１に示したように、溶銑データ２１１、パラメータ２１２、および目標データ２１３等を格納する。これらのデータは、不図示の入力装置や通信装置を介して追加、更新、変更、または削除されてもよい。溶銑予備処理データベース２１に記憶されている各種データは、データ取得部２０１により呼び出される。また、溶銑予備処理データベース２１は、炭素濃度推定部２０２による推定結果（例えば、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度）、または修正量算出部２０３による修正結果（例えば、吹込み酸素量の修正後の指示値）を格納してもよい。なお、本実施形態に係る溶銑予備処理データベース２１を有する記憶装置は、図１に示すように溶銑予備処理制御装置２０と一体となって構成されているが、他の実施形態においては、溶銑予備処理データベース２１を有する記憶装置は、溶銑予備処理制御装置２０とは分離された構成であってもよい。
【００４０】
溶銑データ２１１は、転炉１１内の溶銑に関する各種のデータである。例えば、溶銑データ２１１には、溶銑についての情報（チャージごとの初期の溶銑重量、溶銑成分（炭素、りん、珪素、鉄、マンガン等）の濃度、溶銑温度、溶銑率等）が含まれる。溶銑データ２１１には、その他にも、一般的に溶銑予備処理および脱炭処理において必要となる各種の情報（例えば、副原料および冷材の投入についての情報（副原料および冷材量についての情報）、サブランス測定についての情報（測定対象や測定タイミング等についての情報）、吹込み酸素量についての情報等）が含まれ得る。パラメータ２１２は、炭素濃度推定部２０２および修正量算出部２０３により用いられる各種のパラメータである。例えば、パラメータ２１２には、操業要因を説明変数とする回帰式におけるパラメータ、および修正量を算出するためのパラメータが含まれる。目標データ２１３には、脱りん処理後、脱炭処理後、およびサブランス測定時等における溶銑中（溶鋼中）の目標成分濃度および目標温度などのデータが含まれる。
【００４１】
入出力部２２は、例えば、炭素濃度推定部２０２による炭素濃度の推定結果、または修正量算出部２０３による吹込み酸素量の修正値等の修正結果を取得し、各種出力装置に出力する機能を有する。例えば、入出力部２２は、修正量算出部２０３から取得した吹込み酸素量の修正後の指示値を転炉吹錬設備１０に出力してもよい。これにより、吹込み酸素量の修正後の指示値を反映した吹錬が実行される。また、入出力部２２は、推定された溶銑中の炭素濃度、または吹込み酸素量の修正後の指示値をオペレータに表示させてもよい。この場合、さらに入出力部２２は、表示された情報を閲覧したオペレータの操作により入力される送酸または冷材投入等の指示に係る情報を転炉吹錬設備１０に出力してもよい。また、入出力部２２は、溶銑予備処理データベース２１に記憶された推定結果等を出力してもよい。
【００４２】
（計測制御装置）
計測制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージおよび通信装置等のハードウェア構成を備える。計測制御装置３０は、転炉吹錬設備１０の備える各装置と通信し、転炉吹錬設備１０の全体の動作を制御する機能を有する。例えば、計測制御装置３０は、溶銑予備処理制御装置２０からの指示に応じて、転炉１１への冷材および副原料の投入等を制御する。また、計測制御装置３０は、排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２等の転炉吹錬設備１０の各装置から得られたデータを取得して、溶銑予備処理制御装置２０に送信する。
【００４３】
＜２．溶銑予備処理制御装置による処理＞
以下、図１に示す溶銑予備処理制御装置２０の各機能について順に説明する。なお、以下の説明においては、特に説明がない限り、各成分の濃度の単位である（質量％）は、（％）と記載する。
【００４４】
（データ取得部）
データ取得部２０１は、溶銑予備処理データベース２１に記憶されている溶銑データ２１１、パラメータ２１２および目標データ２１３、並びに排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２から出力される排ガスデータを取得する。データ取得部２０１は、排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２が逐次計測するデータについて、脱りん処理中に逐次取得してもよいし、脱りん処理後に一括して取得してもよい。データ取得部２０１は、取得したデータを炭素濃度推定部２０２に出力する。
【００４５】
（炭素濃度推定部）
炭素濃度推定部２０２は、データ取得部２０１により取得された各種データに基づいて、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定する。以下、炭素濃度推定部２０２による炭素濃度の推定方法について説明する。
【００４６】
脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度は、脱りん処理の前後における溶銑中の炭素に関する物質収支により推定可能である。つまり、脱りん処理の前後における溶銑に含まれる炭素の質量の差が、脱りん処理により生じた排ガスに含まれる炭素の質量と一致する（つまり、物質収支が釣り合う）と考えられる。本発明者らは、このような炭素に関する物質収支モデルを用いて、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定することを検討した。
【００４７】
まず、脱りん処理により生じた排ガスに含まれる炭素の質量（脱炭量）を、排ガスデータに基づいて算出する。排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓ（ｔｏｎ）は下記式（２）のように示される。
【００４８】
【数２】
2017163902.tif 000004
【００４９】
ここで、排ガスデータから求められる単位時間当たりの脱炭量ｗｃ［ｉ］（ｇ／ｓｅｃ）は、下記式（３）によって算出される。
【００５０】
【数３】
2017163902.tif 000005
【００５１】
ここで、ＣＯ［ｉ＋Ｎ］（％）は排ガス中のＣＯ濃度、ＣＯ２［ｉ＋Ｎ］（％）は排ガス中のＣＯ２濃度、Ｖｏｆｆｇａｓ［ｉ］（Ｎｍ３／ｈｒ（ＮＴＰ））は総排ガス流量である。ＣＯ［ｉ］（％）及びＣＯ２［ｉ］（％）は、排ガス成分分析計１０１によって取得され得る。また、Ｖｏｆｆｇａｓ［ｉ］（Ｎｍ３／ｈｒ（ＮＴＰ））は、排ガス流量計１０２によって取得され得る。また、角括弧［］内のｉは、排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２によるサンプリング周期を表している。また、角括弧［］内のＮは、排ガス成分分析計１０１による分析遅れ（排ガスが排ガス成分分析計１０１の設置位置に至るまでの時間的な遅れ）に対応する。分析遅れＮの具体的な値は、煙道１２における排ガス成分分析計１０１の設置位置等に応じて、適宜決定されてよい。また、「ＮＴＰ」はNormal  Temperature  Pressureを意味する。Ｖｏｆｆｇａｓ［ｉ］に１０００を乗じた値を３６００で除しているのは、単位を（Ｌ／ｓｅｃ）に変換するためである。また、２２．４（Ｌ／ｍｏｌ）で除しているのは、モル数に換算するためである。また、１２は炭素の原子量である。
【００５２】
一方で、脱りん処理の前後における溶銑中の炭素濃度の成分測定実績に基づいた脱炭量（以降、成分変化に基づく脱炭量）ΔＣｃ（ｔｏｎ）は、下記式（４）のように示される。
【００５３】
【数４】
2017163902.tif 000006
【００５４】
ここで、ＣＨＭ（％）は脱りん処理前の溶銑中の炭素濃度、ＷＨＭ（ｔｏｎ）は脱りん処理前の溶銑の重量、ＣＳＣ（％）は脱りん処理前に転炉１１内に装入されたスクラップ中の炭素濃度、ＷＳＣ（ｔｏｎ）は脱りん処理前に転炉１１内に装入されたスクラップの重量、ＣＣＭ（％）は脱りん処理前の冷銑中の炭素濃度、ＷＣＭ（ｔｏｎ）は脱りん処理前の冷銑の重量、Ｃｓｕｂ，ｊ（％）は、脱りん処理前に転炉１１内に投入された副原料ｊ中の炭素濃度、Ｗｓｕｂ，ｊ（ｔｏｎ）は、脱りん処理前に転炉１１内に投入された副原料ｊの重量である。これらの実績量は、溶銑データ２１１に含まれる。
【００５５】
また、ＣｄｅＰ（％）は、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度である。
【００５６】
脱りん処理の前後における炭素に関する物質収支が釣り合う場合、排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓと成分変化に基づく脱炭量ΔＣＣとは等しくなり得る。つまり、排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓと成分変化に基づく脱炭量ΔＣＣとの関係は、下記式（５）のように示される。
【００５７】
【数５】
2017163902.tif 000007
【００５８】
以上から、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰは、上記式（５）に上記式（２）〜（４）を適用させることにより、下記式（６）のように表される。これにより、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰは理論上算出することは可能である。
【００５９】
【数６】
2017163902.tif 000008
【００６０】
しかし、上記式（６）により得られる排ガスデータに基づく脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰが、実際に脱りん処理後にサンプリングした溶銑から得られた炭素濃度の実績値ＣｄｅＰ，ａから大きく乖離していることを、本発明者らは見出した。これは、上記式（２）および式（３）において算出される排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓに誤差が多く含まれるためである。
【００６１】
上記のような誤差は、主に、排ガス流量計１０２により測定誤差に起因すると考えられる。排ガス流量計１０２の配管に排ガスが流通するとき、転炉１１から生じた煤等のダストが配管に進入する場合がある。このようなダストが配管内（例えば、オリフィス等）に付着することにより、配管内における排ガスの通過が不安定な状態となり、排ガス流量計１０２による測定誤差が大きくなる。排ガス流量計１０２の配管の内部の状態は刻一刻と変化するため、排ガス流量計１０２により生じる測定誤差そのものを抑制することは困難である。
【００６２】
そこで、本発明者らが鋭意研究した結果、排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓを補正するための補正値である補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔ（ｔｏｎ）を上記式（５）に組み込むことにより、上記式（６）により得られる脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度を改善することに想到した。上記式（５）は、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの組み込みにより、下記式（７）のように示される。
【００６３】
【数７】
2017163902.tif 000009
【００６４】
この補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定モデルは、種々の統計的手法により構築される。例えば、本実施形態に係る補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔは、周知の重回帰分析手法によって得られる、種々の操業要因Ｘを説明変数とする回帰式により算出される目的変数である。具体的には、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔは、下記式（８）のように示される。
【００６５】
【数８】
2017163902.tif 000010
【００６６】
ここで、αｋはｋ番目の操業要因Ｘｋに対応する回帰係数であり、α０は定数である。また、操業要因Ｘの具体例としては、下記表１のようなものが挙げられる。ただし、下記表１に示す操業要因はあくまで一例であって、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定においては、あらゆる操業要因Ｘが考慮されてよい。また、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定には、下記表１に含まれる操業要因の全部または一部が用いられてもよい。
【００６７】
【表１】
2017163902.tif 000011
【００６８】
上記の操業要因Ｘｊを説明変数とする補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔを物質収支モデルに組み込むことにより、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度が改善されることを、本発明者らは見出した。
【００６９】
さらに、本発明者らが鋭意研究した結果、一般的に考えられる脱りん処理時の操業要因（溶銑量、溶銑率、溶銑温度、溶銑成分、吹込み酸素量、副原料投入量等、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．Ｎ−２に相当）に加えて、脱りん処理時における転炉１１内のスラグの滓化状況を反映する操業要因を補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔに反映させることにより、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度がさらに改善されることを、本発明者らは見出した。
【００７０】
スラグの滓化状況を反映する操業要因が脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度をさらに改善させ得るのは、スラグの滓化状況が脱りん処理時における転炉１１内における脱炭酸素効率を反映しているためと考えられる。脱炭酸素効率は、転炉１１内に吹き込まれる酸素と、溶銑中の炭素との反応の効率を示す指標である。吹き込まれた酸素が湯面に露出した溶銑に触れると、脱炭反応が生じる。しかし、脱りん処理においては、りんがスラグに取り込まれることが優先的に行われる。そのため、溶銑の表面にはスラグが多量に存在することになる。ここで、スラグの滓化状況によっては、吹き込まれた酸素が溶銑に触れにくくなるため、脱炭反応が生じにくくなる場合や、あるいは、たとえ吹き込まれた酸素が溶銑に触れにくくなってもスラグ中の酸化鉄が脱炭反応の酸素供給源となり脱炭反応が生じる場合がある。したがって、スラグの滓化状況によって脱炭反応が抑制されるか促進されるかは単純には予測することは困難である。しかしながら、スラグの滓化状況が脱炭反応に何らかの影響を与える可能性があるということが推察される。つまり、転炉１１内のスラグの滓化状況が、脱炭反応の生じやすさ、つまり脱炭酸素効率に影響していると考えられる。したがって、スラグの滓化状況を反映する操業要因を補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔに反映させることにより、脱りん処理中の転炉１１の脱炭酸素効率の変動による影響を加味して脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰを推定することができる。これにより、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度が改善されることに本発明者らは想到した。
【００７１】
脱りん処理中のスラグの滓化状況を反映する操業要因には、表１に示したように、例えばサウンドメータ値（ｄｂ）およびマイクロ波によるスラグ高さの計測値（ｍ）等が含まれる。
【００７２】
サウンドメータ値は、サウンドメータ１１１によって出力される値である。サウンドメータ１１１は、転炉１１内の音を集音マイクロフォン１１２を介して音響信号として取得し、サウンドメータ値として出力する。転炉１１内におけるスラグの滓化状況によって、サウンドメータ値が変動する。このサウンドメータ値を操業要因として用いることにより、スラグの滓化状況を補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔに反映させることができる。
【００７３】
また、スラグレベルは、不図示のスラグレベル測定装置から出力される値である。スラグレベル測定装置は、例えば、転炉１１内に照射されたマイクロ波をアンテナを介して取得し、当該マイクロ波からスラグレベルを解析する。転炉１１内におけるスラグの滓化状況によって、このスラグレベルが変動する。サウンドメータ値と同様に、スラグレベルを操業要因として用いることにより、スラグの滓化状況を補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔに反映させることができる。
【００７４】
また、他の物理的な測定方法によりスラグの滓化状況が把握することが可能であれば、これらの測定方法により得られる測定結果を操業要因として用いてもよい。本発明者らが鋭意研究した結果、サウンドメータ値をスラグの滓化状況を反映する操業要因として用いることが好ましいことを見出した。
【００７５】
なお、本実施形態において補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定モデルは、重回帰分析により構築されたが、当該推定モデルは他の統計的手法により構築されてもよい。他の統計的手法とは、例えば、ニューラルネットワーク、またはランダムフォレスト等の機械学習のアルゴリズムを用いた統計的手法等であってもよい。
【００７６】
以上、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定方法について説明した。脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰは、上記式（７）に上記式（２）〜（４）、および上記式（８）を適用させることにより、下記式（９）のように表される。
【００７７】
【数９】
2017163902.tif 000012
【００７８】
炭素濃度推定部２０２は、データ取得部２０１が取得した各種データを上記式（９）に代入することにより、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰを推定する。炭素濃度推定部２０２は、推定した炭素濃度ＣｄｅＰを修正量算出部２０３に出力する。また、炭素濃度推定部２０２は、推定した炭素濃度ＣｄｅＰを入出力部２２に出力してもよい。
【００７９】
（修正量算出部）
修正量算出部２０３は、炭素濃度推定部２０２により推定された炭素濃度ＣｄｅＰと目標データ２１３に含まれる脱りん処理後の目標炭素濃度Ｃａｉｍとの比較結果に基づいて、目標データ２１３に含まれる脱炭処理における吹込み酸素量を修正する。脱りん処理後の目標炭素濃度Ｃａｉｍ、および脱炭処理における吹込み酸素量Ｏ２，ａｉｍは、脱りん処理前のスタティック制御により決定される量である。修正量算出部２０３は、上述した推定結果等を用いて吹込み酸素量の修正量ΔＯ２，ｃｏｒｒｅｃｔを算出する。そして、修正量算出部２０３は、吹込み酸素量の修正量ΔＯ２，ｃｏｒｒｅｃｔを用いて当初決定された吹込み酸素量Ｏ２，ａｉｍを更新し、更新後の吹込み酸素量Ｏ２，ｃｏｒｒｅｃｔｅｄを取得する。
【００８０】
酸素量の修正量は、下記式（１０）により算出することができる。
【００８１】
【数１０】
2017163902.tif 000013
【００８２】
ここで、βはパラメータである。このパラメータには、例えば、炭素と反応する酸素の化学当量に相当する理論値が代入され得る。これにより、推定炭素濃度ＣｄｅＰと目標炭素濃度Ｃａｉｍの差に相当する酸素量が算出される。
【００８３】
修正量算出部２０３は、修正後の吹込み酸素量Ｏ２，ｃｏｒｒｅｃｔｅｄについての情報を、入出力部２２に出力する。
【００８４】
なお、修正量算出部２０３は、当初決定された吹込み酸素量Ｏ２，ａｉｍを修正するだけではなく、当初の冷材量を修正してもよい。例えば、修正後の吹込み酸素量Ｏ２，ｃｏｒｒｅｃｔｅｄが当初決定された吹込み酸素量Ｏ２，ａｉｍより少ない場合、脱炭処理において転炉１１の溶銑温度が低くなり得る。そのため、修正量算出部２０３は、例えば、修正後の吹込み酸素量Ｏ２，ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ、および溶銑温度（溶鋼温度）に基づいて、転炉１１に投入される冷材量を少なくする修正を行ってもよい。これにより、脱炭処理における吹込み酸素量が脱りん処理後において少なく修正された場合においても、当初決定された目標溶鋼温度に到達することができる。修正量算出部２０３は、修正後の冷材量についての情報を、入出力部２２に出力する。
【００８５】
以上、図１を参照して、本実施形態に係る溶銑予備処理システム１の構成例について説明した。
【００８６】
＜３．溶銑予備処理方法の流れ＞
図２は、本実施形態に係る溶銑予備処理システム１による溶銑予備処理方法のフローチャートを示す図である。図２を参照しながら、本実施形態に係る溶銑予備処理システム１による溶銑予備処理方法のフローについて説明する。なお、図２に示す各処理は、図１に示す溶銑予備処理制御装置２０によって実行される各処理に対応している。そのため、図２に示す各処理の詳細については省略し、各処理の概要を説明するに留める。
【００８７】
本実施形態に係る溶銑予備処理方法では、まず、データ取得部２０１は、溶銑データおよび排ガスデータを取得する（ステップＳ１０１）。具体的には、データ取得部２０１は、図１に示す溶銑データ２１１、パラメータ２１２、および目標データ２１３、並びに排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２によって測定された排ガスデータを取得する。
【００８８】
次に、炭素濃度推定部２０２は、取得された各種データに基づいて、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定する（ステップＳ１０３）。具体的には、炭素濃度推定部２０２は、上記式（９）に、溶銑データおよび排ガスデータに含まれる各種データを代入することにより、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を推定する。なお、上記式（９）の補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定において、各種操業要因が選択され得る。例えば、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度をより向上させるために、ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定において、スラグの滓化状況を反映した操業要因が選択されることが好ましい。
【００８９】
次に、修正量算出部２０３は、推定された脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度と脱りん処理後の溶銑中の目標炭素濃度との比較結果に基づいて、脱炭処理において転炉１１内に吹き込まれる吹込み酸素量を修正する（ステップＳ１０５）。なお、吹込み酸素量の修正に併せて、脱りん処理後の目標溶銑温度に溶銑温度を合わせこむために、脱炭処理時の冷材量が修正されることが好ましい。また、修正された酸素量および冷材量に基づく酸素の吹込みおよび冷材の投入を行うように、入出力部２２は、転炉吹錬設備１０に対して指示を出す。転炉吹錬設備１０は、当該指示に応じた転炉１１への送酸および冷材の投入に係る処理を行う。
【００９０】
以上、図２を参照して、本実施形態に係る溶銑予備処理方法の処理手順について説明した。なお、以上説明した実施形態では、推定された脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度に基づいて、転炉１１に吹き込まれる吹込み酸素量および投入される冷材量がともに修正されているが、本実施形態はかかる例に限定されない。例えば、本実施形態に係る溶銑予備処理方法では、溶鋼中の炭素濃度が目標値を満足するような吹込み酸素量のみが修正されてもよい。この場合、ステップＳ１０５において、推定された脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度に基づいて、溶鋼中の炭素濃度が目標値を満足するような吹込み酸素量のみが計算されてよい。
【００９１】
＜４．まとめ＞
以上説明したように、本実施形態によれば、排ガスデータを用いて得られる脱炭量を脱りん処理時の操業要因を説明変数とする回帰式により表現される補正値により補正した補正脱炭量を用いて、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度が推定される。これにより、脱りん処理後にサブランス測定を行わなくても脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度を高精度で推定することができる。
【００９２】
本実施形態に係る前記補正値の推定において、操業要因として、転炉１１内のスラグの滓化状況を反映した操業要因を用いることにより、転炉１１内における脱炭効率を上述した補正項に反映させることができる。これにより、脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度をより高い精度で推定することができる。
【００９３】
さらに、本実施形態によれば、炭素濃度の推定結果を用いて脱炭処理時に吹き込まれる吹込み酸素量が修正される。修正された酸素量に基づいて脱炭処理を行うことにより、脱炭処理後の目標炭素濃度を満足する溶鋼をより確実に得ることが可能となる。また、吹込み酸素量の修正に応じて転炉１１内に投入される冷材量を修正することにより、脱炭処理後の目標溶鋼温度を満足する溶鋼をより確実に得ることが可能となる。
【００９４】
なお、図１に示す構成は、あくまで本実施形態に係る溶銑予備処理システム１の一例であり、溶銑予備処理システム１の具体的な構成はかかる例に限定されない。溶銑予備処理システム１は、以上説明した機能を実現可能に構成されればよく、一般的に想定され得るあらゆる構成を取ることができる。
【００９５】
例えば、溶銑予備処理制御装置２０が備える各機能は、１台の装置においてその全てが実行されなくてもよく、複数の装置の協働によって実行されてもよい。例えば、データ取得部２０１、炭素濃度推定部２０２、および修正量算出部２０３のうちの１又は複数のいずれかの機能のみを有する一の装置が、他の機能を有する他の装置と通信可能に接続されることにより、図示する溶銑予備処理制御装置２０と同等の機能が実現されてもよい。
【００９６】
また、図１に示す本実施形態に係る溶銑予備処理制御装置２０の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、ＰＣ等の処理装置に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【実施例】
【００９７】
次に、本発明の実施例について説明する。本発明の効果を確認するために、本実施例では、本実施形態に係る溶銑予備処理方法により得られる補正項の有効性、本実施形態に係る溶銑予備処理方法による炭素濃度の推定精度、および本実施形態に係る溶銑予備処理方法の実操業への適用について検証した。なお、以下の実施例は本発明の効果を検証するために行ったものに過ぎず、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。【００９８】
（補正項の有効性および炭素濃度の推定精度）
まず、本実施形態に係る溶銑予備処理方法により得られる補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの有効性および本実施形態に係る溶銑予備処理方法による脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度について検証した。【００９９】
まず実施例では、排ガスデータ、溶銑データ、および操業要因を用いて、成分変化に基づく脱炭量ΔＣｃ、排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓおよび補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔが算出された。排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓは、前記式（２）、式（３）を用いて算出され、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔは、前記式（８）を用いて算出された。また、成分変化に基づく脱炭量ΔＣｃは、前記式（４）を用いて算出された。ここで、成分変化に基づく脱炭量ΔＣｃ、排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓおよび補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの間には前記式（７）の関係があるものとした。【０１００】
一方、比較例では、排ガスデータおよび溶銑データを用いて、成分変化に基づく脱炭量ΔＣｃおよび排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓが算出された。排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓおよび成分変化に基づく脱炭量ΔＣｃの算出方法は、本実施例と同様である。ここで、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔは用いられず、成分変化に基づく脱炭量ΔＣｃおよび排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓの間には前記式（５）の関係があるものとした。【０１０１】
なお、実施例および比較例では、上記式（４）のＣｄｅＰには、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの有効性の検証のため、脱りん処理後に転炉からサンプリングされた溶銑中の炭素濃度の実績値が代入される。つまり、本実施例において、成分変化に基づく脱炭量ΔＣｃは実績値に基づいて得られる値である。【０１０２】
また、スラグの滓化状況を反映した操業要因を補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定に用いていない例を実施例１とし、スラグの滓化状況を反映した操業要因を補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定に用いた例を実施例２とした。表２に、実施例１、実施例２および比較例において脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度の推定に用いられたデータおよび操業要因の一覧を示す。なお、本実施例においては、スラグの滓化状況を反映した操業要因として、サウンドメータ値が用いられた。【０１０３】
【表２】
2017163902.tif 000014
【０１０４】
補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの有効性を示す指標として、実施例１、実施例２および比較例において算出された排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓ（に補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔを加えた補正脱炭量）の、成分変化に基づく脱炭量ΔＣｃからの誤差（推定誤差）をそれぞれ算出し、当該推定誤差の標準偏差σを求めた。標準偏差σが小さいほど、推定誤差が小さい、すなわち、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの有効性が高いと言える。【０１０５】
また、炭素濃度の推定精度を示す指標として、実施例１および実施例２において上記式（９）を用いて推定された炭素濃度ＣｄｅＰと、脱りん処理後に転炉からサンプリングされた溶銑中の炭素濃度の実績値との誤差をそれぞれ算出し、当該推定誤差の標準偏差σを求めた。標準偏差σが小さいほど、推定誤差が小さい、すなわち、推定精度が高いと言える。【０１０６】
結果を図３〜図５に示す。図３は、比較例における排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓの推定誤差を示す図である。図４は、実施例１における排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓ＋補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定誤差を示す図である。また、図５は、実施例２における排ガスデータに基づく脱炭量ΔＣｏｆｆｇａｓ＋補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定誤差を示す図である。各図において、ｘ軸は炭素濃度の成分分析による実績値に基づく脱炭量を示し、ｙ軸は（補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔを含む）排ガスデータに基づく脱炭量を示す。【０１０７】
図３〜図５を参照すると、比較例１における推定誤差の標準偏差σが０．８０であったのに対し、実施例１における推定誤差の標準偏差σは０．５１であり、実施例２における推定誤差の標準偏差σは０．４０であった。当該結果から、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔによる補正により、実績データに対する脱炭量の誤差が小さくなっていることが確認できる。さらに、実施例２における標準偏差σが実施例１における標準誤差σよりも小さな値を示したことから、スラグの滓化状況を反映する操業要因を補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔに組み込むことがより有効であることが示された。【０１０８】
次に、脱りん処理後の炭素濃度の推定に関する結果を、図６および図７に示す。図６は、実施例１における炭素濃度ＣｄｅＰの推定誤差を示す図である。また、図７は、実施例２における炭素濃度ＣｄｅＰの推定誤差を示す図である。各図において、ｘ軸は炭素濃度の成分分析による実績値を示し、ｙ軸は本実施形態に係る溶銑予備処理方法を用いて推定された炭素濃度の推定値を示す。【０１０９】
図６および図７を参照すると、実施例１における推定誤差の標準偏差σは０．１５であり、実施例２における推定誤差の標準偏差σは０．１１であった。いずれの標準偏差σも低い水準を示しているため、炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度は高いと言える。また、実施例２における標準偏差σが実施例１における標準誤差σよりも小さな値を示したことから、スラグの滓化状況を反映する操業要因を用いることにより、炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度をより高めることができることが確認された。【０１１０】
以上示したように、本実施例では、比較例に比べて、補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの導入により、炭素濃度ＣｄｅＰを精度よく推定できることが分かった。特に、実施例２に示したように、スラグの滓化状況を反映する操業要因を補正項ΔＣｃｏｒｒｅｃｔの推定に用いることにより、炭素濃度ＣｄｅＰの推定精度をさらに高めることができることが分かった。【０１１１】
（操業への適用）
次に、過去の操業実績データを用いて、本実施形態に係る溶銑予備処理方法の操業への適用の可否について検証した。具体的には、過去の操業実績データに対して、実施形態に係る溶銑予備処理方法により得られる脱りん処理後の溶銑中の炭素濃度の推定結果、並びに脱炭処理時における吹込み酸素量および冷材量の修正結果について検証した。【０１１２】
表３は、操業実績データへの炭素濃度の推定結果および酸素量等の修正結果の適用例を示す表である。表３を参照すると、溶銑中の炭素濃度、溶銑温度、吹込み酸素量および冷材量の各々についての、予定値、実績値、および、推定値または修正指示値の履歴が示されている。予定値とは、脱りん処理前のスタティック制御により予め推定された値である。実績値とは、過去の操業において測定された、または設定された値である。推定値および修正指示値は、本実施形態に係る溶銑予備処理方法により得られる炭素濃度の推定値、並びに吹込み酸素量および冷材量の修正量の指示値である。ここで、吹込み酸素量の修正量の指示値とは、例えば上記式（１０）に基づいて得られる修正後の吹込み酸素量Ｏ２，ｃｏｒｒｅｃｔｅｄに相当する。【０１１３】
【表３】
2017163902.tif 000015
【０１１４】
表３を参照すると、脱りん処理前のスタティック制御により、脱りん処理終了時の溶銑中の炭素濃度が４．０％であり、脱炭処理中のサブランス測定時には溶鋼中の炭素濃度が０．５％であり、脱炭処理の終了時の溶鋼中の炭素濃度（目標炭素濃度）が０．１％であると想定されている。これに応じて、吹込み酸素量は、脱りん処理前のスタティック制御により、脱炭処理開始時は７．０Ｎｍ３／ｔｏｎ、脱炭処理中のサブランス測定時には２５．０Ｎｍ３／ｔｏｎ（７．０＋１８．０）、脱炭処理の終了時には３０．０Ｎｍ３／ｔｏｎ（７．０＋１８．０＋５．０）と決定される。冷材量の値は、脱りん吹錬中は２．０ｔｏｎ、脱炭処理の開始からサブランス測定時にわたって５．０ｔｏｎである。【０１１５】
しかし、実際の操業のサブランス測定時の溶鋼中の炭素濃度は０．１０％であった。一方で、サブランス測定時の溶銑温度は予定値の１６００℃のままであった。その結果、脱炭処理の終了時において、溶鋼中の炭素濃度は、当初の目標炭素濃度よりも低い０．０４％となってしまっていた。これは、脱りん処理の終了時における溶銑中の炭素濃度が、当初決定されていた４．０％よりも低くなっていたためであると考えられる。【０１１６】
一方、本実施形態に係る溶銑予備処理方法によれば、脱りん処理の終了時における溶銑中の炭素濃度は３．５％と推定されている。また、この推定結果に応じて、脱炭処理の開始からサブランス測定時における酸素量が１８．０から１３．０Ｎｍ３／ｔｏｎに修正されている。さらに、炭素濃度の推定結果および酸素量の修正結果に応じて、冷材量が２．５ｔｏｎに修正されている。この修正に基づいて仮に操業が行われていればサブランス測定時の炭素濃度は予め想定していた０．５％を満足するので、脱炭処理の終了時における溶鋼中の炭素濃度を吹き下げることなくより目標炭素濃度に近づけることが可能であることが、表３に示された結果から示唆される。すなわち、本実施形態に係る溶銑予備処理方法を実際の操業に適用させることにより、溶鋼中の炭素濃度をより確実に目標炭素濃度に的中させることが可能となる。【０１１７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、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得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１１８】
１      溶銑予備処理システム
１０    転炉吹錬設備
１１    転炉
１２    煙道
１３    上吹きランス
２０    溶銑予備処理制御装置
２１    溶銑予備処理データベース
２２    入出力部
３０    計測制御装置
１０１  排ガス成分分析計
１０２  排ガス流量計
１１１  サウンドメータ
１１２  集音マイクロフォン
２０１  データ取得部
２０２  炭素濃度推定部
２０３  修正量算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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