(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽を脱ガスすることにより、取鍋内の溶鋼の炭素濃度を低下させる真空脱炭処理を行う設備における真空脱炭処理の完了時点を判定する脱炭終点判定方法であって、
前記真空脱炭処理を開始する前の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度の計測値と、前記真空槽の内部圧力の計測値と、前記真空脱炭処理のモデル式と、を用いて、真空脱炭処理中の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度と前記真空槽の排ガスの炭酸ガス濃度を推定する推定ステップと、
前記真空脱炭処理中に前記溶鋼の炭素濃度、前記溶鋼の酸素濃度、及び前記排ガスの炭酸ガス濃度のうちの少なくとも一つの計測値を取得したタイミングにおいて、取得した計測値に対応する推定値が当該計測値に確定したとして、過去の所定期間にわたる真空脱炭処理中の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度と前記真空槽の排ガスの炭酸ガス濃度の変化履歴を、ベイズ推論を用いた逆解析により算出することにより、前記モデル式に含まれるパラメータを補正し、該パラメータが補正されたモデル式を用いて前記溶鋼の炭素濃度を推定し、推定値に所定値を加算した値が目標値以下である場合、真空脱炭処理は完了したと判定する判定ステップと、
を含む、脱炭終点判定方法。
【請求項２】
前記パラメータは、脱炭容量係数である、請求項１に記載の脱炭終点判定方法。
【請求項３】
真空槽を脱ガスすることにより、取鍋内の溶鋼の炭素濃度を低下させる真空脱炭処理を行う設備における真空脱炭処理の完了時点を判定する脱炭終点判定装置であって、
前記真空脱炭処理を開始する前の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度の計測値と、前記真空槽の内部圧力の計測値と、前記真空脱炭処理のモデル式と、を用いて、真空脱炭処理中の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度と前記真空槽の排ガスの炭酸ガス濃度を推定する推定手段と、
前記真空脱炭処理中に前記溶鋼の炭素濃度、前記溶鋼の酸素濃度、及び前記排ガスの炭酸ガス濃度のうちの少なくとも一つの計測値を取得したタイミングにおいて、取得した計測値に対応する推定値が当該計測値に確定したとして、過去の所定期間にわたる真空脱炭処理中の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度と前記真空槽の排ガスの炭酸ガス濃度の変化履歴を、ベイズ推論を用いた逆解析により算出することにより、前記モデル式に含まれるパラメータを補正し、該パラメータが補正されたモデル式を用いて前記溶鋼の炭素濃度を推定し、推定値に所定値を加算した値が目標値以下である場合、真空脱炭処理は完了したと判定する判定手段と、
を備える、脱炭終点判定装置。
【請求項４】
前記パラメータは、脱炭容量係数である、請求項３に記載の脱炭終点判定装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の脱炭終点判定方法により製鋼二次精錬プロセスの操業終了判定を行うステップを含む、製鋼二次精錬操業方法。
【請求項６】
請求項５に記載の製鋼二次精錬操業方法を利用して溶鋼を製造するステップを含む、溶鋼の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱炭終点判定方法、脱炭終点判定装置、製鋼二次精錬操業方法、及び溶鋼の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車部材として用いられる中炭素高張力鋼板（中炭ハイテン）や極低炭素鋼等の高級鋼板に対して、強度ばらつきの低減要求が高まっている。それに伴い、鉄鋼製造プロセスの製鋼プロセスにおける成分調整の厳格化要望が高まっている。特に製鋼二次精錬プロセスの一つである真空脱ガスプロセスにおいて、溶鋼の炭素濃度を約３００ｐｐｍから１００ｐｐｍ前後まで低減することによって製造される中炭素高張力鋼板がある。また、溶鋼の炭素濃度を約３００ｐｐｍから５〜数十ｐｐｍ程度まで低減することによって製造される極低炭素鋼がある。これらに対する真空脱炭処理を迅速、且つ、精度よく行うことが要求されるようになっている。【０００３】
しかしながら、真空脱炭処理中の溶鋼の炭素濃度をリアルタイムで計測する技術は確立されていない。このため、従来から、溶鋼の炭素濃度でない他の計測情報から溶鋼の炭素濃度を間接的に推定し、推定された溶鋼の炭素濃度に基づいて真空脱炭処理の完了判定（終点判定）を行う方法が採用されている。【０００４】
具体的には、特許文献１には、浸漬菅の内径変化を加味して算出された溶鋼の還流量、炭素の物質収支式、脱炭速度、及び槽内反応モデル式に基づいて溶鋼の炭素濃度を推定する真空脱ガス装置が記載されている。そして、特許文献１に記載の真空脱ガス装置は、推定された溶鋼の炭素濃度が目標値に達したタイミングで真空脱炭処理を終了させる。【０００５】
特許文献２には、溶鋼の炭素濃度と溶鋼の溶存酸素濃度と真空脱ガス設備から排出される排ガスのＣＯガス濃度との３者の関係を予め求める方法が記載されている。そして、特許文献２に記載の方法は、処理中に計測される溶鋼の溶存酸素濃度と排ガスのＣＯガス濃度から３者の関係に基づいて推定される溶鋼の炭素濃度が目標値になった時点を真空脱炭処理の完了時点と判定する。【０００６】
特許文献３には、溶鋼の炭素濃度と真空槽内の圧力と溶鋼の溶存酸素濃度と溶鋼質量とを含む数式モデルを用いて溶鋼の炭素濃度の変化速度を算出するモデルを構築する方法が記載されている。また、特許文献３に記載の方法は、モデルから求められる溶鋼全体からの炭素流出速度と排ガス中の炭素流出速度との差に係数を乗じた値を、溶鋼の炭素濃度の変化速度に加えて補正するオブザーバにより、溶鋼の炭素濃度を経時的に推定する。そして、特許文献３に記載の方法は、推定された溶鋼の炭素濃度が目標値に達した段階で真空脱炭処理を終了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１０１７４２号公報
【特許文献２】特開２００７−１６９７１７号公報
【特許文献３】特開２００６−１０４５２１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、特許文献１に記載の方法では、真空脱炭処理中に計測される溶鋼の溶存酸素濃度や排ガスの炭酸ガス濃度を活用していない。このため、モデル式のパラメータ同定に用いたデータの偏りやモデルでは考慮されていない不確実な要因によって、溶鋼の炭素濃度を推定し誤る可能性がある。一方、特許文献２に記載の方法では、真空脱炭処理の終点間際に連続的に溶鋼の炭素濃度の変化を知りたいときは、溶鋼の溶存酸素濃度の計測を逐次行わなければいけない。ところが、溶鋼の溶存酸素濃度を正確に計測するためには、溶鋼鍋から溶鋼を逐次採取して別途準備した分析器にかける必要があり、これは時間と手間がかかるため現実的ではない。また、特許文献３に記載の方法では、溶鋼の炭素濃度を知る上で重要な情報である溶鋼の溶存酸素濃度を用いていないため、特許文献２に記載の方法と比較しても溶鋼の炭素濃度の予測精度が低くなる可能性が高い。【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、溶鋼の炭素濃度を精度よく推定して真空脱炭処理の終点判定を精度よく行うことが可能な脱炭終点判定方法及び脱炭終点判定装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、高精度、且つ、安定的に二次精錬操業を行うことが可能な製鋼二次精錬操業方法を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、高精度、且つ、安定的に溶鋼を製造可能な溶鋼の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る脱炭終点判定方法は、真空槽を脱ガスすることにより、溶鋼の炭素濃度を低下させる真空脱炭処理を行う設備における真空脱炭処理の完了時点を判定する脱炭終点判定方法であって、前記真空脱炭処理を開始する前の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度の計測値と、前記真空槽の内部圧力の計測値と、前記真空脱炭処理のモデル式と、を用いて、真空脱炭処理中の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度と前記真空槽の排ガスの炭酸ガス濃度を推定する推定ステップと、前記真空脱炭処理中に溶鋼の酸素濃度を計測したタイミングにおける前記溶鋼の酸素濃度の推定値と計測値との差、及び前記真空脱炭処理中に前記排ガスの炭酸ガス濃度を計測したタイミングにおける前記排ガスの炭酸ガス濃度の推定値と計測値との差のうちの少なくとも一方の差を小さくするように前記モデル式に含まれるパラメータを補正し、該パラメータが補正されたモデル式を用いて前記溶鋼の炭素濃度を推定し、推定値が目標値に達したタイミングを真空脱炭処理の完了時点と判定する判定ステップと、を含む。【００１１】
前記判定ステップは、ベイズ推論を用いた逆解析により、前記溶鋼の酸素濃度の計測値及び前記排ガスの炭酸ガス濃度の計測値の少なくとも一方を取得したときに、確からしい前記パラメータの値を算出するステップを含むとよい。【００１２】
前記パラメータは、脱炭容量係数であるとよい。【００１３】
本発明に係る脱炭終点判定装置は、真空槽を脱ガスすることにより、溶鋼の炭素濃度を低下させる真空脱炭処理を行う設備における真空脱炭処理の完了時点を判定する脱炭終点判定装置であって、前記真空脱炭処理を開始する前の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度の計測値と、前記真空槽の内部圧力の計測値と、前記真空脱炭処理のモデル式と、を用いて、真空脱炭処理中の前記溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度と前記真空槽の排ガスの炭酸ガス濃度を推定する推定手段と、前記真空脱炭処理中に溶鋼の酸素濃度を計測したタイミングにおける前記溶鋼の酸素濃度の推定値と計測値との差、及び前記真空脱炭処理中に前記排ガスの炭酸ガス濃度を計測したタイミングにおける前記排ガスの炭酸ガス濃度の推定値と計測値との差のうちの少なくとも一方の差を小さくするように前記モデル式に含まれるパラメータを補正し、該パラメータが補正されたモデル式を用いて前記溶鋼の炭素濃度を推定し、推定値が目標値に達したタイミングを真空脱炭処理の完了時点と判定する判定手段と、を備える。【００１４】
前記判定手段は、ベイズ推論を用いた逆解析により、前記溶鋼の酸素濃度の計測値及び前記排ガスの炭酸ガス濃度の計測値の少なくとも一方を取得したときに、最も確からしい前記パラメータの値を算出するとよい。【００１５】
前記パラメータは、脱炭容量係数であるとよい。【００１６】
本発明に係る製鋼二次精錬操業方法は、本発明に係る脱炭終点判定方法により製鋼二次精錬プロセスの操業終了判定を行うステップを含む。【００１７】
本発明に係る溶鋼の製造方法は、本発明に係る製鋼二次精錬操業方法を利用して溶鋼を製造するステップを含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る脱炭終点判定方法及び脱炭終点判定装置によれば、溶鋼の炭素濃度を精度よく推定して真空脱炭処理の終点判定を精度よく行うことができる。また、本発明係る製鋼二次精錬操業方法によれば、高精度、且つ、安定的に二次精錬操業を行うことができる。さらに、本発明に係る溶鋼の製造方法によれば、高精度、且つ、安定的に溶鋼を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である脱炭終点判定方法が適用される真空脱ガス設備の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態である脱炭終点判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、真空脱炭処理に関係する変数間の因果関係を示す図である。
【図４】図４は、入力変数の時系列変化を示す図である。
【図５】図５は、従来手法による出力変数の時系列変化を示す図である。
【図６】図６は、本発明法による出力変数の時系列変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である脱炭終点判定方法について詳しく説明する。
【００２１】
〔真空脱ガス設備の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である脱炭終点判定方法が適用される真空脱ガス設備の構成について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態である脱炭終点判定方法が適用される真空脱ガス設備の構成を示す図である。
【００２３】
図１に示す本発明の一実施形態である脱炭終点判定方法が適用される真空脱ガス設備１は製鉄所の製鋼工場内にある二次精錬設備の一つである。図１に示すように、真空脱ガス設備１は、溶鋼Ｓを収容する取鍋２、溶鋼Ｓ内に浸漬された吸上管３及び排出管４、真空槽５、真空装置６、送酸ランス７、及びホッパー８を備えている。
【００２４】
この真空脱ガス設備１を用いて真空脱炭処理を行う際には、真空装置６を用いて真空槽５内を数十〜百ミリｈＰａの圧力まで減圧しながら、吸上管３内にアルゴンガス（還流ガス）Ａ１を吹き込む。これにより、エアリフトポンプ作用によって吸上管３内の溶鋼Ｓを真空槽５内に上昇させ、排出管４を介して取鍋２内に溶鋼Ｓを還流させる。この減圧・還流の過程で溶鋼Ｓ中の酸素と炭素が反応（脱炭反応）して炭酸ガスとなり、炭酸ガスは溶鋼Ｓ中のアルゴンガスＡ１の気泡の中に取り込まれる。そして、炭酸ガスを取り込んだアルゴンガスＡ１の気泡は、真空槽５を経由して排ガスＡ２として真空槽５外に排出される。これにより、溶鋼Ｓの炭素濃度は約３００ｐｐｍから１０〜１００ｐｐｍまで減少する。なお、脱炭反応を加速させるために、真空脱炭処理の初期段階で真空槽５の上部から真空槽５内に挿入された送酸ランス７から純酸素ガスＡ３を吹き込み、溶鋼Ｓに酸素を溶存させることもある。また、真空脱炭処理の後半で脱炭反応を止める目的でホッパー８からＡｌ鉱石等を投入することもある。
【００２５】
真空脱ガス設備１は、制御系として、計測値収集装置１０、脱炭終点推定装置１１、及び表示装置１２を備えている。
【００２６】
計測値収集装置１０は、送酸ランス流量計２１、還流ガス流量計２２、真空槽内圧計２３、温度計２４、溶存酸素計２５、副原料計量器２６、排ガスＣＯ濃度計２７、排ガスＣＯ２濃度計２８、排ガスＯ２濃度計２９、及び排ガス流量計３０に接続されている。計測値収集装置１０は、所定の制御周期毎に、これらの計測装置から計測値を取得し、取得した計測値を脱炭終点推定装置１１に出力する。
【００２７】
送酸ランス流量計２１は、送酸ランス７から真空槽５内に吹き込まれる純酸素ガスＡ３の流量（酸素流量）を計測し、酸素流量の計測値を計測値収集装置１０に入力する。還流ガス流量計２２は、吸上管３内に吹き込まれるアルゴンガスＡ１の流量を計測し、アルゴンガスＡ１の流量の計測値を計測値収集装置１０に入力する。真空槽内圧計２３は、真空槽５の内部圧力（真空槽内圧）を計測し、真空槽内圧の計測値を計測値収集装置１０に入力する。温度計２４は、真空槽５下部の内壁温度を計測し、内壁温度の計測値を計測値収集装置１０に入力する。溶存酸素計２５は、取鍋２内の溶鋼Ｓの溶存酸素濃度を計測し、溶存酸素濃度の計測値を計測値収集装置１０に入力する。
【００２８】
副原料計量器２６は、ホッパー８から投入される副原料の重量を計測し、副原料の重量の計測値を計測値収集装置１０に入力する。排ガスＣＯ濃度計２７は、真空装置６から排出される排ガスＡ２のＣＯ濃度（炭酸ガス濃度）を計測し、ＣＯ濃度の計測値を計測値収集装置１０に入力する。排ガスＣＯ２濃度計２８は、真空装置６から排出される排ガスＡ２のＣＯ２濃度を計測し、ＣＯ２濃度の計測値を計測値収集装置１０に入力する。排ガスＯ２濃度計２９は、真空装置６から排出される排ガスＡ２の酸素濃度を計測し、酸素濃度の計測値を計測値収集装置１０に入力する。排ガス流量計３０は、真空装置６から排出される排ガスＡ２の流量を計測し、流量の計測値を計測値収集装置１０に入力する。
【００２９】
脱炭終点推定装置１１は、コンピュータ等の情報処理装置によって構成され、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）１１ａ、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１１ｂ、及び演算処理部１１ｃを備えている。ＲＡＭ１１ａ、ＲＯＭ１１ｂ、及び演算処理部１１ｃは、バス配線１１ｄを介して電気的に接続されている。
【００３０】
ＲＡＭ１１ａは、演算処理部１１ｃが実行するコンピュータプログラムやコンピュータプログラムの実行に必要な各種データを一時的に記憶することにより演算処理部１１ｃのワーキングスペースとして機能する。本実施形態では、後述する脱炭終点判定処理を実行する際、ＲＡＭ１１ａには、後述する脱炭終点推定プログラム１１ｂ１のほかに、以下の表１〜７に示す変数や定数の値が保存され、変数の値は脱炭終点判定処理の過程で逐次更新される。
【００３１】
表１は、後述する脱炭反応のモデル式に含まれる状態変数を示す。表２は、脱炭反応のモデル式の調整パラメータを示す。表３は、脱炭反応のモデル式の入力変数を示す。表４は、脱炭反応のモデル式から算出される出力変数を示す。表５は、脱炭反応のモデル式に含まれる定数を示す。表６は、脱炭反応のモデル式に用いられる中間変数（表１に示す状態変数を算出するために暫定的に用いられる変数）を示す。表７は、脱炭反応のモデル式から算出される出力変数の計測値を示す。
【００３２】
【表１】
0006989056.tif 000002
【００３３】
【表２】
0006989056.tif 000003
【００３４】
【表３】
0006989056.tif 000004
【００３５】
【表４】
0006989056.tif 000005
【００３６】
【表５】
0006989056.tif 000006
【００３７】
【表６】
0006989056.tif 000007
【００３８】
【表７】
0006989056.tif 000008
【００３９】
ＲＯＭ１１ｂは、不揮発性の記憶装置によって構成され、脱炭終点推定プログラム１１ｂ１等のコンピュータプログラム及び各種制御データを格納している。
【００４０】
演算処理部１１ｃは、情報処理装置内部のＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等の電子回路により構成されている。演算処理部１１ｃは、ＲＯＭ１１ｂ内に格納されているコンピュータプログラムをＲＡＭ１１ａ内にロードし、ロードしたコンピュータプログラムを実行することにより、脱炭終点推定装置１１全体の動作を制御する。本実施形態では、演算処理部１１ｃは、脱炭終点推定プログラム１１ｂ１を実行することにより、初期化部１１ｃ１、計測値読取部１１ｃ２、状態推定部１１ｃ３、及び終点判定部１１ｃ４として機能する。これら各部の機能については後述する。
【００４１】
表示装置１２は、液晶ディスプレイ装置等の周知の表示装置によって構成され、脱炭終点推定装置１１からの制御信号に従って各種情報を可視表示する。本実施形態では、表示装置１２は、脱炭終点推定装置１１と同様の計算周期毎に、脱炭反応のモデル式の入力変数値、出力変数値、及び出力変数の計測値を可視表示する。また、表示装置１２は、真空脱炭処理の終点に関する情報を可視表示する。
【００４２】
このような構成を有する真空脱ガス設備１では、脱炭終点推定装置１１が以下に示す脱炭終点判定処理を実行することにより、溶鋼Ｓの炭素濃度を推定して真空脱炭処理の終点判定を行う。以下、図２に示すフローチャートを参照して、脱炭終点判定処理を実行する際の脱炭終点推定装置１１の動作について説明する。
【００４３】
〔脱炭終点判定処理〕
図２は、本発明の一実施形態である脱炭終点判定処理の流れを示すフローチャートである。図２に示す脱炭終点判定処理は、真空装置６が真空槽５内の吸引処理を開始したタイミングで開始となり、脱炭終点判定処理はステップＳ１の処理に進む。なお、初期化部１１ｃ１は、脱炭終点判定処理が開始されたタイミングで、脱炭終点判定処理のループ回数（タイムステップ）をカウントするプログラムカウンタｉの値を０にリセットする。
【００４４】
ステップＳ１の処理では、初期化部１１ｃ１が、表５に記載の脱炭反応のモデル式に含まれる定数に対応するＲＡＭ１１ａの領域に表５に記載の定数の値を格納し、表２に記載の脱炭容量係数Ｋｖに対応するＲＡＭ１１ａの領域に脱炭容量係数Ｋｖの初期値０．００８０［kg  kg-1  Pa-1  m-1  s-1]を格納する。なお、これらの値は真空脱ガス設備１の設備形態や操業形態によって適宜変更して構わない。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、脱炭終点判定処理はステップＳ２の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ２の処理では、初期化部１１ｃ１が、計測値収集装置１０から出力される各種計測値を、表３に記載の脱炭反応のモデル式の入力変数及び表７に記載の脱炭反応のモデル式から算出される出力変数の計測値に対応するＲＡＭ１１ａの領域に格納する。また、初期化部１１ｃ１は、表７に記載の出力変数の計測値に対応するＲＡＭ１１ａの領域の値を表４に記載の出力変数（出力変数の初期値）に対応するＲＡＭ１１ａの領域にコピーする。なお、脱炭終点判定処理の開始時（プログラムカウンタｉ＝０）には、表７に記載の溶鋼の炭素質量分率（炭素濃度）や酸素質量分率（溶存酸素濃度）の計測値として、前工程である転炉から出鋼された直後に計測された値を用いるとよい。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、脱炭終点判定処理はステップＳ３の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ３の処理では、状態推定部１１ｃ３が、ステップＳ２の処理においてＲＡＭ１１ａ内に格納された溶鋼の炭素質量分率の計測値、溶鋼の酸素質量分率の計測値、及び排ガスの炭酸ガスのモル分率（炭酸ガス濃度）の計測値を前提とする。すなわち、状態推定部１１ｃ３は、溶鋼の炭素質量分率の推定値、溶鋼の酸素質量分率の推定値、及び排ガスの炭酸ガスのモル分率の推定値がそれぞれ計測値に一致したとする。そして、状態推定部１１ｃ３は、そのような結果をもたらした原因である過去の所定期間（例えば過去６０秒）にわたる溶鋼の炭素質量分率、溶鋼の酸素質量分率、及び排ガスの炭酸ガスのモル分率の変化履歴をベイズ推論（統計的因果推論）を用いた逆解析により算出する。
【００４７】
ここで、ベイズ推論では、溶鋼の炭素質量分率、溶鋼の酸素質量分率、及び排ガスの炭酸ガスのモル分率の推定値を確率分布として表現する。そして、ベイズ理論では、溶鋼の炭素質量分率、溶鋼の酸素質量分率、及び排ガスの炭酸ガスのモル分率のうちの少なくとも１つの値が既知となったときに、すなわちその計測値が得られたときに、図３に記載の真空脱炭処理に関係する変数間の因果関係を逆に辿る。これにより、ベイズ理論では、最も確からしい脱炭速度及び脱炭容量係数と、溶鋼の炭素質量分率、溶鋼酸素質量分率、及び排ガスの炭酸ガスのモル分率との変化履歴を推定する。
【００４８】
具体的には、状態推定部１１ｃ３は、以下に示す最適化問題を解く。これは、現在のタイムステップｉにおける出力変数の推定値が計測値に一致したという前提のもと、過去のタイムホライズン期間ｈ内における状態変数及び脱炭容量係数の値が、モデル計算上、最も確からしいと考えられる値を求めることを意味する。詳しくは、脱炭反応は以下の数式（６）〜（１１）に示すモデル式で表され、状態変数ｘ及び脱炭容量係数Ｋｖの値は確率分布で与えられる。確率分布は、状態変数ｘ及び脱炭容量係数Ｋｖの値がおよそこのあたりの値になるのではないかという不確実性を表現している。このため、脱炭反応の進行中の出力変数ｙの値もおおよそこの辺りになるのではないかという不確実性をはらんでいる。それを表現したものが以下に示す数式（５）であり、これは状態変数ｘと脱炭容量係数Ｋｖが与えられた条件のもと、出力変数ｙがどのような確率分布（推定値ｙ（ｉ）を平均値とする標準偏差σのガウス分布）で与えられるかを表している。但し、数式（５）に示す確率密度関数はどのようなものでも構わない。なお、状態変数ｘの確率分布の初期値は、脱炭処理を開始する直前に計測した値を平均値とし、予め定量化しておいた計測誤差の標準偏差と同じ値を標準偏差としてもつガウス分布として設定する。但し、本方法以外の確率分布の設定方法であっても本発明の機能は損なわれない。
【００４９】
そして、もし現在の出力変数ｙの値が実計測によって確定すると、不確実に推定していた過去の状態変数ｘ及び脱炭容量係数Ｋｖの値もある程度の確度をもって推定しなおすことができる。その過去に遡る計算式を表現したものが以下に示す数式（１）〜（４）であり、出力変数ｙの値が計測値ｙハットに確定したという条件のもと、状態変数ｘと脱炭容量係数Ｋｖが最も確からしい値（確率ｐが最大）を返すことを意味する。なお、数式（１）のＰ（）は数式（５）の逆算式を意味している。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、脱炭終点判定処理はステップＳ４の処理に進む。
【００５０】
【数１】
0006989056.tif 000009
【００５１】
【数２】
0006989056.tif 000010
【００５２】
【数３】
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【００５３】
【数４】
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【００５４】
【数５】
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【００５５】
【数６】
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【００５６】
【数７】
0006989056.tif 000015
【００５７】
【数８】
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【００５８】
【数９】
0006989056.tif 000017
【００５９】
【数１０】
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【００６０】
【数１１】
0006989056.tif 000019
【００６１】
なお、数式（７）の左辺は真空槽内における溶鋼の炭素重量の変化を表し、右辺の３つの項の第１項は還流による影響、第２項は真空脱炭による影響、第３項は添加副原料による影響を表している。また、数式（８）の左辺は取鍋内の溶鋼の炭素重量の変化を表し、右辺は還流による影響を表している。また、数式（９）の左辺は真空槽内の溶鋼の溶存酸素重量の変化を表し、右辺の３つの項の第１項は還流による影響、第２項は真空脱炭による影響、第３項は添加副原料による影響を表している。また、数式（１０）の左辺は溶鋼鍋内の溶鋼の溶存酸素重量の変化を表し、右辺は還流による影響を表している。また、数式（１１）は真空槽内の気相の炭酸ガスと排ガス中炭酸ガスのモル平衡（炭酸ガス分子のモル数が平衡すること）を表し、左辺の式は真空槽内の気相の炭酸ガスのモル数、右辺の第１項は真空脱炭によって溶鋼から気相へ流入する炭酸ガスのモル数、右辺第２項は排ガスによって大気に放散される炭酸ガスのモル数を表している。
【００６２】
ステップＳ４の処理では、終点判定部１１ｃ４が、ステップＳ３の処理において算出された溶鋼の炭素濃度の確率分布の平均値（炭素濃度推定値）に安全代として所定値を加算した値が目標炭素濃度以下であるか否かを判別する。そして、判別の結果、炭素濃度推定値に所定値を加算した値が目標炭素濃度以下である場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、終点判定部１１ｃ４は、真空脱炭処理は完了したと判断し、一連の脱炭終点判定処理を終了する。一方、炭素濃度推定値に所定値を加算した値が目標炭素濃度より大きい場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、終点判定部１１ｃ４は、真空脱炭処理は完了していないと判断し、ステップＳ５の処理としてプログラムカウンタｉの値を１増数した後、脱炭終点判定処理をステップＳ２の処理に戻す。
【００６３】
なお、本実施形態では、真空脱炭処理の完了判定に溶鋼炭素濃度の確率分布の平均値を用いたが、最大値や標準偏差に３を乗じた値を平均値に加算した値を用いてもよい。また、真空脱炭処理が完了していないと判断した場合、脱炭終点判定処理はステップＳ５の処理を介してステップＳ４の処理からステップＳ２の処理に戻ることになるが、このステップＳ４の処理からステップＳ２の処理に戻るループは５秒程度の周期時間で行われることが望ましい。
【実施例】
【００６４】
図４は、２５０トンチャージ、目標炭素濃度が１３ｐｐｍである真空脱炭処理における入力変数の時系列変化を示す図である。図４（ａ）は真空槽内圧の時系列変化、図４（ｂ）は排ガス（線Ｌ１）及びアルゴンガス（線Ｌ２）の流量の時系列変化、図４（ｃ）は添加副原料から溶鋼へ流入した炭素（線Ｌ３）及びアルミニウム（線Ｌ４）の質量流量の時系列変化を示す。【００６５】
また、図５は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す真空脱炭処理が行われたときの出力変数の時系列変化を示す図である。図５（ａ）は溶鋼炭素濃度の推定値（線）及び計測値（プロット）の時系列変化、図５（ｂ）は溶鋼酸素濃度の推定値（線）及び計測値（プロット）の時系列変化、図５（ｃ）は排ガスの炭酸ガス濃度の推定値（線Ｌ５）及び計測値（線Ｌ６）の時系列変化、図５（ｄ）は脱炭容量係数の時系列変化を示す。なお、ここでいう推定値とは、オンライン計測値からモデル式の脱炭容量係数を学習しない従来手法によって推定された値のことを意味する。【００６６】
図５（ａ）に示すように、従来手法では真空脱炭処理完了時の溶鋼炭素濃度は１３ｐｐｍと推定されており、これは計測値５０ｐｐｍより３７ｐｐｍ低い値である。また、図５（ｂ）に示すように、従来手法では５７０秒における溶鋼酸素濃度が３５８ｐｐｍと推定されており、これは計測値３９１ｐｐｍより３３ｐｐｍ低い値である。さらに、図５（ｃ）に示すように、９０秒における排ガスの炭酸ガス濃度は５８％と推定されており、これは計測値１８％より４０％大きい値である。これらの結果が得られた理由は、従来手法では脱炭量を実績値よりも大きく見積もっているためである。この結果、６６９秒の時点で溶鋼炭素濃度が目標値１３ｐｐｍに達したと誤って判定し、実際には溶鋼炭素濃度は目標値に達していないため脱炭処理不良となってしまう。【００６７】
一方、図６は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す真空脱炭処理に対して本発明を適用した結果を示す図である。図６（ａ）は溶鋼炭素濃度の推定値（線）及び計測値（プロット）の時系列変化、図６（ｂ）は溶鋼酸素濃度の推定値（線）及び計測値（プロット）の時系列変化、図６（ｃ）は排ガスの炭酸ガス濃度の実測値（線Ｌ５）及び計測値（線Ｌ６）の時系列変化、図６（ｄ）は脱炭容量係数値の時系列変化を示す。本発明では、排ガスの炭酸ガス濃度及び溶鋼酸素濃度に対して、オンライン計測値と脱炭反応のモデル式による推定値の差からあるべき脱炭容量係数値をオンラインで学習し、学習された脱炭容量係数値を脱炭反応のモデル式に反映させている。具体的には、図６（ｂ）に示すように５７０秒における溶鋼酸素濃度が計測値と一致し、図６（ｃ）に示すように排ガスの炭酸ガス濃度の推定値（線Ｌ５）が計測値（線Ｌ６）と一致するように、図６（ｄ）に示すように脱炭容量係数の値が修正されている。【００６８】
このため、図６（ａ）に示すように、溶鋼炭素濃度に直接的な修正を加えなくとも、最終的に溶鋼炭素濃度の計測値に一致するように溶鋼炭素濃度を推定できている。このことは、たとえ脱炭反応のモデル式に含まれる脱炭容量係数の値を実績値から乖離して設定したとしても、本発明を適用することによって、脱炭容量係数の値が実績値に近い値になるようにオンラインで学習されてモデル式に反映できることを意味している。つまり、本発明を適用することによって、溶鋼炭素濃度を従来手法より高い精度で推定でき、結果として、冗長な処理時間をかけず適切なタイミングで真空脱炭処理の終点を判定できる。また、製鋼工場における二次精錬操業そのものが高精度で安定した操業となり、結果として処理時間の短縮にもつながることになる。これによって、製鋼工場における溶鋼の成分のばらつきが低減し、高精度かつ安定した溶鋼製造が可能となる。【００６９】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施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、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明によれば、溶鋼の炭素濃度を精度よく推定して真空脱炭処理の終点判定を精度よく行うことが可能な脱炭終点判定方法及び脱炭終点判定装置を提供することができる。また、本発明によれば、高精度、且つ、安定的に二次精錬操業を行うことが可能な製鋼二次精錬操業方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、高精度、且つ、安定的に溶鋼を製造可能な溶鋼の製造方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１  真空脱ガス設備
２  取鍋
３  吸上管
４  排出管
５  真空槽
６  真空装置
７  送酸ランス
８  ホッパー
１０  計測値収集装置
【要約】
本発明に係る脱炭終点判定方法は、真空脱炭処理を開始する前の溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度の計測値と、真空槽の内部圧力の計測値と、真空脱炭処理のモデル式と、を用いて、真空脱炭処理中の溶鋼の炭素濃度及び酸素濃度と真空槽の排ガスの炭酸ガス濃度を推定する推定ステップと、真空脱炭処理中に溶鋼の酸素濃度を計測したタイミングにおける溶鋼の酸素濃度の推定値と計測値との差、及び真空脱炭処理中に排ガスの炭酸ガス濃度を計測したタイミングにおける排ガスの炭酸ガス濃度の推定値と計測値との差のうちの少なくとも一方の差を小さくするようにモデル式に含まれるパラメータを補正し、パラメータが補正されたモデル式を用いて溶鋼の炭素濃度を推定し、推定値が目標値に達したタイミングを真空脱炭処理の完了時点と判定する判定ステップと、を含む。【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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