(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最先工程と、最終工程と、該最先工程と該最終工程との間に配置される少なくとも１つの中間工程と、からなる製品の製造プロセスの最終工程の入力状態量に基づいて最先工程の出力状態量を推定する製造プロセスの状態量推定方法であって、
前記各工程における処理後の状態量である出力状態量のうちの測定可能な出力状態量である測定出力状態量を測定する出力状態量測定段階と、
前記出力状態量測定段階で測定された測定出力状態量と前記各工程の後流工程における処理前の状態量である入力状態量に基づいて決定された前記測定出力状態量以外の出力状態量とを入力とし、その工程のニューラルネットワークモデルに基づいて、その工程の入力状態量を推定する入力状態量推定段階と、
を、各工程について製造工程を最終工程から最先工程に向かって繰り返し、前記最先工程の前記測定出力状態量以外の出力状態量を後流工程の入力状態量に基づいて推定することを特徴とする製造プロセスの状態量推定方法。
【請求項２】
前記入力状態量推定段階が、
前記出力状態量測定段階で測定された出力状態量を入力として、数学モデルに基づいて前記測定出力状態量以外の出力状態量の一部を算出する出力状態量算出段階を含み、
前記出力状態量測定段階で測定された測定出力状態量、前記出力状態量算出段階で算出された算出出力状態量ならびに前記各工程の後流工程の入力状態量に基づいて決定された測定出力状態量および算出出力状態量以外の出力状態量とを入力とし、その工程のニューラルネットワークモデルに基づいて、その工程の入力状態量を推定するものである請求項１に記載の製造プロセスの状態量推定方法。
【請求項３】
前記入力状態量推定段階が、
前記各工程の後流工程における入力状態量を、製造プロセスにおいて製造される製品の種別毎に予め定められた補正値で補正して測定出力状態量および算出出力状態量以外の出力状態量を決定するものである請求項１または２に記載の製造プロセスの状態量推定方法。
【請求項４】
転炉で吹錬された溶鋼を、２次精錬工程で２次精錬処理し、鋳造工程で鋳造するプロセスの鋳造開始前の目標溶鋼温度である目標鋳込温度に基づいて転炉吹止時の溶鋼温度である吹止溶鋼温度を推定する製造プロセスの状態量推定方法であって、
数学モデルを使用して算出される連続鋳造開始から鋳込代表温度測温開始までの時間及び第２搬送工程の処理時間、数学モデルを使用して算出される各時間内の降下温度、並びに製造する鋼種に応じて予め定められた目標鋳込溶鋼温度に基づいて第２搬送工程用ニューラルネットワークモデルを使用して２次精錬工程出口溶鋼温度を推定する２次精錬工程出口溶鋼温度推定段階と、
前記２次精錬工程出口溶鋼温度推定段階で推定された２次精錬工程出口溶鋼温度を製造する鋼種に応じて補正する２次精錬工程出口溶鋼温度補正段階と、
数学モデルを使用して算出される２次精錬工程の処理時間、数学モデルを使用して算出される２次精錬工程中の降下温度並びに前記２次精錬工程出口溶鋼温度補正段階で補正された２次精錬工程出口溶鋼温度に基づいて２次精錬工程用ニューラルネットワークモデルを使用して２次精錬工程入口溶鋼温度を推定する２次精錬工程入口溶鋼温度推定段階と、
前記２次精錬工程入口溶鋼温度推定段階で推定された２次精錬工程入口溶鋼温度を製造する鋼種に応じて補正する２次精錬工程入口溶鋼温度補正段階と、
数学モデルを使用して算出される転炉出鋼終了から炉裏作業終了までの時間及び炉裏作業終了から２次精錬開始までの時間、数学モデルを使用して算出される各時間の降下温度、並びに前記２次精錬工程入口溶鋼温度補正段階で補正された２次精錬工程入口溶鋼温度に基づいて第１搬送工程用ニューラルネットワークモデルを使用して鍋上入口溶鋼温度を推定する鍋上溶鋼温度推定段階と、
前記鍋上溶鋼温度推定段階で推定された鍋上溶鋼温度を製造する鋼種に応じて補正する鍋上溶鋼温度補正段階と、
数式モデルを使用して算出される転炉出鋼開始から出鋼終了までの時間、数式モデルを使用して算出されるその時間中の降下温度、及び前記鍋上溶鋼温度補正段階で補正された鍋上溶鋼温度に基づいて出鋼工程用ニューラルネットワークモデルを使用して吹止溶鋼温度を推定する吹止溶鋼温度推定段階と、
前記吹止溶鋼温度推定段階で推定された吹止溶鋼温度を製造する鋼種に応じて補正する吹止溶鋼温度補正段階と、
からなる製造プロセスの状態量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は製造プロセスの状態量推定方法に係わり、特にニューラルネットワーク（以下ＮＮと記す）を使用した製造プロセスの状態量推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製品を製造するプロセスにおいて所定の品質の製品を製造するためには、製造プロセス中の種々の状態量を正確に計測することが重要である。
例えば転炉から取り出された溶鋼に２次精錬を経て連続鋳造によりビレットまたはスラブ等の鋼を製造するプロセスでは、最後の工程である連続鋳造工程の鋳込温度で製品の品質が決まることから、この鋳込温度を規定値内に制御することが最も重要となる。
【０００３】
このために、溶鋼容器の一つである溶鋼鍋の内張り耐火物による抜熱や溶鋼鍋が移動する間の放熱などに起因する溶鋼温度降下量を考慮して連続鋳造工程の前工程である２次精錬工程での溶鋼温度を決定し、次にこの２次精錬工程の溶鋼温度に基づき前工程である転炉工程での吹止溶鋼温度を決定し、吹止温度を所定の目標温度に制御することによって鋳込温度を規定値内に制御することが可能となる。
【０００４】
そこで、例えば特開平３−１６１１６１号公報に示されているように、溶鋼を払い出して空となった溶鋼鍋の内張耐火物表裏温度と、耐火物の比重、重量及び実験から求まる放熱補正係数を使用したモデル式を用いて溶鋼鍋等容器の蓄熱量に基づいて溶鋼温度降下量を予測するとともに、実際の溶鋼温度を少なくとも２回測定し、この測定値によりモデル式に基づき推定した耐火物の蓄熱量の誤差を修正して溶鋼温度降下量を再予測し、この予測溶鋼温度降下量に基づいて出鋼温度の設定をおこなう方法もある。
【０００５】
しかしながら、溶鋼鍋の蓄熱量を推定するモデル式で使用する耐火物の重量等は使用中の溶損により変化する等の要因があるため、これらを考慮した簡易モデルを制作することは極めて大きな負荷となる。また、モデルが制作できたとしても、精度を維持するためのメンテナンスに多大な労力が必要となる等実用的には多くの課題があった。
【０００６】
このような課題を解決するためにプロセスをＮＮを使用してモデル化し、このＮＮモデルを使用して状態量を推定する方法もすでに提案されている。
図１は３層のＮＮの構成図であって、入力層１１、中間層１２および出力層１３から構成され、情報は重み係数を介して入力層１１から中間層１２へ、および中間層１２から入力層１３へ伝達される。そして中間層１２に含まれるニューロンの出力情報は入力情報としきい値の関数として得られる。
【０００７】
なお、結合係数およびしきい値は学習によって決定することが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＮモデルを製鋼プロセスに適用して、目標鋳込温度から吹止温度を推定する場合には以下のような課題が生じる。
即ち、入力層への入力状態量、出力からの出力状態量がそれぞれ５０以上となるような大型のＮＮモデルを使用すると学習時間が長くなるだけでなく、学習によって結合係数、しきい値が確定しないこともあるため、できる限り入出力状態量を絞り込む必要がある。
【０００９】
しかし、入出力状態量の数を絞り込んだ結果、実際の操業進捗が反映されない、溶鋼鍋の蓄熱状況が詳細に表現できていない、鋼種により異なる降下温度が表現できていない等の理由により、処理の進捗が当初計画より大きくずれた場合、溶鋼鍋の使用が特殊な場合には吹止温度の推定精度が低下するという問題が生じる。
【００１０】
さらにいったんはＮＮモデルを正確に設定することができるものの、その後の製鋼工程において発生する条件の変化に対しては脆弱であり、精度的に追従できない。この場合は再度学習してＮＮの結合係数を求め直す必要があり、学習用のデータが蓄積されるまでの間、長期にわたって推定精度が低下することは回避できない。
【００１１】
このため、吹止溶鋼温度、鍋上入口溶鋼温度、２次精錬工程入口溶鋼温度および２次精錬工程出口溶鋼温度の設定は熟練操業者の勘と経験によって行われているのが実情であるが、熟練操業者の個人差が発生するため充分な精度が得られないだけでなく、優秀な熟練操業者を常に養成し確保し続ける必要がある等の問題もある。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされてものであって、ＮＮを使用して製造プロセスの状態量を正確に推定することの可能な製造プロセスの状態量推定方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る製造プロセスの状態量推定方法は、最先工程と、最終工程と、最先工程と最終工程との間に配置される少なくとも１つの中間工程と、からなる製品の製造プロセスの最終工程の入力状態量に基づいて最先工程の出力状態量を推定する製造プロセスの状態量推定方法であって、
各工程における処理後の状態量である出力状態量のうちの測定可能な出力状態量である測定状態量を測定する出力状態量測定段階と、
出力状態量測定段階で測定された測定出力状態量と各工程の後流工程における処理前の状態量である入力状態量に基づいて決定された測定出力状態量以外の出力状態量とを入力とし、その工程のＮＮに基づいて、その工程の入力状態量を推定する入力状態量推定段階とを、各工程について製造工程を最終工程から最先工程に向かって繰り返し、最先工程の測定出力状態量以外の出力状態量を後流工程の入力状態量に基づいて推定することを特徴とする。
【００１４】
第１の発明に係る製造プロセスの状態量推定方法にあっては、製造プロセスに含まれる工程毎のＮＮモデルを使用して各工程毎の状態量を推定することによって、製造プロセスの状態量が推定される。
第２の発明に係る製造プロセスの状態量推定方法は、入力状態量推定段階が、出力状態量測定段階で測定された出力状態量を入力として、数学モデルに基づいて測定出力状態量以外の出力状態量の一部を算出する出力状態量算出段階を含み、
出力状態量測定段階で測定された測定出力状態量、出力状態量算出段階で算出された算出出力状態量ならびに各工程の後流工程の入力状態量に基づいて決定された測定出力状態量および算出出力状態量以外の出力状態量とを入力とし、その工程のＮＮモデルに基づいて、その工程の入力状態量を推定する。
【００１５】
第２の発明に係る製造プロセスの状態量推定方法にあっては、状態量の一部が数学モデルによって算出される。
第３の発明に係る製造プロセスの状態量推定方法は、入力状態量推定段階が、各工程の後流工程における入力状態量を、製造プロセスにおいて製造される製品の種別毎に予め定められた補正値で補正して測定出力状態量および算出出力状態量以外の出力状態量を決定する。
【００１６】
第３の発明に係る製造プロセスの状態量推定方法にあっては、ＮＮモデルによって推定された状態量は製造プロセスにおいて製造される製品の種別毎に予め定められた補正値で補正される。
第４の発明に係る製造プロセスの状態量推定方法は、転炉で吹錬された溶鋼を、２次精錬工程で２次精錬処理し、鋳造工程で鋳造するプロセスの鋳造開始前の目標溶鋼温度である目標鋳込温度に基づいて転炉吹止時の溶鋼温度である吹止溶鋼温度を推定する製造プロセスの状態量推定方法であって、
数学モデルを使用して算出される連続鋳造開始から鋳込代表温度測温開始までの時間及び第２搬送工程の処理時間、数学モデルを使用して算出される各時間内の降下温度、並びに製造する鋼種に応じて予め定められた目標鋳込溶鋼温度に基づいて第２搬送工程用ニューラルネットワークモデルを使用して２次精錬工程出口溶鋼温度を推定する２次精錬工程出口溶鋼温度推定段階と、
２次精錬工程出口溶鋼温度推定段階で推定された２次精錬工程出口溶鋼温度を製造する鋼種に応じて補正する２次精錬工程出口溶鋼温度補正段階と、
数学モデルを使用して算出される２次精錬工程の処理時間、数学モデルを使用して算出される２次精錬工程中の降下温度並びに２次精錬工程出口溶鋼温度補正段階で補正された２次精錬工程出口溶鋼温度に基づいて２次精錬工程用ニューラルネットワークモデルを使用して２次精錬工程入口溶鋼温度を推定する２次精錬工程入口溶鋼温度推定段階と、
２次精錬工程入口溶鋼温度推定段階で推定された２次精錬工程入口溶鋼温度を製造する鋼種に応じて補正する２次精錬工程入口溶鋼温度補正段階と、
数学モデルを使用して算出される転炉出鋼終了から炉裏作業終了までの時間及び炉裏作業終了から２次精錬開始までの時間、数学モデルを使用して算出される各時間の降下温度、並びに２次精錬工程入口溶鋼温度補正段階で補正された２次精錬工程入口溶鋼温度に基づいて第１搬送工程用ニューラルネットワークモデルを使用して鍋上入口溶鋼温度を推定する鍋上溶鋼温度推定段階と、
鍋上溶鋼温度推定段階で推定された鍋上溶鋼温度を製造する鋼種に応じて補正する鍋上溶鋼温度補正段階と、
数式モデルを使用して算出される転炉出鋼開始から出鋼終了までの時間、数式モデルを使用して算出されるその時間中の降下温度、及び鍋上溶鋼温度補正段階で補正された鍋上溶鋼温度に基づいて出鋼工程用ニューラルネットワークモデルを使用して吹止溶鋼温度を推定する吹止溶鋼温度推定段階と、
吹止溶鋼温度推定段階で推定された吹止溶鋼温度を製造する鋼種に応じて補正する吹止溶鋼温度補正段階と、からなる。
【００１７】
第４の発明に係る製造プロセスの状態量推定方法にあっては、製鋼プロセスを逆方向に遡って順次溶鋼温度を推定することによって、目標鋳込温度から吹止溶鋼温度が推定される。
先ず、製鋼プロセスの各工程における溶鋼温度降下現象を、経過時間、溶鋼鍋等の溶鋼容器、合金等の投入物等を起因とするものに分解し、各要因毎に降下温度が理論モデル等により詳細かつ正確に表現される。
【００１８】
即ち、経過時間に起因する溶鋼温度降下は、計画データを正確に見積もる必要がある。またこの計画データを使用予定として溶鋼容器の蓄熱状況を見積もるため、溶鋼温度降下を精度良く予測するためには不可欠な要素である。そこで、各工程の処理時間の処理区分による詳細な分割、工程間の搬送時間の正確な見積り等を実施して正確な計画データを編集し、また各工程の進捗状況を監視して必要に応じて溶鋼温度降下を再予測する。これにより各工程における操業異常発生等による乱れ等操業条件変化に対しても同様に経過時間を正確に見積もることができる。
【００１９】
溶鋼鍋等の溶鋼容器に起因する溶鋼温度降下は、その一本毎の前回使用時の終了時点での内張り耐火物等の厚み方向の温度分布をもとに、経過時間予測結果による使用予定をもとに境界条件を設定し、耐火物の材質・厚みより非定常伝熱差分方程式により内張り耐火物等の厚み方向の温度分布を算出して蓄熱状況とし、工程における処理開始から終了間での蓄熱状況の変化より、その工程中の溶鋼容器に起因する溶鋼温度降下を求める。これにより製鋼工程において支配的な非定常性の表現が可能となり、また外挿が可能であるので耐火物の材質・厚みの変更や鍋蓋装着といった操業条件変化時も同様に正確に見積もることができる。
【００２０】
合金等を製造するための投入物による発熱、吸熱、潜熱に起因する溶鋼温度変化に対しては、投入量を用いるのではなく、温度降下に関連のある成分について投入量に成分比率を乗じて算出した各成分毎の投入量を用いている。これにより投入物の各成分についての歩留りの表現が可能となり、また外挿が可能であるので合金銘柄変更による合金成分比率の変更といった操業条件変化時も同様に正確に見積もることができる。
【００２１】
そして、階層型ＮＮの学習機能により溶鋼温度降下現象を再構築するが、ＮＮを用いることにより計算負荷の著しい増大を伴わずに逆問題を解くこと、および構成要素であるニューロンの非線形性により製鋼工程において支配的な非線形性の表現が可能となり、さらに正確かつ詳細に見積もった入力層の溶鋼温度降下構成要素の影響を最適化することができ、単にＮＮを用いた場合よりも精度良く溶鋼温度降下現象を表現することが可能となる。また溶鋼降下温度算出部において外挿が可能であるために、操業条件変化時も再学習の必要なく精度良く表現し続けることができる。
【００２２】
さらに、ここまでで表現できなかった鋼種等による溶鋼温度降下傾向を、分類して補正出力するという形態により、さらに溶鋼温度降下現象を精度良く表現することが出来る。
このような溶鋼温度降下予測モデルは、非定常性および非線形性が支配的で操業条件変化の多い製鋼プロセスにおける溶鋼温度降下現象の予測に非常に効果的である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の１形態である製鋼プロセスについて説明する。
図２は製鋼プロセスの概要を示す流れ図であって、転炉２１での吹錬が終了した溶鋼は、いったん溶鋼鍋２２に取り出された後、溶鋼鍋２２によって２次精錬工場２３に搬送される。２次精錬処理された溶鋼は、溶鋼鍋２２によって連続鋳造機２４に供給される。
【００２４】
上記のプロセスにおいて、連続鋳造機２４で鋳造された鋼塊の品質は連続鋳造機２４での鋳造工程が開始される前の溶鋼温度である鋳込溶鋼温度によって決定されるため、鋳込溶鋼温度を所定の目標温度に制御することが要求される。
図３は溶鋼温度の変化を示すグラフであって、縦軸に溶鋼温度、横軸に時間をとる。即ち、転炉工程における転炉２１での吹錬中は溶鋼温度は上昇し、吹錬終了時の溶鋼温度である吹止温度が、溶鋼を溶鋼鍋２２に取る出鋼工程、２次精錬工場２３における２次精錬工程、および連続鋳造工程を経て鋳込溶鋼温度にまで低下する。
【００２５】
従って、目標鋳込温度に各工程における抜熱による温度降下を加算して吹止温度を定めることができる。
このため、本発明では各工程の出口溶鋼温度およびその他の状態量に基づきその工程の入口溶鋼温度を推定するために、出鋼工程、第１搬送工程、２次精錬工程、および第２搬送工程をそれぞれＮＮを使用してモデル化する。
【００２６】
ただし、本発明においては学習の収束を担保するとともに学習に要する時間を短縮するためにＮＮモデルの次元をできる限り低減すべく、以下の方策を用いる。
（１）各工程における処理時間は、各工程の開始時刻および終了時刻に基づいて決定する。
【００２７】
（２）溶鋼容器の抜熱特性は、溶鋼容器の温度変化を表す数学モデルに基づいて決定する。
（３）転炉及び２次精錬において各種投入物を投入することによる降下温度および溶鋼種類による降下温度補正は実測データを収集したデーターベースを使用して決定する。
【００２８】
図４および図５は、本発明にかかる状態量推定方法を適用した溶鋼温度推定システムの機能図を示したもので、以下の部分から構成される。
４１…転炉、２次精錬、連続鋳造、溶鋼鍋等における操業条件を記憶するデータ記憶部
４２…転炉、２次精錬、連続鋳造の各工程の処理開始時刻および処理終了時刻より経過時間を数式モデルにより算出する経過時間算出部
４３…溶鋼容器における溶鋼温度降下量算出部
４４…転炉出鋼中および２次精錬処理中に成分調整等の目的で投入する添加物の成分毎投入量を算出する成分毎投入量算出部
４５…鋼種補正値算出部
４６…溶鋼容器温度分布記憶部
なお、各算出部４２〜４６はいずれもデータ記憶部４１の操業条件データを基礎に計算を実行する。
【００２９】
また、４７はこれら各算出部４２〜４５の算出結果およびデータ記憶部４１に記憶されているデータを入力データとするＮＮ４７１〜４７４、およびその出力結果を鋼種補正値算出部４５の算出結果により補正する鋼種補正部４７５〜４７８で構成される溶鋼温度算出部である。
なお、ＮＮのうち４７１は第２搬送工程を、４７２は２次精錬工程を、４７３は第１搬送工程を、４７４は出鋼工程を表すＮＮである。
【００３０】
即ち、データ記憶部４１からデータとして与えられる目標鋳込温度から第２搬送工程のＮＮモデル４７１を使用して２次精錬終了溶鋼温度を、この温度から２次精錬工程のＮＮモデル４７２を使用して２次精錬処理開始溶鋼温度を、この温度から第１搬送工程のＮＮモデル４７３を使用して出鋼溶鋼温度を、この温度から出鋼工程のＮＮモデル４７４を使用して吹止温度を推定する。
【００３１】
図６は、溶鋼温度推定システムの構成例を示したもので、５１は上位計算機であり、転炉、２次精錬、連続鋳造、溶鋼鍋等における操業条件を編集し他の計算機に送信する。
そして５２は、図４のデータ記憶部４１、経過時間算出部４２、溶鋼降下温度算出部４３、成分毎投入量算出部４４、鋼種補正値算出部４５、溶鋼容器温度分布記憶部４６、溶鋼温度算出部４７より構成される温度管理計算機で、溶鋼温度を算出し上位計算機５１に返送する。
【００３２】
５３は転炉を制御する転炉プロコン（転炉プロセス制御コンピュータ）、５４は２次精錬工程を制御する２次精錬プロコン、５５は連鋳機を制御する連鋳プロコンであり、各プロコン５３〜５５は、温度管理計算機５２により算出され上位計算機５１を経由して受信する目標溶鋼温度や、上位計算機５１からの溶鋼成分等の目標値を基に各工程の溶鋼温度や投入物投入量等の制御を行う。
【００３３】
以下この溶鋼温度推定システムの動作について説明する。
先ず、上位計算機５１より送信される転炉で吹錬され直接もしくは２次精錬工程を経て連続鋳造工程にて処理される予定のチャージＡについての操業条件データを、温度管理計算機５２がデータ記憶部１に記憶する。
データ記憶部１のデータおよび各算出部４２〜４５の算出結果をもとに、溶鋼温度算出部７は各種溶鋼温度を算出する。
【００３４】
即ち、鋳込目標温度溶鋼等よりＮＮ４７１および鋼種補正部４７５で２次精錬工程終了溶鋼温度を算出し、この２次精錬工程終了溶鋼温度等よりＮＮ４７２および鋼種補正部４７６で２次精錬開始溶鋼温度を算出し、この２次精錬開始溶鋼温度等よりＮＮ４７３および鋼種補正部４７７で出鋼工程溶鋼温度を算出し、この出鋼工程溶鋼温度等よりＮＮ４７４および鋼種補正部４７８で吹止溶鋼温度を算出する。
【００３５】
以下に各ＮＮの入力状態量と出力状態量を示す。なお、入力状態量および出力状態量とはＮＮに対して入力される状態量および出力される状態量を意味し、その工程の入口側状態量および出口側状態量を意味するものではない。
（１）第２搬送工程のＮＮ４７１
・入力状態量
Ｄ０：鋳込目標温度（ＴＤ目標温度）
Ｄ１：空鍋時間
Ｄ２：炉裏スラグ改質要否
ｔＲＣ：２次精錬処理終了から連鋳開始までの経過時間
ｔＣ２：連鋳開始から鋳込代表測温までの経過時間
△ＴｎｓＲＣ：２次精錬処理終了から連鋳開始までの溶鋼鍋およびスラグによる溶鋼降下温度
△ＴｎｓＣ２：連鋳開始から鋳込代表測温までの溶鋼鍋およびスラグによる溶鋼降下温度
△ＴｃＣ２：連鋳開始から鋳込代表測温までのダンディシュによる溶鋼降下温度
・出力状態量
２次精錬工程出口溶鋼温度
（２）２次精錬工程のＮＮ４７２
・入力状態量
Ｄ０：２次精錬工程出口溶鋼温度
Ｄ１：空鍋時間
Ｄ２：炉裏スラグ改質要否
Ｄ３：２次精錬ＯＢ量
ｔＲ１：２次精錬処理開始から２次精錬処理終了までの処理時間
△ＴｎｓＲ１：２次精錬処理開始から２次精錬処理終了までの溶鋼鍋およびスラグによる溶鋼降下温度
△ＴｒＲ１：２次精錬処理開始から２次精錬処理終了までの２次精錬処理槽による溶鋼降下温度
ＭＲｃ：２次精錬処理開始から２次精錬処理終了までのＣ（炭素）投入量
ＭＲｓｉ：２次精錬処理開始から２次精錬処理終了までのＳｉ（シリコン）投入量
ＭＲｍｎ：２次精錬処理開始から２次精錬処理終了までのＭｎ（マンガン）投入量
ＭＲａｌ：２次精錬処理開始から２次精錬処理終了までのＡｌ（アルミニュウム）投入量
ＭＲｅｔｃ：２次精錬処理開始から２次精錬処理終了までのその他添加物投入量
・出力状態量
２次精錬開始溶鋼温度
（３）第１搬送工程のＮＮ４７３
・入力状態量
Ｄ０：２次精錬開始溶鋼温度
Ｄ１：空鍋時間
Ｄ２：炉裏スラグ改質要否
Ｄ４：溶鋼鍋付き地金量
Ｄ５：溶鋼鍋熱間吹付量
ｔＬ３：転炉出鋼から転炉炉裏作業終了までのいわゆる炉裏作業時間
ｔＬＲ：転炉炉裏作業終了から２次精錬処理開始までの経過時間
△ＴｎｓＬ３：炉裏作業中の溶鋼鍋およびスラグによる溶鋼降下温度
△ＴｎｓＬＲ：転炉炉裏作業終了から２次精錬処理開始までの溶鋼鍋およびスラグによる溶鋼降下温度
・出力状態量
鍋上溶鋼温度
（４）出鋼工程のＮＮ４７４
・入力状態量
Ｄ０：鍋上溶鋼温度
Ｄ４：溶鋼鍋付き地金量
Ｄ５：溶鋼鍋熱間吹付量
Ｄ６：転炉炉体使用回数
Ｄ７：転炉吹止時のＣ成分目標値
ｔＬ２：転炉出鋼開始から転炉出鋼終了でのいわゆる出鋼時間
△ＴｎｓＬ２：出鋼中の溶鋼鍋およびスラグによる溶鋼降下温度
△ＴｌＬ２：出鋼中の転炉炉体による溶鋼降下温度
ＭＬｃ：出鋼中のＣ投入量
ＭＬｓｉ：出鋼中のＳｉ投入量
ＭＬｍｎ：出鋼中のＭｎ投入量
ＭＬａｌ：出鋼中のＡｌ投入量
ＭＬｃａｏ：出鋼中のＣａＯ投入量
ＭＬｅｔｃ：出鋼中のその他添加物投入量
・出力状態量
転炉吹止温度
なお、２次精錬終了溶鋼温度はＮＮ４７１の出力を鋼種補正値算出部４７５で補正して求められ、２次精錬開始溶鋼温度はＮＮ４７２の出力を鋼種補正値算出部４７６で補正して求められ、転炉鍋上溶鋼温度はＮＮ４７３の出力を鋼種補正値算出部４７７で補正して求められ、吹止温度はＮＮ４７４を鋼種補正値算出部４７８で補正して求められる。
【００３６】
ここで鋼種補正値は温度の推定精度を向上するために鋼種に応じて各工程毎に推定温度を補正するのものであって、鋼種をパラメータとする各工程における溶鋼温度の実測値のデータベースに基づいて算出される。
次に経過時間算出部４２における経過時間算出方法を、経過時間算出方法の説明図である図７を参照しつつ説明する。データ記憶部４１に記憶されたチャージＡの各工程の予定時刻、すなわち転炉炉吹錬開始時刻（ｔ１）、転炉出鋼開始時刻（ｔ２）、転炉出鋼終了時刻（ｔ３）、転炉炉裏作業終了時刻（ｔ４）、２次精錬処理開始時刻（ｔ５）、２次精錬処理終了時刻（ｔ６）、連鋳注入開始時刻（ｔ７）、ＴＤ代表測温時刻（ｔ８）、連鋳注入終了時刻（ｔ９）から、転炉工程における吹錬時間（ｔＬ１）、出鋼時間（ｔＬ２）、炉裏作業時間（ｔＬ３）、転炉炉裏作業終了から２次精錬処理開始まで時間（ｔＬＲ）、２次精錬工程における精錬処理時間（ｔＲ１）、２次精錬処理終了から連鋳開始までの時間（ｔＲＣ）、連鋳開始から鋳込代表測温までの時間（ｔＣ２）を、以下の式から算出する。
【００３７】
〔数１〕
ｔＬ１  ＝  ｔ２−ｔ１                                        （１）
ｔＬ２  ＝  ｔ３−ｔ２                                        （２）
ｔＬ３  ＝  ｔ４−ｔ３                                        （３）
ｔＬＲ  ＝  ｔ５−ｔ４                                        （４）
ｔＲ１  ＝  ｔ６−ｔ５                                        （５）
ｔＲＣ  ＝  ｔ７−ｔ６                                        （６）
ｔＣ１  ＝  ｔ９−ｔ７                                        （７）
ｔＣ２  ＝  ｔ８−ｔ７                                        （８）
これらの経過時間のうちでｔＬ２、ｔＬ３、ｔＬＲ、ｔＲ１、ｔＲＣ、ｔＣ２は溶鋼温度算出部４７で使用される。
【００３８】
次に溶鋼容器に起因する溶鋼降下温度算出部４３における降下温度算出方法を、溶鋼鍋および盈鍋（溶鋼鍋内に溶鋼が存在する転炉出鋼開始時〜連鋳注入終了時）中のスラグを起因とする溶鋼降下温度について図８を参照しつつ説明する。即ち、溶鋼鍋を上部、側壁部および底部に分解して伝熱現象を計算する。
溶鋼鍋内側（溶鋼に近い側）から外側までの層数およびその材質、厚み方向の温度計算点数等の計算条件および空鍋放冷時（ａ）、空鍋予熱時（ｂ）、盈鍋時（ｃ）における境界条件を上部、側壁部、底部について決定しておく。
【００３９】
図８中の盈鍋時（ｃ）のように溶鋼鍋内に溶鋼がある場合に、溶鋼から溶鋼に接触している物体への熱移動による溶鋼の温度降下量ΔＴは各部の総計として決定される。
【００４０】
0003561401.tif 000002
ここでｉ＝１は上部を、ｉ＝２は側壁部を、ｉ＝３は底部を示し、物体とは溶鋼鍋耐火物および盈鍋中のスラグのことである。さらに、
ｑ：単位時間当たりの溶鋼から物体表面（単位面積当たり）への熱移動量
ｄｔ：微少時間
Ｓ：溶鋼と接している物体総面積
Ｈ：溶鋼の熱容量
Ｗ：溶鋼重量
である。
【００４１】
そしてｑは溶鋼と物体表面との境界における伝熱現象を熱伝導として取り扱い、溶鋼鍋の上部、側壁部、底部の各部について次式で表される。
【００４２】
〔数３〕
ｑｉ  ＝  λ／ｃ／ρ×（Ｔｎ−Ｔｏ）                          …（１０）
ここで、
λ：溶鋼と接触している物体の熱伝導率
ｃ：溶鋼と接触している物体の比熱
ρ：溶鋼と接触している物体の密度
Ｔｎ：溶鋼と接触している側（内側）の物体表面温度（℃）
Ｔｏ：溶鋼温度（℃）
である。
【００４３】
Ｔｎはある時刻における溶鋼鍋の内側から外側にいたる物体の厚み方向の複数点（温度計算点）の物体温度を初期値として、厚み方向の温度計算点間隔、熱伝導率、比熱、密度を用いて一次元非定常伝熱差分方程式より微少時間後の物体温度を算出して求められる。この際、厚み方向の温度計算点間隔は物体の厚みより算出される。
【００４４】
また図８中の側壁部（ｉ＝２）、底部（ｉ＝３）のように内側から外側に材質の異なる複数の耐火物および鉄皮の複数の層がある場合には、この層毎に複数の計算点（温度計算点）を設定し、それぞれの層の厚み、熱伝導率、比熱、密度、層間の境界条件を用いて厚み方向の物体温度を計算する。
さらに外表面においては物体から大気中への放射がありるが、この熱移動量ｑｈは物体と大気との境界における伝熱現象を熱放射として取り扱い、次式で表される。
【００４５】
〔数４〕
ｑｈｉ  ＝  σ×ε×｛Ｔｇ４  −Ｔｏ４  ｝    …（１１）
ここで、
σ：ステファン・ボルツマン定数
ε：放射率
Ｔｇ：外側の物体表面温度（℃）
Ｔｏ：大気温度（℃）
である。
【００４６】
一方図８中の空鍋放冷時（ａ）、空鍋予熱時（ｂ）のように溶鋼鍋内に溶鋼がない場合には、上部（ｉ＝１）については伝熱計算を実行しない。
側壁部（ｉ＝２）および底部（ｉ＝３）については内側の境界条件を、空鍋放冷時（ａ）は大気への熱放射として（１１）式をそのまま使用して、空鍋予熱時（ｂ）は予熱ガスからの熱輻射として（１１）式のＴｏをＴｙ（予熱ガスの温度（℃））に置き換えて、温度分布を算出する。
【００４７】
図９のように鍋蓋を掛ける場合には、鍋蓋について厚み方向の温度分布を追加して算出する。その際の外側境界条件としては（１１）式を用いる。内側境界条件としては空鍋放冷時（ａ）は鍋底部の内側表面（底内面）への熱放射として（１１）式のＴｏをＴｔｎ（鍋底部の内側表面温度（℃））に置き換えて、盈鍋時（ｃ）はスラグの外側表面との熱放射として（１１）式のＴｏをＴｓｇ（スラグ外側表面温度（℃））に置き換えて微少時間後の温度分布および溶鋼から溶鋼鍋への熱移動量を算出する。なお、空鍋予熱時（ｂ）は鍋蓋を掛けることができないので図７のｂと同様の計算を行う。
【００４８】
そして、データ記憶部１に記憶されている各工程の予定時刻に基づき降下温度を計算する。
例えば、転炉吹錬開始時刻（ｔ１）、転炉出鋼開始時刻（ｔ２）、転炉出鋼終了時刻（ｔ３）、転炉炉裏作業終了時刻（ｔ４）に基づき、転炉出鋼中の溶鋼降下温度△ＴｎｓＬ２を以下のように算出する。なお、現時刻からチャージＡで使用するまではその鍋は使用されないものとする。
【００４９】
現時刻で溶鋼容器温度分布記憶部４６に記憶されているチャージＡを処理する鍋ナンバーの溶鋼鍋の厚み方向の温度分布を初期値として、予熱有無および鍋蓋有無に応じて図８（ａ）、（ｂ）もしくは図９（ａ）、（ｂ）に示す境界条件に従って１０秒毎に温度分布を算出していき、チャージＡの転炉出鋼開始時刻（ｔ２）における厚み方向の温度分布を算出する。
【００５０】
さらにこの時刻（ｔ２）における温度分布を初期値として、図８（ｃ）に示す境界条件に従って２．５秒単位で温度分布を算出して（９）、（１０）式より溶鋼降下温度△Ｔを算出し、転炉出鋼終了時刻（ｔ３）までの積算値を△ＴｎｓＬ２とする。
同様な計算により、炉裏作業中の溶鋼降下温度△ＴｎｓＬ３、転炉炉裏作業終了から２次精錬処理開始までの溶鋼降下温度△ＴｎｓＬＲが算出される。
【００５１】
なお、現時刻からチャージＡで使用されるまでの間に同一ナンバーの鍋を使用するチャージがある場合には、そのチャージについて時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４における温度分布、チャージＡについて時刻ｔ２での温度分布に基づいて、チャージＡについての△ＴｎｓＬ２、△ＴｎｓＬ３、△ＴｎｓＬＲが算出される。
上記の計算方法は、転炉、２次精錬処理槽、タンディッシュについても同様であであって、データ記憶部１の転炉工程の予定時刻、すなわち転炉炉吹錬開始時刻（ｔ１）、転炉出鋼開始時刻（ｔ２）、転炉出鋼終了時刻（ｔ３）より、出鋼中の転炉炉体に起因する溶鋼降下温度△ＴｌＬ２は以下のように算出される。
【００５２】
即ち図１０に示すように転炉炉体については伝熱現象を直胴部および底部に分解し、空釜放冷時（ａ）、空釜予熱時（ｂ）および盈釜（転炉炉体内に溶鋼が存在する溶銑装入時〜出鋼完了時）時（ｃ）の境界条件に従って、チャージＡを処理する転炉炉体と同一の転炉炉体の現時刻において溶鋼容器温度分布記憶部４６に記憶されている転炉炉体の厚み方向の温度分布を初期値として、予熱有無に応じて図１０（ａ）および（ｂ）に示す境界条件に従って微少時間１０秒単位で時刻ｔ１における厚み方向の温度分布を算出する。
【００５３】
さらに図１０（ｃ）の境界条件に従って微少時間２．５秒単位で時刻ｔ２における厚み方向の温度分布を算出する。そしてこの温度分布を初期値として図１０（ｃ）の境界条件に従って微少時間２．５秒単位で温度分布を算出して、（９）、（１０）式より溶鋼降下温度△Ｔを算出する。この△Ｔのｔ３までの積算値が、転炉出鋼中の転炉炉体に起因する溶鋼降下温度△ＴｌＬ２となる。
【００５４】
データ記憶部１に記憶されている２次精錬工程の予定時刻、すなわち２次精錬処理開始時刻（ｔ５）、２次精錬処理終了時刻（ｔ６）から、２次精錬処理中の２次精錬処理槽に起因する溶鋼温度降下量△ＴｒＲ１は以下のように算出される。
２次精錬処理槽については、図１１に示すように伝熱現象を下部槽および浸漬管に分解し、空槽放冷時（ａ）、空槽予熱時（ｂ）、盈槽（２次精錬処理槽内に溶鋼が存在する２次精錬処理開始〜２次精錬処理終了まで）時（ｃ）の境界条件に従って、２次精錬処理中の２次精錬処理槽に起因する溶鋼温度降下量△ＴｒＲ１を算出する。
【００５５】
データ記憶部４１に記憶されている連鋳工程の予定時刻、すなわち連鋳注入開始時刻（ｔ７）、鋳込代表温度測温時刻（ｔ８）、連鋳注入終了時刻（ｔ９）から、連鋳開始から鋳込代表温度測温間のタンディッシュに起因する溶鋼降下温度△ＴｃＣ２は以下のように算出される。タンディッシュについては、図１２に示すように伝熱現象を側壁部のみとし、空タンディッシュ放冷時（ａ）、空タンディッシュ予熱時（ｂ）、盈タンディッシュ（タンディッシュ内に溶鋼が存在する連々鋳先頭鍋の注入開始時〜連々鋳最終鍋の注入終了時）時（ｃ）の境界条件に従って連鋳注入開始からタンディッシュ代表温度測温までのタンディッシュに起因する溶鋼降下温度△ＴｃＣ２を算出する。
【００５６】
また、転炉炉体については転炉プロコン５３より上位計算機５１を経由してチャージＡの転炉出鋼終了を、２次精錬処理槽については２次精錬プロコン５４より上位計算機５１を経由してチャージＡの２次精錬処理終了を、タンディッシュについては連鋳プロコン５５より上位計算機１１を経由して連々鋳最終鍋の連鋳注入終了を受信した場合には、現時刻において溶鋼容器温度分布記憶部６に記憶されている同一容器の温度分布を初期値として、転炉炉体についてはチャージＡの転炉出鋼終了時、２次精錬処理槽についてはチャージＡの２次精錬処理終了時、タンディッシュについては連々鋳最終鍋の注入終了時まで温度分布を計算して、溶鋼容器温度分布記憶部６の温度分布を更新して記憶し、次回同一容器が使用される際の温度分布の初期値として用いる。
【００５７】
上述のように算出された降下温度、△ＴｎｓＬ２、△ＴｎｓＬ３、△ＴｎｓＬＲ、△ＴｎｓＲ１、△ＴｎｓＲＣ、△ＴｎｓＣ２、△ＴｌＬ２、△ＴｒＲ１、△ＴｃＣ２は各種溶鋼目標温度計算部４７にて使用される。
成分毎投入量算出部４４における算出方法を、転炉出鋼中の投入物を例として説明する。
【００５８】
まず、データ記憶部４１に記憶されているチャージＡに使用する複数種の副原料毎の投入量に、データ記憶部１に記憶されている各副原料毎のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、ＣａＯ、その他各成分毎の含有率を乗じて、各副原料毎の各成分の含有量を算出する。次に製造する鋼種に含まれるべき各成分の含有量に基づいて各副原料毎に添加すべき各成分量を算出し、各成分毎に合計することによってＣ成分投入量ＭＬｃ、Ｓｉ成分投入量ＭＬｓｉ、Ｍｎ成分投入量ＭＬｍｎ、Ａｌ成分投入量ＭＬａｌ、ＣａＯ分投入量ＭＬｃａｏ、その他投入量ＭＬｅｔｃを算出し、各種溶鋼目標温度算出部４７で用いる。
【００５９】
同様に２次精錬処理中の投入物についても、各成分毎の成分投入量ＭＲｃ、ＭＲｓｉ、ＭＲｍｎ、ＭＲａｌ、ＭＲｃａｏ、ＭＲｅｔｃが算出され、各種溶鋼目標温度算出部４７で使用される。
また、溶鋼目標温度算出モデルにより、チャージＡの転炉での吹錬開始までは鋳込目標温度を起点に、２次精錬処理終了目標温度、２次精錬処理開始目標温度、鍋上目標温度、吹止目標温度までを算出し、転炉はこの吹止目標温度を目標に吹錬する。
【００６０】
その後の出鋼、炉裏作業を経て２次精錬処理開始まではチャージＡの処理の進捗実績を反映して経過時間算出部４２、溶鋼温度降下量算出部４３、成分毎投入量算出部４４、鋼種補正値算出部４５で各項目の数値を再度算出した後、鋳込目標温度を起点として２次精錬処理終了目標温度を再度算出して目標温度の高精度化を図っている。
【００６１】
最後に、ＮＮ４７１〜４７４の重み係数、しきい値および鋼種補正値Ｈａ〜Ｈｄの決定方法について説明する。
まず、温度管理計算機５２が上位計算機５１より受信した過去の操業条件の各データをデータ記憶部１に記憶する。次に、経過時間算出部４２にて実績時刻ｔ１〜ｔ９からｔＬ２、ｔＬ３、ｔＬＲ、ｔＲ１、ｔＲＣ、ｔＣ２を算出し、溶鋼温度降下量算出部４３にて使用した各溶鋼容器のナンバーや実績時刻ｔ１〜ｔ９から温度降下△ＴｎｓＬ２、△ＴｎｓＬ３、△ＴｎｓＬＲ、△ＴｎｓＲ１、△ＴｎｓＲＣ、△ＴｎｓＣ２、△ＴｌＬ２、△ＴｒＲ１、△ＴｃＣ２を算出する。
【００６２】
さらに、成分毎投入量算出部４４にて成分毎投入量ＭＬｃ、ＭＬｓｉ、ＭＬｍｎ、ＭＬａｌ、ＭＬｃａｏ、ＭＬｅｔｃ、ＭＲｃ、ＭＲｓｉ、ＭＲｍｎ、ＭＲａｌ、ＭＲｅｔｃを算出する。
そしてＮＮ４７１については、上記各種データの中から前記したＮＮ４７１の入力状態量を入力層に入力するが、鋳込目標温度については実測された実績の鋳込代表温度を入力する。さらに出力層には実測された２次精錬処理終了温度を入力して学習することにより、重み係数およびしきい値を決定して保存する。
【００６３】
ＮＮ４７１の重み係数およびしきい値の学習に用いた全チャージを複数の鋼種グループに分類し、この鋼種グループ毎の２次精錬処理終了温度の推定温度と実測温度の差の平均値が、鋼種補正部４７５の鋼種グループ毎の鋼種補正値Ｈａとして保存する。今回は全チャージを４６種類に分類して鋼種補正値を算出している。
【００６４】
ＮＮ４７２、４７３、４７４についてもＮＮ４７１と同様に重み係数、しきい値、および鋼種補正係数Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄを決定して保存する。そして何れも４６種類に分類して鋼種補正値Ｈｂ、Ｈｃ、Ｈｄを決定している。
図１３は本発明に係る温度推定システムの効果の説明図であって、（イ）は全チャージについてＮＮから出力された推定温度と実測温度の差を横軸に、チャージ数を縦軸にした度数分布図である。
【００６５】
（ロ）は全チャージを鋼種により４グループに分類して度数分布図を取り直したもので、この鋼種グループ毎の平均値をいわゆる鋼種により異なる温度降下傾向と見なして、ＮＮから出力された推定温度をこの平均値により補正する。
（ハ）は全チャージを補正した結果の度数分布であり、（イ）と比較して推定精度が大きく向上していることがわかる。
【００６６】
【発明の効果】
第１の発明に係る状態量推定方法によれば、各工程のＮＮモデルを直列接続して製造プロセスをモデル化することにより、各ＮＮの入力状態量数は減少し学習が容易となるとともに推定精度を向上することが可能となる。
第２の発明に係る状態量推定方法によれば、各工程のモデルの一部として数式モデルを使用することにより、各ＮＮの入力状態量数を一層減少することが可能となる。
【００６７】
第３の発明に係る状態量推定方法によれば、製品の種類に応じて予めデーターベース化することが可能な補正量を使用して推定された状態量を補正することにより推定精度を一層向上することが可能となる。
第４の発明に係る状態量推定方法によれば、製鋼プロセスにおいて予め定められた目標鋳込溶鋼温度に基づいて転炉における吹止溶鋼温度を精度よく推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３層ＮＮの構成図である。
【図２】製鋼プロセスの流れ図である。
【図３】溶鋼温度の変化を示すグラフである。
【図４】溶鋼温度推定システムの機能図（１／２）である。
【図５】溶鋼温度推定システムの機能図（２／２）である。
【図６】溶鋼温度推定システムのハードウエア構成図である。
【図７】経過時間算出方法の説明図である。
【図８】溶鋼鍋（鍋蓋無）の伝熱現象説明図である。
【図９】溶鋼鍋（鍋蓋有）の伝熱現象説明図である。
【図１０】転炉の伝熱現象説明図である。
【図１１】２次精錬処理槽の伝熱現象説明図である。
【図１２】ダンディッシュの伝熱現象説明図である。
【図１３】本発明の効果の説明図である。
【符号の説明】
４１…データ記憶部
４２…経過時間算出部
４３…溶鋼容器に起因する溶鋼降下温度算出部
４４…成分毎投入量算出部
４５…鋼種補正値算出部
４６…溶鋼容器温度分布記憶部
４７…溶鋼温度算出部
４７１…第２搬送工程ネットワークモデル
４７２…２次精錬工程ネットワークモデル
４７３…第１搬送工程ネットワークモデル
４７４…出鋼ネットワークモデル
４７５、４７６、４７７、４７８…鋼種補正部
【図１】
0003561401.tif 000003
【図２】
0003561401.tif 000004
【図３】
0003561401.tif 000005
【図４】
0003561401.tif 000006
【図５】
0003561401.tif 000007
【図６】
0003561401.tif 000008
【図７】
0003561401.tif 000009
【図８】
0003561401.tif 000010
【図９】
0003561401.tif 000011
【図１０】
0003561401.tif 000012
【図１１】
0003561401.tif 000013
【図１２】
0003561401.tif 000014
【図１３】
0003561401.tif 000015