(57)【要約】【課題】溶銑Ｓｉ濃度を適正に調整することにより、溶銑Ｐ濃度を精度高く制御し、かつ、生産効率を向上させること。【解決手段】本発明に係る溶銑予備処理方法は、少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得し、初期溶銑データ、並びに、転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および転炉に投入された石灰石の重量を含む石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された吹込み酸素と溶銑との酸化反応である火点反応と、火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定し、推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標溶銑Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作を行う方法である。【選択図】図４
2018095943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理方法であって、
少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得ステップと、
取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および前記転炉に投入された石灰石の重量を含む石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された吹込み酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応と、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する溶銑Ｓｉ濃度推定ステップと、
推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標溶銑Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作を行う溶銑Ｓｉ濃度適正化ステップと、
を含む溶銑予備処理方法。
【請求項２】
前記推定された溶銑Ｓｉ濃度と前記目標溶銑Ｓｉ濃度との差は、前記溶銑Ｓｉ濃度が前記目標溶銑Ｓｉ濃度に到達すると予定された時点である目標濃度到達時点における前記推定された溶銑Ｓｉ濃度と前記目標溶銑Ｓｉ濃度との差である、請求項１に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項３】
前記目標濃度到達時点は、溶銑予備処理前の溶銑Ｓｉ濃度および溶銑予備処理の操業条件に基づいて設定される、請求項２に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項４】
前記操作は、酸化鉄を含む副原料を前記転炉に投入する操作を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項５】
前記操作は、前記上吹きランスから供給される吹込み酸素量を増加する操作を含む、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】
転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置であって、
少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得部と、
取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および前記転炉に投入された石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応と、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する溶銑Ｓｉ濃度推定部と、
前記溶銑Ｓｉ濃度推定部により推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する適正化処理部と、
を備える溶銑予備処理制御装置。
【請求項７】
転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって
少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得機能と、
取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および前記転炉に投入された石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応と、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する溶銑Ｓｉ濃度推定機能と、
前記溶銑Ｓｉ濃度推定部により推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する適正化処理機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
【請求項８】
転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが記録された記録媒体であって、
少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得機能と、
取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および前記転炉に投入された石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応と、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する溶銑Ｓｉ濃度推定機能と、
前記溶銑Ｓｉ濃度推定部により推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する適正化処理機能と、
をコンピュータに実現させるためのプログラムが記録された記録媒体。
【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、溶銑Ｓｉ濃度を適正に調整することにより、溶銑Ｐ濃度を精度高く制御する、溶銑予備処理方法、溶銑予備処理制御装置、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、転炉を用いた溶銑予備処理の技術の向上により、鋼材の高品質化が実現されてきた。溶銑予備処理の対象となる成分としては、ＰおよびＳｉなど、鋼材の品質に関わる成分が挙げられる。特に、溶銑Ｐ濃度の制御は鋼材の品質管理上非常に重要である。そのため、溶銑からＰを除去する脱りん処理は、溶銑予備処理において重要なプロセスである。
【０００３】
下記式（１）に脱りん反応式を示す。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。
【０００４】
【数１】
2018095943.tif 000003
【０００５】
一般的に、上記式（１）のスラグ中ＦｅＯの濃度は、脱珪反応が終了してから高くなる。つまり、脱珪反応が終了したのちに、脱りん反応が進行する。これは、吹錬において酸素が転炉内の溶銑に供給されると、熱力学的な観点から、溶銑中のＳｉが他の成分よりも優先的に酸化されるためである。
【０００６】
ところで、近年、高炉から出銑される溶銑に含まれるＳｉ濃度が高くなっている。これは、高炉の構造が変化したこと、またはＳｉ成分を多く含有する鉄鉱石の使用が増加したためと考えられている。そのため、溶銑Ｓｉ濃度が高い場合、脱珪反応に多くの時間が費やされ、脱りん反応が開始する（スラグ中ＦｅＯ濃度が上昇する）までのタイミングが遅くなる。
【０００７】
そこで、脱珪反応の影響を抑えるために、転炉において吹錬を用いた脱珪処理後に一度吹錬を停止し、転炉内で生成されたＳｉＯ２リッチなスラグを当該転炉から排出し、その後吹錬を再開して脱りん処理を行う技術が提案されている。
【０００８】
例えば、下記特許文献１には、脱珪処理中に、酸素バランスを逐次計算して算出される不明酸素量に基づいて転炉内のスラグ中ＦｅＯ濃度を推定し、推定したスラグ中ＦｅＯ濃度の推移に応じて上吹きランスからの酸素ガス流量等を調整して、脱珪処理開始時から９分経過時点までに転炉内のスラグ中ＦｅＯ濃度を所定範囲（３．０〜３０質量％）に調整し、その後転炉内のスラグの少なくとも一部を排滓し、再度上吹きランスからの酸素ガスの供給を再開して脱りん処理を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−１３６８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、本発明者は実際の溶銑予備処理における吹錬では、脱珪反応と脱炭反応が同時に発生しており、脱珪反応および脱炭反応に寄与する酸素量の分配率がチャージごとに異なることを、見出した。図７および図８は、各チャージにおける各溶銑成分の酸素との反応における酸素分配率の変化を示すグラフである。図７および図８に示すように、溶銑Ｓｉの酸素分配率が０に漸近する（つまり、脱珪反応が終了する）タイミングが、チャージ間において異なることが示されている。これは、すなわち、脱珪処理の進行がチャージごとに変動することを示している。そのため、脱珪処理終了時の溶銑Ｓｉ濃度のばらつきが生じるので、溶銑予備処理終了時の溶銑Ｐ濃度の制御が困難となる。したがって、上記特許文献１に開示されているように、脱珪処理の時間を固定していては、溶銑Ｐ濃度を確実に目標値まで低減させることが困難となる。
【００１１】
また、上記特許文献１に開示された技術では、溶銑予備処理において、脱珪処理により生じたＳｉＯ２リッチなスラグの排滓処理が行われる。このような排滓処理に係る作業を挟むことにより、１チャージあたりの溶銑予備処理に係る処理時間が長くなる。したがって、生産スケジュールがタイトである場合、上記特許文献１に開示された技術の適用は好ましくない。また、当該排滓処理が行われている間は吹錬が中止となるため、当該排滓処理の間に溶銑から大量の熱が失われる。その結果、溶銑温度の管理の負担が大きくなり、操業コストが悪化し得る。すなわち、溶銑予備処理の生産効率が悪化する。
【００１２】
ゆえに、溶銑予備処理を精度高く、かつ生産効率を向上させるためには、脱珪処理の進行の程度を把握し、その進行の程度に応じた操作をすることが肝要である。
【００１３】
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、脱珪処理の進行の程度を把握して溶銑Ｓｉ濃度を適正に調整することが可能な、新規かつ改良された溶銑予備処理方法、溶銑予備処理制御装置、プログラムおよび記録媒体を提供することにある。溶銑Ｓｉ濃度を適正に調整することにより、溶銑Ｐ濃度を精度高く制御し、かつ、生産効率を向上させることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理方法であって、少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得ステップと、取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および前記転炉に投入された石灰石の重量を含む石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された吹込み酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応と、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する溶銑Ｓｉ濃度推定ステップと、推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標溶銑Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作を行う溶銑Ｓｉ濃度適正化ステップと、を含む溶銑予備処理方法が提供される。
【００１５】
前記推定された溶銑Ｓｉ濃度と前記目標溶銑Ｓｉ濃度との差は、前記溶銑Ｓｉ濃度が前記目標溶銑Ｓｉ濃度に到達すると予定された時点である目標濃度到達時点における前記推定された溶銑Ｓｉ濃度と前記目標溶銑Ｓｉ濃度との差であってもよい。
【００１６】
前記目標濃度到達時点は、溶銑予備処理前の溶銑Ｓｉ濃度および溶銑予備処理の操業条件に基づいて設定されてもよい。
【００１７】
前記操作は、酸化鉄を含む副原料を前記転炉に投入する操作を含んでもよい。
【００１８】
前記操作は、前記上吹きランスから供給される吹込み酸素量を増加する操作を含んでもよい。
【００１９】
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、転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置であって、少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得部と、取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および前記転炉に投入された石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応と、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する溶銑Ｓｉ濃度推定部と、前記溶銑Ｓｉ濃度推定部により推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する適正化処理部と、を備える溶銑予備処理制御装置が提供される。
【００２０】
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、転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得機能と、取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および前記転炉に投入された石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応と、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する溶銑Ｓｉ濃度推定機能と、前記溶銑Ｓｉ濃度推定部により推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する適正化処理機能と、をコンピュータに実現させるためのプログラムが提供される。
【００２１】
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、転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが記録された記録媒体であって、少なくともＳｉ、Ｆｅ、およびＣを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得するデータ取得機能と、取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータ、および前記転炉に投入された石灰石投入データに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応と、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応とが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する溶銑Ｓｉ濃度推定機能と、前記溶銑Ｓｉ濃度推定部により推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標Ｓｉ濃度との差に基づいて、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する適正化処理機能と、をコンピュータに実現させるためのプログラムが記録された記録媒体が提供される。
【００２２】
上記溶銑予備処理方法は、火点反応を表現する数理モデルとスラグメタル界面反応を表現する数理モデルとを複合させたモデルである複合反応モデルを用いて溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定する。これにより、脱珪反応の進行の程度を高精度で把握することが可能となる。また、推定結果から溶銑Ｓｉ濃度を適正に調整するので、脱珪処理を適正化することが可能である。これにより、溶銑Ｐ濃度の制御を精度高く行いつつ、排滓処理を不要とするので、生産効率を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、脱珪処理の進行の程度を把握して溶銑Ｓｉ濃度を適正に調整することが可能である。その結果、溶銑Ｐ濃度を精度高く制御し、かつ、生産効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る火点反応およびスラグメタル界面反応の複合反応モデルの概要を示す図である。
【図２】式（６）により算出される脱炭速度ΔＣに基づく脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯの推移を示すグラフである。
【図３】式（８）により算出される脱炭速度ΔＣに基づく脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯの推移を示すグラフである。
【図４】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５】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の一例を示す図である。
【図６】実施例および比較例に係るチャージに含まれる各成分の推定濃度を示すグラフである。
【図７】第１のチャージにおける各溶銑成分の酸素との反応における酸素分配率の変化を示すグラフである。
【図８】第２のチャージにおける各溶銑成分の酸素との反応における酸素分配率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
＜＜１．本実施形態に係る溶銑予備処理方法＞＞
本実施形態に係る溶銑予備処理システム１の構成、機能および処理の流れについて説明する前に、本実施形態に係る溶銑予備処理方法について説明する。なお、以下の説明においては、特記しない限り、各成分の濃度の単位である［質量％］は、［％］と記載する。本実施形態に係る溶銑予備処理方法は、溶銑Ｓｉ濃度の推定、および当該推定の結果に基づく溶銑Ｓｉ濃度の適正化により構成される。すなわち、本実施形態に係る溶銑予備処理方法では、まず、溶銑予備処理中の溶銑Ｓｉ濃度の推定が行われ、そして溶銑Ｓｉ濃度の推定結果を利用して、溶銑Ｓｉ濃度の適正化のための操作が行われる。以下、順に説明する。
【００２７】
＜１．１．溶銑Ｓｉ濃度の推定＞
まず、本実施形態における溶銑Ｓｉ濃度の推定に用いられる複合反応モデルについて説明する。
【００２８】
（複合反応モデルの概要）
一般に脱りん反応は、スラグメタル界面において生じる。スラグメタル界面とは、転炉内における溶銑とスラグとの界面である。スラグメタル界面における反応（以下、「スラグメタル界面反応」と呼称する）を表現するモデル（いわゆる「競合反応モデル」）については、S.Ohguchi  et.  Al，“Simultaneous  dephosphorisation  and  desulphurization  of  molten  pig  iron”，Ironmaking  and  Steelmaking，11，（1984），p．41に記載されている（以下、当該文献を「非特許文献」と呼称する）。この競合反応モデルは、スラグメタル界面における溶銑およびスラグに含まれる各成分の物質移動に適用することが可能である。つまり、上記の競合反応モデルを用いることにより、溶銑およびスラグ中の各成分の濃度を推定することはある程度可能である。
【００２９】
しかし、従来の競合反応モデルはあくまでもスラグメタル界面反応にのみ適用可能なモデルであり、吹錬により供給される酸素と溶銑との間で生じる酸化反応（いわゆる「火点反応」）は、競合反応モデルに反映されていない。そのため、例えば、火点反応により生じたＳｉＯ２等の酸化物のスラグへの移動等が、従来の競合反応モデルには反映されていない。したがって、従来の競合反応モデルをそのまま、火点反応が伴う溶銑予備処理における溶銑およびスラグ中の各成分の濃度の推定に用いることは困難であった。
【００３０】
そこで、本発明者は、火点反応を表現する数理モデルと、火点反応が進行する領域とは異なる領域において進行する競合反応モデルをベースとしたスラグメタル界面反応を表現する数理モデルとを複合させた「複合反応モデル」を提案するに至った。以下、複合反応モデルについて具体的に説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態に係る火点反応およびスラグメタル界面反応の複合反応モデルの概要を示す図である。図１に示すように、火点反応が起こる火点領域と、スラグメタル界面との間においては、溶銑に含まれる物質の移動が生じ得る。また、火点反応により生成されるＳｉＯ２およびＦｅＯ等の酸化物は、スラグメタル界面を介してスラグに流入する。これらの酸化物の物質移動量は、脱炭反応により生成されるＣＯまたはＣＯ２等の排ガスデータに基づいて算出される。この複数領域間における溶銑中の各成分の物質移動、および火点反応により生じた酸化物のスラグへの物質移動のそれぞれを考慮した反応モデルが、複合反応モデルである。
【００３２】
複合反応モデルは、火点反応における物質収支および熱収支、並びに、スラグメタル界面反応における物質収支および熱収支を複合させたモデルである。物質収支および熱収支とは、火点領域と、スラグ領域と、当該火点領域および当該スラグ領域のいずれでもない溶銑領域の３つの領域間における、各成分の物質移動および熱移動の収支である。複合反応モデルにおいては、火点反応により生成されるＳｉＯ２等を含む酸化物のスラグメタル界面への物質移動が、競合反応モデルに組み込まれる。これにより、Ｓｉを含む溶銑およびスラグ中の各成分の濃度を高精度で推定することが可能であることを本発明者は見出した。また、火点反応において排ガスデータを利用することにより、火点反応により生成されるＳｉＯ２等の酸化物の生成速度を高精度で推定することが可能であることを本発明者は見出した。以下、火点反応を表現する数理モデルとスラグメタル界面反応を表現する数理モデルとを複合させたモデルである複合反応モデルについて具体的に説明する。
【００３３】
なお、以下の説明においては、特に説明がない限り、［Ｘ］は溶銑に含まれる元素Ｘの濃度を表現し、（ＸＯｎ）はスラグに含まれる元素Ｘの酸化物ＸＯｎの濃度を表現する。（ＸＯｎ）は下記式（２）の反応式によって表され、ｎは元素Ｘに応じて定まる値である。
【００３４】
【数２】
2018095943.tif 000004
【００３５】
（火点反応）
まず、火点反応を表現する数理モデルについて説明する。火点領域においては、上吹きランス等から溶銑に酸素が供給されることにより、溶銑に含まれるＳｉ、ＣおよびＦｅの酸化反応（火点反応）が生じる。Ｓｉ、ＣおよびＦｅの火点反応による物質収支は、以下の式（３）〜（５）に表現される。式（３）は、脱珪反応による火点領域におけるＳｉの物質収支を示す。式（４）は、脱炭反応による火点領域におけるＣの物質収支を示す。式（５）は、火点領域におけるＦｅの物質収支を示す。
【００３６】
【数３】
2018095943.tif 000005
【００３７】
【数４】
2018095943.tif 000006
【００３８】
【数５】
2018095943.tif 000007
【００３９】
ここで、［Ｓｉｆ］、［Ｃｆ］、および［Ｆｅｆ］は、火点領域における溶銑含有成分［％］である。［Ｓｉ］、［Ｃ］、および［Ｆｅ］は、火点領域以外における溶銑含有成分［％］である。ｋＳｉは、脱珪反応速度定数［％／ｓｅｃ］である。ΔＣは、排ガスデータから求めた脱炭速度［％／ｓｅｃ］である。ΔＦｅは、排ガスデータから求めたＦｅの酸化速度［％／ｓｅｃ］である。Ｖｆは、火点領域の溶銑堆積［ｍ３］である。また、Ｑは、転炉内の溶銑の還流量［ｍ３／ｓｅｃ］である。
【００４０】
上記脱炭速度ΔＣは、排ガスデータに含まれる排ガスの成分および流量を用いることにより算出される。具体的には、下記式（６）に示すように、脱炭速度ΔＣは、転炉１１より排出される排ガスに含まれるＣＯまたはＣＯ２の少なくともいずれかを含むガス成分の流量等を用いることにより算出され得る。
【００４１】
【数６】
2018095943.tif 000008
【００４２】
ここで、Ｑｏｆｆｇａｓは、転炉より排出される排ガスの流量［Ｎｍ３／ｈｒ］である。また、上記式（６）内のＣＯ、およびＣＯ２は、転炉より排出されるＣＯの濃度、およびＣＯ２の濃度［％］である。また、Ｗｆは、火点領域における溶銑の重量［ｔｏｎ］である。
【００４３】
ところで、近年、式（１）の脱りん反応を促進させる副原料であるＣａＯ源として、生石灰（酸化カルシウム：ＣａＯ）の代わりに、安価な石灰石（炭酸カルシウム：ＣａＣＯ３）が利用されることが多くなった。この場合、石灰石を転炉に投入した際に、石灰石の滓化に伴って、石灰石がＣａＯとＣＯ２に分解される。
【００４４】
そうすると、転炉より排出されるＣＯ２ガスは、脱炭反応により生じるＣＯ２ガスと石灰石の滓化により生じるＣＯ２ガスとが混在する状態となる。したがって、単に転炉より排出される排ガスに係る排ガスデータを上記式（６）に適用させると、脱炭速度ΔＣが実際よりも高く見積もられ得る。
【００４５】
そこで、本発明者は、脱炭反応により生じるＣＯ２ガスと石灰石の滓化により生じるＣＯ２ガスとを明確に区別して脱炭速度ΔＣを算出する手法を開発した。具体的には、本発明者は、下記式（７）に示すように、式（６）に、石灰石の滓化の際におけるＣＯ２ガスの発生を考慮した、石灰石滓化速度ΔＷＣａＣＯ３［ｔｏｎ／ｓｅｃ］に係る変数を追加した。これにより、脱炭速度ΔＣの精度を向上させることができる。
【００４６】
【数７】
2018095943.tif 000009
【００４７】
なお、上記式（７）の石灰石滓化速度ΔＷＣａＣＯ３の係数である０．１２は、化学量論的に定められる定数である。また、石灰石滓化速度ΔＷＣａＣＯ３は、一次遅れを仮定した下記式（８）により算出される。
【００４８】
【数８】
2018095943.tif 000010
【００４９】
ここで、ＷＣａＣＯ３は石灰石投入量［ｔｏｎ］である。また、ｔは石灰石の投入時点を起点とする経過時間［ｓｅｃ］である。また、ＴＣａＣＯ３は時定数［ｓｅｃ］であり、適当な数値が用いられ得る。例えば、ＴＣａＣＯ３は６０ｓｅｃであってもよい。
【００５０】
図２は、式（６）により算出される脱炭速度ΔＣに基づく脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯの推移を示すグラフである。また、図３は、式（７）により算出される脱炭速度ΔＣに基づく脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯの推移を示すグラフである。なお、本実施形態において、脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯ［％／（Ｎｍ３／ｔｏｎ）］は、下記式（９）を用いて算出される。下記式（９）において、ΔＯ２は酸素原単位［Ｎｍ３／ｔｏｎ］である
【００５１】
【数９】
2018095943.tif 000011
【００５２】
また、図２および図３に示す脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯは、同一のチャージから得られる排ガスデータ等に基づいて算出されたものである。当該チャージでは、吹錬開始から１００秒後に石灰石（５．１[ｋｇ／ｔｏｎ]）が投入されている。
【００５３】
図２に示すグラフＧｒ１を参照すると、石灰石の投入直後から脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯが増加している。また、脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯは、領域Ｒ１が示す範囲において（２００秒経過前後）、脱炭酸素効率の最大理論値を上回っている。この結果から、石灰石を転炉に投入する場合において、石灰石の滓化を考慮していない式（６）を用いることは好ましくないことが分かる。
【００５４】
一方、図３に示すグラフＧｒ２を参照すると、石灰石の投入以降においても、脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯが横ばいの値を示していることが分かる。また、脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯが、脱炭酸素効率の取り得る理論値の範囲内で推移していることが分かる。この結果から、石灰石を転炉に投入する場合において、石灰石の滓化を考慮した式（７）を用いることにより、妥当な脱炭酸素効率ｄＣ／ｄＯ（すなわち、脱炭速度ΔＣ）を算出できることが示された。
【００５５】
以降の説明では、式（７）で算出された脱炭速度ΔＣを用いることを前提とする。
【００５６】
次に、Ｆｅの酸化速度ΔＦｅの算出方法について説明する。本実施形態においては、溶銑に供給された酸素は溶銑中のＳｉ、Ｃ、およびＦｅにより全て酸化反応に用いられると仮定されている。一般的に、溶銑中のＳｉおよびＣの酸化反応が、溶銑中のＦｅとの酸化反応と比較して、優先的に進行することが知られている。そのため、本実施形態では、溶銑中のＳｉまたはＣと反応しなかった残留酸素のみが溶銑中のＦｅと反応すると仮定した。以上の仮定に基づき、本実施形態においてＦｅの酸化速度ΔＦｅは、下記式（１０）に示すように、転炉内の溶銑に供給された酸素の供給量（ＦＯ２［Ｎｍ３／ｈｒ］）から、脱珪反応および脱炭反応により消費された酸素量を差し引くことにより算出された酸素量から求められる。
【００５７】
【数１０】
2018095943.tif 000012
【００５８】
ただし、上記式（１０）の右辺第１項の括弧内の値が０を下回る場合、つまり、下記式（１１）を満たす場合、ΔＦｅ＝０とみなされる。
【００５９】
【数１１】
2018095943.tif 000013
【００６０】
このように、火点領域における溶銑中のＳｉ、Ｃ、およびＦｅの物質収支の算出に、転炉から排出された排ガスに係る排ガスデータ、および転炉に投入された石灰石投入データを用いることにより、実際に火点反応において各溶銑成分と反応する酸素の量を推定することができる。これにより、火点領域における酸化反応のモデルをより忠実に表現することができ、各溶銑成分の濃度をより高精度に推定することが可能となる。
【００６１】
火点領域において酸化されるＳｉおよびＦｅの濃度変化（ｄ［Ｓｉｆ］／ｄｔ、およびｄ［Ｆｅｆ］／ｄｔ［％／ｓ］）は、火点反応を起因とするスラグ中のＳｉＯ２およびＦｅＯの濃度変化に対応する。これは、火点領域において酸化反応により減少したＳｉおよびＦｅがＳｉＯ２およびＦｅＯに変化し、スラグへと取り込まれるためである。よって、火点反応を起因とするスラグ中のＳｉＯ２およびＦｅＯの、スラグの重量ＷＳに対する濃度変化を、ｄ（ＳｉＯ２ｆ）／ｄｔ、およびｄ（ＦｅＯｆ）／ｄｔ［％／ｓ］とすると、上記濃度変化は下記式（１２）および式（１３）により表現される。
【００６２】
【数１２】
2018095943.tif 000014
【００６３】
【数１３】
2018095943.tif 000015
【００６４】
以上説明したように、火点反応による火点領域における各成分の物質収支は、式（３）〜式（５）、式（１２）、および式（１３）により表現される。また、火点領域における熱収支は、火点反応により生じる酸化反応等の反応熱を考慮して、下記式（１４）のように表現される。
【００６５】
【数１４】
2018095943.tif 000016
【００６６】
ここで、ｃｐｆは、火点領域における溶銑の比熱［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃）］である。Ｔｆは、火点領域における溶銑の温度［℃］である。Ｈｒｅａｃ，ｆは、火点領域における反応熱［ｋｃａｌ／ｓ］であり、例えば、［Ｓｉｆ］、［Ｃｆ］、および［Ｆｅｆ］を用いて算出される。ＲＱは、転炉内の還流による火点領域への流入熱量［ｋｃａｌ／ｓ］であり、火点領域以外の領域における溶銑の温度Ｔの値を用いて算出される。ＲＱｆは、転炉内の還流による火点領域からの流出熱量［ｋｃａｌ／ｓ］であり、例えば、Ｔｆの値を用いて算出される。
【００６７】
以上より、火点領域における溶銑成分の挙動、および火点反応により生成されてスラグに流入する酸化物の挙動は、式（３）〜式（５）、式（７）、式（８）、式（１０）〜式（１４）により表現される。
【００６８】
（スラグメタル界面反応）
続いて、スラグメタル界面反応を表現する数理モデルについて説明する。まず、スラグメタル界面における溶銑成分に関する反応は、スラグメタル界面における溶銑成分の平衡濃度と火点領域以外における溶銑の濃度との差を推進力とする物質移動により表現される。すなわち、スラグメタル界面における溶銑に含まれる元素Ｘ（Ｓｉ、Ｃ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｐ）の物質収支は、下記式（１５）のように表現される。
【００６９】
【数１５】
2018095943.tif 000017
【００７０】
ここで、［Ｘ］は、火点領域以外の領域における溶銑に含まれる元素Ｘの濃度［％］である。Ｖは、火点領域以外の溶銑の体積［ｍ３］である。Ａは、スラグメタル界面の界面積［ｍ２］である。ＫＸは、溶銑成分である元素Ｘの物質移動係数［ｍ／ｓ］である。［Ｘ*］は、スラグメタル界面における溶銑に含まれる元素Ｘの平衡濃度［％］である。［Ｘｆ］は、火点領域における溶銑に含まれる元素Ｘの濃度［％］である。ＷＸ，ＳＵＢは、副原料の投入による溶銑成分である元素Ｘの濃度の増加を考慮するための投入項［％／ｓ］である。
【００７１】
上記式（１５）は、従来の競合反応モデルに加えて、火点領域から火点領域以外の領域に流動する溶銑成分の物質移動（Ｑ×（［Ｘｆ］−［Ｘ］）に相当する）による物質収支を表現する。つまり、上記式（１５）は、スラグメタル界面反応により進行する溶銑からスラグメタル界面への物質移動（Ａ×ＫＸ×（［Ｘ］−［Ｘ*]）に相当する）のみならず、火点領域から火点領域以外の領域への物質移動に基づいて溶銑中のＳｉ、Ｃ、およびＦｅの成分の濃度変化を算出する。これにより、火点反応による溶銑中のＳｉ、Ｃ、およびＦｅの成分の濃度変化の影響を、スラグメタル界面反応に反映させることができる。
【００７２】
なお、本実施形態に係る複合反応モデルでは、Ｓｉ、Ｃ、およびＦｅ以外の元素Ｘ（例えば、Ｍｎ、Ｐ）の酸化物は火点反応により生成されないと仮定されている。したがって、Ｓｉ、Ｃ、およびＦｅ以外の元素Ｘの物質収支について、上記式（１５）における［Ｘｆ］−［Ｘ］の値は０となる。
【００７３】
また、非特許文献に記載されているように、スラグメタル界面における溶銑に含まれる元素Ｘの平衡濃度［Ｘ*］は、界面酸素濃度ａｏ＊を用いることにより表現される。当該界面酸素濃度ａｏ＊は、スラグメタル界面における酸素収支式により算出される（当該非特許文献参考）。
【００７４】
次に、スラグメタル界面におけるスラグ成分に関する反応は、溶銑成分に関する反応と同様に、スラグメタル界面におけるスラグ成分の平衡濃度とスラグのバルク内の成分の濃度との差を推進力とする物質移動により表現される。すなわち、スラグメタル界面におけるスラグ成分ＸＯｎ（ＳｉＯ２、ＦｅＯ、ＭｎＯ、ＰＯ２．５、ＡｌＯ１．５、ＣａＯ等）の物質収支は、下記式（１６）のように表現される。
【００７５】
【数１６】
2018095943.tif 000018
【００７６】
ここで、（ＸＯｎ）はスラグに含まれる元素Ｘの酸化物の濃度［％］である。Ｖｓは、スラグの体積［ｍ３］である。ＫＸＯｎは、スラグ成分である酸化物ＸＯｎの物質移動係数［ｍ／ｓ］である。（ＸＯｎ*）は、スラグメタル界面におけるスラグに含まれる元素Ｘの酸化物の平衡濃度［％］である。ＷＸＯｎ，ＳＵＢは、生石灰やスケール等の副原料の投入によるスラグ成分である酸化物ＸＯｎの濃度の増加を考慮するための投入項［％／ｓ］である。
【００７７】
また、スラグに含まれるＳｉＯ２およびＦｅＯの濃度は、図１に示したように、火点反応により生じた酸化物のスラグへの流入によっても変化する。そのため、ＳｉＯ２とＦｅＯの濃度変化については、スラグメタル界面反応による濃度変化のみならず、火点反応により生成された酸化物の生成速度を考慮する必要がある。そのため、ＳｉＯ２およびＦｅＯのスラグ中の濃度変化は、従来の競合反応モデルに、火点反応により生成された酸化物によるスラグ中の濃度変化の項を加えた下記式（１７）および式（１８）を用いて算出される。これにより、火点反応により生成された酸化物のスラグへの流入によるスラグ成分の濃度の変化を表現することができる。
【００７８】
【数１７】
2018095943.tif 000019
【００７９】
【数１８】
2018095943.tif 000020
【００８０】
なお、（ＳｉＯ２）はスラグ中のＳｉＯ２濃度を表し、（ＳｉＯ２＊）はスラグメタル界面におけるＳｉＯ２の平衡濃度を表す。また、（ＦｅＯ）はスラグ中のＦｅＯ濃度を表し、（ＦｅＯ＊）はスラグメタル界面におけるＦｅＯの平衡濃度を表す。
【００８１】
以上説明したように、スラグメタル界面反応によるスラグメタル界面における各成分の物質収支は、式（１５）〜式（１８）により表現される。また、スラグメタル界面反応を構成する溶銑部分の熱収支、およびスラグ部分の熱収支は、スラグメタル界面反応により生じる反応等の反応熱を考慮して、下記式（１９）、および式（２０）のようにそれぞれ表現される。
【００８２】
【数１９】
2018095943.tif 000021
【００８３】
ここで、Ｗは火点領域以外の領域における溶銑の重量［ｔｏｎ］である。ｃｐは、火点領域以外の領域における溶銑の比熱［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃）］である。Ｔは、火点領域以外の領域における溶銑の温度［℃］である。Ｈｒｅａｃは、スラグメタル界面反応で生じた反応熱のうち溶銑に分配される反応熱［ｋｃａｌ／ｓ］であり、スラグメタル界面反応に伴う各成分の物質移動に基づいて算出される。また、ＱＳＵＢは、溶銑への副原料の溶解により生じる抜熱量［ｋｃａｌ／ｓ］である。
【００８４】
【数２０】
2018095943.tif 000022
【００８５】
ここで、ｃｐＳは、スラグの比熱［ｋｃａｌ／（ｋｇ・℃）］である。Ｔｓは、スラグの温度［℃］である。Ｈｒｅａｃ，Ｓは、スラグメタル界面反応で生じた反応熱のうちスラグに分配される反応熱［ｋｃａｌ／ｓ］であり、スラグメタル界面反応に伴う各成分の物質移動に基づいて算出される。また、ＲＱＳは、スラグ表面からの抜熱量［ｋｃａｌ／ｓ］である。
【００８６】
以上より、火点反応による溶銑成分の挙動を含めたスラグメタル界面における溶銑成分およびスラグ成分の挙動は、式（１５）〜式（２０）により表現される。
【００８７】
以上説明したように、本実施形態に係る複合反応モデルは、火点反応を表現する式（３）〜式（１４）（式（６）、式（９）を除く）と、火点反応を考慮した競合反応モデルにより構成されるスラグメタル界面反応を表現する式（１５）〜式（２０）とを複合させた数理モデルである。当該複合反応モデルに係る上記の連立方程式を逐次的に解くことにより、溶銑Ｓｉ濃度を含む溶銑成分の濃度およびスラグ成分の濃度を推定する。例えば、上記複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度を逐次的に推定することが可能である。
【００８８】
＜１．２．溶銑Ｓｉ濃度の適正化＞
次に、上述した溶銑Ｓｉ濃度の推定結果を用いて、実際のチャージの溶銑Ｓｉ濃度の適正化する処理について説明する。ここで、溶銑Ｓｉ濃度の適正化とは、実際の脱珪処理において当初到達すべき目標溶銑Ｓｉ濃度と溶銑Ｓｉ濃度の推定値とが乖離している場合に、脱珪反応を促進させるための操作を行い、溶銑Ｓｉ濃度を調整することを意味する。
【００８９】
本実施形態において、上述した操作とは、具体的には、脱珪反応を促進するために転炉内に酸素源を追加的に投入する操作を含む。この酸素源の追加投入に係る操作として、（１）鉄鉱石等の酸化鉄を含む副原料の投入、および（２）上吹きランスからの上吹き酸素流量の増加等が挙げられる。なお、酸化鉄を含む副原料は、鉄鉱石以外に、スケールまたは焼結鉱等、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、またはＦｅ３Ｏ４の組成を有する鉄系酸化物であれば、特に限定されない。このような酸化鉄を含む副原料は、従来、式（１）に示した脱りん反応を促進させるためのＦｅＯ源として期待されて用いられている。一方、本実施形態に係る溶銑予備処理方法においては、酸化鉄を含む副原料は、酸素源としての役割を有し、脱珪反応を促進させ、溶銑Ｓｉ濃度の適正化のために用いられる。
【００９０】
本実施形態に係る溶銑Ｓｉ濃度の適正化処理においては、目標溶銑Ｓｉ濃度に到達すべき時点ｔ１における溶銑Ｓｉ濃度の推定値と目標溶銑Ｓｉ濃度との差を算出し、次に、当該差に基づいて上記の転炉の操業に係る操作量を決定する。操作量を溶銑Ｓｉ濃度の推定値と目標溶銑Ｓｉ濃度との差に基づいて算出することにより、脱珪処理を確実に促進させ、かつ、過剰操作による溶銑の熱損失または操業時間の長時間化等の生産効率の悪化を回避することができる。
【００９１】
ここで、目標溶銑Ｓｉ濃度（［ＸＳｉ］ａｉｍ）に到達すべき時点（目標濃度到達時点と呼称する）ｔ１は、溶銑予備処理前に予め設定される、吹錬開始時ｔ０からの経過時間である。すなわち、脱珪処理の終了予定時点が、目標濃度到達時点ｔ１に相当する。本実施形態に係る目標濃度到達時点ｔ１は、溶銑予備処理前の溶銑Ｓｉ濃度（すなわち初期溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ｔ０）および、溶銑予備処理の操業条件（例えば、溶銑温度、塩基度等）に基づいて設定され得る。具体的には、目標濃度到達時点ｔ１は、下記の表１の例に示すように、初期溶銑Ｓｉ濃度と溶銑温度に応じて適宜設定され得る。また、目標濃度到達時点ｔ１は、吹錬設備の仕様（例えば上底吹きガスの流量等）または製造する鋼種に応じて、過去の経験に基づき適宜設定され得る。
【００９２】
【表１】
2018095943.tif 000023
【００９３】
本実施形態に係る適正化処理では、まず、目標濃度到達時点ｔ１における溶銑Ｓｉ濃度の推定値［ＸＳｉ］ｔ１と、目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍとを比較する。ここで、溶銑Ｓｉ濃度の推定値［ＸＳｉ］ｔ１が、目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍ以下である場合（すなわち、［ＸＳｉ］ｔ１−［ＸＳｉ］ａｉｍ≦０の場合）、脱珪処理が予定通り、または予定よりも早いペースで行われているため、溶銑Ｓｉ濃度の適正化に係る操作は行われない。
【００９４】
一方、溶銑Ｓｉ濃度の推定値［ＸＳｉ］ｔ１が、目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍを上回る場合（すなわち［ＸＳｉ］ｔ１−［ＸＳｉ］ａｉｍ＞０の場合）、上述した操作による溶銑Ｓｉ濃度の適正化が行われる。
【００９５】
なお、目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍは、最終的に得られる鋼種等に応じて適宜決定される。例えば、目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍは、０．０１％であってもよい。
【００９６】
以下では、実際の操作として、鉄鉱石等の酸化鉄を含む副原料を転炉内に投入する例について説明する。
【００９７】
転炉内に投入される副原料の投入量ＷＦｅＯｒｅ［ｔｏｎ］は、目標濃度到達時点ｔ１において溶銑中に存在すると考えられる余剰なＳｉを酸化させるのに必要な酸素量に基づいて決定され得る。具体的には、投入量ＷＦｅＯｒｅは、下記式（２１）に基づいて決定され得る。
【００９８】
【数２１】
2018095943.tif 000024
【００９９】
ここで、αは換算係数［Ｎｍ３／（％・ｔｏｎ）］であり、化学量論的に決定される値である。本実施形態に係る換算係数αは８．０とした。またＷＨＭは溶銑の装入量［ｔｏｎ］であり、ＯＦｅＯｒｅは、副原料の酸素含有量［Ｎｍ３／ｔｏｎ］である。
【０１００】
かかる鉄鉱石の投入により、転炉内の溶銑中に存在するＳｉが鉄鉱石に含有される酸素と反応して酸化される。すなわち、脱珪反応が促進されるので、溶銑Ｓｉ濃度を目標溶銑Ｓｉ濃度まで迅速に低下させ、脱珪反応終了時期を適正化することができる。よって、溶銑Ｓｉ濃度が適正に調整されるので、溶銑Ｐ濃度を高精度に制御することが可能となる。
【０１０１】
ただし、上述した鉄鉱石等の酸化鉄を含む副原料の投入量に対して、溶銑の熱的余裕がない場合がある。この場合、副原料の投入とともに、または副原料の投入に替えて、吹込み酸素量ΔＯｂｌｏｗを増加する調整を行うことが好ましい。
【０１０２】
例えば、下記式（２２）が成立しない場合、すなわち、副原料の投入による溶銑温度の降下量［℃］が、溶銑温度ＴＨＭおよび脱珪処理終了時点における目標温度Ｔａｉｍ等、溶銑の熱収支に係る変数を独立変数とする関数ｆにより一意に定まる溶銑の熱余裕度［℃］よりも大きい場合、吹込み酸素量の増加分ΔＯｂｌｏｗを増加する調整を行うことが好ましい。
【０１０３】
【数２２】
2018095943.tif 000025
【０１０４】
ここで、上記式（２２）の左辺は、副原料の一例であるスクラップが溶銑重量ＷＨＭの１％だけ投入された場合に溶銑温度が２０℃低下すると仮定した場合における、スクラップの投入による冷却効果を基準とする副原料の投入による溶銑温度の降下量を示している。また、γＦｅＯｒｅは、投入される副原料に応じて定められる冷却係数である。当該冷却係数γＦｅＯｒｅはスクラップの冷却効果を基準として定められている。すなわち、上記式（２２）において、スクラップの冷却係数γＳｃｒａｐは１．０である。また、上記式（２２）の左辺のＷＦｅＯｒｅには、上記式（２１）により算出されるＷＦｅＯｒｅが代入される。
【０１０５】
上記式（２２）が成立しない場合は、副原料の投入を行うとともに、または副原料の投入に替えて、吹込み酸素流量を増加させる操業が行われ得る。まず、副原料の投入とともに吹込み酸素流量を増加させる場合、副原料の投入可能量Ｗ’ＦｅＯｒｅは、下記式（２３）により算出される。
【０１０６】
【数２３】
2018095943.tif 000026
【０１０７】
そして、吹込み酸素量の増加分ΔＯｂｌｏｗは、下記式（２４）により算出される。なお、下記式（２４）の右辺第１項かっこ内のＷＦｅＯｒｅには、上記式（２１）により算出されるＷＦｅＯｒｅが代入される。
【０１０８】
【数２４】
2018095943.tif 000027
【０１０９】
また、副原料の投入に替えて吹込み酸素量を増加させる操業を行う場合、吹込み酸素量の増加分ΔＯｂｌｏｗは、下記式（２５）により算出される。ただし、吹込み酸素量の増加は処理時間の延長を伴うため、熱余裕がある場合には鉄鉱石等の副原料を投入する操業を行うことが望ましい。
【０１１０】
【数２５】
2018095943.tif 000028
【０１１１】
以上の各式から算出される操作量に応じた操業を行うことにより、脱珪反応が促進される。これにより、溶銑Ｓｉ濃度が適正化されるので、スラグの排滓処理を行うことなく、溶銑予備処理終了時における溶銑Ｐ濃度を高精度に制御することが可能となる。
【０１１２】
以上、本実施形態に係る溶銑予備処理方法について説明した。
【０１１３】
＜＜２．本実施形態に係る溶銑予備処理システム＞＞
＜２．１．溶銑予備処理システムの構成＞
次に、上述した本実施形態に係る溶銑予備処理方法を実現するためのシステムの一例について説明する。図４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４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。
【０１１４】
（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。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、冷材および副原料の投入、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。転炉吹錬設備１０には、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。
【０１１５】
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（溶鋼）温度を調整するための冷材、並びに石灰石等のスラグ形成のための副原料および溶銑Ｓｉ濃度の適正化のための鉄鉱石等の酸化鉄を含む副原料が装入／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。
【０１１６】
溶銑中のＳｉ等は供給された酸素と酸化反応し、酸化物が生成される。ここで生じた酸化物は、スラグとして安定化する。また、溶銑中のＣは供給された酸素と酸化反応し、ＣＯまたはＣＯ２が生成され、排ガスとして転炉１１から煙道１２へ排出される。吹錬による酸化反応によって不純物の成分が除去され、溶銑中のＣの量が制御されることにより、低炭素で不純物の少ない鋼が生成される。
【０１１７】
転炉１１において発生した排ガスは、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５〜１０ｓｅｃ周期）で、逐次的に、排ガスの成分分析および流量測定を行う。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逐次出力される。その際、排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２より出力される排ガスデータの出力周期は、溶銑予備処理制御装置２０による溶銑Ｓｉ濃度の推定周期と同期し得る。
【０１１８】
（溶銑予備処理制御装置２０）
溶銑予備処理制御装置２０は、データ取得部２０１、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２、および適正化処理部２０３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、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２、適正化処理部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、および通信装置等により実現される。
【０１１９】
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、並びに排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２から取得される排ガスデータを入力値として、溶銑Ｓｉ濃度を推定する。入力値とされるデータは、後述するデータ取得部２０１の有する機能により取得される。また、溶銑Ｓｉ濃度は、後述する溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２の有する機能により推定される。また、溶銑予備処理制御装置２０は、推定された溶銑Ｓｉ濃度を、溶銑予備処理における操業の制御に用いる。具体的には、溶銑予備処理制御装置２０は、推定された溶銑Ｓｉ濃度と目標溶銑Ｓｉ濃度との差に基づいて、上述した溶銑Ｓｉ濃度を適正化するための操作の内容（例えば、操作タイミング、操作量）を決定する。当該適正化処理は、後述する適正化処理部２０３の有する機能により決定される。
【０１２０】
なお、本実施形態に係る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。
【０１２１】
また、溶銑予備処理制御装置２０は、例えば、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。具体的には、溶銑予備処理制御装置２０は、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。これらの機能における具体的な処理としては、後述する適正化処理部２０３の有する機能により実現される処理を除いて、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。
【０１２２】
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４に示したように、溶銑データ２１１、目標データ２１２、およびパラメータ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。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４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。
【０１２３】
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（Ｃ、Ｐ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ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用いられる各種の情報（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）、吹込み酸素量についての情報等）が含まれ得る。目標データ２１２には、溶銑予備処理時における溶銑中の目標成分濃度、目標濃度到達時点および目標温度等のデータが含まれる。パラメータ２１３は、後述する溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２および適正化処理部２０３において用いられる各種のパラメータである。例えば、パラメータ２１３には、脱珪反応速度定数等が含まれる。
【０１２４】
入出力部２２は、例えば、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２による溶銑Ｓｉ濃度の推定結果、および適正化処理部２０３により決定される操業に関する情報（操業開始タイミング、操業に係る操作量）等を取得し、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、推定された溶銑Ｓｉ濃度をオペレータに表示させてもよい。また、入出力部２２は、後述する適正化処理部２０３により決定された操業に関する情報に基づいて、転炉吹錬の制御に関する指示を、計測制御装置３０に出力してもよい。この場合、当該指示は、適正化処理部２０３により決定された操業に関する情報に基づいて自動的に生成される指示であってもよいし、表示された溶銑Ｓｉ濃度の推定値に係る情報を閲覧したオペレータの操作により入力される指示であってもよい。また、入出力部２２は、溶銑予備処理データベース２１に格納されている各種データを追加、更新、変更、または削除するための入力インタフェースの機能を有してもよい。
【０１２５】
（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、並びに上吹きランス１３の酸素１４の吹込みに係る操業を制御する。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。
【０１２６】
＜２．２．各機能部の構成および機能＞
次に、本実施形態に係る溶銑予備処理制御装置２０の各機能部の構成および機能について説明する。
【０１２７】
再度図４を参照すると、本実施形態に係る溶銑予備処理制御装置２０には、データ取得部２０１、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２および適正化処理部２０３の各機能部が備えられる。
【０１２８】
（データ取得部）
データ取得部２０１は、溶銑Ｓｉ濃度を推定するための各種データ、および推定された溶銑Ｓｉ濃度等を用いて転炉の操業の制御を行うための各種データを取得する。例えば、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、目標データ２１２およびパラメータ２１３を取得する。また、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から出力される排ガスデータを取得する。取得される排ガスデータは、時系列データである。すなわち、本実施形態に係るデータ取得部２０１は、排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２が逐次的に測定する排ガスデータを逐次的に取得する。
【０１２９】
なお、データ取得部２０１は、上述した各種データ以外にも、溶銑予備処理に係る各種データを取得し得る。また、データ取得部２０１は、転炉吹錬設備１０に備えられる各種装置から出力されるデータを、計測制御装置３０を介して取得し得る。
【０１３０】
データ取得部２０１は、取得した各種データを溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２および適正化処理部２０３にそれぞれ出力する。
【０１３１】
（溶銑Ｓｉ濃度推定部）
溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２は、データ取得部２０１から出力された各種データ等を用いて、溶銑Ｓｉ濃度を推定する。すなわち、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２は、上述した溶銑Ｓｉ濃度の推定に係る機能を有する。具体的には、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２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、一時点前に推定したＳｉを含む各溶銑成分の推定濃度、および排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２から取得した排ガスデータを式（３）〜式（２０）（ただし式（６）、式（９）を除く）に代入して連立方程式を解くことにより、溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］を逐次的に推定する。
【０１３２】
（適正化処理部）
適正化処理部２０３は、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２により推定された目標濃度到達時点ｔ１における溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ｔ１と目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍとの差に基づいて、実際の溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する機能を有する。すなわち、適正化処理部２０３は、上述した溶銑Ｓｉ濃度の適正化に係る機能を有する。なお、当該操作内容には、操作を行うタイミング、および操作量が含まれる。
【０１３３】
具体的には、適正化処理部２０３は、データ取得部２０１から出力された目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍおよび目標濃度到達時点ｔ１を取得し、目標濃度到達時点ｔ１における溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ｔ１と目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍとの差を算出する。そして、適正化処理部２０３は、当該差に基づいて、適正化処理を行うか否かを判定する。例えば、［ＸＳｉ］ｔ１−［ＸＳｉ］ａｉｍ≦０の場合、適正化処理部２０３は、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作を特に行わないことを決定する。一方で、［ＸＳｉ］ｔ１−［ＸＳｉ］ａｉｍ＞０の場合、適正化処理部２０３は、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する。
【０１３４】
この場合、適正化処理部２０３は、目標濃度到達時点ｔ１を操作開始のタイミングとして、酸化鉄を含む副原料の投入量および／または上吹きランス１３からの吹込み酸素量の増加量を決定する。当該投入量および増加量は、操作量の一例である。この操作量は、上述した式（２１）〜式（２５）により決定される。
【０１３５】
適正化処理部２０３は、溶銑Ｓｉ濃度を調整する操作を行う必要があると判定した場合、当該操作に係る指示を計測制御装置３０に出力する。当該指示には、操作内容（すなわち、操作量等）が含まれる。計測制御装置３０は、当該指示を受信して、当該指示に基づいて当該操作の制御を転炉吹錬設備１０に対して行う。これにより、転炉吹錬設備１０において、溶銑Ｓｉ濃度を適正化するための操作が行われる。
【０１３６】
以上、図４を参照して、本実施形態に係る溶銑予備処理制御装置２０の各機能部の構成および機能について説明した。
【０１３７】
＜２．３．溶銑予備処理システムによる処理フロー＞
図５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の一例を示す図である。図５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処理の流れについて説明する。なお、図５に示す各処理は、図４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５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。
【０１３８】
本実施形態に係る溶銑予備処理方法では、まず、溶銑予備処理開始前に、溶銑予備処理データベース２１に格納されたデータ等の各種データが取得される（ステップＳ１０１）。具体的には、ステップＳ１０１では、データ取得部２０１は、溶銑データ２１１、目標データ２１２、およびパラメータ２１３を取得する。
【０１３９】
次に、溶銑予備処理が開始されると、排ガスデータが収集される（ステップＳ１０３）。具体的には、ステップＳ１０３では、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によって測定された排ガスデータを排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２から逐次的に取得する。
【０１４０】
次いで、溶銑Ｓｉ濃度が逐次的に推定される（ステップＳ１０５）。具体的には、ステップＳ１０５では、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２は、上述した各種データ、および一時点前のＳｉ含む各溶銑成分の推定濃度を複合反応モデルに適用させることにより、溶銑Ｓｉ濃度を推定する。ステップＳ１０３およびステップＳ１０５に係る処理（排ガスデータ取得処理、溶銑Ｓｉ濃度推定処理）は、目標濃度到達時点ｔ１に達するまで逐次的に繰り返し実行される（ステップＳ１０７／ＹＥＳ）。
【０１４１】
次に、目標濃度到達時点ｔ１に達したとき（Ｓ１０７／ＮＯ）、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作を行うか否かが判定される（Ｓ１０９）。具体的には、適正化処理部２０３は、目標濃度到達時点ｔ１における推定された溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ｔ１と目標溶銑Ｓｉ濃度［Ｘｓｉ］ａｉｍとの差を算出し、当該差に基づいて溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作内容を決定する。溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ｔ１−濃度［Ｘｓｉ］ａｉｍ≦０であれば（Ｓ１０９／ＮＯ）、当該操作は行わないと判定される。一方で、溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ｔ１−濃度［Ｘｓｉ］ａｉｍ＞０であれば（Ｓ１０９／ＹＥＳ）、溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作が行われる（Ｓ１１１）。具体的には、適正化処理部２０３は、当該操作に係る操作量等の操作内容を決定し、当該操作内容を含む指示を計測制御装置３０に出力する。そして、計測制御装置３０は、当該指示に基づいて転炉吹錬設備１０に対する各種操作を制御する。
【０１４２】
以上、図５を参照して、本実施形態に係る溶銑予備処理方法の処理の流れについて説明した。
【０１４３】
＜＜３．まとめ＞＞
以上、本実施形態に係る溶銑予備処理方法、並びに当該溶銑予備処理方法を実現するための溶銑予備処理システムおよび溶銑予備処理制御装置について説明した。本実施形態によれば、溶銑Ｓｉ濃度の推定、および推定結果を用いた実際の溶銑Ｓｉ濃度の調整に係る操作の制御が行われる。かかる技術により、脱珪反応が芳しくない場合における脱珪処理を適正化させることが可能である。これにより、溶銑Ｐ濃度の制御を精度高く行いつつ、排滓処理を不要とするので、溶銑予備処理における生産効率を向上させることが可能となる。
【０１４４】
また、溶銑Ｓｉ濃度の調整に係る操作として、鉄鉱石等の酸化鉄を含む副原料を投入する操作が行われ得る。本実施形態においては、当該副原料は、脱りん反応を促進させるためのＦｅＯ源としてだけではなく、脱珪反応を促進させるための酸素源としても用いられ得る。
【０１４５】
また、本実施形態に係る複合反応モデルは、転炉から排出されるＣＯ２ガスを、脱りん反応を促進させるための安価な副原料として用いられ得る石灰石の溶解により生じるＣＯ２ガスと、脱炭反応により生じるＣＯ２ガスとに区別する。これにより、脱炭反応速度をより正確に推定することができる。ゆえに、副原料の投入コストを抑制しつつ、溶銑Ｓｉ濃度の推定濃度の精度を向上させることが可能となる。
【０１４６】
なお、図４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、本発明に係る溶銑予備処理方法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。
【０１４７】
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、溶銑Ｓｉ濃度推定部２０２および適正化処理部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。
【０１４８】
また、図４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】
【０１４９】
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、上記実施形態に係る溶銑予備処理方法により推定される溶銑Ｓｉ濃度に基づく溶銑Ｓｉ濃度を調整するための操作の制御の有効性について検証した。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。
【０１５０】
本発明の実施例および比較例として、上記実施形態に係る溶銑予備処理方法を適用させたチャージおよび適用させていないチャージのそれぞれについて、溶銑中のＳｉ、ＦｅＯおよびＰの推定濃度の推移を評価した。具体的には、実施例に係るチャージでは、目標濃度到達時点ｔ１における推定された溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ｔ１と目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍとの差に基づいて算出された投入量の鉄鉱石を、目標濃度到達時点ｔ１において転炉に投入する操作を行った。一方、比較例に係るチャージでは、推定された溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］が目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍに到達した時点ｔ２において、元々脱りん反応促進の目的で投入されるべき所定の投入量の鉄鉱石を転炉に投入する操作を行った。
【０１５１】
本実施例および比較例に係る各チャージの初期の溶銑成分の濃度、溶銑温度、および溶銑予備処理時間を、表２に示す。
【０１５２】
【表２】
2018095943.tif 000029
【０１５３】
なお、実施例に係るチャージにおいては、目標濃度到達時点ｔ１＝２８０ｓｅｃであり、鉄鉱石の投入量は、式（２１）による算出結果から表２に示すように１３．７ｋｇ／ｔｏｎとした。一方、比較例に係るチャージにおいては、推定された溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］が目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍに到達した時点ｔ２＝３７１ｓｅｃであり、鉄鉱石の投入量は表２に示すように４．４ｋｇ／ｔｏｎとした。また、溶銑予備処理後の目標溶銑Ｐ濃度を０．０２５％と設定した。
【０１５４】
以下、各チャージにおける各成分の推定濃度の推移を示す。図６は、実施例および比較例に係るチャージに含まれる各成分の推定濃度を示すグラフである。グラフＡは、溶銑Ｓｉ濃度の推定値の推移を示し、グラフＢは、スラグ中ＦｅＯ濃度の推定値の推移を示し、グラフＣは、溶銑Ｐ濃度の推定値の推移を示す。また、グラフＣ中のＸ印は、溶銑予備処理後の溶銑Ｐ濃度の実績値を示す。
【０１５５】
図６を参照すると、グラフＣに示すように、実施例および比較例に係るチャージの溶銑予備処理終了時点における溶銑Ｐ濃度の推定値と、同時点における溶銑Ｐ濃度の実績値がほぼ同一であることが分かる。この結果から、上記の複合反応モデルを用いた推定方法により、溶銑Ｐ濃度を精度高く制御することができることが示された。
【０１５６】
また、グラフＡの領域Ｒ２に示されるように、実施例に係るチャージでは、目標濃度到達時点ｔ１において鉄鉱石が投入されたタイミングで、溶銑Ｓｉ濃度の推定値が急激に降下したことが分かる。これにより、溶銑Ｓｉ濃度が目標溶銑Ｓｉ濃度（０．０１％）に短時間で到達したことが分かる。すると、グラフＣに示すように、溶銑Ｐ濃度の下降が開始する時点が前倒しされた。すなわち、脱りん処理の開始が前倒しされた。さらに、グラフＢに示すように、スラグ中ＦｅＯ濃度が比較例に係るチャージと比較して実施例に係るチャージでは顕著に増加している。これにより、脱りん反応が促進され、溶銑Ｐ濃度の脱りん速度が大きいことが分かる。その結果、溶銑予備処理終了時点の溶銑Ｐ濃度は目標Ｐ濃度の０．０２５％を下回り、０．０２％程度となった。
【０１５７】
一方、比較例に係るチャージでは、推定された溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］が目標溶銑Ｓｉ濃度［ＸＳｉ］ａｉｍに到達した時点ｔ２で、実施例の場合よりも投入量の少ない鉄鉱石（元々脱りん反応促進の為に計画した量）を投入している。そのため、脱りん処理の開始時点が遅れ、また、脱りん処理における脱りん速度も低い。その結果、溶銑予備処理終了時点における溶銑Ｐ濃度は目標溶銑Ｐ濃度の０．０２５％を下回らなかった。
【０１５８】
これらの結果から、上記実施形態に係る溶銑予備処理方法を適用することで、鉄鉱石が適切な量だけ投入されたため、脱珪処理が適正化されることが示された。また、その結果として、脱りん反応が促進されていることが示された。
【０１５９】
また、本実施例に係るチャージの結果から、上記実施形態に係る溶銑予備処理方法を適用することにより、排滓処理を行わずに、十分に溶銑Ｐ濃度を目的溶銑Ｐ濃度以下に制御できることが示された。すなわち、溶銑予備処理における生産効率を向上することが可能なことが示された。
【０１６０】
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】
【０１６１】
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
２０１  データ取得部
２０２  溶銑Ｓｉ濃度推定部
２０３  適正化処理部
【図１】
2018095943.tif 000030
【図２】
2018095943.tif 000031
【図３】
2018095943.tif 000032
【図４】
2018095943.tif 000033
【図５】
2018095943.tif 000034
【図６】
2018095943.tif 000035
【図７】
2018095943.tif 000036
【図８】
2018095943.tif 000037