(57)【要約】【課題】溶湯中の成分濃度推移の推定精度を向上させることができる初期成分濃度補正装置、初期成分濃度補正方法、精錬プロセス状態推定方法、及び、転炉の操業方法を提供すること。【解決手段】初期成分濃度補正装置において、所定の入力情報が入力される入力装置と、過去チャージにおける排ガスの流量計測値、排ガス中の成分濃度計測値及び溶湯中の初期成分濃度計測値を補正する補正パラメータを算出する過去吹錬補正計算部と、入力情報、補正パラメータ及び過去チャージの操業情報を保存する情報保存手段と、入力情報、操業情報、補正パラメータ、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度計測値及び操業情報に基づき初期成分濃度補正値を算出し、初期成分濃度補正値を用いて次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正する次回吹錬補正計算部と、を備える。【選択図】図１
2019014964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力情報として、精錬設備における処理中または処理後の溶湯の成分濃度の計測結果、前記精錬設備から排出された排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、前記精錬設備の炉内への吹き込み酸素量に関する情報、処理前の溶湯の重量及び成分濃度に関する情報、並びに、処理中に投入された副原料の重量に関する情報が入力される入力装置と、
前記入力情報、及び、炭素と酸素との収支計算結果に基づいて、過去チャージにおける、前記精錬設備から排出された排ガスの流量の計測値、該排ガス中の成分濃度の計測値、及び、溶湯中の初期成分濃度の計測値を補正するための補正パラメータを算出する過去吹錬補正計算部と、
前記入力情報、前記補正パラメータ、及び、過去チャージの操業情報を保存する情報保存手段と、
前記入力情報、前記操業情報、前記補正パラメータ、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度計測値、及び、次回チャージの操業情報に基づいて、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正するための初期成分濃度補正値を算出し、該初期成分濃度補正値を用いて次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正する次回吹錬補正計算部と、
を備えることを特徴とする初期成分濃度補正装置。
【請求項２】
前記過去吹錬補正計算部は、溶湯の成分分析値と投入した副原料に含まれる炭素量とから計算される、吹錬中指定期間の溶湯中炭素減少量と前記吹錬中指定期間の排ガス中炭素量との差に基づく評価関数、及び、炭素の燃焼に用いられる酸素量についての収支に基づく評価関数を、最小化するような前記補正パラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載の初期成分濃度補正装置。
【請求項３】
前記次回吹錬補正計算部は、過去チャージに基づいてパラメータを決定した回帰式を用いて前記初期成分濃度補正値を算出し、
前記回帰式の説明変数には、少なくとも次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度計測値が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の初期成分濃度補正装置。
【請求項４】
入力情報として、精錬設備における処理中または処理後の溶湯の成分濃度の計測結果、前記精錬設備から排出された排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、前記精錬設備の炉内への吹き込み酸素量に関する情報、処理前の溶湯の重量及び成分濃度に関する情報、並びに、処理中に投入された副原料の重量に関する情報が入力されるステップと、
前記入力情報、及び、炭素と酸素との収支計算結果に基づいて、過去チャージにおける、前記精錬設備から排出された排ガスの流量の計測値、該排ガス中の成分濃度の計測値、及び、溶湯中の初期成分濃度の計測値を補正するための補正パラメータを算出するステップと、
前記入力情報、前記補正パラメータ、及び、過去チャージの操業情報を保存するステップと、
前記入力情報、前記操業情報、前記補正パラメータ、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度計測値、及び、次回チャージの操業情報に基づいて、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正するための初期成分濃度補正値を算出し、該初期成分濃度補正値を用いて次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正するステップと、
を含むことを特徴とする初期成分濃度補正方法。
【請求項５】
請求項４に記載の初期成分濃度補正方法によって補正された、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度に基づいて、前記溶湯中の成分濃度推移を推定するステップを含むことを特徴とする精錬プロセス状態推定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の精錬プロセス状態推定方法を用いて推定された、次回チャージにおける溶湯中の成分濃度推移に基づいて、前記溶湯中の成分濃度を所望の範囲内に調整するステップを含むことを特徴とする転炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、初期成分濃度補正装置、初期成分濃度補正方法、精錬プロセス状態推定方法、及び、転炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄所では、高炉において鉄鉱石を溶解した後、精錬設備において溶湯の成分濃度及び温度を調整する。精錬設備には、予備処理設備、転炉、及び二次精錬設備と処理目的に応じて様々なものがある。例えば精錬設備の代表格である転炉では、炉内に酸素を吹き込むことによって溶湯中の不純物の除去及び昇温を行い、吹錬後の溶湯の成分濃度及び温度が指定された範囲内に収まるように制御が行われる。しかしながら、溶湯中の酸化反応は激しく、溶湯が高温になるため、溶湯中の成分濃度や温度を時々刻々計測することは困難である。このため、現実の操業では、吹錬中の溶湯をサンプリングし、サンプリングによって得られた情報及び反応モデルに基づいて吹錬終了までの吹錬制御（必要送酸量や冷却材投入量決定）の計算を行っている。
【０００３】
溶湯の成分濃度や温度の情報を連続的に得ることができると、処理精度を向上させることが可能になる。現状、連続的に収集できるプロセス情報には、操作量の他に排ガスに関する情報（流量及び各成分濃度）がある。排ガスに関する情報を用いて炉外に排出された炭素量を推定することが可能であり、物質バランスから排出炭素量に基づいて溶湯中の炭素成分濃度を計算できる。しかしながら、一般的に排ガスについて計測された情報は誤差が大きい。例えば排ガスの流量値は、一般的にオリフィス（絞り）やベンチュリ管を排ガス管に設置し、その前後の圧力降下から推定されることが多い。ところが、排ガスの圧力、温度、及び流量は頻繁に大きく変動するため、上記の方法では誤差が大きくなる傾向がある。特許文献１には、このような問題に対処するため、鉄鋼精錬プロセスの排ガス流量に関して、計測値を補正する係数を過去実績に基づいて計算し、吹錬途中の溶湯分析結果に基づいてさらにその係数を補正して、その情報に基づいて溶湯中の炭素成分濃度をリアルタイムで推定する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２７２９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で提案されている方法は、排ガス中の炭素量と溶湯中の炭素減少量とに基づいて排ガス流量を補正しているが、排ガス中炭素量だけではなく溶湯中炭素減少量に関しても誤差が発生する可能性がある。特に、処理前の溶湯成分計測値に関しては、成分計測時点から処理開始までの間に溶湯中で進む反応や、均一さが保証されない大量溶湯のごく一部のサンプルで成分分析を行うことを原因として誤差が発生し、溶湯中の成分濃度推移の推定精度を悪化させるおそれがある。
【０００６】
また、成分濃度推移の計算以外でも、処理前の溶湯成分計測値に大きな誤差が含まれると精度が悪化する計算がある。例えば、処理前に行われる、吹錬に必要な酸素量及び副原料の計算（スタティックモデル計算）では、処理前溶湯成分計測値が用いられるため、処理前溶湯成分計測値の誤差が大きいと計算精度が悪化する。計算精度悪化によって、吹き込み酸素量や副原料投入量が必要以上に大きくなった場合には、歩留り悪化や処理時間伸長が生じ、逆に吹き込み酸素量や副原料投入量が不足して、再吹錬が必要になった場合には、処理完了時刻が計画から大きく遅れることになり、いずれにしても生産性が大きく阻害されることになる。
【０００７】
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、溶湯中の成分濃度推移の推定精度を向上させることができる初期成分濃度補正装置、初期成分濃度補正方法、精錬プロセス状態推定方法、及び、転炉の操業方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る初期成分濃度補正装置は、入力情報として、精錬設備における処理中または処理後の溶湯の成分濃度の計測結果、前記精錬設備から排出された排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、前記精錬設備の炉内への吹き込み酸素量に関する情報、処理前の溶湯の重量及び成分濃度に関する情報、並びに、処理中に投入された副原料の重量に関する情報が入力される入力装置と、前記入力情報、及び、炭素と酸素との収支計算結果に基づいて、過去チャージにおける、前記精錬設備から排出された排ガスの流量の計測値、該排ガス中の成分濃度の計測値、及び、溶湯中の初期成分濃度の計測値を補正するための補正パラメータを算出する過去吹錬補正計算部と、前記入力情報、前記補正パラメータ、及び、過去チャージの操業情報を保存する情報保存手段と、前記入力情報、前記操業情報、前記補正パラメータ、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度計測値、及び、次回チャージの操業情報に基づいて、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正するための初期成分濃度補正値を算出し、該初期成分濃度補正値を用いて次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正する次回吹錬補正計算部と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明に係る初期成分濃度補正装置は、上記の発明において、前記過去吹錬補正計算部は、溶湯の成分分析値と投入した副原料に含まれる炭素量とから計算される、吹錬中指定期間の溶湯中炭素減少量と前記吹錬中指定期間の排ガス中炭素量との差に基づく評価関数、及び、炭素の燃焼に用いられる酸素量についての収支に基づく評価関数を、最小化するような前記補正パラメータを算出することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明に係る初期成分濃度補正装置は、上記の発明において、前記次回吹錬補正計算部は、過去チャージに基づいてパラメータを決定した回帰式を用いて前記初期成分濃度補正値を算出し、前記回帰式の説明変数には、少なくとも次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度計測値が含まれることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る初期成分濃度補正方法は、入力情報として、精錬設備における処理中または処理後の溶湯の成分濃度の計測結果、前記精錬設備から排出された排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、前記精錬設備の炉内への吹き込み酸素量に関する情報、処理前の溶湯の重量及び成分濃度に関する情報、並びに、処理中に投入された副原料の重量に関する情報が入力されるステップと、前記入力情報、及び、炭素と酸素との収支計算結果に基づいて、過去チャージにおける、前記精錬設備から排出された排ガスの流量の計測値、該排ガス中の成分濃度の計測値、及び、溶湯中の初期成分濃度の計測値を補正するための補正パラメータを算出するステップと、前記入力情報、前記補正パラメータ、及び、過去チャージの操業情報を保存するステップと、前記入力情報、前記操業情報、前記補正パラメータ、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度計測値、及び、次回チャージの操業情報に基づいて、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正するための初期成分濃度補正値を算出し、該初期成分濃度補正値を用いて次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度を補正するステップと、を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明に係る精錬プロセス状態推定方法は、上記の発明の初期成分濃度補正方法によって補正された、次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度に基づいて、前記溶湯中の成分濃度推移を推定するステップを含むことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明に係る転炉の操業方法は、上記の発明の精錬プロセス状態推定方法を用いて推定された、次回チャージにおける溶湯中の成分濃度推移に基づいて、前記溶湯中の成分濃度を所望の範囲内に調整するステップを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る初期成分濃度補正装置及び初期成分濃度補正方法は、溶湯中の成分濃度推移の推定精度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態に係る初期成分濃度補正装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、演算処理部による演算処理の内容を説明するためのブロック図である。
【図３】図３は、過去吹錬補正計算部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】図４は、次回吹錬補正計算部が実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、途中Ｓ／Ｌ時目標炭素濃度ｘＣ＊における酸素量の求め方を示した図である。
【図６】図６は、吹錬時間と炭素収支計算による溶湯中Ｃ濃度との関係を示した図である。
【図７】図７は、本発明例と比較例とにおける、計算酸素量と実績酸素量との差について、５００チャージ分の標準偏差の換算値を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る初期成分濃度補正装置の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１７】
〔初期成分濃度補正装置の構成〕
まず、本実施形態に係る初期成分濃度補正装置の構成について説明する。図１は、実施形態に係る初期成分濃度補正装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る初期成分濃度補正装置１は、鉄鋼業の精錬設備２で処理されている溶湯１０１の初期成分濃度を推定する装置である。ここで、精錬設備２は、転炉１００、ランス１０２、及び、ダクト１０４を備えている。転炉１００内の溶湯（溶鋼）１０１上にはランス１０２が配置されている。ランス１０２の先端から下方の溶湯１０１に向けて高圧酸素が噴出される。この高圧酸素によって溶湯１０１内の不純物が酸化されてスラグ１０３内に取り込まれる（吹錬処理）。転炉１００の上部には、排ガス導煙用のダクト１０４が設置されている。
【００１８】
ダクト１０４の内部には、排ガス検出部１０５が配置されている。排ガス検出部１０５は、吹錬処理に伴い排出される排ガスの流量及び排ガス中の成分（例えば、ＣＯ，ＣＯ２，Ｏ２等）を検出する。排ガス検出部１０５は、例えばダクト１０４内に設けられたオリフィスの前後の差圧に基づいてダクト１０４内の排ガスの流量を計測する。また、排ガス検出部１０５は、排ガス中の各成分の濃度［％］を計測する。排ガスの流量及び成分濃度は、例えば数秒周期で計測される。排ガス検出部１０５の検出結果を示す信号は制御端末１０に送られる。
【００１９】
転炉１００内の溶湯１０１には、転炉１００の底部に形成されている通気孔１０６を介して撹拌ガスが吹き込まれる。撹拌ガスは、Ａｒ等の不活性ガスである。吹き込まれた撹拌ガスは、溶湯１０１を撹拌し、高圧酸素と溶湯１０１との反応を促進する。流量計１０７は、転炉１００に吹き込まれる撹拌ガスの流量を計測する。吹錬開始直前及び吹錬後には、溶湯１０１の温度及び成分濃度の分析が行われる。また、溶湯１０１の温度及び成分濃度は、吹錬途中で一度または複数回溶湯サンプルを採取して計測され、計測された温度及び成分濃度に基づいて計測時点以降の高圧酸素の供給量（送酸量）及び速度（送酸速度）や撹拌ガスの流量（撹拌ガス流量）等が決められる。
【００２０】
溶湯サンプルを採取するタイミングは、物質収支・熱収支計算等に基づいて決定される。例えば、吹錬途中で一度だけ溶湯サンプルを採取する操業の場合には、サンプル採取タイミングでの溶湯の目標炭素濃度と目標温度とを事前に設定しておき、吹錬処理前に行われるスタティックモデル計算において、前記目標炭素濃度や前記目標温度に到達するために必要な上吹酸素量を計算する。そして、吹錬を開始してから積算した上吹酸素量が、前記必要な上吹酸素量に到達した時点でサンプルの採取が行われる。前記サンプルの採取は、サブランス（Ｓ／Ｌ）と呼ばれる装置を用いて行われることが多い。以降では、この装置を用いて吹錬途中で溶湯サンプルを採取する操作自体を、簡単のために途中Ｓ／Ｌと呼ぶことにする。
【００２１】
初期成分濃度補正装置１が適用される吹錬制御システムは、制御端末１０、初期成分濃度補正装置１、及び、表示装置（ＣＲＴ）２０を主な構成要素として備えている。制御端末１０は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成され、溶湯１０１の成分濃度が所望の範囲内になるように送酸量、送酸速度、及び、撹拌ガス流量を制御すると共に、送酸量、送酸速度、及び、撹拌ガス流量の実績値のデータを収集する。
【００２２】
初期成分濃度補正装置１は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成されている。初期成分濃度補正装置１は、入力装置１１、実績データベース（実績ＤＢ）１２、演算処理部１３、及び、出力装置１４を備えている。
【００２３】
入力装置１１は、精錬設備２に関する各種の計測結果及び実績情報が入力される入力用インターフェースである。入力装置１１には、キーボード、マウス、ポインティングディバイス、データ受信装置、及び、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）等がある。入力装置１１は、実績データやパラメータ設定値等を外部から受け取り、その情報の実績ＤＢ１２への書き込みや演算処理部１３への送信を行う。入力装置１１には、精錬設備２における処理開始前、処理中、及び、処理後の少なくともいずれか一つの溶湯１０１の温度及び成分濃度についての計測結果が入力される。溶湯１０１の温度及び成分濃度についての計測結果は、例えばオペレータによる手入力や記録媒体からの読み込み入力等によって入力装置１１に入力される。また、入力装置１１には、制御端末１０から実績情報が入力される。この実績情報には、排ガス検出部１０５によって計測された排ガスの流量及び排ガスの成分濃度についての情報、送酸量及び送酸速度の情報、撹拌ガス流量の情報、原料（主原料、副原料）投入量の情報、及び、溶湯１０１の温度情報等が含まれる。
【００２４】
演算処理部１３は、ＣＰＵ等の演算処理装置であり、初期成分濃度補正装置１全体の動作を制御する。ここで、演算処理部１３による演算処理の内容について説明する。図２は、演算処理部１３による演算処理の内容を説明するためのブロック図である。図２に示すように、演算処理部１３は、吹錬が終了したチャージの計測値補正計算を行う過去吹錬補正計算部１５と、次回チャージの初期濃度計測値の補正を行う次回吹錬補正計算部１６とで構成される。
【００２５】
過去吹錬補正計算部１５は、１つのチャージの吹錬処理が終了した時点、もしくは、吹錬処理終了チャージの送酸量情報、排ガス情報、投入副原料情報、処理前及び処理後の溶湯成分濃度及びスラグ中ＦｅＯ濃度の計測結果が実績ＤＢ１２に保存された時点、で起動して、成分の収支バランスが成り立つように初期成分濃度及び排ガス情報の補正パラメータを算出して、その結果を実績ＤＢ１２に保存する。
【００２６】
一方、次回吹錬補正計算部１６は、次に行われるチャージの処理前に起動して、初期溶湯に関する情報（各成分濃度、温度、予備処理を行ったか否か）、及び、過去吹錬補正計算部１５で計算された過去チャージの補正パラメータ情報を実績ＤＢ１２から読み込んで、次回チャージの初期溶湯の成分補正を行う。補正された初期溶湯情報は、実績ＤＢ１２及び制御端末１０に送信され、次回チャージの酸素量計算、副原料計算、及び、リアルタイムの内部状態推定（溶湯中成分濃度、溶湯温度）等で用いられる。
【００２７】
図３は、過去吹錬補正計算部１５が実行する処理の流れを示すフローチャートである。次に、過去吹錬補正計算部１５が実行する処理について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。本実施形態では、溶湯中炭素濃度の推定計算について本発明を適用した場合について説明する。
【００２８】
過去吹錬補正計算部１５は、チャージが吹錬終了した信号を制御端末１０から受信し、処理を開始する。まず、ステップＳ１において、過去吹錬補正計算部１５は、最新チャージにおける溶湯１０１及びスラグ１０３に関する情報の受信が完了したかを確認する。すなわち、過去吹錬補正計算部１５は、吹錬終了したチャージにおける、吹錬前（初期）溶湯成分、吹錬後の溶湯成分（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、溶存酸素量など）、スラグ重量、及び、スラグ成分（ＦｅＯ）の濃度が、実績ＤＢ１２に保存されたかどうかを確認する。もし、保存されていなければ（ステップＳ１でＮｏ）、過去吹錬補正計算部１５は、保存が確認されるまで周期的に実績ＤＢ保存データのチェックを繰り返す。保存が確認されれば（ステップＳ１でＹｅｓ）、過去吹錬補正計算部１５は、対象チャージのデータ（吹錬前の溶湯成分濃度情報含む）を実績ＤＢ１２から収集し、ステップＳ２へ進む。
【００２９】
ステップＳ２において、過去吹錬補正計算部１５は、最新チャージにおける排ガスに関する情報の受信が完了したかを確認する。すなわち、過去吹錬補正計算部１５は、吹錬終了したチャージの排ガス計測情報（流量、成分濃度の時系列情報）が、全て実績ＤＢ１２に保存されているかを確認する。もし、保存されていなければ（ステップＳ２でＮｏ）、過去吹錬補正計算部１５は、保存が確認されるまで周期的に実績ＤＢ保存データのチェックを繰り返す。保存が確認されれば（ステップＳ２でＹｅｓ）、過去吹錬補正計算部１５は、データを実績ＤＢ１２から収集し、ステップＳ３へ進む。
【００３０】
ステップＳ３において、過去吹錬補正計算部１５は、最新チャージにおける操作情報の受信が完了したかを確認する。すなわち、過去吹錬補正計算部１５は、吹錬終了したチャージの操作情報（上吹酸素量、底吹ガス量、副原料投入量等）が実績ＤＢ１２に保存されたかどうかを確認する。もし、保存されていなければ（ステップＳ３でＮｏ）、過去吹錬補正計算部１５は、保存が確認されるまで周期的にチェックを繰り返す。保存が確認されれば（ステップＳ３でＹｅｓ）、過去吹錬補正計算部１５は、データを実績ＤＢ１２から収集し、ステップＳ４へ進む。
【００３１】
ここで、以下に、ステップＳ１〜ステップＳ３で過去吹錬補正計算部１５が実績ＤＢ１２から抽出するデータを示す。
【００３２】
［溶湯・スラグ成分分析情報（ステップＳ１）］
［Ａ１］初期溶湯中Ｃ濃度（単位：％）：ｘＣｓ
［Ａ２］初期溶湯中Ｓｉ濃度（単位：％）：ｘＳｉｓ
［Ａ３］初期溶湯中Ｍｎ濃度（単位：％）：ｘＭｎｓ
［Ａ４］初期溶湯中Ｐ濃度（単位：％）：ｘＰｓ
［Ａ５］吹錬後溶湯中Ｃ濃度（単位：％）：ｘＣｅ
［Ａ６］吹錬後溶湯中Ｓｉ濃度（単位：％）：ｘＳｉｅ
［Ａ７］吹錬後溶湯中Ｍｎ濃度（単位：％）：ｘＭｎｅ
［Ａ８］吹錬後溶湯中Ｐ濃度（単位：％）：ｘＰｅ
［Ａ９］吹錬後スラグ中ＦｅＯ重量割合（単位：％）：ｘＦｅＯｅ
［Ａ１０］吹錬後スラグ重量（単位：ｔｏｎ）：ｗｓｌａｇ
［Ａ１１］初期溶湯重量（単位：ｔｏｎ）：ｗｐｉｇ
【００３３】
［排ガス情報（ステップＳ２）］
排ガスの流量情報及び分析情報は、一定周期で収集されている。本実施形態では簡単のため、１［ｓｅｃ］周期で排ガスの流量情報及び分析情報が収集されているものとする。排ガスの流量情報及び分析情報には、例えば、下記［Ｂ１］〜［Ｂ４］に示すものがある。なお、下記［Ｂ１］〜［Ｂ４］では、各情報の収集時刻をｔとしている。また、本実施形態では、排ガス中の成分で計測できているものは、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２のみとするが、もちろん、これ以外の成分が計測できた場合でも、本発明は適用可能である。
【００３４】
［Ｂ１］排ガス流量（単位：Ｎｍ３／Ｈｒ）：Ｖｔｏｆｆ
［Ｂ２］排ガス分析ＣＯ濃度（単位：％）：ＸｔＣＯ
［Ｂ３］排ガス分析ＣＯ２濃度（単位：％）：ＸｔＣＯ２
［Ｂ４］排ガス分析Ｏ２濃度（単位：％）：ＸｔＯ２
【００３５】
［操作情報（ステップＳ３）］
［Ｃ１］上吹酸素流量（単位：Ｎｍ３／Ｈｒ）：ＶｔＯ−ｉｎ
［Ｃ２］底吹ガス流量（単位：Ｎｍ３／Ｈｒ）：Ｖｔｓ
［Ｃ３］副原料投入重量積算値（単位：ｋｇ）：ωｔｉ
【００３６】
ここで、［Ｃ３］の添え字ｉは、副原料の銘柄を示している。銘柄ｉの副原料中に含まれる成分に関しては、下記［Ｃ３１］〜［Ｃ３３］のパラメータが設定される。なお、下記［Ｃ３２］におけるρｉＯは、溶湯中のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐの酸化に寄与することのできる酸素重量の割合を意味する。
【００３７】
［銘柄ｉの副原料中に含まれる成分］
［Ｃ３１］銘柄ｉの副原料中の炭素重量割合（単位：％）：ρｉＣ
［Ｃ３２］銘柄ｉの副原料中の酸素重量割合（単位：％）：ρｉＯ
［Ｃ３３］銘柄ｉの副原料中のスラグ寄与分重量割合（単位：％）：ρｉｓｌａｇ
【００３８】
過去吹錬補正計算部１５は、ステップＳ１〜ステップＳ３で実績ＤＢ１２から情報を収集した後、ステップＳ４において補正計算に必要な値について計算する。各値及びその計算方法を下記数式（１）〜（１１）に示す。なお、ｔｓは吹錬開始時刻を表し、ｔｅは吹錬終了して溶湯１０１を採取（サンプリング）した時刻を表す。
【００３９】
・溶銑中に含まれていたＣの減少量（単位：ｔｏｎ）：ｒＣPｉｇ
【数１】
2019014964.tif 000003
【００４０】
・副原料投入Ｃ量（単位：ｔｏｎ）：ｗＣａ
【数２】
2019014964.tif 000004
【００４１】
・排ガス中Ｃ量（単位：ｔｏｎ）：ｒｃＯＧ
【数３】
2019014964.tif 000005
【００４２】
・総上吹酸素量（単位：Ｎｍ３）：ＶＯ
【数４】
2019014964.tif 000006
【００４３】
・固酸量（単位：Ｎｍ３）：ｗＯ
【数５】
2019014964.tif 000007
【００４４】
・排ガス中一次燃焼酸素量（単位：Ｎｍ３）：ＶＯ−ｐｒｉＯＧ
【数６】
2019014964.tif 000008
【００４５】
・排ガス中二次燃焼酸素量（単位：Ｎｍ３）：ＶＯ−ｓｅｃＯＧ
【数７】
2019014964.tif 000009
【００４６】
・排ガス中未燃酸素量（単位：Ｎｍ３）：ＶＯ２ＯＧ
【数８】
2019014964.tif 000010
【００４７】
・未分析排ガス量（単位：Ｎｍ３）：ＶｒｅｍＯＧ
【数９】
2019014964.tif 000011
【００４８】
・底吹きガス量（単位：Ｎｍ３）：Ｖｓｔｉｒ
【数１０】
2019014964.tif 000012
【００４９】
・溶湯中金属酸化量（単位：Ｎｍ３）：ｗＯ−ｍｅｔａｌ
【数１１】
2019014964.tif 000013
【００５０】
なお、溶湯中金属酸化量の各項は、Ｓｉの酸化に用いられた酸素量、Ｍｎの酸化に用いられた酸化量、Ｐの酸化に用いられた酸素量、Ｆｅの酸化に用いられた酸素量を示しており、ｋＳｉ、ｋＭｎ、ｋＰは各元素１［ｔｏｎ］を酸化するために必要な酸素量［Ｎｍ３］を計算するための換算係数（単位：Ｎｍ３／ｔｏｎ）である。第４項の７２はＦｅＯの式量であり、ρｉＳｉ、ρｉＭｎ、ρｉＰは１［ｔｏｎ］の銘柄ｉの副原料を使用した場合に溶湯１０１に溶け込む各元素の重量［ｔｏｎ］を計算するための割合（単位：％）を意味する。
【００５１】
次に、ステップＳ４における補正パラメータについて説明する。本実施形態では、排ガス流量、排ガス中ＣＯ濃度、ＣＯ２濃度、及び、初期溶湯中Ｃ濃度に、大きな誤差が含まれていると仮定し、その補正パラメータを、α１（排ガス流量のパラメータ）、α２（排ガス中ＣＯ、ＣＯ２濃度のパラメータ）、及び、β（初期溶湯濃度のパラメータ）とする。なお、ＣＯ濃度とＣＯ２濃度の誤差を同程度と仮定して、同じα２という補正パラメータを用いている。これら補正パラメータα１、α２、βは、下記［Ｄ１］〜［Ｄ４］の形式で元の計測値を補正する。
【００５２】
［Ｄ１］排ガス流量補正値（単位：Ｎｍ３／ｈ）：α１Ｖｔｏｆｆ
［Ｄ２］排ガス中ＣＯ濃度補正値（単位：％）：α２ＸｔＣＯ
［Ｄ３］排ガス中ＣＯ２濃度補正値（単位：％）：α２ＸｔＣＯ２
［Ｄ４］初期溶湯Ｃ濃度補正値（単位％）：ｘｃｓ＋β
【００５３】
ステップＳ４において、過去吹錬補正計算部１５は、補正パラメータα１、α２、βを変数とした、下記数式（１２）で示される評価関数Ｊの最小化計算を行う。
【００５４】
【数１２】
2019014964.tif 000014
【００５５】
評価関数Ｊの変数には、補正パラメータα１、α２、βに加えて二次燃焼量γ（単位：Ｎｍ３）が入っている。この二次燃焼量γは、上吹酸素のうち炭素の二次燃焼に用いられた酸素量を意味する。
【００５６】
評価関数Ｊの第１項の分子は、炭素の質量収支差の二乗であり、この値が０になると質量収支バランスが完全に釣り合っていることを意味する。また、評価関数Ｊの第２項の分子は、炭素一次燃焼（２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ）に用いられた酸素の質量収支差の二乗である。評価関数Ｊの第３項の分子は、炭素二次燃焼（２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２）に用いられた酸素の質量収支差の二乗である。
【００５７】
評価関数Ｊの第３項では、二次燃焼量γが上吹酸素のうち炭素二次燃焼に用いられた酸素量を意味しており、２１／７８×（α１ＶｒｅｍＯＧ＋２α１（１−α２）ＶＯ−ｐｒｉＯＧ−Ｖｓｔｉｒ）がプロセスに流入した大気のうち炭素の二次燃焼に用いられた酸素量を意味しており、α１α２ＶＯ−ｓｅｃＯＧが排ガス中ＣＯ２を生成するための二次燃焼（２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２）に必要な酸素量を意味している。
【００５８】
また、評価関数Ｊの第３項では、排ガスで成分分析できなかった分（排ガスの「１００−α２ＸＣＯ−α２ＸＣＯ２−ＸＯ２」％分）が、流入空気の窒素と底吹きガス量（不活性ガスＡｒ等を使用）Ｖｓｔｉｒとの合計値になっており、その流入空気の酸素が全て二次燃焼に寄与していると仮定した。なお、流入大気中酸素量を計算するための大気の酸素量と窒素量との比は、２１：７８としている。
【００５９】
評価関数Ｊの第４項〜第６項は、補正パラメータα１、α２、βが極端な値を取ることを回避するための項であり、α１’、α２’、β’はそれぞれα１、α２、βの標準値（固定パラメータ）である。これら標準値α１’、α２’、β’には、例えば直近チャージのα１、α２、βの計算結果の平均値が代入される。また、各項の分母にあるパラメータσ＊（ただし、「＊」は、Ｃ、Ｏ−ｐｒｉ、Ｏ−ｓｅｃ、α１、α２、または、βである。）は、どの項の誤差を重要視するか、あるいは各項の誤差バランスをとるために設定するものであり、パラメータσ＊が小さい項ほど誤差を小さくするように補正パラメータα１、α２、β及び二次燃焼量γが計算される。なお、二次燃焼量γは負の値をとらないため、下記数式（１３）の制約条件を満たす必要がある。
【００６０】
【数１３】
2019014964.tif 000015
【００６１】
上記数式（１３）の制約条件の元で、上記数式（１２）の評価関数Ｊを最小化するには、非線形最適化法（例えば、参考文献（今野浩、山下浩、「非線形計画法」、日科技連）を参照のこと）を用いればよい。
【００６２】
なお、一般的な最小化問題では、条件がそろわないと厳密な（大域的な）最適解を計算することが難しく、そのような場合には局所的最適解（探索できた範囲の中で評価関数を最小にする解）を最適解とすることが多い。本発明でも大域的な最適解を得ることが難しい場合には、局所的な範囲で評価値が最小となる補正パラメータα１、α２、β及び二次燃焼量γを用いて差し支えない。前記参考文献には、種々の局所的最適解を計算する方法が挙げられている。
【００６３】
最後に、ステップＳ５において、過去吹錬補正計算部１５は、ステップＳ４で得られた各補正パラメータα１、α２、βを実績ＤＢ１２に送信して保存する。
【００６４】
図４は、次回吹錬補正計算部１６が実行する処理の流れを示すフローチャートである。次に、次回吹錬補正計算部１６が実行する処理について、図４に示すフローチャートに沿って説明する。
【００６５】
次回吹錬補正計算部１６は、次回チャージについて、当該次回チャージの処理前に溶湯中の初期成分濃度（溶銑成分）の補正を行う。なお、次回チャージの溶湯情報及び処理関連の情報を受信すると計算が開始される。まず、ステップＳ１１において、次回吹錬補正計算部１６は、次回チャージにおける溶湯１０１及び処理関連の情報を受信したかを確認する。すなわち、次回吹錬補正計算部１６は、前チャージ完了後に、次回チャージの初期溶湯情報（初期溶湯温度、初期溶湯中成分濃度）及び処理関連情報が実績ＤＢ１２に保存されているかを確認する。もし、保存されていなければ（ステップＳ１１でＮｏ）、次回吹錬補正計算部１６は、保存が確認されるまで周期的に実績ＤＢ保存データのチェックを繰り返す。保存が確認されれば（ステップＳ１１でＹｅｓ）、次回吹錬補正計算部１６は、次回チャージの初期溶湯情報及び処理関連情報を実績ＤＢ１２から収集し、ステップＳ１２へ進む。なお、前記処理関連情報としては、例えば、下記［Ｅ１］〜［Ｅ３］に示すものがある。
【００６６】
［処理関連情報］
［Ｅ１］転炉吹錬前の処理についての情報（予備処理の有無や予備処理を行った設備等の情報）
［Ｅ２］炉体に関する情報（耐火物を張り替えた時期に関する情報）
［Ｅ３］初期溶湯の成分計測に関する情報（計測設備、成分計測開始時から処理開始時までの予定時間）
【００６７】
なお、上記［Ｅ３］における前記「成分計測開始時」とは、例えば、初期溶湯の成分計測に、所謂カントバックと呼ばれるスパーク放電発光分光分析法を用いる場合に、溶湯中から分析用試料を採取（サンプリング）した時点のことである。また、前記「処理開始時」とは、例えば、ランス１０２から溶湯１０１への高圧酸素噴出が開始された時点のことである。
【００６８】
ステップＳ１２において、次回吹錬補正計算部１６は、条件を満たした過去チャージに関する情報を実績ＤＢ１２から抽出する。なお、実績ＤＢ１２から抽出する過去チャージに関する情報は、過去チャージの溶湯情報、処理関連情報、及び、過去吹錬補正計算部１５の計算結果（補正パラメータ）等である。
【００６９】
ステップＳ１３において、次回吹錬補正計算部１６は、各過去チャージの操業条件毎の重み係数を計算する。すなわち、次回吹錬補正計算部１６は、まず、過去チャージの溶湯情報、及び、チャージ毎の吹錬方法や鋼材のグレードや各種操作量等の操業情報の各項目について、次回チャージとそれぞれの過去チャージ情報との差を計算し、その重み付き二乗和平方根を計算する。次に、次回吹錬補正計算部１６は、過去チャージｋに関する前記重み付き二乗和平方根の値ｄｋに対して、重み付けパラメータである重み係数ｗｋ＝ｆ（ｄｋ）を計算する。なお、「ｆ」は単調減少関数であり、重み係数ｗｋは次回チャージと過去チャージｋとが似ている（各項目の差が０に近い）場合に大きな値をとる。
【００７０】
ステップＳ１４において、次回吹錬補正計算部１６は、ステップＳ１３で計算した重み係数ｗｋを用いて、初期炭素濃度の補正量を回帰計算により取得する。すなわち、次回吹錬補正計算部１６は、ステップＳ１３で計算された重み係数ｗｋをつけた回帰計算を行って回帰式を得た後、この回帰式を用いて次回チャージの初期炭素濃度補正量を推定する。
【００７１】
下記数式（１４）には、説明変数に少なくとも次回チャージにおける溶湯中の初期成分濃度計測値が含まれる、具体的には説明変数を、初期溶湯中Ｃ濃度ｘｃｓ（ｋ）、初期溶湯中Ｓｉ濃度ｘＳｉｓ（ｋ）、及び、初期溶湯温度Ｔｓ（ｋ）の３変数とした場合における、前記回帰式を示す。なお、ここでは、過去チャージｋの初期炭素濃度補正値をβｋとしている。
【００７２】
【数１４】
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【００７３】
回帰計算では、上記数式（１４）を最小化するａ０、ａ１、ａ２、ａ３を導出する。この回帰計算は、逆行列計算により容易に実行可能である。
【００７４】
回帰計算で得られた回帰パラメータａ０、ａ１、ａ２、ａ３を用いて、次回チャージの初期溶湯中炭素濃度の補正量を計算する。次回チャージの初期溶湯中炭素濃度、初期溶湯中Ｓｉ濃度、及び、初期溶湯温度をそれぞれ、ｘＣｓ（ｎｅｘｔ）、ｘＳｉｓ（ｎｅｘｔ）、Ｔｓ（ｎｅｘｔ）とすると、補正量βｎｅｘｔは下記数式（１５）の計算で得られる。
【００７５】
【数１５】
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【００７６】
ステップＳ１５において、次回吹錬補正計算部１６は、ステップＳ１４で得られた補正量に基づいて、初期炭素濃度補正値を計算し、制御端末１０及び実績ＤＢ１２に送信する。そして、次回吹錬補正計算部１６は、ステップＳ１４で得られた補正量βｎｅｘｔから初期溶湯中炭素濃度を補正する。この際に用いる補正式を下記数式（１６）に示す。
【００７７】
【数１６】
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【００７８】
補正後の初期溶湯中炭素濃度ｘＣｓ’（ｎｅｘｔ）は、制御端末１０及び実績ＤＢ１２に送信される。制御端末１０では補正後の初期溶湯中炭素濃度ｘＣｓ’（ｎｅｘｔ）に基づいて、必要な吹錬酸素量及び副原料投入量を計算する。また、排ガス情報に基づいた収支計算により吹錬中の溶湯中炭素濃度推移を計算する際の初期炭素濃度として、補正後の初期溶湯中炭素濃度ｘＣｓ’（ｎｅｘｔ）は用いられる。初期溶湯中炭素濃度の補正によって各計算の精度は向上し、過剰な送酸量や副原料投入量を抑えることが可能になり生産コストが大幅に削減される。
【００７９】
［実施例］
初期炭素濃度補正を行った本発明例と、初期炭素濃度補正を行っていない比較例とにおいて、初期炭素濃度を用いて吹錬開始から途中Ｓ／Ｌ時目標炭素濃度に到達するまでに必要な吹き込み酸素量を計算し、それを実績酸素量推定値と比較した。酸素量計算で用いたモデルはスタティック酸素モデルと呼ばれるものであり、溶湯中の各成分（Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｍｎ）濃度を、初期濃度からそれぞれの目標濃度にするために必要な上吹酸素量を物理モデルに基づいて計算して合計するものである。なお、モデルでは、各成分は吹き込まれた酸素によって酸化された後、溶湯１０１から排ガス中やスラグ中に移動することによって取り除かれると仮定している。
【００８０】
図５は、途中Ｓ／Ｌ時目標炭素濃度ｘＣ＊における酸素量の求め方を示した図である。図６は、吹錬時間と炭素収支計算による溶湯中Ｃ濃度との関係を示した図である。なお、図５及び図６の折れ線グラフＬＣ１は、排ガスに含まれて炉外に出たＣ量に所定の係数を掛けて、途中Ｓ／Ｌ実施時間である吹錬時間Ｔ２の時点での溶湯中Ｃ濃度が、途中Ｓ／Ｌ時炭素濃度計測値ｘＣｍと一致するように調整した溶湯中Ｃ濃度を示している。図６の折れ線グラフＬＣ２は、排ガスに含まれて炉外に出たＣ量を差し引いた溶湯中Ｃ濃度を示している。
【００８１】
実績酸素量推定値としては、図５の折れ線グラフＬＣ１に示すように、溶湯中Ｃ濃度が途中Ｓ／Ｌ時目標炭素濃度ｘＣ＊に到達した吹錬時間Ｔ１の時点までに吹き込まれた酸素量を用いた。なお、折れ線グラフＬＣ１の求め方としては、まず、初期炭素濃度実績値（補正あり、補正なし）、副原料投入量実績値、及び、排ガス情報（流量、濃度）実績値を用いて、時々刻々の炭素量収支計算を行うことにより、時々刻々の溶湯中Ｃ濃度を計算する。ただし、この計算では、計算結果をそのまま用いることによって、図６の折れ線グラフＬＣ２が求められる。一方、本実施例では、途中Ｓ／Ｌ実施時間である吹錬時間Ｔ２の時点での溶湯中Ｃ濃度が、途中Ｓ／Ｌ時炭素濃度計測値ｘＣｍと一致するように、時々刻々の溶湯中Ｃ濃度を計算する際、排ガス中から出ていくＣ量に所定の係数を掛けている。これにより、図６に示すような、折れ線グラフＬＣ２から補正された折れ線グラフＬＣ１が求められる。
【００８２】
図７は、本発明例と比較例とにおける、計算酸素量と実績酸素量との差について、５００チャージ分の標準偏差の換算値を示したグラフである。なお、図７の縦軸は、計算酸素量と実績酸素量との差の標準偏差を、比較例の計算結果が１００となるように換算した換算値である。図７より、本発明例においては、初期炭素濃度を補正することにより、初期炭素濃度補正を行わなかった比較例よりも計算誤差が半分以下に低減された。これにより、本発明に係る初期炭素濃度補正の技術が、吹錬精度向上やコスト低減などに寄与することが分かる。
【符号の説明】
【００８３】
１      初期成分濃度補正装置
２      精錬設備
１０    制御端末
１１    入力装置
１２    実績データベース（実績ＤＢ）
１３    演算処理部
１４    出力装置
１５    過去吹錬補正計算部
１６    次回吹錬補正計算部
２０    表示装置（ＣＲＴ）
１００  転炉
１０１  溶湯
１０２  ランス
１０３  スラグ
１０４  ダクト
１０５  排ガス検出部
１０６  通気孔
１０７  流量計
【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】
2019014964.tif 000023
【図６】
2019014964.tif 000024
【図７】
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