(57)【要約】【課題】溶鋼の成分濃度を目標値に精度高く制御すること。【解決手段】多段層別解析部１１ａが、操業実績データに対して多段層別解析を実行することによって、回帰木モデルを用いて副原料の歩留に関するデータを操業条件によって複数のグループに分類し、歩留算出部１１ｂが、副原料の歩留を算出する対象の操業条件に対応するグループに分類された歩留に関するデータを含む操業実績データを用いて、算出対象の操業条件における副原料の歩留を算出し、副原料投入量算出部１１ｃが、算出された副原料の歩留を用いて、算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に合わせるために必要な副原料の投入量を算出する。【選択図】図２
2015101785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に制御する転炉吹錬の制御方法であって、
過去のチャージの操業条件及び溶鋼に投入した副原料の歩留に関するデータを少なくとも含む操業実績データに対して多段層別解析を実行することによって、回帰木モデルを用いて副原料の歩留に関するデータを操業条件によって複数のグループに分類する多段層別解析ステップと、
副原料の歩留を算出する対象の操業条件に対応するグループに分類された歩留に関するデータを含む操業実績データを用いて、算出対象の操業条件における副原料の歩留を算出する歩留算出ステップと、
前記歩留算出ステップにおいて算出された副原料の歩留を用いて、算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に合わせるために必要な副原料の投入量を算出する副原料投入量算出ステップと、
算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に前記副原料投入量算出ステップにおいて算出された投入量の副原料を投入するように吹錬設備を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする転炉吹錬の制御方法。
【請求項２】
前記操業条件には、溶鋼の成分濃度、溶鋼温度、及び吹錬酸素量に関するデータが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の転炉吹錬の制御方法。
【請求項３】
転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に制御する転炉吹錬の制御装置であって、
過去のチャージの操業条件及び溶鋼に投入した副原料の歩留に関するデータを少なくとも含む操業実績データに対して多段層別解析を実行することによって、回帰木モデルを用いて副原料の歩留に関するデータを操業条件によって複数のグループに分類する多段層別解析部と、
副原料の歩留を算出する対象の操業条件に対応するグループに分類された歩留に関するデータを含む操業実績データを用いて、算出対象の操業条件における副原料の歩留を算出する歩留算出部と、
前記歩留算出部によって算出された副原料の歩留を用いて、算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に合わせるために必要な副原料の投入量を算出する副原料投入量算出部と、
算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に前記副原料投入量算出部によって算出された投入量の副原料を投入するように吹錬設備を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする転炉吹錬の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に制御する転炉吹錬の制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉吹錬では、吹き止め時の溶鋼の成分濃度及び温度を目標値に合わせるために、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制御が行われている。スタティック制御では、物質収支及び熱収支に基づいた数式モデル等を用いて、吹き止め時の溶鋼の成分濃度及び温度を目標値に合わせるために必要な吹込酸素量及び各種副原料の投入量を吹錬開始前に決定し、決定結果に従って転炉吹錬が行われる。
【０００３】
一方、ダイナミック制御では、転炉吹錬中にサブランスにて溶鋼の成分濃度及び温度を測定し、物質収支及び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た吹込酸素量及び各種副原料の投入量を測定結果に基づいて適正化することによって、転炉吹錬の制御精度を高めている。当然ながら、スタティック制御の制御精度が高ければ、ダイナミック制御の制御精度も向上する。
【０００４】
上述のように、転炉吹錬におけるスタティック制御では、溶鋼の成分濃度及び温度を目標値に合わせるために、吹錬開始前に吹込酸素量及び各種副原料の投入量を決定している。中でも、副原料の投入量については、既知及び未知の情報に基づいた物理モデルを制約条件として、副原料のコストを目的関数とする最適化問題を解くことによって最適な投入量を算出することにより、経済的な運用を実現している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３１６５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
副原料の投入量を算出する際に用いられる副原料の歩留は、溶鋼の成分濃度、溶鋼温度、及び吹錬酸素量等の操業条件によって変化する。このため、従来は、これらの操業条件に応じて分類、作成された歩留データのテーブルからこれから行う転炉吹錬の操業条件に対応する副原料の歩留データを検索し、検索された歩留データを用いて副原料の投入量を算出していた。
【０００７】
しかしながら、このような従来の方法では、歩留データのテーブルは経験によって得られた知見に基づき分類、作成されているために、テーブル内に記載された歩留データと実際の歩留との間の誤差に起因して、溶鋼の成分濃度の実績値が目標値に合わないことがあった。なお、本明細書中において、副原料の歩留とは、副原料を投入したことによって溶鋼に現れる効果の量（例えば溶鋼中に残存する副原料量）を副原料の投入量で除算した値を意味する。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、溶鋼の成分濃度を目標値に精度高く制御可能な転炉吹錬の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る転炉吹錬の制御方法は、転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に制御する転炉吹錬の制御方法であって、過去のチャージの操業条件及び溶鋼に投入した副原料の歩留に関するデータを少なくとも含む操業実績データに対して多段層別解析を実行することによって、回帰木モデルを用いて副原料の歩留に関するデータを操業条件によって複数のグループに分類する多段層別解析ステップと、副原料の歩留を算出する対象の操業条件に対応するグループに分類された歩留に関するデータを含む操業実績データを用いて、算出対象の操業条件における副原料の歩留を算出する歩留算出ステップと、前記歩留算出ステップにおいて算出された副原料の歩留を用いて、算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に合わせるために必要な副原料の投入量を算出する副原料投入量算出ステップと、算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に前記副原料投入量算出ステップにおいて算出された投入量の副原料を投入するように吹錬設備を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る転炉吹錬の制御方法は、上記発明において、前記操業条件には、溶鋼の成分濃度、溶鋼温度、及び吹錬酸素量に関するデータが含まれていることを特徴とする。
【００１１】
上記した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る転炉吹錬の制御装置は、転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に制御する転炉吹錬の制御装置であって、過去のチャージの操業条件及び溶鋼に投入した副原料の歩留に関するデータを少なくとも含む操業実績データに対して多段層別解析を実行することによって、回帰木モデルを用いて副原料の歩留に関するデータを操業条件によって複数のグループに分類する多段層別解析部と、副原料の歩留を算出する対象の操業条件に対応するグループに分類された歩留に関するデータを含む操業実績データを用いて、算出対象の操業条件における副原料の歩留を算出する歩留算出部と、前記歩留算出部によって算出された副原料の歩留を用いて、算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に合わせるために必要な副原料の投入量を算出する副原料投入量算出部と、算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に前記副原料投入量算出部によって算出された投入量の副原料を投入するように吹錬設備を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る転炉吹錬の制御方法及び制御装置によれば、溶鋼の成分濃度を目標値に精度高く制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置が適用される吹錬設備の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１に示す操業実績データベースに格納されている操業実績データの一例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１に示す操業実績データベースに格納されている操業実績データの一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態である吹錬制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、回帰木モデルを用いて副原料の歩留のデータを目標Ｓｉ濃度、目標Ａｌ濃度、目標Ｃ濃度、出鋼前溶鋼温度、炉下鍋温度、及び本吹錬酸素量によって複数のグループに分類した結果の一例を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上、且つ、目標Ａｌ濃度が２６．０×１０−３％未満である場合について、従来の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差を評価した結果を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上、且つ、目標Ａｌ濃度が２６．０×１０−３％未満である場合について、本願発明の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差を評価した結果を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上、且つ、目標Ａｌ濃度が２６．０×１０−３％以上である場合について、従来の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差を評価した結果を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上、且つ、目標Ａｌ濃度が２６．０×１０−３％以上である場合について、本願発明の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差を評価した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置の構成及びその動作について説明する。
【００１５】
〔吹錬設備の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置が適用される吹錬設備の構成について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置が適用される吹錬設備の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置が適用される吹錬設備１は、転炉２での吹錬プロセスにおいて転炉２内の溶鋼３に複数銘柄の副原料を投入するものであり、Ｐ個の地上バンカー４１〜４Ｐ、Ｐ個の炉上ホッパー５１〜５Ｐ、及び輸送装置６ａ〜６ｃを備えている。
【００１７】
Ｐ個の地上バンカー４１〜４Ｐは、地上に設けられ、それぞれ互いに異なるＰ種類の銘柄の副原料を貯蔵している。複数銘柄の副原料としては、副原料がマンガンである場合、ハイカーボンマンガン（ＨｃＭｎ）、ローカーボンマンガン（ＬｃＭｎ）、シリコンマンガン（ＳｉＭｎ）、及びメタマンガン（ＭｅＭｎ）等を例示することができる。一般に、副原料の歩留や主成分の含有率は銘柄によって異なる。
【００１８】
Ｐ個の炉上ホッパー５１〜５Ｐは、転炉２の上部に設けられ、それぞれ互いに異なるＰ種類の銘柄の副原料を貯蔵している。Ｐ個の炉上ホッパー５１〜５Ｐは、図示しない制御装置からの制御信号に従って内部に貯蔵している副原料を転炉２内の溶鋼３に投入する。
【００１９】
このように、本実施形態では、吹錬設備１はＰ種類の銘柄の副原料を溶鋼３に投入可能なように構成されている。輸送装置６ａ〜６ｃは、ベルトコンベア等の輸送設備によって構成され、地上バンカー４１〜４Ｐ内の複数銘柄の副原料を炉上ホッパー５１〜５Ｐに輸送する。
【００２０】
〔吹錬制御装置の構成〕
次に、図２〜図３Ｂを参照して、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置の構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置の構成を示すブロック図である。図３Ａ，３Ｂは、図２に示す操業実績データベースに格納されている操業実績データの一例を示す図である。
【００２１】
図２に示すように、本発明の一実施形態である転炉吹錬の制御装置（以下、吹錬制御装置と略記）１０は、装置本体１１と、操業実績データベース１２と、を備えている。装置本体１１は、ワークステーションやパーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、情報処理装置内部の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することによって多段層別解析部１１ａ、歩留算出部１１ｂ、及び副原料投入量算出部１１ｃとして機能する。これら各部の機能については後述する。
【００２２】
操業実績データベース１２は、後述する吹錬制御処理において用いられる操業実績データを格納している。操業実績データには、図２Ａに示すように、過去のチャージ毎に付与された固有の識別情報（チャージＩＤ）と、過去のチャージにおける目標シリコン（Ｓｉ）濃度、目標アルミニウム（Ａｌ）濃度、目標炭素（Ｃ）濃度、出鋼前溶鋼温度、転炉下部の温度（炉下鍋温度）、吹錬時の吹き込み酸素量（本吹錬酸素量）、及び投入した副原料の歩留に関するデータとが関連づけして記憶されている。
【００２３】
また、操業実績データには、図３Ｂに示すように、チャージＩＤと、過去のチャージにおいて投入したハイカーボン量（ＨｃＭｎ量）、ローカーボン量（ＬｃＭｎ量）、シリコンマンガン量（ＳｉＭｎ量）、メタマンガン量（ＭｅＭｎ量）、及び吹錬処理後の溶鋼中のマンガン量の実績値（総Ｍｎ量）に関するデータとが関連づけして記憶されている。なお、本実施形態では、操業実績データはマンガンの投入量を含んでいることとしたが、マンガン以外の複数銘柄の副原料の投入量を操業実績データに含めてもよい。
【００２４】
このような構成を有する吹錬制御装置１０は、以下に示す吹錬制御処理において操業条件に応じて副原料の投入量を精度高く算出することによって、溶鋼中における副原料の濃度を目標値に精度高く制御する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、吹錬制御処理を実行する際の吹錬制御装置１０の動作について詳しく説明する。
【００２５】
〔吹錬制御処理〕
図４は、本発明の一実施形態である吹錬制御処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、吹錬処理を開始する前の適当なタイミングで開始となり、吹錬制御処理はステップＳ１の処理に進む。
【００２６】
ステップＳ１の処理では、多段層別解析部１１ａが、操業実績データベース１２内に格納されている操業実績データに対して多段層別解析を実行することによって、回帰木モデルを用いて副原料の歩留データ（目的変数）を溶鋼の成分濃度、溶鋼温度、及び吹錬酸素量（説明変数）によって複数のグループに分類する。具体的には、多段層別解析部１１ａは、操業実績データに対して多段層別解析を実行することによって、回帰木モデルを用いて副原料の歩留データを目標Ｓｉ濃度、目標Ａｌ濃度、目標Ｃ濃度、出鋼前溶鋼温度、炉下鍋温度、及び本吹錬酸素量によって複数のグループに分類する。
【００２７】
図５は、回帰木モデルを用いて副原料の歩留データを目標Ｓｉ濃度、目標Ａｌ濃度、目標Ｃ濃度、出鋼前溶鋼温度、炉下鍋温度、及び本吹錬酸素量によって複数のグループに分類した結果の一例を示す図である。図５に示す例では、ノードＡ１に対応するグループに分類されているチャージ数が最も多いので、目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上であることが副原料の歩留に対する影響度が最も大きい操業条件であることが示されている。
【００２８】
多段層別解析を実行することによって副原料の歩留データを操業条件によって複数のグループに分類することにより、経験によって得られた知見に基づいて歩留データを分類した場合と比較して、副原料の歩留のデータを操業条件に応じて精度高く分類することができる。なお、図５中の目的変数（歩留）の値は各ノードに分類された歩留データの平均値を表している。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、吹錬制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００２９】
ステップＳ２の処理では、歩留算出部１１ｂが、ステップＳ１の処理結果を用いて算出対象の操業条件（溶鋼の成分濃度、溶鋼温度、及び吹錬酸素量）における副原料の歩留を回帰式を用いて算出する。具体的には、算出対象の操業条件が目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上、且つ、目標Ａｌ濃度が２６．０×１０−３％未満である場合（ＨＡｌ（低））、始めに、歩留算出部１１ｂは、算出対象の操業条件に対応する図５に示すノードＢ１に分類された７０４個のチャージの操業実績データを読み出す。
【００３０】
そして、歩留算出部１１ｂは、読み出した操業実績データに含まれるＨｃＭｎ量、ＬｃＭｎ量、ＳｉＭｎ量、ＭｅＭｎ量、及び総Ｍｎ量をそれぞれｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，Ｘとし、ＨｃＭｎ、ＬｃＭｎ、ＳｉＭｎ、及びＭｅＭｎの歩留をそれぞれｙ１，ｙ２，ｙ３，ｙ４として、以下の数式（１）のように表される回帰式を用いて最適化問題を解くことによってＨｃＭｎ、ＬｃＭｎ、ＳｉＭｎ、及びＭｅＭｎの歩留ｙ１，ｙ２，ｙ３，ｙ４を算出する。
【００３１】
【数１】
2015101785.tif 000003
【００３２】
同様に、算出対象の操業条件が目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上、且つ、目標Ａｌ濃度が２６．０×１０−３％以上である場合（ＨＡｌ（高））には、始めに、歩留算出部１１ｂは、算出対象の操業条件に対応する図５に示すノードＢ２に分類された４１９個のチャージの操業実績データを読み出す。そして、歩留算出部１１ｂは、読み出した操業実績データに含まれるＨｃＭｎ量、ＬｃＭｎ量、ＳｉＭｎ量、ＭｅＭｎ量、及び総Ｍｎ量を用いて上述と同様の最適化問題を解くことによってＨｃＭｎ、ＬｃＭｎ、ＳｉＭｎ、及びＭｅＭｎの歩留ｙ１，ｙ２，ｙ３，ｙ４を算出する。
【００３３】
上記２つの場合について算出されたＨｃＭｎ、ＬｃＭｎ、ＳｉＭｎ、及びＭｅＭｎの歩留を以下の表１に示す。表１に示すように、ＨＡｌ（低）及びＨＡｌ（高）それぞれの場合でＨｃＭｎ、ＬｃＭｎ、ＳｉＭｎ、及びＭｅＭｎの歩留が変化しており、操業条件に応じて副原料の歩留を算出することの重要性が確認された。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、吹錬制御処理はステップＳ３の処理に進む。
【００３４】
【表１】
2015101785.tif 000004
【００３５】
ステップＳ３の処理では、副原料投入量算出部１１ｃが、ステップＳ２の処理によって算出された副原料の歩留を以下に示す数式（２）に代入することによって、ステップＳ２の処理において歩留を算出した操業条件で転炉吹錬を行った際に吹錬処理後の溶鋼の成分濃度を目標値に合わせるために必要な副原料の投入量を算出する。なお、数式（２）中、目標成分量は溶鋼の成分の目標値を示し、投入前成分量は副原料投入前の溶鋼の成分濃度を示している。また、含有率は副原料中における主成分の含有率を示し、歩留は副原料の歩留を示している。また、製出鋼量は転炉中の溶鋼量を示している。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、吹錬制御処理はステップＳ４の処理に進む。
【００３６】
【数２】
2015101785.tif 000005
【００３７】
ステップＳ４の処理では、吹錬制御装置１０が、ステップＳ２の処理において歩留を算出した操業条件で転炉吹錬を行う際にステップＳ３の処理において算出された投入量の副原料を投入するように吹錬設備を制御する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、一連の吹錬制御処理は終了する。
【００３８】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である吹錬制御処理では、多段層別解析部１１ａが、操業実績データに対して多段層別解析を実行することによって、回帰木モデルを用いて副原料の歩留に関するデータを操業条件によって複数のグループに分類し、歩留算出部１１ｂが、副原料の歩留を算出する対象の操業条件に対応するグループに分類された歩留に関するデータを含む操業実績データを用いて、算出対象の操業条件における副原料の歩留を算出し、副原料投入量算出部１１ｃが、算出された副原料の歩留を用いて、算出対象の操業条件で転炉吹錬を行う際に転炉内の溶鋼の成分濃度を目標値に合わせるために必要な副原料の投入量を算出する。これにより、溶鋼の成分濃度を目標値に精度高く制御することができる。
【００３９】
〔実施例〕
図６Ａ，６Ｂはそれぞれ、目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上、且つ、目標Ａｌ濃度が２６．０×１０−３％未満である場合について、従来及び本願発明の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差を評価した結果を示す。図６Ａ，６Ｂに示すように、本願発明の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差（図６Ｂ）は従来の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差（図６Ａ）よりも小さくなっていることが確認できた。
【００４０】
図７Ａ，７Ｂはそれぞれ、目標Ｓｉ濃度が２５．５×１０−２％以上、且つ、目標Ａｌ濃度が２６．０×１０−３％以上である場合について、従来及び本願発明の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差を評価した結果を示す。図７Ａ，７Ｂに示すように、本願発明の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差（図７Ｂ）は従来の吹錬制御方法を用いて転炉吹錬を行った際の溶鋼中のマンガン濃度の目標値からの誤差（図７Ａ）よりも小さくなっていることが確認できた。
【００４１】
以上、本発明者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く、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。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。
【符号の説明】
【００４２】
１０  吹錬制御装置
１１  装置本体
１１ａ  多段層別解析部
１１ｂ  歩留算出部
１１ｃ  副原料投入量算出
１２  操業実績データベース
【図１】
2015101785.tif 000006
【図２】
2015101785.tif 000007
【図３Ａ】
2015101785.tif 000008
【図３Ｂ】
2015101785.tif 000009
【図４】
2015101785.tif 000010
【図５】
2015101785.tif 000011
【図６Ａ】
2015101785.tif 000012
【図６Ｂ】
2015101785.tif 000013
【図７Ａ】
2015101785.tif 000014
【図７Ｂ】
2015101785.tif 000015