(57)【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溶銑データ取得ステップと、
取得された上記初期溶銑データ、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を表現する数理モデルと、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を表現するために、前記火点反応が考慮された競合反応モデルをベースとした数理モデルとが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度、および前記スラグメタル界面におけるＳｉ平衡濃度を逐次的に推定する推定ステップと、
前記推定された前記溶銑Ｓｉ濃度と前記Ｓｉ平衡濃度との差が所定の閾値以下となる時点を脱珪処理の終了時点として判定する脱珪処理終了判定ステップと、
を含む溶銑予備処理方法。
【請求項２】
前記所定の閾値は０．０１％である、請求項１に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項３】
前記脱珪処理が終了時点であると判定されたときに、前記吹錬を停止し、前記転炉内において生成された前記スラグの一部又は全部を排出し、その後前記吹錬を再開する、請求項１または２に記載の溶銑予備処理方法。
【請求項４】
前記複合反応モデルにおいて、前記溶銑成分の濃度変化は、前記溶銑から前記スラグメタル界面への前記溶銑成分の物質移動、および、前記火点領域から前記火点領域とは異なる領域への前記溶銑成分の物質移動に基づいて算出される、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】
前記複合反応モデルにおいて、スラグ成分の濃度変化は、前記スラグメタル界面反応により進行する前記スラグから前記スラグメタル界面への前記スラグ成分の物質移動、および、前記火点領域において前記酸化反応により生成された酸化物に含まれる前記スラグ成分の物質移動に基づいて算出される、請求項４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溶銑データ取得部と、
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を表現する数理モデルと、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を表現するために、前記火点反応が考慮された競合反応モデルをベースとした数理モデルとが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度、および前記スラグメタル界面におけるＳｉ平衡濃度を逐次的に推定する推定部と、
前記推定部により推定された前記溶銑Ｓｉ濃度と前記Ｓｉ平衡濃度との差が所定の閾値以下となる時点を脱珪処理の終了時点として判定する脱珪処理終了判定部と、
を備える、溶銑予備処理制御装置。
【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、脱珪処理終了時点を判定する溶銑予備処理方法及び溶銑予備処理制御装置に関する。
【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。そのうち、溶銑からＰを除去する脱リン処理は、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）に脱リン反応式を示す。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】
0006515385.tif 000002
【０００５】
上記式（１）に示した脱リン反応を促進させて効率よくＰを除去するためには、スラグ中ＣａＯ濃度およびスラグ中ＦｅＯ濃度を高くすることが必要である。また、生成されたＰ２Ｏ５をスラグに固定させるためには、スラグの塩基度（（ＣａＯ）／（ＳｉＯ２））を適切な範囲内に制御する必要がある。スラグの塩基度の適切な範囲は、例えば、１．０〜３．０であることが知られており、塩基度が大きいほど脱リン反応が促進される。
【０００６】
一方、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や、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。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は他の成分よりも優先的に酸化される。そのため、溶銑Ｓｉ濃度が高い場合、生成されるＳｉＯ２の量も多くなる。その場合、脱リン反応を促進させるために上述したスラグの塩基度を適切な範囲内に制御するには、より多くのＣａＯ含有物質が必要となり、スラグの発生量も増加する。それゆえ、ＣａＯ含有物質の調達コストが増加する。また、ＣａＯ含有物質の使用量の増加に伴ってスラグの処理コストも増加する。
【０００７】
そこで、脱リン処理を実施する前に、転炉を用いて予め脱珪処理を実施する技術が提案されている。具体的には、脱リン処理を実施する前段階として、転炉において吹錬を用いた脱珪処理を行うことにより、脱リン処理前に予め溶銑Ｓｉ濃度を低減させる技術が提案されている。これにより、ＣａＯ含有物質の投入量を低減することができる。ＣａＯ含有物質の投入量を適切に低減させるためには、脱珪処理が終了する時点（以下、「脱珪処理終了時点」と呼称する）を適切に予測することが求められる。つまり、脱珪処理により減少する溶銑Ｓｉ濃度を高い精度で判定する必要がある。
【０００８】
上記課題に対して、下記特許文献１には、脱珪処理中のスラグ中ＦｅＯ濃度を推定し、推定したＦｅＯ濃度に応じて規定の操作を実施し、脱珪処理開始時から規定の時間を経過する間にＦｅＯ濃度を調整することにより、溶銑Ｓｉ濃度を特定の範囲内に制御する技術が開示されている。また、下記特許文献２には、脱珪処理において溶銑中のＳｉの酸化に用いられる酸素量の割合が吹錬による送酸量の８０％であると仮定して、溶銑中のＳｉを全て脱珪処理するために必要な送酸量を算出する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
【特許文献２】特開２０１４−１４１６９６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、上記特許文献１においては、脱珪処理が実施される時間が固定されているが、転炉や吹錬用設備の構造によっては脱珪速度も異なると考えられるので、上記特許文献１に開示された技術による効果が発揮されないと考えられる。また、スラグ中ＦｅＯ濃度を調整するための具体的な調整量についてはなんら開示されていない。そのため、上記特許文献１に基づく脱珪処理の実現には疑問が残る。また、上記特許文献２においては、Ｓｉの酸化に用いられる酸素量の割合が吹錬による送酸量の８０％と固定されている。しかし、脱珪処理における溶銑中のＳｉの酸化に用いられる酸素量の割合は一定ではなく、チャージによって大きく異なる場合がある。そのため、溶銑中のＳｉの酸化に用いられる酸素量が固定の値であると仮定すると、脱珪処理後の溶銑Ｓｉ濃度にばらつきが生じるおそれがある。
【００１１】
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、転炉を用いた溶銑予備処理における脱珪処理の終了時点をより高精度に判定することが可能な、新規かつ改良された溶銑予備処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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溶銑データ取得ステップと、取得された上記初期溶銑データ、並びに、上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に基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と上記溶銑との酸化反応である火点反応を表現する数理モデルと、上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上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を表現するために、上記火点反応が考慮された競合反応モデルをベースとした数理モデルとが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度、および上記スラグメタル界面におけるＳｉ平衡濃度を逐次的に推定する推定ステップと、上記推定された上記溶銑Ｓｉ濃度と上記Ｓｉ平衡濃度との差が所定の閾値以下となる時点を脱珪処理の終了時点として判定する脱珪処理終了判定ステップと、を含む溶銑予備処理方法が提供される。
【００１３】
上記溶銑予備処理方法において、上記所定の閾値は０．０１％であってもよい。
【００１４】
上記溶銑予備処理方法は、上記脱珪処理が終了時点であると判定されたときに、上記吹錬を停止し、上記転炉内において生成された上記スラグの一部又は全部を排出し、その後上記吹錬を再開してもよい。
【００１５】
上記複合反応モデルにおいて、上記溶銑成分の濃度変化は、上記溶銑から上記スラグメタル界面への上記溶銑成分の物質移動、および、上記火点領域から上記火点領域とは異なる領域への上記溶銑成分の物質移動に基づいて算出されてもよい。
【００１６】
上記複合反応モデルにおいて、スラグ成分の濃度変化は、上記スラグメタル界面反応により進行する上記スラグから上記スラグメタル界面への上記スラグ成分の物質移動、および、上記火点領域において上記酸化反応により生成された酸化物に含まれる上記スラグ成分の物質移動に基づいて算出されてもよい。
【００１７】
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溶銑データ取得部と、取得された上記初期溶銑データ、並びに、上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に基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と上記溶銑との酸化反応である火点反応を表現する数理モデルと、上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上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を表現するために、上記火点反応が考慮された競合反応モデルをベースとした数理モデルとが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度、および上記スラグメタル界面におけるＳｉ平衡濃度を逐次的に推定する推定部と、上記推定部により推定された上記溶銑Ｓｉ濃度と上記Ｓｉ平衡濃度との差が所定の閾値以下となる時点を脱珪処理の終了時点として判定する脱珪処理終了判定部と、を備える、溶銑予備処理制御装置が提供される。
【００１８】
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、転炉を用いた吹錬により生じる火点反応およびスラグメタル界面反応により変化する溶銑成分の変化を高精度で推定することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、転炉を用いた溶銑予備処理における脱珪処理の終了時点をより高精度に判定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るシステムの一構成例を示す図である。
【図２】同実施形態に係る複合反応モデルの概要を示す図である。
【図３】同実施形態に係るシステムによる溶銑予備処理方法のフローチャートを示す図である。
【図４】各実施例における各溶銑成分の火点反応による酸素分配率の変化を成分ごとに示すグラフである。
【図５】各実施例における溶銑中のＳｉの推定濃度の変化を示すグラフである。
【図６】各実施例における溶銑中のＰの推定濃度の変化、および吹錬された溶銑中のＰの測定濃度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
＜１．システムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る溶銑予備処理システム１の一構成例を示す図である。図１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、溶銑予備処理設備１０、溶銑予備処理制御装置２０、サーバ３０、および出力部４０を備える。
【００２３】
（溶銑予備処理設備１０）
溶銑予備処理設備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。溶銑予備処理設備１０は、溶銑予備処理制御装置２０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、並びに、転炉１１による排滓に関する制御を行う。なお、図示は省略するが、溶銑予備処理設備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、または転炉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。
【００２４】
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る。転炉１１の炉内には、高炉から出銑された溶銑、少量の鉄スクラップ、および生石灰等のスラグ形成のための副原料１６が投入される。副原料１６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。
【００２５】
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。
【００２６】
吹錬により発生した排ガスは、転炉１１の炉外に設けられる煙道１２へと導かれる。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、逐次的に排ガスの分析および測定を行う。
【００２７】
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、後述する溶銑予備処理制御装置２０のＳｉ濃度推定部２０２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、Ｓｉ濃度推定部２０２による各成分の濃度の推定周期Ｔと同期する。
【００２８】
（溶銑予備処理制御装置２０）
溶銑予備処理制御装置２０は、溶銑データ取得部２０１、Ｓｉ濃度推定部２０２、および脱珪処理終了判定部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）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、溶銑データ取得部２０１、Ｓｉ濃度推定部２０２、および脱珪処理終了判定部２０３の各機能が実現される。なお、図１においては、溶銑予備処理制御装置２０の有する機能のうち、本発明において特徴的な機能のみを主に図示している。溶銑予備処理制御装置２０は、図示する機能以外にも、溶銑予備処理に係る制御を行う際に必要となる一般的な機能を有し得る。例えば、溶銑予備処理制御装置２０は、転炉１１への冷材の投入を制御する機能や、または転炉１１への副原料の投入を制御する機能等を有し得る。他の一般的な機能については、各種の公知の技術が適用され得るため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２９】
溶銑予備処理制御装置２０は、サーバ３０に格納されている各種データ、および排ガスデータを入力値として、溶銑Ｓｉ濃度を含む溶銑中またはスラグ中の各成分の濃度を推定する。そして、溶銑予備処理制御装置２０は、推定したＳｉ濃度等の比較結果に基づいて、脱珪処理の終了判定を行う。溶銑予備処理制御装置２０は、脱珪処理が終了したと判定した場合、溶銑予備処理設備１０に対して、吹錬の停止または中間排滓の開始等の制御信号を出力する。例えば、溶銑予備処理制御装置２０は、脱珪処理終了時点において吹錬を一度停止し、転炉１１内に滞留するスラグの全部または一部を排出し、その後吹錬を再開する制御信号を、溶銑予備処理設備１０に対して出力してもよい。これにより、転炉１１内のＳｉＯ２が排出されるので、転炉１１内のスラグの塩基度が高くなる。よって、脱リン処理の効率を向上させることができる。以下、溶銑予備処理制御装置２０の有する各機能について説明する。
【００３０】
溶銑データ取得部２０１は、サーバ３０に格納されている溶銑データ３０１、パラメータ３０２、および目標データ３０３を取得し、取得した各種データを、Ｓｉ濃度推定部２０２に出力する。溶銑データ３０１は、転炉１１の炉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３０１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、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｐ等）の濃度、溶銑温度、溶銑率等）が含まれる。パラメータ３０２は、Ｓｉ濃度推定部２０２において用いられる各種のパラメータである。パラメータ３０２には、脱珪速度定数や物質移動係数などの各種係数やパラメータが含まれる。目標データ３０３には、吹錬後のチャージ毎の目標成分や目標温度などのデータが含まれる。また、目標データ３０３には、脱珪処理の終了判定に用いられる閾値Ｔｈが含まれる。閾値Ｔｈについては、後述する。
【００３１】
Ｓｉ濃度推定部２０２は、溶銑データ取得部２０１により取得された各種データ、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に基づいて、溶銑成分の濃度およびスラグ成分の濃度等を推定する。なお、スラグ成分とは、スラグに含まれる酸化物の成分である。例えば、Ｓｉ濃度推定部２０２は、溶銑Ｓｉ濃度およびスラグメタル界面におけるＳｉ平衡濃度等を推定する。より具体的には、Ｓｉ濃度推定部２０２は、後述する複合反応モデルを構成する式（３）〜（１７）を連立して解くことにより、溶銑Ｓｉ濃度およびＳｉ平衡濃度等を推定周期Ｔごとに逐次的に推定する。
【００３２】
上記溶銑データ３０１は、チャージごとの初期の溶銑データである。そのため、Ｓｉ濃度推定部２０２は、初回の推定処理においては溶銑データ３０１を入力値として用いるが、初回以降の推定処理においては、一周期前の推定結果を入力値として用いる。推定結果には、例えば、Ｓｉ濃度推定部２０２により一周期前に推定された、Ｓｉ濃度を含む溶銑成分の濃度およびスラグ成分の濃度、または各領域における温度等の溶銑データが含まれる。これにより、Ｓｉ濃度推定部２０２は、推定周期Ｔごとに変化する溶銑Ｓｉ濃度を、逐次的に推定することができる。
【００３３】
なお、推定周期Ｔは、上述したように、排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２により分析および測定された排ガスデータの出力周期と同期する。これにより、最新の排ガスデータに基づいて、溶銑Ｓｉ濃度の推定を実施することが可能となる。Ｓｉ濃度推定部２０２は、推定した溶銑Ｓｉ濃度およびＳｉ平衡濃度を、脱珪処理終了判定部２０３に出力する。また、Ｓｉ濃度推定部２０２は、推定結果を出力部４０に出力してもよい。
【００３４】
このように、Ｓｉ濃度推定部２０２は、複合反応モデルを用いることにより、溶銑Ｓｉ濃度等を推定する。上記複合反応モデルについて、詳しくは後述する。
【００３５】
脱珪処理終了判定部２０３は、Ｓｉ濃度推定部２０２により推定された溶銑Ｓｉ濃度とスラグメタル界面におけるＳｉ平衡濃度とを比較し、その比較結果に基づいて脱珪処理を終了するか否かを判定する。具体的には、脱珪処理終了判定部２０３は、溶銑Ｓｉ濃度とＳｉ平衡濃度との差（以下、「Ｓｉ濃度差」と呼称する）が閾値Ｔｈを下回るか否かを判定する。Ｓｉ濃度差が閾値Ｔｈを下回ると判定された場合、脱珪処理終了判定部２０３は、脱珪処理の終了に係る制御信号を溶銑予備処理設備１０に出力する。脱珪処理の終了に係る制御は、例えば、上吹きランス１３による吹錬の停止制御や、転炉１１による中間排滓処理の開始制御である。一方、Ｓｉ濃度差が閾値Ｔｈを下回らないと判定された場合、再度Ｓｉ濃度推定部２０２において濃度の推定が実施される。
【００３６】
（サーバ３０）
サーバ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および通信装置等のハードウェア構成を備える。サーバ３０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記憶する。サーバ３０は、例えば、図１に示したように、溶銑データ３０１、パラメータ３０２、および目標データ３０３等を記憶する。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。サーバ３０に記憶されている各種データは、溶銑データ取得部２０１により呼び出される。また、サーバ３０は、Ｓｉ濃度推定部２０２による推定結果を逐次的に記憶してもよい。なお、本実施形態に係るサーバ３０は、溶銑予備処理制御装置２０とは分離して構成されているが、他の実施形態においては、サーバ３０は、溶銑予備処理制御装置２０と一体となって構成されてもよい。
【００３７】
（出力部４０）
出力部４０は、ディスプレイやプリンタ、通信装置等の出力装置により実現される。出力部４０は、例えば、Ｓｉ濃度推定部２０２から出力された推定結果を出力する。また、出力部４０は、サーバ３０に逐次的に記憶された推定結果を出力してもよい。これにより、Ｓｉ濃度推定部２０２による推定結果について、事後的に解析することができる。また、脱珪処理の終了時点において、出力部４０は、脱珪処理の終了を示す表示等の出力を行ってもよい。これにより、出力部４０により出力された情報を閲覧したオペレータ等が、脱珪処理の終了を認知できる。
【００３８】
＜２．複合反応モデル＞
以上、本実施形態に係る溶銑予備処理システム１の構成について説明した。次に、本実施形態に係るＳｉ濃度推定部２０２において溶銑Ｓｉ濃度等の推定に用いられる複合反応モデルについて説明する。Ｓｉ濃度推定部２０２は、以下の式（３）〜式（１７）からなる連立方程式を逐次的に推定することにより、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。
【００３９】
（複合反応モデルの概要）
式（１）で示した脱リン反応は、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１１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が可能である。
【００４０】
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。
【００４１】
そこで、本発明者らは、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。
【００４２】
図２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２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、スラグへと移動する。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排ガスデータに基づいて算出される。この（ａ）複数領域間における溶銑中の各成分の物質移動、および（ｂ）火点反応により生じた酸化物のスラグへの物質移動の２点を考慮した反応モデルが、複合反応モデルである。
【００４３】
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らは見出した。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らは見出した。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。
【００４４】
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。
【００４５】
【数２】
0006515385.tif 000003
また、以下の説明においては、特に説明がない限り、各成分の濃度の単位である［質量％］は、［％］と記載する。
【００４６】
（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１３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の酸化反応が発生する。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。
【００４７】
【数３】
0006515385.tif 000004
【００４８】
【数４】
0006515385.tif 000005
【００４９】
【数５】
0006515385.tif 000006
【００５０】
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［％／ｓ］である。ΔＣは、排ガスデータから求めた脱炭速度［％／ｓ］である。ΔＦｅは、排ガスデータから求めたＦｅの酸化速度［％／ｓ］である。Ｖｆは、火点領域の溶銑堆積［ｍ３］である。また、Ｑは、転炉１１内の溶銑の還流量［ｍ３／ｓ］である。
【００５１】
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る。
【００５２】
【数６】
0006515385.tif 000007
【００５３】
ここで、Ｑｏｆｆｇａｓは、転炉１１より排出される排ガスの流量［Ｎｍ３／ｈｒ］であり、排ガス流量計１０２により測定された値が用いられる。上記式（６）内のＣＯ、およびＣＯ２は、転炉１１より排出されるＣＯの濃度、およびＣＯ２の濃度［％］であり、排ガス成分分析計１０１により分析された値が用いられる。Ｗｆは、火点領域における溶銑の重量［ｔｏｎ］である。
【００５４】
次に、Ｆｅの酸化速度ΔＦｅの算出方法について説明する。本発明においては、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、本発明は、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、本発明においてＦｅの酸化速度ΔＦｅは、下記式（７）に示すように、転炉１１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。
【００５５】
【数７】
0006515385.tif 000008
【００５６】
ただし、上記式（７）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（８）を満たす場合、ΔＦｅ＝０とみなされる。
【００５７】
【数８】
0006515385.tif 000009
【００５８】
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排ガス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。
【００５９】
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（９）および式（１０）により表現される。
【００６０】
【数９】
0006515385.tif 000010
【００６１】
【数１０】
0006515385.tif 000011
【００６２】
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（９）、および式（１０）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（１１）のように表現される。
【００６３】
【数１１】
0006515385.tif 000012
【００６４】
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。
【００６５】
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、上記式（３）〜式（１１）により表現される。
【００６６】
（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。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（１２）のように表現される。
【００６７】
【数１２】
0006515385.tif 000013
【００６８】
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項［％／ｓ］である。
【００６９】
上記式（１２）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（１２）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。
【００７０】
なお、本実施形態に係る複合反応モデルにおいて、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、当該元素Ｘの物質収支について、上記式（１２）における［Ｘｆ］−［Ｘ］の値は０となる。
【００７１】
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。
【００７２】
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。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（１３）のように表現される。
【００７３】
【数１３】
0006515385.tif 000014
【００７４】
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項［％／ｓ］である。
【００７５】
また、スラグに含まれるＳｉＯ２およびＦｅＯの濃度は、図２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（１４）および式（１５）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。
【００７６】
【数１４】
0006515385.tif 000015
【００７７】
ここで、（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。
【００７８】
【数１５】
0006515385.tif 000016
【００７９】
ここで、（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。
【００８０】
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（１２）〜式（１５）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（１６）、および式（１７）のようにそれぞれ表現される。
【００８１】
【数１６】
0006515385.tif 000017
【００８２】
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。
【００８３】
【数１７】
0006515385.tif 000018
【００８４】
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。
【００８５】
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、上記式（１２）〜式（１７）により表現される。
【００８６】
以上説明したように、複合反応モデルは、火点反応を表現する式（３）〜式（１１）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（１２）〜式（１７）とを複合させた数理モデルである。本実施形態に係るＳｉ濃度推定部２０２は、複合反応モデルを構成する式（３）〜式（１７）からなる連立方程式を逐次的に解くことにより、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、Ｓｉ濃度推定部２０２は、上記複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度［Ｓｉ］、およびスラグメタル界面におけるＳｉ平衡濃度［Ｓｉ＊］を推定することが可能である。
【００８７】
＜３．溶銑予備処理方法＞
図３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を示す図である。図３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フローについて説明する
【００８８】
まず、溶銑予備処理制御装置２０の溶銑データ取得部２０１が、サーバ３０に格納されている溶銑データ３０１、パラメータ３０２、および目標データ３０３を取得する（Ｓ１０１）。次に、Ｓｉ濃度推定部２０２は、排ガス成分分析計１０１および排ガス流量計１０２から排ガスデータを取得する（Ｓ１０３）。また、一周期前にステップＳ１０５において溶銑Ｓｉ濃度等の推定が実施されている場合は、Ｓｉ濃度推定部２０２は、一周期前の各成分の濃度の推定結果を取得する。
【００８９】
次に、Ｓｉ濃度推定部２０２は、ステップＳ１０１およびステップＳ１０３において取得した各種データまたは一周期前の推定結果に基づき、複合反応モデルを用いて、溶銑Ｓｉ濃度等を推定する（Ｓ１０５）。
【００９０】
続いて、脱珪処理終了判定部２０３は、Ｓｉ濃度推定部２０２により推定された溶銑Ｓｉ濃度とスラグメタル界面におけるＳｉ平衡濃度との差、つまりＳｉ濃度差が閾値Ｔｈを下回るか否かを判定する（Ｓ１０７）。ここで、Ｓｉ濃度差とは、上記式（１２）または式（１３）の右辺に含まれる［Ｘ］−［Ｘ＊］（つまり、［Ｓｉ］−［Ｓｉ＊］）に相当する。吹錬による転炉１１内での反応が進むにつれて溶銑Ｓｉ濃度は低下するため、Ｓｉ濃度差も徐々に小さくなる。Ｓｉ濃度差が小さくなることは、溶銑からスラグへのＳｉ成分の物質移動が小さくなることを示し、つまり、脱珪反応が鈍化していることを示す。厳密には、Ｓｉ濃度差が漸減してゼロになったときに脱珪処理が終了するが、実用上は、前記Ｓｉ濃度差が十分小さな値になったときに、脱珪処理が終了したとみなされる。したがって、脱珪処理終了判定部２０３は、適切な閾値を設定することにより、脱珪処理の終了時を適切に判定することができる。
【００９１】
ここで、閾値Ｔｈを高く設定した場合、脱珪処理の時間を短縮することができる。しかし、溶銑中に残存するＳｉの濃度が高い値のままなので、後処理である脱リン処理において用いられる生石灰等の副原料の投入コストが大きくなってしまう。一方、上記閾値Ｔｈを低く設定した場合、溶銑Ｓｉ濃度をより低く制御することができる。しかし、脱珪反応が鈍化した後においても脱珪処理を継続することは、脱珪処理時間の延長を招く。それにより、例えば、火点反応により生成される（ＦｅＯ）の増加に伴う歩留まり低下が生じ得る。そのため、上記閾値Ｔｈを適切に設定する必要がある。例えば、本実施形態においては、適切な閾値Ｔｈの値を０．０１％としている。
【００９２】
ステップＳ１０７において、Ｓｉ濃度差が閾値Ｔｈを下回らないと判定された場合（ＮＯ）、再度ステップＳ１０３においてＳｉ濃度推定部２０２によるＳｉ濃度等の推定が実施される。溶銑予備処理システム１は、Ｓｉ濃度差が閾値Ｔｈを下回らない場合において、推定周期Ｔごとに上記ステップＳ１０３〜Ｓ１０７を繰り返し実施する。
【００９３】
一方、ステップＳ１０７においてＳｉ濃度差が閾値Ｔｈを下回る場合（ＹＥＳ）、脱珪処理終了判定部２０３は、Ｓｉ濃度差が閾値Ｔｈを下回った時点を脱珪処理終了時点と判定し、脱珪処理の終了に係る制御信号を溶銑予備処理設備１０に出力する。例えば、脱珪処理終了判定部２０３は、脱珪処理の終了に係る制御信号として、中間排滓処理開始に係る制御信号を溶銑予備処理設備１０に出力してもよい（Ｓ１０９）。また、脱珪処理終了判定部２０３は、上吹きランス１３による転炉１１内への送酸の停止に係る制御信号を溶銑予備処理設備１０に出力してもよい。
【００９４】
以上説明したように、本実施形態に係る溶銑予備処理方法によれば、転炉１１を用いた脱珪処理において複合反応モデルを用いた数理モデルを用いることにより、溶銑Ｓｉ濃度等を高精度で推定することができる。したがって、当該推定結果に基づいて、脱珪処理の終了時点の判定を適切に行うことができる。これにより、脱珪処理による生産効率や溶銑品質の低下を招くことなく、脱リン処理に用いられる生石灰等の副原料の投入コストを抑制することが可能である。
【００９５】
なお、本実施形態に係る溶銑予備処理システム１によれば、溶銑予備処理制御装置２０により判定された脱珪処理終了時点において吹錬を一度停止し、転炉１１内に滞留するスラグの中間排滓を行い、その後吹錬を再開する制御を行うとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、溶銑予備処理システム１は判定された脱珪処理終了時点後に中間排滓を実施しなくてもよい。その代わりに、溶銑予備処理システム１は判定された脱珪処理終了時点後に脱リン処理を促進させるための制御を行ってもよい。これにより、溶銑内の脱リン処理をより効率的に行うことが可能である。
【実施例】
【００９６】
次に、本発明の実施例について説明する。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。
【００９７】
本実施例では、本発明によるＳｉ濃度の推定精度について検証した。具体的には、まず、排ガスデータに基づいて推定される酸素分配率について評価した。酸素分配率については後述する。次に、本実施形態に係る溶銑予備処理方法により推定された溶銑Ｓｉの推定濃度の変化（脱珪速度）について評価した。さらに、本実施形態に係る溶銑予備処理方法により推定された溶銑Ｐ濃度と、吹錬後において実測されたＰ濃度とを比較し、溶銑Ｓｉ濃度の推定精度について評価した。溶銑Ｓｉ濃度ではなく溶銑Ｐ濃度の実測値を用いて比較するのは、脱珪処理終了時点におけるＳｉ濃度を直接評価することが技術的に困難であるためである。その代わりに、溶銑Ｐ濃度の実測値と本実施形態に係る溶銑予備処理方法により推定されたＰ濃度とを比較することにより、溶銑Ｓｉ濃度の推定精度について評価した。
【００９８】
（試験条件）
初期の溶銑成分の濃度［％］、溶銑温度［℃］、および副原料（生石灰、およびスケール）の溶銑重量に対する原単位［ｋｇ／ｔｏｎ］を含む初期溶銑データ、並びに、実際の溶銑予備処理時間［ｓｅｃ］を、実施例ごとに以下の表１に示す。
【００９９】
【表１】
0006515385.tif 000019
【０１００】
上記表１で示した各実施例における溶銑データは、転炉１１に投入される１チャージごとの溶銑データである。各実施例における溶銑予備処理中に、本実施形態に係る溶銑予備処理方法を用いて、溶銑Ｓｉ濃度および溶銑Ｐ濃度を推定した。なお、溶銑予備処理中において、酸素分配率についても推定を行った。そして、実際の吹錬時間が経過した時における推定Ｐ濃度と、溶銑予備処理がなされた溶銑Ｐ濃度の実測値とを比較した。
【０１０１】
（試験結果）
まず、溶銑中のＳｉの火点反応による酸素分配率について評価した。図４は、各実施例における各溶銑成分の火点反応による酸素分配率の変化を成分ごとに示すグラフである。図４（ａ）は実施例１に、図４（ｂ）は実施例２に対応するグラフである。酸素分配率とは、溶銑中のＳｉ、Ｃ、またはＦｅに対する、上吹きランス１３から供給される酸素の反応比率を意味する。酸素分配率は、上記式（３）〜式（８）を用いて算出される。
【０１０２】
図４（ａ）に示したグラフによれば、実施例１において溶銑中のＳｉに対する酸素分配率はおよそ６０％〜８０％の間において推移していることが分かる。一方、図４（ｂ）に示したグラフによれば、実施例２において溶銑中のＳｉに対する酸素分配率はおよそ４０％〜６０％の間において推移していることが分かる。以上の結果より、酸素分配率は、転炉１１の溶銑のチャージごとに必ずしも一定の値を取らず変動しうることが分かった。
【０１０３】
次に、溶銑中のＳｉの脱珪速度について評価した。図５は、各実施例における溶銑中のＳｉの推定濃度の変化を示すグラフである。図５（ａ）は実施例１に、図５（ｂ）は実施例２に対応するグラフである。図５（ａ）に示したグラフの傾きは、図５（ｂ）に示したグラフの傾きよりも大きいことが分かった。つまり、Ｓｉの脱珪速度について、実施例１の脱珪速度が実施例２の脱珪速度よりも大きいことが分かった。図４に示したように、実施例１におけるＳｉの酸素分配率が、実施例２におけるＳｉの酸素分配率よりも大きいことがその理由であると考えられる。
【０１０４】
次に、溶銑中のＰの推定濃度と、実際の溶銑予備処理がなされた溶銑中のＰの測定濃度とを比較した。図６は、各実施例における溶銑中のＰの推定濃度の変化、および吹錬された溶銑中のＰの測定濃度を示すグラフである。図６（ａ）は実施例１に、図６（ｂ）は実施例２にそれぞれ対応するグラフである。なお、Ｐの測定濃度は、各実施例において吹錬が終了した直後に測定された値である。
【０１０５】
図６（ａ）および図６（ｂ）を参照すると、実施例１および実施例２の各々において、吹錬終了時におけるＰの推定濃度と測定濃度とがほぼ一致した。これにより、本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Ｐ濃度の推定精度が高いことが示された。
【０１０６】
また、各実施例における溶銑中のＰの初期濃度は同濃度（０．０９６％）であったにも関わらず、溶銑予備処理終了時における実施例１の溶銑中のＰの推定濃度は、実施例２の溶銑中のＰの推定濃度より低い値を示した。これは、図５に示したとおり、本実施形態に係る溶銑予備処理方法により推定された脱珪速度について、実施例１の脱珪速度が実施例２の脱珪速度よりも大きいからと考えられる。
【０１０７】
一方で、溶銑予備処理終了時における実施例１の溶銑中のＰの測定濃度も、実施例２の溶銑中のＰの測定濃度より低い値を示した。これは、実際の溶銑予備処理における脱珪速度について、実施例１の脱珪速度が、実施例２の脱珪速度よりも大きいことを裏付けている。つまり、本実施形態に係る溶銑予備処理方法による脱珪速度の推定精度は高いことが示された。本実施形態に係る溶銑予備処理方法による脱珪速度の推定速度が高いことから、溶銑Ｓｉ濃度の推定濃度も高いといえる。
【０１０８】
以上示したように、本実施形態に係る溶銑予備処理方法の実施例によれば、溶銑Ｓｉ濃度を高精度に推定することができることが分かった。したがって、本発明によれば、溶銑Ｓｉ濃度を高精度に推定することにより、脱珪処理の終了時点を精度高く判定することが可能となる。
【０１０９】
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】
【０１１０】
１      溶銑予備処理システム
１０    溶銑予備処理設備
１１    転炉
１２    煙道
１３    上吹きランス
２０    溶銑予備処理制御装置
３０    サーバ
４０    出力部
１０１  排ガス成分分析計
１０２  排ガス流量計
２０１  溶銑データ取得部
２０２  Ｓｉ濃度推定部
２０３  脱珪処理終了判定部
【図１】
0006515385.tif 000020
【図２】
0006515385.tif 000021
【図３】
0006515385.tif 000022
【図４】
0006515385.tif 000023
【図５】
0006515385.tif 000024
【図６】
0006515385.tif 000025