(57)【要約】【課題】転炉精錬において溶鋼成分の調整のため投入される生石灰や冷材などの副原料の投入量を、転炉操業コストが最少となるような指示値として算出する転炉操業ガイダンスモデルを提供する。【解決手段】転炉吹錬において、吹錬予定鋼種の成分規格と生産スケジュールによって予め決められた目標温度及び目標成分の目標値に対し許容誤差範囲を設けることにより目標値に変動可能な幅をもたせる。そして、該許容誤差範囲を含む目標値の中から、転炉操業コストが最少となる指示値を自動的に算出する転炉操業ガイダンスモデルを構成する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉吹錬において、吹錬予定鋼種の成分規格と生産スケジュールによって予め決められた目標温度及び目標成分の目標値に対し許容誤差範囲を設け、目標値に変動可能な幅をもたせることにより、該許容誤差範囲を含む目標値の中から、転炉操業コストが最少となる指示値を自動的に算出する転炉操業ガイダンスモデル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉精錬における操業ガイダンスモデルに係わり、詳しくは転炉精錬において溶鋼成分の調整のために投入される媒溶材や溶銑の温度調節のため投入される冷材などの副原料の投入量を、転炉操業コストが最少となるような指示値として算出する転炉操業ガイダンスモデルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉製鋼においては、溶銑の成分調整や炉体保護のために投入される生石灰やドロマイト、リサイクルスラグなどの媒溶材としての副原料、及び溶鋼の温度調節のため投入されるスケールや鉄鉱石、マンガン鉱石などの冷材としての副原料の投入が重要であり、従来より成分調整を適正に行うための、副原料の投入量を算出する方法として、吹錬開始前に行う操業ガイダンスモデル（以下スタティックモデルと称す）が採用されている。その方法は、「吹錬前の溶銑温度・成分」と「転炉に投入する生石灰・生石灰以外の副原料、冷材、吹き込む酸素量」と「吹錬終点での溶鋼温度・成分」の関係を表すモデル式に、吹錬終点における溶鋼の目標温度・成分を定数として上記「吹錬終点での溶鋼温度・成分」に代入して、生石灰投入量、冷材投入量及び吹き込み酸素使用量を計算するものである。
【０００３】
上記スタティックモデルにより各投入量の指示値を算出する方法として種々のものが提案されている。その一例を挙げると、特開２０００−３０９８１７号公報には目標りん濃度と生石灰投入量との関係式を用いて、目標りん濃度に合わせた生石灰投入量を算出する方法が、また特開平９−２５６０２１号公報には溶鋼成分濃度を目標値に近づけるため、物質バランスと平衡反応を考慮した物理モデルを用いて副原料投入量を計算する方法が、更に特開２００１−２７９３１８号公報には吹錬開始後の溶銑温度を連続的に測定し、その測定温度に基づいて副原料の供給量を計算する方法が、それぞれ示されている。
【０００４】
通常、転炉で吹錬を開始する前にスタティックモデルを用いて副原料投入の指示値を計算する際には、吹錬予定鋼種の成分規格と生産スケジュールによって予め決められた目標温度及び目標成分をモデルに与えて、その目標値を達成するような指示値を決定する。ここで媒溶材や冷材などの副原料投入量及び吹き込み酸素量を指し、定数値で与えられる。
【０００５】
しかし、鋼種によっては成分規格を厳密に達成する必要のないものがあり、また生産スケジュールや転炉後工程である２次精錬設備能力によっては目標温度を厳密に達成する必要のない場合がある。
【０００６】
このような場合、担当係員は自らの経験をもとに目標値を修正して新たな目標値を作り、この新たな目標値をスタティックモデルに与えて再度計算し直して、操業コストをより低減するような指示値を決定しようとする。しかし、このような方法では、操業コストを最少にするため、どの目標値をどの程度修正すればよいか、判断するのに大きな困難が伴う。以下にその理由を述べる。
【０００７】
一般的なスタティックモデルは、通常転炉吹錬における現象をモデル化した下記の各式から構成されている。
【０００８】
（１）　吹錬前、吹錬後の物質バランス式
転炉に装入される溶銑、生石灰、冷材などの含有成分と吹錬終点の溶鋼成分、スラグ成分との間に成り立つバランス式である。
【０００９】
（２）　溶鋼とスラグ間の物質平衡式（以下分配式と称す）
吹錬終点における溶鋼成分とスラグ成分の間に成り立つ物質平衡を表す式である。下記式に示すように、一般的な反応平衡式の形に似た非線形な式　　　が用いられる。
【００１０】
【数１】
2004035986.tif 000002
【００１１】
（３）　酸素バランス式
転炉に供給されるトータルの酸素量（吹き込み酸素＋冷材含有酸素）と溶鋼酸化反応による溶鋼成分変動を表す式である。
【００１２】
（４）　温度バランス式
酸化反応で発生する熱量と冷材投入による温度冷却効果を表す式である。
【００１３】
上記物質バランス式、分配式、酸化反応による成分変動式（酸素バランス式）は、溶鋼中成分ごとに成り立つ式であって、実際には３〜６種類程度の成分について計算されるため、スタティックモデルに含まれるモデル式は数多く、かつ複雑となる。
【００１４】
また、上記分配式は、一般的な反応平衡式に似た形になっており、吹錬終点における溶鋼成分、スラグ成分、溶鋼温度の項が非線形な形で含まれていることから、スタティックモデル全体が非線形な連立方程式となる。
【００１５】
このようなモデルを使用する場合、モデル式が数多いこととモデルが非線形であるため、目標値を修正した場合に指示値がどのように変化するのか、正確に予測するのは非常に困難である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、従来のスタティックモデルすなわち、吹錬終点温度、溶鋼成分に目標値を定数として与え、その目標値に応じた指示値を算出するモデルを使用する場合、人手により修正して、操業コストを最少にするような指示値を得ることは困難であった。
【００１７】
本発明は、従来のスタティックモデルに見られる問題点を解決するため、従来のように吹錬終点における溶鋼温度と溶鋼成分を目標値に固定することなく、目標値に対し許容し得る誤差範囲を設け、目標値に変動可能な幅をもたせることにより、転炉操業コストが最少となる指示値を、人手に頼らず自動的に選出できる転炉操業ガイダンスモデルを提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の転炉操業ガイダンスモデルは、転炉吹錬において、吹錬予定鋼種の成分規格と生産スケジュールによって予め決められた目標温度及び目標成分の目標値に対し許容誤差範囲を設け、目標値に変動可能な幅をもたせることにより、該許容誤差範囲を含む目標値の中から、転炉操業コストが最少となる指示値を自動的に算出するものである。
【００１９】
なお、上記転炉操業ガイダンスモデルは、モデルパラメータを調整することにより、目標値からの許容誤差範囲を調節できるモデルからなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態として、転炉操業における終点温度、終点目標成分を変数化し、操業コスト（ここでは生石灰コストと冷材コストの総和とする）が最少となるような指示値を求めるために行った定式化した場合について説明する。
【００２１】
転炉スタティック計算に使用されるモデル式は下記のようにして求められる。
【００２２】
【数２】
2004035986.tif 000003
【００２３】
上記１〜４式を連立し、以下の制約式の下で評価関数を最少にするような解を求める。
【００２４】
【数３】
2004035986.tif 000004
【００２５】
ただし、
ＳＬＧｅ　：　スラグ成分　　　変数
ＨＭｃ　　：　初期溶銑成分　　溶銑条件によって決まる定数
ＨＭｔ　　：　初期溶銑温度　　溶銑条件によって決まる定数
ＡｌＭｃ　：　終点目標成分　　成分規格によって決まる定数
ＥＰｃ　　：　終点溶鋼成分　　目標成分によって決まる定数
ＡｌＭｔ　：　終点目標温度　　生産スケジュールによって決まる定数
ＥＰｔ　　：　終点溶鋼温度　　　　変数
ＣａＯ　　：　投入する生石灰　　　変数
Ｆｇ　　　：　投入する副原料　　　操業条件によって決まる定数
ｒｅｉ　　：　投入する冷材　　　　変数
Ｏ２　　　：　吹き込み酸素　　　　変数
α　　　　：　目標温度に対する許容誤差範囲
β　　　　：　目標成分に対する許容誤差範囲
【００２６】
解法としては、非線形計画法であれば何を用いてもかまわないが、逐次２次計画法などの最適解への収束能力の高い方法が望ましい。上記モデル式、制約式、評価式は本発明による転炉操業ガイダンスモデルの一例であり、上記以外の式や項を追加したモデルにも本発明は適用できる。他に考えられる式や項の一例を下記に示す。
【００２７】
【数４】
2004035986.tif 000005
【００２８】
ただし、
ＳＬＧｃ／ｓ　　：　スラグ塩基度
ＨＭｃ（Ｓｉ）　：　溶銑Ｓｉ成分
γ　　　　：　スラグ塩基度設定値
【００２９】
上記評価式は、生石灰と冷材の操業コストであるが、式を変更することにより、転炉操業における様々な操業コスト指標を評価関数とすることができる。また、α、βの値を変えることにより、目標値に対する誤差の許容範囲を任意に設定できる。この際、コスト低減を優先したい場合には誤差の許容範囲を広く設定し、また終点目標の達成を優先する場合には誤差の範囲を小さくし零に近づけた値を設定して計算を行う。なお、当初の目標温度を厳密に達成する必要のない場合はαの値を大きく設定する。また、当初の目標成分を厳密に達成する必要がない場合はβの値を大きく設定する。
【００３０】
本発明によるスタティック計算では、与えられた終点溶鋼温度、終点溶鋼成分の目標値に対し許容し得る誤差範囲を設け、目標値に変動可能な幅をもたせることにより、転炉操業コストが最少となる指示値を自動的に算出するのである。
【００３１】
一例として、目標温度達成の優先度が低く、終点目標温度に対する許容誤差範囲を広く設定した場合について説明する。転炉操業における脱りん反応は発熱反応であり、低温の方が反応が進みやすいため、溶銑温度を生石灰滓化不良とならない範囲で低くすれば、より少ない生石灰量で脱りん能力を発揮できる。脱りん反応のこのような性質を表しているのが前記分配式である。
【００３２】
従って、終点目標温度を低くすれば、生石灰投入量は低減できる。しかし、一方では、終点目標温度を低く設定するほど、冷材投入量が多くなる。つまり、生石灰投入量コストと冷材投入量コストの和が最少となるような終点目標温度が存在する。本発明では、このようなコストが最少となるような目標温度を逐次計算により求め、その温度を目標値とした指示値を自動的に算出するのである。
【００３３】
また、終点溶鋼成分の目標値に許容誤差範囲を設けるのも、上記終点溶鋼温度の目標値に許容誤差範囲を設ける場合と同様に、生石灰投入量、冷材投入量の各コストの和が最少となるような指示値を自動的に算出するためである。
【００３４】
【実施例】
従来の誤差範囲のない目標値を使ったスタティックモデルと、本発明の実施により許容誤差範囲のある目標値を使って、各投入量コストの和が最少となるような指示値を算出するスタティックモデルを用いて、目標温度、生石灰コスト、冷材コストを計算した。その計算例を図１と図２に示す。なお、比較のため、本発明の計算値は、従来モデルの計算値を１としたときの相対値で示した。
【００３５】
図１は、従来の誤差範囲のない目標値を使ったスタティックモデルによる計算結果を示す。なお、本発明のモデルにおいてα＝β＝０と仮定した場合をハッチング入りグラフで併記した。この場合は目標温度及び目標成分は変化させていないので、両者同じ計算結果となる。
【００３６】
図２は、本発明の実施により目標温度に対する目標値に許容誤差範囲をもたせ（α＞０）、目標成分に対する目標値に許容誤差範囲を零（β＝０）に近似した値に設定して計算した結果を、従来モデルで計算した結果と比較して示した。本発明では目標温度を低く設定しているため、生石灰投入量の減少により生石灰コストは下がるが、代わりに冷材使用量の増加により冷材コストが高くなっている。しかし、生石灰と冷材のトータルコストは低減していることがわかる。
【００３７】
図３は、本発明の実施によりα＝０、β＞０に設定して計算した結果を示す。本発明では目標りん成分を高く設定しているため、生石灰の溶鋼冷却能を保証するために冷材投入量が増加し、冷材コストが高くなっている。しかし、生石灰よりも冷材のほうが冷却効果が高いため、生石灰と冷材のトータルコストは低減していることがわかる。
【００３８】
図４は、本発明の実施によりα＞０、β＞０に設定して計算した結果を示す。本発明では目標温度に対して目標値を高く設定し、更に目標りん成分の目標値を高く設定しているため、生石灰コスト、冷材コスト共に低減しており、低減効果が顕著なことがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、吹錬終点における溶鋼温度と溶鋼成分の目標値に対し許容し得る誤差範囲を設け、目標値に変動可能な幅をもたせることにより、転炉操業コストが最少となる指示値を、人手に頼らず自動的に選出できる転炉操業ガイダンスモデルを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のスタティックモデルによる目標温度、生石灰コスト、冷材コストを示すグラフであり、仮に本発明のモデルにおいてα＝β＝０とした場合をハッチング入りグラフで併記した。
【図２】本発明の実施により目標温度に対する目標値に許容誤差範囲をもたせ（α＞０）、目標成分に対する目標値に許容誤差範囲を零（β＝０）に近似した値に設定して計算した結果を、従来モデルで計算した結果と比較して示したグラフである。
【図３】本発明の実施により目標温度に対する目標値に許容誤差範囲を零（α＝０）、目標成分に対する目標値の許容誤差範囲を高い値（β＞０）に設定して計算した結果を、従来モデルで計算した結果と比較して示したグラフである。
【図４】本発明の実施により目標温度に対する目標値に許容誤差範囲（α＞０）、目標成分に対する目標値に許容誤差範囲（β＞０）を共に高い値に設定して計算した結果を、従来モデルで計算した結果と比較して示したグラフである。
【図１】
2004035986.tif 000006
【図２】
2004035986.tif 000007
【図３】
2004035986.tif 000008
【図４】
2004035986.tif 000009