JP4915316B2 - Converter blowing control method and converter blowing control system - Google Patents
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Description
本発明は、転炉吹錬において、終点成分温度を適正に制御するために必要な吹込酸素量と副原料投入量とを決定する、転炉吹錬制御方法、及び、当該転炉吹錬制御方法を実施する際に用いられる転炉吹錬制御システムに関する。 The present invention relates to a converter blowing control method for determining a blown oxygen amount and an auxiliary material input amount necessary for appropriately controlling an end point component temperature in converter blowing, and the converter blowing control. The present invention relates to a converter blowing control system used in carrying out the method.
転炉吹錬では、吹止め時の溶鋼成分濃度や溶鋼温度を目標値に的中させるために、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吹錬制御が行われている。スタティック制御では、吹錬開始前に物質収支・熱収支に基づいた数式モデル等にて、吹止め時の溶鋼成分濃度及び溶鋼温度を目標値に的中させるために必要な吹込酸素量や各種副原料投入量を決定しておき、これに従って吹錬を行う。一方、ダイナミック制御は、吹錬中にサブランスにて実際に溶鋼の温度・炭素濃度を測定し、物質収支・熱収支に基づいた数式モデル等にて、スタティック制御で決定しておいた吹込酸素量や各種副原料投入量を適正化し、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性が高ければ、ダイナミック制御の性能も向上する。 In converter blowing, blown control that combines static control and dynamic control based on sublance measurement is performed in order to target the molten steel component concentration and molten steel temperature at the time of blowing to the target values. In static control, the amount of blown oxygen and various sub-levels necessary to bring the molten steel component concentration and molten steel temperature at the time of blowing to the target values using a mathematical model based on the mass balance and heat balance before the start of blowing. The raw material input amount is determined, and blowing is performed according to this. On the other hand, in dynamic control, the temperature and carbon concentration of the molten steel are actually measured by sublance during blowing, and the blown oxygen amount determined by static control using a mathematical model based on the mass balance and heat balance. In addition, the amount of input of various auxiliary materials has been optimized to improve control accuracy. Naturally, if the controllability of the static control is high, the performance of the dynamic control is also improved.
先に説明した転炉吹錬におけるスタティック制御では、溶鋼成分濃度や溶鋼温度を目標値に的中させるために、吹錬開始前に吹込酸素量や各種副原料投入量を決定する。制御対象となる溶鋼成分として、炭素以外にはリン等の製品品質を左右する成分が挙げられ、このリンを溶鋼から除去する(以下において、溶鋼からリンを除去することを「脱P」という。)ためには、CaO成分を含む生石灰等の副原料を投入する必要がある。以下、転炉炉内反応の概要を示す図1を適宜参照しつつ、説明する。 In the static control in the converter blowing described above, the amount of blown oxygen and the amounts of various auxiliary materials charged are determined before the start of blowing in order to bring the molten steel component concentration and molten steel temperature to the target values. As the molten steel component to be controlled, components that affect product quality such as phosphorus other than carbon can be cited, and this phosphorus is removed from the molten steel (hereinafter, removing phosphorus from the molten steel is referred to as “de-P”. ), It is necessary to input auxiliary raw materials such as quicklime containing a CaO component. Hereinafter, description will be made with reference to FIG. 1 showing an outline of the reaction in the converter furnace as appropriate.
図1に示すように、炭素とは異なり、脱P反応は溶鋼とスラグ間で生ずる可逆反応である。生石灰を十分多量に投入してスラグ中のCaO濃度を高めれば、脱P反応は進行するが、生石灰自体のコストや生石灰の滓化(溶融化)に必要な熱源のコスト等の操業コストが増大するだけでなく、スラグ発生量が増加し、その処理費用も増加する。 As shown in FIG. 1, unlike carbon, the de-P reaction is a reversible reaction that occurs between molten steel and slag. If a sufficient amount of quicklime is added to increase the CaO concentration in the slag, the de-P reaction will proceed, but the operating costs such as the cost of the quicklime itself and the cost of the heat source required for hatching (melting) of the quicklime will increase. Not only does this increase, but the amount of slag generated increases, and its processing costs also increase.
さらに、その他の反応条件(温度等)によっては、スラグ中のCaO濃度が高くても、脱P反応が十分に進行しない場合がある。このため、経験的に得られた知見を基にして作成されたテーブルを参照して生石灰等の副原料投入量を決定する方法が、従来はよく用いられていた。 Furthermore, depending on other reaction conditions (such as temperature), the de-P reaction may not proceed sufficiently even if the CaO concentration in the slag is high. For this reason, conventionally, a method for determining the input amount of auxiliary raw materials such as quick lime with reference to a table created based on empirical knowledge has been often used.
転炉吹錬の制御に関する技術として、例えば、特許文献1には、副原料投入量を適正且つ最小限に抑えて経済的な運用ができる転炉の副原料投入量計算装置が開示されている。特許文献1に開示された技術では、既知の平衡関係(Healyのリン平衡式:リン分配比推定式)をベースにした物理モデルを制約条件とし、副原料コストを目的関数とする最適化問題を解くことにより、経済的な運用を実現している。
As a technique relating to control of converter blowing, for example,
また、特許文献2には、リン平衡状態の推定方法に関する技術が開示されている。特許文献2に開示された技術では、特許文献1に開示されたリン分配比推定式に関する課題を解決するために、Healyのリン平衡式では一般に考慮されない吹止め時の溶鋼中リン濃度および吹錬前の装入リン濃度を反映したリン分配比推定式を提案し、分配式の精度を向上している。
一方、非特許文献1には、回帰分析のような明示的な関数を用いずに、一連の手順に沿ってデータを分けていくことによって予測や判別を行う決定木・回帰木に関する手法が紹介されている。近年データマイニングの分野で良く用いられる手法のひとつに樹木モデル(tree-based model)が挙げられるが、この樹木モデル(tree-based model)は、非線形回帰分析・判別分析方法で、回帰の問題では回帰木(regression tree)、分類の問題では分類木(classification tree)あるいは決定木(decision tree)と呼ばれている。回帰木モデルは、簡便な分岐形式の説明変数(種々の操業条件)で目的変数(例えば、リン分配比等)を予測可能で、特に説明変数間の相互作用や非線形性が存在する場合には、重回帰式よりも有効で、最近では様々な分野の予測や判別に使われる手法である。
On the other hand, Non-Patent
しかしながら、特許文献1に開示されている技術では、熱収支に関する制約条件が考慮されていないために、物理モデルの制約条件で前提とした溶鋼温度を実現できる保証がないという問題があった。また、特許文献1に開示されている技術では、他の溶鋼成分の影響、たとえば炭素濃度がリン分配比推定式の要因となっている。実操業では炭素濃度を目標値以下に吹下げる操業が行われる場合があるが、特許文献1で開示された方法では当該操業に対応できないという問題もあった。さらに、特許文献1に開示されている技術では、脱P反応に関して平衡状態を仮定したHealyのリン平衡式をベースとしているが、実際の操業において、脱P反応が平衡状態に至ることは考え難く、その精度に難があるという問題もあった。加えて、特許文献1に開示されている技術では、副原料投入量の指示のみに着目し、その前提となる溶鋼温度・溶鋼炭素濃度に対する配慮がなされていないため、吹止め成分・温度を目標値に一致させることができず、操業コストの観点から最適な吹込酸素量及び副原料投入量を決定することができないという問題があった。
However, the technique disclosed in
また、特許文献2に開示されている技術では、リン分配比推定式における吹止め時の溶鋼中リン濃度及び吹錬前の装入リン濃度の導入形式、並びに、吹止め時の溶鋼中リン濃度及び吹錬前の装入リン濃度に対するパラメータの算出方法が開示されていないため、その主張の真偽が判断できず、当該技術を適用することが困難であるという問題があった。また、特許文献2に開示されている技術においても、特許文献1に開示されている技術と同様に、副原料投入量の指示のみに着目し、その前提となる溶鋼温度・溶鋼炭素濃度に対する配慮がなされていないため、吹止め成分・温度を目標値に一致させることができず、操業コストの観点から最適な吹込酸素量及び副原料投入量を決定することができないという問題があった。さらに、一般的に、回帰木モデルはマーケティング等の社会科学系の分野での適用が多い。その理由のひとつに、熱収支や物質収支といった科学的原理原則にとらわれずに比較的自由に予測変数および説明変数を選択して回帰木モデルを構築できることが挙げられる。そのため、複雑に絡み合った種々の炉内反応を伴う転炉吹錬制御へ非特許文献1に開示されている内容を適用することには、科学的な原理原則に十分に配慮したうえで、多数の変数の中から効果的かつ適切な予測変数および説明変数を厳選するという技術的阻害要因があった。
Moreover, in the technique currently disclosed by
そこで、本発明は、吹止め時の成分濃度及び温度を目標値に一致させ、操業コストの観点から最適な吹込酸素量及び副原料投入量を決定し得る転炉吹錬制御方法、並びに、当該転炉吹錬制御方法に用いられる転炉吹錬制御システムを提供することを課題とする。 Therefore, the present invention relates to a converter blowing control method that can match the component concentration and temperature at the time of blowing to the target values, and determine the optimum blowing oxygen amount and auxiliary material input amount from the viewpoint of operation cost, and It aims at providing the converter blowing control system used for a converter blowing control method.
上記課題を解決するために鋭意研究した結果、本発明者らは、転炉炉内反応に基づいた物質収支式と、溶鋼成分の溶鋼とスラグへの分配比を規定する分配比推定式と、転炉炉内反応の各反応熱に基づいた熱収支式と、を制約条件とし、操作量(吹込酸素量や各種副原料投入量)コスト等を評価関数とする最適化問題を構築し、これを解くことより先に示した溶鋼温度の問題を解決可能であることを見出し、本発明を完成させた。本発明の特徴的部分について、以下に概説する。 As a result of earnest research to solve the above problems, the present inventors, a mass balance equation based on the reaction in the converter furnace, a distribution ratio estimation equation that defines the distribution ratio of the molten steel components to the molten steel and slag, Constructing an optimization problem using the heat balance equation based on each reaction heat of the converter reactor reaction as a constraint and using the operation amount (injected oxygen amount and various auxiliary material input amounts) cost as an evaluation function The present inventors have found that it is possible to solve the above-described problem of the molten steel temperature by solving the above, and have completed the present invention. The characteristic parts of the present invention are outlined below.
最適化問題における吹止め成分・温度に関しては、材質毎に与えられる目標値(定数)ではなく最適化問題の変数として導入し、その目標値との差を目的関数にて評価する。これにより、例えば、一般に熱源不足時や脱P促進で行われている吹下げ操業(目標炭素濃度よりさらに低い炭素を狙う操業)に対応できるようになり、妥当な吹下げ指示が可能となる。 The blowing component / temperature in the optimization problem is introduced not as a target value (constant) given for each material but as a variable of the optimization problem, and the difference from the target value is evaluated by an objective function. As a result, for example, it becomes possible to cope with a blow-down operation (operation targeting a carbon lower than the target carbon concentration) generally performed when the heat source is insufficient or when de-P is promoted, and an appropriate blow-down instruction is possible.
さらに、リン分配比推定式に関しては、一般によく使われるHealyのリン平衡式をベースとした重回帰分析による分配比推定式ではなく、回帰木モデルによる分配比推定式を導入する。今回、リン分配比推定式を回帰木モデルによって表現することにより、簡潔かつ高精度に分配比を推定可能であることを見出した。本発明の転炉吹錬制御方法において制約条件とする、溶鋼成分の分配比(例えば、リン分配比等)の挙動は、非線形性が強く説明変数間の相互作用も大きく、従来の重回帰による方法では対応が不十分であったが、回帰木モデルによれば従来の方法による欠点を改善することができる。 Furthermore, regarding the phosphorus distribution ratio estimation formula, a distribution ratio estimation formula based on a regression tree model is introduced instead of a distribution ratio estimation formula based on a multiple regression analysis based on the commonly used Hely's phosphorus equilibrium formula. This time, we found that the distribution ratio can be estimated simply and with high accuracy by expressing the phosphorus distribution ratio estimation formula using a regression tree model. The behavior of the distribution ratio of molten steel components (for example, phosphorus distribution ratio, etc.), which is a limiting condition in the converter blowing control method of the present invention, is highly nonlinear and has a large interaction between explanatory variables. Although the method was insufficient in correspondence, the regression tree model can improve the disadvantages of the conventional method.
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号を括弧書きにて付記することがあるが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。 The present invention will be described below. In addition, in order to make an understanding of this invention easy, the reference sign of an accompanying drawing may be appended in parentheses, but this invention is not limited to the form of illustration by it.
第1の本発明は、吹止め時における溶鋼の成分濃度並びに温度を目標値に一致させるために要する吹込酸素の量及び副原料の投入量を決定し、決定された吹込酸素の量及び副原料の投入量に基づいて吹錬を行う、転炉の静的な吹錬制御方法であって、制約条件の下で目的関数の値を最適化する最適化問題を構築し、溶鋼の成分の物質収支式、溶鋼の熱収支式、溶鋼及びスラグへと分配された成分の分配比を規定する分配比推定式、並びに、操業条件に関する式が、上記制約条件に含まれるとともに、吹込酸素のコストに関する項、及び、副原料のコストに関する項が、上記目的関数に含まれ、上記最適化問題を解くことにより、吹込酸素の量及び副原料の投入量が決定されることを特徴とする、転炉吹錬制御方法により、上記課題を解決する。 1st this invention determines the quantity of injection | pouring oxygen required in order to make the component concentration and temperature of molten steel at the time of blowing stop, and temperature correspond with target value, and the input amount of auxiliary material, and determined quantity of injection oxygen and auxiliary material This is a static blowing control method for a converter that performs blowing based on the amount of input of the furnace. The balance equation, the heat balance equation of the molten steel, the distribution ratio estimation equation that prescribes the distribution ratio of the components distributed to the molten steel and slag, and the equation related to the operating conditions are included in the above constraints, and the cost of the blown oxygen And a term relating to the cost of the auxiliary material is included in the objective function, and the amount of injected oxygen and the input amount of the auxiliary material are determined by solving the optimization problem. The above problem is solved by the blowing control method.
ここに、「溶鋼の成分」の具体例としては、C、Si、Mn、P、Ti等を挙げることができる。さらに、「溶鋼及びスラグへと分配された成分」の具体例としては、Mn、P、Fe等を挙げることができる。さらに、「操業条件」の具体例としては、炉体保護の観点から導かれるスラグ中のMgO濃度に関する条件、及び、脱Pの安定化の観点から導かれる塩基度に関する条件等を挙げることができる。 Here, specific examples of “component of molten steel” include C, Si, Mn, P, Ti and the like. Furthermore, Mn, P, Fe etc. can be mentioned as a specific example of "the component distributed to molten steel and slag." Furthermore, specific examples of “operation conditions” include conditions relating to the MgO concentration in the slag derived from the viewpoint of protecting the furnace body, conditions relating to basicity derived from the viewpoint of stabilizing de-P, and the like. .
上記第1の本発明において、さらに、吹止め時における成分濃度と該成分濃度の目標値との差に関する項、又は、吹止め時における温度と該温度の目標値との差に関する項が、目的関数に含まれることが好ましい。 In the first aspect of the present invention, a term relating to a difference between the component concentration at the time of blowing and the target value of the component concentration, or a term relating to a difference between the temperature at the time of blowing and the target value of the temperature It is preferably included in the function.
上記第1の本発明(変形例も含む。以下同じ。)において、分配比推定式が、操業条件を説明変数とし成分の分配比を目的変数とする回帰木モデルにて構築され、操業条件に、成分濃度の目標値が含まれることが好ましい。 In the first aspect of the present invention (including modifications, the same applies hereinafter), the distribution ratio estimation formula is constructed by a regression tree model having the operation conditions as explanatory variables and the component distribution ratio as an objective variable, The target value of the component concentration is preferably included.
第2の本発明は、上記第1の本発明にかかる転炉吹錬制御方法に用いられる転炉吹錬制御システム(10)であって、少なくとも、転炉への装入条件に関する情報、並びに、吹止め時における成分濃度及び温度の目標値に関する情報を入力する入力部(1)と、入力部(1)から入力された情報に基づいて制約条件を設定する制約条件設定手段(2)と、入力部(1)から入力された情報に基づいて目的関数を設定する目的関数設定手段(3)と、制約条件設定手段(2)によって設定された制約条件、及び、目的関数設定手段(3)によって設定された目的関数によって構築される前記最適化問題を解いて最適解を算出する最適化計算手段(4)と、入力部(1)から入力された情報の修正入力、並びに、制約条件、目的関数、及び、算出された最適解の情報の出力が可能な、入出力部(5)と、を備えることを特徴とする、転炉吹錬制御システムに(10)より、上記課題を解決する。 The second aspect of the present invention is a converter blowing control system (10) used in the converter blowing control method according to the first aspect of the present invention, and at least information relating to charging conditions for the converter, and An input unit (1) for inputting information on target values of component concentration and temperature at the time of blowing, and a constraint condition setting means (2) for setting a constraint condition based on information input from the input unit (1) Objective function setting means (3) for setting an objective function based on information inputted from the input unit (1), constraint conditions set by the constraint condition setting means (2), and objective function setting means (3 ) An optimization calculation means (4) for solving the optimization problem constructed by the objective function set by (1) and calculating an optimal solution; a correction input of information input from the input unit (1); and a constraint condition , Objective function and calculation Outputting information optimal solution is available, input and output unit (5), characterized in that it comprises a a converter blowing control system from (10), to solve the above problems.
第2の本発明において、「入力部(1)から入力された情報」の具体例としては、チャージ毎の装入重量、装入成分(C、Si、Mn、P等)、装入温度、及び、溶銑率等に代表される装入条件に関する情報や、チャージ毎の目標成分(C、Si、Mn、P等)、目標温度、材質コード毎に整理された目標塩基度等に代表される目標値に関する情報等を挙げることができる。 In the second aspect of the present invention, specific examples of “information input from the input unit (1)” include charging weight for each charge, charging components (C, Si, Mn, P, etc.), charging temperature, Also, information related to charging conditions represented by the hot metal ratio, etc., target components (C, Si, Mn, P, etc.) for each charge, target temperature, target basicity organized by material code, etc. Information on the target value can be given.
第1の本発明によれば、溶鋼温度や溶鋼炭素濃度等に配慮して目的関数の値を最小化することができるので、吹止め時における成分濃度及び温度を目標値に一致させ、かつ操業コストの観点から最適な吹込酸素量及び副原料投入量を決定し得る、転炉吹錬制御方法を提供することができる。さらに、吹止め時における成分濃度と目標濃度との差や吹止め時における温度と目標温度との差を考慮することで、吹止め時における成分濃度及び温度を目標値に一致させることが容易になる。加えて、分配比推定式が回帰木モデルにて構築されることにより、広範囲のP分配比を精度良く推定することが可能になるので、溶銑予備処理後の溶銑にも適用可能な、転炉吹錬制御方法を提供することができる。 According to the first aspect of the present invention, since the value of the objective function can be minimized in consideration of the molten steel temperature, molten steel carbon concentration, etc., the component concentration and temperature at the time of blowing are matched with the target values, and the operation is performed. It is possible to provide a converter blowing control method capable of determining the optimum blown oxygen amount and auxiliary raw material input amount from the viewpoint of cost. Furthermore, it is easy to match the component concentration and temperature at the time of blowing to the target value by considering the difference between the component concentration and the target concentration at the time of blowing and the difference between the temperature and the target temperature at the time of blowing. Become. In addition, since the distribution ratio estimation formula is constructed with a regression tree model, it is possible to accurately estimate a wide range of P distribution ratios, so it is applicable to hot metal after hot metal pretreatment. A blowing control method can be provided.
第2の本発明によれば、第1の本発明にかかる転炉吹錬制御方法の実施に用いられる転炉吹錬制御システムが提供されるので、吹止め時における成分濃度及び温度を目標値に一致させ、かつ操業コストの観点から最適な吹込酸素量及び副原料投入量を決定し得る転炉吹錬制御方法を実施可能な、転炉吹錬制御システムを提供することができる。第2の本発明において、吹止め時における成分濃度と目標濃度との差や吹止め時における温度と目標温度との差を考慮することで、吹止め時における成分濃度及び温度を目標値に一致させることが容易になる。加えて、分配比推定式が回帰木モデルにて構築されることにより、広範囲のP分配比を精度良く推定できるので、溶銑予備処理後の溶銑にも適用可能な転炉吹錬制御システムを提供することができる。 According to the second aspect of the present invention, there is provided a converter blowing control system used for implementing the converter blowing control method according to the first aspect of the present invention. Therefore, it is possible to provide a converter blowing control system that can implement a converter blowing control method that can determine the optimum amount of injected oxygen and auxiliary raw material input from the viewpoint of operating costs. In the second aspect of the present invention, considering the difference between the component concentration and the target concentration at the time of blowing and the difference between the temperature and the target temperature at the time of blowing, the component concentration and the temperature at the time of blowing are matched with the target values. It becomes easy to make. In addition, since the distribution ratio estimation formula is constructed using a regression tree model, a wide range of P distribution ratios can be accurately estimated, so a converter blowing control system applicable to hot metal after hot metal pretreatment is provided. can do.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
始めに、本発明で構築する最適化問題における変数の定義を表1に、定数の定義を表2に示す。 First, Table 1 shows the definition of variables in the optimization problem constructed in the present invention, and Table 2 shows the definition of constants.
次に、図1に示した転炉炉内反応に基づいた物質収支式及び熱収支式を以下に示す。 Next, a mass balance equation and a heat balance equation based on the reaction in the converter shown in FIG. 1 are shown below.
式1は、Mnの収支式である。式1において、55はMnの原子量、71はMnOの原子量を意味する。
式2は、Pの収支式である。式2において、62は2Pの原子量、142はP2O5の原子量を意味する。
式3は、MgOの収支式である。
式4は、スラグの収支式である。式4において、60はSiO2の原子量、28はSiの原子量、80はTiO2の原子量、48はTiの原子量、72はFeOの原子量、56はFeの原子量を意味する。
式5は、Feの収支式である。
式6は、酸素の収支式である。式6において、para_C[(Nm3/ton)/%]、para_Si[(Nm3/ton)/%]、para_Mn[(Nm3/ton)/%]、para_P[(Nm3/ton)/%]、及び、para_Ti[(Nm3/ton)/%]は、各成分(C、Si、Mn、P、Ti)の酸化反応式から理論的に得られる単位成分当たりの必要酸素量を意味する。
式7は、熱収支式である。式7において、seibun.jは、各成分(C、Si、Mn、P、Ti)を意味し、αseibun.jは、各成分(C、Si、Mn、P、Ti)の酸化反応による単位成分当たりの温度上昇量を意味する。
次に、分配比推定式を以下に示す。下記式8〜式11における係数(para_mn1〜4、para_p1〜4、para_fe1〜4)は、重回帰にて求める。但し、P分配比に関しては、回帰木モデルによるP分配比を用いる。図2に、回帰木モデルによるP分配比の特定方法の一例を示す。また、図2に示す回帰木モデルによるP分配比を推定結果、及び、Healyの分配式を用いたP分配比の推定結果を、図3に併せて示す。図3(a)はHealyの分配式を用いたP分配比の推定結果、図3(b)は回帰木モデルによるP分配比の推定結果を、それぞれ示している。図3(a)及び図3(b)の縦軸はP分配比の推定値、同横軸はP分配比の実績値である。図2及び図3において、LpはP分配比を意味する。図3に示すように、回帰木モデルによりP分配比を推定すると、標準偏差σが7.68であったが、Healyの分配式を用いてP分配比を推定すると、標準偏差σが15.26となった。すなわち、回帰木モデルを用いることにより、Healyの分配式を用いた場合よりも高精度にP分配比を推定できる。それゆえ、回帰木モデルを用いてP分配比を推定すれば、近年よく行われている溶銑予備処理後の溶銑にも本発明を適用することができる。
Next, the distribution ratio estimation formula is shown below. The coefficients (para_mn1 to 4, para_p1 to 4, para_fe1 to 4) in the following
式8は、Mnの分配比推定式である。
式9は、Pの分配比推定式である。
ここで、目標P濃度が0.01%以上で吹止め温度が1650℃よりも低い場合、図2に示す回帰木モデルを用いてP分配比を特定すると、P分配比(Lp)は48.5となり、上記式9は次のように表される。
Here, when the target P concentration is 0.01% or more and the blow-off temperature is lower than 1650 ° C., the P distribution ratio (Lp) is 48.P when the P distribution ratio is specified using the regression tree model shown in FIG. 5 and the
式11は、Feの分配比推定式である。式8、式9、及び、式11におけるCSは塩基度を意味し、下記式12によって表される。
Equation 11 is an Fe distribution ratio estimation equation. CS in
次に、操業制約による制約条件例を示す。下記式13は炉体保護、下記式14は脱P安定化等を目的とした操業上の制約であり、チャージ毎に設定される定数(para_MgO、para_CS)を用いて規定される。その他に追加必要な操業制約条件がある場合には、適宜追加すればよい。 Next, an example of constraint conditions due to operation constraints is shown. The following equation 13 is a furnace body protection, and the following equation 14 is an operational constraint for the purpose of de-P stabilization, etc., and is defined using constants (para_MgO, para_CS) set for each charge. If there are other necessary operation constraints, they may be added as appropriate.
上記式1〜式14が、最適化問題の制約条件である。
The
次に、最適化問題の目的関数を式15に示す。 Next, the objective function of the optimization problem is shown in Equation 15.
式15の第一項が副原料コストに関する項、第二項が送酸量コストに関する項、第三項が歩留コストに関する項である。本発明の転炉吹錬制御方法では、式1〜式15によって構築される最適化問題を、遂次二次計画法等に代表される数理計画法を用いて解くことにより、コストミニマムな操作量(吹込酸素の量及び副原料の投入量)を算出することができる。
The first term of Equation 15 is a term related to the auxiliary raw material cost, the second term is a term related to the acid feed amount cost, and the third term is a term related to the yield cost. In the converter blowing control method of the present invention, the optimization problem constructed by the
最適化問題の目的関数の他の例を式16に示す。 Another example of the objective function of the optimization problem is shown in Equation 16.
式16は、式15の目的関数に、吹止め成分濃度とその目標値との差に対するペナルティ項(第四項〜第六項)、及び、吹止め温度とその目標値との差に対するペナルティ項(第七項)を追加している。目的関数として、式15に代えて式16を使うことによって、例えば、熱源不足時や脱P促進のために行われる目標炭素濃度よりもさらに小さな吹止め炭素濃度を狙う「吹下げ操業」に対応可能な、操作量(吹込酸素の量及び副原料の投入量)を算出することができる。
Equation 16 includes, in the objective function of Equation 15, a penalty term (fourth to sixth terms) for the difference between the blowing component concentration and its target value, and a penalty term for the difference between the blowing temperature and its target value. (Section 7) is added. By using Equation 16 instead of Equation 15 as the objective function, for example, it corresponds to “Blow Down Operation” aiming at a blown carbon concentration that is smaller than the target carbon concentration performed for lack of heat source or for promoting de-P It is possible to calculate a possible operation amount (amount of blown oxygen and an input amount of auxiliary materials).
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図4は、本発明の転炉吹錬制御システムの形態例を示す概念図である。図4に示すように、本発明の転炉吹錬制御システム10は、入力部1と、制約条件設定手段2と、目的関数設定手段3と、最適化計算手段4と、入出力部5と、を備える。以下、転炉吹錬制御システム10に備えられる各部の機能について説明する。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a converter blowing control system of the present invention. As shown in FIG. 4, the converter
入力部1は、チャージ毎の装入重量、装入成分濃度(C、Si、Mn、P等)、装入温度、溶銑率等に代表される装入条件に関する情報や、チャージ毎の目標成分濃度(C、Si、Mn、P等)、目標温度、材質コード毎に整理された目標塩基度等に代表される目標値に関する情報を入力する際に用いられるインターフェイスである。
The
制約条件設定手段2は、入力部1を介して入力された、装入条件に関する情報や目標値に関する情報に基づいて、チャージ毎に、例えば上記式1〜式14で表される制約条件を設定する手段である。
The constraint condition setting means 2 sets the constraint conditions represented by, for example, the
目的関数設定手段3は、入力部1を介して入力された、装入条件に関する情報や目標値に関する情報に基づいて、チャージ毎に、例えば上記式15又は式16で表される目的関数を設定する手段である。
The objective function setting means 3 sets the objective function expressed by, for example, the above formula 15 or 16 for each charge based on the information about the charging conditions and the information about the target value input via the
最適化計算手段4は、制約条件設定手段2で設定された制約条件、及び、目的関数設定手段3で設定された目的関数によって構築される最適化問題を、遂次二次計画法等の数理計画法を用いて解き、操作量(吹込酸素の量及び副原料の投入量)の最適解を算出する手段である。最適化計算手段4にて算出された最適解に関する情報は、入出力部5へと送られる。
The optimization calculation means 4 calculates the optimization problem constructed by the constraint conditions set by the constraint condition setting means 2 and the objective function set by the objective function setting means 3 by mathematical techniques such as successive quadratic programming. It is a means for solving using a planning method and calculating the optimum solution of the manipulated variables (the amount of blown oxygen and the input amount of auxiliary materials). Information about the optimal solution calculated by the optimization calculation means 4 is sent to the input /
入出力部5は、算出された最適解(吹込酸素の量及び副原料の投入量)及び、制約条件・目的関数の情報の表示や、上記目的値の修正入力等のインターフェイス機能を有している。
The input /
図5は、図4に示す転炉吹錬制御システム10を用いて本発明の転炉吹錬制御方法を実施する場合における、実際の処理の流れを示すフローチャートである。以下、図4及び図5を参照しつつ、本発明の転炉吹錬制御方法について説明する。
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of actual processing when the converter blowing control method of the present invention is implemented using the converter
本発明の転炉吹錬制御方法を実施する場合には、まず、入力部1を介して、装入条件に関する情報や目標値に関する情報を入力する(工程S1)。次いで、工程S1にて入力された情報に基づいて、制約条件設定手段2によって制約条件が設定され、目的関数設定手段3によって目的関数が設定される(工程S2)。工程S2で制約条件及び目的関数が設定されると、これらに基づいて最適化問題が構築される。そうすると、最適化計算手段4により、当該最適化問題が、遂次二次計画法等の数理計画法を用いて解かれ、操作量(吹込酸素の量及び副原料の投入量)の最適解が算出される(工程S3)。工程S3で算出された最適解に関する情報は、入出力部5へと送られ、作業者によって確認される(工程S4)。工程S4において、例えば過去の経験に照らし合わせて計算された生石灰量が少なく脱Pが不十分となるおそれがあると作業者が判断すると、作業者によって、表2に示す目標値やパラメータの修正データが入出力部5へ入力され(工程S5)、上記工程S1へと戻される。これに対し、工程S4において、最適解が得られたと判断された場合には、最適解を指示値とし、当該指示値に基づいて実際に吹錬を行う。
When implementing the converter blowing control method of this invention, first, the information regarding charging conditions and the information regarding target value are input via the input part 1 (process S1). Next, based on the information input in step S1, a constraint condition is set by the constraint
以上の手順により、本発明の転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御システム10によれば、吹止め成分・温度を目標値に一致させ、かつコストミニマムな操作量(吹込酸素の量及び副原料の投入量)を決定することができる。これにより、製造コストを低減することが可能になる。
According to the above procedure, according to the converter blowing control method and the converter
以下、図4及び図5、並びに、実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明する。 Hereinafter, the present invention will be further described with reference to FIGS. 4 and 5 and examples.
表3に、入力部1へと入力した情報の一部を示す。
Table 3 shows a part of the information input to the
表2及び表3より、HM[C%]=4.00、HM[Si%]=0.10、HM[Mn%]=0.30、HM[P%]=0.05、HMT=1400、AIM[C%]=0.14、AIM[Mn%]=0.50、AIM[P%]=0.03、AIMT=1650である。なお、上記式15では、吹止め時のSi濃度とSi濃度の目標値との差に関するペナルティ項を設けていないため、便宜上、表3におけるSi[%]の目標値の欄には0.00と記載した。 From Table 2 and Table 3, HM [C%] = 4.00, HM [Si%] = 0.10, HM [Mn%] = 0.30, HM [P%] = 0.05, HMT = 1400 AIM [C%] = 0.14, AIM [Mn%] = 0.50, AIM [P%] = 0.03, and AIMT = 1650. In Formula 15, since no penalty term relating to the difference between the Si concentration at the time of blowing stop and the target value of Si concentration is provided, for the sake of convenience, the target value column of Si [%] in Table 3 is set to 0.00. It was described.
表3に示す情報、及びその他の情報を入力部1へ入力した後(工程S1)、工程S2において制約条件及び目的関数を設定し、設定された制約条件及び目的関数に基づいて最適化問題を構築した。その後、工程S3において、構築された最適化問題の最適解を算出し、算出された最適解を入出力部5へと出力した。入出力部5へと出力された最適解の推移を、図6〜図10にそれぞれ示す。図6〜図10は、代表的な副原料である生石灰の最適解の推移を示す図(図6)、吹止め時における炭素濃度の最適解の推移を示す図(図7)、スケールの最適解の推移を示す図(図8)、吹込酸素量(酸素原単位)の最適解の推移を示す図(図9)、及び、目的関数の最適解の推移を示す図(図10)である。図6〜図10の縦軸は、生石灰の最適解の算出結果(図6)、炭素濃度の最適解の算出結果(図7)、スケールの最適解の算出結果(図8)、吹込酸素量(酸素原単位)の最適解の算出結果(図9)、及び、目的関数の最適解の算出結果(図10)であり、図6〜図10の横軸は、最適化計算の反復回数である。
After inputting the information shown in Table 3 and other information to the input unit 1 (step S1), the constraint condition and the objective function are set in step S2, and the optimization problem is solved based on the set constraint condition and the objective function. It was constructed. Thereafter, in step S <b> 3, an optimum solution of the constructed optimization problem is calculated, and the calculated optimum solution is output to the input /
図6〜図10より、目的関数値の変化がほとんどなくなっていることから、10回以下の反復回数でコストミニマムとなる最適解に到達した。そして、今回の計算では、「吹止め炭素濃度を目標値よりも吹下げるべき」との指示になった。以上より、本発明の転炉吹錬制御方法によれば、吹止め成分濃度・温度を目標値に一致させ、かつコストミニマムな操作量(吹込酸素の量及び副原料の投入量)を決定することができる。それゆえ、本発明によれば、多大な製造コストの低減効果を奏することができる。 From FIG. 6 to FIG. 10, since the change of the objective function value is almost eliminated, the optimal solution that becomes the cost minimum is reached in the number of iterations of 10 times or less. And in this calculation, it was an instruction that “the blowing carbon concentration should be blown below the target value”. From the above, according to the converter blowing control method of the present invention, the blowing component concentration and temperature are made to coincide with the target values, and the minimum operation amount (the amount of blown oxygen and the amount of auxiliary material input) is determined. be able to. Therefore, according to the present invention, a great effect of reducing the manufacturing cost can be achieved.
1…入力部
2…制約条件設定手段
3…目的関数設定手段
4…最適化計算手段
5…入出力部
10…転炉吹錬制御システム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
制約条件の下で目的関数の値を最適化する最適化問題を構築し、
前記溶鋼の成分の物質収支式、前記溶鋼の熱収支式、前記溶鋼及びスラグへと分配された前記成分の分配比を規定する分配比推定式、並びに、操業条件に関する式が、前記制約条件に含まれるとともに、
前記吹込酸素のコストに関する項、及び、前記副原料のコストに関する項が、前記目的関数に含まれ、
前記最適化問題を解くことにより、前記吹込酸素の量及び前記副原料の投入量が決定されることを特徴とする、転炉吹錬制御方法。 Determine the amount of blown oxygen and the amount of auxiliary material required to make the concentration and temperature of molten steel coincide with the target values at the time of blowing, and based on the determined amount of blown oxygen and the amount of charged auxiliary material A static blowing control method for a converter,
Build an optimization problem that optimizes the value of the objective function under the constraints,
The material balance equation of the molten steel component, the heat balance equation of the molten steel, the distribution ratio estimation equation that defines the distribution ratio of the component distributed to the molten steel and slag, and the equation relating to the operating conditions are the constraints. Included
A term relating to the cost of the blown oxygen and a term relating to the cost of the auxiliary material are included in the objective function,
The converter blowing control method, wherein the amount of the blown oxygen and the input amount of the auxiliary material are determined by solving the optimization problem.
少なくとも、前記転炉への装入条件に関する情報、並びに、吹止め時における前記成分濃度及び前記温度の目標値に関する情報を入力する、入力部と、
前記入力部から入力された前記情報に基づいて前記制約条件を設定する、制約条件設定手段と、
前記入力部から入力された前記情報に基づいて前記目的関数を設定する、目的関数設定手段と、
前記制約条件設定手段によって設定された前記制約条件、及び、前記目的関数設定手段によって設定された前記目的関数によって構築される前記最適化問題を解いて最適解を算出する、最適化計算手段と、
前記入力部から入力された前記情報の修正入力、並びに、前記制約条件、前記目的関数、及び、算出された前記最適解の情報の出力が可能な、入出力部と、
を備えることを特徴とする、転炉吹錬制御システム。 It is a converter blowing control system used for the converter blowing control method of any one of Claims 1-3,
At least an input unit for inputting information on charging conditions to the converter, and information on target values of the component concentration and temperature at the time of blowing,
A constraint condition setting means for setting the constraint condition based on the information input from the input unit;
An objective function setting means for setting the objective function based on the information input from the input unit;
Optimization calculation means for solving the optimization problem constructed by the constraint condition set by the constraint condition setting means and the objective function set by the objective function setting means and calculating an optimal solution;
An input / output unit capable of outputting the correction input of the information input from the input unit, the constraint condition, the objective function, and the information of the calculated optimal solution;
A converter blowing control system, comprising:
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