JP6376200B2 - Molten state estimation device, molten state estimation method, and molten metal manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、鉄鋼業の精錬設備における溶湯中の成分濃度を推定する溶湯状況推定装置、溶湯状況推定方法、及び溶湯の製造方法に関する。 The present invention relates to a molten metal state estimating device, a molten metal state estimating method, and a molten metal manufacturing method for estimating a component concentration in a molten metal in a steel industry refining facility.
製鉄所では、高炉において鉄鋼石を溶解した後、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。 In steelworks, after melting steel ore in a blast furnace, the concentration and temperature of the molten metal are adjusted in a refining facility. There are various types of refining facilities depending on the pretreatment facilities, converters, and secondary refining facilities and processing purposes. For example, in a converter that is a typical refining equipment, oxygen is blown into the furnace to remove impurities in the molten metal and raise the temperature, and the component concentration and temperature of the molten metal are within the specified range. Control is performed as follows. However, since the oxidation reaction in the molten metal is intense and the molten metal becomes hot, it is difficult to measure the component concentration and temperature in the molten metal every moment. For this reason, in actual operation, the molten metal being blown is sampled, and blowing control (determining the required amount of oxygen sent and coolant input) is determined based on the information and reaction model obtained by sampling. Calculation is performed.
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炭素濃度をリアルタイムで推定する方法が提案されている。 If information on the component concentration and temperature of the molten metal can be obtained continuously, the processing accuracy can be improved. Currently, the process information that can be continuously collected includes information on the exhaust gas (flow rate and concentration of each component) in addition to the manipulated variable. It is possible to estimate the amount of carbon discharged outside the furnace using information on the exhaust gas, and the carbon component concentration of the molten metal can be calculated based on the amount of discharged carbon from the material balance. However, in general, information measured for exhaust gas has a large error. For example, the flow rate value of exhaust gas is generally estimated from the pressure drop before and after an orifice (throttle) or a venturi pipe is generally installed in the exhaust gas pipe. However, since the pressure, temperature, and flow rate of exhaust gas frequently fluctuate greatly, the above method tends to increase the error. In order to cope with such a problem, Patent Document 1 calculates a coefficient for correcting the measurement value based on the past results regarding the exhaust gas flow rate of the steel refining process, and further calculates the coefficient based on the molten metal analysis result during blowing. A method has been proposed in which the coefficient is corrected and the molten carbon concentration is estimated in real time based on the information.
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、その際に利用する吹錬途中の溶湯の成分濃度の分析結果自体に大きな誤差が含まれる場合がある。一般に、転炉での吹錬処理時間は短く、吹錬途中にサンプリングした溶湯に対して一般的な分析方法（スパーク放電発光分光分析）を実施した場合、分析結果が得られた時点で吹錬処理が終了してしまっているために、分析値をオンラインで制御に反映させることは難しい。このため、転炉の操業では、吹錬処理中の溶湯成分情報を得るためには別の方法を利用することが一般的である。例えば、吹錬途中でサンプリングした溶湯の凝固温度を計測し、計測値に基づいて溶湯中の炭素濃度を推定すると短時間で結果を得ることができる。しかしながら、このような手法で得られた結果は大きい誤差を含むことが多く、また溶湯の撹拌が上手くいかずに不均一である場合にも誤差は大きくなるので、リアルタイム推定値の精度はしばしば悪化すると考えられる。 However, the method proposed in Patent Document 1 corrects the exhaust gas flow rate based on the amount of carbon in the exhaust gas and the amount of carbon decrease in the molten metal. The concentration analysis result itself may contain a large error. In general, the blowing time in the converter is short, and when a general analysis method (spark discharge emission spectrometry) is performed on the molten metal sampled during blowing, blowing is performed when the analysis results are obtained. Since the processing has been completed, it is difficult to reflect the analysis value online in the control. For this reason, in the operation of the converter, it is common to use another method in order to obtain information on the molten metal component during the blowing process. For example, if the solidification temperature of the molten metal sampled during blowing is measured and the carbon concentration in the molten metal is estimated based on the measured value, the result can be obtained in a short time. However, the results obtained by such methods often contain large errors, and the accuracy of real-time estimates often deteriorates because the errors increase when the stirring of the melt is not successful and is uneven. It is thought that.
本発明の目的は、溶湯中の成分濃度の推定精度を向上可能な溶湯状況推定装置及び溶湯状況推定方法を提供することである。また、本発明の他の目的は、溶湯中の成分濃度を精度よく所望の範囲内に調整可能な溶湯の製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a molten metal state estimating device and a molten metal state estimating method capable of improving the estimation accuracy of the component concentration in the molten metal. Another object of the present invention is to provide a method for producing a molten metal capable of accurately adjusting the component concentration in the molten metal within a desired range.
本発明に係る溶湯状況推定装置は、精錬設備における処理中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、及び前記精錬設備の炉内への吹き込み酸素量が入力される入力装置と、前記精錬設備における吹錬反応に関するモデル式及びパラメータが保存されているモデルデータベースと、前記モデル式、前記溶湯の成分濃度の計測結果、及び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に基づいて、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値を補正する補正パラメータ及び処理中の溶湯の成分濃度の計測値を補正する補正パラメータをそれぞれ第１及び第２の補正パラメータとして算出する補正計算部と、前記第１及び第２の補正パラメータ、前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、及び前記吹き込み酸素量に基づいて、成分毎の物質バランス計算を行って前記溶湯中の成分濃度を推定する物質バランス計算部と、前記物質バランス計算部による推定結果を出力する出力装置と、を備えることを特徴とする。 The molten metal state estimation device according to the present invention includes a measurement result of a component concentration of a molten metal being processed in a refining facility, a flow rate of exhaust gas discharged from the refining facility, a measurement result of a component concentration in the exhaust gas, and a refining facility An input device for inputting the amount of oxygen blown into the furnace, a model database for storing model equations and parameters relating to the blowing reaction in the refining facility, the model equation, the measurement result of the component concentration of the molten metal, and A correction parameter for correcting the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining facility and the measured value of the component concentration in the exhaust gas based on the measurement result of the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining facility and the component concentration in the exhaust gas; A correction calculation unit for calculating a correction parameter for correcting the measured value of the component concentration of the melt being processed as the first and second correction parameters, respectively; Based on the first and second correction parameters, the flow rate of the exhaust gas, the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, and the amount of blown oxygen, the material balance calculation for each component is performed to determine the component concentration in the molten metal. A substance balance calculation unit to be estimated and an output device that outputs an estimation result by the substance balance calculation unit.
本発明に係る溶湯状況推定装置は、上記発明において、前記補正計算部は、前記吹錬反応における前記溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭反応のモデル式と前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果から溶湯中の炭素濃度を逆算し、溶湯中の炭素濃度の計測値と逆算値との差、前記第１の補正パラメータと該第１の補正パラメータの標準値との差、及び前記第２の補正パラメータに基づく評価関数が最小になるように前記第１及び第２の補正パラメータを計算する。 In the molten metal state estimation device according to the present invention, in the above invention, the correction calculation unit includes a decarburization reaction model expression indicating a relationship between a carbon concentration in the molten metal and a decarburization efficiency in the blowing reaction, and the exhaust gas. The carbon concentration in the molten metal is calculated backward from the measurement result of the flow rate and the component concentration in the exhaust gas, the difference between the measured value of the carbon concentration in the molten metal and the calculated value, the first correction parameter and the first correction parameter The first and second correction parameters are calculated so that the evaluation function based on the difference from the standard value and the second correction parameter is minimized.
本発明に係る溶湯状況推定装置は、上記発明において、前記評価関数が、溶湯中の炭素濃度の計測値と逆算値との差の二乗値、前記第１の補正パラメータと該第１の補正パラメータの標準値との差の二乗値、及び前記第２の補正パラメータの二乗値を項として含む重み付き和である。 In the molten metal state estimation device according to the present invention, in the above invention, the evaluation function includes a square value of a difference between a measured value of a carbon concentration in the molten metal and a back-calculated value, the first correction parameter, and the first correction parameter. Is a weighted sum including, as terms, the square value of the difference from the standard value and the square value of the second correction parameter.
本発明に係る溶湯状況推定装置は、上記発明において、前記補正計算部は、前記吹錬反応における前記溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭反応のモデル式と前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果から溶湯中の炭素濃度を逆算し、溶湯中の炭素濃度の計測値に対する逆算値の比、前記第１の補正パラメータの標準値に対する該第１の補正パラメータと１との差、及び溶湯中の炭素濃度の計測値に対する前記第２の補正パラメータの比に基づく評価関数が最小になるように前記第１及び第２の補正パラメータを計算することを特徴とする。 In the molten metal state estimation device according to the present invention, in the above invention, the correction calculation unit includes a decarburization reaction model expression indicating a relationship between a carbon concentration in the molten metal and a decarburization efficiency in the blowing reaction, and the exhaust gas. The carbon concentration in the molten metal is calculated backward from the measurement result of the flow rate and the component concentration in the exhaust gas, the ratio of the calculated value to the measured value of the carbon concentration in the molten metal, and the first correction with respect to the standard value of the first correction parameter. The first and second correction parameters are calculated so that an evaluation function based on a difference between the parameter and 1 and a ratio of the second correction parameter to a measured value of the carbon concentration in the molten metal is minimized. And
本発明に係る溶湯状況推定装置は、上記発明において、前記評価関数が、溶湯中の炭素濃度の計測値に対する逆算値の比と１との差の二乗値、前記第１の補正パラメータの標準値に対する該第１の補正パラメータと１との差の二乗値、及び溶湯中の炭素濃度の計測値に対する前記第２の補正パラメータの比の二乗値を項として含む重み付き和であることを特徴とする。 In the molten metal state estimation apparatus according to the present invention, in the above invention, the evaluation function is a ratio of a back-calculated value to a measured value of a carbon concentration in the molten metal and a square value of a difference between 1 and a standard value of the first correction parameter. A weighted sum including a square value of a difference between the first correction parameter and 1 and a square value of a ratio of the second correction parameter to a measured value of the carbon concentration in the molten metal as terms. To do.
本発明に係る溶湯状況推定装置は、上記発明において、前記補正計算部は、前記吹錬反応における前記溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭反応のモデル式と前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果から溶湯中の炭素濃度を逆算し、溶湯中の炭素濃度の計測値と逆算値との差、及び溶湯の成分分析値と投入した副原料に含まれる炭素量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が最小になるように前記第１及び第２の補正パラメータを計算することを特徴とする。 In the molten metal state estimation device according to the present invention, in the above invention, the correction calculation unit includes a decarburization reaction model expression indicating a relationship between a carbon concentration in the molten metal and a decarburization efficiency in the blowing reaction, and the exhaust gas. Calculating the carbon concentration in the molten metal from the flow rate and the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, and the difference between the measured value and the calculated value of the carbon concentration in the molten metal, and the component analysis value of the molten metal and included in the added auxiliary material The first and second corrections so that the evaluation function based on the difference between the amount of carbon decrease in the melt during the specified period during blowing and the amount of carbon in the exhaust gas during the specified period during blowing calculated from the amount of carbon is minimized. It is characterized by calculating parameters.
本発明に係る溶湯状況推定装置は、上記発明において、前記評価関数が、溶湯中の炭素濃度の計測値と逆算値との差の二乗値、及び溶湯中炭素減少量と排ガス中炭素量との差の二乗値を項として含む重み付き和であることを特徴とする。 In the molten metal state estimation device according to the present invention, in the above invention, the evaluation function is a square value of a difference between a measured value of the carbon concentration in the molten metal and a back-calculated value, and a carbon reduction amount in the molten metal and a carbon amount in the exhaust gas. It is a weighted sum including a square value of a difference as a term.
本発明に係る溶湯状況推定装置は、上記発明において、前記補正計算部は、前記吹錬反応における前記溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭反応のモデル式と前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果から溶湯中の炭素濃度を逆算し、溶湯中の炭素濃度の計測値に対する逆算値の比、及び溶湯の成分分析値と投入した副原料に含まれる炭素量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の比に基づく評価関数が最小になるように前記第１及び第２の補正パラメータを計算することを特徴とする。 In the molten metal state estimation device according to the present invention, in the above invention, the correction calculation unit includes a decarburization reaction model expression indicating a relationship between a carbon concentration in the molten metal and a decarburization efficiency in the blowing reaction, and the exhaust gas. Calculate the carbon concentration in the molten metal from the measurement result of the flow rate and the component concentration in the exhaust gas, the ratio of the calculated value to the measured value of the carbon concentration in the molten metal, and the component analysis value of the molten metal and the carbon contained in the added auxiliary material The first and second correction parameters are set so that the evaluation function based on the ratio between the amount of carbon decrease in the molten metal during the specified period during blowing and the amount of carbon in the exhaust gas during the specified period during blowing calculated from the amount is minimized. It is characterized by calculating.
本発明に係る溶湯状況推定装置は、上記発明において、前記評価関数が、溶湯中の炭素濃度の計測値に対する逆算値の比と１との差の二乗値、及び溶湯の成分分析値と投入した副原料に含まれる炭素量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の比と１の差の二乗値を項として含む重み付き和であることを特徴とする。 In the molten metal state estimation apparatus according to the present invention, in the above invention, the evaluation function is input with a ratio of a back-calculated value to a measured value of a carbon concentration in the molten metal and a square value of a difference between 1 and a component analysis value of the molten metal. Weighted sum including as a term the square value of the difference between the ratio of the amount of carbon decrease in the molten metal during the specified period during blowing and the amount of carbon in the exhaust gas during the specified period during blowing calculated from the amount of carbon contained in the auxiliary material It is characterized by being.
本発明に係る溶湯状況推定方法は、精錬設備における処理中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、及び前記精錬設備の炉内への吹き込み酸素量を入力する入力ステップと、前記精錬設備における吹錬反応に関するモデル式、前記溶湯の成分濃度の計測結果、及び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に基づいて、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値を補正する補正パラメータ及び処理中の溶湯の成分濃度の計測値を補正する補正パラメータをそれぞれ第１及び第２の補正パラメータとして算出する補正計算ステップと、前記第１及び第２の補正パラメータ、前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、及び前記吹き込み酸素量に基づいて、成分毎の物質バランス計算を行って前記溶湯中の成分濃度を推定する物質バランス計算ステップと、前記物質バランス計算ステップにおける推定結果を出力する出力ステップと、を含むことを特徴とする。 The molten metal state estimation method according to the present invention includes a measurement result of a component concentration of a molten metal being processed in a refining facility, a flow rate of exhaust gas discharged from the refining facility, a measurement result of a component concentration in the exhaust gas, and a refining facility An input step for inputting the amount of oxygen blown into the furnace, a model formula relating to the blowing reaction in the refining equipment, the measurement result of the component concentration of the molten metal, the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining equipment and the exhaust gas in the exhaust gas Correction parameters for correcting the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining equipment and the measured value of the component concentration in the exhaust gas based on the measurement result of the component concentration, and the correction parameter for correcting the measured value of the component concentration of the molten metal being processed Are calculated as first and second correction parameters, respectively, the first and second correction parameters, the flow rate of the exhaust gas, and the Based on the measurement result of the component concentration in the gas and the amount of blown oxygen, the material balance calculation step for calculating the material balance for each component to estimate the component concentration in the molten metal, and the estimation result in the material balance calculation step And an output step for outputting.
本発明に係る溶湯状況推定方法は、上記発明において、前記補正計算ステップは、前記吹錬反応における前記溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭反応のモデル式と前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果から溶湯中の炭素濃度を逆算し、溶湯中の炭素濃度の計測値と逆算値との差、前記第１の補正パラメータと該第１の補正パラメータの標準値との差、及び前記第２の補正パラメータに基づく評価関数が最小になるように前記第１及び第２の補正パラメータを計算することを特徴とする。 In the molten metal state estimation method according to the present invention, in the above invention, the correction calculation step includes a decarburization reaction model expression indicating a relationship between a carbon concentration in the molten metal and a decarburization efficiency in the blowing reaction and the exhaust gas. The carbon concentration in the molten metal is calculated backward from the measurement result of the flow rate and the component concentration in the exhaust gas, the difference between the measured value of the carbon concentration in the molten metal and the calculated value, the first correction parameter and the first correction parameter The first and second correction parameters are calculated such that a difference from a standard value and an evaluation function based on the second correction parameter are minimized.
本発明に係る溶湯状況推定方法は、上記発明において、前記評価関数が、溶湯中の炭素濃度の計測値と逆算値との差の二乗値、前記第１の補正パラメータと該第１の補正パラメータの標準値との差の二乗値、及び前記第２の補正パラメータの二乗値を項として含む重み付き和であることを特徴とする。 In the molten metal state estimation method according to the present invention, in the above invention, the evaluation function includes a square value of a difference between a measured value of a carbon concentration in the molten metal and a back-calculated value, the first correction parameter, and the first correction parameter. It is a weighted sum including a square value of a difference from a standard value and a square value of the second correction parameter as terms.
本発明に係る溶湯状況推定方法は、上記発明において、前記補正計算ステップは、前記吹錬反応における前記溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭反応のモデル式と前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果から溶湯中の炭素濃度を逆算し、溶湯中の炭素濃度の計測値に対する逆算値の比、前記第１の補正パラメータの標準値に対する該第１の補正パラメータと１との差、及び溶湯中の炭素濃度の計測値に対する前記第２の補正パラメータの比に基づく評価関数が最小になるように前記第１及び第２の補正パラメータを計算することを特徴とする。 In the molten metal state estimation method according to the present invention, in the above invention, the correction calculation step includes a decarburization reaction model expression indicating a relationship between a carbon concentration in the molten metal and a decarburization efficiency in the blowing reaction and the exhaust gas. The carbon concentration in the molten metal is calculated backward from the measurement result of the flow rate and the component concentration in the exhaust gas, the ratio of the calculated value to the measured value of the carbon concentration in the molten metal, and the first correction with respect to the standard value of the first correction parameter. The first and second correction parameters are calculated so that an evaluation function based on a difference between the parameter and 1 and a ratio of the second correction parameter to a measured value of the carbon concentration in the molten metal is minimized. And
本発明に係る溶湯状況推定方法は、上記発明において、前記評価関数が、溶湯中の炭素濃度の計測値に対する逆算値の比と１との差の二乗値、前記第１の補正パラメータの標準値に対する該第１の補正パラメータと１との差の二乗値、及び溶湯中の炭素濃度の計測値に対する前記第２の補正パラメータの比の二乗値を項として含む重み付き和であることを特徴とする。 In the molten metal state estimation method according to the present invention, in the above invention, the evaluation function is a square value of a difference between a ratio of a back-calculated value to a measured value of a carbon concentration in the molten metal and a standard value of the first correction parameter. A weighted sum including a square value of a difference between the first correction parameter and 1 and a square value of a ratio of the second correction parameter to a measured value of the carbon concentration in the molten metal as terms. To do.
本発明に係る溶湯状況推定方法は、上記発明において、前記補正計算ステップは、前記吹錬反応における前記溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭反応のモデル式と前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果から溶湯中の炭素濃度を逆算し、溶湯中の炭素濃度の計測値と逆算値との差、及び溶湯の成分分析値と投入した副原料に含まれる炭素量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が最小になるように前記第１及び第２の補正パラメータを計算することを特徴とする。 In the molten metal state estimation method according to the present invention, in the above invention, the correction calculation step includes a decarburization reaction model expression indicating a relationship between a carbon concentration in the molten metal and a decarburization efficiency in the blowing reaction and the exhaust gas. Calculating the carbon concentration in the molten metal from the flow rate and the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, and the difference between the measured value and the calculated value of the carbon concentration in the molten metal, and the component analysis value of the molten metal and included in the added auxiliary material The first and second corrections so that the evaluation function based on the difference between the amount of carbon decrease in the melt during the specified period during blowing and the amount of carbon in the exhaust gas during the specified period during blowing calculated from the amount of carbon is minimized. It is characterized by calculating parameters.
本発明に係る溶湯状況推定方法は、上記発明において、前記評価関数が、溶湯中の炭素濃度の計測値と逆算値との差の二乗値、及び溶湯中炭素減少量と排ガス中炭素量との差の二乗値を項として含む重み付き和であることを特徴とする。 In the molten metal state estimation method according to the present invention, in the above invention, the evaluation function includes a square value of a difference between a measured value of the carbon concentration in the molten metal and a back-calculated value, and a carbon reduction amount in the molten metal and a carbon amount in the exhaust gas. It is a weighted sum including a square value of a difference as a term.
本発明に係る溶湯状況推定方法は、上記発明において、前記補正計算ステップは、前記吹錬反応における前記溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭反応のモデル式と前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果から溶湯中の炭素濃度を逆算し、溶湯中の炭素濃度の計測値に対する逆算値の比、及び溶湯の成分分析値と投入した副原料に含まれる炭素量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の比に基づく評価関数が最小になるように前記第１及び第２の補正パラメータを計算することを特徴とする。 In the molten metal state estimation method according to the present invention, in the above invention, the correction calculation step includes a decarburization reaction model expression indicating a relationship between a carbon concentration in the molten metal and a decarburization efficiency in the blowing reaction and the exhaust gas. Calculate the carbon concentration in the molten metal from the measurement result of the flow rate and the component concentration in the exhaust gas, the ratio of the calculated value to the measured value of the carbon concentration in the molten metal, and the component analysis value of the molten metal and the carbon contained in the added auxiliary material The first and second correction parameters are set so that the evaluation function based on the ratio between the amount of carbon decrease in the molten metal during the specified period during blowing and the amount of carbon in the exhaust gas during the specified period during blowing calculated from the amount is minimized. It is characterized by calculating.
本発明に係る溶湯状況推定方法は、上記発明において、前記評価関数が、溶湯中の炭素濃度の計測値に対する逆算値の比と１との差の二乗値、及び溶湯の成分分析値と投入した副原料に含まれる炭素量から計算す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の比と１の差二乗値を項として含む重み付き和であることを特徴とする。 In the molten metal state estimation method according to the present invention, in the above invention, the evaluation function is input with a ratio of a back-calculated value to a measured value of the carbon concentration in the molten metal and a square value of a difference between 1 and a component analysis value of the molten metal. It is a weighted sum including the difference square value of 1 and the ratio of the amount of carbon decrease in the molten metal during the designated period during blowing and the amount of carbon in the exhaust gas during the designated period during blowing calculated from the amount of carbon contained in the auxiliary material. It is characterized by that.
本発明に係る溶湯の製造方法は、本発明に係る溶湯状況推定方法を用いて推定された溶湯中の成分濃度に基づいて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。 The method for producing a molten metal according to the present invention includes a step of adjusting the component concentration in the molten metal within a desired range based on the component concentration in the molten metal estimated using the molten metal state estimating method according to the present invention. Features.
本発明に係る溶湯状況推定装置及び溶湯状況推定方法によれば、精錬設備の吹錬反応に関するモデル式及び排ガスについての計測結果に基づいて排ガス中の成分濃度の補正パラメータを算出し、その補正パラメータに基づいて物質バランス計算を行って溶湯中の成分濃度を推定するので、溶湯中の成分濃度の推定精度を向上できる。また、本発明に係る溶湯の製造方法によれば、本発明に係る溶湯状況推定方法によって推定された溶湯中の成分濃度に基づいて溶湯の成分濃度を所望の範囲内に調整するので、溶湯中の成分濃度を精度よく所望の範囲内に調整できる。 According to the molten metal state estimation device and the molten metal state estimation method according to the present invention, a correction parameter for the component concentration in the exhaust gas is calculated based on the model formula relating to the blowing reaction of the refining equipment and the measurement result of the exhaust gas, and the correction parameter Therefore, the substance balance calculation is performed based on the estimation of the component concentration in the molten metal, so that the estimation accuracy of the component concentration in the molten metal can be improved. Further, according to the molten metal production method according to the present invention, the component concentration of the molten metal is adjusted within a desired range based on the component concentration in the molten metal estimated by the molten metal state estimation method according to the present invention. It is possible to accurately adjust the concentration of the component within a desired range.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である溶湯状況推定装置の構成及びその動作について詳細に説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a configuration and operation of a molten metal state estimation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
〔溶湯状況推定装置の構成〕
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態である溶湯状況推定装置の構成について説明する。
[Configuration of molten metal status estimation device]
First, with reference to FIGS. 1-3, the structure of the molten metal condition estimation apparatus which is one Embodiment of this invention is demonstrated.
図１は、本発明の一実施形態である溶湯状況推定装置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溶湯状況推定装置１は、鉄鋼業の精錬設備２で処理されている溶湯１０１の成分濃度や温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。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a molten metal state estimation apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the molten metal state estimation apparatus 1 which is one embodiment of this invention is an apparatus which estimates the component concentration and temperature of the
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，Ｎ２，Ｈ２Ｏ，Ａｒ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。
An
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、吹錬途中で一度又は複数回計測され、計測された温度及び成分濃度に基づいて高圧酸素の供給量（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。
Stir gas is blown into the
溶湯状況推定装置１及び溶湯状況推定方法が適用される吹錬制御システムは、制御端末１０、溶湯状況推定装置１、及び表示装置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。
A blowing control system to which the molten metal state estimation device 1 and the molten metal state estimation method are applied includes a
溶湯状況推定装置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。溶湯状況推定装置１は、入力装置１１、モデルデータベース（モデルＤＢ）１２、演算処理部１３、及び出力装置１４を備えている。
The molten metal state estimation device 1 is configured by an information processing device such as a personal computer or a workstation. The molten metal state estimation device 1 includes an input device 11, a model database (model DB) 12, an
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（モデルパラメータ）等を外部から受け取り、その情報のモデル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及び処理中の少なくともいずれか一方の溶湯１０１の温度と成分濃度についての計測結果が入力される。温度と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。実績情報は、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、溶湯１０１の温度情報等が含まれる。
The input device 11 is an input interface through which various measurement results and performance information related to the refining facility 2 are input. The input device 11 includes a keyboard, a mouse, a pointing device, a data receiving device, a graphical user interface (GUI), and the like. The input device 11 receives performance data, parameter setting values (model parameters), and the like from the outside, and writes the information to the
モデルＤＢ１２は、精錬設備２における吹錬反応に関するモデル式の情報が保存されている記憶装置である。モデルＤＢ１２は、吹錬反応に関するモデル式の情報として、モデル式のパラメータを記憶している。また、モデルＤＢ１２には、入力装置１１に入力された各種情報が記憶される。
The
演算処理部１３は、ＣＰＵ等の演算処理装置であり、溶湯状況推定装置１全体の動作を制御する。演算処理部１３は、補正計算部１５及び物質バランス計算部１６としての機能を有する。補正計算部１５及び物質バランス計算部１６は、例えば演算処理部１３がコンピュータプログラムを実行することにより実現されるものである。演算処理部１３は、補正計算部１５用のコンピュータプログラムを実行することにより補正計算部１５として機能し、物質バランス計算部１６用のコンピュータプログラムを実行することにより物質バランス計算部１６として機能する。なお、演算処理部１３は、補正計算部１５や物質バランス計算部１６として機能する専用の演算装置や演算回路を有していてもよい。
The
ここで、図２を参照して、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、補正計算部１５は、モデルＤＢ１２に記憶されているモデル情報と排ガス情報及び溶湯中炭素濃度の計測結果とに基づいて排ガス情報及び溶湯中炭素濃度の補正パラメータを算出する。物質バランス計算部１６は、補正パラメータ、排ガス情報の計測結果、及び吹き込み酸素量に基づいて成分の物質バランス計算を行って溶湯１０１中の成分濃度を推定する。物質バランス計算は、溶湯１０１への各成分の投入量及び溶湯１０１からの各成分の排出量に基づいて溶湯１０１中の各成分の成分量や成分濃度を推定する計算である。各成分の投入量は、転炉１００への主原料及び副原料の投入量から算出される。各成分の排出量のうち、炭素排出量は、排ガスの流量及び排ガス中の炭素濃度から算出される。
Here, the contents of the arithmetic processing by the
本実施形態のモデルＤＢ１２に記憶されているモデルは、吹錬反応における溶湯１０１中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭モデルである。ここで脱炭効率とは、転炉１００内に吹き込まれた単位酸素量に対する溶湯１０１から取り除かれる炭素量のことを意味する。例えば吹き込まれた酸素によって溶湯１０１中の炭素Ｃが酸化されてＣＯ２になった場合は、２２．４［Ｎｍ３］（＝１ｋｍｏｌ）の酸素で１ｋｍｏｌの炭素（１２ｋｇ）が脱炭されることになるため（Ｃ+Ｏ２→ＣＯ２）、脱炭効率（ＣＯ２）は以下に示す数式（１）のように計算される。
The model memorize | stored in model DB12 of this embodiment is a decarburization model which shows the relationship between the carbon concentration in the
一方、溶湯１０１中の炭素Ｃが一酸化炭素ＣＯになった場合には、２２．４［Ｎｍ３］（＝１ｋｍｏｌ）の酸素で２ｋｍｏｌの炭素（２４ｋｇ）が脱炭されることになる（２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ）ため、脱炭効率（ＣＯ）は以下に示す数式（２）のように計算される。
On the other hand, when carbon C in the
後者の反応では吹き込まれた酸素が全てＣＯの生成に使われる（２Ｃ+Ｏ２→２ＣＯ）ため、少ない酸素量でより多くの炭素を取り除くことができ、脱炭効率が高くなる。 In the latter reaction, all of the blown oxygen is used for the production of CO (2C + O 2 → 2CO), so that more carbon can be removed with a small amount of oxygen, and the decarburization efficiency increases.
脱炭モデルは、例えば吹錬モデルに基づいて定められる。本実施形態では、図３に示す脱炭モデル曲線Ｒｍが以下に示す数式（３）で定義されているものとする。ここで、数式（３）において、Ｃは溶湯１０１中の炭素濃度［％］を示しており、図３に示す脱炭モデル曲線Ｒｍの形状は炭素濃度が大きいほど脱炭効率Ｒが高いことを示している。なお、数式（３）中のｍ，β，Ｒｍａｘは、いずれもモデルパラメータであり、正の定数として定められる。具体的には、パラメータｍは、炭素濃度Ｃの下限値であり、本脱炭モデルでは炭素濃度Ｃがこの値ｍよりも小さくならないと仮定している。パラメータβは、転炉１００内のスラグ１０３の重量の関数として設定されている。パラメータβの値は、転炉１００に投入された副原料（石灰等）の量等の操作量に基づいて決定される。パラメータＲｍａｘは、脱炭効率Ｒの上限値（以下、単に「上限効率」と称する。）を示している。上限効率Ｒｍａｘは、上記の反応（２Ｃ＋Ｏ２→２ＣＯ）における脱炭効率に溶湯１０１中の酸素及びスラグ１０３中の酸素による脱炭反応量の上限値を加えた値である。
The decarburization model is determined based on, for example, a blowing model. In the present embodiment, it is assumed that the decarburization model curve Rm shown in FIG. 3 is defined by the following mathematical formula (3). Here, in Equation (3), C indicates the carbon concentration [%] in the
これらのパラメータｍ，β，Ｒｍａｘ、及び脱炭効率Ｒの関数についての情報はモデルＤＢ１２に保存されている。また、操業条件に応じて異なる設定ができるように、モデルＤＢ１２には、操業条件とその操業条件に応じたパラメータ（関数）の組とが関連づけられて保存されている。
Information about the functions of these parameters m, β, R max and decarburization efficiency R is stored in the
出力装置１４は、物質バランス計算部１６による推定結果を出力する。出力装置１４は、制御端末１０及び表示装置２０とそれぞれ接続されており、制御端末１０及び表示装置２０に対して推定結果を出力する。制御端末１０は、出力装置１４から送られる推定結果に基づいて送酸量や送酸速度、撹拌ガス流量等の操作量を調節することにより、溶湯中の成分濃度及び溶湯の温度を所望の範囲内に調整する。また、表示装置（ＣＲＴ）２０は、出力装置１４から送られる推定値の推移を画面等の表示部にチャート表示する。
The output device 14 outputs the estimation result by the substance
このような構成を有する溶湯状況推定装置１は、以下に示す溶湯状況推定処理を実行することによって、溶湯中の成分濃度を精度高く推定する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、溶湯状況推定処理を実行する際の溶湯状況推定装置１の動作について説明する。 The molten metal state estimation device 1 having such a configuration estimates the component concentration in the molten metal with high accuracy by executing the molten metal state estimation process described below. Hereinafter, with reference to the flowchart shown in FIG. 4, operation | movement of the molten metal condition estimation apparatus 1 at the time of performing a molten metal condition estimation process is demonstrated.
〔溶湯状況推定処理〕
図４は、本発明の一実施形態である溶湯状況推定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、吹錬処理が開始されたタイミングで開始となり、溶湯状況推定処理はステップＳ１の処理に進む。
[Melting condition estimation process]
FIG. 4 is a flowchart showing the flow of the molten metal state estimation process according to an embodiment of the present invention. The flowchart shown in FIG. 4 starts at the timing when the blowing process is started, and the molten metal state estimation process proceeds to the process of step S1.
ステップＳ１の処理では、演算処理部１３が、溶湯１０１の計測・分析値を取得する。演算処理部１３は、溶湯１０１のサンプルに対する温度計測及び成分分析により得られた計測・分析結果を取得する。なお、一般に溶湯成分の分析処理には時間がかかる場合が多い。そこで、炭素濃度Ｃについては溶湯１０１の凝固温度、酸素濃度については溶湯１０１の起電力に基づく推定値が代替値として用いられてもよい。演算処理部１３は、溶湯１０１の計測・分析値として新たな結果が入力装置１１に対して入力されていれば、溶湯状況の推定に用いるための計測・分析値を新たに取得した値に更新する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、溶湯状況推定処理はステップＳ２の処理に進む。
In the process of step S <b> 1, the
ステップＳ２の処理では、演算処理部１３は、操作量情報、排ガス計測・分析情報（排ガス情報）、及び副原料投入量情報を制御端末１０から取得する。通常の転炉吹錬操業では、操作量情報、排ガス計測・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、１ｓｅｃ周期で排ガス計測・分析情報が収集されているものとする。操作量情報、排ガス計測・分析情報には例えば下記のものがある。なお、下記では各情報の収集時刻をｔとしている。また、操作量情報の収集時刻と排ガス計測・分析情報の収集時刻との間に大きな時間遅れがある場合には、その時間遅れを考慮して（例えば遅れ時間分だけ排ガス計測・分析情報の収集時刻を早めて）各情報を収集することが望ましい。また、副原料投入量情報は、以下に示すように吹錬開始から現在時刻までに投入された副原料の銘柄、及び積算投入重量で構成される。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、溶湯状況推定処理はステップＳ３の処理に進む。
In the process of step S <b> 2, the
（操作量情報）
［Ａ１］上吹酸素流量（単位：Ｎｍ３／Ｈｒ）：Ｖｏ(t)
［Ａ２］底吹ガス流量（単位：Ｎｍ３／Ｈｒ）：Ｖｓ(t)
(Operation amount information)
[A1] Top blowing oxygen flow rate (unit: Nm 3 / Hr): V o (t)
[A2] Bottom blowing gas flow rate (unit: Nm 3 / Hr): V s (t)
（排ガス計測・分析情報）
［Ｂ１］排ガス流量（単位：Ｎｍ３／Ｈｒ）：Ｖｏｕｔ(t)
［Ｂ２］排ガス分析ＣＯ濃度（単位：％）：ＸＣＯ(t)
［Ｂ３］排ガス分析ＣＯ２濃度（単位：％）：ＸＣＯ２(t)
［Ｂ４］排ガス分析Ｏ２濃度（単位：％）：ＸＯ２(t)
［Ｂ５］排ガス分析Ｎ２濃度（単位：％）：ＸＮ２(t)
［Ｂ６］排ガス分析Ａｒ濃度（単位：％）：ＸＡｒ(t)
(Exhaust gas measurement / analysis information)
[B1] Exhaust gas flow rate (unit: Nm 3 / Hr): V out (t)
[B2] Exhaust gas analysis CO concentration (unit:%): X CO (t)
[B3] Exhaust gas analysis CO 2 concentration (unit:%): X CO2 (t)
[B4] Exhaust gas analysis O 2 concentration (unit:%): X O2 (t)
[B5] Exhaust gas analysis N 2 concentration (unit:%): X N2 (t)
[B6] Exhaust gas analysis Ar concentration (unit:%): X Ar (t)
（副原料投入量情報）
ｉ：銘柄コード
ρｉ：銘柄コードｉの副原料中の炭素重量割合（単位：％）
ｗｉ(t)：時刻ｔにおける銘柄コードｉの副原料の積算投入重量（単位：ｋｇ）
(Sub-material input information)
i: Brand code ρ i : Carbon weight ratio in subsidiary material of brand code i (unit:%)
w i (t): Accumulated input weight of subsidiary material of brand code i at time t (unit: kg)
ステップＳ３の処理では、補正計算部１５が、ステップＳ１及びステップＳ２の処理において取得した情報を用いて、排ガス情報及び溶湯中炭素濃度の補正パラメータを計算する。但し、排ガス流量の計測値及びＣＯ，ＣＯ２の分析値がノイズを多く含んでいる場合には、移動平均計算等の平滑化処理を行った値で前記計測値及び分析値を置き換えてもよい。本実施形態では、排ガス情報及び溶湯中炭素濃度情報の補正の基準とするパラメータは脱炭効率であり、排ガス情報及び溶湯中炭素濃度情報から別々に計算される脱炭効率との差ができるだけ小さくなるように補正パラメータが決定される。詳しくは、排ガス情報及び溶湯中炭素濃度から脱炭効率（単位：ｋｇ／Ｎｍ３）を計算する計算式はそれぞれ以下に示す数式（４）及び数式（５）のように表される。
In the process of step S3, the
ここで、数式（４）は、吹き込まれた酸素量に対して排ガスからどれだけ炭素量がでてきたかを計算する数式であり、排ガス情報から脱炭効率を算出するものである。一方、数式（５）は、数式（３）に示すモデル式に基づいて計算される脱炭効率を示す数式であり、炭素濃度の分析情報から脱炭効率を算出するものである。数式（５）に用いる炭素濃度を分析したタイミングの排ガス情報を使って数式（４）により脱炭効率を計算した場合、理想的な条件（計測誤差及びモデル誤差がない）では数式（４）により算出される脱炭効率の値と数式（５）から算出される脱炭効率の値とは同じになる。なお、数式（５）中、Ｃｓは吹錬途中の溶湯分析により計測された炭素濃度（単位：％）を表している。 Here, the mathematical formula (4) is a mathematical formula for calculating how much carbon is generated from the exhaust gas with respect to the amount of oxygen blown, and calculates the decarburization efficiency from the exhaust gas information. On the other hand, Formula (5) is a formula indicating the decarburization efficiency calculated based on the model formula shown in Formula (3), and calculates the decarburization efficiency from the analysis information of the carbon concentration. When the decarburization efficiency is calculated according to equation (4) using the exhaust gas information at the timing when the carbon concentration used in equation (5) is analyzed, under ideal conditions (no measurement error and model error), according to equation (4) The calculated decarburization efficiency value is the same as the decarburization efficiency value calculated from Equation (5). Incidentally, in Equation (5), C s is the concentration of carbon measured by blowing the middle of the melt analysis (unit:%) represents.
補正計算部１５は、吹錬途中の溶湯分析時刻をｔｓとし、以下の数式（６）に示す評価関数Ｊ又は以下の数式（７）に示す評価関数Ｊを最小にする非線形計画問題を解くことによって排ガス情報及び炭素濃度Ｃｓの補正パラメータα，ΔＣを計算する。なお、αは積の形式で排ガス情報を補正するパラメータであり、ΔＣは和の形式で炭素濃度Ｃｓを補正するパラメータである。
ここで、数式（６）に示す評価関数Ｊは、数式（４）に示す脱炭効率のモデル式と排ガスの流量及び排ガス中の成分濃度の計測結果とから逆算された溶湯中の炭素濃度（逆算値）と溶湯中の炭素濃度の計測値Ｃｓとの差の二乗値、補正パラメータαと補正パラメータの標準値α’との差の二乗値、及び炭素濃度の計測値Ｃｓの二乗値の重み付け和となっている。また、数式（７）に示す評価関数Ｊは、溶湯中の炭素濃度の計測値Ｃｓに対する数式（４）に示す脱炭効率のモデル式と排ガスの流量及び排ガス中の成分濃度の計測結果とから逆算された溶湯中の炭素濃度（逆算値）の比と１との差の二乗値、補正パラメータαの標準値α’に対する補正パラメータαの比と１との差の二乗値、及び炭素濃度の計測値Ｃｓに対する補正パラメータΔＣの比の二乗値の重み付き和となっている。 Here, the evaluation function J shown in the equation (6) is the carbon concentration in the molten metal (backward calculated from the decarburization efficiency model equation shown in the equation (4)) and the measurement result of the exhaust gas flow rate and the component concentration in the exhaust gas ( square value of the difference between the measured value C s of the carbon concentration of the back-calculated value) and in the melt, the square value of the difference between the standard value alpha 'correction parameter alpha and the correction parameters, and the square value of the measured value C s of the carbon concentration The weighted sum of The evaluation function J shown in Equation (7), a measurement result of the model equation and the component concentration of the flow rate and the exhaust gas of the exhaust gas decarburization efficiency shown in Equation (4) for the measurement value C s of the carbon concentration in the melt The difference between the ratio of the carbon concentration in the molten metal (back calculation value) and the difference between 1 and the square of the difference between the correction parameter α and the standard value α ′ of the correction parameter α, and the difference between the square and the carbon concentration of which is a weighted sum of squared values of the ratio of the correction parameters ΔC for measurements C s.
なお、数式（６），（７）中のパラメータＲ−１は数式（４）に示す脱炭効率のモデル式の逆関数を表しており、以下に示す数式（８）のように表される。また、数式（８）の右辺第２項目の真数条件（数式（９）参照）から補正パラメータαの制約条件として以下に示す数式（１０）が導出される。 In addition, parameter R- 1 in Formula (6), (7) represents the inverse function of the model formula of the decarburization efficiency shown in Formula (4), and is represented like Formula (8) shown below. . Also, the following formula (10) is derived as a constraint condition of the correction parameter α from the true number condition (see formula (9)) of the second item on the right side of the formula (8).
数式（６）及び数式（７）において、評価関数Ｊの第２項目及び第３項目は、補正パラメータΔＣ，αの解が無限個存在することを避けるためにつけられた項であり、補正パラメータΔＣ，αが標準値から離れないように設定されている。また、数式（６）及び数式（７）では、補正パラメータαの値は標準値α’に設定されており、補正パラメータΔＣの標準値は０に設定されている。これらの値はユーザーが設定してもよいし、統計値（直近の吹錬処理の平均値など）を利用してもよい。例えば補正パラメータαの標準値α’については、吹錬途中の溶湯分析時から吹錬終了までの排ガス中の炭素量と溶湯分析結果から得られる炭素の減少量の比（以下に示す数式（１１）参照）を吹錬処理毎に計算して、その平均値を計算する方法がある。 In Equation (6) and Equation (7), the second item and the third item of the evaluation function J are terms attached to avoid the existence of infinite solutions of the correction parameters ΔC and α, and the correction parameter ΔC , Α is set so as not to deviate from the standard value. Further, in Equation (6) and Equation (7), the value of the correction parameter α is set to the standard value α ′, and the standard value of the correction parameter ΔC is set to 0. These values may be set by the user, or statistical values (such as the average value of the latest blowing process) may be used. For example, for the standard value α ′ of the correction parameter α, the ratio of the amount of carbon in the exhaust gas from the time of molten metal analysis during blowing to the end of blowing and the amount of carbon reduction obtained from the molten metal analysis result (the following formula (11 )) Is calculated for each blowing process, and the average value is calculated.
ここで、数式（１１）において、パラメータＷは溶湯の全装入量（単位：ｔｏｎ）、Ｃｅは吹錬終了時の溶湯分析炭素濃度、ｔｅは吹錬終了時の溶湯分析実施時刻を示している。また、補正パラメータαの標準値α’が条件式α’≧Ｒｍａｘ／μ（ｔｓ）を満足する場合には、標準値α’自体が制約条件を満たさないことになってしまうので、例えば以下に示す数式（１２）に従って標準値α’を書き換えても良い。 Here, in Equation (11), total charge amount of the parameter W is molten (Unit: ton), C e is the melt analysis of carbon concentration at the blowing completion, t e is the melt analysis implementation time when blowing End Show. Further, if the standard value of the correction parameter alpha alpha 'conditional expression alpha' satisfies ≧ R max / mu a (t s), since the standard value alpha 'itself becomes not satisfy the constraint condition, e.g. The standard value α ′ may be rewritten according to the following formula (12).
ここで、数式（１２）中のパラメータγは１未満の正の値を持つパラメータである。この場合は標準値α’が制約条件を満たしている。 Here, the parameter γ in Equation (12) is a parameter having a positive value less than 1. In this case, the standard value α ′ satisfies the constraint condition.
なお、数式（６）又は数式（７）に示す評価関数Ｊの代わりに、以下の数式（１３）に示す評価関数Ｊを用いて排ガス情報及び炭素濃度Ｃｓの補正パラメータΔＣ，αを計算してもよい。数式（１３）に示す評価関数Ｊにおいて、第１項は数式（６）に示す評価関数Ｊの第１項と同じである。第２項の括弧内の各項はそれぞれ、吹錬途中の溶湯分析時刻ｔｓとその前の溶湯分析時刻ｔ０との間の期間を対象期間（吹錬中指定期間）として、対象期間における溶湯中からの炭素減少量、対象期間における溶湯に投入された副原料に含まれる炭素量、及び対象期間における排ガス中の炭素量を算出するものである。 Instead of the evaluation function J shown in Equation (6) or formula (7), the exhaust gas information and correction parameters ΔC of carbon concentration C s, the α calculated using the evaluation function J shown in the following equation (13) May be. In the evaluation function J shown in Expression (13), the first term is the same as the first term of the evaluation function J shown in Expression (6). Each sections in parentheses of the second term, as the target period during the time between the blowing during the melt analysis time t s and the previous melt analysis time t 0 (blowing during a specified period), the target period The amount of carbon reduction from the molten metal, the amount of carbon contained in the auxiliary material introduced into the molten metal during the target period, and the amount of carbon in the exhaust gas during the target period are calculated.
ここで、対象期間における溶湯からの炭素減少量（第２項の括弧内の第１項）に含まれるパラメータＣ０は、溶湯分析時刻ｔ０における溶湯中炭素濃度（％）を示しており、対象期間における排ガス中の炭素量（第２項の括弧内の第３項）に含まれるパラメータＷＳ ｇＣは、以下に示す数式（１４）により計算される値である。数式（１３）に示す評価関数Ｊの第２項は、２回の成分分析時刻の間に溶湯から除去された炭素量及び排ガス中の炭素量についての質量収支を計算する項であり、この項が０になれば質量保存則が満たされることになる。 Here, the parameter C 0 included in the amount of carbon decrease from the molten metal in the target period (the first term in the parenthesis of the second term) indicates the carbon concentration (%) in the molten metal at the molten metal analysis time t 0 , The parameter W S gC included in the amount of carbon in the exhaust gas in the target period (third term in parentheses in the second term) is a value calculated by the following formula (14). The second term of the evaluation function J shown in Equation (13) is a term for calculating the mass balance for the amount of carbon removed from the molten metal and the amount of carbon in the exhaust gas during the two component analysis times. If 0 becomes 0, the law of conservation of mass is satisfied.
数式（１３）に示す評価関数Ｊを用いる場合には、数式（１３）に示す評価関数Ｊを最小にするような補正パラメータΔＣ，αを計算する。また、この場合、数式（７）に示す評価関数Ｊを用いる場合と同様、数式（１３）に示す評価関数Ｊを以下に示す数式（１５）に示す評価関数Ｊとして、比と１との差の二乗値として計算することも可能である。また、数式（１３）及び数式（１５）について、それぞれ数式（６）及び数式（７）の第２項及び第３項を付け加えることも可能である。なお、数式（１３）及び数式（１５）のいずれの評価関数Ｊにおいても、補正パラメータαは数式（１０）に示す制約条件式を満たす必要がある。この制約条件式は等号を含まない不等式条件であるため最適解がうまく得られない可能性があるが、その場合には以下の数式（１６）に示す等号を含む不等式を制約条件式として用いればよい。ここで、数式（１６）中のパラメータδεは、ユーザーが設定する正の値のパラメータである。 When the evaluation function J shown in the equation (13) is used, correction parameters ΔC and α that minimize the evaluation function J shown in the equation (13) are calculated. Further, in this case, as in the case of using the evaluation function J shown in Expression (7), the evaluation function J shown in Expression (13) is set as the evaluation function J shown in Expression (15) below, and the difference between the ratio and 1 It is also possible to calculate as the square value of. Moreover, it is also possible to add the 2nd term and the 3rd term of Formula (6) and Formula (7), respectively about Formula (13) and Formula (15). In any evaluation function J of Expression (13) and Expression (15), the correction parameter α needs to satisfy the constraint condition expression shown in Expression (10). Since this constraint condition is an inequality condition that does not include an equal sign, there is a possibility that an optimal solution cannot be obtained successfully. In that case, the inequality including the equal sign shown in the following formula (16) is used as a constraint condition expression. Use it. Here, the parameter [delta] epsilon in equation (16), which is a parameter of positive value set by the user.
なお、評価関数Ｊの各項の分母にある重み付け因子（σε，σα，σＣ，σε１，σε２）はユーザーが設定するパラメータである。評価関数Ｊを制約条件のもとで最小化する非線形計画問題には多種のアルゴリズムが提案されており（例えば非特許文献１（今野浩、山下浩著：非線形計画法、日科技連）参照）、それらを利用すれば容易に補正パラメータΔＣ，αを計算することができる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、溶湯状況推定処理はステップＳ４の処理に進む。 The weighting factors (σ ε , σ α , σ C , σ ε1 , σ ε2 ) in the denominator of each term of the evaluation function J are parameters set by the user. Various algorithms have been proposed for nonlinear programming problems that minimize the evaluation function J under constraint conditions (see, for example, Non-Patent Document 1 (by Hiroshi Imano, Hiroshi Yamashita: Nonlinear Programming, Nikkagiren)). If these are used, the correction parameters ΔC and α can be easily calculated. Thereby, the process of step S3 is completed and the molten metal state estimation process proceeds to the process of step S4.
ステップＳ４の処理では、物質バランス計算部１６が、以下に示す数式（１７）を用いて、現時刻ｔから１秒後の時刻ｔ＋１における溶湯中炭素濃度を推定計算する。なお、数式（１７）では、溶湯の入出炭素量は全装入量と比較して微少であると仮定している。また、数式（１７）の右辺第２項は、炭素を含む副原料投入量分だけ溶湯中炭素濃度が増加し、排ガスとして出て行った（ＣＯ，ＣＯ２に含まれる）分だけ溶湯中炭素濃度が減少することを意味している。また、排ガスに含まれる炭素分にステップＳ３の処理において計算された補正パラメータαが乗算され、排ガス量が補正されている。また、時刻ｔｓにおける炭素濃度Ｃ（ｔｓ）についても、以下に示す数式（１８）に従って補正が行われる。
In the process of step S4, the substance
以後、演算処理部１３は、物質バランス計算部１６による溶湯中炭素濃度の推定結果を出力装置１４に送る。出力装置１４は、演算処理部１３から送られた溶湯中炭素濃度の推定結果を制御端末１０及び表示装置２０に出力する。制御端末１０は、溶湯中炭素濃度の推定結果に基づいて精錬設備２の操作量を調節する。表示装置２０は、溶湯中炭素濃度の推定結果を表示する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、溶湯状況推定処理はステップＳ５の処理に進む。
Thereafter, the
ステップＳ５の処理では、演算処理部１３が、新たな溶湯中の炭素濃度の計測値及び分析値があるか否かを判別する。判別の結果、新たな溶湯中の炭素濃度の計測値及び分析値がある場合、演算処理部１３は、溶湯状況推定処理をステップＳ１の処理に戻す。一方、新たな溶湯中の炭素濃度の計測値及び分析値がない場合には、演算処理部１３は、溶湯状況推定処理をステップＳ６の処理に進める。
In the process of step S5, the
ステップＳ６の処理では、演算処理部１３が、吹錬処理が終了したか否かを判別する。判別の結果、吹錬処理が終了した場合、演算処理部１３は、一連の溶湯状況推定処理を終了する。一方、吹錬処理が終了していない場合には、演算処理部１３は、溶湯状況推定処理をステップＳ７の処理に進める。
In the process of step S6, the
ステップＳ７の処理では、演算処理部１３が、排ガス計測・分析情報、及び副原料投入量情報の最新値を制御端末１０から取得する。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、溶湯状況推定処理はステップＳ３の処理に戻る。
In the process of step S <b> 7, the
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溶湯状況推定処理では、補正計算部１５が、モデル式、溶湯の成分濃度の計測結果、及び精錬設備から排出された排ガスの流量及び排ガス中の成分濃度の計測結果に基づいて、精錬設備から排出された排ガスの流量及び排ガス中の成分濃度の計測値を補正する補正パラメータα及び処理中の溶湯の成分濃度の計測値を補正する補正パラメータΔＣを算出し、物質バランス計算部１６が、補正パラメータα，ΔＣ、排ガスの流量及び排ガス中の成分濃度の計測結果、及び吹き込み酸素量に基づいて、成分毎の物質バランス計算を行って溶湯中の成分濃度を推定するので、溶湯中の成分濃度の推定精度を向上できる。特にＬＤ転炉（上吹送酸転炉）における脱炭処理では、溶湯の撹拌が不十分なため処理途中における溶湯中炭素濃度の推定精度が低いことが多いので、本発明により大幅な推定精度の改善が期待できる。また、溶湯の成分濃度の計測結果、及び精錬設備から排出された排ガスの流量及び排ガス中の成分濃度の計測結果のどちらか一方が異常値になった場合であっても、他方の正常な計測値を用いて溶湯中の成分濃度の推定処理を連続して実行できる。
As is clear from the above description, in the molten metal state estimation process according to an embodiment of the present invention, the
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施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い。例えば、本実施形態では溶湯中の炭素濃度を推定したが、酸素に関する物質収支計算を用いてスラグ中の酸素量（ＦｅＯ生成量）を推定することもできる。なお、転炉吹錬の酸素に関する物質収支計算は例えば特開２０１３−６０６５９号公報に記載されている。また、上記の補正パラメータαを排ガス流量にかけて収支計算を行えば、排ガス情報の計測誤差を適切に修正することができる。さらに、酸化反応により発生する熱量に基づいて熱収支モデルを利用すれば、連続的に溶湯の温度を推定できる。このように、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。 As mentioned above, although embodiment which applied the invention made | formed by this inventor was described, this invention is not limited with the description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. For example, although the carbon concentration in the molten metal is estimated in the present embodiment, the amount of oxygen in the slag (FeO generation amount) can also be estimated using the material balance calculation related to oxygen. In addition, the material balance calculation regarding the oxygen of converter blowing is described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-60659, for example. Further, if a balance calculation is performed by applying the correction parameter α to the exhaust gas flow rate, the measurement error of the exhaust gas information can be corrected appropriately. Furthermore, the temperature of the molten metal can be estimated continuously by using a heat balance model based on the amount of heat generated by the oxidation reaction. As described above, other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the present embodiment are all included in the scope of the present invention.
１ 溶湯状況推定装置
２ 精錬設備
１０ 制御端末
１１ 入力装置
１２ モデルデータベース（モデルＤＢ）
１３ 演算処理部
１４ 出力装置
１５ 補正計算部
１６ 物質バランス計算部
２０ 表示装置
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Molten condition estimation apparatus 2
DESCRIPTION OF
Claims (19)
前記精錬設備における吹錬反応に関するモデル式及びパラメータが保存されているモデルデータベースと、
前記モデル式、前記溶湯の成分濃度の計測結果、及び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に基づいて、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値を補正する補正パラメータ及び処理中の溶湯の成分濃度の計測値を補正する補正パラメータをそれぞれ第１及び第２の補正パラメータとして算出する補正計算部と、
前記第１及び第２の補正パラメータ、前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、及び前記吹き込み酸素量に基づいて、成分毎の物質バランス計算を行って前記溶湯中の成分濃度を推定する物質バランス計算部と、
前記物質バランス計算部による推定結果を出力する出力装置と、
を備えることを特徴とする溶湯状況推定装置。 The measurement result of the component concentration of the molten metal being processed in the refining facility, the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining facility, the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, and the amount of oxygen blown into the furnace of the refining facility are input. An input device
A model database in which model equations and parameters relating to the blowing reaction in the refining facility are stored;
Based on the model formula, the measurement result of the component concentration of the molten metal, and the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining facility and the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining facility and the A correction calculation unit for calculating a correction parameter for correcting the measured value of the component concentration in the exhaust gas and a correction parameter for correcting the measured value of the component concentration of the molten metal as the first and second correction parameters, respectively;
Based on the first and second correction parameters, the flow rate of the exhaust gas, the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, and the amount of blown oxygen, the material balance calculation for each component is performed to determine the component concentration in the molten metal. An estimated substance balance calculator;
An output device for outputting an estimation result by the substance balance calculation unit;
A molten metal state estimation apparatus comprising:
前記精錬設備における吹錬反応に関するモデル式、前記溶湯の成分濃度の計測結果、及び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に基づいて、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値を補正する補正パラメータ及び処理中の溶湯の成分濃度の計測値を補正する補正パラメータをそれぞれ第１及び第２の補正パラメータとして算出する補正計算ステップと、
前記第１及び第２の補正パラメータ、前記排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、及び前記吹き込み酸素量に基づいて、成分毎の物質バランス計算を行って前記溶湯中の成分濃度を推定する物質バランス計算ステップと、
前記物質バランス計算ステップにおける推定結果を出力する出力ステップと、
を含むことを特徴とする溶湯状況推定方法。 The measurement result of the component concentration of the molten metal being processed in the refining facility, the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining facility, the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, and the amount of oxygen blown into the furnace of the refining facility are input. An input step;
Based on the model formula relating to the blowing reaction in the refining equipment, the measurement result of the component concentration of the molten metal, and the flow rate of the exhaust gas discharged from the refining equipment and the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, the discharge from the refining equipment A correction parameter for correcting the measured value of the flow rate of the exhaust gas and the component concentration in the exhaust gas and a correction parameter for correcting the measurement value of the component concentration of the molten metal being processed are respectively calculated as the first and second correction parameters. A calculation step;
Based on the first and second correction parameters, the flow rate of the exhaust gas, the measurement result of the component concentration in the exhaust gas, and the amount of blown oxygen, the material balance calculation for each component is performed to determine the component concentration in the molten metal. An estimated substance balance calculation step;
An output step of outputting an estimation result in the substance balance calculation step;
The molten metal condition estimation method characterized by including.
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