JP6515385B2 - 溶銑予備処理方法及び溶銑予備処理制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る溶銑予備処理システム1の一構成例を示す図である。図1を参照すると、本実施形態に係る溶銑予備処理システム1は、溶銑予備処理設備10、溶銑予備処理制御装置20、サーバ30、および出力部40を備える。
溶銑予備処理設備10は、転炉11、煙道12、上吹きランス13、排ガス成分分析計101、および排ガス流量計102を備える。溶銑予備処理設備10は、溶銑予備処理制御装置20より出力された制御信号に基づいて、上吹きランス13による溶銑への酸素の供給の開始および停止、並びに、転炉11による排滓に関する制御を行う。なお、図示は省略するが、溶銑予備処理設備10には、上吹きランス13に対して酸素を供給するための送酸装置、転炉11に対して冷材を投入するための駆動系を有する冷材投入装置、または転炉11に対して副原料を投入するための駆動系を有する副原料投入装置等、一般的な転炉による吹錬に用いられる各種装置が設けられ得る。
溶銑予備処理制御装置20は、溶銑データ取得部201、Si濃度推定部202、および脱珪処理終了判定部203を備える。溶銑予備処理制御装置20は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)および通信装置等のハードウェア構成を備え、これらのハードウェア構成によって、溶銑データ取得部201、Si濃度推定部202、および脱珪処理終了判定部203の各機能が実現される。なお、図1においては、溶銑予備処理制御装置20の有する機能のうち、本発明において特徴的な機能のみを主に図示している。溶銑予備処理制御装置20は、図示する機能以外にも、溶銑予備処理に係る制御を行う際に必要となる一般的な機能を有し得る。例えば、溶銑予備処理制御装置20は、転炉11への冷材の投入を制御する機能や、または転炉11への副原料の投入を制御する機能等を有し得る。他の一般的な機能については、各種の公知の技術が適用され得るため、ここでは詳細な説明を省略する。
サーバ30は、CPU、ROM、RAM、および通信装置等のハードウェア構成を備える。サーバ30は、溶銑予備処理制御装置20において用いられる各種データを記憶する。サーバ30は、例えば、図1に示したように、溶銑データ301、パラメータ302、および目標データ303等を記憶する。これらのデータは、不図示の入力装置や通信装置を介して追加、更新、変更、または削除されてもよい。サーバ30に記憶されている各種データは、溶銑データ取得部201により呼び出される。また、サーバ30は、Si濃度推定部202による推定結果を逐次的に記憶してもよい。なお、本実施形態に係るサーバ30は、溶銑予備処理制御装置20とは分離して構成されているが、他の実施形態においては、サーバ30は、溶銑予備処理制御装置20と一体となって構成されてもよい。
出力部40は、ディスプレイやプリンタ、通信装置等の出力装置により実現される。出力部40は、例えば、Si濃度推定部202から出力された推定結果を出力する。また、出力部40は、サーバ30に逐次的に記憶された推定結果を出力してもよい。これにより、Si濃度推定部202による推定結果について、事後的に解析することができる。また、脱珪処理の終了時点において、出力部40は、脱珪処理の終了を示す表示等の出力を行ってもよい。これにより、出力部40により出力された情報を閲覧したオペレータ等が、脱珪処理の終了を認知できる。
以上、本実施形態に係る溶銑予備処理システム1の構成について説明した。次に、本実施形態に係るSi濃度推定部202において溶銑Si濃度等の推定に用いられる複合反応モデルについて説明する。Si濃度推定部202は、以下の式(3)〜式(17)からなる連立方程式を逐次的に推定することにより、Si濃度を含む溶銑成分の濃度およびスラグ成分の濃度を推定する。
式(1)で示した脱リン反応は、スラグメタル界面において生じる。スラグメタル界面とは、転炉11内における溶銑とスラグとの界面である。スラグメタル界面における反応(以下、「スラグメタル界面反応」と呼称する)を表現するモデル(いわゆる「競合反応モデル」)については、S.Ohguchi et. Al: ‘Simultaneous dephosphorisation and desulphurization of molten pig iron’、Ironmaking and Steelmaking、11、(1984)、p.41に記載されている(以下、当該文献を「非特許文献」と呼称する)。この競合反応モデルは、スラグメタル界面における溶銑およびスラグに含まれる各成分の物質移動に適用することが可能である。つまり、上記の競合反応モデルを用いることにより、溶銑およびスラグ中の各成分の濃度を推定することが可能である。
まず、火点反応を表現する数理モデルについて説明する。火点領域においては、上吹きランス13等から溶銑に酸素が供給されることにより、溶銑に含まれるSi、CおよびFeの酸化反応が発生する。Si、CおよびFeの火点反応による物質収支は、以下の式(3)〜(5)に表現される。式(3)は、脱珪反応による火点領域におけるSiの物質収支を示す。式(4)は、脱炭反応による火点領域におけるCの物質収支を示す。式(5)は、火点領域におけるFeの物質収支を示す。
続いて、スラグメタル界面反応を表現する数理モデルについて説明する。まず、スラグメタル界面における溶銑成分に関する反応は、スラグメタル界面における溶銑成分の平衡濃度と火点領域以外における溶銑の濃度との差を推進力とする物質移動により表現される。スラグメタル界面における溶銑に含まれる元素X(Si、C、Fe、Mn、P)の物質収支は、下記式(12)のように表現される。
図3は、本実施形態に係る溶銑予備処理システム1による溶銑予備処理方法のフローチャートを示す図である。図3を参照しながら、本実施形態に係る溶銑予備処理システム1による溶銑予備処理方法のフローについて説明する
初期の溶銑成分の濃度[%]、溶銑温度[℃]、および副原料(生石灰、およびスケール)の溶銑重量に対する原単位[kg/ton]を含む初期溶銑データ、並びに、実際の溶銑予備処理時間[sec]を、実施例ごとに以下の表1に示す。
まず、溶銑中のSiの火点反応による酸素分配率について評価した。図4は、各実施例における各溶銑成分の火点反応による酸素分配率の変化を成分ごとに示すグラフである。図4(a)は実施例1に、図4(b)は実施例2に対応するグラフである。酸素分配率とは、溶銑中のSi、C、またはFeに対する、上吹きランス13から供給される酸素の反応比率を意味する。酸素分配率は、上記式(3)〜式(8)を用いて算出される。
10 溶銑予備処理設備
11 転炉
12 煙道
13 上吹きランス
20 溶銑予備処理制御装置
30 サーバ
40 出力部
101 排ガス成分分析計
102 排ガス流量計
201 溶銑データ取得部
202 Si濃度推定部
203 脱珪処理終了判定部
Claims (6)
- 転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理方法であって、
少なくともSi、Fe、およびCを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得する溶銑データ取得ステップと、
取得された上記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応を表現する数理モデルと、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応を表現するために、前記火点反応が考慮された競合反応モデルをベースとした数理モデルとが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Si濃度、および前記スラグメタル界面におけるSi平衡濃度を逐次的に推定する推定ステップと、
前記推定された前記溶銑Si濃度と前記Si平衡濃度との差が所定の閾値以下となる時点を脱珪処理の終了時点として判定する脱珪処理終了判定ステップと、
を含む溶銑予備処理方法。 - 前記所定の閾値は0.01%である、請求項1に記載の溶銑予備処理方法。
- 前記脱珪処理が終了時点であると判定されたときに、前記吹錬を停止し、前記転炉内において生成された前記スラグの一部又は全部を排出し、その後前記吹錬を再開する、請求項1または2に記載の溶銑予備処理方法。
- 前記複合反応モデルにおいて、前記溶銑成分の濃度変化は、前記溶銑から前記スラグメタル界面への前記溶銑成分の物質移動、および、前記火点領域から前記火点領域とは異なる領域への前記溶銑成分の物質移動に基づいて算出される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶銑予備処理方法。
- 前記複合反応モデルにおいて、スラグ成分の濃度変化は、前記スラグメタル界面反応により進行する前記スラグから前記スラグメタル界面への前記スラグ成分の物質移動、および、前記火点領域において前記酸化反応により生成された酸化物に含まれる前記スラグ成分の物質移動に基づいて算出される、請求項4に記載の溶銑予備処理方法。
- 転炉を用いた吹錬による溶銑予備処理を制御する溶銑予備処理制御装置であって、
少なくともSi、Fe、およびCを含む溶銑成分の初期濃度を含む初期溶銑データを取得する溶銑データ取得部と、
取得された前記初期溶銑データ、並びに、前記転炉から排出された排ガスの成分および流量を含む時系列排ガスデータに基づいて、上吹きランスから溶銑に供給された酸素と前記溶銑との酸化反応である火点反応を表現する数理モデルと、前記火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する前記溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応を表現するために、前記火点反応が考慮された競合反応モデルをベースとした数理モデルとが複合された複合反応モデルを用いて、溶銑Si濃度、および前記スラグメタル界面におけるSi平衡濃度を逐次的に推定する推定部と、
前記推定部により推定された前記溶銑Si濃度と前記Si平衡濃度との差が所定の閾値以下となる時点を脱珪処理の終了時点として判定する脱珪処理終了判定部と、
を備える、溶銑予備処理制御装置。
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