JP6516906B1 - 吹錬計算方法、吹錬計算プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の実施形態1に係る吹錬計算装置100の構成図である。吹錬計算装置100は、溶鋼の吹錬工程に対して投入すべき酸素量などの吹錬パラメータを計算する装置である。吹錬計算装置100は、CPU(Central Processing Unit)110、記憶装置120を備える。
本実施形態1に係る吹錬計算装置100は、吹錬工程開始前において、SL1とSL2のそれぞれにおける目標溶鋼温度および目標成分量にしたがって吹錬計算を実施するとともに、SL1時点における実測溶鋼温度と実測成分量にしたがって第2期間における吹錬計算を実施する。これにより、SL2において目標とする溶鋼中の炭素量と溶鋼温度を得るためにSL1〜SL2において投入すべき昇熱材量、酸素量および冷材量の精度を、従来よりも高めることができる。
実施形態1で説明した吹錬実績の計算の結果、第1期間および第2期間における不明熱や不明酸素の実績値がマイナス値になる場合がある。本発明者等の知見によれば、この現象は投入する昇熱材量が多いときに発生する。本発明者等はこの現象の原因として、吹錬工程に対して投入する昇熱材の一部が、実際には炉内に投入されず炉外にこぼれ落ちている、あるいは溶鋼に入る前に吹付けている酸素とコークスが直接反応しているにも関わらず、吹錬計算において全ての昇熱材が溶鋼に溶解してから反応するものと仮定していることに起因していると考えた。本発明の実施形態2では、この考え方に基づき不明酸素を補正する手順について説明する。吹錬計算装置100の構成は実施形態1と同様である。
歩留り推定部113は、吹錬工程に対して投入した昇熱材のうち、実際に炉内に入って反応した割合(以下では歩留りと呼ぶ)を、初期化する。ここでは全ての昇熱材が実際に炉内に対して投入された場合の歩留りを1.0とし、これを初期値とする。また、昇熱材としてコークスを用いる場合、コークス全体に占める固定炭素量の比率を予め分析して、歩留りの初期値としてもよい。
歩留り推定部113は、SL1およびSL2の時点における溶鉄の各元素成分量(濃度)の実測値を用いて、SL1およびSL2の時点における各元素成分量(質量)を計算する。また、歩留り推定部113は、吹錬工程の開始前に装入したスクラップ、合金鉄量および溶融鉄量などの各原料の装入量と各成分濃度、ならびに吹錬工程の途中で投入した合金鉄および昇熱材などの各添加材の投入量と各成分濃度に基づいて、物質収支の計算からSL1およびSL2の時点において炉内に装入あるいは投入された各成分の総量を計算する。ここで、各成分の総量を計算する際、昇熱材の投入量についてのみ、歩留りの値を乗じる。
歩留り推定部113は、ステップS502の結果を用いて、第1期間における不明酸素(SL1不明酸素)を計算するとともに、第2期間における不明酸素(SL2不明酸素)を計算する。具体的には、ステップS502において算出した各期間における各元素成分の総インプット量と各期間の最終時点における各元素成分量の実績値から計算される各期間における各元素成分の減少量に対応する酸素の消費量を求め、酸素バランス式にしたがって、不明酸素を求めることができる。
歩留り推定部113は、SL1不明酸素とSL2不明酸素がともに正値であるか否か確認する。ともに正値であれば本フローチャートを終了する。いずれかが負値であれば、現在の歩留りの値から所定量(例えば0.01)減算した上で、ステップS502に戻って同じ処理を繰り返す。これにより、実際に炉に対して投入された昇熱材量を間接的に推定することができる。
本ステップにおいては、不明酸素が正値であれば正常であるとみなすことにしたが、これに代えて、不明酸素がある正値範囲内(例えばこれまでの吹錬工程の実績から判明している範囲内)に収まっているか否かに基づき、不明酸素の計算結果が正常であるか否かを判定してもよい。
本ステップにおいて、不明酸素が所定範囲内に収まっているか否かに基づき昇熱材の歩留りを判定するのは、酸素収支が比較的正確に把握できて、算出される不明酸素の割合が比較的少ないからである。すなわち、SL1時点においては実測値に基づき各成分量をある程度正確に算出することができ、2次燃焼や鉄の酸化に消費される酸素の割合も比較的少ないので、不明酸素も比較的少量であり、正確に算出できるからである。本実施形態2はこのことを利用して、算出した不明酸素がマイナスであれば、吹錬工程に対して投入した昇熱材のうちいくらかが炉に対して投入されなかったと仮定することとしたものである。
以上の実施形態においては、吹錬工程開始時点とSL1時点においてそれぞれ吹錬計算を実施することを説明した。実際の吹錬工程においては、SL1時点における実測値に応じて、オペレータがSL2のタイミングを再セットする場合がある。本発明の実施形態3では、この作業をアシストする機能について説明する。吹錬計算装置100の構成は実施形態1と同様である。
残留量推定部114は、排ガス流量、排ガス内のCO濃度および排ガス内のCO2濃度を取得する。残留量推定部114は、排ガス流量に対してCO濃度を乗算することによりCO流量を算出し、排ガス流量に対してCO2濃度を乗算することによりCO2流量を算出する。
排ガス中の炭素重量は、排ガス内のCOに含まれる炭素重量と、排ガス内のCO2に含まれる炭素重量との和である。排ガス内のCOに含まれる炭素重量は、(CO流量/1molの気体体積(22.4L)×炭素原子量(12))により求めることができる。排ガス内のCO2に含まれる炭素重量は、(CO2流量/22.4×12)により求めることができる。残留量推定部114は、以上の計算式により排ガス内の炭素重量を求める。
排ガス内の炭素重量は、酸化した炭素の量とみなすことができる。残留量推定部114はこれを用いて、炉内に残留している炭素重量を計算することができる。計算した残留炭素重量(およびその経時変化)を、例えばオペレータが用いる操作画面上に表示することにより、オペレータの作業をアシストできる。
例えばステンレス鋼などを精錬する場合、材料としてクロム合金(FeCr:フェロクロム)などを投入する場合がある。炉内に残留しているクロム重量の推移は、オペレータが吹錬計算に用いたクロム酸化量の推定値が実績値と概ね一致するか判断する際の参考情報として用いることができる。残留量推定部114は、以下の手順により炉内の残留クロム重量を求める。
クロム濃度が3質量%以上の含クロム溶鉄の吹錬では、吹き込んだ酸素量のうち、炭素の酸化に用いられたもの以外は全てクロムの酸化に用いられると仮定することができ、クロムの酸化に用いられた酸素量は以下の計算式により求めることができる:(クロム酸化に用いられた酸素量)=(吹き込んだ酸素量)−(排ガス内のCOとCO2の酸化に用いられた酸素量)−(空気から巻き込んだ酸素量)
吹き込んだ酸素量は、制御値にしたがって取得することができる。
排ガス内のCOとCO2の酸化に用いられた酸素量は、排ガス内の炭素重量を算出するのと同様の手順により求めることができる。すなわち、排ガス内のCO流量とCO2流量を取得し、酸素原子量と組成式に基づき計算することができる。
残留量推定部114は、排ガス流量、排ガス内のCO濃度、排ガス内のCO2濃度、排ガス内のO2濃度および排ガス内のH2濃度を取得する。排ガス内のその他の成分がN2のみであると仮定すると、上記各濃度を100%から減算することにより、排ガス内のN2濃度を求めることができる。排ガス内のN2は巻き込んだ空気と酸素に混合したN2からのものであるので、後者のN2量を除いたN2量から空気の組成比にしたがって、空気から巻き込んだ酸素量を求めることができる。
クロムの酸化反応は以下の式で表される:Cr+0.75×O2=0.5×Cr2O3。したがって残留量推定部114は、求めたクロム酸化に用いられた酸素量(モル数)に対して0.75を乗算することにより、酸化したクロム量(モル数)を求めることができる。残留量推定部114はこれを用いて、炉内に残留しているクロム重量を計算することができる。計算した残留クロム重量(およびその経時変化)を、例えばオペレータが用いる操作画面上に表示することにより、オペレータの作業をアシストできる。
以上の実施形態において、不明量推定部112は学習結果データ121を用いて、吹錬工程開始時点において、第1期間と第2期間それぞれの不明熱と不明酸素を推定することを説明した。本発明の実施形態4では、その具体例について説明する。
また、SL1からSL2までの第2期間における不明熱と不明酸素を機械学習器により検索する際には、(a)〜(m)の吹錬パラメータを機械学習器に対して入力し、機械学習器はこれに最も近い過去の吹錬工程における不明熱と不明酸素を検索するように、あらかじめ機械学習器を構成しておけばよい。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換える事が可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることができる。
110:CPU
111:投入量計算部
112:不明量推定部
113:歩留り推定部
114:残留量推定部
120:記憶装置
121:学習結果データ
Claims (9)
- 吹錬工程において必要な酸素量、昇熱材量、および冷却材量を算出する吹錬計算方法であって、
前記吹錬工程の開始時点から第1時点までの第1期間において必要な前記酸素量、前記昇熱材量、および前記冷却材量を算出する、第1計算ステップ、
前記第1時点における溶鋼に含まれる元素成分量を実測することにより得られる第1実測成分量を取得するステップ、
前記第1時点における溶鋼温度を実測することにより得られる第1実測溶鋼温度を取得するステップ、
前記第1時点における不明熱を実測温度および実測濃度に基づき計算することにより得られる前記第1期間における実測不明熱を取得するステップ、
前記第1時点における不明酸素を実測温度および実測濃度に基づき計算することにより得られる前記第1期間における実測不明酸素を取得するステップ、
前記第1時点から前記吹錬工程の第2時点までの第2期間において必要な前記酸素量、前記昇熱材量、および前記冷却材量を算出する、第2計算ステップ、
を有し、
前記吹錬計算方法はさらに、前記第1期間と前記第2期間それぞれにおける不明熱と不明酸素を予測する予測ステップを有し、
前記第1計算ステップにおいては、前記予測ステップにおいて予測した不明熱と不明酸素、前記吹錬工程の開始前に投入したスクラップ量、前記吹錬工程の開始前に投入した合金鉄量、前記吹錬工程の開始前に投入した溶融鉄量、前記第1時点における第1目標成分量、前記第2時点における第2目標成分量、前記第1時点における第1目標溶鋼温度、および前記第2時点における第2目標溶鋼温度を用いて、前記第1期間において必要な前記酸素量、前記昇熱材量、および前記冷却材量を算出し、
前記第2計算ステップにおいては、前記予測ステップにおいて予測した不明熱と不明酸素、前記吹錬工程の開始前に投入したスクラップ量、前記吹錬工程の開始前に投入した合金鉄量、前記吹錬工程の開始前に投入した溶融鉄量、前記吹錬工程の途中で投入した合金鉄量、前記第1実測成分量、前記第1実測溶鋼温度、前記実測不明熱、前記実測不明酸素、前記第2目標成分量、および前記第2目標溶鋼温度を用いて、前記第2期間において必要な前記酸素量、前記昇熱材量、および前記冷却材量を算出する
ことを特徴とする吹錬計算方法。 - 前記予測ステップにおいては、過去の吹錬工程における吹錬パラメータ、過去の吹錬工程における実測不明熱、および過去の吹錬工程における実測不明酸素の関係を機械学習によって学習した結果を用いて、前記第1期間と前記第2期間それぞれにおける不明熱と不明酸素を予測する
ことを特徴とする請求項1記載の吹錬計算方法。 - 吹錬工程において必要な酸素量、昇熱材量、および冷却材量を算出する吹錬計算方法であって、
前記吹錬工程の開始時点から第1時点までの第1期間において必要な前記酸素量、前記昇熱材量、および前記冷却材量を算出する、第1計算ステップ、
前記第1時点における溶鋼に含まれる元素成分量を実測することにより得られる実測成分量を取得するステップ、
前記第1時点における溶鋼温度を実測することにより得られる実測溶鋼温度を取得するステップ、
前記第1時点における不明熱を実測温度および実測濃度に基づき計算することにより得られる前記第1期間における実測不明熱を取得するステップ、
前記第1時点における不明酸素を実測温度および実測濃度に基づき計算することにより得られる前記第1期間における実測不明酸素を取得するステップ、
前記第1時点から前記吹錬工程の第2時点までの第2期間において必要な前記酸素量、前記昇熱材量、および前記冷却材量を算出する、第2計算ステップ、
前記第1期間と前記第2期間それぞれにおける不明熱と不明酸素を予測する予測ステップ、
を有し、
前記第1計算ステップにおいては、前記予測ステップにおいて予測した不明熱と不明酸素を用いて、前記第1期間において必要な前記酸素量、前記昇熱材量、および前記冷却材量を算出し、
前記第2計算ステップにおいては、前記予測ステップにおいて予測した不明熱と不明酸素、前記実測不明熱および前記実測不明酸素を用いて、前記第2期間において必要な前記酸素量、前記昇熱材量、および前記冷却材量を算出し、
前記予測ステップにおいては、過去の吹錬工程における吹錬パラメータ、過去の吹錬工程における実測不明熱、および過去の吹錬工程における実測不明酸素の関係を機械学習によって学習した結果を用いて、前記第1期間と前記第2期間それぞれにおける不明熱と不明酸素を予測する
ことを特徴とする吹錬計算方法。 - 前記第1計算ステップにおいては、前記第1期間における第1不明酸素と前記第2期間における第2不明酸素を計算し、
前記吹錬計算方法はさらに、前記昇熱材量のうち実際に炉に対して投入された割合を算出する昇熱材歩留り計算ステップを有し、
前記昇熱材歩留り計算ステップにおいては、前記昇熱材量を初期値から所定量ずつ減少させながら、前記第1不明酸素と前記第2不明酸素がともに所定の正値範囲内に収まるまで、前記第1計算ステップと前記第2計算ステップを繰り返すことにより、前記割合を算出する
ことを特徴とする請求項1または3記載の吹錬計算方法。 - 前記吹錬計算方法はさらに、
前記吹錬工程における排ガス流量、前記排ガス内のCO濃度、および前記排ガス内のCO2濃度を取得するステップ、
前記排ガス流量、前記CO濃度、および前記CO2濃度を用いて、前記排ガス内におけるCO流量と前記排ガス内におけるCO2流量を計算するステップ、
前記CO流量と前記CO2流量を用いて、前記吹錬工程の後に残っている炭素重量を計算するステップ、
前記炭素重量を出力するステップ、
前記第2時点を再セットする指示を受け取ってその指示にしたがって前記第2時点を再セットするステップ、
を有し、
前記第2時点を再セットした後に前記第2計算ステップを実施する
ことを特徴とする請求項1または3記載の吹錬計算方法。 - 前記吹錬計算方法はさらに、
前記吹錬工程に対して導入された吸込み酸素量を計算するステップ、
前記吹錬工程における排ガス内のCOとCO2に含まれる排ガス酸素量を、前記排ガス内のCO流量、前記排ガス内のCO 2 流量、酸素原子量、およびCOとCO 2 の組成式に基づき計算するステップ、
前記排ガスの流量、前記排ガス内のCO濃度、前記排ガス内のCO 2 濃度、前記排ガス内のO 2 濃度、前記排ガス内のH 2 濃度、前記排ガス内のN 2 濃度、および空気の組成比に基づき、前記吹錬工程に対して巻き込まれた空気内に含まれる巻込酸素量を計算するステップ、
前記吸込み酸素量、前記排ガス酸素量、および前記巻込酸素量を用いて、前記吹錬工程のなかでクロムを酸化するために用いられたCr酸素量を計算するステップ、
前記Cr酸素量を用いて、前記吹錬工程の後に残っているクロム重量を計算するステップ、
前記クロム重量を出力するステップ、
を有することを特徴とする請求項1または3記載の吹錬計算方法。 - 前記予測ステップは、
前記第2時点における溶鋼に含まれる元素成分量を実測することにより得られる第2実測成分量を取得するステップ、
過去に実施した完了済吹錬工程のなかで前記吹錬工程と類似する類似吹錬工程を検索する類似吹錬工程検索ステップ、
前記類似吹錬工程における不明熱と不明酸素を予測結果として出力するステップ、
を有し、
前記類似吹錬工程検索ステップにおいては、前記第1実測成分量と前記第1目標成分量との間の差分、前記第1実測溶鋼温度と前記第1目標溶鋼温度との間の差分、前記第2実測成分量と前記第2目標成分量との間の差分、前記第2時点における第2実測溶鋼温度と前記第2目標溶鋼温度との間の差分のうち少なくともいずれかが所定範囲内に含まれる前記完了済吹錬工程を検索対象とし、
前記類似吹錬工程検索ステップにおいては、前記吹錬工程の開始前に投入したスクラップ量、前記吹錬工程の開始前に投入した合金鉄量、前記吹錬工程の開始前に投入した溶融鉄量、前記吹錬工程の途中で投入した合金鉄量、前記実測不明熱、前記実測不明酸素のうち少なくともいずれかと、前記完了済吹錬工程における対応する吹錬パラメータとを比較し、両者の間の差分が所定範囲内に収まる前記完了済吹錬工程を、前記類似吹錬工程として検索する
ことを特徴とする請求項1記載の吹錬計算方法。 - 前記類似吹錬工程検索ステップにおいては、前記第1目標成分量、前記第1目標溶鋼温度、前記第2目標成分量、および前記第2目標溶鋼温度と、前記完了済吹錬工程における対応する吹錬パラメータとを比較し、両者の間の差分が小さい順に、検索結果として出力する
ことを特徴とする請求項7記載の吹錬計算方法。 - 請求項1から8のいずれか1項記載の吹錬計算方法をコンピュータに実行させることを特徴とする吹錬計算プログラム。
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