JPS6230806A - 溶銑脱珪制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高炉から出銑される溶銑を連続的に脱珪処理す
る溶銑の連続脱珪処理プロセスにおいて脱珪処理後の溶
銑珪素量を目標値に一致させるための制御方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

溶銑の予備脱珪においては、脱珪処理後の溶銑珪素量を
小さくすることだけでなく、下流工程の製鋼段階におい
て下記１）〜３）のようなメリットを達成するために、
同時に所望の目標値に途中させ、ばらつきを小さくする
ことが要求される。

１）転炉吹錬制御の精度向上 ２）転炉吹錬における生石灰等処理剤使用量の低減と発
生スラグ廣の低減 ３）転炉装入溶銑の珪素量を−・定植化するための混銑
車組合せと受銑など溶銑ハンドリング作業の省略 第２図に溶銑の予備脱珪の実施態様を示す。

ｌは高炉、２は出銑口で、３は溶銑を示す。４は大樋で
あり、ここで溶銑とスラグが分離され、スラグはスラグ
排出口５から排出され、一方の溶銑は溶銑樋６、溶銑傾
注樋７を経て混銑車８へと導かれる。９と９ａは脱珪剤
で１０と１０ａはその貯蔵ホッパ、１１とｌｌａは切出
し用ロータリーバルブ、１２は装入コンベア、１３は脱
珪剤添加口である。溶銑３は高炉の出銑口２から排出さ
れその後大樋４でスラグと分離され、溶銑樋６へ流出す
る。この溶銑３に対して溶銑樋６または溶銑傾注樋７の
適当な位ｎにおいて脱珪剤を添加し添加時の強制的な混
合及びその後流れていく間の混合を利用して溶銑中の含
有珪素を除去するものである。

脱珪剤としては溶銑中の珪素を酸化除去するための固体
酸素源になるミルスケール、焼結鉱粉、含鉄ダストなど
の主剤９と、脱珪スラグ性状調整と脱珪反応を優先的に
行わせるために添加する生石灰などの副剤９ａを用いる
。主剤９については脱珪後の溶銑珪素濃度目標値（以下
珪素量目標値という）が満足されるように除去すべき珪
素Ｃ度（以下脱珪呈という）と出銑速度とから添加、′
１１を定め、副剤９ａの添加量は主剤９のそれに比例し
て定めるのが一般的であり１両者先混合して脱珪剤添加
口１３から連続的に添加する。

上記の連続脱珪処理において重要なのは脱珪後珪素敬目
標イ１を低く設定するとともに、この目標値に途中させ
てばらつきを小さくすることであり、そのためには脱珪
剤添加量の制御方法に考慮を払うことを要する。

従来行なわれている脱珪剤添加量制御方法としては特開
昭５６−２１７に開示された方法が−・般的であり、以
下の構成裳件から成っている。

（１）　　高炉から出銑される溶銑中の珪素：御゛を予
測推定などの手段によって求め、一方あらかじめ定めら
れた脱珪後の珪素量目標値と比較して、逐次適当な間隔
で、必要な脱珪峻を計算して添加すべき脱珪剤原単位を
定めること。

■　この達成すべき脱珪剤原単位を実現するために、出
銑速度［ｔ／ｍｉｎ］を計測し、それに応じて脱珪剤添
加速度［ｋｇ／ｍ１ｎｌを算出して脱珪剤切出し用ロー
タリーバルブに回転速度指示をゲえること。

第３図はＬ記従来法を実現するための脱珪剤添加社自動
制御系の構成図である。電子計算機１４には脱珪前溶銑
珪素量の推定モデルＡ、出銑速度算出用演算ロジックＢ
、脱珪量算出用演算ロジックＣ，添加量算出用演算ロジ
ックＤが組込まれている。１５は混銑車内溶銑重量測定
用ロードセルで、１６は溶銑重量検出器である。

計装制御装ａ１７には添加量設定指示値の信号変換を行
うパルス設定器Ｅ、主剤及び副剤添加量秤量器Ｆが組込
まれ、電気制御装置１Ｂには添加量設定指示をモーター
回転数指示に変換する演算器Ｇが組込まれている。

１９及び１９ａはそれぞれ主剤、副剤の実際添加量を検
出するロードセルである。２０は各制御定数の表示、設
定器、２１はロギング用のタイプライタ−である。

第３図の各種検出端と制御系を用いて操業するに当り、
まず、推定モデルＡで脱珪前溶銑珪素量を推定する。一
方表示設定雰２０から、あらかじめ脱珪後溶銑珪素量目
標値などの定数を電子計算機に与えておき、この両者か
ら逐次、必要脱珪量をロジックＣで算出する。他方、溶
銑重量検出器１６からの信号を用いてロジ−・りＢで出
銑速度を算出する。

ロジックＤにはあらかじめ脱珪琶と脱珪剤添加原単位の
関係式を組込んでおく、ロジックＣからの必要脱珪量に
応じて必要脱珪剤［中位が求まり、ロジックＢにて得て
いる出銑速度を介して脱珪剤の添加速度が算出される。

これを計装制御装置１７で信号変換した後電気制御装Ｗ
１１８で回転速度指令に変換しロータリーバルブに伝え
、ロータリーバルブがこれに対応して駆動し、脱珪剤が
切り出される。

上記従来法の特徴は脱珪前珪素量と出銑速度をシステム
への入力とし、その変動を測定あるいは推定して、オー
ブンルーズの制御により脱珪後珪素量目標値を実現する
ことを目的としているところにある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来法は次の問題点を有する。

イ）従来法では脱珪後珪素ｔ：の実績値［５ｉ）ｆを測
定していないので、それが目標値（Ｓｉ）本に一致する
ことが保証されない。

口）　溶銑の脱珪処理において進行する化学反応、いわ
ゆる脱珪反応には固体脱珪剤の滓化と反応生成物とによ
り形成されるスラグと溶銑との間のスラグ−メタル反応
とが混在しており、脱珪反応全体の反応速度は各種の条
件に支配され、とても脱珪前珪素量推定値（Ｓｉ）ｉｐ
と出銑速度だけの情報で実Ｄｉｍ　（Ｓ　ｉ　）　ｒを
目標値（Ｓｉ）本に一致させることは保証できない。

固液反応は（Ｓｉ）ｉ及びその他の溶銑成分、溶銑温度
、固液混合状態、固液反応界面積、脱珪剤組成などの条
件に支配され、スラブメタル反応でもこれらの固液をス
ラグメタルと名称を変えて規定できる条件がその主なも
のである。そのうちいくつかの例を挙げると次の通りで
ある。

ａ）　溶銑温度： 同一の出銑１１を使用するのは通常ｌタップおきである
ので、溶銑樋の温度は出銑中具外のときに低下し、溶銑
温度には炉内での温度変動に加えて、溶銑樋の温度上昇
に起因する変動が加わる。

ｂ）　脱珪剤の粒度と成分： 脱珪剤は一種類とは限らず、複数種類が混合されて使用
されるのが一般的であり、各種類ごとに粒度構成、化学
組成及びその他の性状が異なる。

こうした粉粒体を同一のホー２パで使うとポー、パ内の
粒度偏析により切り出されてくる脱珪剤の粒度と組成は
時間的にかなり変化する。従って上記の条件のうち、混
合状！Ｓ、反応界面積も経時的に変化する。

Ｃ）　出銑速度と溶銑樋の損耗状態： 従来法では脱珪剤添加量指令値決定に出銑速度が用いら
れているが、これは物質収支を満足するための役割しか
期待していない、出銑速度の変動は溶銑の流動状態を変
化させ固液混合状態に影響−Ｊ−る。樋の損耗も同様に
溶銑の流動状態に影響する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の問題点を解決するために開発されたもの
でその技術手段は、 （１）脱珪前珪素量（Ｓｉ）ｉの測定および予測（予測
した場合は（Ｓｉ）ｉｐと表す）および脱珪後珪素１（
Ｓｉ）ｆの測定を行う、一定時間間隔で脱珪処理の前後
で、対応する溶銑をサンプリングし、それぞれの溶銑珪
素量を分析する。

（Ｓｉ）ｉは脱珪剤投入口の上筐側、（Ｓｉ）ｆは脱珪
剤投入口の下流の点１例えば溶銑樋終端部、溶銑傾注樋
あるいは混銑車で測定する。

（２）出銑速度の計測を行う。脱珪処理前後の溶銑の対
応をとるため、また脱珪剤添加微演算に用いるため、脱
珪剤投入口より上流において、相関法、空間フィルタ法
など′のオンライン測定により、出銑速度の計測を行う
。

（３）脱珪反応の反応速度の最尤推定値を求め、脱珪剤
添加へ１演算に用いる。従来法のような（Ｓｉ）ｉ　、
（Ｓｉ）本と出銑速度から物質収支的な演算によって脱
珪剤添加微演算値を求める方法を排し、脱珪反応の反応
速度定数に関する最尤推定値ｋを（Ｓ　ｉ）　ｉ　＊　
（Ｓ　ｉ）　ｉｐ。

（Ｓｉ）ｆ、出銑速度および脱珪剤添加量の実績値を用
いたカルマンフィルタで求め・ｋ・Ｃ３ｉ）ｉ　、［Ｓ
ｉ）本、出銑速度から脱珪剤添加微演算値を求める。

〔作用〕

本発明方法の実施に用いる制御装置構成図を第１図に示
す０機能により３つの部分に分れる。

（Ｄ　検出部 脱珪処理前後の溶銑のサンプリング装２？２２゜２３と
、出銑速度の測定装置２４と溶銑中珪素量の分析装置２
５と脱珪剤添加微演算用のロードセル１９および１９ａ
とから成り、それぞれの出力信号は’、’Ｔｆ子計算機
１４に伝達される。

（２）　　演算部 電子計算機１４にＭｌみ込まれており、上記検出部から
の信号から、脱珪反応速度定数にの最尤推定イｉｔ　＊
を算出し２、さらに脱珪剤添加に指令値を算出する部分
である。

■　制御部 演算結果に基づいて脱珪剤添加量を制御する部分である
。

ます脱珪反応速度定数の最尤推定値を求める方法につい
て説明する。操業実績を統計的に解析して、次回の脱珪
反応速度定数の最尤推定値を効率的に求める方法として
カルマンフィルタがある。

溶銑脱珪処理では溶鉄に添加された脱珪剤は溶銑中珪素
と連続的に反応するが、このとき溶銑中珪素の拡散過程
に律速され次の（１）式が成り立つ。

ｕｎ（（Ｓｉ）ｆ／（Ｓｉ）ｉ） ＝に−Ｗ　　　　　　　　　　　・・・　（１）ここに
、 （Ｓｉ）ｉ　　・脱珪前溶銑中珪、も星〔％〕（Ｓｉ）
ｆ：脱珪後溶銑中珪素ｊ＾〔％〕Ｗ：説珪剤原φ位　Ｃ
ｋ　ｇ／　ｔ　−ｐｉｇ　）Ｋ：脱珪反応速度定数 脱珪反応速度定数にはＬ記のように・各種の要因に影響
され１時間的に変化する未知パラメータである。そこで
脱珪反応速度定数Ｋを効率的に推定するためにカルマン
フィルタを用いる。

現在時刻をｋで表し現在のデータを例えば、（Ｓ　ｉ）
　ｉ　　（ｋ）　、−回前にサンプリングしたデータを
（Ｓ　ｉ）　ｉ　　（ｋ　−１）などと表わす、そうす
ると（１）式は、 立ｎ（（Ｓｉ）ｆ　　（ｋ）） 一文ｎ　（（Ｓｉ）ｉ　　（ｋ）） ＝−Ｋ　（ｋ）Ｗ　（ｋ）　　　　　・・・（２）ここ
で、　−Ｋ　（ｋ）をＫ（ｋ）と置き直し、ｙ　（ｋ） −文ｎ（（Ｓｉ）ｆ　　（ｋ）） −文ｎ　（（Ｓｉ）ｉ　　（ｋ）） ＋ｅ（ｋ）　　　　　　　　　・・・（３）とおくと、
（２）式は次の（４）式となる。

ｙ（ｋ）＝Ｋ　（ｋ）Ｗ　（ｋ）＋ｅ　（ｋ）・・・（
４） ここに、 ｅ　（ｋ）　　＋　　（Ｓ　ｉ）の分析誤差によって生
ずる交Ｈ（〔５ｉ）ｆ　　（ｋ）） −見ｎ　（（Ｓｉ）ｉ　　（ｋ））の誤差である。

また未知のパラメータＫが種々の要因によって変動する
確率過程を、 Ｋ　（ｋ＋　１）＝Ｋ　（ｋ）＋ｖ　（ｋ）−（５）と
表わす。

（４）（５）式に対するカルマンフィルタは１？　（ｋ
）＝Ｒ（ｋ−１）＋Ｐ　（ｋ）Ｘ　（Ｖ　（ｋ）　−Ｗ
　（ｋ）　Ｒ（ｋ−１）　）・・・（６） Ｐ　（ｋ）＝ｍ　（ｋ）Ｗ　（ｋ） ／　（ｍ　（ｋ）→・σｅ）・・・（７）ｍ　（ｋ）　
＝　（１−Ｐ　（ｋ−１）　Ｗ　（ｋ−１）　）Ｘｍ（
ｋ−１）＋σＹ・・・（８） で榮えられる。

ここに、 σｅ　：　ｅ　（ｋ）の分散 σｖ：ｖ（ｋ）の分散 Ｐ（ｋ）：フィルタの重み係数 ｍ　（ｋ）：　Ｙ　（ｋ−１）が既知である時の未知パ
ラメータＫ（ｋ）の最尤 推定値Ｅ　（Ｋ　（ｋ）　／ｙ　（ｋ −１））とその実現値Ｋ（ｋ） の差の２乗平均値、すなわち誤 差の分散 である。

式（６）〜式（８）で表わされるカルマンフィルタは第
４図のように実現することができる。

次にこのカルマンフィルタを用いて、最適な脱珪剤添加
量を算出する方法を第１図を用いて説明する。

測定装置ｉ！１２２．２３で測定された脱珪前後の珪素
量（Ｓｉ）ｉ（ｋ）および（Ｓｉ）ｆ（ｋ）は電子計算
機１４に入力され（３）式によりｙ（ｋ）に変換される
。

測定装置２４．２５で測定された出銑速度ｖｐ　　（ｔ
）（ｔ／ｍｉ　ｎ）および脱珪剤添加品尤積値ｗ　（ｔ
）（ｋｇ／ｍｉ　ｎ）は１暁珪剤添加Ｆ６ｏの制御周期
でサンプリングされ、電子計算機１４に取り込まれ、（
Ｓｉ）の測定時刻（・・・、に−１゜ｋ、に＋１．・・
・）におけるそれぞれの値Ｖｐ（ｋ）、ｗ　（ｋ）より
、（４）式のＷ（ｋ）を、 Ｗ　（ｋ）＝　　Ｗ　（ｋ）／Ｖｐ　　（ｋ）・・・（
９） より求める。設定器２０により、カルマンフィルタの演
算に心安なｍ（０）、σｅ・σＶを′ｊえておき、新た
なｙおよびＷの値が′電子計算機１４に入る毎に第４図
に示した演算ループを１同郷して現在のＫの最尤推定値
１’ｅ（ｋ）を求める。

Ｒ（ｋ）、（Ｓ　ｉ）ｉ　　（ｋ）、ｖｐ　（ｔ）およ
び設定機２０により設定する脱珪後珪票埴目標値（Ｓｉ
）末から最適な脱珪剤添加；ｗ（ｔ）を（１０）式によ
り算出する。

ｗ　（ｔ）＝　（（Ｖｐ　　（ｔ））／Ｒ（ｋ））ＸＪ
ｌｎ　（（Ｓｉ）ｉ　　（ｋ）／　（Ｓｉ）木）・・・
（１０） こ乙に、 （ｋに相当する時刻）≦ｔ＜（（ｋ＋１）に相当する時
刻） である。

連続した２回の出銑における上記の演算のタイミングを
第５図に例示した。

１回の出銑において、出銑開始から１回目の溶銑のサン
プリングまでに時間がある場合、または分析に時間を要
する場合は、測定値（Ｓｉ）ｉが電子計算機１４に入力
されるまでは（１０）戊によるｗ　（Ｈの算出を行うこ
とができない、そのような場合には測定値（Ｓｉ）ｉの
代りにその推定値（Ｓｉ）ｉｐを用いればよい。これは
例えば自己回帰モデルのような統計的手法を用いた炉熱
モデルを適用することによって求められる。

また、−回の出銑中で、鼓初のｋが算出される時刻以前
のＫの値としては、便宜」二、前回の同一・出銑口にお
ける終了時の値または前回の同一出銑口における出銑中
の平均値を用いれば十分である。

このようにして、出銑中、脱珪剤添加酸の制御周期ごど
に、電子計算ｆｉ１４から脱珪剤添加賃指令値ｗ　（ｔ
）が計装制御装置１７へ送られ、ここで、信号変換され
た後、電気制８装置１８で回転速度指令に変換され、ロ
ータリーバルブの回転速度を制御することにより、脱珪
剤の添加量を制御する。また、脱珪剤添加針の実績値に
ついてはホッパロードセル１９，１９ａの出力より、計
装制御装ｆｆ１１７を経て′電子計算ｆｉ１４に送られ
る。

このようにして、出銑中、実績データに基づいて、脱珪
反応速度定数の最尤推定値を求め、それを用いて最適な
脱珪剤添加量を求めて脱珪剤添加の制御を行うことがで
きる。

〔発明の効果〕

本発明により鋳床脱珪処理における処理後の珪素ｅ度を
目標値に結度よく合致させることができる。

本発明は溶銑の鋳床脱珪にとどまることなく、固体処理
剤を用いるに１１続溶銑予備処理、連続製鋼などにおい
て、反応器の形式の如何にかかわらず広く応用すること
ができる。また鉄鋼業だけでなく、処理剤添加の前後で
成分を測定し、処理後の成分を制御するために最適な処
理剤添加量を求めるような場合に非常に広い適用技術を
もつ技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は溶銑脱珪処
理の実施態様を示すフロー図、第３図は従来法による脱
珪剤添加量制御系の構成図、第４図はカルマン拳フィル
タによる脱珪反応速度定数推定方法のフローチャート、
第５図は２回の出銑における各種の測定および演算のタ
イミングを示すタイムチャートである。 ｌ・・・高炉　　　　　　　２・・・出銑口３・・・溶
銑　　　　　　　４・・・大樋５・・・スラグ排出口　
　　６・・・溶銑樋７・・・溶銑傾注樋　　　　８・・
・混洗車９・・・主脱珪剤（主剤） ９ａ・・・副脱珪剤（副剤） １０、ｌＯａ・・・貯蔵ホッパ １１．ｌｌａ・・・ロータリーバルブ １２・・・装入コンベア　　１３・・・脱珪剤添加口１
４・・・′、［子計算機 １５・・・溶銑車１−１測定用ロードセル１６・・・溶
銑型↑４検出器　１７・・・計装制御装置１８・・・電
気制御装置 ２０・・・各制御定数表示設定器 ２２・・・脱珪前溶銑サンプリング装置２３・・・脱珪
後溶銑サンプリング装置２４・・・出銑速度測定装置 ２５・・・溶銑中珪素針分析装置 Ａ・・・脱珪前症銑中珪素量推定モデル　　　Ｂ・・・
出銑速度算出用演算ロジック Ｃ・・・脱珪量算出用演算ロジック　　。 Ｄ・・・添加量算出用演算ロジック Ｅ・・・パルス設定器 Ｆ・・・主剤、副剤添加量秤量器 Ｇ・・・演算器 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　高炉から出銑される溶銑に脱珪剤を添加して脱珪処
   理後の溶銑珪素量が所定の目標値になるように制御する
   溶銑の脱珪処理方法において、 脱珪処理前後の対応する溶銑を一定間隔で サンプリングして溶銑中珪素量を測定すると共に、出銑
   速度を連続的に測定し、脱珪処理前の溶銑中珪素量の前
   記測定値または推定 値、脱珪処理後の溶銑中珪素量の前記測定 値、出銑速度および脱珪剤添加量の実績値を用いて、脱
   珪反応速度定数の最尤推定値を求め、該最尤推定値、脱
   珪処理前溶銑中珪素 量、脱珪処理後の目標珪素量および出銑速度から脱珪剤
   添加量を定め、該脱珪剤添加量を溶銑に添加することに
   より脱珪処理後の溶銑中珪素量を一定に保つよう制御す
   ることを特徴とする溶銑脱珪制御方法。