KR102133215B1 - 용선 예비 처리 방법 및 용선 예비 처리 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 고정밀도로 추정하는 것. 전로를 사용한 용선 예비 처리에 있어서, 탈인 처리 전의 용선에 관한 용선 데이터, 그리고 탈인 처리 시에 상기 전로로부터 배출된 배출 가스 성분 및 배출 가스 유량을 포함하는 배출 가스 데이터를 취득하는 데이터 취득 스텝과, 상기 배출 가스 데이터에 기초하여 산출되는 탈인 처리 시의 탈탄량을, 상기 탈인 처리 시의 조업 요인에 기초하여 산출되는 보정값을 사용하여 보정하고, 보정된 탈탄량과 상기 용선 데이터에 기초하여 탈인 처리 후의 탄소 농도를 추정하는 탄소 농도 추정 스텝을 포함하는 용선 예비 처리 방법이 제공된다.

Description

용선 예비 처리 방법 및 용선 예비 처리 제어 장치
본 발명은, 전로를 사용한 용선 예비 처리에 있어서, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정하는 용선 예비 처리 방법 및 용선 예비 처리 제어 장치에 관한 것이다.
제강 프로세스에 있어서의 전로 취련에서는, 블로우아웃 시(탈탄 처리 종료 시)의 용강 성분 농도(예를 들어, 탄소 농도 등)나 용강 온도를 목표값에 적중시키기 위해, 스태틱 제어와 서브랜스 측정에 기초한 다이내믹 제어를 조합한 취련 제어가 행해지고 있다. 스태틱 제어에서는, 취련을 개시하기 전에 있어서, 용선 중의 성분 농도 등의 용선 데이터에 기초하여, 물질 수지나 열 수지에 기초한 수식 모델 등을 사용하여, 블로우아웃 시의 용강 성분 농도 및 용강 온도를 목표값에 적중시키기 위해 필요한 취입 산소량이나 각종 부 원료의 투입량을 결정해 두고, 이것에 따라서 취련이 행해진다. 한편, 다이내믹 제어에서는, 취련 중에 있어서, 서브랜스를 사용하여 실제로 용강 성분 농도나 용강 온도를 측정하고, 이들 측정값에 기초하여, 물질 수지나 열 수지에 기초한 수식 모델 등을 사용하여, 스태틱 제어에서 결정해 둔 취입 산소량이나 각종 부 원료의 투입량을 갱신하고, 갱신한 이들 값을 사용하여 취련이 행해진다.
근년, 전로 취련에 있어서 용선 예비 처리와 탈탄 처리를 동일한 전로에 있어서 일관하여 행하는 것이 가능한 MURC(Multi Refining Converter: 다기능 전로법)라고 불리는 기술의 개발이 진행되고 있다. MURC에서는, 취련에 있어서의 용선 예비 처리 중 하나인 탈인 처리와, 취련에 있어서의 탈탄 처리를 연속적으로 행할 수 있다. 이에 의해, 제강 프로세스에 있어서 다른 전로로 용선을 옮김으로써 발생할 수 있는 열손실이 적어진다. 따라서, 대량의 스크랩을 취련에 사용할 수 있으므로, 제강 프로세스에 있어서의 생산 효율을 현저하게 향상시키는 것이 가능해진다.
스크랩이 대량으로 전로에 장입된 경우, 탈인 처리가 종료된 후에 있어서, 용선에 미용해인 채로 존재하는 경우가 있다. 이러한 미용해 스크랩이 존재하는 경우, 전로 내의 용선에 대해 상술한 서브랜스 측정을 행하는 것이 곤란해진다. 이것은, 서브랜스가 미용해 스크랩에 충돌함으로써 서브랜스가 파손되어, 중대한 사고를 야기시킬 가능성이 있기 때문이다. 그 때문에, 탈인 종료 후에 탈탄 처리를 개시하는 경우에 있어서, 탈탄 처리 개시 시의 용선 중의 탄소 농도를, 서브랜스를 사용하여 측정하는 것은 곤란하다. 따라서, 탈인 처리와 탈탄 처리를 동일한 전로에 의해 연속적으로 행하는 경우, 탈탄 처리 개시 시가 아닌, 탈인 처리 개시 시의 용선 중의 탄소 농도의 실적값에 기초하여, 스태틱 제어에 의해 취입 산소량이나 각종 부 원료의 투입량을 결정할 것이 요구된다.
그러나, 탈인 처리의 진행 상황에 따라서는, 용선 중의 탄소 농도가, 당초의 상정보다 크게 감소하거나, 또는 그다지 감소하지 않는 경우가 존재한다. 이 경우, 탈탄 처리 후의 용강 중의 탄소 농도가, 목표의 탄소 농도로부터 크게 괴리될 가능성이 있다. 따라서, 목표의 탄소 농도를 갖는 용강을 확실하게 얻기 위해서는, 탈인 처리 전이 아닌, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도에 기초하여 스태틱 제어를 행할 필요가 있다. 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 직접적으로 측정하는 것은 곤란하기 때문에, 탈인 처리 후에 있어서의 용선 중의 탄소 농도를 이론적으로 추정하기 위한 기술이 요구된다.
전로 취련에 있어서의 탄소 농도를 추정하기 위한 기술로서, 다양한 기술이 지금까지 개발되고 있다. 예를 들어, 하기 특허문헌 1에는, 탈탄 처리에 있어서 전로로부터 배출되는 배출 가스 데이터를 사용하여 탈탄 산소 효율에 관한 파라미터를 산출하고, 당해 파라미터를 사용하여 탈탄 처리가 행해지고 있는 용강 중의 탄소 농도를 추정하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는, 탈탄 처리에 있어서, 취입된 산소와 용강 중의 탄소가 거의 일대일의 비율(여기서, 일대일의 비율이라 함은, 몰비에 있어서의 일대일이라는 의미임)로 반응하는 탈탄 최성기의 단계에 있어서 탈탄 산소 효율이 일정해지는 거동과, 용강 중의 탄소 농도가 임계값을 하회한 단계에 있어서 탈탄 산소 효율이 저하되는 거동을 조합한 모델이 사용되고 있다. 이에 의해, 탈탄 처리의 추이를 반영한 탄소 농도의 추정이 가능해지므로, 용강 중의 탄소 농도 및 용강 온도의 추정 정밀도가 향상된다.
일본 특허 공개 제2012-117090호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 기술에 의해 추정되는 용강 중의 탄소 농도는, 어디까지나 탈탄 처리에 있어서의 용선 중의 탄소 농도를 추정하는 것이다. 탈인 처리에 있어서는, 탈탄 처리와는 전로 내에 취입되는 산소 유량이 상이하다. 구체적으로는, 탈탄 처리에 있어서는, 용강의 탈탄을 위해 산소가 상취 랜스로부터 고속으로 취입되지만, 탈인 처리에 있어서는, 탈인을 촉진시키기 위한 산화철 슬래그를 효율적으로 생성하기 위해, 산소가 저속으로 취입된다. 전로 내에 취입되는 산소 유량이 상이하면, 전로 내에서 발생하는 산화 반응의 메커니즘도 상이하다. 따라서, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 탄소 농도의 추정에 관한 기술을 그대로 탈인 처리에 있어서의 용선 중의 탄소 농도의 추정에 적용시켜도, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 고정밀도로 추정하는 것은 곤란하다.
그래서, 본 발명은, 상기 문제에 비추어 이루어진 것이며, 본 발명의 목적으로 하는 점은, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 고정밀도로 추정하는 것이 가능한, 신규이며 또한 개량된 용선 예비 처리 방법 및 용선 예비 처리 제어 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 관점에 의하면, 전로를 사용한 용선 예비 처리에 있어서, 탈인 처리 전의 용선에 관한 용선 데이터, 그리고 탈인 처리 시에 상기 전로로부터 배출된 배출 가스 성분 및 배출 가스 유량을 포함하는 배출 가스 데이터를 취득하는 데이터 취득 스텝과, 상기 배출 가스 데이터에 기초하여 산출되는 탈인 처리 시의 탈탄량을, 상기 탈인 처리 시의 조업 요인에 기초하여 산출되는 보정값을 사용하여 보정하고, 보정된 탈탄량과 상기 용선 데이터에 기초하여 탈인 처리 후의 탄소 농도를 추정하는 탄소 농도 추정 스텝을 포함하는 용선 예비 처리 방법이 제공된다.
상기 탄소 농도 추정 스텝에 있어서, 상기 보정값은, 상기 조업 요인을 설명 변수로 하는 회귀식에 의해 산출되어도 된다.
상기 탈인 처리 시의 조업 요인은, 상기 탈인 처리 시에 있어서의 슬래그의 재화 상황을 나타내는 조업 요인을 포함해도 된다.
상기 슬래그의 재화 상황을 나타내는 조업 요인은, 상기 전로 내의 음향 정보에 관한 조업 요인을 포함해도 된다.
상기 데이터 취득 스텝에 있어서, 상기 탈인 처리 후의 목표 탄소 농도 및 상기 탈인 처리 후에 행해지는 탈탄 처리에 있어서의 상기 전로 내로의 취입 산소량을 더 취득하고, 상기 용선 예비 처리 방법은, 추정된 상기 탈인 처리 후의 탄소 농도 및 상기 탈인 처리 후의 상기 목표 탄소 농도의 비교 결과에 기초하여, 상기 취입 산소량을 수정하는 산소량 수정 스텝을 더 포함해도 된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 전로를 사용한 용선 예비 처리를 제어하는 용선 예비 처리 제어 장치에 있어서, 탈인 처리 전의 용선에 관한 용선 데이터, 그리고 탈인 처리 시에 상기 전로로부터 배출된 배출 가스 성분 및 배출 가스 유량을 포함하는 배출 가스 데이터를 취득하는 데이터 취득부와, 상기 배출 가스 데이터에 기초하여 산출되는 탈인 처리 시의 탈탄량을, 상기 탈인 처리 시의 조업 요인에 기초하여 산출되는 보정값을 사용하여 보정하고, 보정된 탈탄량과 상기 용선 데이터에 기초하여 탈인 처리 후의 탄소 농도를 추정하는 탄소 농도 추정부를 구비하는, 용선 예비 처리 제어 장치가 제공된다.
상기 용선 예비 처리 방법은, 배출 가스 데이터를 사용하여 얻어지는 탈탄량을 탈인 처리 시의 조업 요인을 설명 변수로 하는 회귀식에 의해 표현되는 보정값에 의해 보정한 보정 탈탄량을 사용하여, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정한다. 이에 의해, 탈인 처리 후에 서브랜스 측정을 행하지 않아도 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 고정밀도로 추정할 수 있다. 따라서, 탈탄 처리 후에 목표값의 탄소 농도를 갖는 용강을 더 확실하게 얻는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 고정밀도로 추정하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 시스템의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 동 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 시스템에 의한 용선 예비 처리 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 3은 비교예에 있어서의 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas의 추정 오차를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 1에 있어서의 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas + 보정항 ΔCcorrect의 추정 오차를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 2에 있어서의 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas + 보정항 ΔCcorrect의 추정 오차를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1에 있어서의 탄소 농도 CdeP의 추정 오차를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 2에 있어서의 탄소 농도 CdeP의 추정 오차를 나타내는 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
또한, 탈탄 처리 시의 전로 내에는, 그 탄소 농도에 따라서 선철 또는 강이 존재할 수 있지만, 이하의 설명에서는, 설명이 번잡해지는 것을 피하기 위해, 전로 내의 용선 또는 용강을, 편의적으로 모두 용강으로 호칭하기로 한다. 또한, 탈인 처리 시에 대해서는 용선이라고 하는 단어를 사용한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「탈인 처리 후」는, 특별히 구별하지 않는 한 「탈인 처리가 종료된 시점(탈인 처리 종료 시)」의 의미로 사용된다. 즉, 「탈인 처리 후」에는, 탈탄 처리 개시 이후의 시점은 포함되지 않는다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법은, MURC에 의한 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정하는 것을 상정하고 있지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법은, SRP(Simple Refining Process: 심플 리파이닝 프로세스) 등의 다른 전로 취련 방식을 사용한 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법은, 용선 예비 처리(특히 탈인 처리)에 사용되는 전로 취련 방식에 관계없이, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정하는 것이 가능하다.
<1. 시스템의 구성>
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 시스템(1)의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 시스템(1)은, 전로 취련 설비(10), 용선 예비 처리 제어 장치(20) 및 계측 제어 장치(30)를 구비한다.
(전로 취련 설비)
전로 취련 설비(10)는, 전로(11), 연도(12), 상취 랜스(13), 배출 가스 성분 분석계(101) 및 배출 가스 유량계(102)를 구비한다. 또한, 전로 취련 설비(10)는, 사운드미터(111) 및 집음 마이크로폰(112)을 더 구비할 수 있다. 전로 취련 설비(10)는, 예를 들어 계측 제어 장치(30)로부터 출력된 제어 신호에 기초하여, 상취 랜스(13)에 의한 용선에의 산소의 공급의 개시 및 정지, 냉재의 투입, 그리고 전로(11)에 의한 용선 및 슬래그의 배재에 관한 처리를 행한다. 또한, 도시는 생략하지만, 전로 취련 설비(10)에는, 용선의 성분 농도 및 용선 온도를 측정하기 위한 서브랜스, 상취 랜스(13)에 대해 산소를 공급하기 위한 송산 장치, 전로(11)에 대해 냉재를 투입하기 위한 구동계를 갖는 냉재 투입 장치, 그리고 전로(11)에 대해 부 원료를 투입하기 위한 구동계를 갖는 부 원료 투입 장치 등, 일반적인 전로에 의한 취련에 사용되는 각종 장치가 설치될 수 있다.
전로(11)의 노구로부터는 취련에 사용되는 상취 랜스(13)가 삽입되어 있고, 송산 장치로부터 보내진 산소(14)가 상취 랜스(13)를 통해 노내의 용선에 공급된다. 또한, 용선의 교반을 위해, 질소 가스나 아르곤 가스 등의 불활성 가스 등이 저취 가스(15)로서 전로(11)의 저부로부터 도입될 수 있다. 전로(11) 내에는, 용광로로부터 출선된 용선, 소량의 철 스크랩, 용선 온도를 조정하기 위한 냉재, 및 생석회 등의 슬래그 형성을 위한 부 원료가 장입/투입된다. 또한, 부 원료가 분체인 경우는, 상취 랜스(13)를 통해 산소(14)와 함께 전로(11) 내에 공급되어도 된다.
탈인 처리에 있어서, 하기 식(1)로 표현된 바와 같이, 용선에 포함되는 인이 전로 내의 슬래그에 포함되는 산화철 및 산화칼슘 함유 물질을 포함하는 부 원료와 화학 반응함으로써(탈인 반응) 인이 슬래그에 도입된다. 즉, 취련에 의해 슬래그의 산화철의 농도를 증가시킴으로써, 탈인 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한, 하기 식(1)에 있어서, 「[물질 X]」는 용선 중의 물질 X를 나타내고, 「(물질 Y)」는 슬래그 중의 물질 Y를 나타낸다.
Figure 112018037871751-pct00001
또한, 용선 중의 탄소는 상취 랜스(13)로부터 공급된 산소와 산화 반응한다(탈탄 반응). 이에 의해, CO 또는 CO2의 배출 가스가 생성된다. 이들 배출 가스는, 전로(11)로부터 연도(12)로 배출된다.
이와 같이, 전로 취련에서는, 취입된 산소와, 용선 중의 탄소, 인 또는 규소 등이 반응하여 산화물이 발생한다. 여기서 발생한 산화물은, 배출 가스로서 배출되거나 또는 슬래그로서 안정화된다. 취련에 있어서의 산화 반응에 의해 탄소가 제거됨과 함께, 인 등이 슬래그에 도입되어 제거됨으로써, 저탄소이며 불순물이 적은 강이 생성된다.
또한, 전로(11)의 노구로부터는, 상취 랜스(13) 외에도, 도시하지 않은 서브랜스도 노내에 삽입될 수 있다. 서브랜스의 선단이 소정의 타이밍에 용강(또는 용선)에 침지됨으로써, 탄소 농도를 포함하는 용강 중의 성분 농도 및 용강 온도 등이 측정된다. 이 서브랜스에 의한 성분 농도 및/또는 용강 온도 등의 측정을, 서브랜스 측정이라고 칭한다. 서브랜스 측정의 결과는, 계측 제어 장치(30)를 통해 용선 예비 처리 제어 장치(20)로 송신된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 탈인 처리에 있어서는 전로(11) 내에 미용해 스크랩이 존재할 수 있기 때문에 서브랜스 측정은 행해지지 않지만, 탈탄 처리 중의 소정의 타이밍에 서브랜스 측정이 실시될 수 있다.
취련에 의해 발생한 배출 가스는, 전로(11) 외부에 설치되는 연도(12)로 흐른다. 연도(12)에는, 배출 가스 성분 분석계(101) 및 배출 가스 유량계(102)가 설치된다. 배출 가스 성분 분석계(101)는, 배출 가스에 포함되는 성분을 분석한다. 배출 가스 성분 분석계(101)는, 예를 들어 배출 가스에 포함되는 CO 및 CO2의 농도를 분석한다. 배출 가스 유량계(102)는, 배출 가스의 유량을 측정한다. 배출 가스 성분 분석계(101) 및 배출 가스 유량계(102)는, 소정의 샘플링 주기(예를 들어, 5∼10(sec) 주기)로, 순차로 배출 가스의 분석 및 측정을 행한다. 배출 가스 성분 분석계(101)에 의해 분석된 배출 가스 성분에 관한 데이터 및 배출 가스 유량계(102)에 의해 측정된 배출 가스 유량에 관한 데이터(이하, 이들 데이터를 「배출 가스 데이터」라고 호칭함)는, 계측 제어 장치(30)를 통해 용선 예비 처리 제어 장치(20)에, 시계열 데이터로서 출력된다. 이 배출 가스 데이터는, 차례로 용선 예비 처리 제어 장치(20)에 출력되어도 되고, 또는 탈인 처리가 종료되었을 때에 일괄하여 용선 예비 처리 제어 장치(20)에 출력되어도 된다.
또한, 전로 취련 설비(10)는, 사운드미터(111) 및 집음 마이크로폰(112)을 구비할 수 있다. 집음 마이크로폰(112)은, 전로(11) 내로부터 발생하는 소리를 취득하고, 당해 소리에 관한 신호를 사운드미터(111)에 출력한다. 사운드미터(111)는, 취득한 신호에 대해 신호 처리를 행하고, 처리 결과를 음향 정보로서 생성한다. 여기서 생성되는 음향 정보는, 계측 제어 장치(30)를 통해 용선 예비 처리 제어 장치(20)에 출력된다. 이 음향 정보는, 탈인 처리 시에 있어서의 전로(11) 내의 슬래그의 재화 상황을 반영하는 정보이며, 탈인 처리 시에 있어서의 조업 요인의 파라미터로서 사용될 수 있다. 또한, 탈인 처리 시에 있어서의 조업 요인에 대해서는, 상세하게는 후술한다.
또한, 전로 취련 설비(10)에는, 사운드미터(111) 및 집음 마이크로폰(112) 외에도 탈인 처리 시에 있어서의 전로(11) 내의 슬래그의 재화 상황을 나타내는 조업 요인의 파라미터를 취득하기 위한 장치가 설치되어도 된다. 예를 들어, 전로(11) 내에 마이크로파를 조사하여 전로(11)의 슬래그 레벨을 계측함으로써, 슬래그의 재화 상황을 파악할 수 있다. 당해 슬래그 레벨을 조업 요인의 파라미터로서 취득하는 경우, 전로 취련 설비(10)에 있어서, 예를 들어 전로(11) 내에 마이크로파를 조사하기 위한 마이크로파 조사 장치, 탕면에 반사한 마이크로파를 수신하기 위한 안테나 및 당해 안테나에 의해 수신된 마이크로파에 기초하여 슬래그 레벨을 해석하는 슬래그 레벨 측정 장치가 설치되어도 된다.
(용선 예비 처리 제어 장치)
용선 예비 처리 제어 장치(20)는, 데이터 취득부(201), 탄소 농도 추정부(202), 수정량 산출부(203), 용선 예비 처리 데이터베이스(21) 및 입출력부(22)를 구비한다. 용선 예비 처리 제어 장치(20)는, CPU(Central Processing Unit), ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 스토리지 및 통신 장치 등의 하드웨어 구성을 구비하고, 이들 하드웨어 구성에 의해, 데이터 취득부(201), 탄소 농도 추정부(202), 수정량 산출부(203) 및 용선 예비 처리 데이터베이스(21)의 각 기능이 실현된다. 또한, 입출력부(22)는, 키보드, 마우스 또는 터치 패널 등의 입력 장치, 디스플레이, 또는 프린터 등의 출력 장치 및 통신 장치에 의해 실현된다.
또한, 도 1에 있어서는, 용선 예비 처리 제어 장치(20)가 갖는 기능 중, 본 발명에 있어서 특징적인 기능만을 주로 도시하고 있다. 용선 예비 처리 제어 장치(20)는, 도시하는 기능 이외에도, 용선 예비 처리에 관한 제어를 행할 때에 필요해지는 일반적인 기능을 갖는다.
예를 들어, 용선 예비 처리 제어 장치(20)는, 전로(11)에의 산소의 취입, 그리고 냉재 및 부 원료의 투입 등의 용선 예비 처리에 관한 프로세스 전체를 제어하는 기능을 갖는다. 또한, 예를 들어 용선 예비 처리 제어 장치(20)는, 일반적인 스태틱 제어에 있어서 행해지고 있는, 취련 개시 전에 소정의 수식 모델 등을 사용하여 전로(11)에의 취입 산소량, 냉재의 투입량(이후, 냉재량이라고 호칭함) 및 부 원료의 투입량 등을 결정하는 기능 등을 갖는다. 또한, 예를 들어 용선 예비 처리 제어 장치(20)는, 일반적인 다이내믹 제어에 있어서 행해지고 있는 서브랜스 측정에 대해, 그 측정 대상이나 측정 타이밍 등을 제어하는 기능을 갖는다.
도시하지 않은 각 기능에 있어서의 구체적인 처리(예를 들어, 상술한 냉재 및 부 원료 투입의 제어 방법, 스태틱 제어에 있어서 취련 개시 전에 취입 산소량이나 각종 냉재 및 부 원료의 투입량 등을 결정하는 방법, 그리고 서브랜스 측정의 제어 방법)로서는, 각종 공지의 방법이 적용될 수 있으므로, 여기서는 상세한 설명은 생략한다.
용선 예비 처리 제어 장치(20)는, 용선 예비 처리 데이터베이스(21)에 저장되어 있는 각종 데이터 및 배출 가스 데이터를 입력값으로 하여, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정한다. 그리고, 용선 예비 처리 제어 장치(20)는, 추정한 용선 중의 탄소 농도에 기초하여, 탈인 처리 전에 스태틱 제어에 의해 결정한 취입 산소량 및 냉재량의 지시값을 수정한다. 용선 예비 처리 제어 장치(20)는 또한, 추정한 용선 중의 탄소 농도, 그리고 수정한 취입 산소량 및 냉재량의 지시값을 입출력부(22)에 출력한다. 또한, 입출력부(22)에 출력된 각 지시값은, 전로 취련 설비(10)의 동작을 제어하는 계측 제어 장치(30)에 출력된다. 계측 제어 장치(30)는, 용선 예비 처리 제어 장치(20)로부터 취득한 각 지시값에 따른 전로(11) 내로의 송산 및 냉재 투입에 관한 제어를 행한다.
용선 예비 처리 제어 장치(20)의 각 기능부가 갖는 구체적인 기능에 대해서는 후술한다.
용선 예비 처리 데이터베이스(21)는, 용선 예비 처리 제어 장치(20)에 있어서 사용되는 각종 데이터를 저장하는 데이터베이스이며, 스토리지 등의 기억 장치에 의해 실현된다. 용선 예비 처리 데이터베이스(21)는, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 용선 데이터(211), 파라미터(212) 및 목표 데이터(213) 등을 저장한다. 이들 데이터는, 도시하지 않은 입력 장치나 통신 장치를 통해 추가, 갱신, 변경 또는 삭제되어도 된다. 용선 예비 처리 데이터베이스(21)에 기억되어 있는 각종 데이터는, 데이터 취득부(201)에 의해 호출된다. 또한, 용선 예비 처리 데이터베이스(21)는, 탄소 농도 추정부(202)에 의한 추정 결과(예를 들어, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도), 또는 수정량 산출부(203)에 의한 수정 결과(예를 들어, 취입 산소량의 수정 후의 지시값)를 저장해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 데이터베이스(21)를 갖는 기억 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이 용선 예비 처리 제어 장치(20)와 일체로 되어 구성되어 있지만, 다른 실시 형태에 있어서는, 용선 예비 처리 데이터베이스(21)를 갖는 기억 장치는, 용선 예비 처리 제어 장치(20)와는 분리된 구성이어도 된다.
용선 데이터(211)는, 전로(11) 내의 용선에 관한 각종 데이터이다. 예를 들어, 용선 데이터(211)에는, 용선에 대한 정보(차지마다의 초기의 용선 중량, 용선 성분(탄소, 인, 규소, 철, 망간 등)의 농도, 용선 온도, 용선율 등)가 포함된다. 용선 데이터(211)에는, 그 밖에도, 일반적으로 용선 예비 처리 및 탈탄 처리에 있어서 필요해지는 각종 정보(예를 들어, 부 원료 및 냉재의 투입에 대한 정보(부 원료 및 냉재량에 관한 정보), 서브랜스 측정에 대한 정보(측정 대상이나 측정 타이밍 등에 대한 정보), 취입 산소량에 관한 정보 등)가 포함될 수 있다. 파라미터(212)는, 탄소 농도 추정부(202) 및 수정량 산출부(203)에 의해 사용되는 각종 파라미터이다. 예를 들어, 파라미터(212)에는, 조업 요인을 설명 변수로 하는 회귀식에 있어서의 파라미터 및 수정량을 산출하기 위한 파라미터가 포함된다. 목표 데이터(213)에는, 탈인 처리 후, 탈탄 처리 후, 및 서브랜스 측정 시 등에 있어서의 용선 중(용강 중)의 목표 성분 농도 및 목표 온도 등의 데이터가 포함된다.
입출력부(22)는, 예를 들어 탄소 농도 추정부(202)에 의한 탄소 농도의 추정 결과, 또는 수정량 산출부(203)에 의한 취입 산소량의 수정값 등의 수정 결과를 취득하여, 각종 출력 장치에 출력하는 기능을 갖는다. 예를 들어, 입출력부(22)는, 수정량 산출부(203)로부터 취득한 취입 산소량의 수정 후의 지시값을 전로 취련 설비(10)에 출력해도 된다. 이에 의해, 취입 산소량의 수정 후의 지시값을 반영한 취련이 실행된다. 또한, 입출력부(22)는, 추정된 용선 중의 탄소 농도, 또는 취입 산소량의 수정 후의 지시값을 오퍼레이터에게 표시시켜도 된다. 이 경우, 또한 입출력부(22)는, 표시된 정보를 열람한 오퍼레이터의 조작에 의해 입력되는 송산 또는 냉재 투입 등의 지시에 관한 정보를 전로 취련 설비(10)에 출력해도 된다. 또한, 입출력부(22)는, 용선 예비 처리 데이터베이스(21)에 기억된 추정 결과 등을 출력해도 된다.
(계측 제어 장치)
계측 제어 장치(30)는, CPU, ROM, RAM, 스토리지 및 통신 장치 등의 하드웨어 구성을 구비한다. 계측 제어 장치(30)는, 전로 취련 설비(10)가 구비하는 각 장치와 통신하고, 전로 취련 설비(10)의 전체의 동작을 제어하는 기능을 갖는다. 예를 들어, 계측 제어 장치(30)는, 용선 예비 처리 제어 장치(20)로부터의 지시에 따라서, 전로(11)로의 냉재 및 부 원료의 투입 등을 제어한다. 또한, 계측 제어 장치(30)는, 배출 가스 성분 분석계(101) 및 배출 가스 유량계(102) 등의 전로 취련 설비(10)의 각 장치로부터 얻어진 데이터를 취득하여, 용선 예비 처리 제어 장치(20)로 송신한다.
<2. 용선 예비 처리 제어 장치에 의한 처리>
이하, 도 1에 나타낸 용선 예비 처리 제어 장치(20)의 각 기능에 대해 차례로 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 특별히 설명이 없는 한, 각 성분의 농도의 단위인 (질량％)는, (％)로 기재한다.
(데이터 취득부)
데이터 취득부(201)는, 용선 예비 처리 데이터베이스(21)에 기억되어 있는 용선 데이터(211), 파라미터(212) 및 목표 데이터(213), 그리고 배출 가스 성분 분석계(101) 및 배출 가스 유량계(102)로부터 출력되는 배출 가스 데이터를 취득한다. 데이터 취득부(201)는, 배출 가스 성분 분석계(101) 및 배출 가스 유량계(102)가 순차 계측하는 데이터에 대해, 탈인 처리 중에 순차 취득해도 되고, 탈인 처리 후에 일괄하여 취득해도 된다. 데이터 취득부(201)는, 취득한 데이터를 탄소 농도 추정부(202)에 출력한다.
(탄소 농도 추정부)
탄소 농도 추정부(202)는, 데이터 취득부(201)에 의해 취득된 각종 데이터에 기초하여, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정한다. 이하, 탄소 농도 추정부(202)에 의한 탄소 농도의 추정 방법에 대해 설명한다.
탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도는, 탈인 처리의 전후에 있어서의 용선 중의 탄소에 관한 물질 수지에 의해 추정 가능하다. 즉, 탈인 처리 전후에 있어서의 용선에 포함되는 탄소의 질량의 차가, 탈인 처리에 의해 발생한 배출 가스에 포함되는 탄소의 질량과 일치한다고(즉, 물질 수지가 균형을 이룬다고) 생각된다. 본 발명자들은, 이러한 탄소에 관한 물질 수지 모델을 사용하여, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정하는 것을 검토하였다.
먼저, 탈인 처리에 의해 발생한 배출 가스에 포함되는 탄소의 질량(탈탄량)을 배출 가스 데이터에 기초하여 산출한다. 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas(ton)는 하기 식(2)와 같이 표현된다.
Figure 112018037871751-pct00002
여기서, 배출 가스 데이터로부터 구해지는 단위 시간당 탈탄량 wc[i](g/sec)는, 하기 식(3)에 의해 산출된다.
Figure 112018037871751-pct00003
여기서, CO[i+N](％)는 배출 가스 중의 CO 농도, CO2[i+N](％)는 배출 가스 중의 CO2 농도, Voffgas[i](Nm3/hr(NTP))는 총 배출 가스 유량이다. CO[i](％) 및 CO2[i](％)는, 배출 가스 성분 분석계(101)에 의해 취득될 수 있다. 또한, Voffgas[i](Nm3/hr(NTP))는, 배출 가스 유량계(102)에 의해 취득될 수 있다. 또한, 각 괄호 [] 내의 i는, 배출 가스 성분 분석계(101) 및 배출 가스 유량계(102)에 의한 샘플링 주기를 나타내고 있다. 또한, 각 괄호 [] 내의 N은, 배출 가스 성분 분석계(101)에 의한 분석 지연(배출 가스가 배출 가스 성분 분석계(101)의 설치 위치에 이를 때까지의 시간적인 지연)에 대응한다. 분석 지연 N의 구체적인 값은, 연도(12)에 있어서의 배출 가스 성분 분석계(101)의 설치 위치 등에 따라서 적절하게 결정되어도 된다. 또한, 「NTP」는 Normal Temperature Pressure를 의미한다. Voffgas[i]에 1000을 곱한 값을 3600으로 나눈 것은, 단위를 (L/sec)로 변환하기 위해서이다. 또한, 22.4(L/mol)로 나눈 것은, 몰수로 환산하기 위해서이다. 또한, 12는 탄소의 원자량이다.
한편, 탈인 처리 전후에 있어서의 용선 중의 탄소 농도의 성분 측정 실적에 기초한 탈탄량(이후, 성분 변화에 기초하는 탈탄량) ΔCc(ton)는, 하기 식(4)와 같이 표시된다.
Figure 112018037871751-pct00004
여기서, CHM(％)은 탈인 처리 전의 용선 중의 탄소 농도, WHM(ton)은 탈인 처리 전의 용선의 중량, CSC(％)는 탈인 처리 전에 전로(11) 내에 장입된 스크랩 중의 탄소 농도, WSC(ton)는 탈인 처리 전에 전로(11) 내에 장입된 스크랩의 중량, CCM(％)은 탈인 처리 전의 냉선 중의 탄소 농도, WCM(ton)은 탈인 처리 전의 냉선의 중량, Csub,j(％)는 탈인 처리 전에 전로(11) 내에 투입된 부 원료(j) 중의 탄소 농도, Wsub,j(ton)는 탈인 처리 전에 전로(11) 내에 투입된 부 원료(j)의 중량이다. 이들의 실적량은, 용선 데이터(211)에 포함된다.
또한, CdeP(％)는, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도이다.
탈인 처리 전후에 있어서의 탄소에 관한 물질 수지가 균형을 이루는 경우, 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas와 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCC는 동등해질 수 있다. 즉, 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas와 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCC의 관계는, 하기 식(5)와 같이 표시된다.
Figure 112018037871751-pct00005
이상으로부터, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP는, 상기 식(5)에 상기 식(2)∼(4)를 적용시킴으로써, 하기 식(6)과 같이 표현된다. 이에 의해, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP는 이론상 산출하는 것은 가능하다.
Figure 112018037871751-pct00006
그러나, 상기 식(6)에 의해 얻어지는 배출 가스 데이터에 기초하는 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP가, 실제로 탈인 처리 후에 샘플링한 용선으로부터 얻어진 탄소 농도의 실적값 CdeP,a로부터 크게 괴리되어 있는 것을, 본 발명자들은 알아냈다. 이것은, 상기 식(2) 및 식(3)에 있어서 산출되는 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas에 오차가 많이 포함되기 때문이다.
상기한 바와 같은 오차는, 주로, 배출 가스 유량계(102)에 의해 측정 오차에 기인한다고 생각된다. 배출 가스 유량계(102)의 배관에 배출 가스가 유통할 때, 전로(11)로부터 발생한 그을음 등의 더스트가 배관에 진입하는 경우가 있다. 이러한 더스트가 배관 내(예를 들어, 오리피스 등)에 부착됨으로써, 배관 내에 있어서의 배출 가스의 통과가 불안정한 상태로 되어, 배출 가스 유량계(102)에 의한 측정 오차가 커진다. 배출 가스 유량계(102)의 배관의 내부의 상태는 각일각 변화되기 때문에, 배출 가스 유량계(102)에 의해 발생하는 측정 오차 자체를 억제하는 것은 곤란하다.
그래서, 본 발명자들이 예의 연구한 결과, 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas를 보정하기 위한 보정값인 보정항 ΔCcorrect(ton)를 상기 식(5)에 넣음으로써, 상기 식(6)에 의해 얻어지는 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도를 개선하는 것에 상도하였다. 상기 식(5)는, 보정항 ΔCcorrect의 추가에 의해, 하기 식(7)과 같이 표시된다.
Figure 112018037871751-pct00007
이 보정항 ΔCcorrect의 추정 모델은, 다양한 통계적 방법에 의해 구축된다. 예를 들어, 본 실시 형태에 관한 보정항 ΔCcorrect는, 주지의 다중 회귀 분석 방법에 의해 얻어지는, 다양한 조업 요인 X를 설명 변수로 하는 회귀식에 의해 산출되는 목적 변수이다. 구체적으로는, 보정항 ΔCcorrect는, 하기 식(8)과 같이 표시된다.
Figure 112018037871751-pct00008
여기서, αk는 k번째의 조업 요인 Xk에 대응하는 회귀 계수이고, α0은 상수이다. 또한, 조업 요인 X의 구체예로서는, 하기 표 1과 같은 것을 들 수 있다. 단, 하기 표 1에 나타내는 조업 요인은 어디까지나 일례이며, 보정항 ΔCcorrect의 추정에 있어서는, 모든 조업 요인 X가 고려되어도 된다. 또한, 보정항 ΔCcorrect의 추정에는, 하기 표 1에 포함되는 조업 요인의 전부 또는 일부가 사용되어도 된다.
Figure 112018037871751-pct00009
상기한 조업 요인 Xj를 설명 변수로 하는 보정항 ΔCcorrect를 물질 수지 모델에 포함시킴으로써, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도가 개선되는 것을, 본 발명자들은 알아냈다.
또한, 본 발명자들이 예의 연구한 결과, 일반적으로 고려되는 탈인 처리 시의 조업 요인(용선량, 용선율, 용선 온도, 용선 성분, 취입 산소량, 부 원료 투입량 등, 표 1의 No.1∼No.N-2에 상당) 외에도, 탈인 처리 시에 있어서의 전로(11) 내의 슬래그의 재화 상황을 반영하는 조업 요인을 보정항 ΔCcorrect에 반영시킴으로써, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도가 더욱 개선되는 것을, 본 발명자들은 알아냈다.
슬래그의 재화 상황을 반영하는 조업 요인이 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도를 더욱 개선시킬 수 있는 것은, 슬래그의 재화 상황이 탈인 처리 시에 있어서의 전로(11) 내에 있어서의 탈탄 산소 효율을 반영하고 있기 때문이라고 생각된다. 탈탄 산소 효율은, 전로(11) 내에 취입되는 산소와, 용선 중의 탄소의 반응의 효율을 나타내는 지표이다. 취입된 산소가 탕면에 노출된 용선에 접촉하면, 탈탄 반응이 발생한다. 그러나, 탈인 처리에 있어서는, 인이 슬래그에 도입되는 것이 우선적으로 행해진다. 그 때문에, 용선의 표면에는 슬래그가 다량으로 존재하게 된다. 여기서, 슬래그의 재화 상황에 따라서는, 취입된 산소가 용선에 접촉하기 어려워지기 때문에, 탈탄 반응이 발생하기 어려워지는 경우나, 혹은 가령 취입된 산소가 용선에 접촉하기 어려워져도 슬래그 중의 산화철이 탈탄 반응의 산소 공급원이 되어 탈탄 반응이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 슬래그의 재화 상황에 따라 탈탄 반응이 억제될지 촉진될지 단순히 예측하는 것은 곤란하다. 그러나 슬래그의 재화 상황이 탈탄 반응에 무언가의 영향을 미칠 가능성이 있다고 하는 것이 추정된다. 즉, 전로(11) 내의 슬래그의 재화 상황이, 탈탄 반응의 발생 용이성, 즉 탈탄 산소 효율에 영향을 미치고 있다고 생각된다. 따라서, 슬래그의 재화 상황을 반영하는 조업 요인을 보정항 ΔCcorrect에 반영시킴으로써, 탈인 처리 중의 전로(11)의 탈탄 산소 효율의 변동에 의한 영향을 가미하여 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP를 추정할 수 있다. 이에 의해, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도가 개선되는 것에 본 발명자들은 상도하였다.
탈인 처리 중의 슬래그의 재화 상황을 반영하는 조업 요인에는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 사운드미터값(db) 및 마이크로파에 의한 슬래그 높이의 계측값(m) 등이 포함된다.
사운드미터값은, 사운드미터(111)에 의해 출력되는 값이다. 사운드미터(111)는, 전로(11) 내의 소리를 집음 마이크로폰(112)을 통해 음향 신호로서 취득하고, 사운드미터값으로서 출력한다. 전로(11) 내에 있어서의 슬래그의 재화 상황에 따라 사운드미터값이 변동된다. 이 사운드미터값을 조업 요인으로서 사용함으로써, 슬래그의 재화 상황을 보정항 ΔCcorrect에 반영시킬 수 있다.
또한, 슬래그 레벨은, 도시하지 않은 슬래그 레벨 측정 장치로부터 출력되는 값이다. 슬래그 레벨 측정 장치는, 예를 들어 전로(11) 내에 조사된 마이크로파를 안테나를 통해 취득하고, 당해 마이크로파로부터 슬래그 레벨을 해석한다. 전로(11) 내에 있어서의 슬래그의 재화 상황에 따라, 이 슬래그 레벨이 변동된다. 사운드미터값과 마찬가지로, 슬래그 레벨을 조업 요인으로서 사용함으로써, 슬래그의 재화 상황을 보정항 ΔCcorrect에 반영시킬 수 있다.
또한, 다른 물리적인 측정 방법에 의해 슬래그의 재화 상황을 파악하는 것이 가능하면, 이들 측정 방법에 의해 얻어지는 측정 결과를 조업 요인으로서 사용해도 된다. 본 발명자들이 예의 연구한 결과, 사운드미터값을 슬래그의 재화 상황을 반영하는 조업 요인으로서 사용하는 것이 바람직한 것을 알아냈다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 보정항 ΔCcorrect의 추정 모델은, 다중 회귀 분석에 의해 구축되었지만, 당해 추정 모델은 다른 통계적 방법에 의해 구축되어도 된다. 다른 통계적 방법이라 함은, 예를 들어 뉴럴 네트워크 또는 랜덤 포레스트 등의 기계 학습의 알고리즘을 사용한 통계적 방법 등이어도 된다.
이상, 보정항 ΔCcorrect의 추정 방법에 대해 설명하였다. 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP는, 상기 식(7)에 상기 식(2)∼(4) 및 상기 식(8)을 적용시킴으로써, 하기 식(9)와 같이 표현된다.
Figure 112018037871751-pct00010
탄소 농도 추정부(202)는, 데이터 취득부(201)가 취득한 각종 데이터를 상기 식(9)에 대입함으로써, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP를 추정한다. 탄소 농도 추정부(202)는, 추정한 탄소 농도 CdeP를 수정량 산출부(203)에 출력한다. 또한, 탄소 농도 추정부(202)는, 추정한 탄소 농도 CdeP를 입출력부(22)에 출력해도 된다.
(수정량 산출부)
수정량 산출부(203)는, 탄소 농도 추정부(202)에 의해 추정된 탄소 농도 CdeP와 목표 데이터(213)에 포함되는 탈인 처리 후의 목표 탄소 농도 Caim의 비교 결과에 기초하여, 목표 데이터(213)에 포함되는 탈탄 처리에 있어서의 취입 산소량을 수정한다. 탈인 처리 후의 목표 탄소 농도 Caim 및 탈탄 처리에 있어서의 취입 산소량 O2,aim은, 탈인 처리 전의 스태틱 제어에 의해 결정되는 양이다. 수정량 산출부(203)는, 상술한 추정 결과 등을 사용하여 취입 산소량의 수정량 ΔO2,correct를 산출한다. 그리고, 수정량 산출부(203)는, 취입 산소량의 수정량 ΔO2,correct를 사용하여 당초 결정된 취입 산소량 O2,aim을 갱신하고, 갱신 후의 취입 산소량 O2,corrected를 취득한다.
산소량의 수정량은, 하기 식(10)에 의해 산출할 수 있다.
Figure 112018037871751-pct00011
여기서, β는 파라미터이다. 이 파라미터에는, 예를 들어 탄소와 반응하는 산소의 화학당량에 상당하는 이론값이 대입될 수 있다. 이에 의해, 추정 탄소 농도 CdeP와 목표 탄소 농도 Caim의 차에 상당하는 산소량이 산출된다.
수정량 산출부(203)는, 수정 후의 취입 산소량 O2,corrected에 대한 정보를, 입출력부(22)에 출력한다.
또한, 수정량 산출부(203)는, 당초 결정된 취입 산소량 O2,aim을 수정할 뿐만 아니라, 당초의 냉재량을 수정해도 된다. 예를 들어, 수정 후의 취입 산소량 O2,corrected가 당초 결정된 취입 산소량 O2,aim보다 적은 경우, 탈탄 처리에 있어서 전로(11)의 용선 온도가 낮아질 수 있다. 그 때문에, 수정량 산출부(203)는, 예를 들어 수정 후의 취입 산소량 O2,corrected 및 용선 온도(용강 온도)에 기초하여, 전로(11)에 투입되는 냉재량을 적게 하는 수정을 행해도 된다. 이에 의해, 탈탄 처리에 있어서의 취입 산소량이 탈인 처리 후에 있어서 적게 수정된 경우에 있어서도, 당초 결정된 목표 용강 온도에 도달할 수 있다. 수정량 산출부(203)는, 수정 후의 냉재량에 대한 정보를, 입출력부(22)에 출력한다.
이상, 도 1을 참조하여, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 시스템(1)의 구성예에 대해 설명하였다.
<3. 용선 예비 처리 방법의 흐름>
도 2는, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 시스템(1)에 의한 용선 예비 처리 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 시스템(1)에 의한 용선 예비 처리 방법의 플로우에 대해 설명한다. 또한, 도 2에 나타내는 각 처리는, 도 1에 나타낸 용선 예비 처리 제어 장치(20)에 의해 실행되는 각 처리에 대응하고 있다. 그 때문에, 도 2에 나타낸 각 처리의 상세에 대해서는 생략하고, 각 처리의 개요를 설명하는 것에 그친다.
본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에서는, 먼저, 데이터 취득부(201)는, 용선 데이터 및 배출 가스 데이터를 취득한다(스텝 S101). 구체적으로는, 데이터 취득부(201)는, 도 1에 나타낸 용선 데이터(211), 파라미터(212) 및 목표 데이터(213), 그리고 배출 가스 성분 분석계(101) 및 배출 가스 유량계(102)에 의해 측정된 배출 가스 데이터를 취득한다.
다음으로, 탄소 농도 추정부(202)는, 취득된 각종 데이터에 기초하여, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정한다(스텝 S103). 구체적으로는, 탄소 농도 추정부(202)는, 상기 식(9)에, 용선 데이터 및 배출 가스 데이터에 포함되는 각종 데이터를 대입함으로써, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 추정한다. 또한, 상기 식(9)의 보정항 ΔCcorrect의 추정에 있어서, 각종 조업 요인이 선택될 수 있다. 예를 들어, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 더 향상시키기 위해, ΔCcorrect의 추정에 있어서, 슬래그의 재화 상황을 반영한 조업 요인이 선택되는 것이 바람직하다.
다음으로, 수정량 산출부(203)는, 추정된 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도와 탈인 처리 후의 용선 중의 목표 탄소 농도의 비교 결과에 기초하여, 탈탄 처리에 있어서 전로(11) 내에 취입되는 취입 산소량을 수정한다(스텝 S105). 또한, 취입 산소량의 수정과 더불어, 탈인 처리 후의 목표 용선 온도에 용선 온도를 맞추기 위해, 탈탄 처리 시의 냉재량이 수정되는 것이 바람직하다. 또한, 수정된 산소량 및 냉재량에 기초하는 산소의 취입 및 냉재의 투입을 행하도록, 입출력부(22)는 전로 취련 설비(10)에 대해 지시를 내린다. 전로 취련 설비(10)는, 당해 지시에 따른 전로(11)에의 송산 및 냉재의 투입에 관한 처리를 행한다.
이상, 도 2를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법의 처리 순서에 대해 설명하였다. 또한, 이상 설명한 실시 형태에서는, 추정된 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도에 기초하여, 전로(11)에 취입되는 취입 산소량 및 투입되는 냉재량이 모두 수정되어 있지만, 본 실시 형태는 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에서는, 용강 중의 탄소 농도가 목표값을 만족시키는 취입 산소량만이 수정되어도 된다. 이 경우, 스텝 S105에 있어서, 추정된 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도에 기초하여, 용강 중의 탄소 농도가 목표값을 만족시키는 취입 산소량만이 계산되어도 된다.
<4. 정리>
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 배출 가스 데이터를 사용하여 얻어지는 탈탄량을 탈인 처리 시의 조업 요인을 설명 변수로 하는 회귀식에 의해 표현되는 보정값에 의해 보정한 보정 탈탄량을 사용하여, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도가 추정된다. 이에 의해, 탈인 처리 후에 서브랜스 측정을 행하지 않아도 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 고정밀도로 추정할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 상기 보정값의 추정에 있어서, 조업 요인으로서, 전로(11) 내의 슬래그의 재화 상황을 반영한 조업 요인을 사용함으로써, 전로(11) 내에 있어서의 탈탄 효율을 상술한 보정항에 반영시킬 수 있다. 이에 의해, 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도를 더 높은 정밀도로 추정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따르면, 탄소 농도의 추정 결과를 사용하여 탈탄 처리 시에 취입되는 취입 산소량이 수정된다. 수정된 산소량에 기초하여 탈탄 처리를 행함으로써, 탈탄 처리 후의 목표 탄소 농도를 만족시키는 용강을 더 확실하게 얻는 것이 가능해진다. 또한, 취입 산소량의 수정에 따라서 전로(11) 내에 투입되는 냉재량을 수정함으로써, 탈탄 처리 후의 목표 용강 온도를 만족시키는 용강을 더 확실하게 얻는 것이 가능해진다.
또한, 도 1에 나타낸 구성은, 어디까지나 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 시스템(1)의 일례이며, 용선 예비 처리 시스템(1)의 구체적인 구성은 이러한 예에 한정되지 않는다. 용선 예비 처리 시스템(1)은, 이상 설명한 기능을 실현 가능하게 구성되면 되고, 일반적으로 상정될 수 있는 모든 구성을 취할 수 있다.
예를 들어, 용선 예비 처리 제어 장치(20)가 구비하는 각 기능은, 1대의 장치에 있어서 그 전부가 실행되지 않아도 되고, 복수의 장치의 협동에 의해 실행되어도 된다. 예를 들어, 데이터 취득부(201), 탄소 농도 추정부(202) 및 수정량 산출부(203) 중 하나 또는 복수 중 어느 한 기능만을 갖는 하나의 장치가, 다른 기능을 갖는 다른 장치와 통신 가능하게 접속됨으로써, 도시하는 용선 예비 처리 제어 장치(20)와 동등한 기능이 실현되어도 된다.
또한, 도 1에 나타낸 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 제어 장치(20)의 각 기능을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램을 제작하여, PC 등의 처리 장치에 실장하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체도 제공할 수 있다. 기록 매체는, 예를 들어 자기 디스크, 광 디스크, 광자기 디스크, 플래시 메모리 등이다. 또한, 상기한 컴퓨터 프로그램은, 기록 매체를 사용하지 않고, 예를 들어 네트워크를 통해 배신해도 된다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 본 발명의 효과를 확인하기 위해, 본 실시예에서는, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에 의해 얻어지는 보정항의 유효성, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에 의한 탄소 농도의 추정 정밀도, 및 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법의 실제 조업에의 적용에 대해 검증하였다. 또한, 이하의 실시예는 본 발명의 효과를 검증하기 위해 행한 것에 불과하며, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(보정항의 유효성 및 탄소 농도의 추정 정밀도)
먼저, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에 의해 얻어지는 보정항 ΔCcorrect의 유효성 및 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에 의한 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도에 대해 검증하였다.
먼저 실시예에서는, 배출 가스 데이터, 용선 데이터 및 조업 요인을 사용하여, 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCc, 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas 및 보정항 ΔCcorrect가 산출되었다. 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas는, 상기 식(2), 식(3)을 사용하여 산출되고, 보정항 ΔCcorrect는, 상기 식(8)을 사용하여 산출되었다. 또한, 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCc는, 상기 식(4)를 사용하여 산출되었다. 여기서, 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCc, 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas 및 보정항 ΔCcorrect의 사이에는 상기 식(7)의 관계가 있는 것으로 하였다.
한편, 비교예에서는, 배출 가스 데이터 및 용선 데이터를 사용하여, 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCc 및 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas가 산출되었다. 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas 및 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCc의 산출 방법은, 본 실시예와 마찬가지이다. 여기서, 보정항 ΔCcorrect는 사용되지 않고, 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCc 및 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas의 사이에는 상기 식(5)의 관계가 있는 것으로 하였다.
또한, 실시예 및 비교예에서는, 상기 식(4)의 CdeP에는, 보정항 ΔCcorrect의 유효성의 검증 때문에, 탈인 처리 후에 전로로부터 샘플링된 용선 중의 탄소 농도의 실적값이 대입된다. 즉, 본 실시예에 있어서, 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCc는 실적값에 기초하여 얻어지는 값이다.
또한, 슬래그의 재화 상황을 반영한 조업 요인을 보정항 ΔCcorrect의 추정에 사용하지 않은 예를 실시예 1로 하고, 슬래그의 재화 상황을 반영한 조업 요인을 보정항 ΔCcorrect의 추정에 사용한 예를 실시예 2로 하였다. 표 2에, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 있어서 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도의 추정에 사용된 데이터 및 조업 요인의 일람을 나타낸다. 또한, 본 실시예에서는, 슬래그의 재화 상황을 반영한 조업 요인으로서, 사운드미터값이 사용되었다.
Figure 112018037871751-pct00012
보정항 ΔCcorrect의 유효성을 나타내는 지표로서, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 있어서 산출된 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas(에 보정항 ΔCcorrect를 더한 보정 탈탄량)의, 성분 변화에 기초하는 탈탄량 ΔCc로부터의 오차(추정 오차)를 각각 산출하고, 당해 추정 오차의 표준 편차 σ를 구하였다. 표준 편차 σ가 작을수록 추정 오차가 작아, 즉, 보정항 ΔCcorrect의 유효성이 높다고 할 수 있다.
또한, 탄소 농도의 추정 정밀도를 나타내는 지표로서, 실시예 1 및 실시예 2에 있어서 상기 식(9)를 사용하여 추정된 탄소 농도 CdeP와, 탈인 처리 후에 전로로부터 샘플링된 용선 중의 탄소 농도의 실적값의 오차를 각각 산출하여, 당해 추정 오차의 표준 편차 σ를 구하였다. 표준 편차 σ가 작을수록 추정 오차가 작아, 즉, 추정 정밀도가 높다고 할 수 있다.
결과를 도 3∼도 5에 나타낸다. 도 3은, 비교예에 있어서의 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas의 추정 오차를 나타내는 도면이다. 도 4는, 실시예 1에 있어서의 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas + 보정항 ΔCcorrect의 추정 오차를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 실시예 2에 있어서의 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량 ΔCoffgas + 보정항 ΔCcorrect의 추정 오차를 나타내는 도면이다. 각 도면에 있어서, x축은 탄소 농도의 성분 분석에 의한 실적값에 기초하는 탈탄량을 나타내고, y축은(보정항 ΔCcorrect를 포함함) 배출 가스 데이터에 기초하는 탈탄량을 나타낸다.
도 3∼도 5를 참조하면, 비교예 1에 있어서의 추정 오차의 표준 편차 σ가 0.80이었던 것에 비해, 실시예 1에 있어서의 추정 오차의 표준 편차 σ는 0.51이고, 실시예 2에 있어서의 추정 오차의 표준 편차 σ는 0.40이었다. 당해 결과로부터, 보정항 ΔCcorrect에 의한 보정에 의해, 실적 데이터에 대한 탈탄량의 오차가 작아진 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 2에 있어서의 표준 편차 σ가 실시예 1에 있어서의 표준 오차 σ보다 작은 값을 나타낸 점에서, 슬래그의 재화 상황을 반영하는 조업 요인을 보정항 ΔCcorrect에 포함시키는 것이 더 유효한 것이 나타났다.
다음으로, 탈인 처리 후의 탄소 농도의 추정에 관한 결과를, 도 6 및 도 7에 나타낸다. 도 6은 실시예 1에 있어서의 탄소 농도 CdeP의 추정 오차를 나타내는 도면이다. 또한, 도 7은, 실시예 2에 있어서의 탄소 농도 CdeP의 추정 오차를 나타내는 도면이다. 각 도면에 있어서, x축은 탄소 농도의 성분 분석에 의한 실적값을 나타내고, y축은 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법을 사용하여 추정된 탄소 농도의 추정값을 나타낸다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 실시예 1에 있어서의 추정 오차의 표준 편차 σ는 0.15이고, 실시예 2에 있어서의 추정 오차의 표준 편차 σ는 0.11이었다. 어느 표준 편차 σ도 낮은 수준을 나타내고 있기 때문에, 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도는 높다고 할 수 있다. 또한, 실시예 2에 있어서의 표준 편차 σ가 실시예 1에 있어서의 표준 오차 σ보다 작은 값을 나타낸 점에서, 슬래그의 재화 상황을 반영하는 조업 요인을 사용함으로써, 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도를 더 높일 수 있는 것이 확인되었다.
이상 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는, 비교예에 비해, 보정항 ΔCcorrect의 도입에 의해, 탄소 농도 CdeP를 고정밀도로 추정할 수 있음을 알 수 있었다. 특히, 실시예 2에 나타낸 바와 같이, 슬래그의 재화 상황을 반영하는 조업 요인을 보정항 ΔCcorrect의 추정에 사용함으로써, 탄소 농도 CdeP의 추정 정밀도를 더욱 높일 수 있음을 알 수 있었다.
(조업에의 적용)
다음으로, 과거의 조업 실적 데이터를 사용하여, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법의 조업에의 적용의 가부에 대해 검증하였다. 구체적으로는, 과거의 조업 실적 데이터에 대해, 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에 의해 얻어지는 탈인 처리 후의 용선 중의 탄소 농도의 추정 결과, 그리고 탈탄 처리 시에 있어서의 취입 산소량 및 냉재량의 수정 결과에 대해 검증하였다.
표 3은, 조업 실적 데이터로의 탄소 농도의 추정 결과 및 산소량 등의 수정 결과의 적용예를 나타내는 표이다. 표 3을 참조하면, 용선 중의 탄소 농도, 용선 온도, 취입 산소량 및 냉재량의 각각에 대한, 예정값, 실적값 및 추정값 또는 수정 지시값의 이력이 나타나 있다. 예정값이라 함은, 탈인 처리 전의 스태틱 제어에 의해 미리 추정된 값이다. 실적값이라 함은, 과거의 조업에 있어서 측정되었거나, 또는 설정된 값이다. 추정값 및 수정 지시값은, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에 의해 얻어지는 탄소 농도의 추정값, 그리고 취입 산소량 및 냉재량의 수정량의 지시값이다. 여기서, 취입 산소량의 수정량의 지시값이라 함은, 예를 들어 상기 식(10)에 기초하여 얻어지는 수정 후의 취입 산소량 O2,corrected에 상당한다.
Figure 112018037871751-pct00013
표 3을 참조하면, 탈인 처리 전의 스태틱 제어에 의해, 탈인 처리 종료 시의 용선 중의 탄소 농도가 4.0％이고, 탈탄 처리 중의 서브랜스 측정 시에는 용강 중의 탄소 농도가 0.5％이고, 탈탄 처리의 종료 시의 용강 중의 탄소 농도(목표 탄소 농도)가 0.1％라고 상정되어 있다. 이것에 따라서, 취입 산소량은, 탈인 처리 전의 스태틱 제어에 의해, 탈탄 처리 개시 시는 7.0Nm3/ton, 탈탄 처리 중의 서브랜스 측정 시에는 25.0Nm3/ton(7.0+18.0), 탈탄 처리의 종료 시에는 30.0Nm3/ton(7.0+18.0+5.0)으로 결정된다. 냉재량의 값은, 탈인 취련 중은 2.0ton, 탈탄 처리의 개시부터 서브랜스 측정 시에 걸쳐 5.0ton이다.
그러나, 실제의 조업의 서브랜스 측정 시의 용강 중의 탄소 농도는 0.10％였다. 한편, 서브랜스 측정 시의 용선 온도는 예정값인 1600℃ 그대로였다. 그 결과, 탈탄 처리의 종료 시에 있어서, 용강 중의 탄소 농도는, 당초의 목표 탄소 농도보다 낮은 0.04％로 되어 버렸다. 이것은, 탈인 처리의 종료 시에 있어서의 용선 중의 탄소 농도가, 당초 결정되어 있던 4.0％보다 낮게 되어 있었기 때문이라고 생각된다.
한편, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법에 의하면, 탈인 처리의 종료 시에 있어서의 용선 중의 탄소 농도는 3.5％로 추정되어 있다. 또한, 이 추정 결과에 따라서, 탈탄 처리의 개시부터 서브랜스 측정 시에 있어서의 산소량이 18.0으로부터 13.0Nm3/ton으로 수정되어 있다. 또한, 탄소 농도의 추정 결과 및 산소량의 수정 결과에 따라서, 냉재량이 2.5ton으로 수정되어 있다. 이 수정에 기초하여 가령 조업이 행해지고 있으면 서브랜스 측정 시의 탄소 농도는 미리 상정하고 있던 0.5％를 만족시키므로, 탈탄 처리의 종료 시에 있어서의 용강 중의 탄소 농도를 블로우다운하는 일 없이 더 목표 탄소 농도에 근접시키는 것이 가능한 것이, 표 3에 나타난 결과로부터 시사된다. 즉, 본 실시 형태에 관한 용선 예비 처리 방법을 실제의 조업에 적용시킴으로써, 용강 중의 탄소 농도를 더 확실하게 목표 탄소 농도에 적중시키는 것이 가능해진다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이라면, 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 이것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.
1 : 용선 예비 처리 시스템
10 : 전로 취련 설비
11 : 전로
12 : 연도
13 : 상취 랜스
20 : 용선 예비 처리 제어 장치
21 : 용선 예비 처리 데이터베이스
22 : 입출력부
30 : 계측 제어 장치
101 : 배출 가스 성분 분석계
102 : 배출 가스 유량계
111 : 사운드미터
112 : 집음 마이크로폰
201 : 데이터 취득부
202 : 탄소 농도 추정부
203 : 수정량 산출부

Claims (8)

  1. 전로를 사용한 용선 예비 처리에 있어서,
    탈인 처리 전의 용선에 관한 용선 데이터, 그리고 탈인 처리 시에 상기 전로로부터 배출된 배출 가스 성분 및 배출 가스 유량을 포함하는 배출 가스 데이터를 취득하는 데이터 취득 스텝과,
    상기 배출 가스 데이터에 기초하여 산출되는 탈인 처리 시의 탈탄량을, 상기 탈인 처리 시의 조업 요인에 기초하여 산출되는 보정값을 사용하여 보정하고, 보정된 탈탄량과 상기 용선 데이터에 기초하여 탈인 처리 후의 탄소 농도를 추정하는 탄소 농도 추정 스텝을
    포함하고,
    상기 탈인 처리 시의 조업 요인은, 상기 탈인 처리 시에 있어서의 슬래그의 재화 상황을 나타내는 조업 요인을 포함하는, 용선 예비 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 농도 추정 스텝에 있어서, 상기 보정값은, 상기 조업 요인을 설명 변수로 하는 회귀식에 의해 산출되는, 용선 예비 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬래그의 재화 상황을 나타내는 조업 요인은, 상기 전로 내의 음향 정보에 관한 조업 요인을 포함하는, 용선 예비 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 데이터 취득 스텝에 있어서, 상기 탈인 처리 후의 목표 탄소 농도 및 상기 탈인 처리 후에 행해지는 탈탄 처리에 있어서의 상기 전로 내로의 취입 산소량을 더 취득하고,
    추정된 상기 탈인 처리 후의 탄소 농도 및 상기 탈인 처리 후의 목표 탄소 농도의 비교 결과에 기초하여, 상기 취입 산소량을 수정하는 산소량 수정 스텝을 더 포함하는, 용선 예비 처리 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 데이터 취득 스텝에 있어서, 상기 탈인 처리 후의 목표 탄소 농도 및 상기 탈인 처리 후에 행해지는 탈탄 처리에 있어서의 상기 전로 내로의 취입 산소량을 더 취득하고,
    추정된 상기 탈인 처리 후의 탄소 농도 및 상기 탈인 처리 후의 목표 탄소 농도의 비교 결과에 기초하여, 상기 취입 산소량을 수정하는 산소량 수정 스텝을 더 포함하는, 용선 예비 처리 방법.
  6. 전로를 사용한 용선 예비 처리를 제어하는 용선 예비 처리 제어 장치에 있어서,
    탈인 처리 전의 용선에 관한 용선 데이터, 그리고 탈인 처리 시에 상기 전로로부터 배출된 배출 가스 성분 및 배출 가스 유량을 포함하는 배출 가스 데이터를 취득하는 데이터 취득부와,
    상기 배출 가스 데이터에 기초하여 산출되는 탈인 처리 시의 탈탄량을, 상기 탈인 처리 시의 조업 요인에 기초하여 산출되는 보정값을 사용하여 보정하고, 보정된 탈탄량과 상기 용선 데이터에 기초하여 탈인 처리 후의 탄소 농도를 추정하는 탄소 농도 추정부를
    구비하고,
    상기 탈인 처리 시의 조업 요인은, 상기 탈인 처리 시에 있어서의 슬래그의 재화 상황을 나타내는 조업 요인을 포함하는, 용선 예비 처리 제어 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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