CN108138246B - 铁水预处理方法以及铁水预处理控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高精度地推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。提供一种铁水预处理方法，在使用转炉的铁水预处理中包括：数据取得步骤，取得涉及脱磷处理前的铁水的铁水数据、以及包含在脱磷处理时从上述转炉排出的排气成分以及排气流量的排气数据；和碳浓度推定步骤，使用基于上述脱磷处理时的操作要素而算出的修正值修正基于上述排气数据而算出的脱磷处理时的脱碳量，基于修正后的脱碳量和上述铁水数据推定脱磷处理后的碳浓度。

Description

铁水预处理方法以及铁水预处理控制装置

技术领域

本发明涉及在使用转炉的铁水预处理中，推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度的铁水预处理方法以及铁水预处理控制装置。

背景技术

在制钢工艺中的转炉吹炼中，为了使封火时(脱碳处理终止时)的钢水成分浓度(例如碳浓度等)、钢水温度准确地为目标值，进行组合静态控制和基于副枪测量的动态控制的吹炼控制。在静态控制中，在开始吹炼之前，基于铁水中的成分浓度等铁水数据，使用基于物质收支、热收支的数学模型等，预先决定用于使封火时的钢水成分浓度以及钢水温度准确地为目标值所需要的吹氧量、各种副原料的投入量，据此进行吹炼。另一方面，在动态控制中，在吹炼中，使用副枪，实际地测定钢水成分浓度、钢水温度，基于这些测定值，使用基于物质收支、热收支的数学模型等，更新在静态控制中预先决定的吹氧量、各种副原料的投入量，使用更新过的这些值进行吹炼。

近年来，推进在转炉吹炼中，可以在同一转炉中自始至终地进行铁水预处理和脱碳处理的称为MURC(MUlti Refining Converter：多功能转炉法)的技术开发。MURC中，可以连续地进行吹炼中的作为铁水预处理之一的脱磷处理和吹炼中的脱碳处理。由此，在制钢工艺中，由于将铁水转移到另外的转炉而会产生的热损失变少。因此，可以将大量的废料用于吹炼，因此可以显著地提高制钢工艺中的生产效率。

废料被大量装入转炉时，在脱磷处理终止之后，有时在铁水中以未溶解的原样存在。这样的未溶解废料存在时，对于转炉内的铁水难以进行上述的副枪测量。这是由于存在副枪与未溶解废料碰撞从而使副枪破损，引起重大的事故的可能性。因此，在脱磷终止后开始脱碳处理时，难以使用副枪测定脱碳处理开始时的铁水中的碳浓度。因此，利用同一转炉连续地进行脱磷处理和脱碳处理时，要求并不基于脱碳处理开始时，而是基于脱磷处理开始时的铁水中的碳浓度的实际值，通过静态控制决定吹氧量、各种副原料的投入量。

然而，根据脱磷处理的进行状况，存在铁水中的碳浓度与当初的设想相比大幅减少、或没怎么减少的情况。此时，存在脱碳处理后的钢水中的碳浓度大幅偏离目标碳浓度的可能性。因此，为了确实地得到具有目标的碳浓度的钢水，需要不基于脱磷处理前而是基于脱磷处理后铁水中的碳浓度进行静态控制。由于难以直接地测定脱磷处理后铁水中的碳浓度，要求用于在理论上推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度的技术。

作为用于推定转炉吹炼中的碳浓度的技术，至今开发了各种技术。例如，在下述专利文献1中公开了如下的技术：在脱碳处理中使用从转炉排出的排气数据，算出关于脱碳氧效率的参数，使用该参数推定进行脱碳处理的钢水中的碳浓度。在该技术中，在脱碳处理中，使用组合如下行为的模型：在吹入的氧与钢水中的碳以大致1比1的比例(在此，1比1的比例意味着摩尔比的1比1)进行反应的脱碳高潮阶段使脱碳氧效率恒定的行为，以及在钢水中的碳浓度低于临界值的阶段使脱碳氧效率降低的行为。由此，反映脱碳处理的推移的碳浓度的推定成为可能，因此钢水中的碳浓度以及钢水温度的推定精度提高。

现有专利文献

专利文献

专利文献1:日本特开2012-117090号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，由上述专利文献1中记载的技术推定的钢水中的碳浓度仅仅是推定脱碳处理中的铁水中的碳浓度。在脱磷处理中与脱碳处理吹入到转炉内的氧流量不同。具体而言，在脱碳处理中，为了钢水的脱碳从上吹管以高速吹入氧，但在脱磷处理中，为了高效地生成用于促进脱磷的氧化铁熔渣，以低速吹入氧。吹入到转炉内的氧流量不同时，在转炉内发生的氧化反应的机理也不同。因此，即便将上述专利文献1中所公开的碳浓度的推定中所述的技术直接应用于脱磷处理中的铁水中的碳浓度推定，也难以对脱磷处理后的铁水中的碳浓度进行高精度地推定。

因此，本发明是鉴于上述问题而成的，作为本发明的目的，提供可以高精度地推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度的、新型并且被改良了的铁水预处理方法以及铁水预处理控制装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，根据本发明具有的观点，提供一种铁水预处理方法，在使用转炉的铁水预处理中包括：数据取得步骤，取得涉及脱磷处理前的铁水的铁水数据、以及包含在脱磷处理时从上述转炉排出的排气成分以及排气流量的排气数据；和

碳浓度推定步骤，使用基于上述脱磷处理时的操作要素而算出的修正值修正基于上述排气数据而算出的脱磷处理时的脱碳量，基于修正后的脱碳量和上述铁水数据，推定脱磷处理后的碳浓度。

在上述碳浓度推定步骤中，可以利用将上述操作要素作为解释变量的回归方程式算出上述修正值。

上述脱磷处理时的操作要素可以包括显示出在上述脱磷处理时的熔渣的渣化状况的操作要素。

显示出上述熔渣的渣化状况的操作要素可以包括涉及上述转炉内的声学信息的操作要素。

在上述数据取得步骤中，进一步取得上述脱磷处理后的目标碳浓度、以及在上述脱磷处理后进行的脱碳处理中向上述转炉内的吹氧量，上述铁水预处理方法进一步也可以包括氧量修正步骤：基于所推定的上述脱磷处理后的碳浓度以及上述脱磷处理后的上述目标碳浓度的比较结果，对上述吹氧量进行修正。

此外，为了解决上述问题，根据本发明的另外的观点，提供一种控制使用转炉的铁水预处理的铁水预处理控制装置，其具备：数据取得部，取得涉及脱磷处理前的铁水的铁水数据、以及包含在脱磷处理时从上述转炉排出的排气成分以及排气流量的排气数据；和碳浓度推定部，使用基于上述脱磷处理时的操作要素而算出的修正值修正基于上述排气数据而算出的脱磷处理时的脱碳量，基于修正后的脱碳量和上述铁水数据推定脱磷处理后的碳浓度。

上述铁水预处理方法使用如下修正脱碳量推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度，所述修正脱碳量为利用通过将脱磷处理时的操作要素作为解释变量的回归方程式而表现出的修正值修正使用排气数据而得到的脱碳量得到的修正脱碳量。由此，在脱磷处理后即便不进行副枪测量，也可以高精度地推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。因此，在脱碳处理后可以更确实地得到具有目标值的碳浓度的钢水。

发明的效果

根据以上那样说明的本发明，可以高精度地推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。

附图说明

图1为示出本发明的一个实施方式所述的铁水预处理系统的构成例的图。

图2为示出基于同一个实施方式所述的铁水预处理系统的铁水预处理方法的流程图的图。

图3为表示比较例中的基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas的推定误差的图。

图4为显示实施例1中的基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas+修正项ΔC_correct的推定误差的图。

图5为显示实施例2中的基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas+修正项ΔC_correct的推定误差的图。

图6为显示实施例1中的碳浓度C_deP的推定误差的图。

图7为显示实施例2中的碳浓度C_deP的推定误差的图。

具体实施方式

以下边参照附图，边对本发明的适宜的实施方式进行详细地说明。需要说明的是，在本说明书以及附图中，对于实质上具有相同功能构成的构成要素，通过赋予相同的符号而省略重复说明。

需要说明的是，在脱碳处理时的转炉内，根据该碳浓度会存在生铁或钢，但在以下的说明中，为了避免说明繁杂，将转炉内的铁水或钢水的情况简便地均称为钢水。此外，对于脱磷处理时使用铁水的词汇。此外，在本说明书中，“脱磷处理后”只要没有特别区分，就意味着“脱磷处理终止时(脱磷处理终止时)”。即，“脱磷处理后”中不包含脱碳处理开始及以后的时刻。

此外，对于本发明的一个实施方式所述的铁水预处理方法，设想推定基于MURC的脱磷处理后的铁水中的碳浓度，但不限于本发明所述例子。例如，本发明的一个实施方式所述的铁水预处理方法也可以推定使用SRP(Simple Refining Process：经济简洁的钢水精炼工艺)等其它的转炉吹炼方式的脱磷处理后的铁水中的碳浓度。即，本发明的一个实施方式所述的铁水预处理方法与铁水预处理(特别是脱磷处理)中所使用的转炉吹炼方式无关，可以推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。

＜1.系统的构成＞

图1为示出本发明的一个实施方式所述的铁水预处理系统1的构成例的图。参照图1时，本实施方式所述的铁水预处理系统1具备转炉吹炼设备10、铁水预处理控制装置20以及测量控制装置30。

(转炉吹炼设备)

转炉吹炼设备10具备转炉11、烟道12、上吹管13、排气成分分析计101以及排气流量计102。此外，转炉吹炼设备10还可以具备测声计111以及收音麦克风112。对于转炉吹炼设备10，例如，基于由测量控制装置30输出的控制信号，进行关于利用上吹管13向铁水供给氧的开始以及停止、冷却材料的投入、以及利用转炉11的铁水以及熔渣的排渣的处理。需要说明的是，虽然在图示中省略，但可以在转炉吹炼设备10中设置用于测定铁水的成分浓度以及铁水温度的副枪、用于对于上吹管13供给氧的送氧装置、具有用于对于转炉11投入冷却材料的驱动体系的冷却材料投入装置、以及具有用于对于转炉11投入副原料的驱动体系的副原料投入装置等通常利用转炉的吹炼中所使用的各种装置。

从转炉11的炉口插入吹炼中所使用的上吹管13，由送氧装置送出的氧14通过上吹管13供给到炉内的铁水中。此外，为了铁水的搅拌，可以将氮气、氩气等非活性气体等作为底吹气体15从转炉11的底部导入。在转炉11内，装入/投入自高炉出铁的铁水、少量的铁废料、用于调整铁水温度的冷却材料、以及生石灰等用于形成熔渣的副原料。需要说明的是，副原料为粉体时，可以通过上吹管13与氧14一同供给到转炉11内。

在脱磷处理中，如下述式(1)所示，铁水中所含的磷与转炉内的熔渣中所含的氧化铁、以及包含含有氧化钙的物质的副原料发生化学反应(脱磷反应)，从而磷进入到熔渣中。即，可以通过吹炼使熔渣的氧化铁浓度增加，从而促进脱磷反应。需要说明的是，在下述式(1)中，“[物质X]”表示铁水中的物质X，“(物质Y)”表示熔渣中的物质Y。

3(CaO)+5(FeO)+2[P]＝(3CaO.P₂0₅)+5[Fe]…(1)

此外，铁水中的碳与从上吹管13供给的氧发生氧化反应(脱碳反应)。由此，产生CO或CO₂的排气。这些排气从转炉11向烟道12排出。

如此，在转炉吹炼中，吹入的氧与铁水中的碳、磷、或硅等反应，生成氧化物。在此，生成的氧化物以排气方式排出、或以熔渣方式稳定化。通过吹炼中的氧化反应去除碳并且磷等进入到熔渣从而去除，由此生成低碳且杂质少的钢。

此外，在上吹管13的基础上，也可以从转炉11的炉口向炉内插入未图示的副枪。副枪的前端在规定的时机浸渍于钢水(或铁水)，从而测定包含碳浓度的钢水中的成分浓度、以及钢水温度等。将基于该副枪的成分浓度和/或钢水温度等的测定称为副枪测量。副枪测量的结果介由测量控制装置30，发送到铁水预处理控制装置20。需要说明的是，在本实施方式中，在脱磷处理中，虽然由于在转炉11内会存在未溶解废料，因此不进行副枪测量，但可以在脱碳处理中规定的时机实施副枪测量。

通过吹炼而产生的排气流向设置于转炉11外的烟道12。烟道12中设置有排气成分分析计101、以及排气流量计102。排气成分分析计101分析排气中所含的成分。排气成分分析计101例如分析排气中所含的CO以及CO₂的浓度。排气流量计102测定排气的流量。排气成分分析计101以及排气流量计102以规定的取样周期(例如5～10(秒)周期)进行逐次排气的分析以及测定。通过排气成分分析计101分析的涉及排气成分的数据、以及通过排气流量计102测定的涉及排气流量的数据(以下，将这些数据称为“排气数据”)介由测量控制装置30，在铁水预处理控制装置20中以时间序列数据的形式输出。该排气数据可以逐次输出到铁水预处理控制装置20、或在脱磷处理终止时汇总起来输出到铁水预处理控制装置20。

此外，转炉吹炼设备10可以具备测声计111以及收音麦克风112。收音麦克风112取得从转炉11内发生的声音，将涉及该声音的信号输出到测声计111。测声计111对于取得的信号进行信号处理，将处理结果以声学信息的方式生成。在此，所生成的声学信息介由测量控制装置30而输出到铁水预处理控制装置20。该声学信息为反映在脱磷处理时的转炉11内的熔渣的渣化状况的信息，可以作为脱磷处理时的操作要素的参数来使用。需要说明的是，对于脱磷处理时的操作要素后面详细叙述。

需要说明的是，在转炉吹炼设备10中，除测声计111以及收音麦克风112以外，也可以设置用于取得显示在脱磷处理时转炉11内熔渣的渣化状况的操作要素的参数的装置。例如，在转炉11内照射微波，测量转炉11的熔渣水平，从而可以把握熔渣的渣化状况。取得该熔渣水平作为操作要素的参数时，也可以在转炉吹炼设备10中设置例如用于对转炉11内照射微波的微波照射装置、用于接收在炉浴面反射的微波的天线、以及基于由该天线接收的微波解析熔渣水平的熔渣水平测定装置。

(铁水预处理控制装置)

铁水预处理控制装置20具备数据取得部201、碳浓度推定部202、修正量算出部203、铁水预处理数据库21以及输入输出部22。铁水预处理控制装置20具备CPU(CentralProcessing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、存储器以及通信装置等硬件构成，通过这些硬件构成，实现数据取得部201、碳浓度推定部202、修正量算出部203、以及铁水预处理数据库21的各种功能。此外，输入输出部22通过键盘、鼠标、或触控面板等输入装置、显示器、或打印机等输出装置、以及通信装置而实现。

需要说明的是，在图1中，铁水预处理控制装置20具有的功能之中，在本发明中，图示仅主要示出特征功能。铁水预处理控制装置20除图示的功能以外也具有进行涉及铁水预处理的控制时必要的通常的功能。

例如，铁水预处理控制装置20具有控制涉及向转炉11的氧吹入、以及冷却材料和副原料的投入等铁水预处理的工艺总体的功能。此外，例如，铁水预处理控制装置20具有在通常的静态控制中进行的、在吹炼开始前使用规定的数学模型等决定向转炉11的吹氧量、冷却材料的投入量(以后，称为冷却材料量)以及副原料的投入量等的功能等。此外，例如，铁水预处理控制装置20对于在通常的动态控制中进行的副枪测量，具有控制其的测定对象、测定时机等的功能。

作为未图示的各功能中的具体的处理(例如，上述的、冷却材料以及副原料投入的控制方法；静态控制中在吹炼开始前决定吹氧量、各种冷却材料以及副原料的投入量等的方法；以及副枪测量的控制方法)，可以应用各种公知的方法，因此在此省略详细的说明。

对于铁水预处理控制装置20，将在铁水预处理数据库21中所容纳的各种数据、以及排气数据作为输入值，推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。然后，铁水预处理控制装置20基于推定的铁水中的碳浓度，修正在脱磷处理前通过静态控制而决定的吹氧量以及冷却材料量的指示值。铁水预处理控制装置20进一步将推定的铁水中的碳浓度、以及修正后的吹氧量以及冷却材料量的指示值输出至输入输出部22。此外，输出到输入输出部22的各指示值被输出到控制转炉吹炼设备10的工作的测量控制装置30。测量控制装置30根据从铁水预处理控制装置20取得的各指示值进行涉及向转炉11内的送氧以及冷却材料投入的控制。

对于铁水预处理控制装置20的各功能部具有的具体的功能在后面叙述。

铁水预处理数据库21为容纳在铁水预处理控制装置20中所使用的各种数据的数据库，通过存储器等记忆装置来实现。铁水预处理数据库21例如如图1所示，容纳铁水数据211、参数212、以及目标数据213等。这些数据也可以介由未图示的输入装置、通信装置进行追加、更新、变更或削除。铁水预处理数据库21中所记忆的各种数据通过数据取得部201而唤出。此外，铁水预处理数据库21也可以容纳基于碳浓度推定部202的推定结果(例如，脱磷处理后的铁水中的碳浓度)、或基于修正量算出部203的修正结果(例如，吹氧量的修正后的指示值)。需要说明的是，具有本实施方式中所述的铁水预处理数据库21的记忆装置如图1所示与铁水预处理控制装置20成为一体而构成，但在其他的实施方式中，具有铁水预处理数据库21的记忆装置也可以为与铁水预处理控制装置20分离的构成。

铁水数据211为涉及转炉11内的铁水的各种数据。例如，在铁水数据211中包含对于铁水的信息(每次装料的初期的铁水重量、铁水成分(碳、磷、硅、铁、锰等)的浓度、铁水温度、铁水率等)。铁水数据211中除此以外也可以包含通常的铁水预处理以及脱碳处理中所必须的各种信息(例如，对于副原料以及冷却材料的投入的信息(对于副原料以及冷却材料量的信息)、对于副枪测量的信息(对于测定对象、测定时机等的信息)、对于吹氧量的信息等)。参数212为被碳浓度推定部202以及修正量算出部203所使用的各种参数。例如，参数212中包含将操作要素作为解释变量的回归方程式中的参数、以及用于算出修正量的参数。目标数据213中包含脱磷处理后、脱碳处理后、以及副枪测量时等的铁水中(钢水中)的目标成分浓度以及目标温度等数据。

输入输出部22例如具有取得基于碳浓度推定部202的碳浓度的推定结果、或基于修正量算出部203的吹氧量的修正值等修正结果，输出至各种输出装置的功能。例如，输入输出部22也可以将从修正量算出部203取得的吹氧量的修正后的指示值输入到转炉吹炼设备10。由此，实行反映吹氧量的修正后的指示值的吹炼。此外，输入输出部22也可以将所推定的铁水中的碳浓度、或吹氧量的修正后的指示值向操作员显示。此时，进而输入输出部22也可以将通过阅览了所显示的信息的操作员的操作而输入的涉及送氧或冷却材料投入等指示的信息输入到转炉吹炼设备10。此外，输入输出部22也可以输出在铁水预处理数据库21中所记忆的推定结果等。

(测量控制装置)

测量控制装置30具备CPU、ROM、RAM、存储器以及通信装置等硬件构成。测量控制装置30具有与转炉吹炼设备10具备的各装置通信、控制转炉吹炼设备10的整体工作的功能。例如，测量控制装置30根据来自铁水预处理控制装置20的指示，控制向转炉11的冷却材料以及副原料的投入等。此外，测量控制装置30取得从排气成分分析计101以及排气流量计102等转炉吹炼设备10的各装置得到的数据，发送到铁水预处理控制装置20。

＜2.基于铁水预处理控制装置的处理＞

以下，对于图1中示出的铁水预处理控制装置20的各功能依次进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，若无特别地说明，则作为各成分的浓度单位的(质量％)记载为(％)。

(数据取得部)

数据取得部201取得铁水预处理数据库21中所记忆的铁水数据211、参数212以及目标数据213、以及从排气成分分析计101以及排气流量计102输出的排气数据。数据取得部201对于排气成分分析计101以及排气流量计102逐次测量的数据，可以在脱磷处理中逐次取得、或可以在脱磷处理后汇总起来而取得。数据取得部201将取得的数据输出到碳浓度推定部202。

(碳浓度推定部)

碳浓度推定部202基于通过数据取得部201而取得的各种数据，推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。以下，对于基于碳浓度推定部202的碳浓度的推定方法进行说明。

脱磷处理后的铁水中的碳浓度可以通过涉及脱磷处理前后的铁水中的碳的物质收支而推定。即，认为脱磷处理前后的铁水中所含的碳的质量之差与由脱磷处理而产生的排气中所含的碳的质量一致(即，物质收支平衡)。本发明人等研究使用涉及这样的碳的物质收支模型，推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。

首先，基于排气数据算出通过脱磷处理而生成的排气中所含的碳的质量(脱碳量)。基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas(吨)如下述式(2)所示。

在此，由排气数据求出的每单位时间的脱碳量wc[i](g/秒)通过下述式(3)而算出。

在此，CO[i+N](％)为排气中的CO浓度、CO₂[i+N](％)为排气中的CO₂浓度、V_offgas[i](Nm³/小时(NTP))为总排气流量。CO[i](％)以及CO₂[i](％)可以通过排气成分分析计101而取得。此外，V_offgas[i](Nm³/小时(NTP))可以通过排气流量计102而取得。此外，方括号[]内的i表示基于排气成分分析计101以及排气流量计102的取样周期。此外，方括号[]内的N对应着基于排气成分分析计101的分析延迟(排气至排气成分分析计101的设置位置为止的时间上的延迟)。分析延迟N的具体值可以根据烟道12中的排气成分分析计101的设置位置等而适宜决定。此外，“NTP”意味着标准温度和压力(Normal Temperature Pressure)。将V_offgas[i]乘以1000得到的值除以3600是为了将单位变换为(L/秒)。此外，除以22.4(L/mol)是为了换算为摩尔数。此外，12为碳的原子量。

另一方面，基于脱磷处理前后的铁水中的碳浓度的成分测定结果的脱碳量(以下，基于成分变化的脱碳量)ΔC_c(吨)如下述式(4)所示。

在此，C_HM(％)为脱磷处理前铁水中的碳浓度、W_HM(吨)为脱磷处理前铁水的重量、C_SC(％)为脱磷处理前装入到转炉11内的废料中的碳浓度、W_SC(吨)为脱磷处理前装入到转炉11内的废料的重量、C_CM(％)为脱磷处理前冷铁中的碳浓度、W_CM(吨)为脱磷处理前冷铁的重量、C_sub，j(％)为脱磷处理前投入到转炉11内的副原料j中的碳浓度、W_sub，j(吨)为脱磷处理前投入到转炉11内的副原料j的重量。它们的实际量包含于铁水数据211中。

此外，C_deP(％)为脱磷处理后的铁水中的碳浓度。

关于脱磷处理前后的碳的物质收支平衡时，可以使基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas与基于成分变化的脱碳量ΔC_C相等。即，基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas与基于成分变化的脱碳量ΔC_C的关系如下述式(5)所示。

ΔC_C＝ΔC_offgas…(5)

由以上，脱磷处理后的铁水中的碳浓度C_deP通过在上述式(5)中应用上述式(2)～(4)，从而如下述式(6)那样表示。由此，脱磷处理后的铁水中的碳浓度C_deP可以进行理论上的算出。

然而，本发明人等发现由上述式(6)而得到的基于排气数据的脱磷处理后的铁水中的碳浓度C_deP与实际由在脱磷处理后取样的铁水得到的碳浓度的实际值C_deP，a发生大幅背离。这是由于在上述式(2)以及式(3)中算出的基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas中包含大量误差。

认为如上述那样的误差主要是由于利用排气流量计102的测定误差所引起的。在排气流量计102的配管中流通排气时，存在从转炉11产生的煤等的粉尘进入到配管的情况。这样的粉尘附着于配管内(例如喷管等)，从而配管内的排气的通过成为不稳定的状态，基于排气流量计102的测定误差变大。排气流量计102的配管的内部状态每时每刻都在发生变化，因此难以抑制由于排气流量计102而产生的测定误差其本身。

因此，本发明人等进行深入研究，结果想到将作为用于修正基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas的修正值的修正项ΔC_correct(吨)编入上述式(5)，从而改善由上述式(6)得到的脱磷处理后铁水中的碳浓度C_deP的推定精度。上述式(5)通过编入修正项ΔC_correct，如下述式(7)所示。

ΔC_C＝ΔC_offgas+ΔC_correct…(7)

该修正项ΔC_correct的推定模型通过各种统计的方法而构筑。例如，本实施方式中涉及的修正项ΔC_correct为通过将利用公知的多元回归分析法而得到的、各种操作要素X作为解释变量的回归方程式而算出的目标变量。具体而言，修正项ΔC_correct如下述式(8)所示。

在此，α_k为对应于第k次的操作要素X_k的回归系数，α₀为常数。此外，作为操作要素X的具体例子，可以列举出下述表1所示的情况。其中，下述表1所示的操作要素仅仅是一个例子，在修正项ΔC_correct的推定中，也可以考虑所有的操作要素X。此外，修正项ΔC_correct的推定中也可以使用下述表1中所含的操作要素的全部或一部分。

[表1]

表1：操作要素的一个例子

本发明人等发现将上述的操作要素X_j作为解释变量的修正项ΔC_correct编入物质收支模型，从而改善脱磷处理后铁水中的碳浓度C_deP的推定精度。

进而，本发明人等深入研究，结果，本发明人等发现在通常考虑的脱磷处理时的操作要素(铁水量、铁水率、铁水温度、铁水成分、吹氧量、副原料投入量等，相当于表1的No.1～No.N-2)的基础上，使反映脱磷处理时的转炉11内的熔渣的渣化状况的操作要素反映到修正项ΔC_correct中，从而进一步改善脱磷处理后铁水中的碳浓度C_deP的推定精度。

反映熔渣的渣化状况的操作要素可以进一步改善脱磷处理后铁水中的碳浓度C_deP的推定精度认为是由于熔渣的渣化状况反映脱磷处理时的转炉11内的脱碳氧效率。脱碳氧效率是表示吹入到转炉11内的氧与铁水中的碳的反应的效率的指标。吹入的氧接触在炉浴面露出的铁水时，产生脱碳反应。然而，在脱磷处理中，磷摄入到熔渣的情况优先进行。因此，在铁水的表面大量存在熔渣。在此，根据熔渣的渣化状况，存在吹入的氧不易与铁水接触，因此不易产生脱碳反应的情况，或者存在例如即便吹入的氧不易与铁水接触，熔渣中的氧化铁成为脱碳反应的氧供给源而产生脱碳反应的情况。因此，难以根据熔渣的渣化状况，单纯地预测是抑制还是促进脱碳反应。然而，推测存在熔渣的渣化状况对脱碳反应给与一些影响的可能性。即，认为转炉11内的熔渣的渣化状况对于脱碳反应的产生难易度、即脱碳氧效率产生影响。因此，通过使反映熔渣的渣化状况的操作要素反映到修正项ΔC_correct中，从而可以参考基于脱磷处理中的转炉11的脱碳氧效率的变动的影响，推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度C_deP。本发明人等想到由此可以改善脱磷处理后的铁水中的碳浓度C_deP的推定精度。

在反映脱磷处理中的熔渣的渣化状况的操作要素中，如表1所示例如包含测声计值(db)以及基于微波的熔渣高度的测量值(m)等。

测声计值为通过测声计111而输出的值。测声计111将转炉11内的声音介由收音麦克风112以音响信号的方式而取得、作为测声计值而输出。根据转炉11内的熔渣的渣化状况，测声计值发生变动。通过将该测声计值用作操作要素，从而可以使熔渣的渣化状况反映到修正项ΔC_correct中。

此外，熔渣水平为由未图示的熔渣水平测定装置输出的值。熔渣水平测定装置例如介由天线取得照射到转炉11内的微波，由该微波解析熔渣水平。根据转炉11内的熔渣的渣化状况，该熔渣水平发生变动。与测声计值同样地将熔渣水平用作操作要素，从而可以使熔渣的渣化状况反映到修正项ΔC_correct中。

此外，根据其它的物理的测定方法，若可以把握熔渣的渣化状况，则可以将通过这些测定方法而得到的测定结果用作操作要素。本发明人等深入研究，结果发现优选将测声计值用作反映熔渣的渣化状况的操作要素。

需要说明的是，在本实施方式中，修正项ΔC_correct的推定模型通过多元回归分析而构筑，但该推定模型也可以通过其它的统计方法而构筑。其它的统计手法也可以为例如使用神经网络、或随机森林等机械学习的算法的统计方法等。

以上，对于修正项ΔC_correct的推定方法进行说明。脱磷处理后的铁水中的碳浓度C_deP通过在上述式(7)中应用上述式(2)～(4)以及上述式(8)，从而如下述式(9)所示。

碳浓度推定部202通过将数据取得部201取得的各种数据代入到上述式(9)，从而推定脱磷处理后铁水中的碳浓度C_deP。碳浓度推定部202将推定的碳浓度C_deP输出到修正量算出部203。此外，碳浓度推定部202也可以将推定的碳浓度C_deP输出到输入输出部22。

(修正量算出部)

修正量算出部203基于通过碳浓度推定部202而推定的碳浓度C_deP与目标数据213中所含的脱磷处理后的目标碳浓度C_aim的比较结果修正目标数据213中所含的脱碳处理中的吹氧量。脱磷处理后的目标碳浓度C_aim以及脱碳处理中的吹氧量O_2，aim为通过脱磷处理前的静态控制而决定的量。修正量算出部203使用上述的推定结果等而算出吹氧量的修正量ΔO_2，correct。然后，修正量算出部203使用吹氧量的修正量ΔO_2，correct更新当初决定的吹氧量O_2，aim，取得更新后的吹氧量O_{2，corrected}。

氧量的修正量可以通过下述式(10)而算出。

ΔO_2，correct＝β×(C_aim-C_deP)…(10)

在此，β为参数。该参数中例如可以代入相当于与碳反应的氧的化学当量的理论值。由此，算出相当于推定碳浓度C_deP与目标碳浓度C_aim之差的氧量。

修正量算出部203将涉及修正后的吹氧量O_{2，corrected}的信息输出到输入输出部22。

需要说明的是，修正量算出部203可以修正当初所决定的吹氧量O_2，aim，也可以修正当初的冷却材料量。例如，修正后的吹氧量O_{2，corrected}比当初所决定的吹氧量O_2，aim少时，在脱碳处理中，转炉11的铁水温度会变低。因此，修正量算出部203例如也可以基于修正后的吹氧量O_{2，corrected}以及铁水温度(钢水温度)进行减少投入到转炉11的冷却材料量的修正。由此，即便经过脱碳处理中的吹氧量在脱磷处理后减少的修正时，也可以达到当初所决定的目标钢水温度。修正量算出部203将基于修正后的冷却材料量的信息输出到输入输出部22。

以上，参照图1，对于本实施方式所涉及的铁水预处理系统1的构成例子进行说明。

＜3.铁水预处理方法的流程＞

图2为表示基于本实施方式中涉及的铁水预处理系统1的铁水预处理方法的流程图的图。边参照图2，边对基于本实施方式所涉及的铁水预处理系统1的铁水预处理方法的流程进行说明。需要说明的是，图2中示出的各处理对应于通过图1中示出的铁水预处理控制装置20而实行的各处理。因此，对于图2中示出的各处理的详细进行省略，仅说明各处理的概要。

本实施方式所涉及的铁水预处理方法中，首先数据取得部201取得铁水数据以及排气数据(步骤S101)。具体而言，数据取得部201取得图1中示出的铁水数据211、参数212、以及目标数据213、以及利用排气成分分析计101以及排气流量计102而测定的排气数据。

接着，碳浓度推定部202基于所取得的各种数据，推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度(步骤S103)。具体而言，碳浓度推定部202在上述式(9)中代入铁水数据以及排气数据中所含的各种数据，从而推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。需要说明的是，在上述式(9)的修正项ΔC_correct的推定中，可以选择各种操作要素。例如，为了进一步提高脱磷处理后的铁水中的碳浓度，在ΔC_correct的推定中，优选选择反映熔渣的渣化状况的操作要素。

接着，修正量算出部203基于所推定的脱磷处理后的铁水中的碳浓度与脱磷处理后的铁水中的目标碳浓度的比较结果，在脱碳处理中，修正吹入到转炉11内的吹氧量(步骤S105)。需要说明的是，为了在修正吹氧量的同时，使铁水温度迎合脱磷处理后的目标铁水温度，优选修正脱碳处理时的冷却材料量。此外，输入输出部22对于转炉吹炼设备10发出指示从而基于所修正的氧量以及冷却材料量进行氧的吹入以及冷却材料的投入。转炉吹炼设备10进行对应该指示的向转炉11的送氧以及冷却材料的投入中所涉及的处理。

以上，参照图2，对于本实施方式所涉及的铁水预处理方法的处理顺序进行说明。需要说明的是，以上说明的实施方式中，基于所推定的脱磷处理后的铁水中的碳浓度，吹入到转炉11的吹氧量以及所投入的冷却材料量一并被修正，但本实施方式并不限于所述例子。例如，本实施方式所涉及的铁水预处理方法中，也可以仅修正使钢水中的碳浓度满足目标值那样的吹氧量。此时，在步骤S105中，基于所推定的脱磷处理后的铁水中的碳浓度，可以仅计算钢水中的碳浓度满足目标值那样的吹氧量。

＜4.总结＞

如以上说明的那样，根据本实施方式，使用如下的修正脱碳量，推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度，所述修正脱碳量为使用由将脱磷处理时的操作要素作为解释变量的回归方程式而表现的修正值修正使用排气数据而得到的脱碳量而得到的修正脱碳量。由此，在脱磷处理后即便不进行副枪测量，也可以高精度地推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。

在本实施方式所涉及的前述修正值的推定中，作为操作要素，使用反映转炉11内的熔渣的渣化状况的操作要素，从而可以使转炉11内的脱碳效率反映到上述修正项中。由此，可以更高精度地推定脱磷处理后的铁水中的碳浓度。

进而，根据本实施方式，使用碳浓度的推定结果修正在脱碳处理时所吹入的吹氧量。基于所修正的氧量进行脱碳处理，从而可以更切实地得到满足脱碳处理后的目标碳浓度的钢水。此外，根据吹氧量的修正而修正投入到转炉11内的冷却材料量，从而可以更切实地得到满足脱碳处理后的目标钢水温度的钢水。

需要说明的是，图1中示出的构成仅仅是本实施方式所涉及的铁水预处理系统1的一个例子，铁水预处理系统1的具体构成并不限于所述例子。铁水预处理系统1若为可以实现以上说明的功能的构成即可，可以采用通常能够设想到的所有构成。

例如，对于铁水预处理控制装置20具备的各功能，可以不在1台装置中实施全部功能，可以通过多个装置的合作来实行。例如，仅具有数据取得部201、碳浓度推定部202以及修正量算出部203之中的1个或多个任意功能的一个装置与具有另外的功能的其它装置可以通信地连接，从而可以实现与图示的铁水预处理控制装置20同等的功能。

此外，制作用于实现图1中示出的本实施方式所涉及的铁水预处理控制装置20的各功能的电脑程序，可以在PC等处理装置中安装。此外，也可以提供容纳这样的电脑程序的、可以用电脑读取的记录介质。记录介质例如为磁盘、光盘、光磁盘、闪存等。此外，上述的电脑程序也可以不使用记录介质，例如介由网络来传输。

实施例

接着，对于本发明的实施例进行说明。为了确认本发明的效果，在本实施例中，对于通过本实施方式所涉及的铁水预处理方法得到的修正项的有效性、基于本实施方式所涉及的铁水预处理方法的碳浓度的推定精度、以及本实施方式所涉及的铁水预处理方法向实际操作的应用进行研究。需要说明的是，以下的实施例只不过是为了研究本发明的效果而进行的，本发明并不限于以下的实施例。

(修正项的有效性以及碳浓度的推定精度)

首先，对于由本实施方式所涉及的铁水预处理方法得到的修正项ΔC_correct的有效性以及基于本实施方式所涉及的铁水预处理方法的脱磷处理后的铁水中的碳浓度C_deP的推定精度进行研究。

首先，在实施例中，使用排气数据、铁水数据、以及操作要素，算出基于成分变化的脱碳量ΔC_c、基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas以及修正项ΔC_correct。基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas使用前述式(2)、式(3)而算出、修正项ΔC_correct使用前述式(8)而算出。此外，基于成分变化的脱碳量ΔC_c使用前述式(4)而算出。在此，设为在基于成分变化的脱碳量ΔC_c、基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas以及修正项ΔC_correct之间存在前述式(7)的关系。

另一方面，在比较例中，使用排气数据以及铁水数据，算出基于成分变化的脱碳量ΔC_c以及基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas。基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas以及基于成分变化的脱碳量ΔC_c的算出方法与本实施例同样。在此，不使用修正项ΔC_correct，设为在基于成分变化的脱碳量ΔC_c以及基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas之间存在前述式(5)的关系。

需要说明的是，在实施例以及比较例中，将用于研究修正项ΔC_correct的有效性，在脱磷处理后从转炉取样的铁水中的碳浓度的实际值代入到上述式(4)的C_deP中。即，在本实施例中，基于成分变化的脱碳量ΔC_c为基于实际值而得到的值。

此外，将反映熔渣的渣化状况的操作要素不用于修正项ΔC_correct的推定的例子作为实施例1，将反映熔渣的渣化状况的操作要素用于修正项ΔC_correct的推定的例子作为实施例2。表2中示出在实施例1、实施例2以及比较例中，用于脱磷处理后的铁水中到碳浓度的推定的数据以及操作要素的一览表。需要说明的是，在本实施例中，作为反映熔渣的渣化状况的操作要素，使用测声计值。

[表2]

表2:碳浓度推定中所使用的数据/操作要素

作为示出修正项ΔC_correct的有效性的指标，分别算出在实施例1、实施例2以及比较例中所算出的基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas(其中加入修正项ΔC_correct的修正脱碳量)的、距基于成分变化的脱碳量ΔC_c的误差(推定误差)，求出该推定误差的标准偏差σ。标准偏差σ越小，推定误差越小，即，可以说修正项ΔC_correct的有效性高。

此外，作为显示碳浓度的推定精度的指标，分别算出在实施例1以及实施例2中使用上述式(9)而推定的碳浓度C_deP与在脱磷处理后从转炉取样的铁水中碳浓度的实际值的误差，求出该推定误差的标准偏差σ。标准偏差σ越小，推定误差越小，即，可以说推定精度高。

在图3～图5中示出结果。图3为示出比较例中的基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas的推定误差的图。图4为示出实施例1中的基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas+修正项ΔC_correct的推定误差的图。此外，图5为示出实施例2中的基于排气数据的脱碳量ΔC_offgas+修正项ΔC_correct的推定误差的图。在各图中，x轴表示基于由碳浓度的成分分析得到的实际值的脱碳量，y轴表示(包含修正项ΔC_correct)基于排气数据的脱碳量。

参照图3～图5时，比较例1中的推定误差的标准偏差σ为0.80，与之相对实施例1中的推定误差的标准偏差σ为0.51，实施例2中的推定误差的标准偏差σ为0.40。根据该结果，可以确认通过基于修正项ΔC_correct的修正，脱碳量相对于实际数据的误差变小。进而，实施例2中的标准偏差σ显示小于实施例1中的标准误差σ的值，因此显示出将反映熔渣的渣化状况的操作要素编入修正项ΔC_correct是更有效的。

接着，将涉及脱磷处理后碳浓度的推定的结果示出于图6以及图7。图6为表示实施例1中的碳浓度C_deP的推定误差的图。此外，图7为表示实施例2中的碳浓度C_deP的推定误差的图。在各图中，x轴表示基于碳浓度的成分分析的实际值、y轴表示使用本实施方式所涉及的铁水预处理方法而推定的碳浓度的推定值。

参照图6以及图7时，实施例1中的推定误差的标准偏差σ为0.15、实施例2中的推定误差的标准偏差σ为0.11。任意的标准偏差σ均显示出低水准，因此可以说碳浓度C_deP的推定精度高。此外，实施例2中的标准偏差σ显示出小于实施例1中的标准误差σ的值，因此确认到通过使用反映熔渣的渣化状况的操作要素，从而可以使碳浓度C_deP的推定精度更高。

如以上所示，可知在本实施例中，与比较例相比，通过修正项ΔC_correct的导入，可以精度良好地推定碳浓度C_deP。特别是，如实施例2所示，通过将反映熔渣的渣化状况的操作要素用于修正项ΔC_correct的推定，从而可以进一步提高碳浓度C_deP的推定精度。

(向操作的应用)

接着，使用过去的操作实际数据，对于本实施方式所涉及的铁水预处理方法可否应用于操作进行研究。具体而言，对于过去的操作实际数据，对于通过实施方式所涉及的铁水预处理方法而得到的脱磷处理后铁水中的碳浓度的推定结果、以及脱碳处理时的吹氧量以及冷却材料量的修正结果进行研究。

表3为表示碳浓度推定结果以及氧量等的修正结果应用于操作实际数据的应用例的表。参照表3时，示出对于铁水中的碳浓度、铁水温度、吹氧量以及冷却材料量各自的、预定值、实际值、以及推定值或修正指示值的历程。预定值是指通过脱磷处理前的静态控制而预先推定的值。实际值是指在过去的操作中所测定的、或所设定的值。推定值以及修正指示值为通过本实施方式所涉及的铁水预处理方法而得到的碳浓度的推定值、以及吹氧量以及冷却材料量的修正量的指示值。在此，吹氧量的修正量的指示值是指例如相当于基于上述式(10)而得到的修正后的吹氧量O_{2，corrected}。

[表3]

参照表3时，通过脱磷处理前的静态控制，设定为脱磷处理终止时铁水中的碳浓度为4.0％，在脱碳处理中副枪测量时钢水中碳浓度为0.5％，脱碳处理终止时的钢水中碳浓度(目标碳浓度)为0.1％。据此，对于吹氧量，通过脱磷处理前的静态控制来决定，脱碳处理开始时为7.0Nm³/吨、在脱碳处理中的副枪测量时为25.0Nm³/吨(7.0+18.0)、在脱碳处理终止时为30.0Nm³/吨(7.0+18.0+5.0)。冷却材料量的值在脱磷吹炼中为2.0吨、自脱碳处理开始至副枪测量时为5.0吨。

然而，实际操作的副枪测量时钢水中的碳浓度为0.10％。另一方面，副枪测量时的铁水温度保持预定值的1600℃。其结果，在脱碳处理终止时，钢水中的碳浓度成为低于当初的目标碳浓度的0.04％。认为这是由于在脱磷处理终止时的铁水中的碳浓度低于当初所决定的4.0％。

另一方面，根据本实施方式所涉及的铁水预处理方法，脱磷处理终止时的铁水中的碳浓度推定为3.5％。此外，根据该推定结果，从脱碳处理开始至副枪测量时氧量从18.0修正到13.0Nm³/吨。进而，根据碳浓度的推定结果以及氧量的修正结果，冷却材料量被修正到2.5吨。根据表3所示到结果暗示了，若基于该修正，暂且进行操作，则副枪测量时的碳浓度满足预先设想的0.5％，因此脱碳处理终止时的钢水中的碳浓度可以更接近于目标碳浓度而不吹低。即，通过将本实施方式所涉及的铁水预处理方法应用于实际的操作，从而可以更确实地使钢水中的碳浓度命中目标碳浓度。

以上，边参照附图边对本发明的适宜的实施方式进行详细地说明，但本发明并不限于所述例子。若为具有本发明所属的技术领域中的通常的知识的技术人员，则显然可以在本申请的权利要求记载的技术思想的范畴内，想到各种变更例或修正例，对于这些自然也属于本发明的技术范围。

附图标记说明

1 铁水预处理系统

10 转炉吹炼设备

11 转炉

12 烟道

13 上吹管

20 铁水预处理控制装置

21 铁水预处理数据库

22 输入输出部

30 测量控制装置

101 排气成分分析计

102 排气流量计

111 测声计

112 收音麦克风

201 数据取得部

202 碳浓度推定部

203 修正量算出部

Claims (6)

1.一种铁水预处理方法，在使用转炉的铁水预处理中包括：

数据取得步骤，取得涉及脱磷处理前的铁水的铁水数据、以及包含在脱磷处理时从所述转炉排出的排气成分以及排气流量的排气数据；和

碳浓度推定步骤，使用基于所述脱磷处理时的操作要素而算出的修正值修正基于所述排气数据而算出的脱磷处理时的脱碳量，基于修正后的脱碳量和所述铁水数据、并基于脱磷处理前后的碳的物质收支推定脱磷处理后的碳浓度，其中，

所述脱磷处理时的操作要素包括显示出在所述脱磷处理时的熔渣的渣化状况的操作要素。

2.根据权利要求1所述的铁水预处理方法，其中，在所述碳浓度推定步骤中，利用将所述操作要素作为解释变量的回归方程式算出所述修正值。

3.根据权利要求1或2所述的铁水预处理方法，其中，显示出所述熔渣的渣化状况的操作要素包括涉及所述转炉内的声学信息的操作要素。

4.根据权利要求1或2所述的铁水预处理方法，所述方法还包括氧量修正步骤，在所述数据取得步骤中，进一步取得所述脱磷处理后的目标碳浓度、以及在所述脱磷处理后所进行的脱碳处理中向所述转炉内的吹氧量，

基于所推定的所述脱磷处理后的碳浓度以及所述脱磷处理后的目标碳浓度的比较结果，对所述吹氧量进行修正。

5.根据权利要求3所述的铁水预处理方法，所述方法还包括氧量修正步骤，在所述数据取得步骤中，进一步取得所述脱磷处理后的目标碳浓度、以及在所述脱磷处理后所进行的脱碳处理中向所述转炉内的吹氧量，

基于所推定的所述脱磷处理后的碳浓度以及所述脱磷处理后的目标碳浓度的比较结果，对所述吹氧量进行修正。

6.一种铁水预处理控制装置，所述铁水预处理控制装置控制使用转炉的铁水预处理，其具备：

数据取得部，取得涉及脱磷处理前的铁水的铁水数据、以及包含在脱磷处理时从所述转炉排出的排气成分以及排气流量的排气数据；和

碳浓度推定部，使用基于所述脱磷处理时的操作要素而算出的修正值修正基于所述排气数据而算出的脱磷处理时的脱碳量，基于修正后的脱碳量和所述铁水数据、并基于脱磷处理前后的碳的物质收支推定脱磷处理后的碳浓度，

所述脱磷处理时的操作要素包括显示出在所述脱磷处理时的熔渣的渣化状况的操作要素。

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