CN112154218A - 熔融金属成分推断装置、熔融金属成分推断方法和熔融金属的制造方法 - Google Patents

熔融金属成分推断装置、熔融金属成分推断方法和熔融金属的制造方法 Download PDF

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Abstract

熔融金属成分推断装置(1)具备：输入装置(11)，被输入关于精炼设备(2)的测量信息，所述测量信息包含精炼设备(2)的吹炼处理中的关于炉口部的光学特性的测量结果；模型数据库，储存关于吹炼处理反应的模型式和模型参数，所述模型式和模型参数包含表示精炼设备(2)的脱碳氧效率与熔融金属中碳浓度的关系的模型式和模型参数；模型计算部(13b)，使用测量信息与模型式和模型参数推断包含熔融金属中碳浓度的熔融金属的成分浓度；以及模型决定部(13a)，基于测量结果推断熔融金属中碳浓度，基于推断结果决定模型计算部(13b)所使用的模型式和模型参数。

Description

熔融金属成分推断装置、熔融金属成分推断方法和熔融金属 的制造方法
技术领域
本发明涉及推断钢铁业的精炼设备中的熔融金属和熔渣的成分浓度的熔融金属成分推断装置、熔融金属成分推断方法和熔融金属的制造方法。
背景技术
在炼铁厂中，在预处理设备、转炉和二次精炼设备等精炼设备中，调整从高炉出铁的铁水的成分浓度和温度。其中，转炉工艺是通过对转炉内吹入氧来进行熔融金属中的杂质去除和升温的工艺，在钢的品质管理和精炼成本合理化等方面担任非常重要的角色。在转炉工艺中，为了使氧停吹时的熔融金属中碳浓度与目标熔融金属中碳浓度一致，在吹炼处理的最后阶段，一般使用表示脱碳氧效率与熔融金属中碳浓度的关系的模型式进行送氧量控制或熔融金属中碳浓度推断。脱碳氧效率开始降低的熔融金属中碳浓度约为0.4[％](临界碳浓度)，因此，为了得到高计算精度，重要的是在熔融金属中碳浓度到达临界碳浓度的时刻进行模型式计算或切换模型式。其中，以下只要没有特别说明，则％和各种流量表示mass％和流量原单位。
在专利文献1中记载了一种方法，在使用基于吹炼处理开始前的物质平衡计算的模型式等来决定副枪测定的时机的静态控制和基于经副枪测定的熔融金属中碳浓度，使用表示熔融金属中碳浓度与脱碳氧效率的关系的模型式来决定到熔融金属中碳浓度成为目标熔融金属中碳浓度为止所需的吹入氧量的动态控制中，考虑动态控制所需时间和吹入氧流速来决定副枪测定的时机。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4677955号公报
专利文献2：日本特开2017-115216号公报
发明内容
但是，专利文献1中记载的方法基于静态模型来决定副枪测定的时机。因此，根据专利文献1中记载的方法，在因熔融金属的成分浓度的测定误差或吹炼处理中的未知外部干扰等而在静态模型计算中产生误差的情况下，无法以目标熔融金属中碳浓度实施副枪测定，有可能无法确保对动态控制而言充分的时间。另外，在为了确保动态控制的时间而由熔融金属中碳浓度比临界碳浓度高的状态实施动态控制的情况下，在熔融金属中碳浓度比临界碳浓度高的区域中，由于脱碳氧效率不依赖于熔融金属中碳浓度而受到因熔渣中氧化铁还原所致的脱碳的影响，因此，动态控制的精度有可能降低。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供特别是在吹炼处理的最后阶段能够高精度地推断熔融金属中碳浓度的熔融金属成分推断装置和熔融金属成分推断方法。另外，本发明的其它目的在于提供能够成品率良好地制造具有期望的成分浓度的熔融金属的熔融金属的制造方法。
本发明的熔融金属成分推断装置的特征在于，具备：输入装置，输入关于精炼设备的测量信息，所述测量信息包含精炼设备的吹炼处理中的关于炉口部的光学特性的测量结果；模型数据库，储存关于吹炼处理反应的模型式和模型参数，所述模型式和模型参数包含表示上述精炼设备的脱碳氧效率与熔融金属中碳浓度的关系的模型式和模型参数；模型计算部，使用上述测量信息与上述模型式和上述模型参数推断包含熔融金属中碳浓度的熔融金属的成分浓度；以及模型决定部，基于上述测量结果推断熔融金属中碳浓度，基于推断结果决定上述模型计算部所使用的上述模型式和上述模型参数。
本发明的熔融金属成分推断装置的特征在于，在上述发明中，上述测量结果中包含来自熔渣中的氧化铁的还原反应的光谱的强度变化率。
本发明的熔融金属成分推断方法的特征在于，包括如下步骤：模型计算步骤，使用关于精炼设备的测量信息与关于吹炼处理反应的模型式和模型参数来推断包含熔融金属中碳浓度的熔融金属的成分浓度，所述测量信息包含精炼设备的吹炼处理中的关于炉口部的光学特性的测量结果，所述模型式和模型参数包含表示所述精炼设备的脱碳氧效率与熔融金属中碳浓度的关系的模型式和模型参数；以及模型决定步骤，基于上述测量结果推断熔融金属中碳浓度，基于推断结果决定上述模型计算步骤中使用的上述模型式和上述模型参数。
本发明的熔融金属成分推断方法的特征在于，在上述发明中，上述测量结果中包含来自熔渣中的氧化铁的还原反应的光谱的强度变化率。
本发明的熔融金属的制造方法的特征在于，包括基于使用本发明的熔融金属成分推断方法所推断的熔融金属的成分浓度将熔融金属的成分浓度调整为期望的范围内的步骤。
根据本发明的熔融金属成分推断装置和熔融金属成分推断方法，特别是在吹炼处理的最后阶段，能够高精度地推断熔融金属中碳浓度。另外，根据本发明的熔融金属的制造方法，能够成品率良好地制造具有期望的成分浓度的熔融金属。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的熔融金属成分推断装置的构成的示意图。
图2是表示本发明的一个实施方式的熔融金属成分推断处理的流程的流程图。
图3是表示熔融金属中碳浓度与发光强度变化率的关系和熔融金属中碳浓度与脱碳氧效率的关系的一个例子的图。
具体实施方式
以下，参照镀覆对本发明的一个实施方式的熔融金属成分推断装置和其动作进行详细说明。
[构成]
首先，参照图1对本发明的一个实施方式的熔融金属成分推断装置的构成进行说明。
图1是表示本发明的一个实施方式的熔融金属成分推断装置的构成的示意图。如图1所示，本发明的一个实施方式的熔融金属成分推断装置1是推断在钢铁业的精炼设备2中被处理的熔融金属101和熔渣103的成分浓度的装置。在此，精炼设备2具备转炉100、喷枪102和导管104。在转炉100内的熔融金属101上配置有喷枪102。从喷枪102的前端向下方的熔融金属101喷出高压氧(顶吹氧)。通过该高压氧，熔融金属101内的杂质被氧化而被取入至熔渣103内(吹炼处理)。在转炉100的上部设置有排气导烟用的导管104。
在导管104的内部配置有排气检测部105。排气检测部105检测伴随吹炼处理而被排出的排气的流量和排气中的成分(例如CO、CO2、O2、N2、H2O、Ar等)。排气检测部105基于例如设置在导管104内的文丘里管的前后的差压来测量导管104内的排气的流量。另外，排气检测部105测量排气的各成分浓度[％]。排气的流量和成分浓度例如以几秒周期进行测量。表示排气检测部105的检测结果的信号被送至控制终端10。
介由形成于转炉100的底部的通气孔107向转炉100内的熔融金属101吹入搅拌气体(底吹气体)。搅拌气体为Ar等非活性气体。被吹入的搅拌气体搅拌熔融金属101，促进高压氧与熔融金属101的反应。流量计108测量被吹入至转炉100的搅拌气体的流量。在吹炼处理刚开始前和吹炼处理后进行熔融金属101的温度和成分浓度的分析。另外，熔融金属101的温度和成分浓度在吹炼处理中途测量一次或多次，基于所测量的温度和成分浓度决定高压氧的供给量(送氧量)和速度(送氧速度)或搅拌气体的流量(搅拌气体流量)等。
应用熔融金属成分推断装置1的吹炼处理控制系统具备控制终端10、熔融金属成分推断装置1和显示装置20作为主要构成要素。控制终端10由个人计算机、工作站等信息处理装置构成，以熔融金属101的成分浓度成为期望的范围内的方式控制送氧量、送氧速度和搅拌气体流量，并且收集送氧量、送氧速度和搅拌气体流量的实绩值的数据。
熔融金属成分推断装置1由个人计算机、工作站等信息处理装置构成。熔融金属成分推断装置1具备输入装置11、模型数据库(模型DB)12、运算处理部13和输出装置14。
输入装置11是被输入关于精炼设备2的各种测量结果和实绩信息的输入用接口。输入装置11有键盘、鼠标指针、定点设备、数据接收装置和图形用户界面(GUI)等。输入装置11从外部接收实绩数据、参数设定值等，进行该信息向模型DB12的写入或向运算处理部13的发送。输入装置11被输入精炼设备2的吹炼处理开始前和吹炼处理中的至少任一者的关于熔融金属101的温度和成分浓度的测量结果。关于温度和成分浓度的测量结果通过例如由操作人员的手动输入或从记录介质的读取输入等而被输入至输入装置11。另外，从控制终端10向输入装置11输入实绩信息。实绩信息包含通过排气检测部105所测量的关于排气的流量和成分浓度的信息、通过分光器106所测量的关于转炉100的炉口部的光学特性的信息(炉口分光实绩、炉口部光学特性信息)、送氧量和送氧速度的信息、搅拌气体流量的信息、原料(主原料、副原料)投入量的信息、熔融金属101的温度信息等。
模型DB12是保存有精炼设备2的关于吹炼处理反应的模型式和其参数(模型参数)的信息的存储装置。模型式至少包含表示吹炼处理中途的熔融金属101中的碳浓度与脱碳氧效率的关系的脱碳模型式。应予说明，脱碳氧效率是指相对于被吹入至转炉100内的单位氧量的从熔融金属101去除的碳量。另外，模型DB12中存储有被输入至输入装置11的各种信息和通过运算处理部13所算出的吹炼处理实绩中的计算·解析结果。
运算处理部13是CPU等运算处理装置，控制熔融金属成分推断装置1整体的动作。运算处理部13具有作为模型决定部13a和模型计算部13b的功能。模型决定部13a和模型计算部13b例如通过运算处理部13执行计算机程序来实现。运算处理部13通过执行模型决定部13a用的计算机程序而作为模型决定部13a发挥功能，通过执行模型计算部13b用的计算机程序而作为模型计算部13b发挥功能。应予说明，运算处理部13也可以具有作为模型决定部13a和模型计算部13b发挥功能的专用的运算装置、运算电路。
具有这样的构成的熔融金属成分推断装置1通过执行以下所示的熔融金属成分推断处理，从而特别是在吹炼处理的最后阶段，高精度地推断熔融金属101和熔渣103的成分浓度。以下，参照图2所示的流程图对执行熔融金属成分推断处理时的熔融金属成分推断装置1的动作。
[熔融金属成分推断处理]
图2是表示本发明的一个实施方式的熔融金属成分推断处理的流程的流程图。图2所示的流程图在已开始吹炼处理的时机成为开始，熔融金属成分推断处理前进至步骤S1的处理。
在步骤S1的处理中，运算处理部13取得熔融金属101的测量·分析值。具体而言，运算处理部13取得通过对熔融金属101的试样的温度测量和成分分析而得到的测量·分析结果。由此，步骤S1的处理完成，熔融金属成分推断处理前进至步骤S2的处理。
在步骤S2的处理中，运算处理部13从控制终端10取得排气测量·分析信息(排气信息)、炉口部光学特性信息和操作量信息。在通常的转炉吹炼作业中，排气信息、炉口部光学特性信息和操作量信息以一定周期被收集。在操作量信息的取得时间与排气信息的取得时间之间有较大的时间延迟的情况下，考虑该时间延迟(与延迟时间量相应地加快排气信息)而制作数据。另外，在测量值和分析值含有大量噪音的情况下，也可以以进行移动平均计算等平滑化处理后的值来替换测量值和分析值。此外，优选排气流量的测量值和CO、CO2的分析值中所含的误差被校正。由此，步骤S2的处理完成，熔融金属成分推断处理前进至步骤S3的处理。
在步骤S3的处理中，模型决定部13a基于步骤S2的处理中取得的炉口部光学特性信息，从存储于模型DB12的模型式和模型参数中决定模型计算部13b使用在计算中的模型式和模型参数。具体而言，作为转炉100的炉口部的光学特性，检测以下反应式(1)所示这样的伴随因熔渣中氧化铁的还原反应所致的脱碳反应而发出的光的波长带(光谱)中例如波长550nm～650nm的波长带的发光强度的最大值。如果熔融金属中碳浓度达到临界碳浓度附近，则已知因以下反应式(1)中记载的脱碳反应的效率降低而发光强度也降低。
FeO+C→Fe+CO …(1)
因此，模型决定部13a如图3(a)所示，算出发光强度的最大值的变化率(发光强度变化率)，将发光强度变化率由正值转为负值的时机作为熔融金属中碳浓度达到临界碳浓度的时机进行检测。然后，模型决定部13a在熔融金属中碳浓度比临界碳浓度高的区域中从模型DB12选择基于排气信息和操作量信息的质量平衡计算式或基于操作量信息的物理反应模型计算式等模型式和模型参数。另一方面，熔融金属中碳浓度达到临界碳浓度的时机以后，如图3(b)所示，脱碳氧效率进入至依赖于熔融金属中碳浓度的区域，因此，模型决定部13a从模型DB12选择脱碳模型式和其模型参数。应予说明，在本发明中，不限定从模型DB12选择的模型式的形式。另外，关于模型式的切换方法，也可以为通过模型参数的变更来变更脱碳模型式对模型计算的贡献度的方法等。由此，步骤S3的处理完成，熔融金属成分推断处理前进至步骤S4的处理。
在步骤S4的处理中，模型计算部13b使用步骤S3的处理中决定(选择)的模型式和模型参数算出包含熔融金属中碳浓度的熔融金属101的成分浓度，将关于所算出的熔融金属101的成分浓度的信息输出至输出装置14。应予说明，熔融金属101的成分浓度的算出方法的详细内容记载于例如专利文献2。由此，步骤S4的处理完成，熔融金属成分推断处理前进至步骤S5的处理。
在步骤S5的处理中，运算处理部13判别是否吹炼处理已结束。判别的结果，在吹炼处理已结束(步骤S5：Yes)的情况下，运算处理部13结束一系列的熔融金属成分推断处理。另一方面，在吹炼处理未结束(步骤S5：No)的情况下，运算处理部13将熔融金属成分推断处理返回至步骤S2的处理。
由以上的说明明确可知，在本发明的一个实施方式的熔融金属成分推断处理中，模型决定部13a基于炉口部光学特性信息推断熔融金属101的碳浓度，基于推断结果决定模型计算部13b所使用的模型式和模型参数。更详细而言，模型决定部13a基于炉口部光学特性信息检测熔融金属101的碳浓度达到临界碳浓度的时机，在熔融金属101的碳浓度达到临界碳浓度的时机将模型计算部13b所使用的模型式和模型参数切换成基于熔融金属中碳浓度与脱碳氧效率的关系的模型式和模型参数。由此，特别是在吹炼处理的最后阶段，能够高精度地推断熔融金属101的碳浓度。
以上，对应用了由本发明人等作出的发明的实施方式进行了说明，但本发明并不受本实施方式的作为本发明的公开的一部分的记述和附图限定。例如，在本实施方式中，对熔融金属中碳浓度的推断计算中的模型切换进行了描述，但如专利文献1记载的方法所示，在进行使用静态模型和动态模型的控制时，可以基于炉口部光学特性测量信息从模型DB12取得动态模型，从而在适当的时机进行动态模型控制。如此，本领域技术人员等基于本实施方式得到的其它实施方式、实施例和应用技术等全部包含在本发明的范围内。
产业上的可利用性
通过本发明，可提供特别是在吹炼处理的最后阶段，能够高精度地推断熔融金属中碳浓度的熔融金属成分推断装置和熔融金属成分推断方法。
符号说明
1 熔融金属成分推断装置
2 精炼设备
10 控制终端
11 输入装置
12 模型数据库(模型DB)
13 运算处理部
13a 模型决定部
13b 模型计算部
14 输出装置
20 显示装置
100 转炉
101 熔融金属
102 喷枪
103 熔渣
104 导管
105 排气检测部
106 分光器
107 通气孔
108 流量计

Claims (5)

1.一种熔融金属成分推断装置，其特征在于，具备：
输入装置，被输入关于精炼设备的测量信息，所述测量信息包含精炼设备的吹炼处理中的关于炉口部的光学特性的测量结果；
模型数据库，储存关于吹炼处理反应的模型式和模型参数，所述模型式和模型参数包含表示所述精炼设备的脱碳氧效率与熔融金属中碳浓度的关系的模型式和模型参数；
模型计算部，使用所述测量信息与所述模型式和所述模型参数推断包含熔融金属中碳浓度的熔融金属的成分浓度；以及
模型决定部，基于所述测量结果推断熔融金属中碳浓度，基于推断结果决定所述模型计算部所使用的所述模型式和所述模型参数。
2.根据权利要求1所述的熔融金属成分推断装置，其中，所述测量结果中包含来自熔渣中的氧化铁的还原反应的光谱的强度变化率。
3.一种熔融金属成分推断方法，其特征在于，包括如下步骤：
模型计算步骤，使用关于精炼设备的测量信息与关于吹炼处理反应的模型式和模型参数来推断包含熔融金属中碳浓度的熔融金属的成分浓度，所述测量信息包含精炼设备的吹炼处理中的关于炉口部的光学特性的测量结果，所述模型式和模型参数包含表示所述精炼设备的脱碳氧效率与熔融金属中碳浓度的关系的模型式和模型参数，以及
模型决定步骤，基于所述测量结果推断熔融金属中碳浓度，基于推断结果决定所述模型计算步骤中使用的所述模型式和所述模型参数。
4.根据权利要求3所述的熔融金属成分推断方法，其中，所述测量结果中包含来自熔渣中的氧化铁的还原反应的光谱的强度变化率。
5.一种熔融金属的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
基于使用权利要求3或4所述的熔融金属成分推断方法所推断出的熔融金属的成分浓度将熔融金属的成分浓度调整为期望的范围内。
CN201980031713.5A 2018-05-14 2019-04-03 熔融金属成分推断装置、熔融金属成分推断方法和熔融金属的制造方法 Active CN112154218B (zh)

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