JP2013072095A - 溶銑予備処理の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多くの労力を要することなく溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を精度高く目標値に制御すること。
【解決手段】塩基度算出部３１が、推定チャージの操業条件と操業実績データベース２に格納されている過去チャージの操業条件との間の距離を類似度として算出し、過去チャージの操業条件およびスラグ塩基度と算出された類似度とを用いて、溶銑予備処理におけるスラグ塩基度を算出するための回帰式を作成し、作成された回帰式を用いて推定チャージの操業条件で溶銑予備処理を行った場合のスラグ塩基度を算出する。そして、石灰投入量算出部３２が、塩基度算出部３１によって算出されたスラグ塩基度に基づいて推定チャージの溶銑予備処理を行う際に必要な石灰量を算出し、石灰投入量制御部３３が、石灰投入量算出部３２によって算出された石灰量に基づいて、溶銑に投入する石灰量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶銑予備処理の制御方法および制御装置に関するものである。

近年、製鋼工程では、転炉精錬の負荷軽減および精錬に要する費用の削減を図るために、高炉から出銑された溶銑に含まれている珪素（Ｓｉ）や燐（Ｐ）を転炉での主精錬前に除去する処理、いわゆる溶銑予備処理が行われている。具体的には、この溶銑予備処理では、酸化鉄などの固体酸素源を溶銑に投入して珪素を除去する脱珪処理を行い、脱珪処理で発生したスラグを除去した後、精錬剤および酸化剤を溶銑に投入して燐を除去する脱燐処理を行う。一般に、脱燐処理の精錬剤としては石灰が用いられ、酸化剤としては固体酸素源や気体酸素が用いられる。

溶銑予備処理において溶銑中の燐濃度を低減するためには、脱燐処理の際に精錬剤である石灰を多量に投入することが望ましい。しかしながら、石灰を多量に投入した場合、処理費用が増加すると共に、スラグに溶融できず未溶解のまま残留した未滓化石灰が発生する。未滓化石灰は、スラグの冷却後、水和反応などによって膨張するために、スラグの利用に対する大きな妨げとなる。このため、従来の溶銑予備処理では、スラグ塩基度が１．５〜１．７の範囲内で脱燐処理が促進されることから、スラグ塩基度と溶銑温度とを入力変数とするモデル式を用いて石灰の最適な投入量を算出することによって、溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を目標値に制御するために必要な量だけ石灰を投入している（特許文献１〜３参照）。

特開２００５−１４６３３５号公報 特開２００８−１９６０２６号公報 特開２０１１−６８９２５号公報

しかしながら、従来の溶銑予備処理によれば、モデル式を用いて石灰の投入量を算出するために、以下に示すような問題が生じる。

第１に、従来の溶銑予備処理によれば、モデル式を構築した際の操業条件とは異なる操業条件で溶銑予備処理を行う際、モデル式を構成するパラメータの値を新たな操業条件に合わせて調整しなければならず、多くの労力を要する。

第２に、従来の溶銑予備処理によれば、モデル式の入力変数であるスラグ塩基度および溶銑温度以外に脱燐処理に影響を与える操業条件がある場合には、脱燐処理に必要な石灰の量を正確に算出することができず、結果として、溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を精度高く目標値に制御できなくなる。

このため、多くの労力を要することなく溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を精度高く目標値に制御可能な技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、多くの労力を要することなく溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を精度高く目標値に制御可能な溶銑予備処理の制御方法および制御装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶銑予備処理の制御方法は、溶銑予備処理を行うチャージの操業条件および溶銑予備処理が終了したチャージの操業条件をそれぞれ推定操業条件および過去操業条件として、該推定操業条件と該過去操業条件との類似度を過去操業条件毎に算出する類似度算出ステップと、前記過去操業条件、該過去操業条件で溶銑予備処理を行った際のスラグ塩基度、および前記類似度算出ステップにおいて算出された類似度を用いて、溶銑予備処理におけるスラグ塩基度を算出するための回帰式を作成する回帰式作成ステップと、前記回帰式作成ステップにおいて作成された回帰式を用いて、前記推定操業条件で溶銑予備処理を行った場合のスラグ塩基度を算出する塩基度算出ステップと、前記塩基度算出ステップにおいて算出されたスラグ塩基度に基づいて、前記推定操業条件で溶銑予備処理を行う際に必要な石灰量を算出する石灰量算出ステップと、前記石灰量算出ステップにおいて算出された石灰量に基づいて、溶銑予備処理において溶銑に投入する石灰量を制御する制御ステップと、を含む。

本発明に係る溶銑予備処理の制御方法は、上記発明において、前記操業条件が、溶銑に供給する酸素の速度、溶銑に石灰を吹き込むランスの溶銑への浸漬深さ、および溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を算出する数式中の調整パラメータを含むことを特徴とする。

本発明に係る溶銑予備処理の制御方法は、上記発明において、前記石灰量算出ステップが、前記塩基度算出ステップにおいて算出されたスラグ塩基度が所定の範囲内にあるか否かを判別するステップと、前記塩基度算出ステップにおいて算出されたスラグ塩基度が所定の範囲内にない場合、該スラグ塩基度が所定の範囲内になるように溶銑に供給する酸素の速度を変更するステップと、を含むことを特徴とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶銑予備処理の制御装置は、溶銑予備処理が終了したチャージの操業条件およびスラグ塩基度に関する情報を格納する操業実績データベースと、溶銑予備処理を行うチャージの操業条件および操業実績データベースに格納されている操業条件をそれぞれ推定操業条件および過去操業条件として、推定操業条件と過去操業条件との類似度を過去操業条件毎に算出し、過去操業条件、過去操業条件で溶銑予備処理を行った際のスラグ塩基度、および類似度を用いて、溶銑予備処理におけるスラグ塩基度を算出するための回帰式を作成し、作成された回帰式を用いて推定操業条件で溶銑予備処理を行った場合のスラグ塩基度を算出する塩基度算出部と、前記塩基度算出部によって算出されたスラグ塩基度に基づいて、前記推定操業条件で溶銑予備処理を行う際に必要な石灰量を算出する石灰投入量算出部と、前記石灰投入量算出部によって算出された石灰量に基づいて、溶銑予備処理において溶銑に投入する石灰量を制御する石灰投入量制御部と、を備える。

本発明に係る溶銑予備処理の制御方法および制御装置によれば、多くの労力を要することなく溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を精度高く目標値に制御することができる。

図１は、本発明が適用される溶銑予備処理を説明するための図である。 図２は、本発明の一実施形態である溶銑予備処理の制御システムの構成を示すブロック図である。 図３は、図２に示す操業実績データベースに格納される過去チャージデータの一例を示す模式図である。 図４は、本発明の一実施形態である石灰投入量算出処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である溶銑予備処理の制御システムの構成および動作について説明する。

〔溶銑予備処理〕
始めに、図１を参照して、本発明が適用される溶銑予備処理について説明する。図１は、本発明が適用される溶銑予備処理を説明するための図である。

図１に示すように、本発明が適用される溶銑予備処理では、インジェクションランス１０２を介して処理容器１００内に保持した溶銑１０１の中に酸化剤としての気体酸素および／又は固体酸化剤（例えば焼結鉱、製鉄ダスト、ミルスケールなどの酸化鉄含有物質）並びに精錬剤としての石灰を連続的に供給することによって、溶銑１０１内の珪素を除去する脱珪処理と溶銑１０１内の燐を除去する脱燐処理とを行う。なお、高炉から出銑された直後の溶銑１０１は、珪素を０．１〜０．６質量％程度、燐を０．０８〜０．１８質量％程度含有している。このため、溶銑予備処理の開始当初は脱珪反応が優先的に進行し、その後、脱燐反応が支配的になる。また、脱珪反応によって二酸化珪素（ＳｉＯ_２）分が多いスラグ１０３が生成される。このスラグ１０３は脱燐反応に悪影響を与えるので、脱珪反応の途中又は終了後に処理容器１００から排出される。

〔制御システムの構成〕
次に、図２，図３を参照して、本発明の一実施形態である溶銑予備処理の制御システムの構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態である溶銑予備処理の制御システムの構成を示すブロック図である。図３は、図２に示す操業実績データベースに格納される過去チャージデータの一例を示す模式図である。

図２に示すように、本発明の一実施形態である溶銑予備処理の制御システム１は、操業実績データベース２と、石灰投入量制御装置３と、入力装置４と、出力装置５と、を備えている。操業実績データベース２は、過去のチャージに関する操業条件のデータとスラグ塩基度のデータとを過去チャージデータとして関連付けして格納している。より具体的には、図３に示すように、操業実績データベース２は、過去のチャージの操業条件およびスラグ塩基度をそれぞれ入力変数ｘ_ｉ ^ｋおよび出力変数ｙ^ｋとする過去チャージデータを格納している。

なお、入力変数ｘ_ｉ ^ｋの添え字ｉは、スラグ塩基度に影響を与える操業条件の数を表す変数であり、入力変数ｘ_ｉ ^ｋおよび出力変数ｙ^ｋの添え字ｋは過去のチャージの数を表す変数である。また、本明細書中において、チャージとは、溶銑予備処理を行うときの処理単位を意味し、図１に示す処理容器１００一杯分の溶銑１０１に相当するものである。また、スラグ塩基度とは、ＳｉＯ_２／ＣａＯで定義されるスラグの状態を表す尺度のことを意味する。

ここで、溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度は以下に示す数式（１）から算出することができる。また、数式（１）中の調整パラメータｋＰは以下に示す線形回帰式（２）で表すことができる。なお、線形回帰式（２）中の係数ａ０，ａ１，ａ２，ａ３は既知の値である。従って、数式（２）を整理することによって、溶銑予備処理後のスラグ塩基度は以下に示す数式（３）のように表すことができる。

数式（３）によれば、溶銑に供給する酸素の速度（酸素供給速度）、溶銑１０１に石灰を吹き込むインジェクションランス１０２の溶銑への浸漬深さ（ランス浸漬深さ）、および数式（１）中の調整パラメータｋＰが溶銑予備処理後のスラグ塩基度を算出するための入力変数となる。そこで、本実施形態では、操業条件の数ｉ＝１〜３とし、入力変数ｘ_１ ^ｋは酸素供給速度の実績値、入力変数ｘ_２ ^ｋはインジェクションランス１０２の浸漬深さの実績値、入力変数ｘ_３ ^ｋは調整パラメータｋＰの実績値を表すものとする。

石灰投入量制御装置３は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの情報処理装置によって構成されている。石灰投入量制御装置３は、情報処理装置内部のＣＰＵなどの演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することによって、塩基度算出部３１、石灰投入量算出部３２、および石灰投入量制御部３３として機能する。これら各部の機能については後述する。入力装置４は、キーボードやマウスポインタなどの入力装置や情報通信装置によって構成され、各種情報を石灰投入量制御装置３に入力する。出力装置５は、印刷装置、表示装置、情報通信装置などによって構成され、石灰投入量制御装置３の処理結果を出力する。

このような構成を有する制御システム１は、以下に示す石灰投入量算出処理を実行することによって、溶銑予備処理後の溶銑１０１中の燐濃度を目標値に制御する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この石灰投入量算出処理を実行する際の制御システム１の動作について説明する。

〔石灰投入量算出処理〕
図４は、本発明の一実施形態である石灰投入量算出処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、入力装置４を介して石灰投入量算出処理の実行命令が入力されたタイミングで開始となり、石灰投入量算出処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、塩基度算出部３１が、操業実績データベース２内に格納されている過去チャージデータを読み出し、以下に示す数式（４）を用いて過去チャージデータの操業条件の値ｘ_ｉ ^ｋを正規化する。なお、数式（４）中のパラメータｘ_ｉ，ａｖは操業条件ｘ_ｉの平均値を表し、パラメータσ_ｉは操業条件ｘ_ｉの標準偏差を表している。同様に、塩基度算出部３１は、石灰投入量の算出対象であるチャージ（以下、推定チャージと表記）の操業条件の値ｘ_ｉ ^ｑを正規化する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、石灰投入量算出処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、塩基度算出部３１が、以下に示す数式（５）を用いてステップＳ１の処理によって算出された推定チャージの操業条件ｘ_ｉ ^ｑの正規化値ｘ_ｉ，ｓ ^ｑと過去チャージの操業条件ｘ_ｉ ^ｋの正規化値ｘ_ｉ，ｓ ^ｋとの間の距離ｄ^ｋをｋ個の過去チャージデータ毎に算出する。なお、数式（５）においては、操業条件の数ｉ＝１〜３としている。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、石灰投入量算出処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、塩基度算出部３１が、以下に示す数式（６）を用いてステップＳ２の処理によって算出された各過去チャージデータの距離ｄ^ｋに基づいて各過去チャージデータの重みｗ^ｋを算出する。なお、数式（６）中のパラメータｐは調整用のパラメータを表し、パラメータσ_αは距離ｄ^ｋの標準偏差を表している。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、石灰投入量算出処理はステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ４の処理では、塩基度算出部３１が、以下に示す数式（７）を用いて推定チャージのスラグ塩基度ｙ_ｑを推定する。具体的には、過去チャージデータの出力変数ｙ^ｋを以下に示す数式（８）のようにベクトル表記し、過去チャージデータの入力変数ｘ_ｉ ^ｋを以下に示す数式（９）のような行列で表現し、スラグ塩基度ｙ_ｑの算出式の係数ｂ_ｉを以下に示す数式（１０）のようにベクトル表記し、過去チャージデータの重みｗ^ｋを以下に示す数式（１１）のような行列で表現すると、スラグ塩基度の算出式の係数ベクトルは以下に示す数式（１２）のように表される。従って、推定チャージのスラグ塩基度ｙ_ｑを推定する際、塩基度算出部３１は、数式（１２）を利用してスラグ塩基度ｙ_ｑの算出式の係数ｂ_ｉを算出し、算出された係数ｂ_ｉと溶銑予備処理を行うチャージの操業条件ｘ_ｉ ^ｑとを数式（７）に代入することにより、推定チャージのスラグ塩基度ｙ_ｑを算出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、石灰投入量算出処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、石灰投入量算出部３２が、ステップＳ４の処理によって算出されたスラグ塩基度ｙ_ｑが所定の範囲内（例えば１．５〜１．７）にあるか否かを判別する。判別の結果、スラグ塩基度ｙ_ｑが所定の範囲内にない場合、石灰投入量算出部３２は、石灰投入量算出処理をステップＳ６の処理に進める。一方、スラグ塩基度ｙ_ｑが所定の範囲内にある場合には、石灰投入量算出部３２は、石灰投入量算出処理をステップＳ７の処理に進める。

ステップＳ６の処理では、石灰投入量算出部３２が、スラグ塩基度ｙ_ｑが所定の範囲内に入るように推定チャージの操業条件の１つである酸素供給速度ｘ_１の値を変更した後、石灰投入量算出処理をステップＳ４の処理に戻す。

ステップＳ７の処理では、石灰投入量算出部３２が、以下に示す数式（１３）を用いて推定チャージの石灰投入量を算出する。なお、数式（１３）中のパラメータα１〜α２、β１〜β３、および酸化鉄供給量は予め与えられた値であり、塩基度はステップＳ４の処理によって算出されたスラグ塩基度である。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、一連の石灰投入量算出処理は終了する。以後、石灰投入量制御部３３が、出力装置５を介して石灰投入量算出部３２よって算出された石灰投入量を図示しないプロセスコンピュータに出力することによって、溶銑１０１に投入される石灰量を制御し、溶銑予備処理後の溶銑１０１中の燐濃度を目標値に制御する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である溶銑予備処理の制御システム１によれば、塩基度算出部３１が、推定チャージの操業条件と操業実績データベース２に格納されている過去チャージの操業条件との間の距離を類似度として算出し、過去チャージの操業条件およびスラグ塩基度と算出された類似度とを用いて、溶銑予備処理におけるスラグ塩基度を算出するための回帰式を作成し、作成された回帰式を用いて推定チャージの操業条件で溶銑予備処理を行った場合のスラグ塩基度を算出する。そして、石灰投入量算出部３２が、塩基度算出部３１によって算出されたスラグ塩基度に基づいて推定チャージの溶銑予備処理を行う際に必要な石灰量を算出し、石灰投入量制御部３３が、石灰投入量算出部３２によって算出された石灰量に基づいて、溶銑に投入する石灰量を制御する。

すなわち、本発明の一実施形態である溶銑予備処理の制御システム１は、推定チャージの操業条件と過去チャージの操業条件との類似度に基づいてスラグ塩基度を算出するための回帰式を作成し、作成された回帰式を用いて石灰の投入量を制御する。そして、このような構成によれば、推定チャージの操業条件に合わせた回帰式が推定チャージ毎に作成されるので、所定のモデル式を利用した従来までの溶銑予備処理と比較して、多くの労力を要することなく溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を精度高く目標値に制御することができる。また、従来の溶銑予備処理と比較して石灰量をより最適な値に制御できるので、石灰量を削減して溶銑温度の降下を抑制することによって、銑配低減に寄与することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例、および運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

１ 制御システム
２ 操業実績データベース
３ 石灰投入量制御装置
４ 入力装置
５ 出力装置
３１ 塩基度算出部
３２ 石灰投入量算出部
３３ 石灰投入量制御部
１００ 処理容器
１０１ 溶銑
１０２ インジェクションランス
１０３ スラグ

Claims (4)

1. 溶銑予備処理を行うチャージの操業条件および溶銑予備処理が終了したチャージの操業条件をそれぞれ推定操業条件および過去操業条件として、該推定操業条件と該過去操業条件との類似度を過去操業条件毎に算出する類似度算出ステップと、
   前記過去操業条件、該過去操業条件で溶銑予備処理を行った際のスラグ塩基度、および前記類似度算出ステップにおいて算出された類似度を用いて、溶銑予備処理におけるスラグ塩基度を算出するための回帰式を作成する回帰式作成ステップと、
   前記回帰式作成ステップにおいて作成された回帰式を用いて、前記推定操業条件で溶銑予備処理を行った場合のスラグ塩基度を算出する塩基度算出ステップと、
   前記塩基度算出ステップにおいて算出されたスラグ塩基度に基づいて、前記推定操業条件で溶銑予備処理を行う際に必要な石灰量を算出する石灰量算出ステップと、
   前記石灰量算出ステップにおいて算出された石灰量に基づいて、溶銑予備処理において溶銑に投入する石灰量を制御する制御ステップと、
   を含むことを特徴とする溶銑予備処理の制御方法。
2. 前記操業条件は、溶銑に供給する酸素の速度、溶銑に石灰を吹き込むランスの溶銑への浸漬深さ、および溶銑予備処理後の溶銑中の燐濃度を算出する数式中の調整パラメータを含むことを特徴とする請求項１に記載の溶銑予備処理の制御方法。
3. 前記石灰量算出ステップは、
   前記塩基度算出ステップにおいて算出されたスラグ塩基度が所定の範囲内にあるか否かを判別するステップと、
   前記塩基度算出ステップにおいて算出されたスラグ塩基度が所定の範囲内にない場合、該スラグ塩基度が所定の範囲内になるように溶銑に供給する酸素の速度を変更するステップと、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の溶銑予備処理の制御方法。
4. 溶銑予備処理が終了したチャージの操業条件およびスラグ塩基度に関する情報を格納する操業実績データベースと、
   溶銑予備処理を行うチャージの操業条件および前記操業実績データベースに格納されている操業条件をそれぞれ推定操業条件および過去操業条件として、推定操業条件と過去操業条件との類似度を過去操業条件毎に算出し、過去操業条件、過去操業条件で溶銑予備処理を行った際のスラグ塩基度、および類似度を用いて、溶銑予備処理におけるスラグ塩基度を算出するための回帰式を作成し、作成された回帰式を用いて推定操業条件で溶銑予備処理を行った場合のスラグ塩基度を算出する塩基度算出部と、
   前記塩基度算出部によって算出されたスラグ塩基度に基づいて、前記推定操業条件で溶銑予備処理を行う際に必要な石灰量を算出する石灰投入量算出部と、
   前記石灰投入量算出部によって算出された石灰量に基づいて、溶銑予備処理において溶銑に投入する石灰量を制御する石灰投入量制御部と、
   を備えることを特徴とする溶銑予備処理の制御装置。

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