JP2018028421A - 電気炉における電極長さ推定方法及び、その推定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電極が複数配備された電気炉において、炉内全体の環境及び各電極周辺の環境を把握し、各環境で得られるデータを用いて、各電極長さを正確に推定することができる電気炉における電極長さ推定方法及び、その推定装置を提供する。
【解決手段】本発明は、電気炉１に複数配備された各電極５長さを推定する技術であって、操業実績を保存する操業実績ステップと、排出ガス成分及び温度、溶湯８成分の少なくとも１つ以上を含む炉内環境のデータを用いて電極５全体の平均長さを算出する全体平均長さ算出ステップと、各電極５周辺の排出ガス温度、各電極５の上下移動履歴、各電極５の電力量の少なくとも１つ以上を含む電極５のデータを用いて各電極５間の相対長さを算出する相対長さ算出ステップと、電極５全体の平均長さと各電極５間の相対長さを用いて各電極５長さを推定する電極長さ推定ステップと、各電極５長さを出力する電極長さ出力ステップとを有する。
【選択図】図２
【解決手段】本発明は、電気炉１に複数配備された各電極５長さを推定する技術であって、操業実績を保存する操業実績ステップと、排出ガス成分及び温度、溶湯８成分の少なくとも１つ以上を含む炉内環境のデータを用いて電極５全体の平均長さを算出する全体平均長さ算出ステップと、各電極５周辺の排出ガス温度、各電極５の上下移動履歴、各電極５の電力量の少なくとも１つ以上を含む電極５のデータを用いて各電極５間の相対長さを算出する相対長さ算出ステップと、電極５全体の平均長さと各電極５間の相対長さを用いて各電極５長さを推定する電極長さ推定ステップと、各電極５長さを出力する電極長さ出力ステップとを有する。
【選択図】図２
Description
本発明は、電気炉に備えられている電極の長さの予測する方法及び、その推定装置に関する。
電気炉は、内部に投入された冷鉄源及びフラックス等を溶解して溶湯を形成すると共に、溶湯に対して脱りん処理や脱炭処理を行うものである。この電気炉には、アークを発生させる電極(例えば、炭素電極）が単独もしくは複数備えられていて、この電極のアーク放電によって内部の冷鉄源等の原料を溶解するようになっている。
ところで、実操業していると、電気炉に備えられている電極は消耗してゆくので、継ぎ足す必要がある。この電極を継ぎ足すにあたっては、電極の消耗度合い、すなわち電極の長さを把握する必要がある。
ところで、実操業していると、電気炉に備えられている電極は消耗してゆくので、継ぎ足す必要がある。この電極を継ぎ足すにあたっては、電極の消耗度合い、すなわち電極の長さを把握する必要がある。
しかし、サブマージドアーク炉の様な電気炉の場合、電極は、内部が高温である電気炉中の原料内に装入されているので、目視では電極の消耗度合い（電極長さ）を知ることが基本的にできない。
そこで現在では、電気炉全体の環境（例えば、排出ガスの温度等）や、電極に関するデータ（例えば、上下方向の移動量等）など、実操業のデータを基に、電極の長さを推定する技術が採用されている。
そこで現在では、電気炉全体の環境（例えば、排出ガスの温度等）や、電極に関するデータ（例えば、上下方向の移動量等）など、実操業のデータを基に、電極の長さを推定する技術が採用されている。
電極の長さを推定する技術としては、例えば、特許文献１〜３に開示されているものがある。
特許文献１には、密閉式電気炉の操業で得られる、排出ガスの温度、電極のストローク長さ、力率、炉内抵抗乱れ指数を用いて、電極の消耗量を推定するモデルを重回帰によって構築し、そのモデルより得られる電極の消耗量と、電極の押し下げ量と、操業開始前の電極の長さから、操業中における各電極の長さを推定する密閉式電気炉用ゼーダベルグ電極長さ推定方法が開示されている。
特許文献１には、密閉式電気炉の操業で得られる、排出ガスの温度、電極のストローク長さ、力率、炉内抵抗乱れ指数を用いて、電極の消耗量を推定するモデルを重回帰によって構築し、そのモデルより得られる電極の消耗量と、電極の押し下げ量と、操業開始前の電極の長さから、操業中における各電極の長さを推定する密閉式電気炉用ゼーダベルグ電極長さ推定方法が開示されている。
特許文献２には、調合原料が投入された密閉型電気炉に電極を没入させて通電しマンガン系合金鉄を製造する過程において、排気される精錬排ガスを分析して排ガス中のＣＯ及びＣＯ２濃度を求め、このＣＯ及びＣＯ２濃度を基に次の（１）式によって前記調合原料中に没入されている電極深さを推定するマンガン系合金鉄用電気炉における電極没入深さの推定方法が開示されている。
特許文献３には、炉内に装入する電極の中に、一定間隔でガス容器を設置し、操業中に先端で溶けたガス容器から発生するガスを検知することで、電極の先端が、炉内のどの程度の位置にあるかを把握して、電極の先端が適正な位置となるように維持する電気炉電極の先端の位置調整方法および装置が開示されている。
ところで、特許文献１では、重回帰によって各電極の消耗量を算出している。１つの電気炉に対して１電極が備えられている環境下では、この技術を用いて電極の消耗量を算出することが可能である。
しかしながら、１つの電気炉に対して複数の電極が備えられている環境下においては、全体に影響する因子を正しく評価できない可能性がある。
しかしながら、１つの電気炉に対して複数の電極が備えられている環境下においては、全体に影響する因子を正しく評価できない可能性がある。
具体的には、例えば、電気炉から排出される排出ガス(EFG)の温度は、各電極周りおよび排気孔部で測定されている。そのうち、各電極周りの排出ガス(EFG)温度を用いて、その各電極単体の位置を表すモデル、すなわち各電極単体の長さを表すモデルを構築しても問題はないのであるが、排出ガスは常に炉内全体を流動しているので、各電極周りの排出ガスの温度が変動することが考えられる。
このようなガス流動など電極の状況とは関係ない要因が、各電極周りの排出ガスの温度に含まれるので、それを用いて構築された各電極単体の長さを表すモデルが、正しく評価されたものではない虞がある。
つまり、各電極周りの状況の把握は勿論のこと、電気炉における電極全体の状況も把握しておかなくては、十分な精度で各電極単体の長さを推定することはできないと考えられる。
つまり、各電極周りの状況の把握は勿論のこと、電気炉における電極全体の状況も把握しておかなくては、十分な精度で各電極単体の長さを推定することはできないと考えられる。
また、特許文献２の技術については、電気炉内全体における電極の平均的な長さを推測しようとしているが、電極の平均長さを正確に把握することができても、電極それぞれの長さが基本的に一様ではないので、正確な電極長さの推定には繋がらない。例えば、炉内全体では電極の平均的な長さが基準（規定範囲）内でも、個々でみると、ある電極は極端に長く、また別の電極は極端に短い可能性がある。
特許文献３の技術は、電極から発生するガスを正確に検知しており、できる限り大きな誤差無く電極の長さを把握することが可能である。
しかし、電極中にガス容器を設置するための装置を導入するコストや、電極中にガス容器を設置することを実施するコストが必要となってくる。また、ガス容器を設置するといった、異物が装入されることによる電極強度の低下や、電極焼成時にガス容器が溶けないようにするための技術が必要という問題が挙げられる。
しかし、電極中にガス容器を設置するための装置を導入するコストや、電極中にガス容器を設置することを実施するコストが必要となってくる。また、ガス容器を設置するといった、異物が装入されることによる電極強度の低下や、電極焼成時にガス容器が溶けないようにするための技術が必要という問題が挙げられる。
また、複数の電極を電気炉内に挿入して操業している場合、例えば、同時に溶解したときに、周辺のガス同士が混ざり合って、誤検知してしまう等のガス成分の見極めが困難になる。
さて、電気炉内に挿入され、且つその炉内の原料に埋まっている電極の長さを把握したい場合、その手段としては、電極の長さを測定する方法と、電極の長さを推定する方法の２点が考えられる。
さて、電気炉内に挿入され、且つその炉内の原料に埋まっている電極の長さを把握したい場合、その手段としては、電極の長さを測定する方法と、電極の長さを推定する方法の２点が考えられる。
まず、電極の長さを測定する方法については、そもそも電極が原料中に埋まっているため、画像解析などを実施することはできない。また、鉄の棒を炉内に挿入して、電極の先端に接触するまでその棒で探り、接触した段階での棒の長さを測定し、三角関数を用いて、電極の長さを測定する方法がある。しかしながら、この測定方法では、常に電極の長さを測定することができないだけでなく、ひいては、生産性の向上を害することとなる。
そのため、電極の長さを正確に推定することが求められている。例えば、従来技術としては、重回帰による統計モデルや、CO,CO2濃度比率からなる物理モデルを求めて、電極の長さを推定するものがある。
しかし、これら従来技術では、全体的な電気炉内の環境を考慮して、電極の長さを推定するもの、もしくは、電極が１本備えられた電気炉内の環境のみを考慮して、電極の長さを推定するものであり、全体的な電気炉内の環境と、電極間の相対的な電気炉内の環境の双方を同時に考慮して、電極の長さを推定するものではない。
しかし、これら従来技術では、全体的な電気炉内の環境を考慮して、電極の長さを推定するもの、もしくは、電極が１本備えられた電気炉内の環境のみを考慮して、電極の長さを推定するものであり、全体的な電気炉内の環境と、電極間の相対的な電気炉内の環境の双方を同時に考慮して、電極の長さを推定するものではない。
また、別の従来技術に、例えば、内部にガス容器を内装するなど電極に細工を加えることで、その細工した部位を参照して、電極がどの位置まで消耗しているかを把握する方法がある。しかし、この技術では、電極に細工をするため複雑な設備の導入をする必要がある上、複数電極が備えられている場合には、それぞれの電極の長さを把握することが困難であるという問題がある。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、複数の電極が配備されている電気炉において、全体的な電気炉内の環境及び、各電極周辺の環境を把握し、各環境で得られるデータを用いて、電気炉内に挿入されている各電極の長さを正確に推定することができる電気炉における電極長さ推定方法及び、その推定装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる電気炉における電極長さ推定方法は、複数の電極が配備されている電気炉において、当該電気炉内に挿入されている前記各電極の長さを推定する方法であって、前記電気炉の操業実績を保存する操業実績ステップと、保存された前記操業実績から、前記電気炉から排出される排出ガスの成分及び温度、前記電気炉から出湯される溶湯の成分の少なくとも１つ以上を含む、前記電気炉の内部環境に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、前記電極全体における平均的な長さを算出する全体平均長さ算出ステップと、保存された前記操業実績から、各電極の周辺における排出ガスの温度、前記電極のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、前記電極ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む、電極に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、各電極間の相対的な長さを算出する相対長さ算出ステップと、算出された前記電極全体における平均的な長さと、算出された前記各電極間の相対的な長さを用いて、前記各電極の長さを推定する電極長さ推定ステップと、推定された前記各電極の長さを外部へ出力する電極長さ出力ステップと、を有していることを特徴とする。
本発明にかかる電気炉における電極長さ推定方法は、複数の電極が配備されている電気炉において、当該電気炉内に挿入されている前記各電極の長さを推定する方法であって、前記電気炉の操業実績を保存する操業実績ステップと、保存された前記操業実績から、前記電気炉から排出される排出ガスの成分及び温度、前記電気炉から出湯される溶湯の成分の少なくとも１つ以上を含む、前記電気炉の内部環境に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、前記電極全体における平均的な長さを算出する全体平均長さ算出ステップと、保存された前記操業実績から、各電極の周辺における排出ガスの温度、前記電極のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、前記電極ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む、電極に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、各電極間の相対的な長さを算出する相対長さ算出ステップと、算出された前記電極全体における平均的な長さと、算出された前記各電極間の相対的な長さを用いて、前記各電極の長さを推定する電極長さ推定ステップと、推定された前記各電極の長さを外部へ出力する電極長さ出力ステップと、を有していることを特徴とする。
好ましくは、前記全体平均長さ算出ステップ、及び、前記相対長さ算出ステップで使用するモデルとして、統計モデルを使用するとよい。
好ましくは、前記統計モデルとして、重回帰モデル、ＰＬＳモデル（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）、サポートベクトル回帰モデルのいずれかを採用するとよい。
好ましくは、前記統計モデルとして、重回帰モデル、ＰＬＳモデル（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）、サポートベクトル回帰モデルのいずれかを採用するとよい。
好ましくは、前記全体平均長さ算出ステップ、及び、前記相対長さ算出ステップで使用するモデルとして、物理モデルを使用するとよい。
本発明にかかる電気炉における電極長さ推定装置は、複数の電極が配備されている電気炉において、当該電気炉内に挿入されている前記各電極の長さを推定する装置であって、前記電気炉の操業実績を保存している操業実績記憶部と、前記操業実績記憶部から、前記電気炉から排出される排出ガスの成分及び温度、前記電気炉から出湯される溶湯の成分の少なくとも１つ以上を含む、前記電気炉の内部環境に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、前記電極全体における平均的な長さを算出する全体平均長さ算出部と、前記操業実績記憶部から、各電極の周辺における排出ガスの温度、前記電極のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、前記電極ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む、電極に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、各電極間の相対的な長さを算出する相対長さ算出部と、前記全体平均長さ算出部で算出された前記電極全体における平均的な長さと、前記相対長さ算出部で算出された前記各電極間の相対的な長さを用いて、前記各電極の長さを推定する電極長さ推定部と、前記電極長さ推定部で推定された前記各電極の長さを外部へ出力する電極長さ出力部と、を備えることを特徴とする。
本発明にかかる電気炉における電極長さ推定装置は、複数の電極が配備されている電気炉において、当該電気炉内に挿入されている前記各電極の長さを推定する装置であって、前記電気炉の操業実績を保存している操業実績記憶部と、前記操業実績記憶部から、前記電気炉から排出される排出ガスの成分及び温度、前記電気炉から出湯される溶湯の成分の少なくとも１つ以上を含む、前記電気炉の内部環境に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、前記電極全体における平均的な長さを算出する全体平均長さ算出部と、前記操業実績記憶部から、各電極の周辺における排出ガスの温度、前記電極のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、前記電極ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む、電極に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、各電極間の相対的な長さを算出する相対長さ算出部と、前記全体平均長さ算出部で算出された前記電極全体における平均的な長さと、前記相対長さ算出部で算出された前記各電極間の相対的な長さを用いて、前記各電極の長さを推定する電極長さ推定部と、前記電極長さ推定部で推定された前記各電極の長さを外部へ出力する電極長さ出力部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数の電極が配備されている電気炉において、全体的な電気炉内の環境及び、各電極周辺の環境を把握し、各環境で得られるデータを用いて、電気炉内に挿入されている各電極の長さを正確に推定することができる。
以下、本発明にかかる電気炉１における電極長さ推定方法及び、その推定装置１０の実施形態を、図を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。また、本実施形態においては、電気炉１における電極長さ推定装置１０を主体に説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。また、本実施形態においては、電気炉１における電極長さ推定装置１０を主体に説明する。
まず、本発明にかかる電気炉１における各電極５の長さを推定する技術が適用される電気炉１の概略について、述べる。
図１に示すように、電気炉１は、内部に投入した冷鉄源（例えばクロムを含むスクラップ鉄）や合金鉱石（Mn鉱石）（以降、合わせて原料７と呼ぶ）を溶解して溶湯８（メタル）を形成するものである。
図１に示すように、電気炉１は、内部に投入した冷鉄源（例えばクロムを含むスクラップ鉄）や合金鉱石（Mn鉱石）（以降、合わせて原料７と呼ぶ）を溶解して溶湯８（メタル）を形成するものである。
この電気炉１は、溶湯８を貯留する本体３と、この本体３を覆う蓋体２とを備えている。この本体３及び蓋体２は、耐火レンガ４などが内貼りされている。本体３は、一方側の側面に溶湯８を出湯する出湯口６が形成されている。
蓋体２には、アークを発生させる複数の電極５(例えば、炭素電極）が設けられている。この電極５には、電力が供給されており、この電極５と内部に装入された原料７との間にアークを発生させることで、原料７を溶解させて溶湯８（メタル）を形成する。
蓋体２には、アークを発生させる複数の電極５(例えば、炭素電極）が設けられている。この電極５には、電力が供給されており、この電極５と内部に装入された原料７との間にアークを発生させることで、原料７を溶解させて溶湯８（メタル）を形成する。
本発明は、上記したような、複数の電極５が配備されている電気炉１において、当該電気炉１内に挿入され、原料７に埋まっている各電極５の先端の位置、すなわち電気炉１内の挿入された各電極５の長さを推定する技術である。
なお、本発明は、複数の電極５が備えられた電気炉１を対象としており、複数の電極５が備えられた電気炉であれば、上で例示した電気炉の形式に限定されない。
なお、本発明は、複数の電極５が備えられた電気炉１を対象としており、複数の電極５が備えられた電気炉であれば、上で例示した電気炉の形式に限定されない。
さて、電気炉１の操業データの中には、炉底に溜まってゆく溶解メタル８の量（高さ）や、排出ガス中におけるCOの割合などの電気炉１内全体の環境に関する情報と、各電極５周辺における排出ガスの温度や、電極５ごとの消費電力量などの各電極５周辺における環境に関する情報がある。
そこで、本発明では、電気炉１内全体の環境に関する情報を用いて、複数備えられている電極５全体における平均的な先端の位置が、炉内全体においてどの辺りに存在しているか、すなわち複数の電極５全体における平均的な長さを把握し、各電極５周辺における環境に関する情報を用いて、各電極５間における相対的な先端の位置、すなわち各電極５間における相対的な長さを把握する。
そこで、本発明では、電気炉１内全体の環境に関する情報を用いて、複数備えられている電極５全体における平均的な先端の位置が、炉内全体においてどの辺りに存在しているか、すなわち複数の電極５全体における平均的な長さを把握し、各電極５周辺における環境に関する情報を用いて、各電極５間における相対的な先端の位置、すなわち各電極５間における相対的な長さを把握する。
これら電極５の長さに関する二つの情報を用いて、密閉式電気炉１内に差し込まれた複数の電極５の長さを、それぞれ推定する。
上記のようにすることで、複数の電極５が相互に関係し合う電気炉１においても、各電極５の長さを正確に推定することが可能になる。
すなわち、本発明の電気炉１における電極長さ推定装置１０（以降単に、電極長さ推定装置１０と呼ぶこととする）は、電気炉１の操業実績を保存している操業実績記憶部１１（操業実績ステップ）と、操業実績記憶部１１から、電気炉１から排出される排出ガスの成分及び温度、電気炉１から出湯される溶湯８の成分、電気炉１内における溶湯８の高さの少なくとも１つ以上を含む、電気炉１の内部環境に関する操業データを抽出すると共に、抽出した電気炉１全体に関する操業データを用いて、電極５全体における平均的な長さを算出する全体平均長さ算出部１２（全体平均長さ算出ステップ）と、操業実績記憶部１１から、各電極５の周辺における排出ガスの温度、電極５のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、電極５ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む、各電極５に関する操業データを抽出すると共に、抽出した電極５ごとに関する操業データを用いて、各電極５間の相対的な長さを算出する相対長さ算出部１６（相対長さ算出ステップ）と、全体平均長さ算出部１２で算出された電極５全体の平均的な長さと、相対長さ算出部１６で算出された各電極５間の相対的な長さを用いて、各電極５の長さを推定する電極長さ推定部１９（電極長さ推定ステップ）と、電極長さ推定部１９で推定された各電極５の長さを外部へ出力する電極長さ出力部２３（電極長さ出力ステップ）と、を備えている。
上記のようにすることで、複数の電極５が相互に関係し合う電気炉１においても、各電極５の長さを正確に推定することが可能になる。
すなわち、本発明の電気炉１における電極長さ推定装置１０（以降単に、電極長さ推定装置１０と呼ぶこととする）は、電気炉１の操業実績を保存している操業実績記憶部１１（操業実績ステップ）と、操業実績記憶部１１から、電気炉１から排出される排出ガスの成分及び温度、電気炉１から出湯される溶湯８の成分、電気炉１内における溶湯８の高さの少なくとも１つ以上を含む、電気炉１の内部環境に関する操業データを抽出すると共に、抽出した電気炉１全体に関する操業データを用いて、電極５全体における平均的な長さを算出する全体平均長さ算出部１２（全体平均長さ算出ステップ）と、操業実績記憶部１１から、各電極５の周辺における排出ガスの温度、電極５のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、電極５ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む、各電極５に関する操業データを抽出すると共に、抽出した電極５ごとに関する操業データを用いて、各電極５間の相対的な長さを算出する相対長さ算出部１６（相対長さ算出ステップ）と、全体平均長さ算出部１２で算出された電極５全体の平均的な長さと、相対長さ算出部１６で算出された各電極５間の相対的な長さを用いて、各電極５の長さを推定する電極長さ推定部１９（電極長さ推定ステップ）と、電極長さ推定部１９で推定された各電極５の長さを外部へ出力する電極長さ出力部２３（電極長さ出力ステップ）と、を備えている。
なお、全体平均長さ算出部１２、及び、相対長さ算出部１６で使用するモデルとしては、統計モデルを使用するとよい。この統計モデルとしては、重回帰モデル、ＰＬＳモデル（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）、サポートベクトル回帰モデルのいずれかを採用するとよい。
このように、上記した統計モデルを採用することで、操業的、冶金的知識から得られる物理・冶金モデルでは表現できない複雑な事象（電気炉１の内部環境）を表現することができる。
このように、上記した統計モデルを採用することで、操業的、冶金的知識から得られる物理・冶金モデルでは表現できない複雑な事象（電気炉１の内部環境）を表現することができる。
さらには、全体平均長さ算出部１２、及び、相対長さ算出部１６で使用するモデルとして、物理モデルを使用するとよい。
物理・冶金モデルを用いて、電気炉１の基礎的な事象を表現することで、より総合的に、各電極５の長さを推定することが可能になる。
さて上でも概略を述べたが、電気炉１は、直径が数〜十数ｍ程度の大きさであり、その電気炉１内部に原料７（鉱石やスクラップなど）を装入し、内部に向けて差し込まれた各電極５に対して電気を供給することで起きるアーク熱、抵抗熱によって、原料７を融解させるものである。
物理・冶金モデルを用いて、電気炉１の基礎的な事象を表現することで、より総合的に、各電極５の長さを推定することが可能になる。
さて上でも概略を述べたが、電気炉１は、直径が数〜十数ｍ程度の大きさであり、その電気炉１内部に原料７（鉱石やスクラップなど）を装入し、内部に向けて差し込まれた各電極５に対して電気を供給することで起きるアーク熱、抵抗熱によって、原料７を融解させるものである。
なお、このような鉱石融解用の電気炉１では、電極５を内部の原料７中に突き刺すように差し込む必要がある。また、融解の対象となる原料７は、電気炉１上部より電極５の周辺に装入されて、その電極５の先端周辺の原料７から融解してゆき、その融解したものが電気炉１内下部（本体３底部）に溜まるようになる。
バッチ操業では、十数時間に１度のペースで、電気炉１内下部に溜まったメタル（溶湯８）は、出湯口６から炉外部に出湯される。また、電極５はアーク熱、抵抗熱で、少しずつ消耗していくため、その電極５の消耗量に合わせて、電気炉１上部において順次電極を焼成してゆく。つまり、電極５が消耗した分だけ、電極５を電気炉１上部から継ぎ足すように、焼成している。なお、操業中における各電極５の抵抗値や、電極５の高さを微調整した値、原料７の投入量、副生ガスの成分及びその温度については、電気炉１の操業データとして逐一、電気炉１を監視する監視装置（サーバ）内に保存されている。
バッチ操業では、十数時間に１度のペースで、電気炉１内下部に溜まったメタル（溶湯８）は、出湯口６から炉外部に出湯される。また、電極５はアーク熱、抵抗熱で、少しずつ消耗していくため、その電極５の消耗量に合わせて、電気炉１上部において順次電極を焼成してゆく。つまり、電極５が消耗した分だけ、電極５を電気炉１上部から継ぎ足すように、焼成している。なお、操業中における各電極５の抵抗値や、電極５の高さを微調整した値、原料７の投入量、副生ガスの成分及びその温度については、電気炉１の操業データとして逐一、電気炉１を監視する監視装置（サーバ）内に保存されている。
ところで、本技術の考え方は、以下に示すことに基づいている。
本技術では、電極５全体における平均的な長さ（電極５の全体位置）と、各電極５間の相対的な長さ（電極５の相対位置）を別々に算出し、その算出した電極５に関する２つの情報を用いて、個々の電極５の実際の長さを、総合的に推定している。
上記の理由としては、例えば電気炉１内のメタル８高さ(図１参照)など、全電極５に共通する炉内環境（電極５の全体情報）と、例えば各電極５周辺の排出ガスの温度など、電極５毎に異なる炉内環境（電極５の個別情報）が、それぞれ電極５の長さ（各電極５の消耗量）に影響を与えているという考えからである。
本技術では、電極５全体における平均的な長さ（電極５の全体位置）と、各電極５間の相対的な長さ（電極５の相対位置）を別々に算出し、その算出した電極５に関する２つの情報を用いて、個々の電極５の実際の長さを、総合的に推定している。
上記の理由としては、例えば電気炉１内のメタル８高さ(図１参照)など、全電極５に共通する炉内環境（電極５の全体情報）と、例えば各電極５周辺の排出ガスの温度など、電極５毎に異なる炉内環境（電極５の個別情報）が、それぞれ電極５の長さ（各電極５の消耗量）に影響を与えているという考えからである。
なお、上記した電気炉１内のメタル８高さは、電極５毎に変化するものではない。すなわち、メタル８高さは、湯面の上昇下降など電気炉１内において全体的に変化するものである。このことより、本実施形態では、このメタル８高さを利用して、電気炉１全体において電極５全体が消耗し易い炉内環境であるか否かを判断するための指標である、電極５全体における平均的な長さを算出している。
しかし、算出された電極５全体における平均的な長さから、電気炉１全体において電極５全体が消耗し易い炉内環境であると判断されたとしても、個々の電極５で着目してみると、それぞれの消耗度合いが異なっている可能性が考えられる。すなわち、各電極５の個体差や消費電力量などにより、各電極５の長さが異なっている可能性がある。
そこで、本実施形態では、電極５全体における平均的な長さに加え、その電極５全体における平均的な長さでは示されにくい、各電極５が相対的に消耗し易い環境にあるか否かを判断するための指標である、電極５間の相対的な長さを算出することとしている。
そこで、本実施形態では、電極５全体における平均的な長さに加え、その電極５全体における平均的な長さでは示されにくい、各電極５が相対的に消耗し易い環境にあるか否かを判断するための指標である、電極５間の相対的な長さを算出することとしている。
図２〜６に示す、電極長さ推定装置１０のシステム構成（フローチャート）に基づいて、電極５長さを推定する手順について説明する。なお、このシステム構成は一例である。
図３に、全体平均長さ算出部１２のフローチャートを示す。
図３に示すように、電極５全体における平均的な長さを算出するにあたり、まず全体モデル用データ抽出部１３で、予め求められている電極５全体における平均的な長さモデル（全体モデル）に対して、その全体モデルを構築するために必要な変数を確認する（S1-1）。その対象となる電極５全体に関する変数データを、操業実績記憶部１１から抽出する（S1-2）。
図３に、全体平均長さ算出部１２のフローチャートを示す。
図３に示すように、電極５全体における平均的な長さを算出するにあたり、まず全体モデル用データ抽出部１３で、予め求められている電極５全体における平均的な長さモデル（全体モデル）に対して、その全体モデルを構築するために必要な変数を確認する（S1-1）。その対象となる電極５全体に関する変数データを、操業実績記憶部１１から抽出する（S1-2）。
次に、全体平均長さ算出部１４にて、抽出した変数データを用いて全体モデルを構築し、電極５全体における平均的な長さ（電気炉１における電極５全体の平均位置）を算出する（S1-3）。この算出された電極５全体における平均的な長さを、全体平均長さ記憶部１５に保存する（S1-4）。
ここで、全体平均長さ算出部１２で使用する全体モデル及び、後述する相対長さ算出部１６で使用する電極５間の相対的な長さモデル（相対モデル）は、ｙ＝ａ１Ｆ１（ｘ１）＋ａ２Ｆ２（ｘ２）＋・・・＋ａｎＦｎ（ｘｎ）＋ｂで表される。
ここで、全体平均長さ算出部１２で使用する全体モデル及び、後述する相対長さ算出部１６で使用する電極５間の相対的な長さモデル（相対モデル）は、ｙ＝ａ１Ｆ１（ｘ１）＋ａ２Ｆ２（ｘ２）＋・・・＋ａｎＦｎ（ｘｎ）＋ｂで表される。
ただし、ｙは各モデルの目的変数、ｘ１〜ｎは各モデルの説明変数、Ｆ１〜ｎは任意の関数、ａ１〜ｎおよびｂはモデルパラメータである。
全体モデルでは、電気炉１全体的な排出ガスの成分や温度、排出されるメタル８の成分などが少なくとも１つ以上含まれる炉内全体の環境に関する操業データを使用している。また、相対モデルでは、各電極５周辺の排出ガスの温度や、電極５のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、電極５ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む各電極５周辺の環境に関する操業データを使用している。
全体モデルでは、電気炉１全体的な排出ガスの成分や温度、排出されるメタル８の成分などが少なくとも１つ以上含まれる炉内全体の環境に関する操業データを使用している。また、相対モデルでは、各電極５周辺の排出ガスの温度や、電極５のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、電極５ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む各電極５周辺の環境に関する操業データを使用している。
図４に、相対長さ算出部１６のフローチャートを示す。
図４に示すように、電極５間の相対的な長さを算出するにあたり、まず複数の電極５のうち、例えば１番目(ｎ＝１)の電極５を決定する（S2-1）。相対モデル用データ抽出部１７で、予め求められている相対モデルに対して、その相対モデルを構築するために必要な変数を確認する（S2-2）。その対象となる１番目の電極５に関する変数データを、操業実績記憶部１１から抽出する（S2-3）。
図４に示すように、電極５間の相対的な長さを算出するにあたり、まず複数の電極５のうち、例えば１番目(ｎ＝１)の電極５を決定する（S2-1）。相対モデル用データ抽出部１７で、予め求められている相対モデルに対して、その相対モデルを構築するために必要な変数を確認する（S2-2）。その対象となる１番目の電極５に関する変数データを、操業実績記憶部１１から抽出する（S2-3）。
次に、相対長さ算出部１８にて、抽出した変数データを用いて相対モデルを構築し、電極５間の相対的な長さ（電気炉１における電極５の相対位置）を算出する（S2-4）。算出された電極５間の相対的な長さを、相対長さ記憶部１８に保存する（S2-5）。
ｎが電極５の総数となるか否か、すなわち電極５間の相対的な長さがすべて求められたか否かを判断する（S2-6）。電極５間の相対的な長さがすべて求められていない場合、対象とする電極５（ｎ＝ｎ＋１）を決定する（S2-7）。
ｎが電極５の総数となるか否か、すなわち電極５間の相対的な長さがすべて求められたか否かを判断する（S2-6）。電極５間の相対的な長さがすべて求められていない場合、対象とする電極５（ｎ＝ｎ＋１）を決定する（S2-7）。
つまり、相対長さ算出部１６では、備えられた電極５の総数分だけ、繰り返し計算する。
図５に、電極長さ推定部１９のフローチャートを示す。
各電極５の長さを推定するにあたり、まず全体平均長さ・相対長さ合成部２１で、全体平均長さ算出部１２で算出した電極５全体における平均的な長さを抽出する（S3-1）。次いで、例えば１番目(ｎ＝１)の電極５の相対長さを算出するとした場合（S3-1）、相対長さ算出部１６で算出した１番目の電極５における相対長さを抽出する（S3-3）。
図５に、電極長さ推定部１９のフローチャートを示す。
各電極５の長さを推定するにあたり、まず全体平均長さ・相対長さ合成部２１で、全体平均長さ算出部１２で算出した電極５全体における平均的な長さを抽出する（S3-1）。次いで、例えば１番目(ｎ＝１)の電極５の相対長さを算出するとした場合（S3-1）、相対長さ算出部１６で算出した１番目の電極５における相対長さを抽出する（S3-3）。
電極５全体における平均的な長さと、１番目の電極５における相対長さを合成して、１番目の電極５の長さを推定する（S3-4）。この推定した１番目の電極５の長さを、電極長さ記憶部２２に保存する（S3-5）。
ｎが電極５の総数となるか否か、すなわち電極５の長さがすべて求められたか否かを判断する（S3-6）。電極５の長さがすべて求められていない場合、対象とする電極５（ｎ＝ｎ＋１）を決定する（S3-7）。
ｎが電極５の総数となるか否か、すなわち電極５の長さがすべて求められたか否かを判断する（S3-6）。電極５の長さがすべて求められていない場合、対象とする電極５（ｎ＝ｎ＋１）を決定する（S3-7）。
つまり、電極長さ推定部１９では、備えられた電極５の総数分だけ、繰り返し推定する。
図６に、電極長さ出力部２３のフローチャートを示す。
例えば、ｎ番目の電極５の長さを出力するとした場合（S4-1）、ｎ番目の電極５の長さを、電極長さ記憶部２２から抽出する（S4-2）。ｎ番目の電極５の長さを出力する（S4-3）。
図６に、電極長さ出力部２３のフローチャートを示す。
例えば、ｎ番目の電極５の長さを出力するとした場合（S4-1）、ｎ番目の電極５の長さを、電極長さ記憶部２２から抽出する（S4-2）。ｎ番目の電極５の長さを出力する（S4-3）。
ｎが電極５の総数となるか否か、すなわち電極５の長さがすべて出力されたか否かを判断する（S4-6）。電極５の長さがすべて出力されていない場合、対象とする電極５（ｎ＝ｎ＋１）を決定する（S3-7）。
つまり、電極長さ出力部２３では、備えられた電極５の総数分だけ、繰り返し出力する。
つまり、電極長さ出力部２３では、備えられた電極５の総数分だけ、繰り返し出力する。
なお、このように出力された電極５の長さすべてを、電気炉１の操業を監視する表示ディスプレイ等に表示してもよい。
ところで、全体平均長さ・相対長さ合成部２１においては、全体モデルによる計算値と相対モデルによる計算値の合成については、(S3-4)に示す方法の他に、電極５全体の平均的な長さを基本として、電極５間の相対的な長さを、倍率として掛けたり、乗数として使用しても良い。
ところで、全体平均長さ・相対長さ合成部２１においては、全体モデルによる計算値と相対モデルによる計算値の合成については、(S3-4)に示す方法の他に、電極５全体の平均的な長さを基本として、電極５間の相対的な長さを、倍率として掛けたり、乗数として使用しても良い。
さて本実施形態では、統計解析から得られたモデル（統計モデル）を使い、電極５の長さを算出しているが、例えば、単位電力あたりの電極５の消耗量など物理的なデータから得られるモデル（物理モデル）を合わせて使用してもよい。例えば、炉内情報から得られる統計モデル及び物理モデルの信頼度を使った、重み付け平均などが考えられる。
以上述べた本発明によれば、複数の電極５が配備されている電気炉１において、全体的な電気炉１内の環境及び、各電極５周辺の環境を把握し、各環境で得られるデータを用いて、電気炉１内に挿入されている各電極５の長さを正確に推定することができる。
以上述べた本発明によれば、複数の電極５が配備されている電気炉１において、全体的な電気炉１内の環境及び、各電極５周辺の環境を把握し、各環境で得られるデータを用いて、電気炉１内に挿入されている各電極５の長さを正確に推定することができる。
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
１ 電気炉
２ 蓋体
３ 本体
４ 耐火レンガ
５ 電極
６ 出湯口
７ 原料
８ 溶湯（メタル）
１０ 電極長さ推定装置
１１ 操業実績記憶部
１２ 全体平均長さ算出部
１３ 全体モデル用データ抽出部
１４ 全体平均長さ算出部
１５ 平均長さ記憶部
１６ 相対長さ算出部
１７ 相対モデル用データ抽出部
１８ 相対長さ算出部
１９ 相対長さ記憶部
２０ 電極長さ推定部
２１ 全体平均長さ・相対長さ合成部
２２ 電極長さ記憶部
２３ 電極長さ出力部
２ 蓋体
３ 本体
４ 耐火レンガ
５ 電極
６ 出湯口
７ 原料
８ 溶湯（メタル）
１０ 電極長さ推定装置
１１ 操業実績記憶部
１２ 全体平均長さ算出部
１３ 全体モデル用データ抽出部
１４ 全体平均長さ算出部
１５ 平均長さ記憶部
１６ 相対長さ算出部
１７ 相対モデル用データ抽出部
１８ 相対長さ算出部
１９ 相対長さ記憶部
２０ 電極長さ推定部
２１ 全体平均長さ・相対長さ合成部
２２ 電極長さ記憶部
２３ 電極長さ出力部
Claims (5)
- 複数の電極が配備されている電気炉において、当該電気炉内に挿入されている前記各電極の長さを推定する方法であって、
前記電気炉の操業実績を保存する操業実績ステップと、
保存された前記操業実績から、前記電気炉から排出される排出ガスの成分及び温度、前記電気炉から出湯される溶湯の成分の少なくとも１つ以上を含む、前記電気炉の内部環境に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、前記電極全体における平均的な長さを算出する全体平均長さ算出ステップと、
保存された前記操業実績から、各電極の周辺における排出ガスの温度、前記電極のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、前記電極ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む、電極に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、各電極間の相対的な長さを算出する相対長さ算出ステップと、
算出された前記電極全体における平均的な長さと、算出された前記各電極間の相対的な長さを用いて、前記各電極の長さを推定する電極長さ推定ステップと、
推定された前記各電極の長さを外部へ出力する電極長さ出力ステップと、を有している
ことを特徴とする電気炉における電極長さ推定方法。 - 前記全体平均長さ算出ステップ、及び、前記相対長さ算出ステップで使用するモデルとして、統計モデルを使用する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気炉における電極長さ推定方法。 - 前記統計モデルとして、重回帰モデル、ＰＬＳモデル（Ｐａｒｔｉａｌ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ）、サポートベクトル回帰モデルのいずれかを採用する
ことを特徴とする請求項２に記載の電気炉における電極長さ推定方法。 - 前記全体平均長さ算出ステップ、及び、前記相対長さ算出ステップで使用するモデルとして、物理モデルを使用する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気炉における電極長さ推定方法。 - 複数の電極が配備されている電気炉において、当該電気炉内に挿入されている前記各電極の長さを推定する装置であって、
前記電気炉の操業実績を保存している操業実績記憶部と、
前記操業実績記憶部から、前記電気炉から排出される排出ガスの成分及び温度、前記電気炉から出湯される溶湯の成分の少なくとも１つ以上を含む、前記電気炉の内部環境に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、前記電極全体における平均的な長さを算出する全体平均長さ算出部と、
前記操業実績記憶部から、各電極の周辺における排出ガスの温度、前記電極のそれぞれを上下方向に移動させた移動履歴、前記電極ごとの電力量の少なくとも１つ以上を含む、電極に関する操業データを抽出すると共に、抽出した前記操業データを用いて、各電極間の相対的な長さを算出する相対長さ算出部と、
前記全体平均長さ算出部で算出された前記電極全体における平均的な長さと、前記相対長さ算出部で算出された前記各電極間の相対的な長さを用いて、前記各電極の長さを推定する電極長さ推定部と、
前記電極長さ推定部で推定された前記各電極の長さを外部へ出力する電極長さ出力部と、を備える
ことを特徴とする電気炉における電極長さ推定装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016161342A JP2018028421A (ja) | 2016-08-19 | 2016-08-19 | 電気炉における電極長さ推定方法及び、その推定装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2016161342A JP2018028421A (ja) | 2016-08-19 | 2016-08-19 | 電気炉における電極長さ推定方法及び、その推定装置 |
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| JP2016161342A Pending JP2018028421A (ja) | 2016-08-19 | 2016-08-19 | 電気炉における電極長さ推定方法及び、その推定装置 |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200035520A (ko) * | 2018-09-27 | 2020-04-06 | (주)포스코엠텍 | 합금철 용해 장치 및 이의 전극봉 압하량 산출방법 |
| WO2021097500A1 (en) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | Beylefeld Jacques | A system for predicting submerged ore furnace electrode lengths and for automatic adjustment and control thereof |
| KR102255359B1 (ko) * | 2019-12-17 | 2021-05-25 | 주식회사 포스코 | 슬래그 레벨 측정 장치 |
| CN117268252A (zh) * | 2023-11-23 | 2023-12-22 | 中控技术股份有限公司 | 电极埋入深度预测方法、装置、存储介质和电子设备 |
-
2016
- 2016-08-19 JP JP2016161342A patent/JP2018028421A/ja active Pending
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| WO2021097500A1 (en) * | 2019-11-11 | 2021-05-20 | Beylefeld Jacques | A system for predicting submerged ore furnace electrode lengths and for automatic adjustment and control thereof |
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