JP2021031684A - Converter blowing control device, statistic model construction device, converter blowing control method, statistic model construction method and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転炉吹錬制御装置、統計モデル構築装置、転炉吹錬制御方法、統計モデル構築方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a converter smelting control device, a statistical model construction device, a converter smelting control method, a statistical model construction method and a program.
転炉を用いた予備溶銑処理では、脱りん処理が主な目的になる。脱りん反応は以下の式で表され、反応を促進するためにはスラグ中のCaO濃度およびFeO濃度を高める必要がある。なお、式(1)において()はスラグ内の物質を意味し、[]は溶銑内の物質を意味する。
3(CaO)+5(FeO)+2[P]=(3CaO・P2O5)+5[Fe]
In the preliminary hot metal treatment using a converter, the dephosphorization treatment is the main purpose. The dephosphorization reaction is represented by the following formula, and it is necessary to increase the CaO concentration and FeO concentration in the slag in order to promote the reaction. In the formula (1), () means a substance in the slag, and [] means a substance in the hot metal.
3 (CaO) + 5 (FeO) + 2 [P] = (3CaO · P 2 O 5 ) + 5 [Fe]
一般的な場合において、上記の式における(FeO)、すなわちスラグ中のFeO濃度は、脱珪反応が終わってから増加する。従って、上記の脱りん反応は、脱珪反応の終了以降に進行する。 In the general case, (FeO) in the above formula, that is, the FeO concentration in the slag increases after the desiliconization reaction is completed. Therefore, the above dephosphorization reaction proceeds after the completion of the desiliconization reaction.
ここで、脱珪反応は脱炭反応と同時に発生するため、脱珪反応速度は溶銑の炭素濃度の影響を受ける。つまり、溶銑の炭素濃度が高ければ、脱炭反応に配分される酸素量が増大するため、脱珪反応速度は低下する。このため、脱珪反応速度にはチャージごとのばらつきが生じる。 Here, since the desiliconization reaction occurs at the same time as the decarburization reaction, the desiliconization reaction rate is affected by the carbon concentration of the hot metal. That is, if the carbon concentration of the hot metal is high, the amount of oxygen distributed to the decarburization reaction increases, so that the desiliconization reaction rate decreases. Therefore, the desiliconization reaction rate varies from charge to charge.
加えて、近年、高炉から出銑された溶銑のSi濃度は従来よりも高い傾向にある。溶銑のSi濃度が高いと、上記のような脱珪反応速度のばらつきによって生じるチャージごとの脱珪反応終了時期の差が大きくなり、脱りん反応の開始時期の予測が困難になる結果、りん濃度の制御性が低下する。 In addition, in recent years, the Si concentration of hot metal ejected from the blast furnace tends to be higher than before. When the Si concentration of the hot metal is high, the difference in the desiliconization reaction end time for each charge caused by the variation in the desiliconization reaction rate as described above becomes large, and it becomes difficult to predict the start time of the desiliconization reaction. As a result, the phosphorus concentration Controllability is reduced.
これに対して、特許文献1には、上吹きランスから溶銑に供給された吹込み酸素と溶銑との酸化反応である火点反応を表現する数理モデルと、火点反応が進行する領域である火点領域とは異なる領域において進行する溶銑とスラグとの界面における反応であるスラグメタル界面反応を表現する数理モデルとを複合させた複合反応モデルを用いて溶銑のSi濃度を逐次的に推定し、その推定結果に応じて酸化鉄を含む副原料を投入したり、上吹きランスから供給される吹込み酸素量を増加させたりすることによって溶銑のSi濃度を調整する技術が記載されている。
On the other hand,
上記の特許文献1に記載された技術によれば、溶銑のSi濃度を調整することによってチャージごとの脱珪終了時期のばらつきを小さくし、結果としてりん濃度の制御性を向上させることが期待される。しかしながら、例えば副原料を投入する場合、鉄鉱石の切り出しのような準備作業が必要なため、Si濃度の調整が必要であると判断された後、実際に投入するまでに時間がかかる。また、副原料の投入や吹込み酸素量の調節が実施されてから溶銑中のSi濃度が変化するまでにも時間がかかるため、逐次的な推定結果に応じた制御ではSi濃度が実際に調整されるタイミングが遅れ、脱珪終了時期のばらつきを小さくする効果が十分でない場合があることがわかった。
According to the technique described in
そこで、本発明は、溶銑中のSi濃度を調整するための操作を適切なタイミングで実施可能にすることによって転炉吹錬におけるりん濃度の制御性を向上させる、転炉吹錬制御装置、統計モデル構築装置、転炉吹錬制御方法、統計モデル構築方法およびプログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention improves the controllability of the phosphorus concentration in the converter blowing by making it possible to carry out the operation for adjusting the Si concentration in the hot metal at an appropriate timing. It is an object of the present invention to provide a model construction device, a converter blowing control method, a statistical model construction method and a program.
本発明のある観点によれば、転炉で吹錬処理される溶銑に関する溶銑データを説明変数とする統計モデルを用いて溶銑の一次脱珪速度定数(一次反応を仮定した脱珪反応の脱珪速度定数)の推定値を算出する脱珪速度定数算出部と、溶銑の吹錬処理前のSi濃度および一次脱珪速度定数に基づいて吹錬処理中の所定の時刻における溶銑のSi濃度を推定するSi濃度推定部とを備える転炉吹錬制御装置が提供される。 According to a certain viewpoint of the present invention, the primary desiliconization rate constant of hot metal (desiliconization of desiliconization reaction assuming a primary reaction) is used by using a statistical model using hot metal data related to hot metal blown in a converter as an explanatory variable. The desiliconization rate constant calculation unit that calculates the estimated value of the rate constant) and the Si concentration of the hot metal at a predetermined time during the blowing process are estimated based on the Si concentration before the hot metal blowing process and the primary desiliconization rate constant. A converter blowing control device including a Si concentration estimation unit is provided.
本発明の別の観点によれば、転炉で吹錬処理される溶銑に関する溶銑データ、および吹錬処理中の操業要因のデータを収集するデータ収集部と、溶銑データおよび操業要因に基づいて吹錬処理における溶銑中のSi濃度を逐次推定するSi濃度逐次推定部と、逐次推定の結果に基づいて、溶銑データを説明変数とし溶銑の一次脱珪速度定数を目的変数とする統計モデルを構築する統計モデル構築部とを備える統計モデル構築装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a data collecting unit that collects hot metal data regarding hot metal that is blown in a converter and data on operating factors during the blowing process, and blowing based on the hot metal data and operating factors. Based on the Si concentration sequential estimation unit that sequentially estimates the Si concentration in the hot metal in the smelting process and the result of the sequential estimation, a statistical model is constructed with the hot metal data as the explanatory variable and the primary desiliconization rate constant of the hot metal as the objective variable. A statistical model construction device including a statistical model construction unit is provided.
本発明のさらに別の観点によれば、転炉で吹錬処理される溶銑に関する溶銑データを説明変数とする統計モデルを用いて溶銑の一次脱珪速度定数の推定値を算出する工程と、溶銑の吹錬処理前のSi濃度および一次脱珪速度定数に基づいて吹錬処理中の所定の時刻における溶銑のSi濃度を推定する工程とを含む転炉吹錬制御方法が提供される。 According to yet another viewpoint of the present invention, a step of calculating an estimated value of the primary desiliconization rate constant of hot metal using a statistical model using hot metal data related to hot metal blown in a converter as an explanatory variable, and hot metal. Provided is a converter blowing control method including a step of estimating the Si concentration of hot metal at a predetermined time during the blowing process based on the Si concentration before the blowing process and the primary desiliconization rate constant.
本発明のさらに別の観点によれば、転炉で吹錬処理される溶銑に関する溶銑データ、および吹錬処理中の操業要因のデータを収集する工程と、溶銑データおよび操業要因に基づいて吹錬処理における溶銑中のSi濃度を逐次推定する工程と、逐次推定の結果に基づいて、溶銑データを説明変数とし溶銑の一次脱珪速度定数を目的変数とする統計モデルを構築する工程とを含む統計モデル構築方法が提供される。 According to still another aspect of the present invention, a step of collecting hot metal data on hot metal to be blown in a converter and data on operating factors during the blowing process, and blowing based on the hot metal data and operating factors. Statistics including a step of sequentially estimating the Si concentration in the hot metal in the treatment and a step of constructing a statistical model using the hot metal data as an explanatory variable and the primary desiliconization rate constant of the hot metal as the objective variable based on the result of the sequential estimation. A model building method is provided.
本発明のさらに別の観点によれば、転炉で吹錬処理される溶銑に関する溶銑データを説明変数とする統計モデルを用いて溶銑の一次脱珪速度定数の推定値を算出する脱珪速度定数算出部と、溶銑の吹錬処理前のSi濃度および一次脱珪速度定数に基づいて吹錬処理中の所定の時刻における溶銑のSi濃度を推定するSi濃度推定部とを備える転炉吹錬制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。 According to yet another aspect of the present invention, the desiliconization rate constant for calculating the estimated value of the primary desiliconization rate constant of the hot metal using a statistical model using the hot metal data for the hot metal blown in the converter as an explanatory variable. A converter blowing control including a calculation unit and a Si concentration estimation unit that estimates the Si concentration of the hot metal at a predetermined time during the blowing process based on the Si concentration before the hot metal blowing process and the primary desiliconization rate constant. A program for operating a computer as a device is provided.
本発明のさらに別の観点によれば、転炉で吹錬処理される溶銑に関する溶銑データ、および吹錬処理中の操業要因のデータを収集するデータ収集部と、溶銑データおよび操業要因に基づいて吹錬処理における溶銑中のSi濃度を逐次推定するSi濃度逐次推定部と、逐次推定の結果に基づいて、溶銑データを説明変数とし溶銑の一次脱珪速度定数を目的変数とする統計モデルを構築する統計モデル構築部とを備える統計モデル構築装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。 According to yet another aspect of the present invention, a data collection unit that collects hot metal data regarding hot metal that is blown in a converter and data on operating factors during the blowing process, and based on the hot metal data and operating factors. Based on the Si concentration sequential estimation unit that sequentially estimates the Si concentration in the hot metal in the blowing process and the result of the sequential estimation, a statistical model is constructed with the hot metal data as the explanatory variable and the primary desiliconization rate constant of the hot metal as the objective variable. A program for operating a computer as a statistical model building device including a statistical model building unit is provided.
上記の構成によって、例えば吹錬開始前の時点において溶銑中のSi濃度を調整するための操作が必要か否かを判断できるため、溶銑中のSi濃度をより効果的に調整することができ、チャージごとの脱珪反応終了時期の差が小さくなる結果、転炉吹錬におけるりん濃度の制御性を向上させることができる。 With the above configuration, for example, it is possible to determine whether or not an operation for adjusting the Si concentration in the hot metal is necessary before the start of blowing, so that the Si concentration in the hot metal can be adjusted more effectively. As a result of reducing the difference in the end time of the desiliconization reaction for each charge, the controllability of the phosphorus concentration in the converter blowing can be improved.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.
(設備の概要)
図1は、本発明の一実施形態に係る転炉吹錬制御装置を含む精錬設備の概略的な構成を示す図である。図1に示されるように、精錬設備1は、転炉設備10と、計測制御装置20と、転炉吹錬制御装置30とを含む。以下、各部についてさらに説明する。
(Outline of equipment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a refining facility including a converter blowing control device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
転炉設備10は、転炉11と、上吹きランス12と、煙道13と、羽口14と、投入装置15とを含む。転炉設備10では、転炉11の炉口から挿入された上吹きランス12が、転炉11内の溶銑111に酸素ガス121を供給する。一次精錬の脱炭処理では、溶銑111内の炭素が酸素ガス121と反応することによってCOガスまたはCO2ガスになり、これらのガスは煙道13を経由して排出される。脱炭処理を経た溶銑111は、溶鋼112として次工程に送られる。また、脱炭処理では、溶銑111内のりんおよびケイ素も酸素ガス121、またはスラグ113に含まれる副原料と反応し、スラグ113中に取り込まれて安定化する。一方、羽口14からは窒素ガスやアルゴンガスなどの底吹きガス141が吹き込まれて溶銑111を攪拌し、上記の反応を促進する。投入装置15は、スラグ113を構成する生石灰または石灰石、および溶銑111に酸素を供給するための鉄鉱石などの酸素含有副原料を含む副原料151を転炉11内に投入する。なお、副原料151が粉体である場合は、上吹きランス12を用いて酸素ガス121とともに吹き込むことも可能である。
The
計測制御装置20は、転炉設備10における精錬処理に関する各種の計測、および精錬処理の制御を実行する。具体的には、計測制御装置20は、計測系として、サブランス21と、排ガス分析計22と、排ガス流量計23とを含む。サブランス21は、上吹きランス12とともに転炉11の炉口から挿入され、先端に設けられた測定装置を脱炭処理中の所定のタイミングで溶鋼112に浸漬させることによって、炭素濃度を含む溶鋼112の成分濃度(溶鋼中の炭素濃度を溶鋼炭素濃度と称する)、および溶鋼112の温度(溶鋼温度とも称する)などを測定する。このようなサブランス21を用いた測定を、以下の説明ではサブランス測定ともいう。排ガス分析計22は、煙道13を経由して排出されるガスの成分を分析する。具体的には、排ガス分析計22は、排ガスに含まれるCO、CO2およびO2の濃度(各成分の濃度を排ガス成分濃度と称する)を測定する。一方、排ガス流量計23は、煙道13を経由して排出されるガスの流量(排ガス流量と称する)を測定する。上記のサブランス測定の結果、および排ガス分析計22および排ガス流量計23の測定結果は、転炉吹錬制御装置30に送信される。
The
一方、計測制御装置20は、制御系として、ランス駆動装置24と、酸素供給装置25と、底吹きガス供給装置26と、投入制御装置27とを含む。ランス駆動装置24は、上吹きランス12を上下方向に駆動する。これによって、上吹きランス12の高さ、すなわち転炉11内で酸素ガス121が供給される位置の溶銑111からの距離を調節することができる。酸素供給装置25は、上吹きランス12に酸素ガス121を供給する。吹込み酸素量、すなわち供給される酸素ガス121の流量は調節可能である。底吹きガス供給装置26は、羽口14に底吹きガス141を供給する。供給される底吹きガス141の流量も調節可能である。投入制御装置27は、投入装置15による副原料151の投入を制御する。具体的には、投入制御装置27は、副原料151の投入のタイミングおよび投入量を制御する。上記のランス駆動装置24、酸素供給装置25、底吹きガス供給装置26、および投入制御装置27の動作は、転炉吹錬制御装置30からの制御信号に従って制御可能であってもよい。
On the other hand, the
転炉吹錬制御装置30は、通信部31と、演算部32と、記憶部33と、入出力部34とを含む装置、例えばコンピュータによって実装される。通信部31は、計測制御装置20の各要素と有線または無線で通信する各種の通信装置であり、計測制御装置20において得られた測定結果を受信するとともに、計測制御装置20に制御信号を送信する。演算部32は、プログラムに従って各種の演算を実行する演算装置である。演算装置は、例えばCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、およびROM(Read Only Memory)を含む。プログラムは、演算装置のROM、または記憶部33に格納される。演算部32は、プログラムに従って動作することによって、脱珪速度定数算出部321、Si濃度推定部322および吹錬処理制御部323として機能する。記憶部33は、各種のデータを格納することが可能なストレージである。記憶部33には、例えば転炉11で吹錬処理される溶銑111に関する溶銑データ331、後述する一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出するための統計モデル332、および目標Si濃度333が格納される。入出力部34は、ディスプレイまたはプリンタなどの出力装置と、キーボード、マウス、またはタッチパネルなどの入力装置とを含む。出力装置は、例えば、Si濃度推定部322によって推定された吹錬処理中の所定の時刻における溶銑111のSi濃度などの値を出力する。入力装置は、例えば、吹錬処理制御部323が実行する制御に関する指示入力を取得する。なお、演算装置は、PLC(Programmable Logic Controller)であってもよいし、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の専用のハードウェアにより実現してもよい。
The converter
上記の転炉吹錬制御装置30において、脱珪速度定数算出部321は、記憶部33から読み込んだ溶銑データ331を説明変数とする統計モデル332に基づいて、転炉11で吹錬処理される溶銑111の一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出する。後述するように、一次脱珪速度定数kSiの値は、溶銑111のチャージごとに異なる。Si濃度推定部322は、溶銑111の吹錬処理前のSi濃度([Si]ini)、および脱珪速度定数算出部321において算出された一次脱珪速度定数kSiの推定値に基づいて、吹錬処理中の所定の時刻、具体的には脱珪完了基準時刻tendにおける溶銑111のSi濃度([Si]end)を推定する。Si濃度推定部322によって推定された[Si]endは入出力部34を介してユーザに向けて出力され、出力された[Si]endを参照したユーザが入出力部34を介して入力した指示入力に従って吹錬処理制御部323が吹錬処理中の副原料投入量または吹込み酸素量を制御してもよい。あるいは、吹錬処理制御部323は、Si濃度推定部322によって推定された[Si]endを目標Si濃度333と比較した結果に基づいて、吹錬処理中の副原料投入量または吹込み酸素量を自動的に制御してもよい。
In the converter
(工程の概要)
図2は、本発明の一実施形態に係る転炉吹錬制御方法の工程を概略的に示すフローチャートである。図示された工程は、例えば転炉11における吹錬処理の開始前に実行される。図示された例では、まず、転炉吹錬制御装置30の脱珪速度定数算出部321が、事前に測定されて記憶部33に格納された溶銑データ331、および後述するような工程で事前に構築された統計モデル332に基づいて、溶銑111の一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出する(ステップS11)。次に、Si濃度推定部322が、溶銑111の吹錬処理前のSi濃度([Si]ini)、および脱珪速度定数算出部321において算出された一次脱珪速度定数kSiの推定値に基づいて、脱珪完了基準時刻tendにおける溶銑111のSi濃度([Si]end)を推定する(ステップS12)。
(Outline of process)
FIG. 2 is a flowchart schematically showing a process of a converter blowing control method according to an embodiment of the present invention. The illustrated process is performed, for example, before the start of the blowing process in the
次に、吹錬処理制御部323が、Si濃度推定部322によって推定された[Si]endを目標Si濃度333と比較した結果に基づいて、吹錬処理中の副原料投入量または吹込み酸素量を決定する(ステップS13)。より具体的には、吹錬処理制御部323は、推定された[Si]endと目標Si濃度333との差分に応じて、副原料投入量または吹込み酸素量を基準値から増減させる。決定された副原料投入量または吹込み酸素量を含む制御信号は、通信部31を介して酸素供給装置25および投入制御装置27に送信される。その後、吹錬処理中の適切な時期において、決定された副原料投入量に従って投入制御装置27が副原料151の投入を実施するか、または決定された吹込み酸素量に従って酸素供給装置25が酸素ガス121の吹込みを実施する(ステップS14)。
Next, the blowing
上記のような処理によって、例えば吹錬開始前の時点において溶銑111中のSi濃度を調整するための操作、具体的には吹込み酸素量や副原料投入量の修正が必要か否かを判断できるため、Si濃度を調整するための操作を例えば脱珪完了基準時刻tendよりも十分前に実行し、脱珪完了基準時刻tendにおいてより確実にSi濃度を所定の値に近づけることができる。これによって、チャージごとの脱珪反応終了時期の差が小さくなり、脱りん反応の開始時期が精度良く予測可能になる結果、転炉吹錬におけるりん濃度の制御性を向上させることができる。
By the above-mentioned treatment, for example, it is determined whether or not an operation for adjusting the Si concentration in the
(一次脱珪速度定数kSiの算出方法)
実操業において、吹錬処理中の所定の時刻、例えば脱珪完了基準時刻tendにおける溶銑111のSi濃度[Si]endを測定することは困難であるため、本実施形態では一次脱珪速度定数kSiを用いる。一次脱珪速度定数kSiは、吹錬処理中の脱珪反応を式(1)のような一次反応で表現した場合の反応速度定数である。式(1)を、吹錬開始時(時刻t=0、溶銑111の吹錬処理前のSi濃度[Si]ini)から脱珪完了基準時刻tend(溶銑111のSi濃度[Si]end)までの区間で積分すると、式(2)が得られる。
(The method for calculating the primary de珪速constants k Si)
In actual operation, predetermined time, for example because it is difficult to measure the Si concentration [Si] end The
上記の式(2)において、溶銑111の吹錬処理前のSi濃度[Si]iniの値は溶銑111の成分濃度測定によって得ることができ、脱珪完了基準時刻tendは操業上の変数として設備上の条件や製造する鋼種に応じて適宜設定される。従って、一次脱珪速度定数kSiが決定されれば、式(2)を用いて脱珪完了基準時刻tendにおける溶銑111のSi濃度[Si]endを推定することができる。
In the above formula (2), the value of the Si concentration [Si] ini before the blowing treatment of the
そこで、本実施形態では、特開2018−95943号公報などに記載されている、溶銑のSi濃度を逐次推定するための複合反応モデルを利用する。具体的には、例えば、複合反応モデルを用いて過去の吹錬処理における溶銑111中のSi濃度を逐次推定し、所定の値(例えば0.01%)を下回った最初のSi濃度を[Si]endとし、そのときの時刻を脱珪完了基準時刻tendとする。そうすると、式(2)において[Si]ini、[Si]endおよびtendがいずれも既知の値になり、一次脱珪速度定数kSiを算出することができる。さらに、過去の吹錬処理における溶銑データ331と算出された一次脱珪速度定数kSiとの組を十分な数だけ用意することによって、一次脱珪速度定数kSiを目的変数とし溶銑データ331を説明変数とする統計モデル332を構築することができる。統計モデル332を用いて、これから吹錬される溶銑111について一次脱珪速度定数kSiの推定値が算出されることは、既に述べたとおりである。
Therefore, in the present embodiment, a composite reaction model for sequentially estimating the Si concentration of hot metal described in JP-A-2018-95943 is used. Specifically, for example, the Si concentration in the
(溶銑のSi濃度を逐次的に推定するための複合反応モデル)
ここで、特開2018−95943号公報などに記載されている、溶銑のSi濃度を逐次推定するための複合反応モデルについて、さらに説明する。図3は、複合反応モデルの概念図である。複合反応モデルは、(a)転炉11における吹込み酸素(酸素ガス121)と溶銑111との酸化反応である火点反応、および(b)火点反応が進行する領域を除いた溶銑111とスラグ113との界面領域における反応であるスラグメタル界面反応をそれぞれモデル化したものである。なお、この複合反応モデルにおいて、スラグメタル界面反応は例えばS. Ohguchi et. al、“Simultaneous dephosphorization and desulphurization of molten pig iron”、Ironmaking and Steelmaking、1984年11巻4号、p. 41に記載された競合反応モデルによって表現される。
(Composite reaction model for sequentially estimating the Si concentration of hot metal)
Here, a composite reaction model for sequentially estimating the Si concentration of hot metal, which is described in JP-A-2018-95943 and the like, will be further described. FIG. 3 is a conceptual diagram of a composite reaction model. The combined reaction model includes (a) a hot spot reaction which is an oxidation reaction between blown oxygen (oxygen gas 121) and
(火点反応モデル)
まず、火点反応を表現する数理モデルについて説明する。火点領域では、上吹きランスなどから溶銑に酸素が供給されることによって、溶銑に含まれるSi、C、およびFeの酸化反応(火点反応)が発生する。火点反応におけるSi、C、およびFeのそれぞれの物質収支は、以下の式(3)〜(5)で表される。
(Fire point reaction model)
First, a mathematical model that expresses the fire point reaction will be described. In the fire point region, oxygen is supplied to the hot metal from a top-blown lance or the like, so that an oxidation reaction (fire point reaction) of Si, C, and Fe contained in the hot metal occurs. The mass balances of Si, C, and Fe in the fire point reaction are represented by the following formulas (3) to (5).
ここで、上記の式(3)〜(5)において、[Si]f、[C]f、および[Fe]fは火点領域における溶銑のSi濃度(%)、C濃度(%)、およびFe濃度(%)、[Si]、[C]、および[Fe]は火点領域以外の領域における溶銑のSi濃度(%)、C濃度(%)、およびFe濃度(%)、kSiは脱珪反応速度定数(%/sec)、ΔCは排ガスデータから求めた脱炭速度(%/sec)、ΔFeは排ガスデータから求めた鉄の酸化速度(%/sec)、Vfは火点領域における溶銑の体積(m3)、Qは転炉内の溶銑の還流量(m3/sec)である。 Here, in the above formulas (3) to (5), [Si] f , [C] f , and [Fe] f are the Si concentration (%), C concentration (%), and C concentration (%) of the hot metal in the hot spot region. Fe concentration (%), [Si], [C], and [Fe] are the Si concentration (%), C concentration (%), and Fe concentration (%), k Si of the hot metal in the region other than the hot spot region. Desiliconization reaction rate constant (% / sec), ΔC is the decarburization rate (% / sec) obtained from the exhaust gas data, ΔFe is the iron oxidation rate (% / sec) obtained from the exhaust gas data, and V f is the fire point region. The volume of hot metal (m 3 ) and Q in the above are the amount of reflux of hot metal in the converter (m 3 / sec).
排ガスデータから求めた脱炭速度ΔCは、排ガス分析計22および排ガス流量計23の測定データを用いて以下の式(6)から算出される。式(6)において、Qoffgasは排ガス流量計23によって測定される排ガス流量(Nm3/hr)、bg(CO)およびbg(CO2)は排ガス分析計22によって測定される排ガス中のCO濃度(%)およびCO2濃度(%)、Wfは火点領域における溶銑の重量(ton)である。
The decarburization rate ΔC obtained from the exhaust gas data is calculated from the following equation (6) using the measurement data of the
なお、脱りん反応を促進させるCaO源として、生石灰(酸化カルシウム:CaOを主成分とする)に代えてより安価な石灰石(炭酸カルシウム:CaCO3を主成分とする)を用いる場合、溶銑の脱炭反応によって発生したCO2と、炭酸カルシウムの滓化反応(CaCO3→CaO+CO2)によって発生したCO2とを区別することによってより精度よく脱炭速度ΔCを算出する以下の式(7)を、式(6)の代わりに用いてもよい。式(7)において、ΔWCaCO3は石灰石の滓化速度(ton/sec)であり、例えば以下の式(8)において石灰石の投入量WCaCO3に対して一次遅れを仮定する時定数TCaCO3を60(sec)として算出される。ΔWCaCO3の係数である−0.12は、反応式(CaCO3→CaO+CO2)から化学量論的に定まる定数である。 When cheaper limestone (calcium carbonate: CaCO 3 is the main component) is used instead of quicklime (calcium oxide: CaO as the main component) as the CaO source that promotes the dephosphorization reaction, the hot metal is removed. and CO 2 generated by the coal reaction, slag formation reactions calcium carbonate (CaCO 3 → CaO + CO 2) the following equation (7) be calculated more accurately decarburization rate ΔC by distinguishing and CO 2 generated by the , May be used instead of equation (6). In the formula (7), [Delta] W CaCO3 is slag formation speed of limestone (ton / sec), for example, the following equation is assumed time constant T CaCO3 first-order lag with respect to the input amount W CaCO3 of limestone (8) 60 It is calculated as (sec). It is a coefficient of [Delta] W CaCO3 -0.12 is a constant determined stoichiometrically from the reaction formula (CaCO 3 → CaO + CO 2 ).
排ガスデータから求めた鉄の酸化速度ΔFeは、以下の式(9)において、転炉内の溶銑に供給された酸素量FO2(Nm3/hr)から、脱炭反応および脱珪反応に消費された酸素量を差し引いた酸素量を用いて算出される。ただし、式(10)に示されるように式(9)の右辺の値が0よりも小さくなる場合は、ΔFe=0とする。 The iron oxidation rate ΔFe obtained from the exhaust gas data is consumed in the decarburization reaction and the desiliconization reaction from the oxygen amount FO 2 (Nm 3 / hr) supplied to the hot metal in the converter in the following formula (9). It is calculated using the amount of oxygen obtained by subtracting the amount of oxygen obtained. However, when the value on the right side of the equation (9) is smaller than 0 as shown in the equation (10), ΔFe = 0 is set.
一方、火点領域において酸化されるSiおよびFeの濃度変化は、火点反応によるスラグ中のSiO2およびFeOの濃度変化に対応する。これは、火点領域での酸化反応によって減少したSiおよびFeがSiO2およびFeOに変化してスラグに取り込まれるためである。従って、火点反応によるスラグ中のSiO2およびFeOの濃度変化(%/sec)は、上記の式(3)および式(5)から以下の式(11)および式(12)で表される。式(11)および式(12)において、〈SiO2〉fおよび〈FeO〉fは火点領域で生成したスラグ中のSiO2濃度(%)およびFeO濃度(%)、WSはスラグの重量(ton)である。 On the other hand, the change in the concentration of Si and Fe oxidized in the fire point region corresponds to the change in the concentration of SiO 2 and FeO in the slag due to the fire point reaction. This is because Si and Fe reduced by the oxidation reaction in the fire point region are changed to SiO 2 and FeO and incorporated into the slag. Therefore, the concentration change (% / sec) of SiO2 and FeO in the slag due to the fire point reaction is represented by the following formulas (11) and (12) from the above formulas (3) and (5). In the formulas (11) and (12), <SiO 2 > f and <FeO> f are the SiO 2 concentration (%) and FeO concentration (%) in the slag generated in the fire point region, and WS is the weight of the slag. (Ton).
また、火点領域の熱収支式は、火点反応で生じる各反応熱を考慮して以下の式(13)のように表すことができる。式(13)において、cpfは火点領域における溶銑の比熱(J/(kg・℃))である。Tfは火点領域における溶銑の温度(℃)、Hreac,fは火点領域における反応熱(J/sec)であり、例えば[Si]f、[C]f、および[Fe]fを用いて算出される。RQは転炉内の還流による火点領域への流入熱量(J/sec)であり、例えば火点領域以外の領域における溶銑温度T(℃)を用いて算出される。RQfは転炉内の還流による火点領域からの流出熱量(J/sec)であり、例えば火点領域における溶銑温度Tf(℃)を用いて算出される。 Further, the heat balance equation in the fire point region can be expressed as the following equation (13) in consideration of each reaction heat generated in the fire point reaction. In the formula (13), cp f is the specific heat (J / (kg · ° C)) of the hot metal in the hot spot region. T f is the temperature of the hot metal in the hot spot region (° C.), H reac, f is the heat of reaction (J / sec) in the hot spot region, for example, [Si] f , [C] f , and [Fe] f . Calculated using. RQ is the amount of heat flowing into the fire point region (J / sec) due to reflux in the converter, and is calculated using, for example, the hot metal temperature T (° C.) in a region other than the fire point region. RQ f is the amount of heat outflow (J / sec) from the hot spot region due to reflux in the converter, and is calculated using, for example, the hot metal temperature T f (° C.) in the hot spot region.
上記の式(3)〜式(5)、式(6)または式(7)、式(9)〜式(13)によって、火点領域における溶銑成分の挙動、および火点反応によって生成されてスラグに流入する酸化物(SiO2およびFeO)の挙動を表現することができる。 It is generated by the behavior of the hot metal component in the slag region and the slag reaction according to the above equations (3) to (5), equation (6) or equation (7), equations (9) to (13). The behavior of oxides (SiO 2 and FeO) flowing into the slag can be expressed.
(スラグメタル界面反応モデル)
次に、スラグメタル界面反応について説明する。スラグメタル界面における溶銑成分に関する反応は、スラグメタル界面における溶銑成分の平衡濃度と火点領域以外における溶銑成分の濃度との差を推進力とする物質移動によって表現される。具体的には、スラグメタル界面において溶銑に含まれる元素Xiの物質収支は、以下の式(14)で表される。なお、本実施形態において、{Xi}={C,Si,Mn,P,Fe}である。式(14)において、[Xi]は火点領域以外の領域における溶銑の元素Xi濃度(%)、Vは火点領域以外の領域における溶銑の体積(m3)、Aはスラグメタル界面の面積(m2)、KXiは元素Xiの物質移動係数(m/sec)、[Xi]*はスラグメタル界面の溶銑に含まれる元素Xiの平衡濃度(%)、[Xi]fは火点領域における溶銑の元素Xi濃度(%)、WXi,SUBは、副原料の投入による溶銑成分である元素Xiの増加を考慮するための投入項(%/sec)である。
(Slag metal interface reaction model)
Next, the slag metal interfacial reaction will be described. The reaction relating to the hot metal component at the slag metal interface is expressed by mass transfer driven by the difference between the equilibrium concentration of the hot metal component at the slag metal interface and the concentration of the hot metal component outside the fire point region. Specifically, the mass balance of the elements X i contained in the hot metal in the slag metal interface is expressed by the following equation (14). In this embodiment, {X i } = {C, Si, Mn, P, Fe}. In the formula (14), [X i ] is the element X i concentration (%) of the hot metal in the region other than the fire point region, V is the volume of the hot metal in the region other than the fire point region (m 3 ), and A is the slag metal interface. Area (m 2 ), K Xi is the mass transfer coefficient of element X i (m / sec), [X i ] * is the equilibrium concentration (%) of element X i contained in the hot metal at the slag metal interface , [X i ] f the hot metal in the fire spot area element X i concentration (%), W Xi, sUB is a charged term to account for increases in the element X i is a hot metal component due to introduction of auxiliary material (% / sec) is there.
ここで、スラグメタル界面の溶銑に含まれる元素Xiの平衡濃度[Xi]*は、上記のS. Ohguchiらの文献に記載された界面酸素濃度ao*を用いて表される。界面酸素濃度ao*は、スラグメタル界面における酸素収支式から算出される。 Here, the equilibrium concentration [X i ] * of the element X i contained in the hot metal at the interface of the slag metal is expressed using the interfacial oxygen concentration ao * described in the above-mentioned document of S. Ohguchi et al. The interfacial oxygen concentration ao * is calculated from the oxygen balance equation at the slag metal interface.
一方、スラグメタル界面におけるスラグ成分に関する反応も、溶銑成分に関する反応と同様に、スラグメタル界面におけるスラグ成分の平衡濃度とスラグのバルク内の成分の濃度との差を推進力とする物質移動によって表現される。具体的には、スラグメタル界面においてスラグに含まれる酸化物XOjの物質収支は、以下の式(15)で表される。なお、本実施形態において、{XOj}={CaO,SiO2,FeO,MnO,P2O5,Al2O3}である。式(15)において、〈XOj〉はスラグに含まれる酸化物XOjの濃度(%)、VSはスラグの体積(m3)、KXOjは酸化物XOjの物質移動係数(m/sec)、〈XOj〉*はスラグに含まれる酸化物XOjの平衡濃度(%)、WXOj,SUBは、生石灰や石灰石、スケールなどの副原料の投入によるスラグに含まれる酸化物XOjの増加を考慮するための投入項(%/sec)である。 On the other hand, the reaction related to the slag component at the slag metal interface is also expressed by mass transfer driven by the difference between the equilibrium concentration of the slag component at the slag metal interface and the concentration of the component in the bulk of the slag, similar to the reaction related to the hot metal component. Will be done. Specifically, the mass balance of the oxide XO j contained in the slag at the slag metal interface is represented by the following formula (15). In this embodiment, {XO j } = {CaO, SiO 2 , FeO, MnO, P 2 O 5 , Al 2 O 3 }. In the formula (15), <XO j > is the concentration (%) of the oxide XO j contained in the slag, VS is the volume of the slag (m 3 ), and KXO j is the substance transfer coefficient (m / sec) of the oxide XO j. ), <XO j > * is the equilibrium concentration (%) of oxide XO j contained in slag, and W XOj, SUB is the equilibrium concentration (%) of oxide XO j contained in slag due to the addition of auxiliary materials such as quicklime, limestone, and scale. It is an input term (% / sec) for considering the increase.
なお、〈SiO2〉および〈FeO〉については、式(15)の右辺に火点反応におけるSiO2およびFeOの生成速度を追加した以下の式(16)および式(17)で表す。これによって、火点反応で生成された酸化物がスラグに流入することによるスラグ成分の濃度の変化を表現することができる。 Note that <SiO 2 > and <FeO> are represented by the following equations (16) and (17) in which the production rates of SiO 2 and FeO in the fire point reaction are added to the right side of the equation (15). This makes it possible to express the change in the concentration of the slag component due to the inflow of the oxide produced by the fire point reaction into the slag.
また、スラグメタル界面反応を構成する溶銑部分の熱収支、およびスラグ部分の熱収支は、スラグメタル界面反応などの反応熱を考慮して、下記の式(18)および式(19)で表される。式(18)において、Wは火点領域以外の領域における溶銑の重量(ton)、cpは火点領域以外の領域における溶銑の比熱(J/(kg・℃))、Tは火点領域以外の領域における溶銑の温度(℃)である。Hreacはスラグメタル界面反応で生じた反応熱のうち溶銑に分配される反応熱(J/sec)であり、スラグメタル界面反応に伴う各成分の物質移動に基づいて算出される。QSUBは、溶銑への副原料の溶解によって生じる抜熱量(J/sec)である。式(19)において、cpSはスラグの比熱(J/(kg・℃))、TSはスラグの温度(℃)である。Hreac,Sはスラグメタル界面反応で生じた反応熱のうちスラグに分配される反応熱(J/sec)であり、スラグメタル界面反応に伴う各成分の物質移動に基づいて算出される。RQSは、スラグ表面からの抜熱量(J/sec)である。 Further, the heat balance of the hot metal portion and the heat balance of the slag portion constituting the slag metal interfacial reaction are represented by the following equations (18) and (19) in consideration of the heat of reaction such as the slag metal interfacial reaction. To. In the formula (18), W is the weight of the hot metal in the region other than the hot spot region (ton), cp is the specific heat of the hot metal in the region other than the hot spot region (J / (kg · ° C)), and T is other than the hot spot region. It is the temperature (° C.) of the hot metal in the region of. H reac is the heat of reaction (J / sec) distributed to the hot metal out of the heat of reaction generated in the slag metal interfacial reaction, and is calculated based on the mass transfer of each component accompanying the slag metal interfacial reaction. Q SUB is the amount of heat removed (J / sec) generated by the dissolution of the auxiliary raw material in the hot metal. In the formula (19), cp S slag specific heat (J / (kg · ℃) ), T S is the temperature of the slag (° C.). H reac and S are reaction heats (J / sec) distributed to the slag among the reaction heats generated in the slag metal interfacial reaction, and are calculated based on the mass transfer of each component accompanying the slag metal interfacial reaction. RQ S is the amount of heat removed from the slag surface (J / sec).
上記の式(14)〜式(19)によって、火点反応による溶銑成分の挙動を含めたスラグメタル界面における溶銑成分およびスラグ成分の挙動を表現することができる。 From the above equations (14) to (19), the behavior of the hot metal component and the slag component at the slag metal interface including the behavior of the hot metal component due to the fire point reaction can be expressed.
以上で説明したような火点反応モデルおよびスラグメタル界面反応モデルを複合させた複合反応モデルによって、吹錬中の溶銑のSi濃度を逐次的に推定することができる。具体的には、式(3)〜式(5)、式(6)または式(7)、式(9)〜式(19)の連立方程式を逐次的に解くことによって、溶銑のSi濃度を含む溶銑成分の濃度、およびスラグ成分の濃度を逐次的に推定することができる。 The Si concentration of the hot metal during blowing can be sequentially estimated by the combined reaction model in which the fire point reaction model and the slag metal interfacial reaction model as described above are combined. Specifically, the Si concentration of the hot metal is determined by sequentially solving the simultaneous equations of equations (3) to (5), equation (6) or equation (7), and equations (9) to (19). The concentration of the hot metal component and the concentration of the slag component can be estimated sequentially.
既に述べたように、上記のような複合反応モデルを用いることによって吹錬処理中の溶銑のSi濃度を逐次的に算出することができ(算出は事後的に実施されてもよい)、その結果を利用して算出された過去の吹錬処理における一次脱珪速度定数kSiを目的変数とし、溶銑データに含まれる操業要因Ykを説明変数とする式(20)に示すような統計モデル(重回帰モデル)を構築することができる。 As already described, the Si concentration of the hot metal during the blowing process can be sequentially calculated by using the composite reaction model as described above (the calculation may be carried out after the fact), and the result. A statistical model as shown in equation (20), with the primary desiliconization rate constant k Si in the past blowing process calculated using the above as the objective variable and the operating factor Y k included in the hot metal data as the explanatory variable. Multiple regression model) can be constructed.
ここで、例えば転炉における吹錬処理の開始前に一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出する場合、式(20)の統計モデルの説明変数である操業要因Ykは吹錬開始時までに得られるものに限られる。そのような操業要因の例を、表1に示す。 Here, for example, when calculating the estimated value of the primary desiliconization rate constant k Si before the start of the blowing process in the converter , the operating factor Y k, which is the explanatory variable of the statistical model of the equation (20), is at the start of the blowing. Limited to what can be obtained by. Table 1 shows examples of such operating factors.
図4は、統計モデルによる一次脱珪速度定数kSiの推定の精度検証結果を示すグラフである。過去に実施された吹錬処理について、吹錬開始時までに得られる溶銑データから式(20)の統計モデルによって推定した一次脱珪速度定数kSi(グラフにkSicalとして示す)は、同じ吹錬処理について複合反応モデルによるSi濃度の逐次推定の結果から算出されたkSi(グラフにkSiactとして示す)との相関性が高く、統計モデルの推定精度は良好であった。 FIG. 4 is a graph showing the accuracy verification result of the estimation of the primary desiliconization rate constant k Si by the statistical model. The primary desiliconization rate constant k Si ( shown as k Si cal in the graph) estimated by the statistical model of Eq. (20) from the hot metal data obtained up to the start of blasting is the same for the blasting treatments carried out in the past. Regarding the blowing process, the correlation with k Si ( shown as k Si act in the graph) calculated from the result of sequential estimation of Si concentration by the composite reaction model was high, and the estimation accuracy of the statistical model was good.
(一次脱珪速度定数kSiを利用した転炉吹錬制御)
上記のようにして算出された一次脱珪速度定数kSiの推定値を用いた転炉吹錬制御の例について、以下で説明する。まず、吹錬開始前に、その時点で構築済みの統計モデルを用いて新たな溶銑データから一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出する。その一方で、例えば以下のような手順で脱珪完了基準時刻tendを設定する。
(Converter blowing control using the primary de珪速constants k Si)
An example of converter blowing control using the estimated value of the primary desiliconization rate constant k Si calculated as described above will be described below. First, before the start of blowing, the estimated value of the primary desiliconization rate constant k Si is calculated from the new hot metal data using the statistical model constructed at that time. On the other hand, for example, the desiliconization completion reference time tend is set by the following procedure.
脱珪完了基準時刻tendは、例えば溶銑のSi濃度が所定の目標Si濃度[Si]aim(例えば0.01%)に到達すべきタイミングとして設定される。具体的には、例えば、吹錬処理前に得られた新たな溶銑データに含まれる、溶銑のSi濃度や溶銑温度、塩基度などの操業条件、上吹きおよび底吹きのガス流量などの設備条件、ならびに製造する鋼種などに応じて、脱珪完了基準時刻tendを設定することができる。表2に、吹錬処理前の溶銑のSi濃度[Si]iniに応じて設定される脱珪完了基準時刻tendの例を示す。 The desiliconization completion reference time tend is set, for example, as a timing at which the Si concentration of the hot metal should reach a predetermined target Si concentration [Si] aim (for example, 0.01%). Specifically, for example, the operating conditions such as the Si concentration, the hot metal temperature, and the basicity of the hot metal, and the equipment conditions such as the gas flow rate of the top blow and the bottom blow included in the new hot metal data obtained before the blowing process. and depending on the steel species to be produced, it is possible to set the desiliconization complete reference time t end the. Table 2 shows examples of desiliconization complete reference time t end to be set in accordance with the Si concentration [Si] ini of hot metal pre-blowing process.
次に、一次脱珪速度定数kSiの推定値、吹錬処理前の溶銑のSi濃度[Si]ini、および上記で設定された脱珪完了基準時刻tendを用いて、式(2)から脱珪完了基準時刻tendにおける溶銑のSi濃度[Si]endを推定する。推定された[Si]endを目標Si濃度[Si]aimと比較した結果に基づいて、吹錬処理中の副原料(CaO、または酸素含有副原料)の予定投入量、および/または予定吹込み酸素量を修正する。このような制御の例を、以下に示す。 Next, using a primary de珪速level estimation value of the constant k Si, blowing pretreatment of the Si concentration of the molten iron [Si] ini, and desiliconization complete reference time t end, which is set above formulas (2) estimating the Si concentration [Si] end the molten iron in desiliconization complete reference time t end the. Based on the result of comparing the estimated [Si] end with the target Si concentration [Si] aim , the planned input amount and / or the planned injection of the auxiliary material (CaO or oxygen-containing auxiliary material) during the blowing process. Correct the amount of oxygen. An example of such control is shown below.
([Si]end>[Si]aimの場合)
酸素含有副原料として投入される鉄鉱石の必要投入量WFeOre(ton)を以下の式(21)に従って決定する。式(21)において、鉄鉱石の投入量WFeOreは、脱珪完了基準時刻tendにおいて溶銑中に存在すると予想されるSiを酸化(Si+O2→SiO2)させるのに必要な投入量として定義される。式(21)において、αは換算係数(Nm3/(%・ton))であり、化学量論的(理論的)に決定されるαの値は8.0である。WMは溶銑の挿入量(ton)、OFeOreは鉄鉱石の酸素含有量(Nm3/ton)である。
(In the case of [Si] end > [Si] aim )
The required input amount W FeOre (ton) of iron ore to be input as an oxygen-containing auxiliary raw material is determined according to the following formula (21). In the formula (21), input amount W Feore iron ore, defined as the input amount required to oxidize the Si that is expected to be present in the hot metal in the desiliconizing complete reference time t end (Si + O 2 → SiO 2) Will be done. In the formula (21), α is a conversion coefficient (Nm 3 / (% · ton)), and the value of α determined stoichiometrically (theoretically) is 8.0. W M is the insertion amount of hot metal (ton), O FeOre is oxygen content of iron ore (Nm 3 / ton).
ただし、副原料の投入量に対して熱的余裕がない、すなわち以下の式(22)が成立しない場合は、投入可能な鉄鉱石投入量W’FeOre(ton)、すなわち式(22)が等式になる鉄鉱石の投入量と必要投入量WFeOreとの差に相当する吹込み酸素量ΔO2を式(23)によって算出する。ここで、式(22)における冷却係数γFeOreは、スクラップが溶銑重量の1%投入された場合に20℃だけ溶銑温度が低下すると仮定して、このスクラップの冷却効果を基準とした場合の鉄鉱石投入による溶銑温度の温度降下量を示す。仮にγFeOreが1.0であれば、鉄鉱石の冷却効果はスクラップと同等である。式(22)において、f(TM,Taim,…)は熱余裕度を表す関数(℃)である。 However, if there is no thermal margin for the input amount of the auxiliary raw material, that is, if the following formula (22) does not hold, the iron ore input amount W'FeOre (ton), that is, the formula (22) that can be input is equal. The amount of blown oxygen ΔO 2 corresponding to the difference between the input amount of iron ore and the required input amount W FeOre, which is the formula, is calculated by the formula (23). Here, the cooling coefficient γ FeOre in the formula (22) is based on the cooling effect of the scrap, assuming that the hot metal temperature drops by 20 ° C. when the scrap is charged with 1% of the hot metal weight. Shows the amount of temperature drop in hot metal temperature due to stone injection. If γ FeOre is 1.0, the cooling effect of iron ore is equivalent to that of scrap. In the formula (22), f (T M , T aim, ...) is a function representing the heat margin (° C.).
([Si]end≦[Si]aimの場合)
転炉の吹錬制御はスタティック制御とダイナミック制御の2つから構成される。スタティック制御は、吹錬開始前に吹止め時の溶鋼成分濃度および溶鋼温度を目標値に的中させるために必要な吹込み酸素量や副原料(媒溶材や冷材)投入量などの操作量を決定する。これら操作量は物質(酸素)収支と熱収支を基本とする数式モデルを用いて求められる。ダイナミック制御は、サブランス測定による吹錬中の溶鋼温度・炭素濃度実測値を用いて、スタティック制御で求めた操作量(吹込み酸素量や冷材量)を修正し、的中率の向上を図るものである。ダイナミック制御における操作量も、スタティック制御と同様に酸素収支式と熱収支式から構成される数式モデルを用いて求められる。
(In the case of [Si] end ≤ [Si] aim )
Blow control of the converter consists of static control and dynamic control. Static control is the amount of operation such as the amount of oxygen blown and the amount of auxiliary raw materials (medium-melting material and cold material) input required to hit the target values of the molten steel component concentration and molten steel temperature at the time of blowing stop before the start of blowing. To determine. These manipulated quantities are obtained using a mathematical model based on the material (oxygen) balance and the heat balance. Dynamic control aims to improve the hit rate by correcting the manipulated variable (the amount of oxygen blown and the amount of cold material) obtained by static control using the measured values of molten steel temperature and carbon concentration during blowing by sublance measurement. It is a thing. The manipulated variable in the dynamic control is also obtained by using a mathematical model composed of the oxygen balance equation and the heat balance equation as in the static control.
図5は、[Si]end≦[Si]aimの場合における媒溶材投入量の適正化について説明するためのグラフである。図5の実線で示されているように、スタティック制御における溶銑重量あたりの媒溶材投入量(kg/ton)は、目標とするりん濃度[P](%)に応じて予め決定されている。具体的には、りん濃度[P]の目標値がP1(%)である場合、予め決定される媒溶材投入量はWCaO(kg/ton)である。これに対して、[Si]end≦[Si]aimである状態は、媒溶材による脱りん効率が当初の想定を上回る状態であるため、媒溶材投入量WCaOを維持するとΔP=P1−P2(%)だけ過剰に脱りんが発生することになる。この場合、図5の実線で示したりん濃度[P]と溶銑重量あたりの媒溶材投入量との関係が、破線のグラフにシフトしていると考えられる。そのため、例えば以下の式(24)に示すように、媒溶材量補正関数f(ΔP)を用いて媒溶材投入量をWCaOからW’CaOに補正する。これによって、過剰な脱りんを防止することができる。 FIG. 5 is a graph for explaining the optimization of the amount of the filler material input in the case of [Si] end ≤ [Si] aim. As shown by the solid line in FIG. 5, the amount of the filler material charged per hot metal weight (kg / ton) in the static control is determined in advance according to the target phosphorus concentration [P] (%). Specifically, when the target value of the phosphorus concentration [P] is P 1 (%), the amount of the admixture input determined in advance is W CaO (kg / ton). In contrast, [Si] state is end ≦ [Si] aim, since dephosphorization efficiency by medium welding material is in a state above the initially expected, medium welding material when maintaining the input amount W CaO ΔP = P 1 - Excessive dephosphorization will occur by P 2 (%). In this case, it is considered that the relationship between the phosphorus concentration [P] shown by the solid line in FIG. 5 and the amount of the filler material input per hot metal weight is shifted to the broken line graph. Therefore, for example, as shown in the following equation (24), it is corrected to W 'CaO a medium welding material input amount from W CaO with medium welding material amount correction function f ([Delta] P). This makes it possible to prevent excessive dephosphorization.
(他の実施形態)
図6は、本発明の他の実施形態に係る統計モデル構築装置を含む精錬設備の概略的な構成を示す図である。図6に示されるように、精錬設備1Aは、転炉設備10と、計測制御装置20と、統計モデル構築装置30Aとを含む。なお、転炉設備10および計測制御装置20については、図1を参照して説明した例と同様であるため重複した説明は省略する。
(Other embodiments)
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a refining facility including a statistical model building apparatus according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the
統計モデル構築装置30Aは、図1を参照して説明した例における転炉吹錬制御装置30と同様に、通信部31と、演算部32と、記憶部33とを含む装置、例えばコンピュータによって実装される。図1の例との違いとして、統計モデル構築装置30Aでは、記憶部33に、吹錬処理中の操業要因のデータ334が格納される。また、演算部32が、プログラムに従って動作することによって、データ収集部324、Si濃度逐次推定部325および統計モデル構築部326として機能する。なお、それ以外の統計モデル構築装置30Aの構成は、図1の例における転炉吹錬制御装置30と同様であるため重複した説明は省略する。
The statistical
上記の統計モデル構築装置30Aにおいて、データ収集部324は、転炉11で吹錬処理される溶銑111に関する溶銑データ331、および吹錬処理中の操業要因のデータ334を収集する。ここで、吹錬処理中の操業要因は、例えば、計測制御装置20のサブランス21を用いた測定によって取得される溶鋼112の成分濃度、溶鋼112の温度、排ガス分析計22によって測定される排ガス成分濃度、排ガス流量系が測定する排ガス流量、ランス駆動装置24によって制御される上吹きランス12の高さ、酸素供給装置25が供給する吹込み酸素量、底吹きガス供給装置26が供給する底吹きガス流量、ならびに投入制御装置27による副原料151の投入タイミングおよび投入量の少なくとも一部を含む。データ収集部324は、例えば、過去の吹錬処理時に測定されて記憶部33に蓄積された溶銑データ331および操業要因のデータ334を収集する。
In the statistical
Si濃度逐次推定部325は、データ収集部324が収集した溶銑データ331および操業要因のデータ334に基づいて、吹錬処理における溶銑中のSi濃度を逐次推定する。溶銑中のSi濃度は、例えば上記で説明した複合反応モデルを用いて逐次推定することができる。Si濃度逐次推定部325は、例えばデータが収集された過去の吹錬処理のそれぞれについて、溶銑中のSi濃度を逐次推定する。統計モデル構築部326は、Si濃度逐次推定部325による逐次推定の結果に基づいて、溶銑データ331を説明変数とし溶銑の一次脱珪速度定数kSiを目的変数とする統計モデル332を構築する。構築された統計モデル332は、例えば図1の例における転炉吹錬制御装置30によって、新たな溶銑データ331から一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出するために利用される。
The Si concentration
なお、上記で説明した転炉吹錬制御装置30と統計モデル構築装置30Aとは、同じ装置であってもよいし、異なる装置であってもよい。これらが同じ装置である場合、記憶部33には溶銑データ331、統計モデル332、目標Si濃度333および操業要因のデータ334が格納され、演算部32はプログラムに従って動作することによって脱珪速度定数算出部321、Si濃度推定部322、吹錬処理制御部323、データ収集部324、Si濃度逐次推定部325および統計モデル構築部326として機能する。このような装置では、過去の吹錬処理におけるSi濃度の逐次推定の結果に基づいて構築された統計モデル332を利用して新たな溶銑データ331から一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出するとともに、新たな吹錬処理についてもSi濃度を逐次推定することによって統計モデル332を更新することができる。
The converter
図7は、本発明の他の実施形態に係る統計モデル構築方法の工程を概略的に示すフローチャートである。図示された例では、まず、統計モデル構築装置30Aのデータ収集部324が、転炉11で吹錬処理される溶銑111に関する溶銑データ331、および吹錬処理中の操業要因のデータ334を収集する(ステップS21)。次に、Si濃度逐次推定部325が、ステップS21で収集された溶銑データ331および操業要因のデータ334に基づいて、吹錬処理における溶銑中のSi濃度を逐次推定する(ステップS22)。次に、統計モデル構築部326が、ステップS22における逐次推定の結果に基づいて、溶銑データ331を説明変数とし溶銑の一次脱珪速度定数kSiを目的変数とする統計モデル332を構築する(ステップS23)。以上のような処理によって、例えば新たな溶銑データ331から一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出するための統計モデル332を構築することができる。
FIG. 7 is a flowchart schematically showing a process of a statistical model construction method according to another embodiment of the present invention. In the illustrated example, first, the
図8は、本発明の実施例および比較例を示すグラフであり、溶銑の吹錬処理前のSi濃度[Si]iniが同程度のチャージA(Ch.A)およびチャージB(Ch.B)のそれぞれについて、上述の複合反応モデルによって逐次推定された溶銑のSi濃度[Si](%)、スラグ中のFeO濃度〈FeO〉、および溶銑のりん濃度[P]が示されている。チャージAでは一次脱珪速度定数kSiの推定値に基づいて吹錬開始前の段階で鉄鉱石(副原料)の投入量を増加させることを決定し、時刻250secで13.7kg/tonの鉄鉱石を投入した。一方、チャージBでは溶銑のSi濃度の逐次推定の結果に基づいて鉄鉱石の投入量を制御し、Si濃度が予定よりも高く推移していることが明らかになった時刻371secの時点で4.4kg/tonの鉄鉱石を投入した。 FIG. 8 is a graph showing an example and a comparative example of the present invention, in which charge A (Ch.A) and charge B (Ch.B) having the same Si concentration [Si] ini before the hot metal blowing treatment are shown. The Si concentration [Si] (%) of the hot metal, the FeO concentration <FeO> in the slag, and the phosphorus concentration [P] of the hot metal are shown for each of the above. In charge A, it was decided to increase the input amount of iron ore (auxiliary raw material) at the stage before the start of smelting based on the estimated value of the primary desiliconization rate constant k Si, and iron ore of 13.7 kg / ton at a time of 250 sec. I put in a stone. On the other hand, in charge B, the amount of iron ore input was controlled based on the result of successive estimation of the Si concentration of the hot metal, and at the time of 371 sec, when it became clear that the Si concentration was higher than planned, 4. 4 kg / ton of iron ore was added.
その結果、チャージAでは鉄鉱石の投入時点からスラグ中のFeO濃度が上昇するとともに溶銑のSi濃度の低下が促進され、脱珪終了時期が早められている。この結果、脱りん反応の開始も早まり、吹錬終了時点(720sec)において目標りん濃度(0.020%〜0.025%)が達成された。一方、チャージBでも鉄鉱石の投入時点からスラグ中のFeO濃度が上昇しているが、既に溶銑のSi濃度が低くなり脱珪終了が近くなった時点で鉄鉱石が投入されたため、脱型終了時期はほとんど早められず、脱りん反応の開始が遅くなる結果、吹錬終了時点において目標りん濃度が達成できなかった(脱りん不良)。この結果から、本発明の実施例では、一次脱珪速度定数kSiの推定値に基づいて吹錬のより早い段階で鉄鉱石(副原料)の投入量を修正できたために、りん濃度を適切に制御することができたといえる。 As a result, in Charge A, the FeO concentration in the slag increases from the time when the iron ore is charged, and the decrease in the Si concentration of the hot metal is promoted, so that the desiliconization end time is accelerated. As a result, the start of the dephosphorization reaction was accelerated, and the target phosphorus concentration (0.020% to 0.025%) was achieved at the end of the blowing (720 sec). On the other hand, even in Charge B, the FeO concentration in the slag increased from the time when the iron ore was added, but the iron ore was added when the Si concentration in the hot metal had already decreased and the desiliconization was about to end, so the demolding was completed. The timing was hardly advanced, and as a result of the delay in the start of the dephosphorization reaction, the target phosphorus concentration could not be achieved at the end of the blowing (poor dephosphorization). From this result, in the embodiment of the present invention, because that could modify the input amount of iron ore at an earlier stage of blowing on the basis of the estimated value of the primary de-珪速constants k Si (auxiliary materials) suitably phosphorus concentration It can be said that it was possible to control.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.
1…精錬設備、10…転炉設備、11…転炉、12…上吹きランス、13…煙道、14…羽口、15…投入装置、20…計測制御装置、21…サブランス、22…排ガス分析計、23…排ガス流量計、24…ランス駆動装置、25…酸素供給装置、26…底吹きガス供給装置、27…投入制御装置、30…転炉吹錬制御装置、31…通信部、32…演算部、33…記憶部、34…入出力部、321…脱珪速度定数算出部、322…Si濃度推定部、323…吹錬処理制御部、331…溶銑データ、332…統計モデル、333…目標Si濃度。 1 ... Smelting equipment, 10 ... converter equipment, 11 ... converter, 12 ... top blown lance, 13 ... flue, 14 ... tuyere, 15 ... input device, 20 ... measurement control device, 21 ... sublance, 22 ... exhaust gas Analyzer, 23 ... Exhaust flow meter, 24 ... Lance drive device, 25 ... Oxygen supply device, 26 ... Bottom blowing gas supply device, 27 ... Input control device, 30 ... Converter blowing control device, 31 ... Communication unit, 32 ... Calculation unit, 33 ... Storage unit, 34 ... Input / output unit, 321 ... Desiliconization rate constant calculation unit, 322 ... Si concentration estimation unit, 323 ... Blow processing control unit, 331 ... Hot metal data, 332 ... Statistical model, 333 … Target Si concentration.
Claims (9)
前記溶銑の吹錬処理前のSi濃度および前記一次脱珪速度定数に基づいて前記吹錬処理中の所定の時刻における前記溶銑のSi濃度を推定するSi濃度推定部と
を備える転炉吹錬制御装置。 A desiliconization rate constant calculation unit that calculates an estimated value of the primary desiliconization rate constant of the hot metal using a statistical model that uses hot metal data related to hot metal blown in a converter as an explanatory variable.
A converter blowing control including a Si concentration estimation unit that estimates the Si concentration of the hot metal at a predetermined time during the hot metal based on the Si concentration before the hot metal blowing treatment and the primary desiliconization rate constant. apparatus.
前記溶銑データおよび前記操業要因に基づいて前記吹錬処理における前記溶銑中のSi濃度を逐次推定するSi濃度逐次推定部と、
前記逐次推定の結果に基づいて、前記溶銑データを説明変数とし前記溶銑の一次脱珪速度定数を目的変数とする統計モデルを構築する統計モデル構築部と
を備える統計モデル構築装置。 A data collection unit that collects hot metal data related to hot metal that is blown in a converter and data on operating factors during the blowing process.
A Si concentration sequential estimation unit that sequentially estimates the Si concentration in the hot metal in the blowing process based on the hot metal data and the operating factors.
A statistical model construction device including a statistical model construction unit that constructs a statistical model using the hot metal data as an explanatory variable and the primary desiliconization rate constant of the hot metal as an objective variable based on the result of the sequential estimation.
前記溶銑の吹錬処理前のSi濃度および前記一次脱珪速度定数に基づいて前記吹錬処理中の所定の時刻における前記溶銑のSi濃度を推定する工程と
を含む転炉吹錬制御方法。 A step of calculating an estimated value of the primary desiliconization rate constant of the hot metal using a statistical model using hot metal data related to hot metal blown in a converter as an explanatory variable, and
A converter blowing control method including a step of estimating the Si concentration of the hot metal at a predetermined time during the hot metal based on the Si concentration before the hot metal blowing treatment and the primary desiliconization rate constant.
前記溶銑データおよび前記操業要因に基づいて前記吹錬処理における前記溶銑中のSi濃度を逐次推定する工程と、
前記逐次推定の結果に基づいて、前記溶銑データを説明変数とし前記溶銑の一次脱珪速度定数を目的変数とする統計モデルを構築する工程と
を含む統計モデル構築方法。 A process of collecting hot metal data on hot metal that is blown in a converter and data on operating factors during the blowing process, and
A step of sequentially estimating the Si concentration in the hot metal in the hot metal in the blowing process based on the hot metal data and the operating factors, and a step of sequentially estimating the Si concentration in the hot metal.
A statistical model construction method including a step of constructing a statistical model using the hot metal data as an explanatory variable and the primary desiliconization rate constant of the hot metal as an objective variable based on the result of the sequential estimation.
前記溶銑の吹錬処理前のSi濃度および前記一次脱珪速度定数に基づいて前記吹錬処理中の所定の時刻における前記溶銑のSi濃度を推定するSi濃度推定部と
を備える転炉吹錬制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 A desiliconization rate constant calculation unit that calculates an estimated value of the primary desiliconization rate constant of the hot metal using a statistical model that uses hot metal data related to hot metal blown in a converter as an explanatory variable.
A converter blowing control including a Si concentration estimation unit that estimates the Si concentration of the hot metal at a predetermined time during the hot metal based on the Si concentration before the hot metal blowing process and the primary desiliconization rate constant. A program that allows a computer to function as a device.
前記溶銑データおよび前記操業要因に基づいて前記吹錬処理における前記溶銑中のSi濃度を逐次推定するSi濃度逐次推定部と、
前記逐次推定の結果に基づいて、前記溶銑データを説明変数とし前記溶銑の一次脱珪速度定数を目的変数とする統計モデルを構築する統計モデル構築部と
を備える統計モデル構築装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。 A data collection unit that collects hot metal data related to hot metal that is blown in a converter and data on operating factors during the blowing process.
A Si concentration sequential estimation unit that sequentially estimates the Si concentration in the hot metal in the blowing process based on the hot metal data and the operating factors.
Based on the result of the sequential estimation, the computer functions as a statistical model construction device including a statistical model construction unit for constructing a statistical model using the hot metal data as an explanatory variable and the primary desiliconization rate constant of the hot metal as an objective variable. Program for.
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