JP2021123765A - 情報処理システム、情報処理方法、精錬装置及び精錬方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶解炉での精錬プロセスに関する数値解析を、より高い精度で実行可能な情報処理システム、情報処理方法、精錬装置及び精錬方法を提供する。
【解決手段】情報処理システム１は、精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出する、解析条件決定部１２と、解析条件決定部１２が算出した数値解析パラメータを用いて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行する、数値解析部１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄鋼材料の精錬プロセスで用いられる情報処理システム、情報処理方法、精錬装置及び精錬方法に関するものである。

鉄鋼材料の精錬プロセスでは、溶解炉内に入れた高温の溶鋼に対し、超音速の酸素を吹き付けて鋼の成分調整が行われる。超音速の酸素ジェットが溶鋼面に衝突すると、キャビティ（凹み）が形成されるとともに、激しい溶鋼振動に起因する大量のスプラッシュが発生する。また、衝突面（火点）を中心とした精錬反応が生じることで、溶解炉内の状態は複雑に変化する。溶解炉内の状態を把握するために、溶解炉内に計測機器を設置して直接的にデータを取得できれば理想的であるが、計測機器の耐熱性が不十分であったり、スプラッシュ（飛散した溶鋼やスラグ）が計測機器に付着して計測機器が使用不能となる可能性があったりするため、溶解炉内のデータを、計測機器を用いて直接的に取得することは困難である。また、溶解炉内では排ガスやスプラッシュが発生しているため、溶解炉の上の開口部から溶解炉の内部を直接観察することもできない。そのため、溶解炉内の状態を把握することは難しく、炉内現象の理解、操業改善、操業制御等が進んでいないのが現状である。

ところで、近年、ビッグデータ解析、ＡＩ（Artificial Intelligence：人工知能）及びＣＰＳ（Cyber Physical System：サイバーフィジカルシステム）等のデータ解析の技術を産業分野に適用しようという動きが加速している。その目的は、多数の計測機器を使用して大量のデータを取得し、取得したデータの解析をおこなって有用な知見を抽出し、産業設備のより良い操業の在り方を探ることである。これらの技術の産業分野への適用が実現すれば、産業機器の操業効率化のみならず、操業トラブルの事前防止、トラブル時の迅速な原因究明、又は産業機器の自動制御等が可能となると考えられている。

精錬プロセスにもＣＰＳを適用したいというニーズはあるものの、溶解炉内に計測機器を設置することは困難であることから、ＣＰＳで必要とされるデータ解析に使用できるデータ量を十分に取得することが難しい。

一方、溶解炉内の状態を推定するためには、数値解析が有力なツールとなり得る。数値解析は、数式を用いて物理現象を表現した物理モデルを用いて、物理現象を予測するものである。数値解析により、溶解炉内の状態が可視化されることが期待されている。数値解析を用いることによって、計測機器による計測では取得できない物理量を予測することが可能となる。例えば溶解炉の例では、直接計測や観察が困難な、溶鋼のキャビティ深さ、スプラッシュ量、流速、密度、圧力、濃度分布等の定量的な評価が可能となる。

さらに、近年、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit：グラフィックスプロセッシングユニット）を産業分野に適用した、計算高速化手法が開発され、数値解析を短時間で実行することが可能となってきている。

精錬プロセスに関する分野で、数値解析を利用した溶解炉の操業システムの従来技術として、例えば特許文献１では、転炉に投入される副原料の投入量を、モデルを用いて操業実績から推定する方法が提案されている。また、例えば特許文献２では、転炉吹錬操業中の炭素濃度を推定するモデルが提案されている。また、例えば特許文献３では、製鋼精錬炉の操業を解析する操業解析システムが提案されている。また、例えば特許文献４では、数値解析の結果を用いた精錬設備の制御方法が提案されている。

特開２０１４−２０１７７０号公報 特開２０１０−７１５０号公報 特開２００３−４９２１４号公報 特開２０１９−７７９３２号公報

特許文献１に記載された発明は、投入する副原料を推定するものであるが、数値解析を用いて推定を行うものではない。また、特許文献２に記載された発明は、過去実績に基づいて統計解析を行ったモデルを用いるものであり、数値解析を用いて推定を行うものではない。また、特許文献３に開示された発明は、統計解析を用いた解析システムであり、数値解析を用いて推定を行うものではない。特許文献４に記載された発明は、数値解析を用いるものであるが、予め定められた操業パラメータを数値計算により多様な値に変化させたときの各解析結果を多数蓄積しておき、この蓄積されたデータに基づいて転炉精錬の条件を決定するというものである。

数値解析は物理モデルを基に現象を予測するものであるため、高い精度で数値解析を行うためには、実験的にデータを取得して、物理モデルとその物理モデルの中で使用されているパラメータの値との関係が妥当であることを確認する必要がある。一方で、上述のように、溶解炉内は計測機器によるデータの取得が困難であるため、数値解析で用いる物理モデルの構築及び検証が難しく、物理モデル中の変数やパラメータの決定も難しい。

さらに、精錬分野ではデータのばらつきが非常に大きく、操業毎に様々な要因が絡み合って物理モデルの変数やパラメータが異なる場合がある。そのため、特許文献４に記載された発明のように、使用するパラメータを予め確定させて数値解析するシステムでは、操業毎に適切なパラメータを使用することができず、結果的に操業実績にばらつきが生じうる。そのため、特許文献４に記載された発明では、操業実績と数値解析結果との間で、何ら相関が認められなくなり、数値計算で決定した操業条件が適切ではないという状態が発生しやすい。

また、数値解析は物理モデルに基づいて計算を行うため、物理モデルと使用されるパラメータを適切に決定する必要がある。しかし、溶解炉内で進行する精錬プロセスに関するパラメータはばらつき要因が多く、パラメータを正確に決定できないという問題がある。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、溶解炉での精錬プロセスに関する数値解析を、より高い精度で実行可能な情報処理システム、情報処理方法、精錬装置及び精錬方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る情報処理システムは、
精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出する、解析条件決定部と、
前記解析条件決定部が算出した前記数値解析パラメータを用いて、前記溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行する、数値解析部と、
を備える。

また、本発明の一実施形態に係る情報処理システムは、
前記数値解析部による数値解析の結果を表示する表示装置をさらに備える。

また、本発明の一実施形態に係る情報処理システムは、
前記数値解析部による数値解析の結果に基づき、前記精錬装置における操業条件を変更するように制御する、操業条件制御部をさらに備える。

また、本発明の一実施形態に係る情報処理システムにおいて、
前記解析条件決定部は、前記精錬装置が操業を開始する前に、過去の操業データに基づいて、前記数値解析パラメータを算出する。

また、本発明の一実施形態に係る情報処理システムにおいて、
前記解析条件決定部は、前記精錬装置の過去の操業データと、前記精錬装置の操業中に取得した操業中の操業データとを用いて、前記数値解析パラメータを算出する。

例えば、本発明の一実施形態に係る情報処理方法は、
情報処理システムが実行する情報処理方法であって、
精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出するステップと、
前記算出するステップで算出された前記数値解析パラメータを用いて、前記溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行するステップと、
を含む。

例えば、本発明の一実施形態に係る精錬装置は、
溶解炉内の溶鋼の精錬処理を制御する精錬装置であって、
前記精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出する、解析条件決定部と、
前記解析条件決定部が算出した前記数値解析パラメータを用いて、前記溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行する、数値解析部と、
前記数値解析部による数値解析の結果に基づき、前記精錬装置における操業条件を変更するように制御する、操業条件制御部と、
を備え、
前記操業条件制御部による制御に基づき、前記精錬処理を制御する。

例えば、本発明の一実施形態に係る精錬方法は、
溶解炉内の溶鋼の精錬処理を制御する精錬装置が実行する精錬方法であって、
前記精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出するステップと、
前記算出するステップで算出された前記数値解析パラメータを用いて、前記溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行するステップと、
前記数値解析の結果に基づき、前記精錬処理を制御するステップと、
を含む。

本発明の一実施形態に係る情報処理システム、情報処理方法、精錬装置及び精錬方法によれば、溶解炉での精錬プロセスに関する数値解析を、より高い精度で実行可能となる。

本発明の一実施形態に係る情報処理システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 図１の情報処理システムが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る情報処理システム１の概略構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、情報処理システム１は、操業データ取得部１１と、解析条件決定部１２と、熱力学計算処理部１３と、数値解析部１４と、操業条件制御部１５とを備える。

情報処理システム１は、精錬装置２の操業データを取得し、精錬装置２の操業データに基づいて、本明細書で説明する所定の解析を行い、解析の結果に基づいて精錬装置２の操業条件を制御する。本明細書では、精錬装置２は、溶解炉を含む。精錬装置２は、溶解炉内の溶鋼の精錬処理を制御する装置である。

なお、精錬装置２は、本実施形態で説明する情報処理システム１の一部又は全体を包含するように構成されていてもよい。この場合、本実施形態で説明する情報処理システム１による情報処理の一部又は全体は、精錬装置２により実行される。

情報処理システム１は、コンピュータ等の情報処理装置により構成される。情報処理装置は、制御手順を規定したプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）等のプロセッサを含んで構成される。このようなプログラムは、例えば情報処理装置が備えるメモリ又は外部の記憶媒体に格納される。図１に示す、操業データ取得部１１、解析条件決定部１２、熱力学計算処理部１３、数値解析部１４、及び操業条件制御部１５は、それぞれプロセッサにより構成されていてよい。

情報処理システム１は、１つの情報処理装置により構成されていてもよく、２つ以上の情報処理装置により構成されていてもよい。情報処理システム１が１つの情報処理装置により構成されている場合、図１に示す、操業データ取得部１１、解析条件決定部１２、熱力学計算処理部１３、数値解析部１４、及び操業条件制御部１５は、当該１つの情報処理装置に備えられる。情報処理システム１が２つ以上の情報処理装置により構成されている場合、操業データ取得部１１、解析条件決定部１２、熱力学計算処理部１３、数値解析部１４、及び操業条件制御部１５は、２つ以上の情報処理装置の少なくともいずれかに備えられる。情報処理システム１の各機能部は、各情報処理装置が実行する処理等に応じて、適宜の情報処理装置に備えられていてよい。

操業データ取得部１１は、精錬装置２の操業データを取得する。精錬装置２の操業データは、精錬装置２が操業しているときの、操業の状態に関するデータである。操業データは、例えば、溶解炉における溶鋼の装入量、溶解炉内の溶鋼の温度、溶鋼の組成、溶解炉の内部の形状、精錬に用いられているランスの形状、精錬処理における気体の上吹きの流量、精錬処理における気体の底吹きの流量、溶解炉への副原料の投入量、溶解炉内におけるスラグの高さ、溶解炉から排出される排気ガスの組成、溶解炉から排出される排気ガスの量（ダスト量）等を含む。

操業データは、精錬装置２の一部に設けられた、センサ等の計測機器により計測されたデータを含んでよい。例えば、溶解炉内の溶鋼の温度、精錬処理における気体の上吹きの流量、精錬処理における気体の底吹きの流量、及びダスト量等は、計測機器により計測されてよい。この場合、計測機器により計測された値が、操業データ取得部１１により取得される。

操業データは、精錬装置２の管理者等により入力されたデータを含んでもよい。例えば、溶解炉における溶鋼の装入量、溶解炉の内部の形状、精錬に用いられているランスの形状、溶解炉への副原料の投入量、及び溶解炉内におけるスラグの高さ等は、予め精錬装置２の管理者等により、データとして、精錬装置２又は情報処理システム１の一部に入力されていてよい。この場合、入力されたデータが、操業データ取得部１１により取得される。

操業データは、精錬装置２の操業に際して採取されるサンプルから分析された結果のデータを含んでもよい。例えば、溶鋼の組成は、溶解炉内から取り出した溶鋼を分析した結果として生成される操業データである。また、例えば、溶解炉から排出される排気ガスの組成は、排気ガスを分析した結果として生成される操業データである。このように分析された結果のデータは、精錬装置２又は情報処理システム１の一部により、自動的に読み込まれることによって取得されてよい。あるいは、分析された結果のデータは、管理者等が情報処理システム１に入力し、入力されたデータを取り込むことによって、情報処理システム１により取得されてもよい。なお、ここでいう溶鋼の組成は、精錬処理を行う前の溶鋼の組成を含んでもよく、精錬処理中の溶鋼の組成を含んでもよく、精錬処理終了後の溶鋼の組成を含んでもよい。

なお、操業データは、必ずしも、精錬装置２が操業しているときの操業の状態に関するデータのみで構成されていなくてもよい。例えば、操業データには、精錬装置２が操業に関し、理論的に信頼性が認められている値や、数値解析の結果が含まれていてよい。具体的には、操業データには、信頼性が認められている理論式又は経験式から算出した噴流の吐出流速が含まれていてよい。

操業データ取得部１１が取得した操業データは、例えばメモリを含んで構成される操業データ記憶部１６に、データベース（操業データベース）として、格納されてよい。

操業データ取得部１１は、操業データを、解析条件決定部１２に送信する。

解析条件決定部１２は、操業データ取得部１１から取得した操業データを用いて、精錬処理の物理現象を表現した物理モデルで使用される反応速度定数ｋを決定する。解析条件決定部１２が推定する反応速度定数ｋは、操業データに基づいて推定可能な任意の物理量の反応速度定数ｋを含んでよい。例えば、解析条件決定部１２が推定する反応速度定数ｋは、各種精錬反応の速度、副原料の融解速度、ガスの吸収速度、原料の混合速度、溶解炉の撹拌力、スラグの物性値等の反応速度定数を含んでよい。

各種精錬反応の速度は、鉄酸化の速度、脱Ｃ（炭素）の速度、脱Ｐ（リン）の速度、脱Ｓｉ（ケイ素）の速度、脱Ｓ（硫黄）の速度、脱Ｎ（窒素）の速度、脱Ｍｎ（マンガン）の速度等を含んでよい。また、スラグの物性値は、スラグの粘度、密度及び相状態等を含んでよい。

反応速度定数ｋは、操業データを用いて、例えば所定時間における組成の変化量から、決定することができる。解析条件決定部１２は、複数種類の物理量について、反応速度定数ｋを決定してよい。例えば、解析条件決定部１２は、鉄酸化の速度、脱Ｃの速度、脱Ｐの速度、脱Ｓｉの速度、脱Ｓの速度、脱Ｎの速度、及び、脱Ｍｎの速度のそれぞれについて、反応速度定数ｋを決定してよい。本明細書では、異なる種類の物理量に関する反応速度定数を区別する場合には、反応速度定数ｋ_１、反応速度定数ｋ_２、反応速度定数ｋ_３・・・反応速度定数ｋ_ｎと記載する。

解析条件決定部１２は、主要な種類の物理量について、反応速度定数ｋを決定してよい。主要な種類の物理量とは、精錬プロセスにおいて組成が所定割合以上変化する物理量である。主要な種類の物理量は、情報処理システム１が実行する数値解析の処理内容に応じて適宜定められてよい。精錬プロセスで生じる反応は複雑であるため、主要な種類の物理量についての反応速度定数ｋを決定することにより、精錬プロセスにおける主要な反応を考慮することができる一方で、本質的でない反応を考慮から排除して、数値解析を簡略化しつつ、数値解析の精度を一定以上に維持することができる。

解析条件決定部１２は、決定した反応速度定数ｋを用いて、反応速度式を生成する。反応速度式は、精錬プロセスにおける物理量の変化のばらつき要因となる因子を用いて、反応速度定数ｋを表現した式である。例えば、重回帰分析が用いられる場合、反応速度定数ｋは、次の式（１）のように表される。
ｋ＝ａ_１ｘ_１＋ａ_２ｘ_２＋ａ_３ｘ_３＋・・・＋ａ_ｍｘ_ｍ＋ｂ （１）

式（１）において、ａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂは定数であり、数値解析で用いられるパラメータ（数値解析パラメータ）である。また、式（１）において、ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｍは変数である。式（１）のように表現される反応速度式において、より多くのばらつき要因の影響因子となる数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを含めるほど、より高い精度で数値解析処理の結果を得ることができる。すなわち、より多くの影響因子を含めることにより、数値解析結果の高精度化を図ることができる。

解析条件決定部１２は、重回帰分析で算出すべき数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂの数に応じた反応速度式を生成する。上述のように、物理量の種類に応じて、反応速度定数ｋ_１、反応速度定数ｋ_２、反応速度定数ｋ_３・・・反応速度定数ｋ_ｎのように添え字を用いて反応速度定数及び数値解析パラメータを表現すると、解析条件決定部１２は、一例として、次のような反応速度式を生成する。
ｋ_１＝ａ_１１ｘ_１＋ａ_１２ｘ_２＋ａ_１３ｘ_３＋・・・＋ａ_１ｍｘ_ｍ＋ｂ_１
ｋ_２＝ａ_２１ｘ_１＋ａ_２２ｘ_２＋ａ_２３ｘ_３＋・・・＋ａ_２ｍｘ_ｍ＋ｂ_２
ｋ_３＝ａ_３１ｘ_１＋ａ_３２ｘ_２＋ａ_３３ｘ_３＋・・・＋ａ_３ｍｘ_ｍ＋ｂ_３
・・・
ｋ_ｎ＝ａ_ｎ１ｘ_１＋ａ_ｎ２ｘ_２＋ａ_ｎ３ｘ_３＋・・・＋ａ_ｎｍｘ_ｍ＋ｂ_ｎ

数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂは、数値解析で用いられる値である。従って、重回帰分析で算出すべき数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂの数（個数）は、数値解析で用いられる物理モデルに基づいて定められる。数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂの値が大きいほど、反応速度定数ｋに係る物理量の反応への影響度が大きいことを示している。

変数ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｍは、それぞれ精錬装置２の操業時の値である。従って、数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを算出するにあたっては、変数ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｍに、操業データとして取得された値（例えば測定機器による測定値）が代入される。

反応速度式は、当該反応速度式の反応速度定数ｋに係る物理量の反応に対し、より影響が大きいと考えられる操業データの値を、変数ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｍとして含めることが好ましい。例えば、脱Ｃ速度に関する反応速度定数ｋの反応速度式では、変数ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｍとして、溶解炉における初期（反応開始前）の炭素量、溶解炉への酸素の流量、溶解炉から排出される排ガスに含まれるＣＯの量及びＣＯ_２の量、溶解炉におけるスラグの量、精錬装置２の操業中に採取したサンプルとしての溶鋼に含まれる炭素量、並びに、溶解炉の湯面の流速等を含めることが好ましい。これにより、より高い精度で数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを算出しうる。

解析条件決定部１２は、生成した反応速度式に、変数ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｍを代入して、数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを算出する。

なお、解析条件決定部１２は、精錬装置２の操業を開始する前に、反応速度式を生成して、数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを算出することができる。この場合、解析条件決定部１２は、過去の精錬装置２の実績（過去実績）としての操業データを用いて、反応速度式を生成することができる。

解析条件決定部１２は、精錬装置２の操業中に、操業データ取得部１１を介して操業データを取得し、取得した操業中の操業データを用いて反応速度式を生成してもよい。この場合、解析条件決定部１２は、リアルタイムで取得した操業データを用いて反応速度式を生成し、後述する数値解析を行うことができる。そのため、リアルタイムの操業状態に合わせた数値解析を行うことができる。

この場合、具体的には、解析条件決定部１２は、過去実績としての操業データを教師データとして用いて反応速度式を生成し、リアルタイムで取得した操業データを、重回帰分析の回帰モデルの要求点として用いることができる。つまり、解析条件決定部１２は、リアルタイムで取得した操業データを、変数ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｍとして使用することで、数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを算出する際の条件とすることができる。このようにして、解析条件決定部１２は、過去実績に基づく反応速度式について、リアルタイムデータに近い重みづけをした上で、回帰予測を行うことができる。そのため、リアルタイムの操業状態に合わせた数値解析を行うことができる。

解析条件決定部１２は、算出した数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂの情報を数値解析部１４に送信する。

熱力学計算処理部１３は、熱力学計算ソフトを使って、熱力学計算をする。熱力学計算処理部１３は、操業データ取得部１１を介して取得される操業データだけでは、解析条件決定部１２が実行する数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂの算出処理が実行できない場合に用いられる。従って、熱力学計算処理部１３は、操業データ取得部１１を介して取得される操業データだけで、解析条件決定部１２による数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂの算出処理が実行可能である場合には、情報処理システム１は、熱力学計算処理部１３を備えていなくてよい。

例えば、スラグの物性値は、複雑に変化するため、取得される操業データのみからでは、導出できない場合がある。このような場合、熱力学計算処理部１３により、熱力学計算ソフトを使って、スラグの物性値を算出する。算出した結果（例えばスラグの物性値）は、解析条件決定部１２に送信され、解析条件決定部１２において、数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂの算出に用いられる。

なお、熱力学計算ソフトは、公知のものを使用することができ、例えば、Thermo-CalcやFactSage等の熱力学計算ソフトを用いることができる。

数値解析部１４は、解析条件決定部１２が算出した数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを用いて、数値解析を実行する。数値解析は、物理モデルを用いて実行される。物理モデルは、物理現象を数式化して表現したものであり、例えば、過去の実績や、各種物理法則で用いられる数式等を用いて生成されたものである。数値解析部１４において数値解析を実行することにより、情報処理システム１は、溶解炉の内部状態の経時変化の解析結果を得ることができる。

なお、上述したように解析条件決定部１２が精錬装置２の操業中に操業データを取得し、取得した操業中の操業データを用いて反応速度式を生成する場合、数値解析部１４も、解析条件決定部１２が算出した数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを用いて数値解析を行ってよい。精錬装置２の操業中、溶解炉内の状態は時々刻々と変化し、これに伴って数値解析パラメータも変化しているが、このように、適宜解析条件決定部１２が算出した数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを用いて数値解析を行うことにより、リアルタイムの操業状態に合わせた数値解析を行うことができる。

操業条件制御部１５は、数値解析部１４による数値解析の結果に基づき、精錬装置２の操業条件を制御する。具体的には、操業条件制御部１５は、数値解析部１４による数値解析の結果に基づき、必要に応じて、精錬装置２の操業条件を変更するように制御する。操業条件制御部１５は、例えば予め情報処理システム１に設定された制御アルゴリズムを用いて、精錬装置２の操業条件を変更する。操業条件の変更は、例えば、ランスの高さ、酸素の流量、副原料の投入量、吹錬の時間、及びランスの形状等を変更することを含む。操業条件制御部１５が精錬装置２の操業条件を変更することにより、溶解炉内の状態に応じた精錬装置２の操業を行いやすくなる。特に、操業条件制御部１５は、精錬装置２の操業中に随時操業条件を制御することにより、操業状態に応じたリアルタイムな制御を行うことができる。

操業条件制御部１５は、数値解析部１４による数値解析の結果に基づき、所定時間後（例えば数分後）の溶解炉内の状態を予測して、予測結果を操業条件の変更に反映させてもよい。溶解炉内の状態の予測は、例えば過去実績として蓄積されたデータに基づいて行うことができる。

なお、情報処理システム１は、必ずしも操業条件制御部１５を備えていなくてもよい。情報処理システム１は、操業条件制御部１５に代えて、情報出力部を備えていてもよい。情報出力部は、例えばディスプレイ等の表示装置により構成されてよい。情報出力部は、数値解析部１４による数値解析の結果を表示する。この場合、精錬装置２の管理者等は、情報出力部に出力された数値解析の結果を見て、この結果を踏まえた上で、精錬装置２の操業条件を変更してよい。この方法によっても、溶解炉内の状態に応じた精錬装置２の操業を行いやすくなる。

図２は、図１の情報処理システム１が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

まず、操業データ取得部１１が、精錬装置２の操業データを取得する（ステップＳ１）。操業データ取得部１１は、取得した操業データを解析条件決定部１２に送信する。

また、熱力学計算処理部１３が、熱力学計算ソフトを使って熱力学計算を実行する（ステップＳ２）。熱力学計算処理部１３は、熱力学計算の結果を、解析条件決定部１２に送信する。

解析条件決定部１２は、ステップＳ１で取得された操業データと、ステップＳ２で算出された熱力学計算の結果と、を用いて、反応速度定数ｋを決定する（ステップＳ３）。

解析条件決定部１２は、ステップＳ３で決定した反応速度定数ｋを用いて、反応速度式を生成する（ステップＳ４）。

そして、解析条件決定部１２は、ステップＳ４で生成した反応速度式に、変数ｘ_１、ｘ_２・・・ｘ_ｍを代入することにより、数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを算出する（ステップＳ５）。解析条件決定部１２は、数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂの算出結果を数値解析部１４に送信する。

数値解析部１４は、ステップＳ５で算出された数値解析パラメータａ_１、ａ_２・・・ａ_ｍ及びｂを用いて、物理モデルを利用し、数値解析を実行する（ステップＳ６）。数値解析部１４は、数値解析の実行結果を、操業条件制御部１５に送信する。

操業条件制御部１５は、ステップＳ６における数値解析の結果に基づき、精錬装置２の操業条件を変更する（ステップＳ７）。

以上説明したように、本実施形態に係る情報処理システム１によれば、解析条件決定部１２において、精錬装置２が操業しているときの操業データに基づいて数値解析パラメータを算出し、この数値解析パラメータを用いて数値解析部１４が数値解析を実行する。解析条件決定部１２による数値解析パラメータの算出では、複数の因子を考慮して数値解析パラメータが算出されるため、精錬プロセスにおける物理量の変化のばらつき要因となる因子を考慮した数値解析パラメータが算出される。そのため、情報処理システム１は、ばらつき要因となる因子を考慮した数値解析パラメータ用いて、数値解析部１４により数値解析を実行することができる。従って、情報処理システム１によれば、溶解炉での精錬プロセスに関する数値解析を、より高い精度で実行可能となる。

以上説明した情報処理システム１は、精錬プロセスで用いられる様々な機器を対象とすることができ、例えば、トーピードカー、転炉、電気炉、ＲＨ（Ruhrstahl-Hausen）、ＬＦ（Ladle Furnace）、アーク炉、及びＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decarburization）等を対象とすることができる。ただし、ここに例示した機器以外であっても、精錬処理に関する機器であれば、任意の機器を対象とすることができる。

また、本明細書で記載した情報処理方法は、公知の他の手法と組み合わせて用いることができる。例えば、操業実績とその数値解析から取得した各種物理量と、操業実績と、の相関関係を分析し、操業に対する影響の大きい因子を特定し、これに基づいて操業改善を行う手法を、本明細書で記載した情報処理方法と組み合わせて用いてよい。この場合、より詳細な相関分析を行いうる。

以上、本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。したがって、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１ 情報処理システム
２ 精錬装置
１１ 操業データ取得部
１２ 解析条件決定部
１３ 熱力学計算書リブ
１４ 数値解析部
１５ 操業条件制御部
１６ 操業データ記憶部

Claims (8)

1. 精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出する、解析条件決定部と、
   前記解析条件決定部が算出した前記数値解析パラメータを用いて、前記溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行する、数値解析部と、
   を備える、情報処理システム。
2. 前記数値解析部による数値解析の結果を表示する表示装置をさらに備える、請求項１に記載の情報処理システム。
3. 前記数値解析部による数値解析の結果に基づき、前記精錬装置における操業条件を変更するように制御する、操業条件制御部をさらに備える、請求項１に記載の情報処理システム。
4. 前記解析条件決定部は、前記精錬装置が操業を開始する前に、過去の操業データに基づいて、前記数値解析パラメータを算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の情報処理システム。
5. 前記解析条件決定部は、前記精錬装置の過去の操業データと、前記精錬装置の操業中に取得した操業中の操業データとを用いて、前記数値解析パラメータを算出する、請求項１から３のいずれか一項に記載の情報処理システム。
6. 情報処理システムが実行する情報処理方法であって、
   精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出するステップと、
   前記算出ステップで算出された前記数値解析パラメータを用いて、前記溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行するステップと、
   を含む、情報処理方法。
7. 溶解炉内の溶鋼の精錬処理を制御する精錬装置であって、
   前記精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出する、解析条件決定部と、
   前記解析条件決定部が算出した前記数値解析パラメータを用いて、前記溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行する、数値解析部と、
   前記数値解析部による数値解析の結果に基づき、前記精錬装置における操業条件を変更するように制御する、操業条件制御部と、
   を備え、
   前記操業条件制御部による制御に基づき、前記精錬処理を制御する、精錬装置。
8. 溶解炉内の溶鋼の精錬処理を制御する精錬装置が実行する精錬方法であって、
   前記精錬装置が操業しているときの操業の状態に関する操業データに基づいて、溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析で用いられる数値解析パラメータを算出するステップと、
   前記算出するステップで算出された前記数値解析パラメータを用いて、前記溶解炉の内部状態の経時変化の数値解析を実行するステップと、
   前記数値解析の結果に基づき、前記精錬処理を制御するステップと、
   を含む、精錬方法。

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