JP3109401B2 - 転炉吹錬制御方法 - Google Patents

転炉吹錬制御方法

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JP3109401B2
JP3109401B2 JP07003140A JP314095A JP3109401B2 JP 3109401 B2 JP3109401 B2 JP 3109401B2 JP 07003140 A JP07003140 A JP 07003140A JP 314095 A JP314095 A JP 314095A JP 3109401 B2 JP3109401 B2 JP 3109401B2
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正和 宮本
道則 布袋屋
正夫 古澤
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、吹き止め時の溶鋼成分
および溶鋼温度が目標範囲内に入るようにリアルタイム
に制御する転炉吹錬制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の転炉における吹錬制御方法には、
種々の方法が採用されているが、次の三種の方法に大別
される。
【0003】(1)統計的手法による制御モデルを用い
る方法 吹錬中の溶鋼にサブランスを浸積し、サンプリングして
得た溶鋼成分および溶鋼温度により、制御モデルを用い
てサブランス計測時点から吹き止めまでの吹き込みガス
流量および冷却材投入量を決定し制御する方法である。
この方法では通常、重回帰分析などの統計的な手法を用
いた制御モデルが用いられている。
【0004】(2)排ガス分析による制御モデルを用い
る方法 吹錬中の排ガスを検出し、その分析値により脱炭速度パ
ラーメータをオンライン学習することにより、操業変化
に追従して制御を行う方法がある。特開平5−3396
17号公報には、操業データをニューラルネットワーク
に入力することにより、脱炭反応式の係数を学習および
決定する方法が提案されている。
【0005】さらに、吹き止め時の溶鋼中の燐濃度
[P]を安定化させるためスラグ中の全Fe量を精度良
く制御する方法もある。
【0006】(3)熟練オペレータの制御判断を学習す
る方法 特開平5−195035号公報には、入力データの自動
選択機能および熟練オペレータの吹錬制御判断を組み込
んだニューラルネットワークを用いたファジー推論によ
り各制御操作量を出力する方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
(1)の統計的手法の制御モデルを用いる方法において
は、モデル中でのスラグ量の計算法として、どうしても
吹錬中に推定できない溶鋼中のPおよびSi量を必要と
する下記のバラジバ式のようなものを用いなければなら
ず、リアルタイムにスラグ量を算出するには不適当であ
り、スラグの影響を考慮したとしても精度的には問題が
あった。
【0008】 Wslag=f(XS1,・,XSi,・,XSn,Y1 ,・,Yj ,・,Ym , Z1 ,・,Zk ,・,ZL ,Q,T) ・・・・・・(バラジバ式) ここで、Wslag:スラグ量 XSi:主原料の成分(Fe,Mn,Si,・・等) Yj :副原料重量 (CaO,MgO等) Zk :副原料中の各種成分の含有%(CaO,MgO,
SiO2 他) Q :溶鋼中の[C]%、 T :溶鋼温度 上記(2)の排ガス分析による制御モデルを用いる方法
においては、分析値算出までの遅れ時間などがあること
から、吹錬指示および制御のタイミングが遅れるという
問題があった。
【0009】また、上記(3)の熟練オペレータの制御
判断を学習する方法においては、学習のためにニューラ
ルネットワークおよびファジー推論等の大がかりで特別
なシステムならびに煩雑な計算処理を必要とし、リアル
タイムの制御系に組み込んで実施するには不向きであっ
た。
【0010】本発明は、係る従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、統計的手法の制御モデル中にスラ
グ量依存の脱炭速度係数および昇温速度係数を用いるこ
とにより上記問題点の解決を図り、吹き止め時の溶鋼成
分および溶鋼温度をリアルタイムに推定し、的確に制御
する方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、転炉吹錬にお
ける吹き止め時の溶鋼成分および溶鋼温度を推定ならび
に制御する方法であって、次の手順で行うことを要旨と
する。
【0012】過去の操業実績から溶銑および媒溶剤の
CaO量、MgO量およびSiO2 量に基づくスラグ量
算出式を予め導出しておく。
【0013】吹錬中は、前記のスラグ量算出式を用
いて現操業の溶銑情報および操業実績からスラグ量
(γ)を推定する。
【0014】前記の推定スラグ量(γ)を用いて吹
錬制御モデルの酸素バランス式および温度バランス式の
脱炭速度係数(α1 )および昇温速度係数(α2 )を定
める。
【0015】前記の係数α1 およびα2 を用いた酸
素バランス式および温度バランス式により吹き止め時の
溶鋼成分が目標範囲内に入るための溶鋼温度および必要
酸素量を推定する。
【0016】前記の推定結果に基づき目標成分およ
び目標温度になるように制御を行う。
【0017】
【作用】本発明方法では、予め過去チャージの操業実績
により統計的手法によりスラグ量算出式を導出してお
く。このスラグ量算出式に基づいて、制御モデル中に用
いるの脱炭速度係数(α1 )および昇温速度係数(α2
)を算出する。制御モデルを用いて溶鋼成分および溶
鋼温度の推定ならびに制御を行う際に、スラグ量による
モデルに対する影響を考慮したこれらの係数α1 および
α2 を使用することにより、モデルの推定精度を向上さ
せ、更に適切な制御を行うことができる。
【0018】本発明方法に用いる算出式は、基本的には
次の4式である。(1)式は制御モデルの酸素バランス
式、(2)および(2)’式は制御モデルの温度バラン
ス式、(3)および(3)’式はスラグ量依存の係数算
出式、(4)式はスラグ量算出式である。
【0019】 △O2 =α1 ・{f1 (Csl,Caim )+Σgi (Xi ,AXi )}・・(1) △T =α2 ・{f2 (Csl,Caim )+Σhi (Xi ,AXi )}・・(2) 但し、鋼種が低炭素材のとき、 △T =α2・{f3 (△O2 )+Σhi (Xi ,AXi )} ・・(2)’ α1 =1+K1 (γ/Wst) ・・・・・・(3) α2 =1+K2 (γ/Wst) ・・・・・・(3)’ γ =a1 ・RCaO +a2 ・RMgO +a3 ・Wsio2 ・・・・・・ (4) ここで、 △O2 :必要酸素量 △T :予想昇温量 Csl :吹錬中測定炭素濃度 Caim :目標吹き止め炭素濃度 Xi :操業要因 AXi :操業要因平均値 gi (),hi ():操業要因変動分算出関数 f1 ():脱炭速度関数 f2 (),f3 ():昇温速度関数 α1 :脱炭速度係数 α2 :昇温速度係数 K1 ():脱炭速度補正関数 K2 ():昇温速度補正関数 γ :スラグ量 Wst:溶鋼量 ai :スラグ量計算用係数(過去の実績から求めた回帰
係数) RCaO :換算CaO量(媒溶材、溶銑に含まれるCaO
量) RMgO :換算MgO量(媒溶材、溶銑に含まれるMgO
量) Wsio2:溶鋼中SiO2 量(媒溶材、溶銑に含まれるS
iO2 量) 以下に、本発明方法を吹錬制御モデルに対して実施した
図1に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。
【0020】予め、過去チャージの操業実績(スラグ
量、換算CaO量、換算MgO量、溶鋼中SiO2 量)
から、例えば重回帰分析法などの統計的手法により前記
(4)式のスラグ量算出式に用いる各係数(a1,a2 お
よびa3 )を求めておく(S−10)、吹錬中は、吹錬
前の溶銑情報(溶銑成分、溶銑温度、溶銑量等)および
吹錬中の媒溶材投入量などの操業実績を収集し(S−2
0)、(4)式により現操業のスラグ量を算出し(S−
21)、前記算出スラグ量に基づいて、吹錬制御モデル
に用いる脱炭速度係数(α1 )および昇温速度係数(α
2 )を(3)および(3)’式により算出する(S−2
2)。次いで、前記係数α1 およびα2 を用いて、
(1)式および(2)または(2)’式により吹錬制御
モデル計算を行い(S−23)、吹錬終了時の溶鋼成分
を一定の目標範囲以内に入れるための溶鋼温度および必
要酸素量を推定し(S−24)、予想昇温量と吹錬中測
定溶鋼温度を加算した値が目標吹き止め溶鋼温度となる
ように冷却材の追加もしくは必要酸素量増加等の制御指
示を算出し(S−25)、吹錬制御指示を出力する(S
−26)。また、必要に応じてオペレータに対しCRT
等により推定値および制御指示の表示を行う。
【0021】なお、前記(4)式のスラグ量算出式に用
いる各係数(a1,a2 およびa3 )は操業が所定回数
(例えば30〜100チャージ)行われる毎に、それら
の操業実績から自動的に見直し修正を行い学習効果を発
揮させるとさらに有効である。
【0022】上述のように、本発明方法によれば、吹錬
中でも収集した実績をスラグ量算出式および制御モデル
式((1)式〜(4)式)に入力することにより、リア
ルタイムで溶鋼中の炭素濃度および溶鋼温度の推定なら
びに制御が可能となる。
【0023】
【実施例】図2は、本発明方法を実施した転炉設備の装
置構成図である。図2において、3は転炉、9は溶湯、
4は底吹きノズル、5はメインランス、6はサブラン
ス、7はフード、8はシュータ、2はプロセスコンピュ
ータ、1は演算装置を示す。
【0024】なお、この実施例では、本発明方法の実施
は演算装置1において行ったが、必要に応じてプロセス
コンピュータで行ってもよいことはいうまでもない。ま
た、この実施例では、前述の図1に示すフローチャート
に基づき、ステップ(S−10)のスラグ量算出の
(4)式に用いる各係数(a1,a2 およびa3 )の決定
に際しては、本発明方法を適用した制御モデルの精度検
証を行った結果を基に、過去の約100チャージの操業
実績による重回帰分析法を用いることとし、また、これ
らの各係数の見直し修正は、モデル精度の再検証と合わ
せて1回/半年程度に行った。
【0025】更に、(1)、(2)および(2)’式に
用いる脱炭速度関数f1() 等の諸関数としては、既知の
下記(5)〜(7)式を用いた。
【0026】 f1 (CSl,Caim )=f11・ (CSl-Caim )+f12・ log (CSl/Caim )+f13 ・・・・(5-1) f2 (CSl,Caim )=f21・ (CSl-Caim )+f22・ log (CSl/Caim )+f23 ・・・・(5-2) f3 ( △O2) =f31・ ( △O2)+f32 ・・・・(5-3) gi(Xi,AXi) =g1i・ (Xi - AXi) ・・・・(6-1) hi(Xi,AXi) =h1i・ (Xi - AXi) ・・・・(6-2) ここで、fjk, g1i, h1i:係数 (j=1,2,3 k=1,
2,3) また、(3)および(3)’式で用いる脱炭および昇温
速度補正関数K1( )およびK2( )としては、次の(7)
式を用いた。
【0027】 Km (U)=(cm /U)+dm ・・・・(7) ここで、cm ,dm :係数 (m=1,2) U :変数 図2に示す転炉装置において、上述の条件で目標出鋼炭
素濃度[C]が0.14%以下の鋼種96チャージに対
し本発明方法を適用した場合の炭素濃度の適中精度を図
3に示す。図3は横軸に吹き止め時の実績炭素濃度をと
り、縦軸には吹き止め時の目標炭素濃度をとっている。
【0028】
【発明の効果】図3に示すように、本発明方法を実施す
ると目標炭素濃度に対して実績炭素濃度が±0.02%
の範囲におさまったチャージが96チャージ中90チャ
ージと94%の高適中率であった。
【0029】また、吹き止め時の溶鋼温度においても、
終点目標温度±12℃以内の適中率が81%から92%
に向上する効果も得られた。
【0030】以上のように、統計的手法の制御モデル中
にスラグ量依存の脱炭速度係数および昇温速度係数を導
入する本発明方法によれば、吹き止め時の溶鋼成分およ
び溶鋼温度をリアルタイムに推定し目標範囲に入るよう
に的確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法を実施する手順を示すフローチャー
トである。
【図2】本発明方法を実施した転炉設備の装置構成図で
ある。
【図3】本発明方法を実操業で実施した時の炭素濃度の
適中率を示す分布図である。
【符号の説明】
1 演算装置 2 プロセスコンピュータ 3 転炉 4 底吹きノズル 5 メインランス 6 サブランス 7 フード 8 シュータ 9 溶湯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭48−44115(JP,A) 特開 昭50−137307(JP,A) 特開 昭54−116315(JP,A) 特開 平2−115314(JP,A) 特開 平5−239524(JP,A) 富山県立大学紀要、1(1991)p.29 −39 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21C 5/30,5/32 C21C 5/34,5/35 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】過去の操業実績から溶銑および媒溶剤のC
    aO量、MgO量およびSiO2 量に基づくスラグ量算
    出式を予め導出しておき、吹錬中は、前記スラグ量算出
    式を用いて現操業の溶銑情報および操業実績からスラグ
    量(γ)を推定し、前記推定スラグ量(γ)を用いて吹
    錬制御モデルの酸素バランス式および温度バランス式の
    脱炭速度係数(α1 )および昇温速度係数(α2 )を定
    め、これらの係数α1およびα2 を用いた酸素バランス
    式および温度バランス式により吹き止め時の溶鋼成分が
    目標範囲内に入るための溶鋼温度および必要酸素量を推
    定し、前記推定結果に基づき目標成分および目標温度に
    なるように制御を行うことを特徴とする転炉吹錬制御方
    法。
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