JP4110676B2 - 転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉吹錬の終点制御方法、特に転炉吹錬の吹止め時点での溶鋼炭素濃度及び溶鋼温度を目標値に一致させるべく制御する転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転炉吹錬は、例えば、図１に示すような上底吹転炉において行われる製鋼法である。上底吹転炉１（転炉）は、口が広い壺状の形態をなしており、底吹きガス吹込み孔６を備える底部に溶鋼２を溜め、上方には上部の口を覆う排ガスダクト７ａが設けられている。また、排ガスダクト７ａを貫通して、転炉１内へ冷却材を投入する為の冷却材投入路５と、転炉１内底部の溶鋼２に酸素を吹込む為のメインランス３と、溶鋼２の炭素濃度及び温度を測定する為のサブランス４とが設けられている。
【０００３】
このような転炉１を用いた転炉吹錬では、吹止め時、即ち転炉吹錬の終点における溶鋼２の炭素濃度及び温度を、それぞれの目標値に的中させることが重要な課題となっている。
その為、終点に近い吹錬末期において、サブランス４により溶鋼２の炭素濃度及び温度を測定し、モデル式を用いて、その測定時点から終点迄に吹込むべき酸素量及び投入すべき冷却材量を算定し、算定した酸素量及び冷却材量に基づいて吹錬を行い、所要の的中率を得ることが出来るようにしたダイナミック終点制御方法が開発されている。
【０００４】
このダイナミック終点制御方法に用いられるモデル式として、炭素濃度制御の為の、脱炭速度（Ｖ＝−ｄＣ／ｄＯ2 ）と溶鋼炭素濃度（Ｃ）との関係式が用いられている。一般に、脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係は、図６に示すように、溶鋼炭素濃度が大きいときは、脱炭速度は一定であり、溶鋼炭素濃度が脱炭反応に伴いある濃度を超えて小さくなると、脱炭速度は低下することが知られており、この脱炭速度が低下し始める時点の溶鋼炭素濃度は脱炭遷移炭素濃度と呼ばれている。
【０００５】
図６に示す脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を、溶鋼炭素濃度の関数とした数式ｆ（Ｃ）で表しておき、式（１）に示すように、測定時の溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄積分することにより、測定時から吹止め時（目標炭素濃度ＣAIM に到達する時点）迄に吹込む必要がある酸素量ΔＯを算出することが出来る。
【０００６】
【数１】
【０００７】
例えば、特公昭６１−５４８４３号公報には、上述した数式ｆ（Ｃ）を式（２）のように表し、
【０００８】
【数２】
【０００９】
必要酸素量ΔＯを算出する数式として、式（２）を積分して得た式に、操業条件による変動量及び学習項を付加したモデル式が開示されている。
【００１０】
また、特開平７−２６８４３３号公報には、数式ｆ（Ｃ）を式（３）のように指数関数で近似し、
【００１１】
【数３】
【００１２】
必要酸素量ΔＯを算出する数式として、式（３）を積分して得た式に、更にニューラルネットワークにより得ることが出来る必要酸素量誤差を付加する方法が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特公昭６１−５４８４３号公報に開示されている方法では、操業条件の変動及び経時変化が、図６に示した脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係にどのような影響を及ぼすのか表現出来ていないという問題がある。即ち、一律に表現された脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を積分して得た酸素量に、線形な補正を加える形式になっており、本来考慮すべき脱炭速度の変動を十分に反映出来ていない為、操業条件の変動及び経時変化があった場合に、目標炭素濃度を実現させる適切な酸素量を算出出来ないという問題がある。
【００１４】
上述した特開平７−２６８４３３号公報に開示されている方法では、図６に示した脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を、一律な指数関数として近似しており、上述した特公昭６１−５４８４３号公報の方法と同様の問題がある。また、ニューラルネットワークによって精度向上を図っているが、ベースとなる指数関数が一律であるという問題を、全てニューラルネットワークで処理することになり、操業条件の変動により脱炭速度の挙動が大きく変わった場合に、その影響を補償できないという問題がある。
【００１５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明及び第３発明では、吹錬末期における酸素供給量を最適に制御し、しかも、転炉の反復使用等の経時変化による的中精度の低下を防止し、吹錬終点における溶鋼炭素濃度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置を提供することを目的とする。
第２発明及び第４発明では、吹錬末期における冷却材供給量を最適に制御することにより、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る転炉吹錬制御方法は、脱炭速度（−ｄＣ／ｄＯ 2 ）を溶鋼炭素濃度の関数として表し、吹錬末期に測定した溶鋼炭素濃度から目標炭素濃度迄、前記関数を積分することにより、前記溶鋼炭素濃度の測定時から吹止め時迄に必要な酸素量を算出し、算出した酸素量を溶鋼に吹込む転炉吹錬制御方法において、前記関数に含まれる複数の係数を、それぞれ前記脱炭速度に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される学習項との和とし、前記操業条件の関数に含まれる係数を、吹錬制御の複数回の実績データに基づいて決定し、前記学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績炭素濃度と前記目標炭素濃度との差に基づいて補正することを特徴とする。
【００１７】
第２発明に係る転炉吹錬制御方法は、吹止め時の予想終点溶鋼温度と溶鋼炭素濃度の測定時の溶鋼温度との温度差を、算出した酸素量の関数と前記温度差に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される温度学習項との和、とする温度モデル式に基づき、前記予想終点溶鋼温度を更に算出し、算出した予想終点溶鋼温度と吹止め時の目標終点溶鋼温度との差に基づき、該差を補償する為の冷却材量又は該差を補償する為の補正酸素量を算出し、算出した冷却材量の溶鋼への投入又は算出した補正酸素量の溶鋼への吹込みを行い、前記温度学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績終点溶鋼温度と前記目標終点溶鋼温度との差に基づいて補正することを特徴とする。
【００１８】
第３発明に係る転炉吹錬制御装置は、脱炭速度（−ｄＣ／ｄＯ 2 ）を溶鋼炭素濃度の関数として表し、吹錬末期に測定した溶鋼炭素濃度から目標炭素濃度迄、前記関数を積分することにより、前記溶鋼炭素濃度の測定時から吹止め時迄に必要な酸素量を算出し、算出した酸素量を溶鋼に吹込ませる転炉吹錬制御装置において、前記関数に含まれる複数の係数を、それぞれ前記脱炭速度に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される学習項との和とし、前記操業条件の関数に含まれる係数を、吹錬制御の複数回の実績データに基づいて決定する手段と、前記学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績炭素濃度と前記目標炭素濃度との差に基づいて補正する手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
第４発明に係る転炉吹錬制御装置は、吹止め時の予想終点溶鋼温度と溶鋼炭素濃度の測定時の溶鋼温度との温度差を、算出した酸素量の関数と前記温度差に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される温度学習項との和、とする温度モデル式に基づき、前記予想終点溶鋼温度を算出する手段と、該手段が算出した予想終点溶鋼温度と吹止め時の目標終点溶鋼温度との差に基づき、該差を補償する為の冷却材量又は該差を補償する為の補正酸素量を算出する手段と、該手段が算出した冷却材量の溶鋼への投入又は該手段が算出した補正酸素量の溶鋼への吹込みを行わせる手段と、前記温度学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績終点溶鋼温度と前記目標終点溶鋼温度との差に基づいて補正する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００２０】
第１発明に係る転炉吹錬制御方法及び第３発明に係る転炉吹錬制御装置では、脱炭速度（−ｄＣ／ｄＯ 2 ）を溶鋼炭素濃度の関数として表し、吹錬末期に測定した溶鋼炭素濃度から目標炭素濃度迄、前記関数を積分することにより、溶鋼炭素濃度の測定時から吹止め時迄に必要な酸素量を算出し、算出した酸素量を溶鋼に吹込ませる。決定する手段は、前記関数に含まれる複数の係数を、それぞれ脱炭速度に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される学習項との和とし、操業条件の関数に含まれる係数を、吹錬制御の複数回の実績データに基づいて決定する。補正する手段は、学習項を、吹錬制御が終了する都度、吹錬制御の実績炭素濃度と目標炭素濃度との差に基づいて補正する。
【００２１】
第２発明に係る転炉吹錬制御方法及び第４発明に係る転炉吹錬制御装置では、予想終点溶鋼温度を算出する手段が、吹止め時の予想終点溶鋼温度と溶鋼炭素濃度の測定時の溶鋼温度との温度差を、算出した酸素量の関数と温度差に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される温度学習項との和、とする温度モデル式に基づき、予想終点溶鋼温度を算出する。冷却材量又は補正酸素量を算出する手段は、予想終点溶鋼温度を算出する手段が算出した予想終点溶鋼温度と吹止め時の目標終点溶鋼温度との差に基づき、該差を補償する為の冷却材量又は該差を補償する為の補正酸素量を算出する。行わせる手段は、冷却材量又は補正酸素量を算出する手段が算出した冷却材量の溶鋼への投入又は該手段が算出した補正酸素量の溶鋼への吹込みを行わせ、補正する手段は、温度学習項を、吹錬制御が終了する都度、吹錬制御の実績終点溶鋼温度と目標終点溶鋼温度との差に基づいて補正する。
【００２２】
本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置においては、図６に示した脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を、操業条件の変更及び経時変化に対応させることが出来るモデル式を提案する。
先ず、脱炭速度ｆ（Ｃ）と溶鋼炭素濃度Ｃとの関係を式（４）（４．１）で表す。
【００２３】
【数４】
【００２４】
但し、ＣB ：脱炭遷移炭素濃度、ｋ1 ，ｋ2 ：脱炭速度定数
式（４）は、溶鋼炭素濃度Ｃが高いときには、酸素Ｏ2 の移動速度（即ち上吹き酸素速度）が脱炭速度の律速となり、通常操業時には上吹き酸素速度は略一定であるので、脱炭速度も溶鋼炭素濃度Ｃに依存せず一定となる（０次の関係）こと、及び脱炭反応の進行に伴い溶鋼炭素濃度Ｃが低下し、脱炭遷移炭素濃度ＣB になると、反応界面への炭素の移動速度が脱炭速度の律速となり、溶鋼炭素濃度Ｃの低下と共に脱炭速度は低下する（１次の関係）ことを表している。
更に、この係数ＣB ，ｋ1 を操業条件の関数として、式（５）（６）で表す。
【００２５】
【数５】
【００２６】
但し、αi ，βi は係数を、ｘi は脱炭速度に影響を及ばす様々な操業条件を表す。尚、操業条件ｘi としては、脱炭速度に影響を及ばすと考えられる吹込み酸素流量、底吹きガス流量及びランス湯面間距離等を用いる。
上述したように、係数ＣB ，ｋ1 を式（５）（６）のように設定することにより、脱炭速度と溶鋼炭素濃度Ｃとの関係を、操業条件の変更及び経時変化に対応させることが可能となる。以上により、式（７）に示すように、式（４）を測定時の溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄積分することにより、必要な酸素量を算出することが出来る。
【００２７】
【数６】
【００２８】
式（５）の係数αi は、溶鋼炭素濃度Ｃが十分に小さく、溶鋼炭素濃度律速を仮定出来る（酸素供給律速時の影響を排除出来る）実績データにより、各チャージ（吹錬）における係数ｋ1 を求めておき、求めた係数ｋ1 を目的変数、式（５）で示した操業条件ｘi を説明変数として重回帰分析を行い決定する。
【００２９】
式（６）の係数βi は以下のように決定する。
式（７）に式（４．１）を適用すると、式（８）のように表される。
【００３０】
【数７】
【００３１】
ここで、式（５）を用いて係数ｋ1 を算出し、これを式（８）に代入し、係数ＣB 以外の項目に過去の実績データを代入すれば、式（８）はＣB に関する非線形方程式と見做すことが出来、過去の実績チャージ毎にＣB に関する非線形方程式を解いて、ＣB を算出しておく。次いで、算出した係数ＣB を目的変数、式（６）で示した操業条件ｘi を説明変数として重回帰分析を行い、係数βi を決定する。
【００３２】
ところで、式（５）（６）の係数ｋ1 ，ＣB は、過去の実績データに基づくものであり、現状に対応しているものとは言えない。そこで、現状に即応して、係数ｋ1 ，ＣB の精度を維持する為に、それぞれ学習項ＦＢk1，ＦＢCBを追加しており、それぞれ式（９）（１０）のように表す。
【００３３】
【数８】
【００３４】
学習項ＦＢk1，ＦＢCBについては、吹錬終了後の実績データを用いて、係数ｋ1 ，ＣB をそれぞれ逆算し、その吹錬における酸素量の指示で用いた係数ｋ1 ，ＣB との誤差を、指数平滑法で補正し学習して行くことにより、精度を維持することが可能となる。
【００３５】
次に、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させる為に、吹錬末期における冷却材供給量を最適に制御する方法を説明する。
例えば、測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量の予想に、式（１１）で示す温度モデル式を用いる。
【００３６】
【数９】
【００３７】
但し、ｂ0 ，γi ：係数、ｘi ：操業条件、ＦＢT ：学習項（温度学習項）
このとき、酸素量ΔＯは、式（８）で算出した酸素量ΔＯを用いる。次いで、式（１１）から算出した終点溶鋼温度と目標溶鋼温度との関係により、以下のように処理する。
（１）終点溶鋼温度ＴEP＞目標溶鋼温度ＴAIM のとき
終点溶鋼温度ＴEPが目標溶鋼温度ＴAIM より高くなるので、それを補償する為の冷却材量ＷSUB を式（１２）により算出し、算出した冷却材量ＷSUB を投入する。
【００３８】
【数１０】
【００３９】
但し、ηWsub：冷却材の冷却係数
（２）終点溶鋼温度ＴEP＜目標溶鋼温度ＴAIM のとき
終点溶鋼温度ＴEPが目標溶鋼温度ＴAIM より低くなるので、式（８）で算出した酸素量ΔＯに加える補正酸素量ΔＯ´を式（１３）により算出し、算出した補正酸素量ΔＯ´を追加して溶鋼へ吹込む。
【００４０】
【数１１】
【００４１】
（３）終点溶鋼温度ＴEP＝目標溶鋼温度ＴAIM のとき
目標溶鋼温度ＴAIM を満足しており、冷却材及び補正酸素は不要。
以上の処理を行うことにより、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
学習項ＦＢT については、吹錬終了後の実績データを用いて、その吹錬において予想した終点溶鋼温度ＴEPとの誤差を、指数平滑法で学習して行くことにより、精度を維持することが可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。この転炉吹錬制御装置は、上底吹転炉１（転炉）が、口が広い壺状の形態をなしており、底吹きガス吹込み孔６を備える底部に溶鋼２を溜め、上方には上部の口を覆う排ガスダクト７ａが設けられている。また、排ガスダクト７ａを貫通して、転炉１内へ冷却材を投入する為の冷却材投入路５と、転炉１内底部の溶鋼２に酸素を吹込む為のメインランス３と、溶鋼２の炭素濃度及び温度を測定する為のサブランス４とが設けられている。
【００４３】
この転炉吹錬制御装置１０は、サブランス４により測定された溶鋼２の凝固温度及び温度を、電気信号として伝送器９から与えられ、与えられた凝固温度から算出した炭素濃度及び与えられた温度に基づき、投入すべき冷却材量を算出し、算出した冷却材量を投入するよう、冷却材投入路５に設けられた投入量制御器７に指示する。また、与えられた凝固温度から算出した炭素濃度及び与えられた温度に基づき、吹込むべき酸素量を算出し、算出した酸素量を吹込むよう、メインランス３に設けられた吹込量制御器８に指示する。
【００４４】
以下に、このような構成の転炉吹錬制御装置１０の動作を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
転炉吹錬制御装置１０は、先ず、脱炭速度ｆ（Ｃ）と溶鋼炭素濃度Ｃとの関係を式（４）（４．１）で表す。
【００４５】
【数１２】
【００４６】
但し、ＣB ：脱炭遷移炭素濃度、ｋ1 ，ｋ2 ：脱炭速度定数
式（４）は、図６に示すように、溶鋼炭素濃度Ｃが高いときには、脱炭速度は溶鋼炭素濃度Ｃに依存せず一定となる（０次の関係）こと、及び脱炭反応の進行に伴い溶鋼炭素濃度Ｃが低下し、脱炭遷移炭素濃度ＣB になると、それに伴い脱炭速度が低下する（１次の関係）ことを表している。
更に、この係数ＣB ，ｋ1 を操業条件の関数として、式（９）（１０）で表す。
【００４７】
【数１３】
【００４８】
但し、αi ，βi は係数を、ｘi は脱炭速度に影響を及ばす様々な操業条件を表す。また、現状に即応して、係数ｋ1 ，ＣB の精度を維持する為に、それぞれ学習項ＦＢk1，ＦＢCBを追加している。
尚、操業条件ｘi としては、脱炭速度に影響を及ばすと考えられる吹込み酸素流量、底吹きガス流量及びランス湯面間距離等を用いる。
係数ＣB ，ｋ1 を式（９）（１０）のように設定することにより、脱炭速度と溶鋼炭素濃度Ｃとの関係を、操業条件の変更及び経時変化に対応させることが可能となる。
【００４９】
転炉吹錬制御装置１０は、溶鋼炭素濃度Ｃが十分に小さく、溶鋼炭素濃度律速を仮定出来る（酸素供給律速時の影響を排除出来る）複数回の実績データを読込み（Ｓ２）、各チャージ（吹錬）における係数ｋ1 を求めておき、求めた係数ｋ1 を目的変数、式（９）で示した操業条件ｘi を説明変数として重回帰分析を行い、式（９）の係数αi を決定する（Ｓ４）。
【００５０】
ところで、式（４）に式（４．１）を適用し、式（４）を測定時の溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄積分することにより、測定時から終点迄に吹込むべき酸素量を算出する式（８）を得ることが出来る。
【００５１】
【数１４】
【００５２】
転炉吹錬制御装置１０は、求めておいた（Ｓ４）係数ｋ1 を、式（８）に代入し、式（８）の係数ＣB 以外の項目に、読込んだ（Ｓ２）過去の実績データを代入することにより、式（８）をＣB に関する非線形方程式と見做し、過去の実績チャージ毎にＣB に関する非線形方程式を解いて、ＣB を算出する。次いで、算出した係数ＣB を目的変数、式（６）で示した操業条件ｘi を説明変数として重回帰分析を行い、係数βi を決定する（Ｓ４）。
【００５３】
転炉吹錬制御装置１０は、吹錬が開始され（Ｓ６）、所定時間が経過して吹錬末期に至ると（Ｓ８）、決定しておいた（Ｓ４）係数αi ，βi 及び式（９）（１０）により、係数ｋ1 ，ＣB を決定する（Ｓ１０）。但し、学習項ＦＢk1，ＦＢCBは、初回の吹錬では０とする。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、サブランス４により測定した溶鋼温度ＴSL及び凝固温度ＴCSL を読込み（Ｓ１２）、凝固温度ＴCSL と溶鋼炭素濃度ＣSLとの換算式（１４）により、溶鋼炭素濃度ＣSLを算出する（Ｓ１４）。
【００５４】
【数１５】
【００５５】
但し、ｐ，ｑ，ｒは係数
次に、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ１４）溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄、式（８）の積分を実行することにより、測定時から終点迄に吹込むべき、目標炭素濃度ＣAIM 迄の脱炭に必要な酸素量ΔＯを算出する（Ｓ１６）。
【００５６】
【数１６】
【００５７】
次に、転炉吹錬制御装置１０は、温度モデル式（１１）により、測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量を算出し、終点溶鋼温度ＴEPを予想する（Ｓ１８）。
【００５８】
【数１７】
【００５９】
但し、ｂ0 ，γi ：係数、ｘi ：操業条件、ＦＢT ：学習項（温度学習項）
尚、学習項ＦＢT は、初回の吹錬では０とする。
このとき、酸素量ΔＯは、式（８）で算出した（Ｓ１６）酸素量ΔＯを用いる。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、式（１１）から算出した終点溶鋼温度ＴEPと目標溶鋼温度ＴAIM との関係により、以下のように処理し、冷却材量又は補正酸素量を算出する（Ｓ２０）。
（１）終点溶鋼温度ＴEP＞目標溶鋼温度ＴAIM のとき
終点溶鋼温度ＴEPが目標溶鋼温度ＴAIM より高くなるので、それを補償する為の冷却材量ＷSUB を式（１２）により算出する（Ｓ２０）。
【００６０】
【数１８】
【００６１】
但し、ηWsub：冷却材の冷却係数
（２）終点溶鋼温度ＴEP＜目標溶鋼温度ＴAIM のとき
終点溶鋼温度ＴEPが目標溶鋼温度ＴAIM より低くなるので、式（８）で算出した酸素量ΔＯに加える補正酸素量ΔＯ´を式（１３）により算出する（Ｓ２０）。
【００６２】
【数１９】
【００６３】
（３）終点溶鋼温度ＴEP＝目標溶鋼温度ＴAIM のとき
目標溶鋼温度ＴAIM を満足しており、冷却材及び補正酸素は不要。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ１６）酸素量ΔＯを吹込むよう、メインランス３に設けられた吹込量制御器８に指示する（Ｓ２２）。
吹込量制御器８は、指示された酸素量ΔＯをメインランス３から溶鋼２へ吹込ませる。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ２０）冷却材量ＷSUB の投入又は補正酸素量ΔＯ´の吹込みを、投入量制御器７又は吹込量制御器８に指示する（Ｓ２４）。
投入量制御器７又は吹込量制御器８は、指示された冷却材量ＷSUB の投入又は補正酸素量ΔＯ´の吹込みを、冷却材投入路５又はメインランス３から溶鋼２へ行わせる。
【００６４】
次に、転炉吹錬制御装置１０は、サブランス４により測定した終点の溶鋼温度ＴSL及び凝固温度ＴCSL を読込み（Ｓ２６）、凝固温度ＴCSL と溶鋼炭素濃度ＣSLとの換算式（１４）により、終点の溶鋼炭素濃度ＣSLを算出する（Ｓ２７）。
【００６５】
次いで、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ２７）終点の溶鋼炭素濃度ＣSL及びその吹錬において吹込んだ酸素量ΔＯを用いて、式（８）の係数ｋ1 ，ＣB をそれぞれ逆算し、その吹錬における酸素量の指示で用いた係数ｋ1 ，ＣB との誤差を、それぞれ指数平滑法で補正して学習項ＦＢk1，ＦＢCBとする（Ｓ２８）。また、読込んだ（Ｓ２６）終点の溶鋼温度ＴSL及びその吹錬において吹込んだ酸素量ΔＯを用いて、温度モデル式（１１）により、測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量を算出し、その吹錬において算出し予想した測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量との誤差を、指数平滑法で補正して学習項ＦＢT （温度学習項）とする（Ｓ２８）。
【００６６】
次に、転炉吹錬制御装置１０は、一連の吹錬が終了でなければ（Ｓ３０）、次の吹錬に移り、吹錬が開始され（Ｓ６）、所定時間が経過して吹錬末期に至ると（Ｓ８）、決定しておいた（Ｓ４）係数αi ，βi 及び式（９）（１０）により、係数ｋ1 ，ＣB を決定する（Ｓ１０）。但し、学習項ＦＢk1，ＦＢCBは、前回の吹錬の終了時に補正した（Ｓ２８）学習項ＦＢk1，ＦＢCBを使用する。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、サブランス４により測定した溶鋼温度ＴSL及び凝固温度ＴCSL を読込み（Ｓ１２）、凝固温度ＴCSL と溶鋼炭素濃度ＣSLとの換算式（１４）により、溶鋼炭素濃度ＣSLを算出する（Ｓ１４）。
【００６７】
次に、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ１４）溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄、式（８）の積分を実行することにより、測定時から終点迄に吹込むべき、目標炭素濃度ＣAIM 迄の脱炭に必要な酸素量ΔＯを算出する（Ｓ１６）。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、温度モデル式（１１）により、測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量を算出し、終点溶鋼温度ＴEPを予想する（Ｓ１８）。但し、学習項ＦＢT は、前回の吹錬の終了時に補正した（Ｓ２８）学習項ＦＢT を使用する。
以下、転炉吹錬制御装置１０は、上述した動作を、一連の吹錬が終了する迄（Ｓ３０）繰り返す。
【００６８】
図３（ａ）は、本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による、目標炭素濃度ＣAIM 迄の脱炭に必要な酸素量ΔＯの吹錬毎の指示値と実績値との誤差の分布を示したグラフである。誤差０及びその付近の度数が多く、精度の良い指示が可能であることを示している。
図３（ｂ）は、本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による冷却材量ＷSUB の吹錬毎の指示値と実績値との誤差の分布を示したグラフである。誤差０及びその付近の度数が多く、精度の良い指示が可能であることを示している。
【００６９】
図４は、本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による吹錬毎の目標炭素濃度ＣAIM （終点推定炭素濃度）と実績値との相関を示すグラフである。特公昭６１−５４８４３号公報に開示された従来の方法による同様の相関を示す図５のグラフと比較して、より精度の良い終点炭素濃度の推定（予想）が可能であることを示している。
【００７０】
【発明の効果】
第１発明に係る転炉吹錬制御方法によれば、吹錬末期における酸素供給量を最適に制御し、しかも、転炉の反復使用等の経時変化による的中精度の低下を防止し、吹錬終点における溶鋼炭素濃度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
【００７１】
第２発明に係る転炉吹錬制御方法によれば、吹錬末期における冷却材供給量を最適に制御することにより、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
【００７２】
第３発明に係る転炉吹錬制御装置によれば、吹錬末期における酸素供給量を最適に制御し、しかも、転炉の反復使用等の経時変化による的中精度の低下を防止し、吹錬終点における溶鋼炭素濃度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
【００７３】
第４発明に係る転炉吹錬制御装置によれば、吹錬末期における冷却材供給量を最適に制御することにより、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による、酸素量及び冷却材量の吹錬毎の指示値と実績値との誤差の分布を示したグラフである。
【図４】本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による吹錬毎の目標炭素濃度と実績値との相関を示すグラフである。
【図５】従来の方法による吹錬毎の目標炭素濃度と実績値との相関を示すグラフである。
【図６】脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 上底吹転炉（転炉）
２ 溶鋼
３ メインランス
４ サブランス
５ 冷却材投入路
７ 投入量制御器
８ 吹込量制御器
１０ 転炉吹錬制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉吹錬の終点制御方法、特に転炉吹錬の吹止め時点での溶鋼炭素濃度及び溶鋼温度を目標値に一致させるべく制御する転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転炉吹錬は、例えば、図１に示すような上底吹転炉において行われる製鋼法である。上底吹転炉１（転炉）は、口が広い壺状の形態をなしており、底吹きガス吹込み孔６を備える底部に溶鋼２を溜め、上方には上部の口を覆う排ガスダクト７ａが設けられている。また、排ガスダクト７ａを貫通して、転炉１内へ冷却材を投入する為の冷却材投入路５と、転炉１内底部の溶鋼２に酸素を吹込む為のメインランス３と、溶鋼２の炭素濃度及び温度を測定する為のサブランス４とが設けられている。
【０００３】
このような転炉１を用いた転炉吹錬では、吹止め時、即ち転炉吹錬の終点における溶鋼２の炭素濃度及び温度を、それぞれの目標値に的中させることが重要な課題となっている。
その為、終点に近い吹錬末期において、サブランス４により溶鋼２の炭素濃度及び温度を測定し、モデル式を用いて、その測定時点から終点迄に吹込むべき酸素量及び投入すべき冷却材量を算定し、算定した酸素量及び冷却材量に基づいて吹錬を行い、所要の的中率を得ることが出来るようにしたダイナミック終点制御方法が開発されている。
【０００４】
このダイナミック終点制御方法に用いられるモデル式として、炭素濃度制御の為の、脱炭速度（Ｖ＝−ｄＣ／ｄＯ2 ）と溶鋼炭素濃度（Ｃ）との関係式が用いられている。一般に、脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係は、図６に示すように、溶鋼炭素濃度が大きいときは、脱炭速度は一定であり、溶鋼炭素濃度が脱炭反応に伴いある濃度を超えて小さくなると、脱炭速度は低下することが知られており、この脱炭速度が低下し始める時点の溶鋼炭素濃度は脱炭遷移炭素濃度と呼ばれている。
【０００５】
図６に示す脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を、溶鋼炭素濃度の関数とした数式ｆ（Ｃ）で表しておき、式（１）に示すように、測定時の溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄積分することにより、測定時から吹止め時（目標炭素濃度ＣAIM に到達する時点）迄に吹込む必要がある酸素量ΔＯを算出することが出来る。
【０００６】
【数１】
例えば、特公昭６１−５４８４３号公報には、上述した数式ｆ（Ｃ）を式（２）のように表し、
【０００８】
【数２】
必要酸素量ΔＯを算出する数式として、式（２）を積分して得た式に、操業条件による変動量及び学習項を付加したモデル式が開示されている。
【００１０】
また、特開平７−２６８４３３号公報には、数式ｆ（Ｃ）を式（３）のように指数関数で近似し、
【００１１】
【数３】
必要酸素量ΔＯを算出する数式として、式（３）を積分して得た式に、更にニューラルネットワークにより得ることが出来る必要酸素量誤差を付加する方法が開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特公昭６１−５４８４３号公報に開示されている方法では、操業条件の変動及び経時変化が、図６に示した脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係にどのような影響を及ぼすのか表現出来ていないという問題がある。即ち、一律に表現された脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を積分して得た酸素量に、線形な補正を加える形式になっており、本来考慮すべき脱炭速度の変動を十分に反映出来ていない為、操業条件の変動及び経時変化があった場合に、目標炭素濃度を実現させる適切な酸素量を算出出来ないという問題がある。
【００１４】
上述した特開平７−２６８４３３号公報に開示されている方法では、図６に示した脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を、一律な指数関数として近似しており、上述した特公昭６１−５４８４３号公報の方法と同様の問題がある。また、ニューラルネットワークによって精度向上を図っているが、ベースとなる指数関数が一律であるという問題を、全てニューラルネットワークで処理することになり、操業条件の変動により脱炭速度の挙動が大きく変わった場合に、その影響を補償できないという問題がある。
【００１５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明及び第３発明では、吹錬末期における酸素供給量を最適に制御し、しかも、転炉の反復使用等の経時変化による的中精度の低下を防止し、吹錬終点における溶鋼炭素濃度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置を提供することを目的とする。
第２発明及び第４発明では、吹錬末期における冷却材供給量を最適に制御することにより、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る転炉吹錬制御方法は、脱炭速度（−ｄＣ／ｄＯ 2 ）を溶鋼炭素濃度の関数として表し、吹錬末期に測定した溶鋼炭素濃度から目標炭素濃度迄、前記関数を積分することにより、前記溶鋼炭素濃度の測定時から吹止め時迄に必要な酸素量を算出し、算出した酸素量を溶鋼に吹込む転炉吹錬制御方法において、前記関数に含まれる複数の係数を、それぞれ前記脱炭速度に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される学習項との和とし、前記操業条件の関数に含まれる係数を、吹錬制御の複数回の実績データに基づいて決定し、前記学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績炭素濃度と前記目標炭素濃度との差に基づいて補正することを特徴とする。
【００１７】
第２発明に係る転炉吹錬制御方法は、吹止め時の予想終点溶鋼温度と溶鋼炭素濃度の測定時の溶鋼温度との温度差を、算出した酸素量の関数と前記温度差に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される温度学習項との和、とする温度モデル式に基づき、前記予想終点溶鋼温度を更に算出し、算出した予想終点溶鋼温度と吹止め時の目標終点溶鋼温度との差に基づき、該差を補償する為の冷却材量又は該差を補償する為の補正酸素量を算出し、算出した冷却材量の溶鋼への投入又は算出した補正酸素量の溶鋼への吹込みを行い、前記温度学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績終点溶鋼温度と前記目標終点溶鋼温度との差に基づいて補正することを特徴とする。
【００１８】
第３発明に係る転炉吹錬制御装置は、脱炭速度（−ｄＣ／ｄＯ 2 ）を溶鋼炭素濃度の関数として表し、吹錬末期に測定した溶鋼炭素濃度から目標炭素濃度迄、前記関数を積分することにより、前記溶鋼炭素濃度の測定時から吹止め時迄に必要な酸素量を算出し、算出した酸素量を溶鋼に吹込ませる転炉吹錬制御装置において、前記関数に含まれる複数の係数を、それぞれ前記脱炭速度に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される学習項との和とし、前記操業条件の関数に含まれる係数を、吹錬制御の複数回の実績データに基づいて決定する手段と、前記学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績炭素濃度と前記目標炭素濃度との差に基づいて補正する手段とを備えることを特徴とする。
【００１９】
第４発明に係る転炉吹錬制御装置は、吹止め時の予想終点溶鋼温度と溶鋼炭素濃度の測定時の溶鋼温度との温度差を、算出した酸素量の関数と前記温度差に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される温度学習項との和、とする温度モデル式に基づき、前記予想終点溶鋼温度を算出する手段と、該手段が算出した予想終点溶鋼温度と吹止め時の目標終点溶鋼温度との差に基づき、該差を補償する為の冷却材量又は該差を補償する為の補正酸素量を算出する手段と、該手段が算出した冷却材量の溶鋼への投入又は該手段が算出した補正酸素量の溶鋼への吹込みを行わせる手段と、前記温度学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績終点溶鋼温度と前記目標終点溶鋼温度との差に基づいて補正する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００２０】
第１発明に係る転炉吹錬制御方法及び第３発明に係る転炉吹錬制御装置では、脱炭速度（−ｄＣ／ｄＯ 2 ）を溶鋼炭素濃度の関数として表し、吹錬末期に測定した溶鋼炭素濃度から目標炭素濃度迄、前記関数を積分することにより、溶鋼炭素濃度の測定時から吹止め時迄に必要な酸素量を算出し、算出した酸素量を溶鋼に吹込ませる。決定する手段は、前記関数に含まれる複数の係数を、それぞれ脱炭速度に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される学習項との和とし、操業条件の関数に含まれる係数を、吹錬制御の複数回の実績データに基づいて決定する。補正する手段は、学習項を、吹錬制御が終了する都度、吹錬制御の実績炭素濃度と目標炭素濃度との差に基づいて補正する。
【００２１】
第２発明に係る転炉吹錬制御方法及び第４発明に係る転炉吹錬制御装置では、予想終点溶鋼温度を算出する手段が、吹止め時の予想終点溶鋼温度と溶鋼炭素濃度の測定時の溶鋼温度との温度差を、算出した酸素量の関数と温度差に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される温度学習項との和、とする温度モデル式に基づき、予想終点溶鋼温度を算出する。冷却材量又は補正酸素量を算出する手段は、予想終点溶鋼温度を算出する手段が算出した予想終点溶鋼温度と吹止め時の目標終点溶鋼温度との差に基づき、該差を補償する為の冷却材量又は該差を補償する為の補正酸素量を算出する。行わせる手段は、冷却材量又は補正酸素量を算出する手段が算出した冷却材量の溶鋼への投入又は該手段が算出した補正酸素量の溶鋼への吹込みを行わせ、補正する手段は、温度学習項を、吹錬制御が終了する都度、吹錬制御の実績終点溶鋼温度と目標終点溶鋼温度との差に基づいて補正する。
【００２２】
本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置においては、図６に示した脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を、操業条件の変更及び経時変化に対応させることが出来るモデル式を提案する。
先ず、脱炭速度ｆ（Ｃ）と溶鋼炭素濃度Ｃとの関係を式（４）（４．１）で表す。
【００２３】
【数４】
但し、ＣB ：脱炭遷移炭素濃度、ｋ1 ，ｋ2 ：脱炭速度定数
式（４）は、溶鋼炭素濃度Ｃが高いときには、酸素Ｏ2 の移動速度（即ち上吹き酸素速度）が脱炭速度の律速となり、通常操業時には上吹き酸素速度は略一定であるので、脱炭速度も溶鋼炭素濃度Ｃに依存せず一定となる（０次の関係）こと、及び脱炭反応の進行に伴い溶鋼炭素濃度Ｃが低下し、脱炭遷移炭素濃度ＣB になると、反応界面への炭素の移動速度が脱炭速度の律速となり、溶鋼炭素濃度Ｃの低下と共に脱炭速度は低下する（１次の関係）ことを表している。
更に、この係数ＣB ，ｋ1 を操業条件の関数として、式（５）（６）で表す。
【００２５】
【数５】
但し、αi ，βi は係数を、ｘi は脱炭速度に影響を及ばす様々な操業条件を表す。尚、操業条件ｘi としては、脱炭速度に影響を及ばすと考えられる吹込み酸素流量、底吹きガス流量及びランス湯面間距離等を用いる。
上述したように、係数ＣB ，ｋ1 を式（５）（６）のように設定することにより、脱炭速度と溶鋼炭素濃度Ｃとの関係を、操業条件の変更及び経時変化に対応させることが可能となる。以上により、式（７）に示すように、式（４）を測定時の溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄積分することにより、必要な酸素量を算出することが出来る。
【００２７】
【数６】
式（５）の係数αi は、溶鋼炭素濃度Ｃが十分に小さく、溶鋼炭素濃度律速を仮定出来る（酸素供給律速時の影響を排除出来る）実績データにより、各チャージ（吹錬）における係数ｋ1 を求めておき、求めた係数ｋ1 を目的変数、式（５）で示した操業条件ｘi を説明変数として重回帰分析を行い決定する。
【００２９】
式（６）の係数βi は以下のように決定する。
式（７）に式（４．１）を適用すると、式（８）のように表される。
【００３０】
【数７】
ここで、式（５）を用いて係数ｋ1 を算出し、これを式（８）に代入し、係数ＣB 以外の項目に過去の実績データを代入すれば、式（８）はＣB に関する非線形方程式と見做すことが出来、過去の実績チャージ毎にＣB に関する非線形方程式を解いて、ＣB を算出しておく。次いで、算出した係数ＣB を目的変数、式（６）で示した操業条件ｘi を説明変数として重回帰分析を行い、係数βi を決定する。
【００３２】
ところで、式（５）（６）の係数ｋ1 ，ＣB は、過去の実績データに基づくものであり、現状に対応しているものとは言えない。そこで、現状に即応して、係数ｋ1 ，ＣB の精度を維持する為に、それぞれ学習項ＦＢk1，ＦＢCBを追加しており、それぞれ式（９）（１０）のように表す。
【００３３】
【数８】
学習項ＦＢk1，ＦＢCBについては、吹錬終了後の実績データを用いて、係数ｋ1 ，ＣB をそれぞれ逆算し、その吹錬における酸素量の指示で用いた係数ｋ1 ，ＣB との誤差を、指数平滑法で補正し学習して行くことにより、精度を維持することが可能となる。
【００３５】
次に、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させる為に、吹錬末期における冷却材供給量を最適に制御する方法を説明する。
例えば、測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量の予想に、式（１１）で示す温度モデル式を用いる。
【００３６】
【数９】
但し、ｂ0 ，γi ：係数、ｘi ：操業条件、ＦＢT ：学習項（温度学習項）
このとき、酸素量ΔＯは、式（８）で算出した酸素量ΔＯを用いる。次いで、式（１１）から算出した終点溶鋼温度と目標溶鋼温度との関係により、以下のように処理する。
（１）終点溶鋼温度ＴEP＞目標溶鋼温度ＴAIM のとき
終点溶鋼温度ＴEPが目標溶鋼温度ＴAIM より高くなるので、それを補償する為の冷却材量ＷSUB を式（１２）により算出し、算出した冷却材量ＷSUB を投入する。
【００３８】
【数１０】
但し、ηWsub：冷却材の冷却係数
（２）終点溶鋼温度ＴEP＜目標溶鋼温度ＴAIM のとき
終点溶鋼温度ＴEPが目標溶鋼温度ＴAIM より低くなるので、式（８）で算出した酸素量ΔＯに加える補正酸素量ΔＯ´を式（１３）により算出し、算出した補正酸素量ΔＯ´を追加して溶鋼へ吹込む。
【００４０】
【数１１】
（３）終点溶鋼温度ＴEP＝目標溶鋼温度ＴAIM のとき
目標溶鋼温度ＴAIM を満足しており、冷却材及び補正酸素は不要。
以上の処理を行うことにより、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
学習項ＦＢT については、吹錬終了後の実績データを用いて、その吹錬において予想した終点溶鋼温度ＴEPとの誤差を、指数平滑法で学習して行くことにより、精度を維持することが可能となる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。この転炉吹錬制御装置は、上底吹転炉１（転炉）が、口が広い壺状の形態をなしており、底吹きガス吹込み孔６を備える底部に溶鋼２を溜め、上方には上部の口を覆う排ガスダクト７ａが設けられている。また、排ガスダクト７ａを貫通して、転炉１内へ冷却材を投入する為の冷却材投入路５と、転炉１内底部の溶鋼２に酸素を吹込む為のメインランス３と、溶鋼２の炭素濃度及び温度を測定する為のサブランス４とが設けられている。
【００４３】
この転炉吹錬制御装置１０は、サブランス４により測定された溶鋼２の凝固温度及び温度を、電気信号として伝送器９から与えられ、与えられた凝固温度から算出した炭素濃度及び与えられた温度に基づき、投入すべき冷却材量を算出し、算出した冷却材量を投入するよう、冷却材投入路５に設けられた投入量制御器７に指示する。また、与えられた凝固温度から算出した炭素濃度及び与えられた温度に基づき、吹込むべき酸素量を算出し、算出した酸素量を吹込むよう、メインランス３に設けられた吹込量制御器８に指示する。
【００４４】
以下に、このような構成の転炉吹錬制御装置１０の動作を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
転炉吹錬制御装置１０は、先ず、脱炭速度ｆ（Ｃ）と溶鋼炭素濃度Ｃとの関係を式（４）（４．１）で表す。
【００４５】
【数１２】
但し、ＣB ：脱炭遷移炭素濃度、ｋ1 ，ｋ2 ：脱炭速度定数
式（４）は、図６に示すように、溶鋼炭素濃度Ｃが高いときには、脱炭速度は溶鋼炭素濃度Ｃに依存せず一定となる（０次の関係）こと、及び脱炭反応の進行に伴い溶鋼炭素濃度Ｃが低下し、脱炭遷移炭素濃度ＣB になると、それに伴い脱炭速度が低下する（１次の関係）ことを表している。
更に、この係数ＣB ，ｋ1 を操業条件の関数として、式（９）（１０）で表す。
【００４７】
【数１３】
但し、αi ，βi は係数を、ｘi は脱炭速度に影響を及ばす様々な操業条件を表す。また、現状に即応して、係数ｋ1 ，ＣB の精度を維持する為に、それぞれ学習項ＦＢk1，ＦＢCBを追加している。
尚、操業条件ｘi としては、脱炭速度に影響を及ばすと考えられる吹込み酸素流量、底吹きガス流量及びランス湯面間距離等を用いる。
係数ＣB ，ｋ1 を式（９）（１０）のように設定することにより、脱炭速度と溶鋼炭素濃度Ｃとの関係を、操業条件の変更及び経時変化に対応させることが可能となる。
【００４９】
転炉吹錬制御装置１０は、溶鋼炭素濃度Ｃが十分に小さく、溶鋼炭素濃度律速を仮定出来る（酸素供給律速時の影響を排除出来る）複数回の実績データを読込み（Ｓ２）、各チャージ（吹錬）における係数ｋ1 を求めておき、求めた係数ｋ1 を目的変数、式（９）で示した操業条件ｘi を説明変数として重回帰分析を行い、式（９）の係数αi を決定する（Ｓ４）。
【００５０】
ところで、式（４）に式（４．１）を適用し、式（４）を測定時の溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄積分することにより、測定時から終点迄に吹込むべき酸素量を算出する式（８）を得ることが出来る。
【００５１】
【数１４】
転炉吹錬制御装置１０は、求めておいた（Ｓ４）係数ｋ1 を、式（８）に代入し、式（８）の係数ＣB 以外の項目に、読込んだ（Ｓ２）過去の実績データを代入することにより、式（８）をＣB に関する非線形方程式と見做し、過去の実績チャージ毎にＣB に関する非線形方程式を解いて、ＣB を算出する。次いで、算出した係数ＣB を目的変数、式（６）で示した操業条件ｘi を説明変数として重回帰分析を行い、係数βi を決定する（Ｓ４）。
【００５３】
転炉吹錬制御装置１０は、吹錬が開始され（Ｓ６）、所定時間が経過して吹錬末期に至ると（Ｓ８）、決定しておいた（Ｓ４）係数αi ，βi 及び式（９）（１０）により、係数ｋ1 ，ＣB を決定する（Ｓ１０）。但し、学習項ＦＢk1，ＦＢCBは、初回の吹錬では０とする。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、サブランス４により測定した溶鋼温度ＴSL及び凝固温度ＴCSL を読込み（Ｓ１２）、凝固温度ＴCSL と溶鋼炭素濃度ＣSLとの換算式（１４）により、溶鋼炭素濃度ＣSLを算出する（Ｓ１４）。
【００５４】
【数１５】
但し、ｐ，ｑ，ｒは係数
次に、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ１４）溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄、式（８）の積分を実行することにより、測定時から終点迄に吹込むべき、目標炭素濃度ＣAIM 迄の脱炭に必要な酸素量ΔＯを算出する（Ｓ１６）。
【００５６】
【数１６】
次に、転炉吹錬制御装置１０は、温度モデル式（１１）により、測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量を算出し、終点溶鋼温度ＴEPを予想する（Ｓ１８）。
【００５８】
【数１７】
但し、ｂ0 ，γi ：係数、ｘi ：操業条件、ＦＢT ：学習項（温度学習項）
尚、学習項ＦＢT は、初回の吹錬では０とする。
このとき、酸素量ΔＯは、式（８）で算出した（Ｓ１６）酸素量ΔＯを用いる。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、式（１１）から算出した終点溶鋼温度ＴEPと目標溶鋼温度ＴAIM との関係により、以下のように処理し、冷却材量又は補正酸素量を算出する（Ｓ２０）。
（１）終点溶鋼温度ＴEP＞目標溶鋼温度ＴAIM のとき
終点溶鋼温度ＴEPが目標溶鋼温度ＴAIM より高くなるので、それを補償する為の冷却材量ＷSUB を式（１２）により算出する（Ｓ２０）。
【００６０】
【数１８】
但し、ηWsub：冷却材の冷却係数
（２）終点溶鋼温度ＴEP＜目標溶鋼温度ＴAIM のとき
終点溶鋼温度ＴEPが目標溶鋼温度ＴAIM より低くなるので、式（８）で算出した酸素量ΔＯに加える補正酸素量ΔＯ´を式（１３）により算出する（Ｓ２０）。
【００６２】
【数１９】
（３）終点溶鋼温度ＴEP＝目標溶鋼温度ＴAIM のとき
目標溶鋼温度ＴAIM を満足しており、冷却材及び補正酸素は不要。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ１６）酸素量ΔＯを吹込むよう、メインランス３に設けられた吹込量制御器８に指示する（Ｓ２２）。
吹込量制御器８は、指示された酸素量ΔＯをメインランス３から溶鋼２へ吹込ませる。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ２０）冷却材量ＷSUB の投入又は補正酸素量ΔＯ´の吹込みを、投入量制御器７又は吹込量制御器８に指示する（Ｓ２４）。
投入量制御器７又は吹込量制御器８は、指示された冷却材量ＷSUB の投入又は補正酸素量ΔＯ´の吹込みを、冷却材投入路５又はメインランス３から溶鋼２へ行わせる。
【００６４】
次に、転炉吹錬制御装置１０は、サブランス４により測定した終点の溶鋼温度ＴSL及び凝固温度ＴCSL を読込み（Ｓ２６）、凝固温度ＴCSL と溶鋼炭素濃度ＣSLとの換算式（１４）により、終点の溶鋼炭素濃度ＣSLを算出する（Ｓ２７）。
【００６５】
次いで、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ２７）終点の溶鋼炭素濃度ＣSL及びその吹錬において吹込んだ酸素量ΔＯを用いて、式（８）の係数ｋ1 ，ＣB をそれぞれ逆算し、その吹錬における酸素量の指示で用いた係数ｋ1 ，ＣB との誤差を、それぞれ指数平滑法で補正して学習項ＦＢk1，ＦＢCBとする（Ｓ２８）。また、読込んだ（Ｓ２６）終点の溶鋼温度ＴSL及びその吹錬において吹込んだ酸素量ΔＯを用いて、温度モデル式（１１）により、測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量を算出し、その吹錬において算出し予想した測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量との誤差を、指数平滑法で補正して学習項ＦＢT （温度学習項）とする（Ｓ２８）。
【００６６】
次に、転炉吹錬制御装置１０は、一連の吹錬が終了でなければ（Ｓ３０）、次の吹錬に移り、吹錬が開始され（Ｓ６）、所定時間が経過して吹錬末期に至ると（Ｓ８）、決定しておいた（Ｓ４）係数αi ，βi 及び式（９）（１０）により、係数ｋ1 ，ＣB を決定する（Ｓ１０）。但し、学習項ＦＢk1，ＦＢCBは、前回の吹錬の終了時に補正した（Ｓ２８）学習項ＦＢk1，ＦＢCBを使用する。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、サブランス４により測定した溶鋼温度ＴSL及び凝固温度ＴCSL を読込み（Ｓ１２）、凝固温度ＴCSL と溶鋼炭素濃度ＣSLとの換算式（１４）により、溶鋼炭素濃度ＣSLを算出する（Ｓ１４）。
【００６７】
次に、転炉吹錬制御装置１０は、算出した（Ｓ１４）溶鋼炭素濃度ＣSLから目標炭素濃度ＣAIM 迄、式（８）の積分を実行することにより、測定時から終点迄に吹込むべき、目標炭素濃度ＣAIM 迄の脱炭に必要な酸素量ΔＯを算出する（Ｓ１６）。
次に、転炉吹錬制御装置１０は、温度モデル式（１１）により、測定時の溶鋼温度ＴSLから終点溶鋼温度ＴEP迄の温度上昇量を算出し、終点溶鋼温度ＴEPを予想する（Ｓ１８）。但し、学習項ＦＢT は、前回の吹錬の終了時に補正した（Ｓ２８）学習項ＦＢT を使用する。
以下、転炉吹錬制御装置１０は、上述した動作を、一連の吹錬が終了する迄（Ｓ３０）繰り返す。
【００６８】
図３（ａ）は、本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による、目標炭素濃度ＣAIM 迄の脱炭に必要な酸素量ΔＯの吹錬毎の指示値と実績値との誤差の分布を示したグラフである。誤差０及びその付近の度数が多く、精度の良い指示が可能であることを示している。
図３（ｂ）は、本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による冷却材量ＷSUB の吹錬毎の指示値と実績値との誤差の分布を示したグラフである。誤差０及びその付近の度数が多く、精度の良い指示が可能であることを示している。
【００６９】
図４は、本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による吹錬毎の目標炭素濃度ＣAIM （終点推定炭素濃度）と実績値との相関を示すグラフである。特公昭６１−５４８４３号公報に開示された従来の方法による同様の相関を示す図５のグラフと比較して、より精度の良い終点炭素濃度の推定（予想）が可能であることを示している。
【００７０】
【発明の効果】
第１発明に係る転炉吹錬制御方法によれば、吹錬末期における酸素供給量を最適に制御し、しかも、転炉の反復使用等の経時変化による的中精度の低下を防止し、吹錬終点における溶鋼炭素濃度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
【００７１】
第２発明に係る転炉吹錬制御方法によれば、吹錬末期における冷却材供給量を最適に制御することにより、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
【００７２】
第３発明に係る転炉吹錬制御装置によれば、吹錬末期における酸素供給量を最適に制御し、しかも、転炉の反復使用等の経時変化による的中精度の低下を防止し、吹錬終点における溶鋼炭素濃度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
【００７３】
第４発明に係る転炉吹錬制御装置によれば、吹錬末期における冷却材供給量を最適に制御することにより、吹錬終点における溶鋼温度の目標値に対する的中率を向上させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による、酸素量及び冷却材量の吹錬毎の指示値と実績値との誤差の分布を示したグラフである。
【図４】本発明に係る転炉吹錬制御方法及び転炉吹錬制御装置による吹錬毎の目標炭素濃度と実績値との相関を示すグラフである。
【図５】従来の方法による吹錬毎の目標炭素濃度と実績値との相関を示すグラフである。
【図６】脱炭速度と溶鋼炭素濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 上底吹転炉（転炉）
２ 溶鋼
３ メインランス
４ サブランス
５ 冷却材投入路
７ 投入量制御器
８ 吹込量制御器
１０ 転炉吹錬制御装置
Claims (4)
- 脱炭速度（−ｄＣ／ｄＯ 2 ）を溶鋼炭素濃度の関数として表し、吹錬末期に測定した溶鋼炭素濃度から目標炭素濃度迄、前記関数を積分することにより、前記溶鋼炭素濃度の測定時から吹止め時迄に必要な酸素量を算出し、算出した酸素量を溶鋼に吹込む転炉吹錬制御方法において、
前記関数に含まれる複数の係数を、それぞれ前記脱炭速度に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される学習項との和とし、前記操業条件の関数に含まれる係数を、吹錬制御の複数回の実績データに基づいて決定し、前記学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績炭素濃度と前記目標炭素濃度との差に基づいて補正することを特徴とする転炉吹錬制御方法。 - 吹止め時の予想終点溶鋼温度と溶鋼炭素濃度の測定時の溶鋼温度との温度差を、算出した酸素量の関数と前記温度差に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される温度学習項との和、とする温度モデル式に基づき、前記予想終点溶鋼温度を更に算出し、算出した予想終点溶鋼温度と吹止め時の目標終点溶鋼温度との差に基づき、該差を補償する為の冷却材量又は該差を補償する為の補正酸素量を算出し、算出した冷却材量の溶鋼への投入又は算出した補正酸素量の溶鋼への吹込みを行い、前記温度学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績終点溶鋼温度と前記目標終点溶鋼温度との差に基づいて補正する請求項１記載の転炉吹錬制御方法。
- 脱炭速度（−ｄＣ／ｄＯ 2 ）を溶鋼炭素濃度の関数として表し、吹錬末期に測定した溶鋼炭素濃度から目標炭素濃度迄、前記関数を積分することにより、前記溶鋼炭素濃度の測定時から吹止め時迄に必要な酸素量を算出し、算出した酸素量を溶鋼に吹込ませる転炉吹錬制御装置において、
前記関数に含まれる複数の係数を、それぞれ前記脱炭速度に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される学習項との和とし、前記操業条件の関数に含まれる係数を、吹錬制御の複数回の実績データに基づいて決定する手段と、前記学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績炭素濃度と前記目標炭素濃度との差に基づいて補正する手段とを備えることを特徴とする転炉吹錬制御装置。 - 吹止め時の予想終点溶鋼温度と溶鋼炭素濃度の測定時の溶鋼温度との温度差を、算出した酸素量の関数と前記温度差に影響する複数の操業条件の関数と吹錬制御が終了する都度補正される温度学習項との和、とする温度モデル式に基づき、前記予想終点溶鋼温度を算出する手段と、該手段が算出した予想終点溶鋼温度と吹止め時の目標終点溶鋼温度との差に基づき、該差を補償する為の冷却材量又は該差を補償する為の補正酸素量を算出する手段と、該手段が算出した冷却材量の溶鋼への投入又は該手段が算出した補正酸素量の溶鋼への吹込みを行わせる手段と、前記温度学習項を、吹錬制御が終了する都度、該吹錬制御の実績終点溶鋼温度と前記目標終点溶鋼温度との差に基づいて補正する手段とを更に備える請求項３記載の転炉吹錬制御装置。
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