JP5527180B2 - 転炉吹錬方法及び転炉吹錬システム - Google Patents

Description

本発明は、転炉吹錬の吹止め時において、溶鋼中の炭素濃度及び溶鋼温度を高精度で推定し、吹止め時の溶鋼温度及び溶鋼中の炭素濃度を目標値に精度良く的中させる吹錬方法及び吹錬システムに関する。

転炉吹錬では、吹止め時の溶鋼成分濃度や溶鋼温度を目標値に的中させるために、スタティック制御とサブランス測定に基づいたダイナミック制御とを組み合わせた吹錬制御が行われている。スタティック制御では、吹錬開始前に物質収支・熱収支に基づいた数式モデル等にて、吹止め時の溶鋼成分濃度及び溶鋼温度を目標値に的中させるために必要な吹込酸素量や各種副原料投入量を決定しておき、これにしたがって吹錬を行う。一方、ダイナミック制御は、吹錬中にサブランスにて実際に溶鋼の温度・炭素濃度を測定し、物質収支・熱収支に基づいた数式モデル等にて、スタティック制御で決定しておいた吹込酸素量や各種副原料投入量を適正化している。さらに、転炉吹錬中の排ガス情報（排ガス流量や排ガス成分）を活用して、数式モデルによる溶鋼成分濃度や溶鋼温度の推定精度を高める手法が提案されている。

例えば、特許文献１には、サブランスによる溶鋼温度、溶鋼中の炭素濃度の測定値と排ガス情報とを組み合わせて、溶鋼中の炭素濃度及び溶鋼温度を推定する方法が提案されている。溶鋼中の炭素濃度は、逐次（すなわち定周期で）得られる排ガス情報（排ガス流量や排ガス成分）を活用した炭素収支に基づいて推定されている。

また、特許文献２には、転炉吹錬中の排ガス情報から吹錬途中の溶鋼中の成分濃度と溶鋼温度とを推定し、推定した溶鋼中の成分濃度と溶鋼温度とに基づいて、溶銑条件と吹錬条件とから当該吹錬の特徴ベクトルを定め、過去の吹錬実績データベースから当該吹錬のベクトルと類似したベクトルを有する吹錬を選定し、選定した複数の類似吹錬データに基づいて近似モデルを作成し、この近似モデルによって求められる送酸量を吹錬終了までの送酸量として決定する方法が提案されている。

特開昭５２−１０１６１７号公報 特開２００７−２３８９８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、排ガス情報の誤差（排ガス流量の誤差やガス組成分析計の分析誤差等）に対する補正が無いまま炭素収支に基づいた推定計算を逐次行っているため、推定される溶鋼中の炭素濃度には誤差が蓄積されることとなる。よって、吹錬終点時の溶鋼中炭素濃度の推定精度に問題があった。

また、特許文献２に記載の技術にあっては、近似モデル作成用の過去の吹錬実績データを選定する際に、特許文献１と同様に、排ガス情報に基づいた炭素収支によって推定された溶鋼中の炭素濃度を使用しているため、選定されたデータの類似性に問題があった。さらに、選定したデータを用いて得られるモデルの「近似」の程度にも問題があるものであった。

そこで本発明は、転炉吹錬において、排ガス情報を活用して精度良く溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度を推定することが可能な、吹錬方法及び吹錬システムを提供することを課題とする。

図１に、転炉吹錬における溶鋼中の炭素濃度と脱炭酸素効率（−ｄＣ／ｄＯ［Ｎｍ^３／ｔｏｎ］）との関係を概念的に示す。図１に示した概念図は、例えば「藤井毅彦：製鋼脱炭反応研究の変遷、アグネ技術センター、（１９９４）」に示された従来の考え方である。図１から分かるように、転炉吹錬においては、溶鋼中の炭素濃度が大きい期間では、吹込んだ酸素が溶鋼中の炭素とほぼ１対１の割合で反応するため、脱炭酸素効率はほぼ一定の値となる。この値を最大脱炭酸素効率と呼ぶ。吹錬が進行すると、脱炭反応によって溶鋼中の炭素濃度が小さくなるが、ある溶鋼中の炭素濃度で脱炭酸素効率が低下し始める。この脱炭酸素効率が低下し始める炭素濃度のことを臨界炭素濃度とよび、脱炭特性を特徴づける重要な指標とされてきた。

しかしながら、溶鋼中の炭素濃度が臨界炭素濃度に到達した時点で急に脱炭酸素効率が低下し始めるのではなく、図２に示すように臨界炭素濃度の近傍で緩やかに脱炭酸素効率が低下し始めると考えるほうが自然である。そこで、本発明者らは、溶鋼中の炭素濃度（Ｃ［％］）と脱炭酸素効率（−ｄＣ／ｄＯ［Ｎｍ^３／ｔｏｎ］）との関係を、下記式（１）で表現することを考えた。式（１）において、Ｃ_ｃｒは、図２に示すように限界炭素濃度（Ｃ_Ｌ）における傾きのまま最大脱炭酸素効率（ｋ_２）となる炭素濃度を表しており、脱炭酸素効率減衰定数と呼ぶこととする。

図３に、脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ_ｃｒ）を種々変更した場合の溶鋼中炭素濃度と脱炭酸素効率の関係を示す。臨界炭素濃度の近傍での脱炭酸素効率の緩やかな減少を表現できていることがわかる。また、脱炭酸素効率減衰定数が大きくなると、脱炭酸素効率が低下し始める炭素濃度が大きくなり、吹錬末期の脱炭酸素効率は全体的に小さくなるが、これは臨界炭素濃度が脱炭酸素効率に及ぼす影響と定性的に同じである。よって、脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率とは、転炉吹錬における溶鋼の脱炭特性を適切に表現する指標と考えることができる。

そして、本発明者らは、上述した特許文献１、２のように排ガス情報をそのまま炭素収支式に適用して溶鋼中の炭素濃度を推定するのではなく、排ガス情報を活用して吹錬中の脱炭特性を特徴づける脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定し、推定した脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いて、溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度とを推定すると、推定精度が向上することを知見した。

本発明は上記知見に基づいてなされたものである。すなわち、
本発明の第１の態様は、転炉吹錬時の排ガス成分及び排ガス流量を測定する、測定工程と、測定工程により得られた測定値と転炉吹錬時の操業要因とに基づいて推定される脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ _ｃｒ ）及び最大脱炭酸素効率（ｋ _２ ）を用いて、上記式（１）により吹錬時における溶鋼中の炭素濃度（Ｃ）を推定し、且つ、脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ _ｃｒ ）及び最大脱炭酸素効率（ｋ _２ ）を用いて、回帰式により溶鋼温度を推定する、推定工程とを備える、転炉吹錬方法である。

本発明において、測定工程により得られた測定値と転炉吹錬時の操業要因とに基づいて脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定する形態としては、上記排ガス成分及び排ガス流量の測定値に基づいて、転炉の炉内蓄積酸素量原単位を算出し、算出した炉内蓄積酸素量原単位を操業要因の一つとして含ませ、炉内蓄積酸素量原単位を含む操業要因を用いて、脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定する形態を例示できる。上述したように、本発明では、排ガス成分や排ガス流量の測定値（すなわち、排ガス情報）を活用して、脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を精度良く推定し、精度良く推定した脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いて、溶鋼中の炭素濃度や溶鋼温度を推定していることに特徴を有する。

本発明の第１の態様においては、例えば、推定工程により推定された溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度とに基づいて、転炉に吹込む酸素量及び／又は投入する冷材量を制御する、制御工程をさらに備えさせることができる。

本発明の第１の態様に係る推定工程においては、例えば、推定した上記脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用い、上記式（１）から酸素収支式を得て、当該酸素収支式により溶鋼中の炭素濃度を推定することができ、或いは、推定した上記脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用い、回帰式により溶鋼温度を推定することができる。

本発明の第１の態様において、さらに転炉吹錬中の溶鋼温度を測定する工程を備えることが好ましく、さらに転炉吹錬中の溶鋼中の炭素濃度を測定する工程を備えることが好ましく、さらに転炉吹錬中のスラグ中の酸素濃度を測定する工程を備えることが好ましい。

本発明の第２の態様は、転炉と、転炉吹錬に供される溶銑データを含むデータベースと、転炉吹錬時の排ガス成分及び排ガス流量を測定する、測定手段と、測定手段により得られた測定値と転炉吹錬時の操業要因とに基づいて推定される脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ _ｃｒ ）及び最大脱炭酸素効率（ｋ _２ ）を用いて、上記式（１）により吹錬時における溶鋼中の炭素濃度を推定し、且つ、脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ _ｃｒ ）及び最大脱炭酸素効率（ｋ _２ ）を用いた回帰式により溶鋼温度を推定する、推定手段とを備える、転炉吹錬システムである。

本発明の第２の態様において、例えば、推定手段により推定された溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度とに基づいて、転炉に吹込む酸素量及び／又は投入する冷材量を制御する、制御手段をさらに備えさせることができる。また、転炉吹錬システムにおける転炉としては、例えば、サブランスが備えられているものを用いるとよい。

本発明によれば、転炉吹錬において、溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度を精度良く推定することが可能となり、吹止め時の溶鋼温度及び溶鋼中炭素濃度を目標値に精度良く的中させることができる。

従来考えられていた溶鋼中の炭素濃度と脱炭酸素効率との関係を表す概念図である。 本発明に適用される溶鋼中の炭素濃度と脱炭酸素効率との関係を説明するための図である。 本発明に適用される溶鋼中の炭素濃度と脱炭酸素効率との関係を説明するための図である。 本発明に係る転炉吹錬方法Ｓ１０を説明するための図である。 本発明に係る転炉吹錬システム１００を概略的に示す図である。 転炉吹錬システム１００を用いた場合に実行される、好ましい転炉吹錬方法Ｓ１００を説明するための図である。 本発明に係る転炉吹錬方法により脱炭酸素効率減衰定数を推定した場合の推定精度を示す図である。 本発明に係る転炉吹錬方法により最大脱炭酸素効率を推定した場合の推定精度を示す図である。 本発明に係る転炉吹錬方法により吹錬吹止め時の溶鋼中炭素濃度を推定した場合の推定精度を示す図である。 本発明に係る転炉吹錬方法により吹錬吹止め時溶鋼温度を推定した場合の推定精度を示す図である。

１．転炉吹錬方法
図４に一実施形態に係る本発明の転炉吹錬方法Ｓ１０を示す。図４に示すように転炉吹錬方法Ｓ１０は、転炉吹錬時の排ガス成分及び排ガス流量を測定する、測定工程Ｓ１と、測定工程Ｓ１により得られた測定値と転炉吹錬時の操業要因とに基づいて推定される脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いて、吹錬時における溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度とを推定する、推定工程Ｓ２とを備えており、好ましくはさらに、推定工程Ｓ２により推定された溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度とに基づいて、転炉に吹込む酸素量及び／又は冷材量を制御する、制御工程Ｓ３を備えている。

１．１．測定工程Ｓ１
測定工程Ｓ１は、転炉吹錬時の排ガス成分及び排ガス流量を測定し、排ガス情報を得る工程である。排ガス成分及び排ガス流量の測定に関しては、公知の分析装置、流量計等を用いて行うことができる。測定工程Ｓ１で得られた排ガス情報は、転炉吹錬時の操業要因とともに、下記推定工程Ｓ２における脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率の推定に用いられる。

１．２．推定工程Ｓ２
推定工程Ｓ２は、測定工程Ｓ１により得られた測定値と転炉吹錬時の操業要因とに基づいて推定される脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いて、吹錬時における溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度とを推定する工程である。

まず、推定工程Ｓ２における、溶鋼中の炭素濃度の推定について説明する。
ある初期炭素濃度から目標とする炭素濃度までの脱炭に要する酸素量は、上記式（１）に示すような脱炭酸素効率式と炭素濃度との関係式を、炭素濃度に関して積分することにより得られる。下記式（２）は、動浴サブランス測定炭素濃度から終点炭素濃度までの脱炭に必要な酸素量を示しているが、その酸素量の大きさは脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率に依存する。

そして、上記の脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率とは、転炉吹錬毎の操業要因の影響を大きく受けて変化する。そこで、過去の操業実績から得られた脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率とを目的変数とし、種々の操業要因を説明変数とする回帰式（下記式（３）、（４））をあらかじめ作成しておき、実際の吹錬時に、そのときの操業要因を用いて式（３）、（４）から脱炭酸素効率減衰定数Ｃ_ｃｒと最大脱炭酸素効率ｋ_２とを推定して、式（２）の酸素収支式を構成することにより、操業要因の変化に対応可能となる。

操業要因Ｘ_ｉの具体例としては、下記表１のようなものが挙げられる。

本発明者らが鋭意研究した結果、式（３）の脱炭酸素効率減衰定数の回帰式においては、吹錬中の排ガス流量、排ガス成分、上底吹きガス流量、副原料投入量及び溶銑成分から酸素収支を計算して得られる（すなわち、排ガス情報を活用して得られる）「吹錬末期における炉内蓄積酸素量原単位」の変化量が及ぼす影響が大きいことを知見した。炉内蓄積酸素量原単位の変化量が大きい場合には、脱炭酸素効率減衰定数が大きくなる傾向、すなわち脱炭酸酸素効率が低下し始める炭素濃度が大きくなる傾向が認められた。回帰式（式（３））の説明変数に排ガス情報を活用して得られる炉内蓄積酸素量原単位の変化量を採用することによって脱炭酸素効率減衰定数の推定精度を向上させることができる。

炉内蓄積酸素量原単位の算出方法について説明する。炉内蓄積酸素量原単位は生成したスラグ中のＦｅＯと対応するものと考えられ、下記式（５）〜（１２）を用いて、排ガス流量、排ガス成分、上底吹きガス流量、副原料投入量及び溶銑成分から酸素収支を計算することにより求めることができる。

一方、本発明者らが鋭意研究した結果、最大脱炭酸素効率に係る回帰式（式（４））においては、排ガス情報を活用して得られる「吹錬中期における炉内蓄積酸素量原単位」の影響が大きいことを知見した。炉内蓄積酸素量原単位が大きいと、最大脱炭酸素効率は低下する傾向が認められた。回帰式（式（４））の説明変数に排ガス情報を活用して得られる吹錬中期における炉内蓄積酸素量原単位を採用することによって、最大脱炭酸素効率の推定精度を向上させることができる。

推定工程Ｓ２では、上記のように、まず、測定工程Ｓ１により得られた測定値と転炉吹錬時の操業要因とに基づいて脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を精度良く推定する。そして、推定した脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いれば、脱炭特性を精度良く表現した酸素収支式（式（２））を得ることができる。そして当該酸素収支式（式（２））に基づいて溶鋼中の炭素濃度を推定することにより、溶鋼中の炭素濃度の推定精度を向上させることができる。

次に、推定工程Ｓ２における、溶鋼温度の推定について説明する。
溶鋼温度推定式としては、下記式（１３）のように溶鋼温度を目的変数、操業要因を説明変数とする回帰式が用いられている。

そして、溶鋼温度の推定においては、吹込まれた酸素のなかで、スラグ生成（主にＦｅＯの生成：Ｆｅ＋１／２Ｏ_２→ＦｅＯ）に消費される酸素量を正確に把握することにより、高精度にて推定値を得ることができる。本発明者らが鋭意研究した結果、脱炭酸素効率の変動（≒スラグ生成酸素量の変動）を表す指標である脱炭酸素効率減衰定数（式（３））と最大脱炭酸素効率（式（４））とを上記式（１３）の操業要因Ｘ_ｉとして採用することにより、良好な精度で溶鋼温度を推定することができる。

以上のように、推定工程Ｓ２においては、測定した排ガス情報と転炉吹錬の操業要因とを用いて、脱炭酸素効率減衰定数（式（３））と最大脱炭酸素効率（式（４））とを推定し、推定した脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率とを用いて、酸素収支式（式（２））により溶鋼中炭素濃度を精度良く推定する。或いは、推定した脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率とを用いて、回帰式（式（１３））により溶鋼温度を精度良く推定する。

推定工程Ｓ２では、吹錬中のサブランスによる測定値を特に必要としない。すなわち、吹錬開始後、溶銑条件と副原料投入情報と排ガス情報を活用して得られる炉内蓄積酸素原単位とを操業要因として、式（３）、（４）から脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率とを推定して式（２）を構成しておき、推定する任意の時点における吹込み酸素量の実績値を用いて、溶鋼中の炭素濃度を逐次推定することができる。溶鋼温度に関しても同様に、溶銑条件と副原料投入情報と排ガス情報を活用して得られる炉内蓄積酸素原単位とを操業要因として、式（３）、（４）から脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率とを推定し、推定値を式（１３）の操業要因として用いることで、逐次推定することができる。尚、逐次推定の計算周期については、例えば、排ガス情報（排ガス流量計、排ガス分析計）のサンプリング周期（すなわち、１〜１０秒程度）と同じにすればよい。

１．３．制御工程Ｓ３
制御工程Ｓ３は、推定工程Ｓ２により推定された溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度とに基づいて、転炉に吹込む酸素量及び／又は冷材量を制御する工程である。具体的には、制御工程Ｓ３では、上記酸素収支式（式（２））と、溶鋼温度推定式（式（１３））とを用いて、目標値を満足する酸素量と冷材量の指示計算を逐次行い、酸素吹込み装置や冷材投入装置に制御信号を逐次発して、酸素量や冷材量の制御を行う。

まず、制御工程Ｓ３における酸素量の計算について説明する。
目標炭素濃度をＣ_ＡＩＭ、現時点で得られている最新の溶鋼中の炭素濃度の推定値をＣ_ｃａｌとすれば、目標炭素濃度を満足するために吹込むべき指示酸素量（ΔＯ_ｓｉｊｉ）は下記式（１４）により求めることができる。基本的に、吹錬の進行に伴って、ΔＯ_ｓｉｊｉは小さくなるが、ΔＯ_ｓｉｊｉが０となった時点で吹錬を終了すればよい。

次に、制御工程Ｓ３における冷材量の計算について説明する。
目標温度をＴ_ＡＩＭ、現時点で得られている最新の溶鋼温度の推定値をＴ_ｃａｌとする。そして、上記式（１３）の操業要因の中の溶銑温度としてＴ_ｃａｌを、操業要因の中の酸素原単位として上記式（１４）から計算されるΔＯ_ｓｉｊｉを用いて、式（１３）に基づいて溶鋼温度Ｔ’_ｃａｌを求める。求めたＴ’_ｃａｌが、目標温度Ｔ_ＡＩＭよりも小さければ、冷材量（Ｗ_{ｃｏｏｌ，ｓｉｊｉ}［ｋｇ／ｔｏｎ］）は０で、Ｔ’_ｃａｌが目標温度Ｔ_ＡＩＭと一致するまで指示酸素量を増加させたΔＯ’_ｓｉｊｉを新たな指示酸素量とする（下記式（１５））。

逆に、Ｔ’_ｃａｌが目標温度Ｔ_ＡＩＭよりも大きければ、Ｔ’_ｃａｌが目標温度Ｔ_ＡＩＭまで下がるような冷材量（Ｗ_{ｃｏｏｌ，ｓｉｊｉ}［ｋｇ／ｔｏｎ］）を、式（１６）にしたがって計算し、指示する。

上記の手順で得られた指示値にしたがって、吹込み酸素量や冷材投入量を制御しながら転炉吹錬を行うことで、目標温度及び目標炭素濃度を精度よく達成することができる。

このように、本発明に係る転炉吹錬方法Ｓ１０によれば、転炉吹錬において、溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度を精度良く推定することが可能となり、吹止め時の溶鋼温度及び溶鋼中炭素濃度を目標値に精度良く的中させることができる。

尚、上記説明では、吹錬中にサブランスによる測定を行わないものとして説明したが、本発明はこの形態に限定されるものではなく、吹錬中にサブランスによる測定を行ってもよい。

吹錬中にサブランスによる測定値が得られた場合の溶鋼中の炭素濃度及び溶鋼温度の推定（推定工程Ｓ２）について説明する。ただし、吹錬開始からサブランス測定時点までの溶鋼中の炭素濃度及び溶鋼温度は、上記の方法により逐次推定できているものとする。

まず、サブランス測定で「溶鋼温度」が測定された場合について説明する。この場合、式（３）、（４）において、サブランス測定温度を操業要因として含む回帰式を準備する。そして、サブランス測定温度が得られたタイミングよりも後においては、当該回帰式にて脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定する。そして、推定した脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いて、式（２）に係る酸素収支式から、溶鋼中の炭素濃度を精度良く推定することができる。また、溶鋼温度の推定については、サブランス測定時は、溶鋼温度推定値自体をサブランス測定温度そのものに置き換えることができ、サブランス測定温度が得られたタイミングよりも後に溶鋼温度の推定をする場合は、式（１３）の推定式においてサブランス測定温度を操業要因として含む回帰式を作成し、当該回帰式にて溶鋼温度を逐次推定することができる。

次に、サブランス測定で「溶鋼中の炭素濃度及び溶鋼温度」の双方が測定された場合について説明する。この場合、サブランス測定時における溶鋼中の炭素濃度の推定値は、サブランス測定炭素濃度そのものに置き換えることができ、サブランス測定よりも後に溶鋼中の炭素濃度の推定をする場合は、式（３）、（４）における推定式においてサブランス測定炭素濃度とサブランス測定温度とを操業要因に含む回帰式を作成し、当該回帰式にて脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定し、推定した脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いて、式（２）に係る酸素収支式から、溶鋼中の炭素濃度を精度良く推定することができる。また、溶鋼温度の推定については、サブランス測定時は、溶鋼温度推定値自体をサブランス測定温度そのものに置き換えることができ、サブランス測定温度が得られたタイミングよりも後に溶鋼温度の推定をする場合は、式（１３）の推定式においてサブランス測定炭素濃度とサブランス測定温度とを操業要因として含む回帰式を作成し、当該回帰式にて溶鋼温度を逐次推定することができる。

さらに、サブランス測定で「溶鋼中の炭素濃度、溶鋼温度、及びスラグ中の酸素濃度」が測定された場合について説明する。この場合、サブランス測定により得られたスラグ中の酸素濃度で炉内蓄積酸素補正量を下記式（１７）にしたがって求め、それ以降の逐次推定のタイミングでは、当該補正量を用いて炉内蓄積酸素量原単位を補正するものとする。

そして、サブランス測定時における溶鋼中の炭素濃度の推定値は、サブランス測定炭素濃度そのものに置き換えることができ、サブランス測定よりも後に溶鋼中の炭素濃度の推定をする場合は、式（３）、（４）における推定式においてサブランス測定炭素濃度とサブランス測定温度とサブランス測定スラグ中酸素濃度を操業要因に含む回帰式を作成し、且つ、当該回帰式において補正済みの炉内蓄積酸素原単位を使用することにより、脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定し、推定した脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いて、式（２）に係る酸素収支式から、溶鋼中の炭素濃度を精度良く推定することができる。また、溶鋼温度の推定については、サブランス測定時は、溶鋼温度推定値をサブランス測定温度そのものに置き換えることができ、サブランス測定温度が得られたタイミングよりも後に溶鋼温度の推定をする場合は、式（１３）の推定式においてサブランス測定炭素濃度とサブランス測定温度とサブランス測定スラグ中酸素濃度とを操業要因として含む回帰式を作成し、且つ、当該回帰式において補正済みの炉内蓄積酸素量原単位を使用することにより、溶鋼温度を逐次推定することができる。

尚、酸素量や冷材量の指示計算、制御（制御工程Ｓ３）については、サブランス測定を行う場合であっても、サブランス測定を行わない場合と同様の手順で実施することができる。

このように、本発明に係る転炉吹錬方法Ｓ１０においては、サブランス測定の有無を考慮して、サブランス測定の形態に応じて適切な回帰式を作成することにより、溶鋼中の炭素濃度及び溶鋼温度を一層高い精度で推定することが可能となる。

２．転炉吹錬システム
本発明に係る転炉吹錬方法を実行可能な転炉吹錬システムについて説明する。本発明に係る転炉吹錬システムは、転炉と、転炉吹錬に供される溶銑データを含むデータベースと、転炉吹錬時の排ガス成分及び排ガス流量を測定する、測定手段と、測定手段により得られた測定値と転炉吹錬時の操業要因とに基づいて推定される脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を用いて、吹錬時における溶鋼中の炭素濃度及び溶鋼温度を推定する、推定手段とを備えており、さらに好ましくは、推定手段により推定された溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度とに基づいて、転炉に吹込む酸素量及び／又は冷材量を制御する、制御手段をさらに備えている。

図５に、一実施形態に係る本発明の転炉吹錬システム１００を示した。図５に示すように、転炉吹錬システム１００においては、事前データとして、溶銑データ１、目標データ２、パラメータ３が用いられる。また、排ガス成分分析計、排ガス流量計（測定手段１０）により測定された排ガス情報が、排ガス情報データ編集手段４へと伝達される。さらに、排ガス情報データ編集手段４により編集された排ガス情報と、サブランス等の操業要因とが、事前データとともに、溶鋼中炭素濃度推定手段５、溶鋼温度推定手段６へと伝達される。そして推定手段５、６により得られた溶鋼中の炭素濃度推定値、溶鋼温度推定値が酸素量・冷材量指示手段７に伝達される。図５では、制御手段からの信号によって、酸素量や冷材量指示値が入出力部８に表示され、作業者は当該指示に基づいて目標データやパラメータ３等の修正入力が行われるものとされている。

溶銑データ１は、チャージ毎の溶銑重量、溶銑成分（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ等）、溶銑温度、溶銑率等の溶銑条件に係るデータである。目標データ２は、チャージ毎の目標成分（Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ等）、目標温度に係るデータである。パラメータ３としては、脱炭酸素効率減衰定数の推定式（式（３））と、最大脱炭酸素効率の推定式（式（４））とに係る回帰係数や、サブランス測定スラグ中酸素濃度を用いた炉内蓄積酸素原単位の補正式（式（１７））に係る係数等を設定する。

排ガス情報データ編集手段４では、溶銑データ１と排ガス情報（排ガス流量、排ガス成分）と上吹き酸素量と副原料とに基づいて炉内蓄積酸素原単位が算出される。具体的な計算方法については上述した通りであるので、ここでは説明を省略する。排ガス情報データ編集手段４は、当該計算を実行可能なものであれば特に限定されるものではなく、公知の演算手段を用いればよい。

溶鋼中炭素濃度推定手段５では、排ガス情報データ編集手段４で算出した炉内蓄積酸素量原単位と溶銑データ１と上吹き酸素量と副原料とパラメータ３に係る回帰係数とを用いて、脱炭酸素効率減衰定数と最大脱炭酸素効率を推定し（式（３）、（４））、酸素収支式（式（２））に基づいて、溶鋼中炭素濃度が推定される。具体的な計算方法については上述した通りであるので、ここでは説明を省略する。溶鋼中炭素濃度推定手段５についても、当該計算を実行可能なものであれば特に限定されるものではなく、公知の演算手段を用いればよい。

溶鋼温度推定手段６では、排ガス情報データ編集手段４で算出した炉内蓄積酸素量原単位と溶銑データ１と上吹き酸素量と副原料とパラメータ３に係る回帰係数とを用いて、式（１３）により溶鋼温度が推定される。具体的な計算方法については上述した通りであるので、ここでは説明を省略する。溶鋼温度推定手段６についても、当該計算を実行可能なものであれば特に限定されるものではなく、公知の演算手段を用いればよい。

尚、図５では、排ガス情報データ編集手段４、溶鋼中炭素濃度推定手段５、及び溶鋼温度推定手段６を個別に設けるものとしているが、本発明はこの形態に限定されるものではない。一の演算装置を、排ガス情報データ編集手段４、溶鋼中炭素濃度推定手段５、及び溶鋼温度推定手段６として機能させてもよく、すなわち、本発明では、一の推定手段を、排ガス情報データ編集手段４、溶鋼中炭素濃度推定手段５、及び溶鋼温度推定手段６として機能させることができる。

酸素量・冷材量指示手段７では、目標データ２の目標炭素濃度、目標温度を満足する酸素量と冷材量の指示計算が行われ（式（１４）〜（１６））、吹込み酸素量や投入する冷材量の制御信号を発する。具体的な計算方法については上述した通りであるので、ここでは説明を省略する。酸素量・冷材量指示手段７についても、当該指示計算や信号の伝達を実行可能なものであれば特に限定されるものではなく、公知の演算手段を用いればよい。すなわち、転炉システム１００では、酸素量・冷材量指示手段７が、制御手段として機能する。

入出力部８は、推定した溶鋼中の炭素濃度、溶鋼温度や酸素量・冷材量指示値の表示する機能や、目標データ２及びパラメータ３の修正入力等のインターフェイス機能を有するものであり、その形態は特に限定されるものではない。

このような転炉吹錬システム１００によれば、本発明に係る転炉吹錬方法Ｓ１０を適切に実行することができるので、転炉吹錬において、溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度を精度良く推定することが可能となり、吹止め時の溶鋼温度及び溶鋼中炭素濃度を目標値に精度良く的中させることができる。

３．転炉吹錬システム１００を用いた転炉吹錬方法Ｓ１００
図６に、転炉吹錬システム１００を用いることにより、最も好ましい形態とされた本発明に係る転炉吹錬方法Ｓ１００を示す。図６に示すように、転炉吹錬方法Ｓ１００は、溶銑データを収集する工程Ｓ１１と、吹錬中の排ガス流量、排ガス成分、上底吹きガス流量、副原料投入量及び溶銑成分を編集し酸素収支に基づいて炉内蓄積酸素量原単位を計算する工程Ｓ１２と、工程Ｓ１１、Ｓ１２の結果に基づいて、上記式（３）、（４）及び式（１３）に用いる操業要因を編集する工程Ｓ１３と、式（３）、（４）及び式（１３）における回帰係数に係るパラメータを設定する工程Ｓ１４と、サブランス測定の有無をチェックし、サブランス測定が実施されていればサブランス測定の形態に応じたパラメータの設定を行う工程Ｓ１５及びＳ１６と、式（２）に基づいて溶鋼中の炭素濃度を推定するとともに、式（１３）に基づいて溶鋼温度を推定する工程Ｓ１７と、目標値を満足するために必要な酸素量及び冷材量を式（１４）〜（１６）にしたがって指示する工程Ｓ１８（尚、工程Ｓ１８において指示酸素量が０の場合、吹錬を終了する。）と、吹錬中か否かをチェックする工程Ｓ１９とを備えており、工程Ｓ１９において吹錬中と判定された場合は工程Ｓ１２に戻って同様の処理を繰り返す。このような転炉吹錬方法Ｓ１００によれば、一層効率的且つ精度良く溶鋼中の炭素濃度や溶鋼温度を推定することができる。

４．溶鋼の製造方法
溶鋼の製造において、本発明に係る転炉吹錬方法を用いて吹錬する工程を含ませることができる。このような溶鋼の製造方法によれば、上記の本発明に係る転炉吹錬方法や転炉吹錬システムを用いて吹錬がなされるため、吹錬吹止め時の溶鋼中の炭素濃度や溶鋼温度を適切なものとすることができ、高品質な溶鋼を製造することができる。

以下、実施例に基づいて、本発明に係る吹錬方法についてさらに詳述する。

図７に、１６２８個の溶鋼サンプルについて、（ａ）排ガス情報を活用せずに脱炭酸素効率減衰定数を推定した場合（推定において、排ガス成分や排ガス流量の測定値（排ガス情報）を用いず、式（３）の説明変数（操業要因）として、炉内蓄積酸素量原単位を使用しない場合）の推定精度と、（ｂ）本発明の吹錬方法に係る推定工程Ｓ２にしたがって脱炭酸素効率減衰定数を推定した場合の推定精度（「排ガス情報活用時」）とを示す。図７から明らかなように、本発明に係る吹錬方法においては、脱炭酸素効率減衰係数を精度良く推定できることが分かる。

図８に、１６２８個の溶鋼サンプルについて、（ａ）排ガス情報を活用せずに最大脱炭酸素効率を推定した場合（推定において、排ガス成分や排ガス流量の測定値（排ガス情報）を用いず、式（４）の説明変数（操業要因）として、炉内蓄積酸素量原単位を使用しない場合）の推定精度と、（ｂ）本発明の吹錬方法に係る推定工程Ｓ２にしたがって最大脱炭酸素効率を推定した場合の推定精度（「排ガス情報活用時」）とを示す。図８から明らかなように、本発明に係る吹錬方法においては、最大脱炭酸素効率を精度良く推定できることが分かる。

図９に、１６２８個の溶鋼サンプルについて、（ａ）排ガス情報を活用せずに脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定（排ガス成分や排ガス流量の測定値（排ガス情報）を用いず、式（３）、（４）の説明変数（操業要因）として、炉内蓄積酸素量原単位を使用せずに推定）し、推定値に基づいて吹錬吹止め時の溶鋼中の炭素濃度を推定した場合の推定精度と、（ｂ）本発明の吹錬方法に係る推定工程Ｓ２にしたがって脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定し、推定値に基づいて吹錬吹止め時の溶鋼中の炭素濃度を推定した場合の推定精度（「排ガス情報活用時」）とを示す。図９から明らかなように、本発明に係る吹錬方法においては、吹錬吹止め時の溶鋼中の炭素濃度を精度良く推定できることが分かる。

図１０に、１６２８個の溶鋼サンプルについて、（ａ）排ガス情報を活用せずに脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定（排ガス成分や排ガス流量の測定値（排ガス情報）を用いず、式（３）、（４）の説明変数（操業要因）として、炉内蓄積酸素量原単位を使用せずに推定）し、推定値に基づいて吹錬吹止め時の溶鋼温度を推定した場合の推定精度と、（ｂ）本発明の吹錬方法に係る推定工程Ｓ２にしたがって脱炭酸素効率減衰定数及び最大脱炭酸素効率を推定し、推定値に基づいて吹錬吹止め時の溶鋼温度を推定した場合の推定精度（「排ガス情報活用時」）とを示す。図１０から明らかなように、本発明に係る吹錬方法においては、吹錬吹止め時の溶鋼温度を精度良く推定できることが分かる。

以上のように、本発明に係る吹錬方法によれば、転炉吹錬において、溶鋼中の炭素濃度と溶鋼温度を精度良く推定することが可能となり、吹止め時の溶鋼温度及び溶鋼中炭素濃度を目標値に精度良く的中させることができることが分かった。

本発明は、転炉吹錬によって溶鋼を製造する場合において好適に利用することができる。

１ 溶銑データ
２ 目標データ
３ パラメータ
４ 排ガス情報データ編集手段（推定手段）
５ 溶鋼中炭素濃度推定手段（推定手段）
６ 溶鋼温度推定手段（推定手段）
７ 酸素量・冷材量指示手段（制御手段）
８ 入出力部
１０ 測定手段
１００ 転炉吹錬システム

Claims (5)

1. 転炉吹錬時の排ガス成分及び排ガス流量を測定する、測定工程と、
   前記測定工程により得られた測定値と前記転炉吹錬時の操業要因とに基づいて推定される脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ _ｃｒ ）及び最大脱炭酸素効率（ｋ _２ ）を用いて、下記式（１）により吹錬時における溶鋼中の炭素濃度（Ｃ）を推定し、且つ、前記脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ _ｃｒ ）及び前記最大脱炭酸素効率（ｋ _２ ）を用いて、回帰式により溶鋼温度を推定する、推定工程と、
   を備える、転炉吹錬方法。
   
2. さらに転炉吹錬中の溶鋼温度を測定する工程を備える、請求項１に記載の転炉吹錬方法。
3. さらに転炉吹錬中の溶鋼中の炭素濃度を測定する工程を備える、請求項１又は２に記載の転炉吹錬方法。
4. さらに転炉吹錬中のスラグ中の酸素濃度を測定する工程を備える、請求項１〜３のいずれかに記載の転炉吹錬方法。
5. 転炉と、
   転炉吹錬に供される溶銑データを含むデータベースと、
   転炉吹錬時の排ガス成分及び排ガス流量を測定する、測定手段と、
   前記測定手段により得られた測定値と前記転炉吹錬時の操業要因とに基づいて推定される脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ _ｃｒ ）及び最大脱炭酸素効率（ｋ _２ ）を用いて、下記式（１）により吹錬時における溶鋼中の炭素濃度を推定し、且つ、前記脱炭酸素効率減衰定数（Ｃ _ｃｒ ）及び前記最大脱炭酸素効率（ｋ _２ ）を用いて、回帰式により溶鋼温度を推定する、推定手段と、
   を備える、転炉吹錬システム。