JP5962071B2

JP5962071B2 - 溶銑吹錬処理の制御方法および制御装置

Info

Publication number: JP5962071B2
Application number: JP2012045901A
Authority: JP
Inventors: 知則大元; 知也福本
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-03-01
Also published as: JP2013181216A

Description

本発明は、溶銑の吹錬処理の際に粉状の石灰と塊状の石灰とを溶銑に添加することによって溶銑中の燐濃度を制御する溶銑吹錬処理の制御方法および制御装置に関するものである。

転炉を利用した溶銑の吹錬処理では、塊状の石灰を脱燐剤として溶銑に添加することによって、溶銑中の燐濃度を低減させる。このような吹錬処理において、脱燐反応を促進させるためには、塊状の石灰が滓化（溶融）する必要がある。ところが、脱燐反応中の溶銑温度は１３００〜１４００℃程度の低温領域にあるために、塊状の石灰は溶銑内で滓化しにくい。このため、従来の吹錬処理では、塊状の石灰を速やかに滓化させるために、蛍石を滓化促進剤として溶銑に添加していた。しかしながら、近年、蛍石などのフッ素を含有する溶剤の使用が制限されるようになっている。このため、蛍石を使用しなくても石灰の滓化を促進できる方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、溶銑の脱燐に必要な塊状の石灰の一部を滓化が容易な粉状の石灰に置き換えることによって、石灰の滓化を促進する方法が記載されている。

特開２００９−１１４４９４号公報

ところで、粉状の石灰は、塊状の石灰を粉砕して製造されるために、塊状の石灰と比較して高価である。また、粉状の石灰は、ランスなどの配管を介して気体輸送されるために、溶銑に投射可能な量に制約がある。このような背景から、塊状の石灰と粉状の石灰とを添加する従来の吹錬処理では、粉状の石灰を所定量添加すると共に、溶銑の脱燐が確実に行われるように塊状の石灰を余分に投入していた。しかしながら、塊状の石灰を余分に添加した場合、吹錬処理におけるスラグの生成量が増大する。また、塊状の石灰を余分に添加した場合、溶銑温度が低下するために、溶銑温度を脱燐反応に適した温度に保持するために多くの熱源が必要になる。このため、粉状の石灰による脱燐効果を評価し、評価結果に基づいて塊状および粉状の石灰の添加量を適切に制御可能な技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、粉状の石灰による脱燐効果を評価し、評価結果に基づいて塊状および粉状の石灰の添加量を適切に制御可能な溶銑吹錬処理の制御方法および制御装置を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶銑吹錬処理の制御方法は、溶銑の吹錬処理の際に粉状の石灰と塊状の石灰とを溶銑に添加することによって溶銑中の燐濃度を制御する溶銑吹錬処理の制御方法であって、吹錬条件がこれから実行する吹錬処理における吹錬条件に類似する過去の吹錬処理の実績データを利用して、吹錬条件および脱燐処理に対する粉状の石灰の寄与率をそれぞれ入力変数および出力変数とする回帰式を作成する回帰式作成ステップと、前記回帰式作成ステップにおいて作成された回帰式にこれから実行する吹錬処理における吹錬条件を入力することによって、これから実行する吹錬処理における脱燐処理に対する前記粉状の石灰の寄与率を算出する算出ステップと、前記算出ステップにおいて算出された前記粉状の石灰の寄与率に基づいて前記溶銑に投入する塊状の石灰の量を制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る溶銑吹錬処理の制御方法は、上記発明において、前記吹錬条件は、溶銑の燐濃度、溶銑の温度、溶銑のシリコン濃度、スラグの塩基度、および吹止温度のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶銑吹錬処理の制御装置は、溶銑の吹錬処理の際に粉状の石灰と塊状の石灰とを溶銑に添加することによって溶銑中の燐濃度を制御する溶銑吹錬処理の制御装置であって、吹錬条件がこれから実行する吹錬処理における吹錬条件に類似する過去の吹錬処理の実績データを利用して、吹錬条件および脱燐処理に対する粉状の石灰の寄与率をそれぞれ入力変数および出力変数とする回帰式を作成する回帰式作成手段と、前記回帰式作成手段によって作成された回帰式にこれから実行する吹錬処理における吹錬条件を入力することによって、これから実行する吹錬処理における脱燐処理に対する前記粉状の石灰の寄与率を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記粉状の石灰の寄与率に基づいて前記溶銑に投入する塊状の石灰の量を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る溶銑吹錬処理の制御方法および制御装置によれば、粉状の石灰による脱燐効果を評価し、評価結果に基づいて塊状および粉状の石灰の添加量を適切に制御することができる。

図１は、本発明の一実施形態である吹錬制御システムが適用される吹錬処理設備の一構成例を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態である吹錬制御システムの構成を示すブロック図である。図３は、図２に示す吹錬実績データベース内に格納されている吹錬実績データの一例を示す図である。図４は、本発明の一実施形態である吹錬制御処理の流れを示すフローチャートである。図５は、本発明の一実施形態である粉石灰寄与率算出処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である吹錬制御システムの構成および動作について説明する。

〔吹錬処理設備の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である吹錬制御システムが適用される吹錬処理設備の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である吹錬制御システムが適用される吹錬処理設備の一構成例を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である吹錬制御システムが適用される吹錬処理設備１は、溶銑２を内部に収容する溶銑鍋３と、溶銑鍋３の内部を上下方向に移動可能な上吹きランス４と、を備えている。上吹きランス４は、溶銑鍋３内に収容されている溶銑２に酸素（Ｏ_２）ガスを吹き付けると共に、酸素（Ｏ_２）ガスをキャリアガスとして貯蔵タンク６に収容されている固体酸素源７を溶銑２に吹き付ける。また、上吹きランス４は、多重管構造であり、給排水の冷却水配管（図示せず）も有している。

吹錬処理設備１は、窒素（Ｎ_２）ガスをキャリアガスとして貯蔵タンク８内に収容されている粉状の石灰（粉石灰）９を溶銑鍋３内の溶銑２に吹き付ける。吹錬処理設備１は、ホッパー１０と、搬送装置１１と、シュート１２と、をさらに備えている。ホッパー１０は、塊状の石灰（塊石灰）１３を内部に収容し、塊石灰１３を搬送装置１１側に切り出す。搬送装置１１は、ホッパー１０から切り出された塊石灰をシュート１２側に搬送する。シュート１２は、搬送装置１１によって搬送されてきた塊石灰１３を溶銑鍋３内の溶銑２に投入する。

〔吹錬制御システムの構成〕
次に、図２乃至図４を参照して、本発明の一実施形態である吹錬制御システムの構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態である吹錬制御システムの構成を示すブロック図である。図３は、図２に示す吹錬実績データベース内に格納されている吹錬実績データの一例を示す図である。

図２に示すように、本発明の一実施形態である吹錬制御システム１００は、吹錬実績データベース１０１と、吹錬制御装置１０２と、を備えている。吹錬実績データベース１０１は、過去のチャージに関する吹錬条件のデータと脱燐処理に対する粉石灰の寄与率のデータとを関連付けして吹錬実績データとして格納している。より具体的には、図３に示すように、吹錬実績データベース１０１は、過去のチャージの吹錬条件のデータおよび脱燐処理に対する粉石灰の寄与率のデータをそれぞれ入力変数ｘ_ｍ ^ｎおよび出力変数ｙ^ｎとする吹錬実績データを格納している。吹錬実績データベース１０１内の格納されている吹錬実績データは、プロセスコンピュータなどの上位コンピュータによって随時更新される。

なお、本明細書中において、チャージとは、溶銑の吹錬処理を行うときの処理単位を意味し、図１に示す溶銑鍋３一杯分の溶銑２に相当するものである。また、入力変数ｘ_ｍ ^ｎの添え字ｍは、脱燐処理に対する粉石灰の寄与率に影響を与える吹錬条件の数を表す変数（１〜Ｍ）であり、入力変数ｘ_ｍ ^ｎおよび出力変数ｙ^ｎの添え字ｎは過去のチャージの数を表す変数（１〜Ｎ）である。また、本実施形態では、脱燐処理に対する粉石灰の寄与率に影響を与える吹錬条件の数Ｍ＝１〜３とし、入力変数ｘ_１ ^Ｎは溶銑の燐濃度の実績値、入力変数ｘ_２ ^Ｎは溶銑の温度の実績値、入力変数ｘ_３ ^Ｎは目標吹止温度の実績値を表すものとする。

また、塊石灰による脱燐効果に対する粉石灰による脱燐効果の比をＲとすると、粉石灰をａ（ton）投射した際に投入すべき塊石灰の量ｂ（ton）は以下に示す数式（１）から算出できる。一方、粉石灰および塊石灰の脱燐効果の指標値α_粉、α_塊をそれぞれ以下に示す数式（２），（３）で定式化すると、比Ｒは以下に示す数式（４）のように表すことができる。従って、粉石灰のみを用いたチャージと塊石灰のみを用いたチャージとの吹錬実績データを用いて数式（２）〜（４）から比Ｒを算出し、算出された比Ｒを数式（１）に代入することによって粉石灰をａ（ton）投射した際に投入すべき塊石灰の量ｂ（ton）を算出できる。そこで、本実施形態では、塊石灰による脱燐効果に対する粉石灰による脱燐効果の比Ｒを脱燐処理に対する粉石灰の寄与率Ｒと定義する。また、数式（２），（３）の溶銑燐濃度および溶鋼燐濃度はそれぞれ、脱燐処理前および脱燐処理後の燐濃度を示す。

吹錬制御装置１０２は、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの情報処理装置によって構成されている。吹錬制御装置１０２は、情報処理装置内部のＣＰＵなどの演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することによって、粉石灰寄与率算出部１０２ａおよび石灰供給量制御部１０２ｂとして機能する。これら各部の機能については後述する。粉石灰寄与率算出部１０２ａは本発明に係る回帰式作成手段および作成手段として機能し、石灰供給量制御部１０２ｂは本発明に係る制御手段として機能する。

このような構成を有する吹錬制御システム１００は、以下に示す吹錬制御処理を実行することにより、吹錬処理における塊石灰の添加量を制御する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、吹錬制御処理を実行する際の吹錬制御システム１００の動作について説明する。

〔吹錬制御処理〕
図４は、本発明の一実施形態である吹錬制御処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、塊石灰の添加量を設定するタイミングで開始となり、吹錬制御処理はステップＳ１の処理に進む。

ステップＳ１の処理では、石灰供給量制御部１０２ｂが、プロセスコンピュータなどの上位コンピュータから溶銑の燐濃度や温度および粉石灰の添加量などの吹錬条件データを取得し、取得した吹錬条件データに基づいて脱燐処理に対する粉石灰の寄与率Ｒを算出する（粉石灰寄与率算出処理）。この粉石灰寄与率算出処理の詳細については、図５に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、吹錬制御処理はステップＳ２の処理に進む。

ステップＳ２の処理では、石灰供給量制御部１０２ｂが、ステップＳ１の処理によって算出された粉石灰の寄与率Ｒを数式（１）に代入することによって、塊石灰の添加量を算出する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、吹錬制御処理はステップＳ３の処理に進む。

ステップＳ３の処理では、石灰供給量制御部１０２ｂが、ステップＳ１の処理によって取得した添加量の粉石灰とステップＳ２の処理によって算出された添加量の塊石灰とを投入するように吹錬処理設備１を制御する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、一連の吹錬制御処理は終了する。

〔粉石灰寄与率算出処理〕
図５は、本発明の一実施形態である粉石灰寄与率算出処理の流れを示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは塊石灰の投入量を設定するタイミングで開始となり、粉石灰寄与率算出処理はステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、粉石灰寄与率算出部１０２ａが、吹錬実績データベース１０１内に格納されている過去のチャージの吹錬実績データを読み出し、読み出された吹錬実績データの吹錬条件ｘ_ｍの平均値μ_ｍおよび標準偏差σ_ｍを算出する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、粉石灰寄与率算出処理はステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ１２の処理では、粉石灰寄与率算出部１０２ａが、吹錬実績データの吹錬条件の値ｘ_ｍ ^ｎと吹錬条件ｘ_ｍの平均値μ_ｍおよび標準偏差σ_ｍとを以下に示す数式５）に代入することによって、吹錬実績データの吹錬条件の値ｘ_ｍ ^ｎを正規化する。同様に、粉石灰寄与率算出部１０２ａは、粉石灰の寄与率の算出対象であるチャージ（以下、推定チャージと表記）の吹錬条件の値ｘ_ｍ ^０を正規化する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、粉石灰寄与率算出処理はステップＳ１３の処理に進む。

ステップＳ１３の処理では、粉石灰寄与率算出部１０２ａが、以下に示す数式（６）を用いてステップＳ１２の処理によって算出された推定チャージの吹錬条件ｘ_ｍ ^０の正規化値ｕ_ｍ ^０と過去のチャージの吹錬条件ｘ_ｍ ^ｎの正規化値ｕ_ｍ ^ｎとの類似度ｌ^ｎをＮ個の吹錬実績データ毎に算出する。なお、以下に示す数式（６）中のパラメータα_ｍは吹錬条件ｍ毎の重み係数を表し、本例では吹錬条件の数ｍ＝１〜３としている。類似度ｌ^ｎの値は、正規化値ｕ_ｍ ^０と正規化値ｕ_ｍ ^ｎとの類似度が高いほど小さく算出される。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、粉石灰寄与率算出処理はステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１４の処理では、粉石灰寄与率算出部１０２ａが、ステップＳ１３の処理によって算出された類似度ｌ^ｎが小さい順に、換言すれば、正規化値ｕ_ｍ ^０との類似度が高い順に、Ｎ個の吹錬実績データからｋ個の吹錬実績データを抽出する。そして、粉石灰寄与率算出部１０２ａは、以下に示す数式（７）を利用して抽出されたｋ個の吹錬実績データの重み係数Ｗ^ｋを算出する。なお、数式（７）中のパラメータｐは所定の定数を示し、パラメータｌ_ｓｏｒｔ ^ｋは類似度ｌ^ｎの昇順に並び替えた後のｋ番目の類似度を示し、パラメータσ_ｌは類似度ｌ^ｎの標準偏差を示している。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、粉石灰寄与率算出処理はステップＳ１５の処理に進む。

ステップＳ１５の処理では、粉石灰寄与率算出部１０２ａが、以下に示す数式（８）を用いて推定チャージにおける粉石灰の寄与率ｙ^０を推定する。具体的には、過去チャージの寄与率ｙ^ｋを以下に示す数式（９）のようにベクトル表記し、過去チャージの吹錬条件ｘ_ｍ ^ｋを以下に示す数式（１０）のような行列で表現し、粉石灰の寄与率ｙ^０の算出式の係数ａ_ｍを以下に示す数式（１１）のようにベクトル表記し、過去チャージの吹錬条件ｘ_ｍ ^ｋの重みＷ^ｋを以下に示す数式（１２）のような行列で表現すると、粉石灰の寄与率ｙ^０の算出式の係数ベクトルは以下に示す数式（１３）のように表される。従って、粉石灰の寄与率ｙ^０を推定する際、粉石灰寄与率算出部１０２ａは、数式（１３）を利用して粉石灰の寄与率ｙ^０の算出式の係数ａ_ｍを算出し、算出された係数ａ_ｍと推定チャージの吹錬条件ｘ_ｍ ^０とを数式（８）に代入することにより、粉石灰の寄与率ｙ^０を算出する。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、一連の粉石灰寄与率算出処理は終了する。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である吹錬制御システム１００では、吹錬制御装置１０２が、吹錬条件がこれから実行する吹錬処理における吹錬条件に類似する過去の吹錬処理の実績データを利用して、吹錬条件および脱燐処理に対する粉石灰の寄与率Ｒをそれぞれ入力変数および出力変数とする回帰式を作成し、作成された回帰式にこれから実行する吹錬処理における吹錬条件を入力することによって、これから実行する吹錬処理における脱燐処理に対する粉石灰の寄与率Ｒを算出し、算出された粉石灰の寄与率Ｒに基づいて溶銑に投入する塊石灰の量を制御する。すなわち、吹錬制御装置１０２は、吹錬条件に基づいて粉石灰の寄与率Ｒを評価し、評価結果に基づいて溶銑に投入する塊石灰の量を制御する。これにより、粉石灰および塊石灰の添加量を適切に制御し、吹錬処理におけるスラグの生成量および溶銑温度を脱燐反応に適した温度に保持するための熱源を削減することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例、および運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

１吹錬処理設備
２溶銑
３溶銑鍋
４上吹きランス
６貯蔵タンク
７固体酸素源
１０ホッパー
１１搬送装置
１２シュート
１３塊状の石灰（塊石灰）
１００吹錬制御システム
１０１吹錬実績データベース
１０２吹錬制御装置
１０２ａ粉石灰寄与率算出部
１０２ｂ石灰供給量制御部

Claims

溶銑の吹錬処理の際に粉状の石灰と塊状の石灰とを溶銑に添加することによって溶銑中の燐濃度を制御する溶銑吹錬処理の制御方法であって、
吹錬条件がこれから実行する吹錬処理における吹錬条件に類似する過去の吹錬処理の実績データを利用して、吹錬条件および脱燐処理に対する粉状の石灰の寄与率をそれぞれ入力変数および出力変数とする回帰式を作成する回帰式作成ステップと、
前記回帰式作成ステップにおいて作成された回帰式にこれから実行する吹錬処理における吹錬条件を入力することによって、これから実行する吹錬処理における脱燐処理に対する前記粉状の石灰の寄与率を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにおいて算出された前記粉状の石灰の寄与率に基づいて前記溶銑に投入する塊状の石灰の量を制御する制御ステップと、
を含むことを特徴とする溶銑吹錬処理の制御方法。
前記吹錬条件は、溶銑の燐濃度、溶銑の温度、溶銑のシリコン濃度、スラグの塩基度、および吹止温度のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の溶銑吹錬処理の制御方法。
溶銑の吹錬処理の際に粉状の石灰と塊状の石灰とを溶銑に添加することによって溶銑中の燐濃度を制御する溶銑吹錬処理の制御装置であって、
吹錬条件がこれから実行する吹錬処理における吹錬条件に類似する過去の吹錬処理の実績データを利用して、吹錬条件および脱燐処理に対する粉状の石灰の寄与率をそれぞれ入力変数および出力変数とする回帰式を作成する回帰式作成手段と、
前記回帰式作成手段によって作成された回帰式にこれから実行する吹錬処理における吹錬条件を入力することによって、これから実行する吹錬処理における脱燐処理に対する前記粉状の石灰の寄与率を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記粉状の石灰の寄与率に基づいて前記溶銑に投入する塊状の石灰の量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする溶銑吹錬処理の制御装置。