JP6687080B2

JP6687080B2 - 溶湯温度補正装置、溶湯温度補正方法、及び溶湯の製造方法

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Publication number: JP6687080B2
Application number: JP2018191355A
Authority: JP
Inventors: 富山　伸司; 伸司富山; 寛人加瀬; 雄三花園
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2038-10-10
Also published as: JP2019073799A

Description

本発明は、鉄鋼業の精錬設備において吹錬処理中の溶湯の温度計測値を補正する溶湯温度補正装置、溶湯温度補正方法、及び溶湯の製造方法に関するものである。

製鉄所では、高炉において鉄鉱石を溶解した後、精錬設備において溶湯の成分濃度及び温度を調整する。精錬設備には、予備処理設備、転炉、及び二次精錬設備と処理目的に応じて様々なものがある。例えば精錬設備の代表格である転炉では、炉内に酸素を吹き込むことによって溶湯中の不純物の除去及び昇温を行う吹錬処理を実行し、吹錬処理後の溶湯の成分濃度及び温度が指定された範囲内に収まるように制御が行われる。しかしながら、溶湯中の酸化反応は激しく、溶湯が高温になるため、溶湯中の成分濃度や温度を時々刻々計測することは困難である。

このため、現実の操業では、吹錬処理中の溶湯をサンプリングし、サンプリングによって得られた溶湯の成分濃度や温度の情報及び反応モデル式に基づいて吹錬処理終了までの吹錬処理制御の計算を行っている。例えば特許文献１には、サンプリングした溶湯温度とサンプリング以後の溶湯昇温モデル式とに基づいて送酸量や冷却材投入量を計算する方法が記載されている。また、特許文献２には、サンプリングした溶湯温度と排ガス情報（排ガスの流量や成分）とに基づいて酸化反応量を推定して溶湯温度をリアルタイムで推定する方法が記載されている。

特開平２−１１５３１４号公報特開平２−１９４１２号公報特許第５８５４１７１号公報特開２０１７−０８９００１号公報

特許文献１や特許文献２に記載されている方法は、サンプリングした溶湯温度が正確に計測されていることを前提としている。しかしながら、一般に、吹錬処理中の溶湯から温度計測のために採取されるサンプルは溶湯のごく一部であることから、吹錬処理中に溶湯が不均一な状態になっている場合、サンプリングした溶湯温度に誤差が含まれている可能性が高い。結果、サンプリングした溶湯温度と反応モデル式とに基づいて計算を行っても吹錬処理制御の精度が悪化し、成分濃度及び温度が所望の範囲内にある溶湯を歩留まりよく製造できない可能性がある。

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、吹錬処理中の溶湯の温度計測値を精度よく補正可能な溶湯温度補正装置及び溶湯温度補正方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、成分濃度及び温度が所望の範囲内にある溶湯を歩留まりよく製造可能な溶湯の製造方法を提供することにある。

本発明に係る溶湯温度補正装置は、精錬設備における吹錬処理中及び吹錬処理後の溶湯の成分濃度及び温度の計測値、前記精錬設備から排出された排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、前記精錬設備の炉内への酸素の供給量、吹錬処理前の溶湯の重量、成分濃度、及び温度の計測値、及び吹錬処理中に投入された副原料の重量を含む入力情報を用いた炭素及び酸素の収支計算に基づいて、過去チャージについて吹錬処理中に生成される反応熱量の時系列情報を計算する生成熱計算部と、吹錬処理前及び吹錬処理後の溶湯の温度と前記反応熱量の時系列情報とを用いて、過去チャージについて吹錬処理中の溶湯の温度を推定し、吹錬処理中の溶湯の温度の推定値と計測値との差を途中温度誤差として計算する温度誤差計算部と、過去チャージの途中温度誤差に基づいて、吹錬処理中のチャージの途中温度誤差を推定する、又は、吹錬処理中のチャージにおける吹錬処理開始時からの溶湯の温度上昇量を計算する温度誤差推定部と、前記温度誤差推定部によって推定された途中温度誤差、又は、前記温度誤差推定部によって計算された溶湯の温度上昇量を用いて吹錬処理中の溶湯の温度の計測値を補正する温度補正処理部と、を備える。

なお、前記温度誤差推定部は、過去チャージの途中温度誤差に基づいてパラメータを決定した回帰式を用いて前記途中温度誤差を推定する、又は、前記回帰式を用いて前記溶湯の温度上昇量を計算するとよい。

また、前記温度誤差計算部は、吹錬処理の開始時から吹錬処理中の溶湯の温度を計測する時点までの生成熱積算値と吹錬処理の開始時から吹錬処理が完了した溶湯の温度を計測する時点までの生成熱積算値との比が、吹錬処理の開始時から吹錬処理中の溶湯の温度を計測する時点までの溶湯の温度の上昇量と吹錬処理の開始時から吹錬処理が完了した溶湯の温度を計測する時点までの溶湯の温度の上昇量との比が一致するように、吹錬処理中の溶湯の温度を推定するとよい。

本発明に係る溶湯温度補正方法は、精錬設備における吹錬処理中及び吹錬処理後の溶湯の成分濃度及び温度の計測値、前記精錬設備から排出された排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、前記精錬設備の炉内への酸素の供給量、吹錬処理前の溶湯の重量、成分濃度、及び温度の計測値、及び吹錬処理中に投入された副原料の重量を含む入力情報を用いた炭素及び酸素の収支計算に基づいて、過去チャージについて吹錬処理中に生成される反応熱量の時系列情報を計算する生成熱計算ステップと、吹錬処理前及び吹錬処理後の溶湯の温度と前記反応熱量の時系列情報とを用いて、過去チャージについて吹錬処理中の溶湯の温度を推定し、吹錬処理中の溶湯の温度の推定値と計測値との差を途中温度誤差として計算する温度誤差計算ステップと、過去チャージの途中温度誤差に基づいて、吹錬処理中のチャージの途中温度誤差を推定する、又は、吹錬処理中のチャージにおける吹錬処理開始時からの溶湯の温度上昇量を計算する温度誤差推定ステップと、前記温度誤差推定ステップにおいて推定された途中温度誤差、又は、前記温度誤差推定ステップにおいて計算された溶湯の温度上昇量を用いて吹錬処理中の溶湯の温度の計測値を補正する温度補正処理ステップと、を含む。

本発明に係る溶湯の製造方法は、本発明に係る溶湯温度補正方法によって補正された吹錬処理中の溶湯の温度の計測値を用いて吹錬処理を制御することによって溶湯を製造するステップを含む。

本発明に係る溶湯温度補正装置及び溶湯温度補正方法によれば、吹錬処理中の溶湯の温度計測値を精度よく補正することができる。また、本発明に係る溶湯の製造方法によれば、成分濃度及び温度が所望の範囲内にある溶湯を歩留まりよく製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態である溶湯温度補正装置の構成を示す模式図である。図２は、図１に示す演算処理部による演算処理の内容を説明するためのブロック図である。図３は、本発明の一実施形態である過去チャージ補正処理の流れを示すフローチャートである。図４は、関数Ｇ_ｉの特性曲線の一例を示す図である。図５は、本発明の第１の実施形態である現在チャージ補正処理の流れを示すフローチャートである。図６は、本発明の第２の実施形態である現在チャージ補正処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態である溶湯温度補正装置の構成及びその動作について説明する。

〔溶湯温度濃度補正装置の構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である溶湯温度補正装置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溶湯温度補正装置１の構成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溶湯温度補正装置１は、鉄鋼業の精錬設備２で吹錬処理されている溶湯１０１の温度計測値を補正する装置である。ここで、精錬設備２は、転炉１００、ランス１０２、及び、ダクト１０４を備えている。転炉１００内の溶湯（溶鋼）１０１上にはランス１０２が配置されている。ランス１０２の先端から下方の溶湯１０１に向けて高圧酸素が噴出される。この高圧酸素によって溶湯１０１内の不純物が酸化されてスラグ１０３内に取り込まれる（吹錬処理）。転炉１００の上部には、排ガス導煙用のダクト１０４が設置されている。

ダクト１０４の内部には、排ガス検出部１０５が配置されている。排ガス検出部１０５は、吹錬処理に伴い排出される排ガスの流量及び排ガス中の成分（例えば、ＣＯ，ＣＯ_２，Ｏ_２等）を検出する。排ガス検出部１０５は、例えばダクト１０４内に設けられたオリフィスの前後の差圧に基づいてダクト１０４内の排ガスの流量を計測する。また、排ガス検出部１０５は、排ガス中の各成分の濃度［％］を計測する。排ガスの流量及び成分濃度は、例えば数秒周期で計測される。排ガス検出部１０５の検出結果を示す信号は制御端末１０に送られる。

転炉１００内の溶湯１０１には、転炉１００の底部に形成されている通気孔１０６を介して撹拌ガスが吹き込まれる。撹拌ガスは、Ａｒ等の不活性ガスである。吹き込まれた撹拌ガスは、溶湯１０１を撹拌し、高圧酸素と溶湯１０１との反応を促進する。流量計１０７は、転炉１００に吹き込まれる撹拌ガスの流量を計測する。吹錬処理開始直前及び吹錬処理後には、溶湯１０１の温度及び成分濃度の分析が行われる。また、溶湯１０１の温度及び成分濃度は、吹錬処理途中で一度又は複数回計測され、計測された温度及び成分濃度に基づいて計測時点以降の高圧酸素の供給量（送酸量）及び速度（送酸速度）や撹拌ガスの流量（撹拌ガス流量）等が決められる。

溶湯温度補正装置１が適用される吹錬制御システムは、制御端末１０、溶湯温度補正装置１、及び表示装置（ＣＲＴ）２０を主な構成要素として備えている。制御端末１０は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成され、溶湯１０１の成分濃度及び温度が所望の範囲内になるように送酸量、送酸速度、及び撹拌ガス流量を制御すると共に、送酸量、送酸速度、及び撹拌ガス流量の実績値のデータを収集する。

溶湯温度補正装置１は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成されている。溶湯温度補正装置１は、入力装置１１、実績データベース（実績ＤＢ）１２、演算処理部１３、及び出力装置１４を備えている。

入力装置１１は、精錬設備２に関する各種の計測結果及び実績情報が入力される入力用インターフェースである。入力装置１１には、キーボード、マウス、ポインティングディバイス、データ受信装置、及びグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）等がある。入力装置１１は、実績データやモデルパラメータ設定値等を外部から受け取り、その情報の実績ＤＢ１２への書き込みや演算処理部１３への送信を行う。入力装置１１には、精錬設備２における吹錬処理開始前、吹錬処理中、及び吹錬処理後の少なくともいずれか一つの溶湯１０１の温度及び成分濃度についての計測結果が入力される。溶湯１０１の温度及び成分濃度についての計測結果は、例えばオペレータによる手入力や記録媒体からの読み込み入力等によって入力装置１１に入力される。また、入力装置１１には、制御端末１０から実績情報が入力される。この実績情報には、排ガス検出部１０５によって計測された排ガスの流量及び排ガスの成分濃度についての情報、送酸量及び送酸速度の情報、撹拌ガス流量の情報、原料（主原料、副原料）投入量の情報、及び溶湯１０１の温度情報等が含まれる。

演算処理部１３は、ＣＰＵ等の演算処理装置であり、溶湯温度補正装置１全体の動作を制御する。ここで、図２を参照して、演算処理部１３による演算処理の内容について説明する。図２は、演算処理部１３による演算処理の内容を説明するためのブロック図である。図２に示すように、演算処理部１３は、吹錬処理が終了したチャージ（過去チャージ）の温度計測値の補正計算を行う過去チャージ補正モジュール１３ａと、現在吹錬処理を行っているチャージの吹錬処理中の温度計測値を補正する現在チャージ補正モジュール１３ｂと、を備えている。

過去チャージ補正モジュール１３ａは、１つのチャージの吹錬処理が終了した時点又は吹錬処理が終了したチャージの送酸量情報、排ガス情報、投入副原料情報、吹錬処理前及び吹錬処理後の溶湯１０１及びスラグ１０３の成分濃度の計測結果、吹錬処理前、吹錬処理途中、及び吹錬処理後の溶湯１０１の温度の計測結果が実績ＤＢ１２に保存された時点で起動し、熱収支計算に基づいて過去チャージの温度計測値の誤差を計算して実績ＤＢ１２に保存する。過去チャージ補正モジュール１３ａは、物理モデルに基づいて吹錬処理の開始から終了までの生成熱（反応熱量）の時系列情報を計算する生成熱計算部１３ａ１と、計算された生成熱の時系列情報に基づいて過去チャージにおける吹錬処理途中の温度計測値の誤差を計算する温度誤差計算部１３ａ２と、を備えている。

一方、現在チャージ補正モジュール１３ｂは、現在吹錬処理を行っているチャージにおいて吹錬処理途中の溶湯温度が計測されたタイミングで起動し、過去チャージの温度誤差計算結果と実績情報、及び現在吹錬処理を実行しているチャージの実績情報に基づいて現在吹錬処理を実行しているチャージの吹錬処理途中の溶湯温度を補正する。現在チャージ補正モジュール１３ｂは、過去チャージと現在吹錬処理を行っているチャージとのデータを用いた計算により現在吹錬処理を実行しているチャージの吹錬処理途中における溶湯１０１の温度誤差を推定する温度誤差推定部１３ｂ１と、推定された温度誤差を用いて吹錬処理途中の溶湯１０１の温度計測値を補正する温度補正処理部１３ｂ２と、を備えている。

溶湯温度補正装置１で補正された溶湯１０１の温度計測値は、実績ＤＢ１２及び制御端末１０に送信され、吹錬処理途中温度計測時点以降に必要な酸素量計算、冷却材計算、又はリアルタイムの溶湯状態推定（溶湯温度、溶湯中成分濃度）等で用いられる。

出力装置１４は、演算処理部１３による補正結果を出力する。出力装置１４は、制御端末１０及び表示装置２０とそれぞれ接続されており、制御端末１０及び表示装置２０に対して補正結果を出力する。制御端末１０は、出力装置１４から送られる補正結果に基づいて送酸量や送酸速度、撹拌ガス流量等の操作量を調節することにより、溶湯１０１中の成分濃度及び溶湯１０１の温度を所望の範囲内に調整する。また、表示装置（ＣＲＴ）２０は、出力装置１４から送られる補正結果を画面等の表示部にチャート表示する。

このような構成を有する溶湯温度補正装置１は、以下に示す過去チャージ補正処理及び現在チャージ補正処理を実行することにより、吹錬処理中の溶湯１０１の温度計測値を精度よく補正する。以下、図３〜図５を参照して、過去チャージ補正処理及び現在チャージ補正処理を実行する際の溶湯温度補正装置１の動作について説明する。

〔過去チャージ補正処理〕
図３は、本発明の一実施形態である過去チャージ補正処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、溶湯温度補正装置１が起動されたタイミングで開始となり、過去チャージ補正処理はステップＳ１の処理に進む。なお、本実施形態は、吹錬処理途中の溶湯１０１の温度計測を１回だけ行う操業に本発明を適用したものである。但し、本発明は本実施形態に限定されることはなく、吹錬処理途中の溶湯１０１の温度計測を複数回行う操業に対しても適用可能である。

ステップＳ１の処理では、生成熱計算部１３ａ１が、吹錬処理が終了したチャージ（最新チャージ）の実績データ（吹錬処理前後及び吹錬処理途中の溶湯１０１の成分濃度及び温度の情報、吹錬処理中の排ガス情報、各種操作量等）が実績ＤＢ１２に送信されて保存されたか否かを判別する。判別の結果、実績データが保存された場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、生成熱計算部１３ａ１は、過去チャージ補正処理をステップＳ２の処理に進める。一方、実績データが保存されていない場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、生成熱計算部１３ａ１は、所定時間が経過した後、再度ステップＳ１の処理を実行する。

ステップＳ２の処理では、生成熱計算部１３ａ１が、実績ＤＢ１２から最新チャージの実績データを読み込む。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、過去チャージ補正処理はステップＳ３の処理に進む。

ここで、ステップＳ２の処理において生成熱計算部１３ａ１が読み込む実績データの例を以下に示す。

（ａ）溶湯・スラグ情報
（ａ−１）初期溶湯温度（単位：℃）：Ｔ^ｉ
（ａ−２）初期溶湯中Ｃ濃度（単位：％）：ｘ_Ｃ ^ｉ
（ａ−３）初期溶湯中Ｓｉ濃度（単位：％）：ｘ_Ｓｉ ^ｉ
（ａ−４）初期溶湯中Ｍｎ濃度（単位：％）：ｘ_Ｍｎ ^ｉ
（ａ−５）初期溶湯中Ｐ濃度（単位：％）：ｘ_Ｐ ^ｉ
（ａ−６）初期溶湯中Ｏ濃度（単位：％）：ｘ_Ｏ ^ｉ
（ａ−７）吹錬処理後溶湯温度（単位：℃）：Ｔ^ｆ
（ａ−８）吹錬処理後溶湯中Ｃ濃度（単位：％）：ｘ_Ｃ ^ｆ
（ａ−９）吹錬処理後溶湯中Ｓｉ濃度（単位：％）：ｘ_Ｓｉ ^ｆ
（ａ−１０）吹錬処理後溶湯中Ｍｎ濃度（単位：％）：ｘ_Ｍｎ ^ｆ
（ａ−１１）吹錬処理後溶湯中Ｐ濃度（単位：％）：ｘ_Ｐ ^ｆ
（ａ−１２）吹錬処理後溶湯中Ｏ濃度（単位：％）：ｘ_Ｏ ^ｆ
（ａ−１３）吹錬処理後スラグ中ＦｅＯ重量割合（単位：％）：ｘ_ＦｅＯ ^ｆ
（ａ−１４）吹錬処理後スラグ重量（単位：ｔｏｎ）：ｗ_ｓｌａｇ ^ｆ
（ａ−１５）初期溶湯重量（単位：ｔｏｎ）：ｗ_ｐｉｇ ^ｉ
（ａ−１６）初期投入スクラップ重量（単位：ｔｏｎ）：ｗ_ＳＣ ^ｉ
（ａ−１７）吹錬処理途中溶湯温度（単位：℃）：Ｔ^ｓ
（ａ−１８）吹錬処理途中Ｃ濃度（単位：％）：ｘ_Ｃ ^ｓ
（ａ−１９）吹錬処理途中Ｏ濃度：ｘ_Ｏ ^ｓ

なお、上記計測値については、例えば特許文献４に記載の技術等によって補正した値を用いてもよい。また、吹錬処理の初期にスクラップ投入がある場合、（ａ−１）初期溶銑温度Ｔ^ｉとスクラップの温度とが大きく乖離している場合があるので、その場合には初期溶湯温度についてはスクラップと溶湯が同じ温度になったときの温度を計算して置き換えるとよい。

（ｂ）排ガス情報
排ガス流量・分析情報は一定周期で収集されている。本実施形態では簡単のため、１秒周期で排ガス計測・分析情報が収集されているものとする。排ガス流量・分析情報には例えば以下のものがある。なお、以下では各情報の収集時刻をｔとしている。排ガス情報については、例えば特許文献３に記載の技術等によって補正した値を用いてもよい。

（ｂ−１）排ガス流量（単位：Ｎｍ^３／Ｈｒ）：Ｖ_ｔ ^ｏｆｆ
（ｂ−２）排ガス分析ＣＯ濃度（単位：％）：Ｘ_ｔ ^ＣＯ
（ｂ−３）排ガス分析ＣＯ_２濃度（単位：％）：Ｘ_ｔ ^ＣＯ２
（ｂ−４）排ガス分析Ｏ_２濃度（単位：％）：Ｘ_ｔ ^Ｏ２
（ｂ−５）排ガス分析Ａｒ濃度（単位：％）：Ｘ_ｔ ^Ａｒ
（ｂ−６）排ガス分析Ｎ_２濃度（単位：％）：Ｘ_ｔ ^Ｎ２

（ｃ）操作量情報
（ｃ−１）上吹酸素流量（単位：Ｎｍ^３／Ｈｒ）：Ｖ_ｔ ^Ｏ−ｉｎ
（ｃ−２）底吹ガス流量（単位：Ｎｍ^３／Ｈｒ）：Ｖ_ｔ ^ｓｔｉｒ
（ｃ−３）副原料投入量（単位：ｋｇ）：ω_ｔ ^ｊ

ここで、副原料投入量ω_ｔ ^ｊは時刻ｔ−１から時刻ｔまでの間に投入された副原料重量を意味しており、添え字ｊは副原料の銘柄を示している。副原料の銘柄ｊに含まれる成分に関しては以下のパラメータが設定される。なお、ρ_ｊ ^Ｏは溶湯１０１中のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐの酸化に寄与できる酸素重量の割合を示し、η_ｊは副原料銘柄ｊの１ｋｇあたりの溶解熱を示す。また、副原料投入量ω_ｔ ^ｊについても、例えば特許文献３に記載の技術等によって補正した値を使ってもよい。

（ｄ−１）酸素重量割合（単位：％）：ρ_ｊ ^Ｏ
（ｄ−２）副原料冷却効果（単位：ｋｃａｌ／ｋｇ）：η_ｊ

ステップＳ３の処理では、生成熱計算部１３ａ１が、ステップＳ２の処理において読み込んだ実績データを用いて、最新チャージの吹錬処理の開始時刻から終了時刻までの間の炉内反応に関連する熱量を計算する。具体的には、生成熱計算部１３ａ１は、最新チャージの吹錬処理の開始時刻から終了時刻までの間の溶湯中成分の酸化反応熱量、スクラップ及び副原料の融解熱量、及び排ガス等で炉外に出て行った熱量を計算する。

ここで、溶湯中成分の酸化反応熱量は例えば以下に示す要領で計算できる。すなわち、溶湯１０１中の炭素（Ｃ）の酸化量は、排ガス中に含まれるＣＯ及びＣＯ_２の量から推定できる。詳しくは、転炉内で単位時間に酸化された炭素量であるΔＣ_ｔ（ｋｇ／ｓｅｃ）は以下に示す数式（１）により計算できる。

また、溶湯１０１中のＳｉ，Ｍｎ，Ｐの酸化量は酸化物がスラグ内に取り込まれるため、スラグ中の成分を分析すれば知ることができる。リアルタイムでスラグ成分分析を行うことが難しい場合には、物理モデルを使用して酸化量を推定する。本実施形態では、簡略に送酸流量及び初期溶湯中成分濃度によって酸化量が決まるモデル式を採用し、成分（Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ）毎にモデル式のパラメータを設定する。詳しくは、各成分の酸化量をΔＳｉ_ｔ，ΔＭｎ_ｔ，ΔＰ_ｔ（いずれも単位はｋｇ／ｓｅｃ）として、以下に示す数式（２）〜（４）で表すことができる。

なお、数式（２）〜（４）の右辺のＦ_Ｓｉ，Ｆ_Ｍｎ，Ｆ_Ｐは関数を意味しており、引数である括弧内の第１項は吹錬処理開始時刻、第２項は現在時刻、第３項は送酸量の合計値、第４項は投入された副原料中酸素量の合計値を表している。本来各成分の酸化量は合計値だけではなく供給酸素量の変化にも影響を受けるが、ここでは簡単のため供給酸素量の合計値を引数として用いている。また上記成分以外に主成分の鉄も酸化される。この値は供給された酸素量から上記他成分の酸化に使われた酸素量を引いた値分の酸素が全て鉄の酸化に寄与したものと仮定して以下に示す数式（５）により計算することができる。

上記数式（５）の右辺第１項目は供給された上吹酸素量、第２項目は副原料中の酸素量、第３項目以降が鉄以外の酸化に使われた酸素量を意味する。数式（５）中のパラメータＫ_Ｃ，Ｋ_Ｓｉ，Ｋ_Ｍｎ，Ｋ_Ｐはそれぞれ、各成分の酸化量を“酸化に使われた酸素量”に変換するための係数である。これらの係数は計測情報を引数とする関数で決定してもよいし、簡単のため固定値にしてもよい。これにより、溶湯中成分の酸化反応熱量は以下に示す数式（６）により表すことができる。

なお、数式（６）中のパラメータＨ_Ｃ，Ｈ_Ｓｉ，Ｈ_Ｍｎ，Ｈ_Ｐはそれぞれ、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐの酸化量を熱量（Ｋｃａｌ／ｓｅｃ）に換算するためのパラメータを示し、パラメータＨ_ＦｅはＦｅの酸化に使われた酸素量を熱量（Ｋｃａｌ／ｓｅｃ）に換算するためのパラメータを示す。

次にスクラップ及び副原料の融解熱量であるが、これは吹錬処理開始前に炉内に装入されるスクラップ及び吹錬処理中に投入される副原料が溶湯１０１中で溶解する際に奪われる熱量を意味する。これについても以下の数式（７）に示す物理モデルを使用して計算する。

数式（７）は時刻ｔにおける副原料ｊの溶解熱（Ｋｃａｌ／ｓｅｃ）を示しており、数式（７）のΣ記号中のＧ_ｊは投入した副原料の溶解速度（ｋｇ／ｓｅｃ）を計算するための関数であり、具体的には時刻τに投入された重量（副原料投入量）ω_τ ^ｊの副原料（銘柄ｊ）の時刻ｔでの溶解速度（ｋｇ／ｓｅｃ）が計算される。図４に関数Ｇ_ｊの特性曲線の一例を示す。図４に示すように、溶解が進むにつれて溶解速度も低減していくような関数Ｇ_ｊが設定される。なお、この関数Ｇ_ｊを時刻ｔについて積分した値は、投入した副原料投入量ω_ｔ ^ｊに一致する。ここで、溶解速度は溶湯温度にも影響されるが、本実施形態では簡単のため投入からの経過時間と投入量で決まる関数を用いている。吹錬処理開始前に炉内に装入するスクラップについても同様の関数を定義する。スクラップ及び副原料の融解熱量は以下に示す数式（８）にまとめられる。なお、数式（８）において、ｑ_ｔ ^ＳＣはスクラップの溶解熱（Ｋｃａｌ／ｓｅｃ）を意味している。

最後に排ガス等で炉外に出て行った熱量であるが、炉内反応で生成された熱量のうち一部は排ガスと共に炉外へ排出される。ここでは、この熱量は（排ガス温度は一定と仮定し）成分毎に排ガス流量に比例するものとして、成分毎の出て行った熱量を計算する。以下、この熱量をＱ_ｔ ^Ｃ（Ｋｃａｌ／ｓｅｃ）とする。

溶湯中成分の酸化反応熱量、スクラップ及び副原料の融解熱量、及び排ガス等で炉外に出て行った熱量を用いて炉内の温度上昇のために与えられる熱量をまとめると、以下の数式（９）に示す時系列熱量Ｑ_ｔ ^{ＴＯＴＡＬ}のようになる。但し、ここでは炉体から奪われる熱は考慮していない。

ステップＳ４の処理では、温度誤差計算部１３ａ２が、ステップＳ３の処理において計算された時系列熱量Ｑ_ｔ ^{ＴＯＴＡＬ}（ｔ＝ｔ_０，…，ｔ_ｆ）に基づいて吹錬処理途中の温度計測時点での溶湯温度の誤差を計算する。ここで、ｔ_ｆは吹錬処理終了時刻を意味する。具体的には、まず、温度誤差計算部１３ａ２は、時系列熱量Ｑ_ｔ ^{ＴＯＴＡＬ}（ｔ＝ｔ_０，…，ｔ_ｆ）を積算した値を以下に示す数式（１０）に従って計算する。

次に、温度誤差計算部１３ａ２は、以下に示す２つの比（ｉ），（ｉｉ）が等しいものと仮定する。

（ｉ）吹錬処理開始時刻ｔ_０から吹錬処理途中温度計測時刻ｔ_ｓまでの積算熱量と吹錬処理開始時刻ｔ_０から吹錬処理終了時刻ｔ_ｆまでの積算熱量との比
（ｉｉ）吹錬処理開始時刻ｔ_０から吹錬処理途中温度計測時刻ｔ_ｓまでに上昇した温度と、吹錬処理開始時刻ｔ_０から吹錬処理終了時刻ｔ_ｆまでに上昇した温度との比

上記の仮定が成り立つ場合には、以下に示す数式（１１）が成立する。

ここで、数式（１１）において、Ｔ_０ ^ｉ，Ｔ_０ ^ｓ，Ｔ_０ ^ｆはそれぞれ、吹錬処理開始時点、吹錬処理途中温度計測時点、及び吹錬処理終了時点での溶湯温度の真値を意味する。

この数式（１１）から吹錬処理途中温度（吹錬処理途中計測時点の温度）は以下に示す数式（１２）で示すことができる。

さらに、吹錬処理開始時点の溶湯温度計測値と吹錬処理終了時点の溶湯温度計測値の計測誤差が小さく真値と同じとみなすことができると仮定すると、すなわちＴ_０ ^ｉ＝Ｔ^ｉ、且つ、Ｔ_０ ^ｆ＝Ｔ^ｆであると仮定すると、吹錬処理途中温度の真値は以下に示す数式（１３）で計算できる。これにより、ステップＳ４の処理は終了し、過去チャージ補正処理はステップＳ５の処理に進む。

ステップＳ５の処理では、温度誤差計算部１３ａ２が、吹錬処理途中で計測した溶湯温度の実測値の誤差Ｔ^ｓ−Ｔ_０ ^ｓを計算し、計算された誤差Ｔ^ｓ−Ｔ_０ ^ｓを実績ＤＢ１２に送信して保存する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、一連の過去チャージ補正処理は終了する。

〔現在チャージ補正処理〕
次に、図５及び図６を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態である現在チャージ補正処理の流れについて説明する。

［第１の実施形態］
まず、図５を参照して、本発明の第１の実施形態である現在チャージ補正処理の流れについて説明する。図５は、本発明の第１の実施形態である現在チャージ補正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、吹錬処理中チャージにおいて吹錬処理途中サンプリングの温度及び成分濃度の計測が完了し、溶湯温度補正装置１が吹錬処理途中サンプリングの温度及び成分濃度の情報を受信したタイミングで開始となり、現在チャージ補正処理はステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、温度誤差推定部１３ｂ１が、吹錬処理中チャージの操業情報及び処理関連情報を取得する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、現在チャージ補正処理はステップＳ１２の処理に進む。

ここで、ステップＳ１１の処理において取得する操業情報の例を以下に示す。

（ｅ）操業情報
（ｅ−１）初期溶銑情報（溶銑成分、溶銑温度等）
（ｅ−２）制御情報（上吹酸素流量パターン、ランス高さパターン、底吹きガス流量パターン、目標温度、目標成分濃度）
（ｅ−３）吹錬処理中計測情報（排ガス流量・成分情報、吹錬処理途中温度、吹錬処理途中成分）

また、ステップＳ１１の処理において取得する処理関連情報の例を以下に示す。
（ｆ）処理関連情報
（ｆ−１）吹錬処理前の処理についての情報（予備処理の有無、予備処理を行った設備等の情報）
（ｆ−２）炉体に関する情報（耐火物を張り替えた時期に関する情報）
（ｆ−３）初期溶湯の計測作業に関する情報（計測設備、計測〜吹錬処理開始の予定時間）

ステップＳ１２の処理では、温度誤差推定部１３ｂ１が、過去チャージに関する情報を実績ＤＢ１２から抽出する。抽出する情報としては、過去チャージの操業情報、処理関連情報、及び過去チャージ補正モジュール１３ａの計算結果（温度誤差情報、吹錬処理途中積算熱量Ｓ_ｔs ^{ＴＯＴＡＬ}、吹錬処理終了時積算熱量Ｓ_ｔf ^{ＴＯＴＡＬ}）等である。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、現在チャージ補正処理はステップＳ１３の処理に進む。

ステップＳ１３の処理では、温度誤差推定部１３ｂ１が、操業情報及び処理関連情報の中からいくつか選ばれた項目について、吹錬処理中チャージとそれぞれの過去チャージ情報との差を計算し、その重み付き二乗和平方根を計算する。選ばれた情報が操作量パターン等の時系列情報である場合には、パターン形状の差異等を数値化したものを用いればよい。そして、温度誤差推定部１３ｂ１は、過去チャージｋに関する二乗和平方根値ｄ_ｋに対して重み係数ｗ_ｋ＝ｆ（ｄ_ｋ）を計算する。なお、ｆは単調減少関数であり、ｗ_ｋは吹錬処理中チャージと過去チャージｋとが似ている（各項目の差が０に近い）場合に大きな値をとる。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、現在チャージ補正処理はステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１４の処理では、温度誤差推定部１３ｂ１が、ステップＳ１３の処理において計算された重み係数ｗ_ｋをつけた回帰計算を行って回帰式を導出した後、導出した回帰式を用いて吹錬処理中チャージの吹錬処理途中温度の補正量を算出する。以下、回帰計算の説明変数を初期溶湯中炭素濃度ｘ_Ｃ ^ｉ（ｋ）、吹錬処理途中サンプリング時の炭素濃度ｘ_Ｃ ^ｓ（ｋ）、初期溶湯温度Ｔ^ｉ（ｋ）、吹錬処理途中サンプリング時溶湯温度計測値Ｔ^ｓ（ｋ）、吹錬処理途中サンプリング時スラグ量推定値ｗ_ｓｌａｇ ^ｓ（ｋ）、及び吹錬処理開始から吹錬処理途中サンプリング時までの送酸量Ｖ_{Ｏ２−ｔｏｔａｌ} ^ｓ（ｋ）の６変数とした場合の回帰計算について説明する。

この場合、回帰計算では、上記数式（１４）を最小化する回帰パラメータａ_０，ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４，ａ_５，ａ_６を導出する。ここで、β_ｋは過去チャージｋの温度誤差を意味する。この回帰計算は逆行列計算により容易に実行できる。回帰計算で得られた回帰パラメータａ_０，ａ_１，ａ_２，ａ_３，ａ_４，ａ_５，ａ_６を用いて吹錬処理中チャージの吹錬処理途中サンプリング時の溶湯温度誤差（補正量）を計算する。吹錬処理中チャージの初期溶湯中炭素濃度、吹錬処理途中サンプリング時の炭素濃度、初期溶湯温度、吹錬処理途中サンプリング時溶湯温度計測値、吹錬処理途中サンプリング時スラグ量推定値、及び吹錬処理開始から吹錬処理途中サンプリング時までの送酸量をそれぞれ、ｘ_Ｃ ^ｉ（ｎｅｘｔ）、吹錬処理途中サンプリング時の炭素濃度ｘ_Ｃ ^ｓ（ｎｅｘｔ）、初期溶湯温度Ｔ^ｉ（ｎｅｘｔ）、吹錬処理途中サンプリング時溶湯温度計測値Ｔ^ｓ（ｎｅｘｔ）、吹錬処理途中サンプリング時スラグ量推定値ｗ_ｓｌａｇ ^ｓ（ｎｅｘｔ）、及び吹錬処理開始から吹錬処理途中サンプリング時までの送酸量Ｖ_{Ｏ２−ｔｏｔａｌ} ^ｓ（ｎｅｘｔ）とすると、補正量β_ｎｅｘｔは以下に示す数式（１５）の計算で得られる。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、現在チャージ補正処理はステップＳ１５の処理に進む。

ステップＳ１５の処理では、温度補正処理部１３ｂ２が、ステップＳ１４の処理において計算された補正量β_ｎｅｘｔを用いて吹錬処理途中溶湯温度計測値を補正する。補正式を以下の数式（１６）に示す。以後、補正後の吹錬処理途中溶湯温度Ｔ_０ ^ｓ（ｎｅｘｔ）（吹錬処理途中温度補正値）は制御端末及び実績ＤＢ１２に送信される。制御端末１０は、補正後の吹錬処理途中溶湯温度Ｔ_０ ^ｓ（ｎｅｘｔ）に基づいて、吹錬処理途中サンプリング以降で必要な送酸量及び副原料投入量を計算する。また、排ガス情報に基づいた物質・熱収支計算により吹錬処理中の溶湯中温度推移を計算する際の吹錬処理途中温度情報として補正後の吹錬処理途中溶湯温度Ｔ_０ ^ｓ（ｎｅｘｔ）は用いられる。吹錬処理途中溶湯温度の補正によって各計算の精度は向上し、過剰な送酸量や副原料投入量を抑えることが可能になり生産コストが大幅に削減される。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、一連の現在チャージ補正処理は終了する。

［第２の実施形態］
次に、図６を参照して、本発明の第２の実施形態である現在チャージ補正処理の流れについて説明する。図６は、本発明の第２の実施形態である現在チャージ補正処理の流れを示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、吹錬処理中チャージにおいて吹錬処理途中サンプリングの温度及び成分濃度の計測が完了し、溶湯温度補正装置１が吹錬処理途中サンプリングの温度及び成分濃度の情報を受信したタイミングで開始となり、現在チャージ補正処理はステップＳ２１の処理に進む。なお、図６に示すステップＳ２１〜Ｓ２３の処理は、図５に示すステップＳ１１〜Ｓ１３の処理と同じ内容であるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ２４の処理から説明を始める。

ステップＳ２４の処理では、温度誤差推定部１３ｂ１が、ステップＳ２３の処理において計算された重み係数ｗ_ｋをつけた回帰計算を行って回帰式を導出した後、導出した回帰式を用いて吹錬処理中チャージの吹錬処理開始時から吹錬処理途中サンプリング時までの溶湯１０１の温度上昇量（補正量）を算出する。

以下、回帰計算の説明変数を、吹錬処理開始時から吹錬処理途中サンプリング時までの発生熱量計算値Ｓ_ｔｓ ^{ＴＯＴＡＬ}（ｋ）、初期溶湯温度Ｔ^ｉ（ｋ）、吹錬処理途中サンプリング時溶湯温度計測値Ｔ^ｓ（ｋ）、吹錬処理途中サンプリング時スラグ量推定値ｗ_ｓｌａｇ ^ｓ（ｋ）、及び直前チャージの出鋼完了時刻から吹錬処理開始時刻までの時間間隔τ_{ｉｎｔｅｒｖａｌ}（ｋ）の５変数とした場合の回帰計算について説明する。

この場合、回帰計算では、温度誤差推定部１３ｂ１は、以下に示す数式（１７）の値を最小化する回帰パラメータｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，ｂ_３，ｂ_４，ｂ_５を導出する。ここで、ΔＴ_ｋは、過去チャージｋの吹錬処理開始時から吹錬処理途中サンプリング時までの溶湯１０１の温度上昇量を示し、補正された途中温度Ｔ_０ ^ｓ（ｋ）から初期溶湯温度Ｔ^ｉ（ｋ）を減算することによって計算される。この回帰計算は逆行列計算によって容易に実行することができる。回帰パラメータｂ_０，ｂ_１，ｂ_２，ｂ_３，ｂ_４，ｂ_５を導出すると、温度誤差推定部１３ｂ１は、回帰パラメータを用いて吹錬処理中チャージの吹錬処理開始時から吹錬処理途中サンプリング時までの溶湯１０１の温度上昇量を計算する。

吹錬処理開始時から吹錬処理途中サンプリング時までの発生熱量計算値、初期溶湯温度、吹錬処理途中サンプリング時溶湯温度計測値、吹錬処理途中サンプリング時スラグ量推定値、及び直前チャージの出鋼完了時刻から吹錬処理開始時刻までの時間間隔をそれぞれ、Ｓ_ｔｓ ^{ＴＯＴＡＬ}（ｎｅｘｔ）、Ｔ^ｉ（ｎｅｘｔ）、Ｔ^ｓ（ｎｅｘｔ）、ｗ_ｓｌａｇ ^ｓ（ｎｅｘｔ）、及びτ_{ｉｎｔｅｒｖａｌ}（ｎｅｘｔ）とすると、補正量β_ｎｅｘｔは以下に示す数式（１８）を計算することにより得られる。これにより、ステップＳ２４の処理は完了し、現在チャージ補正処理はステップＳ２５の処理に進む。ステップＳ２５の処理は図５に示すステップＳ１５の処理と同じ内容であるので、その説明は省略する。

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溶湯温度補正装置１では、生成熱計算部１３ａ１が、吹錬処理中及び吹錬処理後の溶湯１０１の成分濃度及び温度の計測値、精錬設備から排出された排ガスの流量及び排ガス中の成分濃度の計測結果、精錬設備２の炉内への酸素の供給量、吹錬処理前の溶湯１０１の重量、成分濃度、及び温度の計測値、及び吹錬処理中に投入された副原料の重量を含む入力情報を用いた炭素及び酸素の収支計算に基づいて、過去チャージについて吹錬処理中に生成される反応熱量の時系列情報を計算し、温度誤差計算部１３ａ２が、吹錬処理前及び吹錬処理後の溶湯の温度と反応熱量の時系列情報とを用いて、過去チャージについて吹錬処理中の溶湯１０１の温度を推定し、吹錬処理中の溶湯１０１の温度の推定値と計測値との差を途中温度誤差として計算し、温度誤差推定部１３ｂ１が、過去チャージの途中温度誤差に基づいて、吹錬処理中のチャージの途中温度誤差を推定する、又は、吹錬処理中チャージの吹錬処理開始時からの溶湯１０１の温度上昇量を計算し、温度補正処理部１３ｂ２が、温度誤差推定部１３ｂ１によって推定された途中温度誤差、又は、温度誤差推定部１３ｂ１によって計算された溶湯１０１の温度上昇量を用いて吹錬処理中の溶湯１０１の温度の計測値を補正する。これにより、吹錬処理中の溶湯１０１の温度計測値を精度よく補正することができる。

以上、本発明者ら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及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等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１溶湯温度補正装置
２精錬設備
１０制御端末
１１入力装置
１２実績データベース（実績ＤＢ）
１３演算処理部
１３ａ過去チャージ補正モジュール
１３ａ１生成熱計算部
１３ａ２温度誤差計算部
１３ｂ現在チャージ補正モジュール
１３ｂ１温度誤差推定部
１３ｂ２温度補正処理部
１４出力装置
２０表示装置（ＣＲＴ）
１００転炉
１０１溶湯
１０２ランス
１０３スラグ
１０４ダクト
１０５排ガス検出部
１０６通気孔
１０７流量計

Claims

精錬設備における吹錬処理中及び吹錬処理後の溶湯の成分濃度及び温度の計測値、前記精錬設備から排出された排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、前記精錬設備の炉内への酸素の供給量、吹錬処理前の溶湯の重量、成分濃度、及び温度の計測値、及び吹錬処理中に投入された副原料の重量を含む入力情報を用いた炭素及び酸素の収支計算に基づいて、過去チャージについて吹錬処理中に生成される反応熱量の時系列情報を計算する生成熱計算部と、
吹錬処理前及び吹錬処理後の溶湯の温度と前記反応熱量の時系列情報とを用いて、過去チャージについて吹錬処理中の溶湯の温度を推定し、吹錬処理中の溶湯の温度の推定値と計測値との差を途中温度誤差として計算する温度誤差計算部と、
過去チャージの途中温度誤差に基づいて、吹錬処理中のチャージの途中温度誤差を推定する、又は、吹錬処理中のチャージにおける吹錬処理開始時からの溶湯の温度上昇量を計算する温度誤差推定部と、
前記温度誤差推定部によって推定された途中温度誤差、又は、前記温度誤差推定部によって計算された溶湯の温度上昇量を用いて吹錬処理中の溶湯の温度の計測値を補正する温度補正処理部と、
を備えることを特徴とする溶湯温度補正装置。
前記温度誤差推定部は、過去チャージの途中温度誤差に基づいてパラメータを決定した回帰式を用いて前記途中温度誤差を推定する、又は、前記回帰式を用いて前記溶湯の温度上昇量を計算することを特徴とする請求項１に記載の溶湯温度補正装置。
前記温度誤差計算部は、吹錬処理の開始時から吹錬処理中の溶湯の温度を計測する時点までの生成熱積算値と吹錬処理の開始時から吹錬処理が完了した溶湯の温度を計測する時点までの生成熱積算値との比が、吹錬処理の開始時から吹錬処理中の溶湯の温度を計測する時点までの溶湯の温度の上昇量と吹錬処理の開始時から吹錬処理が完了した溶湯の温度を計測する時点までの溶湯の温度の上昇量との比が一致するように、吹錬処理中の溶湯の温度を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶湯温度補正装置。
精錬設備における吹錬処理中及び吹錬処理後の溶湯の成分濃度及び温度の計測値、前記精錬設備から排出された排ガスの流量及び該排ガス中の成分濃度の計測結果、前記精錬設備の炉内への酸素の供給量、吹錬処理前の溶湯の重量、成分濃度、及び温度の計測値、及び吹錬処理中に投入された副原料の重量を含む入力情報を用いた炭素及び酸素の収支計算に基づいて、過去チャージについて吹錬処理中に生成される反応熱量の時系列情報を計算する生成熱計算ステップと、
吹錬処理前及び吹錬処理後の溶湯の温度と前記反応熱量の時系列情報とを用いて、過去チャージについて吹錬処理中の溶湯の温度を推定し、吹錬処理中の溶湯の温度の推定値と計測値との差を途中温度誤差として計算する温度誤差計算ステップと、
過去チャージの途中温度誤差に基づいて、吹錬処理中のチャージの途中温度誤差を推定する、又は、吹錬処理中のチャージにおける吹錬処理開始時からの溶湯の温度上昇量を計算する温度誤差推定ステップと、
前記温度誤差推定ステップにおいて推定された途中温度誤差、又は、前記温度誤差推定ステップにおいて計算された溶湯の温度上昇量を用いて吹錬処理中の溶湯の温度の計測値を補正する温度補正処理部と、
を含むことを特徴とする溶湯温度補正方法。
請求項４に記載の溶湯温度補正方法によって補正された吹錬処理中の溶湯の温度の計測値を用いて吹錬処理を制御することによって溶湯を製造するステップを含むことを特徴とする溶湯の製造方法。