JP7319538B2 - 転炉吹錬制御装置、転炉吹錬制御方法およびプログラム - Google Patents
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Description
3(CaO)+5(FeO)+2[P]=(3CaO・P2O5)+5[Fe]
図1は、本発明の一実施形態に係る転炉吹錬制御装置を含む精錬設備の概略的な構成を示す図である。図1に示されるように、精錬設備1は、転炉設備10と、計測制御装置20と、転炉吹錬制御装置30とを含む。以下、各部についてさらに説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る転炉吹錬制御方法の工程を概略的に示すフローチャートである。図示された工程は、例えば転炉11における吹錬処理の開始前に実行される。図示された例では、まず、転炉吹錬制御装置30の脱珪速度定数算出部321が、事前に測定されて記憶部33に格納された溶銑データ331、および後述するような工程で事前に構築された統計モデル332に基づいて、溶銑111の一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出する(ステップS11)。次に、Si濃度推定部322が、溶銑111の吹錬処理前のSi濃度([Si]ini)、および脱珪速度定数算出部321において算出された一次脱珪速度定数kSiの推定値に基づいて、脱珪完了基準時刻tendにおける溶銑111のSi濃度([Si]end)を推定する(ステップS12)。
実操業において、吹錬処理中の所定の時刻、例えば脱珪完了基準時刻tendにおける溶銑111のSi濃度[Si]endを測定することは困難であるため、本実施形態では一次脱珪速度定数kSiを用いる。一次脱珪速度定数kSiは、吹錬処理中の脱珪反応を式(1)のような一次反応で表現した場合の反応速度定数である。式(1)を、吹錬開始時(時刻t=0、溶銑111の吹錬処理前のSi濃度[Si]ini)から脱珪完了基準時刻tend(溶銑111のSi濃度[Si]end)までの区間で積分すると、式(2)が得られる。
ここで、特開2018-95943号公報などに記載されている、溶銑のSi濃度を逐次推定するための複合反応モデルについて、さらに説明する。図3は、複合反応モデルの概念図である。複合反応モデルは、(a)転炉11における吹込み酸素(酸素ガス121)と溶銑111との酸化反応である火点反応、および(b)火点反応が進行する領域を除いた溶銑111とスラグ113との界面領域における反応であるスラグメタル界面反応をそれぞれモデル化したものである。なお、この複合反応モデルにおいて、スラグメタル界面反応は例えばS. Ohguchi et. al、“Simultaneous dephosphorization and desulphurization of molten pig iron”、Ironmaking and Steelmaking、1984年11巻4号、p. 41に記載された競合反応モデルによって表現される。
まず、火点反応を表現する数理モデルについて説明する。火点領域では、上吹きランスなどから溶銑に酸素が供給されることによって、溶銑に含まれるSi、C、およびFeの酸化反応(火点反応)が発生する。火点反応におけるSi、C、およびFeのそれぞれの物質収支は、以下の式(3)~(5)で表される。
次に、スラグメタル界面反応について説明する。スラグメタル界面における溶銑成分に関する反応は、スラグメタル界面における溶銑成分の平衡濃度と火点領域以外における溶銑成分の濃度との差を推進力とする物質移動によって表現される。具体的には、スラグメタル界面において溶銑に含まれる元素Xiの物質収支は、以下の式(14)で表される。なお、本実施形態において、{Xi}={C,Si,Mn,P,Fe}である。式(14)において、[Xi]は火点領域以外の領域における溶銑の元素Xi濃度(%)、Vは火点領域以外の領域における溶銑の体積(m3)、Aはスラグメタル界面の面積(m2)、KXiは元素Xiの物質移動係数(m/sec)、[Xi]*はスラグメタル界面の溶銑に含まれる元素Xiの平衡濃度(%)、[Xi]fは火点領域における溶銑の元素Xi濃度(%)、WXi,SUBは、副原料の投入による溶銑成分である元素Xiの増加を考慮するための投入項(%/sec)である。
上記のようにして算出された一次脱珪速度定数kSiの推定値を用いた転炉吹錬制御の例について、以下で説明する。まず、吹錬開始前に、その時点で構築済みの統計モデルを用いて新たな溶銑データから一次脱珪速度定数kSiの推定値を算出する。その一方で、例えば以下のような手順で脱珪完了基準時刻tendを設定する。
酸素含有副原料として投入される鉄鉱石の必要投入量WFeOre(ton)を以下の式(21)に従って決定する。式(21)において、鉄鉱石の投入量WFeOreは、脱珪完了基準時刻tendにおいて溶銑中に存在すると予想されるSiを酸化(Si+O2→SiO2)させるのに必要な投入量として定義される。式(21)において、αは換算係数(Nm3/(%・ton))であり、化学量論的(理論的)に決定されるαの値は8.0である。WMは溶銑の挿入量(ton)、OFeOreは鉄鉱石の酸素含有量(Nm3/ton)である。
転炉の吹錬制御はスタティック制御とダイナミック制御の2つから構成される。スタティック制御は、吹錬開始前に吹止め時の溶鋼成分濃度および溶鋼温度を目標値に的中させるために必要な吹込み酸素量や副原料(媒溶材や冷材)投入量などの操作量を決定する。これら操作量は物質(酸素)収支と熱収支を基本とする数式モデルを用いて求められる。ダイナミック制御は、サブランス測定による吹錬中の溶鋼温度・炭素濃度実測値を用いて、スタティック制御で求めた操作量(吹込み酸素量や冷材量)を修正し、的中率の向上を図るものである。ダイナミック制御における操作量も、スタティック制御と同様に酸素収支式と熱収支式から構成される数式モデルを用いて求められる。
図6は、本発明の他の実施形態に係る統計モデル構築装置を含む精錬設備の概略的な構成を示す図である。図6に示されるように、精錬設備1Aは、転炉設備10と、計測制御装置20と、統計モデル構築装置30Aとを含む。なお、転炉設備10および計測制御装置20については、図1を参照して説明した例と同様であるため重複した説明は省略する。
Claims (4)
- 転炉の吹錬処理における吹込み酸素と溶銑との酸化反応である火点反応と、火点反応が進行する領域を除いた溶銑とスラグとの界面領域における反応であるスラグメタル界面反応とをモデル化した複合反応モデルを用いて、過去の吹錬時のデータから、過去の吹錬処理毎に、逐次的な溶銑のSi濃度の推定値(%)を算出する、Si濃度逐次推定部と、
吹錬終了時の溶銑のSi濃度[Si]end (%)を仮定し、
吹錬処理毎に、仮定した前記吹錬終了時の溶銑のSi濃度[Si]end (%)と、溶銑データにおける吹錬開始前の溶銑のSi濃度[Si]ini (%)と、前記Si濃度逐次推定部で算出した逐次的な溶銑のSi濃度の推定値(%)のうち、所定の値を下回った最初の時刻である脱珪完了基準時刻tend (sec)と、を用いて式(1)を解くことで、溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)の推定値を算出するモデル用速度定数算出部と、
前記モデル用速度定数算出部で算出した吹錬処理毎の溶銑の一次脱珪速度定数ksiの推定値と、溶銑データとを用いて、溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)を目的変数とし、溶銑データを説明変数とする統計モデルを構築する統計モデル構築部と、
前記統計モデルを用いて、制御対象となる吹錬の溶銑データから、制御対象となる溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)を算出する脱珪速度定数算出部と、
制御対象となる溶銑の吹錬処理前のSi濃度[Si]ini (%)と、制御対象となる溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)とを用い、tend (sec)に任意の時刻を用いたうえで、式(1)を解くことで、制御対象となる溶銑の任意の時刻における制御対象となる溶銑のSi濃度(%)を推定するSi濃度推定部と、
を備える、転炉吹錬制御装置。
- 前記推定されたSi濃度を目標Si濃度と比較した結果に基づいて前記吹錬処理中の副原料投入量または吹込み酸素量を制御する吹錬処理制御部をさらに備える、請求項1に記載の転炉吹錬制御装置。
- 転炉の吹錬処理における吹込み酸素と溶銑との酸化反応である火点反応と、火点反応が進行する領域を除いた溶銑とスラグとの界面領域における反応であるスラグメタル界面反応とをモデル化した複合反応モデルを用いて、過去の吹錬時のデータから、過去の吹錬処理毎に、逐次的な溶銑のSi濃度の推定値(%)を算出する、Si濃度逐次推定ステップと、
吹錬終了時の溶銑のSi濃度[Si]end (%)を仮定し、
吹錬処理毎に、仮定した前記吹錬終了時の溶銑のSi濃度[Si]end (%)と、溶銑データにおける吹錬開始前の溶銑のSi濃度[Si]ini (%)と、前記Si濃度逐次推定ステップで算出した逐次的な溶銑のSi濃度の推定値(%)のうち、所定の値を下回った最初の時刻である脱珪完了基準時刻tend (sec)と、を用いて式(1)を解くことで、溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)の推定値を算出するモデル用速度定数算出ステップと、
前記モデル用速度定数算出ステップで算出した吹錬処理毎の溶銑の一次脱珪速度定数ksiの推定値と、溶銑データとを用いて、溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)を目的変数とし、溶銑データを説明変数とする統計モデルを構築する統計モデル構築ステップと、
前記統計モデルを用いて、制御対象となる吹錬の溶銑データから、制御対象となる溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)を算出する脱珪速度定数算出ステップと、
制御対象となる溶銑の吹錬処理前のSi濃度[Si]ini (%)と、制御対象となる溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)とを用い、tend (sec)に任意の時刻を用いたうえで、式(1)を解くことで、制御対象となる溶銑の任意の時刻における制御対象となる溶銑のSi濃度(%)を推定するSi濃度推定ステップと
を含む、転炉吹錬制御方法。
- 転炉の吹錬処理における吹込み酸素と溶銑との酸化反応である火点反応と、火点反応が進行する領域を除いた溶銑とスラグとの界面領域における反応であるスラグメタル界面反応とをモデル化した複合反応モデルを用いて、過去の吹錬時のデータから、過去の吹錬処理毎に、逐次的な溶銑のSi濃度の推定値(%)を算出する、Si濃度逐次推定部と、
吹錬終了時の溶銑のSi濃度[Si]end (%)を仮定し、
吹錬処理毎に、仮定した前記吹錬終了時の溶銑のSi濃度[Si]end (%)と、溶銑データにおける吹錬開始前の溶銑のSi濃度[Si]ini (%)と、前記Si濃度逐次推定部で算出した逐次的な溶銑のSi濃度の推定値(%)のうち、所定の値を下回った最初の時刻である脱珪完了基準時刻tend (sec)と、を用いて式(1)を解くことで、溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)の推定値を算出するモデル用速度定数算出部と、
前記モデル用速度定数算出部で算出した吹錬処理毎の溶銑の一次脱珪速度定数ksiの推定値と、溶銑データとを用いて、溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)を目的変数とし、溶銑データを説明変数とする統計モデルを構築する統計モデル構築部と、
前記統計モデルを用いて、制御対象となる吹錬の溶銑データから、制御対象となる溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)を算出する脱珪速度定数算出部と、
制御対象となる溶銑の吹錬処理前のSi濃度[Si]ini (%)と、制御対象となる溶銑の一次脱珪速度定数ksi (1/sec)とを用い、tend (sec)に任意の時刻を用いたうえで、式(1)を解くことで、制御対象となる溶銑の任意の時刻における制御対象となる溶銑のSi濃度(%)を推定するSi濃度推定部と、
を備える転炉吹錬制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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