JPH0234713A - 転炉吹錬中および終点のリン濃度推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、転炉吹錬中の溶鋼中リン（Ｐ）４度の推定方
法に関する。

転炉吹錬の主目的は吹錬終了時における溶鋼温度、成分
の目標圏への的中にあり、操業に当たってはスクラップ
及び銑鉄を転炉に装入し、メインランスから送り込んだ
高圧の酸素により脱炭、昇温反応を進め、副原料の投入
、ランスの高さ変更などにより溶鋼温度、成分の制御を
行なう。そして吹錬中期〜末期にサブランスを挿入して
温度、成分を測定し、その結果に基ずき制御量を修正し
、目標到達を予測して吹錬を終了する。

溶鋼成分では特に有害成分であるリンの濃度が重要で、
これが所定値以上であれば出荷不能になる。本発明は、
このリン濃度の推定法に係るものである。

〔従来の技術〕

従来、転炉吹錬操業においては、吹錬制御量（酸素量や
副原料投入量など）決定のため、熱バランス、物質バラ
ンスに基づいた種々の数式モデルが考案され、それらに
よる制御システムが、プロセスコンピューター上で運用
されてきた。これらの数式モデルには種々の仮定が含ま
れるため、制御精度向上策として各種の統計的手法が付
加される。

吹錬制御モデルはその発展過程から■スタティックモデ
ル、■サブランス・ダイナミックモデル、に分けられる
。■は終点の炭素と温度の的中を目標に吹錬スタート前
の装入条件から必要な酸素量、副原料投入銘柄や量を決
定するもの、■は吹錬中のサブランス測定値を基にして
再度、終点の炭素と温度の的中を可能にする酸素量、副
原料投入量を計算するものである。また最近になって鋼
中のリン濃度の制御をも目的とする新しい制御システム
も開発されてきている。（■ＬＤ−ＴＯＰ法：鉄と鋼、
６６　（１９８０）３７６７参照）これらの数式モデル
ベースの制御システムの開発は、吹錬成績の向上に太き
（寄与してきた。しかし数式モデルに偏った従来のシス
テムにおいては設備条件の変更や操業条件の変更に伴っ
て生じる新しい要因の数式モデルへの取り込みが簡単で
ない、定性的な情報が取扱にくいという問題があり、−
層の精度向上や吹錬制御の自動化を妨げてきた。

そこで実操業においては、熟練オペレーターが制御シス
テムとプロセス間に介在し、システムが提供する制御情
報に、各種のオンライン検出端情報、その他の定性的、
怒覚的情報、操業条件の変化などを加え、経験やノウハ
ウによって総合判断を行ない、実際の制御量を決めてい
る。この吹錬制御の概要を第７図に示す。

転炉吹錬中リン濃度推定法の公開公報としては特開昭５
７−１４９４０８号および特開昭５７−９２１２１号な
どがある。また公知文献としては鉄と鋼、７２（１９８
６）Ｓ１０４３．などがある。

これらは、溶鋼中リン濃度（滓化度）を吹錬中連続的に
分析する技術が未だ開発されていないため、排ガスや音
響データに基づいたダイナミックパラメーターを開発し
、これらのパラメーターをもとに溶鋼中リン濃度を推定
しているものである。

そして、上記のパラメーターは吹錬中の脱リン反応を全
て記述してはないのでサブランスデータや副材料の使用
量などを取り込んだ重回帰式を作り、実用化している。

例えば第８図に示すように転炉内の残留酸素量Ｏ８は、
上吹酸素と副原料から持ち込まれた固体酸素を人力酸素
とし、排ガス処理装置の中間地点に設けられた排ガス成
分分析計及び排ガス流量計から計算される転炉外への排
出酸素を出力酸素として収支計算して求められる。この
Ｏ３の絶対値や経時変化量は、炉内で生成するスラグ中
酸化物の生成量に対応するものとして、吹錬反応を表す
ダイナミックパラメーターとして用いられ、そしてこれ
を過去の参照チャージのＯ８と比較することで、現在チ
ャージのＯｓを上回るならば、その時点の現在チャージ
の溶鋼中リン濃度は過去の参照チャージのそれにより低
いと推定され、逆の場合は高いと推定される。

しかし炉内残留酸素量Ｏｓだけではスラグ組成とか酸化
ポテンシャルは分からないため、溶銑中シリコン（Ｓｔ
）値や生石灰使用量、吹錬中のサブランスデータから判
明したＣ値、温度を含めた重回帰式を作り、溶鋼中リン
濃度推定をしている。

か＼るシステムでは、取り扱う要因の種々のパラメータ
ーの調整、相関関係の検討が複雑になり、単純な重回帰
でのリン濃度推定が困難である。例えば取り扱う要因を
減らすとリン濃度推定の精度が悪くなったり、操炉条件
の変化に対する汎用性に問題があったりし、逆に取り扱
う要因を増やすと重回帰の調整が困難になったりする（
例えばＯ３の時間に対する増加率が正に大きければ、リ
ン濃度は低いが常識であるが、これは逆の係数を持った
りする）。

ところで最近、人間の経験的知識を有効に活用するシス
テム技術として知識工学が注目を浴びている。これを応
用したＥＳ（エキスパートシステム）には、従来のシス
テム技術を補完する次の如き特徴、■人間の経験的知識
を知識ベースとして格納できる、■知識を断片的に扱い
易いので知識の追加、修正が容易である、などがある。

このような知識ベースを用いて結果を推論する方法とし
ては周知の演鐸的推論があり、これはＸがＡならＹはＢ
である（知識）、ＸはＡである（事実）、それならＹは
Ｂである（結論）というものであるが、これはあいまい
さを含んでいる知識、事実には適用しにくい（条件部の
マツチングがとれずに結論の導出が不可能、になりやす
い）。

これに対してはファジィ推論という手法が検討されてい
る。ファジィ推論ではＸが仄ならＹはＢである（知り、
Ｘは八″である（事実）、それならＹはＢ゛である（結
論）とする。ここでＡ、Ａ’、［８：ｌＢ′は境界のあ
いまいな言語情報（ファジィ集合）である。ファジィ集
合は第９図の如きメンバーシップ関数で表現される。

〔発明が解決しようとする課題］ 上述のように従来システムでは、取扱う要因の種々のパ
ラメーターの調整、相関関係の検討が複雑になり、単純
な重回帰でのリン濃度推定が困難、という問題がある。

それ故本発明は、前記知識工学の考え方を導入し、オペ
レーターの経験や知識を知識ベースとして整理、格納し
、推論結果の導出方法としてはファジィ推論を採用して
一層容易、正確に転炉固溶鋼中のリン濃度推定を行い、
吹錬制御精度の一層の向上、操業条件の変更に容易に対
応できる柔軟な吹錬制御システムの実現、などを図るこ
とを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に本発明の構成の概要を示す。エキスパートシス
テム４０は具体的にはコンピューター特にそのソフトウ
ェアであって、これは大きく次の２つから成り立ってい
る。■知識ベース４１：オペレーターの経験や知識をル
ール化して格納する領域である。ルールの表記形式とし
て代表的なものにはイフーゼン（ｉｆ　　ｔｈｅｎ）型
のプロダクションルールがある。

■推論機構４２；ルールを駆動しもっともありそうな推
論結果を導出させる方法を格納する。

推論用の入力データは、プロセスコンピューター２０か
らのオンラインデータと、オペレーターが認識している
定性的、感覚的データである。

〔作用〕

鋼中のリン濃度は、プロセス情報から滓化状況を診断す
ることにより推定する。

転炉操業中、炉内残留酸素量Ｏｓは第３図に示す如く変
化する。なおこの第３図にはランス高さ、送酸速度の各
変化、および副材投入タイミングも示されている。図示
の如＜Ｏｓの経時変化曲線は通常吹錬初期上昇し、中期
はほぼ平衡状態を保ち、末期再び上昇する。

オペレータから得られる診断用智識は、残留酸素勾配が
大きい滓化は良い、といった類のものである。脱リン反
応に影響を及ぼす各種操炉条件についての診断用智識を
次表に示す。

表　　　１ この表１　（吹錬中期のリン濃度を推定するため論理式
マトリクス）で左端の列は脱リン反応に影響を及ぼす操
炉条件群を示し、最上段はこれらの操炉条件の程度を表
わしていて、Ｐ　（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ）はその操炉条件
が通常より大きい時、Ｚ　（Ｚｅｒｏ）は通常、Ｎ　（
Ｎｅｇａｔｉｖｅ）は通常より小さい時、を示す。マト
リクス中のＮＢ、ＮＳ、Ｚ、ＰＳ、ＰＢはリン濃度の程
度を表わしていて、順に低い、や−低い、普通、や−高
い、高い、を示す（ＢはＢｉｇ　、　ＳはＳｍａｌｌ　
）。従って、溶銑シリコン濃度が大（Ｐ）であるときリ
ン濃度はや＼高＜　（ＰＢ）普通（Ｚ）のとき普通（Ｚ
）、そして小（Ｎ）のときや＼低い（ＮＳ）、である。

また炉内残留酸素量Ｏ３の経時変化量が大のときリン濃
度は高く（ＰＢ）、普通のとき普通、そして小のとき低
い（ＮＢ）、である。以下これらに準する。

右端の列は、各操炉条件の脱リン反応への影響度合を示
す重み係数である。この表１は、操業者が経験的に取得
しているものを纏めることで作成できる。

次に溶銑シリコン値と脱リン反応の関係を示す論理式を
例に、メンバーシップ関数を使ったリン濃度推定方法を
説明する。溶銑シリコン値がＰ。

Ｚ、　Ｎの条件部メンバーシップ関数は第９図（ｂ）と
同種のもので、この図の小さい、中くらい、大きい、は
上記Ｐ、　　Ｚ、　Ｎに相当し、横軸は溶銑シリコン値
、縦軸は確信度（その溶銑シリコン値なら小さいらしさ
、中くらいらしさ、大きいらしさ、かどの程度か）にな
る。溶銑シリコン値の下限値は０．１％、上限値は０．
５％と設定する。また脱リン反応がＮＢ、ＮＳ、・・・
・・・の帰結部メンバーシップ関数は第９図ＣＣ）と同
種のもので、この図の悪、や＼悪、普通、や＼良、良、
はＮＢ、　ＮＳ、　　Ｚ。

ＰＳ、ＰＢに相当する。横軸は基準リン値に対する推定
リン値の偏差へＰ、縦軸は確信度である。

基準リン値は鋼種側に炭素（Ｃ）値の関数として与える
。第４図に基準リン値とＣ値との関数を例示する。帰結
部メンバーシップ関数の下限値はΔＰ＝−０，０２％、
上限値はΔＰ＝０．０２％とする。

第５図に示すように今、溶銑Ｓｔの計測値が０゜４％で
あったとすると、同図（ａ）の゛大きい°”に関するそ
の条件部メンバーシップ関数から溶銑Ｓｉのパ高いらし
さ°゛は０．７５であり、同図（ｂ）の°°中くらい゛
に関するそれより溶銑Ｓｉの“普通らしさ“は０．２５
であり、同図（Ｃ）の“小さい゛に関するそれより溶銑
Ｓｉの“低いらしさ″は０．０となる。このようにして
求められた条件部の確信度は各々の帰結部のメンバーシ
ップ関数に乗じられ、（ｄ）　（ｅ）　（ｆ）が得られ
る。即ち、表１の論理式マトリクスより、溶銑Ｓｉ４度
が大のときリン濃度はパや＼高い゛であるから、その“
′や−高い゛の帰結部メンバーシップ関数に０．７５を
乗じると（ｄ）の実線が得られる。点線は乗じる前の、
または溶銑Ｓｉの゛高いらし、さ°′力月、０のときの
帰結部メンバーシップ関数である。同様に、溶銑Ｓｉ濃
度が°°普通゛のときの゛普通”帰結部メンバーシップ
関数に０．２５を乗じると第５図（ｅ）の実線が得られ
、溶銑Ｓｉ４度が“小さい゛ときの“″や＼低い″帰結
部メンバーシップ関数に０．０を乗じると同図（ｆ）が
得られる（実線部なし）。

第５図（９）は同図（（ｉ）〜（ｆ）の実線部を集めた
もの（帰結部メンバーシップ関数を合成したもの）であ
り、この面積の重心の横軸成分を溶銑Ｓｔによるリン濃
度偏差ΔＰとする。今（濁の横軸をＸ、（−ｔｆｆｉ軸
をＺとすると、ΔＰ＝ΣＸ−Ｚ／ΣＺである。

表１に示す、リン濃度に関係する各種操炉条件について
も同様な処理を行ない（メンバーシップ関数は同じで、
たイ゛上、下限値が変る）、各々のΔＰを求める。そし
て各ΔＰに対し、表１に示した重みを加えて荷重平均し
、その荷重平均値を最終のΔＰとする。リン濃度推定値
は、基準リン値−八Ｐとして求める。基準リン値は、計
算機により物質バランス計算で推定されたＣ値、または
サブランス測定時に試料の凝固温度から推定されるＣ値
と、第４図を用いて得る。

上記の演算処理は計算機第２図では推論サブシステム４
３が行ない、その結果は推論結果表示プログラム４７ｂ
により、推論結果表示画面に表示される。

こ−で表１の各種操炉条件について捕捉説明する。

溶銑Ｓｉ濃度：　溶銑Ｓｉ値は炉内のスラグポリ１−ム
の変動要因であり、基本的に溶銑Ｓｉ値が高いときスラ
グボリュームは多く、脱リン反応は促進される。

溶銑温度：　溶銑温度が高いとき転炉の熱尤度が増し、
炉内に装入される冷却材や副原料が増す。

そのため溶銑温度が高いとき脱リン反応は促進される傾
向にある。

排ガスの炉口圧変動値：　排ガス処理装置にもよるが、
炉口圧変動値が大きい時は一般に炉内のスラグメタル反
応が活発で、脱リン反応が進行していることが多い。

生石灰使用原単位−生石灰使用原単位が多い時は脱リン
反応が促進される。

蛍石使用原単位：　蛍石は造滓剤で、これを使用すると
脱リン反応が促進される。

鉄マンガン鉱石使用原単位：　鉄マンガン鉱石は造滓剤
に近く、これを使用すると脱リン反応が促進される。

ドロマイト系副原料使用原単位：　ドロマイト系副材料
は造滓剤に近くこれを使用すると脱リン反応が促進され
る。

吹錬中期の鉄マンガン鉱石又は鉄鉱石使用終了タイミン
グ：　鉱石使用終了後から造滓反応が進行することが多
く、早い時点で終了すると、結果的に脱リン反応が促進
されていることが多い。

炉内残留酸素量の絶対値：　炉内残留酸素量の絶対値が
高いことはスラグ中酸化物の生成が良い事を示し、この
ような時は脱リン反応が促進されていることが多い。

炉内残留酸素量の経時変化量：　排ガス処理装置の関係
で炉内残留酸素量の絶対値がチャージ間でバラツキ時も
、炉内残留酸素量の経時変化量をチェツクすることでス
ラグ中酸化物の生成状況を推定可能であり、この経時変
化量が正に大きい時、脱リン反応が促進されていること
が多い。

上吹きランスと浴面との間隔：　上吹きランスと浴面と
の間隔が大きい時、これは所謂ソフトブローであり脱リ
ン反応が促進されていることが多い 上吹き送酸速度：　上吹き送酸速度が大きい時、これは
所謂ハードブローであり脱リン反応が抑制されているこ
とが多い。

底吹きガス流■：　底吹きガス流量が大きい時、これは
所謂ハードブローであり脱リン反応が抑制されているこ
とが多い。

従来の重回帰式を用いるリン濃度推定方法ではこれらの
智識を反映することが出来ず、単純に行うとある要因に
関しては正負の符号が経験的智識に反することさえもあ
った。これに対し、本発明の方法では、長年の操業者の
感覚に沿ったリン濃度推定が可能となる。

（実施例〕 本システムを使って行なったオンラインテストでの、吹
錬終点のリン濃度推定結果を第２表及び第６図に示す。

表２ この表で、平均的、優秀とは吹錬者が平均的、優秀者で
あることを示し、ＥＳとは本発明システムを示す。Ｘは
実績リン値−推定リン値の平均を示し、σは標準偏差で
ある。単位はいずれも×１０４％である。

第６図で口はリン実績値を示し、＋は擾秀吹錬者、◇は
本発明によるリン推定値を示す。

これらより、本発明システムはリン濃度をかなり正確に
推定しており、熟練オペレーターに代り得るシステムで
あることが分る。

なおメンバーシップ関数は三角形、台形に限らず、種々
の形状が工夫されている。第５図（ｄ）などの修正の仕
方も種々あり、同図（鎖のΔＰの求め方も重心より求め
るとは限らない。またリン濃度推定に表１の操炉条件の
全てを使用しなければならないということはなく、影響
の軽いものは除いてもよい。本発明方法は、転炉内でリ
ン（Ｐ）と同様な反応挙動を示すマンガン（Ｍｎ）にも
適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、従来技術によるリ
ン濃度推定方法に比べて、推定精度の向上、調整方法の
容易化、システムの汎用性の増大を図ることができる。

本発明によれば、熟練操業者と同じレベルでリン濃度を
推定でき、勿論無生物（機械）であるから生物のような
弱さはなく、安定した転炉操業を実施できる顕著な効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成の説明図、 第２図は第１図のＥＳの詳細を示すブロック図、第３図
は炉内残留酸素量Ｏｓ等の経時変化を示すグラフ、 第４図は基準リン濃度の特性図、 第５図はリン濃度推定要領の説明図、 第６図は実績リン値と推定リン値の偏差を示すグラフ、 第７図は従来法による転炉操業の説明図、第８図は炉内
残留酸素量Ｏｓの算出要領の説明図、 第９図はメンバーシップ関数の説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶鋼中リン濃度に関係する各種操炉条件についての
   条件部メンバーシップ関数、その帰結部メンバーシップ
   関数を計算機に格納し、 また該各種操炉条件の通常より大、通常、通常より小の
   ときのリン濃度の高、低の関係と、この各種操炉条件の
   脱リン反応への影響度合を示す重みの関係を示す論理式
   マトリクス（表１）を計算機に格納し、 プロセスデータとして得た操炉条件の各々につき、条件
   部メンバーシップ関数を用いて通常より大、通常、通常
   より小の程度を示す値を求め、これらの値により前記論
   理式マトリクスより得た該当帰結部メンバーシップ関数
   を修正し、修正した各帰結部メンバーシップ関数を合成
   し、その合成結果より当該操炉条件によるリン濃度偏差
   （ΔＰ）を求め、 各操炉条件につき求めたリン濃度偏差に、前記論理マト
   リクスの該当重みを乗じて加重平均し、その結果を求め
   るリン濃度偏差とし、これに推定炭素値より求めた基準
   リン濃度値より差し引いて推定リン濃度を得ることを特
   徴とする転炉吹錬中および終点のリン濃度推定方法。