JPS61276911A - 溶銑脱珪制御装置 - 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−１−の利用分野〕 高炉から出銑される溶銑を連続的に脱珪処理する溶銑の
連続脱珪処理プロセスにおいて脱珪処理後の溶銑珪素量
を目標値に一致させるための制御装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

溶銑の予備脱珪においては、脱珪処理後の溶銑珪素量を
小さくすることだけでなく、下流工程の製鋼段階におい
て下記ｌ）〜３）のようなメリットを達成するために、
同時に所望の目標値に連中ｙせ、ばらつきを小さくする
ことが要求される。

ｌ）転炉吹錬制御の精度向−■− ２）転炉吹錬における生石灰等処理剤使用縫の低減と発
生スラグ量の低減 ３）転炉装入溶銑の珪素量を一定植化するための程銑車
組合せと受銑など溶銑ハンドリング作業の省略 第２図に溶銑の予備脱珪の実施態様を示す。

ｌは高炉、２は出銑口で、３は溶銑な示す。４−は大樋
であり、ここで溶銑とスラグが分離され、ス′ラグはス
ラグ排出［１５から排出され、　一方の溶銑は溶銑樋６
、溶銑傾注樋７を経て混銑車８へと導かれる。９と９ａ
は脱珪剤でｌＯと１０ａはその貯蔵ホッパー、１１とｌ
ｌａは切出し川口−タリーバルブ、１２はコンベア、１
３は脱珪剤添加［１である。溶銑３は高炉の出銑■２か
ら排出されその後大樋４でスラグと分離され、溶銑樋６
へ流出する。この溶銑３に対して溶銑樋６または溶銑傾
注樋７の適当な位置において脱珪剤を添加し添加時の強
制的な混合及びその後流れていく間の混合を利用して溶
銑中の含有珪素を除去するものである。

脱珪剤としては溶銑中の珪素を酸化除去するための固体
酸素源になるミルスケール、焼結鉱粉、含鉄ダストなど
の主剤９と、脱珪スラグ性状調整と脱珪反応を優先的に
行わせるために添加する生石灰などの副剤９ａを用いる
。に剤９については脱珪後の溶銑珪素濃度［］１標仙（
以ド珪素駐１１標値）が満足されるように除去すべき珪
素濃度（以下脱珪ＩＪ１という）と出銑速度とから添加
量を定め、副剤９ａの添加μは一ト剤９のそれに比例し
て定めるのが一般的であり、両者を混合１．て脱ｆｌ剤
添加［１１３から連続的に添加する。

に記の連続脱珪処理において重要なのは脱珪後珪素Ｖ目
標値を低く設定するとともに、この１１標値に連中させ
てばらつきを小さくすることであり、そのためには脱珪
剤添加μの制御力Ｖ：に考慮を要する。

従来性なわれている脱珪剤添加針制御方法としては特開
昭５６−２１７に開示された方法が一般的であり、以ド
の構成習性から成っている。

（１）　　高炉から出銑される溶銑中の珪素量を予測推
定などの手段によって求め、　・方あらかじめ定められ
た脱珪後の珪素量目標値と比較して、逐次適当な間隔で
、必要な脱珪量を３１算して添加すべき脱珪剤原中位を
定めること。

（２この達成すべき脱珪剤原単位を実現するために、出
銑速ｆｆｆ［ｔ／ｍ１ｎｌを計測し、それに応じて脱珪
剤添加速度［ｋｇ／ｍ１ｎｌを算出して脱珪剤切出し川
口−タリーバルブに回転速度指示なりえること。

第３図は１．記従来法を実現するための脱珪剤添加ＩＡ
ｆｉ動制御系の構成図である。電子計算機１４には脱珪
前溶銑ｆ１素にの推定モデルＡ、出銑速度算出用演算ロ
ジックＢ、脱珪量算出用演算ロジックＣ１添加に算出用
演算ロジックＤが組込まれている。１５は混銑巾内溶銑
重酸測定用ロードセルで、１６は溶銑重量検出器である
。

計装制御装置１７には添加量設定指示値の信号変換を行
うパルス設定器Ｅ、主剤及び副剤添加量科縫器Ｆが組込
まれ、電気制御装置１８には添加量設定指示をモーター
回転数指示に変換する演算器Ｇが組込まれている。　　
　　　　　１９及び１９ａはそれぞれ主剤、副剤の実際
添加袖な検出するロードセルである。２０は各制御定数
の表示、設定器、２１はロギング川のタイプライタ−で
ある。

第３図の各種検出端と制御系を用いて操業するに当り、
まず、推定モデルＡで脱珪並溶銑珪素量（Ｓｉ）ｉを推
定する。−実表示設定器２０から、あらかじめ脱珪後溶
銑珪素量目標値（Ｓｉ）本などの定数を電子泪算機に榮
えておき、この両者から逐次、必要脱珪量をロジックＣ
で算出する。他方、溶銑重量検出器１６からの信号を用
いてロジックＢで出銑速度を算出する。

ロジックＤにはあらかじめ脱珪量と脱珪剤添加原単位の
関係式を組込んでおく。ロジックＣからの必要脱珪量に
応じて必要脱珪剤原中位が求まり、ロジックＢにて得て
いる出銑速度を介して脱珪剤の添加速度が算出される。

これを計装制御装置１７で信号変換した後電気制御装Ｎ
１８で回転速度指令に変換しロータリーバルブに伝え、
ロータリーバルブが駆動して、脱珪剤が切り出される。

」−記従来法の特徴は脱珪前珪素敬と出銑速度をシステ
ムへの入力外乱としてとらえ、フィードフォワード制御
により脱珪後珪素１ｉＬ１４標値を実現するところにあ
り、フィードバック制御の要素はない。ヌロジックＤか
ら［する脱珪剤添加に指令値を実現するための制御系に
はフィードバック回路はなく、実績添加駿を添加祉指令
値に一致させられる保証もない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来法は次の問題点を有する。

イ）　脱珪＋ｉｉｉ珪素鼠推定値（Ｋｉ）ｉには推定誤
差は避けられない。この値に基づいて快定される必要脱
珪量、脱珪剤添加量指令値にも誤差が含まれるので、フ
ィードフォワード制御の利点が半減する。

口）　脱珪後珪素ｈ１の実績値（Ｓｉ）ｆを１１標イ１
（Ｓｔ）本に一致させ、（Ｓｔ）ｆのバラツキを低減す
るのが目的であるのに、（Ｓｉ）ｒをフィードバックし
て脱珪剤添加是制御に生かす回路がないので、（Ｓｉ）
ｆと（Ｓｉ）本の一致が保証されない。

ハ）　溶銑の脱珪処理において進行する化学反応、いわ
ゆる脱珪反応には固体脱珪剤と溶銑との間の固液反応と
固体脱珪剤の滓化と反応生成物とにより形成されるスラ
グと溶銑との間のスラグ−メタル反応とが混在しており
脱珪反応全体の反応速度は各種の条件に支配され、とて
も、（Ｓ”ｉ）ｉ　と出銑速度だけの情報で（Ｓ−ｆ）
ｆを予測することは出来ないし、従って（Ｓｔ）ｆを（
Ｓｉ）本に一致させることは容易に保証し得ない。

固体反応では（Ｓｔ）ｉ及びその他の溶銑成分、溶銑温
度、固液混合状態、固液反応界面積、脱珪剤組成など、
スラグメタル反応でも固液なスラグメタルと名称を変え
て規定できる条件がその主なものである。そのうちいく
つかの例を挙げてみる。

ａ）　溶銑温ｌｆ：同一の出銑口を使用するのは通常ｌ
タップおきであるので溶銑樋の温度は出銑中以外で低下
し、溶銑温度には炉内での温度変動に加えて、溶銑樋の
温度上Ａに起因する変動が加わる。

ｂ）　脱珪剤の粒度と成分：脱珪剤は一種類とは限らず
、複数種類が混合されて使用されるのが一般的であり、
各種類ごとに粒度構成、化学組成及びその信性状が異な
る。こうした粉粒体を同一・のホッパーで使うとホッパ
ー内の粒度偏析により切り出されてぐる脱珪剤の粒度と
組成は時間的にかなり変化する。従って−Ｉ−記の条件
のうち、混合状態、反応界面積も経時的に変化する。

Ｃ）　出銑速度と溶銑樋の損耗状態：従来法では脱珪剤
添加量指令値決定に出銑速度が用いられているが、これ
は物質収支を満足するための役割しか期待していない。

出銑速度の変動は溶銑の流動状態を変化させ固液混合状
態に影響する。樋の損耗も同様に溶銑の流動状Ｉｓに影
響する。

二）　脱珪剤添加速度実績（１の計測とロギングの機能
はあるが、脱珪剤添加量指令値を実現するための制御系
には、フィードバック回路はなく、実績添加量を指令ｆ
内に一致させられる保証もない。

保証しているのは指令値通りにロータリーバルブが回転
するだけの機能しかない。

〔問題点を解決するためのｆ段〕

本発明は以−１−、の問題点を解決するために開発され
たものでその技術手段は。

■　脱珪処理の前後の溶銑珪素量、溶銑流楢、および脱
珪剤添加量を連続的に計測する装置と、■　脱珪反応速
度定数を求め、該脱珪反応速度定数の現在時刻までの時
系列変化より、現在時刻での脱珪反応速度定数の最尤推
定値を求める手段と、 ■　現在時刻での溶銑珪素量と現在時刻での脱珪反応速
度定数および脱珪処理後の目標珪素祉から、現在時刻で
の脱珪剤添加量を定める１段と、 ■　脱珪後の珪素量を−・定に保つよう連続的に脱珪剤
添加量を制御する装置と、 を有機的に結合してなるものである。

以下詳細に説明する。

■の脱珪前珪素１（Ｓｉ）ｉを計測する装置及び脱珪後
珪素礒（Ｓｉ）ｆを計測する装置は、公知の蛍光Ｘ線法
あるいは電気抵抗測定法など試料採取を必要とする方式
、もしくはレーザ発生分光法によるオンライン方式によ
り測定する装置を使用することができる。説型前珪素縫
（Ｓｉ）ｉは脱珪剤投入「１の）［側で測定する。説型
後珪素績（Ｓｉ）ｆは脱珪剤投入口の下流の点、例えば
溶銑樋終端部、溶銑傾注樋あるいは混銑車で測定する。

溶銑流量の計測は、本発明ではフィードフォワード制御
の効果を−１−げるために脱珪剤投入口より」二流にお
いて相関計測法、レーザドツプラー法、あるいは空間フ
ィルター法などにより、測定する。

脱珪剤の添加量は脱珪剤貯蔵ホッパー１Ｏ１１０ａの出
１−１のロータリーパルプ１１．ｌｌａの回転速度を制
御して調整し、ホッパー１０゜１０ａのロードセル１９
．１９ａによって測定スる。

−に記■の現在時刻での脱型反応速度定数を推定する手
段と、■の［１標珪素量から現在時刻での脱珪剤添加量
を定める手段とは電子計算機１４内に演算手段として備
えられる。

■の脱珪反応速度定数の最尤推定値を求める手段は、脱
珪前溶銑珪素間（Ｓｉ）ｉ、脱珪後溶銑珪素量（Ｓｉ）
ｆ及び出銑速度Ｏｐの測定装置２２．２３及び２４と脱
珪剤添加指示値用のロードセル１９．１９ａから伝送さ
れたそれぞれの計測値の信号に基づき、電子計算８１４
において脱珪反応速度定数の最尤推定値を算出する手段
である。

脱珪反応の反応速度定数の最尤推定（ｉＡの演算ロジッ
クの導入は、従来法のような、（Ｓ　ｉ）　ｉ　。

（Ｓｉ）本と出銑速度とからの物質収支的な演算から脱
珪剤添加指示値を求める方法を排し、脱珪反応の反応速
度定数に関する最尤推定伯父を（Ｓ　ｉ）　ｉ　　、　
（Ｓ　ｉ）　ｒ　、出銑速度および脱珪剤投入口の実測
値を用いたカルマンフィルタ（Ｋａｌｍａｎｎ　ｆｉｌ
ｔｅｒ）で求める。このような、介。

（Ｓｉ）ｉ　　、（Ｓｉ）本、出銑速度から脱珪剤添加
量指示値を求めるロジックを電子計算機１４内ｌ に組み込む。

カルマンフィルタは観測値から雑音成分を取除き、意味
のある信号成分のみを取出す装置の−・種であって、雑
音成分の統計的性質が分っているものとしたとき測定値
から求めた信号の推定値の推定誤差の二乗の期待値を最
小にするような推定値を取出すフィルタである。

電子計算機１４は、上記検出部からの信号から、脱珪反
応速度定数にの最尤推定伯父を算出し、さらに脱珪剤添
加量指令値を算出して脱珪剤添加量制御のマイナールー
ズに出力する部分である。

ます脱珪反応速度定数の最適推定値☆を求める方法につ
いて説明する。種々の方法が考えられるが、ここではカ
ルマンフィルタを適用する方法に沿って進めることにす
る。

溶銑脱珪処理では溶銑に添加された脱珪剤は溶銑中（Ｓ
ｉ）と連続的に反応し、溶銑中珪素の拡散過程に律速さ
れ次の（１）式が成り立つ。

−１ｎ（（Ｓｉ）ｆ／（Ｓｉ：ｌｉ） −ｋ・γ　　　　　　　　　・・・（１）ここに、 （Ｓｉ）ｉ：脱珪前溶銑中珪素都〔％〕（Ｓｉ）ｆ：脱
珪後前銑中珪素量〔％〕γ：脱珪剤原単位　（ｋ　ｇ／
　ｔ　−ｐｉｇ　）ｋ：脱珪反応速度定数 脱珪反応速度定数には上記のように、各種の要因に影響
され、時間的に変化する未知パラメータである。そこで
脱珪反応速度定数ｋを効率的に推定するためにカルマン
フィルタラ用いる。

時刻をｔで表すと（１）式は（２）式となる。

文ｎ　　（（Ｓｉ）ｆ　　（ｔ）） −見ｎ（（Ｓｉ）ｉ　　（ｔ）） ＝　　−ｋ（ｔ）　　γ（ｔ）＋ｅ　　（ｔ）・・・（
２） ここで、−ｋ（ｔ）をｋ　（ｔ）と置き直し、ｙ　（ｔ
） ＝　文ｎ（（Ｓｉ）ｆ　　（ｔ）） −リｎ　（（Ｓｉ）ｉ　　（ｔ）） ・・・　（３） とおくと、（２）式は次の（４）式となる。

ｙ　（ｔ）　＝Ｋ　（ｔ）γ（１）＋η（１）・・・（
４） ここに、η（１）はｙ　（ｔ）の観測ノイズである。

また未知のパラメータｋ　（ｔ）はシステムノイズξ（
１）に支配される確率過程をとるので、次の（５）式と
表し、これがこのシステムの状態方程式となる。観測方
程式は（４）式である。

ｋ　（ｔ）−ξ（１）　　　　　　・・・（５）ｙ　（
ｔ）−γ（１）φｋ（【）＋η（１）・・・（４） （４）（５）式にカルマンフィルタを適用すると、ｋの
最尤推定値安は（６）、（７）式で与えられる。

☆（ｔ）　−ｐ　（ｔ）γ（ｔ）Ｔ−１Ｘ　（ｙ　（ｔ
）−γ（ｔ）Ｑ　（ｔ））ｐ（ｔ）＝−（γ（ｔ））２
　・Ｔ−１Ｘ　　（ｐ　　（ｔ））　２　　＋Ｓ　　　
・・・　（７）ここにＳおよびＴはそれぞれξとηの分
数であり、ｐ　（ｔ）は（７）式を解いて求まる補助変
数である。

次に、上記の父の推定ロジックを第１図によって順を追
って説明する。

測定装置２２．２３で測定された脱珪前後の珪素量［５
ｉ）ｉ（ｔ）およびＣＳ　ｉ）ｆ　　（ｔ）は電子計算
機１４に入力された後、システム観測値ｙ　（ｔ）演算
ロジック２６で（３）式によりｙ　（ｔ）に変換される
。

測定装Ｗ２４，２５で測定された出銑速度ｏｐ　　（ｔ
）（ｔ／ｍ１ｎ）および脱珪剤添加量実績値ｗ　（ｔ）
（ｋｇ／ｍｔ　ｎ）は（６）、（７）式の係数となるも
ので、γ（１）の演算ロジック２７に入り、γ（１）の
演算、すなわち、γ（ｔ）＝　　ｗ　（ｔ）１０ｐ　　
（ｔ）により求められる。

演算ロジック２８では（７）式の積分を行ったｐ　（ｔ
）を求める。ここで演算に必要なγ（１）は演算ロジッ
ク２７の出力であり、ＳおよびＴさらにはｐ　（ｔ）の
初期値ｐ（０）は予め電子計算機の外部から設定機２０
により、与えておく。

脱珪反応反応定数最尤推定値安の演算ロジック２９では
各演算ロジック２６，２７．２８からのそれぞれの出力
ｙ　（ｔ）　、γ（ｔ）、ｐ　（ｔ）および外部からの
設定値ＴおよびＱ　（ｔ）の初期１ｉ安（０）を用い、
（６）式を積分することにより、☆（１）を算出する。

ここにおいて、（Ｓｉ）ｉ（ｔ）、（Ｓｉ）ｆ（ｔ）　
、Ｏｐ　　（ｔ）、ｗ　（ｔ）とからＱ　（ｔ）が求め
られたことになる。演算ロジック２８および２９の積分
演算における初期値Ｐ（０）、☆（０）は原理的には任
意の値でかまわないが、便宜上、前回終了時の値もしく
は前回終了時までの平均値とすれば十分である。

次に、上記■の現在時刻での溶銑珪素琶と脱珪反応速度
定数の最尤推定イめおよび脱珪処理後の目標珪素量から
、現在時刻での脱珪剤添加量を定める手段について説明
すると、演算ロジック２９まではフィードバック要素で
あるが、次の脱珪剤添加量指令値演算ロジック３０にお
いて、☆（ｔ）、（Ｓｉ）ｉ　　（ｔ）、Ｏｐ　　（ｔ
）および外部入力の脱珪後珪素量目標値（Ｓｉ）本とか
ら脱珪剤添加量指令値ｗ　（ｔ）（ｋｇ／ｍｉ　ｎ）を
次の（９）式により演算する。

ｗ　（ｔ）　−（Ｏｐ　　（ｔ）） ＸＪｌｎ　（（Ｓｉ）ｉ　　（ｔ）／　（Ｓｉ）本）／
☆（１）　　　　　　　　　　・・・（９）この演算に
より求められた脱珪剤添加量指令値ｗ　（ｔ）は電子計
算機１４の出力として脱珪剤添加量制御装置１３１に入
力される。

次に、上記＠の脱珪剤添加量を制御する装置は実績値と
指令値の偏差を零にするようなマイナーなフィードバッ
ク制御回路をとり入れて脱珪剤添加速度制御のレベルア
ップを図る。

すなわち脱珪剤添加量のフィードバック制御系は、脱珪
剤添加に指令値演算部３０から出力された指令値と、ホ
ッパーロードセル１９．１９ａの出力より脱珪剤添加量
の実績値を演算する脱珪剤添加量演算装置３３の出力と
の間の偏差を求め、この偏差に応じたロータリーバルブ
回転速度指令値が、脱珪剤添加量制御装置３１から、ロ
ータリーバルブ回転速度制御装置３４に向けて出力され
る。これによりロータリーバルブの回転速度が変更され
ていく。

一］−記の■〜■の各装置および各手段が有機的に作動
することにより、（Ｓｉ）ｆが（Ｓｉ）本に一致する制
御を実現することができる。

〔発明の効果〕

本発明は以−にのように構成されているので、演算ロジ
ック２９までのフィードバック要素と３０のフィードフ
ォーワード要素を有機的に結合し、その指令値をマイナ
ーなフィードバック制御系に入力し脱珪績を制御するこ
とによって脱珪処理後の溶銑中の珪素量を、目標脱珪値
に合致させることのできる精度のよい脱珪制御を行うこ
とができる。

本発明は溶銑の鋳床脱珪にとどまることなく、固体処理
剤を用いる連続溶銑予備処理、連続製鋼などにおいて、
反応器の形式の如何にかかわらず広く応用できる。プロ
セスの中間部あるいは出側の溶鉄組成の制御に対し、非
常に広い適用範囲をもつ技術である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は溶銑脱珪処
理の実施態様を示すフロー図、第３図は従来法による脱
珪剤添加量制御系の構成図である。 ｌ・・・高炉、　　２・・・出銑「１、　３・・・溶銑
、　４・・・大樋、　　５・・・スラグｌ出口、　　６
・・・溶銑樋、７・・・溶銑傾往樋、　８・・・混洗車
、　　９・・・主脱珪剤（主剤）、　　９ａ・・・副脱
珪剤（副剤）、１０．１０ａ・−・貯蔵ホッパー、　　
ｌｌ、ｌｌａ・・・ロータリーバルブ、　　１２・・・
装入コンベア、１３・・・脱珪剤添加【］、　　１４・
・・電子計算機、１５・・・溶銑爪針測定用ロードセル
、　　１６・・・溶銑車μ検出器、　　１７・・・計装
制御装置、１８・・・電気制御装置、　　１９，１９ａ
・・・ロードセル、　　２０・・・各制御定数表示設定
器、　２１・・・ロギング用タイプライタ−１２２・・
・脱珪前溶銑珪素星測定装置、　２３・・・脱珪後溶銑
珪素に測定装置、　　２４・・・出銑速度測定装置、２
６・・・珪素プロセスの観測値ｙ　（ｔ）の演算ロジッ
ク、　　２７・・・脱珪原単位γ（１）の演算ロジック
、　２８・・・補助変数ｐ　（ｔ）の演算ロジック、　
　２９・・・脱珪反応速度定数の最適推定値Ｑ　（ｔ）
の演算ロジック、　　３０・・・脱珪剤添加縫指令偵ｗ
　（ｔ）の演算ロジック、　　３１・・・脱珪剤添加量
制御装置、　　３２・・・ロータリーバルブ回転速度制
御装置、　３３・・・脱珪剤添加量実績値演算装置、　
Ａ・・・脱珪前溶銑中珪素量推定モデル、　Ｂ・・・出
銑速度算出用演算ロジック、　Ｃ・・・脱珪量算出用演
算ロジック、Ｄ・・・添加量算出用演算ロジック、　Ｅ
・・・パルス設定器、　Ｆ・・・主剤、副剤添加敬秤量
器、Ｇ・・・演算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　高炉から出銑される溶銑に脱珪剤を添加して脱珪処
   理後の溶銑珪素量が所定の目標値になるように制御する
   溶銑の脱珪処理装置において、 （１）脱珪処理の前後の溶銑珪素量、溶銑流量、および
   脱珪剤添加量を連続的に計測する装置と、 （２）脱珪反応速度定数を求め、該脱珪反応速度定数の
   現在時刻までの経時変化より、現在時刻での脱珪反応速
   度定数の最尤推定値を求める手段と、 （３）現在時刻での溶銑珪素量と現在時刻での脱珪反応
   速度定数および脱珪処理後の目標珪素量から、現在時刻
   での脱珪剤添加量を定める手段と、 （４）脱珪処理後の珪素量を一定に保つよう連続的に脱
   珪剤添加量を制御する装置と、 からなることを特徴とする溶銑脱珪制御装 置。