KR20150122798A

KR20150122798A - 보정 장치, 보정 방법 및 철강 정련 방법

Info

Publication number: KR20150122798A
Application number: KR1020157027633A
Authority: KR
Inventors: 신지 도미야마
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-11-02
Also published as: TW201502280A; JP5854171B2; WO2014167982A1; KR101706495B1; BR112015025470A2; JPWO2014167982A1; TWI488973B; CN105074016A

Abstract

이 계측값·조작량 보정 장치 (20) 에서는, 과거 차지 선택부 (23a) 가, 처리 대상 차지의 조업 정보와의 차이가 소정 범위 내에 있는 조업 실적 정보를 갖는 과거 차지를 선택하고, 보정 파라미터 계산부 (23b) 가, 과거 차지 선택부 (23a) 에 의해 선택된 과거 차지마다 탄소의 매스 밸런스의 오차를 산출하고, 산출된 오차의 합계값이 최소가 되도록 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 보정량을 산출한다.

Description

보정 장치, 보정 방법 및 철강 정련 방법{CORRECTION DEVICE, CORRECTION METHOD AND STEEL REFINING METHOD}

본 발명은 철강 정련 설비의 계측값 및 조작량을 보정하는 보정 장치, 보정 방법 및 철강 정련 방법에 관한 것이다.

일반적으로 철강 정련 프로세스, 비철금속 제조 프로세스, 화학 프로세스, 석유 정제 프로세스 등의 공업용 프로세스에서는, 각종 센서를 이용하여 감시 대상량을 계측함으로써 프로세스 제어나 조업 감시가 행해지고 있다. 그러나, 센서는 반드시 좋은 계측 환경에 배치 형성되어 있다고는 할 수 없어, 감시 대상량의 계측 정밀도를 올리기가 곤란한 경우가 있다. 예를 들어 배기 가스의 유량을 계측하는 센서에서는, 배기 가스의 유량, 압력, 및 온도의 빈번한 변동이나 배기 가스가 흐르는 배관의 복잡한 형상으로 인해 계측 오차가 발생하기 쉽다. 이러한 배경으로부터, 화학 프로세스나 석유 정제 프로세스에서는, 프로세스에 출입하는 물질의 보존칙이나 에너지 보존칙을 이용함으로써 센서의 계측 오차를 저감시키는 수법이 이용되고 있다 (비특허문헌 1 참조). 또, 특허문헌 1 에는, 철강 정련 프로세스에 있어서, 취련 (吹鍊) 처리 중의 중간 샘플링에 의해 얻어진 용강 성분의 분석 결과에 기초하여 배기 가스 중에 함유되는 탄소량의 계측값을 보정하는 계수를 동적으로 학습하고, 학습된 계수를 이용하여 중간 샘플링 시점 이후의 탄소량의 계측값을 보정하고, 보정된 계측값에 기초하여 용강 중의 탄소 농도를 추정하는 기술이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평09-272913호

J. Romagnoli, M. C. Sanchez 저, Data Processing and Reconciliation for Chemical Process Operations, Vol. 2 (Process Systems Engineering), Academic Press

그러나, 비특허문헌 1 에 기재된 수법은, 센서의 계측 오차가 치우침을 갖고 있지 않은 경우에는 제대로 기능하지만, 센서의 계측 오차가 바이어스 등의 치우침을 갖고 있는 경우, 즉 센서의 계측 오차가 계통적 오차를 포함하고 있는 경우에는, 센서의 계측 오차를 저감시키기가 어렵다. 일반적으로, 철강 정련 프로세스에서 사용되는 계측값에는 계통적 오차가 포함되어 있는 경우가 많고, 또 그 계통적 오차가 시기에 따라 변동되는 경우가 있다. 이 때문에, 비특허문헌 1 에 기재된 수법을 철강 정련 프로세스에 적용하더라도 계측값의 오차를 저감시키기는 어렵다.

한편, 특허문헌 1 에 기재된 기술은, 취련 처리 중의 중간 샘플링에 의해 얻어진 용강 성분의 분석 결과에 기초하여, 철강 정련 프로세스에 있어서의 중요한 조작량의 하나인 용강 중의 탄소 농도를 추정하고 있다. 그러나, 철강 정련 프로세스에서는, 처리 도중에 탄소 성분을 함유한 부원료를 투입하는 조업이 자주 행해진다. 이와 같은 조업에서는, 부원료에 함유되어 있는 탄소 성분의 비율을 실시간으로 계측하기가 어렵기 때문에, 부원료 중의 탄소 성분의 비율을 소정의 설정값으로 고정시켜 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량을 계산하는 경우가 많다. 이 때문에, 특허문헌 1 에 기재된 기술에 의하면, 중간 샘플링 시점 이후에 부원료 중의 탄소 성분의 비율이 설정값으로부터 변동되었을 경우, 부원료의 투입량이 증가함에 따라 용강 중의 탄소 농도의 추정 정밀도가 악화될, 바꾸어 말하면, 취련 처리가 진행됨에 따라 용강 중의 탄소 농도의 추정 정밀도가 악화될 가능성이 있다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 철강 정련 설비의 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량을 정밀도 높게 보정 가능한 보정 장치, 보정 방법 및 철강 정련 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 보정 장치는, 철강 정련 설비의 계측값 및 조작량을 보정하는 보정 장치로서, 상기 계측값은, 철강 정련 설비에 공급되는 가스의 유량의 계측값, 철강 정련 설비로부터 배출되는 배기 가스의 유량의 계측값, 배기 가스의 성분 농도의 계측값, 정련 처리 전, 정련 처리 도중, 및 정련 처리 후의 용강의 성분 농도의 계측값, 및 원료의 중량의 계측값을 포함하고, 상기 조작량은, 부원료의 투입량을 포함하고, 과거 차지의 조업 실적 정보를 격납하는 조업 데이터베이스와, 상기 조업 데이터베이스 중에서 처리 대상 차지의 조업 정보와의 차이가 소정 범위 내에 있는 조업 실적 정보를 갖는 과거 차지를 선택하는 과거 차지 선택부와, 상기 과거 차지 선택부에 의해 선택된 과거 차지마다 탄소의 매스 밸런스의 오차를 산출하고, 산출된 오차의 합계값이 최소가 되도록 상기 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 보정량을 산출하는 보정 파라미터 계산부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 보정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 보정 파라미터 계산부는, 탄소의 입출량비와 1 의 차이의 제곱값에 무게 계수를 곱한 값을 탄소의 매스 밸런스의 오차로서 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 보정 장치는, 상기 발명에 있어서, 상기 보정 파라미터 계산부는, 배기 가스의 유량의 보정량 및 배기 가스의 성분 농도의 보정량의 적어도 일방을 대응하는 계측값에 가산함으로써, 배기 가스의 유량 및 배기 가스의 성분 농도의 적어도 일방을 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 보정 방법은, 철강 정련 설비의 계측값 및 조작량을 보정하는 보정 방법으로서, 상기 계측값은, 철강 정련 설비에 공급되는 가스의 유량의 계측값, 철강 정련 설비로부터 배출되는 배기 가스의 유량의 계측값, 배기 가스의 성분 농도의 계측값, 정련 처리 전, 정련 처리 도중, 및 정련 처리 후의 용강의 성분 농도의 계측값, 및 원료의 중량의 계측값을 포함하고, 상기 조작량은, 부원료의 투입량을 포함하고, 처리 대상 차지의 조업 정보와의 차이가 소정 범위 내에 있는 조업 실적 정보를 갖는 과거 차지를 선택하는 과거 차지 선택 스텝과, 상기 과거 차지 선택 스텝에 있어서 선택된 과거 차지마다 탄소의 매스 밸런스의 오차를 산출하고, 산출된 오차의 합계값이 최소가 되도록 상기 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 보정량을 산출하는 보정 파라미터 계산 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 철강 정련 방법은, 주기적 혹은 지정된 시각에 추정된 취련 처리 도중의 용강의 성분 농도 및 온도에 기초하여, 송산 속도 및 랜스 높이를 산출하는 철강 정련 방법으로서, 취련 처리 개시 직전의 용강의 성분 농도 및 온도와, 취련 처리 개시부터 취련 처리 도중까지의 송산 속도 및 부원료 투입량과, 취련 처리 개시부터 취련 처리 도중까지의 배기 가스의 유량과 성분 농도의 계측값과, 상기 발명에 의해 산출된 상기 보정량에 기초하여, 송산 속도 및 랜스 높이를 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관련된 보정 장치, 보정 방법 및 철강 정련 방법에 의하면, 철강 정련 설비의 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량을 정밀도 높게 보정할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태인 계측값·조작량 보정 장치가 적용되는 전로 취련 시스템의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태인 계측값·조작량 보정 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태인 과거 차지 선택 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태인 보정 파라미터 계산 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시형태인 취련 제어 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시형태인 송산 속도의 조작량 설정 패턴을 나타내는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태인 랜스 높이의 조작량 설정 패턴을 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태인 계측값·조작량 보정 장치의 구성 및 그 보정 방법에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시형태는, 본 발명에 관련된 보정 장치를 전로 취련 프로세스에 있어서 발생하는 배기 가스의 유량 및 성분의 계측값과 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 계산값을 보정하는 처리에 적용한 것이다. 통상, 전로 취련 프로세스에서는, 배기 가스의 유량 및 성분은 덕트 내에 설치된 계측 장치를 이용하여 계측된다. 그러나, 일반적으로 덕트 내에 있어서의 계측 장치의 계측 환경은 나쁘기 때문에, 배기 가스의 유량 및 성분의 계측 오차는 크다. 한편, 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량은, 미리 설정된 부원료 중에 있어서의 탄소의 비율에 기초하여 계산된다. 그러나, 부원료 중의 각 성분의 비율은 변동되고, 또 그 비율을 조업 중에 계측하기는 곤란하기 때문에, 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 계산 오차는 크다. 그래서, 본 발명에 관련된 보정 장치를 적용함으로써 전로 취련 프로세스에 있어서 발생하는 배기 가스의 유량 및 성분의 계측값과 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 계산값을 보정하는 것으로 하였다. 단, 본 발명의 적용 범위는 본 실시형태에 한정되지 않고, 공업용 프로세스 전반에 있어서의 계측값 및 조작량을 보정하는 처리 전반에 적용할 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 본 발명은, RH 프로세스 등의 진공 탈가스 정련 프로세스로 대표되는 2 차 정련 설비에도 적용할 수 있다.

[전로 취련 프로세스]

먼저, 도 1 을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태인 계측값·조작량 보정 장치가 적용되는 전로 취련 프로세스에 대하여 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태인 계측값·조작량 보정 장치가 적용되는 전로 취련 프로세스에서는, 전로 (100) 내의 용강 (101) 상에 랜스 (102) 가 배치되고, 랜스 (102) 의 선단부로부터 용강 (101) 을 향하여 고압 산소가 분출된다. 랜스 (102) 로부터 분출된 고압 산소에 의해 용강 (101) 내의 불순물 성분은 산화되어 슬러그 (103) 내에 받아들여진다 (취련 처리). 전로 (100) 의 상부에는, 배기 가스 도연 (導煙) 용 덕트 (104) 가 설치되어 있고, 덕트 (104) 의 내부에는 취련 처리에 수반하여 배출되는 배기 가스의 성분 (예를 들어 CO, CO₂, O₂, N₂, H₂O, Ar 등) 의 농도를 검출하기 위한 배기 가스 검출부 (105) 와 배기 가스의 유량을 계측하기 위한 배기 가스 유량계 (106) 가 형성되어 있다.

전로 (100) 내의 용강 (101) 에는, 전로 (100) 의 저부에 형성된 통기공 (107) 을 통하여 불활성 가스인 Ar 가스가 불어 들어오고, Ar 가스에 의해 용강 (101) 을 교반함으로써, 고압 산소와 용강 (101) 의 반응이 촉진되게 되어 있다. 용강 (101) 에 불어 들어온 Ar 가스의 유량 (교반 가스 유량) 은 유량계 (108) 를 이용하여 계측되고 있다. 용강 (101) 의 온도나 성분은 취련 처리 도중에 한 번 계측되고, 계측된 정보에 기초하여 고압 산소의 공급량 (송산량) 및 공급 속도 (송산 속도) 나 교반 가스 유량이나 랜스 (102) 높이 등이 주기적 혹은 지정된 시각에 정해진다. 또, 취련 처리 개시 직전과 취련 처리 종료 후에는, 용강 (101) 의 온도와 성분의 분석이 행해진다.

[전로 취련 제어 시스템의 구성]

다음으로, 도 1 을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태인 계측값·조작량 보정 장치가 적용되는 전로 취련 제어 시스템의 구성에 대하여 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태인 보정 장치가 적용되는 전로 취련 제어 시스템은, 제어 단말 (10), 계측값·조작량 보정 장치 (20), 입력 장치 (30), 및 표시 장치 (40) 를 주된 구성 요소로서 구비하고 있다. 제어 단말 (10) 은, 퍼스널 컴퓨터나 워크스테이션 등의 정보 처리 장치에 의해 구성되어 있다. 제어 단말 (10) 은, 용강 (101) 의 성분 농도가 원하는 범위 내가 되도록 송산량, 송산 속도, 교반 가스 유량, 랜스 (102) 의 높이 (랜스 높이), 및 부원료 투입량을 제어함과 함께, 송산량, 송산 속도, 교반 가스 유량, 랜스 높이, 및 부원료 투입량의 실적값의 데이터를 조작량 실적으로서 수집한다.

계측값·조작량 보정 장치 (20) 는, 제어 단말 (10) 에 의해 수집된 조작량 실적과 배기 가스 검출부 (105) 및 배기 가스 유량계 (106) 에 의해 계측된 배기 가스의 성분 농도 및 유량 (배기 가스 실적) 에 기초하여 배기 가스의 유량 및 성분 농도의 계측값과 부원료를 투입함으로써 용강 (101) 에 가해진 탄소량의 계산값을 보정하고, 보정 결과를 제어 단말 (10) 이나 표시 장치 (40) 에 출력한다. 계측값·조작량 보정 장치 (20) 의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

입력 장치 (30) 는, 키보드나 마우스 포인터 등의 입력 장치에 의해 구성되고, 후술하는 과거 차지 선택 처리나 보정 파라미터 계산 처리에 관한 각종 정보를 입력할 때에 조작된다. 표시 장치 (40) 는, CRT 나 액정 디스플레이 등의 표시 장치에 의해 구성되고, 계측값·조작량 보정 장치 (20) 에 의해 보정된 배기 가스의 유량 및 성분 농도의 계측값이나 용강 (101) 에 가해진 탄소량의 계산값 등의 계측값·조작량 보정 장치 (20) 의 각종 처리 결과를 표시한다.

[계측값·조작량 보정 장치의 구성]

다음으로, 도 2 를 참조하여, 계측값·조작량 보정 장치 (20) 의 구성에 대하여 설명한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 계측값·조작량 보정 장치 (20) 는, 마스터 정보 데이터베이스 (마스터 정보 DB) (21), 조업 데이터베이스 (조업 DB) (22), 및 연산 처리부 (23) 를 구비하고 있다. 마스터 정보 DB (21) 는, 배기 가스의 유량 및 성분 농도의 계측값과 용강에 가해진 탄소량의 계산값의 보정량을 산출하기 위해서 필요한 물리 정수 (定數), 임계값, 설정 파라미터 등의 데이터를 격납하고 있다. 조업 DB (22) 는, 취련 처리가 완료된 과거 차지에 관한 시계열 및 시계열 이외의 조업 실적 정보와 취련 처리를 실행 중인 차지에 관한 시계열 및 시계열 이외의 조업 실적 정보를 격납하고 있다.

시계열의 조업 실적 정보는, 조작량 실적에 관한 데이터 (송산량, 송산 속도, 교반 가스 유량, 랜스 높이, 및 부원료 투입량의 시계열 정보) 와 배기 가스 실적에 관한 데이터 (배기 가스의 성분 농도 및 유량의 시계열 정보) 를 포함한다. 시계열 이외의 조업 실적 정보는, 총송산량의 실적값과 취련 처리 전후 및 취련 처리 중의 용강의 성분 농도 및 온도에 관한 데이터를 포함한다. 연산 처리부 (23) 는, 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써, 과거 차지 선택부 (23a) 및 보정 파라미터 계산부 (23b) 로서 기능한다. 과거 차지 선택부 (23a) 및 보정 파라미터 계산부 (23b) 의 기능에 대해서는 후술한다.

이와 같은 구성을 갖는 계측값·조작량 보정 장치 (20) 는, 이하에 나타내는 과거 차지 선택 처리 및 보정 파라미터 계산 처리를 실행함으로써, 배기 가스의 유량 및 성분 농도의 계측값과 용강에 가해진 탄소량의 계산값을 보정한다. 이하, 도 3 및 도 4 에 나타내는 플로우 차트를 참조하여, 과거 차지 선택 처리 및 보정 파라미터 계산 처리를 실행할 때의 계측값·조작량 보정 장치 (20) 의 동작에 대하여 설명한다.

[과거 차지 선택 처리]

우선, 도 3 을 참조하여, 과거 차지 선택 처리를 실행할 때의 계측값·조작량 보정 장치 (20) 의 동작에 대하여 설명한다.

도 3 은 본 발명의 일 실시형태인 과거 차지 선택 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 3 에 나타내는 플로우 차트는, 처리 대상 차지의 취련 처리가 개시되기 전에 개시가 되고, 과거 차지 선택 처리는 스텝 S11 의 처리로 진행된다.

스텝 S11 의 처리에서는, 과거 차지 선택부 (23a) 가, 조업 DB (22) 로부터 취련 처리가 완료되어 있는 과거 차지의 시계열 및 시계열 이외의 조업 실적 정보를 판독 출력함과 함께, 마스터 정보 DB (21) 로부터 과거 차지 선택 처리를 실행하기 위해서 필요한 각종 설정값을 판독 출력한다. 이로써, 스텝 S11 의 처리는 완료되고, 과거 차지 선택 처리는 스텝 S12 의 처리로 진행된다.

스텝 S12 의 처리에서는, 과거 차지 선택부 (23a) 가, 스텝 S11 의 처리에 의해 판독 출력된 과거 차지의 시계열 및 시계열 이외의 조업 실적 정보에 기초하여, 제약 조건을 만족하는 과거 차지를 추출한다. 구체적으로는, 과거 차지 선택부 (23a) 는, 취련 처리의 목적 (탈린 취련, 탈탄소 취련, 및 탈린 취련과 탈탄소 취련을 동시에 행하는 보통 취련 중 어느 것) 이 처리 대상 차지에 있어서의 취련 처리의 목적과 동일하고, 취련 처리 종료 시점에서의 목표 성분 및 목표 온도가 처리 대상 차지와 동일한 범위 (범위의 임계값은 마스터 정보 DB (21) 에 보존되어 있다) 에 속하고, 취련 처리를 행한 날이 현재로부터 지정 일수 이내 (지정 일수는 마스터 정보 DB (21) 에 보존되어 있다) 인 과거 차지를 처리 대상 차지와 동일한 종류의 과거 차지로서 추출한다. 이로써, 스텝 S12 의 처리는 완료되고, 과거 차지 선택 처리는 스텝 S13 의 처리로 진행된다.

여기서, 상기 지정 일수는, 지나치게 짧으면 수집할 수 있는 과거 차지수가 지나치게 작아져 오차 추정 정밀도가 악화되고, 반대로 지나치게 길면 설비의 경년 변화나 조업의 변화로 인해 지정 일수 사이에 오차가 변화하여 오차 추정 정밀도가 악화된다. 지정 일수를 결정할 때, 이들을 고려할 필요가 있지만, 현실적인 방법으로는 몇 지정 일수에 대하여 실제로 오차 추정 계산을 실시하고, 그 결과를 비교하여 적절한 지정 일수를 결정해 가면 된다. 또한, 추정 계산을 위해서 충분한 과거 차지수를 수집하기 위해서는, 조업 상황에 따라 상이하기도 하지만, 지정 일수를 30 일 정도로 하면 충분하다고 생각된다.

스텝 S13 의 처리에서는, 과거 차지 선택부 (23a) 가, 스텝 S12 의 처리에 의해 추출된 과거 차지와 처리 대상 차지 (다음 차지) 사이의 차이를 산출한다. 구체적으로는, 과거 차지 선택부 (23a) 는, 이하에 나타내는 수식 (1) 을 이용하여, 처리 대상 차지와 i 번째 (i = 1 ∼ 스텝 S12 의 처리에 의해 추출된 과거 차지의 총수) 의 과거 차지 사이의 차이값 D (i) 를 산출한다. 또한, 수식 (1) 중, x_p 는 처리 대상 차지에 있어서의 정련 처리 직전의 용강의 계측 정보 (용강 중량, 성분, 온도, 송산 예정량, 부원료 투입 예정량. p = 1 ∼ 계측 정보의 총수), x＇_{i, p} 는 i 번째의 과거 차지에 있어서의 정련 처리 직전의 용강의 계측 정보, W_p 는 계측 정보마다 주어진 무게 계수를 나타내고 있다. 차이값 D (i) 의 값이 작을수록, 처리 대상 차지와의 사이의 차이가 작은 과거 차지가 되어, 조건이 비슷한 차지로 간주할 수 있다. 그리고, 과거 차지 선택부 (23a) 는, 산출된 차이값 D (i) 가 작은 순으로 과거 차지를 소트한다. 이로써, 스텝 S13 의 처리는 완료되고, 과거 차지 선택 처리는 스텝 S14 의 처리로 진행된다.

스텝 S14 의 처리에서는, 과거 차지 선택부 (23a) 가, 스텝 S13 의 처리에 의해 얻어진 소트순의 선두로부터 최대 M 개의 과거 차지를 선택한다. 단, 과거 차지 선택부 (23a) 는, 처리 대상 차지의 조업 정보와의 차이 D (i) 가 사전에 설정된 소정 범위 내에 있는 조업 실적 정보를 갖는 과거 차지에서 선택되기 때문에, 여기서 선택된 과거 차지수는 M 개 미만인 경우가 있다. 이후에는, 선택된 과거 차지수를 N 개로 한다. 이로써, 스텝 S14 의 처리는 완료되고, 일련의 과거 차지 선택 처리는 종료된다.

[보정 파라미터 계산 처리]

다음으로, 도 4 를 참조하여, 보정 파라미터 계산 처리를 실행할 때의 계측값·조작량 보정 장치 (20) 의 동작에 대하여 설명한다.

도 4 는, 본 발명의 일 실시형태인 보정 파라미터 계산 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 도 4 에 나타내는 플로우 차트는, 과거 차지 선택 처리가 종료된 타이밍에 개시가 되고, 보정 파라미터 계산 처리는 스텝 S21 의 처리로 진행된다.

스텝 S21 의 처리에서는, 보정 파라미터 계산부 (23b) 가, 과거 차지 선택 처리에 의해 선택된 N 개의 과거 차지에 대하여, 지정된 용강 분석 샘플링 시간 동안의 시계열 정보를 조업 DB (22) 로부터 추출한다. 구체적으로는, 지정된 용강 분석 샘플링 시간이 정련 처리 직전 및 정련 처리 도중의 2 회의 용강 분석 샘플링인 경우, 보정 파라미터 계산부 (23b) 는, i 번째 (i = 1 ∼ N) 의 과거 차지에 대하여, 정련 처리 직전의 용강 분석 샘플링 시각 t_{i, 0} 으로부터 정련 처리 도중의 용강 분석 샘플링 시각 t_{i, 1} 까지동안의 배기 가스의 유량, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도, 및 부원료 투입량의 시계열 정보를 추출한다. 또한, 계측 데이터에 시간 지연이 있는 경우, 보정 파라미터 계산부 (23b) 는, 그 시간 지연을 고려하여 시계열 정보를 추출하는 시간대를 옮기는 것이 바람직하다. 예를 들어, 배기 가스 검출부 (105) 의 계측에 시간 t＇ 의 시간 지연이 있는 경우, 보정 파라미터 계산부는, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도에 관해서는 시각 t_{i, 0}＋t＇ 로부터 시각 t_{i, 1}＋t＇의 사이의 시계열 정보를 추출하면 된다. 이로써, 스텝 S21 의 처리는 완료되고, 보정 파라미터 계산 처리는 스텝 S22 의 처리로 진행된다.

스텝 S22 의 처리에서는, 보정 파라미터 계산부 (23b) 가, 스텝 S21 의 처리에 의해 추출된 지정된 용강 분석 샘플링 시간 동안의 시계열 정보를 이용하여, 후술하는 탄소의 매스 밸런스 평가식의 오차 파라미터 계수를 산출한다. 구체적으로는, 보정 파라미터 계산부 (23b) 는, 배기 가스의 유량, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도, 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량 (이하, 부원료 투입 C 량으로 표기) 에는 이하에 나타내는 수식 (2) ∼ (4) 와 같은 오차 k_v, k_x,δ 가 들어가 있는 것으로 가정한다. 단, 오차의 값은 차지에 의하지 않고 동일한 값을 취하는 것으로 한다.

수식 (2) ∼ (4) 중, V＇_{i, t}, X＇_{i, t}, m＇_{i, t} 는 각각, 배기 가스의 단위 시간당 유량, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도, 및 부원료 투입 C 량의 참값, V_{i, t}, X_{i, t}, m_{i, t}는 각각, 배기 가스의 유량의 계측값, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도의 계측값, 및 부원료 투입 C 량의 계산값 (조작량) 을 나타내고 있다. 여기서, t 는 1 로부터 T 의 정수 (整數) 값을 취하여, t = 1 의 경우가 시각 t_{i, 0} 의, t = T 의 경우가 시각 t_{i, 1} 의 계측값 및 조작량의 값이 되고 있다. 또, 배기 가스의 유량 및 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도의 참값에 대해서는, 오차를 계측값에 가하는 합의 형식으로 정식화되어 있다. 그 이유는, 예를 들어 곱의 형식으로 참값을 정식화시키면, 탄소의 매스 밸런스 평가식을 이용하여 오차 k_v, k_x 를 일의적으로 결정할 수 없기 때문이다.

수식 (2) ∼ (4) 를 이용함으로써 지정된 용강 분석 샘플링 시간 동안의 i 번째의 과거 차지에 있어서의 탄소 입출량은, 이하에 나타내는 수식 (5), (6) 과 같이 나타낸다. 수식 (5) 는 용강으로부터 상실된 탄소량을 나타내고, 수식 (5) 중, M_{i, 0}, M_{i, T}는 각각 처리 직전 및 처리 도중의 용강 샘플링 분석 결과 (탄소 농도) 로부터 계산되는 용강 중의 탄소 중량을 나타내고 있다. 또, 수식 (6) 은 배기 가스 중의 탄소량을 나타내고, Δt 는 시계열의 샘플링 시간 간격, γ 는 배기 가스의 체적을 탄소 중량으로 변환하기 위한 계수이다. 예를 들어 배기 가스의 체적의 단위가 N㎥, 탄소 중량의 단위가 kg 인 경우, γ 는 0.54 (≒1/22.4×12.0) 로서 계산된다. 보정 파라미터 계산부는, 수식 (5), (6) 중의 k_v, k_x,δ 의 계수 및 정수항을 후술하는 탄소의 매스 밸런스 평가식의 오차 파라미터 계수로서 산출한다. 이로써, 스텝 S22 의 처리는 완료되고, 보정 파라미터 계산 처리는 스텝 S23 의 처리로 진행된다.

스텝 S23 의 처리에서는, 보정 파라미터 계산부 (23b) 가, 이하에 나타내는 수식 (7) 에 의해 나타내는 탄소의 매스 밸런스 평가식을 최소로 하는 오차 k_v, k_x,δ 를 산출한다. 수식 (7) 에 의해 나타내는 탄소의 매스 밸런스 평가식은, 탄소 입량과 탄소 출량의 비와 1 의 차이를 제곱한 값 (탄소의 매스 밸런스의 오차) 을 과거 차지마다 계산하고, 그 값을 합계한 것이다. 탄소 입량과 탄소 출량이 동일해지면 제곱항의 값은 0 이 된다. 매스 밸런스 평가식을 최소로 하는 오차 k_v, k_x,δ 는 비선형 계획법 (예를 들어 문헌 (이바라키 토시히데, 후쿠시마 마사오 저, 「최적화의 수법」, 정보 수학 강좌 제 14 권, 쿄리츠 출판, 1993년) 참조) 을 이용하여 용이하게 계산할 수 있다. 또한, 수식 (7) 중의 W (δ) 는 오차 δ 의 무게 계수로, 오차 δ 의 값이 1 일 때 최대값 1 을 취하도록 설정되어 있다. 무게 함수를 사용할 필요가 없는 경우에는, W (δ) 의 값이 항상 1 이 되도록 설정해 두면 된다. 이로써, 스텝 S23 의 처리는 완료되고, 보정 파라미터 계산 처리는 스텝 S24 의 처리로 진행된다.

스텝 S24 의 처리에서는, 보정 파라미터 계산부 (23b) 가, 스텝 S23 의 처리에 의해 얻어진 탄소의 매스 밸런스 평가식을 최소로 하는 오차 k_v, k_x,δ (보정량) 와 처리 대상 차지의 배기 가스의 유량의 계측값, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도의 계측값, 및 부원료 투입 C 량의 계산값을 수식 (2) ∼ (4) 에 대입함으로써, 배기 가스의 유량, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도, 및 부원료 투입 C 량의 참값을 산출한다. 그리고, 보정 파라미터 계산부 (23b) 는, 산출된 배기 가스의 유량, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도, 및 부원료 투입 C 량의 참값에 관한 정보를 제어 단말 (10) 이나 표시 장치 (40) 에 출력한다. 이로써, 스텝 S24 의 처리는 완료되고, 보정 파라미터 계산 처리는 스텝 S25 의 처리로 진행된다.

스텝 S25 의 처리에서는, 보정 파라미터 계산부 (23b) 가, 처리 대상 차지의 취련 프로세스가 완료되었는지의 여부를 판별한다. 판별 결과, 처리 대상 차지의 취련 프로세스가 완료되지 않은 경우 (스텝 S25, No), 보정 파라미터 계산부 (23b) 는 보정 파라미터 계산 처리를 스텝 S24 의 처리로 되돌린다. 한편, 처리 대상 차지의 취련 프로세스가 완료된 경우에는 (스텝 S25, Yes), 보정 파라미터 계산부 (23b) 는 일련의 보정 파라미터 계산 처리를 종료한다.

이상의 설명으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태인 계측값·조작량 보정 장치 (20) 에서는, 과거 차지 선택부 (23a) 가, 처리 대상 차지의 조업 정보와의 차이가 소정 범위 내에 있는 조업 실적 정보를 갖는 과거 차지를 선택하고, 보정 파라미터 계산부 (23b) 가, 과거 차지 선택부 (23a) 에 의해 선택된 과거 차지마다 탄소의 매스 밸런스의 오차를 산출하고, 산출된 오차의 합계값이 최소가 되도록 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 계산값의 보정량을 산출한다.

이로써, 철강 정련 설비의 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 계산값을 정밀도 높게 보정할 수 있다. 또, 이 보정량을 사용함으로써, 용강 중의 탄소 농도를 실시간으로 정밀도 높게 추정하는 것이 가능해지고, 정련 처리의 종료 시점에 있어서의 탄소 농도를 정밀도 높게 제어하여, 정련 처리에 필요로 하는 시간을 단축시킬 수 있다. 실제, 본 발명을 전로 보통 취련 처리의 실제 데이터에 적용하여 배기 가스의 계측값 및 부원료 C 투입량을 보정하여 용강 중의 탄소 농도를 추정한 결과, 보정하지 않는 경우와 비교하여 오차 평균을 1/4 정도로 저감시킬 수 있었다.

[취련 제어 처리]

이하에, 상기 실시형태의 계측값·조작량 보정 장치 (20) 에 의해 보정된 계측값 및 조작량을 사용한 취련 제어 처리에 대하여 설명한다. 본 취련 제어는, 송산 속도 및 랜스 높이를 결정하는 것으로, 제어 단말 (10) 이 자동적으로 계산을 행한다.

도 5 는, 취련 제어 처리의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다. 취련이 개시되면, 계측값·조작량 보정 장치 (20) 로부터, 보정된 배기 가스의 유량, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도, 및 부원료 투입 C 량의 정보가 송신된다. 도 5 의 플로우 차트는, 그들의 송신된 정보를 수신한 타이밍에 개시가 되고, 취련 제어 처리는 스텝 S31 의 처리로 진행된다.

스텝 S31 의 처리에서는, 제어 단말 (10) 이, 현재의 용강 중 탄소 농도를 이하에 나타내는 수식 (8) 및 수식 (9) 에 의해 추정한다. 또한, 시각 t 의 용강 중 탄소 농도 P (t) (단위 : ％) 는, 취련 개시부터 취련 처리 도중의 용강 분석 샘플링까지는 수식 (8) 에 의해, 그 이후는 수식 (9) 에 의해 계산된다. 또, W_total 은 초기 용강 중량과 투입한 스크랩 중량의 합계값을 나타낸다.

여기서, 수식 (8), (9) 의 분자는, 용강 중에 남아 있는 탄소 중량의 계산식이다. 분자의 1 항목이 성분 계측 시점에서의 용강 중 탄소량을 나타내고, 2 항목이 성분 계측 후에 노 내에 투입된 부원료 중 탄소량 (부원료 투입 C 량) 을 나타내고, 3 항목은 성분 계측 후에 배기 가스로서 설비 밖으로 나와 행한 탄소량을 나타낸다. 또, m_{, i,τ}, V_{, i,τ}X_{, i,τ}는, 보정 후의 부원료 중 탄소량 (부원료 투입 C 량), 배기 가스의 유량, 배기 가스 중 CO, CO₂ 농도를 나타내고 있다 (전술한 수식 (2) ∼ (4) 에 상당). 취련 도중의 용강 샘플링까지의 용강 중 탄소 농도는, 처리 직전의 용강 성분 계측값을 이용하여 수식 (8) 에 의해 계산된다. 또, 취련 도중의 용강 샘플링에 의해 최신의 용강 중 탄소 농도의 계측값이 얻어진 후의 용강 중 탄소 농도는, 최신의 용강 성분 계측값과 수식 (9) 에 의해 계산된다. 이로써, 스텝 S31 의 처리는 완료되고, 취련 제어 처리는 스텝 S32 의 처리로 진행된다.

스텝 S32 의 처리에서는, 제어 단말 (10) 이, 스텝 S31 의 처리에서 계산된 용강 중 탄소 농도 P (t) 에 기초하여, 송산 속도, 랜스 높이를 결정한다. 그 때, 제어 단말 (10) 은, 도 6 및 도 7 에 나타내는 조작량 설정 패턴을 참조하여, 송산 속도 및 랜스 높이의 조작량을 산출한다. 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 제어 단말 (10) 에는 복수의 조작량 설정 패턴이 보존되어 있고, 용강의 목표 용강 성분 농도, 목표 용강 온도, 처리 전의 용강 중량, 각 성분 농도에 기초하여 참조하는 조작량 설정 패턴이 선택된다. 이로써, 스텝 S32 의 처리는 완료되고, 일련의 취련 제어 처리는 종료된다.

취련 제어 처리에서는, 용강 중 탄소 농도의 추정 정밀도가 제어 성능에 큰 영향을 미친다. 이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 제어 단말 (10) 이, 계측값·조작량 보정 장치 (20) 에 의해 보정된 배기 가스의 유량, 배기 가스 중의 CO, CO₂ 농도, 및 부원료 투입 C 량의 정보에 기초하여 용강 중의 탄소 농도를 추정한다. 이로써, 배기 가스 계측값 및 부원료 중의 탄소량이 정확한 값으로 보정되고 있기 때문에, 용강 중 탄소 농도의 추정 정밀도가 향상되어 높은 제어 성능을 실현할 수 있다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 적용한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 실시형태에 의한 본 발명의 개시의 일부를 이루는 기술 및 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않는다. 즉, 본 실시형태에 기초하여 당업자 등에 의해 이루어지는 다른 실시형태, 실시예, 및 운용 기술 등은 모두 본 발명의 범주에 포함된다.

산업상 이용가능성

이상과 같이, 본 발명은 철강 정련 설비의 계측값 및 조작량을 보정하는 처리에 적용할 수 있다.

10 제어 단말
20 계측값·조작량 보정 장치
21 마스터 정보 데이터베이스 (마스터 정보 DB)
22 조업 데이터베이스 (조업 DB)
23 연산 처리부
23a 과거 차지 선택부
23b 보정 파라미터 계산부
30 입력 장치
40 표시 장치
100 전로
101 용강
102 랜스
103 슬러그
104 덕트
105 배기 가스 검출부
106 배기 가스 유량계
107 통기공
108 유량계

Claims

철강 정련 설비의 계측값 및 조작량을 보정하는 보정 장치로서,
상기 계측값은, 철강 정련 설비에 공급되는 가스의 유량의 계측값, 철강 정련 설비로부터 배출되는 배기 가스의 유량의 계측값, 배기 가스의 성분 농도의 계측값, 정련 처리 전, 정련 처리 도중, 및 정련 처리 후의 용강의 성분 농도의 계측값, 및 원료의 중량의 계측값을 포함하고, 상기 조작량은, 부원료의 투입량을 포함하고,
과거 차지의 조업 실적 정보를 격납하는 조업 데이터베이스와,
상기 조업 데이터베이스 중에서 처리 대상 차지의 조업 정보와의 차이가 소정 범위 내에 있는 조업 실적 정보를 갖는 과거 차지를 선택하는 과거 차지 선택부와,
상기 과거 차지 선택부에 의해 선택된 과거 차지마다 탄소의 매스 밸런스의 오차를 산출하고, 산출된 오차의 합계값이 최소가 되도록 상기 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 보정량을 산출하는 보정 파라미터 계산부
를 구비하는 것을 특징으로 하는 보정 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보정 파라미터 계산부는, 탄소의 입출량비와 1 의 차이의 제곱값에 무게 계수를 곱한 값을 탄소의 매스 밸런스의 오차로서 산출하는 것을 특징으로 하는 보정 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 보정 파라미터 계산부는, 배기 가스의 유량의 보정량 및 배기 가스의 성분 농도의 보정량의 적어도 일방을 대응하는 계측값에 가산함으로써, 배기 가스의 유량 및 배기 가스의 성분 농도의 적어도 일방을 보정하는 것을 특징으로 하는 보정 장치.
철강 정련 설비의 계측값 및 조작량을 보정하는 보정 방법으로서,
상기 계측값은, 철강 정련 설비에 공급되는 가스의 유량의 계측값, 철강 정련 설비로부터 배출되는 배기 가스의 유량의 계측값, 배기 가스의 성분 농도의 계측값, 정련 처리 전, 정련 처리 도중, 및 정련 처리 후의 용강의 성분 농도의 계측값, 및 원료의 중량의 계측값을 포함하고, 상기 조작량은, 부원료의 투입량을 포함하고,
처리 대상 차지의 조업 정보와의 차이가 소정 범위 내에 있는 조업 실적 정보를 갖는 과거 차지를 선택하는 과거 차지 선택 스텝과,
상기 과거 차지 선택 스텝에 있어서 선택된 과거 차지마다 탄소의 매스 밸런스의 오차를 산출하고, 산출된 오차의 합계값이 최소가 되도록 상기 계측값 및 부원료를 투입함으로써 용강에 가해진 탄소량의 보정량을 산출하는 보정 파라미터 계산 스텝
을 포함하는 것을 특징으로 하는 보정 방법.
주기적 혹은 지정된 시각에 추정된 취련 처리 도중의 용강의 성분 농도 및 온도에 기초하여, 송산 속도 및 랜스 높이를 산출하는 철강 정련 방법으로서,
취련 처리 개시 직전의 용강의 성분 농도 및 온도와, 취련 처리 개시부터 취련 처리 도중까지의 송산 속도 및 부원료 투입량과, 취련 처리 개시부터 취련 처리 도중까지의 배기 가스의 유량과 성분 농도의 계측값과, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 보정 장치에 의해 산출된 상기 보정량에 기초하여, 송산 속도 및 랜스 높이를 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 철강 정련 방법.