TW201920691A - 熔鋼中磷濃度推定方法、轉爐吹煉控制裝置、程式及記錄媒體 - Google Patents

熔鋼中磷濃度推定方法、轉爐吹煉控制裝置、程式及記錄媒體 Download PDF

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Abstract

[課題]高精度地推定脫碳處理時的熔鋼中磷濃度。 [解決手段]本發明之熔鋼中磷濃度推定方法，是用於推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和脫碳處理所用的轉爐不同的設備來進行脫磷處理的情況下之脫碳處理時的熔鋼中磷濃度，並包含：排氣資料取得步驟，取得排氣成分及排氣流量；熔鋼資料取得步驟，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及磷濃度推定步驟，利用以排氣成分及排氣流量所得到的氧氣脫碳效率之資料、排氣成分、排氣流量、熔鋼溫度及碳濃度之資料、以及脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的脫磷速率常數與脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定副測管測定之後的熔鋼中的磷濃度。

Description

熔鋼中磷濃度推定方法、轉爐吹煉控制裝置、程式及記錄媒體
發明領域 本發明是有關於一種熔鋼中磷濃度推定方法、轉爐吹煉控制裝置、程式及記錄媒體。
發明背景 在轉爐吹煉中，停吹時的熔鋼中成分的控制(特別是熔鋼中磷濃度的控制)在鋼的品質管理上是非常重要的。為了熔鋼中磷濃度的控制，一般是將吹入氧氣量、生石灰或鏽皮(scale)等之副原料的投入量、該副原料的投入時間點、頂吹噴槍高度、頂吹氧氣流量、及底吹氣體流量等，作為操作量來使用。這些操作量大多是依據目標磷濃度、熔融生鐵資料、及過去的作業實際成果等所製作出的基準等之藉由在吹煉開始前得到的資訊而決定。
但是，即使是相同的作業條件，在實際的吹煉中的脫磷行為的再現性仍然很低，因而會有停吹時的熔鋼中磷濃度的偏差變大之類的問題。因此，在僅依據如上述之吹煉開始前得到的資訊而決定的操作量所進行的吹煉中，要抑制停吹時的熔鋼中磷濃度的偏差是有困難的。
為了對應上述問題，目前已在開發一種活用了在吹煉時逐次地得到的排氣成分及排氣流量等之測定值的技術。例如，在下述專利文獻1中已揭示有下述技術：利用吹煉的作業條件及有關於排氣的測定值來推定脫磷速率常數，且利用所推定出的脫磷速率常數來推定吹煉時的熔鋼中磷濃度。此外，在下述專利文獻1中，揭示有以下之技術：比較所推定出的熔鋼中磷濃度與目標熔鋼中磷濃度，並依據其比較結果來變更吹煉的作業條件，藉此控制熔鋼中磷濃度。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2013-23696號公報
發明概要 發明欲解決之課題 近年來，一般會在一次精煉中，進行利用轉爐的脫磷處理等之熔融生鐵預備處理。作為像這樣的一次精煉的作業技術，而存在有稱為簡單精煉程序(Simple Refining Process：SRP)的技術，前述技術是以各別的轉爐來進行脫磷處理與脫碳處理之技術。在該SRP中，是在第1座轉爐中進行脫磷處理，且在第2座轉爐中進行脫碳處理。利用所述技術，可做到以高效率方式來去除磷。
但是，在近年，伴隨著熔融生鐵中磷濃度的上升，已有僅藉由脫磷處理的話並無法充分地進行脫磷之問題。因此，所要求的是在利用轉爐的脫碳處理時，也進行考慮到脫磷的吹煉。之後，將利用轉爐的脫碳處理標記為「脫碳處理」。又，即使是在利用盛鋼桶或魚雷車(Torpedo car)等之轉爐以外的設備來進行脫磷處理的情況下，也同樣地要求在利用轉爐的脫碳處理時，進行考慮到脫磷的吹煉。又，作為脫碳處理前的熔融生鐵預備處理而未進行脫磷處理之普通生鐵作業的情況，一般而言會使熔融生鐵中磷濃度較高，因而被要求在脫碳處理時進行考慮到脫磷的吹煉。
於是，在例如脫碳處理的吹煉初期，為了與脫碳處理並行來增進更進一步的脫磷處理，可將生石灰或熟石灰等之CaO源投入轉爐。藉由所述CaO源的投入，在脫碳處理中，可促進下述化學式(101)所示的脫磷反應。再者，在下述化學式(101)中，「[物質X]」的標記是表示物質X為存在於熔融生鐵中的物質，「(物質Y)」之標記是表示物質Y為存在於熔渣中的物質。
[數式1]
上述化學式(101)所表示的脫磷反應的進行程度是與CaO源的渣化狀況相關連。例如，若上述化學式(101)所表示的脫磷反應受到促進時，即會成為進行CaO源的渣化。亦即，可考慮為CaO源的渣化狀況會影響脫碳處理時的熔鋼中磷濃度。
在上述專利文獻1中，是利用轉爐吹煉的作業時的作業條件等來進行熔鋼中磷濃度的推定。但是，在上述專利文獻1中，並未就脫碳處理時的CaO源的渣化狀況進行考慮。若考慮脫碳處理時的熔鋼中磷濃度對脫碳處理時的CaO源的渣化狀況造成影響之情形，則以上述專利文獻1所揭示的技術，要高精度地推定脫碳處理時的熔鋼中磷濃度是困難的。
於是，本發明是有鑒於上述問題而完成的發明，本發明之目的在於提供一種熔鋼中磷濃度推定方法、轉爐吹煉控制裝置、程式及記錄媒體，其可高精度地推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和脫碳處理所用的轉爐不同的設備來進行脫磷處理的情況下之脫碳處理時的熔鋼中磷濃度。 用以解決課題之手段
為了解決上述課題，根據本發明的觀點，可提供一種熔鋼中磷濃度推定方法，前述方法是用於推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和上述脫碳處理所用的上述轉爐不同的設備來進行上述脫磷處理的情況下之上述脫碳處理時的熔鋼中磷濃度，前述熔鋼中磷濃度推定方法包含：排氣資料取得步驟，取得排氣成分及排氣流量；熔鋼資料取得步驟，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及磷濃度推定步驟，利用以上述排氣成分及上述排氣流量所得到的氧氣脫碳效率之資料、上述排氣成分、上述排氣流量、上述熔鋼溫度及上述碳濃度之資料、以及脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的上述脫磷速率常數與上述脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定上述副測管測定之後的上述熔鋼中的磷濃度。
亦可在上述脫磷速率常數的算出中，利用識別群集(cluster)之類別變數，且前述群集是藉由對過去的作業中所取得的複數個上述氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法(Clustering)而得到的群集。
又，為了解決上述課題，根據本發明的另一觀點，可提供一種轉爐吹煉控制裝置，前述裝置是推定：在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和上述脫碳處理所用的上述轉爐不同的設備來進行上述脫磷處理的情況下之上述脫碳處理時的熔鋼中磷濃度，前述轉爐吹煉控制裝置具備：排氣資料取得部，取得排氣成分及排氣流量；熔鋼資料取得部，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及磷濃度推定部，利用以上述排氣成分及上述排氣流量而得到的氧氣脫碳效率之資料、上述排氣成分、上述排氣流量、上述熔鋼溫度及上述碳濃度之資料、以及脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的上述脫磷速率常數與上述脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定上述副測管測定之後的上述熔鋼中的磷濃度。
上述磷濃度推定部，亦可在上述脫磷速率常數的算出中利用識別群集之類別變數，且前述群集是藉由對過去的作業中所取得的複數個上述氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法(Clustering)而得到的群集。
又，為了解決上述課題，根據本發明的另一觀點，可提供一種程式，前述程式是用於使電腦作為轉爐吹煉控制裝置來發揮功能的程式，前述轉爐吹煉控制裝置是推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和上述脫碳處理所用的上述轉爐不同的設備來進行上述脫磷處理的情況下之上述脫碳處理時的熔鋼中磷濃度，且前述程式是用於使電腦實現下述功能：排氣資料取得功能，取得排氣成分及排氣流量；熔鋼資料取得功能，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及磷濃度推定功能，利用以上述排氣成分及上述排氣流量而得到的氧氣脫碳效率之資料、上述排氣成分、上述排氣流量、上述熔鋼溫度及上述碳濃度之資料、以及脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的上述脫磷速率常數與上述脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定上述副測管測定之後的上述熔鋼中的磷濃度。
上述磷濃度推定功能，亦可在上述脫磷速率常數的算出中利用識別群集之類別變數，且前述群集是藉由對過去的作業中所取得的複數個上述氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法(Clustering)而得到的群集。
又，為了解決上述課題，根據本發明的另一觀點，可提供一種記錄媒體，前述記錄媒體記錄有用於使電腦作為轉爐吹煉控制裝置來發揮功能的程式，前述轉爐吹煉控制裝置是推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和上述脫碳處理所用的上述轉爐不同的設備來進行上述脫磷處理的情況下之上述脫碳處理時的熔鋼中磷濃度，且前述記錄媒體記錄有用於使電腦實現下述功能的程式：排氣資料取得功能，取得排氣成分及排氣流量；熔鋼資料取得功能，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及磷濃度推定功能，利用以上述排氣成分及上述排氣流量而得到的氧氣脫碳效率之資料、上述排氣成分、上述排氣流量、上述熔鋼溫度及上述碳濃度之資料、以及脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的上述脫磷速率常數與上述脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定上述副測管測定之後的上述熔鋼中的磷濃度。
上述磷濃度推定功能，亦可在上述脫磷速率常數的算出中利用識別群集之類別變數，且前述群集是藉由對過去的作業中所取得的複數個上述氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法(Clustering)而得到的群集。 發明效果
在上述熔鋼中磷濃度推定方法及上述轉爐吹煉控制裝置中，可利用包含氧氣脫碳效率之各種資料及作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的脫磷速率常數來推定熔鋼中磷濃度。藉此，就可以讓與一次精煉之脫碳處理時的CaO源的渣化狀況有關之作業因素反映到熔鋼中磷濃度的推定上。
從而，可比以往更加高精度地推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和脫碳處理所用的轉爐不同的設備來進行脫磷處理的情況下之脫碳處理時的熔鋼中磷濃度。
用以實施發明之形態 以下，參照附圖並且針對本發明之較佳的實施形態詳細地說明。再者，在本說明書及圖式中，對於實質上具有相同功能構成的構成要素會賦予相同符號，並藉此省略重複說明。
再者，雖然在脫碳處理時的轉爐內，因應於該碳濃度而可能存在生鐵或鋼，但是在以下的說明中，為了避免說明變得煩雜，而出於方便考量地將「轉爐內的熔融生鐵或熔鋼」都稱呼為「熔鋼」。又，針對在脫碳處理開始時裝入轉爐的熔融生鐵，則是照原樣使用「熔融生鐵」之字詞。
＜＜1.本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法＞＞ 在說明本實施形態之轉爐吹煉系統1的構成及功能之前，針對本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法進行說明。再者，在以下的說明中，只要沒有特別地說明，各成分的濃度之單位即(質量%)是記載成(%)。
(利用了作業條件、作業因素之熔鋼中磷濃度的推定方法) 若假設為以1次反應式來表示吹煉中的熔鋼中磷濃度[P](%)的時間變化，則該1次反應式是如下述式(1)所示。
[數式2]
在此，在上述式(1)中，[P]ini 是磷濃度初始值(熔融生鐵磷濃度)(%)，k是脫磷速率常數(sec-1 )。再者，在此所說的「磷濃度初始值」是指緊接在脫碳處理之前所實測的磷濃度的實際值(亦即，脫碳處理開始時的磷濃度)。所述磷濃度的實際值是例如在之前步驟即熔融生鐵預備處理後(脫磷處理後)所實測到的磷濃度。
只要可得到正確的脫磷速率常數k，就能夠高精度地推定熔鋼中磷濃度。但是，經考慮：一般而言，實際的吹煉中的脫磷速率常數k並不是恆定的，而是會受到各種作業條件的影響而變動。因此，可如例如上述專利文獻1(日本專利特開2013-23696號公報)所揭示地進行下述作法：不僅活用熔融生鐵成分及熔融生鐵溫度之類的靜態資訊，也活用逐次測定的排氣成分的資料及排氣流量的資料等之排氣資料之類的吹煉中的動態資訊，來推定脫磷速率常數k。以下，說明脫磷速率常數k的推定方法。
藉由上述式(1)，自吹煉開始(脫碳處理開始)t秒後的熔鋼中磷濃度是如下述式(2)所示。
[數式3]
如此一來，就可以利用過去的作業實際成果資料，來求出每次進料的脫磷速率常數k。例如，進料i中的脫磷速率常數ki 是利用下述式(3)來算出。
[數式4]
在此，在上述式(3)中，[P]end,i 是停吹時的熔鋼中磷濃度(%)，tend,i 是從脫碳處理開始到停吹時間點為止的經過時間(秒)。
並且，事先製作將由上述式(3)所得到的脫磷速率常數k設為目的變數之模型公式。此模型公式可藉由各種統計上的手法來適當地建構。在本實施形態中，是使用將各種作業因素X設為解釋變數的迴歸公式來作為該模型公式。該迴歸公式是由習知的多元迴歸分析手法來取得，且是建構成例如下述式(4)。在實際的吹煉中，藉由將該吹煉時的作業因素X代入至下述式(4)，即可推定脫磷速率常數k，且藉由將該脫磷速率常數k應用於上述式(2)，即可推定熔鋼中磷濃度。
[數式5]
在此，在上述式(4)中，αj 是與第j個作業因素Xj 相對應的迴歸係數，而α0 是常數。又，作為作業因素X的具體例，可列舉下述表1所示的作業因素。但是，下述表1所示的作業因素只是一例，在脫磷速率常數k的推定中，亦可考慮所有的作業因素X。又，在脫磷速率常數k的推定中，亦可使用下述表1中所包含的作業因素之全部或一部分。
[表1] 表1
又，根據上述專利文獻1，顯示有下述情形：從吹煉中的排氣流量、排氣成分、頂底吹氣體流量、副原料投入量、及熔融生鐵成分，來計算氧氣收支而得到的爐內蓄積氧量單位消耗，對脫磷速率常數造成的影響較大。從而，在上述專利文獻1中可顯示下述情形：除了表1所記載的解釋變數之外，還進一步採用活用排氣資料等而得到的爐內蓄積氧量單位消耗、以及頂吹噴槍高度、氧氣流量及底吹氣體流量等之吹煉中的動態的作業因素，來作為上述式(4)所示的迴歸公式的解釋變數，藉此即可精度更佳地進行脫磷速率常數的推定。
(氧氣脫碳效率之資料的利用) 可考慮為：CaO源的渣化是藉由吹入轉爐內的氧氣與熔鋼中的Fe反應來生成較多的FeO而變得容易進行。在此情況下，吹入轉爐內的氧氣與熔鋼中的碳反應的比例可能會降低。於是，本案發明人們想到下述要旨：藉由掌握吹入轉爐內的氧氣之與熔鋼中的碳的反應狀況，可以掌握CaO源的渣化狀況。
作為顯示吹入轉爐內的氧氣之與熔鋼中的碳的反應狀況之指標之例子，有氧氣脫碳效率。脫碳處理中的氧氣脫碳效率是顯示吹入轉爐內的氧氣與脫碳處理中的熔鋼中的碳的反應效率之指標。本案發明人們想到下述要旨：藉由將反映脫碳處理時的吹煉的熔渣中之CaO濃度的氧氣脫碳效率採用作為熔鋼中磷濃度的推定之作業因素，可以更加提升熔鋼中磷濃度的推定精度。以下，說明與氧氣脫碳效率有關之資料以及其利用例。如以下所示，所述的氧氣脫碳效率可以從轉爐排出的排氣資訊來取得。
氧氣脫碳效率k0 [i](%/(Nm3 /ton))是依據以固定週期測定之包含排氣流量及排氣成分的排氣資訊，並利用下述式(5)來算出。
[數式6]
在此，在上述式(5)中，CO[i＋N](%)是排氣中的CO濃度，CO2 [i＋N](%)是排氣中的CO2 濃度，Voffgas [i](Nm3 /hr(NTP))是總排氣流量，FO2 [i](Nm3 /hr(NTP))是從吹煉開始到氧氣脫碳效率k0 [i]算出時為止之對轉爐內的輸入氧氣量。再者，FO2 [i]可從藉由靜態控制而可在吹煉開始前決定的吹入氧氣量來算出。又，方括弧[]內的i是表示排氣流量及排氣成分的測定中的取樣週期。又，方括弧[]內的N是對應於排氣成分分析計所造成的分析延遲(排氣到達排氣成分分析計的設置位置為止的時間上之延遲)。分析延遲N之具體的數值，宜因應於煙道中的排氣成分分析計的設置位置來適當地決定。又，「NTP」是指常溫壓力(Normal Temperature Pressure)。
再者，上述式(5)是如以下地被導出。從排氣資訊所求出的每單位時間的脫碳量wc[i](g/sec)可由下述式(6)來算出。
[數式7]
在此，在上述式(6)中，以1000×3600來除Voffgas [i]是為了將單位轉換成(L/sec)。又，以22.4(L/mol)來除是為了換算成莫耳數。又，12是碳的原子量。
由於氧氣脫碳效率k0 [i]是以氧量單位消耗(Nm3 /ton)來除脫碳量(重量%)而定義的，因此氧氣脫碳效率k0 [i]可由下述數式(7)來表示。在此，Wst 是熔鋼(熔融生鐵)重量(ton)。若將下述式(7)代入上述式(6)，即可得到上述式(5)。
[數式8]
圖1是顯示脫碳處理時的氧氣脫碳效率k0 [i]的時間序列資料的例子之圖表。再者，由該圖表所顯示的資料，是藉由對實際上所得到的氧氣脫碳效率k0 [i]的資料施行標準化處理，以成為平均＝0，且成為標準偏差＝1而得到的資料。該時間序列資料是脫碳處理初期中的自脫碳處理開始時間點的時間序列資料。
在圖1的圖表所示的例子中，氧氣脫碳效率k0 [i]是重複上升與下降。氧氣脫碳效率k0 [i]為相對較高時，是顯示下述情形：吹入轉爐內的氧氣與碳反應得比起熔鋼中的Fe更多。在此情況下，因為不太會生成FeO，所以CaO源的渣化難以進行。因此，氧氣脫碳效率k0 [i]為相對較高的狀態即可以說是也未能促進脫磷反應的狀態。另一方面，氧氣脫碳效率k0 [i]為相對較低時，是顯示下述情形：吹入轉爐內的氧氣與熔鋼中的Fe反應得比起碳更多。在此情況下，因為可生成較多的FeO，所以為正在進行CaO源的渣化的狀況。因此，氧氣脫碳效率k0 [i]為相對較低的狀態即可說是可促進脫磷反應的狀態。如此，氧氣脫碳效率得以成為能反映熔鋼中磷濃度的指標。
氧氣脫碳效率k0 [i]大多是在脫碳處理的初期大幅地變動，並在之後逐漸地收斂至大致固定的值。該初期的氧氣脫碳效率之變動可考慮為是伴隨於轉爐表面的脫磷反應之進行所造成的CaO源的渣化之變動。從而，在本實施形態中，可以將脫碳處理的初期的氧氣脫碳效率之資料，使用作為上述式(4)的解釋變數即作業因素Xj 之一。在此，「脫碳處理的初期」是對應於下述之期間：從脫碳處理的開始時，至經過脫碳處理的整個經過時間的3分之1左右為止的期間。
在本實施形態中，亦可例如將脫碳處理初期的氧氣脫碳效率之時間序列資料的平均值，使用作為用於推定脫磷速率常數k的迴歸公式即上述式(4)的解釋變數即作業因素Xj 。藉此，可以讓脫磷反應的進行所造成的CaO源的渣化之進行程度，反映到脫磷速率常數k的推定。
又，在本實施形態中，亦可例如將脫碳處理初期的氧氣脫碳效率之時間序列資料的最大值、最小值、或是中間值(具體來說是測定對象期間的中央的時刻中的氧氣脫碳效率)或該時間序列資料的變化率(具體來說是測定對象期間中的氧氣脫碳效率的變化速度)等依據氧氣脫碳效率的時間序列資料之變數，使用作為解釋變數。
又，在本實施形態中，亦可例如將識別群集之類別變數作為解釋變數使用，其中前述群集是對氧氣脫碳效率的時間序列資料施行時間序列分群法而得到的群集。時間序列分群法是求出時間序列資料彼此的距離，並依據該距離來進行分群法的手法。藉由將氧氣脫碳效率的轉變作為時間序列資料來處理，而變得可將單純的平均值無法表現的氧氣脫碳效率之複雜的行為(換言之，如在算出平均值的過程中被平均化的氧氣脫碳效率之時間上的行為變化)看作是有重要意義的行為，而能夠更加精度良好地反映像這樣的氧氣脫碳效率之複雜的行為。
以下，針對將識別群集之類別變數使用作為解釋變數的情況詳細地進行說明，其中前述群集是對氧氣脫碳效率的時間序列資料施行時間序列分群法而得到的群集。
在本實施形態中，首先，是對從過去的作業資料取得之脫碳處理的初期中的氧氣脫碳效率的時間序列資料，事先進行時間序列分群法。再者，在本實施形態中，是利用階層式分群法的最近鄰法來作為時間序列分群法的手法。作為時間序列分群法的手法，並未限定於本手法，亦可為例如非階層式分群法的k-means法等。又，在本實施形態中，雖然是對這些時間序列資料進行時間序列分群法，以將其分類成4個群集，但對群集的數量並未特別限定。群集的數量可因應於分群法的結果來適當設定。
圖2是顯示對氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法的結果的例子之圖。圖2的各圖表是分別顯示針對與各類別變數(No.1~8)相對應的群集之時間序列分群法的結果之圖表。再者，各圖表所示的氧氣脫碳效率之資料，是對實際所算出的氧氣脫碳效率之資料施行標準化處理，以成為平均＝0，且成為標準偏差＝1而得到的資料。又，於本實施形態之時間序列分群法中所用的氧氣脫碳效率的時間序列資料，分別是從脫碳處理的吹煉開始時到經過50秒的時間點為止之氧氣脫碳效率所得到的資料。選擇用於此時間序列分群法的氧氣脫碳效率的時間序列資料之時間範圍並未特別限定，可為例如可依據實際得到的氧氣脫碳效率的時間序列資料之趨勢、或轉爐吹煉設備的作業狀態等，來適當設定該時間範圍。
在圖2中，存在於各圖表中的折線的每一條為顯示某1次的脫碳處理中的氧氣脫碳效率之隨時間的變化。如圖2的各圖表所示，將氧氣脫碳效率的時間序列資料的相似性較高的資料彼此各自分類到相同的群集。例如，如群集No.1之圖表所示，在群集No.1中分類有氧氣脫碳效率為漸增的時間序列資料。另一方面，如群集No.2之圖表所示，在群集No.2中分類有氧氣脫碳效率幾乎未變化的時間序列資料。
如此，就可將識別群集之類別變數採用作為上述式(4)的解釋變數即作業因素Xj ，其中前述群集是對氧氣脫碳效率的時間序列資料進行時間序列分群法而得到的群集。藉此，就可以讓脫碳處理時單純地投入的CaO源的渣化的進行程度反映在熔鋼中磷濃度的推定上。CaO源的渣化的進行程度與脫磷反應的進行程度有很大的關連。因此，由於可進一步對熔鋼中磷濃度的推定加進脫碳處理中的脫磷反應之進行程度，因此變得可更加提升熔鋼中磷濃度的推定精度。
(實際的作業時的分群法結果之利用) 接著，說明在實際的作業時，將上述之各時間序列資料的分群法結果利用於脫磷速率常數k的推定之方法。
首先，對從過去的作業資料取得之脫碳處理的初期之氧氣脫碳效率的時間序列資料，事先進行時間序列分群法，並先將該時間序列資料分類成複數個群集。並且，按每個群集來事先建構迴歸公式(上述式(4))，前述迴歸公式是將這些群集各別的類別變數設為解釋變數之一。
接著，按每個測定點來算出下述的測定點j(j＝1~n)中的平均值βave,j ：被分類至各群集的氧氣脫碳效率的複數個時間序列資料之測定點。測定點是指該時間序列資料的對象範圍中的氧氣脫碳效率的測定時間點。例如，在圖2所示的各群集中分類有從脫碳處理開始時到經過50秒的時間點為止之各時間序列資料。在將氧氣脫碳效率按每1秒來進行測定的情況下，測定點數量即為50點。
接著，取得推定脫磷速率常數k之對象，即實際的脫碳處理時的氧氣脫碳效率的時間序列資料(Sj )，並按每個群集求出例如該時間序列資料Sj 與上述之平均值βave,j 的差分，以作為所取得之氧氣脫碳效率的時間序列資料與各群集的相似度。將該差分為最小的群集判斷為時間序列資料(Sj )所屬之群集，並將與此群集相對應的類別變數使用作為作業因素的解釋變數。雖然可使用公知之任意的差分作為該差分，但該差分宜為例如在下述式(8)所示之差方平方和(Sum of Squared Difference：SSD)。該差分可藉由公知之統計上的手法來適當求出。脫磷速率常數k可藉由將所得到的類別變數和其他的解釋變數一起代入所建構的迴歸公式而算出。
[數式9]
以上，已針對作為解釋變數而使用識別群集之類別變數的情況詳細地說明，其中前述群集是對氧氣脫碳效率的時間序列資料施行時間序列分群法而得到的群集。
再者，依據氧氣脫碳效率的時間序列資料之解釋變數並不受限於上述之例子。亦可將例如脫碳處理初期的氧氣脫碳效率之時間序列資料的平均值或中間值、或該時間序列資料的變化率等，使用作為解釋變數。
以上，已針對本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法進行了說明。
＜＜2.本實施形態之轉爐吹煉系統＞＞ ＜2.1.轉爐吹煉系統之構成＞ 接著，說明用於實現上述所示之本實施形態的熔鋼中磷濃度的推定方法的系統之一例。圖3是顯示本發明之一實施形態的轉爐吹煉系統1的構成例之圖。參照圖3，本實施形態之轉爐吹煉系統1具備轉爐吹煉設備10、轉爐吹煉控制裝置20、測量控制裝置30以及作業資料庫40。
(轉爐吹煉設備) 轉爐吹煉設備10具備轉爐11、煙道12、頂吹噴槍13、副測管14、排氣成分分析計101以及排氣流量計102。轉爐吹煉設備10是依據例如由測量控制裝置30所輸出的控制訊號，來進行有關於下述的處理：開始及停止由頂吹噴槍13進行之對熔融生鐵的氧氣之供給、由副測管14所進行之熔鋼中的成分濃度及熔鋼溫度的測定、冷材及副原料(例如生石灰等)的投入、以及由轉爐11所進行之熔鋼及熔渣的排渣。於轉爐吹煉設備10中可設置：用於對頂吹噴槍13供給氧氣的送氧裝置、用於對轉爐11投入冷材之具有驅動系統的冷材投入裝置、以及用於對轉爐11投入副原料之具有驅動系統之副原料投入裝置等可用於一般的轉爐之吹煉的各種裝置。
從轉爐11的爐口插入有用於吹煉的頂吹噴槍13，且將從送氧裝置所輸送的氧氣15通過頂吹噴槍13來供給到爐內的熔融生鐵。又，為了熔融生鐵的攪拌，可從轉爐11的底部導入氮氣或氬氣等惰性氣體等來作為底吹氣體16。於轉爐11內可投入熔融生鐵、用於調整熔融生鐵(熔鋼)溫度的冷材、及CaO源即生石灰等之用於熔渣形成的副原料。再者，在副原料為粉體的情況下，亦可將粉體的副原料通過頂吹噴槍13來和氧氣15一起供給至轉爐11內。
在一次精煉的脫碳處理中，是讓熔融生鐵中的碳與從頂吹噴槍13所供給的氧氣進行氧化反應(脫碳反應)。藉此，即可生成CO或CO2 的排氣。這些排氣是從轉爐11往煙道12排出。
又，在一次精煉的脫碳處理中，是如上述化學式(101)所示，讓熔融生鐵中所包含的磷藉由和轉爐內的熔渣中所包含的FeO、及包含CaO含有物質的副原料進行化學反應(脫磷反應)，而被攝入熔渣中。亦即，藉由吹煉以使熔渣的氧化鐵之濃度增加，藉此可促進脫磷反應。
如此，在轉爐吹煉中，是使所吹入的氧氣、與熔融生鐵中的碳、磷、或矽等反應，而產生氧化物。藉由吹煉而產生的氧化物是作為排氣而被排出、或作為熔渣而安定化。藉由吹煉中的氧化反應來去除碳，並且將磷等攝入熔渣中而去除，藉此即可生成低碳且雜質較少的鋼。
又，從轉爐11的爐口插入的副測管14是在脫碳處理時，將其前端在規定的時間點浸漬於熔鋼中，而在用於測定包含碳濃度之熔鋼中的成分濃度、及熔鋼溫度等中使用。以下，將由該副測管14所進行之成分濃度及/或熔鋼溫度等之熔鋼資料的測定稱為「副測管測定」。副測管測定所得到的熔鋼資料是透過測量控制裝置30而被發送到轉爐吹煉控制裝置20。
因吹煉而產生的排氣會往設置於轉爐11外的煙道12流動。於煙道12上設置有排氣成分分析計101及排氣流量計102。排氣成分分析計101是分析排氣中所包含的成分。排氣成分分析計101是分析例如排氣中所包含的CO及CO2 的濃度。排氣流量計102是測定排氣的流量。排氣成分分析計101及排氣流量計102是以規定的取樣週期(例如5~10(秒)週期)來逐次地進行排氣的成分分析及流量測定。排氣的成分分析及流量測定是為了作為上述式(4)所示之迴歸公式的解釋變數而使用的爐內蓄積氧量單位消耗的算出，而從脫碳處理開始時進行。藉由排氣成分分析計101所分析出的排氣成分之資料、以及藉由排氣流量計102所測定出的排氣流量之資料(以下，將這些資料稱為「排氣資料」)是透過測量控制裝置30並作為時間序列資料來輸出至轉爐吹煉控制裝置20。再者，較理想的是，為了讓轉爐吹煉控制裝置20逐次地推定熔鋼中磷濃度，是逐次地將此排氣資料輸出至轉爐吹煉控制裝置20。
(轉爐吹煉控制裝置) 轉爐吹煉控制裝置20具備：資料取得部201、群集決定部202、分群法執行部203、磷濃度推定部204、轉爐吹煉資料庫21及輸入輸出部22。轉爐吹煉控制裝置20具備：CPU(中央處理單元，Central Processing Unit)、ROM(唯讀記憶體，Read Only Memory)、RAM(隨機存取記憶體，Random Access Memory)、儲存器以及通訊裝置等之硬體構成。在轉爐吹煉控制裝置20中，是藉由這些硬體構成來實現資料取得部201、群集決定部202、分群法執行部203以及磷濃度推定部204的各功能。又，轉爐吹煉資料庫21是保存轉爐吹煉控制裝置20中所用的各種資料之資料庫，且可藉由儲存器等之儲存裝置來實現。又，輸入輸出部22是藉由鍵盤、滑鼠、或觸控面板等之輸入裝置、顯示器、或印表機等之輸出裝置、以及通訊裝置來實現。
轉爐吹煉控制裝置20是將保存於轉爐吹煉資料庫21的各種資料、從排氣成分分析計101及排氣流量計102所取得的排氣資料、以及從副測管14所取得的熔鋼資料作為輸入值，來推定熔鋼中磷濃度。熔鋼中磷濃度可藉由轉爐吹煉控制裝置20的各功能部所具有的功能來推定。又，轉爐吹煉控制裝置20亦可將所推定出的熔鋼中磷濃度使用於轉爐吹煉中的作業之控制。例如，在判斷為所推定之熔鋼中磷濃度超過被保存作為目標資料212之一的目標熔鋼中磷濃度的情況下，轉爐吹煉控制裝置20即可將轉爐吹煉的作業條件變更成使熔鋼中磷濃度低於目標熔鋼中磷濃度。如此，只要能以高精度來推定熔鋼中磷濃度，就可以將一次精煉所得到的熔鋼之品質維持得較高。
再者，針對本實施形態之轉爐吹煉控制裝置20的各功能部所具有的具體的功能將於後文描述。
又，轉爐吹煉控制裝置20具有控制例如程序整體的功能，前述程序是對轉爐11之氧氣的吹入、以及冷材及副原料的投入等之有關於轉爐吹煉的程序。又，例如，轉爐吹煉控制裝置20具有在一般的靜態控制中進行的下述功能等：在吹煉開始前利用規定的數學式模型等來決定對轉爐11的吹入氧量、冷材的投入量(以下稱為「冷材量」)以及副原料的投入量等。又，針對例如一般的動態控制中所進行的副測管測定，轉爐吹煉控制裝置20還具有控制其測定對象或測定時間點等的功能。
因為作為未圖示的各功能中的具體處理(例如，上述之冷材及副原料投入的控制方法、在靜態控制中於吹煉開始前決定吹入氧量或各種冷材及副原料的投入量等的方法、以及副測管測定的控制方法)可應用各種公知的方法，所以在此省略詳細的說明。
轉爐吹煉資料庫21是例如圖3所示，保存熔融生鐵資料211、目標資料212、及參數213等。亦可將這些資料透過未圖示的輸入裝置或通訊裝置來追加、更新、變更、或刪除。例如，亦可將在保存於後述之作業資料庫40的各種資料當中用於轉爐吹煉的資料，追加至轉爐吹煉資料庫21。儲存於轉爐吹煉資料庫21的各種資料可藉由資料取得部201來讀取。再者，本實施形態之具有轉爐吹煉資料庫21的儲存裝置，雖然是如圖3所示地與轉爐吹煉控制裝置20成為一體而構成，但是在其他實施形態中，具有轉爐吹煉資料庫21的儲存裝置亦可為與轉爐吹煉控制裝置20分離的構成。
熔融生鐵資料211是有關於轉爐11內之熔融生鐵的各種資料。例如，於熔融生鐵資料211中可包含關於熔融生鐵的資訊(每次進料的初期之熔融生鐵重量、熔融生鐵成分(碳、磷、矽、鐵、錳等)的濃度、熔融生鐵溫度、熔融生鐵率等)。於熔融生鐵資料211中，另外也可包含一般而言在脫碳處理中所用的各種資訊(例如，關於副原料及冷材的投入之資訊(關於副原料及冷材量的資訊)、關於副測管測定的資訊(關於測定對象或測定時間點等的資訊)、關於吹入氧量的資訊等)。於目標資料212中可包含脫碳處理後、及副測管測定時等的熔融生鐵中(熔鋼中)的目標成分濃度及目標溫度等的資料。參數213是在群集決定部202及磷濃度推定部204中所使用的各種參數。例如，於參數213中可包含將作業因素設為解釋變數的迴歸公式中的參數、以及用於推定磷濃度的參數(脫磷速率常數等)。
輸入輸出部22具有例如取得由磷濃度推定部204所進行之熔鋼中磷濃度的推定結果等，並輸出至各種輸出裝置之功能。例如，輸入輸出部22亦可將所推定出的熔鋼中磷濃度顯示給操作人員。又，在依據轉爐吹煉控制裝置20所推定出的熔鋼中磷濃度來進行轉爐吹煉控制的情況下，輸入輸出部22亦可將依據所推定出的熔鋼中磷濃度之轉爐吹煉的指示輸出至測量控制裝置30。在此情況下，該指示可為藉由轉爐吹煉控制裝置20所具有的轉爐吹煉控制之功能所自動生成的指示，亦可為藉由閱覽了所顯示的熔鋼中磷濃度(推定值)之資訊的操作人員的操作來輸入的指示。又，輸入輸出部22亦可具有輸入介面的功能，前述輸入介面是用於追加、更新、變更、或刪除轉爐吹煉資料庫21中所保存的各種資料之介面。又，輸入輸出部22亦可對作業資料庫40輸出：藉由資料取得部201所取得的各種資料、由群集決定部202所進行的決定結果、以及由磷濃度推定部204所進行的推定結果。
(測量控制裝置) 測量控制裝置30具備有CPU、ROM、RAM、儲存器及通訊裝置等之硬體構成。測量控制裝置30具有和轉爐吹煉設備10所具備的各裝置通訊，並控制轉爐吹煉設備10之整體動作的功能。例如，測量控制裝置30是因應於來自轉爐吹煉控制裝置20的指示，而控制下述操作：對轉爐11之冷材及副原料的投入、頂吹噴槍13之氧氣15的吹入、以及副測管14對熔鋼的浸漬以及副測管測定等。又，測量控制裝置30會取得可從排氣成分分析計101、排氣流量計102及副測管14等之轉爐吹煉設備10的各裝置獲得的資料，並發送至轉爐吹煉控制裝置20。
(作業資料庫) 作業資料庫40是藉由儲存器等之儲存裝置所實現的資料庫，且是保存與轉爐吹煉的作業有關之各種資料的資料庫。該各種資料包含藉由資料取得部201所取得之可從轉爐吹煉設備10的各裝置獲得的資料、並且包含由群集決定部202所進行的決定結果、以及由磷濃度推定部204所進行的推定結果。
例如，本實施形態之作業資料庫40是將從排氣成分分析計101及排氣流量計102所測定出的排氣資料而獲得的氧氣脫碳效率之資料(亦即，氧氣脫碳效率的時間序列資料)按每次作業來蓄積。
本實施形態之作業資料庫40會將每次作業的氧氣脫碳效率的時間序列資料輸出至分群法執行部203。再者，本實施形態之具有作業資料庫40的儲存裝置，雖然是如圖3所示地與轉爐吹煉控制裝置20分離而構成，但是在其他實施形態中，具有作業資料庫40的儲存裝置亦可與轉爐吹煉控制裝置20為成為一體的構成。
＜2.2.各功能部之構成及功能＞ 接著，說明本實施形態之轉爐吹煉控制裝置20的各功能部之構成及功能。
再次參照圖3，於本實施形態之轉爐吹煉控制裝置20中具備資料取得部201、群集決定部202、分群法執行部203及磷濃度推定部204之各功能部。
(資料取得部) 資料取得部201是取得用於推定熔鋼中磷濃度的各種資料。例如，資料取得部201是取得儲存於轉爐吹煉資料庫21的熔融生鐵資料211、目標資料212及參數213。亦即，資料取得部201具有作為熔融生鐵資料取得部的功能。這些資料最遲可在由磷濃度推定部204所進行的熔鋼中磷濃度的推定處理開始之前取得。本實施形態之資料取得部201是在脫碳處理開始前取得已儲存於轉爐吹煉資料庫21中的各種資料。
又，資料取得部201是取得從排氣成分分析計101及排氣流量計102所輸出的排氣資料。亦即，資料取得部201具有作為排氣資料取得部的功能。所取得的排氣資料是時間序列資料。排氣資料的取得是在一次精煉的整個過程中進行。本實施形態之資料取得部201是逐次地取得排氣成分分析計101及排氣流量計102所逐次測定的排氣資料。
又，資料取得部201可從所取得的排氣資料來算出氧氣脫碳效率。亦即，資料取得部201具有作為氧氣脫碳效率算出部的功能。氧氣脫碳效率是從所取得的排氣流量及排氣成分的時間序列資料，利用前述式(5)而得到的時間序列資料。本實施形態之資料取得部201是從逐次測定的排氣資料來算出：至少從脫碳處理的開始時間點到經過規定時間為止的氧氣脫碳效率之時間序列資料。再者，在其他實施形態中，資料取得部201亦可在中間副測管測定前一併取得從脫碳處理的開始時間點到經過規定時間為止的排氣資料，並從所取得的排氣資料來算出氧氣脫碳效率的時間序列資料。
又，資料取得部201是取得藉由脫碳處理時由副測管14所進行的副測管測定而得到的熔鋼資料。亦即，資料取得部201具有作為熔鋼資料取得部的功能。
再者，資料取得部201除了上述之各種資料以外，還可取得脫碳處理之資料。資料取得部201是透過測量控制裝置30來取得可從轉爐吹煉設備10所具備的各種裝置輸出的資料。
資料取得部201是將所取得的資料輸出至群集決定部202及磷濃度推定部204。又，以資料取得部201所取得的資料會被保存至作業資料庫40。
(群集決定部、分群法執行部) 群集決定部202是在藉由分群法執行部203所取出的複數個群集當中，針對從資料取得部201所取得的氧氣脫碳效率之時間序列資料來決定相似度最高的群集。在此，針對相似度的算出方法並無特別限定，可以適當地利用公知的各種方法。作為所述的相似度，可以例如如上所述，利用所著眼的氧氣脫碳效率之時間序列資料與各群集的差分平方和。與藉由群集決定部202所決定的群集相對應的類別變數會被輸出至磷濃度推定部204。可將該類別變數使用作為上述式(4)所示之迴歸公式的解釋變數即作業因素Xj ，其中前述式(4)是用於由磷濃度推定部204所進行的推定上。
又，分群法執行部203是對從作業資料庫40所取得之過去的作業中的氧氣脫碳效率之時間序列資料進行分群法，以獲得複數個群集。可將藉由分群法執行部203所獲得的群集之資訊輸出至群集決定部202。又，亦可將該群集之資訊輸出至作業資料庫40。又，分群法執行部203亦可在已將保存於作業資料庫40之過去的作業中的氧氣脫碳效率之時間序列資料更新時，適當執行分群法。
再者，在其他的實施形態中，於未將上述類別變數使用作為解釋變數的情況下，亦可不將群集決定部202及分群法執行部203包含於轉爐吹煉控制裝置20中。
(磷濃度推定部) 本實施形態之磷濃度推定部204是利用從資料取得部201所輸出的各種資料、以及識別從群集決定部202所輸出之群集的變數即類別變數，來推定脫磷速率常數k及熔鋼中磷濃度。具體而言，磷濃度推定部204首先是將上述之各種資料及類別變數設為解釋變數，並代入上述式(4)所示之迴歸公式中，藉此算出脫磷速率常數k。然後，磷濃度推定部204會將所算出的脫磷速率常數k代入上述式(2)中，藉此推定熔鋼中磷濃度。磷濃度推定部204會在由副測管14所進行的副測管測定之後(亦即，由資料取得部201所進行的熔鋼資料之取得的開始之後)，逐次地推定脫磷速率常數k及熔鋼中磷濃度。亦即，在副測管測定之後，會以磷濃度推定部204來推定到脫碳處理的停吹時(終點時)為止的範圍中的脫磷速率常數k及熔鋼中磷濃度。
再者，在其他實施形態中未將上述類別變數作為解釋變數來使用的情況下，可將依據氧氣脫碳效率的時間序列資料之變數(例如平均值等)作為該解釋變數來使用。
以上，已參照圖3說明了本實施形態之轉爐吹煉控制裝置20的各功能部之構成及功能。再者，在圖3中雖然並未顯示，但是轉爐吹煉控制裝置20亦可更具備操作量算出部。操作量算出部亦可依據磷濃度推定部204所推定的熔鋼中磷濃度，來算出脫碳處理中的吹入氧量或冷材量、或頂吹噴槍高度等之操作量。操作量算出部的功能亦可和例如上述專利文獻1所揭示的功能相同。本實施形態之磷濃度推定部204所推定的熔鋼中磷濃度，比藉由上述專利文獻1所揭示的技術所推定的熔鋼中磷濃度精度更高。因此，由於藉由操作量算出部所算出的操作量之信賴度也較高，因此變得可讓實際的熔鋼中磷濃度更加接近於目標熔鋼中磷濃度。
＜＜3.熔鋼中磷濃度推定方法之流程＞＞ 圖4是由本實施形態之轉爐吹煉系統1所進行的熔鋼中磷濃度推定方法的流程圖之一例。參照圖4來說明由本實施形態之轉爐吹煉系統1所進行的熔鋼中磷濃度推定方法的流程。再者，圖4所示的各處理是與圖3所示的轉爐吹煉控制裝置20所執行的各處理相對應。因此，省略圖4所示的各處理的詳細內容，而僅說明各處理的概要。
在本實施形態之熔鋼中磷濃度推定方法中，首先，資料取得部201是在轉爐吹煉開始前取得在轉爐吹煉資料庫21中所保存的資料等之各種資料(步驟S101)。具體而言，資料取得部201是取得熔融生鐵資料211、目標資料212、及參數213。
接著，資料取得部201是從脫碳處理的開始時間點取得脫碳處理的資料(步驟S103)。具體而言，資料取得部201是從排氣成分分析計101及排氣流量計102逐次地取得排氣成分分析計101及排氣流量計102所測定的排氣資料。再者，排氣資料的取得是從脫碳處理的開始時間點到結束時間點為止連續地進行。步驟S103之脫碳處理的資料之取得處理，是從脫碳處理的開始時間點到經過規定時間的時間點(步驟S105)為止重複實施的處理。所述的規定時間相當於在由後段中的群集決定部202所進行的決定處理中所用的氧氣脫碳效率的時間序列資料之時間範圍。
接著，資料取得部201是判別從脫碳處理的開始時間點是否已經過規定時間(事先規定的時間範圍)(步驟S105)。從脫碳處理的開始時間點未經過規定時間的情況下(步驟S105/否)，資料取得部201會取得氧氣脫碳效率的資料(步驟S107)。具體而言，資料取得部201是在從脫碳處理的開始時間點到經過規定時間的時間點為止之間，從逐次取得的排氣資料來逐次地算出氧氣脫碳效率，以取得氧氣脫碳效率的時間序列資料。
接著，從脫碳處理的開始時間點已經過規定時間的情況下(步驟S105/是)，群集決定部202會依據在步驟S107中所取得的氧氣脫碳效率之時間序列資料，來決定作為作業因素而使用的群集(步驟S109)。具體而言，群集決定部202是針對本進料的脫碳處理初期中的氧氣脫碳效率之時間序列資料，在藉由分群法執行部203所取出的各群集當中，決定相似度最高的群集。群集決定部202是將與在此所決定之群集相對應的類別變數輸出至磷濃度推定部204。
接著，資料取得部201是繼續取得脫碳處理的資料(步驟S111)。步驟S111之脫碳處理的資料之取得處理，是從已從脫碳處理的開始時間點到經過規定時間的時間點，到脫碳處理的結束時間點(步驟S117)為止重複實施的處理。步驟S111之處理與步驟S103之處理是同樣的。又，在進行副測管測定的時間點上，資料取得部201會取得熔鋼資料。
接著，磷濃度推定部204是在本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法中，判別副測管測定是否已經在進行(步驟S113)。在副測管測定尚未進行的情況下(步驟S113/否)，則不進行由磷濃度推定部204所進行之熔鋼中磷濃度的推定，且資料取得部201會重複取得排氣資料等之脫碳處理的資料(步驟S111)。另一方面，在副測管測定為已經在進行的情況下(步驟S113/是)，磷濃度推定部204會進行熔鋼中磷濃度的推定(步驟S115)。
具體而言，磷濃度推定部204是利用資料取得部201所取得的各種資料，首先，進行副測管測定時的脫磷速率常數k及熔鋼中磷濃度的推定。這是因為在副測管測定中所得到的熔鋼溫度實際值及熔鋼中碳濃度實際值，可藉由脫磷速率常數k的推定之高精度化而較為有效。更詳細而言，首先，將以包含副測管測定中所得到的熔鋼溫度實際值及熔鋼中碳濃度實際值之各種資料為依據的解釋變數代入上述式(4)之迴歸公式中，藉此獲得脫磷速率常數k。接著，將所得到的脫磷速率常數k視為從脫碳處理開始時到副測管測定時為止為同一值，並將熔融生鐵磷濃度設為磷濃度初始值[P]ini ，且將從脫碳處理開始到副測管測定時為止的經過時間設為t來代入上述式(2)，藉此求出副測管測定時的磷濃度[P]。如此，由於即使利用副測管測定時所推定的脫磷速率常數k來推定從脫碳處理開始到副測管測定時的磷濃度，仍然能夠如下述實施例所示，以充分的精度來推定磷濃度，因此並無實用上的問題。
在副測管測定之後，磷濃度推定部204會判別脫碳處理是否已結束(步驟S117)。在脫碳處理尚未結束的情況下(步驟S117/否)，磷濃度推定部204會在脫碳處理結束的時間點以前，將上述之副測管測定時的熔鋼中磷濃度推定值設為初始值，且重複進行由上述式(4)所進行的脫磷速率常數k的推定、以及利用了所推定之k的由上述式(2)所進行的熔鋼中磷濃度的推定(步驟S111~步驟S115的處理)。另一方面，在脫碳處理已結束的情況下(步驟S117/是)，磷濃度推定部204會結束本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定處理。
以上，參照圖4而說明了本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法的流程。再者，於圖4所示之本實施形態的熔鋼中磷濃度的推定方法的流程圖中所示之步驟，不過只是一個例子。
只要執行例如步驟S101的處理、或步驟S107及步驟S109的處理的時間點，是在步驟S115中的熔鋼中磷濃度之推定處理開始以前即可，並無特別限定。具體而言，在其他的實施形態中，於資料取得部201從各種裝置一併取得氧氣脫碳效率的資料之情況下，只要步驟S101及步驟S107中的資料之取得處理、以及步驟S109中的群集之決定處理，是在步驟S115中的熔鋼中磷濃度之推定處理開始以前完成即可。這是因為只要在步驟S115中的熔鋼中磷濃度之推定處理的開始時，已將可用於熔鋼中磷濃度的推定的資料備齊便已足夠。
＜＜4.總結＞＞ 脫碳處理中的CaO源的渣化狀況會反映出影響熔鋼中磷濃度的脫磷反應之進行的程度。此CaO源的渣化狀況是與脫碳處理中的氧氣脫碳效率相關。由此，根據本實施形態，可使用脫碳處理的初期中的氧氣脫碳效率之時間序列資料(及/或氧氣脫碳效率的時間序列資料之平均值)，來作為用於算出脫磷速率常數k的解釋變數所用的作業因素之一。亦即，作為與脫磷反應的進行的程度相關的CaO的渣化狀況，而可將在脫碳處理時取得的氧氣脫碳效率應用於熔鋼中磷濃度的推定。藉此，根據本實施形態，可以更加提高轉爐吹煉中的熔鋼中磷濃度的推定精度。
又，根據本實施形態，是將可識別群集之類別變數使用作為作業因素之解釋變數，其中前述群集是對過去的作業時之氧氣脫碳效率的時間序列資料進行時間序列分群法而得到的群集。然後，決定與實際的作業時所得到的氧氣脫碳效率之時間序列資料所示的傾向相似的群集，且將與所決定之群集相對應的類別變數作為該進料的作業因素之解釋變數，並代入迴歸公式中。藉此，就可以將脫碳處理的初期中的氧氣脫碳效率之變動模式單純地反映於脫磷速率常數k的推定上。亦即，可以更加提高轉爐吹煉中的熔鋼中磷濃度的推定精度。
再者，於圖3所示的構成只是本實施形態之轉爐吹煉系統1的一例，轉爐吹煉系統1的具體之構成並不限定於所述的例子。轉爐吹煉系統1只要構成為可實現以上所說明的功能即可，可以採用一般可設想到的所有構成。
例如，轉爐吹煉控制裝置20所具備的各功能可不必在1台裝置上全部執行，亦可藉由複數台裝置的合作來執行。亦可例如將僅具備資料取得部201、群集決定部202、分群法執行部203以及磷濃度推定部204當中的1個或複數個的任一功能的一個裝置，與具有其他功能的其他裝置以可通訊的方式來連接，藉此實現與圖示之轉爐吹煉控制裝置20同等的功能。
又，可以製作用於實現圖3所示之本實施形態的轉爐吹煉控制裝置20的各功能的電腦程式，並安裝於PC等之處理裝置。又，也可以提供記錄有這樣的電腦程式，且能以電腦來讀取的記錄媒體。記錄媒體為例如磁碟、光碟、磁光碟、快閃記憶體等。又，上述電腦程式亦可不利用記錄媒體，而是透過例如網路來發送。
又，在上述實施形態中，雖然說明了將轉爐吹煉系統1應用於SRP作業的例子，但是本發明的應用對象並不限於SRP作業。例如，本發明之轉爐吹煉系統1對於下述之作業也可以應用：利用盛鋼桶或魚雷車(Torpedo car)等之設備來進行熔融生鐵預備處理後，將熔融生鐵裝入轉爐以進行脫碳處理的作業、以及利用和進行脫碳處理的轉爐不同的轉爐來進行脫磷處理之類的利用複數個轉爐的作業。又，本發明之轉爐吹煉系統1對於不實施熔融生鐵預備處理的普通生鐵作業也可應用。在應用於普通生鐵作業的情況下，可利用脫碳處理前所實測的磷濃度之實際值來作為磷濃度初始值[P]ini ，藉此推定熔鋼中磷濃度。再者，在普通生鐵作業的情況下，磷濃度初始值[P]ini 是在例如一般的前步驟即脫硫處理後所實測的磷濃度。 [實施例]
接著，說明本發明的實施例。為了確認本發明的效果，在本實施例中，針對藉由本實施形態之熔鋼中磷濃度推定方法而得到的熔鋼中磷濃度的推定精度進行驗證。再者，以下的實施例只是用來驗證本發明的效果而進行的實施例，並非將本發明限定於以下的實施例。
針對實施例及比較例，分別算出副測管測定時的熔鋼中磷濃度。熔鋼中磷濃度可藉由將上述式(4)得到的脫磷速率常數k代入至上述式(2)來取得。以下將所算出的熔鋼中磷濃度稱為「推定值」。
再者，為了實施例及比較例之熔鋼中磷濃度的推定精度之驗證，測定了副測管測定時的熔鋼中磷濃度的實際值。分別算出實施例及比較例之熔鋼中磷濃度的推定值與實際值的誤差(推定誤差)，並求出該推定誤差的標準偏差(%)。標準偏差越小，則推定誤差越小，亦即，可以說推定精度較高。
用於上述式(4)所示的迴歸公式之解釋變數是如下述表2所示。具體而言，在比較例中，是使用上述表1所示之以往的作業因素來作為解釋變數。另一方面，在實施例中，作為解釋變數，除了上述表1所示的作業因素之外，還使用了與群集相對應的類別變數(稱為氧氣脫碳效率之類別變數)，其中前述群集是針對氧氣脫碳效率的時間序列資料而藉由群集決定部202所決定的群集。
[表2] 表2
接著，顯示實施例及比較例之熔鋼中磷濃度的推定精度之驗證結果。圖5是顯示實施例及比較例之副測管測定時的熔鋼中磷濃度之相對於實際值的推定誤差之標準偏差的圖表。參照圖5可知，在實施例中，是相較於比較例而使推定誤差之標準偏差成為較小之值，且為熔鋼中磷濃度的推定精度更加提高之情形。
本案發明人們於分析了有關於各進料而以上述式(4)所示的迴歸公式所進行的迴歸結果後，結果發現有因應於氧氣脫碳效率的轉變的狀況而使脫磷效率變動的傾向。藉由著眼於此傾向而可考慮到的是，因為可將脫碳處理中的CaO源的渣化狀況，藉由根據氧氣脫碳效率的時間序列資料之解釋變數來反映於脫磷速率常數k的算出，所以可讓熔鋼中磷濃度的推定精度提升。
以上，雖然已參照附圖來詳細說明本發明之較佳的實施形態，但是本發明並不限定於所述的例子。只要是本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在申請專利範圍所記載的技術性思想之範疇內，顯然可設想到各種變更例或修正例，而關於該等變更例或修正例，當然也應被理解為屬於本發明的技術性範圍。
1‧‧‧轉爐吹煉系統
10‧‧‧轉爐吹煉設備
11‧‧‧轉爐
12‧‧‧煙道
13‧‧‧頂吹噴槍
14‧‧‧副測管
15‧‧‧氧氣
16‧‧‧底吹氣體
20‧‧‧轉爐吹煉控制裝置
21‧‧‧轉爐吹煉資料庫
22‧‧‧輸入輸出部
30‧‧‧測量控制裝置
40‧‧‧作業資料庫
101‧‧‧排氣成分分析計
102‧‧‧排氣流量計
201‧‧‧資料取得部
202‧‧‧群集決定部
203‧‧‧分群法執行部
204‧‧‧磷濃度推定部
211‧‧‧熔融生鐵資料
212‧‧‧目標資料
213‧‧‧參數
S101、S103、S105、S107、S109、S111、S113、S115、S117‧‧‧步驟
圖1是顯示脫碳處理時的氧氣脫碳效率k0 [i]的時間序列資料的例子之圖表。 圖2是顯示已對氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法之結果的例子之圖。 圖3是顯示本發明之一實施形態的轉爐吹煉系統的構成例之圖。 圖4是顯示該實施形態之由轉爐吹煉系統進行的熔鋼中磷濃度推定方法的流程圖之一例。 圖5是顯示實施例及比較例之副測管測定時的熔鋼中磷濃度之相對於實際值的推定誤差之標準偏差的圖表。

Claims (8)

  1. 一種熔鋼中磷濃度推定方法，是用於推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和前述脫碳處理所用的前述轉爐不同的設備來進行前述脫磷處理的情況下之前述脫碳處理時的熔鋼中磷濃度， 前述熔鋼中磷濃度推定方法包含： 排氣資料取得步驟，取得排氣成分及排氣流量； 熔鋼資料取得步驟，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及 磷濃度推定步驟，利用以前述排氣成分及前述排氣流量而得到的氧氣脫碳效率之資料、前述排氣成分、前述排氣流量、前述熔鋼溫度及前述碳濃度之資料、以及前述脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的前述脫磷速率常數與前述脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定前述副測管測定之後的前述熔鋼中的磷濃度。
  2. 如請求項1之熔鋼中磷濃度推定方法，其中在前述脫磷速率常數的算出中是利用識別群集之類別變數，且前述群集是藉由對過去的作業中所取得的複數個前述氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法而得到的群集。
  3. 一種轉爐吹煉控制裝置，是用於推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和前述脫碳處理所用的前述轉爐不同的設備來進行前述脫磷處理的情況下之前述脫碳處理時的熔鋼中磷濃度，前述轉爐吹煉控制裝置具備： 排氣資料取得部，取得排氣成分及排氣流量； 熔鋼資料取得部，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及 磷濃度推定部，利用以前述排氣成分及前述排氣流量所得到的氧氣脫碳效率之資料、前述排氣成分、前述排氣流量、前述熔鋼溫度及前述碳濃度之資料、以及前述脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的前述脫磷速率常數與前述脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定前述副測管測定之後的前述熔鋼中的磷濃度。
  4. 如請求項3之轉爐吹煉控制裝置，其中前述磷濃度推定部在前述脫磷速率常數的算出中是利用識別群集之類別變數，且前述群集是藉由對過去的作業中所取得的複數個前述氧氣脫碳效率的時間序列資料所進行的時間序列分群法而得到的群集。
  5. 一種程式，是用於使電腦作為轉爐吹煉控制裝置來發揮功能之程式，其中前述轉爐吹煉控制裝置是推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和前述脫碳處理所用的前述轉爐不同的設備來進行前述脫磷處理的情況下之前述脫碳處理時的熔鋼中磷濃度，前述程式是用於使電腦實現下述功能： 排氣資料取得功能，取得排氣成分及排氣流量； 熔鋼資料取得功能，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及 磷濃度推定功能，利用以前述排氣成分及前述排氣流量而得到的氧氣脫碳效率之資料、前述排氣成分、前述排氣流量、前述熔鋼溫度及前述碳濃度之資料、以及前述脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的前述脫磷速率常數與前述脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定前述副測管測定之後的前述熔鋼中的磷濃度。
  6. 如請求項5之程式，其中前述磷濃度推定功能在前述脫磷速率常數的算出中是利用識別群集之類別變數，且前述群集是藉由對過去的作業中所取得的複數個前述氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法而得到的群集。
  7. 一種記錄媒體，記錄有用於使電腦作為轉爐吹煉控制裝置來發揮功能的程式，前述轉爐吹煉控制裝置是推定在利用轉爐的脫碳處理之前未進行脫磷處理的情況下、或藉由和前述脫碳處理所用的前述轉爐不同的設備來進行前述脫磷處理的情況下之前述脫碳處理時的熔鋼中磷濃度，且前述記錄媒體記錄有用於使電腦實現下述功能的程式： 排氣資料取得功能，取得排氣成分及排氣流量； 熔鋼資料取得功能，藉由副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；及 磷濃度推定功能，利用以前述排氣成分及前述排氣流量而得到的氧氣脫碳效率之資料、前述排氣成分、前述排氣流量、前述熔鋼溫度及前述碳濃度之資料、以及前述脫碳處理的作業條件，來算出脫磷速率常數，並利用所算出的前述脫磷速率常數與前述脫碳處理開始時的熔鋼中的磷濃度，來推定前述副測管測定之後的前述熔鋼中的磷濃度。
  8. 如請求項7之記錄媒體，其中前述磷濃度推定功能在前述脫磷速率常數的算出中是利用識別群集之類別變數，且前述群集是藉由對過去的作業中所取得的複數個前述氧氣脫碳效率的時間序列資料進行的時間序列分群法而得到的群集。
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