TW202225418A - 轉爐的操作方法及轉爐的吹煉控制系統 - Google Patents

轉爐的操作方法及轉爐的吹煉控制系統 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用以藉由動態控制中的修正將中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度控制為能夠使吹煉停吹時的鋼水的溫度及成分命中目標值的範圍的轉爐操作方法。本發明的轉爐操作方法使用靜態控制與動態控制將吹煉停吹時的鋼水的溫度及成分控制為目標值，且於熔鐵的氧氣吹煉中，逐次推定熔融金屬溫度的推定值即吹煉中溫度推定值、及熔融金屬中碳濃度的推定值即吹煉中碳濃度推定值（S-4），於投入副槍之前的特定的時期（S-5）求出預先決定的中途溫度目標值與副槍投入時期下的熔融金屬溫度的預測值即中途溫度預測值的差（中途溫度差）（S-6），於所求出的中途溫度差的絕對值大於預先決定的臨限值的情形時，於投入副槍之前向轉爐內投入冷卻材或升溫材（S-8、S-10），而對副槍投入時期的熔融金屬溫度進行控制。

Description

轉爐的操作方法及轉爐的吹煉控制系統
本發明是有關於一種自頂吹噴槍向轉爐內的熔鐵吹送氧化性氣體來進行氧氣吹煉而由熔鐵製造鋼水的轉爐的操作方法、及轉爐的吹煉控制系統。
於由熔鐵製造鋼水的轉爐中，藉由來自頂吹噴槍的氧氣吹煉（以下亦簡記為「吹煉」）將熔鐵進行脫碳精煉而製造鋼水。於該轉爐操作中，作為用以使氧氣吹煉停吹時（結束時）的鋼水溫度或鋼水成分濃度命中目標值的吹煉控制方法，進行靜態控制與動態控制。其中，靜態控制是如下控制：於開始吹煉前，根據該吹煉所使用的熔鐵及鐵屑的資訊計算用以將吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分設為目標值所需的供給氧量，並且計算用以將吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分設為目標值的輔料投入量。
動態控制是如下控制：根據藉由在吹煉中途投入轉爐內的副槍（以下亦記為「中途副槍」）所獲得的資訊即副槍測定值（熔融金屬溫度、或熔融金屬溫度及熔融金屬中碳濃度兩者），將所供給的氧量或所投入的輔料適配化，將停吹時的鋼水溫度及鋼水成分調整為目標值。先前中途副槍的投入是於供給了靜態控制所要求的供給氧量減去特定量的氧量所得的氧量的時間點進行，以獲得副槍測定值。
藉由靜態控制，於中途副槍的副槍測定值與吹煉停吹時的目標鋼水溫度及目標碳濃度的背離變大的情形時，難以進行動態控制中的修正。其結果，停吹時的鋼水溫度或鋼水中的碳濃度及/或氧濃度大幅偏離目標值。
於停吹時的鋼水溫度高於目標溫度的情形時，因向爐內投入冷卻材導致吹煉時間延長，生產性變差，並且轉爐的內襯耐火物的熔損變大，內襯耐火物的維護成本增加。另一方面，於停吹時的鋼水溫度低於目標溫度的情形時，重新開始吹煉，鋼水中的鐵（Fe）的燃燒使得溫度上升。由於重新開始吹煉，故而停吹時的鋼水中的氧含量變得高於目標值，用以將鋼水脫氧的金屬鋁（Al）的投入量增加，製造成本增加。於該情形時，因重新開始吹煉，通常會導致停吹時的鋼水中的碳含量低於目標值。
因此，要求使氧氣吹煉的停吹時的鋼水溫度及鋼水成分（碳濃度、氧濃度）命中目標值的技術。
為了使用靜態控制與動態控制使吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分命中目標值，需要藉由動態控制中的修正，將中途副槍投入時點的熔融金屬溫度或熔融金屬中碳濃度的副槍測定值控制為可使停吹時的鋼水溫度及鋼水成分容易地命中目標值的範圍。
先前作為中途副槍投入時點的確定方法，例如於專利文獻1中，根據吹煉條件確定動態控制所需的時間，利用所確定的動態控制時間算出吹入的氧量，將吹入靜態控制中所求出的氧量（預供給量）減去所算出的所述氧量所得的量的氧量的時點確定為中途副槍的投入時間點。
又，於專利文獻2及專利文獻3中，測定自轉爐的爐口觀測的發光光譜、排氣流量及排氣成分濃度，逐次推定爐內的碳濃度，藉此將脫碳氧效率降低的時間點確定為靜態控制與動態控制的切換時間點、即中途副槍的投入時間點。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2007-327113號公報 專利文獻2：日本專利特開2020-105611號公報 專利文獻3：國際公開第2019/220800號
[發明所欲解決之課題]
然而，專利文獻1所揭示的方法是使用靜態控制確定中途副槍的測定時間點，於因干擾導致吹煉狀況發生變化的情形時，中途副槍的測定時間點亦變得不適當。結果有產生如下等問題之虞：無法確保動態控制的時間；或自中途副槍的投入至吹煉停吹需要花費時間，動態控制的精度降低。
又，於專利文獻2、專利文獻3中，不論吹煉狀況如何變化，均基於根據測定值所逐次算出的計算值確定中途副槍的投入時間點。然而，即便於所確定的時間點投入中途副槍，所測定的熔融金屬溫度或熔融金屬中碳濃度亦未必為可藉由之後的動態控制進行修正的範圍。
即，專利文獻1～專利文獻3僅確定中途副槍的投入時間點，並未揭示藉由動態控制中的修正將中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度或熔融金屬中碳濃度控制為可容易地使停吹時的鋼水溫度及鋼水成分命中目標值的範圍的技術思想。
本發明是鑒於所述情況而完成，其目的在於提供一種轉爐的操作方法，所述轉爐的操作方法使用靜態控制與動態控制將吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分控制為目標值，且可藉由動態控制中的修正將中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度控制為能夠使吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分命中目標值的範圍。又，提供一種用以進行該轉爐的操作方法的轉爐的吹煉控制系統。 [解決課題之手段]
用以解決所述課題的本發明的要旨如以下所述。
[1]一種轉爐的操作方法，於向轉爐內的熔鐵吹送氧化性氣體而對熔鐵進行脫碳精煉的吹煉中，向爐內投入副槍，對至少包括爐內的熔融金屬的熔融金屬溫度的副槍測定值進行實測，基於實測所得的副槍測定值，確定至吹煉停吹時應供給的氧量以及是否投入冷卻材或升溫材及投入量，藉此將吹煉停吹時的鋼水的溫度及成分濃度控制為目標值，且 決定副槍投入時期的熔融金屬溫度的目標值即中途溫度目標值，並且於副槍投入時期之前的吹煉中決定對所述中途溫度目標值、與為副槍投入時期的熔融金屬溫度的預測值的中途溫度預測值之差即中途溫度差進行確認的確認時間點， 基於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的操作條件及計測值，逐次推定吹煉進行時點下的熔融金屬溫度的推定值即吹煉中溫度推定值、及熔融金屬中碳濃度的推定值即吹煉中碳濃度推定值，並且 於吹煉進行至所述確認時間點後，基於所述吹煉中溫度推定值及所述吹煉中碳濃度推定值算出所述中途溫度差， 於所算出的所述中途溫度差的絕對值大於預先決定的臨限值的情形時，於所述確認時間點之後且副槍投入之前的吹煉中，向轉爐內進行冷卻材的投入或升溫材的投入。
[2]如所述[1]所記載的轉爐的操作方法，其中，藉由所述吹煉中碳濃度推定值來決定所述確認時間點。
[3]如所述[2]所記載的轉爐的操作方法，其中，於所述吹煉中碳濃度推定值成為0.6質量%～1.4質量%的範圍內決定所述確認時間點。
[4]如所述[1]至所述[3]中任一項所記載的轉爐的操作方法，其中，所述預先決定的臨限值為自10℃以上的值中選擇的值。
[5]如所述[1]至所述[4]中任一項所記載的轉爐的操作方法，其中，於所述中途溫度差的絕對值大於預先決定的臨限值的情形時，於所述確認時間點之後且副槍投入之前的吹煉中所投入的冷卻材的量或升溫材的量是基於所述吹煉中溫度推定值、吹煉停吹時的鋼水溫度的目標值及該吹煉中向轉爐內投入的生石灰的量中的一個或兩個以上所確定。
[6]如所述[1]至所述[5]中任一項所記載的轉爐的操作方法，其中，於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的所述計測值包括由排氣流量計及排氣分析計所獲得的計測值的任一者或兩者。
[7]如所述[1]至所述[6]中任一項所記載的轉爐的操作方法，其中，於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的所述計測值為與吹煉中的轉爐爐口部的光學特性相關的計測值，包括來自爐渣中的氧化鐵的還原反應的光譜的發光強度的變化率。
[8]如所述[1]至所述[7]中任一項所記載的轉爐的操作方法，其中，於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的所述計測值包括於作為該吹煉的原料所使用的熔鐵自熔鐵保持容器流入轉爐時使用非接觸的光學方法所測得的熔鐵溫度。
[9]一種轉爐的吹煉控制系統，包括：副槍，於向轉爐內的熔鐵吹送氧化性氣體而對熔鐵進行脫碳精煉的吹煉中，對至少包括爐內的熔融金屬的熔融金屬溫度的副槍測定值進行實測； 第一計算機，基於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的操作條件及計測值，逐次推定吹煉進行時點下的熔融金屬溫度的推定值即吹煉中溫度推定值、及熔融金屬中碳濃度的推定值即吹煉中碳濃度推定值，並且基於所述副槍所實測到的副槍測定值，算出為了將吹煉停吹時的鋼水的溫度及成分濃度設為目標值應供給的氧量以及是否投入冷卻材或升溫材及投入量； 操作控制用計算機，基於藉由所述第一計算機所算出的所述氧量及所述冷卻材或升溫材的投入量，以吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水中碳濃度成為目標值的方式控制操作條件； 第二計算機，設定副槍投入時期的熔融金屬溫度的目標值即中途溫度目標值，且於副槍投入時期之前的吹煉中設定對該中途溫度目標值、與為副槍投入時期的熔融金屬溫度的預測值的中途溫度預測值之差即中途溫度差進行確認的確認時間點，並且 算出所述中途溫度目標值與所述中途溫度預測值的差即中途溫度差，基於所算出的所述中途溫度差的絕對值，於所述確認時間點之後且副槍投入之前的吹煉中，判定是否向轉爐內進行冷卻材的投入或升溫材的投入；以及 第三計算機，於進行冷卻材的投入或升溫材的投入的情形時，算出冷卻材的投入量或升溫材的投入量。
[10]如所述[9]所記載的轉爐的吹煉控制系統，其中，轉爐的排氣處理設備包括排氣流量計及排氣分析計，將利用所述排氣流量計及所述排氣分析計所計測的排氣的資料自所述排氣流量計及所述排氣分析計發送至所述第一計算機，所述第一計算機以將所發送的排氣的資料用於吹煉中溫度推定值及吹煉中碳濃度推定值的逐次推定的方式構成。
[11]如所述[9]或所述[10]所記載的轉爐的吹煉控制系統，包括：分光相機，配置於轉爐的周圍，自轉爐與可動式罩的間隙拍攝爐口燃燒火焰；以及圖像解析裝置，以能夠提取的方式記錄自該分光相機發送的圖像資料，並且算出所述圖像資料的發光光譜於580 nm～620 nm的範圍的波長下的發光強度，將所述發光強度的資料自所述圖像解析裝置發送至所述第一計算機，所述第一計算機以將所發送的發光強度的資料用於吹煉中溫度推定值及吹煉中碳濃度推定值的逐次推定的方式構成。
[12]如所述[9]至所述[11]中任一項所記載的轉爐的吹煉控制系統，包括溫度計測器，所述溫度計測器以光學方式測定將作為轉爐中的吹煉的原料所使用的熔鐵裝入所述轉爐的期間中的熔鐵的溫度作為裝入時的熔鐵溫度，將由該溫度計測器所得的溫度測定值的資料自所述溫度計測器發送至所述第一計算機，所述第一計算機以將所發送的溫度測定值的資料用於吹煉中溫度推定值及吹煉中碳濃度推定值的逐次推定的方式構成。 [發明的效果]
根據本發明，於使用靜態控制與動態控制將吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分控制為目標值的轉爐操作方法中，藉由動態控制中的修正，將中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度控制為能夠使吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分命中目標值的範圍，因此能夠使吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分以高精度命中目標值。
以下，對本發明的轉爐的操作方法及轉爐的吹煉控制系統進行說明。
於藉由來自頂吹噴槍的氧氣吹煉將熔鐵進行脫碳精煉而製造鋼水的轉爐操作中，為了將氧氣吹煉的停吹時（結束時）的鋼水溫度及碳濃度等鋼水成分濃度控制為目標值，而進行將靜態控制與動態控制組合而成的吹煉控制。於本發明的轉爐的操作方法中，亦將靜態控制與動態控制組合而控制吹煉。
靜態控制使用基於熱平衡計算及物質平衡計算的數式模型，於開始吹煉前確定為了將鋼水溫度及鋼水成分濃度控制為目標值所需的供給氧量及冷卻材或升溫材的投入量。然後，基於所確定的供給氧量及冷卻材或升溫材的投入量開始進行吹煉，於持續一定時間吹煉後（例如，吹入靜態控制中所計算的供給氧量的80%～90%的時點等），向爐內投入副槍。使用該副槍測定爐內的熔融金屬的溫度、或爐內的熔融金屬的溫度及碳濃度兩者。亦將吹煉中途向轉爐內投入的副槍稱為「中途副槍」。
於動態控制中，使用利用副槍所測得的副槍測定值（熔融金屬溫度、或熔融金屬溫度及熔融金屬中碳濃度兩者）、以及基於熱平衡及物質平衡與反應模型的數式模型，對靜態控制中所確定的供給氧量或冷卻材或升溫材的投入量進行修正，而最終確定至吹煉停吹為止的供給氧量及冷卻材或升溫材的投入量。
此處，「熔融金屬」為熔鐵或鋼水。於由熔鐵製造鋼水的轉爐中的氧氣吹煉即脫碳精煉中，裝入爐內的熔鐵藉由脫碳反應變為鋼水。於氧氣吹煉的中途難以將熔鐵與鋼水區分表示，因此於本說明書中，將熔鐵與鋼水合併表示為熔融金屬。於可明確區分熔鐵與鋼水的情形時，表示為「熔鐵」或「鋼水」。
靜態控制下的熱平衡計算的計算式例如包括熱輸入決定項、熱輸出決定項、冷卻項或升溫項、誤差項、及取決於操作員的溫度修正項。又，送氧量（供氧量）的計算式例如包括熔鐵成分、輔料投入量、停吹時的目標鋼水溫度及目標鋼水成分。
然而，靜態控制終究是基於開始吹煉前的資訊進行計算，因此於爐況的變化或噴槍高度、送氧量的變動導致二次燃燒率或輔料的良率發生變動的情形時，靜態控制會產生誤差。即，可能發生由靜態控制決定的中途副槍的投入時間點並不準確的情況。因此，於專利文獻2或專利文獻3中，基於轉爐排氣的資訊（排氣流量、排氣成分）或爐口的分光資訊逐次推定吹煉中的熔融金屬的碳濃度，於脫碳氧效率開始降低的時間點投入中途副槍。此處，「脫碳氧效率」為向爐內供給的氧中參與脫碳反應的氧的比率，「噴槍高度」為頂吹噴槍的前端至轉爐內的熔鐵的靜止浴面的距離。又，「二次燃燒」為因脫碳反應而於爐內產生的CO氣體藉由自頂吹噴槍供給的氧氣而燃燒為CO 2氣體的現象。
然而，僅使用吹煉中的碳濃度變化的推定的控制並不足以於吹煉停吹時將鋼水溫度及鋼水中碳濃度控制為目標範圍內。
本發明人等反覆進行銳意研究，結果作為吹煉停吹時的鋼水溫度的控制精度不提高的原因，發現中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度存在偏差。尤其發現於藉由熔融金屬中碳濃度的逐次推定所獲得的於脫碳氧效率開始降低的時間點所決定的中途副槍的投入時間點與靜態控制中所確定的中途副槍的投入時間點的背離大的情形時，中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度的偏差變大。
認為該中途副槍投入時間點下的背離的原因在於所吹入的氧氣未用於與靜態控制中所推定的熔融金屬中成分或輔料的反應、而用於例如二次燃燒或熔融金屬中的鐵的燃燒的比例的偏差。然而，難以將該些偏差精度良好地反映於靜態控制中。
因此，本發明人等認為，不僅推定吹煉中的熔融金屬的碳濃度，而且亦逐次推定熔融金屬的溫度，利用熔融金屬溫度的逐次推定值，以中途副槍投入時點的熔融金屬溫度成為可藉由動態控制進行修正的範圍的方式，於投入中途副槍前實施調整熔融金屬溫度的動作（行為、操作）即可。
本發明中的熔融金屬的碳濃度的逐次推定可應用專利文獻2或專利文獻3所記載的方法。即，基於開始吹煉前及吹煉中的至少任一者的熔融金屬的溫度及成分濃度的計測結果、排氣的流量及成分濃度的資訊、與轉爐的爐口部的光學特性相關的資訊（爐口分光實績、爐口部光學特性資訊）、送氧量及送氧速度的資訊、攪拌用氣體流量的資訊、以及原料（主原料、輔料）投入量的資訊等，推定熔融金屬中碳濃度。此處，作為與轉爐的爐口部的光學特性相關的資訊，例如可使用對自轉爐的爐口噴出的爐口燃燒火焰的發光光譜或出鋼口燃燒火焰的發光光譜進行測定並算出於所測定的發光光譜的580 nm～620 nm的範圍的波長下的發光強度的時間變化所得者。
本發明中的熔融金屬溫度的逐次推定是以如下方式進行。首先，以爐內氧平衡成為最小的方式，根據送氧量或所投入的氧化鐵等氧輸入量與由排氣流量及排氣成分（CO氣體濃度、CO 2氣體濃度、O 2氣體濃度等）所獲得的氧輸出量進行修正計算，藉此獲得熔融金屬中碳的燃燒所使用的氧量。然後，根據所燃燒的熔融金屬中的碳量推定熔融金屬中碳濃度。此時，將計算獲得的碳濃度的變化轉換為反應熱，藉此推定熔融金屬溫度。
進而，於該熔融金屬溫度的推定計算中，不僅將熔鐵成分的碳與氧的反應熱作為計算項，而且將熔鐵成分的矽、錳、磷及鐵與氧的反應熱作為計算項，除此以外，將鐵屑及輔料的吸熱、對應於排氣流量的氣體顯熱、對應於轉爐鐵皮溫度的散熱作為計算項。所述反應熱以利用中途副槍所得的熔融金屬溫度的測定值與計算熔融金屬溫度的誤差成為最小的方式，乘以利用複回歸由過去的操作結果所確定的係數進行修正。
於脫碳氧效率開始降低的時間點投入中途副槍的情形時的熔融金屬溫度與於現有的靜態控制中所計算得到的中途副槍投入時點下的推定熔融金屬溫度的誤差以標準偏差1σ計為19.6℃。相對於從，於脫碳氧效率開始降低的時間點投入中途副槍的情形時的熔融金屬溫度與藉由熔融金屬溫度的逐次計算所得的中途副槍投入時點下的推定熔融金屬溫度的溫度誤差以標準偏差1σ計為14.4℃。即，藉由逐次計算熔融金屬溫度決定中途副槍的投入時間點，藉此提高中途副槍投入時點下的溫度推定精度。
例如，於爐內的生石灰單位消耗量為5 kg～15 kg/熔鐵-ton時，作為停吹時的鋼水溫度及鋼水中碳濃度，設定目標鋼水溫度±10℃、目標碳濃度±0.015質量%作為目標範圍。於該情形時，確認若中途副槍投入時點下的熔融金屬中碳濃度為0.1質量%～0.3質量%，中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度為'停吹時的目標溫度－35℃'至'停吹時的目標溫度－65℃'的範圍內，則停吹時的鋼水溫度及鋼水中碳濃度的同時命中率為高位（88%）。
於本發明中，將中途副槍投入時點下的熔融金屬中碳濃度及中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度設定為所述範圍。
其次，依照氧氣吹煉的步驟對本發明的實施形態的一例進行說明。圖1表示依照氧氣吹煉的步驟進行的吹煉控制系統的流程圖的一例。
首先，獲得該吹煉欲使用或已使用的熔鐵的溫度、熔鐵裝入量、熔鐵成分等熔鐵條件（S-1）。
其次，於該吹煉中，確定以下兩點（S-2）。確定的時期只要為下述（2）的確認時間點之前即可，可為任意時間，但就時間上有餘裕的觀點而言，較佳為於進行預定的吹煉時間的1/2左右之前確定，更佳為於開始吹煉之前確定。
（1）中途溫度目標值的設定： '中途溫度目標值'為中途副槍的投入時期的熔融金屬溫度的目標值。
（2）確認時間點的設定： '確認時間點'為於吹煉中的中途副槍投入前的時期對中途副槍的投入時期下的熔融金屬溫度的目標值即'中途溫度目標值'與副槍投入時期下的熔融金屬溫度的預測值即'中途溫度預測值'的差即'中途溫度差'進行確認的時間點（時期或時點）。
所述'中途溫度目標值'較佳為考慮停吹時的目標鋼水溫度與爐內爐渣量進行確定。例如，較佳為如下述（1）式般，將停吹時的目標鋼水溫度的一次式與吹煉中預定向爐內投入的生石灰單位消耗量的多項式組合而求出。再者，（1）式為與預定投入的生石灰單位消耗量的多項式的組合，可將預定投入的生石灰單位消耗量的多項式替換為基於預定投入的生石灰單位消耗量的預定爐內爐渣量的多項式。
中途溫度目標值（℃）=停吹目標鋼水溫度（℃）－a×W－b×W 2－c…（1） 此處，W為該吹煉中的生石灰單位消耗量（kg/熔鐵-ton），a（℃×熔鐵-ton/kg）、b（℃×（熔鐵-ton） 2/kg 2）、c（℃）為係數。係數a、係數b、係數c以停吹時的命中率成為最高的方式使用回歸計算由過去的操作結果進行設定。
又，確認時間點例如如於吹煉中逐次計算的熔融金屬中碳濃度的推定值成為1.0質量%的時間點般，藉由熔融金屬中碳濃度的逐次推定值進行決定。尤其較佳為決定熔融金屬中碳濃度的逐次推定值為0.6質量%～1.4質量%的範圍內的時間點作為確認時間點。
於決定熔融金屬中碳濃度的逐次推定值超過1.4質量%的時間點作為確認時間點的情形時，確認時間點過早，而有其後無法應對吹煉狀況發生變化的情形之虞。另一方面，於決定熔融金屬中碳濃度的逐次推定值未滿0.6質量%的時間點作為確認時間點的情形時，確認時間點過晚，存在於確認時間點至中途副槍投入的期間所投入的輔料（冷卻材及升溫材）全部反應之前利用中途副槍進行測定的可能性，因此有導致其後進行的動態控制的精度降低之虞。
開始吹煉後的吹煉中逐次獲得轉爐排氣的流量及成分等排氣資訊。同時，亦逐次獲得來自頂吹噴槍的送氧量及送氧速度的送氧資訊（S-3）。
又，開始吹煉後的吹煉中使用基於熱平衡計算及物質平衡計算的數式模型，基於步驟（S-1）及步驟（S-3）中所獲得的開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的操作條件及計測值，逐次推定吹煉進行時點下的熔融金屬溫度的逐次推定值即'吹煉中溫度推定值'及熔融金屬中碳濃度的逐次推定值即'吹煉中碳濃度推定值'（S-4）。
脫碳反應伴隨吹煉的進行而進行，到達逐次計算的吹煉中碳濃度推定值成為0.6質量%～1.4質量%的範圍內的'確認時間點'（S-5）。吹煉進行至確認時間點後，計算副槍投入時期下的熔融金屬溫度的預測值即'中途溫度預測值'。該'中途溫度預測值'於藉由熔融金屬中碳濃度的逐次推定值決定確認時間點，並將該碳濃度的值、即'吹煉中碳濃度推定值'設為C X（質量%）的情形時，利用以下（2）式進行推定。
中途溫度預測值（℃）=T（C X）+d×（C X－C SL）…（2） 此處，T（C X）為'吹煉中碳濃度推定值'為C X（質量%）時點下的'吹煉中溫度推定值'（℃），C X為確認時間點時點下的'吹煉中碳濃度推定值'（質量%），C SL為中途副槍投入預定時點下的碳濃度（質量%）。d為熔融金屬中的碳燃燒1.0質量%時的熔融金屬溫度上升率（℃/質量%），較佳為使用藉由複回歸由過去的轉爐吹煉的實績求得的值。
即，'中途溫度預測值'如所述（2）式所示，藉由'吹煉中溫度推定值'及'吹煉中碳濃度推定值'求出。
然後，使用求出的'中途溫度目標值'與求出的'中途溫度預測值'，算出所述'中途溫度差'（S-6）。
'中途溫度目標值'以（1）式表示，'中途溫度預測值'以（2）式表示，因此根據（1）式及（2）式，中途副槍投入時的'中途溫度預測值'與'中途溫度目標值'的差、即'中途溫度差'以下述（3）式表示。
中途溫度差（℃）=中途溫度預測值（℃）－中途溫度目標值（℃） =T（C X）+d×（C X－C SL）－[停吹目標鋼水溫度（℃）－a×W－b×W 2－c]…（3） 藉由（3）式算出的'中途溫度差'超過0（零）的情形對應於'中途溫度預測值'高於'中途溫度目標值'，另一方面，'中途溫度差'未滿0（零）的情形對應於'中途溫度預測值'低於'中途溫度目標值'。
因此，不論'中途溫度差'為正數抑或負數的情形，於'中途溫度差'的絕對值大的情形時，均需要進行修正熔融金屬溫度的動作（行為、操作）。即，於'中途溫度差'的絕對值大於預先決定的臨限值的情形時，需要採取以動作後的'中途溫度預測值'接近'中途溫度目標值'的方式發揮作用的動作。
因此，對'中途溫度差'是否大於預先決定的臨限值（正數）進行判定（S-7）。於'中途溫度差'為正數且超過臨限值（正數）的情形時，為了降低熔融金屬溫度而投入冷卻材（S-8）。
於'中途溫度差'為預先決定的臨限值（正數）以下的情形時，對'中途溫度差'是否較臨限值（負數）更小進行判定（S-9）。於'中途溫度差'為負數且較臨限值（負數）更小的情形時，為了提高熔融金屬溫度而投入升溫材（S-10）。
於'中途溫度差'的絕對值為預先決定的臨限值以下的情形時，不實施用以調整熔融金屬溫度的動作。
例如，若將預先決定的臨限值設為15℃，則於'中途溫度差'超過+15℃的情形時，以動作後的'中途溫度預測值'降低而接近'中途溫度目標值'的方式，向爐內投入鏽皮或鐵礦石等冷卻材將熔融金屬冷卻。冷卻材的投入量是'中途溫度差'乘以冷卻係數而確定。另一方面，於'中途溫度差'例如未滿-15℃的情形時，以動作後的'中途溫度預測值'上升而接近'中途溫度目標值'的方式向爐內投入碳材（藉由所含的碳的燃燒使溫度上升）、或Fe-Si合金（藉由所含的矽（Si）的燃燒使溫度上升）等升溫材而使熔融金屬升溫。升溫材的投入量是'中途溫度差'乘以升溫係數而確定。
作為'中途溫度差'的絕對值而預先決定的臨限值根據個別的制鋼工廠的情況適當決定即可，較佳為自10℃以上的值中選擇的值。例如決定為15℃。
若'中途溫度差'的絕對值小於10℃，則於確認時間點之後且副槍投入之前的吹煉中，即便不向轉爐內進行冷卻材的投入或升溫材的投入，亦可藉由動態控制進行修正。因此，預先決定的臨限值設為10℃以上的值即可。又，越為'中途溫度差'的絕對值大的情形時，於確認時間點之後且副槍投入之前的吹煉中，藉由增多向轉爐內的冷卻材的投入量或升溫材的投入量，而利用動態控制的修正量越少，越容易使吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分命中目標值，因此無需決定絕對值的上限。
其後，基於熔融金屬中碳濃度的逐次推定值即'吹煉中碳濃度推定值'，求出脫碳氧效率開始降低的時間點（如下文所述般'吹煉中碳濃度推定值'大致成為0.45質量%的時點），於該時間點投入中途副槍。
投入中途副槍後，基於由中途副槍實測的副槍測定值實施動態控制，進行動態控制所示的操作，而結束氧氣吹煉。
藉由進行以上操作，與先前相比，中途副槍投入時點的熔融金屬溫度控制變得容易，藉由其後的動態控制，能夠將停吹時的鋼水溫度精度良好地控制為目標值。
於本發明的實施形態中，為了進一步表現出效果的重點在於更準確地進行'吹煉中溫度推定值'及'吹煉中碳濃度推定值'的逐次推定。因此，作為開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的計測值，較佳為使用上文所述的利用設置於轉爐的排氣處理設備的煙道的排氣流量計所獲得的排氣流量的測定值、及利用排氣分析計所獲得的排氣成分（CO氣體濃度、CO 2氣體濃度、O 2氣體濃度等）的測定值的任一者或兩者。進而較佳為與該些併用而採用對於'吹煉中溫度推定值'及'吹煉中碳濃度推定值'的逐次推定而言有用的其他計測值。
例如，作為所採用的轉爐的計測值，較佳為採用與吹煉中的轉爐爐口部的光學特性相關的計測值，且為來自爐渣中的氧化鐵的還原反應的光譜的發光強度的變化率。藉由採用該值，吹煉中的熔融金屬中碳濃度的逐次推定精度提高。具體而言，作為轉爐爐口部的光學特性，藉由下述（4）式的反應式所示的爐渣中氧化鐵的還原反應，對伴隨脫碳反應而發光的光的波段（光譜）中例如波長550 nm～650 nm的波段的發光強度的最大值進行檢測，並利用該計測值。
FeO+C→Fe+CO…（4） 已知若藉由送氧脫碳而熔融金屬中碳濃度達到臨界碳濃度附近，則（4）式所示的脫碳反應的效率（脫碳氧效率）降低，導致波長550 nm～650 nm的發光強度亦降低。此處，'臨界碳濃度'是送氧脫碳的脫碳反應速度自被氧的供給速度限速的狀態向被熔融金屬中的碳的移動（擴散）限速的狀態移動的邊界下的熔融金屬中碳濃度。換言之，'臨界碳濃度'為脫碳氧效率開始降低的時點下的熔融金屬中碳濃度。再者，臨界碳濃度依頂吹氣體及底吹氣體對熔融金屬的攪拌力與氧化性氣體的流量而變化，但大致為0.45質量%。
因此，於本發明的實施形態中，較佳為算出所述波段的發光強度的最大值的發光強度變化率，並反映到吹煉中的熔融金屬中碳濃度的逐次推定。例如，可檢測發光強度變化率自正值轉為負值的時間點作為熔融金屬中碳濃度達到臨界碳濃度的時間點。
又，例如較佳為所採用的計測值包括於作為該吹煉的原料所使用的熔鐵自熔鐵保持容器流入轉爐時使用非接觸的光學方法所測得的熔鐵的溫度。藉由採用該值，'吹煉中溫度推定值'的逐次推定精度提高。
具體而言，作為'吹煉中溫度推定值'的初始值，較佳為使用基於自熔鐵保持容器流入轉爐中時所測得的熔鐵的溫度所決定的值。通常作為該初始值，使用於裝入轉爐前將熱電偶浸漬於在熔鐵保持容器內填充的熔鐵所測得的溫度。然而，測定熔鐵保持容器內的熔鐵溫度後，於裝入轉爐前的期間熔鐵保持容器內的熔鐵的溫度下降，其降下量亦因進料而不同，因此準確的熔鐵溫度並未以初始值的形式反映出。因此，較佳為對將熔鐵裝入轉爐的期間中的熔鐵的溫度進行測定，將基於該溫度所決定的值設為'吹煉中溫度推定值'的初始值。'吹煉中溫度推定值'的初始值可直接使用於自熔鐵保持容器流入轉爐中時所測得的熔鐵的溫度，又，亦可使用考慮之前進料的出鋼至本次裝入熔鐵為止的時間、即空爐時間或所裝入的鐵屑的量等而將自熔鐵保持容器流入轉爐中時所測得的熔鐵的溫度加以修正所得的值。
熔鐵自熔鐵保持容器流入轉爐中時的熔鐵溫度的測定使用非接觸的光學方法進行。作為該光學方法，具體而言，較佳為使用所謂二色溫度計，所述二色溫度計對自熔鐵發出的發光光譜進行測定，根據自所測得的發光光譜中選擇的不同的兩種波長的放射能量比算出熔鐵的溫度。其原因在於：藉由使用二色溫度計作為以光學方式測定熔鐵溫度的溫度計測器，即便於測溫對象的放射率發生變動的情形時，只要波長不同的兩種分光放射率的關係保持比例關係變動，則兩種分光放射率的比僅依賴於溫度，不論放射率如何變動均能夠準確地測定溫度。
此處，於將二色溫度計所使用的不同的兩種波長設為λ1及λ2（λ2＞λ1）時，較理想為λ1及λ2均處於400 nm至1000 nm的範圍內。於λ1及λ2未滿400 nm的情形時，由於波長短，故而利用通常的分光相機難以檢測出放射能量。另一方面，於λ1及λ2超過1000 nm的情形時，由於波長長，故而放射率比變動的影響大。進而較佳為λ1與λ2的差的絕對值為50 nm以上600 nm以下。於λ1與λ2的差的絕對值未滿50 nm的情形時，由於λ1與λ2的波長相近，故而利用通常的分光相機難以分光，因此欠佳。另一方面，於λ1與λ2的差的絕對值超過600 nm的情形時，必然自長波長的範圍中選擇其中一波長（λ2），由於波長長，故而放射率比變動的影響大，因此欠佳。
於將作為吹煉的原料所使用的熔鐵自熔鐵保持容器流入轉爐中時使用非接觸的光學方法所測得的熔鐵的溫度用作'吹煉中溫度推定值'的初始值的情形時，於脫碳氧效率開始降低的時間點投入中途副槍的情形時的熔融金屬溫度與利用熔融金屬溫度的逐次計算所得的中途副槍投入時點下的'吹煉中溫度推定值'的溫度誤差以標準偏差1σ計降低為12.9℃。即，藉由將基於流入轉爐時使用非接觸的光學方法所測得的熔鐵的溫度所決定的值用作'吹煉中溫度推定值'的初始值，中途副槍投入時點下的溫度推定精度進一步提高。
作為所採用的轉爐的計測值，於包括與吹煉中的轉爐爐口部的光學特性（來自爐渣中的氧化鐵的還原反應的光譜的發光強度變化率）相關的計測值與於作為該吹煉的原料所使用的熔鐵自熔鐵保持容器流入轉爐時所測得的熔鐵溫度兩者的情形時，任一測定均可利用分光相機應對。即，即便一台分光相機亦可測定兩者。此處，分光相機通常為對除了如所謂熱視圖的測定溫度的平面影像以外亦可拍攝分光資料的相機總稱者。再者，分光資料是按照各波長對放射光所含的多種波長進行採集所得的資料。
以下，參照圖式對包括就實施本發明的轉爐的操作方法而言適宜的吹煉控制系統的轉爐設備的結構進行說明。圖2表示就實施本發明而言適宜的轉爐設備的概略圖。
就實施本發明而言適宜的轉爐設備1包括：轉爐2；頂吹噴槍3；底吹風口4；副槍5；分光相機7，配置於轉爐2的周圍，能夠拍攝爐口燃燒火焰18；圖像解析裝置8，以能夠提取的方式記錄該分光相機7所拍攝的拍攝圖像，並對該拍攝圖像進行解析；第一計算機9，輸入由該圖像解析裝置8所解析的資料；以及操作控制用計算機12，輸入由第一計算機9所解析的資料。
又，包括：第二計算機10，輸入由第一計算機9所解析的資料；以及第三計算機11，輸入由第二計算機10所解析的資料。由第二計算機10所解析的資料及由第三計算機11所解析的資料被輸入操作控制用計算機12。第一計算機9、第二計算機10及第三計算機11亦可包括一台計算機。操作控制用計算機12基於自第一計算機9及第三計算機11輸入的資料發送控制訊號。
進而包括以能夠藉由自操作控制用計算機12發送的控制訊號分別作動的方式構成的噴槍高度控制裝置13、副槍升降控制裝置14、氧化性氣體流量控制裝置15、底吹氣體流量控制裝置16、及輔料投入控制裝置17。噴槍高度控制裝置13是用以調整頂吹噴槍3的噴槍高度的裝置，副槍升降控制裝置14是用以控制副槍5的下降及上升的裝置。氧化性氣體流量控制裝置15是用以調整自頂吹噴槍3噴射的氧化性氣體的流量且測定流量的裝置。底吹氣體流量控制裝置16是用以調整自底吹風口4吹入的攪拌用氣體的流量的裝置，輔料投入控制裝置17是對收容於爐上料斗24中的輔料的品種及投入量進行控制的裝置。
自該些控制裝置向操作控制用計算機12輸入各自的實績值以進行反饋控制。此處，輔料是生石灰等溶劑、鐵礦石等冷卻材、碳材等升溫材的總稱。相對於輔料，主原料為熔鐵及鐵屑。
又進而，於設置於爐口20的上部的排氣排出用的煙道29設置有用以對自轉爐2排出的排氣的流量進行測定的排氣流量計22、及用以分析排氣的組成（CO氣體、CO 2氣體、O 2氣體等）的氣體分析計23。將利用排氣流量計22及氣體分析計23所獲得的各測定值輸入第一計算機9。
本發明所使用的轉爐2的結構為能夠自頂吹噴槍3向爐內的熔鐵6噴射氧化性氣體噴流19，同時自爐底部的底吹風口4吹入攪拌用氣體。作為自頂吹噴槍3吹送的氧化性氣體，可使用純氧（工業用純氧）或氧氣與惰性氣體的混合氣體。通常使用純氧作為氧化性氣體。
自轉爐處理電腦（未圖示）向第一計算機9輸入該吹煉（進料）所使用的熔鐵6的組成（C、Si、Mn、P、S等）、溫度、質量、及該吹煉中的鐵屑的質量（裝入量）等資料。又，向第一計算機9輸入利用副槍5獲得的副槍測定值、即熔融金屬溫度的測定值、或熔融金屬溫度及熔融金屬中碳濃度兩者的測定值。進而，自轉爐處理電腦向第一計算機9輸入氧氣吹煉的停吹時（結束時）的鋼水溫度的目標值及碳濃度等鋼水成分濃度的目標值。再者，氧氣吹煉的停吹時的鋼水溫度的目標值及碳濃度等鋼水成分濃度的目標值亦可直接設定於第一計算機9。
第一計算機9於開始吹煉前基於所輸入的該吹煉的停吹時的鋼水溫度的目標值及鋼水成分濃度的目標值、以及所輸入的熔鐵6的組成、溫度、質量及鐵屑的質量，使用基於熱平衡計算及物質平衡計算的數式模型實施靜態控制。然後，第一計算機9算出為了將停吹時的鋼水溫度及鋼水成分濃度控制為目標值所需的供給氧量、溶劑投入量及冷卻材或升溫材的投入量作為靜態控制的資料。即，第一計算機9於開始吹煉前實施靜態控制。
將利用第一計算機9獲得的靜態控制的資料輸入操作控制用計算機12。操作控制用計算機12基於自第一計算機9輸入的靜態控制的資料，向噴槍高度控制裝置13、氧化性氣體流量控制裝置15、底吹氣體流量控制裝置16、及輔料投入控制裝置17分別發送控制訊號，以使停吹時的鋼水溫度及鋼水成分濃度成為目標值。由此，開始基於靜態控制的吹煉。
第一計算機9於開始吹煉後的吹煉中，使用基於熱平衡計算及物質平衡計算的數式模型，並基於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的操作條件及計測值，逐次推定吹煉進行的各時點下的熔融金屬溫度的逐次推定值即'吹煉中溫度推定值'及熔融金屬中碳濃度的逐次推定值即'吹煉中碳濃度推定值'。
作為逐次推定'吹煉中碳濃度推定值'的方法，例如使用自氧化性氣體流量控制裝置15輸入的氧化性氣體的供給量、自轉爐處理電腦輸入的氧氣吹煉前的熔鐵6的碳濃度、自排氣流量計22輸入的排氣流量的測定值及自氣體分析計23輸入的排氣組成的測定值，進行脫碳反應中的碳及氧的物質平衡計算，而推定爐內的熔融金屬的碳濃度。
第二計算機10設定上文所述的'中途溫度目標值'及'確認時間點'。中途副槍的投入時期中的熔融金屬溫度的目標值即'中途溫度目標值'是使用上文所述的（1）式算出。設定的時期只要為'確認時間點'之前，則可為任意時間，但較佳為於進行預定的吹煉時間的1/2左右之前確定，更佳為於開始吹煉之前確定。
此處，'確認時間點'如上文所述，為於吹煉中的中途副槍投入前的時期對所述'中途溫度目標值'與副槍投入時期下的熔融金屬溫度的預測值即'中途溫度預測值'的差即'中途溫度差'進行確認的時間點。再者，確認時間點較佳為決定藉由第一計算機9求出的逐次推定值的'吹煉中碳濃度推定值'為0.6質量%～1.4質量%的範圍內的時間點作為確認時間點。
進行吹煉，藉由第一計算機9逐次算出的'吹煉中碳濃度推定值'進行至所述'確認時間點'後，第一計算機9將該'吹煉中碳濃度推定值'的訊號輸入第二計算機10。自第一計算機9輸入'確認時間點'後，第二計算機10使用上文所述的（2）式算出'中途溫度預測值'。然後，使用所算出的'中途溫度預測值'與已算出的所述'中途溫度目標值'，藉由上文所述的（3）式算出'中途溫度差'。
第二計算機10基於所求出的'中途溫度差'的絕對值，於副槍投入之前的吹煉中判定是否向轉爐內進行冷卻材的投入或升溫材的投入。具體而言，例如，將'中途溫度差'的絕對值的臨限值設定為15℃，於'中途溫度差'超過+15℃的情形時，判定向爐內投入鏽皮或鐵礦石等冷卻材，另一方面，於'中途溫度差'未滿-15℃的情形時，判定向爐內投入碳材或Fe-Si合金等升溫材。於該情形時，若'中途溫度差'的絕對值為15℃以下，則不實施冷卻材及升溫材的投入。於'中途溫度差'為超過+15℃的正數的情形時投入冷卻材，於'中途溫度差'為超過-15℃的負數的情形時投入升溫材，因此其後的副槍投入時的'中途溫度差'的絕對值變小。即，藉由冷卻材或升溫材的投入，副槍投入時點下的中途溫度目標值與中途溫度預測值的差變小。第二計算機10向第三計算機11及操作控制用計算機12發送冷卻材或升溫材的投入的有無。
若自第二計算機10輸入投入了冷卻材或升溫材的訊號，則第三計算機11算出冷卻材的投入量或升溫材的投入量。冷卻材及升溫材的投入量是基於'中途溫度差'的絕對值算出。例如，若冷卻材為鐵礦石，則於'中途溫度差'超過+15℃且為+20℃以下的情形時，投入2.7 kg/熔鐵-ton的單位消耗量的冷卻材，於'中途溫度差'超過+20℃且為+25℃以下的情形時，投入3.6 kg/熔鐵-ton的單位消耗量的冷卻材等，而於'中途溫度差'為正數的情形時，'中途溫度差'越大，越增多冷卻材的投入量。另一方面，於'中途溫度差'為負數的情形時，'中途溫度差'的絕對值越大，越增多升溫材的投入量。
將所算出的冷卻材及升溫材的投入量自第三計算機11發送至操作控制用計算機12。自第三計算機11接收到冷卻材及升溫材的投入量的訊號的操作控制用計算機12向輔料投入控制裝置17發送控制訊號，以向爐內投入特定量的冷卻材或升溫材。接收到該控制訊號的輔料投入控制裝置17向爐內投入特定量的冷卻材或升溫材。
其後，藉由第一計算機9逐次算出的'吹煉中碳濃度推定值'成為脫碳氧效率開始降低的碳濃度（大致為0.45質量%）後，第一計算機9將該訊號發送至操作控制用計算機12。接收到該訊號的操作控制用計算機12向副槍升降控制裝置14發送副槍投入的控制訊號。接收到該控制訊號的副槍升降控制裝置14向爐內投入副槍5。
副槍5測定熔融金屬溫度，或測定熔融金屬溫度及熔融金屬中碳濃度兩者。此處，熔融金屬溫度是藉由設置於副槍5的前端的副槍探針內的熱電偶進行測定。又，熔融金屬中碳濃度根據副槍探針內的熔融金屬採樣器所採集的熔融金屬於熔融金屬採樣器內凝固時的冷卻曲線求出。將利用副槍5獲得的副槍測定值、即熔融金屬溫度的測定值、或熔融金屬溫度及熔融金屬中碳濃度兩者的測定值發送至第一計算機9。
第一計算機9基於由副槍5實測到的副槍測定值，算出為了將吹煉停吹時的鋼水的溫度及成分濃度設為目標值應供給的氧量以及是否投入冷卻材或升溫材及投入量。即，第一計算機9於投入副槍後實施動態控制。
將利用第一計算機9獲得的動態控制的訊號發送至操作控制用計算機12。接收到利用第一計算機9獲得的動態控制的訊號的操作控制用計算機12向氧化性氣體流量控制裝置15發送控制訊號，以向爐內供給特定量的氧化性氣體。同時，向輔料投入控制裝置17發送控制訊號，以向爐內投入特定量的冷卻材或升溫材。接收到該控制訊號的氧化性氣體流量控制裝置15向爐內供給特定量的氧氣。又，自操作控制用計算機12接收到控制訊號的輔料投入控制裝置17向爐內投入特定量的冷卻材或升溫材。
藉由第一計算機9的動態控制進行的氧量的供給及冷卻材或升溫材的投入結束後，結束氧氣吹煉。
藉由所述結構的吹煉控制系統，與先前相比，中途副槍投入時點的熔融金屬溫度控制變得容易，藉由其後的動態控制，能夠將停吹時的鋼水溫度精度良好地控制為目標值。
於本發明中，為了更準確地進行'吹煉中溫度推定值'及'吹煉中碳濃度推定值'的逐次推定，而如上文所述，作為於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的計測值，較佳為採用與吹煉中的轉爐爐口部的光學特性相關的計測值、及/或於熔鐵自熔鐵保持容器流入轉爐中時使用非接觸的光學方法所測得的熔鐵的溫度測定值。
為了對與轉爐爐口部的光學特性相關的計測值及使用非接觸的光學方法所測定的熔鐵的溫度測定值進行測定，而如圖2所示，本發明所使用的轉爐設備1包括分光相機7。圖2中的符號25為輔料的投入溜槽，符號26為朝向頂吹噴槍的氧化性氣體供給管，符號27為朝向頂吹噴槍的冷卻水供給管，符號28為來自頂吹噴槍的冷卻水排出管。
於轉爐2的周圍中能夠測定轉爐的爐口燃燒火焰18的發光光譜的位置安裝分光相機7。藉由所安裝的分光相機7，拍攝可自轉爐的爐口20與可動式罩21的間隙觀察到的爐口燃燒火焰18。將由分光相機7所拍攝的拍攝圖像（圖像資料）逐次發送至圖像解析裝置8。於圖像解析裝置8中記錄所發送的拍攝圖像（圖像資料），並且於圖像資料的任意掃描線上進行線分析，對發光波長及各波長下的發光強度進行解析。
將經解析的爐口燃燒火焰18的圖像資料隨時發送至第一計算機9。第一計算機9於藉由氧及碳的物質平衡計算進行'吹煉中碳濃度推定值'的逐次推定時，利用自圖像解析裝置8輸入的爐口燃燒火焰18的發光光譜的解析圖像資料，逐次推定'吹煉中碳濃度推定值'。藉此，'吹煉中碳濃度推定值'的推定精度提高。
此處，「爐口燃燒火焰」是指自轉爐2的爐口20向上方的煙道29吹出的爐內的火焰。爐口燃燒火焰18的發光光譜中包括與轉爐內因脫碳反應所產生的CO氣體、因該CO氣體的一部分與由轉爐爐口部分所抽吸的空氣混合而發生的自然起火所生成的CO 2氣體相關的資訊、或者與來自從爐內的火點蒸發的鐵原子的FeO*（中間產物）相關的資訊。
本發明人等確認，藉由對該發光光譜中580 nm～620 nm的範圍的波長即時測定該各波長下的發光強度，而能夠容易地即時推定轉爐的爐內狀況。進而，本發明人等確認，於生成FeO*時，於該波長範圍下可見吸光峰，另一方面，於FeO*消失時，於相同的波長範圍下可見發光峰，其中發光強度與FeO*的消失速度連動。
對於爐內的熔融鐵浴的火點主要生成的FeO*的電子狀態轉變時所發出或吸收的特定波長的電磁波進行監控。由於FeO*與自爐內升起的火焰為一體，故而例如於脫碳反應接近結束時FeO*的產生量及FeO*的反應量減少，因此若對該火焰的發光光譜進行分光，則580 nm～620 nm的波長的發光強度減小。即，若脫碳反應速度成為熔融金屬中的碳的物質移動限速，則於FeO的還原相比，FeO的生成成為主導，580 nm～620 nm的波長的發光強度急遽減小。
繼而，對利用分光相機7於該吹煉所使用的熔鐵6自熔鐵保持容器30流入轉爐2時測定熔鐵6的溫度的方法進行說明。
圖3表示對自熔鐵保持容器流入轉爐中的熔鐵的溫度進行測定的概略圖。於作為該吹煉的原料所使用的熔鐵6自熔鐵保持容器30流入轉爐2時，於對熔鐵溫度進行測定的情形時，分光相機7設置於例如轉爐裝入側的爐前可對熔鐵6自熔鐵保持容器30向轉爐2流入時的注入流進行觀測的位置。若以仰視注入流的角度設置分光相機7，則不易受到熔鐵裝入時的起塵的影響而較佳。利用分光相機7於熔鐵裝入開始至結束期間以預先設定的採樣速率（例如以1秒為間隔）採集二色溫度資訊。
將由分光相機7採集的二色溫度資訊發送至圖像解析裝置8，利用圖像解析裝置8算出熔鐵溫度。將所算出的熔鐵溫度輸入第一計算機9，第一計算機9使用基於所輸入的熔鐵溫度而決定的值作為'吹煉中溫度推定值'的初始值，進行'吹煉中溫度推定值'的逐次計算。
藉由使用基於由分光相機7測定的熔鐵溫度所決定的值作為'吹煉中溫度推定值'的初始值，中途副槍投入時點下的溫度推定精度進一步提高。
作為藉由分光相機7測定二色溫度資訊的方法，可利用分光相機7預先採集大量波長資料，利用圖像解析裝置8等自所獲得的資料中提取任意的兩種波長的資料，若為分光相機內包括帶通濾波器的相機，則亦可藉由該帶通濾波器提取任意的兩種波長。又，分光相機7的拍攝多數情況下利用電荷耦合設備（charge-coupled-device，CCD）元件進行，亦可搭載多個CCD元件，各CCD元件對其他波長範圍進行測定。
可分別針對吹煉中的轉爐爐口部的光學特性（來自爐渣中的氧化鐵的還原反應的光譜的發光強度變化率）的計測用途與轉爐裝入中的熔鐵溫度的計測用途而包括分光相機7，亦可共用。於共用的情形時，設置於能夠對自轉爐2的爐口20與可動式罩21的間隙可見的爐口燃燒火焰18、及熔鐵6自熔鐵保持容器30流入轉爐2時的注入流兩者進行觀測的位置。或亦可設置移動機構，以便能夠於熔鐵裝入中設置於能夠對熔鐵6自熔鐵保持容器30流入轉爐2時的注入流進行觀測的位置，於熔鐵裝入後、開始吹煉前移動至能夠對自轉爐2的爐口20與可動式罩21的間隙可見的爐口燃燒火焰18進行觀測的位置。
如以上所說明，根據本發明，於使用靜態控制與動態控制將吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分控制為目標值的轉爐操作方法中，藉由動態控制中的修正，將中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度控制為能夠使吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分命中目標值的範圍，因此能夠使吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水成分以高精度命中目標值。 [實施例]
預先對熔鐵實施脫硫處理及脫磷處理後，使用如圖2所示的350噸容量的頂底吹轉爐（氧氣頂吹、氬氣底吹），藉由靜態控制、中途副槍投入、動態控制對300噸～350噸的熔鐵進行氧氣吹煉，並將熔鐵進行脫碳精煉而製造鋼水。停吹時的目標鋼水溫度根據各吹煉而不同，為1660℃～1700℃的範圍。各吹煉中的停吹時的目標鋼水溫度的命中範圍為目標鋼水溫度±10℃。將吹煉所使用的熔鐵的化學成分及熔鐵溫度示於表1。
[表1]
熔鐵成分（質量%） 熔鐵溫度 （℃）
C Si Mn P S Fe
2.5～2.9 0.01～0.08 0.04～0.15 0.016～0.042 0.007～0.016 Bal. 1350～1400
根據於轉爐的排氣處理設備的煙道設置的排氣流量計及排氣分析計、以及自頂吹噴槍供給的氧量及所投入的固體氧量（鐵礦石等）的關係，以爐內的氧平衡誤差成為最小的方式確定爐內成分的燃燒量。將所獲得的爐內成分反應量轉換為反應熱量，進行'吹煉中溫度推定值'的逐次算出。又，藉由氧及碳的物質平衡計算進行'吹煉中碳濃度推定值'的逐次推定。
於將熔鐵裝入轉爐的時間點，利用分光相機拍攝於轉爐爐口與熔鐵保持容器之間可見的熔鐵。根據所獲得的熔鐵的發光光譜中波長550 nm與850 nm的發光強度算出裝入轉爐時的熔鐵溫度。又，吹煉中藉由分光相機拍攝爐口燃燒火焰的發光光譜，對於發光光譜中580 nm～620 nm的範圍的波長即時測定該各波長下的發光強度。將所使用的波長設為610 nm。分光相機使用一台分光相機，並使用移動機構將其設置於能夠對爐口燃燒火焰、及自熔鐵保持容器流入轉爐中的熔鐵的注入流進行觀測的位置。
於本發明例中，使用於將熔鐵裝入轉爐的時間點所測得的熔鐵溫度作為'吹煉中溫度推定值'的初始值，進行'吹煉中溫度推定值'的逐次計算。又，於使用氧及碳的物質平衡計算推定'吹煉中碳濃度推定值'時，併用爐口燃燒火焰的發光光譜的解析圖像資料，進行'吹煉中碳濃度推定值'的逐次推定。
又，於本發明例中，將'吹煉中碳濃度推定值'成為1.2質量%的時點確定為'確認時間點'，根據各吹煉的停吹時的目標鋼水溫度，利用上文所述的（1）式求出'中途溫度目標值'。'中途溫度目標值'為'停吹時的目標鋼水溫度－35℃'至'停吹時的目標鋼水溫度－65℃'的範圍內。
然後，於本發明例中，於'吹煉中碳濃度推定值'成為1.2質量%的時點，使用（3）式求出'中途溫度差'。於所求出的'中途溫度差'超過+15℃的情形時，向爐內投入鐵礦石作為冷卻材直至投入中途副槍之前。另一方面，於'中途溫度差'未滿-15℃的情形時，向爐內投入碳材（碳含量75質量%以上）作為升溫材直至中途副槍投入之前。
作為冷卻材的鐵礦石及作為升溫材的碳材的投入量採用'中途溫度差'分別乘以冷卻係數及升溫係數所得的值。冷卻係數及升溫係數是根據過去的吹煉計算結果藉由複回歸而分別求出，冷卻係數使用-0.18[（鐵礦石・kg）/（熔鐵・ton×℃）]，升溫係數使用+0.25[（碳材・kg）/（熔鐵・ton×℃）]。
其後，基於熔融金屬中碳濃度的逐次推定值即'吹煉中碳濃度推定值'，求出脫碳氧效率開始降低的時間點（熔融金屬中碳濃度≒0.45質量%），於該時間點投入中途副槍。
投入中途副槍後，基於利用中途副槍獲得的熔融金屬溫度與熔融金屬中碳濃度的實測值，實施動態控制，進行動態控制中所示的操作，而結束氧氣吹煉。
另一方面，比較例並非利用於將熔鐵裝入轉爐的時間點所測得的熔鐵溫度作為'吹煉中溫度推定值'的初始值，而是使用在裝入轉爐前使熱電偶浸漬於填充於熔鐵保持容器內的熔鐵中所測得的熔鐵溫度作為'吹煉中溫度推定值'的初始值進行'吹煉中溫度推定值'的逐次計算。又，並未併用爐口燃燒火焰的發光光譜的解析圖像資料，而使用氧及碳的物質平衡計算推定'吹煉中碳濃度推定值'。
然後，於'吹煉中碳濃度推定值'成為0.45質量%的時點投入副槍。基於利用中途副槍獲得的熔融金屬溫度與熔融金屬中碳濃度的實測值，實施動態控制，並進行動態控制中所示的操作，而結束氧氣吹煉。
將本發明例及比較例的試驗條件及試驗結果示於表2。
[表2]
   靜態控制 於[質量%C]=1.2下熔融金屬的溫度控制 中途命中率 *1（%） 終點命中率 *2（%）
本發明例 有 有 94 87
比較例 有 無 40 60
*1：利用中途副槍獲得的熔融金屬溫度的測定值為中途副槍投入時期的'中途溫度目標值'±15℃且碳濃度的測定值滿足0.1質量%～0.3質量%的比例 *2：停吹時的鋼水溫度為目標溫度±10℃且停吹時的鋼水中碳濃度滿足目標碳濃度±0.015質量%的比例
可確認本發明例的吹煉停吹時（終點）的命中率高達87%，與比較例相比，大幅提高吹煉停吹時（終點）的命中率。
圖4是表示本發明例及比較例中於中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度與熔融金屬中碳濃度的關係的圖。根據圖4可知，於本發明例中，可確認中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度相對於停吹時的目標鋼水溫度而言偏差減少，中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度得到控制。
圖5是表示本發明例及比較例中吹煉停吹時的目標鋼水溫度與吹煉停吹時的實績鋼水溫度的誤差的圖。如圖5所示，可確認藉由本發明能夠將吹煉停吹時的鋼水溫度精度良好地控制為目標鋼水溫度。
1:轉爐設備 2:轉爐 3:頂吹噴槍 4:底吹風口 5:副槍 6:熔鐵 7:分光相機 8:圖像解析裝置 9:第一計算機 10:第二計算機 11:第三計算機 12:操作控制用計算機 13:噴槍高度控制裝置 14:副槍升降控制裝置 15:氧化性氣體流量控制裝置 16:底吹氣體流量控制裝置 17:輔料投入控制裝置 18:爐口燃燒火焰 19:氧化性氣體噴流 20:爐口 21:可動式罩 22:排氣流量計 23:氣體分析計 24:爐上料斗 25:輔料的投入溜槽 26:朝向頂吹噴槍的氧化性氣體供給管 27:朝向頂吹噴槍的冷卻水供給管 28:來自頂吹噴槍的冷卻水排出管 29:煙道 30:熔鐵保持容器
圖1是表示依照本發明的實施形態中的氧氣吹煉的步驟所進行的吹煉控制系統的流程圖的一例的圖。 圖2是包括就實施本發明而言適宜的吹煉控制系統的轉爐設備的概略圖。 圖3是對自熔鐵保持容器流入轉爐中的熔鐵的溫度進行測定的概略圖。 圖4是表示本發明例及比較例中中途副槍投入時點下的熔融金屬溫度與熔融金屬中碳濃度的關係的圖。 圖5是表示本發明例及比較例中吹煉停吹時的目標鋼水溫度與吹煉停吹時的實績鋼水溫度的誤差的圖。

Claims (12)

  1. 一種轉爐的操作方法，其於向轉爐內的熔鐵吹送氧化性氣體而對熔鐵進行脫碳精煉的吹煉中，向爐內投入副槍，對至少包括爐內的熔融金屬的熔融金屬溫度的副槍測定值進行實測，基於實測所得的副槍測定值，確定至吹煉停吹時應供給的氧量以及是否投入冷卻材或升溫材及投入量，藉此將吹煉停吹時的鋼水的溫度及成分濃度控制為目標值，且 決定副槍投入時期的熔融金屬溫度的目標值即中途溫度目標值，並且於副槍投入時期之前的吹煉中決定對所述中途溫度目標值、與為副槍投入時期的熔融金屬溫度的預測值的中途溫度預測值之差即中途溫度差進行確認的確認時間點， 基於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的操作條件及計測值，逐次推定吹煉進行時點下的熔融金屬溫度的推定值即吹煉中溫度推定值、及熔融金屬中碳濃度的推定值即吹煉中碳濃度推定值，並且 於吹煉進行至所述確認時間點後，基於所述吹煉中溫度推定值及所述吹煉中碳濃度推定值算出所述中途溫度差， 於所算出的所述中途溫度差的絕對值大於預先決定的臨限值的情形時，於所述確認時間點之後且副槍投入之前的吹煉中，向轉爐內進行冷卻材的投入或升溫材的投入。
  2. 如請求項1所述的轉爐的操作方法，其中，藉由所述吹煉中碳濃度推定值來決定所述確認時間點。
  3. 如請求項2所述的轉爐的操作方法，其中，於所述吹煉中碳濃度推定值成為0.6質量%～1.4質量%的範圍內決定所述確認時間點。
  4. 如請求項1至請求項3中任一項所述的轉爐的操作方法，其中，所述預先決定的臨限值為自10℃以上的值中選擇的值。
  5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的轉爐的操作方法，其中，於所述中途溫度差的絕對值大於預先決定的臨限值的情形時，於所述確認時間點之後且副槍投入之前的吹煉中所投入的冷卻材的量或升溫材的量是基於所述吹煉中溫度推定值、吹煉停吹時的鋼水溫度的目標值及所述吹煉中向轉爐內投入的生石灰的量中的一個或兩個以上所確定。
  6. 如請求項1至請求項5中任一項所述的轉爐的操作方法，其中，於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的所述計測值包括由排氣流量計及排氣分析計所獲得的計測值的任一者或兩者。
  7. 如請求項1至請求項6中任一項所述的轉爐的操作方法，其中，於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的所述計測值為與吹煉中的轉爐爐口部的光學特性相關的計測值，包括來自爐渣中的氧化鐵的還原反應的光譜的發光強度的變化率。
  8. 如請求項1至請求項7中任一項所述的轉爐的操作方法，其中，於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的所述計測值包括於作為所述吹煉的原料所使用的熔鐵自熔鐵保持容器流入轉爐時使用非接觸的光學方法所測得的熔鐵溫度。
  9. 一種轉爐的吹煉控制系統，包括： 副槍，於向轉爐內的熔鐵吹送氧化性氣體而對熔鐵進行脫碳精煉的吹煉中，對至少包括爐內的熔融金屬的熔融金屬溫度的副槍測定值進行實測； 第一計算機，基於開始吹煉時及吹煉中所獲得的轉爐的操作條件及計測值，逐次推定吹煉進行時點下的熔融金屬溫度的推定值即吹煉中溫度推定值、及熔融金屬中碳濃度的推定值即吹煉中碳濃度推定值，並且基於所述副槍所實測到的副槍測定值，算出為了將吹煉停吹時的鋼水的溫度及成分濃度設為目標值而應該供給的氧量以及是否投入冷卻材或升溫材及投入量； 操作控制用計算機，基於藉由所述第一計算機所算出的所述氧量及所述冷卻材或升溫材的投入量，以吹煉停吹時的鋼水溫度及鋼水中碳濃度成為目標值的方式來控制操作條件； 第二計算機，設定副槍投入時期的熔融金屬溫度的目標值即中途溫度目標值，且於副槍投入時期之前的吹煉中設定對所述中途溫度目標值、與為副槍投入時期的熔融金屬溫度的預測值的中途溫度預測值之差即中途溫度差進行確認的確認時間點，並且 算出所述中途溫度目標值與所述中途溫度預測值的差即中途溫度差，基於所算出的所述中途溫度差的絕對值，於所述確認時間點之後且副槍投入之前的吹煉中，判定是否向轉爐內進行冷卻材的投入或升溫材的投入；以及 第三計算機，於進行冷卻材的投入或升溫材的投入的情形時，算出冷卻材的投入量或升溫材的投入量。
  10. 如請求項9所述的轉爐的吹煉控制系統，其中，轉爐的排氣處理設備包括排氣流量計及排氣分析計，將利用所述排氣流量計及所述排氣分析計所計測的排氣的資料自所述排氣流量計及所述排氣分析計發送至所述第一計算機，所述第一計算機以將所發送的排氣的資料用於吹煉中溫度推定值及吹煉中碳濃度推定值的逐次推定的方式構成。
  11. 如請求項9或請求項10所述的轉爐的吹煉控制系統，包括：分光相機，配置於轉爐的周圍，自轉爐與可動式罩的間隙拍攝爐口燃燒火焰；以及圖像解析裝置，以能夠提取的方式記錄自所述分光相機發送的圖像資料，並且算出所述圖像資料的發光光譜於580 nm～620 nm的範圍的波長下的發光強度，且將所述發光強度的資料自所述圖像解析裝置發送至所述第一計算機，所述第一計算機以將所發送的發光強度的資料用於吹煉中溫度推定值及吹煉中碳濃度推定值的逐次推定的方式構成。
  12. 如請求項9至請求項11中任一項所述的轉爐的吹煉控制系統，包括溫度計測器，所述溫度計測器以光學方式測定將作為轉爐中的吹煉的原料所使用的熔鐵裝入所述轉爐的期間中的熔鐵的溫度作為裝入時的熔鐵溫度，將由所述溫度計測器所得的溫度測定值的資料自所述溫度計測器發送至所述第一計算機，所述第一計算機以將所發送的溫度測定值的資料用於吹煉中溫度推定值及吹煉中碳濃度推定值的逐次推定的方式構成。
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