TW202321468A - Intra-furnace state inference device, intra-furnace state inference method, and molten steel manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本揭示是有關於一種爐內狀態推定裝置、爐內狀態推定方法及鋼水製造方法。本揭示尤其有關於一種推定鋼鐵業的精煉設備中的熔液中及熔渣中的成分濃度的爐內狀態推定裝置、爐內狀態推定方法及鋼水製造方法。The disclosure relates to a furnace state estimation device, a furnace state estimation method, and a molten steel manufacturing method. In particular, the present disclosure relates to a furnace state estimation device, a furnace state estimation method, and a molten steel manufacturing method for estimating component concentrations in molten metal and slag in refining facilities in the iron and steel industry.
煉鐵廠中,在預處理設備、轉爐及二次精煉設備等精煉設備中,對自高爐流出的熔鐵的成分及溫度進行調整。轉爐是藉由向爐內吹入氧而進行熔液中的雜質去除及升溫的製程,在鋼的品質管理及精煉成本合理化等方面起到非常重要的作用。此處,在轉爐中的熔液成分及熔液溫度的控制中,例如使用頂吹氧的流量及速度、頂吹噴槍的高度、底吹氣體的流量等作為操作量。而且,使用石灰、鐵礦石等輔助原料的投入量及投入時機、對熔液進行採樣的時機、結束吹煉的時機等作為操作量。該些操作量應根據熔液溫度和熔液成分及熔渣成分等爐內狀態而最佳化。為了高精度地推定爐內狀態並將操作量適配化,提出下述方法:使用包含可在精煉處理中連續測量的廢氣測量值的、關於精煉設備的測量資訊,進行爐內的質量平衡及熱收支計算。此方法通常可高精度且即時地推定熔液溫度與熔液成分及熔渣成分。但存在如下問題,即,由於精煉設備中的爐內耐火物的損耗、投入輔助原料的成分變動、測量精度的降低等精煉設備環境的變動,狀態推定模型的精度經常會發生劣化。In ironworks, the composition and temperature of molten iron flowing out of the blast furnace are adjusted in refining facilities such as pretreatment facilities, converters, and secondary refining facilities. The converter is a process that removes impurities in the melt and raises the temperature by blowing oxygen into the furnace. It plays a very important role in the quality control of steel and the rationalization of refining costs. Here, in the control of the melt composition and melt temperature in the converter, for example, the flow rate and speed of top-blown oxygen, the height of the top-blown lance, the flow rate of bottom-blown gas, etc. are used as operating variables. In addition, the input amount and input timing of auxiliary raw materials such as lime and iron ore, the timing of sampling the melt, the timing of finishing blowing, and the like are used as operation quantities. These operating quantities should be optimized according to the state of the furnace such as the temperature of the molten metal and the components of the molten metal and slag. In order to estimate the state of the furnace with high precision and adapt the operating volume, a method is proposed that uses measurement information about the refining facility, including exhaust gas measurement values that can be continuously measured during the refining process, to perform mass balance in the furnace and Calculation of thermal budget. This method can usually estimate the melt temperature, melt composition and slag composition with high accuracy and in real time. However, there is a problem that the accuracy of the state estimation model often deteriorates due to changes in the refinery environment, such as loss of refractories in the furnace in the refinery, changes in the composition of auxiliary raw materials to be fed, and a decrease in measurement accuracy.
作為將模型參數最佳化以保持此種模型精度的方法,例如專利文獻1提出一種方法:自過去的實績資訊中提取處理條件類似的實績而算出轉爐的獨立的模型式中的參數值。As a method of optimizing model parameters to maintain such model accuracy, for example,
而且,例如專利文獻2提出一種方法:藉由求出以熱收支平衡的方式設定的聯立方程式的近似解而決定二次精煉設備中的熔液溫度推定模型的多個參數。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
Furthermore, for example,
專利文獻1:日本專利特開2005-036289號公報 專利文獻2:日本專利特開2004-360044號公報 Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2005-036289 Patent Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 2004-360044
[發明所欲解決之課題]
此處,專利文獻1以模型式的形式將獨立的物理反應模型或一次結合模型作為對象。因此,專利文獻1的技術難以應用於如基於爐內的質量平衡及熱收支計算的狀態推定模型般,爐內反應量及升溫量複雜地相互作用的模型。
[Problem to be Solved by the Invention]
Here,
在專利文獻2中,提出一種方法:針對多個模型式與參數相互作用般的溫度推定模型式,求出以熱收支平衡的方式設定的聯立方程式的近似解。但是,專利文獻2在爐內的反應量計算中,關於使用包含廢氣測量值的測量資訊的爐內質量平衡計算未進行記載。因此,專利文獻2的技術難以應用於除熱收支以外,爐內質量平衡亦相互作用般的模型。
因此,尋求一種即便對於爐內的質量平衡及熱收支複雜地相互作用般的模型亦有效的模型參數決定方法。Therefore, a method of determining model parameters that is effective even for a model in which the mass balance and heat budget in the furnace interact in a complex manner is sought.
鑒於所述情況而成的本揭示的目的在於提供一種能夠高精度且連續地推定熔液中及熔渣中的成分濃度的爐內狀態推定裝置、爐內狀態推定方法及鋼水製造方法。 [解決課題之手段] An object of the present disclosure made in view of the above circumstances is to provide a furnace state estimation device, a furnace state estimation method, and a molten steel manufacturing method capable of accurately and continuously estimating component concentrations in molten metal and slag. [Means to solve the problem]
(1)本揭示的一實施方式的爐內狀態推定裝置包括: 輸入部,輸入實績資訊及精煉處理的條件,所述實績資訊包含精煉設備中的所述精煉處理開始前或處理中的熔液溫度及成分濃度與熔渣的成分濃度的測量結果、以及包含自所述精煉設備排出的廢氣的流量及成分濃度的關於精煉設備的測量結果; 模型決定部,使用自記憶有與所述精煉設備中的吹煉反應相關的模型的模型參數、所述實績資訊及所述精煉處理條件的資料庫獲取的過去的所述模型參數,決定對象爐次的所述精煉處理中的所述模型參數; 爐內狀態計算部,使用已決定的所述模型參數,計算包含所述熔液的溫度及成分濃度與熔渣的成分濃度的爐內的狀態量;以及 模型參數計算部,使用包含所述對象爐次的所述精煉處理結果的所述實績資訊,基於包含表示所述精煉處理中的自特定期間的起點直至終點為止的所述爐內的質量平衡誤差及熱收支誤差的項的評價函數,計算所述對象爐次的所述精煉處理中的所述模型參數。 (1) A furnace state estimation device according to an embodiment of the present disclosure includes: The input unit is configured to input actual performance information including measurement results of molten temperature, component concentration, and slag component concentration in the refining facility before or during the refining process, and conditions of the refining process, and the conditions of the refining process. the results of refinery-related measurements of the flow rate and component concentrations of the off-gases from said refinery; The model determining unit determines the target furnace using the past model parameters obtained from a database storing model parameters related to the blowing reaction in the refining facility, the actual performance information, and the refining process conditions. the model parameters in the refining process of times; A furnace state calculation unit calculates a state quantity in the furnace including the temperature and component concentration of the molten metal and the component concentration of the molten slag by using the determined model parameters; and The model parameter calculation unit uses the actual performance information including the refining process result of the target heat, based on a mass balance error in the furnace representing a mass balance error in the refining process from a start point to an end point of a specific period in the refining process. and an evaluation function of a term of a heat balance error, and calculate the model parameters in the refining process of the target heat.
(2)作為本揭示的一實施方式,在(1)中, 所述模型決定部藉由將記憶於所述資料庫的過去的所述模型參數中的、與所述對象爐次的所述精煉處理條件類似的過去的所述精煉處理的所述模型參數進行平均,而決定所述對象爐次的所述精煉處理中的所述模型參數。 (2) As one embodiment of the present disclosure, in (1), The model determination unit performs the process by storing the model parameters of the past refining process similar to the refining process conditions of the target heat, among the past model parameters stored in the database. The model parameters in the refining process of the target heat are determined on average.
(3)作為本揭示的一實施方式,在(1)中, 所述模型決定部將記憶於所述資料庫的過去的所述模型參數、與包含所述精煉處理中的處理次數、處理日期時間、精煉設備的使用次數中的至少一個的精煉處理條件的關係進行模型化,並根據所述模型來決定所述對象爐次的所述精煉處理中的所述參數。 (3) As one embodiment of the present disclosure, in (1), The model determining unit stores a relationship between the past model parameters stored in the database and refining processing conditions including at least one of the number of times of processing in the refining process, the date and time of processing, and the number of times of use of refining facilities. Modeling is performed, and the parameters in the refining process of the target heat are determined based on the model.
(4)作為本揭示的一實施方式,在(1)至(3)的任一項中, 所述模型參數包含對投入至所述爐內的碳量的特定期間的累計量、排出至爐外的碳量的特定期間的累計量、投入至所述爐內的氧量、排出至所述爐外的氧量、用於所述熔液中的各種金屬雜質氧化的氧量及由所述爐內的熱量變化引起的熔液溫度變化量的特定期間的累計量中的至少一個進行修正的係數或常數項。 (4) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (3), The model parameters include the cumulative amount of carbon charged into the furnace for a specific period, the cumulative amount of carbon discharged outside the furnace for a specific period, the amount of oxygen charged into the furnace, and the amount of carbon discharged to the furnace. At least one of the amount of oxygen outside the furnace, the amount of oxygen used to oxidize various metal impurities in the melt, and the cumulative amount of the melt temperature change caused by the heat change in the furnace for a specific period is corrected. Coefficient or constant term.
(5)作為本揭示的一實施方式,在(1)至(4)的任一項中, 所述評價函數包含表示碳收支平衡的項、表示氧收支平衡的項與表示熱收支平衡的項的加權和。 (5) As an embodiment of the present disclosure, in any one of (1) to (4), The evaluation function includes a weighted sum of a term representing the carbon balance, a term representing the oxygen balance, and a term representing the heat balance.
(6)關於本揭示的一實施方式的爐內狀態推定方法, 是由爐內狀態推定裝置所執行,所述爐內狀態推定方法包括: 輸入步驟,輸入實績資訊及精煉處理的條件,所述實績資訊包含精煉設備中的所述精煉處理開始前或處理中的熔液的溫度及成分濃度與熔渣的成分濃度的測量結果、以及包含自所述精煉設備排出的廢氣的流量及成分濃度的關於精煉設備的測量結果; 模型決定步驟,使用自記憶有與所述精煉設備中的吹煉反應相關的模型的模型參數、所述實績資訊及所述精煉處理條件的資料庫獲取的過去的所述模型參數,決定對象爐次的所述精煉處理中的所述模型參數; 爐內狀態計算步驟,使用已決定的所述模型參數,計算包含所述熔液的溫度及成分濃度與熔渣的成分濃度的爐內的狀態量;以及 模型參數計算步驟,使用包含所述對象爐次的所述精煉處理結果的所述實績資訊,基於包含表示所述精煉處理中的自特定期間的起點直至終點為止的所述爐內的質量平衡誤差及熱收支誤差的項的評價函數,計算所述對象爐次的所述精煉處理中的所述模型參數。 (6) Regarding the furnace state estimation method according to one embodiment of the present disclosure, is performed by the furnace state estimation device, and the furnace state estimation method includes: An input step of inputting actual performance information and refining treatment conditions, the actual performance information including the temperature and component concentration of the molten metal before or during the refining treatment in the refining facility, and the measurement results of the component concentration of the molten slag, and the results of refinery-related measurements of the flow rate and component concentrations of the off-gases exiting said refinery; In the model determining step, the target furnace is determined using the past model parameters acquired from a database storing model parameters related to the blowing reaction in the refining facility, the actual performance information, and the refining treatment conditions. the model parameters in the refining process of times; a step of calculating the state in the furnace, using the determined model parameters, to calculate a state quantity in the furnace including the temperature and component concentration of the molten metal and the component concentration of the molten slag; and The model parameter calculation step is based on using the actual performance information including the refining process result of the target heat, based on including a mass balance error in the furnace indicating from a start point to an end point of a specific period in the refining process and an evaluation function of a term of a heat balance error, and calculate the model parameters in the refining process of the target heat.
(7)作為本揭示的一實施方式,在(6)中, 所述模型決定步驟藉由將記憶於所述資料庫的過去的所述模型參數中的、與所述對象爐次的所述精煉處理條件類似的過去的所述精煉處理的所述模型參數進行平均,而決定所述對象爐次的所述精煉處理中的所述模型參數。 (7) As an embodiment of the present disclosure, in (6), The model determining step is performed by storing the model parameters of the past refining process similar to the refining process conditions of the target heat, among the past model parameters stored in the database. The model parameters in the refining process of the target heat are determined on average.
(8)作為本揭示的一實施方式,在(6)中, 所述模型決定步驟將記憶於所述資料庫的過去的所述模型參數、與包含所述精煉處理中的處理次數、處理日期時間、精煉設備的使用次數中的至少一個的精煉處理條件的關係進行模型化,並根據所述模型來決定所述對象爐次的所述精煉處理中的所述參數。 (8) As an embodiment of the present disclosure, in (6), In the model determining step, the relationship between the past model parameters stored in the database and refining processing conditions including at least one of the number of times of processing in the refining process, the date and time of processing, and the number of times of use of refining equipment Modeling is performed, and the parameters in the refining process of the target heat are determined based on the model.
(9)關於本揭示的一實施方式的鋼水製造方法, 基於藉由如(6)至(8)中任一項的爐內狀態推定方法而推定的所述熔液的溫度及成分濃度與熔渣的成分濃度,決定頂吹氧的流量及速度、頂吹噴槍的高度、底吹氣體的流量、石灰、鐵礦石等輔助原料的投入量及投入時機、對所述熔液進行採樣的時機以及結束吹煉的時機中的至少一個而進行精煉操作,以製造鋼水。 [發明的效果] (9) Regarding the molten steel manufacturing method of one embodiment of the present disclosure, Based on the temperature and component concentration of the melt and the component concentration of the molten slag estimated by the method of estimating the state in the furnace as in any one of (6) to (8), the flow rate and speed of the top-blown oxygen, and the top-blown oxygen are determined. At least one of the height of the blowing lance, the flow rate of bottom blowing gas, the input amount and input timing of auxiliary raw materials such as lime and iron ore, the timing of sampling the melt, and the timing of ending the blowing are used to carry out the refining operation, to make molten steel. [Effect of the invention]
根據本揭示,可提供一種能夠高精度且連續地推定熔液中及熔渣中的成分濃度的爐內狀態推定裝置、爐內狀態推定方法及鋼水製造方法。According to the present disclosure, it is possible to provide a furnace state estimation device, a furnace state estimation method, and a molten steel manufacturing method capable of accurately and continuously estimating the concentration of components in molten metal and slag.
以下,參照圖式說明本揭示的一實施方式的爐內狀態推定裝置、爐內狀態推定方法及鋼水製造方法。Hereinafter, a furnace state estimation device, a furnace state estimation method, and a molten steel manufacturing method according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
[爐內狀態推定裝置的結構]
圖1是表示本揭示的一實施方式的爐內狀態推定裝置1的結構的示意圖。在本實施方式中,爐內狀態推定裝置1用作鋼鐵業中製造鋼水的設備的一部分。製造鋼水的設備包括精煉設備2、以及包含爐內狀態推定裝置1的吹煉控制系統。
[Structure of Furnace State Estimation Device]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a furnace
如圖1所示,精煉設備2包括轉爐100、噴槍102及管道104。噴槍102配置於轉爐100內的熔液101上。自噴槍102的前端朝向下方的熔液101噴出高壓氧。藉由所述高壓氧將熔液101內的雜質氧化而送入熔渣103內(精煉處理)。管道104為廢氣導煙用的煙道設備,設置於轉爐100的上部。As shown in FIG. 1 , the
在管道104的內部配置有廢氣檢測部105。廢氣檢測部105檢測隨著精煉處理而排出的廢氣的流量及成分濃度(例如CO、CO
2、O
2、N
2、Ar等的濃度)。作為廢氣測量,廢氣檢測部105例如基於設於管道104內的文氏管的前後差壓而測量管道104內的廢氣的流量。而且,作為廢氣測量,廢氣檢測部105測量廢氣中的各成分的濃度[%]。廢氣的流量及成分濃度例如以數秒週期進行測量。表示廢氣檢測部105的檢測結果的訊號發送至控制終端10。
An exhaust
經由形成於轉爐100底部的通氣孔106向轉爐100內的熔液101中吹入攪拌氣體。攪拌氣體為Ar等的惰性氣體。吹入的攪拌氣體攪拌熔液101,促進高壓氧與熔液101的反應。流量計107測量吹入至轉爐100的攪拌氣體的流量。在即將開始吹煉前及吹煉後,進行熔液101的溫度及成分濃度的分析。而且,在吹煉過程中測量一次或多次熔液101的溫度及成分濃度,基於所測量的溫度及成分濃度決定高壓氧的供給量(送氧量)及速度(送氧速度)以及攪拌氣體的流量(攪拌氣體流量)等。Stirring gas is blown into the
吹煉控制系統包括控制終端10、顯示裝置20及爐內狀態推定裝置1作為主要構成元件。控制終端10可包含個人電腦或工作站等資訊處理裝置。控制終端10以熔液101的溫度及成分濃度成為所需範圍內的方式控制送氧量、送氧速度及攪拌氣體流量,並且收集送氧量、送氧速度及攪拌氣體流量的實績值資料。顯示裝置20例如可包含液晶顯示器(Liquid Crystal Display,LCD)或陰極射線管(Cathode Ray Tube,CRT)顯示器。顯示裝置20可顯示自爐內狀態推定裝置1輸出的計算結果等。The blowing control system includes a
爐內狀態推定裝置1是推定由精煉設備2處理的熔液101的溫度及成分濃度與熔渣103的成分濃度的裝置。爐內狀態推定裝置1包含個人電腦或工作站等資訊處理裝置。爐內狀態推定裝置1包括輸入部11、資料庫12、模型參數計算部13、模型決定部14、爐內狀態計算部15及輸出部16。The furnace
輸入部11是輸入與精煉設備2相關的各種測量結果即實績資訊(實績資料)等的輸入用介面。輸入部11例如可為鍵盤、滑鼠、指向裝置、資料接收裝置及圖形用戶介面(Graphical User Interface,GUI)等的至少一種。在本實施方式中,輸入部11自外部接受實績資訊、參數設定值等,進行所述資訊向資料庫12的寫入及向爐內狀態計算部15的發送。實績資訊自控制終端10輸入至輸入部11。實績資訊包含由廢氣檢測部105測量的關於廢氣的流量及成分濃度的資訊、送氧量及送氧速度的資訊、攪拌氣體流量的資訊、原料(主原料、輔助原料)投入量的資訊、熔液101的溫度及成分濃度與熔渣103的成分濃度等。該些資訊對應於下述圖2的實績資訊中的項目1~項目M。而且,輸入部11例如可由精煉設備2的操作員等手動進行資料輸入(手動輸入)。藉由手動輸入,可輸入模型式(以下亦簡稱為「模型」)的參數設定值。在本實施方式中,輸入部11亦接受下述精煉處理的條件及操作量資訊。而且,輸入部11亦可在精煉處理開始前或處理中或處理結束後獲取實績資訊等。The
資料庫12記憶與精煉設備2中的吹煉反應相關的模型的資訊、精煉處理的實績資訊及爐內狀態推定裝置1的計算結果。資料庫12例如包含記憶體及硬碟驅動器等的記憶裝置。記憶裝置可進而記憶電腦程式。資料庫12記憶模型式及模型式的參數(以下稱為「模型參數」)作為與吹煉反應相關的模型的資訊。模型參數由模型參數計算部13計算。而且,資料庫12中可記憶有輸入至輸入部11的各種資訊、由爐內狀態計算部15計算的吹煉實績中的計算、分析結果。The
圖2是表示資料庫12的結構例的圖。在本實施方式中,資料庫12將N次(N爐次)精煉處理中的條件、實績資訊及作為計算結果的模型參數與爐次的識別編號建立關聯而記憶。N例如為2以上的整數。在圖2的例中,最左欄表示爐次的識別編號。例如在第N次精煉處理中,資料庫12記憶過去的N-1次精煉處理中的實績資訊及模型參數。在第N次精煉處理中,在模型決定部14按下述方式決定模型參數的情況下,記憶於資料庫12的過去的N-1次精煉處理的資訊用作候補。而且,當第N次精煉處理結束時,將第N次精煉處理中的實績資訊及計算結果追加至資料庫12(參照圖2的粗框部分)。其後,在第N+1次精煉處理中,在模型決定部14決定模型參數的情況下,記憶於資料庫12的過去的N次精煉處理的資訊用作候補。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the
模型參數計算部13、模型決定部14及爐內狀態計算部15例如包含中央處理單元(Central Processing Unit,CPU)等運算處理裝置。模型參數計算部13、模型決定部14及爐內狀態計算部15例如可藉由運算處理裝置讀取並執行電腦程式而實現。而且,模型參數計算部13、模型決定部14及爐內狀態計算部15可具有專用的運算裝置或運算電路。The model
模型參數計算部13基於爐內的質量平衡及熱收支,以收支誤差最小的方式計算與吹煉反應相關的模型的模型參數,並記憶於資料庫12。模型參數計算部13在一次精煉處理結束後,使用作為所述精煉處理結果的實績資訊進行質量平衡及熱收支的計算。Based on the mass balance and heat balance in the furnace, the model
質量平衡計算對各成分在轉爐100內的投入量及來自轉爐100的各成分的排出量進行計算。各成分的投入量根據對轉爐100的主原料及輔助原料投入量、來自噴槍102的供給氧及來自轉爐100外的捲入空氣量而計算。各成分的排出量根據廢氣流量及廢氣成分濃度而計算。The mass balance calculation calculates the input amount of each component into the
熱收支計算對轉爐100的爐內的輸入熱量及排出熱量進行計算。輸入熱量根據裝入至轉爐100的主原料的顯熱、由在爐內發生的反應引起的反應熱、投入至轉爐100的輔助原料的熔解熱等而計算。排出熱量根據來自爐體表面的散熱、來自爐口部的輻射熱、由攪拌氣體引起的排熱、排出至爐外的熔渣103、排出氣體的顯熱等而計算。The heat balance calculation calculates the input heat and the exhaust heat in the furnace of the
模型決定部14獲取記憶於資料庫12的過去的模型參數。模型決定部14使用過去的模型參數,決定爐內狀態計算部15中要利用的模型參數,發送至爐內狀態計算部15。The
爐內狀態計算部15基於由模型決定部14決定的模型參數、輸入部11所收集的實績資訊及參數設定值等,計算(推定)包含熔液101的溫度及成分濃度與熔渣103的成分濃度的轉爐100內的狀態量。所推定的轉爐100內的狀態量發送至輸出部16。The furnace
輸出部16將由爐內狀態推定裝置1計算的轉爐100內的狀態量發送至控制終端10。在精煉處理中,基於自爐內狀態推定裝置1輸出的計算結果進行各種操作量的決定及操作條件的變更。而且,輸出部16亦具有將由爐內狀態推定裝置1計算的資訊發送至顯示裝置20的功能,可顯示自爐內狀態推定裝置1輸出的計算結果。The
具有此種結構的爐內狀態推定裝置1藉由執行以下說明的爐內狀態推定方法的處理,高精度地推定包含熔液101中的溫度及成分濃度與熔渣103中的成分濃度等的轉爐100內的狀態量。以下,參照圖3所示的流程圖,說明執行爐內狀態推定方法時的爐內狀態推定裝置1的動作。The furnace
[爐內狀態推定方法] 圖3是表示本揭示的一實施方式的爐內狀態推定方法的處理的流程圖。圖3所示的流程圖在精煉處理開始前的任意時機開始。即,在精煉處理開始前的任意時機,爐內狀態推定處理進入步驟S1的處理。 [How to estimate the state in the furnace] FIG. 3 is a flowchart showing processing of a method for estimating a state in a furnace according to an embodiment of the present disclosure. The flowchart shown in FIG. 3 starts at an arbitrary timing before the refining process starts. That is, at an arbitrary timing before the start of the refining process, the furnace state estimation process proceeds to the process of step S1.
在步驟S1的處理中,輸入部11獲取精煉處理的條件。在本實施方式中,精煉處理的條件包含精煉形態、輔助原料投入預定量、熔液101及熔渣103的成分濃度及溫度的目標值、處理次數、處理日期時間、包含爐、噴槍及測量機器的設備的使用次數等。輸入部11將獲取的精煉處理的條件發送至資料庫12及爐內狀態計算部15。藉此,步驟S1的處理完成,爐內狀態推定處理進入步驟S2的處理。步驟S1對應於「輸入步驟」的一部分。在步驟S1中輸入的資料用於模型決定部14的處理。In the process of step S1, the
在步驟S2的處理中,模型決定部14使用記憶於資料庫12的過去的模型參數,基於精煉處理的條件,決定爐內狀態計算部15中要利用的模型參數。步驟S2對應於「模型決定步驟」。詳細而言,步驟S2的處理中決定的模型參數可基於與已經記憶於資料庫12的過去的精煉處理對應的模型參數,藉由計算或選擇而獲得。如上所述,例如在第N次精煉處理中,模型決定部14使用記憶於資料庫12的過去的N-1次精煉處理的資訊決定模型參數。在需要花費時間才能獲取精煉處理結果等過去的N-1次模型參數或精煉處理條件的資料不全的情況下,可提取所需的模型參數或精煉處理條件的資料齊全的實績資訊而決定模型參數。有時將此例情況下的第N次精煉處理即當前執行中的精煉處理稱為對象爐次的精煉處理。In the process of step S2 , the
模型決定部14例如藉由提取記憶於資料庫12的模型參數中精煉處理條件與對象爐次的條件類似的模型參數,將提取的模型參數進行平均而決定。模型決定部14可僅提取最近的規定數量的爐次中的模型參數,即將舊模型參數自提取對象中排除,進行平均化。對象爐次的精煉處理中的條件與過去實績的相似度(Ds)例如可藉由按以下式(1)所示計算歐式距離而評價。The
[數1] [number 1]
其中,k為精煉處理的條件數。CA
k表示過去實績中的條件。CP
k表示對象爐次的精煉處理中的條件。G
k是用於進行各精煉處理條件的加權的參數。作為精煉處理條件,例如可列舉精煉處理日期時間、裝入熔鐵重量、裝入廢料重量、熔鐵溫度、熔鐵中以C、Si、Mn、P為代表的成分濃度、精煉爐及頂吹噴槍的使用次數等。而且,例如可列舉之前實施的精煉處理中的處理後的熔液溫度及來自處理後的經過時間、遺留的熔渣重量及成分、精煉處理開始前投入的每一輔助原料品種的投入重量、每一廢料品種的投入重量等。該些條件對應於圖2的精煉處理條件中的項目1~項目L。而且,在評價相似度的情況下,可僅以正在使用的精煉爐的形態、頂吹噴槍的形態、底吹噴嘴的形態等一致的實績作為對象。此處,相似度不限於式(1)所示的歐式距離,亦可藉由評價城市街區距離、明氏距離、馬氏距離、以餘弦相似度為代表的k維向量間的距離的方法進行評價。此處,相似度高與所計算的k維向量間的距離短同義。過去的精煉處理實績的提取可提取所計算的相似度較設定的臨限值高的實績,或可提取相似度高的上位任意數的過去實績。而且,作為相似實績的提取方法,可為如下方法,即,關於精煉處理的條件k各自的項目,對計算對象處理條件與過去實績條件的差進行計算,提取k個差分別小於設定臨限值的實績。
Among them, k is the condition number of the refining process. CA k represents a condition in the past results. CP k represents the conditions in the refining process of the target heat. G k is a parameter for weighting each refining treatment condition. Refining treatment conditions include, for example, the date and time of refining treatment, the weight of charged molten iron, the weight of charged scrap, molten iron temperature, the concentration of components represented by C, Si, Mn, and P in molten iron, refining furnace and top blowing. The number of times the spray gun is used, etc. In addition, for example, the melt temperature after the treatment and the elapsed time from the treatment in the refining treatment carried out before, the weight and composition of the remaining slag, the input weight of each auxiliary raw material type input before the refining treatment, and each 1. Input weight of waste types, etc. These conditions correspond to
而且,模型決定部14可將記憶於資料庫12的模型參數、與包含精煉處理中的處理次數、處理日期時間、包含爐、噴槍及測量機器的精煉設備的使用次數等的精煉處理條件的關係進行模型化。並且,模型決定部14可藉由模型計算根據對象爐次的精煉處理條件輸入值算出最佳參數。模型決定部14將已決定的模型參數發送至爐內狀態計算部15。藉此,步驟S2的處理完成,爐內狀態推定處理進入步驟S3的處理。Furthermore, the
步驟S3及步驟S4的處理在一次精煉處理開始的時機開始,在精煉處理中以任意週期重覆實施。在步驟S3的處理中,輸入部11獲取精煉處理的操作量資訊及轉爐100中的測量資訊。操作量資訊例如為噴槍102的高度、送氧速度、攪拌氣體流量、輔助原料的投入量等操作量的資訊。測量資訊例如為廢氣的流量及成分濃度等的測量值。此處,測量值並不限於測量所得的值本身,亦可包含分析後的結果(分析值)。操作量資訊、測量資訊以任意週期收集。當操作量資訊與測量資訊之間存在大的時間延遲時,考慮此延遲而創建資料。而且,在測量資訊包含大量雜訊的情況下,可利用進行移動平均計算等平滑化處理而得的值替換測量值。步驟S3對應於「輸入步驟」的一部分。步驟S3中輸入的資料用於爐內狀態計算部15的處理。The processing of step S3 and step S4 is started at the timing of the start of one refining process, and is repeatedly performed at an arbitrary cycle during the refining process. In the process of step S3 , the
在步驟S4的處理中,爐內狀態計算部15使用具有輸入部11所獲取的資訊及模型決定部14所決定的模型參數的模型,計算轉爐100內的狀態量。狀態量例如可列舉熔液101中的碳濃度、熔渣103中的Fe
tO濃度等。步驟S4對應於「爐內狀態計算步驟」。
In the process of step S4 , the furnace
熔液101中的碳濃度例如藉由計算轉爐100內殘存的碳量而求出。投入至轉爐100內的碳量及排出至轉爐100外的碳量分別可表示為以下所示的式(2)及式(3)。假設自投入碳量減去排出碳量而得的轉爐100內殘存的碳量相當於熔液101中的碳量,藉此可計算熔液101中的碳濃度。此處,假設熔液101的進出碳量與總裝入量相比而言微少。而且,除非另有說明,則「%」及各種流量表示「質量%(mass%)」及流量原單位。The carbon concentration in the
[數2] [number 2]
[數3] [number 3]
此處,作為投入碳量的C
in[%]為主原料中的碳量與投入輔助原料中的碳量的和的熔液101中的濃度換算值。ρ
pig[%]為裝入熔鐵中的碳濃度。ρ
i Cscr[%]為裝入廢料(品種i)中的碳濃度。ρ
j Caux[%]為投入輔助原料(品種j)中的碳濃度。W
pig[t]為裝入熔鐵重量。W
i scr[t]為裝入廢料(品種i)的重量。W
j aux[t]為投入輔助原料(品種j)的投入累計重量。W
charge[t]為裝入至轉爐100的熔液重量。裝入廢料的品種i及投入輔助原料的品種j中的碳濃度(ρ
i Cscr、ρ
j Caux)記憶於資料庫12,爐內狀態計算部15獲取關於按對象爐次利用的品種的資訊。作為排出碳量的C
out[%]為廢氣中包含的碳量的熔液101中的濃度換算值。V
CO OG[Nm
3/t]、V
CO2 OG[Nm
3/t]分別為直至廢氣中的CO、CO
2的計算時刻的累計流量。
Here, C in [%], which is the amount of carbon input, is the concentration conversion value in the
熔渣103中的Fe
tO濃度可假設自投入氧量減去排出氧量而得的量相當於轉爐100內殘存的氧量而進行計算。例如,可將投入至轉爐100內的氧量及排出至轉爐100外的氧量分別表示為以下所示的式(4)及式(5)。
The Fe t O concentration in the
[數4] [number 4]
[數5] [number 5]
此處,作為投入氧量的O
2 in[Nm
3/t]為來自噴槍102的頂吹氧累計量V
O2 blow[Nm
3/t]、投入輔助原料中的氧累計量及自轉爐100外捲入爐內的空氣中的氧累計量的和。ρ
i Oscr[%]為裝入廢料(品種i)中的氧含量的換算值。ρ
j Oaux[(Nm
3/t)/t]為投入輔助原料(品種j)中的氧含量的換算值。裝入廢料的品種i及投入輔助原料的品種j中的氧含量(ρ
i Oaux、ρ
j Oaux)記憶於資料庫12,爐內狀態計算部15獲取關於按對象爐次利用的品種的資訊。關於ρ
i Oscr[%]及W
j aux[t],可包含關於自前爐次遺留的熔渣103的成分及重量的分析值或計算值。而且,在投入氧量的計算中,例如如本實施例所示,在未獲得N
2濃度、Ar濃度作為廢氣測量的情況下,被捲入的空氣中的氧量可按式(4)的第四項的方式計算。此處,在式(4)的第四項中,假設自作為廢氣中除O
2、CO、CO
2以外的未分析廢氣量的V
rem OG[Nm
3/t]減去作為底吹氣體流量的V
bot[Nm
3/t]而得的量相當於捲入空氣中的N
2、Ar。
Here, O 2 in [Nm 3 /t] as the amount of oxygen input is the cumulative amount of top-blown oxygen V O2 blow [Nm 3 /t] from the
作為排出氧量的O
2 out[Nm
3/t]根據廢氣中所包含的氧量而計算。V
O2 OG[Nm
3/t]為直至廢氣中的O
2的計算時刻的累計流量。V
CO OG[Nm
3/t]、V
CO2 OG[Nm
3/t]與式(3)相同。自投入氧量減去排出氧量而得的量為轉爐100內殘存的氧量。轉爐100內殘存的氧用於熔液101中的Si、Mn、P等金屬雜質的氧化及鐵的氧化。其中,關於金屬雜質的氧化量,使用記憶於資料庫12的模型中的雜質金屬的氧化反應模型而計算。例如作為用於熔液101中的Si氧化的氧量的V
O2 Si[Nm
3/t]表示為以下所示的式(6)。
O 2 out [Nm 3 /t], which is the amount of exhausted oxygen, is calculated from the amount of oxygen contained in the exhaust gas. V O2 OG [Nm 3 /t] is the cumulative flow rate up to the calculation time of O 2 in the exhaust gas. V CO OG [Nm 3 /t] and V CO2 OG [Nm 3 /t] are the same as the formula (3). The amount of oxygen remaining in the
[數6] [number 6]
此處,ρ
pig Si[%]為裝入熔鐵中的Si濃度。ρ
i Siscr[%]為裝入廢料(品種i)中的Si濃度。ρ
j Siaux[%]為投入輔助原料(品種j)中的Si濃度。K
Si為Si的氧化反應速度常數。而且,與式(6)同樣地,可計算Mn、P等熔液101中的各種金屬雜質的氧化所使用的氧量。此處,Si、Mn、P等熔液101中的各種金屬雜質的氧化所使用的氧量合計為V
O2 met[Nm
3/t]。可假設熔渣103中的Fe
tO量相當於自投入氧量減去排出氧量並自所得的量再減去V
O2 met而得的量而進行計算。
Here, ρ pig Si [%] is the concentration of Si charged into the molten iron. ρ i Siscr [%] is the Si concentration charged into the scrap (type i). ρ j Siaux [%] is the Si concentration in the auxiliary raw material (species j). K Si is the oxidation reaction rate constant of Si. Furthermore, similarly to the formula (6), the amount of oxygen used for oxidation of various metal impurities in the
在一次精煉處理(所述對象爐次的精煉處理)結束的時機結束步驟S3及步驟S4的處理(步驟S5的是(Yes)),爐內狀態推定處理進入步驟S6的處理。在一次精煉處理未結束的情況下(步驟S5的否(No)),爐內狀態推定處理返回步驟S3及步驟S4的處理。When one refining process (refining process of the target furnace) is completed, the processes in steps S3 and S4 are terminated (Yes in step S5 ), and the furnace state estimation process proceeds to the process in step S6 . When the primary refining process has not been completed (No (No) in step S5), the furnace state estimation process returns to the processes in steps S3 and S4.
在步驟S6的處理中,輸入部11獲取精煉處理的結果作為實績資訊。在本實施方式中,精煉處理結果包含熔液101的溫度及成分濃度、熔渣103的成分濃度以及廢氣的流量及成分濃度。輸入部11將獲取的精煉處理結果記憶於資料庫12。藉此,步驟S6的處理完成,爐內狀態推定處理進入步驟S7的處理。步驟S6對應於「輸入步驟」的一部分。步驟S6中輸入的資料用於模型參數計算部13的處理。In the process of step S6, the
在步驟S7的處理中,模型參數計算部13基於爐內的質量平衡及熱收支,以收支誤差最小的方式計算與吹煉反應相關的模型的模型參數,並記憶於資料庫12。步驟S7對應於「模型參數計算步驟」。如上所述,爐內狀態計算部15使用由模型決定部14決定的模型參數,推定對象爐次的精煉處理中的轉爐100內的狀態量。模型參數計算部13使用對象爐次的精煉處理的結果(實績資訊)修正爐內狀態計算部15所使用的模型參數。並且,模型參數計算部13將修正後的進一步準確的模型參數記憶於資料庫12。換言之,與對象爐次建立關聯而記憶於資料庫12的模型參數並非爐內狀態計算部15用於計算(推定)的模型的模型參數。與對象爐次建立關聯而記憶於資料庫12的模型參數是由模型參數計算部13基於對象爐次的精煉處理的實績資訊進行計算(修正)的模型參數。In the process of step S7 , the model
模型參數計算部13可計算修正用的係數作為模型參數。修正用的係數例如可包含廢氣的流量的測量值的修正係數A、廢氣的成分濃度的測量值的修正係數B。修正用的係數例如亦可包含熔液101的成分濃度的測量值的修正係數ΔC、熔液101的溫度的測量值的修正係數D、與裝入廢料的爐內反應良率相關的常數E、與投入的輔助原料的爐內反應良率相關的常數F。修正用的係數亦可包含伴隨熔液101中的成分的氧化反應、熔渣103中的成分的還原反應、輔助原料的熔解等爐內的各種反應的關於升熱及吸熱量的係數H。而且,修正用的係數亦可包含氣體及熔渣103的顯熱、來自爐口及爐體的散熱量等關於熱損失的係數I。The model
模型參數計算部13例如可添加如上所述的係數作為如式(7)那樣的評價函數的變量,求出將評價函數最小化的模型參數。此處,在本實施方式中,模型參數計算部13將評價函數最小化,但亦可使用在適當的模型參數的情況下進行最大化的評價函數。即,模型參數計算部13可求出將評價函數最小化或最大化的模型參數。The model
[數7] [number 7]
C
in為投入至轉爐100內的碳量的特定期間的累計量。C
out為由於廢氣等而排出至轉爐100外的碳量的特定期間的累計量。O
2 in為投入至轉爐100內的氧量。O
2 out為由於廢氣及熔渣103的排出等而排出至轉爐100外的氧量。V
O2 met為Si、Mn、P等熔液101中的各種金屬雜質氧化所使用的氧量。ΔT是由包含由於轉爐100內的反應而產生的反應熱、由排出至爐外的廢氣及熔渣103等引起的排熱以及來自爐體的散熱及來自爐口的輻射散熱等的轉爐100內的熱量變化所引起的熔液溫度變化量的特定期間的累計量。T
ini為精煉處理中的特定期間的起點處的熔液101的溫度測量值。而且,[C]、V
O2 FetO、T
fin分別為精煉處理中的特定期間的終點處的熔液101中的碳量測量值、根據熔渣103中的Fe
tO量測量值計算的Fe
tO生成所使用的氧量、熔液101溫度測量值。σ
C 2、σ
O 2、σ
T 2為可任意設定的常數。而且,A~I及ΔC對應於圖2的第一參數~第K參數。在本實施方式中,模型參數包含對式(7)中所使用的所述累計量及氧量中的至少一個進行修正的係數或常數項。
C in is the cumulative amount of carbon charged into the
其中,ΔR
m為關於熔液101中的成分的氧化反應、熔渣103中的成分的還原反應、輔助原料的熔解等爐內的各種反應m的反應量。ΔL
n為關於氣體及熔渣103的顯熱、來自爐口及爐體的散熱量等熔液101中的熱損失路徑n的熱損失量。
Here, ΔR m is the reaction amount of various reactions m in the furnace, such as an oxidation reaction of components in the
式(7)所示的評價函數J成為以下三個項的加權和。在評價函數J中,第一項及第二項為表示質量平衡誤差的項,第三項為表示熱收支誤差的項。第一項為自投入碳量減去排出碳量而得的轉爐100內殘留的碳量、與熔液101中的碳量測量值的差的平方值。此項成為0表示在轉爐100內保持碳收支平衡。第二項為自投入氧量減去排出氧量及雜質金屬氧化使用氧量而得的量、與根據熔渣103中的Fe
tO測量值而計算的熔液101中的鐵氧化所使用的氧量的差的平方值。此項成為0表示在轉爐100內保持氧收支平衡。第三項為精煉處理中自特定期間的起點直至終點為止的熔液101溫度變化量測量值、與根據轉爐100內的反應熱及排熱等而計算的熔液101溫度變化量計算值的差的平方值。此項接近0表示在轉爐100內保持熱收支平衡。關於所述式(7)的說明中的「特定期間」可在三項各者中設定不同的期間。
The evaluation function J shown in Formula (7) becomes the weighted sum of the following three terms. In the evaluation function J, the first term and the second term are terms representing a mass balance error, and the third term is a term representing a heat budget error. The first term is the square value of the difference between the amount of carbon remaining in the
處於評價函數J的各項的分母的加權因子(σ C 2、σ O 2、σ T 2)例如由用戶設定。在基於限制條件將評價函數J最小化的非線性計劃問題中提出多種算法,可藉由公知的方法執行求出模型參數的計算。 The weighting factors (σ C 2 , σ O 2 , and σ T 2 ) of the denominators of each item of the evaluation function J are set, for example, by the user. Various algorithms are proposed for the nonlinear programming problem of minimizing the evaluation function J based on constraints, and calculations for obtaining model parameters can be performed by known methods.
由模型參數計算部13計算的模型參數記憶於資料庫12,用於下一次以後的精煉處理中的爐內狀態推定處理。藉此,步驟S7的處理完成,爐內狀態推定處理完成精煉處理中的處理。The model parameters calculated by the model
基於由所述爐內狀態推定方法的處理推定的熔液101的溫度及成分濃度與熔渣103的成分濃度,決定操作量,實施精煉操作,而製造良好的鋼水。決定最佳的頂吹氧的流量及速度、頂吹噴槍的高度、底吹氣體的流量、石灰、鐵礦石等輔助原料的投入量及投入時機、對熔液進行採樣的時機以及結束吹煉的時機中的至少一個作為操作量。如此,基於由所述爐內狀態推定方法計算的爐內狀態,可實現良好的鋼水製造方法。Based on the temperature and component concentration of the
如以上所示,本實施方式的爐內狀態推定裝置1、爐內狀態推定方法及鋼水製造方法藉由所述結構及工序,基於包含表示爐內的質量平衡誤差及熱收支誤差的項的評價函數將模型參數最佳化後記憶於資料庫12。並且,在精煉處理中的爐內狀態推定中,可使用保存在資料庫12的過去的最佳化的模型參數,因此可提高熔液101的溫度及成分濃度與熔渣103的成分濃度等的推定精度。As described above, the furnace
在本揭示的實施方式中,基於各圖式及實施例進行了說明,但應注意業者容易基於本揭示而進行各種變形或修正。因此,應留意該些變形或修正包含於本揭示的範圍內。例如,各結構部或各步驟等中包含的功能等可按邏輯上不矛盾的方式進行再配置,可將多個結構部或步驟等組合成一個,或者進行分割。本揭示的實施方式亦可作為由裝置所包含的處理器執行的程式或記錄程式的記憶媒體實現。應理解該些亦包含在本揭示的範圍內。Although the embodiment of the present disclosure has been described based on the respective drawings and examples, it should be noted that various modifications and corrections can be easily made by a person in the industry based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that such changes and modifications are included within the scope of the present disclosure. For example, the functions included in each structural unit or each step may be rearranged in a logically consistent manner, and a plurality of structural units or steps may be combined into one or divided. The embodiments of the present disclosure can also be realized as a program executed by a processor included in a device or as a storage medium recording the program. It should be understood that these are also included in the scope of the present disclosure.
例如,決定的模型參數的種類及模型參數的數量、最小化的評價函數的形式並不限於所述實施方式中列舉的例子,只要是能將爐內的質量平衡誤差及熱收支誤差進行最小化的形式,便發揮相同的效果。而且,模型並不限於所述實施方式中如式(2)~式(6)那樣例示的例子,亦可使用熔液溫度推定模型、廢料熔解模型、輔助原料熔解、良率模型、脫碳效率模型、脫磷模型、Fe
tO的生成還原模型等。而且,在本實施方式中表示以轉爐100為對象的爐內狀態推定裝置1及爐內狀態推定方法,但在二次精煉設備或預處理設備中,對基於爐內的質量平衡及熱收支進行計算的模型參數計算亦有效。
For example, the type of model parameters to be determined, the number of model parameters, and the form of the evaluation function to be minimized are not limited to the examples listed in the above-mentioned embodiments, as long as the mass balance error and heat balance error in the furnace can be minimized The transformed form will have the same effect. Furthermore, the model is not limited to the examples illustrated in the above-mentioned embodiment such as formula (2) to formula (6), and a melt temperature estimation model, a scrap melting model, an auxiliary raw material melting, a yield rate model, and a decarburization efficiency may also be used. model, dephosphorization model, Fe t O formation reduction model, etc. Furthermore, in this embodiment, the furnace
1:爐內狀態推定裝置 2:精煉設備 10:控制終端 11:輸入部 12:資料庫 13:模型參數計算部 14:模型決定部 15:爐內狀態計算部 16:輸出部 20:顯示裝置 100:轉爐 101:熔液 102:噴槍 103:熔渣 104:管道 105:廢氣檢測部 106:通氣孔 107:流量計 1: Furnace state estimation device 2: Refining equipment 10: Control terminal 11: Input part 12: Database 13: Model parameter calculation department 14:Model decision department 15: Furnace state calculation department 16: Output section 20: Display device 100: Converter 101: Melt 102: spray gun 103: Slag 104: pipeline 105: Exhaust gas detection department 106: ventilation hole 107: flow meter
圖1是表示作為本揭示的一實施方式的爐內狀態推定裝置的結構的示意圖。 圖2是表示資料庫的結構例的圖。 圖3是表示作為本揭示的一實施方式的爐內狀態推定方法的處理的流程圖。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a furnace state estimation device as one embodiment of the present disclosure. FIG. 2 is a diagram showing a structural example of a database. FIG. 3 is a flowchart showing processing of a method for estimating a state in a furnace as an embodiment of the present disclosure.
1:爐內狀態推定裝置 1: Furnace state estimation device
2:精煉設備 2: Refining equipment
10:控制終端 10: Control terminal
11:輸入部 11: Input part
12:資料庫 12: Database
13:模型參數計算部 13: Model parameter calculation department
14:模型決定部 14:Model decision department
15:爐內狀態計算部 15: Furnace state calculation department
16:輸出部 16: Output section
20:顯示裝置 20: Display device
100:轉爐 100: Converter
101:熔液 101: Melt
102:噴槍 102: spray gun
103:熔渣 103: Slag
104:管道 104: pipeline
105:廢氣檢測部 105: Exhaust gas detection department
106:通氣孔 106: ventilation hole
107:流量計 107: flow meter
Claims (9)
Applications Claiming Priority (2)
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JP2021-193655 | 2021-11-29 |
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