TW202407108A - 真空脫氣設備之控制裝置、真空脫氣設備之控制方法、操作方法及熔鋼之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種可高精度地推定熔鋼中碳濃度，可於適當時機結束脫碳處理之真空脫氣設備之控制裝置等。真空脫氣設備之控制裝置(10)具備有：操作資訊輸入部(11)，其輸入脫碳處理前與熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、脫碳處理執行中之操作實績值、及與輔助材料有關之資訊；成分計算部(12)，其推定熔鋼之熔鋼中碳濃度；補正計算部(13)，其算出對自真空脫氣設備排出之碳量之推定值及所推定之熔鋼的熔鋼中碳濃度進行補正的補正參數；及脫碳處理控制部(14)，其於當由補正參數補正後之熔鋼的熔鋼中碳濃度達到目標值時，則結束脫碳處理。
Description
本發明係關於一種真空脫氣設備之控制裝置、真空脫氣設備之控制方法、操作方法及熔鋼之製造方法。
於製鋼過程中，其藉由去除以碳為首之熔鐵中之雜質，並添加有用之合金成分以調整熔鋼成分。尤其是對於碳，可藉由使用真空脫氣設備將熔鋼置於真空環境下來促進脫碳，以生產熔鋼中碳濃度低於如10 ppm之極低碳鋼。
其中，於真空脫氣處理中，熔鋼中碳濃度並非直接被測定，而係僅根據排氣中之一氧化碳與二氧化碳之濃度間接地推定。於極低碳鋼之生產過程中，操作者為顧慮碳濃度之超標，其傾向於實施過長的脫碳處理。
為了解決因過度脫碳處理而導致之處理時間的長期化，有效的是需高精度地推定處理中之熔鋼中碳濃度，其迄今為止亦被提出有各種方法。熔鋼中碳濃度之推定方法可大致分為2種。一種係物理考察真空脫氣設備中之脫碳反應之詳細，而構建脫碳反應模型之方法(例如，非專利文獻1)。另一種係根據處理中自真空脫氣設備排出之排氣的流量及計測值(例如，成分濃度之計測值)以計算脫碳量，而推定熔鋼中碳濃度之方法。又，作為兩者之組合，已被提出一種根據排氣計測值確定脫碳反應模型之參數，使用具有所決定之參數的脫碳反應模型，以推定熔鋼中碳濃度之方法(例如，專利文獻1及專利文獻2)。
又，例如專利文獻3已揭示一種基於觀察者理論，其使用根據脫碳反應模型計算之脫碳速度與根據排氣計測值計算之脫碳速度的差，以補正熔鋼中碳濃度之推定值的方法。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2005-330512號公報
專利文獻2：日本專利特開2015-101742號公報
專利文獻3：日本專利特開2006-104521號公報
[非專利文獻]
非專利文獻1：北村信也及其他3人，「真空脫氣爐中之脫碳反應模型」，鐵與鋼Vol.80(1994)No.3，p.213-218
非專利文獻2：樋口善彥及其他2人，「[C]，[O]及真空度對RH真空脫碳之影響」，鐵與鋼Vol.84(1998)No.10，p.709-714
(發明所欲解決之問題)
當根據物理考察構建脫碳反應模型之情形時，如欲表現脫碳反應之詳細，則往往難以確定模型之參數。例如，非專利文獻1中提出之脫碳反應模型雖導入有用於對熔鋼內部之CO氣泡生成進行定式化之加成壓力參數，但該值係根據基礎實驗之結果所確定。如非專利文獻2所指摘者，尚未有驗證於實際之真空脫氣設備中使用相同之加成壓力參數的值係無問題者。又，被認為真空脫氣設備之裝置形狀及操作條件各自不同，而模型參數亦會變動。因此，即便導入非專利文獻1中提出之脫碳反應模型，只要裝置形狀或操作條件不同，則無法高精度地推定熔鋼中之碳濃度。
如上所述，由於專利文獻1及專利文獻2之技術係根據反應脫碳實績之排氣計測值以確定脫碳反應模型之參數，因而例如可設定符合裝置形狀及操作條件之模型參數。然而，由於排氣計測值中所含之誤差直接反映於模型參數中，因此需要有一種進一步可提高熔鋼中碳濃度推定值之精度的方法。
如上所述，專利文獻3之技術雖係基於根據脫碳反應模型計算之脫碳速度與根據排氣計測值計算之脫碳速度之差，而對熔鋼中碳濃度之推定值進行補正，但其前提在於脫碳反應模型係正確者。因此，由於脫碳反應模型之誤差反應於推定結果中，因而需要有一種可進一步提高熔鋼中碳濃度推定值之精度的方法。
如此，於習知技術中，可能存在有脫碳反應模型之誤差及排氣計測值中所含之誤差時，則以至少一方正確為前提來進行計算。由於習知技術係忽視任一方之誤差以推定熔鋼中碳濃度，因此其存在有熔鋼中碳濃度推定之精度不充分的問題。
本發明係鑒於上述情況所完成，其目的在於提供，一種可高精度地推定熔鋼中碳濃度，於適當時機結束脫碳處理之真空脫氣設備之控制裝置、真空脫氣設備之控制方法、操作方法及熔鋼之製造方法。
(解決問題之技術手段)
(1)本發明之一實施形態的真空脫氣設備之控制裝置係
控制藉由將熔鋼置於減壓環境下而進行脫碳處理之真空脫氣設備之動作的真空脫氣設備之控制裝置；其具備有：
操作資訊輸入部，其輸入上述脫碳處理前與上述熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、上述脫碳處理執行中所包含自上述真空脫氣設備排出之排氣的流量及成分濃度之計測結果的操作實績值、及與上述脫碳處理執行中投入的輔助材料有關之資訊；
成分計算部，其根據上述脫碳處理前與上述熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、上述操作實績值，以推定上述熔鋼之熔鋼中碳濃度；
補正計算部，其根據所推定之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度、上述排氣的流量及成分濃度之計測結果、以及碳之進出平衡計算結果，算出對自上述真空脫氣設備排出之碳量之推定值及所推定之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度進行補正的補正參數；及
脫碳處理控制部，其於當由上述補正參數補正後之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度達到目標值之情形時，則結束上述脫碳處理。
(2)作為本發明之一實施形態，於(1)中，
上述補正計算部係根據基於熔鋼中碳量之減少量與排氣中碳量之差所得之評估函數，以算出上述補正參數。
(3)作為本發明之一實施形態，於(2)中，
上述評估函數係包括藉由自上述熔鋼中碳量及上述輔助材料中所含之碳量減去上述排氣中碳量所計算之平方值項，及每單位時間之排氣中碳量與脫碳速度之差之平方值項。
(4)作為本發明之一實施形態，於(2)或(3)中，
上述評估函數具有設為與補正前之值相乘之補正係數的排氣計測值之上述補正參數。
(5)本發明之一實施形態的真空脫氣設備之控制方法係
藉由將熔鋼置於減壓環境下而進行脫碳處理之真空脫氣設備之動作所控制的真空脫氣設備之控制裝置而執行真空脫氣設備之控制方法，其包括：
輸入步驟，其輸入上述脫碳處理前與上述熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、上述脫碳處理執行中包含自上述真空脫氣設備排出之排氣的流量及成分濃度之計測結果的操作實績值、及與上述脫碳處理執行中投入之輔助材料有關之資訊；
成分計算步驟，其根據上述脫碳處理前與上述熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、上述操作實績值，以推定上述熔鋼之熔鋼中碳濃度；
補正計算步驟，其根據所推定之上述熔鋼之熔鋼中碳濃度、上述排氣的流量及成分濃度之計測結果、以及碳之進出平衡計算結果，算出對自上述真空脫氣設備排出之碳量之推定值及所推定之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度進行補正的補正參數；及
脫碳處理結束步驟，其於當由上述補正參數補正後之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度達到目標值之情形時，則結束上述脫碳處理。
(6)作為本發明之一實施形態，於(5)中，
上述補正計算步驟根據基於熔鋼中碳量之減少量與排氣中碳量之差所得之評估函數，以算出上述補正參數。
(7)作為本發明之一實施形態，於(6)中，
上述評估函數係包括藉由自上述熔鋼中碳量及上述輔助材料中所含之碳量減去上述排氣中碳量所計算之平方值項，及每單位時間之排氣中碳量與脫碳速度之差之平方值項。
(8)作為本發明之一實施形態，於(6)或(7)中，
上述評估函數具有設為與補正前之值相乘之補正係數的排氣計測值之上述補正參數。
(9)本發明之一實施形態的操作方法係
執行(5)至(7)中任一項之真空脫氣設備之控制方法，以操作上述真空脫氣設備。
(10)本發明之一實施形態的熔鋼之製造方法係
藉由(9)之操作方法操作之真空脫氣設備中精煉上述熔鋼，以製造經精煉之上述熔鋼。
(對照先前技術之功效)
根據本發明之方法，其可同時補正脫碳反應模型、排氣計測值及根據其計算之排氣中碳量中所含之誤差。因此，可提供一種高精度地推定熔鋼中碳濃度，在對碳濃度標準於適當時機結束脫碳處理，而可縮短脫碳處理時間之真空脫氣設備之控制裝置、真空脫氣設備之控制方法、操作方法及熔鋼之製造方法。
以下，參照圖式對本發明之實施形態的真空脫氣設備之控制裝置及控制方法進行說明。於本實施形態中，假設真空脫氣設備為RH真空脫氣設備而進行說明，但其並不限於RH真空脫氣設備。又僅具有1根浸漬於真空槽及盛鋼桶中抽吸至熔鋼真空槽之浸漬管之設備，或不具有真空槽且使盛鋼桶內熔鋼表面為真空狀態之設備(裝置)，亦可被實施以下說明之控制方法。
[構成]
圖1係表示本發明之一實施形態之控制裝置10之構成的方塊圖。控制裝置10係真空脫氣設備100之控制裝置10，其控制真空脫氣設備100之動作。於真空脫氣設備100中，至少藉由將熔鋼置於減壓環境下以進行脫碳處理。於本實施形態中，控制裝置10藉由執行後述之真空脫氣設備100之控制方法以操作真空脫氣設備100。即，執行真空脫氣設備100之控制作為真空脫氣設備100之操作方法。又，於本實施形態中，真空脫氣設備100構成熔鋼之製造設備之一部分。於熔鋼之製造設備中執行熔鋼之製造方法，熔鋼之製造方法包括於真空脫氣設備100中精煉熔鋼，以製造經精煉之熔鋼。
如圖1所示，控制裝置10具備操作資訊輸入部11、成分計算部12、補正計算部13及脫碳處理控制部14。
操作資訊輸入部11取得與使用真空脫氣設備100之操作有關之資訊。於本實施形態中，操作資訊輸入部11被輸入有脫碳處理前與熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、脫碳處理執行中包含自真空脫氣設備100排出之排氣的流量及成分濃度之計測結果的操作實績值、與脫碳處理執行中投入之輔助材料有關之資訊。
成分計算部12根據操作資訊輸入部11所取得之操作資訊以推定熔鋼之熔鋼中碳濃度。於本實施形態中，成分計算部12根據脫碳處理前與熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、操作實績值以推定熔鋼之熔鋼中碳濃度。
補正計算部13算出對自真空脫氣設備100排出之碳量的推定值及所推定之熔鋼的熔鋼中碳濃度進行補正的補正參數。於本實施形態中，補正計算部13根據所推定之熔鋼之熔鋼中碳濃度、排氣之流量及成分濃度之計測結果、以及碳之進出平衡計算結果，以算出對自真空脫氣設備100排出之碳量之推定值及所推定之熔鋼的熔鋼中碳濃度進行補正的補正參數。
脫碳處理控制部14於當補正參數補正後之熔鋼中碳濃度達到目標值之情形時則結束脫碳處理。
控制裝置10例如包含電腦等資訊處理裝置。控制裝置10可為資訊處理裝置之中央處理單元(CPU，Central Processing Unit)等運算處理裝置，其藉由執行程式而發揮作為操作資訊輸入部11、成分計算部12、補正計算部13及脫碳處理控制部14功能之構成。
真空脫氣設備100可為公知之構成。如上所述，於本實施形態中使用RH真空脫氣設備。RH真空脫氣設備例如具有真空槽及盛鋼桶，其間連接有2根浸漬管。真空槽與排氣管相連，而通過排氣管將真空槽內部之氣體排出，藉此使真空槽減壓，從而抽吸盛鋼桶內之熔鋼。並且，藉由自浸漬管之一側通過配管所吹入之惰性氣體，使熔鋼於真空槽與盛鋼桶之間回流。又，其存在有以促進脫碳處理之目的，而自設置於真空槽中之吹氣槍吹入氧氣之情況。
具有此一構成之控制裝置10藉由執行以下所示之脫碳控制處理，可高精度地推定熔鋼中之碳濃度。藉由進行高精度之推定，其可避免因顧慮碳濃度之超標而過長進行脫碳處理，結果，其可縮短脫碳處理時間。以下，參照圖2對本發明一實施形態之脫碳控制處理的流程進行說明。
[脫碳控制處理]
圖2係表示控制裝置10所執行脫碳控制處理的流程之流程圖。圖2所示之流程圖中，以脫碳處理之執行命令的輸入時間為開始，進行步驟S1之處理。
於步驟S1之處理中，操作資訊輸入部11取得於脫碳處理開始前計測所得之熔鋼重量、及藉由成分分析所得之成分濃度。作為測定濃度之成分，可例示C、Si、Mn、P、S、Al、Cu、Nb、Ti等。又，若於成分計算部12中如需要計算，則操作資訊輸入部11亦可取得熔鋼溫度之計測結果。於圖2之例中，亦取得溫度。藉此，步驟S1之處理則結束，脫碳控制處理進入步驟S2之處理。
於步驟S2之處理中，操作資訊輸入部11取得脫碳處理中之操作實績值。操作實績值係取得成分計算部12及補正計算部13中計算所需之項目。於本實施形態中，操作資訊輸入部11取得自真空脫氣設備100排出之排氣的流量及成分濃度之計測結果作為操作實績值。又，於本實施形態中，操作資訊輸入部11取得與脫碳處理執行中投入之輔助材料有關之資訊。與輔助材料有關之資訊作為具體例，係為輔助材料之種類及投入量。進而，其在脫碳處理中被輸入：真空槽之壓力、回流用惰性氣體之流量、來自頂吹噴槍之氧氣流量等至操作資訊輸入部11亦可。當在後述步驟S6之後執行步驟S2之處理之情形時，操作資訊輸入部11取得以熔鋼中碳濃度推定值為首之熔鋼成分之推定值亦可。藉此，步驟S2之處理結束，脫碳控制處理進入步驟S3及步驟S4之處理。此處，步驟S1及步驟S2係對應於輸入步驟。
於步驟S3之處理中，成分計算部12按照事先設定之脫碳反應模型計算(推定)熔鋼中碳濃度。於本實施形態中，成分計算部12每隔既定週期或連續地取得操作實績值等輸入資訊，並每隔既定週期或連續地推定熔鋼之熔鋼中碳濃度。成分計算部12所使用之脫碳反應模型之要件為以下2點：每隔既定週期或連續地推定熔鋼中碳濃度；脫碳速度即熔鋼中碳濃度之變化速度表現為發生脫碳反應之部分的熔鋼中碳濃度之函數。發生脫碳反應之部分於RH真空脫氣設備中係對應於真空槽。該2點係一般脫碳反應模型應當然滿足之條件。
於本實施形態中，假設於RH真空脫氣設備之脫碳處理中，真空槽及盛鋼桶內之熔鋼濃度分別為完全混合狀態，則採用下述式(1)及式(2)之脫碳反應模型。
[數1]
…式(1)
…式(2)
其中，w為熔鋼質量[kg]。C為熔鋼中碳濃度[ppm]。Q為熔鋼回流速度[kg/s]。ak為脫碳反應容量係數[kg/s]。C
E為真空槽中之熔鋼中碳濃度之平衡值[ppm]。C
alloy為投入輔助材料中之碳重量之熔鋼中碳濃度換算值[ppm]。式(2)中明確表示脫碳反應容量係數取決於真空槽中之熔鋼中之碳濃度。又，下標L表示盛鋼桶中之熔鋼之物理量。下標V表示真空槽中之熔鋼之物理量。例如，C
V表示真空槽熔鋼中碳濃度[ppm]。下標i用於識別具體之脫碳反應部位。作為具體之脫碳反應部位，例如可例舉熔鋼表面、回流用惰性氣體氣泡等。
作為排氣所排出之碳量係由式(2)之第2項所計算。又，藉由式(1)及式(2)計算每微小時間之熔鋼中碳濃度之變化量，並自當前之熔鋼中碳濃度中減去變化量，藉此則可計算微小時間後之熔鋼中碳濃度。然後，步驟S3之處理結束。此處，步驟S3係對應於成分計算步驟。
於步驟S4之處理中，補正計算部13係根據排氣之流量及成分濃度之計測結果而計算排氣中碳量。自熔鋼中排出之碳係採用CO或CO
2之形式，據此，每單位時間之排氣中碳量為下述式(3)。又，自處理開始(時刻0)至時刻t之排出碳量之累計為下述式(4)。
[數2]
…式(3)
…式(4)
其中，q
C,OG(t)為時刻t時之每單位時間之排氣中碳量[kg/s]。m
C為碳之莫耳質量[g/mol]。V
off(t)為時刻t時之排氣的體積流量[Nm
3/s]。r
CO(t)為時刻t時之排氣中CO濃度[vol%]。r
CO2(t)為時刻t時之排氣中CO
2濃度[vol%]。Q
C,OG(t)為自時刻0至t之排出碳量的累計[kg]。
此處，當排氣之流量及成分濃度之計測結果中包含已知之誤差的情形時，較佳為補正計算部13除去或降低已知之誤差後執行式(3)之計算。例如，當如CO濃度計測值及CO
2濃度計測值即便於未進行計測之時間亦取非零之值時(於偏離零點之情形時)，可自計測值減去零點偏差所得之值用來計算。藉此，步驟S4之處理結束。當步驟S3及步驟S4結束時，脫碳控制處理進入步驟S5之處理。其中，步驟S4之處理可獨立於步驟S3之處理而執行，亦可如本實施形態般並行執行步驟S3與步驟S4。但是，其不限定於並行處理，步驟S3與步驟S4亦可依序執行，此時，亦不限定哪個先哪個後(執行順序)。
其中，根據質量守恆定律，熔鋼中碳量與來自熔鋼之排出碳量之累計的合計等於脫碳處理前之熔鋼中碳量與處理中投入之輔助材料中所含之碳量的合計。然而，一般而言，使用根據步驟S3中所推定之熔鋼中碳濃度之熔鋼中碳量與步驟S4中所推定之排出碳量之累計的計算並不滿足質量守恆定律。於本實施形態中，補正計算部13求出根據該質量守恆定律之乖離值作為碳之進出平衡計算，並假設該乖離值係由脫碳反應模型及排氣計測值兩者中均包含誤差所引起，以設定對各者之誤差進行補正之參數。
於步驟S5之處理中，以滿足質量守恆定律之方式，確定補正計算部13於步驟S3及步驟S4之處理中計算結果的補正參數。真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V[ppm]為脫碳反應模型之補正參數。又，排氣中碳量補正係數α為排氣計測值之補正參數。藉由該等補正參數，步驟S3及步驟S4之處理中其計算結果依如下來補正。
首先，真空槽熔鋼中碳濃度被加上真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V，而補正為C
V＋ΔC
V。每單位時間之排氣中碳量乘以排氣中碳量補正係數α，而補正為αq
C,OG(t)。又，排出碳量之累計乘以排氣中碳量補正係數α，而補正為αQ
C,OG(t)。補正參數之排氣中碳量補正係數α及真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V依下述式(5)所示被確定為最佳化問題之解。
[數3]
此處，Q
C,IN為脫碳處理前之熔鋼中碳量與處理中投入之輔助材料中所含之碳量的合計[kg]。Q
C,ST為熔鋼中碳量[kg]。Q
C,IN與Q
C,ST之差異量包含熔鋼中碳量之減少量。又，取與αQ
C,OG(t)之差異量係對應於評估其減少量與排氣中碳量(排出碳量之累計)之差。deC(ΔC
V)為藉由成分計算部12自脫碳反應模型所計算之脫碳速度[kg/s]。α
ave為根據操作實績值之α之標準值。σ
1、σ
2、σ
3及σ
4為加權係數，例如由使用者設定。Q
C,ST(ΔC
V)由式(6)所定義。又，deC(ΔC
V)由式(7)所定義。
[數4]
…式(6)
…式(7)
式(5)之第1項表示與碳有關之根據質量守恆定律之乖離量。當完全滿足質量守恆定律時，第1項為0。式(5)之第2項表示每單位時間之排氣中碳量與根據脫碳反應模型計算之脫碳速度之乖離量。當每單位時間之排氣中碳量與根據脫碳反應模型計算之脫碳速度一致時，第2項為0。式(5)之第3項及第4項為用於預防補正參數取極端值之項。首先，關於排氣中碳量補正係數α，由於排氣計測裝置之劣化及計測環境之惡化係以較一次真空脫氣處理時間為足夠長之時間尺度來進行，因而被期望於連續之真空脫氣處理中繼續取與標準值(α
ave)大致相同之值。因此，第3項係將α與α
ave之差異量之平方值相加所得。標準值α
ave例如可藉由對最近進行處理既定次之進料(charge)計算排氣中碳量補正係數α之平均值來確定。既定次較佳為複數次，但並不限定於特定之值。又，關於真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V，被期望脫碳反應模型之誤差較小。因此，第4項成為將ΔC
V之平方值進行相加所得者。於本實施形態中，補正計算部13藉由使作為評估函數之式(5)最小化以計算補正參數，但亦可使用如最大化之評估函數。即，補正計算部13可求出如使評估函數最小化或最大化之補正參數。
此處，排氣中碳量補正係數α係與相加之真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V不同，較佳為設為乘以補正前之值之補正係數。例如，即便使用每單位時間之排氣中碳量補正值Δq
C,OG[kg/s]代替排氣中碳量補正係數α作為排氣計測值之補正參數，而進行將每單位時間之排氣中碳量設為q
C,OG(t)＋Δq
C,OG之處理，亦無法提高碳濃度推定之精度。已知排氣計測值之誤差隨著脫碳處理之時間經過，誤差之幅度變動較大。因此，當將排氣中碳量補正係數α設為相加之補正值(Δq
C,OG)時，根據所適用之脫碳處理之進行時間，誤差除去可能變得不充分。又，要根據脫碳處理之進行時間來改變補正值則有所困難。因此，如本實施形態般，排氣中碳量補正係數α較佳為被設為乘以補正前之值之補正係數。
又，評估函數並不限定於上述式(5)，例如可使用真空槽熔鋼中碳濃度補正係數a
V以代替真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V。此時，真空槽熔鋼中碳濃度乘以真空槽熔鋼中碳濃度補正係數a
V，而補正為a
V･C
V。並且，作為補正參數之排氣中碳量補正係數α及真空槽熔鋼中碳濃度補正係數a
V係依下述式(8)被確定最佳化問題之解。
[數5]
當無需對利用脫碳反應模型所得之熔鋼中碳濃度推定值進行補正時，a
V為1。式(8)之第4項為將a
V與1之差異量之平方值相加所得者。Q
C,ST'(a
V)由式(9)所定義。又，deC'(a
V)由式(10)所定義。
[數6]
…式(9)
…式(10)
使用式(5)及式(8)之評估函數的最小化問題可用公知之非線性最佳化法來解答。以下，假設使用式(5)之評估函數來說明。補正計算部13藉由解答式(5)之最小化問題來確定補正參數(排氣中碳量補正係數α及真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V)。藉此，步驟S5之處理結束，脫碳控制處理進入步驟S6之處理。此處，步驟S5係對應於補正計算步驟。
於步驟S6之處理中，藉由將步驟S5中求出之真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V與步驟S3中求出之熔鋼中碳濃度之推定值相加以更新熔鋼中碳濃度。藉此，步驟S6之處理結束，脫碳控制處理進入步驟S7之處理。
於步驟S7之處理中，脫碳處理控制部14判定步驟S6中求出之熔鋼中碳濃度是否達到預先規定之目標值(是否為目標值以下)。當補正後之熔鋼中碳濃度高於目標值之情形時，返回步驟S2之處理，使用新輸入之操作實績值而重複步驟S2以後之處理。另一方面，當補正後之熔鋼中碳濃度為目標值以下之情形時，脫碳處理則結束。其中，步驟S7係對應於脫碳處理結束步驟。
如上所述，本實施形態之真空脫氣設備100之控制裝置10、真空脫氣設備100之控制方法、操作方法及熔鋼之製造方法，可藉由上述構成及步驟假定脫碳反應模型與排氣計測值兩者之誤差，並同時補正該等之誤差。因此，其可提供一種可高精度地推定熔鋼中碳濃度，在對碳濃度標準於適當之時機結束脫碳處理，而可縮短脫碳處理時間之真空脫氣設備100之控制裝置10、真空脫氣設備100之控制方法、操作方法及熔鋼之製造方法。
(實施例)
以下，根據實施例對本發明之效果具體地進行說明，但本發明並不限定於本揭示實施例之內容。
本實施例為使用RH真空脫氣設備進行脫碳處理，製造碳濃度之標準上限為25 ppm之極低碳熔鋼。於脫碳處理結束時採取熔鋼之一部分作為樣品，實測該樣品之熔鋼中碳濃度。脫碳處理之結束取決於操作者之判斷。又，藉由本發明法及比較法推定熔鋼中碳濃度。本發明法係如上述實施形態般推定熔鋼中碳濃度。表1示出將脫碳處理結束時之推定值與實測値進行比較之結果。其中，作為比較法，採用2種方法推定熔鋼中碳濃度。一種係根據排氣計測值計算脫碳量並推定碳濃度之方法(表1中之排氣模型)。其中，進行將根據驗證進料及與該等同期處理之進料的操作實績求出之排氣中碳量補正係數α之平均值α
ave與根據排氣計測值計算之脫碳量相乘之處理。另一種方法係僅使用脫碳反應模型推定熔鋼中碳濃度之方法(表1中之脫碳反應模型)。後者之脫碳反應模型亦被用於本發明法之熔鋼中碳濃度推定計算。
圖3表示用表1之驗證進料A計算所得之補正參數即排氣中碳量補正係數α之時間變化。又，圖4表示用表1之驗證進料A計算所得之補正參數即真空槽熔鋼中碳濃度補正值ΔC
V之時間變化。
[表1]
| (表1) | ||||
| 驗證進料 | 碳濃度實測値[ppm] | 碳濃度推定值[ppm] | ||
| 比較法1 (排氣模型) | 比較法2 (脫碳反應模型) | 本發明法 | ||
| A | 9 | 1.72 | 10.99 | 9.11 |
| B | 10 | 26.38 | 8.67 | 9.21 |
| C | 10 | 22.40 | 5.87 | 6.67 |
| D | 13 | -20.48 | 14.32 | 13.66 |
| E | 15 | -4.35 | 10.71 | 11.69 |
如表1所示，相較於比較法，本發明法推定出更接近熔鋼中碳濃度之實測値之值。由此可確認，假定脫碳反應模型及排氣計測值兩者之誤差並對該等進行補正之本發明法對於熔鋼中碳濃度推定之高精度化而言較為有效。
以上雖已根據諸多圖式及實施例，對本發明之實施形態進行了說明，但應注意，本發明所屬技術領域之從業者可容易根據本發明而進行各種變化或修正。因此，該等變化或修正亦被包含於本發明之範圍內。例如，各構成部或各步驟等中所含之功能等可在邏輯上不矛盾之方式重新配置，可將數個構成部或步驟等組合成1個或加以分割。本發明之實施形態亦可實現為記錄有由裝置所具備之處理器執行程式的記憶媒體。應理解該等亦被包含於本發明之範圍內。
10:控制裝置
11:操作資訊輸入部
12:成分計算部
13:補正計算部
14:脫碳處理控制部
100:真空脫氣設備
圖1係表示本發明之一實施形態的真空脫氣設備之控制裝置之構成的方塊圖。
圖2係表示本發明之一實施形態的脫碳控制處理之流程的流程圖。
圖3係本發明之實施例中補正參數即排氣中碳量補正係數α之時間序列計算結果。
圖4係本發明之實施例中補正參數即真空槽熔鋼中碳濃度補正值
ΔC
V之時間序列計算結果。
10:控制裝置
11:操作資訊輸入部
12:成分計算部
13:補正計算部
14:脫碳處理控制部
100:真空脫氣設備
Claims (10)
- 一種真空脫氣設備之控制裝置，其控制藉由將熔鋼置於減壓環境下而進行脫碳處理之真空脫氣設備的動作；其具備有： 操作資訊輸入部，其輸入上述脫碳處理前與上述熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、上述脫碳處理執行中所包含自上述真空脫氣設備排出之排氣的流量及成分濃度之計測結果的操作實績值、及與於上述脫碳處理執行中投入的輔助材料有關之資訊； 成分計算部，其根據上述脫碳處理前與上述熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、上述操作實績值，以推定上述熔鋼之熔鋼中碳濃度； 補正計算部，其根據所推定之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度、上述排氣的流量及成分濃度之計測結果、以及碳之進出平衡計算結果，算出對自上述真空脫氣設備排出之碳量之推定值及所推定之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度進行補正的補正參數；及 脫碳處理控制部，其於當由上述補正參數補正後之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度達到目標值之情形時，則結束上述脫碳處理。
- 如請求項1之真空脫氣設備之控制裝置，其中，上述補正計算部係根據基於熔鋼中碳量之減少量與排氣中碳量之差所得之評估函數，以算出上述補正參數。
- 如請求項2之真空脫氣設備之控制裝置，其中，上述評估函數係包括藉由自上述熔鋼中碳量及上述輔助材料中所含之碳量減去上述排氣中碳量所計算之平方值項，及每單位時間之排氣中碳量與脫碳速度之差之平方值項。
- 如請求項2或3之真空脫氣設備之控制裝置，其中，上述評估函數具有設為與補正前之值相乘之補正係數的排氣計測值之上述補正參數。
- 一種真空脫氣設備之控制方法，其執行控制將熔鋼置於減壓環境下而進行脫碳處理之真空脫氣設備之動作的真空脫氣設備之控制裝置；其包括： 輸入步驟，其輸入上述脫碳處理前與上述熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、上述脫碳處理執行中包含自上述真空脫氣設備排出之排氣的流量及成分濃度之計測結果的操作實績值、及與於上述脫碳處理執行中投入之輔助材料有關之資訊； 成分計算步驟，其根據上述脫碳處理前與上述熔鋼之重量及成分濃度有關之資訊、上述操作實績值，以推定上述熔鋼之熔鋼中碳濃度； 補正計算步驟，其根據所推定之上述熔鋼之熔鋼中碳濃度、上述排氣的流量及成分濃度之計測結果、以及碳之進出平衡計算結果，算出對自上述真空脫氣設備排出之碳量之推定值及所推定之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度進行補正的補正參數；及 脫碳處理結束步驟，其於當由上述補正參數補正後之上述熔鋼的熔鋼中碳濃度達到目標值之情形時，則結束上述脫碳處理。
- 如請求項5之真空脫氣設備之控制方法，其中，上述補正計算步驟係根據基於熔鋼中碳量之減少量與排氣中碳量之差所得之評估函數，以算出上述補正參數。
- 如請求項6之真空脫氣設備之控制方法，其中，上述評估函數係包括藉由自上述熔鋼中碳量及上述輔助材料中所含之碳量減去上述排氣中碳量所計算之平方值項，及每單位時間之排氣中碳量與脫碳速度之差之平方值項。
- 如請求項6或7之真空脫氣設備之控制方法，其中，上述評估函數具有設為與補正前之值相乘之補正係數的排氣計測值之上述補正參數。
- 一種操作方法，其係執行請求項5至7中任一項之真空脫氣設備之控制方法以操作上述真空脫氣設備。
- 一種熔鋼之製造方法，其係藉由請求項9之操作方法操作之真空脫氣設備中精煉上述熔鋼，以製造經精煉之上述熔鋼。
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