TWI643957B - 熔鋼中磷濃度推定方法及轉爐吹煉控制裝置 - Google Patents

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Abstract

〔課題〕準確度高地推定利用多機能轉爐法之操作中轉爐吹煉停吹時的熔鋼中磷濃度。 〔解決手段〕熔鋼中磷濃度推定方法可應用於伴隨有中間排渣處理並使用轉爐之一次精煉，且包含以下步驟：爐渣位準資料取得步驟，取得脫磷處理時的爐渣位準；排氣資料取得步驟，取得脫碳處理時的排氣成分及排氣流量；熔鋼資料取得步驟，利用脫碳處理時的副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；磷濃度推定步驟，使用爐渣位準、排氣成分、排氣流量、熔鋼溫度及碳濃度之資料，並用脫磷處理、中間排渣處理及脫碳處理之操作條件來算出脫磷速度常數後，使用所算出之脫磷速度常數和脫磷處理開始時的熔鐵磷濃度，來推定副測管測定後的脫碳處理時之熔鋼中的磷濃度。

Description

熔鋼中磷濃度推定方法及轉爐吹煉控制裝置
本發明是關於能以高準確度推定利用多機能轉爐法之操作中轉爐吹煉停吹時的熔鋼中磷濃度之熔鋼中磷濃度推定方法、以及熔鋼中磷濃度推定裝置。
於轉爐吹煉中，控制停吹時的熔鋼中成分(尤其是熔鋼中磷濃度之控制)在鋼的品質管理上非常重要。為了控制熔鋼中磷濃度，吹入氧量、生石灰或鏽皮等副原料之投入量、該些副原料之投入時間點、頂吹噴槍高度、頂吹氧流量、以及底吹氣體流量等一般而言會被用來作為操縱變數。其等操縱變數多是依照根據目標磷濃度、熔鐵資料及過往的操作實績等而作成之基準等，即所謂的於吹煉開始前所得的情報來決定。
然而，即便是相同的操作條件，仍有於實際吹煉中的脫磷行為之再現性低，停吹時的熔鋼中磷濃度之不一致變大的問題。因此，依照僅根據如上所述之於吹煉開始前所得的情報而決定的操縱變數所進行之吹煉，是難以抑制停吹時的熔鋼中磷濃度之不一致。
為了因應上述問題，正開發出活用於吹煉時逐次得到的排氣成分及排氣流量等測定值之技術。譬如在下述專利文獻1中開示有一種技術，其使用吹煉之操作條件及有關排氣之測定值來推定脫磷速度常數，並使用所推定之脫磷速度常數來推定吹煉時的熔鋼中磷濃度。並且，下述專利文獻1中還開示有一種技術，其比較所推定之熔鋼中磷濃度和目標熔鋼中磷濃度，並根據該比較結果來變更吹煉之操作條件，藉以控制熔鋼中磷濃度。
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，於一次精煉中，一般而言會進行使用轉爐的脫磷處理等熔鐵預備處理。尤其是，正持續開發被稱為多機能轉爐法(MUlti Refining Converter：MURC)，即能夠於一次精煉中，以同一轉爐一貫進行熔鐵預備處理及脫碳處理之技術。具體而言，MURC是由以下程序而成之一次精煉操作法：於轉爐中裝入熔鐵(第1程序)；進行熔鐵預備處理(第2程序)，其包含藉由添加助熔劑及利用頂吹噴槍來吹入氧而進行之脫磷處理；再進行中間排渣處理(第3程序)，傾動該轉爐而將第2程序中所產生的爐渣進行排渣；之後，利用該轉爐進行脫碳處理(第4程序)。相較於如以往之單機能精煉製程(Simple Refining Process：SRP)，以不同轉爐進行脫磷處理和脫碳處理之一次精煉操作法，MURC因熱損失較少且前置時間亦較短，而有製鋼製程中之生產效率高的優點。
於此MURC中，在上述第2程序即脫磷處理所產生的爐渣是藉由第3程序即中間排渣處理來進行排渣。此時，依脫磷處理中所產生的爐渣量或爐渣的品質不同，中間排渣處理所排渣的爐渣量在每次操作時都不同。
中間排渣處理後之熔鐵中所含的磷，在脫碳處理時，會有因可與脫碳反應並行產生之下述化學式(101)所示之脫磷反應，而從熔鐵脫離並被攝入爐渣中、或是相反地從爐渣脫離並被再次攝入熔鐵中之情形。又，於下述化學式(101)中，「[物質X]」之標記表示物質X為存在於熔鐵中之物質，而「(物質Y)」之標記表示物質Y為存在於爐渣中之物質。
[數學式1]
上述化學式(101)所示之脫磷反應的進行方向會隨著中間排渣處理時所排渣的爐渣之量及成分(或者是，殘存於轉爐內的爐渣之量及成分)而變化。亦即，脫磷反應之反應方向及反應速度會受到中間排渣處理時所排渣的爐渣量影響。因此，吾人認為中間排渣處理時所排渣的爐渣量會影響脫碳處理時的熔鋼中磷濃度。
在上述專利文獻1中，是使用轉爐吹煉之操作時的操作條件等來進行熔鋼中磷濃度之推定。然而，上述專利文獻1中並未考量到中間排渣處理時所排渣的爐渣量。若考量脫碳處理時的熔鋼中磷濃度會影響中間排渣處理時所排渣之爐渣量，則以上述專利文獻1所開示之技術要準確度高地推定伴隨有中間排渣處理之一次精煉中的熔鋼中磷濃度是困難的。
於是，本發明是有鑑於上述問題而作成者，本發明之目的在於提供可準確度高地推定MURC操作中的轉爐吹煉停吹時之熔鋼中磷濃度之熔鋼中磷濃度推定方法及轉爐吹煉控制裝置。 用以解決課題之手段
為解決上述課題，根據本發明之某一觀點，提供一種熔鋼中磷濃度推定方法，其用於使用同一轉爐進行下述處理之一次精煉：脫磷處理；中間排渣處理，將於上述脫磷處理中所生成之爐渣排渣；以及脫碳處理；其中該熔鋼中磷濃度推定方法包含以下步驟：熔鐵資料取得步驟，取得有關上述脫磷處理前的熔鐵之熔鐵資料；爐渣位準資料取得步驟，取得上述脫磷處理時的爐渣位準；排氣資料取得步驟，取得上述脫碳處理時的排氣成分及排氣流量；熔鋼資料取得步驟，利用上述脫碳處理時的副測管測定來得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；磷濃度推定步驟，使用上述爐渣位準、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，並用上述脫磷處理、上述中間排渣處理及上述脫碳處理之操作條件來算出脫磷速度常數後，使用所算出之上述脫磷速度常數和上述脫磷處理開始時的熔鐵磷濃度，來推定上述副測管測定後的上述脫碳處理時之上述熔鋼中的磷濃度。
在上述脫磷速度常數之算出中，亦可使用可辨別叢集之類別變數，且前述叢集是藉由對以往操作中所取得的複數個上述爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法而得。
在上述脫磷速度常數之算出中，亦可使用於上述脫磷處理時所得之上述爐渣位準的時間序列資料之平均值。
此外，為解決上述課題，根據本發明之另一觀點，提供一種轉爐吹煉控制裝置，其用於使用同一轉爐進行下述處理之一次精煉：脫磷處理；中間排渣處理，將於上述脫磷處理中所生成之爐渣排渣；以及脫碳處理；其中該轉爐吹煉控制裝置具備以下構成：熔鐵資料取得部，取得有關上述脫磷處理前的熔鐵之熔鐵資料；爐渣位準資料取得部，取得上述脫磷處理時的爐渣位準；排氣資料取得部，取得上述脫碳處理時的排氣成分及排氣流量；熔鋼資料取得部，利用上述脫碳處理時的副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度；磷濃度推定部，使用上述爐渣位準、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，並用上述脫磷處理、上述中間排渣處理及上述脫碳處理之操作條件來算出脫磷速度常數後，再使用所算出之上述脫磷速度常數和上述脫磷處理開始時的熔鐵磷濃度，來推定上述副測管測定後的上述脫碳處理時之上述熔鋼中的磷濃度。
前述磷濃度推定部，在上述脫磷速度常數之算出中，亦可使用可辨別叢集之類別變數，且前述叢集是藉由對以往操作中所取得的複數個上述爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法而得。
前述磷濃度推定部，在上述脫磷速度常數之算出中，亦可使用於上述脫磷處理時所得之上述爐渣位準的時間序列資料之平均值。
上述熔鋼中磷濃度推定方法及上述轉爐吹煉控制裝置是使用包含爐渣位準之各種資料及操作條件來算出脫磷速度常數後，使用所算出的脫磷速度常數來推定熔鋼中磷濃度。藉此，即可將以同一轉爐一貫進行脫磷處理、中間排渣處理及脫碳處理之一次精煉中於該轉爐内產生的爐渣之排渣的操作主因，反映於熔鋼中磷濃度之推定上。因此，便可準確度更佳地推定熔鋼中磷濃度。
發明效果 如以上所說明，根據本發明即可準確度高地推定MURC操作中的轉爐吹煉停吹時之熔鋼中磷濃度。
用以實施發明之形態 以下參照所附圖式並就本發明的較佳實施形態詳細說明。再者，在本說明書及圖式中，針對實質上具有同一機能構成的構成要素，附加同一符號以省略重複說明。
又，於脫碳處理時的轉爐内，隨著其碳濃度不同而會有生鐵或鋼存在，惟於以下說明中，為了方便起見是將「轉爐内之熔鐵或熔鋼」皆稱為「熔鋼」，以避免說明變得煩雜。並且，針對脫磷處理時，是使用「熔鐵」之詞語。
＜＜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之構成及機能前，先就本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法進行說明。又，於以下說明中，若無特別說明，則各成分之濃度單位即(質量%)是記載為(%)。
(使用有操作條件及操作主因之熔鋼中磷濃度的推定方法) 若假設是以1次反應式表示吹煉中之熔鋼中磷濃度[P](%)的時間變化，則該1次反應式如下述式(1)所示。
[數學式2]
於此，上述式(1)中，[P]ini 為磷濃度初始值(熔鐵磷濃度)(%)，且k為脫磷速度常數(sec-1 )。又，此處所謂的「磷濃度初始值」意指脫磷處理開始時的磷濃度。
只要能獲得正確脫磷速度常數k，就能高準確度地推定熔鋼中磷濃度。但，一般而言，實際吹煉中的脫磷速度常數k並非恆定，而是會受到各種操作條件的影響而變動。因此，譬如像上述專利文獻1(日本專利特開2013-23696號公報)所開示，不僅是如熔鐵成分及熔鐵溫度此類靜態情報，還會活用如逐次測定的排氣成分之資料及排氣流量之資料等排氣資料此類吹煉中之動態情報，來進行推定脫磷速度常數k。以下，說明脫磷速度常數k的推定方法。
根據上述式(1)，自吹煉開始(脫磷處理開始)t秒鐘後之熔鋼中磷濃度是如下述式(2)所示。
[數學式3]
如此一來，即可使用以往之操作實績資料來求算每次加料的脫磷速度常數k。譬如，加料i的脫磷速度常數ki 可使用下述式(3)來算出。
[數學式4]
於此，上述式(3)中，[P]end ，i 為停吹時的熔鋼中磷濃度(%)，且tend ，i 為自脫磷處理開始時(吹煉開始時)至停吹時間點為止的經過時間(秒鐘)。
然後，事先作成以根據上述式(3)而得之脫磷速度常數k為目的變數之模型式。上述模型式可利用各種統計方法來適當建構。於本實施形態中，該模型式是使用利用周知的複迴歸分析法而得且以各種操作主因X為解釋變數之迴歸方程式。該迴歸方程式是建構為如下述式(4)。在實際吹煉中，將該吹煉時的操作主因X代入下述式(4)，藉此推定脫磷速度常數k，再藉由將該脫磷速度常數k應用於上述式(2)，即可推定熔鋼中磷濃度。
[數學式5]
於此，上述式(4)中，αj 為對應於第j個操作主因Xj 之迴歸係數，且α0 為常數。又，操作主因X之具體例可舉例下述表1所示之操作主因。但，下述表1所示之操作主因僅為一例，對於脫磷速度常數k之推定，亦可考量所有操作主因X。此外，在脫磷速度常數k之推定上，亦可使用下述表1所含之操作主因全部或一部分。
[表1]
並且，上述專利文獻1顯示：由吹煉中之排氣流量、排氣成分、頂底吹氣體流量、副原料投入量及熔鐵成分來計算氧收支，由此而得之爐內蓄積氧量單位消耗對於脫磷速度常數之影響甚大。因此，在上述專利文獻1中顯示：除了表1中記載之解釋變數之外，進一步採用活用排氣資料等而得之爐內蓄積氧量單位消耗，並採用頂吹噴槍高度、氧氣流量及底吹氣體流量等吹煉中之動態操作主因來作為上述式(4)所示之迴歸方程式的解釋變數，藉此即可準確度更佳地推定脫磷速度常數。
(爐渣位準之資料之活用)
而，上述之MURC之轉爐吹煉方式是利用同一轉爐連續進行脫磷處理、中間排渣處理以及脫碳處理。故，不僅是如上述專利文獻1所開示的脫磷處理及脫碳處理之操作條件，亦可將中間排渣處理之操作條件用於本實施形態之脫磷速度常數之推定。中間排渣處理之操作條件可舉出譬如：中間排渣時間、以及受到中間排渣之爐渣量。
其中，受到中間排渣之爐渣量會大大影響脫碳處理時的熔鋼中磷濃度。本發明人等發現到上述受到中間排渣之爐渣量與脫磷處理時的爐渣位準(爐渣高度)關係深遠。譬如中間排渣處理中，爐渣位準較高時爐渣較易受到排渣，而爐渣位準較低時爐渣則較難被排渣。亦即，受到中間排渣之爐渣量會依隨著爐渣位準而變化。因此，本發明人等想到以下主旨：採用會於脫磷處理時的吹煉中在轉爐內產生的爐渣之爐渣位準，來作為推定熔鋼中磷濃度之操作主因，藉此即可更加提升熔鋼中磷濃度之推定準確度。以下，說明爐渣位準之資料及其活用例。
圖1是顯示脫磷處理時的爐渣位準之時間序列資料之圖表。而，該圖表所示資料是對於實際獲得之爐渣位準資料，以平均=0、且標準差=1之方式實施標準化處理而得之資料。該時間序列資料是脫磷處理中自吹煉開始時至停吹時為止所取得之時間序列資料。
參照圖1可知在脫磷處理末期，爐渣位準上升。亦即，是在脫磷處理末期，爐渣之生成(爐渣起泡)才有所進展。因此，在本實施形態中，可使用脫磷處理時之 吹煉末期中爐渣位準之資料，來作為式(4)之解釋變數即操作主因Xj之一。又，所謂「脫磷處理末期(亦稱為「脫磷處理時之吹煉末期」)是指於脫磷處理中從停吹時間點起恰回溯與自吹煉開始時至停吹時間點為止整個經過時間的1/3~1/4左右對應之時間，即從停吹時間點起回溯至該時間點為止之期間。譬如，自吹煉開始時至停吹時間點為止的整個經過時間為180秒鐘的情況下，上述脫磷處理末期是對應於由從吹煉開始時經過120秒鐘~135秒鐘左右之時間點起，至停吹時間點為止之期間。
在本實施形態中，亦可譬如使用脫磷處理末期之爐渣位準的時間序列資料之平均值來作為操作主因Xj，其為用以推定脫磷速度常數k之迴歸方程式即式(4)的解釋變數。藉此，即可將因脫磷處理而產生的爐渣量反映於脫磷速度常數k之推定上。
並且，在本實施形態中，作為解釋變數亦可譬如使用對爐渣位準之時間序列資料實施時間序列分群法而得之可辨別叢集的類別變數。所謂時間序列分群法是求出時間序列資料彼此之距離，根據該距離來進行分群之方法。藉由將爐渣位準之變遷適用作時間序列資料，即可將單純的平均值所無法表現的爐渣位準之複雜行為(換句話說，在算出平均值的過程中被平均化的爐渣位準之時間性的行為變化)轉換成有意義之行為，而可準確度更佳地反映此種爐渣位準之複雜行為。
以下，針對作為解釋變數，是使用可辨別對 爐渣位準之時間序列資料實施時間序列分群法而得的叢集之類別變數的情形，進行詳細說明。
在本實施形態中，首先，針對從以往的操作資料所取得之吹煉末期之爐渣位準的時間序列資料，事先進行時間序列分群法。又，本實施形態中，是使用階層式分群法之最近鄰法來作為時間序列分群法的方法。時間序列分群法的方法並未限定於本方法，亦可為譬如非階層式分群法之k-means法等。此外，本實施形態中，是對該些時間序列資料進行時間序列分群法，以將其等分類為6個叢集，但叢集數量並未特別受到限定。叢集數量可隨著分群法之結果而適當設定。
圖2A~圖2F是顯示針對爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法之結果的圖。圖2A~圖2F是分別顯示針對對應於各類別變數(No.1~6)之叢集的時間序列分群法之結果的圖。而，各圖所示之爐渣位準資料是對於實際獲得之爐渣位準資料，以平均=0、且標準差=1之方式實施標準化處理而得之資料。並且，本實施形態之時間序列分群法所用之爐渣位準的時間序列資料是由以下爐渣位準而得之資料：分別從脫磷處理中的吹煉停吹時起，至回溯50秒鐘的時間點為止之爐渣位準(圖2A~圖2F中，吹煉時間=50秒鐘的時間點是對應於脫磷處理中的吹煉停吹時，吹煉時間=0秒鐘的時間點則是對應於從停吹時起回溯50秒鐘的時間點)。選擇用於上述時間序列分群法之爐渣位準的時間序列資料之時間範圍並無特別限定，可譬如根 據利用位準計實際測得之爐渣位準的時間序列資料之趨勢，或轉爐吹煉設備之操作狀態等，來適當設定該對象範圍。
對於圖2A~圖2F，存在於各圖中之折線分別是顯示某1次的脫磷處理之爐渣位準的歷時變化。如圖2A~圖2F所示，爐渣位準的時間序列資料相似性高的資料彼此會分別被分類至同一叢集。譬如，爐渣位準之上升率高、且中間排渣時的爐渣位準(亦即，脫磷處理中吹煉停吹時之爐渣位準)高之時間序列資料會被分類至叢集No.2中。另一方面，爐渣位準的變遷變化小之時間序列資料則是被分類至叢集No.5中。
依上述，即可將經事先實行分群法而分類之各叢集、與脫磷處理之吹煉時所獲得之爐渣位準的時間序列資料進行比較後，選擇相似度最高的叢集，採用與該叢集相對應之類別變數來作為式(4)之解釋變數即操作主因Xj。藉此，不僅脫磷處理中所產生的爐渣量，亦可將脫磷處理時吹煉末期之爐渣起泡的傾向反映於熔鋼中磷濃度的推定上。而吾等認為爐渣起泡的傾向會根據爐渣成分等爐渣性狀而有所不同。因此，更進一步將脫磷反應中的爐渣性狀所造成的影響也納入熔鋼中磷濃度的推定，而可更進一步提升熔鋼中磷濃度之推定準確度。
於此，說明在實際操作時，將爐渣位準資料之分群法結果用於脫磷速度常數k之推定上的方法。首先，針對從以往的操作資料所取得之吹煉末期之爐渣位準的時間序列資料，事先進行時間序列分群法，將該時間序列資料分類為複數個叢集。然後，事先對每個叢集建構迴歸方程式(上述式(4))，前述迴歸方程式是以該些叢集各別之類別變數來作為解釋變數之一。
接著，對每個測定點，算出被分類至各叢集之爐渣位準的複數個時間序列資料之測定點j(j＝1~n)的平均值βave ，j 。所謂測定點意指該時間序列資料之對象範圍中爐渣位準的測定時間點。譬如，圖2A~圖2F所示的各叢集中分類有從停吹時間點起至回溯50秒鐘之時間點為止的各時間序列資料。若爐渣位準是每1秒鐘進行測定的話，測定點數量即為50點。
接下來，取得推定脫磷速度常數k之對象，即實際脫磷處理時爐渣位準的時間序列資料(Sj )，並對每個叢集求算譬如該時間序列資料Sj 與上述平均值βave ，j 之差分，以作為所取得之爐渣位準的時間序列資料和各叢集之相似度。將該差分最小之叢集判斷為時間序列資料(Sj )所屬之叢集，並使用與此叢集相對應之類別變數來作為操作主因之解釋變數。該差分可使用公知之任意者，惟該差分亦可為譬如下述式(5)所示之差分平方和(Sum of Squared Difference：SSD)。且可利用公知統計方法來適當求算該差分。
[數學式6]
以上，針對作為解釋變數，是使用可辨別對爐渣位準之時間序列資料實施時間序列分群法而得的叢集之類別變數的情形，已進行詳細說明。
而，以爐渣位準的時間序列資料為根據之解釋變數並不限於上述示例。作為解釋變數亦可使用譬如：脫磷處理中吹煉停吹時之爐渣位準、或者吹煉末期之爐渣位準的時間序列資料之中位數、亦或是該時間序列資料之變化率等。
以上，已針對本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法進行說明。
＜＜2.本實施形態之轉爐吹煉系統＞＞ ＜2.1.轉爐吹煉系統之構成＞ 接下來，針對用以實現上述所示本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法之系統的一例，進行說明。圖3是顯示本發明一實施形態的轉爐吹煉系統1之構成例的圖。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、計測控制裝置30以及操作資料庫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、排氣流量計102以及位準計103。轉爐吹煉設備10是根據計測控制裝置30所輸出之控制訊號來進行有關以下之處理：開始及停止以頂吹噴槍13向熔鐵供給氧、利用副測管14測定熔鋼中之成分濃度及熔鋼溫度、投入冷材、以及轉爐11所進行之熔鐵及爐渣之排渣。於轉爐吹煉設備10可設置：用以對頂吹噴槍13供給氧之送氧裝置、用以對轉爐11投入冷材之具有驅動系統之冷材投入裝置、及用以對轉爐11投入副原料之具有驅動系統之副原料投入裝置等、以及一般而言可用於轉爐之吹煉之各種裝置。
自轉爐11的爐口插入有用於吹煉之頂吹噴槍13，從送氧裝置送出之氧15是透過頂吹噴槍13而被供給於爐內之熔鐵。並且，為了攪拌熔鐵，可從轉爐11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内，會裝入/投入從高爐出鐵之熔鐵、少量鐵廢料、用以調整熔鐵(熔鋼)溫度之冷材、以及生石灰等用以形成爐渣之副原料。又，副原料為粉體時，粉體副原料亦可透過頂吹噴槍13與氧15一起被供給至轉爐11内。
於一次精煉中，如上述化學式(101)所示，熔鐵所含的磷會與轉爐内的爐渣所含之氧化鐵、及含有含氧化鈣之物質的副原料產生化學反應(脫磷反應)，藉此被攝入爐渣中。亦即，藉由利用吹煉使爐渣之氧化鐵濃度增加，即可促進脫磷反應。
此外，於一次精煉中，熔鐵中的碳會與從頂吹噴槍13所供給之氧產生氧化反應(脫碳反應)。藉此，會生成CO或CO2 之排氣。而該些排氣會從轉爐11往煙道12排出。
依上述，於轉爐吹煉中，所吹入之氧會與熔鐵中之碳、磷或矽等反應，而產生氧化物。因吹煉而產生的氧化物會作為排氣而被排出，或是作為爐渣而穩定化。利用吹煉中的氧化反應來除去碳，並將磷等攝入爐渣中而除去，藉此即可生成低碳且雜質少的鋼。
且，從轉爐11的爐口插入之副測管14在脫碳處理時，其前端會在預定時間點被浸漬於熔鋼中，用以測定包含碳濃度之熔鋼中成分濃度、及熔鋼溫度等。以下，將以此副測管14進行之成分濃度及/或熔鋼溫度等熔鋼資料之測定稱為「副測管測定」。副測管測定所測得之熔鋼資料會透過計測控制裝置30被傳送至轉爐吹煉控制裝置20。
因吹煉而產生的排氣會往設置於轉爐11外之煙道12流動。於煙道12上設置有排氣成分分析計101以及排氣流量計102。排氣成分分析計101可分析排氣所含成分。且，排氣成分分析計101可分析譬如排氣所含之CO及CO2 的濃度。而，排氣流量計102可測定排氣流量。排氣成分分析計101及排氣流量計102會以預定之取樣週期(譬如5~10秒鐘之週期)，逐次進行排氣之成分分析及流量測定。排氣之成分分析及流量測定至少會於脫碳處理時進行，但宜貫徹轉爐吹煉整體而進行，以算出用作上述式(4)所示迴歸方程式之解釋變數的爐內蓄積氧量單位消耗。排氣成分分析計101所分析之排氣成分資料、以及排氣流量計102所測定之排氣流量資料(以下、將該些資料稱為「排氣資料」)是透過計測控制裝置30，作為時間序列資料被輸出至轉爐吹煉控制裝置20。又，為了讓轉爐吹煉控制裝置20逐次推定熔鋼中磷濃度，以逐次將此排氣資料輸出至轉爐吹煉控制裝置20為佳。
另，轉爐吹煉設備10於轉爐11之開口附近還具備位準計103。位準計103是用以測定轉爐吹煉時轉爐11内之熔鐵(熔鋼)及爐渣等的浴面位準之裝置。而，本說明書中是將該浴面位準稱為爐渣位準。
位準計103所測得之爐渣位準是可反映爐渣的渣化狀況之情報，且可直接或間接用作上述式(4)所示迴歸方程式之解釋變數。位準計103會以預定之取樣週期(譬如1秒鐘之週期)，逐次進行爐渣位準之測定。位準計103所測得之爐渣位準資料是透過計測控制裝置30，作為時間序列資料被輸出至轉爐吹煉控制裝置20。
而，該位準計103可利用譬如日本專利特開2015-110817號公報所開示之微波射出裝置、天線及演算裝置來實現。於上述文獻所開示之位準計中，微波射出裝置往轉爐内部射出微波後，天線會檢測出浴面所反射的反射波，而演算裝置便會根據所射出之微波及所檢測出之反射波來計測浴面位準。
(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、叢集決定部202、分群法實行部203、磷濃度推定部204、轉爐吹煉資料庫21及輸出入部22。轉爐吹煉控制裝置20具備CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、儲存器及通訊裝置等硬體構成，藉由上述硬體構成，即可實現資料取得部201、叢集決定部202、分群法實行部203、磷濃度推定部204及轉爐吹煉資料庫21之各機能。而，輸出入部22可利用鍵盤、滑鼠或觸控面板等輸入裝置、顯示器或列印機等輸出裝置、以及通訊裝置來實現。
轉爐吹煉控制裝置20是將收藏於轉爐吹煉資料庫21之各種資料、從排氣成分分析計101及排氣流量計102所取得之排氣資料、從副測管14所取得之熔鋼資料、以及從位準計103所取得之爐渣位準資料(亦即，爐渣位準的時間序列資料)作為輸入值，來推定熔鋼中磷濃度。而，熔鋼中磷濃度可藉由轉爐吹煉控制裝置20之各機能部所具有之機能來推定。並且，轉爐吹煉控制裝置20亦可將所推定之熔鋼中磷濃度用於轉爐吹煉中操作之控制。譬如，若判斷所推定之熔鋼中磷濃度超出被收藏為目標資料212之一的目標熔鋼中磷濃度，轉爐吹煉控制裝置20就會變更轉爐吹煉之操作條件，以使熔鋼中磷濃度低於目標熔鋼中磷濃度。依上述，只要能夠以高準確度推定熔鋼中磷濃度的話，便可將一次精煉所得之熔鋼維持在高品質。
又，本實施形態之轉爐吹煉控制裝置20之各機能部所具有之具體機能將於後述。
此外，轉爐吹煉控制裝置20具有控制譬如，往轉爐11之氧的吹入、以及冷材及副原料之投入等有關熔鐵預備處理之製程整體的機能。且，轉爐吹煉控制裝置20具有譬如一般靜態控制所進行的以下機能等：於吹煉開始前，使用預定數學模型等來決定往轉爐11之吹入氧量、冷材之投入量(以下稱為冷材量)及副原料之投入量等。此外，針對一般之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之機能。
作為未圖示之各機能之具體處理(譬如，上述之冷材及副原料投入之控制方法、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之投入量等的方法、以及副測管測定之控制方法)可應用各種公知方法，故在此省略詳細說明。
轉爐吹煉資料庫21是收藏轉爐吹煉控制裝置20中所使用之各種資料的資料庫，可利用儲存器等記憶裝置來實現。如圖3所示，轉爐吹煉資料庫21是收藏譬如熔鐵資料211、目標資料212及參數213等。亦可透過未圖示之輸入裝置或通訊裝置來追加、更新、變更或刪除該些資料。譬如，收藏於後述之操作資料庫40的各種資料中，用於轉爐吹煉之資料亦可追加至轉爐吹煉資料庫21中。且可利用資料取得部201來叫出轉爐吹煉資料庫21所記憶之各種資料。又，具有本實施形態之轉爐吹煉資料庫21之記憶裝置，如圖3所示是與轉爐吹煉控制裝置20構成一體，而在其他實施形態中，具有轉爐吹煉資料庫21之記憶裝置亦可為與轉爐吹煉控制裝置20分離之構成。
熔鐵資料211是有關轉爐11内之熔鐵的各種資料。熔鐵資料211中包含譬如關於熔鐵之情報(每次加料之初始熔鐵重量、熔鐵成分(碳、磷、矽、鐵、錳等)濃度、熔鐵溫度、熔鐵率等)。熔鐵資料211中，另可包含一般而言於熔鐵預備處理及脫碳處理所用之各種情報(譬如，關於副原料及冷材之投入的情報(關於副原料及冷材量的情報)、關於副測管測定的情報(關於測定對象或測定時間點等的情報)、關於吹入氧量的情報)。目標資料212中包含脫磷處理後、脫碳處理後以及副測管測定時等的熔鐵中(熔鋼中)之目標成分濃度及目標溫度等資料。而，參數213是叢集決定部202及磷濃度推定部204中所用之各種參數。參數213中包含譬如以操作主因為解釋變數之迴歸方程式中的參數、以及用以推定磷濃度之參數(脫磷速度常數等)。
輸出入部22具有譬如取得磷濃度推定部204所推定之熔鋼中磷濃度推定結果等，並輸出至各種輸出裝置之機能。輸出入部22亦可譬如對操作員顯示所推定之熔鋼中磷濃度。且，在根據轉爐吹煉控制裝置20所推定之熔鋼中磷濃度來進行轉爐吹煉控制的情況下，輸出入部22亦可對計測控制裝置30輸出以所推定之熔鋼中磷濃度為根據之轉爐吹煉之指示。在此情況下，該指示可為由轉爐吹煉控制裝置20所具有之轉爐吹煉控制機能所自動生成之指示，亦可為操作員在閱覽所顯示之熔鋼中磷濃度(推定值)的情報後，進行操作而輸入之指示。此外，輸出入部22亦可具有輸入介面機能，用以追加、更新、變更或刪除轉爐吹煉資料庫21中所收藏的各種資料。且，輸出入部22亦可對操作資料庫40輸出資料取得部201所取得之各種資料、叢集決定部202所進行之決定結果、以及磷濃度推定部204所推定之推定結果。
(計測控制裝置) 計測控制裝置30具備CPU、ROM、RAM、儲存器及通訊裝置等硬體構成。計測控制裝置30具有可與轉爐吹煉設備10所具備之各裝置通訊，並控制轉爐吹煉設備10整體之動作的機能。譬如，計測控制裝置30會依來自於轉爐吹煉控制裝置20之指示，控制以下操作：傾動轉爐11，以進行中間排渣處理；往轉爐11投入冷材及副原料；頂吹噴槍13吹入氧15；以及將副測管14浸漬到熔鋼及進行副測管測定等。且，計測控制裝置30會取得可從排氣成分分析計101、排氣流量計102、位準計103及副測管14等轉爐吹煉設備10之各裝置獲得之資料，並傳送至轉爐吹煉控制裝置20。
(操作資料庫) 操作資料庫40是利用儲存器等記憶裝置而實現的資料庫，且是收藏轉爐吹煉之操作的各種資料之資料庫。該各種資料包含資料取得部201所取得之可從轉爐吹煉設備10之各裝置獲得之資料，並包含叢集決定部202所進行之決定結果、及磷濃度推定部204所推定之推定結果。本實施形態之操作資料庫40會在每次操作時蓄積位準計103所測定之爐渣位準資料(亦即，爐渣位準的時間序列資料)。並且，本實施形態之操作資料庫40會將每次操作之爐渣位準的時間序列資料輸出至分群法實行部203。又，具有本實施形態之操作資料庫40之記憶裝置，如圖3所示是與轉爐吹煉控制裝置20分離而構成，而在其他實施形態中，具有操作資料庫40之記憶裝置亦可與轉爐吹煉控制裝置20為一體之構成。
＜2.2.各機能部之構成及機能＞ 接下來，說明本實施形態之轉爐吹煉控制裝置20的各機能部之構成及機能。
再度參照圖3，本實施形態之轉爐吹煉控制裝置20具備資料取得部201、叢集決定部202、分群法實行部203及磷濃度推定部204之各機能部。
(資料取得部) 資料取得部201可取得用以推定熔鋼中磷濃度之各種資料。譬如，資料取得部201可取得記憶於轉爐吹煉資料庫21中之熔鐵資料211、目標資料212及參數213。亦即，資料取得部201具有作為熔鐵資料取得部之機能。且，上述資料最遲要在開始磷濃度推定部204所進行之熔鋼中磷濃度的推定處理前取得。而，本實施形態之資料取得部201是在轉爐吹煉開始前取得記憶於轉爐吹煉資料庫21中之各種資料。
且，資料取得部201可取得從排氣成分分析計101及排氣流量計102輸出之排氣資料。亦即、資料取得部201具有作為排氣資料取得部之機能。所取得之排氣資料為時間序列資料。本實施形態之資料取得部201會逐次取得排氣成分分析計101及排氣流量計102所逐次測定之排氣資料。又，於其他實施形態中，資料取得部201亦可於脫磷處理後總括取得該排氣資料。
且，資料取得部201可取得從位準計103輸出之爐渣位準資料。亦即、資料取得部201具有作為爐渣位準資料取得部之機能。所取得之爐渣位準之資料為時間序列資料。而，爐渣位準之取得是在脫磷處理時進行。本實施形態之資料取得部201會逐次取得於脫磷處理時位準計103所逐次測定之爐渣位準之資料。又，於其他實施形態中，資料取得部201亦可於脫磷處理後總括取得該爐渣位準之資料。
此外，資料取得部201可取得藉由於脫碳處理時以副測管14進行之副測管測定而獲得之熔鋼資料。亦即，資料取得部201具有作為熔鋼資料取得部之機能。
又，除了上述各種資料以外，資料取得部201還可取得脫磷處理、中間排渣處理及脫碳處理之資料。資料取得部201可透過計測控制裝置30取得從轉爐吹煉設備10所具備之各種裝置輸出之資料。
資料取得部201會將所取得之資料輸出至叢集決定部202及磷濃度推定部204。且，資料取得部201所取得之資料會被收藏於操作資料庫40中。
(叢集決定部、分群法實行部) 叢集決定部202會在分群法實行部203所取出的複數個叢集當中，針對從資料取得部201取得之爐渣位準的時間序列資料決定出相似度最高之叢集。於此，針對相似度之算出方法並無特別限定，可適當利用公知之各種方法。所述相似度可譬如如上所述，使用所著眼之爐渣位準的時間序列資料與各叢集之差分平方和。與叢集決定部202所決定之叢集相對應之類別變數，會被輸出至磷濃度推定部204。該類別變數便會用來作為式(4)所示之迴歸方程式的解釋變數即操作主因Xj ，前述式(4)是用於磷濃度推定部204所進行之推定。
並且，分群法實行部203會對從操作資料庫40取得之以往的操作中爐渣位準的時間序列資料進行分群法，取出複數個叢集。分群法實行部203所取出的叢集之情報會被輸出至叢集決定部202。且，亦可將該叢集之情報輸出至操作資料庫40。此外，收藏於操作資料庫40中之以往之操作中爐渣位準的時間序列資料被更新時，分群法實行部203亦可適當實行分群法。
又，於其他實施形態中，未使用上述類別變數來作為解釋變數時，叢集決定部202及分群法實行部203亦可被包含於轉爐吹煉控制裝置20內。
(磷濃度推定部) 磷濃度推定部204是使用從資料取得部201輸出之各種資料、及辨別從叢集決定部202輸出之叢集的變數即類別變數，來推定脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。具體而言，磷濃度推定部204首先是將上述各種資料及類別變數作為解釋變數代入上述式(4)所示之迴歸方程式中，藉此算出脫磷速度常數k。然後，磷濃度推定部204會將所算出之脫磷速度常數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會在副測管14所進行之副測管測定後(亦即、開始以資料取得部201取得熔鋼資料後)，逐次推定脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。亦即、在副測管測定後，會以磷濃度推定部204來推定到脫碳處理之停吹時(終點時)為止的範圍中之脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。
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之各機能部之構成及機能。又，圖3中雖未顯示，但轉爐吹煉控制裝置20亦可進一步具備操縱變數算出部。操縱變數算出部亦可根據磷濃度推定部204所推定之熔鋼中磷濃度，來算出脫碳處理中的吹入氧量或冷材量、或是頂吹噴槍高度等操縱變數。操縱變數算出部之機能亦可譬如與上述專利文獻1所開示之機能相同。本實施形態之磷濃度推定部204所推定之熔鋼中磷濃度，會比利用上述專利文獻1所開示之技術推定之熔鋼中磷濃度準確度更高。因此，操縱變數算出部所算出之操縱變數其可信度亦高，故可使實際的熔鋼中磷濃度更加接近目標熔鋼中磷濃度。
＜＜3.熔鋼中磷濃度推定方法之流程＞＞ 圖4是顯示本實施形態之轉爐吹煉系統1所進行之熔鋼中磷濃度推定方法的流程圖之一例的圖。參照圖4，並針對本實施形態之轉爐吹煉系統1所進行之熔鋼中磷濃度推定方法之流程進行說明。而，圖4所示之各處理是與圖3所示之以轉爐吹煉控制裝置20所實行之各處理相對應。因此，省略圖4所示各處理之細節之詳細內容，僅說明各處理之概要。
在本實施形態之熔鋼中磷濃度推定方法中，首先於轉爐吹煉開始前，會取得轉爐吹煉資料庫21中所收藏的資料等各種資料(步驟S101)。具體而言，在步驟S101，資料取得部201會取得熔鐵資料211、目標資料212、及參數213。
接著，於脫磷處理時及中間排渣處理時，會取得脫磷處理及中間排渣處理之資料(步驟S103)。具體而言，在步驟S103，資料取得部201會從位準計103逐次取得位準計103所測定之爐渣位準之資料。
接著，根據在步驟S103中取得之脫磷處理時之爐渣位準的時間序列資料，來決定用作操作主因之叢集(步驟S105)。具體而言，在步驟S105中，叢集決定部202會針對該當加料之脫磷處理時之爐渣位準的時間序列資料，在分群法實行部203所取出的各叢集當中決定相似度最高的叢集。並於此將與所決定之叢集相對應之類別變數，輸出至磷濃度推定部204。
接著，取得脫碳處理之資料(步驟S107)。具體而言，在步驟S107，資料取得部201會從排氣成分分析計101及排氣流量計102，逐次取得排氣成分分析計101及排氣流量計102所測定之排氣資料。排氣資料之取得是從脫碳處理開始時連續進行至終點時為止。此外，在進行副測管測定之時間點上，資料取得部201會取得熔鋼資料。
本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法中，會根據是否已在進行副測管測定而導致其後之處理有所變化(步驟S109)。當尚未進行副測管測定時(S109/否)，不進行熔鋼中磷濃度之推定，而重複取得排氣資料等脫碳處理之資料(步驟S107)。另一方面，當已在進行副測管測定時(S109/是)，會進行熔鋼中磷濃度之推定(步驟S111)。具體而言，磷濃度推定部204使用資料取得部201所取得之各種資料，首先會進行推定副測管測定時之脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。這是由於在脫磷速度常數k之推定之高準確度化上，以副測管測定所測得之熔鋼溫度實際值及熔鋼中碳濃度實際值是較為有效的。較詳細而言，首先，將包含以副測管測定所測得之熔鋼溫度實際值及熔鋼中碳濃度實際值之各種資料為根據之解釋變數，代入上述式(4)之迴歸方程式，藉此求得脫磷速度常數k。接著，將所得之脫磷速度常數k視為從脫磷處理開始時至副測管測定時為止是同一值，並令熔鐵磷濃度為磷濃度初始值[P]ini ，且令從脫磷處理開始至副測管測定時為止之經過時間為t，將其等代入上述式(2)，藉此求算副測管測定時之磷濃度[P]。依上述，即便是使用副測管測定時所推定之脫磷速度常數k，來推定從脫磷處理開始至副測管測定時之磷濃度，如下述實施例所示，仍能以充分準確度推定磷濃度，故無實用上之問題。
在副測管測定後到脫碳處理結束之時間點為止，令上述副測管測定時之熔鋼中磷濃度推定值為初始值，重複進行利用上述式(4)推定脫磷速度常數k、及利用使用推定所得之k的上述式(2)推定熔鋼中磷濃度(步驟S113)。具體而言，在脫碳處理尚未結束的情況下(S113/否)，會重複進行步驟S107~步驟S111之處理。而另一方面，在脫碳處理已結束的情況下(S113/是)，則會結束本實施形態之熔鋼中磷濃度之推定處理。
以上，已參照圖4，說明了本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法之流程。又，圖4所示本實施形態之熔鋼中磷濃度的推定方法之流程圖，其所示之步驟僅為一例。
譬如，只要實行步驟S101~步驟S105之處理之時間點是在步驟S111之熔鋼中磷濃度之推定處理開始之前的話，該時間點並無特別限定。具體而言，對於其他實施形態，在資料取得部201從各種裝置總括取得排氣資料及爐渣位準之資料的情況下，只要在步驟S111之熔鋼中磷濃度之推定處理開始之前完成步驟S101及步驟S103之資料之取得處理，並完成S105之叢集之決定處理即可。其是因只要在步驟S111之熔鋼中磷濃度之推定處理開始時，已備齊用於推定熔鋼中磷濃度之資料便已足夠。
<<4.總結>>
中間排渣處理中所排渣之爐渣量會對影響熔鋼中磷濃度之脫磷反應之反應方向及反應速度造成影響。此外，脫磷處理中之爐渣位準是與中間排渣處理中所排渣之爐渣量相關。根據本實施形態，是使用脫磷處理中吹煉時之爐渣位準的時間序列資料(及/或爐渣位準的時間序列資料之平均值)，來作為用以算出脫磷速度常數k之解釋變數所用之操作主因之一。亦即，與脫磷反應相關之中間排渣處理時之爐渣排渣量會被應用於熔鋼中磷濃度之推定。因此，只要根據本實施形態，便可對於進行有中間排渣處理之轉爐吹煉更加提高其熔鋼中磷濃度之推定準確度。
且，根據本實施形態，是將可辨別叢集之類別變數用作操作主因之解釋變數，且前述叢集是對以往的操作時之爐渣位準的時間序列資料進行時間序列分群法而得。然後，決定出與實際操作時所得之爐渣位準的時間序列資料所顯示之傾向相似之叢集後，將與所決定之叢集相對應之類別變數作為該加料之操作主因之解釋變數，代入迴歸方程式中。藉此，不僅脫磷處理中所產生的爐渣量，亦可將脫磷處理時吹煉末期之爐渣起泡的傾向反映於脫磷速度常數k的推定上。亦即，可對於進行有中間排渣處理之轉爐吹煉更加提高其熔鋼中磷濃度之推定準確度。
又，圖3所示構成僅為本實施形態之轉爐吹煉系統1之一例，轉爐吹煉系統1之具體構成並不受限於該例。轉爐吹煉系統1只要是構成為能實現以上所說明之機 能即可，可採行一般而言可設想到之所有構成。
譬如，轉爐吹煉控制裝置20所具備各機能可不必在1台裝置上全部實行，亦可透過複數台裝置之合作而實行。亦可譬如將僅具有資料取得部201、叢集決定部202、分群法實行部203及磷濃度推定部204當中的1個或複數個之任一機能之一裝置與具有其他機能之其他裝置連接為可通訊之狀態，藉此實現與圖示之轉爐吹煉控制裝置20同等之機能。
此外，可製作用以實現圖3所示本實施形態之轉爐吹煉控制裝置20之各機能的電腦程式，並於PC等處理裝置中執行。並且，還可提供收藏有上述電腦程式且能以電腦讀取的記錄媒體。記錄媒體是譬如磁碟、光碟、磁光碟以及快閃記憶體等。又，上述電腦程式亦可不使用記錄媒體，而透過譬如網路傳訊。
[實施例]
接下來說明本發明之實施例。為了確認本發明之效果，於本實施例中，針對利用本實施形態之熔鋼中磷濃度推定方法而得之脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度之推定準確度進行驗證。而，以下實施例僅為用以驗證本發明效果而進行者，本發明並不受限於以下實施例。
於比較例1中是使用上述表1所示之操作主因，以作為用於上述式(4)所示迴歸方程式之解釋變數。另一方面，在實施例1中，除了上述表1所示之操作主因之外，還使用有脫磷處理時之吹煉末期中爐渣位準的時間序列資料之平均值來作為解釋變數。在實施例2中，除了上述表1所示之操作主因之外，還使用有與叢集決定部202針對上述爐渣位準的時間序列資料所決定出之叢集相對應之類別變數。且，在實施例3中，除了上述表1所示之操作主因及上述爐渣位準的時間序列資料之平均值之外，還使用有與叢集決定部202針對上述爐渣位準的時間序列資料所決定出之叢集相對應之類別變數。
針對各實施例及比較例，分別算出副測管測定時及脫碳處理中停吹時(終點時)之脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。脫磷速度常數k是使用上述式(4)而算出。又，熔鋼中磷濃度是將以上述式(4)所求得之脫磷速度常數k代入上述式(2)中，藉此而算出的。以下，將所算出之脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度稱為「推定值」。
又，為了驗證各實施例及比較例之脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度之推定準確度，測定了副測管測定時及終點時之熔鋼中磷濃度實際值。且將熔鋼中磷濃度實際值代入上述式(2)，藉以算出以該實際值為根據之脫磷速度常數k。分別算出各實施例及比較例之脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度之推定值與實際值之誤差(推定誤差)，並求算該推定誤差之標準差S.D.(%)。而，可以說標準差S.D.越小，則推定誤差越小(亦即，推定準確度高)。
首先，於圖5A~圖6D顯示副測管測定時之脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度之推定準確度之結果。圖5A~圖5D是顯示相對於副測管測定時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。圖5A是顯示實施例1中副測管測定時的脫磷速度常數k的推定誤差的圖。圖5B是顯示實施例2中副測管測定時的脫磷速度常數k的推定誤差的圖。圖5C是顯示實施例3中副測管測定時的脫磷速度常數k的推定誤差的圖。圖5D是顯示比較例中副測管測定時的脫磷速度常數k的推定誤差的圖。
且，圖6A~圖6D是顯示相對於副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。圖6A是顯示相對於實施例1中副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。圖6B是顯示相對於實施例2中副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。圖6C是顯示相對於實施例3中副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。而，圖6D是顯示相對於比較例中副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。
參照圖5A~圖5D可知相較於比較例，在各實施例中脫磷速度常數k的推定準確度提升。具體而言，如圖5D所示，在比較例中推定誤差之標準差S.D.為0.00395。另一方面，如圖5A、圖5B及圖5C分別顯示，於實施例1中推定誤差之標準差S.D.為0.00385，於實施例2中推定誤差之標準差S.D.為0.00368，而於實施例3中推定誤差之標準差S.D.為0.00361。
並且，參照圖6A~圖6D可知相較於比較例，在各實施例中熔鋼中磷濃度之推定準確度提升。具體而言，如圖6D所示，在比較例中推定誤差之標準差S.D.為0.00420。另一方面，如圖6A、圖6B及圖6C分別顯示，於實施例1中推定誤差之標準差S.D.為0.00406，於實施例2中推定誤差之標準差S.D.為0.00385，而於實施例3中推定誤差之標準差S.D.為0.00377。
由上述結果可知相較於比較例，在各實施例中可準確度佳地推定副測管測定時的脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。尤其是在使用與從爐渣位準之時間序列資料所得之叢集相對應之變數來作為解釋變數的實施例2及實施例3中，顯示出可準確度更佳地推定脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。
接著，於圖7A~圖8D顯示脫碳處理中終點時的脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度之推定準確度之結果。 圖7A~圖7D是顯示相對於終點時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。圖7A是顯示實施例1中終點時的脫磷速度常數k的推定誤差的圖。圖7B是顯示實施例2中終點時的脫磷速度常數k的推定誤差的圖。圖7C是顯示實施例3中終點時的脫磷速度常數k的推定誤差的圖。而，圖7D是顯示比較例中終點時的脫磷速度常數k的推定誤差的圖。
並且，圖8A~圖8D是顯示相對於終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。圖8A是顯示相對於實施例1中終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。圖8B是顯示相對於實施例2中終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。圖8C是顯示相對於實施例3中終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。圖8D是顯示相對於比較例中終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。
參照圖7A~圖7D可知相較於比較例，在各實施例中脫磷速度常數k的推定準確度提升。具體而言，如圖7D所示，在比較例中推定誤差之標準差S.D.為0.00664。另一方面，如圖7A、圖7B及圖7C分別顯示，於實施例1中推定誤差之標準差S.D.為0.00656，於實施例2中推定誤差之標準差S.D.為0.00656，於實施例3中推定誤差之標準差S.D.為0.00650。
且，參照圖8A~圖8D可知相較於比較例，在各實施例中熔鋼中磷濃度之推定準確度提升。具體而言，如圖8D所示，在比較例中推定誤差之標準差S.D.為0.00102。另一方面，如圖8A、圖8B及圖8C分別顯示，於實施例1中推定誤差之標準差S.D.為0.000101，於實施例2中推定誤差之標準差S.D.為0.000986，於實施例3中推定誤差之標準差S.D.為0.000982。
由上述結果可知相較於比較例，在各實施例中可準確度佳地推定終點時的脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。尤其是在使用與從爐渣位準之時間序列資料所得之叢集相對應之變數來作為解釋變數的實施例2及實施例3中，顯示出可準確度更佳地推定脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。
根據以上，相較於比較例，各實施例顯示出可準確度佳地推定副測管測定時及終點時的脫磷速度常數k及熔鋼中磷濃度。尤其是如實施例2及實施例3所示，將與從爐渣位準之時間序列資料所得之叢集相對應之變數作為解釋變數並用於脫磷速度常數k之算出，藉此準確度會更加提升。
以上，已參照所附圖式詳細說明本發明的適當實施形態，惟本發明不受該等例限定。顯而易見地，只要是具有本發明所屬技術領域之通識人士，皆可在申請專利範圍中所記載之技術思想範疇內思及各種變更例或修正例，並知悉該等亦理當歸屬本發明之技術範圍。
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
16‧‧‧底吹氣體
20‧‧‧轉爐吹煉控制裝置
21‧‧‧轉爐吹煉資料庫
22‧‧‧輸出入部
30‧‧‧計測控制裝置
40‧‧‧操作資料庫
101‧‧‧排氣成分分析計
102‧‧‧排氣流量計
103‧‧‧位準計
201‧‧‧資料取得部
202‧‧‧叢集決定部
203‧‧‧分群法實行部
204‧‧‧磷濃度推定部
211‧‧‧熔鐵資料
212‧‧‧目標資料
213‧‧‧參數
圖1是顯示脫磷處理時的爐渣位準之時間序列資料之圖表。 圖2A是顯示針對爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法之結果的圖。 圖2B是顯示針對爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法之結果的圖。 圖2C是顯示針對爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法之結果的圖。 圖2D是顯示針對爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法之結果的圖。 圖2E是顯示針對爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法之結果的圖。 圖2F是顯示針對爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法之結果的圖。 圖3是顯示本發明一實施形態的轉爐吹煉系統之構成例的圖。 圖4是顯示該實施形態之轉爐吹煉系統所進行之熔鋼中磷濃度推定方法的流程圖之一例的圖。 圖5A是顯示相對於副測管測定時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。 圖5B是顯示相對於副測管測定時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。 圖5C是顯示相對於副測管測定時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。 圖5D是顯示相對於副測管測定時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。 圖6A是顯示相對於副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。 圖6B是顯示相對於副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。 圖6C是顯示相對於副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。 圖6D是顯示相對於副測管測定時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。 圖7A是顯示相對於終點時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。 圖7B是顯示相對於終點時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。 圖7C是顯示相對於終點時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。 圖7D是顯示相對於終點時的脫磷速度常數k之實際值的推定誤差的圖。 圖8A是顯示相對於終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。 圖8B是顯示相對於終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。 圖8C是顯示相對於終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。 圖8D是顯示相對於終點時的熔鋼中磷濃度之實際值的推定誤差的圖。

Claims (6)

  1. 一種熔鋼中磷濃度推定方法，其用於使用同一轉爐進行下述處理之一次精煉： 脫磷處理； 中間排渣處理，將於前述脫磷處理中所生成之爐渣排渣；以及 脫碳處理； 其中該熔鋼中磷濃度推定方法包含以下步驟： 爐渣位準資料取得步驟，取得前述脫磷處理時的爐渣位準； 排氣資料取得步驟，取得前述脫碳處理時的排氣成分及排氣流量； 熔鋼資料取得步驟，利用前述脫碳處理時的副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度； 磷濃度推定步驟，使用前述爐渣位準、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，並用前述脫磷處理、前述中間排渣處理及前述脫碳處理之操作條件來算出脫磷速度常數後，使用所算出之前述脫磷速度常數和前述脫磷處理開始時的熔鐵磷濃度，來推定前述副測管測定後的前述脫碳處理時之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，其中前述脫磷速度常數之算出係使用可辨別叢集之類別變數，且前述叢集係藉由對以往操作中所取得的複數個前述爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法而得。
  3. 如請求項1或2之熔鋼中磷濃度推定方法，其中前述脫磷速度常數之算出係使用於前述脫磷處理時所得之前述爐渣位準的時間序列資料之平均值。
  4. 一種轉爐吹煉控制裝置，其用於使用同一轉爐進行下述處理之一次精煉： 脫磷處理； 中間排渣處理，將於前述脫磷處理中所生成之爐渣排渣；以及 脫碳處理； 其中該轉爐吹煉控制裝置具備以下構成： 爐渣位準資料取得部，取得前述脫磷處理時的爐渣位準； 排氣資料取得部，取得前述脫碳處理時的排氣成分及排氣流量； 熔鋼資料取得部，利用前述脫碳處理時的副測管測定來取得熔鋼溫度及熔鋼中的碳濃度； 磷濃度推定部，使用前述爐渣位準、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，並用前述脫磷處理、前述中間排渣處理及前述脫碳處理之操作條件來算出脫磷速度常數後，使用所算出之前述脫磷速度常數和前述脫磷處理開始時的熔鐵磷濃度，來推定前述副測管測定後的前述脫碳處理時之前述熔鋼中的磷濃度。
  5. 如請求項4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度常數之算出係使用可辨別叢集之類別變數，且前述叢集是藉由對以往操作中所取得的複數個前述爐渣位準之時間序列資料進行時間序列分群法而得。
  6. 如請求項4或5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度常數之算出中，係使用於前述脫磷處理時所得之前述爐渣位準的時間序列資料之平均值。
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