WO2014167982A1 - 補正装置、補正方法及び鉄鋼精錬方法 - Google Patents

補正装置、補正方法及び鉄鋼精錬方法 Download PDF

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富山　伸司
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    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is a correction device capable of accurately correcting the amount of carbon added to molten steel by introducing measured values and auxiliary materials of a steel refining facility, It is to provide a correction method and a steel refining method.
  • the correction device According to the correction device, the correction method, and the steel refining method according to the present invention, it is possible to accurately correct the amount of carbon added to the molten steel by introducing the measured values and auxiliary materials of the steel refining equipment.
  • the measurement value / operation amount correction device 20 having such a configuration performs the past charge selection process and the correction parameter calculation process shown below, thereby measuring the exhaust gas flow rate and component concentration measurement values and the carbon added to the molten steel. Correct the calculated amount.
  • the operation of the measured value / operation amount correction apparatus 20 when the past charge selection process and the correction parameter calculation process are executed will be described.
  • the past charge selection unit 23a extracts a past charge that satisfies the constraint condition based on the past charge time series and the operation result information other than the time series read by the process of step S11.
  • the past charge selection unit 23a has a purpose of the blowing process (dephosphorization blowing, decarbonized blowing, or normal blowing in which dephosphorized blowing and decarbonized blowing are performed simultaneously).
  • step S12 is completed, and the past charge selection process proceeds to the process of step S13.
  • the specified number of days is too short, the number of past charges that can be collected becomes too small and the error estimation accuracy deteriorates. The error changes and the error estimation accuracy deteriorates. It is necessary to take these into consideration when determining the specified number of days.
  • an error estimation calculation is actually performed for several specified days, and the results are compared to determine an appropriate specified number of days. Just decide. It should be noted that, in order to collect a sufficient number of past charges for estimation calculation, it is considered that it is sufficient to set the designated number of days to about 30 days, depending on the operation status.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a flow of correction parameter calculation processing according to an embodiment of the present invention.
  • the flowchart shown in FIG. 4 starts at the timing when the past charge selection process ends, and the correction parameter calculation process proceeds to the process of step S21.
  • the correction parameter calculation unit 23b shift the time zone for extracting the time series information in consideration of the time delay.
  • the correction parameter calculation unit regards the CO and CO 2 concentration in the exhaust gas from the time t i, 0 + t ′ to the time t i, 1 + t ′. It is recommended to extract time series information between Thereby, the process of step S21 is completed, and the correction parameter calculation process proceeds to the process of step S22.
  • the correction parameter calculation unit 23b uses the time series information during the specified molten steel analysis sampling time extracted by the process of step S21, and uses the error parameter of the carbon mass balance evaluation formula described later. Calculate the coefficient. Specifically, the correction parameter calculation unit 23b includes the flow rate of exhaust gas, the concentration of CO and CO 2 in the exhaust gas, and the amount of carbon added to the molten steel by adding auxiliary materials (hereinafter referred to as auxiliary material input C amount). ) Is assumed to contain errors k v , k x , and ⁇ as shown in equations (2) to (4) below. However, the error value is the same regardless of the charge.
  • the true values of the exhaust gas flow rate and the CO and CO 2 concentration in the exhaust gas are formulated in the form of a sum that adds an error to the measured value. This is because, for example, if the true value is formulated in the form of a product, the errors k v and k x cannot be uniquely determined using the carbon mass balance evaluation formula.
  • Equation (5) indicates the amount of carbon lost from the molten steel.
  • M i, 0 , M i, T are calculated from the molten steel sampling analysis results (carbon concentration) immediately before and during the treatment, respectively. This represents the weight of carbon in the molten steel.
  • Equation (6) indicates the amount of carbon in the exhaust gas, ⁇ t is a time-series sampling time interval, and ⁇ is a coefficient for converting the volume of the exhaust gas into carbon weight.
  • ⁇ is calculated as 0.54 ( ⁇ 1 / 22.4 ⁇ 12.0).
  • the correction parameter calculation unit calculates the coefficients and constant terms of k v , k x , and ⁇ in Equations (5) and (6) as error parameter coefficients of the carbon mass balance evaluation formula described later. Thereby, the process of step S22 is completed, and the correction parameter calculation process proceeds to the process of step S23.
  • the correction parameter calculation unit 23b calculates errors k v , k x , and ⁇ that minimize the carbon mass balance evaluation formula expressed by the following formula (7).
  • the carbon mass balance evaluation formula expressed by Equation (7) calculates the value obtained by squaring the difference between the ratio of carbon input and output and the value of 1 (carbon mass balance error) for each past charge. , The sum of the values. When the carbon input and the carbon output become equal, the value of the square term becomes zero.
  • Errors k v , k x , and ⁇ that minimize the mass balance evaluation formula are nonlinear programming methods (for example, literature (Toshihide Ibaraki, Masao Fukushima, “Method of Optimization”, Information Mathematics Course Vol. 14, Kyoritsu Shuppan, 1993) )) Can be easily calculated.
  • W ( ⁇ ) in Equation (7) is a weighting factor of the error ⁇ , and is set to take the maximum value 1 when the value of the error ⁇ is 1. If it is not necessary to use a weight function, the value of W ( ⁇ ) may be set to always be 1. Thereby, the process of step S23 is completed, and the correction parameter calculation process proceeds to the process of step S24.
  • the correction parameter calculation unit 23b uses the errors k v , k x , and ⁇ (correction amounts) that minimize the carbon mass balance evaluation formula obtained by the process of step S23 and the exhaust gas of the charge to be processed.
  • the measured value of the flow rate, the measured value of the CO, CO 2 concentration in the exhaust gas, and the calculated value of the amount of auxiliary material input C are calculated.
  • the correction parameter calculation unit 23b outputs information regarding the calculated exhaust gas flow rate, the CO, CO 2 concentration in the exhaust gas, and the true value of the auxiliary raw material input C amount to the control terminal 10 and the display device 40. Thereby, the process of step S24 is completed, and the correction parameter calculation process proceeds to the process of step S25.
  • step S25 the correction parameter calculation unit 23b determines whether or not the blowing process for the processing target charge has been completed. As a result of the determination, when the blowing process for the processing target charge is not completed (No at Step S25), the correction parameter calculation unit 23b returns the correction parameter calculation process to the process at Step S24. On the other hand, when the blowing process for the processing target charge is completed (step S25, Yes), the correction parameter calculation unit 23b ends the series of correction parameter calculation processing.
  • blowing control process using the measurement value and the operation amount corrected by the measurement value / operation amount correction device 20 of the above embodiment will be described.
  • This blowing control determines the acid feed rate and the lance height, and the control terminal 10 automatically calculates.
  • the numerators of the formulas (8) and (9) are formulas for calculating the carbon weight remaining in the molten steel.
  • One item of the molecule indicates the carbon content in the molten steel at the time of component measurement
  • two items indicate the amount of carbon in the auxiliary material (secondary material input C amount) input into the furnace after the component measurement
  • three items after the component measurement Indicates the amount of carbon discharged outside the facility as exhaust gas.
  • M , i, ⁇ , V , i, ⁇ X , i, ⁇ indicate the corrected amount of carbon in the auxiliary material (the amount of C added to the auxiliary material), the flow rate of the exhaust gas, and the CO and CO 2 concentration in the exhaust gas. (Corresponding to the equations (2) to (4) described above).
  • the carbon concentration in the molten steel until the sampling of the molten steel in the middle of blowing is calculated by Equation (8) using the measured value of the molten steel component immediately before the treatment. Moreover, the carbon concentration in molten steel after the latest measured value of molten steel carbon concentration is obtained by sampling of molten steel in the middle of blowing is calculated by the latest measured molten steel component value and Equation (9). Thereby, the process of step S31 is completed and a blowing control process progresses to the process of step S32.
  • the present invention can be applied to the process of correcting the measurement value and the operation amount of the steel refining equipment.

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Abstract

　この計測値・操作量補正装置２０では、過去チャージ選択部２３ａが、処理対象チャージの操業情報との差異が所定範囲内にある操業実績情報を有する過去チャージを選択し、補正パラメータ計算部２３ｂが、過去チャージ選択部２３ａによって選択された過去チャージ毎に炭素のマスバランスの誤差を算出し、算出された誤差の合計値が最小になるように計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の補正量を算出する。

Description

補正装置、補正方法及び鉄鋼精錬方法
　本発明は、鉄鋼精錬設備の計測値及び操作量を補正する補正装置、補正方法及び鉄鋼精錬方法に関するものである。
　一般に、鉄鋼精錬プロセス、非鉄金属製造プロセス、化学プロセス、石油精製プロセス等の工業用プロセスでは、各種センサを用いて監視対象量を計測することによってプロセス制御や操業監視が行われている。しかしながら、センサは必ずしも良い計測環境に配設されているとは限らず、監視対象量の計測精度を上げることが困難な場合がある。例えば排ガスの流量を計測するセンサでは、排ガスの流量、圧力、及び温度の頻繁な変動や排ガスが流れる配管の複雑な形状のために、計測誤差が発生しやすい。このような背景から、化学プロセスや石油精製プロセスでは、プロセスに出入りする物質の保存則やエネルギー保存則を利用することによってセンサの計測誤差を低減する手法が利用されている（非特許文献１参照）。また、特許文献１には、鉄鋼精錬プロセスにおいて、吹錬処理中の中間サンプリングによって得られた溶鋼成分の分析結果に基づいて排ガス中に含まれる炭素量の計測値を補正する係数を動的に学習し、学習した係数を用いて中間サンプリング時点以後の炭素量の計測値を補正し、補正された計測値に基づいて溶鋼中の炭素濃度を推定する技術が記載されている。
特開平０９－２７２９１３号公報
J.Romagnoli,　M.C.Sanchez著、Data　Processing　and　Reconciliation　for　Chemical　Process　Operations、Vol.2(Process　Systems　Engineering)、Academic　Press
　しかしながら、非特許文献１記載の手法は、センサの計測誤差が偏りを有していない場合はうまく機能するが、センサの計測誤差がバイアス等の偏りを有している場合、すなわちセンサの計測誤差が系統的誤差を含んでいる場合には、センサの計測誤差を低減することが難しい。一般に、鉄鋼精錬プロセスで用いられる計測値には系統的誤差が含まれていることが多く、またその系統的誤差が時期によって変動する場合がある。このため、非特許文献１記載の手法を鉄鋼精錬プロセスに適用したとしても、計測値の誤差を低減することは難しい。
　一方、特許文献１記載の技術は、吹錬処理中の中間サンプリングによって得られた溶鋼成分の分析結果に基づいて、鉄鋼精錬プロセスにおける重要な操作量の一つである溶鋼中の炭素濃度を推定している。しかしながら、鉄鋼精錬プロセスでは、処理途中に炭素成分を含んだ副原料を投入する操業がしばしば行われる。このような操業では、副原料に含まれている炭素成分の割合をリアルタイムで計測することが難しいために、副原料中の炭素成分の割合を所定の設定値に固定して副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量を計算することが多い。このため、特許文献１記載の技術によれば、中間サンプリング時点以後に副原料中の炭素成分の割合が設定値から変動した場合、副原料の投入量が増えるにつれて溶鋼中の炭素濃度の推定精度が悪化する、換言すれば、吹錬処理が進むにつれて溶鋼中の炭素濃度の推定精度が悪化する可能性がある。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、鉄鋼精錬設備の計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量を精度高く補正可能な補正装置、補正方法及び鉄鋼精錬方法を提供することにある。
　上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る補正装置は、鉄鋼精錬設備の計測値及び操作量を補正する補正装置であって、前記計測値は、鉄鋼精錬設備に供給されるガスの流量の計測値、鉄鋼精錬設備から排出される排ガスの流量の計測値、排ガスの成分濃度の計測値、精錬処理前、精錬処理途中、及び精錬処理後の溶鋼の成分濃度の計測値、及び原料の重量の計測値を含み、前記操作量は、副原料の投入量を含み、過去チャージの操業実績情報を格納する操業データベースと、前記操業データベースの中から処理対象チャージの操業情報との差異が所定範囲内にある操業実績情報を有する過去チャージを選択する過去チャージ選択部と、前記過去チャージ選択部によって選択された過去チャージ毎に炭素のマスバランスの誤差を算出し、算出された誤差の合計値が最小になるように前記計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の補正量を算出する補正パラメータ計算部と、を備えることを特徴とする。
　本発明に係る補正装置は、上記発明において、前記補正パラメータ計算部は、炭素の入出量比と１との差の二乗値に重み係数を乗算した値を炭素のマスバランスの誤差として算出することを特徴とする。
　本発明に係る補正装置は、上記発明において、前記補正パラメータ計算部は、排ガスの流量の補正量及び排ガスの成分濃度の補正量の少なくとも一方を対応する計測値に加算することによって、排ガスの流量及び排ガスの成分濃度の少なくとも一方を補正することを特徴とする。
　本発明に係る補正方法は、鉄鋼精錬設備の計測値及び操作量を補正する補正方法であって、前記計測値は、鉄鋼精錬設備に供給されるガスの流量の計測値、鉄鋼精錬設備から排出される排ガスの流量の計測値、排ガスの成分濃度の計測値、精錬処理前、精錬処理途中、及び精錬処理後の溶鋼の成分濃度の計測値、及び原料の重量の計測値を含み、前記操作量は、副原料の投入量を含み、処理対象チャージの操業情報との差異が所定範囲内にある操業実績情報を有する過去チャージを選択する過去チャージ選択ステップと、前記過去チャージ選択ステップにおいて選択された過去チャージ毎に炭素のマスバランスの誤差を算出し、算出された誤差の合計値が最小になるように前記計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の補正量を算出する補正パラメータ計算ステップと、を含むことを特徴とする。
　本発明に係る鉄鋼精錬方法は、周期的もしくは指定された時刻に推定された吹錬処理途中の溶鋼の成分濃度及び温度に基づいて、送酸速度及びランス高さを算出する鉄鋼精錬方法であって、吹錬処理開始直前の溶鋼の成分濃度及び温度と、吹錬処理開始から吹錬処理途中までの送酸速度及び副原料投入量と、吹錬処理開始から吹錬処理途中までの排ガスの流量と成分濃度との計測値と、上記発明により算出された前記補正量とに基づいて、送酸速度及びランス高さを算出するステップを含むことを特徴とする。
　本発明に係る補正装置、補正方法及び鉄鋼精錬方法によれば、鉄鋼精錬設備の計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量を精度高く補正することができる。
図１は、本発明の一実施形態である計測値・操作量補正装置が適用される転炉吹錬システムの構成を示す模式図である。 図２は、本発明の一実施形態である計測値・操作量補正装置の構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態である過去チャージ選択処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施形態である補正パラメータ計算処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、本発明の一実施形態である吹錬制御処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、本発明の一実施形態である送酸速度の操作量設定パターンを示す図である。 図７は、本発明の一実施形態であるランス高さの操作量設定パターンを示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である計測値・操作量補正装置の構成及びその補正方法について説明する。なお、本実施形態は、本発明に係る補正装置を転炉吹錬プロセスにおいて発生する排ガスの流量及び成分の計測値と副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の計算値とを補正する処理に適用したものである。通常、転炉吹錬プロセスでは、排ガスの流量及び成分はダクト内に設置された計測装置を用いて計測される。しかしながら、一般に、ダクト内における計測装置の計測環境は悪いために、排ガスの流量及び成分の計測誤差は大きい。一方、副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量は、予め設定された副原料中における炭素の割合に基づいて計算される。しかしながら、副原料中の各成分の割合は変動し、またその割合を操業中に計測することは困難であるために、副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の計算誤差は大きい。そこで、本発明に係る補正装置を適用することによって転炉吹錬プロセスにおいて発生する排ガスの流量及び成分の計測値と副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の計算値とを補正することとした。但し、本発明の適用範囲は本実施形態に限定されることはなく、工業用プロセス全般における計測値及び操作量を補正する処理全般に適用できることは勿論である。例えば、本発明は、ＲＨプロセス等の真空脱ガス精練プロセスに代表される二次精練設備にも適用することができる。
〔転炉吹錬プロセス〕
　始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である計測値・操作量補正装置が適用される転炉吹錬プロセスについて説明する。
　図１に示すように、本発明の一実施形態である計測値・操作量補正装置が適用される転炉吹錬プロセスでは、転炉１００内の溶鋼１０１上にランス１０２が配置され、ランス１０２の先端部から溶鋼１０１に向かって高圧酸素が噴出される。ランス１０２から噴出された高圧酸素によって溶鋼１０１内の不純物成分は酸化されてスラグ１０３内に取り込まれる（吹錬処理）。転炉１００の上部には、排ガス導煙用のダクト１０４が設置されており、ダクト１０４の内部には吹錬処理に伴い排出される排ガスの成分（例えばＣＯ，ＣＯ２，Ｏ２，Ｎ２，Ｈ２Ｏ，Ａｒ等）の濃度を検出するための排ガス検出部１０５と排ガスの流量を計測するための排ガス流量計１０６とが設けられている。
　転炉１００内の溶鋼１０１には、転炉１００の底部に形成された通気孔１０７を介して不活性ガスであるＡｒガスが吹き込まれ、Ａｒガスによって溶鋼１０１を攪拌することにより、高圧酸素と溶鋼１０１との反応が促進されるようになっている。溶鋼１０１に吹き込まれたＡｒガスの流量（攪拌ガス流量）は流量計１０８を利用して計測されている。溶鋼１０１の温度や成分は吹錬処理途中で一度計測され、計測された情報に基づいて高圧酸素の供給量（送酸量）及び供給速度（送酸速度）や攪拌ガス流量やランス１０２高さ等が周期的もしくは指定された時刻に決められる。また、吹錬処理開始直前と吹錬処理終了後には、溶鋼１０１の温度と成分との分析が行われる。
〔転炉吹錬制御システムの構成〕
　次に、図１を参照して、本発明の一実施形態である計測値・操作量補正装置が適用される転炉吹錬制御システムの構成について説明する。
　図１に示すように、本発明の一実施形態である補正装置が適用される転炉吹錬制御システムは、制御端末１０、計測値・操作量補正装置２０、入力装置３０、及び表示装置４０を主な構成要素として備えている。制御端末１０は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置によって構成されている。制御端末１０は、溶鋼１０１の成分濃度が所望の範囲内になるように送酸量、送酸速度、攪拌ガス流量、ランス１０２の高さ（ランス高さ）、及び副原料投入量を制御すると共に、送酸量、送酸速度、攪拌ガス流量、ランス高さ、及び副原料投入量の実績値のデータを操作量実績として収集する。
　計測値・操作量補正装置２０は、制御端末１０によって収集された操作量実績と排ガス検出部１０５及び排ガス流量計１０６によって計測された排ガスの成分濃度及び流量（排ガス実績）とに基づいて排ガスの流量及び成分濃度の計測値と副原料を投入することによって溶鋼１０１に加えられた炭素量の計算値とを補正し、補正結果を制御端末１０や表示装置４０に出力する。計測値・操作量補正装置２０の詳細な構成については後述する。
　入力装置３０は、キーボードやマウスポインタ等の入力装置によって構成され、後述する過去チャージ選択処理や補正パラメータ計算処理に関する各種情報を入力する際に操作される。表示装置４０は、ＣＲＴや液晶ディスプレイ等の表示装置によって構成され、計測値・操作量補正装置２０によって補正された排ガスの流量及び成分濃度の計測値や溶鋼１０１に加えられた炭素量の計算値等の計測値・操作量補正装置２０の各種処理結果を表示する。
〔計測値・操作量補正装置の構成〕
　次に、図２を参照して、計測値・操作量補正装置２０の構成について説明する。
　図２に示すように、計測値・操作量補正装置２０は、マスタ情報データベース（マスタ情報ＤＢ）２１、操業データベース（操業ＤＢ）２２、及び演算処理部２３を備えている。マスタ情報ＤＢ２１は、排ガスの流量及び成分濃度の計測値と溶鋼に加えられた炭素量の計算値との補正量を算出するために必要な物理定数、閾値、設定パラメータ等のデータを格納している。操業ＤＢ２２は、吹錬処理が完了した過去チャージに関する時系列及び時系列以外の操業実績情報と吹錬処理を実行中のチャージに関する時系列及び時系列以外の操業実績情報を格納している。
　時系列の操業実績情報は、操作量実績に関するデータ（送酸量、送酸速度、攪拌ガス流量、ランス高さ、及び副原料投入量の時系列情報）と排ガス実績に関するデータ（排ガスの成分濃度及び流量の時系列情報）とを含む。時系列以外の操業実績情報は、総送酸量の実績値と吹錬処理前後及び吹錬処理中の溶鋼の成分濃度及び温度に関するデータとを含む。演算処理部２３は、コンピュータプログラムを実行することによって、過去チャージ選択部２３ａ及び補正パラメータ計算部２３ｂとして機能する。過去チャージ選択部２３ａ及び補正パラメータ計算部２３ｂの機能については後述する。
　このような構成を有する計測値・操作量補正装置２０は、以下に示す過去チャージ選択処理及び補正パラメータ計算処理を実行することによって、排ガスの流量及び成分濃度の計測値と溶鋼に加えられた炭素量の計算値とを補正する。以下、図３及び図４に示すフローチャートを参照して、過去チャージ選択処理及び補正パラメータ計算処理を実行する際の計測値・操作量補正装置２０の動作について説明する。
〔過去チャージ選択処理〕
　始めに、図３を参照して、過去チャージ選択処理を実行する際の計測値・操作量補正装置２０の動作について説明する。
　図３は、本発明の一実施形態である過去チャージ選択処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、処理対象チャージの吹錬処理が開始される前に開始となり、過去チャージ選択処理はステップＳ１１の処理に進む。
　ステップＳ１１の処理では、過去チャージ選択部２３ａが、操業ＤＢ２２から吹錬処理が完了している過去チャージの時系列及び時系列以外の操業実績情報を読み出すと共に、マスタ情報ＤＢ２１から過去チャージ選択処理を実行するために必要な各種設定値を読み出す。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、過去チャージ選択処理はステップＳ１２の処理に進む。
　ステップＳ１２の処理では、過去チャージ選択部２３ａが、ステップＳ１１の処理によって読み出された過去チャージの時系列及び時系列以外の操業実績情報に基づいて、制約条件を満たす過去チャージを抽出する。具体的には、過去チャージ選択部２３ａは、吹錬処理の目的（脱燐吹錬、脱炭素吹錬、及び脱燐吹錬と脱炭素吹錬とを同時に行う普通吹錬のいずれか）が処理対象チャージにおける吹錬処理の目的と同じであり、吹錬処理終了時点での目標成分及び目標温度が処理対象チャージと同じ範囲（範囲の閾値はマスタ情報ＤＢ２１に保存されている）に属し、吹錬処理を行った日が現在から指定日数以内（指定日数はマスタ情報ＤＢ２１に保存されている）である過去チャージを処理対象チャージと同じ種類の過去チャージとして抽出する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、過去チャージ選択処理はステップＳ１３の処理に進む。
　ここで、上記の指定日数は、短かすぎると収集できる過去チャージ数が小さくなりすぎて誤差推定精度が悪化し、逆に長すぎると設備の経年変化や操業の変化のため指定日数の間に誤差が変化して誤差推定精度が悪化する。指定日数を決定する際、これらを考慮する必要があるが、現実的な方法としてはいくつかの指定日数に対して実際に誤差推定計算を行って、その結果を比較して適切な指定日数を決めていけばよい。なお、推定計算のために十分な過去チャージ数を収集するためには、操業状況にもよるが、指定日数を３０日程度とすれば十分であると考えられる。
　ステップＳ１３の処理では、過去チャージ選択部２３ａが、ステップＳ１２の処理によって抽出された過去チャージと処理対象チャージ（次チャージ）との間の差異を算出する。具体的には、過去チャージ選択部２３ａは、以下に示す数式（１）を利用して、処理対象チャージとｉ番目（ｉ＝１～ステップＳ１２の処理によって抽出された過去チャージの総数）の過去チャージとの間の差異値Ｄ（ｉ）を算出する。なお、数式（１）中、ｘｐは処理対象チャージにおける精錬処理直前の溶鋼の計測情報（溶鋼重量、成分、温度、送酸予定量、副原料投入予定量。ｐ＝１～計測情報の総数）、ｘ’ｉ，ｐはｉ番目の過去チャージにおける精錬処理直前の溶鋼の計測情報、Ｗｐは計測情報毎に与えられた重み係数を表している。差異値Ｄ（ｉ）の値が小さい程、処理対象チャージとの間の差異が小さい過去チャージとなり、条件の似たチャージとみなすことができる。そして、過去チャージ選択部２３ａは、算出された差異値Ｄ（ｉ）が小さい順に過去チャージをソートする。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、過去チャージ選択処理はステップＳ１４の処理に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ステップＳ１４の処理では、過去チャージ選択部２３ａが、ステップＳ１３の処理によって得られたソート順の先頭から最大Ｍ個の過去チャージを選択する。ただし、過去チャージ選択部２３ａは、処理対象チャージの操業情報との差異Ｄ（ｉ）が事前に設定された所定範囲内にある操業実績情報を有する過去チャージから選択するため、ここで選択された過去チャージ数はＭ個未満の場合がある。以降では、選択された過去チャージ数をＮ個とする。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、一連の過去チャージ選択処理は終了する。
〔補正パラメータ計算処理〕
　次に、図４を参照して、補正パラメータ計算処理を実行する際の計測値・操作量補正装置２０の動作について説明する。
　図４は、本発明の一実施形態である補正パラメータ計算処理の流れを示すフローチャートである。図４に示すフローチャートは、過去チャージ選択処理が終了したタイミングで開始となり、補正パラメータ計算処理はステップＳ２１の処理に進む。
　ステップＳ２１の処理では、補正パラメータ計算部２３ｂが、過去チャージ選択処理によって選択されたＮ個の過去チャージについて、指定された溶鋼分析サンプリング時間の間の時系列情報を操業ＤＢ２２から抽出する。具体的には、指定された溶鋼分析サンプリング時間が精錬処理直前及び精錬処理途中の２回の溶鋼分析サンプリングである場合、補正パラメータ計算部２３ｂは、ｉ番目（ｉ＝１～Ｎ）の過去チャージについて、精錬処理直前の溶鋼分析サンプリング時刻ｔｉ，０から精錬処理途中の溶鋼分析サンプリング時刻ｔｉ，１までの間の排ガスの流量、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度、及び副原料投入量の時系列情報を抽出する。なお、計測データに時間遅れがある場合、補正パラメータ計算部２３ｂは、その時間遅れを考慮して時系列情報を抽出する時間帯をずらすことが望ましい。例えば、排ガス検出部１０５の計測に時間ｔ’の時間遅れがある場合、補正パラメータ計算部は、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度に関しては時刻ｔｉ，０＋ｔ’から時刻ｔｉ，１＋ｔ’の間の時系列情報を抽出するとよい。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、補正パラメータ計算処理はステップＳ２２の処理に進む。
　ステップＳ２２の処理では、補正パラメータ計算部２３ｂが、ステップＳ２１の処理によって抽出された指定された溶鋼分析サンプリング時間の間の時系列情報を利用して、後述する炭素のマスバランス評価式の誤差パラメータ係数を算出する。具体的には、補正パラメータ計算部２３ｂは、排ガスの流量、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度、及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量（以下、副原料投入Ｃ量と表記）には以下に示す数式（２）～（４）のような誤差ｋｖ、ｋｘ、δが入っているものと仮定する。但し、誤差の値はチャージによらず同じ値をとるものとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　数式（２）～（４）中、Ｖ’ｉ，ｔ、Ｘ’ｉ，ｔ、ｍ’ｉ，ｔはそれぞれ、排ガスの単位時間当たりの流量、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度、及び副原料投入Ｃ量の真値、Ｖｉ，ｔ、Ｘｉ，ｔ、ｍｉ，ｔはそれぞれ、排ガスの流量の計測値、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度の計測値、及び副原料投入Ｃ量の計算値（操作量）を表している。ここで、ｔは１からＴの整数値をとり、ｔ＝１の場合が時刻ｔｉ，０の、ｔ＝Ｔの場合が時刻ｔｉ，１の計測値及び操作量の値となっている。また、排ガスの流量及び排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度の真値については、誤差を計測値に加える和の形式で定式化している。その理由は、例えば積の形式で真値を定式化すると、炭素のマスバランス評価式を利用して誤差ｋｖ、ｋｘを一意に決められないためである。
　数式（２）～（４）を利用することによって指定された溶鋼分析サンプリング時間の間のｉ番目の過去チャージにおける炭素入出量は、以下に示す数式（５），（６）のように表される。数式（５）は溶鋼から失われた炭素量を示し、数式（５）中、Ｍｉ，0、Ｍｉ，Ｔはそれぞれ処理直前及び処理途中の溶鋼サンプリング分析結果（炭素濃度）から計算される溶鋼中の炭素重量を表している。また、数式（６）は排ガス中の炭素量を示し、Δｔは時系列のサンプリング時間間隔、γは排ガスの体積を炭素重量に変換するための係数である。例えば排ガスの体積の単位がＮｍ３、炭素重量の単位がｋｇである場合、γは０．５４（≒１／２２．４×１２．０）として計算される。補正パラメータ計算部は、数式（５），（６）中のｋｖ、ｋｘ、δの係数及び定数項を後述する炭素のマスバランス評価式の誤差パラメータ係数として算出する。これにより、ステップＳ２２の処理は完了し、補正パラメータ計算処理はステップＳ２３の処理に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　ステップＳ２３の処理では、補正パラメータ計算部２３ｂが、以下に示す数式（７）により表される炭素のマスバランス評価式を最小にする誤差ｋｖ、ｋｘ、δを算出する。数式（７）により表される炭素のマスバランス評価式は、炭素入量と炭素出量との比と１との差を二乗した値（炭素のマスバランスの誤差）を過去チャージ毎に計算し、その値を合計したものである。炭素入量と炭素出量とが等しくなると二乗項の値は０になる。マスバランス評価式を最小にする誤差ｋｖ、ｋｘ、δは非線形計画法（例えば文献（茨木俊秀、福島雅夫著、「最適化の手法」、情報数学講座第１４巻、共立出版、１９９３年）参照）を利用して容易に計算することができる。なお、数式（７）中のＷ（δ）は誤差δの重み係数であり、誤差δの値が１であるときに最大値１をとるように設定されている。重み関数を用いる必要がない場合には、Ｗ（δ）の値が常に１になるように設定しておけばよい。これにより、ステップＳ２３の処理は完了し、補正パラメータ計算処理はステップＳ２４の処理に進む。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ステップＳ２４の処理では、補正パラメータ計算部２３ｂが、ステップＳ２３の処理によって得られた炭素のマスバランス評価式を最小にする誤差ｋｖ、ｋｘ、δ（補正量）と処理対象チャージの排ガスの流量の計測値、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度の計測値、及び副原料投入Ｃ量の計算値とを数式（２）～（４）に代入することによって、排ガスの流量、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度、及び副原料投入Ｃ量の真値を算出する。そして、補正パラメータ計算部２３ｂは、算出された排ガスの流量、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度、及び副原料投入Ｃ量の真値に関する情報を制御端末１０や表示装置４０に出力する。これにより、ステップＳ２４の処理は完了し、補正パラメータ計算処理はステップＳ２５の処理に進む。
　ステップＳ２５の処理では、補正パラメータ計算部２３ｂが、処理対象チャージの吹錬プロセスが完了したか否かを判別する。判別の結果、処理対象チャージの吹錬プロセスが完了していない場合（ステップＳ２５，Ｎｏ）、補正パラメータ計算部２３ｂは補正パラメータ計算処理をステップＳ２４の処理に戻す。一方、処理対象チャージの吹錬プロセスが完了した場合には（ステップＳ２５、Ｙｅｓ）、補正パラメータ計算部２３ｂは一連の補正パラメータ計算処理を終了する。
　以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である計測値・操作量補正装置２０では、過去チャージ選択部２３ａが、処理対象チャージの操業情報との差異が所定範囲内にある操業実績情報を有する過去チャージを選択し、補正パラメータ計算部２３ｂが、過去チャージ選択部２３ａによって選択された過去チャージ毎に炭素のマスバランスの誤差を算出し、算出された誤差の合計値が最小になるように計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の計算値の補正量を算出する。
　これにより、鉄鋼精錬設備の計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の計算値を精度高く補正することができる。また、この補正量を用いることによって、溶鋼中の炭素濃度をリアルタイムで精度高く推定することが可能となり、精錬処理の終了時点における炭素濃度を精度高く制御し、精錬処理に要する時間を短縮することができる。実際、本発明を転炉普通吹錬処理の実データに適用して排ガスの計測値及び副原料Ｃ投入量を補正して溶鋼中の炭素濃度を推定したところ、補正しない場合と比較して誤差平均を１／４程度に低減することができた。
［吹錬制御処理］
　以下に、上記実施の形態の計測値・操作量補正装置２０により補正された計測値よび操作量を用いた吹錬制御処理について説明する。本吹錬制御は、送酸速度およびランス高さを決定するものであり、制御端末１０が自動的に計算を行う。
　図５は、吹錬制御処理の流れを示すフローチャートである。吹錬が開始されると、計測値・操作量補正装置２０から、補正された排ガスの流量、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度、及び副原料投入Ｃ量の情報が送信される。図５のフローチャートは、それらの送信された情報を受信したタイミングで開始となり、吹錬制御処理はステップＳ３１の処理に進む。
　ステップＳ３１の処理では、制御端末１０が、現在の溶鋼中炭素濃度を以下に示す数式（８）および数式（９）により推定する。なお、時刻ｔの溶鋼中炭素濃度Ｐ（ｔ）（単位：％）は、吹錬開始から吹錬処理途中の溶鋼分析サンプリングまでは数式（８）により、それ以降は数式（９）により計算される。また、Ｗｔｏｔａｌは初期溶鋼重量と投入したスクラップ重量との合計値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　ここで、数式（８），（９）の分子は、溶鋼中に残っている炭素重量の計算式である。分子の１項目が成分計測時点での溶鋼中炭素量を示し、２項目が成分計測後に炉内に投入された副原料中炭素量（副原料投入Ｃ量）を示し、３項目は成分計測後に排ガスとして設備外に出て行った炭素量を示す。また、ｍ， i,τ、Ｖ， i,τＸ， i,τは、補正後の副原料中炭素量（副原料投入Ｃ量）、排ガスの流量、排ガス中ＣＯ，ＣＯ２濃度を示している（前述の数式（２）～（４）に相当）。吹錬途中の溶鋼サンプリングまでの溶鋼中炭素濃度は、処理直前の溶鋼成分計測値を用いて数式（８）により計算される。また、吹錬途中の溶鋼サンプリングによって最新の溶鋼中炭素濃度の計測値が得られた後の溶鋼中炭素濃度は、最新の溶鋼成分計測値と数式（９）とにより計算される。これにより、ステップＳ３１の処理は完了し、吹錬制御処理はステップＳ３２の処理に進む。
　ステップＳ３２の処理では、制御端末１０が、ステップＳ３１の処理で計算された溶鋼中炭素濃度Ｐ（ｔ）に基づいて、送酸速度、ランス高さを決定する。その際、制御端末１０は、図６および図７に示す操作量設定パターンを参照して、送酸速度およびランス高さの操作量を算出する。図６および図７に示すように、制御端末１０には複数の操作量設定パターンが保存されており、溶鋼の目標溶鋼成分濃度、目標溶鋼温度、処理前の溶鋼重量、各成分濃度に基づいて参照する操作量設定パターンが選択される。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、一連の吹錬制御処理は終了する。
　吹錬制御処理では、溶鋼中炭素濃度の推定精度が制御性能に大きな影響を及ぼす。以上に説明したように、本実施例では、制御端末１０が、計測値・操作量補正装置２０により補正された排ガスの流量、排ガス中のＣＯ，ＣＯ２濃度、及び副原料投入Ｃ量の情報に基づいて溶鋼中の炭素濃度を推定する。これにより、排ガス計測値および副原料中の炭素量が正確な値に補正されているため、溶鋼中炭素濃度の推定精度が向上し、高い制御性能を実現することができる。
　以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
　以上のように、本発明は、鉄鋼精錬設備の計測値及び操作量を補正する処理に適用することができる。
　１０　制御端末
　２０　計測値・操作量補正装置
　２１　マスタ情報データベース（マスタ情報ＤＢ）
　２２　操業データベース（操業ＤＢ）
　２３　演算処理部
　２３ａ　過去チャージ選択部
　２３ｂ　補正パラメータ計算部
　３０　入力装置
　４０　表示装置
　１００　転炉
　１０１　溶鋼
　１０２　ランス
　１０３　スラグ
　１０４　ダクト
　１０５　排ガス検出部
　１０６　排ガス流量計
　１０７　通気孔
　１０８　流量計

Claims (5)

  1. 　鉄鋼精錬設備の計測値及び操作量を補正する補正装置であって、
    　前記計測値は、鉄鋼精錬設備に供給されるガスの流量の計測値、鉄鋼精錬設備から排出される排ガスの流量の計測値、排ガスの成分濃度の計測値、精錬処理前、精錬処理途中、及び精錬処理後の溶鋼の成分濃度の計測値、及び原料の重量の計測値を含み、前記操作量は、副原料の投入量を含み、
    　過去チャージの操業実績情報を格納する操業データベースと、
    　前記操業データベースの中から処理対象チャージの操業情報との差異が所定範囲内にある操業実績情報を有する過去チャージを選択する過去チャージ選択部と、
    　前記過去チャージ選択部によって選択された過去チャージ毎に炭素のマスバランスの誤差を算出し、算出された誤差の合計値が最小になるように前記計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の補正量を算出する補正パラメータ計算部と、
    　を備えることを特徴とする補正装置。
  2. 　前記補正パラメータ計算部は、炭素の入出量比と１との差の二乗値に重み係数を乗算した値を炭素のマスバランスの誤差として算出することを特徴とする請求項１に記載の補正装置。
  3. 　前記補正パラメータ計算部は、排ガスの流量の補正量及び排ガスの成分濃度の補正量の少なくとも一方を対応する計測値に加算することによって、排ガスの流量及び排ガスの成分濃度の少なくとも一方を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の補正装置。
  4. 　鉄鋼精錬設備の計測値及び操作量を補正する補正方法であって、
    　前記計測値は、鉄鋼精錬設備に供給されるガスの流量の計測値、鉄鋼精錬設備から排出される排ガスの流量の計測値、排ガスの成分濃度の計測値、精錬処理前、精錬処理途中、及び精錬処理後の溶鋼の成分濃度の計測値、及び原料の重量の計測値を含み、前記操作量は、副原料の投入量を含み、
    　処理対象チャージの操業情報との差異が所定範囲内にある操業実績情報を有する過去チャージを選択する過去チャージ選択ステップと、
    　前記過去チャージ選択ステップにおいて選択された過去チャージ毎に炭素のマスバランスの誤差を算出し、算出された誤差の合計値が最小になるように前記計測値及び副原料を投入することによって溶鋼に加えられた炭素量の補正量を算出する補正パラメータ計算ステップと、
    　を含むことを特徴とする補正方法。
  5. 　周期的もしくは指定された時刻に推定された吹錬処理途中の溶鋼の成分濃度及び温度に基づいて、送酸速度及びランス高さを算出する鉄鋼精錬方法であって、
    　吹錬処理開始直前の溶鋼の成分濃度及び温度と、水冷処理開始から吹錬処理途中までの送酸速度及び副原料投入量と、吹錬処理開始から吹錬処理途中までの排ガスの流量と成分濃度との計測値と、請求項１～３のいずれか１項に記載の補正装置により算出された前記補正量とに基づいて、送酸速度及びランス高さを算出するステップを含むことを特徴とする鉄鋼精錬方法。
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