特許 6414045 溶湯成分推定装置及び溶湯成分推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6414045

(24)【登録日】2018年10月12日

(45)【発行日】2018年10月31日

(54)【発明の名称】溶湯成分推定装置及び溶湯成分推定方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 5/46 20060101AFI20181022BHJP

   C21C 5/35 20060101ALI20181022BHJP

【ＦＩ】

   C21C5/46 A

   C21C5/35

【請求項の数】2

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-253342(P2015-253342)

(22)【出願日】2015年12月25日

(65)【公開番号】特開2017-115216(P2017-115216A)

(43)【公開日】2017年6月29日

【審査請求日】2017年7月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】富山 伸司

【審査官】 河口 展明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１４９３４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ ５／００，５／２８−５／５０

Ｃ２１Ｃ ７／００−７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

精錬設備における吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する溶湯成分推定装置であって、
前記精錬設備から排出される排ガスの流量及び成分に関する情報を少なくとも含む操業実績情報を格納する実績データベースと、
吹錬処理反応途中における溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭モデル式及び該脱炭モデル式を構成するパラメータに関する情報を少なくとも含む脱炭モデル情報を格納するモデルデータベースと、
前記実績データベースに格納されている操業実績情報と前記モデルデータベースに格納されている脱炭モデル情報とを用いて、吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する推定計算部と、
前記推定計算部によって推定された吹錬処理途中の溶湯の成分濃度に関する情報を出力する出力装置と、を備え、
前記推定計算部は、以下の数式（６）に示す評価関数又は以下の数式（８）に示す評価関数を最小化する溶湯の炭素濃度を吹錬処理途中の溶湯の炭素濃度として推定することを特徴とする溶湯成分推定装置。

【数1】

【数2】

ここで、σ，α，β，γは重みパラメータ、Ｃ_ｔは現在時刻ｔにおける溶湯中炭素濃度、Δｔはｔ−１時点〜ｔ時点（１ステップ分）の時間間隔、Ｒは脱炭効率、Ｏ_ｔは現在時刻ｔにおける上吹送酸速度、Ｗ_{ｔｏｔａｌ}は主原料及び副原料の装入量の合計値、ｙ_ｔ−τ’は現在時刻ｔよりτ秒前の脱炭速度、Ｃ_ｔ−τ’は前回の推定計算で得られた現在時刻ｔよりτ秒前の溶湯中炭素濃度、Ｄは誤差係数、Ｄ’は誤差係数Ｄの標準値を示す。

【請求項2】

精錬設備における吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する溶湯成分推定方法であって、
前記精錬設備から排出される排ガスの流量及び成分に関する情報を少なくとも含む操業実績情報と吹錬処理反応途中における溶湯中の炭素濃度と脱炭効率との関係を示す脱炭モデル式及び該脱炭モデル式を構成するパラメータに関する情報を少なくとも含む脱炭モデル情報とを用いて、吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する推定計算ステップと、
前記推定計算ステップにおいて推定された吹錬処理途中の溶湯の成分濃度に関する情報を出力する出力ステップと、を含み、
前記推定計算ステップは、以下の数式（６）に示す評価関数又は以下の数式（８）に示す評価関数を最小化する溶湯の炭素濃度を吹錬処理途中の溶湯の炭素濃度として推定するステップを含むことを特徴とする溶湯成分推定方法。

【数3】

【数4】

ここで、σ，α，β，γは重みパラメータ、Ｃ_ｔは現在時刻ｔにおける溶湯中炭素濃度、Δｔはｔ−１時点〜ｔ時点（１ステップ分）の時間間隔、Ｒは脱炭効率、Ｏ_ｔは現在時刻ｔにおける上吹送酸速度、Ｗ_{ｔｏｔａｌ}は主原料及び副原料の装入量の合計値、ｙ_ｔ−τ’は現在時刻ｔよりτ秒前の脱炭速度、Ｃ_ｔ−τ’は前回の推定計算で得られた現在時刻ｔよりτ秒前の溶湯中炭素濃度、Ｄは誤差係数、Ｄ’は誤差係数Ｄの標準値を示す。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、精錬設備における吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する溶湯成分推定装置及び溶湯成分推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製鉄所では、高炉において鉄鉱石を溶解させた後、精錬設備において溶湯の成分及び温度を調整する。精錬設備には、予備処理設備、転炉、二次精錬設備と、処理目的に応じて様々なものがある。例えば精錬設備の代表格である転炉では、炉内に酸素を吹き込むことによって溶湯中の不純物の除去及び昇温が行われ（吹錬処理）、吹錬処理後の溶湯の成分及び温度が指定された範囲内に収まるように制御が行われる。しかしながら、溶湯中における酸化反応は激しく、溶湯が高温になるため、溶湯中の成分及び温度を時々刻々計測することは困難である。このため、現実の操業では、吹錬処理途中の溶湯をサンプリングし、その情報及び吹錬反応モデル式に基づいて吹錬処理終了までの吹錬制御（必要送酸量や冷却材投入量の決定）の計算を行っている。

【0003】

溶湯の成分や温度の情報を連続的に収集できると、吹錬制御の計算精度を大幅に向上させることができる。現状、連続的に収集できる情報には、操作量の他に排ガスに関する情報（流量、各成分濃度）がある。排ガスに関する情報を用いることによって炉外に排出された炭素量を推定し、物質収支バランス関係式から排出炭素量に基づいて溶湯中の炭素濃度を計算できる。しかしながら、一般的に排ガスに関する情報は誤差が大きい。例えば排ガスの流量値は、オリフィス（絞り）やベンチュリ管を排ガス管に設置し、その前後の圧力降下から推定されることが多い。ところが、排ガスの圧力、温度、及び流量は頻繁に大きく変動するため、上述した方法では流量値の推定誤差が大きくなる傾向がある。このような背景から、特許文献１には、鉄鋼精錬プロセスの排ガス流量に関して、過去実績に基づいて計測値を補正する係数を計算し、吹錬処理途中の溶湯の分析結果に基づいてさらに係数を補正して、その情報に基づいて吹錬処理途中の溶湯中の炭素濃度をリアルタイムで推定する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−２７２９１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載されている方法をもってしても、吹錬処理途中の溶湯中の炭素濃度を正確に推定することは難しい場合がある。それは、吹錬処理途中の溶湯の成分分析以降に排ガスとして出て行く炭素量（一酸化炭素と二酸化炭素に含まれる）が溶湯に残る炭素の量よりはるかに多い場合である。排ガス情報から計算されるのは前者の炭素量であり、溶湯に残る炭素量は溶湯分析時の推定炭素量から排ガスから出て行く炭素量を差し引いて計算される。このため、吹錬処理途中の溶湯の成分分析以降に排ガスとして出て行く炭素量が溶湯に残る炭素の量よりはるかに多い場合、排ガスに関する情報の誤差が小さい場合であっても、溶湯中の炭素濃度に対する相対的な誤差が非常に大きくなり、溶湯の炭素濃度を精度高く推定できなくなる。

【0006】

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、精錬設備における吹錬処理途中の溶湯の炭素濃度を精度高く推定可能な溶湯成分推定装置及び溶湯成分推定方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る溶湯成分推定装置は、精錬設備における吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する溶湯成分推定装置であって、前記精錬設備から排出される排ガスの流量及び成分に関する情報を少なくとも含む操業実績情報を格納する実績データベースと、吹錬反応のモデル式及び該モデル式を構成するパラメータに関する情報を少なくとも含むモデル情報を格納するモデルデータベースと、前記実績データベースに格納されている操業実績情報と前記モデルデータベースに格納されているモデル情報とを用いて、吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する推定計算部と、前記推定計算部によって推定された吹錬処理途中の溶湯の成分濃度に関する情報を出力する出力装置と、を備え、前記推定計算部は、前記操業実績情報から推定された脱炭速度と前記モデル情報から推定された脱炭速度との差に関する項と、溶湯中の炭素の収支バランス関係式の誤差に関する項と、を含む評価関数を最小化する溶湯の炭素濃度を吹錬処理途中の溶湯の炭素濃度として推定することを特徴とする。

【0008】

本発明に係る溶湯成分推定装置は、上記発明において、前記評価関数は、前記操業実績情報から推定された脱炭速度と前記モデル情報から推定された脱炭速度との差の二乗値及び溶湯中の炭素の収支バランス関係式の誤差の二乗値のうちの少なくとも一方を項として含む重み付き和によって構成されていることを特徴とする。

【0009】

本発明に係る溶湯成分推定方法は、精錬設備における吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する溶湯成分推定方法であって、前記精錬設備から排出される排ガスの流量及び成分に関する情報を少なくとも含む操業実績情報と吹錬反応のモデル式及び該モデル式を構成するパラメータに関する情報を少なくとも含むモデル情報とを用いて、吹錬処理途中の溶湯の成分濃度を推定する推定計算ステップと、前記推定計算ステップにおいて推定された吹錬処理途中の溶湯の成分濃度に関する情報を出力する出力ステップと、を含み、前記推定計算ステップは、前記操業実績情報から推定された脱炭速度と前記モデル情報から推定された脱炭速度との差に関する項と、溶湯中の炭素の収支バランス関係式の誤差に関する項と、を含む評価関数を最小化する溶湯の炭素濃度を吹錬処理途中の溶湯の炭素濃度として推定するステップを含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る溶湯成分推定装置及び溶湯成分推定方法によれば、精錬設備における吹錬処理途中の溶湯の炭素濃度を精度高く推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、本発明の一実施形態である溶湯成分推定装置の構成を示す模式図である。

【図2】図２は、図１に示す演算処理部の構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、脱炭モデル曲線の一例を示す図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態である溶湯成分推定処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である溶湯成分推定装置の構成及びその動作について説明する。

【0013】

〔構成〕
初めに、図１，図２を参照して、本発明の一実施形態である溶湯成分推定装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である溶湯成分推定装置の構成を示す模式図である。図２は、図１に示す演算処理部１５の構成を示すブロック図である。

【0014】

図１に示すように、本発明の一実施形態である溶湯成分推定装置１は、精錬設備２における吹錬処理途中の溶湯１０１の成分濃度を推定するものである。精錬設備２は、転炉１００、ランス１０２、及びダクト１０４を備えている。ランス１０２は、転炉１００内の溶湯（溶鋼）１０１上に配置されている。ランス１０２の先端から下方の溶湯１０１に向けて高圧酸素が噴出される。この高圧酸素によって溶湯１０１内の不純物が酸化されてスラグ１０３内に取り込まれる（吹錬処理）。

【0015】

転炉１００の上部には、排ガス導煙用のダクト１０４が設置されている。ダクト１０４の内部には排ガス検出部１０５が配置されている。排ガス検出部１０５は、吹錬処理に伴い排出される排ガスの流量及び成分（例えばＣＯ，ＣＯ_２，Ｏ_２，Ｎ_２，Ｈ_２Ｏ，Ａｒ等）を検出する。排ガス検出部１０５は、ダクト１０４内に設けられたオリフィスの前後の差圧に基づいてダクト１０４内の排ガスの流量を計測する。排ガス検出部１０５は、排ガス中の各成分の濃度［％］を計測する。排ガスの流量及び成分濃度は、例えば数秒周期で計測される。排ガス検出部１０５の検出結果を示す信号は制御端末１０に送られる。

【0016】

転炉１００内の溶湯１０１には、転炉１００の底部に形成されている通気孔１０６を介して撹拌ガスが吹き込まれる。撹拌ガスはＡｒ等の不活性ガスである。撹拌ガスは、溶湯１０１を撹拌し、高圧酸素と溶湯１０１との反応を促進する。流量計１０７は、転炉１００に吹き込まれる撹拌ガスの流量を計測する。吹錬処理開始直前及び吹錬処理後には、溶湯１０１の温度及び成分濃度の分析が行われる。溶湯１０１の温度及び成分濃度は、吹錬処理途中で一度又は複数回計測され、計測された温度及び成分濃度に基づいて高圧酸素の供給量（送酸量）及び速度（送酸速度）や撹拌ガスの流量（撹拌ガス流量）等が制御される。

【0017】

本発明の一実施形態である溶湯成分推定装置１が適用される吹錬処理制御システムは、制御端末１０、溶湯成分推定装置１、及び表示装置２０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、溶湯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、及び攪拌ガス流量を制御すると共に、送酸量、送酸速度、及び攪拌ガス流量の実績値のデータを収集する。

【0018】

溶湯成分推定装置１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、入力装置１１、モデルデータベース（モデルＤＢ）１２、実績データベース（実績ＤＢ）１３、演算結果データベース（演算結果ＤＢ）１４、演算処理部１５、及び出力装置１６を備えている。

【0019】

入力装置１１は、精錬設備２に関する各種の計測結果及び実績情報が入力される入力用インターフェースである。入力装置１１には、キーボード、マウス、ポインティングディバイス、データ受信装置、及びグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）等を例示できる。入力装置１１は、実績データやパラメータ設定値等を外部から受け取り、その情報のモデルＤＢ１２への書き込み、演算処理部１５への送信を行う。

【0020】

入力装置１１には、精錬設備２における吹錬処理開始前及び吹錬処理途中の少なくとも何れか一方の溶湯１０１の温度と成分濃度についての計測結果が入力される。温度と成分濃度についての計測結果は、例えばオペレータによる手入力、記録媒体からの読み込み入力等によって入力装置１１に入力される。また、入力装置１１には、制御端末１０から実績情報が入力される。

【0021】

モデルＤＢ１２は、精錬設備２における吹錬処理反応に関するモデル式に関する情報を格納している。モデルＤＢ１２は、吹錬処理反応に関するモデル式に関する情報として、吹錬処理反応のモデル式及びそのパラメータを格納している。また、モデルＤＢ１２には、入力装置１１に入力された各種情報が格納される。モデルＤＢ１２に格納されているモデル式に関する情報の詳細については後述する。

【0022】

実績ＤＢ１３は、入力装置１１を介して制御端末１０から入力された実績情報を格納している。実績情報には、排ガス検出部１０５によって計測された排ガスの流量及び成分濃度についての情報、送酸量及び送酸速度の情報、撹拌ガス流量の情報、原料（主原料、副原料）投入量の情報、溶湯１０１の成分、温度情報等が含まれる。

【0023】

演算結果ＤＢ１４は、演算処理部１５による溶湯１０１中の成分濃度の推定計算結果を格納している。

【0024】

演算処理部１５は、ＣＰＵ等の演算処理装置であり、溶湯成分推定装置１全体の動作を制御する。図２に示すように、演算処理部１５は、制御プログラムを実行することによって、実績情報読込部１５ａ、モデル情報読込部１５ｂ、及び推定計算部１５ｃとして機能する。これら各部の機能については後述する。

【0025】

出力装置１６は、演算処理部１５による溶湯１０１中の成分濃度の推定計算結果を出力する。出力装置１６は、制御端末１０及び表示装置２０とそれぞれ接続されており、制御端末１０及び表示装置２０に対して推定計算結果を出力する。制御端末１０は、出力装置１６から送られる推定計算結果に基づいて送酸量や送酸速度、撹拌ガス流量等の操作量を制御する。また、表示装置（ＣＲＴ）２０は、出力装置１６から送られる推定計算結果の推移を画面等の表示部にチャート表示する。

【0026】

〔モデル式の構成〕
次に、図３を参照して、モデルＤＢ１２に格納されているモデル式について説明する。

【0027】

本実施形態では、モデルＤＢ１２に格納されているモデル式は、吹錬処理反応途中における溶湯１０１中の炭素濃度Ｃと脱炭効率Ｒとの関係を示す脱炭モデル式である。ここで、脱炭効率Ｒとは、転炉１００内に吹き込まれた単位酸素量に対する溶湯１０１から取り除かれる炭素量のことを意味する。例えば吹き込まれた酸素によって溶湯１０１中の炭素Ｃが酸化されてＣＯ_２になった場合は、２２．４［Ｎｍ^３］（＝１ｋｍｏｌ）の酸素で１ｋｍｏｌの炭素（１２ｋｇ）が脱炭されることになるため（Ｃ+Ｏ_２→ＣＯ_２）、脱炭効率Ｒは以下に示す数式（１）のように計算される。また、溶湯１０１中の炭素Ｃが一酸化炭素ＣＯになった場合には、２２．４［Ｎｍ^３］（＝１ｋｍｏｌ）の酸素で２ｋｍｏｌの炭素（２４ｋｇ）が脱炭されることになる（２Ｃ＋Ｏ_２→２ＣＯ）ため、脱炭効率Ｒは以下に示す数式（２）のように計算される。後者の反応では吹き込まれた酸素が全て一酸化炭素ＣＯの生成に使われるため、少ない酸素量でより多くの炭素を取り除くことができ脱炭効率Ｒが高くなる。

【0028】

【数1】

【数2】

【0029】

脱炭モデル式は、例えば吹錬処理モデルに基づいて定められ、図３に示す脱炭効率曲線が以下に示す数式（３）で定義されているものとする。ここで、数式（３）において、Ｃは溶湯１０１中の炭素濃度［％］を示しており、曲線の形状は炭素濃度Ｃが大きいほど脱炭効率Ｒが高いことを示している。また、パラメータｍ、β、及びＲmaxは、いずれもモデルパラメータを示し、正の定数として定められる。パラメータｍは、溶湯中の炭素濃度Ｃの下限値を示し、本実施形態では炭素濃度Ｃがこの値ｍよりも小さくならないと仮定している。パラメータβは、転炉１００内のスラグ１０３の重量の関数として設定されている。パラメータβの値は、転炉１００に投入された副原料（石灰等）の重量等の操作量に基づいて決定される。パラメータＲmaxは、脱炭効率Ｒの上限値（以下、単に「上限効率」と称する。）を示している。上限効率Ｒmaxは、上記の反応（２Ｃ＋Ｏ_２→２ＣＯ）における脱炭効率Ｒに溶湯１０１中の酸素及びスラグ１０３中の酸素による脱炭反応量の上限値を加えた値である。これらのパラメータ及び脱炭モデル式についての情報はモデルＤＢ１２に格納されている。また、操業条件に応じて異なる設定ができるように、モデルＤＢ１２には、操業条件とその操業条件に応じたパラメータ（関数）組とが関連づけられて格納されている。

【0030】

【数3】

【0031】

数式（３）に示す脱炭モデル式に基づいた脱炭反応モデルを以下の数式（４），（５）に示す。数式（４），（５）において、ｔは時系列情報の順番を表す添え字を意味し、ｔ番目の次の推定結果にはｔ＋１番目というインデックスがつけられる。インデックスが同じ変数は同じ時刻の変数を意味している。また、Ｃ_ｔは、ｔ時点での溶湯中炭素濃度（％）を示し、Ｏ_ｔはｔ時点での上吹送酸速度（Ｎｍ^３／Ｈｒ）、ｙ_ｔはｔ時点での脱炭速度（ｋｇ／Ｈｒ）を示し、Δｔはｔ−１時点〜ｔ時点（１ステップ分）の時間間隔（ｓｅｃ，固定値）を示し、Ｗ_{ｔｏｔａｌ}は主原料及び副原料の装入量の合計値（ｔｏｎ，吹錬中は固定値）を示している。

【0032】

【数4】

【数5】

【0033】

数式（４）では、第２項が脱炭反応によって酸化される炭素濃度を意味しており、この項によって溶湯中の炭素濃度は減少する。なお、本実施形態では、溶湯中炭素濃度を推定している際には、炭素分を含んだ副原料を投入しない操業を想定しているが、推定中に炭素分を含む副原料を投入する場合には数式（４）の右辺にｔ−１時点〜ｔ時点の間に投入された副原料中の炭素による溶湯中炭素濃度の上昇量の項を追加する。数式（５）は脱炭速度の計算式であり、ｙ_ｔは排ガス情報から計算できる。これらのパラメータ及び脱炭モデル式についての情報はモデルＤＢ１２に格納されている。また、操業条件に応じて異なる設定ができるように、モデルＤＢ１２には、操業条件とその操業条件に応じたパラメータ（関数）組とが関連づけられて格納されている。

【0034】

このような構成を有する溶湯成分推定装置１では、演算処理部１５が以下に示す溶湯成分推定処理を実行することによって、吹錬処理途中における溶湯の炭素濃度の推定精度を向上させる。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この溶湯成分推定処理を実行する際の演算処理部１５の動作について説明する。

【0035】

〔溶湯成分推定処理〕
図４は、本発明の一実施形態である溶湯成分推定処理に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、吹錬処理途中に指定されたイベントが発生したタイミングで開始となり、溶湯成分推定処理はステップＳ１の処理に進む。なお、指定されたイベントとしては、吹錬処理途中の溶湯サンプルの成分濃度情報到着時等を例示できる。

【0036】

ステップＳ１の処理では、実績情報読込部１５ａが、実績ＤＢ１３から吹錬処理途中のチャージの操業情報を収集する。収集される操業情報には、吹錬処理前の溶湯の温度及び成分濃度、吹錬処理後の溶湯の目標温度及び目標成分濃度、吹錬処理途中の溶湯の成分濃度、吹錬種類、吹込酸素量計画値、ランス高さ計画値、副原料投入量計画値、製品規格、使用設備（ランス）種類情報等が含まれる。そして、実績情報読込部１５ａは、収集した操業情報を推定計算部１５ｃに出力する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、溶湯成分推定処理はステップＳ２の処理に進む。

【0037】

ステップＳ２の処理では、モデル情報読込部１５ｂが、モデルＤＢ１２から脱炭モデル式及びそのパラメータに関する情報を読み込み、読み込んだ情報を推定計算部１５ｃに出力する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、溶湯成分推定処理はステップＳ３の処理に進む。

【0038】

ステップＳ３の処理では、推定計算部１５ｃが、溶湯中炭素濃度の推定計算を行うために必要な時系列情報を収集する。時系列情報としては、上吹送酸量、排ガス情報（流量、成分情報）である。収集される時系列情報の範囲は現時点よりもＴ秒前の時点から現時点までの範囲である。ステップＳ３及び後述するステップＳ４の処理は時間Δｔ毎に実行されるが、Δｔは時系列情報の収集時間間隔の整数倍（但し、１以上）に設定されるものとする。本実施例では排ガス流量等の収集間隔を1ｓｅｃと想定しているので、Δｔは1ｓｅｃ、２ｓｅｃ、３ｓｅｃ等の値に設定されることになる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、溶湯成分推定処理はステップＳ４の処理に進む。

【0039】

ステップＳ４の処理では、推定計算部１５ｃが、溶湯中炭素濃度の推定計算を実行する。具体的には、推定計算部１５ｃは、以下の数式（６）に示す評価関数を最小化する溶湯中炭素濃度Ｃ_ｔ−Ｔ，…，Ｃ_ｔを溶湯中炭素濃度の推定値として算出する。なお、ｔは現在時刻に対応するインデックスであり、ｔ−Ｔは現在時刻からＴ秒前の時刻に対応するインデックスである。

【0040】

【数6】

【0041】

ここで、数式（６）の第１項目は、溶湯中の炭素の収支バランス関係式の誤差の二乗値、換言すれば、数式（４）によって算出される溶湯中炭素濃度Ｃ_ｔの誤差を小さくするための項である。数式（６）の第２項目及び第３項目は、脱炭モデル式から算出される脱炭速度と排ガス情報から算出される脱炭速度との差の二乗値である。換言すれば、第２項目は、図３に示す脱炭効率曲線の誤差を小さくするための項であり、第３項目は、前回の推定計算の結果（溶湯中炭素濃度）と今回の推定計算結果との差を小さくするための項である。分母のσ，α，βはいずれもモデルＤＢ１２から読み込まれる固定（重み）パラメータであり、ステップＳ１の処理において収集される操業情報に応じて異なる値を設定できる。また、ｙ_ｔ−τ’，Ｃ_ｔ−τ’はそれぞれ、現在時刻よりτ秒前の脱炭速度（排ガス情報から計算）、及び前回の推定計算で得られた現在時刻よりτ秒前の溶湯中炭素濃度を意味している。すなわち、ｙ_ｔ−τ’は以下に示す数式（７）により計算される値である。

【0042】

【数7】

【0043】

ここで、数式（７）において、Ｖ_ｔ−τは現在時刻よりτ秒前の排ガス流量（Ｎｍ^３／Ｈｒ）、Ｘ_ｔ−τ^ＣＯは現在時刻よりτ秒前の排ガス中ＣＯ濃度（％）、Ｘ_ｔ−τ^ＣＯ２は現在時刻よりτ秒前の排ガス中ＣＯ_２濃度（％）を意味している。なお、排ガス流量やＣＯ濃度、ＣＯ_２濃度の成分分析収集に時間がかかって遅れが発生する場合には、遅れ時間分だけ時間をスライドさせて数式（７）を計算する。この場合には現在時刻付近の時間帯において、排ガス情報が未収集であるため数式（７）の計算ができなくなるが、計算できなかった時間帯分については、数式（６）の第２項に含めずに推定計算を行えばよい。

【0044】

また、排ガス流量や成分濃度の計測値にズレがあって数式（７）の計算で誤差が含まれることがわかっている場合には、数式（６）に示す評価関数を以下の数式（８）に示す形式にするとよい。数式（８）式の第２項には誤差係数Ｄが追加されており、４項目には誤差計数Ｄとその標準値Ｄ’との２乗誤差項が追加されている。Ｄ’、γは設定パラメータであり、モデルＤＢ１２から読み込まれる。また、Ｄ’は過去実績や経験に基づいて設定する。この場合には評価関数を溶湯中炭素濃度Ｃ_ｔ−Ｔ，…，Ｃ_ｔ及び変数Ｄを調整することによって最小化する。また、数式（７），（８）において、吹錬途中の溶湯炭素濃度分析値があればその値を第３項のＣ’に代入してもよい。

【0045】

【数8】

【0046】

数式（６）及び数式（８）に示す評価関数を最小化するには様々な方法があるが、例えば準ニュートン法等のような非線形計画法を使うと高速に計算結果を得ることが可能である（参考文献（今野浩、山下浩著：非線形計画法、日科技連）参照）。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、溶湯成分推定処理はステップＳ５の処理に進む。

【0047】

ステップＳ５の処理では、推定計算部１５ｃが、吹錬処理が終了したか否かを判別する。判別の結果、吹錬処理が終了した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、推定計算部１５ｃは、一連の溶湯成分推定処理を終了する。一方、吹錬処理が終了していない場合には（ステップＳ５：Ｎｏ）、推定計算部１５ｃは、溶湯成分推定処理をステップＳ６の処理に進める。

【0048】

ステップＳ６の処理では、推定計算部１５ｃが、前回推定計算を行った時点からΔｔ秒経過したか否かを判別する。判別の結果、Δｔ秒が経過した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、推定計算部１５ｃは、溶湯成分推定処理をステップＳ３の処理に戻す。一方、Δｔ秒が経過していない場合には（ステップＳ６：Ｎｏ）、推定計算部１５ｃは、溶湯成分推定処理をステップＳ５の処理に戻す。

【0049】

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溶湯成分推定処理では、推定計算部１５ｃが、操業実績情報から推定された脱炭速度とモデル情報から推定された脱炭速度との差に関する項と、溶湯中の炭素の収支バランス関係式の誤差に関する項と、を含む評価関数を最小化する溶湯の炭素濃度を吹錬処理途中の溶湯の炭素濃度として推定する。このような構成によれば、脱炭速度計算式と物質収支バランス関係式との２種類のモデル式を使用するので、排ガス情報に誤差が生じた場合であっても、推定誤差を小さく抑え、精錬設備における吹錬処理途中の溶湯の炭素濃度を精度高く推定することができる。

【0050】

以上、本発明者ら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。

【符号の説明】

【0051】

１ 溶湯成分推定装置
２ 吹錬設備
１０ 制御端末
１１ 入力装置
１２ モデルデータベース（モデルＤＢ）
１３ 実績データベース（実績ＤＢ）
１４ 演算結果データベース（演算結果ＤＢ）
１５ 演算処理部
１５ａ 実績情報読込部
１５ｂ モデル情報読込部
１５ｃ 推定計算部
１６ 出力装置
２０ 表示装置
１００ 転炉
１０１ 溶湯（溶鋼）
１０２ ランス
１０３ スラグ
１０４ ダクト
１０５ 排ガス検出部
１０６ 通気孔
１０７ 流量計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】