特許 7404394 製鋼プロセスを監視するための方法および関連するコンピュータプログラム

(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】

(24)【登録日】2023-12-15

(45)【発行日】2023-12-25

(54)【発明の名称】製鋼プロセスを監視するための方法および関連するコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   C21C 7/00 20060101AFI20231218BHJP

   C21C 5/30 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

C21C7/00 R

C21C5/30 Z

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2021561676

(86)(22)【出願日】2019-04-17

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-16

(86)【国際出願番号】 IB2019053162

(87)【国際公開番号】W WO2020212732

(87)【国際公開日】2020-10-22

【審査請求日】2021-11-29

(73)【特許権者】

【識別番号】515214729

【氏名又は名称】アルセロールミタル

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ワグネ，ダミアン

(72)【発明者】

【氏名】ユベール，ジャン－クリストフ

【審査官】菅原 愛

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０５２１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２４２１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２４６７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１６７３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１１７０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２７６１０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０７５０２６９８（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０３１０３３０９（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２１Ｃ ７／００

Ｃ２１Ｃ ５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製鋼容器における製鋼プロセスの監視方法であって、それぞれの属性Ｐ_Ｍｎを各々有する物質Ｍ_ｎが、溶鋼およびスラグを生成するように前記製鋼容器内へ充填され、
ａ．溶鋼が製鋼プロセスの終了時に有するべき、生成される溶鋼の少なくとも１組の標的特性ＴＣＳ_Ｙを定義するステップ（１１）、
ｂ．少なくとも２つのスラグ標的ＳＴ_Ｘを定義するステップ（１２）であり、これらのスラグ標的の各々がスラグ属性を表す値を含む、ステップ（１２）、
ｃ．少なくとも２つのスラグ標的ＳＴ_Ｘの各々に対して、各物質のそれぞれの属性Ｐ_Ｍｎを考慮して、少なくとも１組の定義された標的特性ＴＣＳ_Ｙに到達することを可能にする、製鋼容器内へ充填される物質量ＡＭ_ＹＸを計算するステップ（１３）であり、前記物質量ＡＭ_ＹＸが、充填される各物質Ｍ_ｎの個別の量ａ_ＹＸＭ_ｎを含む、ステップ（１３）、
ｄ．先に計算された物質量ＡＭ_ＹＸの１つを、その関連付けられた鋼標的特性ＴＣＳ_Ｙおよびスラグ標的ＳＴ_Ｘの組み合わせとともに選択するステップ（１４）
を含み、
方法が、計算された各物質量ＡＭ _ＹＸ に対する制約関数ｆ _Ｃ （ＡＭ _ＹＸ ）を計算するステップｃ’（１０１）をさらに含み、計算ステップｃの結果が、前記制約関数の計算に基づき、制約関数の計算（１０１）が、各個別物質量ａ _ＹＸ Ｍ _ｎ に加重係数ｋ _ｎ を適用し、各物質量ＡＭ _ＹＸ に対して、加重された個別物質量ａ _ＹＸ Ｍ _ｎ を合計することを含み、このとき、計算ステップ（１３）の結果が、最低の計算された制約関数を伴う物質量ＡＭ _ＹＸ である、方法。

【請求項2】

係数ｎが２以上であり、ｎは物質Ｍ_ｎを識別する指標である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

－溶鋼の１組以上の標的特性ＴＣＳ_Ｙがあり、生成される溶鋼の標的特性ＴＣＳ_Ｙは、標的特性ＴＣＳ_Ｙの組の各特性に対して、
ｏ値の範囲が定義され、
ｏ範囲内で選択される所与の数の値が定義され、このように定義された値が標的特性ＴＣＳ_Ｙの前記組における前記特性にそれぞれ割り当てられる値である
メッシング法によって定義され、
および／または
－少なくとも２つのスラグ標的ＳＴ_Ｘが、前記スラグ属性の各々に対して、
ｏ値の範囲が定義され、
ｏ範囲内で選択される所与の数の値が定義され、このように定義された値が少なくとも２つのスラグ標的における前記スラグ属性をそれぞれ表す値である
メッシング法によって定義される、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

メッシング法が一定のピッチをもたない、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

標的特性ＴＣＳ_Ｙが、少なくとも、製鋼プロセスの終了時の溶鋼温度、製鋼プロセスの終了時の溶鋼組成、または製鋼プロセスの終了時の溶鋼重量を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

各スラグ標的ＳＴ_Ｘが、少なくとも、スラグ塩基度、スラグ内の鉄含有量、またはスラグ内の酸化マンガン含有量を表す値を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

充填される物質Ｍ_ｎが、溶銑、スクラップ、鉱物添加物、および酸素の中から選ばれる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

充填される物質Ｍ_ｎが、異なる属性を有するいくつかのスクラップを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

物質それぞれの属性Ｐ_Ｍｎが、スクラップの種類、スクラップの密度、物質組成、物質温度、物質最大利用可能重量、物質最小重量の中から選ばれる、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

ステップｃの計算が、少なくとも１つのモデルによって行われる、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

少なくとも１つのモデルが、物理モデル、統計モデル、熱力学モデルからなる群の中から選ばれる、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

少なくとも１つのモデルが、製鋼プロセスのマスバランスおよび熱収支を表す等式を含む、請求項１０または１１に記載の方法。

【請求項13】

加重係数ｋ_ｎが、各物質Ｍ_ｎの可用率を表す、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。

【請求項14】

計算された各物質量ＡＭ_ＹＸに対するスコアリング関数ｆ_Ｓ（ＡＭ_ＹＸ）を計算するステップｃ”（１０２）をさらに含み、選択ステップｄが、前記スコアリング関数の計算に基づき、
スコアリング関数の計算（１０２）が、計算された各物質量ＡＭ_ＹＸにスコアリング係数ｑ_ｉを適用することを含み、前記スコアリング係数ｑ_ｉが、物質量ＡＭ_ＹＸが計算された、定義された標的特性ＴＣＳ_Ｙおよびスラグ標的ＳＴ_Ｘの値に依存し、このとき、選択ステップ（１４）が、最低の計算されたスコアリング関数を伴う物質量ＡＭ_ＹＸを選択することからなる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項15】

製鋼容器が、転炉または酸素性転炉であり、製鋼プロセスが、製鋼容器内の少なくとも１つの酸素吹き込みステップを含み、計算された物質量ＡＭ_ＹＸが、製鋼プロセスの開始から単一または第１の吹き込みステップの終了までに製鋼容器内へ充填される各物質の量ａ_ＹＸＭ_ｎである、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項16】

製鋼容器が、電気アーク炉である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項17】

製鋼容器が、二次冶金容器である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項18】

プロセッサによって実行されると、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法を実施するソフトウェア命令を含む、コンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製鋼プロセスを監視するための方法、およびそのような方法を行うことを可能にするソフトウェア命令を含むコンピュータプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

鋼は、２つの異なる経路を通して製造されることができる。第１の経路は、溶鉱炉から溶銑を生成し、次いで酸素転炉内で脱炭によって前記溶銑を鋼に変換することからなる。第２の経路は、電気アーク炉（ＥＡＦ）内で鉄スクラップを溶解して鋼を直接生成することからなる。

【0003】

第１の経路によれば、溶鉱炉からの溶銑が溶銑鍋に注がれ、次いでスクラップが以前に投入されている転炉（または酸素性転炉（Ｂａｓｉｃ Ｏｘｙｇｅｎ Ｆｕｒｎａｃｅ）、略してＢＯＦ）に注がれる。この転炉内へ、たとえばランスによって酸素が吹き込まれることが、溶銑の脱炭および溶鋼への変換を可能にする。転炉スラグと呼ばれるスラグが、そのような反応の副生成物である。

【0004】

通常、脱炭反応がエネルギーを解放すると、生成される溶鋼の温度を制御するためにスクラップが追加される。生成される溶鋼の化学組成および温度を制御するために、石灰、ドロマイト、石灰岩などの鉱物添加剤がさらに充填されることができる。スラグ組成は、溶鋼とスラグとの間の平衡状態、したがって溶鋼へと起きる反応の促進に影響を与えるため、それらの鉱物添加物が使用されて、スラグの化学組成を監視することもできる。

【0005】

したがって、投入される溶銑、各スクラップの種類、および鉱物添加物の量が、生成される溶鋼の数量、温度、および最終組成を決定する。

【0006】

第２の経路によれば、製鋼プロセスの残留物に由来するスクラップまたは鋼製品のリサイクリングに由来するスクラップなどの異なる種類のスクラップが、ＥＡＦ内へ充填されることができる。電極によって作り出された電気アークが、前記スクラップを溶解して溶鋼にするために使用される。さらに、ＥＡＦ内へ酸素が吹き込まれて、スクラップによって持ち込まれた不純物を除去する。転炉の場合と同様に、石灰またはドロマイトなどの鉱物添加剤が充填されて、溶鋼またはスラグの組成を調整することもできる。

【0007】

スクラップおよび他の物質の各々は、溶鋼の最終的な特性に影響を与える異なる属性を有しており、したがってＥＡＦ内へ充填されるそれらのそれぞれの量は、溶鋼の標的特性に到達するように制御されなければならない。

【0008】

文献第ＩＮ２０１５ＫＯ００５８２号は、ＢＯＦに対するプロセスモデルについて説明しており、溶銑に添加される鉱物フラックスの量および吹き込まれる酸素の量が、スラグ分析、溶銑組成、ならびに目的とするスラグの塩基度および％ＭｇＯに基づいて計算される。この方法では、製鋼の生成を監視するためにフラックスおよび酸素含有量のみが考慮され、スクラップ、溶銑、または他の潜在的に投入可能な物質が無視されている。したがって、それは、このモデリングの精度を低減し、工場の特殊性に応じて最適な形で所望の鋼組成に到達する可能性を制限する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】インド国特許出願公開第ＩＮ２０１５ＫＯ００５８２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

したがって、製鋼プロセスを効率的かつ正確な方法で監視することを可能にする方法が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この課題は、本発明による方法によって解決され、前記方法は、以下のステップ：
ａ）生成される溶鋼の少なくとも１組の標的特性ＴＣＳ_Ｙを定義するステップ、
ｂ）少なくとも２つのスラグ標的ＳＴ_Ｘを定義するステップであり、これらのスラグ標的の各々がスラグ属性を表す値を含む、ステップ、
ｃ）各スラグ標的ＳＴ_Ｘに対して、各物質のそれぞれの属性Ｐ_Ｍｎを考慮して、少なくとも１組の定義された標的特性ＴＣＳ_Ｙに到達することを可能にする、製鋼容器内へ充填される物質量ＡＭ_ＹＸを計算するステップであり、前記物質量ＡＭ_ＹＸが、充填される各物質Ｍ_ｎの個別の量ａ_ＹＸＭ_ｎを含む、ステップ、
ｄ）物質量ＡＭ_ＹＸを選択するステップ
を含む。

【0012】

本発明の方法はまた、別個に考慮される、またはすべての可能な技術的な組合せによる、以下の任意選択の特性を含むことができる：

【0013】

－ 係数ｎは２以上である。

【0014】

－ 生成される溶鋼の標的特性ＴＣＳ_Ｙおよび／または少なくとも２つのスラグ標的ＳＴ_Ｘは、メッシング法によって定義される。

【0015】

－ メッシング法は、一定のピッチをもたない。

【0016】

－ 標的特性ＴＣＳ_Ｙは、少なくとも、製鋼プロセスの終了時の溶鋼温度、製鋼プロセスの終了時の溶鋼組成、または製鋼プロセスの終了時の溶鋼重量を含む。

【0017】

－ 各スラグ標的ＳＴ_Ｘは、少なくとも、スラグ塩基度、スラグ内の鉄含有量、またはスラグ内の酸化マンガン含有量を表す値を含む。

【0018】

－ 充填される物質Ｍ_ｎは、溶銑、スクラップ、鉱物添加物、および酸素の中から選ばれる。

【0019】

－ 充填される物質Ｍ_ｎは、異なる属性を有するいくつかのスクラップを含む。

【0020】

－ 物質それぞれの属性Ｐ_Ｍｎは、スクラップの種類、スクラップの密度、物質組成、物質温度、物質最大重量、物質最小重量の中から選ばれる。

【0021】

－ ステップｃの計算は、少なくとも１つのモデルによって行われる。

【0022】

－ 少なくとも１つのモデルは、物理モデル、統計モデル、熱力学モデルからなる群の中から選ばれる。

【0023】

－ 少なくとも１つのモデルは、製鋼プロセスのマスバランスおよび熱収支を表す等式を含む。

【0024】

－ この方法は、計算された各物質量ＡＭ_ＹＸに対する制約関数ｆ_Ｃ（ＡＭ_ＹＸ）を計算するステップｃ’をさらに含み、計算ステップｃの結果は、前記制約関数の計算に基づいている。

【0025】

－ 制約関数の計算は、各個別物質量ａ_ＹＸＭ_ｎに加重係数ｋ_ｎを適用し、各物質量ＡＭ_ＹＸに対して、加重された個別物質量ａ_ＹＸＭ_ｎを合計することを含み、このとき、計算ステップの結果は、最低の計算された制約関数を伴う物質量ＡＭ_ＹＸである。

【0026】

－ 加重係数ｋ_ｎは、各物質Ｍ_ｎの可用率（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｒａｔｅ）を表す。

【0027】

－ この方法は、計算された各物質量ＡＭ_ＹＸに対するスコアリング関数ｆ_Ｓ（ＡＭ_ＹＸ）を計算するステップｃ”をさらに含み、選択ステップｄは、前記スコアリング関数の計算に基づく。

【0028】

－ スコアリング関数の計算は、計算された各物質量ＡＭ_ＹＸにスコアリング係数ｑ_ｉを適用することを含み、前記スコアリング係数ｑ_ｉは、物質量ＡＭ_ＹＸが計算された、定義された標的鋼特性ＴＣＳ_Ｙおよびスラグ標的ＳＴ_Ｘの値に依存し、このとき、選択ステップは、最低の計算されたスコアリング関数を伴う物質量ＡＭ_ＹＸを選択することからなる。

【0029】

－ 製鋼容器は、転炉または酸素性転炉であり、製鋼プロセスは、製鋼容器内の少なくとも１つの酸素吹き込みステップを含み、計算された物質量ＡＭ_ＹＸは、製鋼プロセスの開始から単一または第１の吹き込みステップの終了までに製鋼容器内へ充填される各物質の量ａ_ＹＸＭ_ｎである。

【0030】

－ 製鋼容器は、電気アーク炉である。

【0031】

－ 製鋼容器は、二次冶金容器である。

【0032】

本発明はまた、プロセッサによって実行されると、前述の実施形態のいずれか１つに記載の方法を実施するソフトウェア命令を含むコンピュータプログラムに関する。

【0033】

本発明の他の特徴および利点は、添付の図を参照して制限ではなく指示として以下に与えられる本発明の説明から明らかに分かってくる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】転炉内の製鋼プロセスを示す図である。

【図2】製鋼プロセスを監視するための本発明による方法の流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

これらの図の要素は例示であり、原寸に比例して描かれていないことがある。

【0036】

本発明による方法によって、製鋼容器内へ投入される各物質の量を正確に決定し、必要とされる鋼の特性、物質の消費、およびエネルギーの節約に到達するという点で製鋼プロセスを最適化することが可能である。

【0037】

図１は、転炉１と呼ばれる特有の製鋼容器内での製鋼プロセスの異なるステップを示す。ａ）で、スクラップなどの第１の物質Ｍ_１が、転炉１内へ充填される。転炉１は、物質の投入を容易にするために、傾斜した位置にある。ｂ）で、溶銑などの第２の物質Ｍ_２が転炉内へ注がれ、転炉は依然として傾斜した位置にある。ステップｃ）で、転炉１はその標準的な垂直位置へ動かされており、ランス２が転炉に挿入されて、第３の物質Ｍ_３を注入するが、第３の物質Ｍ_３は、酸素とすることができる。酸素は、たとえば、ランス以外の方法で、たとえば転炉の底部に位置する羽口（ここでは図示せず）を通して注入されることもできる。酸素を注入するステップは、吹き込みステップと呼ばれ、１回以上の前記吹き込みステップがあり得る。次いでｄ）で、石灰およびドロマイトまたは他の鉱物添加物などの第４の物質Ｍ_４および第５の物質Ｍ_５が、転炉内へ投入される。転炉内では、すべての投入された物質が加熱されて溶解されて、生成中の溶鋼３とスラグ４の層とから構成された浴（ｂａｔｈ）を形成し、スラグ４は、製鋼プロセスの避けられない必要な副生成物であり、特に標的の最終鋼組成に到達するために溶鋼から除去される不純物から構成される。図示のように、異なる種類の物質が製鋼容器内へ充填されることができ、それらは異なる構成および／または異なる機器で充填されることができる。上述した物質に加えて、それらの物質はまた、銑鉄、砂、フェロシリコンＦｅＳｉまたはフェロマンガンＦｅＭｎなどの合金添加剤とすることができる。

【0038】

投入される各物質Ｍ_ｎは、そのそれぞれの物質属性Ｐ_Ｍｎを有する。これらの物質属性は、物質の組成、物質の温度、物質の種類、物質の密度、物質の利用可能な最大重量、または最小重量の中から選ばれることができる。

【0039】

製鋼プロセスは、転炉もしくはＢＯＦ（酸素性転炉）製鋼プロセス、ＥＡＦ（電気アーク炉）プロセス、または取鍋処理、ＡＯＤ転炉処理などの任意の種類の二次冶金処理などの任意の種類の知られている製鋼プロセスとすることができ、何故ならそれらはすべて最終生成物として溶鋼を有するからである。

【0040】

図２は、本発明による方法の流れ図を示す。第１のステップ１１で、生成される溶鋼３の少なくとも１組の標的特性ＴＣＳ_Ｙが定義される。これらの特性は、製鋼プロセスの終了時に溶鋼が有するべき特性である。製鋼プロセスの終了とは、溶鋼が製鋼容器から注ぎ出されるときを意味する。これらの特性は、好ましくは、少なくとも、製鋼プロセスの終了時の溶鋼温度、製鋼プロセスの終了時の溶鋼組成、または製鋼プロセスの終了時の溶鋼重量を含む。これらの特性は通常、製造される最終的な固体の鋼製品、特にその組成および微細構造だけでなく、後の鋳造ステップの予想に従って定義される。溶鋼３の２組以上の標的特性ＴＣＳ_Ｙがあるとき、これらを定義するための異なる方法があってよい。好ましい実施形態では、その組の各特性に対して値の範囲が定義され、この範囲内で選択される所与の数の値が定義される。これはメッシングと呼ばれる。例として、特徴的な鋼炭素含有量の場合、定義される値の範囲は４００から６００ｐｐｍの間であり、この範囲内で選択する値の数は５である。このとき、炭素含有量は、異なる組の鋼標的特性において４００、４５０、５００、５５０、および６００ｐｐｍと定義される。この例では、選択された２つの値同士の間のピッチは等しいが、必要な場合、値範囲の境界付近ではより短いピッチを設定することも可能である。

【0041】

第２のステップ１２で、少なくとも２つのスラグ標的ＳＴ_Ｘが定義される。これらのスラグ標的の各々は、スラグの塩基度、スラグの鉄含有量、および／またはスラグの酸化マグネシウムＭｇＯ含有量などのスラグ特性を表す値を含む。スラグの塩基度は、％ＣａＯ／％ＳｉＯ_２として計算されることができる。スラグの塩基度は、溶鋼からのリンまたは硫黄などの不純物の除去を制御するのに重要な特性である。標的鋼特性の定義に関して説明されたメッシング法と同じ方法が使用されて、スラグ標的を定義することができる。

【0042】

スラグのＭｇＯおよびＦｅＯ含有量も重要である。スラグは、溶解したカルシウム化合物および酸性化合物を含んでおり、それにより容器の内張りの耐火れんがからＭｇＯが溶けてスラグに入る。ＭｇＯは、ＦｅＯ含有量、塩基度、および温度の関係に基づいて、溶けてスラグに入る。スラグ塩基度が低いほど、スラグに対するＭｇＯ要件は高くなる。ＦｅＯおよび温度の増大は、スラグのＭｇＯ要件も増大させる。

【0043】

第３のステップ１３で、スラグ標的ＳＴ_Ｘおよび標的鋼特性ＴＣＳ_Ｙの各々の組合せに対して、それぞれの物質属性Ｐ_Ｍｎを考慮して、物質量ＡＭ_ＹＸが計算される。この物質量ＡＭ_ＹＸは、充填される各物質Ｍ_ｎの個別の量ａ_ＹＸＭ_ｎを含む。この計算は、好ましくは、１つまたはいくつかのモデルを使用して行われる。これらのモデルは、製鋼容器内の元素の挙動を記述する１組の等式に基づいている。これらのモデルにはいくつかの種類がある：

【0044】

● 元素マスバランス：これらは、容器に入る各化学元素の量が、出力での同じ元素の量に対応することを確実にする。元素物質収支は、容器に入ったものが容器から出ることを確実にするために存在する。各元素「ｅｌｍｔ」に対して、対応する元素収支が：

【数1】

と記述され得る。

【0045】

上式で：
－ ＩＯ_Ｍｎは、考慮される物質が入力（たとえば、溶銑、スクラップなど）である場合は＋１に、出力（たとえば、気体状で製鋼容器から漏れる一酸化炭素）である場合は－１に等しい係数である。
－ Ｙ_Ｍｎは、各物質に付随する物質収量であり、その値は０から１の間である。「１」は、物質の量の１００％が容器内の浴に到達していることを意味する。実際には、物質のいくらかは、強く反応性または揮発性であり得、容器内の浴に到達することもなく、煙とともに出て容器から漏れる可能性がある。
－ ａ_ＹＸＭ_ｎは、充填される各物質Ｍ_ｎの個別の量（計算される値）である。
－ ｗ_{Ｍｎ，ｃｏｍｐ}は、化合物「ｃｏｍｐ」（たとえば、ＣａＯ）における物質Ｍ_ｎの含有量である。
－ ｗ_{ｃｏｍｐ，ｅｌｍｔ}は、元素「ｅｌｍｔ」における化合物「ｃｏｍｐ」の含有量である（たとえば、Ｃａは化合物ＣａＯの元素である）。

【0046】

● 熱収支：これは、システムに入ってくるエネルギーが出ていくエネルギーに等しいことを確実にする収支である。これは、必要とされる場合、これらの量が最終的な鋼の温度に到達するのに適合していることを確実にする。物質のエネルギーは、別個のモジュールで計算されることができ、ＭＪ／ｋｇ単位で表されるそのエンタルピー係数（Ｈ_Ｍｎ）で記憶されることができる。物質のエネルギーは、考慮される物質の組成、温度、および状態（固体、液体金属など）に依存する。外部の計算が定義をするために使用される場合、手動のエンタルピーが入力されることもできる。物質によって運ばれるエネルギーに加えて、エネルギーの一部は熱放射を通して失われる。これは熱損失と呼ばれる。熱損失は、２回の加熱間の容器の待機時間または鋼の最終的な温度などのパラメータに基づいて統計的に予測されることができる。

【0047】

熱収支は：

【数2】

と表されことができる。

【0048】

上式で：
－ ＩＯ_Ｍｎは、考慮される物質が入力（たとえば、溶銑、スクラップなど）である場合は＋１に、出力（たとえば、気体状で製鋼容器から漏れる一酸化炭素）の場合は－１に等しい係数である。
－ Ｙ_Ｍｎは、各物質に付随する物質収量であり、その値は０から１の間である。「１」は、物質の量の１００％が容器内の浴に到達していることを意味する。実際には、物質のいくらかは、強く反応性または揮発性であり得、容器内の浴に到達することもなく、煙とともに出て容器から漏れる可能性がある。
－ ａ_ＹＸＭ_ｎは、充填される各物質Ｍ_ｎの個別の量（計算される値）である。
－ Ｈ_Ｍｎは、考慮される物質Ｍ_ｎのエンタルピー係数である。

【0049】

● プロセス重量の制約：これらは、提案される量が指定の可能な範囲内であることを確実にする。

【0050】

● プロセス含有量の制約：これらは、提案される量が出力分析（鋼およびスラグ）に関する指定の範囲に適合していることを確実にする。

【0051】

● 統計予測：これらは、直接の関係では定義することができないいくつかの物理挙動を記述する。統計予測は、いくつかの他のパラメータを知ることで、いくつかの最終的なパラメータを「推測」するために使用される。典型的な統計的関係は、多重線形回帰またはニューラルネットワークである。次いで、このように得られた等式の完全な組が、スラグ標的ＳＴ_Ｘおよび標的鋼特性ＴＣＳ_Ｙの各々の組合せに対して、ＳＩＭＰＬＥＸ線形ソルバなどのソルバによって解かれる。解が得られることができたとき、出力は、充填される各物質Ｍ_ｎの個別の量ａ_ＹＸＭ_ｎを含む物質量ＡＭ_ＹＸである。

【0052】

所与の組合せ｛ＴＣＳ_Ｙ，ＳＴ_Ｘ｝に対して、２つ以上の解が１組の等式を解くことができることもありうる。その場合、任意選択のステップ１０１で、計算された各物質量ＡＭ_ＹＸに対して制約関数ｆ_Ｃ（ＡＭ_ＹＸ）が計算され、計算されたこの制約関数に基づいて、選択が行われる。制約は、各物質のエネルギーコストまたは可用率であると理解されることができる。例として、この制約関数の計算は、各個別物質量ａ_ＹＸＭ_ｎに加重係数ｋ_ｎを適用し、各物質量ＡＭ_ＹＸに対して、加重された個別物質量ａ_ＹＸＭ_ｎを合計することを含む。加重係数ｋ_ｎは、各物質Ｍ_ｎの可用率を表すことができ、またはある物質の使用を別の物質より促進したいと考えうる工場の内部方策に応じて選ばれることができる。この係数ｋ_ｎもまた、各物質Ｍ_ｎのコストを表すことができる。そして、唯一残った解が、最低の計算された制約関数を伴う物質量ａ_ＹＸＭ_ｎである。

【0053】

【数3】

【0054】

第４のステップ１４で、以前に計算された物質量ＡＭ_ＹＸのうちの１つが、その関連付けられた鋼標的特性ＴＣＳ_Ｙおよびスラグ標的ＳＴ_Ｘの組合せとともに選択される。

【0055】

任意選択のステップ１０２で、スコアリング関数ｆ_Ｓ（ＡＭ_ＹＸ）が計算される。このスコアリング関数は、そこから物質量ＡＭ_ＹＸが計算された標的鋼特性ＴＣＳ_Ｙおよびスラグ標的ＳＴ_Ｘの組合せを考慮する。このスコアリング関数は、所与の標的鋼特性ＴＣＳ_Ｙおよびスラグ標的ＳＴ_Ｘに適用されるボーナス／マルス係数ｑ_ｉを含むことができる。例として、定義された様々な組の鋼標的特性において、炭素含有量が４００、４５０、５００、５５０、および６００ｐｐｍとして定義されているが、工場が４５０ｐｐｍを好み、６００ｐｐｍを避けることを好むはずである場合、６００ｐｐｍの炭素含有量の値を含む標的鋼特性ＳＴ_Ｘに対して計算された物質量ＡＭ_ＹＸには＋５の係数ｑを適用し、４５０ｐｐｍの炭素含有量の値を含む標的鋼特性ＳＴ_Ｘに対して計算された物質量ＡＭ_ＹＸには－５の係数を適用することが可能である。係数ｑ_ｉはまた、スラグの粘性、スラグ中の石灰飽和度、またはスラグもしくは鋼属性を表す任意の他の好適な値に従って、それらがこの組の標的鋼特性ＴＣＳ_Ｙまたはスラグ標的ＳＴ_Ｘに含まれるか、それともそこから計算またはシミュレーションすることができるにかかわらず、定義することができる。

【0056】

次いで、選択ステップ１４は、最低の計算されたスコアリング関数を伴う物質量ＡＭ_ＹＸを選択することからなり、これは：

【数4】

と表されることができる。

【0057】

または、計算された制約関数：

【数5】

を含むことができる。

【0058】

物質量Ａ_ＹＸＭ_ｎが選択された後、たとえば人間機械インターフェースを通して、製鋼プロセスを担っている操作者へ情報が送られることができ、または製鋼容器に異なる物質Ｍ_ｎを投入することを担う自動投入手段へ情報が送られることもできる。

【0059】

これらすべてのステップは、一連のソフトウェア命令に変換されることができ、この方法は、前記ソフトウェア命令を含むコンピュータプログラムによって行われることができる。

【0060】

図１に関連して前述したように、製鋼プロセスが転炉内で行われるとき、製鋼プロセスは、少なくとも１つの吹き込みステップを含む。本発明の一実施形態では、計算された物質量ＡＭ_ＹＸは、製鋼プロセスの開始から単一または第１の吹き込みステップの終了までに製鋼容器内へ充填される各物質の量ａ_ＹＸＭ_ｎである。

【0061】

本発明による方法で得られる結果の一例が以下に示されている。この例では、製鋼プロセスは転炉内で行われる。利用可能な物質およびそれらのそれぞれの属性が、表１に載せられている。それらの属性の中には、いくつかの化学元素の組成、投入される最小重量（Ｗ_ｍｉｎ）、および温度が含まれる。加重係数ｋ_ｎはまた、工場の方策に従って各物質に関連付けられたものである。８つの標的鋼特性が定義されており、表２に詳述されている。それらの特性の中には、ｐｐｍ単位で表されるいくつかの元素の最終組成、生成される溶鋼におけるｐｐｍ単位で表される酸素の最終含有量、および生成される溶鋼の最終温度である。すべての表で、百分率は重量百分率である。スラグの塩基度およびそのＭｇＯ含有量を含む６つのスラグ標的特性が定義された。それらのスラグ標的が、表３に示されている。

【0062】

【表1】

【0063】

次いで、スラグ標的ＳＴ_Ｘおよび標的鋼特性ＴＣＳ_Ｙの各々の組合せに対して、前述した熱収支および元素マスバランスの等式が、ＳＩＭＰＬＥＸ線形ソルバによって確立されて解かれた。そのように解いた結果が、物質量ＡＭ_ＹＸであり、これは、式：ｆ_Ｓ（ＡＭ_ＹＸ）＝ｆ_Ｃ（ＡＭ_ＹＸ）＋Σ_ｉｑ_ｉに従って、スコアリング関数計算の基礎として働く。そのようなグローバル関数計算の結果が、表４に示されている。ＮＯは、所与の組合せに対して可能な解が存在しなかったこと、すなわち利用可能な物質を使用することによって、所与のスラグ標的を通して所与の標的鋼特性に到達することができなかったことを示す。

【0064】

選択された量ＡＭ_２４は、ＴＣＳ_２とＳＴ_４との間の組合せに起因する量であり、その詳細は表５に与えられている。

【0065】

【表2】

【0066】

本発明による方法によって、製鋼容器内へ充填される各物質の量を、前記物質のそれぞれの属性を考慮するだけでなく、製鋼プロセス中のそれらの物質間のすべての化学的および熱的な相互作用も考慮することにより、計算することによって、製鋼プロセスを正確に監視することが可能である。本発明による方法によって、各工場の特殊性（利用可能な物質、各物質の特有の化学的性質、副生成物のリサイクリングなどの内部方策、ローカルな製品消費など）を考慮して、標的鋼特性に到達するだけでなくそれを最適な方法で行うことが可能である。

【0067】

【表3】

【0068】

【表4】

【0069】

【表5】

【図1】

【図2】