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JP7147326B2 - Component concentration calculation device and component concentration calculation method - Google Patents
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本発明は、溶鉄の精錬処理における成分濃度を予測する成分濃度演算装置及び成分濃度演算方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a component concentration calculation device and a component concentration calculation method for predicting component concentrations in molten iron refining processing.

溶鉄の精錬処理では、溶銑の脱硫処理が行われている。溶銑予備処理での脱硫は、例えば図10に示すような機械撹拌式脱硫装置(以下、「KR」ともいう。1を用いて実施される。KR1による脱硫処理は、図10に示すように、鍋10内の溶銑5に脱硫剤を添加し、インペラー21を駆動装置25により回転させて脱硫反応を促進させて行われる。溶銑5中に存在するSは製造される鋼板の品質を低下させる要因となるため、KR1による脱硫処理後の溶銑5中のS濃度(以下、「処理後S濃度」ともいう。)を、転炉へ引き渡す際の目標S濃度まで低減させることは重要である。一方で、KR処理において処理後S濃度を目標S濃度以下とすることを確実に達成するために脱硫剤を過剰投入してしまうと、製造コストを増加させることになる。このため、KR処理の操業条件の設定にあたっては、処理後S濃度を精度よく推定できることが望ましい。 In the molten iron refining process, molten pig iron is desulfurized. Desulfurization in hot metal pretreatment is carried out using, for example, a mechanical stirring desulfurization apparatus (hereinafter also referred to as "KR", 1 as shown in FIG. 10). A desulfurization agent is added to the hot metal 5 in the ladle 10, and the impeller 21 is rotated by the driving device 25 to accelerate the desulfurization reaction. Therefore, it is important to reduce the S concentration in the hot metal 5 after desulfurization treatment by KR1 (hereinafter also referred to as “post-treatment S concentration”) to the target S concentration when delivered to the converter. Therefore, if the desulfurization agent is excessively added in order to ensure that the post-treatment S concentration is below the target S concentration in the KR treatment, the production cost will increase. In setting the conditions, it is desirable to be able to accurately estimate the post-treatment S concentration.

例えば特許文献1には、溶銑予備処理操業における処理剤の投入条件を精度よく、かつ、実用上のばらつきを加味して、適正にガイダンスすることが可能な溶銑予備処理操業における処理剤の投入条件ガイダンス方法が開示されている。特許文献1では、ニューラルネットワークに処理剤投入条件を含む操業条件を変化させて繰り返し入力することにより処理剤の投入条件を決定し、実用上のばらつきを加えて評価することで、適切な処理剤投入条件を求める。これにより、処理剤投入条件と処理後の成分濃度との対応特性が線形性を示すか非線形性を示すかにかかわらず、推定精度を高めている。 For example, Patent Literature 1 describes the charging conditions of the treating agent in the hot metal pretreatment operation, which are capable of accurately guiding the charging condition of the treatment agent in the hot metal pretreatment operation, and taking into account practical variations. A guidance method is disclosed. In Japanese Patent Laid-Open No. 2004-100000, the operating conditions including the processing agent input conditions are changed and repeatedly input to a neural network to determine the processing agent input conditions, and by adding practical variations to the evaluation, an appropriate processing agent is determined. Find the input conditions. As a result, the estimation accuracy is enhanced regardless of whether the correspondence characteristic between the processing agent input condition and the component concentration after processing exhibits linearity or nonlinearity.

また、特許文献2には、転炉工程における溶鉄炭素濃度を予測するモデルを構築することで、吹錬末期の酸素供給量を適正にガイダンスする方法が開示されている。特許文献2では、1次反応モデルにおける平衡状態の成分濃度と反応速度係数を推定するモデルを重回帰分析によって構築することによって、物理現象に則した可読性の高い予測モデルを構築している。 Further, Patent Document 2 discloses a method of appropriately guiding the oxygen supply amount in the final stage of blowing by constructing a model for predicting the molten iron carbon concentration in the converter process. In Patent Document 2, a highly readable prediction model that conforms to physical phenomena is constructed by constructing a model for estimating component concentrations and reaction rate coefficients in an equilibrium state in a first-order reaction model by multiple regression analysis.

特開平8-269518号公報JP-A-8-269518 特開2001-11520号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-11520

加藤賢悟、他2名、「Lasso分位点回帰の理論と損害保険への応用」、日本統計学会誌、2009年3月、Vol.38 No.2、p121-149Kengo Kato, and two others, "Theory of Lasso quantile regression and its application to non-life insurance," Journal of the Japan Statistical Society, March 2009, Vol. 38 No. 2, p121-149

しかし、上記特許文献1の予測モデルは、入出力の関係に物理法則を伴わないブラックボックスモデリングにより構築されているため、物理現象に則さない予測を行ってしまうリスクが高く、制御には適さない。また、ブラックボックスモデリングであるため、モデルの可読性が低く予測結果に納得感を得られにくいといった課題がある。 However, since the prediction model of Patent Document 1 is constructed by black-box modeling that does not involve physical laws in the relationship between input and output, there is a high risk of making predictions that do not conform to physical phenomena, and it is not suitable for control. do not have. In addition, since it is black box modeling, there is a problem that the readability of the model is low and it is difficult to get a sense of satisfaction from the prediction results.

さらに、上記特許文献2の手法では、平衡状態の成分濃度を推定するために、処理の末期を平衡状態であると仮定したデータを用いて予測モデルを構築している。このため、仮定が間違っていた場合、あるいは、平衡状態と仮定できるデータが十分に収集できない場合、予測モデルの精度が著しく劣化してしまうリスクがある。 Furthermore, in the technique of Patent Document 2, in order to estimate the component concentration in the equilibrium state, a prediction model is constructed using data assuming that the final stage of the treatment is in the equilibrium state. Therefore, if the assumption is wrong, or if sufficient data that can be assumed to be in equilibrium cannot be collected, there is a risk that the accuracy of the prediction model will be significantly degraded.

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、溶鉄の精錬処理において、1次反応モデルにおける平衡状態の成分濃度及び反応速度係数を操業データに応じて推定することで、処理後成分濃度を精度良く予測することが可能な、新規かつ改良された成分濃度演算装置及び成分濃度演算方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to convert the concentration of components in the equilibrium state and the reaction rate coefficient in the primary reaction model into operation data in the refining process of molten iron. It is an object of the present invention to provide a new and improved component concentration calculation device and component concentration calculation method capable of accurately predicting post-processing component concentrations by estimating accordingly.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、溶鉄の精錬処理における成分濃度を予測する成分濃度演算装置であって、過去の操業における実績データと下記式(A)で表される1次反応式とに基づいて、処理前の前提条件と処理に関する操業条件とを入力として、平衡状態の成分濃度[A]と反応速度係数kとを推定する動的パラメータ推定モデル、及び、動的パラメータ推定モデルを用いて推定された平衡状態の成分濃度[A]と反応速度係数kとに基づき成分濃度推定モデルを構築するモデル構築部と、成分濃度推定モデルを用いて、反応処理後の成分濃度[A]を推定する成分濃度推定部と、を備える、成分濃度演算装置が提供される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, there is provided a component concentration calculation device for predicting the component concentration in the molten iron refining process, which is represented by the following formula (A) with actual data in past operations. A dynamic parameter estimation model for estimating the equilibrium component concentration [A] e and the reaction rate coefficient k based on the first-order reaction equation and the preconditions before treatment and the operating conditions related to treatment as inputs, and , a model building unit that builds a component concentration estimation model based on the component concentration [A] e in equilibrium state estimated using the dynamic parameter estimation model and the reaction rate coefficient k, and using the component concentration estimation model, the reaction and a component concentration estimator for estimating the component concentration [A] after processing.

Figure 0007147326000001
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ここで、[A]は、反応処理前の成分濃度である。 Here, [A] 0 is the component concentration before the reaction treatment.

成分濃度推定モデルは、動的パラメータ推定モデルによって算出される平衡状態の成分濃度[A]、反応速度係数k、及び、処理時間tを入力として、反応処理後の成分濃度[A]を出力してもよい。 The component concentration estimation model outputs the component concentration [A] after the reaction treatment, with the input of the component concentration [A] e in the equilibrium state calculated by the dynamic parameter estimation model, the reaction rate coefficient k, and the processing time t. You may

動的パラメータ推定モデルは、ニューラルネットワークにより構築してもよい。 A dynamic parameter estimation model may be constructed by a neural network.

成分濃度推定部は、処理後成分濃度の分位点を出力してもよい。 The component concentration estimator may output the quantile of the post-processing component concentration.

成分濃度演算装置は、成分濃度推定モデルに基づいて、予測成分濃度が予め設定された成分濃度以下となる操業条件を探索する最適解探索部をさらに備えてもよい。 The component concentration calculation device may further include an optimum solution search unit that searches for operating conditions under which the predicted component concentration is equal to or less than a preset component concentration based on the component concentration estimation model.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、溶鉄の精錬処理における成分濃度を予測する成分濃度演算方法であって、過去の操業における実績データと下記式(A)で表される1次反応式とに基づいて、処理前の前提条件と処理に関する操業条件とを入力として、平衡状態の成分濃度[A]と反応速度係数kとを推定する動的パラメータ推定モデル、及び、動的パラメータ推定モデルを用いて推定された平衡状態の成分濃度[A]と反応速度係数kとに基づき成分濃度推定モデルを構築するモデル構築ステップと、成分濃度推定モデルを用いて、反応処理後の成分濃度[A]を推定する成分濃度推定ステップと、を含む、成分濃度演算方法が提供される。 Further, in order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, there is provided a component concentration calculation method for predicting component concentrations in a molten iron refining process, wherein actual data in past operations and the following formula (A) Dynamic parameter estimation for estimating the equilibrium component concentration [A] e and the reaction rate coefficient k based on the first-order reaction equation represented by A model building step of building a component concentration estimation model based on the component concentration [A] e in equilibrium state estimated using the model and the dynamic parameter estimation model and the reaction rate coefficient k, and using the component concentration estimation model and a component concentration estimation step of estimating the component concentration [A] after reaction processing.

Figure 0007147326000002
Figure 0007147326000002

ここで、[A]は、反応処理前の成分濃度である。 Here, [A] 0 is the component concentration before the reaction treatment.

以上説明したように本発明によれば、溶鉄の精錬処理において、1次反応モデルにおける平衡状態の成分濃度及び反応速度係数を操業データに応じて推定することで、処理後成分濃度を精度良く予測することができる。 As described above, according to the present invention, in the refining process of molten iron, by estimating the component concentration and reaction rate coefficient in the equilibrium state in the primary reaction model according to the operation data, the post-treatment component concentration can be accurately predicted. can do.

本発明の一実施形態に係る操業条件演算装置の機能構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the functional configuration of an operating condition calculation device according to one embodiment of the present invention; FIG. 同実施形態に係る予測モデルの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the prediction model which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る操業条件演算処理を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows operating condition calculation processing concerning the embodiment. 図2に示した予測モデルによる予測処理後S濃度の予測精度評価結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing evaluation results of prediction accuracy of post-prediction S concentration by the prediction model shown in FIG. 2. FIG. ある1チャージの実績に対して処理時間のみを変化させたときの、予測モデルにより得られる予測処理S濃度を示すグラフである。4 is a graph showing a predicted processed S concentration obtained by a prediction model when only the treatment time is changed with respect to the performance of one charge. ある1チャージの実績に対して処理時間のみを変化させたときの、R-dipと予測処理後S濃度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between R-dip and predicted post-treatment S concentration when only the treatment time is changed with respect to the performance of one charge. 予測モデルに99%分位点回帰モデルを適用した場合の、予測処理後S濃度の予測精度評価結果を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the evaluation result of prediction accuracy of post-prediction S concentration when a 99% quantile regression model is applied to the prediction model. FIG. 副材量投入量に関して、過去の実績データから混合ガウス分布によって推定した確率密度関数に基づき設定された解の探索範囲の一例を示すグラフである。7 is a graph showing an example of a search range for a solution set based on a probability density function estimated from past performance data by a mixed Gaussian distribution with respect to an input amount of secondary material; 同実施形態に係る操業条件演算装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the hardware constitutions of the operating-conditions calculating apparatus which concerns on the same embodiment. 機械撹拌式脱硫装置(KR)の概略構成を示す説明図である。It is an explanatory view showing a schematic configuration of a mechanical stirring desulfurization apparatus (KR).

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について、機械撹拌式脱硫装置(KR)の処理後S濃度予測を例に詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 A preferred embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, taking as an example post-treatment S concentration prediction in a mechanical stirring desulfurization apparatus (KR). In the present specification and drawings, constituent elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description.

<1.操業条件演算装置の機能構成>
まず、図1及び図2に基づいて、本発明の一実施形態に係る操業条件演算装置について説明する。図1は、本実施形態に係る操業条件演算装置100の機能構成を示すブロック図である。図2は、本実施形態に係る予測モデルの一例を示す説明図である。
<1. Functional Configuration of Operating Condition Calculator>
First, based on FIG.1 and FIG.2, the operating condition calculating apparatus which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a block diagram showing the functional configuration of an operating condition calculation device 100 according to this embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a prediction model according to this embodiment.

本実施形態に係る操業条件演算装置100は、溶銑の脱硫処理における操業条件の最適化処理を行うための情報処理装置である。操業条件演算装置100は、図1に示すように、実績データ取得部110と、モデル構築部120と、制約条件設定部130と、最適解探索部140と、出力部150とを備える。 The operating condition calculation device 100 according to the present embodiment is an information processing device for performing optimization processing of operating conditions in the desulfurization treatment of hot metal. The operating condition calculation device 100 includes, as shown in FIG.

実績データ取得部110は、精錬処理後成分濃度を推定するモデルの構築に用いる過去の操業における実績データを、実績データ記憶部200から取得する。実績データは、精錬処理後成分濃度としてKR処理後S濃度の推定モデルの構築においては、KR処理において測定された測定値あるいは測定値に基づき算出される値を含む。例えば、溶銑温度、溶銑重量、処理前C濃度、処理前Si濃度、処理前Mn濃度、処理前P濃度、処理前S濃度、湯面高さ、インペラー高さと撹拌速度との関数(R-dip)、インペラー使用回数、粉CaO装入量、2次スラグ装入量、Al濃度等が実績データとして取得される。実績データ取得部110は、所定数の過去の操業における実績データを取得し、モデル構築部120及び制約条件設定部130へ出力する。 The performance data acquisition unit 110 acquires from the performance data storage unit 200 performance data in past operations used for building a model for estimating the post-refining component concentrations. The performance data includes measured values measured in the KR process or values calculated based on the measured values in constructing an estimation model for the S concentration after the KR process as the component concentration after the refining process. For example, hot metal temperature, hot metal weight, pre-treatment C concentration, pre-treatment Si concentration, pre-treatment Mn concentration, pre-treatment P concentration, pre-treatment S concentration, surface height, function of impeller height and stirring speed (R-dip ), the number of times the impeller is used, the powder CaO charging amount, the secondary slag charging amount, the Al concentration, etc. are obtained as performance data. The performance data acquisition unit 110 acquires performance data of a predetermined number of past operations, and outputs the data to the model construction unit 120 and the constraint condition setting unit 130 .

モデル構築部120は、実績データ取得部110により取得された実績データに基づいて、処理後S濃度を出力する予測モデルを構築する。本実施形態に係るモデル構築部120により構築される予測モデルは、物理的な解釈のしやすい脱硫反応モデルに基づくグレイボックスモデルである。具体的には、例えば図2に示すような予測モデルが構築される。 The model construction unit 120 constructs a prediction model for outputting the post-processing S concentration based on the performance data acquired by the performance data acquisition unit 110 . The prediction model constructed by the model construction unit 120 according to this embodiment is a gray box model based on a desulfurization reaction model that is easy to physically interpret. Specifically, for example, a prediction model as shown in FIG. 2 is constructed.

脱硫速度式を下記式(1)に示す。なお、Kは、反応速度係数であり、下記式(1-1)で表される。Aは反応界面積、kは物質移動係数、Vは溶鉄重量、[%S]は溶鉄S濃度、[%S]は平衡点における溶鉄S濃度である。 A desulfurization rate formula is shown in the following formula (1). Note that K is a reaction rate coefficient and is represented by the following formula (1-1). A is the reaction interfacial area, km is the mass transfer coefficient, V is the molten iron weight, [%S] is the molten iron S concentration, and [%S] e is the molten iron S concentration at the equilibrium point.

Figure 0007147326000003
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上記式(1)より、脱硫時間tにおける溶鉄S濃度は、下記式(2)で表すことができる。なお、[%S]はKR処理開始時の溶鉄S濃度、tは巻き込み完了時間である。 From the above formula (1), the molten iron S concentration at the desulfurization time t can be expressed by the following formula (2). [%S] 0 is the concentration of molten iron S at the start of KR treatment, and t 0 is the completion time of entrainment.

Figure 0007147326000004
Figure 0007147326000004

上記式(2)のうち、平衡点における溶鉄S濃度[%S]及び係数A・kは、操業条件によって変化する未知の値である。ここで、巻き込み完了時間tの影響は係数Kに内包されると仮定し、t=0とすると、推定すべき動的パラメータは、平衡点における溶鉄S濃度[%S]及び係数A・kの2つとなる。一般的には、操業条件によって変化する複数の動的パラメータを同時に推定せずに、平衡点における溶鉄S濃度[%S]の値を、例えば[%S]=4[e-3%]に固定したり、KR処理は平衡状態に至らない領域と仮定して[%S]=0に固定したりすることで、係数A・kを推定していた。これに対し、本願発明者は上記式(2)において溶鉄S濃度[%S]は2つの関数F(x)、G(x)の組み合わせで表現可能であることに着目し、下記式(3)に示すように、関数を同時推定することを想到した。 In the above formula (2), the molten iron S concentration [% S] e at the equilibrium point and the coefficient A· km are unknown values that change depending on the operating conditions. Here, assuming that the influence of the entrainment completion time t 0 is included in the coefficient K and t 0 = 0, the dynamic parameters to be estimated are the molten iron S concentration [% S] e at the equilibrium point and the coefficient A・It becomes two of km . In general, the value of the molten iron S concentration [%S] e at the equilibrium point is calculated, for example, [%S] e = 4 [e −3 % ] or fixed at [%S] e =0 on the assumption that the KR process does not reach an equilibrium state, the coefficient A· km was estimated. On the other hand, the inventors of the present application focused on the fact that the molten iron S concentration [% S] in the above formula (2) can be expressed by a combination of two functions F(x 1 ) and G(x 2 ), and the following formula As shown in (3), we came up with the idea of estimating functions simultaneously.

Figure 0007147326000005
Figure 0007147326000005

関数F(x)は、平衡論的寄与に関する関数であり、平衡点における溶鉄S濃度を模擬している。平衡点における溶鉄S濃度は、溶銑温度、スラグ組成、脱硫材、成分及びメタル重量に依存する。さらに、平衡点における溶鉄S濃度は、粒が細かくなると平衡点も変化することから撹拌方法にも依存するとも言われている。 The function F(x 1 ) is a function related to the equilibrium theory contribution and simulates the molten iron S concentration at the equilibrium point. The molten iron S concentration at the equilibrium point depends on the molten iron temperature, slag composition, desulfurization material, composition and metal weight. Furthermore, it is said that the molten iron S concentration at the equilibrium point also depends on the stirring method because the equilibrium point changes as the grains become finer.

関数G(x)は、速度論的寄与に該当する関数である。速度論の観点からは、溶鉄S濃度は、撹拌方法だけでなく、巻き込み完了時間という観点から溶銑温度や成分にも依存すると考えられる。 Function G(x 2 ) is a function corresponding to the kinetic contribution. From the viewpoint of kinetics, the molten iron S concentration is considered to depend not only on the stirring method, but also on the molten iron temperature and composition from the viewpoint of entrainment completion time.

このように、複数の関数(本実施形態では関数F(x)、G(x))を推定しなければいけないが、F(x)、G(x)の真値が分からないため、機械学習手法等を用いて個別に関数を推定することはできない。そこで、本実施形態では、図2に示すように、まず関数F(x;w)と関数G(x;w)とを、上記式(3)に基づく合成モデル(成分濃度推定モデル)により合成して得られる処理後S濃度の予測値y^と、実績の処理後S濃度yで表現される損失関数J(y、y^)を最小化するようなパラメータw、wとを算出することで、F(x)、G(x)を同時に推定する。これにより、入力と出力の訓練データのみ用意すれば2つの動的パラメータである関数F(x)、G(x)を同時に推定することが可能となる。 In this way, multiple functions (functions F(x 1 ) and G(x 2 ) in this embodiment) must be estimated, but the true values of F(x 1 ) and G(x 2 ) are unknown. Therefore, it is not possible to estimate functions individually using a machine learning method or the like. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, first, the function F(x 1 ; w 1 ) and the function G(x 2 ; w 2 ) are combined into a combined model (component concentration estimation parameters w 1 , w that minimize the loss function J(y, y ) expressed by the predicted value y^ of the post-treatment S concentration obtained by synthesis using the model) and the actual post-treatment S concentration y 2 , F(x 1 ) and G(x 2 ) are estimated at the same time. This makes it possible to simultaneously estimate two dynamic parameters, functions F(x 1 ) and G(x 2 ), by preparing only input and output training data.

動的パラメータを推定する動的パラメータ推定モデルである関数F(x;w)、G(x;w)を表す関数には、例えばニューラルネットワークや重回帰モデル、多項式回帰モデル等を用いればよい。機械学習モデルにより推定すべきパラメータは、関数F(x;w)、G(x;w)のパラメータW=[w,w]である。ここで、損失関数を下記式(4)のように誤差の2乗和として定義する。なお、yは実績処理後S濃度、y^は予測モデルの出力である予測処理後S濃度を表す。なお、本明細書においては予測処理後S濃度を「y^」と表すが、これは、図2に示す予測モデルの出力として「y」の上部に「^」が記載されたものと同意である。 Functions representing functions F (x 1 ; w 1 ) and G (x 2 ; w 2 ), which are dynamic parameter estimation models for estimating dynamic parameters, include, for example, neural networks, multiple regression models, and polynomial regression models. You can use it. Parameters to be estimated by the machine learning model are parameters W = [ w1 , w2] of functions F(x1; w1 ) and G ( x2; w2 ). Here, the loss function is defined as the sum of squares of errors as in the following equation (4). Note that y i represents the post-actual S concentration, and y i ̂ represents the post-prediction S concentration, which is the output of the prediction model. In this specification, the post-prediction S concentration is expressed as "y^", which is the same as the output of the prediction model shown in FIG. 2 with "^" above "y". be.

Figure 0007147326000006
Figure 0007147326000006

パラメータw,wは、下記式(5)のように更新される。なお、αは学習係数、n、nはF(x;w)、G(x;w)のパラメータの個数である。 Parameters w 1 and w 2 are updated as shown in Equation (5) below. α is a learning coefficient, and n 1 and n 2 are the numbers of parameters of F(x 1 ; w 1 ) and G(x 2 ; w 2 ).

Figure 0007147326000007
Figure 0007147326000007

以上より、図2に示す予測モデルの出力である予測処理後S濃度y^は、下記式(6)で表される成分濃度推定モデルによって求められる。 From the above, the post-prediction processing S concentration y i ̂, which is the output of the prediction model shown in FIG.

Figure 0007147326000008
Figure 0007147326000008

このように、モデル構築部120は、図2に示すように脱硫反応モデルに基づき、物理現象を考慮した予測モデルを構築する。例えば、上記特許文献1では、溶銑予備処理における処理剤の投入条件を予測モデルにより推定するが、この予測モデルは、ニューラルネットワークにより構築された所謂ブラックボックスモデルである。これに対して、本実施形態に係るモデル構築部120により構築される予測モデルは、脱硫反応モデルに基づくグレイボックスモデルであり、予測精度を向上させるだけでなく、物理的に解釈し易いモデルとなっている。 In this way, the model construction unit 120 constructs a prediction model that takes physical phenomena into account based on the desulfurization reaction model as shown in FIG. For example, in Patent Literature 1, the conditions for adding a treatment agent in hot metal pretreatment are estimated by a prediction model, and this prediction model is a so-called black box model constructed by a neural network. On the other hand, the prediction model constructed by the model construction unit 120 according to the present embodiment is a gray box model based on the desulfurization reaction model, which not only improves the prediction accuracy but also makes it a model that is physically easy to interpret. It's becoming

なお、一般的な回帰モデルは期待値を予測するモデルであるため、このようなモデルにより得られた予測値に基づきKR処理の制御を行うことは脱硫不足を招く可能性がある。そこで、KR処理で脱硫不足とならないように、図2に示す予測モデルを、予測処理後S濃度が実績処理後S濃度を所定の確率で上回るモデルとするため、分位点回帰モデルをさらに適用してもよい。分位点回帰モデルは、被説明変数の分布の分位点を説明する回帰モデルである(例えば、非特許文献1参照)。分位点回帰モデルでは、被説明変数の1/4分位、中央値(1/2分位)、3/4分位それぞれの分位点に対応する被説明変数の分布の分位点を持つ線形モデルを構築している。推定の際には、推定対象の分位点に対応する線形モデルを用いて、任意の説明変数での被説明変数の分布の分位点を推定する。例えば、図2に示す成分濃度推定モデルの後に、99%分位点回帰モデルを設定することで、99%の確率で実績処理後S濃度が予測処理後S濃度より大きくすることができ、KR処理での脱硫不足をより確実に防ぐことができる。 Since a general regression model is a model for predicting expected values, controlling the KR treatment based on predicted values obtained from such a model may lead to insufficient desulfurization. Therefore, in order to prevent insufficient desulfurization in the KR treatment, the prediction model shown in FIG. You may A quantile regression model is a regression model that explains the quantiles of the distribution of the dependent variable (see, for example, Non-Patent Document 1). A quantile regression model uses I am building a linear model with When estimating, the linear model corresponding to the quantile to be estimated is used to estimate the quantile of the distribution of the dependent variable for any explanatory variable. For example, by setting the 99% quantile regression model after the component concentration estimation model shown in FIG. Insufficient desulfurization in treatment can be prevented more reliably.

制約条件設定部130は、操業条件に対する制約条件を確率密度関数により設定し、処理後成分濃度に対する制約条件を設定する。操業条件に対する制約条件を「尤度制約条件」ともいい、処理後成分濃度に対する制約条件を「処理後成分濃度制約条件」ともいう。解とする操業条件の探索が、処理後成分濃度の推定モデルの信頼できる範囲内で行われることで、実行可能な操業条件を求めることができる。そこで、制約条件設定部130により、解を探索する範囲を制約条件として設定する。 The constraint setting unit 130 sets constraints for the operating conditions using a probability density function, and sets constraints for the post-treatment component concentrations. The constraint on the operating conditions is also referred to as "likelihood constraint", and the constraint on post-treatment component concentration is also referred to as "post-treatment component concentration constraint". A feasible operating condition can be obtained by searching for an operating condition to be a solution within a reliable range of the post-treatment component concentration estimation model. Therefore, the constraint condition setting unit 130 sets a range for searching for a solution as a constraint condition.

尤度制約条件の設定は、具体的には、制約条件設定部130は、まず、処理後成分濃度の推定モデルの構築に用いた訓練データから、説明変数の全てまたは一部の説明変数の同時確率密度関数(例えば、混合ガウス分布)から推定する。そして、制約条件設定部130は、推定した密度関数を基に訓練データの対数尤度を計算し、パラメトリック(対数正規分布等)あるいはノンパラメトリック(カーネル密度推定法等)な手法によって推定される対数尤度の1次元確率密度関数を基に推定モデルが信頼できる管理限界を求める。この管理限界が尤度制約条件として設定される。また、処理後成分濃度制約条件には、処理後成分濃度の上限値または下限値のうち少なくともいずれか一方が規定される。 To set the likelihood constraint, specifically, the constraint setting unit 130 first performs simultaneous It is estimated from a probability density function (eg Gaussian mixture distribution). Then, the constraint condition setting unit 130 calculates the logarithmic likelihood of the training data based on the estimated density function, and the logarithm Based on the one-dimensional probability density function of the likelihood, a control limit with which the estimation model can be trusted is obtained. This control limit is set as a likelihood constraint. At least one of the upper limit value and the lower limit value of the post-treatment component concentration is defined in the post-treatment component concentration constraint condition.

なお、制約条件設定部130は、最小化すべき操業コストを評価関数としてさらに設定してもよい。制約条件設定部130は、後述の最適解探索部140により操業条件を探索する際に操業コストを考慮する場合にのみ、操業コストに関する評価関数を設定し、最適解探索部140へ出力する。 Note that the constraint condition setting unit 130 may further set the operating cost to be minimized as an evaluation function. The constraint condition setting unit 130 sets an evaluation function for the operating cost and outputs it to the optimum solution searching unit 140 only when the operating cost is considered when the optimum solution searching unit 140 described later searches for operating conditions.

最適解探索部140は、モデル構築部120により構築された予測モデルを用いて、尤度制約条件及び処理後成分濃度制約条件を満たす操業条件を探索する。また、最適解探索部140は、操業コストを考慮して操業条件を探索する場合には、推定モデルを用いて、尤度制約条件及び処理後成分濃度制約条件を満たし、かつ、最小化すべきコストを設定した評価関数を最小化する操業条件を探索する。なお、最適解探索部140は、操業条件の探索において、モデル構築部120により構築された予測モデルを用いて反応処理後の成分濃度を推定しており、成分濃度推定部としての機能を有している。最適解探索部140は、探索の結果、最適かつ実行可能な操業条件を、最適操業条件とする。最適操業条件は、出力部150を介して出力してもよい。出力部150は、例えば情報を表示可能なディスプレイ、音声出力可能なスピーカ等である。 The optimum solution searching unit 140 searches for operating conditions that satisfy the likelihood constraint and the post-treatment component concentration constraint using the prediction model constructed by the model construction unit 120 . In addition, when searching for operating conditions in consideration of operating costs, the optimum solution search unit 140 uses an estimation model to satisfy the likelihood constraint and the post-processing component concentration constraint, and to minimize the cost Search for the operating conditions that minimize the evaluation function that has been set. The optimum solution searching unit 140 estimates the component concentration after the reaction process using the prediction model constructed by the model construction unit 120 in searching for the operating conditions, and has a function as a component concentration estimating unit. ing. The optimum solution searching unit 140 sets the optimum and executable operating conditions as the optimum operating conditions as a result of the search. The optimum operating conditions may be output via the output unit 150. The output unit 150 is, for example, a display capable of displaying information, a speaker capable of outputting audio, or the like.

<2.操業条件演算処理>
図3に基づき、本実施形態に係る操業条件演算装置100による操業条件演算処理について説明する。図3は、本実施形態に係る操業条件演算処理を示すフローチャートである。
<2. Operating condition calculation processing>
Based on FIG. 3, the operating condition calculation processing by the operating condition calculating device 100 according to this embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing operating condition calculation processing according to the present embodiment.

(S100:予測モデル構築処理)
まず、操業条件演算装置100は、実績データ取得部110により実績データ記憶部200から過去の操業における実績データを取得すると、モデル構築部120により、脱硫反応モデルに基づく予測モデルを構築する。具体的には、例えば図2に示すような予測モデルが構築される。
(S100: Prediction model construction processing)
First, when the performance data acquisition unit 110 of the operating condition calculation device 100 acquires the performance data of the past operation from the performance data storage unit 200, the model construction unit 120 constructs a prediction model based on the desulfurization reaction model. Specifically, for example, a prediction model as shown in FIG. 2 is constructed.

図2に示す予測モデルは、物理式に則った上記式(6)で表される成分濃度推定モデルにより予測処理後S濃度を出力するが、上述したように、脱硫時間tにおける溶鉄S濃度を出力するためには、平衡点における溶鉄S濃度[%S]及び係数A・kの2つの動的パラメータを設定する必要がある。従来、脱硫反応モデルにおいてこれらの動的パラメータをある値に仮定し、処理後S濃度が算出されていたが、本実施形態に係る予測モデルは、平衡点における溶鉄S濃度[%S]及び係数A・kの2つの動的パラメータも機械学習モデルにより合わせて推定されるように構成される。 The prediction model shown in FIG. 2 outputs the S concentration after prediction processing by the component concentration estimation model represented by the above formula (6) according to the physical formula, but as described above, the molten iron S concentration at the desulfurization time t is For the output, two dynamic parameters must be set: the molten iron S concentration [%S] e at the equilibrium point and the coefficient A· km . Conventionally, these dynamic parameters were assumed to be certain values in the desulfurization reaction model, and the post-treatment S concentration was calculated. The two dynamic parameters of the coefficient A· km are also configured to be jointly estimated by the machine learning model.

すなわち、図2に示すように、平衡論的寄与に関する関数F(x)の出力値、速度論的寄与に関する関数G(x)の出力値、処理時間t、溶鉄重量V、及び、KR処理前のS濃度[%S]が成分濃度推定モデルへ入力され、予測処理後S濃度が出力される。このとき、平衡論的寄与に関する関数F(x;w)の出力値と、速度論的寄与に関する関数G(x;w)の出力値とは、動的パラメータ推定モデルにより算出される。モデル構築部120は、これらの機械学習モデルを上記式(5)に基づき更新し、損失関数が最小となるときの関数F(x;w)、G(x;w)を決定し、最適解探索部140にて用いる予測モデルを構築する。 That is, as shown in FIG. 2, the output value of the function F (x 1 ) related to the equilibrium contribution, the output value of the function G (x 2 ) related to the kinetic contribution, the processing time t, the molten iron weight V, and KR The S concentration [%S] 0 before processing is input to the component concentration estimation model, and the S concentration after prediction processing is output. At this time, the output value of the function F (x 1 ; w 1 ) regarding the equilibrium contribution and the output value of the function G (x 2 ; w 2 ) regarding the kinetic contribution are calculated by the dynamic parameter estimation model. be. The model construction unit 120 updates these machine learning models based on the above equation (5), and determines the functions F(x 1 ; w 1 ) and G(x 2 ; w 2 ) when the loss function is minimized. Then, a prediction model to be used in the optimum solution searching unit 140 is constructed.

ここで、図2に示した予測モデルによる予測処理後S濃度の予測精度評価結果を図4に示す。予測モデルの構築にあたり、全5780チャージの実績データのうち、前半4000チャージの実績データを予測モデル構築用の訓練データとし、残りの1780チャージの実績データをモデル評価用の評価データとして使用した。関数F(x;w)、G(x;w)を表す動的パラメータ推定モデルは、それぞれ中間層が1層のニューラルネットワークとした。図4の評価データについての予測結果に示すように、予測処理後S濃度と実績処理後S濃度とはおおよそ一致しており、RMSE(Root Mean Squared Error)も1.644と低い値を示していた。 Here, FIG. 4 shows the evaluation result of the prediction accuracy of the post-prediction S concentration by the prediction model shown in FIG. In constructing the prediction model, of the performance data of all 5,780 charges, the performance data of the first 4,000 charges was used as training data for constructing the prediction model, and the performance data of the remaining 1,780 charges was used as evaluation data for model evaluation. The dynamic parameter estimation models representing the functions F(x 1 ; w 1 ) and G(x 2 ; w 2 ) are neural networks with one intermediate layer. As shown in the prediction results for the evaluation data in FIG. 4, the predicted post-treatment S concentration and the actual post-treatment S concentration roughly match, and the RMSE (Root Mean Squared Error) also shows a low value of 1.644. rice field.

また、ニューラルネットワークにより推定された速度論的寄与に関する関数G(x)に基づき算出した値G(x)/Vと、溶銑見込み温度との相関関係を調べたところ、強い正の相関があることが確認された。一方で、実験において、反応速度定数Kと溶銑温度との間にも正の相関があることが確認され、反応速度定数Kのオーダーが値G(x)/Vと近いことも確認された。これより、値G(x)/Vは反応速度定数Kを模擬しているとみなすことができると考えられる。 Further, when examining the correlation between the value G(x 2 )/V calculated based on the function G(x 2 ) related to the kinetic contribution estimated by the neural network and the expected hot metal temperature, a strong positive correlation was found. One thing has been confirmed. On the other hand, in experiments, it was confirmed that there is a positive correlation between the reaction rate constant K and the hot metal temperature, and it was also confirmed that the order of the reaction rate constant K is close to the value G(x 2 )/V. . From this, it can be considered that the value G(x 2 )/V simulates the reaction rate constant K.

また、図5に、ある1チャージの実績に対して処理時間のみを変化させたときの、予測モデルにより得られる予測処理S濃度を示す。図5に示すように、処理時間の経過とともに予測処理後S濃度は減少し、次第に平衡点に達することを確認できる。同様に、ある1チャージの実績に対して処理時間のみを変化させたときの、R-dipと予測処理後S濃度との関係を図6に示す。図6に示すように、R-dipと予測処理後S濃度との関係は2次関数のような曲線で表されており、既知の物理的な知見とも一致する。これより、ニューラルネットワークによるグレイボックスモデルを予測モデルとして用いることで、予測精度を向上させつつも、物理的な解釈をし易いモデルを構築することができることがわかる。 FIG. 5 shows the predicted processed S concentration obtained by the prediction model when only the treatment time is changed with respect to the actual result of one charge. As shown in FIG. 5, it can be confirmed that the predicted post-treatment S concentration decreases as the treatment time elapses and gradually reaches an equilibrium point. Similarly, FIG. 6 shows the relationship between R-dip and the predicted post-treatment S concentration when only the treatment time is changed with respect to the performance of one charge. As shown in FIG. 6, the relationship between R-dip and the predicted post-treatment S concentration is represented by a curve like a quadratic function, which agrees with known physical knowledge. From this, it can be seen that by using a gray box model based on a neural network as a prediction model, it is possible to construct a model that is easy to interpret physically while improving the prediction accuracy.

さらに、図2に示す予測モデルを、予測処理後S濃度が実績処理後S濃度を所定の確率で上回るモデルとするため、99%分位点回帰モデルを適用した場合の、予測処理後S濃度の予測精度評価結果を図7に示す。図7は、図4と同様の実績データを用いて、分位点回帰モデルを含む予測モデルを構築した。図7の評価データについての予測結果に示すように、99%の確率で実績処理後S濃度が予測処理後S濃度より大きくすることができていることがわかる。 Furthermore, in order to make the prediction model shown in FIG. FIG. 7 shows the prediction accuracy evaluation results of . FIG. 7 uses the same historical data as in FIG. 4 to build a predictive model, including a quantile regression model. As shown in the prediction results for the evaluation data in FIG. 7, it can be seen that the actual post-treatment S concentration can be made larger than the predicted post-treatment S concentration with a probability of 99%.

(S110:制約条件設定処理)
次いで、制約条件設定部130により、実績データの分布領域を規定する確率密度関数を制約条件として設定する(S110)。予測モデルの信頼できる範囲内で解を探索するため、本実施形態では複雑な同時確率密度関数を推定可能な混合ガウス分布による信頼度判定を実施する。
(S110: Constraint condition setting process)
Next, the constraint condition setting unit 130 sets a probability density function that defines the distribution area of the performance data as a constraint condition (S110). In order to search for a solution within the reliable range of the predictive model, the present embodiment implements reliability determination by a mixed Gaussian distribution that can estimate complex joint probability density functions.

具体的には、まず、期待値予測モデルの構築に用いた訓練データから、説明変数の全てまたは一部の説明変数の同時確率密度関数(混合ガウス分布を仮定)を推定する。そして、制約条件設定部130は、推定した密度関数を基に訓練データの対数尤度を計算し、パラメトリック(対数正規分布等)あるいはノンパラメトリック(カーネル密度推定法等)の手法によって推定される対数尤度の確率密度関数を基に予測モデルが信頼できる管理限界を求める。制約条件設定部130は、この管理限界を制約条件として設定し、最適解探索部140へ出力する。 Specifically, first, a joint probability density function (assuming Gaussian mixture distribution) of all or part of the explanatory variables is estimated from the training data used to construct the expected value prediction model. Then, the constraint condition setting unit 130 calculates the logarithmic likelihood of the training data based on the estimated density function, and the logarithm Based on the probability density function of the likelihood, the control limits that the prediction model can rely on are obtained. Constraint condition setting section 130 sets this control limit as a constraint condition and outputs it to optimum solution search section 140 .

図8に、副材量投入量に関して、過去の実績データから混合ガウス分布によって推定した確率密度関数に基づき設定された解の探索範囲(すなわち、制約条件)の一例を示す。図8では、分布1に粉CaO装入量-二次スラグ装入量、分布2に粉CaO装入量-処理時間、分布3に粉CaO装入量-B-Alについて、訓練データの分布と推定された確率密度関数により設定される解の探索範囲とを示している。図8に示すように、確率密度関数により設定される解の探索範囲は、訓練データの分布に合致している。制約条件設定部130は、確率密度関数により設定された解の探索範囲から外れる実績データを除外する制約条件を生成し、最適解探索部140へ出力する。また、制約条件設定部130は、処理後成分濃度制約条件として、処理後成分濃度の上限値または下限値のうち少なくともいずれか一方を設定し、最適解探索部140へ出力する。なお、操業条件を探索する際に操業コストを考慮する場合には、上記制約条件とともに、制約条件設定部130によって、最小化すべき操業コストを評価関数として設定し、最適解探索部140へ出力すればよい。 FIG. 8 shows an example of a solution search range (that is, constraint conditions) set based on a probability density function estimated from past performance data by a mixed Gaussian distribution with respect to the secondary material input amount. In FIG. 8, distribution of training data for distribution 1: powder CaO charging amount - secondary slag charging amount, distribution 2: powder CaO charging amount - treatment time, distribution 3: powder CaO charging amount - B-Al and the solution search range set by the estimated probability density function. As shown in FIG. 8, the solution search range set by the probability density function matches the training data distribution. Constraint condition setting section 130 generates a constraint condition for excluding performance data outside the solution search range set by the probability density function, and outputs the constraint condition to optimum solution search section 140 . Constraint condition setting section 130 also sets at least one of the upper limit value and the lower limit value of the post-treatment component concentration as a post-treatment concentration constraint condition, and outputs it to optimum solution search section 140 . When operating costs are considered when searching for operating conditions, the operating costs to be minimized are set by the constraint setting unit 130 as an evaluation function together with the above constraints, and output to the optimum solution search unit 140. Just do it.

(S120:最適解探索処理)
その後、最適解探索部140により、制約条件設定部130により構築された予測モデルと制約条件設定部130により設定された制約条件とに基づき、最適操業条件を探索する。すなわち、最適解探索部140は、下記式(7)~(10)で表される最適化問題を解き、最適解を求める。下記式(7)において、関数f(u,v)は分位点回帰モデルを表す関数であり、関数g(a)は制約条件を表す関数である。なお、分位点回帰モデルを表す関数f(u,v)及び確率密度関数p(u)は非線形関数であるため、数理解法で解くことができない。このため、本実施形態では最適化手法として進化的アルゴリズムの1つである差分進化法を用いる。
(S120: optimum solution search process)
After that, the optimal solution search unit 140 searches for the optimal operating conditions based on the prediction model constructed by the constraint setting unit 130 and the constraint conditions set by the constraint setting unit 130 . That is, the optimal solution searching unit 140 solves the optimization problem represented by the following equations (7) to (10) to find the optimal solution. In Equation (7) below, function f(u, v) is a function representing a quantile regression model, and function g(a) is a function representing a constraint. Note that the function f(u, v) representing the quantile regression model and the probability density function p(u) are non-linear functions and cannot be solved by mathematical methods. Therefore, in this embodiment, a differential evolution method, which is one of evolutionary algorithms, is used as an optimization method.

Figure 0007147326000009
Figure 0007147326000009

なお、上記変数は以下の通りである。 The above variables are as follows.

Figure 0007147326000010
Figure 0007147326000010

決定変数uは、最適操業条件として求める対象変数であり、例えば、インペラー初期高さ、処理時間、撹拌速度、粉CaO装入量、二次スラグ装入量、B-Alとする。重みは、KR処理のコストに関し、各決定変数uに対してそれぞれ設定される。また、訓練データが分布している領域内で解を探索するために、対数数度関数(すなわち、確率密度関数)p(u)が対数尤度閾値である管理限界α以下となるように、尤度制約条件として、式(8)の制約式が設定される。さらに、処理後成分濃度が目標上限S濃度以下となるように、処理後成分濃度制約条件として、式(9)の制約式が設定される。さらに、各決定変数の値が指定された上下限値[u lower,u upper]の範囲に収まるように、尤度制約条件として、式(10)の制約式が設定される。具体的には、例えば下記表1に示すような値が設定される。 The decision variable u is a target variable to be obtained as the optimum operating conditions, for example, impeller initial height, treatment time, stirring speed, powdered CaO charging amount, secondary slag charging amount, and B-Al. Weights are respectively set for each decision variable u in terms of the cost of KR processing. Also, in order to search for a solution within the area where the training data is distributed, the logarithmic degree function (that is, the probability density function) p(u) is less than or equal to the control limit α, which is the logarithmic likelihood threshold, As the likelihood constraint, the constraint expression of Equation (8) is set. Furthermore, the constraint expression (9) is set as the post-treatment component concentration constraint condition so that the post-treatment component concentration is equal to or less than the target upper limit S concentration. Furthermore, the constraint expression of Equation (10) is set as a likelihood constraint so that the value of each decision variable falls within the specified range of upper and lower limits [u i lower , u i upper ]. Specifically, for example, values as shown in Table 1 below are set.

Figure 0007147326000011
Figure 0007147326000011

式(1)で表される評価関数JはKR処理における操業コストとして副材コストを表している。最適解探索部140は、上記式(7)及び式(8)~(10)で表される最適化問題を解き、処理後S濃度の成分適中率の向上とコスト削減を達成する最適操業条件を求める。 The evaluation function J represented by the formula (1) expresses the secondary material cost as the operating cost in the KR treatment. The optimum solution search unit 140 solves the optimization problem represented by the above equations (7) and (8) to (10), and finds the optimum operating conditions for improving the component predictive value of the post-treatment S concentration and achieving cost reduction. Ask for

<3.ハードウェア構成>
次に、図9を参照しながら、本発明の実施形態に係る操業条件演算装置100のハードウェア構成について、詳細に説明する。図9は、本実施形態に係る操業条件演算装置100のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
<3. Hardware Configuration>
Next, the hardware configuration of the operating condition calculation device 100 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 9 . FIG. 9 is a block diagram for explaining the hardware configuration of the operating condition calculation device 100 according to this embodiment.

操業条件演算装置100は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、操業条件演算装置100は、さらに、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。 The operating condition calculation device 100 mainly includes a CPU 901 , a ROM 903 and a RAM 905 . The operating condition calculation device 100 further includes a bus 907 , an input device 909 , an output device 911 , a storage device 913 , a drive 915 , a connection port 917 and a communication device 919 .

CPU901は、演算処理装置および制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置913、またはリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、操業条件演算装置100内の動作全般またはその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータなどを記憶する。RAM905は、CPU901が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータなどを一次記憶する。これらはCPUバスなどの内部バスにより構成されるバス907により相互に接続されている。 The CPU 901 functions as an arithmetic processing device and a control device, and controls all or part of the operation in the operating condition arithmetic device 100 according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 913, or the removable recording medium 921. . A ROM 903 stores programs and calculation parameters used by the CPU 901 . The RAM 905 temporarily stores programs used by the CPU 901, parameters that change as appropriate during execution of the programs, and the like. These are interconnected by a bus 907 comprising an internal bus such as a CPU bus.

バス907は、ブリッジを介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バスに接続されている。 The bus 907 is connected to an external bus such as a PCI (Peripheral Component Interconnect/Interface) bus via a bridge.

入力装置909は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置909は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、操業条件演算装置100の操作に対応したPDAなどの外部接続機器923であってもよい。さらに、入力装置909は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。操業条件演算装置100のユーザは、この入力装置909を操作することにより、操業条件演算装置100に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。 The input device 909 is operation means operated by a user, such as a mouse, keyboard, touch panel, button, switch, and lever. Further, the input device 909 may be, for example, remote control means (so-called remote control) using infrared rays or other radio waves, or an external connection device 923 such as a PDA corresponding to the operation of the operating condition calculation device 100. There may be. Further, the input device 909 is composed of, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by the user using the operation means described above and outputs the signal to the CPU 901 . A user of the operating condition calculation device 100 can input various data to the operating condition calculation device 100 and instruct processing operations by operating the input device 909 .

出力装置911は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置911は、例えば、操業条件演算装置100が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、操業条件演算装置100が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データなどからなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。 The output device 911 is configured by a device capable of visually or audibly notifying the user of the acquired information. Such devices include display devices such as CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, and facsimiles. The output device 911 outputs, for example, results obtained by various processes performed by the operating condition calculation device 100 . Specifically, the display device displays the results obtained by various processes performed by the operating condition calculation device 100 as text or images. On the other hand, the audio output device converts an audio signal including reproduced audio data and acoustic data into an analog signal and outputs the analog signal.

ストレージ装置913は、操業条件演算装置100の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置913は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)などの磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイスなどにより構成される。このストレージ装置913は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。 The storage device 913 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the operating condition calculation device 100 . The storage device 913 is configured by, for example, a magnetic storage device such as a HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device. The storage device 913 stores programs executed by the CPU 901, various data, and various data obtained from the outside.

ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、操業条件演算装置100に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体921に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体921に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体921は、例えば、CDメディア、DVDメディア、Blu-ray(登録商標)メディアなどである。また、リムーバブル記録媒体921は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、または、SDメモリカード(Secure Digital memory card)などであってもよい。また、リムーバブル記録媒体921は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)または電子機器などであってもよい。 The drive 915 is a reader/writer for recording media, and is built in or externally attached to the operating condition calculation device 100 . The drive 915 reads information recorded on a removable recording medium 921 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905 . The drive 915 can also write records to a removable recording medium 921 such as an attached magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory. The removable recording medium 921 is, for example, a CD medium, a DVD medium, a Blu-ray (registered trademark) medium, or the like. Also, the removable recording medium 921 may be a CompactFlash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like. Also, the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) equipped with a contactless IC chip, an electronic device, or the like.

接続ポート917は、機器を操業条件演算装置100に直接接続するためのポートである。接続ポート917の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート、RS-232Cポートなどがある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、操業条件演算装置100は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。 The connection port 917 is a port for directly connecting equipment to the operating condition calculation device 100 . Examples of the connection port 917 include a USB (Universal Serial Bus) port, IEEE1394 port, SCSI (Small Computer System Interface) port, RS-232C port, and the like. By connecting the external connection device 923 to the connection port 917 , the operating condition calculation device 100 directly acquires various data from the external connection device 923 and provides various data to the external connection device 923 .

通信装置919は、例えば、通信網925に接続するための通信デバイスなどで構成された通信インターフェースである。通信装置919は、例えば、有線または無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、またはWUSB(Wireless USB)用の通信カードなどである。また、通信装置919は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、または、各種通信用のモデムなどであってもよい。この通信装置919は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IPなどの所定のプロトコルに則して信号などを送受信することができる。また、通信装置919に接続される通信網925は、有線または無線によって接続されたネットワークなどにより構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信などであってもよい。 The communication device 919 is, for example, a communication interface configured with a communication device or the like for connecting to the communication network 925 . The communication device 919 is, for example, a communication card for wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB). Further, the communication device 919 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), a modem for various types of communication, or the like. This communication device 919 can, for example, transmit and receive signals to and from the Internet or other communication devices according to a predetermined protocol such as TCP/IP. A communication network 925 connected to the communication device 919 is configured by a wired or wireless network, and may be, for example, the Internet, home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, or the like. .

以上、本発明の実施形態に係る操業条件演算装置100の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。 An example of the hardware configuration capable of realizing the functions of the operating condition calculation device 100 according to the embodiment of the present invention has been described above. Each component described above may be configured using general-purpose members, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the hardware configuration to be used according to the technical level at which the present embodiment is implemented.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs can conceive of various modifications or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. It is understood that these also naturally belong to the technical scope of the present invention.

100 操業条件演算装置
110 実績データ取得部
120 モデル構築部
130 制約条件設定部
140 最適解探索部
150 出力部
200 実績データ記憶部
REFERENCE SIGNS LIST 100 operating condition calculation unit 110 performance data acquisition unit 120 model construction unit 130 constraint condition setting unit 140 optimum solution search unit 150 output unit 200 performance data storage unit

Claims (6)

溶鉄の精錬処理における成分濃度を予測する成分濃度演算装置であって、
反応処理後の成分濃度[A]を推定する成分濃度推定モデルを構築するモデル構築部と、
前記成分濃度推定モデルを用いて、反応処理後の成分濃度[A]を推定する成分濃度推定部と、
を備え
前記モデル構築部は、
下記式(A)で表される1次反応式において、操業条件によって変化する動的パラメータである平衡状態の成分濃度[A] 及び反応速度係数kを、それぞれ、操業条件x で表される関数F(x )及び操業条件x で表される関数G(x )の動的パラメータ推定モデルで置き換え、
前記関数F(x )及び前記関数G(x )に置き換えた下記式(A)において、前記関数F(x )のパラメータw 及び前記関数G(x )のパラメータw を、過去の操業における実績データを用いて損失関数を最小化するように設定することにより、前記平衡状態の成分濃度[A] 及び前記反応速度係数kを同時に推定し、
推定された前記平衡状態の成分濃度[A] 及び前記反応速度係数kを用いて、前記成分濃度推定モデルを構築する、成分濃度演算装置。
Figure 0007147326000012
ここで、[A] は反応処理前の成分濃度、tは処理時間である。
A component concentration calculation device for predicting component concentrations in molten iron refining,
a model building unit that builds a component concentration estimation model for estimating the component concentration [A] after reaction processing ;
a component concentration estimating unit that estimates the component concentration [A] after reaction processing using the component concentration estimation model;
with
The model construction unit
In the first-order reaction formula represented by the following formula (A), the equilibrium component concentration [A] e and the reaction rate coefficient k, which are dynamic parameters that change depending on the operating conditions, are respectively represented by the operating conditions x 1 . replaced by a dynamic parameter estimation model of the function F(x 1 ) and the function G(x 2 ) represented by the operating condition x 2 ,
In the following formula (A) replaced with the function F(x 1 ) and the function G(x 2 ), the parameter w 1 of the function F(x 1 ) and the parameter w 2 of the function G(x 2 ) are Simultaneously estimating the equilibrium component concentration [A] e and the reaction rate coefficient k by setting to minimize the loss function using actual data in past operations ,
A component concentration calculation device for constructing the component concentration estimation model using the estimated component concentration [A] e in the equilibrium state and the reaction rate coefficient k.
Figure 0007147326000012
Here, [A] 0 is the component concentration before the reaction treatment , and t is the treatment time .
前記成分濃度推定モデルは、前記動的パラメータ推定モデルによって算出される前記平衡状態の成分濃度[A]、前記反応速度係数k、及び、処理時間tを入力として、反応処理後の成分濃度[A]を出力する、請求項1に記載の成分濃度演算装置。 The component concentration estimation model inputs the component concentration [A] e in the equilibrium state calculated by the dynamic parameter estimation model, the reaction rate coefficient k, and the processing time t, and the component concentration after reaction processing [ A]. 前記動的パラメータ推定モデルは、ニューラルネットワークにより構築される、請求項1または2に記載の成分濃度演算装置。 3. The component concentration calculation device according to claim 1, wherein said dynamic parameter estimation model is constructed by a neural network. 前記成分濃度推定部は、処理後成分濃度の分位点を出力する、請求項1~3のいずれか1項に記載の成分濃度演算装置。 The component concentration calculation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the component concentration estimator outputs a quantile of the component concentration after processing. 前記成分濃度推定モデルに基づいて、予測成分濃度が予め設定された成分濃度以下となる操業条件を探索する最適解探索部を備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の成分濃度演算装置。 The component concentration calculation according to any one of claims 1 to 4, comprising an optimum solution search unit that searches for operating conditions where the predicted component concentration is less than or equal to a preset component concentration based on the component concentration estimation model. Device. 溶鉄の精錬処理における成分濃度を予測する成分濃度演算方法であって、
反応処理後の成分濃度[A]を推定する成分濃度推定モデルを構築するモデル構築ステップと、
前記成分濃度推定モデルを用いて、反応処理後の成分濃度[A]を推定する成分濃度推定ステップと、
を含み、
前記モデル構築ステップでは、
下記式(A)で表される1次反応式において、操業条件によって変化する動的パラメータである平衡状態の成分濃度[A] 及び反応速度係数kを、それぞれ、操業条件x で表される関数F(x )及び操業条件x で表される関数G(x )の動的パラメータ推定モデルで置き換え、
前記関数F(x )及び前記関数G(x )に置き換えた下記式(A)において、前記関数F(x )のパラメータw 及び前記関数G(x )のパラメータw を、過去の操業における実績データを用いて損失関数を最小化するように設定することにより、前記平衡状態の成分濃度[A] 及び前記反応速度係数kを同時に推定し、
推定された前記平衡状態の成分濃度[A] 及び前記反応速度係数kを用いて、前記成分濃度推定モデルを構築する、成分濃度演算方法。
Figure 0007147326000013
ここで、[A] は反応処理前の成分濃度、tは処理時間である。
A component concentration calculation method for predicting a component concentration in a molten iron refining process,
a model building step of building a component concentration estimation model for estimating the component concentration [A] after the reaction treatment ;
A component concentration estimation step of estimating the component concentration [A] after the reaction treatment using the component concentration estimation model;
including
In the model building step,
In the first-order reaction formula represented by the following formula (A), the equilibrium component concentration [A] e and the reaction rate coefficient k, which are dynamic parameters that change depending on the operating conditions, are respectively represented by the operating conditions x 1 . replaced by a dynamic parameter estimation model of the function F(x 1 ) and the function G(x 2 ) represented by the operating condition x 2 ,
In the following formula (A) replaced with the function F(x 1 ) and the function G(x 2 ), the parameter w 1 of the function F(x 1 ) and the parameter w 2 of the function G(x 2 ) are Simultaneously estimating the equilibrium component concentration [A] e and the reaction rate coefficient k by setting to minimize the loss function using actual data in past operations ,
A component concentration calculation method for constructing the component concentration estimation model using the estimated component concentration [A] e in the equilibrium state and the reaction rate coefficient k.
Figure 0007147326000013
Here, [A] 0 is the component concentration before the reaction treatment , and t is the treatment time .
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