JP7456592B2 - Graphite nodularization treatment device, learning device, and method for determining magnesium input amount - Google Patents
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Description
本発明は、黒鉛球状化処理装置、学習装置、および、マグネシウム投入量の決定方法に関する。 The present invention relates to a graphite nodularization treatment device, a learning device, and a method for determining the amount of magnesium input.
球状黒鉛鋳鉄、すなわちダクタイル鋳鉄は、強度および延性に優れているため、上下水道用の鉄管など様々な分野の製品に利用されている。ダクタイル鋳鉄は、溶湯にマグネシウムを添加して晶出する黒鉛を球状化する黒鉛球状化処理を経て製造される。 Spheroidal graphite cast iron, or ductile cast iron, has excellent strength and ductility, so it is used in products in various fields such as iron pipes for water and sewage systems. Ductile cast iron is manufactured through a graphite spheroidization process in which magnesium is added to molten metal to spheroidize crystallized graphite.
特開2005-281804号公報(特許文献1)では、黒鉛球状化処理において生じるマグネシウムのフェーディングに対処するために、溶湯中のマグネシウム含有量を実時間で予測演算し、その結果に基づいて、マグネシウムの補充添加のタイミングおよび量を制御する技術が提案されている。具体的には、取鍋内の溶湯中の成分を分析して得られた実測値、溶湯温度、溶湯量、および経過時間を所定の積分式に代入して、溶湯中のマグネシウム含有量を予測演算している。 In JP-A No. 2005-281804 (Patent Document 1), in order to deal with the fading of magnesium that occurs during graphite nodularization, the magnesium content in the molten metal is calculated in real time, and based on the results, Techniques have been proposed to control the timing and amount of supplemental addition of magnesium. Specifically, the magnesium content in the molten metal is predicted by substituting the measured values obtained by analyzing the components in the molten metal in the ladle, the molten metal temperature, the amount of molten metal, and the elapsed time into a predetermined integral formula. is calculating.
特開2005-298843号公報(特許文献2)では、制御装置の演算部が、溶鉄の質量、処理前の溶鉄中S(硫黄)濃度、ならびに、事前に操作盤に入力した処理後の溶鉄中Mg(マグネシウム)濃度の目標値およびMgの添加歩留まり設定値に基づいて、Mg投入量を、鉄被覆Mgワイヤーの長さとして演算する技術が提案されている。 In Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2005-298843 (Patent Document 2), a calculation unit of a control device calculates the mass of molten iron, the S (sulfur) concentration in molten iron before treatment, and the molten iron after treatment input into an operation panel in advance. A technique has been proposed in which the Mg input amount is calculated as the length of an iron-coated Mg wire based on a target value of Mg (magnesium) concentration and a set value of Mg addition yield.
また、菅野 利猛 著,“鋳造分野におけるIoT化への挑戦”,素形材Vol.59(非特許文献1)では、ニューラルネットワークを用いて黒鉛球状化処理における取鍋のMg歩留まりを予測した例が記載されている。AIに入力するデータを単純な生データだけにすると、実測Mg歩留まり(教師データ)と予測Mg歩留まりとの相関は低く、生データに理論的データを加味すると、相関が高くなることが記載されている。生データは、取鍋の比表面積、Mgの添加量、球状化処理温度、ワイヤーの送り速度、元湯の成分値である。理論的データは、溶存可能Mg量、Mgと結合する各種元素(O、S、N)の分子量比と反応量である。 In addition, Toshitake Kanno, “Challenge to IoT in the casting field”, Sokeizai Vol. 59 (Non-Patent Document 1) describes an example in which a neural network is used to predict the Mg yield of a ladle in a graphite nodularization process. It is stated that if the data input to AI is only simple raw data, the correlation between the measured Mg yield (teacher data) and predicted Mg yield will be low, but if theoretical data is added to the raw data, the correlation will be high. There is. The raw data includes the specific surface area of the ladle, the amount of Mg added, the spheroidization temperature, the wire feeding speed, and the component values of the source water. The theoretical data is the amount of Mg that can be dissolved, the molecular weight ratio and reaction amount of various elements (O, S, N) that combine with Mg.
黒鉛球状化処理において、投入したマグネシウムの一部は気化したり他の元素と化合したりして溶湯中に留まれないため、処理後のマグネシウム含有量は、マグネシウム投入量の他、溶解主原料、副原料、溶解方法、球状化処理方法、などの様々な詳細な条件により複雑に変動する。したがって、特許文献1、2のような技術を用いてマグネシウム投入量を演算する場合、事前に人が予測する等の方法で歩留まりを設定する必要がある。
In the graphite spheroidization process, some of the magnesium added vaporizes or combines with other elements and cannot remain in the molten metal, so the magnesium content after treatment is determined by the amount of magnesium input, the main melting raw material, It varies in a complicated manner depending on various detailed conditions such as auxiliary raw materials, melting method, spheroidization method, etc. Therefore, when calculating the amount of magnesium to be added using techniques such as those disclosed in
また、非特許文献1では、黒鉛球状化後のマグネシウム歩留まりをAIで予測しているが、生データおよび理論的データに含まれる多くの条件データを説明変数として入力したとしても、歩留まりに影響する全ての条件を事前に把握することは困難であるため、マグネシウム歩留まりを高精度に予測できるとは限らない。そのため、多くの条件データに基づいて取鍋へのマグネシウム投入量を決定したとしても、目標のマグネシウム含有量を実現できない可能性がある。
In addition, in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、効率良く目標のマグネシウム含有量を実現することのできる黒鉛球状化処理装置、および、マグネシウム投入量の決定方法を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a graphite nodularization treatment device that can efficiently achieve a target magnesium content, and to reduce the amount of magnesium input. The purpose is to provide a method for making decisions.
また、効率良く目標のマグネシウム含有量を実現するために好適な学習装置を提供することも、他の目的とする。 Another object of the present invention is to provide a learning device suitable for efficiently achieving a target magnesium content.
この発明のある局面に従う黒鉛球状化処理装置は、取鍋内の溶湯にマグネシウムを投入するマグネシウム供給手段を備えた黒鉛球状化処理装置であって、データ記憶手段と、決定手段とを備える。データ記憶手段は、過去の杯におけるマグネシウム投入量と黒鉛球状化処理後の溶湯のマグネシウム含有量との組、または歩留まりを示す結果データを含む、実績データを記憶する。決定手段は、データ記憶手段に記憶された過去の実績データに基づいて、処理杯ごとに、処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりを予測して、マグネシウム供給手段からのマグネシウム投入量を決定する。 A graphite spheroidizing treatment device according to one aspect of the present invention is a graphite spheroidizing treatment device equipped with a magnesium supply means for supplying magnesium to the molten metal in a ladle, and is equipped with a data storage means and a determination means. The data storage means stores performance data including a pair of the amount of magnesium input in a past cup and the magnesium content of the molten metal after the graphite spheroidizing treatment, or result data indicating the yield. The determination means predicts the magnesium content or yield of the molten metal after treatment for each treatment cup based on the past performance data stored in the data storage means, and determines the amount of magnesium input from the magnesium supply means.
好ましくは、決定手段は、処理湯量、処理前温度、および元湯成分の少なくとも一つを含む処理杯の溶湯条件データと、過去の実績データとに基づいて、処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりを予測する予測手段を含む。 Preferably, the determining means determines the magnesium content of the molten metal after treatment or It includes a prediction means for predicting yield.
データ記憶手段に記憶される実績データは、結果データに加え、溶湯条件データをさらに含むことが望ましい。 It is desirable that the performance data stored in the data storage means further include molten metal condition data in addition to result data.
より好ましくは、黒鉛球状化処理装置は、機械学習により生成された学習モデルを記憶するモデル記憶手段をさらに備える。この場合、決定手段(予測手段)は、少なくとも過去の実績データを学習モデルに入力して、処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりを予測する。 More preferably, the graphite nodularization processing apparatus further includes model storage means for storing a learning model generated by machine learning. In this case, the determining means (predicting means) inputs at least past performance data into the learning model to predict the magnesium content or yield of the molten metal after treatment.
この発明の他の局面に従う学習装置は、生成手段と、モデル記憶手段とを備える。生成手段は、過去の杯におけるマグネシウム投入量と黒鉛球状化処理後の溶湯のマグネシウム含有量との組、または歩留まりを示す結果データを含む、過去の実績データと、処理杯の処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりとの相関を機械学習して学習モデルを生成する。モデル記憶手段は、生成手段により生成された学習モデルを記憶する。 A learning device according to another aspect of the invention includes a generation means and a model storage means. The generation means is a combination of the amount of magnesium input in the past cup and the magnesium content of the molten metal after graphite spheroidization treatment, or past performance data including result data indicating yield, and the molten metal after processing in the treated cup. Generate a learning model by machine learning the correlation with magnesium content or yield. The model storage means stores the learning model generated by the generation means.
好ましくは、学習装置は、学習モデルを評価する評価手段をさらに備える。この場合、評価手段は、学習モデルを用いて予測される処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりよりも、実測値の方が低くなった場合に、同量だけ高くなった場合よりも誤差(損失)を大きく評価することが望ましい。 Preferably, the learning device further includes evaluation means for evaluating the learning model. In this case, the evaluation means determines the error ( It is desirable to greatly evaluate the loss).
この発明のさらに他の局面に従うマグネシウム投入量の決定方法は、黒鉛球状化処理装置におけるマグネシウム投入量の決定方法であって、過去の杯におけるマグネシウム投入量と黒鉛球状化処理後の溶湯のマグネシウム含有量との組、または歩留まりを示す結果データを含む、実績データを記憶部に記憶するステップと、記憶部に記憶された過去の実績データに基づいて、処理杯ごとに、処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりを予測するステップと、予測結果に応じて、処理杯のマグネシウム投入量を決定するステップとを備える。 A method for determining the amount of magnesium input according to still another aspect of the present invention is a method for determining the amount of magnesium input in a graphite spheroidization treatment apparatus, which comprises comparing the amount of magnesium input in past cups and the magnesium content of the molten metal after the graphite spheroidization treatment. a step of storing performance data in a storage unit, including result data indicating a combination with a quantity or a yield; and a step of storing magnesium in the molten metal after treatment for each processing cup based on past performance data stored in the storage unit. The method includes a step of predicting the content or yield, and a step of determining the amount of magnesium to be added to the processing cup depending on the prediction result.
本発明によれば、効率良く目標のマグネシウム含有量を実現することができる。 According to the present invention, the target magnesium content can be efficiently achieved.
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 The embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals and their description will not be repeated.
<ダクタイル鋳鉄の製造工程の概要>
はじめに、図1を参照して、ダクタイル鋳鉄の製造工程の概要について説明する。図1は、本実施の形態におけるダクタイル鋳鉄の製造工程を概略的に示す図である。
<Overview of the manufacturing process of ductile cast iron>
First, with reference to FIG. 1, an overview of the manufacturing process of ductile cast iron will be explained. FIG. 1 is a diagram schematically showing the manufacturing process of ductile cast iron in this embodiment.
本実施の形態において、ダクタイル鋳鉄は、溶解工程P1、脱硫工程P2、溶湯保持工程P3、溶湯成分分析工程P4、成分調整工程P5、球状化処理工程P6、除滓工程P7、鋳造工程P8を順に経て、製造される。 In this embodiment, the ductile cast iron is processed in the order of melting process P1, desulfurization process P2, molten metal holding process P3, molten metal component analysis process P4, component adjustment process P5, spheroidization process P6, slag removal process P7, and casting process P8. After that, it is manufactured.
溶解工程P1において、銑鉄、屑鉄、鋼材等の溶湯材が、キュポラなどの溶解炉11において溶解される。溶解炉11としては、たとえば電気炉が採用され得る。
In the melting process P1, molten metal such as pig iron, scrap iron, steel, etc. is melted in a
脱硫工程P2において、溶解炉11で生成された溶湯が、脱硫用の取鍋12へと注入され、取鍋12内の溶湯中の硫黄分が除去される。なお、脱硫工程P2は省略してもよい。
In the desulfurization step P2, the molten metal produced in the
溶湯保持工程P3において、脱硫後の溶湯が、溶湯保持用の低周波炉13に注入され、保持される。
In the molten metal holding process P3, the desulfurized molten metal is poured into a low-
溶湯成分分析工程P4においては、QV(カントバック)分析装置14によって、低周波炉13内の溶湯の成分が分析される。低周波炉13内の溶湯は、成分分析後に、所定容量(たとえば6t)の取鍋15に注入される。
In the molten metal component analysis step P4, the components of the molten metal in the
成分調整工程P5においては、QV分析装置14による分析結果に基づいて、溶湯中の成分を調整する。具体的には、QV分析装置14による分析結果が成分調整装置16に入力され、成分調整装置16によって、取鍋15内の溶湯に添加するカーボン(C)、シリコン(Si)、などの元素成分量が調整される。
In the component adjustment step P5, the components in the molten metal are adjusted based on the analysis results by the
球状化処理工程P6においては、黒鉛球状化処理装置(以下「球状化処理装置」と略す)20が、溶湯中の黒鉛を球状化する処理を実行する。本実施の形態では、コアードワイヤー装置21によって、取鍋15内にマグネシウムが投入される。
In the spheroidizing process P6, a graphite spheroidizing apparatus (hereinafter abbreviated as "spheroidizing apparatus") 20 performs a process of spheroidizing graphite in the molten metal. In this embodiment, magnesium is introduced into the
コアードワイヤー装置21は、ワイヤーコイル26からワイヤー22を引き出して取鍋15に供給する供給装置23と、ワイヤーコイル26から供給装置23へのワイヤー22の移動をガイドするガイド部材24とを含む。ワイヤー22は、粒状のマグネシウム合金が鉄製外皮内に内包されて構成されたコアードワイヤーである。ワイヤー22が取鍋15に供給されることにより、取鍋15内の溶湯にマグネシウムが添加(投入)される。供給装置23は、マグネシウム供給手段として機能し、ワイヤー22を引き出すための駆動部を含む(図示せず)。
The cored
供給装置23は、制御装置25により制御される。制御装置25は、球状化処理の度に(すなわち処理杯ごとに)、取鍋15へのマグネシウム投入量を決定し、供給装置23に指示する。供給装置23は、指示されたマグネシウム投入量に応じた長さ分、取鍋15にワイヤー22を供給する。制御装置25は、上述のQV分析装置14と有線または無線にて接続されており、QV分析装置14による分析結果をマグネシウム投入量の決定に利用可能である。本実施の形態に係る球状化処理装置20は、コアードワイヤー装置21、制御装置25、およびQV分析装置14を含む。なお、制御装置25は、コアードワイヤー装置21に組み込まれていてもよい。
The
除滓工程P7においては、球状化処理後の取鍋15Aがコアードワイヤー装置21から取り出され、取鍋15A内の溶湯からスラグが除去される。除滓処理後の取鍋15Bは、クレーン等の搬送手段で鋳造工程P8へと搬送される。上述のQV分析装置14は、球状化処理後の取鍋15A内の溶湯の成分を分析し、その分析結果を球状化処理装置20の制御装置25に出力する。なお、球状化処理前の溶湯の成分を分析するQV分析装置と、球状化処理後の溶湯の成分を分析するQV分析装置とが、個別に設けられていてもよい。
In the slag removal step P7, the
鋳造工程P8において、取鍋15B内の溶湯を鋳型に流し込み、ダクタイル鋳鉄が鋳造される。
In the casting process P8, the molten metal in the
球状化処理後の取鍋15A内の溶湯のマグネシウム含有量(以下「残留Mg量」ともいう)が規定量よりも少ない場合、ダクタイル鋳鉄の品質が低下する。そのため、球状化処理工程P6においては、残留Mg量が目標値(規定量以上)の目標残留Mgとなるように、できるだけ過不足なくマグネシウムを取鍋15に投入することが望まれる。
If the magnesium content of the molten metal in the
本実施の形態に係る球状化処理装置20は、Mg歩留まりを示す結果データを含む、過去の実績データに基づいて、マグネシウム投入量(以下「投入Mg量」ともいう)を決定する点を、主な特徴としている。Mg歩留まりは、次式により表わされる。
Mg歩留まり={処理湯量(出湯湯量+残湯量)×残留Mg量}/投入Mg量
The
Mg yield = {processed hot water amount (output hot water amount + remaining hot water amount) x residual Mg amount}/input Mg amount
なお、Mg歩留まりは、上記式に表わされるように、投入Mg量および残留Mg量により求められるため、Mg歩留まりに代えて、投入Mg量と残留Mg量との組を結果データとして用いてもよい。 Note that, as expressed in the above formula, the Mg yield is determined by the input Mg amount and the residual Mg amount, so instead of the Mg yield, a set of the input Mg amount and the residual Mg amount may be used as the result data. .
<球状化処理装置の機能構成>
図2(A)を参照して、球状化処理装置20の機能構成について説明する。図2(A)は、本実施の形態に係る球状化処理装置20の機能構成を示すブロック図である。
<Functional configuration of spheroidization processing device>
The functional configuration of the
球状化処理装置20は、データ記憶部31と、モデル記憶部32と、決定部33と、指示出力部34と、結果取得部35とを含む。これら各部31~35は、図1に示した制御装置25に含まれる。
The
データ記憶部31は、過去の実績データを、球状化処理ごと(杯ごと)に記憶する。データ記憶部31には、直近の所定数(たとえば2個)の実績データ(過去の杯情報)のみが記憶されてもよい。実績データは、球状化処理の各種条件を示す溶湯条件データと、球状化処理の結果データとを含む。
The
溶湯条件データは、処理湯量、処理前温度、および元湯成分の全て、または少なくとも一つを含む。元湯成分はC含有量およびS含有量の両方、または少なくとも一方を含む。 The molten metal condition data includes all or at least one of the amount of treated molten metal, the temperature before treatment, and the source molten metal components. The source hot water component contains both or at least one of C content and S content.
本実施の形態において、結果データはMg歩留まりを表わす。なお、上述のように、結果データは投入Mg量および残留Mg量であってもよい。つまり、データ記憶部31は、過去の杯におけるマグネシウム投入量と黒鉛球状化処理後の溶湯のマグネシウム含有量との組、または歩留まりを示す結果データを含む、実績データを記憶していればよい。
In this embodiment, the result data represents the Mg yield. As described above, the result data may be the amount of Mg added and the amount of residual Mg. In other words, the
モデル記憶部32は、予測モデル32Aを記憶する。予測モデル32Aは、後述する学習装置100において生成された学習モデルである。
The
決定部33は、データ記憶部31に記憶された過去の実績データに基づいて、処理杯ごとに、処理後の溶湯のMg歩留まりを予測して、投入Mg量を決定する。つまり、決定部33は、予測モデル32Aに少なくとも過去の実績データを入力することにより、Mg歩留まりを予測する予測部36と、予測部36での予測結果(予測歩留まり)に応じて投入Mg量を演算する演算部37とを含む。予測部36によるMg歩留まりの予測方法については後に詳述する。
The determining
演算部37は、次式により投入Mg量を演算する。
投入Mg量=(目標残留Mg×処理湯量)/予測歩留まり
The
Amount of Mg added = (target residual Mg x amount of molten metal to be processed) / predicted yield
指示出力部34は、決定部33により決定された投入Mg量に応じた長さのワイヤー22を取鍋15に供給するよう、供給装置23に指示し、黒鉛の球状化を実施する。
The
結果取得部35は、黒鉛球状化処理後の取鍋15A内の溶湯成分の分析結果をQV分析装置14から取得し、残留Mg量を検出する。また、検出した残留Mg量に基づいて、Mg歩留まりを算出する。算出したMg歩留まりが、結果データとしてデータ記憶部31に記憶される。
The result acquisition unit 35 acquires the analysis result of the molten metal component in the
なお、決定部33、指示出力部34、および結果取得部35の機能は、CPUなどのプロセッサがソフトウェアを実行することにより実現され得る。データ記憶部31およびモデル記憶部32は、不揮発性のメモリ、または、コンピュータに対して着脱可能な記録媒体により実現される。
Note that the functions of the determining
<Mg歩留まりの予測方法>
図3を参照して、本実施の形態における予測モデル32Aを用いたMg歩留まりの予測方法について説明する。図3(A)には比較例による予測方法を概念的に示し、図3(B)に本実施の形態(実施例)による予測方法を概念的に示している。
<Method for predicting Mg yield>
Referring to FIG. 3, a method for predicting the Mg yield using the prediction model 32A in this embodiment will be described. FIG. 3A conceptually shows a prediction method according to a comparative example, and FIG. 3B conceptually shows a prediction method according to the present embodiment (example).
図3(A)を参照して、通常の予測モデルであれば、これから処理する処理杯情報を説明変数として、目的変数であるMg歩留まり(または残留Mg量)を予測するように機械学習される。処理杯情報は溶湯条件データDaに相当し、Mg歩留まり(実測値)は結果データDbに相当する。溶湯条件データDaは、たとえば、各処理の基本情報(日付、時間、製品種)と、処理前の溶湯の各元素成分(C、Si、Mn、P、S、Cu、など)の割合を示す元湯成分と、残湯量および出湯湯量により特定される処理湯量と、処理前の溶湯温度を示す元湯温度とを含み、添加剤量をさらに含んでいる。 Referring to FIG. 3(A), in the case of a normal prediction model, machine learning is performed to predict the Mg yield (or residual Mg amount), which is the objective variable, using the process cup information to be processed as an explanatory variable. . The processing cup information corresponds to the molten metal condition data Da, and the Mg yield (actually measured value) corresponds to the result data Db. The molten metal condition data Da indicates, for example, the basic information of each treatment (date, time, product type) and the ratio of each elemental component (C, Si, Mn, P, S, Cu, etc.) of the molten metal before treatment. It includes the source hot water component, the amount of treated hot water specified by the amount of remaining hot water and the amount of tapped hot water, and the source hot water temperature that indicates the temperature of the molten metal before treatment, and further includes the amount of additives.
これに対し、図3(B)を参照して、本実施の形態における予測モデル32Aは、処理杯情報だけでなく、過去の杯の情報すなわち実績データを説明変数として、Mg歩留まりを予測するように機械学習されている。ここで、実績データには、目的変数の答え(実測結果)であるMg歩留まりが含まれる。 On the other hand, referring to FIG. 3(B), prediction model 32A according to the present embodiment uses not only processed cup information but also past cup information, that is, performance data, as an explanatory variable to predict Mg yield. has been machine learned. Here, the performance data includes the Mg yield, which is the answer to the objective variable (actual measurement result).
直近の二杯分の実績データを説明変数に含める場合、一杯前の実績データは、一杯前の球状化処理に関する溶湯条件データDa1および結果データDb1を含み、二杯前の実績データは、二杯前の球状化処理に関する溶湯条件データDa2および結果データDb2を含む。 When the performance data for the most recent two cups are included in the explanatory variables, the performance data for the previous two cups includes molten metal condition data Da1 and result data Db1 regarding the spheroidization process for the previous cup, and the performance data for the two cups previous includes the molten metal condition data Da1 and result data Db1 regarding the spheroidization process for the previous cup. It includes molten metal condition data Da2 and result data Db2 regarding the previous spheroidization process.
<予測モデルの生成方法>
図2(B)を参照して、予測モデル32Aの生成方法について説明する。図2(B)は、学習装置100の機能構成を示すブロック図である。
<How to generate a prediction model>
A method for generating the prediction model 32A will be described with reference to FIG. 2(B). FIG. 2(B) is a block diagram showing the functional configuration of the
学習装置100は、履歴データ記憶部101と、モデル生成部102と、モデル記憶部103と、評価部104とを含む。学習装置100は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサおよびメモリを含むコンピュータにより実現される。
The
モデル生成部102は、球状化処理装置20での球状化処理ごとに処理履歴データを生成し、生成した処理履歴データ1,2,・・・,nを、履歴データ記憶部101に記憶する。
The
各処理履歴データ(k)は、上述の実績データに相当し、固有の識別データに対応付けて記憶された溶湯条件データおよび結果データを含む。識別データは、たとえば、図3(A)に示した基本情報に含まれる日付および製品種類が含まれる。溶湯条件データは、処理湯量、処理前温度、および元湯成分の全て、または、少なくとも一つを含む。溶湯条件データはまた、処理時間を含んでもよい。 Each processing history data (k) corresponds to the above-mentioned performance data and includes molten metal condition data and result data stored in association with unique identification data. The identification data includes, for example, the date and product type included in the basic information shown in FIG. 3(A). The molten metal condition data includes all or at least one of the amount of treated molten metal, the pre-treatment temperature, and the source molten metal components. The molten metal condition data may also include processing time.
モデル生成部102は、履歴データ記憶部101に記憶された複数の処理履歴データに基づいて、処理杯のMg歩留まりを予測するための学習モデル、すなわち予測モデル103Aを生成する。具体的には、処理杯の溶湯条件データおよび過去の実績データ(Mg歩留まりを含む)と、処理杯の結果データであるMg歩留まりとの相関を機械学習して、予測モデル103Aを生成する。つまり、図3(B)に示したように、処理杯の溶湯条件データおよび過去の実績データを説明変数とし、処理杯のMg歩留まりを目的変数とする予測モデル103Aを生成する。
The
機械学習に用いるアルゴリズムとしては、たとえば(重)回帰分析が採用され得るが、ニューラルネットワーク、サポートベクトルマシン、決定木、k-NNなど他の手法が採用されてもよい。 As an algorithm used for machine learning, for example, (multiple) regression analysis may be adopted, but other techniques such as neural network, support vector machine, decision tree, k-NN, etc. may also be adopted.
評価部104は、モデル生成部102により生成された予測モデル103Aの精度を評価し、評価結果をモデル生成部102に出力する。モデル生成部102は、Mg歩留まりの予測値と実測値(結果)との誤差を無くすように、予測モデル103Aを適宜修正する。
The
ここで、評価部104は、予測モデル103Aを用いて予測されるMg歩留まりよりも、実測値(結果)の方が低くなった場合には、同量だけ高くなった場合よりも誤差(損失)を大きく評価することが望ましい。予測モデルの目的変数を処理後の溶湯の残留Mg量とする場合も同様である。
Here, the
図5を参照して、予測モデル103Aの評価に用いる誤差関数(損失関数)について説明する。機械学習の評価に用いる誤差関数としては、次の例1、2のようなものが一般的である。例1の誤差関数は、図5(B)のグラフに示されるように、予測値と実測値との差をそのまま絶対値で表し、絶対値の平均を評価結果として算出するものである。例2の誤差関数は、図5(C)のグラフに示されるように、予測値と実測値との差を二乗し、その平均の平方根を評価結果として算出するものである。 The error function (loss function) used to evaluate the prediction model 103A will be described with reference to FIG. 5. As error functions used for machine learning evaluation, the following examples 1 and 2 are common. As shown in the graph of FIG. 5B, the error function of Example 1 expresses the difference between the predicted value and the actual value as an absolute value, and calculates the average of the absolute values as the evaluation result. As shown in the graph of FIG. 5(C), the error function of Example 2 squares the difference between the predicted value and the actual value, and calculates the square root of the average as the evaluation result.
これに対し、本実施の形態の誤差関数は、図5(D)のグラフに示されるように、予測値と実測値との差が正の値である場合にのみ、その値を定数倍(たとえば2倍)して、絶対値の平均を評価結果として算出するものである。そのため、図5(A)に示されるように、予測値と実測値との差が正(+側)のケースがいくつかあると、評価部104による評価結果(誤差)が、例1および例2の評価結果(誤差)よりも高くなり得る。
On the other hand, as shown in the graph of FIG. 5(D), the error function of the present embodiment multiplies the value by a constant ( For example, the average of the absolute values is calculated as the evaluation result. Therefore, as shown in FIG. 5A, if there are several cases in which the difference between the predicted value and the measured value is positive (on the + side), the evaluation result (error) by the
このような評価方法を採用することにより、後の鋳造工程P8を経て得られる完成品の品質低下を防止できる。 By employing such an evaluation method, it is possible to prevent the quality of the finished product obtained through the subsequent casting process P8 from deteriorating.
モデル生成部102により生成された予測モデル103Aが、球状化処理装置20のモデル記憶部32に予め、予測モデル32Aとして記憶されている。なお、球状化処理装置20が、学習装置100の機能を備え、球状化処理装置20において予測モデル32Aを随時更新できるようにしてもよい。
A prediction model 103A generated by the
<シミュレーション結果>
図4(A)は、比較例の予測モデルでMg歩留まりを予測する場合のシミュレーション結果を示す表であり、図4(B)は、本実施の形態の予測モデル103AでMg歩留まりを予測した場合のシミュレーション結果を示す表である。
<Simulation results>
FIG. 4(A) is a table showing simulation results when Mg yield is predicted using the prediction model of the comparative example, and FIG. 4(B) is a table showing simulation results when Mg yield is predicted using the prediction model 103A of the present embodiment. 2 is a table showing simulation results.
図4(A)は、図3(A)に示した比較例に従ったMg歩留まりの予測値および実測値(目的変数)を、基準値(Mg歩留まりの目標値)との差として示した表である。図4(B)は、図3(B)に示した本実施の形態における予測方法に従ったMg歩留まりの予測値および実測値(目的変数)を、同じく、基準値(Mg歩留まりの目標値)との差として示した表である。 FIG. 4(A) is a table showing the predicted value and actual measured value (objective variable) of Mg yield according to the comparative example shown in FIG. 3(A) as a difference from the reference value (target value of Mg yield). It is. FIG. 4(B) shows the predicted value and actual measured value (target variable) of Mg yield according to the prediction method in this embodiment shown in FIG. 3(B), as well as the reference value (target value of Mg yield). This is a table showing the difference between
図4(A)を参照して、比較例においては、説明変数の欄CA1に、当該杯データ(処理杯情報)のみが含まれている。当該杯データは、図3(A)に示した溶湯条件データに相当する。目的変数の欄CA2には、各回のMg歩留まり実測値が、基準値(目標値)からの差分として示されている。予測値の欄CA3には、欄CA1の説明変数を入力として予測した場合の各回の予測Mg歩留まりが、基準値(目標値)からの差分として示されている。 Referring to FIG. 4(A), in the comparative example, only the cup data (processed cup information) is included in the explanatory variable column CA1. The cup data corresponds to the molten metal condition data shown in FIG. 3(A). In the objective variable column CA2, the Mg yield actual value for each time is shown as a difference from the reference value (target value). In the predicted value column CA3, each predicted Mg yield when predicted using the explanatory variables in the column CA1 as input is shown as a difference from a reference value (target value).
図4(B)を参照して、本実施例においては、説明変数の欄CB1に、当該杯データに加え、1杯前データおよび2杯前データが含まれている。1杯前データおよび2杯前データは、実績データに相当し、溶湯条件データと歩留まりデータ(結果データ)とを含んでいる。目的変数の欄CB2、および、予測値の欄CB3は、上記欄CA2,CA3と同様に、各値が、基準値(目標値)からの差分として示されている。 Referring to FIG. 4(B), in the present embodiment, the explanatory variable column CB1 includes data from the first cup and data from the second cup in addition to the cup data. The data before one cup and the data before two cups correspond to performance data and include molten metal condition data and yield data (result data). In the objective variable column CB2 and the predicted value column CB3, each value is shown as a difference from a reference value (target value), similarly to the above columns CA2 and CA3.
図4(A),(B)のシミュレーション結果の評価を下記に示す。 Evaluation of the simulation results in FIGS. 4(A) and 4(B) is shown below.
表1に示されるように、マグネシウムの使用割合は、本実施例および比較例ともに同等で、予測誤差および目標下限外れ率は、比較例の方が実施例よりも高い。ここでの予測誤差は、図5の例2に従って計算した二乗平均平方根誤差であり、予測値と実測値との差を二乗し、その平均の平方根を誤差として表している。目標下限外れ率とは、予測値が目標下限値を外れて低くなった割合を表わす。マグネシウムの使用割合は、Mg歩留まり実測値(答え)に従って運用した場合に使用する球状化処理用Mg量(投入量)を1とした場合のMg量を表わす。 As shown in Table 1, the usage ratio of magnesium is the same in both the present example and the comparative example, and the prediction error and target lower limit deviation rate are higher in the comparative example than in the example. The prediction error here is the root mean square error calculated according to Example 2 of FIG. 5, and the difference between the predicted value and the actual value is squared, and the square root of the average is expressed as the error. The target lower limit deviation rate represents the rate at which the predicted value deviates from the target lower limit and becomes lower. The usage ratio of magnesium represents the amount of Mg when the amount of Mg for spheroidization treatment (input amount) used when operating according to the actual measured value of Mg yield (answer) is 1.
上記の評価結果から、本実施の形態のように、予測モデル103Aの説明変数に過去の実績データを含めることで、比較例よりも精度良くMg歩留まりを予測できることが判明した。特に、目的変数であるMg歩留まり(実測値)を実績データに含ませることによって予測精度を向上できることを見出した。 The above evaluation results show that by including past performance data in the explanatory variables of the prediction model 103A, as in this embodiment, it is possible to predict the Mg yield with greater accuracy than in the comparative example. In particular, it was found that the prediction accuracy can be improved by including the objective variable, the Mg yield (actual measured value), in the performance data.
<球状化処理装置の動作>
図2(A)および図6を参照して、球状化処理装置20の動作について説明する。図6は、本実施の形態における黒鉛球状化処理を示すフローチャートである。
<Operation of spheroidization processing device>
The operation of the
はじめに、球状化処理装置20の決定部33が、QV分析装置14などから処理杯の溶湯条件データを取得するとともに、データ記憶部31に記憶された過去2杯分の実績データを取得する(ステップS1)。
First, the
決定部33の予測部36が、ステップS1で取得した情報に基づいて、処理杯のMg歩留まりを予測する(ステップS3)。つまり、処理杯の溶湯条件データおよび過去2杯分の実績データを予測モデル32Aに入力し、予測モデル32Aの出力値を予測値として取得する。
The
続いて、決定部33の演算部37は、ステップS3で予測したMg歩留まりと、予め定められた目標残留Mg量、処理杯の溶湯条件データに含まれる処理湯量とに基づいて、投入Mg量を演算する(ステップS5)。
Subsequently, the
指示出力部34が、ステップS5で演算した投入Mg量に応じてワイヤーを供給するように、コアードワイヤー装置21の供給装置23に指示する(ステップS7)。これにより、取鍋15内の溶湯に適量のマグネシウムが自動的に投入され、溶湯中の黒鉛が球状化される(ステップS9)。
The
黒鉛の球状化が終了すると、結果取得部35が、取鍋15A内の溶湯の成分分析結果を取得し、残留Mg量を検出する(ステップS11)。また、検出した残留Mg量と、処理湯量と、ステップS5で演算した投入Mg量とに基づいて、Mg歩留まり(実測値)を算出する(ステップS13)。
When the spheroidization of graphite is completed, the result acquisition unit 35 acquires the component analysis result of the molten metal in the
結果取得部35は、算出したMg歩留まり(実測値)をデータ記憶部31に記憶する(ステップS15)。つまり、ステップS1で取得された処理杯の溶湯条件データと、ステップS13で得た結果データとを含む実績データが、直近(1杯前)の実績データとして、データ記憶部31に記憶される。
The result acquisition unit 35 stores the calculated Mg yield (actual measurement value) in the data storage unit 31 (step S15). That is, performance data including the molten metal condition data of the processed cup acquired in step S1 and the result data obtained in step S13 is stored in the
この処理が終わると、ステップS1に戻り、上記処理が繰り返される。 When this process is finished, the process returns to step S1 and the above process is repeated.
<変形例>
(1)Mg歩留まりの予測に用いられる過去の実績データは、直前の2杯分に限定されない。たとえば、1杯前と3杯前の実績データを用いてもよい。なお、Mg歩留まりの予測に用いられる実績データは、製品種類が同一の実績データであることが望ましい。
<Modified example>
(1) Past performance data used for predicting Mg yield is not limited to the previous two cups. For example, performance data from one cup before and three cups ago may be used. Note that it is desirable that the track record data used for predicting the Mg yield be track record data for the same product type.
(2)Mg歩留まりの予測に用いられる過去の実績データは、複数杯が望ましいものの、2杯分に限定されず、3杯以上であってもよい。あるいは、1杯分の過去の実績データに基づいてMg歩留まりを予測してもよい。 (2) The past performance data used for predicting the Mg yield is preferably a plurality of cups, but is not limited to two cups, and may be three or more cups. Alternatively, the Mg yield may be predicted based on past performance data for one cup.
(3)Mg歩留まりの予測に用いられる過去の実績データは、処理杯の溶湯条件データおよび結果データの双方を含むこととしたが、結果データのみを含んでいてもよい。 (3) Although the past performance data used for predicting the Mg yield includes both the molten metal condition data and the result data of the processing cup, it may include only the result data.
(4)Mg歩留まりの予測に、処理杯の溶湯条件データおよび過去の実績データの双方が用いられることとしたが、少なくとも過去の実績データが用いられればよい。つまり、予測モデル103Aの説明変数は、過去の実績データのみであってもよい。 (4) Although both the molten metal condition data of the processing cup and the past performance data are used to predict the Mg yield, it is sufficient that at least the past performance data is used. That is, the explanatory variables of the prediction model 103A may be only past performance data.
(5)本実施の形態では、球状化処理装置20の制御装置25が、予測モデル103Aを用いて投入Mg量を決定する方法について説明したが、投入Mg量の決定方法は、球状化処理装置20から独立したコンピュータにおいても実行可能である。
(5) In the present embodiment, the method in which the
(6)球状化処理装置20の制御装置25が実行する投入Mg量の決定方法を、プログラムとして提供することもできる。同様に、学習装置100により実行される学習方法を、プログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、CD-ROM(Compact Disc-ROM)などの光学媒体や、メモリカードなどのコンピュータ読取り可能な一時的でない(non-transitory)記録媒体にて記録させて提供することができる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
(6) The method for determining the amount of Mg to be introduced, which is executed by the
本発明にかかるプログラムは、コンピュータのオペレーティングシステム(OS)の一部として提供されるプログラムモジュールのうち、必要なモジュールを所定の配列で所定のタイミングで呼出して処理を実行させるものであってもよい。その場合、プログラム自体には上記モジュールが含まれずOSと協働して処理が実行される。このようなモジュールを含まないプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。 The program according to the present invention may execute processing by calling necessary modules in a predetermined sequence at a predetermined timing among program modules provided as part of a computer operating system (OS). . In that case, the program itself does not include the above module and processes are executed in cooperation with the OS. A program that does not include such a module may also be included in the program according to the present invention.
また、本発明にかかるプログラムは他のプログラムの一部に組込まれて提供されるものであってもよい。その場合にも、プログラム自体には上記他のプログラムに含まれるモジュールが含まれず、他のプログラムと協働して処理が実行される。このような他のプログラムに組込まれたプログラムも、本発明にかかるプログラムに含まれ得る。 Further, the program according to the present invention may be provided by being incorporated into a part of another program. Even in that case, the program itself does not include the modules included in the other programs, and the processing is executed in cooperation with the other programs. Programs incorporated into such other programs may also be included in the programs according to the present invention.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above description, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.
20 球状化処理装置,21 コアードワイヤー装置,23 供給装置,25 制御装置,31 データ記憶部,32,103 モデル記憶部,32A,103A 予測モデル,33 決定部,34 指示出力部,35 結果取得部,36 予測部,37 演算部,100 学習装置,101 履歴データ記憶部,102 モデル生成部,104 評価部。 20 spheroidization processing device, 21 cored wire device, 23 supply device, 25 control device, 31 data storage section, 32, 103 model storage section, 32A, 103A prediction model, 33 determination section, 34 instruction output section, 35 result acquisition section , 36 prediction unit, 37 calculation unit, 100 learning device, 101 history data storage unit, 102 model generation unit, 104 evaluation unit.
Claims (7)
過去の杯におけるマグネシウム投入量と黒鉛球状化処理後の溶湯のマグネシウム含有量との組、または歩留まりを示す結果データを含む、実績データを記憶するデータ記憶手段と、
前記データ記憶手段に記憶された過去の実績データのうち、前記結果データを含む直近の所定数の実績データを用いて、処理杯ごとに、処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりを予測し、当該予測結果と、予め定められた目標残留マグネシウム量と、処理杯の処理湯量とに基づいて、前記マグネシウム供給手段からのマグネシウム投入量を決定する決定手段とを備える、黒鉛球状化処理装置。 A graphite spheroidization treatment device equipped with a magnesium supply means for introducing magnesium into molten metal in a ladle,
a data storage means for storing performance data including a combination of the amount of magnesium input in a past cup and the magnesium content of the molten metal after graphite spheroidization treatment, or result data indicating the yield;
Predicting the magnesium content or yield of the molten metal after treatment for each processing cup , using a predetermined number of recent performance data including the result data among past performance data stored in the data storage means , A graphite nodularization processing apparatus, comprising a determining means for determining the amount of magnesium input from the magnesium supply means based on the prediction result, a predetermined target residual magnesium amount, and the amount of hot water to be processed in the processing cup .
前記決定手段は、少なくとも前記直近の所定数の実績データを前記学習モデルに入力して、処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりを予測する、請求項1~3のいずれかに記載の黒鉛球状化処理装置。 Further comprising a model storage means for storing the learning model generated by machine learning,
4. The graphite spherical according to claim 1, wherein the determining means inputs at least the latest predetermined number of performance data into the learning model to predict the magnesium content or yield of the molten metal after treatment. processing equipment.
前記履歴データ記憶手段に記憶された過去の実績データのうち、前記結果データを含む直近の所定数の実績データと、処理杯の処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりとの相関を機械学習して学習モデルを生成する生成手段と、
前記生成手段により生成された前記学習モデルを記憶するモデル記憶手段とを備える、学習装置。 A combination of the amount of magnesium input and the magnesium content of the molten metal after the graphite spheroidization treatment, or the yield rate, for each graphite spheroidization treatment in a graphite spheroidization treatment apparatus equipped with a magnesium supply means for introducing magnesium into the molten metal in a ladle. historical data storage means for storing past performance data including result data indicating;
Among the past performance data stored in the history data storage means, the correlation between a predetermined number of recent performance data including the result data and the magnesium content or yield of the molten metal after processing in the processing cup is machine learned. a generation means for generating a learning model;
A learning device comprising: model storage means for storing the learning model generated by the generation means.
前記評価手段は、前記学習モデルを用いて予測される処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりよりも、実測値の方が低くなった場合に、同量だけ高くなった場合よりも誤差を大きく評価する、請求項5に記載の学習装置。 Further comprising an evaluation means for evaluating the learning model,
The evaluation means increases the error when the actual measured value is lower than the magnesium content or yield of the molten metal after treatment predicted using the learning model than when it is higher by the same amount. The learning device according to claim 5, which evaluates.
過去の杯におけるマグネシウム投入量と黒鉛球状化処理後の溶湯のマグネシウム含有量との組、または歩留まりを示す結果データを含む、実績データを記憶部に記憶するステップと、
前記記憶部に記憶された過去の実績データのうち、前記結果データを含む直近の所定数の実績データを用いて、処理杯ごとに、処理後の溶湯のマグネシウム含有量または歩留まりを予測するステップと、
前記予測するステップにおける予測結果と、予め定められた目標残留マグネシウム量と、処理杯の処理湯量とに基づいて、処理杯のマグネシウム投入量を決定するステップとを備える、マグネシウム投入量の決定方法。 A method for determining an amount of magnesium to be input in a graphite spheroidizing treatment device, comprising:
storing performance data in a storage unit, the performance data including a combination of the amount of magnesium charged in a past cup and the magnesium content of the molten metal after the graphite spheroidizing treatment, or result data indicating a yield;
predicting the magnesium content or yield of the molten metal after processing for each processing cup using a predetermined number of most recent performance data including the result data from among the past performance data stored in the memory unit;
A method for determining an amount of magnesium to be added , comprising a step of determining an amount of magnesium to be added to a treatment cup based on the prediction result in the prediction step, a predetermined target amount of residual magnesium, and the amount of hot water to be treated in the treatment cup.
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