JP2000017310A

JP2000017310A - 高炉の操業方法

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Publication number: JP2000017310A
Application number: JP10182505A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kamishiro; 親司上城; Kohei Sunahara; 公平砂原
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-18
Anticipated expiration: 2018-06-29
Also published as: JP3598824B2

Abstract

(57)【要約】【課題】融着帯形状の未来予測を行って高炉への影響の
大きい融着帯形状の管理を可能とし、安定性の大きい高
炉の操業方法を提供する。【解決手段】装入原料情報、プロセス操作情報、各種計
測器の情報等の高炉操業諸元に基づき、高炉操業指標
（炉内装入物の堆積状態、融着帯形状等）を推定する装
入物分布モデルおよび融着帯形状推定モデルを備えた高
炉装入物分布制御支援システムを用い、モデルにより得
られるガス利用率の予測値に基づいて高炉の融着帯形状
の未来予測を行い、融着帯形状が現在の融着帯形状から
変化しないように装入物分布アクションを実施する高炉
の操業方法。炉況不調に陥って融着帯形状が炉況良好時
の形状からはずれたとき、支援システムによって融着帯
形状を炉況良好時の形状に戻すための装入物分布アクシ
ョンのガイドを行い、そのアクションを実施する操業方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の操業方法に
関し、具体的には、操業によって変化する融着帯形状を
数学モデルによって予測し、融着帯形状が現在の融着帯
形状から変化しないように装入物分布アクションを行う
高炉の操業方法、および炉況不調に陥って融着帯形状が
炉況安定時の形状からはずれたときに、融着帯形状を炉
況安定時の形状に戻すべくモデルのガイダンスに従って
装入物分布アクションを採る高炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業は非常に多くの操業因子が相互
に関連し合って成り立っている。しかし、炉内を直接観
察することは設備条件等の制約があって困難なので、操
業レベルの維持向上を図るためには高炉に取り付けられ
たセンサー等から得られる情報を総合的に判断して、個
々の操業条件を的確に制御する必要がある。このため、
現在でも高炉の日常操業管理には高炉操業者の経験や知
識が重要なものとなっている。

【０００３】その中で、高炉内の還元状態、通気状態、
荷下がり状態、炉熱状態等を大局的に支配していると考
えられている融着帯形状の把握と制御が課題となってお
り、例えば、特公平７−８４６１０号公報には、融着帯
形状の判定と制御方法が開示されている。

【０００４】この方法は、高炉に設けた測定器からの測
定値に基づいて現状の融着帯形状を判定し、その融着帯
形状を目標融着帯形状となるように高炉の操業条件を決
定し、その条件で高炉を操業する方法であって、測定器
としては、高炉高さ方向および円周方向の複数点に設置
したステーブ温度計、高炉の上部、中部、羽口部の圧力
を測定する炉内圧力計、高炉半径方向の複数点に設置し
たゾンデを単独または組み合わせて用いている。この方
法によれば、リアルタイムに融着帯の全体形状を検知
し、さらに、現在の融着帯形状が今後どのように変化し
ていくかも検知することができ、高炉操業への対応も迅
速かつ的確で、安定操業を維持しながら生産性に対する
柔軟な対応と燃料比の低下が可能となる。

【０００５】しかしながら、この方法では、すでにある
融着帯形状のパターンの中から、種々のデータを基に現
在の融着帯形状に最も近いと思われるパターンを選び出
す方法を採っているため、過去に例のない操業下での融
着帯形状の推定や、将来（つまり、現在から後に）採る
操業アクションに対する融着帯形状の変化予測、すなわ
ち、融着帯形状の未来予測は不可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術における問題点を解決し、融着帯形状の未来予測を行
って高炉への影響の大きい融着帯形状の管理を可能と
し、より安定性の高い高炉の操業方法を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
高炉の操業方法にある。

【０００８】高炉操業諸元に基づき、高炉操業指標を推
定する装入物分布モデルおよび融着帯形状推定モデル
と、高炉操業諸元の実績とそれに対応する高炉操業指標
を操業状態の実績として保存し蓄積する操業状態データ
ベースと、特定の操業状態を操業状態データベースから
検索する第１の機能と、前記検索で得られた高炉操業諸
元と高炉操業指標に基づいて装入物分布モデルおよび融
着帯形状推定モデルに与える高炉操業諸元の入力データ
を自動編成する第２の機能と、前記検索の結果得られた
操業状態のうち高炉操業指標の実績値と、前記検索の結
果得られた操業状態のうち高炉操業諸元を装入物分布モ
デルに与え演算して得られた高炉操業指標の計算値とを
比較することによって、装入物分布モデルのモデルパラ
メータを自動チューニングし、チューニングしたモデル
パラメータを操業状態データベースの格納位置と関連付
けてモデルパラメータデータベースに保存し、蓄積する
第３の機能と、特定の操業状態の検索条件に合致した操
業状態に対応したモデルパラメータをモデルパラメータ
データベースから検索し、装入物分布モデルに設定する
第４の機能と、装入物分布モデルへ入力する高炉操業諸
元に特定の変動範囲を与え、装入物分布モデルおよび融
着帯形状推定モデルにより出力される高炉操業指標の変
動範囲を計算し、高炉操業諸元の変更の影響を可視化デ
ータ変換する操業状態・ガイダンス表示の第５の機能
と、前記第１〜５の機能に基づいて、高炉内プロセスの
シミュレーションを行い、操業状態の時間経過と、高炉
操業諸元変更の影響を表示する高炉装入物分布制御支援
システムを用い、高炉の融着帯形状の未来予測を行い、
融着帯形状が現在の融着帯形状から変化しないように装
入物分布アクションを実施することを特徴とする高炉の
操業方法。

【０００９】融着帯形状が炉況良好時の形状からはずれ
たとき、前記の高炉装入物分布制御支援システムによっ
て融着帯形状を炉況良好時の形状に戻すための装入物分
布アクションを計算し、その装入物分布アクションを実
施する操業方法を採ることもできる。

【００１０】ここで、前記の「高炉操業諸元」とは、装
入原料情報、プロセス操作情報、計測器からの情報およ
び手動設定情報などを言い、「高炉操業指標」とは、装
入物堆積状態、ガス流れ状態および融着帯形状など、炉
内部の状態（いわゆる炉況）を表す諸項目を言う。ま
た、高炉操業諸元と高炉操業指標を総称して操業状態と
いう。

【００１１】表１に高炉操業諸元を、また、表２に高炉
操業指標を示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の高炉の操業方法で用いる
装入物分布制御支援システムは、上記のように、装入物
分布モデルと、融着帯形状推定モデルと、操業状態デー
タベースと、高炉操業諸元の変更の影響を可視化して表
示するガイダンス表示機能から成り、高炉内プロセスの
シミュレーションを行って、操業状態の推移と、高炉操
業諸元変更の影響を表示することができる。

【００１５】装入物分布モデルは、高炉への装入原料情
報、プロセス操作に関する情報、高炉に設置された各種
計測器の情報、および手動設定情報などの高炉操業諸元
を入力とし、炉内装入物の堆積状態、ガス流れ状態など
の炉況を表す高炉操業指標を出力とするモデルである。

【００１６】融着帯形状推定モデルは、装入情報、送風
情報、半径方向のガス流れ情報を入力とし、融着帯形状
を出力するモデルである。

【００１７】装入物分布制御支援システムが備える操業
状態データベースは、高炉操業諸元の実績と高炉操業指
標、すなわち高炉操業諸元の実績と高炉操業指標の実績
との組を操業状態の実績として保存することができ、さ
らに、特定の操業状態の検索条件に合致した操業状態を
検索する機能、すなわち第１の機能を備えている。

【００１８】第２の機能は、装入物分布モデルおよび融
着帯形状推定モデルを用いてシミュレーションする際の
入力データの自動編成機能で、シミュレーションに先立
ち、前記検索で得られた操業状態から現在の操業状態に
最も近い高炉操業諸元を自動編成したり、ある操業アク
ションを仮定した場合の関連アクションを類推して高炉
操業諸元を自動編成したりする機能である。

【００１９】第３の機能は、前記検索の結果得られた操
業状態のうち高炉操業指標の実績値と、前記検索の結果
得られた操業状態のうち高炉操業諸元を装入物分布モデ
ルに与えてシミュレーションを行い、得られた高炉操業
指標の計算値とを比較し、両者の差異に基づいて、装入
物分布モデルが使用するモデルパラメータを修正する機
能（自動チューニング機能）である。さらに、チューニ
ングしたモデルパラメータを操業状態データベースの格
納位置と関連付けてモデルパラメータデータベースに保
存し、蓄積する機能も備えている。

【００２０】第４の機能は、特定の操業状態の検索条件
に合致した操業状態に対応したモデルパラメータをモデ
ルパラメータデータベースから検索し、装入物分布モデ
ルに設定する機能である。モデルパラメータデータベー
スの各データは操業状態データベースの格納位置と相互
に関連付けられているので、第１の機能により、特定の
高炉操業諸元を検索条件にして操業状態を検索すると
き、検索された操業状態と関連をもつモデルパラメータ
の格納場所を知ることができる。これにより、現時点の
高炉プロセス特性に最も近い過去の高炉プロセスをシミ
ュレートすることができ、種々の操業アクションの影響
を予測することができる。

【００２１】第５の機能は、高炉操業諸元の変更の影響
を可視化し、直感的に判断できるガイダンスを提供する
機能である。

【００２２】本発明で用いる装入物分布制御支援システ
ムは、上記の機能を有する、装入物分布モデルおよび融
着帯形状推定モデルを中心にしたシステムで、現状の炉
内装入物分布解析と融着帯形状の推定を行うことができ
る。

【００２３】本発明は、この装入物分布制御支援システ
ムを用い、このシステムの装入物分布モデルが有する装
入物分布を計算する機能と、融着帯形状推定モデルが有
する融着帯形状を推定する機能を組み合わせることによ
って融着帯形状の未来予測を行い、融着帯形状が炉況良
好時の形状から変化しないように装入物分布アクション
を実施する高炉の操業方法である。

【００２４】また、融着帯形状が炉況良好時の形状から
外れたときに、融着帯形状を炉況良好時の形状に戻すた
めの装入物分布アクションを上記の装入物分布モデルに
よって計算し、その装入物分布アクションを実施する操
業方法を採ることもできる。

【００２５】図１に装入物分布ガイダンスモデルのフロ
ー図を示す。このモデルは装入物分布を計算する部分
と、融着帯形状を推定する部分の二つを有している。

【００２６】現状の操業下での装入物分布解析と融着帯
形状の推定を行う場合は、二つの部分はそれぞれ独立し
て計算を行い、結果を表示する（図１（イ）参照）。こ
れは、上記の装入物分布制御支援システムを単に用いる
ことにより実施することができる。

【００２７】さらに、操業条件の変化や将来採る操業ア
クションの影響をシミュレートする場合には、装入物分
布モデルによりガス利用率η_COを推定し、その値を基に
融着帯形状を予測する（図１（ロ）参照）。

【００２８】以下に、上記の装入物分布モデルを用いて
行うガス利用率η_COの推定方法と融着帯形状推定モデル
へのデータ引き渡し方法について説明する。

【００２９】この装入物分布モデルでは、下記の(i) 、
(ii)および(iii) の仮定の下に、鉱石／コークス比（以
下、「Ｏ／Ｃ」と言う）の分布、ガス流速分布、荷下が
り速度分布からガス利用率η_COを計算する。

【００３０】(i) 炉内径方向で直接還元率は一定（断面
平均値に一致）とする。

【００３１】(ii) 塊状帯でガスのクロスフローは無い
ものとする。

【００３２】(iii) 鉱石は、溶解時に還元率１００％に
達しているとする。

【００３３】まず、炉頂ガス組成から、鉱石の還元によ
って発生した酸素量をガス側還元量として定義する
（(1) 式）。

【００３４】

【数１】

【００３５】また、鉱石中の被還元酸素量を (2)式で定
義する。

【００３６】

【数２】

【００３７】すると、直接還元量Ｗ_inrevおよび直接還
元率γはそれぞれ下記の (3)式および (4)式のごとく定
義される。

【００３８】

【数３】

【００３９】上記の (1)式および (2)式から求められる
鉱石中の酸素の還元量は本来一致するはずであるが、荷
下がり速度の測定には誤差が伴うので、 (5)式のごとく
補正係数ｋを導入する。荷下がり速度補正係数ｋは、下
記 (6)式で表される。

【００４０】

【数４】

【００４１】一方、被還元酸素バランスから、下記 (7)
式が成り立つ。

【００４２】

【数５】

【００４３】したがって、ガス利用率η_COは、下記 (8)
式で与えられる。

【００４４】

【数６】

【００４５】また、炭素バランスから、下記 (9)式が成
り立つ。

【００４６】

【数７】

【００４７】また、ガス流速ｕ_g を用いると、(10)式の
ように表されるので、上記 (9)式および(10)式からｕ_g
^bosh(j)を消去して、(11)式が得られる。

【００４８】

【数８】

【００４９】(11)式を (8)式に代入すると、ガス利用率
η_COは下記(12)式で表すことができる。

【００５０】

【数９】

【００５１】装入物分布アクションの変更前後のη_COの
変化量をΔη_COとすると、下記(13)式および(14)式によ
り装入物分布アクション実施後の炉頂ガス中のＣＯおよ
びＣＯ₂ の分率を推定することができる。

【００５２】

【数１０】

【００５３】このようにして得られた炉頂ガス中のＣＯ
およびＣＯ₂ の分率を融着帯形状推定モデルの入力デー
タとして与えれば、アクション実施後の融着帯形状を推
定することができる（図１の（ロ）参照）。

【００５４】以上述べたように、従来の技術ではなし得
なかった融着帯形状の未来予測が可能になる。その結
果、早期に、融着帯形状を変化させないような装入物分
布アクションを計算により求め、そのアクションを実施
することによって高炉操業の安定性を維持することがで
きる。なお、融着帯形状が炉況良好時の形状からはずれ
た場合には、データベースから、希望の融着帯形状とな
るような操業状態（アーマポジション、原料装入量等）
を検索し、その結果をそのまま実炉に適用してもよい
し、検索結果をガイダンスモデルにフィードバックして
計算を行い、結果の確認やアクション量の修正をするこ
とも可能である。

【００５５】

【実施例】内容積２７００ｍ³ の高炉で本発明の操業方
法を実施した。

【００５６】図２に操業推移を示す。図２において、期
間Ａでは焼結比８０％で操業し、期間Ｂでは焼結比を５
０％にし、ペレット比を０％から１０％にして操業し
た。

【００５７】図３および図４は、図２のの時点での操
業諸元をベースとして、焼結比を８０％から５０％に下
げたときの装入物分布とガス利用率、および融着帯形状
の予測結果を示す図である。

【００５８】図３に示すように、鉱石およびペレット装
入量の増加により、焼結鉱、鉱石およびペレットの混合
層（以下、便宜上「鉱石層」と称す）の堆積角が低下
し、それに伴って、鉱石層厚が、炉中心部で増加し、炉
壁近傍で低下した（図３の(a)および(b) 参照）。その
結果、ガス利用率η_COが炉中心部で増加し、炉壁部で低
下すると予測された。

【００５９】また、このガス利用率η_COの変化に伴うガ
ス流れの変化により、図４に示すように、融着帯が中心
部で低下し、炉壁部で上昇すると予測された（図４の
(a) および(b) 参照）。

【００６０】さらに、本発明で用いる装入物分布ガイダ
ンスモデルにより、融着帯形状を現在の融着帯形状から
変化させないように鉱石装入時のアーマ押し出し量を変
化させるシミュレーションを実施したところ、鉱石装入
時にアーマを２ノッチ引き戻して、鉱石の落下点をより
炉壁側にすれば良いという結果を得た。

【００６１】図５は、炉頂部の半径方向の複数箇所に取
り付けたシャフトゾンデにより採取したガスの分析結果
から求めたガス利用率η_COを示す図である。なお、図中
の期間（○印と破線で表示）、（●印と一点鎖線で
表示）および（□印と実線で表示）はそれぞれ図２の
、およびの時点に対応する（後述する図６および
図７においても同様）。

【００６２】この図５に示すように、図２のの時点
（図中の「期間」）で、装入物分布モデルによる予測
どおり、ガス利用率η_COが炉中心部で上昇し、炉壁部で
低下した。

【００６３】また、期間では、図６に示すように、シ
ャフト部（記号Ｓを用い、炉の下方から順にＳ１、Ｓ２
・・と表示）の温度が上昇し、図７に示すように、Ｓ１
−Ｂ３（Ｂはボッシュ部を表し、炉の下方から順にＢ
１、Ｂ２・・と表示）間の圧力損失が低下し、Ｓ３−Ｓ
１間の圧力損失が上昇した。これは炉壁近傍の融着帯レ
ベルが上昇したことに呼応して起こったものである。

【００６４】これらの変化により、炉体温度の上昇によ
る炉壁損耗の危険が増し、中心ガス流量の低下によるＢ
ガス振り（炉内ガス流れの急激な変化）の頻度が上昇し
て炉況が不安定になった。

【００６５】そこで、シミュレーションで得られた結果
に従い、図２のの時点で鉱石装入時にアーマノッチを
２ノッチ引き戻して装入するよう操業を変更した。その
結果、炉壁部のη_COが上昇し（図３の(f) 参照）、Ｓ３
−Ｓ１間の圧損（図７参照）も低下した。また、中心ガ
ス量も確保され、炉況は安定した。

【００６６】

【発明の効果】本発明の高炉の操業方法によれば、従来
の融着帯形状の検知が現状把握の域を出なかったのに対
して、過去に例のない種々の操業下での融着帯形状の未
来予測をすることができる。その結果、高炉への影響の
大きい融着帯の管理が可能になり、早期に対策を採るこ
とができるので、本発明の高炉の操業方法は、炉況安定
化に極めて大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる装入物質分布モデルのフロー図
である。

【図２】本発明の実高炉（内容積２７００ｍ³ ）への適
用時の操業推移を示す図である。

【図３】実施例の結果で、焼結比を８０％から５０％に
下げたときの装入物分布（ストックレベル）とガス利用
率η_COの予測結果を示す図である。

【図４】実施例の結果で、焼結比を８０％から５０％に
下げたときの融着帯形状の予測結果を示す図である。

【図５】実施例の結果で、シャフトゾンデにより採取し
たガスの分析結果から求めたガス利用率η_COの半径方向
における分布を示す図である。

【図６】実施例の結果で、本発明の実高炉への適用時の
ステーブ温度の変化を示す図である。

【図７】実施例の結果で、本発明の実高炉への適用時の
圧力損失の変化を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高炉操業諸元に基づき、高炉操業指標を推
定する装入物分布モデルおよび融着帯形状推定モデル
と、高炉操業諸元の実績とそれに対応する高炉操業指標を操
業状態の実績として保存し蓄積する操業状態データベー
スと、特定の操業状態を操業状態データベースから検索する第
１の機能と、前記検索で得られた高炉操業諸元と高炉操業指標に基づ
いて装入物分布モデルおよび融着帯形状推定モデルに与
える高炉操業諸元の入力データを自動編成する第２の機
能と、前記検索の結果得られた操業状態のうち高炉操業指標の
実績値と、前記検索の結果得られた操業状態のうち高炉
操業諸元を装入物分布モデルに与え演算して得られた高
炉操業指標の計算値とを比較することによって、装入物
分布モデルのモデルパラメータを自動チューニングし、
チューニングしたモデルパラメータを操業状態データベ
ースの格納位置と関連付けてモデルパラメータデータベ
ースに保存し、蓄積する第３の機能と、特定の操業状態の検索条件に合致した操業状態に対応し
たモデルパラメータをモデルパラメータデータベースか
ら検索し、装入物分布モデルに設定する第４の機能と、装入物分布モデルへ入力する高炉操業諸元に特定の変動
範囲を与え、装入物分布モデルおよび融着帯形状推定モ
デルにより出力される高炉操業指標の変動範囲を計算
し、高炉操業諸元の変更の影響を可視化データ変換する
操業状態・ガイダンス表示の第５の機能と、前記第１〜５の機能に基づいて、高炉内プロセスのシミ
ュレーションを行い、操業状態の時間経過と、高炉操業
諸元変更の影響を表示する高炉装入物分布制御支援シス
テムを用い、高炉の融着帯形状の未来予測を行い、融着帯形状が現在
の融着帯形状から変化しないように装入物分布アクショ
ンを実施することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項２】融着帯形状が炉況良好時の形状からはずれ
たときに、請求項１に記載の高炉装入物分布制御支援シ
ステムによって融着帯形状を炉況良好時の形状に戻すた
めの装入物分布アクションを計算し、その装入物分布ア
クションを実施することを特徴とする高炉の操業方法。