JP2003041309A - 熱風炉の送風温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 各熱風炉の燃焼期と送風期を切り替える際に
も、安定した温度の熱風を高炉へ供給する。 【解決手段】 熱風炉切替時の混冷バタフライ弁開度
を、送風終了炉、送風継続炉それぞれの冷風バタフライ
弁開度及び熱風出口温度又は蓄熱室れんが温度の４項
を、あいまい理論に基づく２以上の評価関数に変換し、
各評価関数に対応するそれぞれの操作量を求め、該操作
量を、それぞれの評価関数に該当する割合に応じて合成
して合成操作量を決定し、熱風温度の変動を約２０％
（±６℃）に抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、熱風炉の送風温度
制御方法に係り、特に、複数の蓄熱式熱風炉を利用し、
各々の燃焼期、送風期を交互に組合わせることにより、
安定した温度の熱風を高炉に供給するための熱風炉の送
風温度制御方法であって、各熱風炉の燃焼期と送風期を
切り替える際の熱風炉の送風温度制御方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】高炉において１０００℃を超えるような
高温送風を行うための付帯設備である熱風炉の形式に
は、種々のものがあるが、一般に、図１０に概要を示す
ように、燃焼室１０と、内部に蓄熱れんがが積まれ、頂
部がドーム１３状とされた蓄熱室１２とが結合された形
式となっている。 【０００３】このような熱風炉で高温送風を行うために
は、まず、燃焼室１０側へ、熱風炉ガス管２０及び燃焼
用空気管２２により、燃料となるガスと燃焼用空気を送
給して燃焼室１０内で燃焼させ、発生した高温燃焼ガス
を、蓄熱室１２内に設置された蓄熱れんがの間を通すこ
とで、高温燃焼ガスの熱を蓄熱れんがへ蓄熱する。この
期間を燃焼期と称する。その後、ガス及び燃焼用空気の
送給を停止し、送風機が接続された冷風管２４により供
給される送風空気を蓄熱室１２側から供給して、蓄熱れ
んがの熱と熱交換させて熱風とし、この熱風を燃焼室１
０側から、混合冷風（混冷）塔（ブラストミキサとも称
する）３４、熱風管４０、熱風本管４４を経て高炉へ向
けて送る。この期間を送風期と称する。 【０００４】図において、２６は、冷風管２４の途中に
設けられた冷風バタフライ弁、２８は、冷風を混冷塔３
４に送り込むための混合冷風（混冷）管、３０及び３２
は、それぞれ、該混冷管２８の途中に設けられた混冷バ
タフライ弁及び混冷遮断弁、４２は、熱風管４０の途中
に設けられた熱風弁、４６は、熱風の温度を検出するた
めの熱風温度計、５０は煙道管、５２は、該煙道管５０
と蓄熱室１２を結ぶ管路に配設された煙道弁、５４は廃
ガス温度計、５６は、蓄熱室１２内のれんがの温度を検
出するための蓄熱室れんが温度計（ドーム温度計とも称
する）、５８は熱風出口温度計である。 【０００５】高炉では、炉内の熱レベルが変動すること
は好ましくないため、熱風の温度はできる限り一定とな
るよう制御される。 【０００６】しかしながら、蓄熱式熱風炉は上記のよう
に燃焼期と送風期を繰り返すため、１基では安定した送
風温度を維持できない。従って、通常３〜４基程度の熱
風炉を１組として、それぞれの熱風炉を順次、交互に燃
焼・送風させて、高炉への一定温度の熱風の供給を可能
としている。 【０００７】一般に、熱風炉の送風温度は、炉毎に備え
ている冷風バタフライ弁２６の開度と、共通に１台備え
ている混冷バタフライ弁３０の開度とを調整して制御さ
れるが、熱風炉の切替時は、一時的に送風炉が１基だけ
になるため、混冷バタフライ弁３０の開度のみを調整す
る方法が行われている。 【０００８】この時の混冷バタフライ弁３０の開度の決
定方法としては、いくつか提案されているが、もっとも
一般的に行われているのは、図１１に熱風炉が３基の場
合の制御例を示すように、切替開始から一定時間Ｔは規
定の開度に保持し、一定期間経過後は、熱風温度計４６
の信号に応じて、ＰＩＤコントローラ等で調整するもの
である。 【０００９】規定開度の決定は、オペレータの手動設定
によったり、数式モデルから求めた自動演算によった
り、様々な方法が考えられる。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱風炉
のような多くの状態変数が存在する巨大なプロセスを数
式モデル化するのは容易でなく、従来は、切替中の送風
温度の変動を抑制するような適切な開度に混冷バタフラ
イ弁３０を調整する簡略な方法として、適切なものはな
かった。 【００１１】従って、切替に伴う熱風圧力の変動に相ま
って、熱風温度の変動も発生させてしまい、安定性が強
く要求される高炉に対して、熱風炉の切替の度に不必要
な外乱を与えて、ひいては、高炉の不調を引き起こす原
因の一つとなる可能性があった。 【００１２】図１１の例では、切替工程中の熱風温度が
大きく変動していることが明らかである。 【００１３】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、従来温度変動の大きかった切替中に
も、安定した温度の熱風を高炉等へ供給できるようにす
ることを課題とする。 【００１４】 【課題を解決するための手段】本発明は、複数の蓄熱式
熱風炉を利用し、各々の燃焼期、送風期を交互に組み合
わせることにより、安定した温度の熱風を供給するため
の熱風炉の送風温度制御方法において、各熱風炉の燃焼
期と送風期を切り替える際に、少なくとも送風終了炉、
送風継続炉それぞれの冷風制御弁開度及び熱風出口温度
又は蓄熱室温度の４項を、あいまい理論に基づく２以上
の評価関数に変換し、各評価関数に対応するそれぞれの
操作量を求め、該操作量を、それぞれの評価関数に該当
する割合に応じて合成して合成操作量を決定し、該合成
操作量と予め決定した混冷制御弁規定開度標準値とを組
合わせ、切替時の混冷制御弁規定開度を決定するように
して、前記課題を解決したものである。 【００１５】 【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。 【００１６】本実施形態は、図１に示す如く、それぞれ
燃焼室１０ａ、１０ｂ、１０ｃと蓄熱室１２ａ、１２
ｂ、１２ｃを有する３系統の熱風炉８ａ、８ｂ、８ｃか
ら高炉６０に安定した温度の熱風を供給する際に、送風
終了炉、送風継続炉それぞれの冷風バタフライ弁開度及
び熱風出口温度又は蓄熱室れんが温度の４項の状態変数
の熱風炉切替直前時における値を送風温度制御装置６２
に入力し、該送風温度制御装置６２で、前記４項の状態
変数のデータから、あいまい理論に基づいて混冷バタフ
ライ弁３０開度を算出し、該送風温度制御装置６２の出
力をもって、該混冷バタフライ弁３０の開度を調整する
ようにしたものである。 【００１７】図において、６４は送風流量計、６６は冷
風温度計、６８は熱風圧力計、７０は混冷流量計、７２
は熱風炉切替制御装置である。 【００１８】ここで、図１０に示した従来例と同じ物に
は同じ符号を付して説明を省略する。 【００１９】前記送風温度制御装置６２の判断ロジック
を、模式的に図２乃至図８に示す。本実施形態では、送
風終了炉の冷風バタフライ弁開度（図２）、同じく蓄熱
室れんが温度（図３）、送風継続炉の冷風バタフライ弁
開度（図４）、同じく蓄熱室れんが温度（図５）の４項
の入力データは、図２乃至図５に示す如く、それぞれの
大小関係を予め決定した境界値を示す評価関数（メンバ
ーシップ関数）に基づき、例えば「非常に小（Ｎ
Ｂ）」、「小（ＮＳ）」、「ちょうどよい（Ｚ）」、
「大（ＰＳ）」、「非常に大（ＰＢ）」の５段階に判定
された後、送風終了炉に関する例えば２５個のルールを
マトリックスで示す図６及び送風継続炉に関する例えば
２５個のルールをマトリックスで示す図７のような、例
えば計５０個のＩＦ−ＴＨＥＮ形式のルールに基づき、
図８に示すアクション出力用関数により、例えばＵ６〜
Ｕ１、Ｚ、Ｄ１〜Ｄ６の計１３段階のアクションを決定
している。 【００２０】あいまい理論の特徴は、入力データ判定の
５段階とアクション決定の１３段階とも択一の結果では
なく、複数の判定レベルにまたがった中間的な判定レベ
ルを導出できるところにある。 【００２１】このようにして決定された増減補正値を、
予め決定した混冷バタフライ弁３０の規定開度標準値に
加算したものを送風温度制御装置６２の出力とする。 【００２２】具体的には、送風終了炉の冷風バタフライ
弁開度αに対して、図２より、評価関数ＮＳ及びＺが対
応し、その重みとしてαＮＳ及びαＺが求まる。同様
に、送風終了炉蓄熱室れんが温度β、送風継続炉冷風バ
タフライ弁開度γ、送風継続炉蓄熱室れんが温度δに対
して、図３、図４、図５に示した、それぞれの評価関数
が対応し、重みβＮＳ、βＺ、γＰＢ、γＰＳ、δＺ、
δＰＳが求まる。 【００２３】これらの評価関数を基に、送風終了炉、送
風継続炉それぞれについて、図６及び図７に示すルール
に基づいて操作量（アクションと称する）を求める。上
記の例では、送風終了炉については、図６から、 冷風バタフライ弁開度ＮＳ、蓄熱室れんが温度ＮＳ→Ｕ
４ 冷風バタフライ弁開度Ｚ、蓄熱室れんが温度ＮＳ→Ｕ２ 冷風バタフライ弁開度ＮＳ、蓄熱室れんが温度Ｚ→Ｕ１ 冷風バタフライ弁開度Ｚ、蓄熱室れんが温度Ｚ→Ｚ というアクションが選択される。 【００２４】ここで、それぞれのアクションに対応する
重みは、各評価関数の重みの積となるため、図６に示し
た送風終了炉に関するルールから求まる補正値Ａは次式
のように表される。 【００２５】 Ａ＝αＮＳ＊βＮＳ＊Ｕ４＋αＺ＊βＮＳ＊Ｕ２ ＋αＮＳ＊βＺ＊Ｕ１＋αＺ＊βＺ＊Ｚ…（１） 【００２６】同様に、送風継続炉について、図４及び図
５に示す評価関数から図７に示すルールを用いて補正値
Ｂを求めると、次式のようになる。 【００２７】 Ｂ＝γＰＳ＊δＺ＊Ｚ＋γＰＢ＊δＺ＊Ｚ ＋γＰＳ＊δＰＳ＊Ｄ２＋γＰＢ＊δＰＳ＊Ｄ３…（２） 【００２８】このように送風終了炉及び送風継続炉から
求めた補正値Ａ及びＢを平均して、増減補正値Ｃを決定
する。 【００２９】混冷バタフライ弁３０の規定開度標準値Ｏ
（例えば３５％）に対して、ここで求めた増減補正値Ｃ
を加算したものを、送風炉切替開始時における混冷バタ
フライ弁３０の規定開度として一定期間保持すること
で、切替時の熱風温度の変動を抑えることができる。 【００３０】なお、熱風出口温度としては、各燃焼室の
出口に熱風出口温度計を設置して検出することも可能で
あるが、蓄熱室れんが温度計（いわゆるドーム温度計）
５６の値を代わりに使用しても、ほぼ同様な結果が得ら
れることが確認できたので、上記の説明では、これを用
いている。 【００３１】なお、あいまい理論のルールは、設備仕様
や想像思想の違いから、普遍的な方式がなく、熟練オペ
レータの操業ノウハウを抽出してルール化するのが一般
的であり、ルールを容易に変更できるのも、あいまい理
論による制御装置の長所である。従って、前述の入力デ
ータの段階数、ＩＦ−ＴＨＥＮ形式のルール数、アクシ
ョンレベルの段階数等は一例に過ぎず、設備仕様や操業
思想の違いで変わりうるので、本発明は、上記の数値に
限定されるものではない。 【００３２】更に、冷風や混合冷風の制御に用いる弁の
形式も、バタフライ弁に限定されない。また、熱風の供
給先も高炉に限定されない。 【００３３】 【実施例】本発明の実施例による送風温度制御の例を模
式的に図９に示す。図１１に示した従来例と比べて、熱
風温度の変動を約２０％（±３０℃→±６℃）に抑制す
ることができた。 【００３４】 【発明の効果】本発明によれば、オペレータの作業負荷
を増やしたり、複雑緻密で演算に長時間を要するような
数式モデルを使用することなく、簡略な方法で、適切な
混冷制御弁開度を決定することができ、従来温度変動の
大きかった切替中にも、安定した温度の熱風を高炉等へ
供給できるようになる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施形態が適用される熱風炉の送風温
度制御系統を示すブロック図 【図２】前記実施形態における、あいまい理論による具
体的な処理を説明するための、送風終了炉冷風バタフラ
イ弁開度の評価関数の例を示す線図 【図３】同じく蓄熱室れんが温度の評価関数の例を示す
線図 【図４】同じく送風継続炉冷風バタフライ弁開度の評価
関数の例を示す線図 【図５】同じく蓄熱室れんが温度の評価関数の例を示す
線図 【図６】同じく送風終了炉に関するルールの例を示す図
表 【図７】同じく送風継続炉に関するルールの例を示す図
表 【図８】同じくアクション（混冷バタフライ弁規定開度
標準値に加える増減補正値）出力用関数の例を示す線図 【図９】本発明の実施例による送風温度制御の例を示す
線図 【図１０】従来の熱風炉の弁配置の例を示す線図 【図１１】同じく送風温度制御例を示す模式図 【符号の説明】 ８ａ、８ｂ、８ｃ…熱風炉 １０ａ、１０ｂ、１０ｃ…燃焼室 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ…蓄熱室 ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ…冷風バタフライ弁 ３０…混冷バタフライ弁 ４６…熱風温度計 ５６…蓄熱室れんが温度計 ５８…熱風出口温度計 ６０…高炉 ６２…送風温度制御装置 ７２…熱風炉切替制御装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】複数の蓄熱式熱風炉を利用し、各々の燃焼
   期、送風期を交互に組み合わせることにより、安定した
   温度の熱風を供給するための熱風炉の送風温度制御方法
   において、 各熱風炉の燃焼期と送風期を切り替える際に、 少なくとも送風終了炉、送風継続炉それぞれの冷風制御
   弁開度及び熱風出口温度又は蓄熱室温度の４項を、あい
   まい理論に基づく２以上の評価関数に変換し、 各評価関数に対応するそれぞれの操作量を求め、 該操作量を、それぞれの評価関数に該当する割合に応じ
   て合成して合成操作量を決定し、 該合成操作量と予め決定した混冷制御弁規定開度標準値
   とを組合わせ、切替時の混冷制御弁規定開度を決定する
   ことを特徴とする熱風炉の送風温度制御方法。