JP2006265688A - 高炉の原料装入制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉に原料を装入する際に、原料装入速度と流量調整ゲート開度との関係の近似式を求めて原料装入制御を行なう方法において、制御の応答性と精度を向上させることが可能な高炉の原料装入制御方法を提供すること。
【解決手段】第一の原料収容槽から排出された原料を貯留する第二の原料収容槽を有する高炉の原料装入装置において、炉頂に設置された前記第二の原料収容槽が流量調整ゲートを通して高炉内に原料を装入し、前記第二の原料収容槽から排出される原料の排出速度と前記流量調整ゲートの開度との関係を表す基関数から流量調整ゲートの開度を求めて原料装入制御を行なう際に、前記第一の原料収容槽からの原料排出速度を求め、該原料排出速度の変動を用いて前記基関数から決定される第二の原料収容槽の流量調整ゲートの開度を調整することを特徴とする高炉の原料装入制御方法を用いる。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉱石、コークス等の原料を収容する炉頂に位置するバンカ・ホッパ等の収容槽より、その下部に設けられた流量調整ゲートの開度を調整して原料を排出する装置において、原料排出速度を高精度に制御することができる高炉の原料装入制御方法に関する。

ベルレス装置を有する高炉において、原料装入は炉頂バンカに予め収容してある原料を、バンカの下端部に位置する流量調整ゲートを通して、高炉内に設置されている分配シュート上に導入し、分配シュートを旋回させて、その先端からダンプさせることにより行われる。

上記原料を炉内に装入するに際しては、ダンプパターンを設定し、分配シュートをその先端の軌跡がダンプパターンに一致するように旋回させることにより、原料をダンプさせ、所定の炉内原料分布が形成されるようにする。この炉内原料分布を常に正確に形成することが、安定した操業を行うために重要な要件となる。

上述のような方法により、高炉内に原料を装入する場合は、所定の炉内原料分布を形成するために、ダンプパターンにおけるダンプ開始点とダンプ終了点に実際に原料ダンプの開始と終了とを、それぞれ一致させる“荷切れ”の精度を確保することが極めて重要である。

上記荷切れ精度を確保するためには、通常、ダンプパターンにおけるダンプ開始点に分配シュートの先端が到来した時点で、流量調整ゲートを所定の開度に開き、分配シュートを角速度ωで旋回させると共に、その傾動角θを変化させていき、規定の回数旋回させた後に分配シュートの先端がダンプパターンにおけるダンプ終了点に一致させると同時に、実際の原料ダンプも完了させることが要求される。

ところが、分配シュートを規定の回数旋回させ、その先端を上記ダンプ終了点に一致させると同時に、原料のダンプをも完了するように荷切れを制御することは非常に困難である。

その結果、流量調整ゲートの開度を絞り過ぎると、規定の回数の旋回が終了しても、炉頂バンカに原料残留することになり、原料全量を装入するには規定の回数以上に、分配シュートを旋回させなければならない、オーバーシュートの状態になる。逆に、流量調整ゲートの開度を大きくし過ぎると、予定のダンプ終了点に分配シュートの先端が到達する前に原料が無くなり、分配シュートを規定の回数旋回させることができない、アンダーシュートの状態になる。

上記オーバーシュート及びアンダーシュートのいずれの状態になっても、炉内周方向における原料ダンプ軌跡のバランスを崩し、所定の炉内原料分布を形成することができない。

このような荷切れの問題を解決する原料装入制御方法として、目標装入速度（分配シュートの目標旋回数）に対する実際の装入速度の誤差を検出し、事前に設定された装入速度と流量調整ゲート開度の関係式である関数を補正する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平４−１９８４１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている制御方法を用いた場合、原料ダンプ実績に基づいて装入速度と流量調整ゲート開度の関数における係数および定数を補正しかつ、その補正が前回のダンプ実績および前々回より以前のダンプ実績で求められた係数の指数平均で求められるものであるため、流量調整ゲート開度の関数（係数および定数）の収束に時間がかかるという問題点があった。したがって、原料の状態に変動が生じた場合など、外乱が生じた場合に応答が遅れ、高精度の装入が行なえない場合があった。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、高炉に原料を装入する際に、原料装入速度と流量調整ゲート開度との関係の近似式を求めて原料装入制御を行なう方法において、制御の応答性と精度を向上させることが可能な高炉の原料装入制御方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）、第一の原料収容槽から排出された原料を貯留する第二の原料収容槽を有する高炉の原料装入装置において、炉頂に設置された前記第二の原料収容槽が流量調整ゲートを通して高炉内に原料を装入し、前記第二の原料収容槽から排出される原料の排出速度と前記流量調整ゲートの開度との関係を表す基関数から流量調整ゲートの開度を求めて原料装入制御を行なう際に、前記第一の原料収容槽からの原料排出速度を求め、該原料排出速度の変動を用いて前記基関数から決定される第二の原料収容槽の流量調整ゲートの開度を調整することを特徴とする高炉の原料装入制御方法。
（２）、前記基関数は、原料ダンプ時における流量調整ゲートの開度を、交点を介して接続された複数の直線で構成される近似曲線により表わし、且つ原料排出速度を変数として設定された基関数であることを特徴とする（１）に記載の高炉の原料装入制御方法。
（３）、（１）または（２）に記載の高炉の原料装入制御方法を用いて高炉内への原料装入を制御することを特徴とする高炉の操業方法。

本発明によれば、原料排出特性に応じて流量調整ゲートの開度制御を行なう際に、制御収束の応答性が向上し、荷切れ精度が向上する。また、原料の状態の変動等の外乱が生じた場合でも、制御の応答性が向上する。

本発明では、第一の原料収容槽から排出された原料を貯留する第二の原料収容槽を有する高炉の原料装入装置において、炉頂に設置された第二の原料収容槽が流量調整ゲートを通して高炉内に原料を装入し、第二の原料収容槽から排出される原料の排出速度と流量調整ゲートの開度との関係を表す基関数から流量調整ゲートの開度を求めて原料装入制御を行なう際に、第一の原料収容槽からの原料排出速度を求め、原料排出速度の変動を用いて第二の原料収容槽の流量調整ゲートの開度を調整することを特徴とする。高炉の原料装入を、炉頂に位置する第二の収容槽（炉頂バンカ）からの原料装入速度と流量調整ゲート開度との関係の近似式を求めて原料装入制御を行なう際に、炉頂バンカよりも上流側に位置する第一の原料収容槽からの原料排出速度を求め、第一の原料収容槽からの排出速度の変動を求めることで、炉頂バンカからの原料ダンプ速度の変動が第一の原料収容槽側と同様に生ずることを防止する制御を行なうものである。高炉原料は、その品種や購入元の変更等により粒度や水分含有量等が変化し、その物性の違いにより原料排出特性に差が生じる。このような原料の性状変化をダンプ前に検出して前記基関数から決定される流量調整ゲートの開度制御を補正することで、制御応答と精度の向上が可能となる。

第二の原料収容槽（炉頂バンカ）から排出される原料の排出速度と流量調整ゲートの開度との関係の近似式は、交点を介して接続された複数の直線で近似して求めることが望ましい。このような近似を行なうことで、従来技術（例えば、特開平４−１９８４１２号公報に記載の技術）を用いて所定の時間で正確に原料の装入を行なうことが可能である。

本発明を図面を用いて詳細に説明する。

図１は、ベルレス式の高炉における原料装入方法を示す説明図である。図１において、高炉４の炉頂部に設置された炉頂バンカ１（第二の原料収容槽）内の原料２は、流量調整ゲート３の開度を調整することで流量を調整されながら分配シュート５上に導入され、分配シュート５の先端から高炉内に落下装入される。炉頂バンカ１内への原料２の装入は、通常地上部に設置された複数の第一の原料収容槽６（以下、単に原料収容槽として記載する。）から切り出された原料２を装入コンベア７により炉頂まで搬送して行なっている。各原料収容槽６は質量検出装置８と、その下部の原料排出部に原料ゲート開閉装置９とを備えている。

本発明では、炉頂バンカ１からの原料２の排出速度と流量調整ゲート３の開度との関係の近似式を求めて流量調整ゲート３の開度を制御して原料装入制御を行なう際に、原料収容槽６からの原料の排出速度をモニターし、この排出速度の変動を求め、これを用いて近似式の補正を行ない、補正した近似式を用いて流量調整ゲート３の開度の調整を行なうことで原料装入制御を行なうものである。

以下本発明の一実施形態を詳しく説明する。

原料収容槽６から排出される原料の排出時間Ｔｂを質量検出器８の信号変化にて求める。原料収容槽６から排出される原料の質量値Ｗと排出時間Ｔｂの間には、図２に示される関係があり、これらの実績より回帰直線を求めると、この回帰線Ｗ＝α・Ｔｂ＋βの係数αは、対象となるデータの平均排出速度となる。ｎ回目の原料排出時の原料収容槽６から排出される原料の質量をＷｎ、原料収容槽６からのｎ回目の原料排出時間をＴｂｎとすると、ｎ回目の排出速度α’は、
α’＝（Ｗｎ−β）／Ｔｂｎ
となる。原料収容槽６からの平均（標準）排出速度αに対して、ｎ回目の排出速度はα’であったことに基づき、炉頂における排出速度を推定すると、原料収容槽での排出速度変動はα’／αとなる。そして、炉頂の排出速度変動もほぼ同一の変動割合で発生すると考えられることから、炉頂排出速度Ｖ１は、炉頂での制御実績を用いて排出速度と流量調整ゲートの開度との関係を近似した近似曲線を表すグラフ（基関数）から算出される推定炉頂排出速度であるＶｏを用いて、
（α’／α）×Ｖｏ＝Ｖ１
と推定される。

推定炉頂排出速度Ｖｏは、例えば図３に示す方法を用いて求めることができる。図３において、炉頂バンカ１には、流量調整ゲート３の開度と位置を検出するための開度検出器２１と、流量調整ゲート３を駆動させるための開閉装置１８と、バンカ１内に収容された原料の質量を秤量するための炉頂バンカ質量検出器２３とが設置されており、又、炉頂バンカ１の下方の導入管には音響センサ２２が設置されている。

炉頂バンカ原料質量測定部２４は、炉頂バンカ質量検出器２３から質量検出値ｉの信号が入力可能になっており、炉頂バンカ原料質量測定部２４はＳＶ演算部１１、及び実績原料排出速度演算部１４それぞれに質量測定信号ａを出力可能になっている。

上記ＳＶ演算部１１には、更に、ダンプ時間演算部１０からもダンプ時間に関する信号ｂの入力が可能となっており、ＳＶ演算部１１は入力された信号ｂに基づいて所定の演算を行い、その結果ｃをＷ／Ｔ−ψグラフ演算部１２に出力可能となっている。

又、実績原料排出速度演算部１４には更に、音響センサ２２を備えた実績ダンプ時間演算部１９から実績ダンプ時間（Ｔｒ）の信号が入力可能となっており、実績原料排出速度演算部１４はこの両入力信号に基づいて所定の演算を行い、その結果を学習カーブ補正部１３に出力可能となっている。

又、学習カーブ補正部１３には、開度検出器２１から開度の信号ｅが入力可能となっており、学習カーブ補正部１３で補正量を算出し、その補正量とＳＶ演算部１１からの演算結果とに基づいて、補正情報ｄを出力し、グラフ演算部１２におけるＷ／Ｔ−ψグラフを補正することが可能となっている。

グラフ演算部１２は、補正後のＷ／Ｔ−ψグラフｆを位置制御部１７に出力すると、位置制御部１７は、開度検出器２１から入力される実位置信号ｇによる流量調整ゲート３の開度を、補正後の上記Ｗ／Ｔ−ψグラフ（基関数）から求めた開度に調整するために、開閉装置１８に制御信号ｈを出力するようになっている。

高炉に原料を装入する場合には、通常は、装入スケジュールに従って、複数回の原料ダンプが繰返される。ｎ回目の原料ダンプを行う場合、まず、炉頂バンカ１に原料を収容し、ダンプ開始前の原料質量を炉頂バンカ質量検出器２３の出力信号に基づいて、炉頂バンカ原料質量測定部２４で実測する。

また、ダンプ時間演算部１０では、予め設定してあるベルレスダンプパターンによって決まる、ダンプ開始点からダンプ終了点までのトータル旋回数分を、分配シュート５が旋回するに要する時間である規定のダンプ時間Ｔｎで求める。

次いで、ＳＶ演算部１１で、上記原料質量Ｗｎとダンプ時間ＴｎとによりＳＶ値、即ち、次回原料ダンプにおける原料排出速度の目標値としてＷｎ／Ｔｎを求める。

上記ＳＶ演算部１１で求めた目標原料排出速度Ｗｎ／Ｔｎは、グラフ演算部１２に出力され、グラフ演算部１２において、予め設定・収納されている折れ線グラフを表わす、交点を介して接続された複数の直線で構成される近似曲線である近似式に上記原料排出速度Ｗｎ／Ｔｎを代入して、対応する実行開度値［ψｎ］を求める。

次いで、グラフ演算部１２で得られた実行開度値［ψｎ］は位置制御部１７に与えられ、位置制御部１７により、開度検出器２１の検出値をフィードバックしながら、開閉装置１８を駆動制御し、流量調整ゲート３の開度を、上記実行開度［ψｎ］に調整し、ｎ回目の原料ダンプを実行する。

一方、実績ダンプ時間演算部１９では、音響センサ２２によりｎ回目の原料ダンプが完了するまでに、実際に要した実績ダンプ時間Ｔｒ（ｎ）を検出し、このＴｒ（ｎ）を実績原料排出速度演算部１４に与え、実績原料排出速度演算部１４において、炉頂バンカ原料質量測定部２４から入力される、ダンプ開始前の炉頂バンカ原料質量Wnと、実績ダンプ時間Ｔｒ（ｎ）とから、実績原料排出速度Ｗｎ／Ｔｒ（ｎ）を演算して求める。この実績原料排出速度Ｗｎ／Ｔｒ（ｎ）は、ＳＶ演算部１１で求めた目標原料排出速度との間に、通常若干の偏差を生じている。なお、実績ダンプ時間Ｔｒ（ｎ）は、前記炉頂バンカ質量検出器２３の検出値から求めることもできる。

上記実績原料排出速度演算部１４から学習カーブ補正部１３に、実績原料排出速度Ｗｎ／Ｔｒ（ｎ）が入力され、学習カーブ補正部１３において、この実績原料排出速度Ｗｎ／Ｔｒ（ｎ）と、開度検出器２１から得られた実績開度値［ψｎ］ｒを用いて、Ｗ／Ｔ−ψグラフを表わす近似式を補正する。

修正した近似式に基づいて、次の原料ダンプで使用する実行開度値［ψ_n+1］を求め、上述したｎ回目と同様の手順でｎ＋１回目の原料ダンプを実行する。

上記近似式の補正は、Ｗ／Ｔ−ψグラフを構成する各交点間の直線を表わす１次関数を、１次関数補正することにより実行する。原料排出特性の変化を最新のデータに基づいてＷ／Ｔ−ψグラフの補正を行うことで、精度の高い高炉の原料装入制御方法が可能となる。

例えば以上のような学習カーブ補正部１３で求めた推定炉頂排出速度Ｖｏを用いる場合、予想される炉頂排出速度誤差ΔＶｆは
ΔＶｆ＝Ｖ1−Ｖｏ
となる。１つのデータで全量補正を行うと、実用上はそのデータがノイズである場合があり、以下のケース１またはケース２の処理を行うことが望ましい。

ケース１：ゲイン（０〜１）をかける処置であり、ΔＶｆ’＝Ｇ１×ΔＶｆとする。

ケース２：指数平均により補正を緩慢にかける処置であり、ΔＶｆ’n+1＝α×ΔＶｆｎ＋（１−α）×ΔＶｆn−1（０≦α≦１）とする。

これらの処理を、炉頂原料排出速度変動推定部１５、フィードフォワード補正部１６、原料収容槽排出時間（Ｔｂ）演算部２０で行う。

上記の処理に基き求めた、最終の補正速度に対して、流量調整ゲート開度の補正量を求める。流量調整ゲート開度の補正量の求め方を図４を参照して説明する。図４は図３におけるグラフ演算部１２である。炉頂の制御実績から求めた学習カーブ補正部１３による補正結果から求まる、装入速度Ｖｏを原料収容槽からの原料の排出時間から求めたΔＶｆ’で再度調整し、最終の炉頂装入速度Ｖ１'を得て、Ｖ１'に対応する流量調整ゲート開度ψ１'を求める。

図３に示した原料収容槽からの原料の排出特性に関しては、原料収容槽毎、銘柄毎に予め測定を行い、使用原料毎に予め平均排出速度を求めておくことが望ましい。

上記の高炉の原料装入制御方法を用いて高炉内へ原料を装入して、高炉の操業を行う。高炉に原料を装入する際の制御の応答性と精度が向上して、高炉操業の自由度が高まり、操業をより計画的に行なうことが可能となる。

ベルレス式の高炉における原料装入方法を示す説明図。 原料収容槽の質量と排出時間の関係を示すグラフ。 原料装入制御方法の説明図。 流量調整ゲート開度の補正量の求め方を示すグラフ（グラフ演算部）。

符号の説明

１ 炉頂バンカ
２ 原料
３ 流量調整ゲート
４ 高炉
５ 分配シュート
６ 原料収容槽
７ 装入コンベア
８ 質量検出装置
９ 原料ゲート開閉装置
１０ ダンプ時間演算部
１１ ＳＶ演算部
１２ グラフ演算部
１３ 学習カーブ補正部
１４ 実績原料排出速度演算部
１５ 炉頂原料排出速度変動推定部
１６ フィードフォワード補正部
１７ 位置制御部
１８ 開閉装置
１９ 実績ダンプ時間演算部
２０ 原料収容槽排出時間（Ｔｂ）演算部
２１ 開度検出器
２２ 音響センサ
２３ 炉頂バンカ質量検出器
２４ 炉頂バンカ原料質量測定部

Claims (3)

1. 第一の原料収容槽から排出された原料を貯留する第二の原料収容槽を有する高炉の原料装入装置において、炉頂に設置された前記第二の原料収容槽が流量調整ゲートを通して高炉内に原料を装入し、前記第二の原料収容槽から排出される原料の排出速度と前記流量調整ゲートの開度との関係を表す基関数から流量調整ゲートの開度を求めて原料装入制御を行なう際に、前記第一の原料収容槽からの原料排出速度を求め、該原料排出速度の変動を用いて前記基関数から決定される第二の原料収容槽の流量調整ゲートの開度を調整することを特徴とする高炉の原料装入制御方法。
2. 前記基関数は、原料ダンプ時における流量調整ゲートの開度を、交点を介して接続された複数の直線で構成される近似曲線により表わし、且つ原料排出速度を変数として設定された基関数であることを特徴とする請求項１に記載の高炉の原料装入制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の高炉の原料装入制御方法を用いて高炉内への原料装入を制御することを特徴とする高炉の操業方法。

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