JP2022126369A - 高炉原料装入制御方法、高炉原料装入制御装置、高炉原料装入制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】層厚比分布をより容易に調整することができる高炉原料装入制御方法を提供する。
【解決手段】炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状に基づいて求めた、１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）が条件（ａ）～（ｄ）を満足するように、コークスを装入する際の旋回シュートの傾動角及び／または旋回数を制御する。
（ａ）第１領域（０．０≦ｒ／Ｒｔ≦０．２）内の層厚比の平均値：０．０以上０．６未満
（ｂ）第２領域（０．２＜ｒ／Ｒｔ≦０．８）内の層厚比の平均値：０．６以上０．９未満
（ｃ）第３領域（０．８＜ｒ／Ｒｔ≦１．０）内の層厚比の平均値：０．４以上０．８未満
（ｄ）第１領域内の平均値＜第３領域内の平均値＜第２領域内の平均値
【選択図】図２

Description

本発明は、ベルレス式高炉におけるコークスの装入を制御する制御方法、制御装置及び制御プログラムに関する。

高炉では、一般的に、炉頂部から鉱石（コークスが混合される場合を含む）とコークスとを交互に装入することで、炉内に鉱石層とコークス層とを交互に積層させる装入方法が採用されている。高炉を安定操業するためには、高炉内における鉱石とコークスとの堆積分布、特に炉径方向における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布（但し、Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）を適切に維持することが重要である。

炉頂部から鉱石やコークス等の高炉原料を装入する手段として、例えば、旋回シュートを備えるベルレス式高炉が知られている。ベルレス式高炉において層厚比分布を制御するためには、旋回シュートの傾動角（ノッチを含む）及び／または旋回数を制御することによって、炉径方向における高炉原料の落下位置や堆積量を変化させ、これによって炉径方向における層厚比分布を制御する方法が考えられる。

特許文献１及び２には、炉内堆積層の最上部における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が所定の条件を満たすように、鉱石の装入における少なくとも１つのバッチでの旋回シュートのノッチ及び／または旋回数を調整することを特徴とする装入物分布制御方法が開示されている。

特許第６４４７４７０号公報 特許第６３２７３８３号公報

一般的に、コークス層の上に鉱石が装入されると、コークスよりも密度が大きい鉱石がコークスと衝突するため、コークス層が崩れる。特許文献１及び２に記載の制御方法によれば、鉱石の装入における旋回シュートのノッチを変更すると、鉱石の装入位置が変更されるため、コークス層に対する炉径方向での衝突位置が変わり、コークス層が崩れる位置と、コークス層が崩れる量と、が変化する。そのため、層厚比分布に対するコークス崩れの影響を考慮することが困難となり、層厚比分布の調整を行うことが困難となる。

上記点に鑑み、本発明は、層厚比分布をより容易に調整することができる高炉原料装入制御方法、高炉原料装入制御装置及び高炉原料装入制御プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る層厚比分布制御方法は、（１）炉頂部に設けられた旋回シュートから高炉内に鉱石とコークスとを装入し、鉱石層とコークス層とを交互に堆積させるときの高炉原料装入制御方法であって、測定工程と、堆積形状特定工程と、層厚比算出工程と、旋回シュート制御工程と、を備える。測定工程は、炉頂部に設けられた表面形状測定器を用いて、炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状を測定する。堆積形状特定工程は、測定工程で得られた測定結果に基づいて、鉱石層及びコークス層の堆積形状を特定する。層厚比算出工程は、堆積形状特定工程で特定された堆積形状に基づき、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（但し、Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）を算出する。旋回シュート制御工程は、層厚比算出工程で算出された層厚比の分布が、下記の条件（ａ）～（ｄ）を満足しない場合には、条件（ａ）～（ｄ）を満足するようにコークスを装入する際の旋回シュートの傾動角及び／または旋回数を制御する。
（ａ）第１領域内の層厚比の平均値Ａ１：０．０以上０．６未満
（ｂ）第２領域内の層厚比の平均値Ａ２：０．６以上０．９未満
（ｃ）第３領域内の層厚比の平均値Ａ３：０．４以上０．８未満
（ｄ）平均値Ａ１＜平均値Ａ３＜平均値Ａ２
但し、炉径方向における炉中心からの距離をｒ（ｍ）、炉径方向における炉中心から炉壁までの距離をＲｔ（ｍ）とした場合に、第１領域は０．０≦ｒ／Ｒｔ≦０．２を満たす領域、第２領域は０．２＜ｒ／Ｒｔ≦０．８を満たす領域、第３領域は０．８＜ｒ／Ｒｔ≦１．０を満たす領域である。

（２）旋回シュート制御工程において、平均値Ａ１～Ａ３のいずれか１つを減少させることによって条件（ａ）～（ｄ）を満足させる場合には、平均値Ａ１～Ａ３のいずれか１つを減少させる領域に装入される旋回シュートの旋回数を増加させる。

（３）旋回シュート制御工程において、平均値Ａ１～Ａ３のいずれか１つを増加させることによって条件（ａ）～（ｄ）を満足させる場合には、平均値Ａ１～Ａ３のいずれか１つを増加させる領域に装入される旋回シュートの旋回数を減少させる。

（４）旋回シュート制御工程において、コークスの装入位置が炉中心側又は炉壁側に変化するように旋回シュートの傾動角を変更することにより、条件（ａ）～（ｄ）を満足させる。

（５）炉頂部に設けられた旋回シュートから高炉内に鉱石とコークスとを装入し、鉱石層とコークス層とを交互に堆積させるときの高炉原料装入制御プログラムであって、堆積形状特定工程と、層厚比算出工程と、旋回シュート制御工程と、をコンピュータに実行させる。堆積形状特定工程は、炉頂部に設けられた表面形状測定器を用いて測定された、炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状に基づいて、鉱石層及びコークス層の堆積形状を特定する。層厚比算出工程は、堆積形状特定工程で特定された堆積形状に基づき、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（但し、Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）を算出する。旋回シュート制御工程は、層厚比算出工程で算出された層厚比の分布が、下記の条件（ａ）～（ｄ）を満足しない場合には、条件（ａ）～（ｄ）を満足するようにコークスを装入する際の旋回シュートの傾動角及び／または旋回数を制御する。
（ａ）第１領域内の層厚比の平均値Ａ１：０．０以上０．６未満
（ｂ）第２領域内の層厚比の平均値Ａ２：０．６以上０．９未満
（ｃ）第３領域内の層厚比の平均値Ａ３：０．４以上０．８未満
（ｄ）平均値Ａ１＜平均値Ａ３＜平均値Ａ２
但し、炉径方向における炉中心からの距離をｒ（ｍ）、炉径方向における炉中心から炉壁までの距離をＲｔ（ｍ）とした場合に、第１領域は０．０≦ｒ／Ｒｔ≦０．２を満たす領域、第２領域は０．２＜ｒ／Ｒｔ≦０．８を満たす領域、第３領域は０．８＜ｒ／Ｒｔ≦１．０を満たす領域である。

（６）炉頂部に設けられた旋回シュートから高炉内に鉱石とコークスとを装入し、鉱石層とコークス層とを交互に堆積させるときの高炉原料装入制御装置であって、処理部と、制御部と、を備える。処理部は、堆積形状特定工程と、層厚比算出工程と、を実行する。制御部は、旋回シュート制御工程を実行する。堆積形状特定工程は、炉頂部に設けられた表面形状測定器を用いて測定された、炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状に基づいて、鉱石層及びコークス層の堆積形状を特定する。層厚比算出工程は、堆積形状特定工程で特定された堆積形状に基づき、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（但し、Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）を算出する。旋回シュート制御工程は、層厚比算出工程で算出された層厚比の分布が、下記の条件（ａ）～（ｄ）を満足しない場合には、条件（ａ）～（ｄ）を満足するようにコークスを装入する際の旋回シュートの傾動角及び／または旋回数を制御する。
（ａ）第１領域内の層厚比の平均値Ａ１：０．０以上０．６未満
（ｂ）第２領域内の層厚比の平均値Ａ２：０．６以上０．９未満
（ｃ）第３領域内の層厚比の平均値Ａ３：０．４以上０．８未満
（ｄ）平均値Ａ１＜平均値Ａ３＜平均値Ａ２
但し、炉径方向における炉中心からの距離をｒ（ｍ）、炉径方向における炉中心から炉壁までの距離をＲｔ（ｍ）とした場合に、第１領域は０．０≦ｒ／Ｒｔ≦０．２を満たす領域、第２領域は０．２＜ｒ／Ｒｔ≦０．８を満たす領域、第３領域は０．８＜ｒ／Ｒｔ≦１．０を満たす領域である。

本発明によれば、鉱石の装入ではなく、コークスの装入において、旋回シュートの傾動角及び／または旋回数を制御することにより、層厚比の分布を容易に調整できる。

本発明に係る高炉原料装入制御方法が適用された高炉上部の拡大図である。 本発明に係る高炉原料装入制御方法を適用したフローチャートである。 本発明に係る高炉原料装入制御方法を適用する前（ベース状態）における、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の堆積形状を示す図である。 図３の鉱石層及びコークス層における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布を示す図である。 鉱石装入時の旋回シュートのノッチをシフトさせる方法を適用した場合における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布を示す図である。 コークス装入時の旋回シュートのノッチをシフトさせる方法を適用した場合における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布を示す図である。

図１は、本実施形態に係る高炉原料装入制御方法が適用された高炉上部の拡大図である。図１を参照して、高炉１は、旋回シュート２を備える。旋回シュート２は、高炉１の炉頂部に設けられ、高炉中心軸ＲＡを中心として矢印Ａの方向に旋回しながら、炉頂バンカー（不図示）から供給される鉱石とコークスとを、炉内に装入する。旋回シュート２が延びる方向ＬＣは、高炉中心軸ＲＡに対して傾動角θで傾いており、この傾動角θを変更することにより、炉径方向における高炉原料（鉱石やコークス）の落下位置を変更することができる。通常、旋回シュート２の傾動角θを数段階に設定して各々番号（以下、ノッチ番号という）を付与している。旋回シュート２を所定のノッチ番号で１回以上旋回させて高炉原料を装入した後、次のノッチ番号に変更して高炉原料の装入を継続する。

１チャージの鉱石及びコークスは、それぞれ複数バッチに分けて装入してもよいし、それぞれ１バッチで装入してもよい。鉱石には焼結鉱、ペレット、塊鉱石、非焼成含炭塊成鉱を用いることができる。また、鉱石には、鉱石以外のもの（例えば小塊コークスやフェロコークス、副原料等）を含めることができる。旋回シュート２の駆動方式は、順傾動、逆傾動及び順傾動と逆傾動の組み合わせのうちいずれであってもよい。なお、順傾動とは、旋回シュート２を炉壁側から炉中心側に向かって駆動する駆動方式のことであり、逆傾動とは、旋回シュート２を炉中心側から炉壁側に向かって駆動する駆動方式のことである。

高炉１の炉頂部には、表面形状測定器１０が設けられている。表面形状測定器１０は、旋回シュート２から装入されて炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面Ｓの形状（表面形状）を測定する。表面形状測定器１０には、２次元表面形状測定器（２Ｄプロフィールメータ）または３次元表面形状測定器（３Ｄプロフィールメータ）を用いることができる。

２次元表面形状測定器を用いた場合、一回の測定で特定の炉径方向における表面形状が測定される。例えば、２次元表面形状測定器を複数設置すれば、複数の炉径方向における表面形状を測定することができる。複数の炉径方向について測定された表面形状を用いて、測定していない領域の表面形状を補間によって特定することにより、鉱石層及びコークス層の全体の表面形状を推定してもよい。

３次元表面形状測定器は、炉周方向における所定角度毎に炉径方向における鉱石層及びコークス層の表面形状を測定する。３次元表面形状測定器の測定間隔（炉周方向の所定角度）は、適宜設定することができる。３次元表面形状測定器の測定間隔が広い場合は、上述の２次元表面形状測定器を用いる場合と同様に、測定していない領域の表面形状を補間によって特定してもよい。

高炉原料の装入制御を行う制御装置２０は、処理部２１と、制御部２２と、を備える。処理部２１は、表面形状測定器１０において測定された、炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状の情報を取得し、鉱石層及びコークス層の堆積形状（炉径方向における堆積層厚さの分布を含む）を特定する。さらに、処理部２１は、特定した堆積形状に基づき、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（但し、Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）を算出する。層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）は、炉径方向における複数の位置で算出され、これにより、炉径方向における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布が得られる。

制御部２２は、処理部２１で算出された層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布が、下記の条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足するか否かを判別する。そして、下記の条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足しない場合には、条件（ａ）～（ｄ）を満足するように、コークスを装入する際の旋回シュート２の制御を行う。ここで、条件（ａ）～（ｄ）を満足するような旋回シュート２の制御は、現状の層厚比分布よりも条件（ａ）～（ｄ）に近づくものであればよい。

（ａ）第１領域における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値Ａ１：０．０以上０．６未満
（ｂ）第２領域における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値Ａ２：０．６以上０．９未満
（ｃ）第３領域における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値Ａ３：０．４以上０．８未満
（ｄ）第１領域の平均値Ａ１＜第３領域の平均値Ａ３＜第２領域の平均値Ａ２

平均値Ａ１～Ａ３のそれぞれは、各領域（第１領域～第３領域）に含まれる複数の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の算術平均値である。

条件（ａ）～（ｄ）について、第１領域から第３領域は、炉径方向における炉中心からの距離をｒ（ｍ）、炉口部での炉内半径（炉中心から炉壁までの距離）をＲｔ（ｍ）とした場合に、炉径方向における炉内全体の領域を、炉中心から炉壁に向かって順に区画した領域である。具体的には、第１領域は、０．０≦ｒ／Ｒｔ≦０．２によって規定される領域（炉中心部）であり、第２領域は、０．２＜ｒ／Ｒｔ≦０．８によって規定される領域（炉中間部）であり、第３領域は、０．８＜ｒ／Ｒｔ≦１．０によって規定される領域（炉壁部）である。ｒ／Ｒｔは、炉径方向の位置を示す無次元半径［－］である。

上記条件（ａ）を満たすことにより、第１領域（炉中心部）の通気性を高め、炉内ガスを安定的に流動させることができる。上記条件（ｂ）を満たすことにより、炉内全体の還元効率を向上させることができるとともに、局部的に通気性が悪化して、炉内ガスの流れ分布が不均一となることや鉱石の昇温還元が遅延することを抑制することができる。上記条件（ｃ）を満たすことにより、炉壁部でのガス流速を高め、炉壁に付着した亜鉛等が成長することを抑制することができる。上記条件（ｄ）を満たすことにより、炉内全体の還元効率を向上させることができるとともに、第３領域（炉壁部）における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値が第１領域（炉中心部）における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値以下であることに起因するヒートロスの増加を抑制することができる。

コークスを装入する際の旋回シュート２の制御方法としては、旋回シュート２の旋回数を制御する方法と、旋回シュート２の傾動角（ノッチ）θを制御する方法と、が挙げられる。

旋回シュート２の旋回数を制御することにより、同一のコークス装入位置付近に堆積するコークス量を調整することができるため、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を調整することができる。ここで、「コークス装入位置」とは、装入されたコークスが炉内堆積層に衝突する位置を指すものとする。

旋回シュート２の旋回数を制御する方法としては、例えば、０．６≦ｒ／Ｒｔ≦０．８における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値を減少させて上記条件（ｂ）を満足させる場合には、コークスを装入する際の所定のノッチ番号における旋回シュート２の旋回数を増加させることができる。また、例えば、０．６≦ｒ／Ｒｔ≦０．８における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値を増加させて上記条件（ｂ）を満足させる場合には、コークスを装入する際の所定のノッチ番号における旋回シュート２の旋回数を減少させることができる。上述した「所定のノッチ番号」とは、例えば、「層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値を増減させたい位置がコークス装入位置となるような傾動角θに設定されたノッチ番号」としてもよいが、これに限られない。

旋回シュート２の傾動角θを制御することにより、コークス装入位置を調整することができるため、炉径方向におけるコークスの堆積分布を調整することができ、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を調整することができる。旋回シュート２の傾動角θを制御する方法としては、（Ａ）旋回シュート２のノッチをシフトさせる方法と、（Ｂ）旋回シュート２の傾動角θを、ノッチで設定された傾動角θ以外の角度に設定する方法と、が挙げられる。

（Ａ）旋回シュート２のノッチをシフトさせる方法としては、例えば、コークスを装入する場合において、最も炉壁側に位置するノッチ番号を、炉壁側へ少なくとも１ノッチ分シフトさせることによって、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を変更することができる。また、例えば、コークスを装入する場合において、最も炉中心側に位置するノッチ番号を、炉中心側へ少なくとも１ノッチ分シフトさせることによって、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を変更することができる。さらには、コークスの装入時に設定されている複数のノッチの相対的な位置関係を維持しながら、複数のノッチをまとめて、炉壁側、あるいは、炉中心側へ少なくとも１ノッチ分シフトさせることによって、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を変更することができる。

（Ｂ）旋回シュート２の傾動角θを、ノッチで設定された傾動角θ以外の角度に設定する方法としては、例えば、コークスを装入する際のノッチ番号について、ノッチＮｏ．１（傾動角θ＝５０°）、ノッチＮｏ．２（傾動角θ＝４８°）、ノッチＮｏ．３（傾動角θ＝４６°）…と設定されている場合において、ノッチＮｏ.１に設定されていた旋回シュート２の傾動角θを４９°に設定する。これにより、ノッチＮｏ．１について、コークス装入位置を炉中心側にシフトさせることができる。また、上述の例において、ノッチＮｏ.３に設定されていた旋回シュート２の傾動角θを４７°に設定する。これにより、ノッチＮｏ.３について、コークス装入位置を炉壁側にシフトさせることができる。

なお、旋回シュート２の傾動角θと旋回数とを双方制御してもよく、いずれか一方のみを制御してもよい。

＜高炉原料装入制御方法のフローチャート＞
図２は、本実施形態に係る高炉原料装入制御方法を適用したフローチャートである。図２を参照して、まず、表面形状測定器１０が、旋回シュート２から装入されて炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状を測定する（ステップＳ１０１）。表面形状の測定は、鉱石やコークスが装入されたバッチ直後に行う。処理部２１は、ステップＳ１０１において測定された、鉱石層及びコークス層の表面形状に基づき、鉱石層及びコークス層の堆積形状を特定する（ステップＳ１０２）。

処理部２１は、ステップＳ１０２において特定された鉱石層及びコークス層の堆積形状に基づいて、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を算出する（ステップＳ１０３）。層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）は、炉中心から炉壁までの領域内で算出され、これにより、炉径方向における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布が得られる。２次元表面形状測定器や３次元表面形状測定器によって複数の炉径方向で測定された表面形状に基づいて層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が算出された場合は、各炉径方向での層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）として、無次元半径ｒ／Ｒｔ毎の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値を用いても良いし、特定場所（所定の無次元半径ｒ／Ｒｔ）の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を代表値としても良い。一方、目標となる層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）に対して、算出された層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）がずれた割合に基づいて、炉径方向における層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布を評価しても良い。

制御部２２は、処理部２１で算出された層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布が、上述した条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足するか否かを判定する（ステップＳ１０４）。条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足する場合（ステップＳ１０４ Ｙｅｓ）には、図２に示す処理を終了し、後述するステップＳ１０５の制御を行わない。一方、条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足しない場合（ステップＳ１０４ Ｎｏ）、制御部２２は、条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足するように、コークスを装入する際の旋回シュート２の傾動角θ及び／または旋回数の制御を行う（ステップＳ１０５）。旋回シュート２の傾動角θ及び／または旋回数の制御の具体的な方法については、上述したため、説明を省略する。

上述のステップＳ１０２～Ｓ１０５に関しては、プログラムによって実現可能であり、各種処理を実現するために予め用意されたプログラムが補助記憶装置に格納され、ＣＰＵ等のプロセスコンピュータが補助記憶装置に格納された当該プログラムを主記憶装置に読み出し、主記憶装置に読み出された当該プログラムをプロセスコンピュータが実行することで、実現される。なお、ステップＳ１０５については、旋回シュート２の制御を行うための制御パラメータの決定がプログラムによって実現可能である。決定された制御パラメータに基づく旋回シュート２の駆動は、旋回シュート２を駆動する駆動機構によって行われる。

また、上記プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録された状態で、プロセスコンピュータ（例えば、サーバ）に提供することも可能である。コンピュータ読取可能な記録媒体としては、ＣＤ－ＲＯＭ等の光ディスク、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の相変化型光ディスク、ＭＯ（Magnet Optical）やＭＤ（Mini Disk）などの光磁気ディスク、フロッピー（登録商標）ディスクやリムーバブルハードディスクなどの磁気ディスク、コンパクトフラッシュ（登録商標）、スマートメディア、ＳＤメモリカード、メモリスティック等のメモリカードが挙げられる。また、本発明の目的のために特別に設計されて構成された集積回路（ＩＣチップ等）等のハードウェア装置も記録媒体として含まれる。

本実施形態によれば、条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足するように層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布を調整する場合において、コークスの装入においてのみ旋回シュート２の制御（ステップＳ１０５の制御）を行い、鉱石の装入においては旋回シュート２の制御（ステップＳ１０５のような制御）を行わないようにしている。これにより、特許文献１及び２と比べて、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布をより容易に調整することができる。以下、具体的に説明する。

特許文献１及び２のように、旋回シュート２の制御によって鉱石の装入位置を変更してしまうと、コークス層に対する装入鉱石の衝突位置（コークス層の崩れる位置）が変化するため、コークス層の崩れる量だけでなく、コークス層の崩れる位置も変化してしまう。この場合には、コークス層の崩れる量及び位置を考慮しなければ、条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足するように層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布を調整することはできない。また、後述する実施例で実証されたように、条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足するように鉱石の装入における旋回シュート２の制御を行っても、コークス層の崩れる量及び位置を加味した実際の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布は、条件（ａ）～（ｄ）を満足するようにならない。

一方、本実施形態では、旋回シュート２の制御によって鉱石の装入位置を変更していないため、装入鉱石の衝突によってコークス層が崩れるものの、コークス層の崩れる位置は変化しない。この点を前提として、コークスの装入においてのみ旋回シュート２の制御を行えば、条件（ａ）～（ｄ）のすべてを満足するように層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布を調整しやすくなる。後述する実施例で実証されたように、本実施形態のように旋回シュート２の制御を行えば、コークス層の崩れを加味しない層厚比（すなわち、表面形状の測定結果から算出された層厚比）Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布と、コークス層の崩れを加味した層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布との間にコークス層の崩れに起因したずれが発生するものの、いずれの分布であっても、条件（ａ）～（ｄ）を満足するようになる。

以下、実施例を示し、本発明に係る高炉原料装入制御方法について具体的に説明する。本実施例では、実炉の１／３のサイズであるベルレス試験装置を用い、高炉原料（鉱石及びコークス）を装入するバッチごとに、表面形状測定器１０によって、炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状を測定し、この測定結果に基づいて、鉱石層及びコークス層の堆積形状を特定した。１チャージにおいて、鉱石は２バッチ装入であり、鉱石Ｏ１（第１バッチ）及び鉱石Ｏ２（第２バッチ）の順に装入した。また、コークスについては、炉中心部に装入されるコークス（中心コークス）と、炉中心部以外の領域に装入されるコークス（周辺コークス）とに分けて装入した。

図３は、本発明を適用する前（ベース状態）における、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の堆積形状を示す図である。図３において、縦軸は、炉高方向の位置を示し、上側が炉頂部側であり、下側が炉下部側である。横軸は、炉径方向の位置を示す無次元半径ｒ／Ｒｔ（－）である。また、図３に示す「Ｏ２´」は、コークス層Ｃが形成される前にチャージされた鉱石Ｏ２の堆積層の表面を示す。図３に示す堆積形状は、表面形状測定器１０の測定結果に基づいて特定されたものである。

図４は、図３に示す鉱石層Ｏ１，Ｏ２及びコークス層Ｃにおける、炉径方向の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の分布である。図４において、縦軸は層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（－）、横軸は、炉径方向の位置を示す無次元半径ｒ／Ｒｔ（－）である。なお、図５，６における縦軸及び横軸は、図４における縦軸及び横軸とそれぞれ同じである。図４において、表面形状測定器１０の測定結果から算出された層厚比分布を実線Ｄ１で示すとともに、目標とする層厚比分布を破線Ｄ２で示す。

図４から分かるとおり、ベース状態における層厚比分布Ｄ１は、目標の層厚比分布Ｄ２に対し、無次元半径ｒ／Ｒｔが約０．４～約０．８の領域において過大であり、無次元半径ｒ／Ｒｔが約０．１～約０．４の領域において過小である。したがって、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が過大な領域では、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を低くし、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が過小な領域では、層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を高くする必要がある。この点を考慮し、図３に示す鉱石層及びコークス層に対し、（Ａ）鉱石の装入における旋回シュート２のノッチをシフトさせる方法（比較例）と、（Ｂ）コークスの装入における旋回シュート２のノッチをシフトさせる方法（実施例）と、の２つの方法をそれぞれ適用した。

（Ａ）鉱石の装入における旋回シュート２のノッチをシフトさせる方法として、鉱石Ｏ２のノッチに対して炉中心側に位置する鉱石Ｏ１のすべてのノッチをまとめて炉中心側に１ノッチ分シフトさせて装入した。鉱石Ｏ２については、ノッチを変更せずに装入した。ここで、コークスの装入については、ノッチを変更せずに、図３に示すコークス層Ｃを形成するときと同一とした。図５に、鉱石装入時の旋回シュート２のノッチをシフトさせる方法を適用した場合における層厚比分布を示す。図５の実線Ａ１は、表面形状測定器１０の測定結果から算出された層厚比分布を示し、図５の実線Ａ２は、ノッチをシフトさせることに伴うコークス層の崩れを考慮した層厚比分布を示す。層厚比分布Ａ２は、装入物分布推定モデル（鉄と鋼、１９８７、第７３年、第１号、Ｐ９１～９８）を用いて算出した。装入物分布推定モデルによれば、鉱石の装入に伴うコークス層の崩れ位置や崩れ量を推定した上で、鉱石層やコークス層の堆積形状を推定することができ、この堆積形状に基づいて、層厚比分布Ａ２を求めることができる。図５には、図４に示した目標の層厚比分布Ｄ２も示す。

図５に示す層厚比分布Ａ１と、図４に示す層厚比分布Ｄ１とを比較すると、層厚比分布Ａ１は、層厚比分布Ｄ１よりも目標の層厚比分布Ｄ２に近づいており、層厚比分布が改善されたように見える。しかし、鉱石の装入に伴うコークス層の崩れ（崩れ位置及び崩れ量）を考慮すると、図５に示す層厚比分布Ａ２となり、層厚比分布Ａ２は図４に示す層厚比分布Ｄ１とあまり変わらないため、層厚比分布が改善されていないことが分かった。

（Ｂ）コークスの装入における旋回シュート２のノッチをシフトさせる方法として、最も炉中心側に位置するノッチを炉中心側にシフトさせてコークスを装入した。具体的には、図３に示すベース状態では、上述した周辺コークスを装入するとき、最も炉中心に近いコークス装入位置が無次元半径ｒ／Ｒｔで０．７付近であったため、最も炉中心に近いコークス装入位置が無次元半径ｒ／Ｒｔで０．６付近となるように、コークス装入におけるノッチを炉中心側にシフトさせた。ここで、鉱石の装入については、ノッチを変更せずに、図３に示す鉱石層Ｏ１，Ｏ２を形成するときと同一とした。

図６に、コークス装入時の旋回シュート２のノッチをシフトさせる方法を適用した場合における層厚比分布を示す。図６の実線Ｂ１は、表面形状測定器１０の測定結果から算出された層厚比分布を示す。図６の実線Ｂ２は、コークス層の崩れを考慮した層厚比分布を示し、層厚比分布Ｂ２は、上述した装入物分布推定モデルを用いて算出した。

図６に示す層厚比分布Ｂ１と、図４に示す層厚比分布Ｄ１とを比較すると、層厚比分布Ｂ１は、層厚比分布Ｄ１よりも目標の層厚比分布Ｄ２に近づいており、層厚比分布が改善された。また、層厚比分布Ｂ２についても、目標の層厚比分布Ｄ２に近づいており、層厚比が改善されていることが分かった。

１：高炉 ２：旋回シュート １０：表面形状測定器 ２０：制御装置 ２１：処理部 ２２：制御部

Claims (6)

1. 炉頂部に設けられた旋回シュートから高炉内に鉱石とコークスとを装入し、鉱石層とコークス層とを交互に堆積させるときの高炉原料装入制御方法であって、
   炉頂部に設けられた表面形状測定器を用いて、炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状を測定する測定工程と、
   前記測定工程で得られた測定結果に基づいて、鉱石層及びコークス層の堆積形状を特定する堆積形状特定工程と、
   前記堆積形状特定工程で特定された堆積形状に基づき、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（但し、Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）を算出する層厚比算出工程と、
   前記層厚比算出工程で算出された前記層厚比の分布が、下記の条件（ａ）～（ｄ）を満足しない場合には、条件（ａ）～（ｄ）を満足するようにコークスを装入する際の前記旋回シュートの傾動角及び／または旋回数を制御する旋回シュート制御工程と、
   を備えること特徴とする、高炉原料装入制御方法。
   （ａ）第１領域内の前記層厚比の平均値Ａ１：０．０以上０．６未満
   （ｂ）第２領域内の前記層厚比の平均値Ａ２：０．６以上０．９未満
   （ｃ）第３領域内の前記層厚比の平均値Ａ３：０．４以上０．８未満
   （ｄ）前記平均値Ａ１＜前記平均値Ａ３＜前記平均値Ａ２
   但し、炉径方向における炉中心からの距離をｒ（ｍ）、炉径方向における炉中心から炉壁までの距離をＲｔ（ｍ）とした場合に、前記第１領域は０．０≦ｒ／Ｒｔ≦０．２を満たす領域、前記第２領域は０．２＜ｒ／Ｒｔ≦０．８を満たす領域、前記第３領域は０．８＜ｒ／Ｒｔ≦１．０を満たす領域である。
2. 前記旋回シュート制御工程において、前記平均値Ａ１～Ａ３のいずれか１つを減少させることによって条件（ａ）～（ｄ）を満足させる場合には、前記平均値Ａ１～Ａ３のいずれか１つを減少させる領域に装入される前記旋回シュートの旋回数を増加させることを特徴とする請求項１に記載の高炉原料装入制御方法。
3. 前記旋回シュート制御工程において、前記平均値Ａ１～Ａ３のいずれか１つを増加させることによって条件（ａ）～（ｄ）を満足させる場合には、前記平均値Ａ１～Ａ３のいずれか１つを増加させる領域に装入される前記旋回シュートの旋回数を減少させることを特徴とする請求項１に記載の高炉原料装入制御方法。
4. 前記旋回シュート制御工程において、コークスの装入位置が炉中心側又は炉壁側に変化するように前記旋回シュートの傾動角を変更することにより、条件（ａ）～（ｄ）を満足させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の高炉原料装入制御方法。
5. 炉頂部に設けられた旋回シュートから高炉内に鉱石とコークスとを装入し、鉱石層とコークス層とを交互に堆積させるときの高炉原料装入制御プログラムであって、
   炉頂部に設けられた表面形状測定器を用いて測定された、炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状に基づいて、鉱石層及びコークス層の堆積形状を特定する堆積形状特定工程と、
   前記堆積形状特定工程で特定された堆積形状に基づき、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（但し、Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）を算出する層厚比算出工程と、
   前記層厚比算出工程で算出された前記層厚比の分布が、下記の条件（ａ）～（ｄ）を満足しない場合には、条件（ａ）～（ｄ）を満足するようにコークスを装入する際の旋回シュートの傾動角及び／または旋回数を制御する旋回シュート制御工程と、
   をコンピュータに実行させること特徴とする、高炉原料装入制御プログラム。
   （ａ）第１領域内の前記層厚比の平均値Ａ１：０．０以上０．６未満
   （ｂ）第２領域内の前記層厚比の平均値Ａ２：０．６以上０．９未満
   （ｃ）第３領域内の前記層厚比の平均値Ａ３：０．４以上０．８未満
   （ｄ）前記平均値Ａ１＜前記平均値Ａ３＜前記平均値Ａ２
   但し、炉径方向における炉中心からの距離をｒ（ｍ）、炉径方向における炉中心から炉壁までの距離をＲｔ（ｍ）とした場合に、前記第１領域は０．０≦ｒ／Ｒｔ≦０．２を満たす領域、前記第２領域は０．２＜ｒ／Ｒｔ≦０．８を満たす領域、前記第３領域は０．８＜ｒ／Ｒｔ≦１．０を満たす領域である。
6. 炉頂部に設けられた旋回シュートから高炉内に鉱石とコークスとを装入し、鉱石層とコークス層とを交互に堆積させるときの高炉原料装入制御装置であって、
   処理部と、制御部と、を備え、
   前記処理部は、
   炉頂部に設けられた表面形状測定器を用いて測定された、炉内に堆積した鉱石層及びコークス層の表面形状に基づいて、鉱石層及びコークス層の堆積形状を特定する堆積形状特定工程と、
   前記堆積形状特定工程で特定された堆積形状に基づき、炉内堆積層の最上部に位置する１チャージ分の鉱石層及びコークス層の層厚比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）（但し、Ｌｏ：鉱石層厚さ、Ｌｃ：コークス層厚さ）を算出する層厚比算出工程と、
   を実行し、
   前記制御部は、
   前記層厚比算出工程で算出された前記層厚比の分布が、下記の条件（ａ）～（ｄ）を満足しない場合には、条件（ａ）～（ｄ）を満足するようにコークスを装入する際の旋回シュートの傾動角及び／または旋回数を制御する旋回シュート制御工程を実行する
   ことを特徴とする、高炉原料装入制御装置。
   （ａ）第１領域内の前記層厚比の平均値Ａ１：０．０以上０．６未満
   （ｂ）第２領域内の前記層厚比の平均値Ａ２：０．６以上０．９未満
   （ｃ）第３領域内の前記層厚比の平均値Ａ３：０．４以上０．８未満
   （ｄ）前記平均値Ａ１＜前記平均値Ａ３＜前記平均値Ａ２
   但し、炉径方向における炉中心からの距離をｒ（ｍ）、炉径方向における炉中心から炉壁までの距離をＲｔ（ｍ）とした場合に、前記第１領域は０．０≦ｒ／Ｒｔ≦０．２を満たす領域、前記第２領域は０．２＜ｒ／Ｒｔ≦０．８を満たす領域、前記第３領域は０．８＜ｒ／Ｒｔ≦１．０を満たす領域である。

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