JP2023160192A - 高炉の操業方法、制御装置、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】鉱石類が装入される位置を適切に管理する。【解決手段】高炉１１内に鉱石類を装入して鉱石層２１を形成する鉱石類装入工程と、高炉１１内にコークスを装入してコークス層２２を形成するコークス装入工程と、を含み、鉱石層２１とコークス層２２とを交互に形成して高炉１１を操業する高炉１１の操業方法であって、鉱石類装入工程では、コークス層２２上に装入される鉱石類についての高炉１１の径方向の位置を調整することで、コークス層２２のうち、高炉１１の中心に位置する中心部のコークス層２２を鉱石層２１から上部に露出させ、鉱石類装入工程では、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが、高炉１１の操業の安定性を示す指標に基づいて決定された目標範囲に収まるように、鉱石類についての高炉１１の径方向の位置を調整する。【選択図】図２

Description

本発明は、高炉の操業方法、制御装置、プログラムに関する。

高炉の操業において、装入物の分布を適切に管理し、炉内の還元ガス流の分布を制御することが重要である。従来、ガス流の一部を炉中心部に集中させて、安定した中心ガス流を得ることによって高炉操業を安定化させる手法が知られてきた。例えば、下記特許文献１に開示されるように、高炉の中心に位置する中心部のコークス層を装入物の表面より露出させたり、下記特許文献２に開示されるように、中心部のコークス層が炉の中心部に貫通して存在したりすることで、ガス流路を確実に確保する方法等がある。また、下記特許文献３に開示されるように、細粒焼結が中心に流れ込んでこないように装入順序を調整して中心ガス流を確保する方法等がある。

特開平９－１５７７１０号公報 特開２００３－４９２１０号公報 特開平７－２６８４１３号公報

中心部のコークス層を鉱石層から露出させる高炉の操業方法において、発明者は以下の知見に基づき、鉱石が装入される位置を適切に管理することは重要であることを見出した。すなわち、高炉の中心部に鉱石が過度に流れ込むとガスが周辺に回り、ガス流れが不安定となる。逆に鉱石の流れ込みが不足して中心部のコークス単独範囲が広くなりすぎると。中心ガス流が強くなりすぎて鉱石の還元が悪化し、未還元鉱石が炉内を降下することによって操業が不安定化する。なお、中心部のコークス単独範囲とは、高炉の中心に位置する中心部のコークス層である。中心部のコークス単独範囲は、コークス層の一部であり、高炉の中心部に存在するコークス層であり、その上方に鉱石層が形成されていない部分である。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、鉱石類が装入される位置を適切に管理することを目的とする。

＜１＞本発明の一態様に係る高炉の操業方法は、高炉内に鉱石類を装入して鉱石層を形成する鉱石類装入工程と、前記高炉内にコークスを装入してコークス層を形成するコークス装入工程と、を含み、前記鉱石層と前記コークス層とを交互に形成して前記高炉を操業する高炉の操業方法であって、前記鉱石類装入工程では、前記コークス層上に装入される前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整することで、前記コークス層のうち、前記高炉の中心に位置する中心部の前記コークス層を前記鉱石層から上部に露出させ、前記鉱石類装入工程では、前記鉱石層の流れ込み位置が、前記高炉の操業の安定性を示す指標に基づいて決定された目標範囲に収まるように、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整する。
なお、コークス層上に装入される鉱石類についての高炉の径方向の位置を調整することとは、装入した鉱石類のコークス層上への落下後の径方向の位置を調整することを意味する。また、鉱石層の流れ込み位置とは、コークス層上に堆積される鉱石層のうち、径方向の最も内側に位置する部分（鉱石層の内周縁）の径方向の位置である。

鉱石類装入工程で、鉱石層の流れ込み位置が、高炉の操業の安定性を示す指標に基づいて予め決定された目標範囲に収まるように、鉱石類についての高炉の径方向の位置を調整する。よって、鉱石類が装入される位置を、目標範囲に基づいて適切に管理することができる。

＜２＞上記＜１＞に係る高炉の操業方法では、前記鉱石類装入工程では、対象とする前記鉱石類装入工程よりも以前に実施された前記鉱石類装入工程によって形成された前記鉱石層の形状に基づいて、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整する構成を採用してもよい。

鉱石類装入工程で、対象とする鉱石類装入工程よりも以前に実施された鉱石類装入工程によって形成された鉱石層の形状に基づいて、鉱石類についての高炉の径方向の位置を調整する。よって、例えば、実操業上で生じた誤差に応じて、鉱石類についての高炉の径方向の位置が調整される。これにより、鉱石類が装入される位置を一層適切に管理することができる。

＜３＞上記＜２＞に係る高炉の操業方法では、前記鉱石類装入工程では、前記鉱石層の形状として、前記高炉の全周にわたる前記鉱石層の形状を取得し、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を、前記高炉の全周にわたって調整する構成を採用してもよい。

鉱石類装入工程で、鉱石層の形状として、高炉の全周にわたる鉱石層の形状を取得し、鉱石類についての高炉の径方向の位置を、高炉の全周にわたって調整する。これにより、鉱石類が装入される位置を、全周にわたって適切に管理することができる。

＜４＞上記＜１＞から＜３＞のいずれか一態様に係る高炉の操業方法では、前記高炉の中心軸線から前記高炉の炉壁までを１としたときの無次元値によって前記コークス層上における前記高炉の径方向の位置を表すとき、前記目標範囲は、０．０２以上、０．２５以下の範囲である構成を採用してもよい。

目標範囲を、前述した範囲とすることで、中心部のコークス単独層が、高炉の安定操業に適切な範囲に配置され、炉内の還元ガス流の分布を制御することができる。

＜５＞上記＜１＞から＜４＞のいずれか一態様に係る高炉の操業方法では、前記鉱石類装入工程では、ベルレス式の装入装置が前記高炉内に前記鉱石類を装入し、かつ、前記装入装置が、前記鉱石類の各ダンプにおいて前記高炉の径方向の最も内側に前記鉱石類を装入するときのノッチおよび旋回数のうちの少なくとも一方を調整することで、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整する構成を採用してもよい。

装入装置が、鉱石類の各ダンプにおいて高炉の径方向の最も内側に鉱石類を装入するときのノッチや旋回数を調整することで、鉱石類についての高炉の径方向の位置を調整する。よって、鉱石層の流れ込み位置、つまり、鉱石層の径方向の内縁の位置の精度を高めることができる。

＜６＞本発明の一態様に係る制御装置は、高炉内に鉱石層とコークス層とを交互に積層させる装入装置を制御する制御装置であって、前記装入装置を制御することで、前記コークス層上に装入される鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整することで、前記コークス層のうち、前記高炉の中心に位置する中心部の前記コークス層を前記鉱石層から上部に露出させ、かつ、前記鉱石層の流れ込み位置が、前記高炉の操業の安定性を示す指標に基づいて決定された目標範囲に収まるように、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整する。
＜７＞上記＜６＞に係る制御装置では、前記高炉には、前記高炉内における前記鉱石層の形状を取得する形状取得部が設けられ、前記制御装置は、前記形状取得部の取得結果に基づいて前記装入装置を制御する構成を採用してもよい。
＜８＞本発明の一態様に係るプログラムは、コンピュータを上記＜６＞または＜７＞に係る制御装置として機能させる。

本発明によれば、鉱石が装入される位置を適切に管理することができる。

本発明の一実施形態に係る高炉システムを示すブロック図である。 図１に示す高炉システムを構成する高炉の内部を示す縦断面図である。 高炉におけるコークス比ＣＲと送風圧力の標準偏差σとの関係を示すグラフである。 高炉における鉱石層の流れ込み位置と、送風圧力の標準偏差σと、の関係を示すグラフである。 鉱石類の装入位置を調整する前後における装入位置の変化を示す図である。

（高炉システム）
以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る高炉システム１０を説明する。
図１に示すように、高炉システム１０は、高炉１１と、高炉１１を操業するために必要となる装置と、を含むシステムである。高炉システム１０は、高炉１１に加え、装入装置１２と、制御装置１３と、を備えている。

図２に示すように、高炉１１には、鉱石層２１およびコークス層２２が交互に積層される。鉱石層２１およびコークス層２２は、高炉１１内で積層体となっている。鉱石層２１は、鉱石類による層である。鉱石類としては、鉱石だけでなく、例えば、ペレット焼結鉱、還元鉄などが挙げられる。コークス層２２は、コークスによる層である。なお以下では、鉱石類およびコークスをまとめて高炉原料という。

図１に示すように、高炉１１には、形状取得部１４と、装入深度計１５と、が設けられている。
形状取得部１４は、高炉１１内における鉱石層２１の形状を取得する。形状取得部１４としては、例えば、プロフィールメーター等が挙げられる。プロフィールメーターとしては、例えば、２次元プロフィールメーターや、３次元プロフィールメーターなどが挙げられる。２次元プロフィールメーターは、高炉１１の周方向のうちの特定の位置（方位）における鉱石層２１の形状を取得可能である。３次元プロフィールメーターは、高炉１１の全周にわたる鉱石層２１の形状を取得可能である。高炉１１の周方向のうちの複数の位置（方位）における鉱石層２１の形状を取得する場合、複数の２次元プロフィールメーターを備えていてもよく、１つの３次元プロフィールメーターを備えていてもよい。
なお、鉱石層２１の形状とは、一例として、プロフィールメーター等が取得した鉱石層２１の高さ情報と当該高さ情報を取得した位置（高炉の半径方向の位置）との関係を示す情報がある。この場合、高炉１１の半径方向の位置とは高炉１１の中心軸線Ｌから高炉１１の炉壁１１ａまでを１としたときの無次元値であってもよい。

装入深度計１５は、ストックライン（ＳＬ）を計測する。ストックラインとは、高炉１１内での積層体の高さ位置である。装入深度計１５としては、公知の構成を適宜採用可能である。なおストックラインは、例えば、高炉１１の溶銑を出銑することで調整することができる。

装入装置１２は、図２に示すように、高炉１１内に鉱石層２１とコークス層２２とを交互に積層させる。
装入装置１２としては、例えば、ベル式の装置やベルレス式の装置などを採用することができる。本実施形態では、装入装置１２は、ベルレス式の装置である。装入装置１２は、鉱石類やコークスを高炉１１内に装入するシュート（不図示）を備えている。装入装置１２は、高炉原料が装入される高炉１１内の径方向の位置を、例えば、ノッチ（シュートの鉛直軸に対する傾動角）に基づいて変更することができる。

装入装置１２は、高炉１１内に高炉原料を常時、装入するのではなく、間隔をあけて装入する。高炉１１内に鉱石層２１とコークス層２２とを交互に積層させる１回の単位が１チャージである。１チャージは、複数回のダンプによって実施される。１回のダンプは、同種の高炉原料を装入する１回の単位である。本実施形態では、１チャージにおける複数回のダンプのうち、一部のダンプでは、コークスを装入し、残りのダンプでは、鉱石類を装入する。

１ダンプでは、シュートを複数回旋回させながら、シュートから高炉１１内に高炉原料を装入する。このとき、シュートの傾動角（ノッチ）が、旋回ごとに異なることで、高炉１１内における径方向の広範囲にわたって、高炉原料が装入される。なおノッチは、旋回ごとに大きくしてもよく、小さくしてもよい。すなわち、高炉原料は、径方向の外側から内側に向けて装入されもよく、径方向の内側から外側に向けて装入されもよい。

制御装置１３は、例えば、コンピュータによって構成される。制御装置１３は、例えば、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサとメモリとを備え、プログラムを実行する。コンピュータは、プログラムの実行によって制御装置１３として機能する。
なお、制御装置１３の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

制御装置１３は、装入装置１２を制御する。制御装置１３は、コークス層２２（直前のコークスの装入（ダンプ）によって形成されたコークス層２２）上に装入される鉱石類についての高炉１１の径方向の位置（以下、単に鉱石類の位置ともいう）を調整する。制御装置１３は、装入した鉱石類のコークス層２２上への落下後の位置を調整する。
制御装置１３は、例えば、（１）装入装置１２のノッチを調整したり、（２）ストックラインに応じて装入装置１２から装入される鉱石類の装入の開始タイミングを調整したり、（３）装入装置１２から装入される鉱石類の量を調整したり、することで、鉱石類の位置を調整する。

上記（１）に関し、装入装置１２のノッチが調整されることで、シュートから高炉１１内に装入される鉱石類の装入方向（落下方向）が変化する。これにより、鉱石類の位置が変化する。
上記（２）に関し、ストックラインは、装入装置１２が装入する鉱石類の着地位置に関連する。すなわち、鉱石類の位置は、同じ装入方向であってもストックラインの位置（コークス層２２の高さ）に応じて変化する。そのため、ストックラインに応じて装入装置１２から装入される鉱石類の装入の開始タイミングを調整することで、鉱石類の位置が変化する。
上記（３）に関し、例えば、鉱石類の装入量が多いと、装入された鉱石類が高く積み上げられ、積み上げられた鉱石類の山が崩れる（このとき、例えば、鉱石類が径方向の内側に流れ込む）。これにより、鉱石類がコークス層２２上で径方向に移動し、鉱石類の位置が変化する。装入量は、例えば、旋回数に応じて調整可能である。

上記（１）～（３）の各調整量と、鉱石類の位置と、の関係は、例えば、予め実施された検証試験によって予め取得することができる。この関係についての情報は、制御装置１３に記憶されている。これにより、制御装置１３は、所望の鉱石類の位置に応じて、各調整量を設定することができる。ここで、検証試験には、実機や試験機を使った検証試験だけでなく、コンピュータを用いたシミュレーションも含まれる。
なお、上記（１）～（３）の対象は、鉱石類であるが、同様の方法によって、コークスについての高炉１１の径方向の位置も調整可能である。また、鉱石類やコークス（高炉原料）の位置の調整方法は、上記（１）～（３）の対象を調整する方法に限られない。

制御装置１３は、鉱石類の位置を調整することで、図２に示すように、コークス層２２のうち、高炉１１の中心に位置する中心部のコークス層２２（中心部コークス２３ともいう）を鉱石層２１から上部に露出させる。そしてこのとき、制御装置１３は、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが、予め決定された目標範囲に収まるように、鉱石類についての高炉１１の径方向の位置を調整する。鉱石層２１の流れ込み位置Ｅの目標範囲（以下、単に目標範囲ともいう）は、制御装置１３に記憶されている。目標範囲の具体的な内容については後述する。ここで、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅとは、コークス層２２上に堆積される鉱石層２１のうち、径方向の最も内側に位置する部分（鉱石層２１の内周縁）の径方向の位置である。

なお、中心部コークス２３の上面は、全域にわたって鉱石層２１から上部に露出している。ただし、中心部コークス２３の上面に、操業に実質的に影響が生じない程度の鉱石類が存在していてもよい。
また鉱石層２１は、コークス層２２のうち、中心部コークス２３以外の部分は全面にわたって上方から覆っている。鉱石層２１は、上方から見たときに環状となっている。

制御装置１３は、装入装置１２を制御し、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが目標範囲に収まるように、鉱石類の位置を調整する。言い換えると、制御装置１３は、装入装置１２が装入する鉱石類のうち、最も内側に装入される鉱石類が、目標範囲内の所定位置に装入され、かつ、この所定位置よりも径方向の外側には全域にわたって鉱石類が装入されるように、装入装置１２を制御する。制御装置１３は、例えば、装入装置１２が、鉱石類の各ダンプにおいて高炉１１の径方向の最も内側に鉱石類を装入するときのノッチおよび旋回数のうちの少なくとも一方を調整することで、鉱石類の位置を調整してもよい。制御装置１３は、ノッチのみを調整してもよく、旋回数のみを調整してもよく、ノッチおよび旋回数の両方を調整してもよい。

図１に示すように、制御装置１３には、形状取得部１４や装入深度計１５が接続されている。制御装置１３は、形状取得部１４や装入深度計１５の結果を受信可能である。制御装置１３は、形状取得部１４の取得結果や装入深度計１５の計測結果に基づいて、装入装置１２を制御する。
制御装置１３は、形状取得部１４の取得結果に基づいて鉱石層２１の流れ込み位置Ｅを把握し、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅに基づいて、装入装置１２を制御する。

（高炉１１の操業方法）
次に、上記高炉システム１０における高炉１１の操業方法（以下、単に操業方法ともいう）について説明する。
この操業方法は、鉱石類装入工程と、コークス装入工程と、を含む。鉱石類装入工程では、装入装置１２が、高炉１１内に鉱石類を装入して鉱石層２１を形成する。コークス装入工程では、装入装置１２が、高炉１１内にコークスを装入してコークス層２２を形成する。そしてこの操業方法では、装入装置１２が、鉱石層２１とコークス層２２とを交互に形成して高炉１１を操業する。

なお例えば、鉱石類装入工程は、１チャージ中の鉱石類のダンプに相当する。コークス装入工程は、１チャージ中のコークスのダンプに相当する。鉱石類装入工程とコークス装入工程とを交互に実施することは、複数回チャージを実施することに相当する。

そして本実施形態では、鉱石類装入工程（鉱石類のダンプ）では、制御装置１３が、コークス層２２（直前のコークス装入工程（コークスのダンプ）によって形成されたコークス層２２）上に装入される鉱石類についての高炉１１の径方向の位置を調整する。これにより、中心部コークス２３を鉱石層２１から上部に露出させる。このとき、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅについての高炉１１の径方向での位置が、前述の目標範囲に収まるように、制御装置１３が鉱石類の位置を調整する。

なおこのとき、対象とする鉱石類装入工程よりも以前に実施された鉱石類装入工程によって形成された鉱石層２１（例えば、以前のチャージによって形成された鉱石層２１）の形状に基づいて、鉱石類の位置が調整されてもよい。またこのとき、鉱石層２１の形状として、高炉１１の全周にわたる鉱石層２１の形状を取得し、鉱石類についての高炉１１の径方向の位置を、高炉１１の全周にわたって調整してもよい。ここで制御装置１３は、鉱石層２１の形状を、形状取得部１４の取得結果として取得可能である。

すなわち、鉱石類の位置の目標が予め設定されている場合、オペレーターや制御装置１３が、操業について事前に検討しておき、鉱石類の位置に関する装入装置１２の制御値を、制御装置１３に、例えば高炉１１の操業前に設定しておくことが可能である。
しかしながら、実際の操業では、事前の検討とは異なる場合があり、鉱石類の位置が、狙いの位置とならない場合がある。
そのため、制御装置１３が、形状取得部１４の取得結果（鉱石層２１の流れ込み位置Ｅ）に基づいて鉱石類の位置を調整することで、鉱石類の位置の精度が高められる。このとき、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが目標範囲よりも径方向の外側に位置する場合、鉱石類の装入位置（鉱石類の落下後の位置）を径方向の内側に移動させる。なお、鉱石類の装入位置の具体的な調整は、例えば、オフライン試験を予め実施して得られた試験結果に基づいて適時実施することができる。また、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが目標範囲よりも径方向の内側に位置する場合、鉱石類の装入位置を径方向の外側に移動させる。このように、制御装置１３は、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅに基づいて、鉱石類の位置の誤差を調整してもよい。なお誤差は、例えば、炉体の付着物の影響や、微粉炭の吹込みの円周位置ごとの偏差、原料性状のばらつき等を起因として生じると考えられる。

鉱石層２１の形状としては、例えば、高炉１１の中心軸線方向に沿う断面形状が挙げられる。鉱石層２１の断面形状は、１断面のみ取得されてもよく、複数断面取得されてもよい。制御装置１３は、鉱石層２１の断面形状に基づいて、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅを取得することができる。ただし、取得される鉱石層２１の形状は、断面形状に限られない。例えば、鉱石層２１の形状（鉱石層２１の流れ込み位置Ｅ）が周方向の複数箇所で取得された場合、制御装置１３は、複数箇所における鉱石層２１の流れ込み位置Ｅについての代表値を用い、鉱石類の位置を調整してもよい。代表値としては、例えば、複数の値の平均値や最小値、最大値、中央値、最頻値などが挙げられる。

なお、鉱石類の位置を全周にわたって調整することには、鉱石類の位置を全周にわたって連続的に調整することだけでなく、鉱石類の位置を全周にわたって間欠的に調整することが含まれる。例えば、鉱石類の位置を全周にわたって等間隔ごと（中心軸線Ｌ回りに等角度ごと）に調整することも、鉱石類の位置を全周にわたって調整することに含まれる。

また、制御装置１３が、周方向の全周にわたって鉱石類の位置を調整する場合、前述した誤差の影響などにより、周方向の全周にわたる全ての位置（方位）において、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが目標範囲に収まらない場合がある。この場合、好ましくは５割以上の位置（方位）において、より好ましくは８割以上の位置（方位）において、より一層好ましくは９割以上の位置（方位）において、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが目標範囲に収まっていることが望まれる。

（目標範囲）
目標範囲は、例えば、予め実施された検証試験によって設定される。検証試験には、実機や試験機を使った検証試験だけでなく、コンピュータを用いたシミュレーションも含まれる。目標範囲は、高炉１１の操業の安定性を示す指標（操業管理指標）に基づいて予め設定される。指標としては、例えば、例えば送風圧力の変動や炉体熱負荷、通気性指標などが挙げられる。指標として、送風圧力の変動を採用した場合、変動が小さい方が高炉１１の操業が安定する。目標範囲は、予め実施された検証試験によって、高炉１１が安定して操業されることが確認された範囲である。

本実施形態では、図２に示すように、高炉１１の中心軸線Ｌから高炉１１の炉壁１１ａまでを１としたときの無次元値によってコークス層２２上における高炉１１の径方向の位置を表す場合を前提として、目標範囲を説明する。この無次元値では、中心軸線Ｌ上が０となり、炉壁１１ａが１となり、中心軸線Ｌから炉壁１１ａに向かうに従い（径方向の内側から外側に向かうに従い）、値が大きくなる。
例えば、目標範囲は、上記無次元値において、０．０２以上、０．２５以下であることが好ましい。また、目標範囲は、上記無次元値において、０．０４以上、０．２以下であることがさらに好ましい。ただし、目標範囲はこれらの値に限られない。例えば、操業の前提毎に検証試験を実施しておき、操業の前提に応じて適宜設定すること等が可能である。

本実施形態において、目標範囲を上述のように決定した理由について下記する。本実施形態では、目標範囲を設定するための指標として、送風圧力の変動、具体的には、送風圧力の時系列変化における標準偏差σ（以下、送風圧力σということもある）に着目した。
まず、送風圧力σと操業の安定性との関係を、図３を用いて説明する。図３は、高炉１１におけるコークス比ＣＲと送風圧力の標準偏差σとの関係を示すグラフ（散布図）である。図３の横軸はコークス比ＣＲ（ｋｇ／ｔ）を表し、縦軸は送風圧力σ（ｈＰａ）を表す。図３のグラフ中のプロットは、過去の操業実績の１つの事案を表す。コークス比ＣＲは、溶銑１ｔ製造するために必要なコークス量を表している。コークス比ＣＲが低い方が、操業が安定している。一例として、コークス比ＣＲが３２０ｋｇ／ｔ未満である場合、操業が概ね良好であるといえる。
図３から、ＣＲ＜３２０ｋｇ／ｔの場合、送風圧力σは５０ｈＰａ以下であった。そのため、送風圧力σが５０ｈＰａ以下であることが、安定操業を表していると言える。

次に、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅと送風圧力σとの関係を、図４を用いて説明する。図４は、高炉１１における鉱石層２１の流れ込み位置Ｅと、送風圧力の標準偏差σと、の関係を示すグラフ（散布図）である。図４の横軸は、前述の無次元値によって表される鉱石層２１の流れ込み位置Ｅを表し、縦軸は送風圧力σ（ｈＰａ）を表す。図４のグラフ中のプロットは、過去の操業実績の１つの事案を表す。
図４から、送風圧力σが５０ｈＰａ以下のときの鉱石層２１の流れ込み位置Ｅは、少なくとも０．０２以上、０．２５以下の範囲内にあり、好ましくは０．０４以上、０．２以下の範囲内にある。鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが０．０２以上、０．２５以下である場合、各流れ込み位置Ｅに位置する複数のプロットのうちの少なくとも一部のプロットについて、送風圧力σが５０ｈＰａとなる。鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが０．０４以上、０．２以下である場合、各流れ込み位置Ｅに位置する複数のプロットの全てのプロットについて、送風圧力σが５０ｈＰａとなる。

以上から、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅを０．０２以上、０．２５以下、より好ましくは０．０４以上、０．２以下に管理することによって、安定的に中心ガス流を確保できると考えられる。そして、炉内ガス流を適切に形成する結果、安定操業を継続できると考えられる。
なお、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが上限値を超過する、つまり、中心部コークス２３が広くなると、炉内ガスが過剰に炉中心に偏流してしまい、ガスの利用率が低下してしまう（還元や昇温に使われずに出ていく）おそれがある。一方、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが下限値を下回ると、炉内ガスが過剰に炉壁１１ａの近傍に流れてしまい、炉体からの抜熱量が上昇することにより、投入熱量（還元材比）の増大を招いてしまうおそれがある。

上述した目標範囲の設定方法について、以下に整理する。
（１）過去の操業実績などをもとに、コークス比ＣＲと、指標（例えば、送風圧力σ）と、の関係をプロットしたグラフＧ１（散布図）を作成する。
（２）作成した上記グラフＧ１に対して、安定操業を示す範囲Ｒ１（例えば、ＣＲ＜３２０ｋｇ／ｔ）を特定し、その範囲Ｒ１における指標の閾値Ｔ１（例えば、送風圧力σが５０ｈＰａ以下）を特定する。
（３）過去の操業実績などから、指標と鉱石層２１の流れ込み位置Ｅとの関係についてデータをプロットし、グラフＧ２（散布図）を作成する。
（４）操業（ガス流れ）が安定しているとする指標の閾値Ｔ１（例えば、送風圧力σが５０ｈＰａ）について直線を引き、グラフＧ２においてこの直線より操業が安定している側の範囲Ｒ２にプロットされたデータを確認する。
（４－１）その鉱石層２１の流れ込み位置Ｅを示す複数のプロットのうち、少なくとも一部が上記（４）の条件を満たす場合の上下限ＵＬ１、ＬＬ１（例えば、０．０２以上０．２５以下）を、好ましい目標範囲の上下限値とする。
（４－２）その鉱石層２１の流れ込み位置Ｅを示す複数のプロットのうち、全部が上記（４）の条件を満たす場合の上下限ＵＬ２、ＬＬ２（例えば、０．０４以上０．２以下）を、より好ましい目標範囲の上下限値とする。
なお上記（１）に関し、コークス比ＣＲに代えて、例えば、還元材比（ＲＡＲ）や微粉炭比（ＰＣＲ）などの操作指標を採用することが可能である。また、上記（１）に関し、送風圧力σに代えて、通気性指数や炉体熱負荷などの結果指標を採用してもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る高炉１１のシステムおよび高炉１１の操業方法によれば、鉱石類装入工程で、中心部コークス２３の単独範囲となる鉱石層２１の流れ込み位置が、高炉１１の操業の安定性を示す指標に基づいて予め決定された目標範囲に収まるように、鉱石類についての高炉１１の径方向の位置を調整する。よって、鉱石類が装入される位置を、目標範囲に基づいて適切に管理することができる。

鉱石類装入工程で、対象とする鉱石類装入工程よりも以前に実施された鉱石類装入工程によって形成された鉱石層２１の形状に基づいて、鉱石類についての高炉１１の径方向の位置を調整する。よって、例えば、実操業上で生じた誤差に応じて、鉱石類についての高炉１１の径方向の位置が調整される。これにより、鉱石類が装入される位置を一層適切に管理することができる。
なお鉱石類装入工程で、鉱石層２１の形状として、高炉１１の全周にわたる鉱石層２１の形状を取得し、鉱石類についての高炉１１の径方向の位置を、高炉１１の全周にわたって調整する場合、鉱石類が装入される位置を、全周にわたって適切に管理することができる。

（実施例１）
実施例１では、装入装置１２が、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが予め決定された目標範囲に収まるように鉱石類を装入可能であることについて検証した。
実施例１では、装入装置１２として、１／３ベルレス試験装置を用いた。この試験装置において高炉原料の装入を行い、鉱石類の装入方法と、鉱石類の位置と、の関係を調べた。

１／３ベルレス試験装置とは、ベルレス式炉頂装入装置を模した実炉の１／３サイズの模型実験装置（半径１８００ｍｍ程度）である。
平均粒径は実炉の約１／３とし、装入量は実炉の約１／２７とした。
コークスの１チャージ当たりの装入量は約１．３ｔとし、鉱石の１チャージ当たりの装入量は約７．３ｔとした。

鉱石層２１の３次元堆積形状を３次元プロフィールメーターで測定し、この測定した３次元堆積形状を、炉周方向１０°間隔ずつ３６カ所で切り出し、各方位における堆積形状を取得した。
各方位における堆積形状を取得した後、各方位の鉱石層２１の流れ込み位置Ｅを算出した。算出した鉱石層２１の流れ込み位置Ｅは、炉口半径で除して無次元化した。

結果を図５に示す。図５は、試験装置を上方から見た場合における鉱石層２１の流れ込み位置Ｅを示す図である。図５に示される円の中心位置は、試験装置（シュート）の直下の位置（高炉１１の中心軸線Ｌの位置）である。この円には、円の全周を、前述したように炉周方向１０°間隔ずつ３６等分割する分割線が引かれている。分割線は、高炉１１の周方向の各位置（方位）を示している。この円では、分割線に沿って前記中心位置からの距離が離れるに従い、高炉１１の中心軸線Ｌから径方向の外側に離れることを意味する。分割線に沿って記載されている数値は、無次元化した高炉１１の径方向の位置である。

図５中の一点鎖線で示された２つの円は、好ましい目標範囲（以下、第１目標範囲ともいう）の上下限ＵＬ１、ＬＬ１である０．０２および０．２５を示している。図５中の破線で示された２つの円は、より好ましい適正範囲（以下、第２目標範囲ともいう）の上下限ＵＬ２、ＬＬ２である０．０４および０．２を示している。
各分割線上に位置する白抜きのプロット（○）および黒丸プロット（●）は、それぞれ鉱石層２１の内縁位置を示している。白抜きプロットは、調整前のデータであり、黒丸プロット（●）は、調整後のデータである。

白抜きのプロット（○）は、試験装置について何ら調整しない状態、試験装置を初期設定のまま扱った状態における鉱石堆積形状（鉱石層２１の形状）から算出された鉱石層２１の内縁位置である。この状態において、第２目標範囲である０．０４以上０．２以下に収まっている方位は０割で、第１目標範囲である０．０２以上０．２５以下に収まっている方位もわずか２／３６方位（０．５割）に留まっている。

そのため、鉱石層２１の内縁位置をより炉壁１１ａ側とするため、鉱石ダンプの調整方法を検討した。鉱石層２１の内縁位置は、鉱石ダンプの最も炉中心側のノッチで装入した鉱石の影響が大きいと考えられる。その鉱石の位置を調整するために、少なくとも最も炉中心側のノッチは調整する必要があると考えた。
そこで、鉱石ダンプの最も炉中心側のノッチを外振りする方法を種々検討し、全ノッチを１ノッチ分、炉壁１１ａ側にシフトさせて最も炉中心側のノッチを外振りに変更することで鉱石をより炉壁１１ａ側に装入するように変更した。

図５中の黒丸のプロット（●）は、鉱石類の装入方法を調整した後の鉱石層２１の内縁位置である。
鉱石類の装入方法を調整した結果、全方位が少なくとも第１目標範囲である０．０２以上０．２５以下の範囲に収まり、その内の３２／３６方位（９割）がより第２目標範囲である０．０４以上０．２以下に収まることが確認された。
また、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが目標範囲外である場合は、少なくとも最も炉中心側のノッチを変更することが有効であることが確認された。

（実施例２）
実施例２では、鉱石層２１の流れ込み位置Ｅが目標範囲に収まることで、操業が安定するか否かについて検証した。
実施例２では、実施例１で得られた結果を踏まえ、実高炉において、鉱石ダンプを変更した操業を行い、操業が安定するか否かを検討した。

対象となる高炉１１は５０００ｍ^３級の高炉１１である。この高炉１１では、実施例１における調整前の状態（白抜きプロット（〇）の結果が得られた状態）と同じ装入条件で操業を行っていた。
このとき、特定の炉径方向に設置されたプロフィールメーター（形状取得部１４）の測定結果より算出した鉱石層２１の流れ込み位置Ｅは０．０１であった。この位置は、第２目標範囲の下限値を下回っていた。

そこで、実施例１における鉱石類の装入方法を調整した後の状態（黒丸プロット（●）の結果が得られた状態）と同じ装入条件に変更して操業を行った。
その結果、鉱石層２１の内縁位置は０．１５に改善し、第２目標範囲に収めることができた。さらに送風圧力σが、条件の変更前に比べて３３％低下し、炉内のガス流れが均一化したこと、および、安定操業が可能となることが確認された。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１１ 高炉
１１ａ 炉壁
１２ 装入装置
１３ 制御装置
１４ 形状取得部
２１ 鉱石層
２２ コークス層
Ｌ 中心軸線
Ｅ 流れ込み位置

Claims (8)

1. 高炉内に鉱石類を装入して鉱石層を形成する鉱石類装入工程と、
   前記高炉内にコークスを装入してコークス層を形成するコークス装入工程と、を含み、
   前記鉱石層と前記コークス層とを交互に形成して前記高炉を操業する高炉の操業方法であって、
   前記鉱石類装入工程では、前記コークス層上に装入される前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整することで、前記コークス層のうち、前記高炉の中心に位置する中心部の前記コークス層を前記鉱石層から上部に露出させ、
   前記鉱石類装入工程では、前記鉱石層の流れ込み位置が、前記高炉の操業の安定性を示す指標に基づいて決定された目標範囲に収まるように、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整する、高炉の操業方法。
2. 前記鉱石類装入工程では、対象とする前記鉱石類装入工程よりも以前に実施された前記鉱石類装入工程によって形成された前記鉱石層の形状に基づいて、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整する、請求項１に記載の高炉の操業方法。
3. 前記鉱石類装入工程では、前記鉱石層の形状として、前記高炉の全周にわたる前記鉱石層の形状を取得し、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を、前記高炉の全周にわたって調整する、請求項２に記載の高炉の操業方法。
4. 前記高炉の中心軸線から前記高炉の炉壁までを１としたときの無次元値によって前記コークス層上における前記高炉の径方向の位置を表すとき、
   前記目標範囲は、０．０２以上、０．２５以下の範囲である、請求項１から３のいずれか１項に記載の高炉の操業方法。
5. 前記鉱石類装入工程では、
   ベルレス式の装入装置が前記高炉内に前記鉱石類を装入し、
   かつ、前記装入装置が、前記鉱石類の各ダンプにおいて前記高炉の径方向の最も内側に前記鉱石類を装入するときのノッチおよび旋回数のうちの少なくとも一方を調整することで、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整する、請求項１から３のいずれか１項に記載の高炉の操業方法。
6. 高炉内に鉱石層とコークス層とを交互に積層させる装入装置を制御する制御装置であって、
   前記装入装置を制御することで、
   前記コークス層上に装入される鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整することで、前記コークス層のうち、前記高炉の中心に位置する中心部の前記コークス層を前記鉱石層から上部に露出させ、
   かつ、前記鉱石層の流れ込み位置が、前記高炉の操業の安定性を示す指標に基づいて決定された目標範囲に収まるように、前記鉱石類についての前記高炉の径方向の位置を調整する、制御装置。
7. 前記高炉には、前記高炉内における前記鉱石層の形状を取得する形状取得部が設けられ、
   前記制御装置は、前記形状取得部の取得結果に基づいて前記装入装置を制御する、請求項６に記載の制御装置。
8. コンピュータを、請求項６または７に記載の制御装置として機能させるプログラム。

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