JP4448499B2 - 高炉への微粉炭の吹き込み制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉への微粉炭の吹き込み制御方法に関する。

高炉操業にあっては、コークス代替として、安価で燃焼性がよく発熱量の高い補助燃料としての微粉炭を高炉の羽口部より熱風炉からの熱風と共に吹き込み、溶銑製造コストの低減化および生産性の向上を図っている。

高炉に対する微粉炭吹き込み制御技術としては、例えば特許文献１に開示されているように、高炉の羽口部に取り付けられている微粉炭吹き込みバーナーと、微粉炭が貯留され、高炉より高い圧力に保持されている加圧タンク（フィードタンク）とを接続する吹き込み管を通して行われ、該フィードタンクの微粉炭は、該フィードタンクに加圧ラインから供給される加圧用窒素ガスのガス圧を調節することにより噴出量が調節される。前記吹き込み管の配管途中には搬送ガスラインが接続され、該搬送ガスラインから供給される搬送ガスにより微粉炭は該吹き込み管内を加速されて前記微粉炭吹き込みバーナーに吹き込まれる。

微粉炭の吹き込み制御において、前記フィードタンク内の圧力設定は、粉粒体の吹き込み制御方法である高炉の通常操業状態での一点を仮定し、その状態における炉内圧力（羽口前圧力）、配管長などの配管抵抗等を基にして、微粉炭の管詰まりが生じない管内最低流速、ノズル先端速度及び固気比となる圧力損失を演算し、微粉炭吹き込み量とフィードタンク内の圧力関係を求めるようにしている。

この微粉炭吹き込み量とフィードタンク内の圧力関係は、制御装置に検量線として記憶され、微粉炭の吹き込み量の目標値に対応して該フィードタンク内の圧力としてフィードタンク圧力目標値を設定し、該フィードタンク内の計測圧力が該フィードタンク圧力目標値となるように、前記加圧ラインからフィードタンクに供給されるガス量を調節する。

また、フィードタンク内の圧力と炉内圧力との差圧が一定となるように、前記吹き込み管の途中に設けた吹き込み量調節弁を制御することで、高炉の圧力変動、吹き込み管の磨耗などの特性変化といった外乱要素が生じた場合でも微粉炭の安定吹き込みを行えるようにしている。
特開２００４−０３５９１３号公報

従来の微粉炭の吹き込み制御において、高炉の圧力変動などに対しては吹き込み量調節弁の弁開度を調節することにより、微粉炭のバーナー吹き込み量を調節できるものの、フィードタンク圧力を決定する検量線は上述のように、高炉の通常操業状態での一点を仮定して得られたトータル圧力損失を考慮して決定されているため、高炉の操業状況、微粉炭の炭種などの変化によりトータル圧力損失が変わっていても、実際とは異なったトータル圧力損失を考慮してフィードタンク圧力が決定される。

このため、吹き込み管のトータル圧力損失パターンに合った複数の検量線を予め用意し、吹き込み管のトータル圧力損失パターンに最も近い検量線に置換することも行われているが、このような検量線は実際のトータル圧力損失に対応したものではないので、微粉炭を適切な量で吹き込めるとは限らない。

また、吹き込み管のトータル圧力損失に合った検量線を複数用意しない場合には、その都度検量線の設定を変更する作業が必要となる。

さらに、従来では吹き込み管の途中に吹き込み量調節弁を設けているが、吹き込み管内を気体搬送される微粉炭により吹き込み量調節弁が摩耗を受ける。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、吹き込み管のトータル圧力損失の変化に対して瞬時に最適な粉粒体の吹き込み量を求めることができ、吹き込み管の途中で微粉炭などの粉粒体の流量を調節することを不要とし、また既存の設備に対しては大掛かりな設備改造を不要とし、ソフト的に対応できる高炉への微粉炭の吹き込み制御方法を提供することを目的とする。

本発明の目的を実現する方法は、 微粉炭貯蔵した加圧タンクに加圧気体を供給して該加圧タンク内の該微粉炭を高炉に吹き込むに際し、前記微粉炭の目標供給量と前記加圧タンクと高炉までの圧力損失を関数とする検量線を設定し、この検量線と吹き込み目標微粉炭量により圧力損失量を求め、この求めた圧力損失量に羽口近傍の炉内圧力を加算した値に前記加圧タンク圧力を調整する制御方法において、
高炉に微粉炭を吹き込んでいる最中に、前記加圧タンクと高炉までの圧力損失値を予め設定したタイミングで求め、この求めた圧力損失値が更新前の前記検量線に対応する圧力損失に許容範囲を加えた設定範囲外で、且つ、予め設定した回数以上連続して発生した場合に、その連続して発生した圧力損失値の平均値を求め、この求めた平均圧力損失値とその際の吹き込み目標微粉炭量の点を通る位置に前記更新前の検量線を平行移動して新たな検量線とすることを特徴とする。

本発明の方法によれば、検量線を吹き込み管のトータル圧力損失にフィットするように更新するので、粉粒体の種類などの環境が変化しても微粉炭などの粉粒体を所望する吹き込み量で高炉などの粉粒体吹き込み先装置に吹き込むことができる。

また、配管系や計装系に大幅な改修を加えることなくソフト的な対応で対処することが可能となる。

以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例を示す粉粒体の吹き込み制御装置の配管系及び計装系のブロック図を示す。

図１において、粉粒体の吹き込み制御方法である高炉１には複数の羽口２が設けられ、環状管３から延びる複数のブローパイプ４が前記羽口２に接続され、不図示の熱風炉からの高温ガスが環状管３を経て各ブローパイプ４から各羽口２に供給される。各羽口２には、微粉炭吹き込みバーナー５が取り付けられている。この微粉炭吹き込みバーナー５には、吹き込み管６の一端側が取り付けられている。

フィードタンク７は、不図示の微粉炭ホッパー等からなる微粉炭補給装置の最下位に配置され、該微粉炭ホッパーから微粉炭が補給される。微粉炭の補給はフィードタンク７内の微粉炭が空になると行われ、その際排圧弁２１が開いてフィードタンク７内が大気に開放され、微粉炭の補給が行われる。

また、フィードタンク７には吹き込み管６の他端側が接続され、フィードタンク７内に不図示の加圧ガス源からの加圧窒素ガスが加圧ライン８を介して供給される。その際、前記排圧弁２１は閉じられ、フィードタンク７の内圧は高炉１の炉内圧よりも高い圧力に保持される。

加圧ライン８には加圧調節弁２２が設けられ、この加圧調節弁２２の弁開度を調節することにより、フィードタンク７から吹き込み管６に噴出される微粉炭の量を調節可能とする。吹き込み管６の途中に搬送ガスライン９を接続しており、フィードタンク７から加圧して排出された微粉炭を搬送ガスライン９から吹き込み管６に供給された搬送ガスによって加速し高炉１の微粉炭吹き込みバーナー５に吹き込む。加圧調節弁２２は、圧力調節計２０により弁開度が調節され、前記排圧弁２１は圧力調節計２０から圧力調節信号が出力されると閉じられる。なお、搬送ガスライン９から吹き込み管６に供給される搬送ガスは搬送ガス調節弁２９で流量調節され、吹き込み管６内を搬送される微粉炭が配管閉塞を発生させないように流量調節されている。

フィードタンク７はロードセルなどの荷重検出器２３により重量が検出される構成となっており、荷重検出器２３によりフィードタンク７に補給された微粉炭の重量を検出する。荷重検出器２３で検出した補給された微粉炭の重量検出値は、重量調節計２４に出力される。

一方、高炉１の羽口２には炉内圧力を検出する炉内圧力センサ２５が取り付けられ、炉内圧力センサ２５で検出した炉内圧力（羽口圧力）検出値を炉内圧力変換器２６により出力信号（炉内圧力信号）Ｐｆに変換し、この炉内圧力信号Ｐｆを後記する検量線自動調整装置５２に出力すると共に、圧力調節計２０に出力する。

また、フィードタンク７内の圧力をタンク内圧センサ２７により検出し、タンク内圧センサ２７で検出したタンク内圧検出値をタンク圧力変換器２８により出力信号（タンク内圧信号）Ｐｔに変換し、このタンク内圧信号Ｐｔを検量線自動調整装置５２に出力すると共に、圧力調節計２０に出力する。

本実施例において、圧力調節計２０は、関数発生器５１で算出されたタンク内圧目標値ΔＰｓにタンク内圧信号Ｐｔを一致させるように加圧調節弁２２を制御するのではなく、タンク内圧目標値ΔＰｓに炉内圧力信号Ｐｆを加えた信号Ｐｓｔにタンク内圧信号Ｐｔを一致させるように加圧調節弁２２を制御している。すなわち、吹き込み管６のトータル圧力損失を考慮してタンク内圧を決定している。

本実施例における関数発生器５１は、高炉操業における実際の吹き込み管のトータル圧力損失に対応して検量線を更新するようにしており、該実際の吹き込み管のトータル圧力損失は、検量線自動調整装置５２により演算される。

検量線自動調整装置５２は、入力されるタンク内圧信号Ｐｔと炉内圧力信号Ｐｆとの差（ΔＰ＝Ｐｔ−Ｐｆ）として得られるフィードタンク７の圧力と粉粒体の吹き込み制御方法である高炉１の炉内圧力との差圧、すなわち吹き込み管のトータル圧力損失ΔＰを演算する。

フィードタンク７に微粉炭を補給する毎に検量線自動調整装置５２で演算したトータル圧力損失ΔＰに応じて検量線の更新を行なっても良いが、本実施例では連続する複数回の微粉炭補給毎のトータル圧力損失の変化が規定値を超えている場合に検量線の更新を行うようにしており、図２はその動作を示すフローチャートである。

図２において、検量線の更新のための演算がスタートすると、ステップ（以下Ｓとする）１において、３〜１０分間ピッチ（本例では５分間ピッチ）でタンク内圧信号Ｐｔと炉内圧力信号Ｐｆとの差であるΔＰ＝Ｐｔ−Ｐｆを演算し、ステップ２に進む。

ステップ２では、予め設定しているフィードタンクと高炉との設定圧力差ΔＰ２と、ステップ１で得られたΔＰ１との差圧ΔＰｔ＝ΔＰ２−ΔＰ１を算定する。すなわち、フィードタンク７に加える圧力の増減圧分を演算する。

ステップ３では、ステップ２において算定したフィードタンク７の増減圧分ΔＰｔが検量線を更新しなければならないほどの値になっているか否かを判定する閾値（α、−α）と比較し、これを連続してＮ回以上満足しているか否かを判定する。

ステップ３において、ΔＰｔ＞α、ΔＰｔ＜−αの要件を満足するが連続するＮ回以上の要件が満たされていない場合には、ここまでのステップを連続するＮ回、例えば連続して３回以上の要件を満たすまで繰り返し行う。

そして、ステップ３の要件を全て満たすとステップ４に進む。すなわち、ステップ３の要件を全て満たすということは、トータル圧力損失の変動が一時的なものではなく、確実に変わっていると判断する。

ステップ４において、Ｎ回分のΔＰｔの平均値ΔＰｑを算定し、ステップ５に進む。

ステップ５では、ステップ４で求めたΔＰｑにゲインβを掛けたΔＰｒ（ΔＰｒ＝β×ΔＰｑ）を算定し、ステップＳ６に進む。

ステップ６では、ステップ５で算定したΔＰｒにステップ２で用いたΔＰ２を加えたΔＰ３（ΔＰ３＝ΔＰ２＋ΔＰｒ）を算定し、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、検量線をステップＳ６で求めたΔＰ３を通る位置に並行移動した検量線に置き換え終了する。

以上のように、本実施例において検量線を逐次更新することにより、フィードタンク圧力と炉内圧力との差圧、すなわち吹き込み管のトータル圧力損失ΔＰに、微粉炭の吹き込み量ＳＶ‐フィードタンク内圧目標値ΔＰｓとの関数を設定した検量線を自動でフィッテングさせるもので、例えば図１に示すように、更新前の検量線を検量線自動調整装置５２で演算したΔＰにフィッテングさせたものを更新後の検量線とするもので、高炉の状況、吹き込み管の状態、使用する微粉炭の炭種の拡大に伴う吹き込み管のトータル圧力損失パターンの多様性に対して適合した検量線を常に提供することが可能となった。

上記した実施例は、高炉１の羽口２より微粉炭を吹き込む場合を例にしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の粉粒体の吹き込み制御方法に対して粉粒体を吹き込む場合にも適用できることは云うまでも無いことである。

本発明を実施例を示す吹き込み制御装置の配管系及び計装系のブロック図。 図１の吹き込み制御装置における検量線更新処理を示すフローチャート。

符号の説明

１ 高炉
２ 羽口
３ 環状管
４ ブローパイプ
５ 微粉炭吹き込みバーナー
６ 吹き込み管
７ フィードタンク
８ 加圧ライン
９ 搬送ガスライン
２０ 圧力調節計
２１ 排圧弁
２２ 加圧調節弁
２３ 荷重検出器
２４ 重量調節計
２５ 炉内圧力センサ
２６ 炉内圧力変換器
２７ タンク内圧センサ
２８ タンク圧力変換器
２９ 搬送ガス調節弁
５１ 関数発生器
５２ 検量線自動調整装置

Claims (1)

1. 微粉炭貯蔵した加圧タンクに加圧気体を供給して該加圧タンク内の該微粉炭を高炉に吹き込むに際し、前記微粉炭の目標供給量と前記加圧タンクと高炉までの圧力損失を関数とする検量線を設定し、この検量線と吹き込み目標微粉炭量により圧力損失量を求め、この求めた圧力損失量に羽口近傍の炉内圧力を加算した値に前記加圧タンク圧力を調整する制御方法において、
   高炉に微粉炭を吹き込んでいる最中に、前記加圧タンクと高炉までの圧力損失値を予め設定したタイミングで求め、この求めた圧力損失値が更新前の前記検量線に対応する圧力損失に許容範囲を加えた設定範囲外で、且つ、予め設定した回数以上連続して発生した場合に、その連続して発生した圧力損失値の平均値を求め、この求めた平均圧力損失値とその際の吹き込み目標微粉炭量の点を通る位置に前記更新前の検量線を平行移動して新たな検量線とすることを特徴とする高炉への微粉炭の吹き込み制御方法。

Images