JP4674157B2 - 転炉排ガス処理装置のスカート位置検出器異常検知方法およびその異常検知に係るスカート位置修正制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、操作駆動部を４箇所有しまたその位置をそれぞれ検出できる検出器を備えた制御装置(例．プラント)において、検出器の異常を検知する方法およびその異常検知に係る装置の位置修正制御方法に関するものである。具体的な適用例としては、転炉排ガス処理装置におけるＯＧのスカートの操作駆動を挙げることができる。周知のようにＯＧ(Oxygen Converter Gas Recovery System：酸素転炉排ガス回収システム)とは、酸素転炉による製鋼精錬の際に発生する排ガスを燃焼させずに回収し、処理してガス燃料として使用するとともに環境汚染の発生を防止する技術である。

転炉排ガス処理装置におけるＯＧのスカートは、転炉口からフードへ排ガスを導くために転炉口近辺に設けられている。そして転炉で発生した高温の排ガス、例えばＣＯガスをスカートを介してフード内に誘引したのち冷却し、さらに除塵したあと、切換弁によりＣＯ濃度の高いガスは有価ガスとして回収し、ＣＯ濃度の低いガスは煙突を通して頂部で燃焼のうえ大気中に放出する。

この場合ＣＯ濃度を上げるには、ＯＧのスカートと転炉口との間隙をできるだけ少なくすることが有効であるものの、転炉口の高さは吹錬時の地金(スラッグ)等の付着により変化してしまい最適な間隙を保つために転炉口高さの変化に合わせてスカートの位置を調整すべくスカート位置検出器を設けて調整していた（特許文献１参照）。

その一方、ＯＧのスカートは本来、転炉口からフードへ排ガスを導くために水平を維持しなければならないもので、転炉としての操業を繰返している内に、吹錬時の地金(スラッグ)等の種々の要因により傾きを生じることがある。このような場合今までは、各位置検出器が検知した値の内最高値に単純に合わすように操作駆動部に指令を出して水平を維持するようにしていた。
特開昭５１−１４５４０８号公報

しかし上記した従来技術ではＯＧのスカートの水平を維持するため各位置検出器が検知した値の内最高値に単純に合わすように操作駆動部に指令を出すようにしているので、最高値が位置検出器の故障によって出力されていると誤った操作信号をスカートの操作駆動部に出力してしまうという課題があった。またＯＧのスカートと転炉口との間隙をできるだけ少なくすることが有効であるため本来は各位置検出器が検出した各位置（高さ）の平均値に合わすのが望ましいが、最高値に合わせることにより余分な上昇を伴い、排ガス処理装置からの有価ガスを回収する上で好ましくないという課題があった。

上記のような課題に鑑み、本発明は、対になった位置検出器同士の平均値をそれぞれ求めて位置検出器の異常を判定すると共に異常の位置検出器を除外し適正な平均値を用いて位置修正操作を行う転炉排ガス処理装置のスカート位置検出器異常検知方法およびその異常検知に係るスカート位置修正制御方法を提供することを目的とする。

それを解決するために本発明は、スカート位置の検出器を４個以上で偶数個対称位置に具備する装置において、各対の検出器の平均値と別の対の平均値との差が閾値を超えた場合に検出器の異常を検知することを特徴とする。また異常検知した後にスカート位置の３次元画像を確認して異常検出器を特定し、特定した検出器を除外して位置修正演算した上でスカート操作器に操作信号を出すことを特徴とする。

この発明によれば、各対の位置検出器の位置信号出力平均値の差を判別し、その差が閾値を超える場合には異常表示することができる。また異常を判別した後に画面上で検出したスカート位置を３次元表示して確認することにより異常となった位置検出器を特定し、異常となった位置信号出力を修正することができる。さらに、スカートが著しく傾斜したことを確認できた場合にはスイッチ制御手段を制御して異常となった位置検出器を除外して修正位置信号を出力し的確な操作信号をスカート操作器に出力することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１Ａ、図１Ｂ及び図２は、本発明の実施形態に係る転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御システムの構成概要を示す図である。具体的に説明すると、図１Ａは転炉排ガス処理装置のスカートの位置検出器の配置に係る底面図であり、図１Ｂは転炉排ガス処理装置のスカートの位置検出器の配置に係る側面図であり、図２はスカート位置修正制御システムの構成を示すブロック図である。図１Ａ、図１Ｂ及び図２において本発明の実施形態に係る転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御システムは、第１〜第４のスカート位置検出器１３〜１６（以下ではスカートという用語を省略して単に「位置検出器」と称する）をスカート１１の対称位置４個所にそれぞれ設けている。つまり本説明においては、第１の位置検出器１３（位置信号出力Ａ）と第３の位置検出器１５（位置信号出力Ｃ）が対、および、第２の位置検出器１４（位置信号出力Ｂ）と第４の位置検出器１６（位置信号出力Ｄ）が対、であるとしている。またスカート１１を上下方向に操作するスカート操作装置を位置検出器対応に設けている。図１Ｂでは位置検出器１３に対応してスカート操作装置１２が、また位置検出器１６対応してスカート操作装置１７が表記されているだけで他の位置検出器およびスカート操作装置は図示省略されている。

図２ではまず対角線上にある位置検出器の位置信号出力（Ｈｎ；ｎ＝１〜４）の平均値（ＡＨｍ；ｍ＝１、２）を各々算出する。すなわち対角線上にある位置検出器１３，１５、１４，１６が出力した位置信号出力Ｈ１，Ｈ３、Ｈ２，Ｈ４の平均値、すなわち対となる位置検出器の信号出力から求められる平均値は、第１の平均値演算器２１により第１の平均値ＡＨ１＝（Ｈ１＋Ｈ３）／２として求められ、また第２の平均値演算器２２により第２の平均値ＡＨ２＝（Ｈ２＋Ｈ４）／２として求められる。検出器誤差監視手段２７はこれらの平均値の差ΔＡＨ＝ＡＨ１−ＡＨ２を求める。その上で異常判別手段２８によりこの平均値の差がある定数（ここでは５０ｍｍ±５％とする）以上であれば位置検出器が異常になっていると判定する。通常状態では全ての位置検出器は同一表面上になければならないので、位置検出器の僅かな出力誤差は無視することにしてΔＡＨは常に０とみなされる。ここで異常になっていると判定された場合には警報出力手段２９によりオペレータに警報表示がなされるともにオペレータが関与するスイッチ制御手段３０にも出力される。スイッチ制御手段３０では、後述する方法により異常を示す位置検出器が特定された場合には、特定した位置修正が必要な位置検出器に係る位置修正演算器ＨｈｎのスイッチのみＯＮし、位置修正演算した出力を平均値演算器２１又は２２のいずれかに出力する。なお、上記では位置検出器が４台の場合について説明したが、一般には４台以上で偶数個の位置検出器が設置され、設置された位置検出器が対の関係を構築できるスカートであれば全てにおいて適応可能である。

ところで位置検出器のいずれか１つが同一平面上から逸脱し、平面表示関数による演算でどの位置検出器が同一平面上から逸脱しているかを決定しようとした場合、情報量が不足しているため平面表示関数を用いる複雑な演算を行っても異常な位置検出器を特定できない。なぜなら本実施形態で説明している位置検出器４点のうち異常を示す位置検出器分１点のみが同一平面状にないが、異常を示さない他の位置検出器３点分が含まれる平面上の正常な位置検出器２点が同一平面上にあることが確定していなければ正常な同一平面が想定できないからである。もし正常な位置検出器２点が同一平面上にあることが確定していないのであれば位置検出器４点の内どれもが異常と想定されてしまうことになる。よって平面表示関数による複雑な数値演算で異常位置検出器１つをどれかに特定可能であると想定することは不能である。

図３は、本発明の実施形態に係る各位置検出器で検出したスカート位置を３次元表示した図であり、この３次元表示により位置検出器が正常状態にあるか否かを表示する。図３において位置検出器が正常状態にあるか否かを表示するために画面上に各位置検出器で検出した位置（高さ）の偏差をバーグラフ表示３１する一方、それぞれの偏差（バーグラフ頂点）を直線で結んで折れ線グラフ表示３２する。こうすることで、異常検出器の判定のための補助情報を表示により得ることができ、この補助情報とオペレータによる実地検査により異常な位置検出器を特定することができる。しかし最大許容傾斜値を考慮して位置信号出力が定常状態から著しく逸脱した状態になっていれば上記の方法を取らなくても異常な位置検出器を特定できる。

いままでの説明で明らかなように異常と特定された位置検出器の位置信号出力（Ｈｎ；ｎ＝１〜４）をその対角線上にある位置検出器に基づいて算出した平均値（ＡＨｍ；ｍ＝１、２）との差の絶対値は正常状態にあれば必ず同一になるとの性質があるので、もし異常な位置検出器が存在しそれが特定された場合にはこの性質を利用して位置出力信号を修正することができる。

すなわち異常な位置検出器１点を特定した場合には、図２に戻ってスイッチ制御手段３０を制御し異常な位置検出器１点に係るスイッチのみをＯＮするようにスイッチ制御することで位置修正演算器（Ｈｈｎ）２３〜２６の出力が平均値演算器（ＡＨｍ）２１又は２２のいずれかに印加されるようにする。ここで、位置検出器１３〜１６が正常状態にあると確認できるのであれば、各位置信号出力および対の位置検出器から算出した平均値の絶対値は常に｜Ｈ１−ＡＨ１｜＝｜Ｈ３−ＡＨ１｜および｜Ｈ２−ＡＨ２｜＝｜Ｈ４−ＡＨ２｜となる性質がある。この性質を用いて、平均値演算器（ＡＨｍ）２１又は２２のいずれかは位置検出器の位置出力信号を位置修正演算器（Ｈｈｎ）２３〜２６の位置出力修正信号Ｈｈｎ＝ＡＨ２-|[Ｈ（ｎ±２）-ＡＨ２]|、あるいはＨｈｎ＝ＡＨ１-|[Ｈ（ｎ±２）-ＡＨ１]|に置き換えて平均値を求めるとともに検出器誤差監視手段２７は平均値の差ΔＡＨを再演算する。この再演算の結果により平均値の差ΔＡＨが０になり異常なすなわち故障した位置検出器の除外が可能になる。

つまり、故障した位置検出器がＨ１である時はその修正値Ｈｈ１はＡＨ２-|[（Ｈ３-ＡＨ２）]|となる。また故障した位置検出器がＨ３である時はその修正値Ｈｈ３はＡＨ２-|[（Ｈ１-ＡＨ２）]|となる。また故障した位置検出器がＨ２である時はその修正値Ｈｈ２はＡＨ１-|[（Ｈ４-ＡＨ１）]|となる。さらに故障した位置検出器がＨ４である時はその修正値Ｈｈ４はＡＨ１-|[（Ｈ２-ＡＨ１）]|となる。

図４は、図２に示した位置信号（または位置修正信号）出力に基づいてスカート操作装置に補正した操作信号を出力するための補正操作信号出力手段の構成を示す図である。図４において操作信号演算器（Ｓｎ）４１〜４４は図１Ａに示した位置検出器１〜４に故障がない場合（位置修正可能である場合を含む）に位置信号（または位置修正信号）出力Ａ１〜Ｄ１、つまりはＨ１〜Ｈ４から操作信号Ｓｎ（但しｎ=１〜４）を算出する。操作信号演算器（Ｓｎ）４１〜４４では、Ｓｎ＝ＡＨｍ−Ｈｎ（又はＨｈｎ）の演算を行っており、演算した結果を操作補正関数器４５〜４８に加え、操作補正関数器４５〜４８はＳｎ＝ＡＨｍ−Ｈｎ（又はＨｈｎ）の符号が正であれば上昇指令となる補正された操作信号ＭＶｎをスカート操作装置（図１Ｂ参照）に出力すると共に、負であれば下降指令となる補正された操作信号ＭＶｎをスカート操作装置に出力する。

ここで1箇所位置検出器が故障していた場合には、1箇所位置検出器が故障していた場合の演算式Ｈｎ＝ＡＨα±|[Ｈ（ｎ±２）-ＡＨα]|（但しα=１、２）の信号を位置検出器の出力とみなして操作信号演算器（Ｓｎ）４１〜４４において上記と同様に操作信号Ｓｎ（但しｎ=１〜４）の演算を行う。操作信号演算器（Ｓｎ）４１〜４４で演算された操作信号Ｓｎ（但しｎ=１〜４）は操作補正関数器４５〜４８を経てスカート操作装置（図１Ｂ参照）に出力される。スカート操作装置は操作補正関数器４５〜４８を介して補正された操作信号ＭＶｎを得ることでガタ補正、不感帯補正など装置に応じた出力強度補正を行う。

このように操作補正関数器を経て補正された操作信号ＭＶｎが出力されるが、操作補正関数器が上昇指令のみまたは下降指令のみを操作信号出力する構成であってもよい。その一例を図５Ａ及び図５Ｂに示すと、図５Ａは、補正された操作信号ＭＶｎとして上昇指令のみ出力する操作補正関数器の構成例を示す図であり、図５Ａに示す操作補正関数器では、下降操作がない場合であるから、下降信号をカットし上昇信号を２倍にして補正された操作信号ＭＶｎを出力する。この処理によりスカートは位置検出器の最高の位置に迅速にセットされ水平になる。

一方、図５Ｂは、補正された操作信号ＭＶｎとして下降指令のみ出力する操作補正関数器の構成例を示す図であり、図５Ｂに示す操作補正関数器では、上昇操作がない場合であるから、図５Ａの構成例とは逆に上昇信号をカットし下降信号を２倍にして補正された操作信号ＭＶｎを出力する。この処理によりスカートは位置検出器の最低の位置に迅速にセットされ水平になる。

以上説明したように本発明は、各スカート位置検出器をスカートの対称位置に４個所設ける装置において、各対の位置検出器の位置信号出力平均値の差を判別し、その差が閾値を超える場合には異常表示することができる。また異常を判別した後に画面上で検出したスカート位置を３次元表示して確認することにより異常となった位置検出器を特定し、異常となった位置信号出力を修正することができる。さらに、スカートが著しく傾斜したことを確認できた場合にはスイッチ制御手段を制御して異常となった位置検出器を除外して修正位置信号を出力し的確な操作信号をスカート操作器に出力することができる。

本発明は、転炉排ガス処理装置におけるＯＧに具備されるスカートの操作駆動に特に適しているが、複数の操作器とそれに対応した位置検出器を有する制御装置全てに適応可能である。

本発明の実施形態に係る転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御システムの構成概要を示す底面図である。 本発明の実施形態に係る転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御システムの構成概要を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る各位置検出器で検出したスカートの位置を３次元表示した図である。 本発明の実施形態に係るスカート操作装置に補正した操作信号を出力するための補正操作信号出力手段の構成を示す図である。 図４に示した操作補正関数器の上昇指令のみ出力できる構成例を示す図である。 図４に示した操作補正関数器の下降指令のみ出力できる構成例を示す図である。

符号の説明

１１ スカート
１２、１７ スカート操作装置
１３ 第１の位置検出器
１４ 第２の位置検出器
１５ 第３の位置検出器
１６ 第４の位置検出器
２１、２２ 平均値演算器
２３〜２６ 位置修正演算器
２７ 検出器監視手段
２８ 異常判別手段
２９ 警報出力手段
３０ スイッチ制御手段
４１〜４４ 操作信号演算器
４５〜４８ 操作補正関数器

Claims (5)

1. スカート位置の検出器を４個以上で偶数個対称位置に具備する装置において、各対の検出器の平均値と別の対の平均値との差が閾値を超えた場合に検出器の異常を検知することを特徴とする転炉排ガス処理装置のスカート位置検出器異常検知方法。
2. スカート位置の検出器を４個以上で偶数個対称位置に具備する装置において、各対の検出器の平均値と別の対の平均値との差が閾値を超えた場合に検出器の異常を検知し、異常検知した後にスカート位置の３次元画像を確認して異常検出器を特定し、特定した検出器を除外して位置修正演算した上でスカート操作器に操作信号を出すことを特徴とする転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御方法。
3. 位置修正演算した平均値を操作補正関数器に入力し該操作補正関数器から補正された操作信号を得ることを特徴とする請求項２記載の転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御方法。
4. 上昇指令のみ出力する操作補正関数器を介して補正された操作信号を得ることを特徴とする請求項３記載の転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御方法。
5. 下降指令のみ出力する操作補正関数器を介して補正された操作信号を得ることを特徴とする請求項３記載の転炉排ガス処理装置のスカート位置修正制御方法。

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