JP5696625B2 - 高炉原料装入制御装置および高炉原料装入制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉原料装入制御装置および高炉原料装入制御方法に関する。

従来、原料を高炉へ装入する炉頂機器を制御する高炉原料装入制御装置が知られている。

かかる高炉原料装入制御装置に関し、原料を秤量して高炉の上流側の装置である炉頂機器へ貯留し、貯留された原料を高炉内へ装入（以下、「ダンプ」と記載する）する一連の処理を制御する技術が提案されている（たとえば特許文献１）。

具体的には、かかる制御手法は、高炉内に残留する原料レベルが所定のレベルとなった場合に、排出槽から排出する原料を秤量してコンベア等の原料輸送装置によって炉頂ホッパへ輸送させる。

また、かかる制御手法は、炉頂ホッパへ輸送された原料を受け入れさせて貯留させる。さらに、かかる制御手法では、原料を排出槽から排出するとともに炉頂ホッパに貯留された原料を高炉内へダンプさせる。

特開２００２−２４９８０９号公報

しかしながら、上記した従来技術によると、排出槽から排出された原料が炉頂ホッパへ到達するまでの原料輸送時間がダンプに要する時間（以下、単に「ダンプ時間」と記載する）よりも長い場合には、ダンプ終了時に炉頂ホッパまで原料が到達していないという問題があった。

このため、従来の高炉原料装入制御装置では、ダンプ終了後、直ちに原料の受け入れを開始することができず、炉頂ホッパに対して原料の受け入れを待機させてしまうこととなる。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、原料を高炉へ装入する炉頂機器が実行する原料の排出から高炉内への装入までの一連の処理が効率よく行われるよう制御することができる高炉原料装入制御装置および高炉原料装入制御方法を提供することを目的とする。

本願の開示する高炉原料装入制御装置は、高炉内における原料上端面の基準面からの位置を示す原料レベルを取得するレベル取得部と、前記レベル取得部によって取得された前記原料レベルが所定のレベルへ達するタイミングを、前記高炉内への原料の装入を示すダンプを開始させるタイミングとして決定するダンプ決定部と、排出槽が原料を排出してから該原料が貯留される炉頂ホッパへ輸送されるまでの時間を示す原料輸送時間が前記ダンプに要するダンプ時間より長い場合に、前記高炉内の原料レベルの単位時間あたりの変化量および前記原料輸送時間と前記ダンプ時間との差時間に基づいて前記ダンプが開始されるダンプ開始時間を予測し、予測された前記ダンプ開始時間よりも早いタイミングを前記排出槽からの原料の排出を開始させるタイミングとして決定する排出決定部とを備えることを特徴とする。

本願の開示する高炉原料装入制御装置および高炉原料装入制御方法の一つの態様によれば、原料を高炉へ装入する炉頂機器が実行する原料の排出から高炉内への装入までの一連の処理が効率よく行われるよう制御することができる。

図１は、実施例１に係る高炉設備の説明図である。 図２Ａは、従来の高炉原料装入制御手法の説明図である。 図２Ｂは、実施例１に係る高炉原料装入制御手法の説明図その１である。 図２Ｃは、実施例１に係る高炉原料装入制御手法の説明図その２である。 図３は、実施例１に係る高炉原料装入制御装置の構成を示すブロック図である。 図４は、実施例１に係るダンプ決定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図５は、実施例１に係るレベル変化量算出処理の処理手順を示すフローチャートである。 図６は、実施例１に係る排出決定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図７は、実施例２に係る排出決定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図８は、実施例３に係る高炉設備の説明図である。 図９は、実施例３に係る高炉原料装入制御手法の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する高炉原料装入制御装置および高炉原料装入制御方法の実施例を詳細に説明する。なお、以下に示す各実施例における例示で本発明が限定されるものではない。

まず、実施例１に係る高炉設備１について、図１を用いて説明する。図１は、実施例１に係る高炉設備１の説明図である。なお、図１では、説明を容易にするために一部の形状を単純化して示す。

図１に示すように、実施例１に係る高炉設備１は、高炉原料装入制御装置１０と、排出槽２０と、原料輸送装置３０と、炉頂ホッパ４０と、高炉５０とを備えている。また、排出槽２０は、排出槽ゲート２１をさらに備えており、炉頂ホッパ４０は、炉頂ホッパゲート４１をさらに備えており、高炉５０は、炉内原料レベル測定装置６０をさらに備えている。

高炉原料装入制御装置１０は、排出槽ゲート２１や炉頂ホッパゲート４１をタイミング良く開閉させることによって原料の排出から高炉内への装入までの一連の処理が効率よく行われるよう制御する装置である。なお、具体的な制御手法の詳細については、図２Ｂを用いて後述する。また、図１では、高炉原料装入制御装置１０からの指令や原料レベルの信号等のデータの受け渡しについて破線矢印で示し、原料の流れについては実線矢印で示すこととする。

排出槽２０は、原料を秤量し、排出槽ゲート２１を開放することによって原料を原料輸送装置３０へ排出する。ここで、排出槽ゲート２１は、高炉原料装入制御装置１０から排出指令を受け付けた場合に開放される。

原料輸送装置３０は、排出槽２０から排出された原料を排出槽ゲート２１よりも上方に位置する炉頂ホッパ４０まで輸送する輸送機器であり、たとえば、コンベアである。

炉頂ホッパ４０は、原料輸送装置３０によって輸送された原料を受け入れて一旦貯留し、炉頂ホッパゲート４１を開放することによって貯留された原料を高炉５０内へダンプさせる。

なお、高炉５０内の原料レベルは一定に保つことが望ましい。したがって、ここでは、高炉原料装入制御装置１０は、高炉５０内の原料レベルが所定レベルまで下がった時点で、貯留された原料を高炉５０内へダンプさせる。

具体的には、高炉原料装入制御装置１０は、炉内原料レベル測定装置６０から高炉５０内に残留する原料のレベルを示すレベル信号を受け付け、高炉５０内の原料レベルが所定レベルまで下がった時点で、炉頂ホッパゲート４１へダンプ指令を出力する。

一方、炉頂ホッパゲート４１は、高炉原料装入制御装置１０からダンプ指令を受け付けた場合に開放することによって、高炉５０内へ原料をダンプさせる。なお、図１に示したような炉頂機器では、炉頂ホッパ４０から高炉５０内へ原料をダンプする際に、炉頂ホッパ４０内の圧力は変化しないものとする。

炉内原料レベル測定装置６０は、高炉５０内に残留する原料のレベルを検知し、レベルを示すレベル信号に変換して、高炉原料装入制御装置１０へ渡す装置である。

ここで、従来の高炉原料装入制御装置が実行する原料の排出およびダンプの制御手法について図２Ａを用いて説明しておく。図２Ａは、従来の高炉原料装入制御手法の説明図である。なお、図２Ａの横軸は時間軸を示し、上段には排出槽で実行される処理を、中段には炉頂ホッパで実行される処理を、下段には高炉内の原料レベルをそれぞれ示す。

図２Ａに示すように、従来の高炉原料装入制御装置は、高炉内の原料レベルが所定のレベル（ここでは、「ダンプ開始レベル（Ｌ０）」と記載する）まで下がった時点で、ダンプの開始を行う。また、従来の高炉原料装入制御装置は、ダンプが開始されたことを検知してから原料の排出を行う。

ここでは、原料が排出槽から排出されて（ｔ１）から、原料輸送装置を通過して炉頂ホッパに到達するまで（ｔ３）の時間（以下、「原料輸送時間」と記載する）が、ダンプ時間（ｔ１〜ｔ２）以上の場合（ダンプ時間≦原料輸送時間）について説明する。

なお、ダンプ時間（ｔ１〜ｔ２）とは、炉頂ホッパゲートを開放する時間、原料が高炉内へ装入される時間、炉頂ホッパゲートを閉塞する時間および予め設定された安全余裕時間等を含む、ダンプ処理に要する時間のことである。かかるダンプ時間は、炉頂ホッパの貯留量や原料の状態等によって変化する。また、原料輸送時間は、原料輸送装置の性能に基づいて予め設定される時間のことである。

図２Ａに示すように、ダンプ終了時（ｔ２）に、排出槽から排出された原料が未だ炉頂ホッパに到達していないことから、炉頂ホッパでは、ダンプ終了後直ちに原料の受け入れを開始することができない。したがって、従来の高炉原料装入制御装置では、ｔ２からｔ３までの間、炉頂ホッパに対する原料の受け入れを待機させてしまうこととなる。

そこで、実施例１に係る高炉原料装入制御装置１０では、炉頂ホッパ４０において受入待機時間を発生させることなく、原料の排出からダンプまでの一連の処理が効率よく行われるよう制御することができる制御手法を提供することとした。

つぎに、実施例１に係る高炉原料装入制御装置１０が実行する原料の排出およびダンプの制御手法について図２Ｂおよび図２Ｃを用いて説明する。図２Ｂは、実施例１に係る高炉原料装入制御手法の説明図その１であり、図２Ｃは、実施例１に係る高炉原料装入制御手法の説明図その２である。

なお、図２Ｂおよび図２Ｃでも図２Ａと同様に横軸は時間軸を示し、上段および中段には、排出槽２０および炉頂ホッパ４０で実行される処理について示し、下段には、高炉５０内の原料レベルを示す。また、図２Ｂでは、原料輸送時間がダンプ時間以上の場合（ダンプ時間≦原料輸送時間）について説明し、図２Ｃでは、原料輸送時間がダンプ時間未満の場合（ダンプ時間＞原料輸送時間）について説明する。

なお、ダンプ時間は、炉頂ホッパゲートを開放する時間、原料が高炉内へ装入される時間、炉頂ホッパゲートを閉塞する時間および予め設定された安全余裕時間等を含む、ダンプ処理に要する時間のことである。

したがって、高炉原料装入制御装置１０は、炉頂ホッパの貯留量や原料等に基づいてダンプ時間を予め予測することが可能であり、実際にダンプ処理に要した時間を加味することとしてもよい。また、原料輸送時間は、原料輸送装置の性能に基づいて予め設定される時間である。

まず、図２Ｂに示すように、原料輸送時間がダンプ時間以上の場合（ダンプ時間≦原料輸送時間）は、高炉原料装入制御装置１０は、高炉５０内の原料がダンプ開始レベル（Ｌ０）に到達すると予測される時間（以下、「ダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）」と記載する）を所定の制御周期Ｔｓ間隔で算出する。

そして、高炉原料装入制御装置１０は、算出されたダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）が、原料輸送時間とダンプ時間との時間差（Ｔｄｓ＝｜原料輸送時間−ダンプ時間｜）以下となった時点（ｔ５）で原料を排出槽２０から排出させる。

このように、実施例１に係る高炉原料装入制御装置１０は、ダンプ開始よりもかかる時間差（Ｔｄｓ）分早く原料を排出させる。これにより、実施例１に係る高炉原料装入制御装置１０は、ダンプ終了後（ｔ７）直ちに原料の受け入れを開始させることが可能となり、原料の排出からダンプまでの一連の処理が効率よく行われる。

具体的には、高炉原料装入制御装置１０は、所定の制御周期Ｔｓ毎に以下のようにダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）を算出する。まず、高炉原料装入制御装置１０は、制御周期Ｔｓで炉内原料レベル測定装置６０から受け付けたレベル信号によって原料レベルを取得し、同じ制御周期Ｔｓの中で単位時間当たりの原料レベルのレベル変化量を算出する。

そして、高炉原料装入制御装置１０は、同じ制御周期Ｔｓの中（タイミングｔｘ）で原料レベル（Ｌｘ）を取得し、取得した原料レベル（Ｌｘ）とダンプ開始レベル（Ｌ０）との差分をレベル変化量で除算することによってダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）を算出する。

また、高炉原料装入制御装置１０は、制御周期Ｔｓ毎に算出したダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）がＴｄｓ以下となった時点で原料を排出槽２０から排出させる。

つづいて、図２Ｃに示すように、原料輸送時間がダンプ時間未満の場合（ダンプ時間＞原料輸送時間）について説明する。高炉原料装入制御装置１０は、原料輸送時間がダンプ時間未満であるか否かを判定し、原料輸送時間がダンプ時間未満の場合に、従来の制御手法と同様に、以下の処理を行う。

まず、高炉原料装入制御装置１０は、制御周期Ｔｓ毎に高炉５０内の原料レベル（Ｌｘ）を取得し、原料レベル（Ｌｘ）がダンプ開始レベル（Ｌ０）となった時点（ｔ９）でダンプを開始させる。

その後、高炉原料装入制御装置１０は、制御周期Ｔｓ毎にダンプ開始後の時間経過を監視する。なお、ここで、時間監視は、たとえば、ダンプ開始時をゼロとし、以後制御周期毎に時間Ｔｓを積算して経過時間とすることにより行う。

高炉原料装入制御装置１０は、経過時間が原料輸送時間とダンプ時間との時間差（Ｔｄｓ＝｜原料輸送時間−ダンプ時間｜）以上となった（ｔ１０）ならば、原料を排出槽２０から排出させる。

これにより、原料輸送時間がダンプ時間未満の場合であっても、排出槽２０から排出された原料は、ダンプ終了後（ｔ１１）に炉頂ホッパ４０に到達し、高炉原料装入制御装置１０は、原料を炉頂ホッパ４０へ受け入れを開始させることとなる。

つぎに、実施例１に係る高炉原料装入制御装置１０の構成の詳細について図３を用いて説明する。図３は、実施例１に係る高炉原料装入制御装置１０の構成を示すブロック図である。

高炉原料装入制御装置１０は、制御部１１と、記憶部１２を備える。また、制御部１１は、原料レベル取得部１１ａと、ダンプ決定部１１ｂと、レベル変化量算出部１１ｃと、排出決定部１１ｄとをさらに備え、記憶部１２は、制御周期時間１２ａと、原料輸送時間１２ｂと、ダンプ時間１２ｃとを記憶する。

原料輸送時間１２ｂは、原料が排出槽２０から排出されてから、原料輸送装置３０を通過して炉頂ホッパ４０に到達するまでの時間である。ダンプ時間１２ｃは、ダンプ処理に要する時間である。

制御部１１は、高炉５０内へ原料を装入する炉頂機器の全体制御を行う制御部であり、記憶された制御周期時間（Ｔｓ）１２ａと等しい制御周期で制御を行うものである。原料レベル取得部１１ａは、炉内原料レベル測定装置６０から高炉５０内に残留する原料のレベルを示すレベル信号６１を受け付け、高炉５０内の原料レベルを取得する処理を行う処理部である。また、原料レベル取得部１１ａは、制御周期毎に取得した原料レベルをダンプ決定部１１ｂ、レベル変化量算出部１１ｃおよび排出決定部１１ｄへ渡す処理を併せて行う。

ダンプ決定部１１ｂは、制御周期毎に原料レベル取得部１１ａから受け付けた高炉５０内の原料レベルとダンプ開始レベル（Ｌ０）とを比較し、原料レベルがダンプ開始レベル（Ｌ０）以下となった場合にダンプを開始させるタイミングであると決定し、炉頂ホッパゲート４１に対してダンプ指令を出力する処理を行う処理部である。

一方、炉頂ホッパゲート４１は、ダンプ決定部１１ｂからダンプ指令を受け付けたならば開放し、開放された炉頂ホッパゲート４１から高炉５０内へ原料をダンプさせる。

レベル変化量算出部１１ｃは、高炉５０内の原料レベルの変化量(以下、「レベル変化量（Ｖｔ）」と記載する)を所定の制御周期毎に繰り返し算出する処理を行う処理部である。具体的には、レベル変化量算出部１１ｃは、予め設定され記憶部１２に記憶される制御周期時間１２ａの周期で原料レベル取得部１１ａから高炉５０内の原料レベルを受け付ける。

そして、レベル変化量算出部１１ｃは、原料レベルを受け付けるたびに、今回の制御周期で受け付けた原料レベルと前回の制御周期で受け付けた原料レベルとの差分を制御周期時間１２ａで除算することによって単位時間当たりのレベル変化量（Ｖｔ）を、制御周期毎に算出する。また、レベル変化量算出部１１ｃは、算出したレベル変化量（Ｖｔ）を排出決定部１１ｄへ、制御周期毎に渡す処理を併せて行う。

排出決定部１１ｄは、制御周期毎にダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）を算出する処理を行う処理部である。

具体的には、排出決定部１１ｄは、制御周期毎に原料レベル取得部１１ａから原料レベル（Ｌｘ）を取得する。また、排出決定部１１ｄは、原料レベル（Ｌｘ）を取得した制御周期内で、原料レベル（Ｌｘ）とダンプ開始レベル（Ｌ０）との差分をレベル変化量算出部１１ｃから受け付けたレベル変化量（Ｖｔ）で除算することによってダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０＝（Ｌｘ−Ｌ０）／Ｖｔ）を算出する。

また、排出決定部１１ｄは、制御周期毎に、算出したダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）と、原料輸送時間１２ｂとダンプ時間１２ｃとの時間差（Ｔｄｓ）とを比較し、前者が後者以下となった時点で、排出槽２０からの原料の排出を開始させるタイミングであると決定するとともに、排出槽ゲート２１に対して排出指令を出力する処理を併せて行う。

つぎに、ダンプ決定部１１ｂが実行するダンプ決定処理の処理手順について図４を用いて説明する。図４は、実施例１に係るダンプ決定処理の処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、一つの制御周期内で、ダンプ決定部１１ｂは、原料レベル取得部１１ａから高炉５０内の原料レベル（Ｌｘ）を取得し（ステップＳ１０１）、取得された原料レベル（Ｌｘ）がダンプ開始レベル（Ｌ０）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ダンプ決定部１１ｂは、取得された原料レベル（Ｌｘ）がダンプ開始レベル（Ｌ０）以下であると判定した場合（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、炉頂ホッパゲート４１に対してダンプ指令を出力し（ステップＳ１０３）、一制御周期内のダンプ決定処理を終了する。

一方、ダンプ決定部１１ｂは、取得された原料レベル（Ｌｘ）がダンプ開始レベル（Ｌ０）より大きいと判定した場合（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、そのまま一制御周期内のダンプ決定処理を終了する。

そして、ダンプ決定部１１ｂは、以上の一制御周期内のダンプ決定処理を制御周期時間（Ｔｓ）１２ａ毎に繰り返して実行する。

つぎに、レベル変化量算出部１１ｃが実行するレベル変化量算出処理の処理手順について図５を用いて説明する。図５は、実施例１に係るレベル変化量算出処理の処理手順を示すフローチャートである。

なお、ここで、かかるレベル変化量算出処理は、前回のダンプ処理が終了してから、排出決定部１１ｄが実行する排出決定処理が行われるまでの間に制御周期時間（Ｔｓ）１２ａ毎に繰り返し実行されるものとする。

図５に示すように、レベル変化量算出部１１ｃは、原料レベル取得部１１ａから高炉５０内の原料レベル（Ｌｘ１）を取得し(ステップＳ２０１)、前回のダンプが終了してから最初に実行されるレベル変化量算出処理であるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

そして、レベル変化量算出部１１ｃは、前回のダンプが終了してから最初のレベル変化量算出処理ではない場合（ステップＳ２０２，Ｎｏ）、以下の処理を行う。

レベル変化量算出部１１ｃは、今回の制御周期で取得した原料レベル（Ｌｘ１）と前回取得した原料レベル（Ｌｘ０）との差分を制御周期時間（Ｔｓ）１２ａで除算することによって単位時間当たりのレベル変化量（Ｖｔ＝（Ｌｘ０−Ｌｘ１）／Ｔｓ）を算出する(ステップＳ２０３)。

つづいて、レベル変化量算出部１１ｃは、ステップＳ２０３で算出したレベル変化量（Ｖｔ）を排出決定部１１ｄへ渡す（ステップＳ２０４）。

この後、レベル変化量算出部１１ｃは、前回取得した原料レベル（Ｌｘ０）を今回取得した原料レベル（Ｌｘ１）によって更新し(ステップＳ２０５)、一制御周期内のレベル変化量算出処理を終了する。

一方、前回のダンプが終了してから最初にレベル変化量算出処理を実行するときは（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、前回取得した原料レベル（Ｌｘ０）に値が存在しないため、レベル変化量算出部１１ｃは、ステップＳ２０５へ処理を移行する。

なお、かかるレベル変化量算出処理は受入処理毎に実行されるのではなく、高炉設備の状況が変化した場合にのみ、実行されてもよい。たとえば、高炉５０内の温度が所定値以上変化した場合であったり、原料の成分を変化させた場合であったりしてもよい。

つぎに、排出決定部１１ｄが実行する排出決定処理の処理手順について図６を用いて説明する。図６は、実施例１に係る排出決定処理の処理手順を示すフローチャートである。

なお、かかる排出決定処理は、排出決定部１１ｄがレベル変化量（Ｖｔ）を受け付けてからダンプが開始されるまでの間に、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとする。なお、所定の制御周期とは、レベル変化量算出部１１ｃで実行される制御周期としてもよいし、また、かかる制御周期の整数分の１の周期としてもよい。

図６に示すように、排出決定部１１ｄは、レベル変化量算出部１１ｃからレベル変化量（Ｖｔ）を取得し（ステップＳ３０１）、原料レベル取得部１１ａから高炉５０内の原料レベル（Ｌｘ）を取得する（ステップＳ３０２）。

そして、排出決定部１１ｄは、取得した原料レベル（Ｌｘ）とダンプ開始レベル（Ｌ０）との差分をレベル変化量（Ｖｔ）で除算することによってダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０＝（Ｌｘ−Ｌ０）／Ｖｔ）を算出する（ステップＳ３０３）。

その後、排出決定部１１ｄは、算出したダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）が原料輸送時間１２ｂとダンプ時間１２ｃとの時間差（Ｔｄｓ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ３０４）。

排出決定部１１ｄは、ダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）が時間差（Ｔｄｓ）以下であると判定した場合（ステップＳ３０４，Ｙｅｓ）、排出槽ゲート２１に対して排出指令を出力して（ステップＳ３０５）、一制御周期内の排出決定処理を終了する。

一方、排出決定部１１ｄは、ダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）が時間差（Ｔｄｓ）より大きいと判定した場合（ステップＳ３０４，Ｎｏ）、そのまま一制御周期内の処理を終了する。

なお、かかる排出決定処理のすべては、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとしたが、これに限定されるものではない。たとえば、レベル変化量算出部１１ｃから排出決定部１１ｄがレベル変化量（Ｖｔ）を最初に受け付けた制御周期でのみ、ステップＳ３０３で行うダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）の算出を１回だけ実行してもよい。

さらに同じ制御周期において、排出決定部１１ｄは、ダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）と時間差（Ｔｄｓ）との差分（ｔ＝Ｔｅｘ０−Ｔｄｓ）を算出する。そして、以後排出決定部１１ｄは、制御周期毎に制御周期時間（Ｔｓ）１２ａを積算することにより経過時間を算出し、算出した経過時間が、差分（ｔ）と等しくなった制御周期で排出槽ゲート２１に対して排出指令を出力することとしてもよい。

なお、各処理の制御周期の関係は以下のように設定する。レベル変化量算出部１１ｃが実行するレベル変化量算出処理の制御周期をＴｓｃ、ダンプ決定部１１ｂが実行するダンプ決定処理の制御周期をＴｓｂ、排出決定部１１ｄが実行する排出決定処理の制御周期をＴｓｄ、レベル取得部１１ａが実行する原料レベル取得処理の制御周期をＴｓａとすると、Ｔｓｃを最も大きい周期とし、その次に大きい周期はＴｓｂまたはＴｓｄ、最も小さい周期をＴｓａとする（Ｔｓｃ≧（ＴｓｂおよびＴｓｄ）≧Ｔｓａ）。

上述したように、実施例１では、高炉原料装入制御装置は、レベル変化量（Ｖｔ）に基づいてダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）を算出することとした。そして、高炉原料装入制御装置は、ダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）が時間差（Ｔｄｓ）以下となった時点で、排出槽ゲートに対して排出指令を出力することとした。

これにより、実施例１に係る高炉原料装入制御装置では、炉頂ホッパにおいて原料の受け入れを待機させることなく、原料の排出からダンプまでの一連の処理が効率よく行われるよう制御することができる。

ところで、上述した実施例１に係る高炉原料装入制御装置は、ダンプ開始レベル到達予測時間（Ｔｅｘ０）に基づいて排出指令を出力することとした。しかし、高炉内の原料レベルに基づいて排出指令を出力することとしてもよい。そこで、以下に示す実施例２では、高炉内の原料レベルに基づいて排出決定処理が行われる場合について説明する。

図７は、実施例２に係る排出決定処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、図７は、図６に示した排出決定部１１ｄが実行する排出決定処理の処理手順と対応している。また、高炉原料装入制御装置１０の構成については、図３と同様であるので、ここでは、構成の説明については省略することとする。

なお、実施例２に係る排出決定処理は、レベル変化量算出部１１ｃから排出決定部１１ｄがレベル変化量（Ｖｔ）を受け付けてからダンプが開始されるまでの間に、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとする。

図７に示すように、排出決定部１１ｄは、レベル変化量算出部１１ｃからレベル変化量（Ｖｔ）を取得する（ステップＳ４０１）。

つづいて、排出決定部１１ｄは、原料輸送時間１２ｂとダンプ時間１２ｃとの時間差（Ｔｄｓ）と取得したレベル変化量（Ｖｔ）とダンプ開始レベル（Ｌ０）とに基づいて原料を排出すべき時点の高炉５０内の原料レベル（Ｌ１）を予測する（ステップＳ４０２）。

具体的には、排出決定部１１ｄは、ダンプ開始レベル（Ｌ０）に、レベル変化量（Ｖｔ）に時間差（Ｔｄｓ）を乗算した値を加算して原料レベル（Ｌ１＝Ｌ０＋Ｖｔ×Ｔｄｓ）を算出する。

そして、排出決定部１１ｄは、原料レベル取得部１１ａから高炉５０内の原料レベル（Ｌｘ）を取得し（ステップＳ４０３）、取得した原料レベル（Ｌｘ）がステップＳ４０２で予測した原料レベル（Ｌ１）以下であるか否かを判定する（ステップＳ４０４）。

排出決定部１１ｄは、原料レベル（Ｌｘ）がステップＳ４０２で予測した原料レベル（Ｌ１）以下であると判定した場合（ステップＳ４０４，Ｙｅｓ）、排出槽ゲート２１に対して排出指令を出力して（ステップＳ４０５）、一制御周期内の排出決定処理を終了する。

一方、排出決定部１１ｄは、原料レベル（Ｌｘ）がステップＳ４０２で予測した原料レベル（Ｌ１）より大きいと判定した場合（ステップＳ４０４，Ｎｏ）、一制御周期内の排出決定処理を終了する。

なお、かかる排出決定処理のすべては、所定の制御周期で繰り返し実行されるものとしたが、これに限定されるものではない。たとえば、ステップＳ４０２の処理である原料レベル（Ｌ１）は、レベル変化量算出部１１ｃから排出決定部１１ｄがレベル変化量（Ｖｔ）を最初に受け付けた制御周期でのみ、１回だけ実行してもよい。

上述したように、実施例２では、高炉原料装入制御装置は、レベル変化量（Ｖｔ）に基づいて原料を排出すべき時点の高炉内の原料レベル（Ｌ１）を予測することとした。これにより、実施例２に係る高炉原料装入制御装置でも、炉頂ホッパにおいて原料の受け入れを待機させることなく、原料の排出からダンプまでの一連の処理が効率よく行われるよう制御することができる。

ところで、上述した実施例１および実施例２に係る高炉原料装入制御装置では、炉頂ホッパから高炉内へ原料をダンプする際に、炉頂ホッパ内の圧力は変化しないものとした。しかし、これに限定されるものではない。

そこで、以下に示す実施例３では、炉頂ホッパから高炉内へ原料をダンプする際に、炉頂ホッパ内の圧力が変化するような炉頂機器によって構成される高炉設備について説明する。

図８は、実施例３に係る高炉設備１’の説明図である。なお、図８は、図１に示した実施例１に係る高炉設備１の構成例と対応している。また、上部側および下部側の２つの炉頂ホッパによって構成される点以外は、図１と同様である。したがって、ここでは、両者に共通する説明については省略することとする。

図８に示すように、実施例３に係る高炉設備１’に備える炉頂機器は、上部炉頂ホッパ７０と、下部炉頂ホッパ７２とを備えている。また、上部炉頂ホッパ７０は、上部炉頂ホッパゲート７１をさらに備え、下部炉頂ホッパ７２は、均排圧装置７４と、下部炉頂ホッパゲート７３とをさらに備えている。なお、図８では、高炉原料装入制御装置１０’からの指令や原料レベルの信号等のデータの受け渡しについて破線矢印で示し、原料の流れについては実線矢印で示すこととする。

高炉原料装入制御装置１０’からの排出指令によって排出槽ゲート２１が開放されたことによって原料が排出槽２０から原料輸送装置３０へ排出され、上部炉頂ホッパ７０まで輸送される。上部炉頂ホッパ７０まで輸送された原料は、一旦上部炉頂ホッパ７０で受け入れる。

また、すでに、下部炉頂ホッパ７２に、上部炉頂ホッパ７０から受け入れられた原料がある状態で、高炉原料装入制御装置１０’は、下部炉頂ホッパ７２に備える均排圧装置７４によって下部炉頂ホッパ７２内の圧力を、大気圧から高炉５０内と同じ圧力へ変化させる（以下、「均圧」と記載する）。

これにより、下部炉頂ホッパ７２から高炉５０内へ原料をダンプする際、双方が同じ圧力となっていることで、効率よくダンプすることができる。なお、ここでは、上部炉頂ホッパ７０および下部炉頂ホッパ７２の双方とも、原料が受け入れられた状態である。

そして、高炉原料装入制御装置１０’は、高炉５０内の原料レベルがダンプ開始レベル（Ｌ０）以下となった時点で、下部炉頂ホッパゲート７３を開放することによって下部炉頂ホッパ７２の原料は、高炉５０内へ装入される。

高炉原料装入制御装置１０’は、ダンプ終了後は、下部炉頂ホッパ７２に備える均排圧装置７４によって下部炉頂ホッパ７２内の圧力を、高炉５０内の圧力から大気圧と同じ圧力へ変化させる（以下、「排圧」と記載する）。これにより、上部炉頂ホッパ７０から下部炉頂ホッパ７２へ原料を受け入れる際、双方が同じ圧力となっていることで、効率よく受け入れを行うことができる。

そして、高炉原料装入制御装置１０’は、上部炉頂ホッパゲート７１を開放することによって、上部炉頂ホッパ７０の原料は下部炉頂ホッパ７２へ受け入れられる。その後、高炉原料装入制御装置１０’では、上述した一連の処理を繰り返す。

このように、実施例３に係る高炉設備１’は、上部炉頂ホッパ７０と下部炉頂ホッパ７２との２つの炉頂ホッパから構成されている。また、下部炉頂ホッパ７２内の圧力を、均排圧装置７４によって変化させることができる。

つぎに、実施例３に係る高炉原料装入制御装置１０’が実行する原料の排出およびダンプの制御手法について図９を用いて説明する。図９は、実施例３に係る高炉原料装入制御手法の説明図である。なお、図９は、図２Ｂに示した実施例１に係る制御手法の説明図と対応している。

また、図９では、横軸は時間軸を示し、上段には排出槽２０、中段には上部炉頂ホッパ７０および下部炉頂ホッパ７２で実行される処理について示し、下段には高炉５０内の原料レベルを示す。

図９の中段に示すように、Ｔαは、ダンプ準備時間として、高炉原料装入制御装置１０’からのダンプ指令を受け付けてから下部炉頂ホッパゲート７３を開放し、下部炉頂ホッパゲート７３が開き終わるまでの時間を示す。

Ｔｄは、予想ダンプ時間として、原料が高炉５０へのダンプが開始されてから装入される原料がなくなるまでの時間を示し、高炉原料装入制御装置１０’は、ダンプ終了時に下部炉頂ホッパゲート７３を閉塞させる。

Ｔβは、受入準備時間として、下部炉頂ホッパ７２を排圧させ、下部炉頂ホッパ７２内の圧力を大気圧と同じ圧力へ変化させる時間を示し、高炉原料装入制御装置１０’は、排圧終了時に上部炉頂ホッパゲート７１を開放させる。

Ｋは、安全余裕時間として、下部炉頂ホッパ７２が上部炉頂ホッパゲート７１からの原料を受け入れる時間を示す。また、高炉原料装入制御装置１０’は、上部炉頂ホッパゲート７１からの原料の受け入れ終了時に上部炉頂ホッパゲート７１を閉塞させる。

このように、実施例３に係る高炉原料装入制御装置１０’では、制御手法のダンプ時間が、ダンプ準備時間（Ｔα）と、予想ダンプ時間（Ｔｄ）と、受入準備時間（Ｔβ）と、安全余裕時間（Ｋ）との和（Ｔα＋Ｔｄ＋Ｔβ＋Ｋ）となることが実施例１とは異なる。

そして、実施例３に係る高炉原料装入制御装置１０’は、原料輸送時間がかかる時間の和以上の場合（Ｔα＋Ｔｄ＋Ｔβ＋Ｋ≦原料輸送時間）、実施例１と同様にダンプ開始レベル到達予測時間を算出する。

なお、算出手法を含むダンプ決定処理、レベル変化量算出処理および排出決定処理については、実施例１と同様であるので、ここでは説明を省略する。このように、高炉設備１’の構成が変わった場合であっても、実施例３に係る高炉原料装入制御装置１０’では、原料の排出からダンプまでの一連の処理が効率よく行われるよう制御することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 高炉設備
１’ 高炉設備
１０ 高炉原料装入制御装置
１０’ 高炉原料装入制御装置
１１ 制御部
１１ａ 原料レベル取得部
１１ｂ ダンプ決定部
１１ｃ レベル変化量算出部
１１ｄ 排出決定部
１２ 記憶部
１２ａ 制御周期時間
１２ｂ 原料輸送時間
１２ｃ ダンプ時間
２０ 排出槽
２１ 排出槽ゲート
３０ 原料輸送装置
４０ 炉頂ホッパ
４１ 炉頂ホッパゲート
５０ 高炉
６０ 炉内原料レベル測定装置
６１ レベル信号
７０ 上部炉頂ホッパ
７１ 上部炉頂ホッパゲート
７２ 下部炉頂ホッパ
７３ 下部炉頂ホッパゲート
７４ 均排圧装置

Claims (5)

1. 高炉内における原料上端面の基準面からの位置を示す原料レベルを取得するレベル取得部と、
   前記レベル取得部によって取得された前記原料レベルが所定のレベルへ達するタイミングを、前記高炉内への原料の装入を示すダンプを開始させるタイミングとして決定するダンプ決定部と、
   排出槽が原料を排出してから該原料が貯留される炉頂ホッパへ輸送されるまでの時間を示す原料輸送時間が前記ダンプに要するダンプ時間より長い場合に、前記高炉内の原料レベルの単位時間あたりの変化量および前記原料輸送時間と前記ダンプ時間との差時間に基づいて前記ダンプ開始よりも早いタイミングを前記排出槽からの原料の排出を開始させるタイミングとして決定する排出決定部と
   を備えることを特徴とする高炉原料装入制御装置。
2. 前記排出決定部は、
   前記差時間を算出し、前記原料レベルと前記原料レベルの単位時間あたりの変化量とに基づいてダンプ開始時間を予測し、予測された当該ダンプ開始時間よりも、最大で前記差時間前のタイミングを前記排出槽からの原料の排出を開始させるタイミングとして決定す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装置。
3. 前記排出決定部は、
   前記排出槽からの原料の排出を開始させるべき前記原料レベルを前記原料レベルの前記変化量に基づいて予測し、予測した前記原料レベルへ前記レベル取得部によって取得された前記原料レベルが達したタイミングを前記原料の排出を開始させるタイミングとして決定することを特徴とする請求項１または２に記載の高炉原料装入制御装置。
4. 前記排出決定部は、ダンプ準備時間と予想ダンプ時間と受入準備時間と安全余裕時間との和を前記ダンプ時間とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の高炉原料装入制御装置。
5. 高炉内における原料上端面の基準面からの位置を示す原料レベルを取得するレベル取得工程と、
   前記レベル工程によって取得された前記原料レベルが所定のレベルへ達するタイミングを、前記高炉内への原料の装入を示すダンプを開始させるタイミングとして決定するダンプ決定工程と、
   排出槽が原料を排出してから該原料が貯留される炉頂ホッパへ輸送されるまでの時間を示す原料輸送時間が前記ダンプに要するダンプ時間より長い場合に、前記高炉内の原料レベルの単位時間あたりの変化量および前記原料輸送時間と前記ダンプ時間との差時間に基づいて前記ダンプが開始されるダンプ開始時間を予測し、予測された前記ダンプ開始時間よりも早いタイミングを前記排出槽からの原料の排出を開始させるタイミングとして決定する排出決定工程と
   を含んだことを特徴とする高炉原料装入制御方法。

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