JP7384150B2 - Operation guidance method, blast furnace operation method, hot metal production method and operation guidance device - Google Patents
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Description
本開示は、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法及び操業ガイダンス装置に関する。 The present disclosure relates to an operation guidance method, a blast furnace operation method, a hot metal manufacturing method, and an operation guidance device.
製鉄業における高炉プロセスにおいて溶銑温度(Hot Metal Temperature:HMT)は重要な管理指標である。溶銑温度が高くなると余剰な還元材を消費するのみならず、炉内ガスの膨張により原料降下が不安定となる。また溶銑温度が極端に低下するとスラグの排滓性が悪化し高炉の生産性が低下する。溶銑温度のばらつきを低減することにより、高炉の生産性を犠牲にすることなく温度目標値を低下させることが可能となり、還元材比の低減につながる。 Hot metal temperature (HMT) is an important control index in the blast furnace process in the steel industry. When the hot metal temperature rises, not only is the excess reducing agent consumed, but also the raw material descent becomes unstable due to the expansion of the gas in the furnace. Furthermore, when the hot metal temperature drops extremely, the slag removal performance deteriorates and the productivity of the blast furnace decreases. By reducing the variation in hot metal temperature, it becomes possible to lower the temperature target value without sacrificing the productivity of the blast furnace, which leads to a reduction in the reducing agent ratio.
高炉プロセスは固体が充填された状態で操業を行うためプロセス全体の熱容量が大きく、操業アクションに対する応答の時定数が長いという特徴がある。そのため適切に高炉の操業を実行するために、予測に基づいた制御が行われることがある。予測に基づいた高炉の制御方法として、例えば特許文献1のような物理モデルを用いるものがある。 The blast furnace process operates with solids filled, so the heat capacity of the entire process is large, and the time constant of response to operational actions is long. Therefore, in order to properly operate the blast furnace, control is sometimes performed based on predictions. As a blast furnace control method based on prediction, there is a method using a physical model as disclosed in Patent Document 1, for example.
特許文献1は、溶銑温度の予測値が管理目標範囲を逸脱する場合に、高炉の操業異常があるとして操業アクションをとることが可能であると記載する。ただし、特許文献1の技術は、どのような操業アクションをとるかの判断に用いられる異常要因まで提示するものでない。 Patent Document 1 describes that when the predicted value of the hot metal temperature deviates from the management target range, it is possible to take operational action on the assumption that there is an operational abnormality in the blast furnace. However, the technique of Patent Document 1 does not present abnormal factors that are used to determine what operational action to take.
以上の問題を解決すべくなされた本開示の目的は、高炉の操業異常を定量化し、異常をその根拠とともに示すことができる操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法及び操業ガイダンス装置を提供することにある。 The purpose of the present disclosure, which was made to solve the above problems, is to provide an operation guidance method, a blast furnace operation method, a hot metal production method, and an operation guidance device that can quantify operational abnormalities in a blast furnace and indicate the abnormality along with its basis. It is about providing.
本開示の一実施形態に係る操業ガイダンス方法は、
出力変数に溶銑温度を含む、高炉の内部の状態を計算可能な物理モデルを用いて、前記高炉の操業を支援する操業ガイダンス方法であって、
前記物理モデルを用いて、前記溶銑温度と相関のある炉熱指標を予測するステップと、
操業中の前記高炉における実測値に基づいて前記炉熱指標を計算するステップと、
予測された前記炉熱指標と前記実測値に基づいて計算された前記炉熱指標との差分を計算するステップと、
前記差分に基づいて前記高炉の操業異常と判定された場合に、異常要因を表示させるステップと、を含む。
An operation guidance method according to an embodiment of the present disclosure includes:
An operation guidance method for supporting the operation of the blast furnace using a physical model that includes hot metal temperature as an output variable and is capable of calculating the internal state of the blast furnace,
predicting a furnace heat index correlated with the hot metal temperature using the physical model;
calculating the furnace heat index based on actual measurements in the blast furnace during operation;
calculating a difference between the predicted furnace heat index and the furnace heat index calculated based on the actual measured value;
The method includes the step of displaying the cause of the abnormality when it is determined that the operation of the blast furnace is abnormal based on the difference.
本開示の一実施形態に係る高炉の操業方法は、
上記の操業ガイダンス方法によって示された前記異常要因に基づいて操業条件を変更する。
A blast furnace operating method according to an embodiment of the present disclosure includes:
The operating conditions are changed based on the abnormality factor indicated by the above-mentioned operation guidance method.
本開示の一実施形態に係る溶銑の製造方法は、
上記の高炉の操業方法によって操業される前記高炉を用いて溶銑を製造する。
A method for producing hot metal according to an embodiment of the present disclosure includes:
Hot metal is produced using the blast furnace operated by the blast furnace operating method described above.
本開示の一実施形態に係る操業ガイダンス装置は、
出力変数に溶銑温度を含む、高炉の内部の状態を計算可能な物理モデルを用いて、前記高炉の操業を支援する操業ガイダンス装置であって、
前記物理モデルを記憶する記憶部と、
前記物理モデルを用いて、前記溶銑温度と相関のある炉熱指標を予測する予測部と、
操業中の前記高炉における実測値に基づいて前記炉熱指標を計算する炉熱指標計算部と、
予測された前記炉熱指標と前記実測値に基づいて計算された前記炉熱指標との差分を計算する差分計算部と、
前記差分に基づいて前記高炉の操業異常と判定された場合に、異常要因を表示させる表示制御部と、を備える。
An operation guidance device according to an embodiment of the present disclosure includes:
An operation guidance device that supports the operation of the blast furnace using a physical model that includes hot metal temperature as an output variable and is capable of calculating the internal state of the blast furnace,
a storage unit that stores the physical model;
a prediction unit that uses the physical model to predict a furnace heat index correlated with the hot metal temperature;
a furnace heat index calculation unit that calculates the furnace heat index based on actual measurements in the blast furnace during operation;
a difference calculation unit that calculates a difference between the predicted furnace heat index and the furnace heat index calculated based on the actual measured value;
and a display control unit that displays the cause of the abnormality when it is determined that the operation of the blast furnace is abnormal based on the difference.
本開示によれば、高炉の操業異常を定量化し、異常をその根拠とともに示すことができる操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法及び操業ガイダンス装置を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide an operation guidance method, a blast furnace operation method, a method for producing hot metal, and an operation guidance device that can quantify operational abnormalities in a blast furnace and indicate the abnormality together with its basis.
以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係る操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法及び操業ガイダンス装置が説明される。本開示において用いられる物理モデルは、参考文献1(羽田野道春ら、「高炉非定常モデルによる火入れ操業の検討」、鉄と鋼、vol.68、p.2369)に記載の方法と同様、鉱石の還元、鉱石とコークスとの間の熱交換及び鉱石の融解等の物理現象を考慮した偏微分方程式群から構成された、非定常状態における高炉の内部(炉内)の状態を計算可能な物理モデルである。この物理モデルを、以下において非定常モデルと称することがある。 Hereinafter, an operation guidance method, a blast furnace operation method, a hot metal production method, and an operation guidance device according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. The physical model used in this disclosure is similar to the method described in Reference 1 (Michiharu Hadano et al., "Study of burning operation using an unsteady blast furnace model", Tetsu to Hagane, vol. 68, p. 2369). Physics that can calculate the state inside the blast furnace (furnace) in an unsteady state, consisting of a group of partial differential equations that take into account physical phenomena such as reduction of carbon dioxide, heat exchange between ore and coke, and melting of ore. It's a model. This physical model may be referred to as an unsteady model below.
図1に示すように、非定常モデルに与えられる入力変数の中で時間変化する主なものは、送風流量、送風酸素流量、微粉炭流量、コークス比、送風湿分、送風温度である。これらの入力変数は高炉の操作変数又は操業因子である。送風流量、送風酸素流量、微粉炭流量は、それぞれ、高炉に送られる空気、酸素、微粉炭の流量である。コークス比は、炉頂部におけるコークス比であって、1トンの溶銑生成量に対して使用されるコークス重量である。送風湿分は、高炉に送られる空気の湿度である。送風温度は、高炉に送られる空気の温度である。 As shown in FIG. 1, the main input variables given to the unsteady model that change over time are the air flow rate, the air oxygen flow rate, the pulverized coal flow rate, the coke ratio, the air humidity, and the air temperature. These input variables are operating variables or operating factors of the blast furnace. The blast flow rate, the blast oxygen flow rate, and the pulverized coal flow rate are the flow rates of air, oxygen, and pulverized coal sent to the blast furnace, respectively. The coke ratio is the coke ratio at the top of the furnace, and is the weight of coke used for one ton of hot metal production. The blast humidity is the humidity of the air sent to the blast furnace. The blowing temperature is the temperature of the air sent to the blast furnace.
また、非定常モデルの主な出力変数は、炉頂ガス組成、造銑速度、溶銑温度である。非定常モデルを用いて時々刻々変化する溶銑温度、造銑速度を計算可能である。また、本実施形態に係る操業ガイダンス方法において、非定常モデルを用いて、後述する炉熱指標が計算される。この計算の時間間隔は特に限定されないが、本実施形態において30分である。後述する非定常モデルの式の「t+1」と「t」との時間差が、本実施形態では30分である。 The main output variables of the unsteady model are top gas composition, ironmaking rate, and hot metal temperature. Using the unsteady model, it is possible to calculate the ever-changing hot metal temperature and iron making rate. Furthermore, in the operation guidance method according to the present embodiment, a furnace heat index, which will be described later, is calculated using an unsteady model. Although the time interval for this calculation is not particularly limited, it is 30 minutes in this embodiment. In this embodiment, the time difference between "t+1" and "t" in the unsteady model equation described later is 30 minutes.
ここで、非定常モデルは、原料が炉内を円滑に降下することが前提条件となっている。前提条件が成立しない場合、溶銑温度の予測精度が低下する。つまり、前提条件が成立しない場合、非定常モデルの複数の出力変数のうちの溶銑温度に影響が生じやすい。また、非定常モデルの入力変数である炉頂部におけるコークス比に計測誤差、分析誤差が生じる場合、溶銑温度の計算値と実績値とが解離する。したがって、非定常モデルと実測データとの乖離を監視することにより非定常モデルの前提条件及び設定条件からの解離、換言すれば炉熱状態にかかわる操業異常を判定することができる。さらにその操業異常を要素ごとに分解することができれば異常の種別に応じた操業アクションを実施し異常な炉熱状態からの回復を図ることができる。 Here, the prerequisite for the unsteady model is that the raw material descends smoothly inside the furnace. If the preconditions do not hold, the accuracy of predicting the hot metal temperature will decrease. In other words, if the preconditions do not hold, the hot metal temperature, which is one of the multiple output variables of the unsteady model, is likely to be affected. Furthermore, if a measurement error or analysis error occurs in the coke ratio at the top of the furnace, which is an input variable of the unsteady model, the calculated value and actual value of the hot metal temperature will dissociate. Therefore, by monitoring the deviation between the unsteady model and the measured data, it is possible to determine a dissociation from the preconditions and set conditions of the unsteady model, in other words, an operational abnormality related to the furnace thermal state. Furthermore, if the operational abnormality can be broken down into elements, it is possible to implement operational actions according to the type of abnormality and recover from the abnormal furnace heat state.
非定常モデルを以下の式により表すことができる。 The unsteady model can be expressed by the following equation.
ここでx(t)は非定常モデル内で計算される状態変数である。状態変数は、例えばコークスの温度、鉄の温度、鉱石の酸化度、原料の降下速度などである。y(t)は溶銑温度である。u(t)は上記の入力変数であって、高炉の操業を行うオペレータが操作可能な変数である。つまり、入力変数は、送風流量BV(t)、送風酸素流量BVO(t)、微粉炭流量PCI(t)、コークス比CR(t)、送風湿分BM(t)、送風温度BT(t)である。u(t)=(BV(t),BVO(t),PCI(t),CR(t),BM(t),BT(t))で表すことができる。 Here x(t) is a state variable calculated within the unsteady model. State variables include, for example, coke temperature, iron temperature, ore oxidation degree, and raw material fall rate. y(t) is the hot metal temperature. u(t) is the input variable described above, and is a variable that can be operated by the operator who operates the blast furnace. In other words, the input variables are blast flow rate BV (t), blast oxygen flow rate BVO (t), pulverized coal flow rate PCI (t), coke ratio CR (t), blast moisture BM (t), and blast temperature BT (t). It is. It can be expressed as u(t)=(BV(t), BVO(t), PCI(t), CR(t), BM(t), BT(t)).
以下に、高炉の操業異常を判定するための炉熱指標が定義される。上記のように、非定常モデルの出力変数である溶銑温度について、計算値と実績値との解離から操業異常を判定することができる。ただし、その操業異常を要素ごとに分解することを容易にするために、すなわち、異常の根拠を効率的に判定可能にするために、溶銑温度と相関のある炉熱指標が定義される。 A furnace heat index for determining abnormal operation of a blast furnace is defined below. As described above, regarding the hot metal temperature, which is an output variable of the unsteady model, an operational abnormality can be determined from the dissociation between the calculated value and the actual value. However, in order to facilitate the breakdown of the operational abnormality into elements, that is, to enable efficient determination of the basis of the abnormality, a furnace heat index that is correlated with the hot metal temperature is defined.
図2は、炉内の下部での熱収支の概念図を示す。熱収支の概念については、例えば参考文献2(小野陽一、Rist操業線図(I)、鉄と鋼、79(1993)、N618)に記載されている。炉内には熱保存帯が存在し、その上部(炉上部)と下部(炉下部)との熱収支を独立に扱って差し支えない。本実施形態において、炉熱指標は、炉下部における熱収支の構成要素を用いる。図2に示すように、炉下部における熱収支は、入熱についての2つの要素(Q1及びQ2)と、出熱についての3つの要素(Q3、Q4及びQ5)と、を含む。ここで、本開示における炉熱指標は一例であり、例えば参考文献3(A.Agrawal et.al.、Ironmaking and Steelmaking、Vol.46(2019)、pp.133-140)などに記載される、その他の炉熱指標であってよい。 FIG. 2 shows a conceptual diagram of the heat balance in the lower part of the furnace. The concept of heat balance is described, for example, in Reference 2 (Yoichi Ono, Rist Operation Diagram (I), Tetsu-to-Hagane, 79 (1993), N618). There is a heat storage zone inside the furnace, and the heat balance between the upper part (upper furnace) and the lower part (lower furnace) can be treated independently. In this embodiment, the furnace heat index uses components of the heat balance in the lower part of the furnace. As shown in FIG. 2, the heat balance in the lower part of the furnace includes two elements regarding heat input (Q1 and Q2) and three elements regarding heat output (Q3, Q4 and Q5). Here, the furnace heat index in the present disclosure is an example, and is described, for example, in Reference Document 3 (A. Agrawal et.al., Ironmaking and Steelmaking, Vol. 46 (2019), pp. 133-140). Other furnace heat indicators may be used.
まず、入熱について、下記の式(3)で示される羽口からの吹き込まれる熱風の送風顕熱Q1(t)[MJ/min]がある。 First, regarding heat input, there is sensible heat Q1(t) [MJ/min] of hot air blown from the tuyere, which is expressed by the following equation (3).
ここで、Cp,gはガス比熱である。送風顕熱Q1(t)は、熱保存帯温度を1000℃と仮定し、1000℃を基準とする顕熱としている。 Here, C p,g is the gas specific heat. Sensible heat Q1(t) of the air is assumed to be the temperature of the thermal storage zone of 1000°C, and is the sensible heat based on 1000°C.
その他の入熱の要素として、下記の式(4)で示される羽口でのコークス及び微粉炭の燃焼熱Q2(t)がある。 Another heat input element is the combustion heat Q2(t) of coke and pulverized coal at the tuyere, which is expressed by the following equation (4).
ここで、PCI_Cは微粉炭中の炭素の割合を意味する。ΔH(coke)はコークス中の炭素の燃焼熱である。ΔH(PC)は微粉炭中の炭素の燃焼熱に微粉炭の分解熱を加えた羽口での発熱量である。また、TotalCは炭素燃焼速度[kg/min]であって、下記の式(5)で示される。 Here, PCI_C means the proportion of carbon in pulverized coal. ΔH (coke) is the heat of combustion of carbon in coke. ΔH (PC) is the amount of heat generated at the tuyere, which is the sum of the heat of combustion of carbon in the pulverized coal and the heat of decomposition of the pulverized coal. Further, TotalC is the carbon burning rate [kg/min], and is expressed by the following equation (5).
ここで、PCI_Oは微粉炭中の酸素の割合を意味する。 Here, PCI_O means the proportion of oxygen in pulverized coal.
また、出熱として、下記の式(6)で示される送風湿分の分解熱Q3(t)、式(7)で示される直接還元による吸熱Q4(t)及び式(8)で示される炉体のヒートロスQ5(t)がある。 In addition, as the heat output, the heat of decomposition of the blown moisture Q3 (t) shown by the following equation (6), the heat absorption by direct reduction Q4 (t) shown by the equation (7), and the furnace shown by the equation (8) There is a heat loss of the body Q5(t).
ここで、SLC(t)は直接還元反応により消費される時間当りの炭素量である。SLC(t)は、例えば参考文献4(Y.Hashimoto et.al.、ISIJ Int.、Vol.59(2019)、pp.1534-1544)に記載されているように、炉内の炭素収支により計算可能である。 Here, SLC(t) is the amount of carbon consumed per hour by the direct reduction reaction. SLC(t) is determined by the carbon balance in the furnace, as described in Reference 4 (Y. Hashimoto et. al., ISIJ Int., Vol. 59 (2019), pp. 1534-1544), for example. Calculable.
炉熱指標TQ(t)は、iを1から5の整数として、単位時間当りの熱量であるQi(t)を造銑速度Vprod(t)で除した1トンの溶銑当りの熱量であるqi(t)を合計することで定義される。換言すると、炉熱指標TQ(t)は、単位量当たりの熱量指標である。炉熱指標TQ(t)は下記の式(9)で示される。 Furnace heat index TQ(t) is qi, which is the amount of heat per ton of hot metal obtained by dividing Qi(t), which is the amount of heat per unit time, by the ironmaking rate Vprod(t), where i is an integer from 1 to 5. It is defined by summing (t). In other words, the furnace heat index TQ(t) is a heat quantity index per unit amount. The furnace heat index TQ(t) is expressed by the following equation (9).
造銑速度Vprod(t)は、下記の式(10)に示す通り、酸素収支により計算可能である。 The pig iron making rate Vprod(t) can be calculated from the oxygen balance as shown in the following equation (10).
ここで、vO out(t)[kg/min]は炉頂から排出される酸素流量である。vO in(t)[kg/min]は酸素の羽口への吹込流量である。Ore[kg/t]は1トンの銑鉄を製造するために必要な被還元酸素量である。vO out(t)は炉内反応の結果であり鉱石の被還元性に依存する。そのため、造銑速度Vprod(t)は、高炉の操業を行うオペレータが操作可能な変数から一意に決定されるものでない。 Here, v O out (t) [kg/min] is the flow rate of oxygen discharged from the top of the furnace. v O in (t) [kg/min] is the flow rate of oxygen blown into the tuyere. Ore [kg/t] is the amount of oxygen to be reduced necessary to produce 1 ton of pig iron. v O out (t) is the result of the reaction in the furnace and depends on the reducibility of the ore. Therefore, the iron making rate Vprod(t) is not uniquely determined from variables that can be operated by the operator who operates the blast furnace.
図3は、正常操業下における実炉及び物理モデルの炉熱指標の推移の一例を示す図である。図3において、実炉の実測値に基づいて計算された炉熱指標TQ(t)、炉熱指標TQ(t)を構成する項目であるq1(t)~q5(t)及び造銑速度Vprod(t)が実線で示されている。また、図3は、上記のQ1(t)~Q5(t)についても示す。これらについて、物理モデルを用いた予測として計算された値が破線で示されている。 FIG. 3 is a diagram showing an example of changes in the furnace heat index of an actual furnace and a physical model under normal operation. In FIG. 3, the furnace heat index TQ(t) calculated based on the actual measured value of the actual furnace, q1(t) to q5(t) which are the items constituting the furnace heat index TQ(t), and the iron making rate Vprod (t) is shown as a solid line. Further, FIG. 3 also shows the above-mentioned Q1(t) to Q5(t). For these values, the values calculated as predictions using a physical model are shown by broken lines.
図3に示されるように、Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)については実測値に基づく結果と予測とで差がない。Q1(t)、Q2(t)、Q3(t)は操作可能な変数(境界条件)によって一意に決定されるためである。ここで、造銑速度Vprod(t)で差があるため、q1(t)、q2(t)、q3(t)には差分が生じている。また、実際の炉内反応と物理モデルとで差があるため、Q4(t)、Q5(t)については差分が生じている。ただし、生じている差分はいずれも小さい。つまり、炉熱指標TQ(t)及び炉熱指標TQ(t)を構成する項目であるq1(t)~q5(t)について、実測値に基づく結果と予測とで値の変動の傾向は一致している。 As shown in FIG. 3, there is no difference between the results based on actual measurements and the predictions for Q1(t), Q2(t), and Q3(t). This is because Q1(t), Q2(t), and Q3(t) are uniquely determined by manipulable variables (boundary conditions). Here, since there is a difference in the pig iron making speed Vprod(t), a difference occurs between q1(t), q2(t), and q3(t). Furthermore, since there is a difference between the actual in-furnace reaction and the physical model, there is a difference in Q4(t) and Q5(t). However, the differences that occur are all small. In other words, regarding the furnace heat index TQ(t) and q1(t) to q5(t), which are the items that make up the furnace heat index TQ(t), the trends in value fluctuations are the same between the results based on actual measurements and the predictions. We are doing so.
また、図4は、実炉及び物理モデルの炉熱指標TQと溶銑温度HMTとの相関を示す図である。ここで、炉熱指標TQの方が溶銑温度HMTよりも先行して変化するため、溶銑温度HMTは炉熱指標TQの4時間後のデータを用いて対応させている。図4に示すように、炉熱指標TQと溶銑温度HMTとの間には良好な相関が認められる。そのため、溶銑温度HMTを用いる場合と同様に、炉熱指標TQを用いて高炉を操業することができる。つまり、高炉の操業指標として炉熱指標TQを用いることができる。また、図3を参照して説明したように、炉熱指標TQ(t)及びq1(t)~q5(t)について、実測値に基づく実績値と予測値とで、正常操業下における値の変動の傾向は一致している。そのため、炉熱指標TQ(t)及びq1(t)~q5(t)について、実測値に基づく実績値と予測値との乖離に基づいて、操業異常を判定することが可能である。
Moreover, FIG. 4 is a diagram showing the correlation between the furnace heat index TQ and the hot metal temperature HMT of the actual furnace and the physical model. Here, since the furnace heat index TQ changes before the hot metal temperature HMT, the hot metal temperature HMT is made to correspond using
図5は、異常操業下における実炉及び物理モデルの炉熱指標の推移を示す図である。TQ(t)、q1(t)~q5(t)、Q1(t)~Q5(t)、Vprod(t)及び実線と破線の意味については、図3と同じである。また、これらと同じ時系列で、微粉炭流量PCI(t)及び溶銑温度HMT(t)が示されている。目標値は、溶銑温度HMTの目標温度である。 FIG. 5 is a diagram showing changes in the furnace heat index of the actual furnace and the physical model under abnormal operation. The meanings of TQ(t), q1(t) to q5(t), Q1(t) to Q5(t), Vprod(t), and the solid and broken lines are the same as in FIG. 3. Further, in the same time series as these, the pulverized coal flow rate PCI (t) and the hot metal temperature HMT (t) are shown. The target value is the target temperature of the hot metal temperature HMT.
図5の例において、炉熱指標TQ(t)の実線と破線との差分が大きく、溶銑温度HMT(t)の推移についても同様である。つまり、予測された炉熱指標TQ(t)と実測値に基づいて計算された炉熱指標TQ(t)との差分が後半部分で大きくなっており、溶銑温度HMT(t)についても同様の傾向が見られる。このとき、物理モデルを用いた予測としての計算では、微粉炭流量PCI(t)を増加させており、炉熱指標TQ(t)及び溶銑温度HMT(t)がともに上昇する結果となっている。これに対して、実炉では両者ともに低下する傾向を示している。このことは、実炉において微粉炭流量PCI(t)を増加させる操作による効果(炉熱上昇)が発揮されなかったことを示しており、高炉の操業異常といえる。 In the example of FIG. 5, the difference between the solid line and the broken line of the furnace heat index TQ(t) is large, and the same is true of the transition of the hot metal temperature HMT(t). In other words, the difference between the predicted furnace heat index TQ(t) and the furnace heat index TQ(t) calculated based on the actual measurement value becomes large in the latter half, and the same holds true for the hot metal temperature HMT(t). A trend can be seen. At this time, according to prediction calculations using a physical model, the pulverized coal flow rate PCI (t) is increased, resulting in an increase in both the furnace heat index TQ (t) and the hot metal temperature HMT (t). . On the other hand, in actual reactors, both show a tendency to decrease. This indicates that the effect (furnace heat increase) of increasing the pulverized coal flow rate PCI(t) was not achieved in the actual furnace, and can be said to be an abnormality in the operation of the blast furnace.
異常要因、すなわち、この異常が何に由来しているのかは、炉熱指標TQ(t)を構成する項目であるq1(t)~q5(t)の乖離に基づいて判定可能である。このとき、q1(t)~q5(t)の差分の割合である寄与率を用いることによって、効率的な異常要因の判定が可能である。 The cause of the abnormality, that is, what is the origin of this abnormality can be determined based on the deviation of q1(t) to q5(t), which are items forming the furnace heat index TQ(t). At this time, by using the contribution rate, which is the ratio of the difference between q1(t) to q5(t), it is possible to efficiently determine the cause of the abnormality.
寄与率は次のように計算され得る。qiAct(t)は、iを1から5の整数として、実炉の実測値に基づいて計算された炉熱指標TQ(t)のqi(t)である。また、qiMod(t)は、物理モデルを用いた予測として計算された炉熱指標TQ(t)のqi(t)である。寄与率は、これらの差分であるΔqi(t)=|qiAct(t)-qiMod(t)|を、Δqi(t)のi=1~5の総和との比を計算することで得られる。図6は、図5の例におけるqi(t)ごとの差分を示す図である。図7は、図6における差分をΔqi(t)の総和との比で示したもの(百分率で表示したもの)であって、寄与率に対応する。 The contribution rate can be calculated as follows. qiAct(t) is qi(t) of the furnace heat index TQ(t) calculated based on the actual measurement value of the actual furnace, where i is an integer from 1 to 5. Moreover, qiMod(t) is qi(t) of the furnace heat index TQ(t) calculated as a prediction using a physical model. The contribution rate can be obtained by calculating the ratio of these differences, Δqi(t)=|qiAct(t)−qiMod(t)|, to the sum of Δqi(t) for i=1 to 5. FIG. 6 is a diagram showing the difference for each qi(t) in the example of FIG. FIG. 7 shows the difference in FIG. 6 as a ratio (expressed as a percentage) to the total sum of Δqi(t), and corresponds to the contribution rate.
図6及び図7においてΔq2が最も大きい。つまり、図5の例ではq2が主な異常要因と考えられる。また、図5に示すように、コークス及び微粉炭の燃焼熱Q2については差がないことから、さらに詳細な異常要因は造銑速度Vprod(t)の違いであることがわかる。これは、例えば式(10)のvO out(t)の乖離によるものであって、荷下り、炉頂コークス比、鉱石の被還元性について、物理モデルが実炉と異なっていることが考えられる。 In FIGS. 6 and 7, Δq2 is the largest. That is, in the example of FIG. 5, q2 is considered to be the main abnormality factor. Moreover, as shown in FIG. 5, since there is no difference in the heat of combustion Q2 between coke and pulverized coal, it can be seen that the more detailed cause of the abnormality is the difference in iron making speed Vprod(t). This is due to, for example, the deviation of v O out (t) in equation (10), and it is considered that the physical model is different from the actual furnace regarding unloading, top coke ratio, and ore reducibility. It will be done.
別の例として、Δq4が他のΔqiと比較して大きい場合は、直接還元による吸熱Q4が物理モデルと実炉で異なる挙動を示したということである。詳細な異常要因は、鉱石の被還元性、炉内ガスの偏流によるCOガスと鉱石の接触状態の変化、鉱石粒度の変化による反応比表面積について、物理モデルが実炉と異なっていることが考えられる。さらに別の例として、Δq5が他のΔqiと比較して大きい場合は、炉体のヒートロスQ5が物理モデルと実炉で異なる挙動を示したということである。詳細な異常要因は、装入物分布に起因した融着帯形状の変化、炉内ガスの偏流などについて、物理モデルが実炉と異なっていることが考えられる。 As another example, if Δq4 is large compared to other Δqi, this means that the endotherm Q4 due to direct reduction behaved differently between the physical model and the actual reactor. The detailed cause of the abnormality is thought to be that the physical model is different from the actual reactor regarding the reducibility of ore, changes in the contact state between CO gas and ore due to uneven flow of gas in the furnace, and reaction specific surface area due to changes in ore particle size. It will be done. As yet another example, if Δq5 is larger than other Δqi's, this means that the heat loss Q5 of the furnace body behaved differently between the physical model and the actual furnace. The detailed cause of the abnormality is thought to be that the physical model differs from the actual reactor in terms of changes in the shape of the cohesive zone due to the burden distribution, uneven flow of gas in the reactor, etc.
このような解析によって、本開示においては、少なくとも、炉熱指標TQを構成する5つの項目のうちで、どれが異常要因として支配的であるかを示すことができる。 Through such an analysis, in the present disclosure, it is possible to indicate at least which of the five items constituting the furnace heat index TQ is dominant as an abnormality factor.
図8は、一実施形態に係る操業ガイダンス装置10の構成例を示す図である。図8に示すように、本実施形態に係る操業ガイダンス装置10は、記憶部11と、予測部12と、炉熱指標計算部13と、差分計算部14と、異常判定部15と、表示制御部16と、を備える。操業ガイダンス装置10は、高炉に備えられたセンサから各種の測定値である実測値を取得する。また、操業ガイダンス装置10は、高炉の操業のためのガイダンスを表示部20に表示させる。具体的に言うと、操業ガイダンス装置10は、高炉の操業異常と判定した場合に、その異常要因を表示部20に表示させる。表示部20は、液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display)又は有機ELパネル(Organic Electro-Luminescence Panel)などの表示装置であってよい。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the
記憶部11は、物理モデルを記憶する。また、記憶部11は、操業異常の判定に関するプログラム及びデータを記憶する。記憶部11は、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス及び磁気記憶デバイスなどの任意の記憶デバイスを含んでよい。半導体記憶デバイスは例えば半導体メモリを含んでよい。記憶部11は、複数の種類の記憶デバイスを含んでよい。
The
予測部12は、物理モデルを用いて、溶銑温度と相関のある炉熱指標を予測する。予測部12は、将来の炉熱指標を、上記の式に従って計算する。本実施形態において、将来は30分後である。また、予測部12は、炉熱指標を構成する項目ごとに計算を実行する。
The
炉熱指標計算部13は、操業中の高炉における実測値に基づいて炉熱指標を計算する。炉熱指標計算部13は、炉熱指標を構成する項目ごとに計算を実行する。
The furnace heat
差分計算部14は、予測部12によって予測された炉熱指標と、炉熱指標計算部13によって実測値に基づいて計算された炉熱指標との差分を計算する。詳細に言うと、差分計算部14は、炉熱指標の差分に加えて、炉熱指標を構成する項目ごとの差分を計算する。ここで、差分計算部14は、予測部12が計算した炉熱指標と炉熱指標計算部13が計算した炉熱指標との時間差を考慮して、差分を計算する。本実施形態において、差分計算部14は、予測部12によって予測された炉熱指標と、30分後に取得された実測値に基づいて計算された炉熱指標との差分を計算する。
The
異常判定部15は、差分計算部14によって計算された差分に基づいて、高炉の操業異常を判定する。異常判定部15は、差分が大きい場合に操業異常と判定する。異常判定部15は、操業異常と判定した場合に、項目ごとの差分に基づいて異常要因を判定する。異常判定部15は、上記の寄与率を計算して、異常要因を判定してよい。つまり、異常判定部15は、異常要因を構成する項目の差分の割合に基づいて、異常要因を特定してよい。
The
表示制御部16は、異常判定部15によって高炉の操業異常と判定された場合に、異常要因を表示部20に表示させる。表示制御部16は、例えば鉱石の被還元性、炉内ガスの偏流によるCOガスと鉱石の接触状態の変化など、詳細な異常要因の候補を表示部20に表示させてよい。また、表示制御部16は、炉熱指標を構成する5つの項目のうちで、どれが異常要因として支配的であるかを、表示部20に表示させてよい。
The
オペレータは、表示部20に示された異常要因に基づいて、高炉の操業における操業条件を変更してよい。オペレータは、例えば送風湿分の分解熱に関する上記のq3が異常要因として支配的であると示された場合に、送風を調整することによって今後の操業を安定させてよい。このような高炉の操業は、溶銑を製造する製造方法の一部として実行され得る。高炉において、原料の鉄鉱石が溶解、還元されて銑鉄となり、溶銑として出銑される。
The operator may change the operating conditions for operating the blast furnace based on the abnormality factor shown on the
操業ガイダンス装置10は、例えば高炉の操業を制御するプロセスコンピュータなどのコンピュータによって実現されてよい。コンピュータは、例えばメモリ及びハードディスクドライブ(記憶装置)、CPU(処理装置)、ディスプレイなどの表示装置を制御する表示制御装置を備える。オペレーティングシステム(OS)及び各種の処理を実施するためのアプリケーションプログラムは、ハードディスクドライブに格納することができ、CPUにより実行される際にはハードディスクドライブからメモリに読み出される。必要に応じてCPUは、表示制御装置を制御してディスプレイに必要な画像を表示させる。また、処理途中のデータについては、メモリに格納され、必要があればHDDに格納される。各種機能は、CPU、メモリ等のハードウエアとOS及び必要なアプリケーションプログラムとを有機的に協働させることにより実現される。記憶部11は、例えば記憶装置で実現されてよい。予測部12、炉熱指標計算部13、差分計算部14及び異常判定部15は、例えばCPUで実現されてよい。表示制御部16は、例えば表示制御装置で実現されてよい。
The
図9は、一実施形態に係る操業ガイダンス方法を示すフローチャートである。操業ガイダンス装置10は、図9に示されるフローチャートに従って、高炉の操業の異常時に回復を支援するガイダンスを実行する。図9に示される操業ガイダンス方法は、高炉の操業方法及び溶銑の製造方法の一部として実行されてよい。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an operation guidance method according to an embodiment. The
操業ガイダンス装置10の予測部12は、物理モデルを用いて、溶銑温度と相関のある炉熱指標を予測する(ステップS1)。
The
操業ガイダンス装置10の炉熱指標計算部13は、操業中の高炉における実測値を取得し、実測値に基づいて炉熱指標を計算する(ステップS2)。
The furnace heat
操業ガイダンス装置10の差分計算部14は、予測された炉熱指標と、実測値に基づいて計算された炉熱指標との差分を計算する(ステップS3)。このとき、操業ガイダンス装置10の差分計算部14は、炉熱指標の差分に加えて、炉熱指標を構成する項目ごとの差分を計算する。
The
操業ガイダンス装置10の異常判定部15は、計算された差分に基づいて、高炉の操業異常を判定する(ステップS4)。
The
操業ガイダンス装置10の表示制御部16は、高炉の操業異常と判定された場合に(ステップS4のYes)、異常要因を表示部20に表示させる(ステップS5)。上記のように、異常要因は、項目の差分の割合に基づいて特定されてよい。
When it is determined that the operation of the blast furnace is abnormal (Step S4: Yes), the
操業ガイダンス装置10は、操業異常と判定しない場合に(ステップS4のNo)、一連の処理を終了する。このとき、操業ガイダンス装置10の表示制御部16は、一連の処理を終了する前に、操業異常がないことを表示部20に表示させてよい。
If the
以上のように、本実施形態に係る操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法及び操業ガイダンス装置10は、上記の構成によって高炉の温度分布の乱れの状態を自動で判定して分類し、操業異常を定量化できる。また、本実施形態に係る操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法及び操業ガイダンス装置10は、操業異常をその根拠とともに示すことができる。例えばオペレータは、示された異常要因に基づいて操業条件を変更して、早期に高炉の温度分布の乱れを解消することができる。また、例えば高炉の操業を制御するプロセスコンピュータなどによって、異常要因に基づいて操業条件を変更することも可能であり、操業の自動化率を高めることができる。
As described above, the operation guidance method, blast furnace operation method, hot metal production method, and
本開示に係る実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部又は各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部又はステップなどを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行されるプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。 Although embodiments according to the present disclosure have been described based on various drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various changes or modifications based on the present disclosure. It should therefore be noted that these variations or modifications are included within the scope of this disclosure. For example, the functions included in each component or each step can be rearranged to avoid logical contradictions, and multiple components or steps can be combined or divided into one. It is. Embodiments according to the present disclosure can also be realized as a program executed by a processor included in the device or a storage medium recording the program. It is to be understood that these are also encompassed within the scope of the present disclosure.
図8に示される操業ガイダンス装置10の構成は一例である。操業ガイダンス装置10は、図8に示す構成要素の全てを含まなくてよい。また、操業ガイダンス装置10は、図8に示す以外の構成要素を備えてよい。例えば、操業ガイダンス装置10は、さらに表示部20を備える構成であってよい。
The configuration of the
10 操業ガイダンス装置
11 記憶部
12 予測部
13 炉熱指標計算部
14 差分計算部
15 異常判定部
16 表示制御部
20 表示部
10
Claims (5)
前記物理モデルを用いて、前記溶銑温度と相関のある炉熱指標を予測するステップと、
操業中の前記高炉における実測値に基づいて前記炉熱指標を計算するステップと、
予測された前記炉熱指標と前記実測値に基づいて計算された前記炉熱指標との差分を計算するステップと、
前記差分に基づいて前記高炉の操業異常と判定された場合に、異常要因を表示させるステップと、を含み、
前記炉熱指標は、送風顕熱、コークス及び微粉炭の燃焼熱、送風湿分の分解熱、直接還元による吸熱及びヒートロスを含む要素を用いて算出される熱収支の単位時間当たりの熱量を造銑速度で除して計算され、単位量の溶銑当たりの前記要素のそれぞれを項目とし、
前記差分を計算するステップは、前記炉熱指標の差分に加えて、前記項目ごとの差分を計算するステップを含み、
前記異常要因は、前記項目の差分に基づいて特定される、操業ガイダンス方法。 An operation guidance method for supporting the operation of the blast furnace using a physical model that includes hot metal temperature as an output variable and is capable of calculating the internal state of the blast furnace,
predicting a furnace heat index correlated with the hot metal temperature using the physical model;
calculating the furnace heat index based on actual measurements in the blast furnace during operation;
calculating a difference between the predicted furnace heat index and the furnace heat index calculated based on the actual measured value;
Displaying the cause of the abnormality when it is determined that the operation of the blast furnace is abnormal based on the difference ,
The furnace heat index is the amount of heat per unit time of the heat balance calculated using elements including sensible heat of air, combustion heat of coke and pulverized coal, heat of decomposition of air moisture, heat absorption due to direct reduction, and heat loss. Calculated by dividing by the pig iron speed, each of the above elements per unit amount of hot metal is an item,
The step of calculating the difference includes calculating a difference for each item in addition to the difference in the furnace heat index,
An operation guidance method in which the abnormality factor is identified based on a difference between the items .
前記物理モデルを記憶する記憶部と、
前記物理モデルを用いて、前記溶銑温度と相関のある炉熱指標を予測する予測部と、
操業中の前記高炉における実測値に基づいて前記炉熱指標を計算する炉熱指標計算部と、
予測された前記炉熱指標と前記実測値に基づいて計算された前記炉熱指標との差分を計算する差分計算部と、
前記差分に基づいて前記高炉の操業異常と判定された場合に、異常要因を表示させる表示制御部と、を備え、
前記炉熱指標は、送風顕熱、コークス及び微粉炭の燃焼熱、送風湿分の分解熱、直接還元による吸熱及びヒートロスを含む要素を用いて算出される熱収支の単位時間当たりの熱量を造銑速度で除して計算され、単位量の溶銑当たりの前記要素のそれぞれを項目とし、
前記差分計算部は、前記炉熱指標の差分に加えて、前記項目ごとの差分を計算し、
前記異常要因は、前記項目の差分に基づいて特定される、操業ガイダンス装置。 An operation guidance device that supports the operation of the blast furnace using a physical model that includes hot metal temperature as an output variable and is capable of calculating the internal state of the blast furnace,
a storage unit that stores the physical model;
a prediction unit that uses the physical model to predict a furnace heat index correlated with the hot metal temperature;
a furnace heat index calculation unit that calculates the furnace heat index based on actual measurements in the blast furnace during operation;
a difference calculation unit that calculates a difference between the predicted furnace heat index and the furnace heat index calculated based on the actual measured value;
a display control unit that displays the cause of the abnormality when it is determined that the operation of the blast furnace is abnormal based on the difference ;
The furnace heat index is the amount of heat per unit time of the heat balance calculated using elements including sensible heat of air, combustion heat of coke and pulverized coal, heat of decomposition of air moisture, heat absorption due to direct reduction, and heat loss. Calculated by dividing by the pig iron speed, each of the above elements per unit amount of hot metal is an item,
The difference calculation unit calculates a difference for each item in addition to the difference in the furnace heat index,
The operation guidance device is characterized in that the cause of the abnormality is identified based on the difference between the items .
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