JP7448101B1 - 高炉の制御方法及び制御装置 - Google Patents
高炉の制御方法及び制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7448101B1 JP7448101B1 JP2023554838A JP2023554838A JP7448101B1 JP 7448101 B1 JP7448101 B1 JP 7448101B1 JP 2023554838 A JP2023554838 A JP 2023554838A JP 2023554838 A JP2023554838 A JP 2023554838A JP 7448101 B1 JP7448101 B1 JP 7448101B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blast furnace
- solidified layer
- estimated
- residual solidified
- temperature distribution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 42
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000007790 scraping Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B7/00—Blast furnaces
- C21B7/24—Test rods or other checking devices
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Iron (AREA)
Abstract
本発明に係る高炉の制御方法は、残留凝固層の温度分布推定モデルを用いて高炉の再稼働時における残留凝固層の温度分布を推定するステップと、推定された温度分布に従って残留凝固層の膨張推定モデルを用いて残留凝固層の膨張挙動を推定し、推定された残留凝固層の膨張挙動に従って高炉の炉体鉄皮に負荷される応力を推定するステップと、推定された応力が許容値以上である場合、開口する送風羽口の数の増加速度を所定値以下に制御すると共に、溶銑を排出する出銑口の位置を制御するステップと、を含む。
Description
本発明は、高炉の制御方法及び制御装置に関する。
高炉の生産量調整や大規模な修繕のために高炉を長期間休止する際には、出銑口以下の領域に残留した銑鉄が凝固する。このため、高炉の再稼働時には、凝固した銑鉄が加熱によって膨張し、銑鉄が溶解するまでの間、銑鉄の膨張によって炉体鉄皮が押し広げられ、炉体鉄皮に応力が加わる。そして、炉体鉄皮に加わった応力が許容値以上となると炉体鉄皮が破損することがある。このような背景から、特許文献１には、高炉を長期間休止する際、凝固した銑鉄が冷却収縮することによって形成された間隙に可縮性モルタルを挿入することにより、間隙にコークス等が入り込み、再稼働時に銑鉄の膨張によって炉体鉄皮が押し広げられることを抑制する方法が提案されている。また、特許文献２には、高炉を長期間休止する際、高炉内に機材を搬入し、炉内残留物を機械的に掻き出す方法が提案されている。
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載の方法のように炉内に可縮性モルタルや機材等の対策物を装入する場合には、対策物に適した温度まで炉内温度を降温する必要がある。このため、高炉の休止期間が流動的である場合、高炉の状況に即した高炉の再稼働が難しい場合がある。さらに、高炉内に機材を搬入するために穴を設置した場合には、再稼働時には、前述の穴を溶接等で加工して閉塞する必要があるが、その加工部分から欠陥が生じ、漏風が発生する可能性がある。
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、高炉内に対策物を装入することなく高炉の再稼働時に高炉の炉体鉄皮に加わる応力が許容値以上となることを抑制可能な高炉の制御方法及び制御装置を提供することにある。
本発明に係る高炉の制御方法は、残留凝固層の温度分布推定モデルを用いて高炉の再稼働時における残留凝固層の温度分布を推定するステップと、推定された温度分布に従って残留凝固層の膨張推定モデルを用いて残留凝固層の膨張挙動を推定し、推定された残留凝固層の膨張挙動に従って高炉の炉体鉄皮に負荷される応力を推定するステップと、推定された応力が許容値以上である場合、開口する送風羽口の数の増加速度を所定値以下に制御すると共に、溶銑を排出する出銑口の位置を制御するステップと、を含む。
高炉の炉体鉄皮に負荷される応力の実測値と推定値との差に応じて前記温度分布推定モデル及び前記膨張推定モデルを修正するステップを含むとよい。
本発明に係る高炉の制御装置は、残留凝固層の温度分布推定モデルを用いて高炉の再稼働時における残留凝固層の温度分布を推定する手段と、推定された温度分布に従って残留凝固層の膨張推定モデルを用いて残留凝固層の膨張挙動を推定し、推定された残留凝固層の膨張挙動に従って高炉の炉体鉄皮に負荷される応力を推定する手段と、推定された応力が許容値以上である場合、開口する送風羽口の数の増加速度を所定値以下に制御すると共に、溶銑を排出する出銑口の位置を制御する手段と、を備える。
本発明に係る高炉の制御方法及び制御装置によれば、高炉内に対策物を装入することなく高炉の再稼働時に高炉の炉体鉄皮に加わる応力が許容値以上となることを抑制できる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である高炉制御装置について説明する。
〔構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である高炉制御装置の構成について説明する。
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である高炉制御装置の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態である高炉制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である高炉制御装置１は、コンピュータ等の情報処理装置によって構成されている。高炉制御装置１は、情報処理装置内のＣＰＵ等の演算処理装置がコンピュータプログラムを実行することにより、高炉２の操業状態を制御する。
このような構成を有する高炉制御装置１は、以下に示す高炉制御処理を実行することにより、高炉２内に対策物を装入することなく、高炉２の再稼働時に高炉２の炉体鉄皮に加わる応力が許容値以上となることを抑制する。以下、図２を参照して、高炉制御処理を実行する際の高炉制御装置１の動作について説明する。
〔高炉制御処理〕
図２は、本発明の一実施形態である高炉制御処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、高炉２の休止後に再稼働が指示されたタイミングで開始となり、高炉制御処理はステップＳ１の処理に進む。
図２は、本発明の一実施形態である高炉制御処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、高炉２の休止後に再稼働が指示されたタイミングで開始となり、高炉制御処理はステップＳ１の処理に進む。
ステップＳ１の処理では、高炉制御装置１が、高炉２の開口羽口直下から稼働出銑口まで溶銑が流れると仮定し、高炉２の開口羽口直下から稼働出銑口の間の領域の残留凝固層が加熱されることによる残留凝固層の温度分布を推定する。具体的には、高炉制御装置１は、以下の数式（１），（２）に示す非定常熱伝導式を基礎式として用いて残留凝固層の温度分布を推定する。数式（１），（２）において、Ｔは温度（Ｋ）、ｔは時間（ｓ）、ｘ，ｙ，ｚは座標（ｍ）、λは当該領域の熱伝導率（Ｗ/（ｍ・Ｋ））、Ｃｐは当該領域の比熱（Ｊ/（ｋｇ・Ｋ））、ρは当該領域の密度（ｋｇ/ｍ３）を示す。また、外周部の境界条件は、炉底に関しては炉床冷却配管からの熱伝達、外周部については側壁冷却からの熱伝達、溶銑と凝固層の接触面に関しては開口羽口の下部に該当する部分からの溶銑の熱伝達をそれぞれ考慮し、操業状況に応じてそれぞれの熱伝達係数を変更することで境界条件を定めた。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、高炉制御処理はステップＳ２の処理に進む。
ステップＳ２の処理では、高炉制御装置１が、ステップＳ１の処理において推定された残留凝固層の温度分布に従って、膨張推定モデルを用いて残留凝固層の膨張挙動を推定する。具体的には、高炉制御装置１は、ステップＳ１の処理において推定された残留凝固層の温度分布に基づいて温度変化ΔＴを構造に与え、以下の数式（３）に示すフック則を用いて構造の各箇所の熱歪み（熱応力）を推定する。数式（３）において、εｉは構造のｉ方向の歪み（－）、Ｅはヤング率（ｋＰａ）、σｉは構造のｉ方向の応力（ｋＰａ）、ΔＴは温度変化（Ｋ）、αは熱膨張係数（１／Ｋ）、ｖはポアソン比（－）、σｊはｊ方向の応力（ｋＰａ）、σｋはｋ方向の応力（ｋＰａ）を示す。この際、高炉制御装置１は、残留凝固層の融点以上の領域は溶融したと仮定し、膨張挙動の推定から除外するものとする。そして、高炉制御装置１は、推定された残留凝固層の膨張挙動に従って炉体鉄皮に負荷される応力を推定する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、高炉制御処理はステップＳ３の処理に進む。
ステップＳ３の処理では、高炉制御装置１が、ステップＳ２の処理において推定された炉体鉄皮に負荷される応力が所定値（許容値）以上であるか否かを判別する。判別の結果、炉体鉄皮に負荷される応力が所定値以上である場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、高炉制御装置１は高炉制御処理をステップＳ４の処理に進める。一方、炉体鉄皮に負荷される応力が所定値未満である場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、高炉制御装置１は一連の高炉制御処理を終了する。
ステップＳ４の処理では、高炉制御装置１が、開口する送風羽口の数の増加速度を所定値以下に制御すると共に、溶銑を排出する出銑口の位置を制御する。開口する送風羽口の数の増加速度を所定値以下に制御することにより残留凝固層が広範囲に加熱されることを抑制できる。また、溶銑を排出する出銑口の位置を制御することにより残留凝固層に集中的に熱を与えて残留凝固層の融解を促進させることができる。溶銑を排出する出銑口は開口している送風羽口の近くとするとよい。この処理により、炉体鉄皮に負荷される応力を緩和できる。このような操作を繰り返しながら、送風羽口の開口数を増加させていき、全羽口が開口するか、もしくは当初に設定した目標の羽口開口数に到達した場合には、ステップＳ４の処理は完了し、一連の高炉制御処理は終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である高炉制御処理では、高炉制御装置１が、残留凝固層の温度分布推定モデルを用いて高炉２の再稼働時における残留凝固層の温度分布を推定し、推定された温度分布に従って残留凝固層の膨張推定モデルを用いて残留凝固層の膨張挙動を推定し、推定された残留凝固層の膨張挙動に従って高炉２の炉体鉄皮に負荷される応力を推定し、推定された応力が所定値以上である場合、開口する送風羽口の数の増加速度を所定値以下に制御すると共に、溶銑を排出する出銑口の位置を制御するので、高炉２内に対策物を装入することなく高炉２の再稼働時に高炉の炉体鉄皮に加わる応力が許容値以上となることを抑制できる。
炉体に応力センサを設置して炉体鉄皮に負荷される応力を測定し、応力の測定値と推定値との間に許容値以上の差がある場合、温度分布推定モデルや膨張推定モデルを修正してもよい。具体的には、温度分布推定モデルによって推定された残留凝固層の温度分布と炉底部に数点設置してある温度計のデータとを比較し、残留凝固層の温度分布が温度計のデータに近づくように温度分布推定モデルの冷却条件（熱伝達係数）を修正するとよい。また、温度分布推定モデルを修正しても応力の測定値と推定値との間に許容値以上の差がある場合には、膨張推定モデルにおける残留凝固層の膨張係数を修正するとよい。
本実施例では、応力センサにより測定した炉体鉄皮に負荷される応力（実績）と高炉制御処理において推定した炉体鉄皮に負荷される応力（計算）とを比較した。比較結果を図３に示す。図３では、高炉を再稼働した日を０．０、炉体鉄皮に負荷される応力がピークを迎えた日を１．０として日数を無次元化して示している。また、高炉の再稼働にあたっては、無次元日数約０．７で全ての送風羽口が開口するように徐々に送風羽口数を増加させた。また、無次元日数０．５までは、開口している送風羽口に近い特定の出銑口からのみ溶銑を排出し、残留凝固層の加熱領域を限定させることで残留凝固層の膨張に伴う応力の増加を緩和した。図３に示すように、実績と計算とが良い一致を示している。このことから、本発明によれば、炉体鉄皮に負荷される応力を精度よく推定し、高炉２の再稼働時に高炉２の炉体鉄皮に加わる応力が許容値以上となることを抑制できることが確認された。次に、図４に示すように、再稼働時から全ての送風羽口を開口した場合（全数開口）と開口する送風羽口の数を徐々に増加させた場合（部分開口）における炉体鉄皮に負荷される応力の計算値を比較した。図４に示すように、全数開口の場合、残留凝固層全体が早期から加熱されるため、応力が高くなり、耐圧閾値に漸近した。これに対して、部分開口の場合には、応力の増加は抑えられた。これらの結果を踏まえ、無次元日数０．６までは部分開口を行い、応力の上昇が抑えられていることが確認できた段階で全数開口に切り替え、立ち上げ期間の短縮を図った例を図４にあわせて示す。この場合も規定の応力未満での操業が可能であり、本手法は鉄皮を保護しながら立ち上げ期間の短縮を図ることにも資することが確認できた。以上のことから、炉体鉄皮を保護しながら長期休風からの立上げ操業を行う際には、応力の計算値を参照しながら送風羽口の開口数を制御することが有効であると確認された。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
本発明によれば、高炉内に対策物を装入することなく高炉の再稼働時に高炉の炉体鉄皮に加わる応力が許容値以上となることを抑制可能な高炉の制御方法及び制御装置を提供することができる。
１ 高炉制御装置
２ 高炉
２ 高炉
Claims (3)
- 高炉の再稼働時からの時間経過及び操業状況の変化を考慮して残留凝固層の温度分布推定モデルを用いて高炉の再稼働時における残留凝固層の温度分布を推定するステップと、
推定された温度分布に従って残留凝固層の膨張推定モデルを用いて残留凝固層の膨張挙動を推定し、推定された残留凝固層の膨張挙動に従って高炉の炉体鉄皮に負荷される応力を推定するステップと、
推定された応力が許容値以上である場合、開口する送風羽口の数を目標の羽口開口数より少なく制御すると共に、溶銑を排出する出銑口の位置を開口している羽口の近くの出銑口に制御するステップと、
を含む、高炉の制御方法。 - 高炉の炉体鉄皮に負荷される応力の実測値と推定値との差に応じて前記温度分布推定モデル及び前記膨張推定モデルを修正するステップを含む、請求項１に記載の高炉の制御方法。
- 高炉の再稼働時からの時間経過及び操業状況の変化を考慮して残留凝固層の温度分布推定モデルを用いて高炉の再稼働時における残留凝固層の温度分布を推定する手段と、
推定された温度分布に従って残留凝固層の膨張推定モデルを用いて残留凝固層の膨張挙動を推定し、推定された残留凝固層の膨張挙動に従って高炉の炉体鉄皮に負荷される応力を推定する手段と、
推定された応力が許容値以上である場合、開口する送風羽口の数を目標の羽口開口数より少なく制御すると共に、溶銑を排出する出銑口の位置を開口している羽口の近くの出銑口に制御する手段と、
を備える、高炉の制御装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022111106 | 2022-07-11 | ||
| JP2022111106 | 2022-07-11 | ||
| PCT/JP2023/018727 WO2024014126A1 (ja) | 2022-07-11 | 2023-05-19 | 高炉の制御方法及び制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2024014126A1 JPWO2024014126A1 (ja) | 2024-01-18 |
| JP7448101B1 true JP7448101B1 (ja) | 2024-03-12 |
Family
ID=89536510
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023554838A Active JP7448101B1 (ja) | 2022-07-11 | 2023-05-19 | 高炉の制御方法及び制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7448101B1 (ja) |
| WO (1) | WO2024014126A1 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016030833A (ja) | 2014-07-25 | 2016-03-07 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 高炉の送風開始方法および炉床部昇温用バーナー |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6040481B2 (ja) * | 1981-04-14 | 1985-09-11 | 川崎製鉄株式会社 | 高炉の中間改修後の火入れ方法 |
| JPH01159308A (ja) * | 1987-12-16 | 1989-06-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高炉バンキング時の炉底保護方法 |
-
2023
- 2023-05-19 WO PCT/JP2023/018727 patent/WO2024014126A1/ja active Application Filing
- 2023-05-19 JP JP2023554838A patent/JP7448101B1/ja active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016030833A (ja) | 2014-07-25 | 2016-03-07 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 高炉の送風開始方法および炉床部昇温用バーナー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024014126A1 (ja) | 2024-01-18 |
| JPWO2024014126A1 (ja) | 2024-01-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4752021B2 (ja) | 高炉の減尺休風操業方法 | |
| JP7448101B1 (ja) | 高炉の制御方法及び制御装置 | |
| JP5482615B2 (ja) | 転炉における吹錬制御方法 | |
| CN114896546A (zh) | 一种高炉炉缸碳砖残厚的高精度计算方法 | |
| JP4119620B2 (ja) | 高炉の炉内状況推定方法 | |
| JP3562116B2 (ja) | タンディッシュ内溶鋼温度の管理方法 | |
| CN115747399A (zh) | 一种高炉炉役后期炉缸热电偶的修复方法 | |
| KR20000003099A (ko) | 고로 노저온도 제어방법 | |
| JP4081248B2 (ja) | 高炉下部の制御方法 | |
| JP4653665B2 (ja) | 溶鋼浸漬管のスロート部耐火物の損耗防止方法 | |
| JP7243677B2 (ja) | 炉底の昇温方法および高炉の立ち上げ方法 | |
| JP3607779B2 (ja) | 高炉炉底の冷却装置 | |
| KR102549966B1 (ko) | 래들 내화물의 함열량 산출방법 | |
| JPS6050271B2 (ja) | 剛体構造の溶錬炉における圧縮圧力調整方法 | |
| JP2746004B2 (ja) | 溶鉱炉の炉底侵食ライン推定方法 | |
| JP2859691B2 (ja) | 高炉鉄皮の亀裂補修方法 | |
| WO2019163607A1 (ja) | 金属精錬炉の操業方法 | |
| JP5073269B2 (ja) | Ｒｈ装置の鉄皮冷却方法 | |
| JPH07207310A (ja) | 高炉の炉底側壁部保護操業方法 | |
| JP2004059956A (ja) | 高炉煉瓦の損耗防止方法 | |
| CN116793284A (zh) | 一种高炉主沟浇注料残余厚度在线监测方法 | |
| JPH09157713A (ja) | 炉底の浸食ラインの推定方法および炉底構造 | |
| JP3740108B2 (ja) | 高炉の炉床構造 | |
| KR100332908B1 (ko) | 코렉스 용융로의 노체 스테이브 보수방법 | |
| JPS6137327B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230907 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20230907 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231114 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231226 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240130 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240212 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7448101 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |