JPH033722B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、高炉の原料装入方法に係り、特に、
固定ホツパから排出される原料を、旋回シユート
を介して高炉内に装入するようにした高炉の原料
装入方法の改良に関する。 なお、本発明は、いわゆるベル式、あるいはベ
ルレス式の装入様式は問われない。

【従来の技術】

高炉の炉頂部には、一般に炉内に粒塊状原料を
投下分布するための旋回機能を有したシユートが
設けられ、このシユートによつて均一な炉内分布
装入が行われるようになつている。 従来の高炉の原料装入装置の一例を第７図に示
す。 ここでは動作が簡易ないわゆるベル式の装入様
式の例が示されているが、ベルレス式の装入様式
であつても同様である。 図において、１は装入コンベアであつて、貯鉱
槽あるいは貯骸槽（図示省略）より高炉原料であ
る各種鉱石及びコークスを炉頂へ搬送するための
もの、２，３は固定ホツパで、その原料を高炉内
へ装入する前に一時滞留を行うもの、４，５は排
出ゲートで、固定ホツパ２，３の底部に位置して
開閉動作により原料を排出するものである。又、
６，７は、炉頂ガスをシールするためのシール
弁、８は固定シユート、９は旋回シユートであ
る。これらは、小ベル１０の直上に位置して、原
料分布を均一にする目的で設置されている。 従来は、原料が通過する前に投入位置に旋回シ
ユート９の口を移動させ、停止した後に原料を通
過させるいわゆる断続旋回によつて原料装入が行
われていた。しかしなながら、近年では、より良
好な分布を得るため、原料通過前から通過終了ま
で一定方向に連続旋回（例えば第７図の矢印方
向）させるものが採用されるようになつている。
このため旋回シユートを旋回させるための駆動力
も大容量化し、従来の電動駆動に代わつて油圧駆
動のものが使用されるようになつてきている。図
中１１は油圧モータであり、この回転力によつて
旋回シユート９を駆動する。油圧モータ１１は、
電動機１２を駆動源とする油圧ポンプ１３の発生
油圧により回転するもので、油圧ポンプ１３と油
圧モータ１１との間の油圧配管経路には、油圧モ
ータ１１の正転、逆転、制動等を行うための電磁
弁ユニツト１４が設置されている。 以上の従来装置における動作の流れを第８図に
示す。まず旋回シユート９をどちらかの方向に連
続旋回駆動され、加速が終了してほぼ定速回転と
なるタイミングにシール弁６，７を開動作とし、
この開動作の検出と同時にゲート４，５を開動作
とする。これにより固定ホツパ２，３内の原料は
ゲート４，５及びシール弁６，７を通過して固定
シユート８を斜行した後、旋回シユート９により
小ベル１０の円周上に装入される。固定ホツパ
２，３内の原料が全て排出されたと思われるに充
分な時間的余裕をみてゲート４，５を閉動作と
し、この閉動作の検出と同時にシール弁６，７を
閉動作とする。その後、旋回シユート９を停止さ
せる。 第８図においては斜線部分が旋回シユート９上
に原料が落下しているタイミングを示している。
以上の動作が炉頂バツチの進行に従つて順次繰返
し行われる。なお、旋回シユート９の回転方向は
オペレータの設定にて選択することができ、一定
炉頂バツチ数毎に切換えて運用している。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、上述のような旋回シユート９の
動作・運用においては、制御上及び設備上の問題
のために小ベル１０の円周上において装入偏差が
生じる弊害が指摘されている。 まず、制御上の問題を以下に示す。 時間管理を主体としたシーケンシヤル制御の
みで旋回シユート９の位置制御がなされていな
い。 旋回シユート９は油圧駆動のため、温度、粘
度及び負荷（原料重量）の変化の影響を受け易
く、動作（旋回）速度が一定でない。 安全上のため、実際の原料落下時間に比べて
旋回シユート９の回転時間を長くとらざるを得
ず、従つて旋回シユート９の空運転率、即ち無
駄時間が多い。 以上の問題により、現状の制御においては、原
料落下時の旋回シユート９の位置、即ち小ベル１
０の円周方向の落下位置が無制御状態にあり、均
一なる分布制御が期待できい。又、旋回シユート
９の空運転率が高く、作業時間がかかつている。 次に、設備上の問題としては以下に示すような
ものがある。 (i) 装入コンベア１より固定ホツパ２，３へ原料
を搬送する過程において、貯鉱槽及び貯骸槽よ
り切出す順序のずれにより、コンベア長手方向
に鉱種、粒度面での偏析が生じる。これは、そ
のまま固定ホツパ２，３、固定シユート８、旋
回シユート９での原料排出過程及び小ベル１０
の円周上の落下位置にまで影響を及ぼすことに
なる。 (ii) 固定ホツパ２，３からの原料排出状況は一定
でない。まず、排出開始タイミングはゲート
４，５の動作ばらつきにより常に一定ではな
く、次に排出完了タイミングについても原料重
量、種類、粒度等によつて変化する。 (iii) 原料排出速度（固定ホツパ２，３内の原料重
量の原料排出時の変化度合）が各バツチ毎及び
同じ排出時間中においても変化する。 (iv) 固定ホツパ２，３から固定シユート８までの
原料排出経過時間が一定でない。 (v) 旋回シユート９上での原料滞留時間が旋回位
置によつて変化する。 以上の各種炉頂機器の設備特性によつて小ベル
１０の円周上においてて原料重量、鉱種、粒度、
鉱石／コークス比等の偏析が生じることになる。 このような問題に対し、従来、主として原料落
下タイミングを検出するセンサの開発、及び制御
方法の開発の面において種々の試みがなされてい
る。まず原料落下タイミングを検出するセンサに
ついていくつかの例を挙げると共にその問題点を
指摘する。 Ａ 実開昭58−101855号に開示されているよう
に、音響センサ、もしくは振動センサを固定ホ
ツパ２，３の出口、あるいは固定シユート８に
設置して、原料排出時に原料と周囲構造物との
間の衝突、あるいは摩擦によつて生じる音、も
しくは振動をもつて原料落下タイミングを検出
する方式がある。 この音響センサもしくは振動センサを用いる
方式は、現在最も広く使用されているものであ
るが、高価であり、旋回シユート９のような回
転物に取付けることができないため、該旋回シ
ユート９までの、もしくは旋回シユート９内に
おける原料の移動状況を追跡できず、前述の問
題点(iv)、(v)の問題点を吸収解決できないという
欠点がある。 Ｂ 次に、固定ホツパ２，３に設けた重量計（ロ
ードセル）の原料排出時の重量変化を捉えて、
原料落下タイミングを検出する方式がある。 この重量計方式は固定ホツパ２，３の容器重
量に比べて内容物（原料）の重量が小さいた
め、原料排出時の微妙な重量変化をもつて原料
落下開始タイミングと原料落下終了タイミング
を判断するのが難しいという欠点があり、通常
前項の音響センサもしくは振動センサと併用さ
れるに留まつている。又、音響センサもしくは
振動センサと同様に、旋回シユート９までの原
料移動状況を追跡できない点が指摘されてい
る。 次に、装入偏差を解消するための制御方法の
開発の面についての例とその問題点を指摘す
る。 Ｃ 代表的な制御としては、前記実開昭58−
101855号に開示されているようないわゆるエン
ドポイント制御がある。このエンドポイント制
御は、原料落下タイミングを検出するセンサ
（例えば前述の音響センサ、振動センサあるい
は固定ホツパ２，３の重量センサ等）にて検出
した原料落下タイミングから原料の炉内装入終
端位置を判定し、次回の装入始端位置をこの前
回装入終端位置に合わせて原料を装入するもの
である。即ち、前回の装入の原料排出が終了し
たタイミングの旋回シユート９の位置（エンド
ポイント）に、次回の装入の原料排出開始時の
旋回シユート９の位置（スタートポイント）を
合わせるものである。なお、原料排出開始とは
固定ホツパ２，３のゲート４もしくはゲート５
の開を指す。 この装入制御を図式的に表現したのが第９図で
ある。同図は横軸を旋回シユート９の旋回角度と
し、縦軸に時系列的に各バツチ（ｋ、ｋ＋１、ｋ
＋２、ｋ＋３、ｋ＋４…）の進行状態を示し、
各々の装入状況（スタートポイント〜エンドポイ
ント間）を表現している。１回装入当りの旋回角
度（スタートポイント〜エンドポイント間の回回
角度）は短期スパン（約１日）で見ればほぼ一定
であるため、各バツチとも同一（同図では360゜＋
120゜）としている。なお実際の旋回回数はもつと
多いがここではスタートポイントとエンドポイン
トのみに着目すればよいため省略している。又、
旋回方向は旋回角度方向としている。 本制御、即ちエンドポイント制御の問題は数バ
ツチ毎に同一パターンが発生することになり、こ
れが装入偏差の原因となることにある。第９図の
例では、ｋ回目とｋ＋３回目とが同一パターンで
の装入となつており、例えば図のスタートポイン
ト近傍のクロス斜線部分について注目とすると
（このクロス斜線部分の原料切出量は不安定であ
る）、約20゜、140゜、260゜の周辺のみに偏析が生じ
ることになる。このような現象は、旋回の重なり
角（エンドポイントの旋回角度よりスタートポイ
ントの旋回角度を単純減算した値：図の例では
120゜）の大小と関係する。この重なり角が0゜より
180゜に近くなる程、あるいは360゜より180゜に近く
なる程スタートポイント位置の変化が大きくなる
（図の例では重なり角は120゜でシフト角も120゜ず
つスライドしている）。これは装入パターン数が
少なくなつて（図の例では３パターンの繰返しと
なつている）偏析が促進されることを意味する。
逆に180゜より0゜に近くなる程、あるいは180゜より
360゜に近くなる程、スタートポイントの変化が小
さくなり、即ちシフト角が小さくなり、装入パタ
ーン数は多くなるが、装入パターンの変化度合が
小さくなり、短期スパンで見ると偏析が大きくな
るという問題が生じる。何れにしても望ましい状
況にはならない。これらを考慮すると重なり角が
90゜あるいは270゜近辺になると比較的良好な結果
となるが、この重なり角は制御が極めて困難であ
る。 上記のような状態にスタートポイント〜エンド
ポイント間の回転角度が変化する要素を考慮する
と、偏析は更に増大する場合も生じてくる。以上
を集約すると、このエンドポイント制御は、エン
ドポイントのみに注目してこれを基準として次回
スタートポイントを制御するもので、量の面から
見た偏析防止という点ではある程度有効である
が、鉱種、粒度の面から見た偏析防止という点で
は有効に機能しないという問題がある。 又、エンドポイントとスタートポイントを一致
させる制御については、旋回シユート９の回転が
高速且つ速度が一定でないことより、精度の悪い
ものとなり、更に、前述のように落下タイミング
のセンサに基づいて制御する場合には、正確な実
際のスタートポイントとエンドポイントを把握す
るのが一層困難となるため、エンドポイントとス
タートポイント一致点において原料が重なつた
り、あるいは逆に空白部が生じる等の弊害が生じ
る。 以上述べたように、現状旋回シユート９による
炉内分布装入においては、制御上と設備上の種々
の問題のために、小ベル円周上において装入偏差
が現に生じており、特にこれらを解決する手段と
してのセンサについて有効な手段が開発されてい
ないというのが現状である。

【発明の目的】

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなさ
れたものであつて、原料落下タイミングを正確に
検出することができ、その結果、常に適切且つ均
一な装入分布を得ることができ、安定した高炉操
業を確保することのできる高炉の原料装入方法を
提供することを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

本発明は、固定ホツパから排出される原料を、
旋回シユートを介して高炉内に装入するようにし
た高炉の原料装入方法において、第１図にその要
旨を示すように、前記旋回シユートを駆動する油
圧回路の油圧変化を検出する手順と、この油圧変
化から前記原料の落下開始及び終了の少なくとも
一方のタイミングを把握する手順と、この落下タ
イミングに基づいて前記高炉内への原料装入を行
う手順とを含むことにより、上記目的を達成した
ものである。

【作用】

本発明において、原料落下状態の変化に応じて
旋回シユートの旋回抵抗が変化し、この旋回抵抗
の変化によつて該旋回シユートを駆動するための
油圧回路の油圧が変化することに着目し、油圧回
路中の油圧の変化信号に基づいて原料落下の開始
及び終了の各タイミングを把握するようにし、こ
の落下タイミングに基づいて高炉内への原料装入
制御を行うようにしたため、安価で偏析防止の効
果が高く、常に適正な装入物分布が得られると共
に、円滑なる原料装入を行うことができ、安定し
た高炉操業が確保できるものである。 又、エンドポイントを正確に検出できるように
なるため、旋回シユートの空運転率、即ち無駄時
間を減少させることができ、省エネルギー化を図
ることができる。更には炉頂シーケンススケジユ
ールを短縮できるため、それだけ装入最大回数を
増加でき、より高炉出銑能力を増大させることが
できる。

【実施例】

以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細に
説明する。 第２図に本発明に係る高炉の原料装入方法の実
施例が適用される装置を示す。 この装置は、第７図において示した従来の機器
構成に対して、以下の機器を付加しいる。 図中１５は、油圧モータ１１を駆動するための
油圧回路の油圧を検出するための外部信号出力付
きの圧力計である。この圧力変化を検出すること
によつて旋回シユート９の旋回抵抗（負荷）の検
出を行い、もつて落下開始及び終了のタイミング
を把握するものである。 符号１６は、前記圧力計１５よりの生信号を受
けて、原料落下タイミングを抽出処理する原料落
下タイミング判定器であり、符号１７は、旋回シ
ユート９の旋回角度を検出する位置検出器であ
る。 符号１８は演算器であつて、演算器であつて、
前記原料落下タイミング判定器１６からの原料落
下タイミング出力信号と位置検出器１７からの旋
回角度信号とを受けて、この２つの信号の対応付
けにより、原料落下開始時の旋回シユート９の旋
回角度（位置）及び原料落下中の旋回回転角度
（スタートポイント〜エンドポイント間の回転角
度）を算出し、これらを変数とする演算処理よ
り、次回の原料落下開始時の旋回シユート９の旋
回角度（位置）を決定し、更にこの角度（位置）
に旋回シユート９が旋回してきたときに、ゲート
４，５の開始指令をゲート制御装置１９に与える
ものである。 ゲート制御装置１９は、前段の指令に基づいて
シール弁６，７、および引続きゲート４，５の開
動作制御を行う。 次に、この装置の作用を説明する。 まず、原料落下タイミング判定器１６での処理
方法から説明する。 第３図は、この処理方法を図解するものであ
る。同図は、圧力計１５からの生信号の時間的変
化を上段に示し、下段にこれと対応させて原料落
下タイミングを示している。 旋回シユート９が静止状態から起動開始する時
点（図中ａ）において大きな負荷トルクを要する
ため、瞬間的に大きく油圧力が上昇し、旋回シユ
ート９が旋回し始めると油圧力が低下し、旋回シ
ユート９は無負荷旋回（空転）をする。 次に、ｆ時点でゲート４，５を開とすると、旋
回シユート９上に原料が落下開始する時点ｂより
終了する時点ｃまで、負荷が大きいため油圧力が
再び上昇して油圧が上限設定値以上となる。 その後、原料がなくなると、油圧力が低下し、
前記上限設定値よりも低い油圧力となる。又、ｇ
地点でゲート４，５が閉とされ、旋回停止時点ｄ
において油圧力が零となる。 このような時間的変化をする圧力信号に対し
て、前記上限設定値より越える信号幅を原料落下
タイミング（図中ｂ〜ｃ）として抽出する。 この場合、ゲート４，５を開とするときのリミ
ツトスイツチ信号を外部より別途取込み、これと
AND条件処理を加えるようにすると、旋回シユ
ート９の駆動時の瞬間的な油圧力の上昇分を検出
しないようにすることができ、真の落下タイミン
グｂ〜ｃのみを検出することができる。 次に、演算器１８での処理方法について詳述す
る。第４図はこの処理方法を図解するものであ
る。 演算器１８では、原料落下タイミング判定器１
６よりの原料落下タイミング信号と旋回シユート
９の旋回角度変化との時間的対応づけを行い、原
料落下時に対応する旋回シユート９の旋回角度
（位置）ｘを求める。これが第３図中のｂ〜ｃに
相当する。なお同図において、ａ〜ｂ及びｃ〜ｄ
間は、無負荷運転即ち空転時を示している。 この実施例では、上述のように、高炉炉頂部に
おいて、固定ホツパ２，３から排出される原料
を、旋回シユート９を介して高炉内に装入するよ
うにした高炉の原料装入方法において、原料の落
下開始及び終了のタイミングを、旋回シユート９
を駆動する油圧回路の油圧変化を圧力計１５にて
検出することによつて把握するようにし、この原
料落下時に対応する旋回シユート９の旋回角度
（位置）を求めるようにしている。 又、この実施例においては、このようにして得
られた落下タイミング、あるいは旋回角度（位
置）との関係を利用して、次のように原料の装入
を制御するようにしている。 即ち、原料の落下開始点から落下終了点のタイ
ミングと旋回シユートの旋回角度との関係によ
り、原料の炉内始端位置を判定し、これを基準と
して次回の炉内始端位置を一定角度ずつシフトさ
せ、更には、原料の炉内終端位置についても判定
し、この変化量に応じて補正を行うものである。 まず、原料落下タイミングであるｂ〜ｃに対応
する旋回角度を受けて、下記の演算を行う。 Ｓ＝S′＋Ｋ＋α（ｘ−）……(1) Ｓ：次回原料落下開始旋回角度（次回スタートポ
イント）（図中b₂） S′：前回原料落下開始旋回角度（前回スタートポ
イント）（図中ｂ） Ｋ：シフト旋回角度（固定値） α：係数 ｘ：前回原料落下旋回回転角度（ｃ−ｂ） ：基準原料落下旋回回転角度 (1)式の意味するところは、前回のスタートポイ
ントS′を基準として、次回のスタートポイントＳ
を一定角度Ｋずつシフトさせることを基本とし、
更に、これに前回の原料落下旋回シユート回転角
度ｘの基準値に対しての差により補正を加える
ようにしたものである。 基本となるシフト旋回角度Ｋ値の選定はできだ
けトータル的に均一なる装入分布を得る値とすべ
きである。この実施例においては、下記のような
数値としている。即ち、シフト角Ｋは、360゜（旋
回シユート円周角）の公約数でなく、且つ、360゜
との最小公倍数ができるだけ大きな値となる数値
が望ましい。この点を考慮し、この実施例では、
360゜をほぼ３等分し、上記条件を満足する110゜と
している。ここのときのスタートポイントの変化
の一部を第５図に示す。但し、同図においては、
前回の原料落下旋回シユート回転角度ｘと基準原
料落下旋回シユート回転角度に差がないとき、
（ｘ＝）、即ち(1)式がＳ＝S′＋Ｋとる場合につい
て図示がなされている。 同図から明らかなように、Ｋ＝110゜にとつた場
合には、同一パターンとなる装入は極めて生じ難
く、36回目に始めて同一パターンとなる。スター
トポイントは、大きくは110゜ずつ変化している
（実線矢印）が、同時に細かくは30゜ずつ変化して
いる（点線矢印）。これにより、短期スパン的に
も長期スパン的にも円周偏差の生じない装入が期
待できる。 次に、補正式α（ｘ−）の意味するところは、
基準値より回転角度ｘが大きかつた場合、即ち
原料落下時間が長かつた場合には、その差分につ
いて次回のスタートポイントを遅くし、又逆に小
さかつた場合には次回のスタートポイントを早め
るものである。この補正により、量的な偏析を防
止することができる。これは、従来のエンドポイ
ント制御の技術思想をも反映したものに他ならな
い。係数αは、補正量を調整するもので、大幅な
る原料装入量の変化がない限り、ほぼ１に設定し
ておけばよい。 このように、上記(1)式は、前記のスタートポイ
ントとエンドポイントとの両方の実績を反映して
適確に次回のスタートポイントを制御するものと
いえる。特に、エンドポイントのみをみてあるい
はエンドポイントのみに左右される方法と異な
り、スタートポイント制御を基本とし、且つエン
ドポイントについても補正するという方法をとつ
ているため、鋼種、粒度、量すべての面に渡つて
の壁析防止が期待できる。 なお、第４図について補足説明すると、図中の
ａは前回（ｋ回）の旋回開始点、ｂは原料落下開
始点（スタートポイント）であり、そのときの旋
回角度がS′である。又図中ｃは、原料落下終了点
（エンドポイント）、ｘ＝ｃ−ｂは、旋回シユート
回転角度（原料落下回転角度）、ｄは旋回終了点
であると同時に次回（（Ｋ＋１）回）の旋回開始
点a₂となる。ｅ，b₂は、次回の原料落下開始点
（スタートポイント）であり、そのときの旋回角
度がＳである。従つてS′に｛Ｋ＋α（ｘ−）｝を
加えたものがＳとなる。 第６図に本制御方法による装入結果例を図式的
に示す。この例では意図的にエンドポイントがず
れた場合、即ち、旋回シユート回転角度が変化し
た場合をも含めて表現している。良好な積み付け
制御が行われているのが理解できよう。 なお、上記実施例においては、原料が鉱石の場
合とコークスの場合とに分離して各々にて独自に
管理・制御するようにしている。即ち、コークス
ならコークス原料のみを一貫して追跡してスター
トポイントの制御を行つていくようにしている。
これにより、小ベル１０への原料積み付けにおい
て、鉱石／コークスの比の偏析をも解消すること
ができるようになる。又、この実施例において
は、油圧回路の油圧を検出するための圧力計１５
の信号処理に基づいてエンドポイントを確実に検
出することができることより、従来の十分なる余
裕を持つたタイマ制御方式に比べて、シール弁
６，７及びゲート４，５の閉タイングを早め、そ
の結果旋回シユート９の停止タイミングを早める
ようにして、積み付け操業の無駄時間の減少を図
るようにしている。 なお、本発明は、油圧回路の油圧変化を検出す
ることによつて原料の落下開始及び終了のタイミ
ングを把握することをその内容とするものである
が、本発明の実施に当つて、例えば現在広く使用
されている前述したような固定ホツパの重量計
（ロードセル）、あるいは音響センサもしくは振動
センサ等と組合わせることによつて信頼性を向上
させるようにするのは無論有効である。

【発明の効果】

以上説明した通り、本発明によれば、原料落下
状況を簡易且つ確実にしかも低コストな装置で検
出することができるようになり、これに基づいて
種々の制御をより正確に行うことができるように
なるという優れた効果が得られる。 又、落下タイミングを確実に捉えることができ
ることより、旋回シユートの空運転率、即ち無駄
時間を少なくすることができ、それだけ省エネル
ギ化を実現することができる。 更には、炉頂シーケンススケジユールを短縮す
ることができ、それだけ装入最大回数を増加する
ことができるため、高炉出銑能力を増大すること
ができるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の要旨を示す流れ図、第２図
は、本発明に係る高炉の原料装入方法が適用され
た原料装入装置の実施例を示す一部にブロツク線
図を含む概略断面図、第３図は、上記実施例装置
における油圧圧力計の出力と原料落下タイミング
との関係を示す線図、第４図は、同じく原料装入
制御を旋回シユートの旋回角度との関係において
示した線図、第５図は、本実施例方法によるスタ
ートポイントのシフト例を示した線図、第６図
は、同じく装入結果例を図式的に示した線図、第
７図は、従来の高炉の原料装入装置を示す概略断
面図、第８図は、同装置の各要素の同素状態を時
間軸に沿つて示す線図、第９図は、従来の原料装
入方法の例を示す第６図と同様な線図である。 ２，３…固定ホツパ、４，５…ゲート、９…旋
回シユート、１１…油圧モータ、１３…油圧ポン
プ、１４…電磁弁ユニツト、１５…圧力計、１６
…原料落下タイミング判定器、１７…位置検出
器、１８…演算器、１９…ゲート制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定ホツパから排出される原料を、旋回シユ
   ートを介して高炉内に装入するようにした高炉の
   原料装入方法において、 前記旋回シユートを駆動する油圧回路の油圧変
   化を検出する手順と、 この油圧変化から前記原料の落下開始及び終了
   の少なくとも一方のタイミングを把握する手順
   と、 この落下タイミングに基づいて前記高炉内への
   原料装入を行う手順と、 を含むことを特徴とする高炉の原料装入方法。