JPH0413402B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

技術分野 高炉の操業ないしはその解析に関し、高炉の炉
内装入物降下速度の測定方法の開発成果について
この明細書に述べる技術内容は、主として装入物
の炉内分布の制御に関連して高炉操業の安定化を
目指し、その技術分野の一翼を担うものである。 問題点 高炉を安定に操業するために、その原料装入物
の炉内分布の制御が行なわれ、例えばベル式高炉
にあつては主にムーバブル・アーマを用い、また
ベルレス式高炉においては旋回シユートを用い
て、何れも装入物の層厚が調整される。 この場合において装入バツチ毎に、装入物の層
厚を知ることが必要である。 この層厚を知る方法の一つとして装入物の表面
の形状と下面の形状とによる推定方法があるが、
ここに装入物の下面の形状を推定するためには、
装入物の降下の動向をまず把握しなければならな
い。 高炉での装入物の降下状態は、一般にサウンジ
ングによつて遂次に実測、検知されるを例とする
が、原料が装入されている間は、通常サウンジン
グは避譲せざるを得ないため実測から除外される
のはやむを得ない。 このサウンジングつまり装入物測定装置は、高
炉原料装入の全体スケジユールの起点を与え、し
かも通常数百回／日におよぶ作動が繰り返し行わ
れることから、とくに重要である。 ところで検尺ウエイト式のサウンジングは第１
図に示すように高炉１の炉頂内壁近傍において炉
内装入物２の降下状況を検知すべく、炉壁内の同
一円周上に複数個（例えば４個）くさり８で吊つ
た検尺ウエイト４を、炉内装入物２の上面に乗せ
て連続的にその荷下りに追従させるようにしてい
る。 一方、鉱石、コークスなどの装入原料２′は、
炉頂装入装置を介して例えば大ベル５上に堆積し
て、炉内への装入指令があるまで待機しているの
で炉内装入物２のレベルが基準位置以下になつた
とき、装入指令が出されると大ベル５を開いて装
入原料２′が炉内に装入され、装入が終了したら
大ベル５を閉じ、引続く原料の供給によつてその
大ベル５上の堆積下に次の装入指令を待機する。 つまりパツチ装入操作の繰り返しによつて炉頂
での原料装入が遂次に行なわれるわけであつて、
この点ベルレス高炉でもほぼ同様にされている。 ところが上記の装入の開始に先立つて検尺ウエ
イト４を巻上げ、それが装入原料２′の投入流に
埋め込まれるのを防ぐようにシーリングパイプ６
内に上昇待避させる必要があり、ここにサウンジ
ングの作動は中断する。７はくさり３につないだ
ワイヤロープまた８はその巻取りドラムである。 この巻取りドラム８は、同軸上の中間ドラム９
にカウンタバランス１０を作用させた操作ロープ
１１の一端を巻付け、その他端を取付けた巻取り
ドラム１２を、モータ１３により減速機１４を介
し、回転させることによつて、検尺ウエイト４の
昇降を司る。なお１５はブレーキ、また１６は巻
取りドラム８に付したセルシン発信器である。 上記のようにして炉内に装入原料２′が装入さ
れたあと、モーター１３の逆転により検尺ウエイ
ト４は巻下ろされて炉内装入物２上に軟着してそ
の自重の一部が支持され、残余の重量でカウンタ
ウエイト１０がつり合う所定位置をブレーキ１４
にて保持すると、検尺ウエイト４の炉内装入物２
の荷下りに追従する下降に従いワイヤロープ７が
巻取りドラム８から巻解されて、その回転により
セルシン発信器１６にて炉内装入物２の荷下りが
遂次に遠隔指示され得るわけである。 上記したカウンタウエイト１０の所定位置をス
トツクライン基準１７（第１図の仮想線）と合致
させると、このストツクラインから荷下りをした
炉内装入物２の表面までの距離が深度として把握
され得るのは明らかであり、このようにして次回
の装入原料２′が炉中で占めるべき装入物下面形
状が、ほぼ推定され得る。 とは云えこの場合においては、 (1) 原料装入準備のための検尺ウエイト４の巻き
上げから装入後の巻き下ろしまでの間（約１
分）にわたる炉内装入物２の荷下り状況を実測
できない。 (2) 巻き下げ直後には検尺ウエイト４が不安定と
なり勝ちで真の装入物の降下状況を反映し難
い。ところに、なお未解決の問題点が残されて
いたわけである。 発明の目的 そこで検尺ウエイト４の巻き上げ中はもちろ
ん、その巻き下げ直後をも含めて、現実に生起し
ている炉内装入物の降下の動向を、忠実かつ適切
に把握することができる、新規な方法を与えるこ
とが、この発明の目的である。 発明の構成 上記の目的は、次の事項を骨子とする手順にて
簡便的確に成就される。 高炉内装入物のサウンジングによる測定深度と
時間の関係を装入バツチ毎に、３枚以上の関数関
係でもつて高炉への原料装入時の埋め込み量をパ
ラメータとし、かつ各回装入時における深度と時
間の関係曲線の傾きを同等と仮定する条件に従
い、一回の装入バツチごとに時間に対する深度の
近似曲線を求めてこの近似曲線によりサウンジン
グ中断中における炉内装入物の降下状況の推定を
行い、サウンジングによる深度測定に補足するこ
とからなる高炉の高炉装入物降下速度の測定方
法。 さて第２図および第３図は、この発明に従い、
サウンジングによつて測定した炉内装入物２の上
記したストツクライン基準からの深度を、操業時
間経過に対応させて定性的に示した例であり、○
印がサウンジングによる測定点である。 まず第２図においてたて軸上のＡは第ｉバツチ
目の深度測定開始時刻T_Siにおける深度を示し、
このｉバツチ装入物の深度は、○印プロツトの如
き経過により増大して炉内装入物２の表面が降下
する。 次に時刻T_Eiは、次の第（ｉ＋１）バツチ目の
原料装入にそなえてサウンジングを上昇させるタ
イミングを示し、この時の深度はたて軸のA′で
あらわされる。 また時刻T_S(i+1)は第（ｉ＋１）バツチ目の深度
測定開始時であり、この時の深度はＢであり、そ
のときｉバツチ装入物の埋め込み量Zi（深度）分
だけ浅くなり、装入物表面は上昇する。 この間に、時刻T_EiとT_S(i+1)の期間でも装入物
は降下を続けているが、サウンジングを引き上げ
てあるため装入物深度の測定値が存在しない。 従つて従来はサウンジング測定値だけでは、埋
め込み深さ（すなわちｉバツチ上のｉ＋１バツチ
の層厚）を直接知ることができないという問題が
あつたことが明らかである。 引き続き第（ｉ＋１）バツチ目の炉内装入物も
時間経過と共に降下し、時刻T_E(i+1)にて次の第
（ｉ＋２）バツチ目の装入にそなえてサウンジン
グを上昇させる。この時の装入物深度はB′まで
降下している。 一方第３図は、第２図の場合と同様にサウンジ
ングによる測定深度をプロツト（○印）したもの
であるが、第３図の場合は、とくに時刻T_SLにて
装入物がスリツプ（炉内の棚吊り原料が何らかの
原因で急に動き出す陥没現象）して炉内装入物表
面が急激降下し、深度が急増したありさまを示
す。この時の降下状況はサウンジングによりＣ−
C′として実測される。 発明者らは、上記第２図、第３図の如きサウン
ジングによる測定深度プロツトの推移を、曲線近
似させること、とくに近似精度を向上させるため
３次式以上の多項式を用いて曲線近似させること
に着目して、この発明に想到したものである。 まず第２図および第３図の如きサウンジングに
よる測定深度推移から、次の条件のもとに多項式
近似を行つた。 サウンジング深度の降下状態は連続してい
る。 従つて例えば第２図においてｉバツチ目の近
似曲線イは第（ｉ＋１）バツチ目の埋め込み量
Zi（深度）分を補正すれば第（ｉ＋１）バツチ
目と滑らかに連続され、従つて近似曲線は各回
装入時において深度と時間の関係における曲線
の傾きが等しいと仮定できる。 バツチ更新時とスリツプ発生時の深度急変時
は、前述の連続性からして、深さ変動分だけ近
似曲線を上、下にスライドさせる。 たとえば第３図において時刻T_SLでスリツプ発
生により近似曲線ロをスリツプ量（Z_SL）分だけ
スライドさせて近似曲線ロ′に連続させる。 上掲したサウンジングによる深度実測の実績、
経験上、該実測値を３次式以上の多項式で曲線近
似をするを可とするが、一般に通常の操業であれ
ば３次式を用いる程度で充分精度よく近似できる
ことがわかつた。そこで以下３次式近似の場合に
ついて説明を進めることにする。 ３次式近似にあたつては２バツチ分に亘る装入
物の深度データを使用し各定数項を最小自乗法に
より求める。 Y_ij＝a_it_ij ³＋b_it_ij ²＋c_it_ij＋d_i＋Z_SLi＋Z_i ……(1) Y_ij：深度（ｉバツチのｊ点目） t_ij（＝T_ij−T_Si）：時間（ｉバツチのｊ点目の深度
測定開始時刻T_Siを基準とした時間） d_i：定数 Z_SLi：スリツプ量 T_Si以降T_SLiに至るまでの間…Z_SLi＝０ Z_i：埋め込み量 T_Si以降T_Eiに至るまでの間…Z_i＝０ ここに第２図に示した炉内装入物の第ｉバツチ
目と第（ｉ＋１）バツチ目の深度のデータ（時間
と深度のデータ−図中○印）のうち、とくに問題
とされる、第ｉバツチ目の深度測定開始時刻T_Si
から第（ｉ＋１）バツチ目中の時刻T_D(i+1)（T_S(i+1)
以降T_E(i+1)以前の中間時点）に至るまでの間の深
度の降下状況については、３次曲線で図中の曲線
イの延長のように近似するが、この際第（ｉ＋
１）バツチ目のデータに対しては第２図に示すよ
うに埋め込み量Z_iを定数項で加算することとし、
同様に第３図のように第ｉバツチ目にスリツプが
発生した場合では、埋め込み量Z_iのほか、スリツ
プによる降下量を定数項（Z_SL）で加算すること
として全体的に(1)式のような３次式で一般にあら
わされるわけである。 もちろん第２図の場合のようにスリツプがなく
埋め込みのある場合上式のZ_SLi＝０であるので(1)
式は、 Y_ij＝a_it_ij ³＋b_it_ij ²＋c_it_ij＋d_i＋Z_i となる。 ところでこの発明では第ｉバツチ目及び第（ｉ
＋１）バツチ目の深度実測データを用いて第ｉバ
ツチ目の近似曲線の係数a_i、b_iおよびc_iと定数d_iな
らびにスリツプ量Z_SLi、埋め込み量Z_iを決定する
わけであるが、深度の降下速度が連続であり、各
回装入時において深度と時間の曲線の傾きが等し
いと仮定するので(1)式におけるC_iとd_iとは第ｉバ
ツチ目の一つ前の第（ｉ−１）バツチ目の曲線か
ら求めることが出来る。 第（ｉ−１）バツチ目と第ｉバツチ目の近似曲
線は埋め込みを加算すると第ｉバツチ目に連続
し、その傾きが等しいとすれば、第４図のように
時刻T_Siにおける第（ｉ−１）バツチ目の曲線
イ′と第ｉバツチ目の曲線イとには下記(2)、(3)の
関係が成立する。 すなわち第ｉバツチ目の一つ前の近似曲線すな
わち第（ｉ−１）バツチ目の近似曲線と第ｉバツ
チ目の近似曲線との間に以下の関係が成立する。 （Y_(i-1)）_T=TSi＝（Y_i）_T=TSi ……(2) （dy_(i-1)／dT）_T=Tsi＝（dy_i／dT）_T=TSi ……(3) 第ｉバツチ目の計算をするとき、時間を装入時
から計数しなおすとするとＴ＝０であり、 （Y_i）_T=0＝d_i、（dy_i／dT）_T=0＝c_i となるから、第（ｉ−１）バツチ目の値から(2)、
(3)の条件により第ｉハツチ目のd_i、c_iを求めるこ
とができる。 したがつてｉ＝１すなわち第１バツチ目に、操
業経験に従う適切なc₁、d₁の値を与えれば、以後
は順次一つ前のバツチの近似曲線からc_i、d_iの値
を決定することができる。 従つて第ｉバツチ目及び第（ｉ＋１）バツチ目
の２バツチ分のデータを用いて残りの係数ａ、
ｂ、Z_S、Z_iを決定すればよくかくして全ての係数
が決定され得る。 次に第３図の場合について最小自乗法により係
数a_i、b_iと定数Z_SL、Z_iを求める手順を説明する。 第３図において第ｉバツチ目のデータのうち
T_Si以後T_SLiに至るまですなわちスリツプが起こ
る直前のデータの個数をｋ個、第ｉバツチ目のデ
ータの総数をｌ個、第（ｉ＋１）バツチ目の実測
データをｍ個とすると、(1)式の近似曲線による誤
差の自乗和は次式で与えられる。 すなわち実測値Y_jと近似式による計算値Y_cjと
の差、 Ｅ＝_n 〓^j=1 （Y_j−Y_cj） ＝_k 〓^j=1 ｛Y_j−（a_it_j ³＋b_it_j＋c_it_j＋d_i）｝² ＋_l 〓^j=k+1 ｛Y_j−（a_it_j ³＋b_it_j ²＋c_it_j＋d_i＋Z_SL）｝² ＋_n 〓^j=l+1 ｛Y_j−（a_it_j ³＋b_it_j ²＋c_it_j＋d_i ＋Z_SL＋Z_i）｝² ……(4) 誤差の自乗和を最小とする条件式 ∂E／∂a_i＝０、∂E／b_i＝０、∂E／∂Z_S＝０、∂E／
∂Z＝０より ∂E／∂a_i＝０： a_in 〓^j=1 t_j ⁶＋b_in 〓^j=1 t_j ⁵＋Z_SLn 〓^j=1 t_j ³＋Z_in 〓^j=l+1 t₁ ³ ＝_n 〓ⁱ⁼¹ t_j ³（Y_j−c_it_j−d_i） ……(5) ∂E／∂b_i＝０： a_in 〓^j=1 t_j ⁵＋b_in 〓^j=1 t_j ⁴＋Z_SLn 〓^j=k+1 t_i ²＋Z_in 〓^j=l+1 t_j ² ＝_n 〓^j=1 t_j ³（Y_j−c_it_j−d_i） ……(6) ∂E／∂Z_Si＝０： a_in 〓^j=k+1 t_j ³＋b_in 〓^j=k+1 t_j ²＋Z_SL（ｍ−ｋ） ＋Z_i（ｍ−ｌ）_n 〓^j=k+1 （Y_j−c_it_j−d_i） ……(7) ∂E／∂Z_i＝０： a_in 〓^j=l+1 t_j ³＋b_in 〓^j=l+1 t_j ²＋Z_SL（ｍ−ｌ） ＋Z_i（ｍ−ｌ）_n 〓^j=l+1 （Y_j−ct_i−d_i） ……(8) 上記(5)、(6)、(7)、(8)の如く、 a_i、b_i、Z_SL、Z_iを未知数とする１次方程式が得
られ、４元一次方程式を解くことにより、a_i、b_i、
Z_SL、Z_iが決定できる。 一回の装入時に対応する装入物の降下状況は、
これらa_i、b_i、c_i、d_i、Z_SLおよびZ_iとT_Si、T_SLiを
与えることにより(1)式によりサウンジング巻上げ
などに関係なく装入物降下状況が再現されること
となる。 実施例 第５図には6000t／日の能力を有する高炉の装
入物の降下状況を、サウンジングによつて測定し
た５秒間隔のデータにて得られた装入物降下の３
次式の近似曲線を実線で示したとおりであり、(1)
式すなわち Y_ij＝a_it_ij ³＋b_it_ij ²＋c_it_ij＋d_i＋Z_SLi＋Z_i の各項の係数はバツチごとに次表のようになつ
た。

【表】 なお図中○印はサウンジングによる装入物深度
の実測値であり、またスリツプの前後の３点はデ
ータから除外してバツチの近似曲線を求めた。 この図からもわかるように、サウンジングによ
る実測値に対し非常によい近似曲線が得られ、第
５図により、サウンジングの待避不作動中にも炉
内装入物降下速度の精度の高い推定が可能とな
り、高炉操業に有用な指標が得られる。 なお３次式による近似の場合について主として
説明したが、近似精度をより向上させるため、必
要に応じより高次の近似式を用いることができる
のはいうまでもない。また装入物深さの測定手段
は、検尺ウエイト式について例示した場合のみな
らず、それ以外のサウンジング装置を用いてもこ
の発明の適用には何ら妨げのないのは明らかであ
る。 発明の効果 この発明によれば、例えば第２図に示すT_Eiか
らT_S(i+1)に至る間の原料装入時における深度変化
の動向を計算によつて求めることができる。すな
わち計算近似曲線イの時刻T_S(i+1)における装入物
深度がＣ点として求まるので、装入直後のT_S(i+1)
における深度Ｂとの差Ｂ−Ｃにより、装入物の層
厚すなわち埋め込み量Z_iを正確に知ることがで
き、ベル型のムーバブルアーマーあるいはベルレ
ス型の旋回シユートを調整するための貴重な指標
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は検尺ウエイト式サウンジングの骨組み
図、第２図は、時間、装入物深度の関係をスリツ
プがない場合について示すグラフ、第３図は同じ
くスリツプがある場合のグラフであり、第４図は
時刻T_Siにおける第（ｉ−１）バツチ目の曲線
イ′と第ｉバツチ目の曲線イとの関係図、第５図
は近似曲線による深度近似の具体例を示すグラフ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉内装入物のサウンデイングによる測定深
   度と時間の関係を装入パツチ毎に、３次以上の関
   数関係でもつて高炉への原料装入時の埋め込み量
   をパラメータとし、かつ各回装入時における深度
   と時間の関係曲線の傾きを同等と仮定する条件に
   従い、一回の装入バツチごとに時間に対する深度
   の近似曲線を求めてこの近似曲線によりサウンジ
   ング中断中における炉内装入物の降下状況の推定
   を行い、サウンジングによる深度測定に補足する
   ことを特徴とする高炉の炉内装入物降下速度の測
   定方法。