JPH0637651B2 - 熱風炉の操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱風炉の操業方法に関し、さらに詳しくは熱
風炉に投入する燃ガス量および燃料ガスカロリーを燃焼
工程初期にれんが温度上昇を速めるように設定し、その
後の必要入熱量をあいまい理論に基づいて設定し、熱風
炉を最も合理的、経済的に操業する入熱量設定方法に関
する。

〔従来の技術〕

第１図は一対の熱風炉の構成図である。熱風炉は蓄熱室
４と燃焼室３の組合わせを３対以上並設して構成されて
いる。一対の熱風炉では燃焼室３下部の燃焼用空気ライ
ン２と燃料ガスライン１から空気および燃料ガスを供給
して燃焼室３内で燃焼させ、その燃焼熱を蓄熱室４のれ
んが５，５ａに蓄熱し、煙道８から排ガスを放出する。
なお、第１図中６は珪石れんが継目、７はれんが受けで
ある。

また、別の一対の熱風炉では燃焼時に必要な燃料ガスラ
イン１、空気ライン２、煙道８のそれぞれの弁を閉し、
冷風ライン１０の弁１１を開けて冷風を蓄熱室に導入
し、この冷風はれんが５，５ａの熱を奪って熱風とな
り、熱風出口１２の弁１３を開にすることで高炉へ送風
される。

第２図は熱風炉の重要目的である高炉への送風温度制御
方法の説明図である。送風温度制御は次のように行う。
熱風炉は送風担当炉が２つあり、例えばいま送風担当炉
の蓄熱室を４ａ、４ｂとする。１つの炉（蓄熱室４ａ）
は冷風弁１１ａを全開にし、他方の炉（蓄熱室４ｂ）の
冷風弁１１ｂの度を調整して高炉への送風温度が目標値
に一致するように操作する。冷風弁１１ｂが全開になれ
ば冷風弁１１ａを閉じて行き、冷風弁１１ａが全閉にな
ったら別の炉（冷風弁４ｃ）に切り換えて冷風弁１１ｃ
を開けてゆく。炉の切り換え中熱風炉１基（冷風弁４
ｂ）からの送風時は、混冷塔１４入口の混冷弁１５の開
度によって高炉への送風温度を調整する。送風が終了し
た炉（蓄熱室４ａ）は、次回送風に必要な熱風温度を確
保できるように蓄熱工程に入る。以上の操作を順次繰返
すことによって送風温度制御が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来技術による熱風炉の操業は、予め燃焼−送風サイク
ルを決め、所定温度の熱衝風をタイミング良く得るため
に必要な燃料流量を熱風炉の熱効率を勘案して設定し、
所定の燃焼時間が終ると、自動的に切替えて当該炉を送
風期間とし、燃焼期間に蓄熱された熱量を冷風に与えて
所定の熱風を排出してなされている。従来方法では、高
炉が必要とする熱風温度において必要な時間だけ熱風を
供給するために、予め蓄熱する燃料の設定方法に以下の
ごとく問題がある。

（１）特公昭４７−４７６７、特公昭４９−２４７６２
に示されるように熱風炉の各炉毎に投入され蓄熱された
熱量と、送風により持ち去られる熱量を理論的に刻時計
算で求め、次回送風時必要入熱量から前回送風終了時ま
での持ち越し熱量を差し引いて今回燃焼時に供給必要入
熱量を求め、これに基づいて燃料ガス量を設定する方法
が一般的である。

しかしこれら公知技術の欠点は、刻々と変化する熱風炉
の残熱量を把握するために、炉体の放散熱の未知定数が
必要であるとか、スタガード（２基送風）パラレルでの
２基送風時には各炉毎の通過風量が分らないため、熱収
支計算ができないなどの問題があり、やはり残熱量に各
作業者の経験あるいは概略的な標準をおく必要があっ
た。

また最近ではエネルギー情勢から必ずしも高い送風温度
を必要としない場合も多いが、このような状況では当然
のことながら熱風炉への熱量も少なくなり、同時にれん
が温度も低下する。

一方、熱風炉の蓄熱室れんがは珪石質が主であり、最も
低い部位の温度がれんがの変態温度（約３００℃）より
下がると熱膨張が生じ、崩壊の恐れが生じる。このた
め、ある温度（約４００℃）以上に保持するための燃料
ガス量を投入する必要がある。同様に蓄熱室れんが５の
最上段の温度も送風終了時に９００℃相以上必要であ
り、これより下がれば、次回燃焼時にガスの失火の恐れ
がある。

このように蓄熱した熱量から持ち越し熱量を差し引いた
残熱量に基づいて操業するだけでなく、れんが上下方向
の温度分布も考慮しながらガス投入熱量を設定する必要
がある。

（２）特公昭５５−１４１２２に示すようにに蓄熱室の
平均温度を測定し、この変化に対応した相関関係から投
入熱量を設定することにも上記のような熱風炉縦方向の
温度分布を考慮する必要があること、すなわち温度が一
定でも温度分布を調整するためＣガス、Ｂガスの混合比
と投入熱量を調整する必要があるため、やはり作業者の
経験による判断を介入せざるを得ない欠点があった。

さらに特開昭５５−７９８１４に示すように炉中間部、
炉頂部、炉底部の３点以上の温度実測値から炉内蓄熱量
を求める方法も提案されているが、この方法において
も、この蓄熱量と燃料ガス量の調整はとることが可能で
あっても、炉底部の温度レベルを管理することはできな
い。

このような従来方法の技術的問題は熱風炉の残熱量の調
整と、れんが温度レベルの調整を同時に行うことができ
ないため、人間の判断に頼らざるを得ないことにあっ
た。また、蓄熱室の温度と比熱の積の高さ方向の積分か
ら蓄熱量を求めても、これをそのまま操作量に結び付け
るのは、精合度が悪く、特開昭５５−７９８１４に記載
の如く、 のような係数が必要であること、同様に特公昭５５−１
４１２２においても ΔＱ＝ＫΔＴ の相関関係を求める必要があるため、常時、係数と操作
量を見直す必要があった。

これは、燃料ガス量を調整する上で、係数の信頼性と操
作量の適合の２つの問題の調整を抱えることになり、単
純な論理にならない問題があった。

（３）また、上述の２つの公知技術のように時間切替え
をベースとする操業の外に、通風中の熱風炉の炉出口温
度または冷風弁開度が所定値に達した場合に炉替えを行
って燃焼期間に蓄熱された熱量を十分利用する方法もあ
る。しかし、この方法は燃焼−送風サイクルが一定し難
く、工場のエネルギー管理上望ましくないこと、操業条
件が大幅に変更された場合には、炉替え時間の予測が難
しい問題があり、この法は採用しにくい。

以上、定時切換えのスタガード（２基送風）パラレルで
れんがの温度分布を考慮し、珪石れんがをある温度以上
に調節しながら、蓄熱室の残熱量を何らかの手段で把握
し、その変化に応じて燃料ガス量を調整するためには、 （ｉ）れんが温度レベルと残熱変化量を同時に操作量に
結び付ける方法がなかった。

（ii）残熱変化量を精度良く求めることができなかっ
た。

（iii）操作量と残熱量の相関係数を入れる必要があっ
た。

などの問題があった。

さらに以上のように熱風炉固有の設備保護、操業上の制
約を受けながら、一方、高炉操業状況によって変化する
所要送風温度を確保するように、最も省エネルギーにな
るように熱風炉入熱量を設定することが必要である。

熱風炉の入熱量は、ガス量とそのガスカロリーにより定
められる。燃焼工程の初期にはれんが温度が低いため着
熱効率がよく、ガスカロリーやガス量を強制的に多目に
焚込むことにより燃焼工程初期の入熱量を増加し、相対
的にれんがが温度が上昇した後の燃焼後半期にはガスカ
ロリーやガス量を低下させ、廃ガス顕熱に逃げる熱量を
少なくすると効率が向上することが知られている。これ
らガス量やガスカロリーをどのように燃焼中に設定する
かは、熱風炉の入熱量と同様に、オペレーターの経験に
頼るところが大きい。

本発明は、このような従来の問題を解決した熱風炉の入
熱量設定方法と燃焼期間でのガスカロリーとガス量の効
率のよい変更方法を開発したものであって、これを提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは熱風炉の従来の燃焼制御方法における上記
の如き従来の問題点を解消するために種々研究した結
果、次の知見を得て本発明を完成するに至った。

（ａ）スタガードパラレルにおける送風終了時にれんが
が平均温度だけでなく、冷風バタフライ弁開度が蓄熱量
を表わす指標であること。

（ｂ）蓄熱量の変化量に対応して操作量を変更するため
の方法として、バタフライ弁開度を１つの要因とし、こ
れをあいまい理論に基づく判断関数に分け、その判断関
数に対応した操作量ルールを用意することができるこ
と。

（ｃ）れんがの温度分布を考慮するため熱風炉の高さ方
向の１つ上の位置で温度を検出し、これをあいまい理論
に基づく判断関数に分け、その判断関数に対応した操作
量ルールに変更することができること。

（ｄ）上記（ｂ）と（ｃ）の操作量ルールによる操作量
の組み合わせから蓄熱量変化とれんが温度変化に伴う合
成操作量を設定することによって、送風時必要熱量を最
小の供給熱源によってまかない最適な効率を発揮し、か
つ熱風炉のれんがを保護する燃焼作業を行うことができ
ること。

本発明はこれらの知見に基いて開発された。すなわち燃
焼−送風サイクルの制御を含む熱風炉の炉毎の残熱量に
基づいて次回燃焼時の供給入熱量を設定する方法におい
て、次の２工程から成る方法である。

第１工程： 燃焼工程の初期の一定時間は定められたフレーム温度な
るようにガスカロリーを制御する。また燃焼工程初期の
ガス量を後半より多く設定した燃焼初期のれんが温度上
昇を早める。

第２工程： 熱風炉の送風終了時の残熱量、該残熱量の変化、珪石れ
んが継目の温度およびドーム温度をあいまい理論に基づ
く２以上の判断関数に変換し、各判断関数に対応するそ
れぞれの操作量を定め、実測に基づき該操作量を選択
し、該選択した操作量をそれぞれの判断関数に該当する
割合に応じて合成して合成操作量を決定し、該合成操作
量と次回目標送風条件に対する必要な供給入熱量を組合
わせ、供給すべき必要入熱量を各熱風炉ごとに設定す
る。

本発明は、ガスカロリーとガス量が所定の入熱量になる
ように調整することにより、熱風炉の究極の熱制御を行
うことが可能となった。

次に本発明方法の手順を詳細に説明する。まず、あいま
い制御について説明する。

イ）蓄熱量、れんが温度分布の判断関数化第３図は４基
熱風炉スタガードパラレル送風時の代表的な情報のトレ
ンドを示したタイムチャートである。第３図において、
NO.１〜NO.４ＨＳは４基の熱風炉を示し、各炉は送風工
程、燃焼工程を順次繰返し、ある時点では２基が送風工
程、２基が燃焼工程にある。

各炉の出口熱風温度変化に応じて高炉送風目標温度に合
致するよう各冷風弁開度、混冷バタフライ弁開度が調整
される。

ここで冷風弁と混冷弁は以下のように制御される。

NO.４炉の送風終了後NO.２炉へ切りかえる時にNO.１炉
の１基送風となるが、この間は混冷バタ弁で送風温度を
制御し、混冷バタフライ弁が閉まった後、（下限にな
る）NO.２炉が開く。

NO.１炉は全開であり、送風温度が一定になるようにNO.
２炉が全開まで開く。送風２炉前回後、NO.１炉が逆に
送風温度が一定になるように、しまってゆく制御を行
う。

冷風バタフライ弁開度は、送風終了時に第４図の如く判
定することができる。第４図は第３図中の冷風弁が閉止
する時の閉止態様を取出して例示したものである。すな
わちある熱風炉、例えばｉ炉に熱がなくなればｉ炉の通
過風量を削減するため、ｉ炉のバタフライ弁は曲線ａの
ように切換えを待たずに閉となる。ｉ炉に未だ熱余裕が
あれば曲線ｃのように送風終了時に開度に余裕がある。

ドーム温度または珪石れんが継目温度で示されるれんが
温度は言うまでもなく熱風炉の残熱量を表わす指標であ
り、れんが温度は送風により低下し、炉熱レベルが低い
ほどれんが温度も低い。第３図の例で言えば、れんが温
度からみてNO.４ＨＳの方がNO.２ＨＳより炉熱がない。
また冷風バタフライ弁開度から見てNO.３ＨＳの方がNO.
１ＨＳより炉熱がないことが分る。

そこで炉熱の判定には、炉高さ方向の温度やバタフライ
弁の開度のレベルを横軸にして第５図に示すように２つ
以上の判断関数をつくる。ここで縦軸はファジイ値と呼
ばれるもので１．０を最大値とする。１．０は全ての人
がそのように判定することを意味しており、全員賛成で
あることを示す。ファジイ値はその判断関数に該当する
割合を示すものである。

判断関数とは人間が「丁度良い」「炉熱が不足してい
る」などという抽象的判断をグループ化したものであ
る。第５図（ａ）の例では、例えば送風終了時の冷風バ
タフライ弁開度が３０％であれば、全ての人が「炉熱余
裕有り」と判定し、５％であれば「丁度良い」と判定す
る。１５％であれば「炉熱余裕大」と判定する人と「丁
度良い」と判定する人と半分半分であり、あいまいな値
であることを示す。

上記例は、バタフライ弁開度あるいはれんが温度という
単一の観測事象から判断関数を作成したが、この観測事
象を特公昭５５−１４１２２で記述されたれんがの平均
温度から求めた残熱量で代表させてもよいし、特開昭５
５−７９８１４に記述された如くれんが高さ方向の温度
分布から推定した残熱量から判断関数を作成しても構わ
ない。一方、送風温度が低くなってきた場合には、当然
のことながら熱風炉への投入熱量も少なくなり、同時に
れんがの温度が送風終了時には低下する。

熱風炉の蓄熱室れんがは珪石質が主で最も低い部位の温
度がれんがの変態温度（約３００〜４００℃）へ下がる
と熱膨張が生じ、崩壊の恐れが生じる。このため、ある
温度（約４００℃）以上に保持するための燃料投入する
必要がある。同様に蓄熱室れんが５の最上段の部位、
（ドーム温度と呼ばれる）は、送風終了時には９００℃
相当以上必要であり、これより下まわると、次回燃焼時
にはガスの失火の恐れがある。そこで残熱量だけなくれ
んがの燃焼室レベルも考慮する。そこで必要な判断関数
は、 （ｉ）残熱量に関する判断（例えば熱余裕があるとかな
いとか示すもの） （ii）残熱量の変化に関する判断（例えば炉熱が増えて
いるとか減少しているもの） （iii）珪石れんがの継目のれんが温度に関する判断
（例えば炉熱が高いか低いか） （iv）ドーム温度に関する判断（例えば炉熱が高いか低
いか） の４種類について作成する必要がある。

ロ）操作量のルール化 第６図はドーム温度と珪石れんが継目温度を各々３つの
判断関数として構成した操作量ルール図である。すなわ
ちドーム温度を「低い」、「良い」、「高い」とし、珪
石温度を「低い」、「良い」、「高い」の３段階とし、
これらを組合わせて９種類の入熱量と、ガスカロリーの
操作量ルールをそれぞれ作る。第６図中、実線は入熱量
（×１０^６ｋｃａｌ）を示し、破線は燃料ガスカロリー
（ｋｃａｌ／Ｎm³）を示す判断関数を９種類の場合につ
いてそれぞれ図示したものである。

第６図の操作量ルール図から例えば、ドーム温度が高
く、かつ珪石温度が低い場合は操作量３を選択し、ドー
ム温度が低く、かつ珪石温度が高い場合は操作量７を採
用すればよく、ドーム温度と珪石温度の測定から直接に
入熱量とガスカロリーの操作量を設定することができ
る。

例えば操作量３は入熱量を３．８〜９．５×１０^６ｋｃ
ａｌ増加させ、Ｍガスカロリーを０〜２０ｋｃａｌ／Ｎ
m³減少させることを意味する操作である。その操作量は
一義的に決められないので、平均的（万人が平均と判定
する意味で算術平均ではない）には投入熱量は５．７×
１０^６ｋｃａｌ、Ｍガスカロリーは１０ｋｃａｌ／Ｎm³
である分布として与えている。

第７図は冷風バタフライ弁開度に基づく炉熱レベルの残
熱量（炉熱の高、中、低）と前回、前々回の観測事象と
の差から判断する炉熱変化指数（炉熱変化の増、不変、
減）からなる操作量ルール表を示す図である。

例えばドーム温度が今回送風終了時に１０４０℃、前回
送風終了時が１０７０℃、前々回送風終了時の燃焼室が
１１００℃であれば、ドーム温度は経時的に変化してお
り、これを炉熱が減少していると判断する。第７図の見
方は、第６図と同様に例えば炉熱レベルが丁度良く炉熱
変化がなければ操作量１４を採用し、「操作なし」とす
る。また例えば炉熱レベルが高く変化が減少していれば
操作量１６が選択される。操作量１６は投入熱量を−
１．９〜５．７×１０^６ｋｃａｌ減少させることを示し
ている。

ここで第６図、第７図は何れも３つずつ判断関数からな
る９個の操作量を示すルールの表である。このルールの
操作量の数については幾つでも良いが多くなればその判
断の差が不明確になり、計算機処理の負荷も多くなる。
少ないと微妙な作業者の感覚をルールに反映しにくくな
る。人間の判断できる基準で考えれば３×３〜５×５の
ルール作りが好ましい。

ハ）操作量の合成 第８図には前述のドーム温度および珪石れんが継目温度
の残熱量を示す。第８図から、例えばドーム温度が９６
０℃、珪石れんがが継目温度４７０℃であれば、 ドーム温度は「低い」と判定する場合、この該当割
合は０．６ ドーム温度は「良い」と判定する場合、この該当割
合は０．４ 珪石れんが継目温度は「高い」と判定する場合、こ
の該当割合は０．８ 珪石れんがが継目温度は「良い」と判定する場合、
この該当割合は０．２ の４ケースが選定される。これを第６図に対比させて操
作量を選択する。例えば、 （ｉ）ドーム温度「良い」、および珪石れんが継目温度
「良い」から操作量５ （ii）ドーム温度「低い」、および珪石れんが継目温度
「良い」から操作量４ （iii）ドーム温度「良い」、および珪石れんが継目温
度「高い」から操作量８ （iv）ドーム温度「低い」、および珪石れんが継目温度
「高い」から操作量７ を選択する。この４つの操作量を合成する方法を以下に
説明する。選択した操作量は、その該当割合に応じて減
じる必要がある。

すなわち同じ操作量４でもその該当割合が１．０の場合
と上記のように完全に該当しない（１．０より小さい）
場合で異なる。この該当割合はドーム温度が「低い」に
対応する０．６と珪石温度が「良い」に対応する０．２
の２種類あるが低い方を選択する。その結果、 ０．２だけ該当する操作量５と ０．２だけ該当する操作量４と ０．４だけ該当する操作量８と ０．６だけ該当する操作量７と 定義される。

第９図にはこれらの不完全に該当する操作量の分布を示
す。第６図で定義された操作量分布はそのファジイ値
（判断関数に該当する割合）によって破線の部分をカッ
トし山切りされる。

第９図の如く複数からなる操作分布の合成は、その最大
値からなる分布（斜線部）で評価し直し、これを下記
（１）式で求める。

操作量出力Ｃは重みづけ法と呼ばれる方法で、 で算出される。第１０図（ａ）はファジイ値を完全に満
足する場合で上記（１）式の計算による操作量出力Ｃの
値は５．５７９７となり、第１０図（ｂ）はファジイ値
が０．６の場合で上記（１）式の計算による操作量出力
Ｃの値は５．５２４６となる。

第９図の場合、 投入熱量出力（第９図（ａ）） ＝（０＊０−０．９５＊０．２５−１．９＊０．５ −２．８５＊０．６−３．８＊０−５．８＊０．４ −７．６＊０．４−９．５＊０．４−１１．４＊０） ／（０＋０．２５＋０．５＋０．６＋０＋０．４ ＋０．４＋０．４＋０） ＝−４．７＊１０^６ｋｃａｌ 投入ガスロリー（第９図（ｂ）） ＝（１０＊０＋１５＊０．５＋１．７５＊０．６ ＋２０＊０．６＋２５＊０．５＋２７．５＊０．２ ＋３０＊０．２＋３５＊０．２＋３７．５＊０．２ ＋４０＊０）／０＋０．５＋０．６＋０．６ ＋０．５＋０．２＋０．２＋０．２＋０．２＋０） ＝２２．８ｋｃａｌ／Ｎm³ と求められる。

ニ）燃焼ガスの条件設定方法 燃焼に必要な入熱量の算出と平均的なガスカロリーとガ
ス量の計算、これを熱風炉の入熱ガス設定にフィードバ
ックするためには以下のように行う。

前回の投入ガスカロリーが９５０ｋｃａｌ／Ｎm³であれ
ば、今回の平均的な投入ガスカロリーは、 ９５０＋２２．８＝９７２．８ｋｃａｌ／Ｎm³に増加す
ることを示す。

また、前回の投入燃料ガス量実積が１０５＊１０^６ｋｃ
ａｌであり、そのときの送風条件が、 送風量：６１００Ｎm³／分 送風温度：１１００℃ 冷風温度：２００℃ 送風時間：１１５分 今回燃焼時の送風条件が、 送風量：６２００Ｎm³／分 送風温度：１０８０℃ 冷風温度、送風時間が同じであれば以下の式で今回の投
入量を求める。

η＝（前回の投入熱量実績＋投入熱量出力）／ ｛前回の送風量＊（送風温度＊０．３４ −冷風温度＊０．３１）＊送風時間｝…（２） 今回の平均的な投入熱量Ｑは、 Ｑ＝η＊今回の送風量＊（送風温度＊０．３４ −冷風温度＊０．３１）＊送風時間…（３） で求める。

すなわち、 η＝（１０５．０−４．７）＊１０^６ ／｛６１００＊（１１００＊３４ −２００＊０．３１）＊１１５｝ ＝０．４５８ Ｑ＝０．４５８＊｛６２００＊（１０８０＊ ０．３４−２００＊０．３１）＊１１５｝ ＝９９．７２＊１０^６ｋｃａｌ 今、燃焼時間を１１０分とすれば、燃料ガスカロリー９
７２．８ｋｃａｌ／Ｎm³であるから、 Ｑ／１１０分／９７２．８ｋｃａｌ／Ｎm³ ＊６０分 ＝５５９００Ｎm³／ｈ・基 により平均的な燃焼すべき燃料ガス量が求まる。

次に燃焼工程初期のガスカロリー制御とガス量の設定に
ついて詳細に説明する。

燃焼工程初期にＣガス比率を高め、ガスカロリーを強制
的に高くし、れんがを急速昇温させることにより燃焼後
期の熱損失を少なくしようとする制御方法である。

第１１図には、その概念図を示す。燃焼工程初期の最高
フレーム温度（ＭＴＦＴ）は１５５０℃前後にオペレー
ターが設定する。高すぎるとれんがやバーナーが溶け問
題が生じるため設備保護の制約で決定する。

末期のドーム温度を定めるフレーム温度（ＡＴＦＴ）と
ドーム温度（ＤＴ）とフレーム温度の関係は、 ＤＴ＝α（ＡＴＦＴ） が一般的であり炉毎特性により係数αは異なるが、通常
α＝０．９０〜０．９９前後である。

そのため、燃焼末期の目標ドーム温度を定めておけばそ
の炉の実積データをもとにαを求め、フレーム温度を求
めることができる。燃焼開始後ＡＴＦＴに至るまでのフ
レーム温度を制御する時間を定めるＴcusは、燃焼工程
初期という意味で燃焼期の１／４〜１／３程度に設定す
る。

燃焼開始からＴcusまでの燃焼経過時間（Ｔcom≦Ｔcu
s）の初期燃焼中は設定フレーム燃焼室ＳＴＦＴは、 でフレーム温度を求めることができる。一方実際のフレ
ーム温度ＴＦＴは、 但し、 ＨＭ：Ｍガスカロリー（Ｋｃａｌ／Ｎm³） ＲＡＧ：空燃比（Ｎm³−Air／Ｎm³−Mgas） Ｇ：燃焼排ガス量（Ｎm³／Ｎm³−Mgas） ＣＰＡ：空気の定圧比熱 （Ｋｃａｌ／Ｎm³℃） ＹＧ：ユングストローム出口温度（℃） ＣＰＷ：排ガス比熱（Ｋｃａｌ／Ｎm³℃） で求める。初期値としてＭガスのカロリーを与えてお
き、以降は次の（６）式に基いてくりかえし計算しなが
らＴＦＴがＳＴＦＴに一致するようにフィードバック調
整するようになっている。

ＨＭ＝ＨＭ＋ε×（ＳＴＦＴ−ＴＦＴ）…（６） 但し、ε上記収束計算上の１回のカロリー変更量を示
し、小さいと調整するのに計算時間がかかり、大きいと
収束しににく数１０Ｋｃａｌ／Ｎm³に設定している。一
般にはプラントの御性から１分毎〜５分毎程度でＣ送比
率を変更してＭガスカロリーを調整する。第１１図
（ｂ）はこれを例示したものである。Ｍガスカロリー調
整は、例えばＣガス比率を変更してゆく。仮にＣガスが
４５００Ｋｃａｌ／Ｎm³、Ｂガスが７００Ｋｃａｌ／Ｎ
m³の場合に、Ｍガスカロリーが９７３Ｋｃａｌ／Ｎm³で
ある燃焼ガスを製造するには、ガス比率７．１％、Ｂガ
ス比率を９２．９％にすればよい。

一方、この間のＭガス量は、燃焼工程初期のれんが温度
の急速昇温をねらい、バーナの能力限界以内でなるべく
多く、オペレータが設定する。初期はＧｉとする。

次に、Ｔcus以降のガスカロリーとガス量の設定につい
て説明する。

下記（７）式が燃焼期を通して成立する。

上記（７）式の第１項は述のフレーム制御により設定さ
れたガスカロリーの積分和であり、第１１図（ｂ）中の
領域Ｑを示す。右辺のＴは燃焼時間、平均ガスカロリー
は、前述の９７２．８Ｋｃａｌ／Ｎm³を示し、右辺全体
は第１１図（ｂ）中の領Ｒを示す。

また上記（７）式の左辺の第２項は第１１図の領域Ｒの
面積（Ｔcus以降燃焼完了までのガスカロリーの積分
和）を示し、上記（７）式が成立つように最終のＭガス
カロリーＭgas ｆを定める。

制御を簡略化するため、Ｔcus〜Ｔ間のＭガスカロリー
を一定とすれば最終ＭガスカロリーＭgas ｆは以下の
式で求まる。

この（８）式で最終ＭガスカロリーＭgas ｆを求め、
燃焼後半のＣガス比率を設定する。なお、制御システム
の能力に余裕があればＴcus〜Ｔ間のＭガスカロリーを
一定にするのでなく、上記（７）式が成り立つように、
刻々と制御しても構わない。

一方、燃焼工程後半のＭガス量は、以下のように求ま
る。前半、Ｔcusまでの間の累積投入熱量Ｑｉは、 である。また、燃焼期に必要な投入熱量Ｑは前述の９
９．７２×１０^６Ｋｃａｌである。そこで、 Ｑ−Ｑｉ＝Ｍgas ｆ×Ｇｆ ×（Ｔ−Ｔcus） から最終Ｍガス量Ｇｆを設定する。

〔実施例〕

内容積４５００m³の高炉の３基セミパラレル送風熱風炉
において、ドーム温度、珪石れんが継目温度、れんが温
度変化量、冷風バタフライ弁開度の判断関数を作成し
た。第１２図はこの判断関数を示し、第１３図、第１４
図はこの判断関数に基づく操作量ルールを示す図であ
る。

ｉ炉の送風終了時の冷風バタフライ弁の開度が２５％、
れんが温度変化量が＋９℃、珪石境界温度が３８５℃、
ドーム温度が１１３０℃の場合、第１２図の判断関数か
ら、炉熱レベルは余裕大、炉熱変化は変わらず、珪石れ
んが継目温度は適してドーム温度が高いという４つの判
断関数が選択される。

第１３図は、炉熱に関する操作量ルール表で入熱量の変
化を与える。第１４図にはれんが温度に関する操作量ル
ール表で投入ガスカロリーの変化を与える。

上記の場合、操作量２４と操作量３３が選択されること
により、該当割合も完全であるから、出力は投入熱量を
−１．９＊１０^６Ｋｃｌａ減少し、ガスカロリーを−１
６．６Ｋｃａｌ／Ｎm³減少させる操作量となる。

前回の投入ガスカロリーが９２５Ｋｃａｌ／Ｎm³であれ
ば、今回燃焼ガスＫｃａｌは９２５−１６．６＝９０
８．４Ｋｃａｌ／Ｎm³で求められる。

また、前回の投入熱量が１１５＊１０^６Ｋｃａｌの時の
送風条件が 送風量：６００Ｎm³／分 送風温度：１１００℃ 冷風温度：１９０℃ 送風時間：１２０分 今回燃焼時の送風条件が、 送風量：６２００Ｎm³／分 送風温度：１１２０℃ 冷風温度：１９５℃ 送風時間：１２０分 とすれば、（２）、（３）式より、 η＝（１１５．０−１．９．＊１０^６ ／６０００＊１２０＊（１１００℃＊ ０．３４−１９０＊０．３１） ＝０．４９８５ Ｑ＝０．４９８５＊６２００＊１２０＊ （１１２０＊０．３４−１９５＊０．３１） ＝１１８．８＊１０^６Ｋｃａｌ 今、燃焼時間を１１０分とすれば、燃焼ガスカロリー９
０８．４ｋｃａｌ／Ｎm³であるから、平均燃焼ガス量は
７１０００Ｎm³／ｈ・基となる。

さらに第１５図に示すような燃焼工程の初期の燃焼制御
を行うものとする。

即ち、フレーム温度を初期ＭＴＦＴ＝１５５０℃からＡ
ＴＦＴ＝１４００℃まで３０分間で徐々に減少させ、そ
の間の初期ガス量をＧｉ＝８５００Ｎm³／ｈ・基とし
た。その結果、９８５Ｋｃａｌ／Ｎm³から９２５ｋｃａ
ｌ／Ｎm³まで前述の（１）、（２）、（３）式で設定変
更されたとすると、残りの８０分間は、 Ｘ：後半のＭｇａｓカロリー Ｙ：後半のＭｇａｓ量 が成りたち、Ｘ＝８９０．９Ｋｃａｌ／Ｎm³、Ｙ＝６５
０００Ｎm³／ｈ・基で制御された。

次に実施の効果について述べる。

内容積４５００m³の高炉で、設定送風温度８５０℃、設
定送風量６０００Ｎm³／ｍｉｎ、出銑量２１０＊１０^３
トン／月、さらに熱風炉は３基セミパラレル送風という
操業条件下において、本発明を実施したところ次のよう
な効果が得られた。

送風終了時の送風温度調節バタフライ弁（セミパラ
レル送風の場合は混合冷風流量調節弁）開度が第１６図
に示すように、平均値で約１３％、ばらつきで５％（２
σ）減少した。

送風終了時のドーム温度が第１７図に示すように平
均値で約２０℃、ばらつききで１０℃（２σ）減少し
た。ドーム温度の下限管理値は図中Ａで示され、ばらつ
きが減少した分、管理値により近いところ操業すること
ができた。

送風終了時の珪石れんが継目温度は第１８図に示す
ように平均値で約２５℃、ばらつきで１０℃（２σ）減
少した。

燃焼工程終了時の排ガス温度は第２０図に示すよう
に平均値で約２７℃減少した。さらに燃焼工程初期の急
速昇温を実施したものについては、熱効率の改善によっ
て１３℃低減した。

上記〜の効果により、第１９図に示すように、
熱風炉の熱効率は約２％向上し、熱量原単位は約６ｋｃ
ａｌ／ｔ−ｐｉｇ減少した。本効果は直接熱風炉のラン
ニングコスト低下に繋がるものである。

さらに、本発明による定性的な効果として定常操業時
（休風入、休風立ち上げ時を除く）の熱風炉操業を完全
に自動化することができた。従来は１日に数回オペレー
タが経験に基づきマニュアルで設定変更していたが、無
人運転が可能になったことで、オペレータの負荷を大き
く軽減することができた。

〔発明の効果〕

本発明は次の優れた効果を奏する。

（ｉ）従来技術では不可能であった熱風炉の残熱量の調
整とれんがの縦方向の温度分布を考慮した燃焼制御が完
全に可能となった。

（ii）熱風炉の残熱量を精度よく定量化する必要がな
く、判断関数で代替することができ、設定が極めて容易
となった。

（iii）判断関数に対する操作量を直接定めることによ
って相関係数を定めたり変更したりすることが不要にな
った。

（iv）熱風炉の完全自動運転が可能となり、作業員の労
力を減じ、かつ最良の熱効率で操業することが可能とな
った。

（ｖ）燃焼工程初期の急速昇温技術を加味することによ
って、総合的、最適化操業が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱風炉の模式図、第２図は熱風炉の送風温度制
御の説明図、第３図は熱風炉の蓄熱情報に関するデータ
のタイムチャート、第４図は冷風バタフライ弁の動きの
説明図、第５図は観測事象の判断関数のグラフ、第６図
はれんが温度分布に関する操作ルールの説明図、第７図
は蓄熱量に関する操作ルールの説明図、第８図はれんが
温度に関する判断関数のグラフ、第９図は選択された操
作量分布の説明図、第１０図は該当割合によって対応し
た出力変化例の説明図、第１１図はフレーム温度制御の
説明図、第１２図は実施例のドーム温度、珪石温度の判
断関数のグラフ、第１３図は炉熱に関する操作量ルール
の説明図、第１４図はドーム温度、珪石温度に関する操
作量ルールの説明図、第１５図は燃焼中のフレーム温
度、Ｍガスカロリー、ガス量の変化を示す説明図、第１
６図〜第１８図は実施例の効果を示すグラフ、第１９図
はその時間的経過を示すグラフ、第２０図は実施例の効
果を示すグラフである。 １……燃料ガスライン、２……燃焼用空気ライン ３……燃焼室、４……蓄熱室 ５……蓄熱れんが、６……珪石れんが継目 ７……れんが受け、８……煙道 ９……煙道弁、１０……冷風入口 １１……冷風弁、１２……熱風出口 １３……熱風弁、１４……混冷塔 １５……混冷弁、１６……高炉 １７……送風温度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本間 幸治 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社千葉製鉄所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱風炉の操業方法において、燃焼工程を２
   段階に分け、各炉の各燃焼工程初期にはガスカロリーを
   所定のフレーム温度になるように制御すると共に燃焼工
   程初期のガス量を従来のガス量より多く設定して、燃焼
   工程初期のれんが温度上昇を早め、次いで燃焼工程後期
   には、熱風炉の送風終了時の残熱量、該残熱量の変化、
   珪石れんが継目の温度およびドーム温度をあいまい理論
   に基づく２以上の判断関数に変換し、各判断関数に対応
   するそれぞれの操作量を定め、実測に基づき該操作量を
   選択し、該選択した操作量をそれぞれの判断関数に該当
   する割合に応じて合成して合成操作量を決定し、該合成
   操作量と次回目標送風条件に対する必要な供給入熱量を
   組合わせ、供給すべき必要入熱量を各熱風炉ごとに設定
   することを特徴とする熱風炉の操業方法。