JPH0835878A

JPH0835878A - 原料投入装置

Info

Publication number: JPH0835878A
Application number: JP17091094A
Authority: JP
Inventors: Norio Hirayama; 憲雄平山
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】適切な投入速度制御の可能な原料投入装置を
提供する。【構成】原料投入装置１は原料を秤量する秤量ホッパ
１１と、ホッパスケール１１の下部に設けられた投入ホ
ッパ１２と、投入ホッパ１２の下部に設けられた投入フ
ィーダ１３と、投入フィーダ１３の下部に設けられた投
入ゲート１４とを、ホッパスケール１１〜投入ゲート１
４を制御する制御部１５とを含む。制御部１５はホッパ
スケール１１の秤量値と投入ホッパ１２のレベルとの関
係を示す検量線を作成する検量線作成部２１を含む。原
料投入装置１はこの検量線を用いて投入フィーダ１３が
投入する原料を制御するため、実際に投入された原料の
量がリアルタイムで把握できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はホッパスケールとレベ
ル計または秤量計を有する排出ホッパまたは投入ホッパ
を有する原料投入装置に関し、特に投入量を正確に把握
できる原料投入装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来産業界において原料の切出し、投入
を行なうのに原料の切出し、投入設備が用いられてい
た。このような原料の切出し、投入設備のうち、原料を
備蓄するホッパと切出す原料を秤量する秤量ホッパと秤
量済原料を備蓄して投入速度を制御する設備において投
入ホッパのレベル計としてロードセル等の荷重量を計測
する計測装置を配置した設備がある。なおここで投入速
度とは、原料の単位時間当りの投入量をいう。

【０００３】秤量ホッパは、ホッパスケールとして工業
取引用計器の精度維持管理下に置かれる。一方投入ホッ
パに配置されたレベル計としては、荷重センサとしてホ
ッパスケールと同じロードセルを用いているものがあ
る。このようなレベル計はホッパスケールと同様分銅に
よる計器の較正方法を用いて精度管理される。

【０００４】投入速度制御を行なう投入ホッパの投入ゲ
ート下部には、投入フィーダ等の投入速度を制御する機
器が配置され、レベル計の信号は速度制御演算を行なう
調節計や、ＤＤＣ（direct digital control）の速度調
節演算を行なうソフトウェアに入力され、ＰＩＤなどの
計算を施した後、投入フィーダ等の電気機器の速度制御
回路に出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、秤量ホッパ
から投入ホッパに排出された原料のすべてが投入ホッパ
から排出されないこともある。このときは、秤量ホッパ
の秤量値を投入量として計上すると製品成分の計算値と
実際の成分値に狂いが生じる。

【０００６】一方で、鉄鋼業における原料は鉄鉱石やス
ケール等の粒度や嵩比重の異なる重量物が一般的で、そ
のために投入速度を精密に制御しようとする考えはなか
った。そのため、実際に製品の製造のために投入された
原料の量が正確に把握できず、製品成分がばらついてコ
ンピュータによる生産設備の自動運転が困難であるとと
もに材料コストの抑制が困難であるという問題点があっ
た。

【０００７】さらに、従来の原料投入装置においては、
投入完了判定は投入ホッパのレベルが前もって設定して
ある「空」判定値より低いか否かで判断し、投入フィー
ダの停止や投入ゲートの閉制御を行なっていた。この方
法の欠点は、投入ホッパ内に原料が固着して残留してし
まう量の過多により設定値を逐次変更しなければならな
いという点である。また一方で、ある投入時点でこのよ
うな棚付き現象が起こった場合、投入フィーダは永遠に
起動し続けて、オペレータの非常介入なしには止めるこ
とができないという問題があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、原料の投入量を正確に把握し、
製品のばらつきを抑え、生産設備の自動運転が可能で、
オペレータの介入が少なくて済む原料投入装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る原料投入装置は、原料を秤量する所定の精度を有する
秤量ホッパと、秤量ホッパの下流に設けられ、原料を一
時貯留する投入ホッパを含む。投入ホッパはその貯蔵量
を所定の精度で検出する手段を有する。装置はさらに、
投入ホッパの下流に設けられた原料供給装置と、秤量ホ
ッパによる原料の秤量値と投入ホッパの貯蔵量との関係
を示す検量線を作成する手段とを含み、検量線に裏付け
られた投入ホッパのレベルに基づいて原料供給装置の供
給量を制御する手段を含む。

【００１０】請求項２に係る原料投入装置においては、
請求項１の原料供給装置の供給量を制御する手段は、供
給量の最小供給速度を設定する手段を含み、原料投入装
置は、原料供給装置の供給速度が最小供給速度以下にな
ったときは、投入ホッパ内の原料の堆積の有無を判定す
る。

【００１１】

【作用】この発明の請求項１に係る原料投入装置におい
ては、秤量ホッパの秤量値と投入ホッパの実際の投入量
との関係を示す検量線に裏付けられた投入ホッパレベル
に基づいて原料の投入量が制御されるため、実際に投入
された原料の量がリアルタイムで把握できる。

【００１２】請求項２に係る原料投入装置においては、
最小供給速度が設定され、供給速度が設定された最小値
よりも小さくなると投入ホッパ内の堆積の有無が自動的
に判定される。

【００１３】

【実施例】以下この発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１はこの発明に係る原料投入装置の模式図であ
る。図１を参照して、原料投入装置１は原料を秤量する
ための秤量ホッパ１１と、秤量ホッパ１１の下部に設け
られ、排出ゲート１１ａから排出された秤量済の原料を
一時貯留するための投入ホッパ１２と、投入ホッパ１２
の下部に設けられ原料を投入ゲート１４へ供給する投入
フィーダ１３と、投入フィーダの下部に設けられ原料を
製造設備へ投入する投入ゲート１４とを含む。秤量ホッ
パ１１〜投入ゲート１４は制御部１５によって制御され
ている。制御部１５は後に説明する検量線を作成する検
量線作成部２１と、投入実績データを収集する実績収集
部２２と、投入速度制御を行なう投入速度制御部２３と
を含む。

【００１４】次に検量線の作成方法について説明する。
まず検量線について説明する。検量線とは投入ホッパ１
２内の原料の重量Ｗ_Tと秤量ホッパ１１の実際の秤量値
Ｗ_Hとの関係を示す線であり図２のように表わされる。

【００１５】図３は原料の流れとその原料の秤量等の関
係を示す図である。図３を参照して具体的な原料の流れ
について説明する。まず原料は（Ａ）に示す切出し工程
において前工程から秤量ホッパ１１に搬入される。ここ
で秤量ホッパ１１で秤量値Ｗ _Hiが計量される。秤量が完
了した後排出ゲート１１ａのゲートが開かれて原料は
（Ｂ）に示す排出工程で投入ホッパ１２に供給される。
投入ホッパ１２はレベル計を有しており、そのレベル計
は荷重センサとしてホッパスケールと同じロードセルを
用いている。この状態から原料は少しずつ投入フィーダ
１３によって後工程へ投入されていく。そして（Ｃ）に
示すように投入ホッパ１２からの原料が後工程へすべて
排出される。

【００１６】次に検量線の具体的な求め方について説明
する。投入ホッパの検量線を求める目的は、秤量ホッパ
１１での原料秤量値が秤量ホッパ１１の検定に用いられ
た分銅と同等の精度を再現していると仮定して、秤量後
の原料が投入ホッパ１２に投入されたとき、投入ホッパ
１２のレベル計が示すレベル値は秤量ホッパ１１の秤量
値と同じはずであるため、秤量ホッパ１１の示す値と投
入ホッパ１２が示す値の関係を求めれば投入ホッパのレ
ベルを用いて原料の実際の投入量を知ることができるた
めである。

【００１７】検量線は具体的には次の式で求められる。Ｗ_Hi：（Ｗ_Ti−Ｗ_T0i）→１／ａｉ＝Ｗ_Hi／（Ｗ_Ti−Ｗ_T0i） …（１）ここでＷ_Hiは秤量ホッパ１１の秤量値を表わし、Ｗ_Tiは
投入ホッパの排出後のレベル（後風袋）を表わし、Ｗ
_T0iは投入ホッパ１２への排出前レベル（前風袋）を表
わす。なお、ここでａは定数を表わす。

【００１８】ここでＷ_Ti−Ｗ_T0iを計算しているのは、
Ｗ_Tiは投入ホッパ１２への排出後のレベルであるところ
の後風袋に対応し（図３（Ｂ）参照）、Ｗ_T0iは投入ホ
ッパ１２への原料の排出前レベル（前風袋（図３（Ａ）
参照）であるため、後風袋−前風袋がホッパスケール１
１の秤量値に等しいと考えられるためである。また、実
際の投入を繰り返していると図３（Ｄ）の１５に示すよ
うに投入ホッパ１２に原料が固着する場合がある。この
ような固着した原料を補正するためにも上記した「後風
袋」−「前風袋」の計算は意味を持つ。

【００１９】一方、投入ホッパ１２に投入する前の前風
袋Ｗ_Toiはホッパスケール１１と投入ホッパ１２の線形
関係からのずれを表わすため、このずれｂｉは次の式で
表わされる。

【００２０】ｂｉ＝Ｗ_T0i …（２）以上の式を組合わせると次の式で検量線が表わされる。

【００２１】Ｗ_T＝ａ・Ｗ_H＋ｂ …（３）ここでＷ_Tは投入ホッパ１２への排出後の原料の重量で
あり、Ｗ_Hはホッパスケール１１の秤量値である。

【００２２】検量線の作成は秤量ホッパ１１で秤量完了
後投入ホッパ１２に排出する時点で実施するものとす
る。また、投入ホッパ１２のレベル計の計器誤差はゼロ
点ドリフト（計器のゼロ点が変わること）およびスパン
ドリフト（計器の信号の傾斜が変わること）からなるも
のとし、計器のフルスパンにわたる電圧または電流変換
特性が線形性を維持しているものとする。

【００２３】以上のような条件の下で上記のようにして
定数ａ，ｂを求めるが、偏りのない値を得るために偶数
のサンプルをとり、最小自乗法や平均値により値を決定
する。

【００２４】式（１）、式（２）を用いてｉをｉ＝１〜
４まで変化させ、４回分の秤量ホッパ１１の秤量値と投
入ホッパ１２のレベルを用いて以下の式を計算する。

【００２５】

【数１】

【００２６】ここでサンプリング数ｉを４としたのは４
回の切出し結果で十分精度を達成でき、プラントの変動
に即時対応できることがわかったためである。

【００２７】経験上スパンドリフトが大きく変動するこ
とがない場合は、式（３）で求めた検量線を以下の方法
で求めることもできる。

【００２８】Ｗ_Hi＝（Ｗ_Ti−Ｗ_T0i）・ｋｉ …（６）Ｗ_T＝Ａ・Ｗ_H …（７）図４はこの発明に係る原料投入装置の制御部１５の詳細
を示すブロック図である。図４を参照して検量線作成部
２１は秤量ホッパ１１の荷重センサ２１０からの秤量信
号を入力する秤量信号入力部２１１と、秤量信号と投入
ホッパ１２のレベル計２２０からの信号ならびに秤量ホ
ッパ１１下部の排出ゲート１１ａからの信号を受けて投
入ホッパ１２の前風袋を算出する投入ホッパ前風袋処理
部２１２と、秤量ホッパ１１の排出ゲート１１ａを開閉
することによって秤量完了後の排出処理を行なう秤量完
了排出処理部２１３と、秤量ホッパ１１の排出ゲート１
１ａからの信号を受けて投入ホッパ１２の後風袋を検知
する投入ホッパ後風袋処理部２１４と、投入ホッパ１２
の前風袋、後風袋および秤量ホッパ１１の秤量信号を受
けて検量線を作成する検量線解析処理部２１５とを含
む。

【００２９】実績収集部２２は、投入ホッパ１２のレベ
ル計２２０からの信号を受けて投入ホッパ１２のレベル
を検知する投入ホッパレベル検知部２２１と、投入ホッ
パ１２のレベルおよび検量線解析処理部２１５からの検
量線データを受けて秤量値の補正を行なう秤量値補正処
理部２２２と、投入ホッパ１２内の在庫量を計算する在
庫量計算部２２３と、投入ホッパのレベルから投入量の
実績データを収集する投入量実績収集部２２４と、検量
線解析処理部２１５からの検量線データを受けて投入ホ
ッパ１２の風袋補正を行なう風袋補正計算部２２５とを
含む。

【００３０】投入速度制御部２３は、投入フィーダ１３
のオンオフを行なう起動停止回路２３１と、在庫量計算
部２２３からのデータを受けて投入速度計算および異常
監視を行なう投入速度計算異常監視部２３２と、投入量
実績収集部２２４からのデータを受けて投入予定量およ
び時間を演算する投入予定量時間計算部２３３と、投入
予定量をもとに投入速度を設定する投入速度設定部２３
４と、設定された投入速度と投入速度計算部２３２から
のデータに基づいて投入速度の制御演算を行なう投入速
度制御演算部２３５と、投入速度演算制御部２３５から
のデータを受けて投入フィーダ１３の駆動に適した非線
形データを出力する非線形変換器２３６と、投入フィー
ダ１３の速度を制御する投入フィーダ速度制御回路２３
７と、投入ゲート１４を開閉を制御する投入ゲート開閉
制御回路２３８と、投入ゲート開閉制御回路２３８の信
号を受けて原料の投入開始、終了を判定する投入開始終
了判定回路２３９とを含む。投入開始終了判定信号は風
袋補正計算部２２５に与えらる。また、検量線解析処理
部２１５からのデータは投入開始部２４０を経て投入予
定量・時間計算部２３３に与えられる。

【００３１】次に実績収集部２２の動作について説明す
る。０．２秒〜０．２５秒ごとに４回投入ホッパ１２の
レベルを読取り、その（０．８秒〜１．０秒の）平均値
を求める。そして投入フィーダ１３の起動から停止に状
態が遷移した時点でその積分値を投入量として実績収集
する。

【００３２】次に投入速度制御について説明する。まず
投入速度の計算について説明する。投入ホッパ１２のレ
ベルの読出周期（スキャン周期：０．２秒〜０．２５
秒）ごとに求められるミクロな投入量から投入速度を求
めることができる。具体的には次の式で演算する。

【００３３】ｄＷ／ｄＴ＝Ｗ_T（ｉ＋１）−Ｗ_T（ｉ）［トン／分］ …（８）投入速度の実績値は投入ホッパ１２や投入フィーダ１３
の状態監視、投入完了の判定に用いる。

【００３４】次に投入速度制御部２３の動作について説
明する。投入速度制御部２３では投入異常監視と投入量
のデータ収集を行なう。

【００３５】図５は投入フィーダ１３のオンオフと、そ
の投入速度（トン／分）、投入ゲート１４の開度および
投入中の実績収集のそれぞれの状態を示すタイミングチ
ャートである。図５を参照して、投入フィーダ１３の停
止時に実績収集が行なわれる。またその間投入ゲート１
４は開いたままである。秤量ホッパ１１からの原料の排
出時に作成された検量線はその後の投入作業で投入中の
投入ホッパ１２のレベルを投入量に換算するために使わ
れる。投入速度は上記した方法により演算され図のよう
なデータで表わされる。投入速度の演算の基となる投入
ホッパのレベルは実際には図６に示すように細かく変動
している。投入ホッパ１２のレベル計の信号を２００〜
２５０ｍ秒ごとに４回読取る（信号をスキャンする）。
そして微小な時間での投入ホッパ１２の投入量変化量を
把握し、図６に示すような微少変化による誤差を平滑す
るための読込（スキャン）で投入中の投入ホッパ１２の
レベルの平均値を求める。

【００３６】次に投入フィーダ１３が起動中の状態監視
について説明する。図７は状態監視の内容を説明するた
めのフローチャートである。図７を参照して、投入フィ
ーダ１３が起動中の状態監視においては、まず上記した
式８で得られたデータを積分し、平均値を算出して平滑
した投入速度を計算する（ステップＳ１１、以下ステッ
プを略す）。このような平滑した投入速度を判定に用い
るのは、投入ホッパ１２の振動等による誤判定を防止す
るためである。次に投入速度の下限を監視する（Ｓ１
２）。下限以下の場合は投入ホッパ１２のレベルが所定
値以上であるか否かをもとに投入ホッパ１２の空判定を
行なう（Ｓ１５）。ここで判定値以下であると正常な原
料の投入による投入が完了したとして投入フィーダ１３
を停止する（Ｓ１６）。投入ホッパ１２のレベルが空判
定値以下でないときは、投入ホッパ１２に棚付きが発生
していると判断し、投入フィーダ１３を強制停止する
（Ｓ１７）。そして風袋の取込みを行ない、投入ホッパ
１２の空判定値を更新して棚付き量に応じて警報を発す
る（Ｓ１８）。

【００３７】Ｓ１２で投入速度が下限以上で正常である
場合は投入速度の上限を監視する（Ｓ１３）。上限以上
の場合は投入フィーダ１３の異常またはレベル計の異常
が発生しているとして投入フィーダ１３を強制停止する
（Ｓ１９）。Ｓ１３で投入速度の上限が正常であると判
断されたときは、異常監視機能ルーチンから抜ける（Ｓ
１４）。

【００３８】以上のように、投入実績を収集するスキャ
ン周期で投入速度を監視し、投入ホッパ１２のレベルを
監視することにより、投入ホッパ１２への棚付き現象、
投入フィーダ１３の故障、投入完了状態、レベル計故障
が判定できる。その結果、操業の異常を引起こすことを
防止できる。

【００３９】次に実際の投入データについて説明する。
図８および図９は６トンの秤量ホッパ１１を用いた場合
の投入ホッパ１２の分割投入量の実績値を示すデータを
示す図である。図８（Ａ）は転炉の炉修後の棚付きがな
い場合のデータであり、（Ｂ）は梅雨期の棚付きがある
場合のデータであり、図９は炉修直後の棚付きがない場
合で投入速度制御を行なわない場合のデータである。図
８（Ａ）、（Ｂ）を参照して、鉄鉱石を設定量５６００
キログラムとした場合に５回に分けて分割投入をしたと
き、それぞれ誤差は０．４１％と０．８７％となり非常
に小さい誤差となる。この分割投入速度の制御精度は、
分割投入量の実績収集精度に影響を与えるため、小さい
方が好ましい。なお、図中に示す各フィーダの起動回数
は図５の投入フィーダの起動に対応しており（但し、図
５ではフィーダ起動時間は一定していない）、各起動後
の実績収集時に得られた投入ホッパ１２のレベルから図
中の分割投入実績値が求められる。また、この実施例に
おいては、事前に分割投入制御方式と制御パラメータの
調整は十分に行なわれているものとする。

【００４０】一方図９を参照して、投入速度制御を行な
わない場合は誤差は１％を超えている。以上のように、
分割投入速度制御を行なえばその制御を行なわない場合
に比べて誤差を低い値に保つことができる。

【００４１】このように投入ホッパ１２への棚付き量を
考慮した状態で投入速度制御を行なえば溶鋼の成分や温
度の予測が容易になり、吹錬的中率向上が可能になる。
これは、従来のように棚付き量を制御しないとたとえば
梅雨期において投入ホッパ１２内に蓄積された原料があ
る時期に崩壊して一度に炉内に落下し吹錬の異常反応を
引き起こすということが防げられるためである。

【００４２】また、上記実施例によれば、分割投入ごと
に正確な投入量を把握できるため、転炉の吹錬反応を精
密に予測する物質収集モデル等の演算も可能になる。

【００４３】以上のほかにもいろいろと実験を行なった
が、その結果達成できる精度は従来のホッパスケール秤
量値に対する２〜１０％に対して最大０．２％まで向上
できる。この絶対精度０．２％を得るためには、ホッパ
スケール１１の精度維持管理方法が重要となる。たとえ
ばホッパスケールの自動検定装置等による高頻度の検定
作業が必要となる。

【００４４】この実施例においては検量線を実操業でリ
アルタイムに作成できる、すなわち操業中に特別の検定
操作をしなくても作成できることにより、操業停止時に
しかできなかった多くの工数のかかる検定作業が合理化
できる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
秤量ホッパの秤量値と投入ホッパの実際の投入量との関
係を示す検量線に裏付けられた投入ホッパレベルに基づ
いて原料の投入量が制御されるため、実際に投入された
原料の量がリアルタイムで把握できる。その結果、適切
な投入速度制御の可能な原料投入装置が提供できるとい
う効果がある。

【００４６】請求項２の発明によれば、原料供給装置の
最小供給速度が設定され、供給速度が最小供給速度より
も小さくなると投入ホッパ内の堆積の有無が自動的に判
定される。その結果、操業中に堆積に伴なうオペレータ
ーの非常の介入が生じない原料投入装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る原料投入装置の模式図である。

【図２】検量線を示す図である。

【図３】原料投入装置の動作を示す図である。

【図４】原料投入装置の制御部の構成を示すブロック図
である。

【図５】投入フィーダ、投入速度、投入ゲートおよび投
入中の実績収集を示すタイミングチャートである。

【図６】投入ホッパのレベルの時間的変動を示す図であ
る。

【図７】投入フィーダが起動中の状態監視を示すフロー
チャートである。

【図８】分割投入量の実績値を示す図である。

【図９】分割投入量の実績値を示す図である。

【符号の説明】

１原料投入装置１１秤量ホッパ１２投入ホッパ１３投入フィーダ１４投入ゲート２１検量線作成部２２実績収集部２３投入速度制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料を秤量する所定の精度を有する秤量
ホッパと、前記秤量ホッパの下流に設けられ、前記原料を一時貯留
する投入ホッパとを含み、前記投入ホッパはその貯蔵量
を前記所定の精度で検出する手段を有し、前記投入ホッパの下流に設けられた原料供給装置をさら
に含み、前記秤量ホッパによる原料の秤量値と前記投入ホッパの
貯蔵量との関係を示す検量線を作成する手段と、前記検量線に裏付けられた前記投入ホッパの貯蔵量に基
づいて前記原料供給装置の供給量を制御する手段とを含
む、原料投入装置。
【請求項２】前記原料供給装置の供給量を制御する手
段は、前記供給量の最小供給速度を設定する手段を含
み、前記原料投入装置は、前記原料供給装置の供給速度が前
記最小供給速度以下になったときは、前記投入ホッパ内
の原料の堆積の有無を判定する、請求項１に記載の原料
投入装置。