JPH11222609A

JPH11222609A - 高炉の炉熱制御方法

Info

Publication number: JPH11222609A
Application number: JP2556098A
Authority: JP
Inventors: Tsukuru Wakai; 造若井; Shigeru Wakita; 茂脇田; Sachikazu Hayasaka; 祥和早坂; Kenji Oya; 憲司大屋
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】溶銑温度を正確に精度良く、時間遅れを抑え
て測定し、この温度情報に基づき炉熱を推論し、そして
炉熱レベルと炉熱推移とを支配する操業要因に補正アク
ションをとり、溶銑温度を調節する高炉の炉熱制御方法
を開発する。【解決手段】出銑口からの噴出溶銑22の温度を光ファ
イバーを利用して測定し(6) 、この温度情報24に基づき
炉熱推定モデル35を用いて炉熱レベル及び炉熱推移を推
定する(36,37) 。推定結果を表示し、操作者が経験則な
いし専門知識を用いて操業要因の補正処置をとる(42)
か、又は炉熱推定モデル35及び炉熱補正モデル45を含む
人工知能41システムを用いて機械的に補正処置をとる。
炉熱推定モデルの炉熱レベル推定の知識ベースには、光
ファイバーによる溶銑温度の測定情報が含まれており、
そして炉熱推移推定の知識ベースには、光ファイバーに
よる溶銑温度の測定情報及び高炉センサーによる測定情
報が含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶銑を製造する
高炉の操業において、炉況の安定化を図るために行なう
炉熱制御の方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉による溶銑の製造においては、炉頂
から鉄原料である鉄鉱石、燃料であるコークス、及び副
原料である石灰石等を装入し、炉下部羽口から熱風を吹
き込んでコークスを燃焼させ、生成したＣＯ主体の還元
性ガスと熱エネルギーとにより鉄鉱石を還元する。こう
して鉄鉱石中の鉄分は溶銑の主成分となり、一方、鉄鉱
石中の脈石やコークス中の灰分は石灰石等と共にスラグ
となり、それぞれ炉下部の出銑口及び出滓口から定期的
に排出される。このように高炉の炉内では、原料と還元
性ガスとの高温反応プロセスにより溶銑が製造されるの
で、物質収支及び熱収支バランスを保ちつつ定常状態を
維持することが特に重要であり、炉況の安定を維持する
ことは高炉操業上強く望まれる。

【０００３】このように、高炉の炉況を安定して維持す
るためには、良好な炉熱制御を行なうことが必須条件で
ある。高炉の炉熱は、炉熱レベルと炉熱推移とに分けら
れ、炉内反応等の炉内状況を反映する情報として最も重
視されるものの一つである。そして、炉熱レベルと炉熱
推移は、本来、溶銑の温度に顕著に現れる。従って、溶
銑温度を正確に且つ精度良く、時間遅れを小さくして測
定し、この測温情報に基づき炉熱を制御し、溶銑温度を
目標とするレベルに正確に精度よく調節することは、高
炉操業の安定化を図り、そして燃料原単位の低減、生産
性の向上及び溶銑の品質向上を図るためには極めて重要
である。

【０００４】これに対して従来、高炉の炉熱は、出銑後
の溶銑温度で炉熱レベルを評価し、高炉に配置された各
種のセンサーからの情報で炉熱推移を評価し、これを推
論している。

【０００５】（１）炉熱レベル一般に、高炉の出銑では溶銑が出銑口から噴出し、そし
て長さが２０ｍ程度もある長い出銑樋を通りスキンマに
流入する。従来、溶銑温度の測定位置と方法は、スキン
マで溶銑とスラグとを比重差によりスラグを溶銑上に浮
上分離させた後に、溶銑流の温度を測定する方法が採ら
れている。そして、測温にはイマージョン型熱電対温度
計が用いられている。ところで、上記出銑樋の内面には
不定型耐火物で施工された湯道が構築されている。従っ
て、出銑された溶銑は、上記出銑樋を通過する途中で出
銑樋への熱伝導と大気への熱放射とによる抜熱によりそ
の温度が低下する。また、出銑中の出銑口は、溶銑滓に
より損耗されてその孔径が拡大するので、出銑時間の経
過につれて出銑速度が変化する。

【０００６】このように、スキンマ部で測定される溶銑
温度は、出銑樋での溶銑からの抜熱と出銑速度（ｔ／ｍ
ｉｎ）の変化との影響を受けて、出銑開始から終了まで
の間に大きく変化する。通常は出銑初期に低く、次第に
上昇して出銑末期に最高温度に達する。従来、この最高
温度が溶銑温度として採用されている。

【０００７】高炉では、通常、炉内での溶銑生成速度よ
りも出銑速度の方が若干速くなるように操業する。従っ
て、所定の出銑口からの出銑は、１回当たり３〜４時間
程度で終え、出銑口を閉塞し、そして以後溶銑が生成し
て再び当該出銑口付近に溶銑が溜まるまで待って行な
う。但し、この待っている間に、他の出銑口を開口して
同様に出銑する。通常は、炉体の反対側にある他の出銑
口から、同じく１回当たり３〜４時間程度の時間をかけ
て出銑をする。上記他の出銑口からの出銑中に、上記所
定の出銑口に設けられた出銑樋の温度は低下するので、
次回の出銑時の溶銑温度をスキンマ部で測定すると、前
回と同様、出銑初期に低温で末期に最高温度になるとい
う推移をたどる。しかしながら、こうして測定された出
銑中の溶銑温度の推移は一定せず、後に図８に示すよう
に、その温度推移は出銑（タップ）毎に大きく変動す
る。

【０００８】図８に、従来法による溶銑温度の測定結果
例を示す。同図は、最高温度の実績が１５００〜１５１
０℃であった出銑のみを収集したものであり、１回の出
銑で８〜１２回の溶銑測温をしている。これからもわか
るように、従来の溶銑温度測定方法では、最高温度が同
じレベルに属する場合同士でも、第１回目の測定温度に
大きなバラツキがあり、そして、初期から末期の最高温
度到達までの昇温パターンが一定していない。従って、
各出銑において、第１回目の温度測定値から最高温度を
推定することが困難であるばかりか、第２回目以後の途
中での温度測定値から最高温度を推定することも容易で
ない。

【０００９】また、不定型耐火物で築造されている出銑
樋の湯道は出銑滓流により損耗するので、通常２〜３週
間毎に取り替えられる。このような出銑樋補修後の最初
の出銑時には、溶銑樋の顕熱が小さくなっているので、
溶銑から出銑樋への抜熱が一層大きい。こうして、出銑
樋築造後初回の出銑時の溶銑温度の測定では、初期測定
値の低下量が更に大きくなる。

【００１０】従来のスキンマ部溶銑温度の測定による
と、出銑開始からの経過時間と共に溶銑温度は上昇し、
末期に最高温度になるという推移をたどるが、上記理由
により、この温度上昇曲線は出銑毎でかなり大きく変動
する。

【００１１】出銑初期のスキンマでの溶銑温度は炉内の
溶銑温度からの低下が大きく、また精度も劣り、スキン
マでの溶銑温度が出銑温度に近づき安定するのにはかな
り長時間かかる。更に、多数の操業データによりスキン
マでの測定値を補正しても、炉内溶銑温度を正確に推定
することが困難である。また、時間遅れの少ない状態で
それを把握することも困難である。

【００１２】上記理由により、従来の溶銑温度の測定方
法では炉熱レベルを評価し得る溶銑温度の頻度は、１回
当たりの所要時間である３〜４時間に１点のデータが得
られるだけである。従って、炉熱の評価をする手段とし
ては問題がある。

【００１３】（２）炉熱推移各出銑毎での上述した溶銑温度の推移パターンは一定せ
ず、パターンのバラツキが大きいこと、また、スキンマ
部での測定時刻の溶銑温度情報では、炉熱推移を推定す
るためには時間遅れを伴っているので、炉熱制御アクシ
ョンが遅れる。このように、従来の測定方法による溶銑
温度だけの情報では、高炉操業に対するアクションが遅
れるので、炉況の安定した操業をすることはできない。
そこで、このアクション遅れを防止するために、通常、
各種センサーからの情報を炉熱推移の推定に活用してい
る。ここで、センサーの代表例として、高炉羽口近傍に
埋め込まれた熱電対からなる羽口埋込みセンサーや炉頂
排ガスセンサー等がある。これは、羽口近傍の炉体の温
度や炉頂排ガスの成分組成を測定することにより、炉熱
の変化を迅速なタイミングで検出し、炉熱の推移を時間
遅れなく測定しようとするものである。

【００１４】この羽口埋込みセンサーで測定された温度
（以下、羽口埋込み温度という）の絶対値は溶銑温度に
比較してはるかに低いが、他のセンサー値との共同情報
により、早期に且つ連続的に炉熱情報を得ることができ
るので、炉熱推移を推定するために羽口埋込みセンサー
は不可欠とされている。また、センサーの種類により程
度の差はあるが、炉熱レベルの推定にも有効であるとさ
れえいる。

【００１５】図９に、Ａタップ、Ｂタップ及びＣタップ
の連続する３回の出銑期間中における、従来法による溶
銑温度の測定結果と、羽口埋込み温度の測定結果との対
応例を示す。同図中、羽口埋込み温度曲線上のＰ₁、Ｐ
₂及びＰ₃の各点が表わす温度に基づく炉熱情報は、溶
銑温度測定曲線上においては、Ｐ₁’、Ｐ₂’及び
Ｐ ₃’の各点が表わす温度に基づく炉熱情報に対応して
反映されるべきである。即ち、上昇傾向の推移を示した
羽口埋込み温度は本来、一定時間経過後の溶銑温度に上
昇傾向となって現れるのであり、従来法による溶銑温度
測定値への反映にはこのように時間遅れを伴なうという
問題がある。しかも、従来法による溶銑温度の測定方法
で得られる温度曲線では、通常は各タップの末期になら
ないと溶銑温度が正確に測定されず、中間時点には測定
温度は常に上昇傾向を示すので、従来法による溶銑温度
の測定結果では上昇傾向にあるのか下降傾向にあるの
か、炉熱の推移を判断することはできない。そこで、炉
熱の推移を推定する手段として従来は、各種炉体センセ
ーにより得られた温度情報を採用している。

【００１６】（３）従来の炉熱制御方法炉熱制御を行なうには、溶銑温度の測定値情報や各種セ
ンサー値情報と、これらを利用した炉熱推定モデルと、
及び炉熱推定モデルで推定された炉熱から最適な制御項
目とその操作量を決める炉熱補正モデルとが必要であ
る。従来行なわれている炉熱制御方法の例を、上記図９
に示した従来法による溶銑温度の測定結果と、センサー
として羽口埋込み熱電対を使用した羽口埋込み温度の測
定結果との対応例を用いて説明する。但し、現時点はＢ
タップの終了時点にあるものと想定する。

【００１７】下記方法により、炉熱レベルと炉熱推移と
を決定し、それぞれが属するランクを求めて炉熱を推論
し、次いでアクション補正ルールに基づきアクションを
とる。

【００１８】現在の炉熱レベルを次のようにして決定
する。過去の操業実績データより、各種のセンサーによ
る計測情報（例えば、羽口埋込み温度や炉頂排ガス分析
値と、当該タップにおけるスキンマ部での溶銑温度測定
値の最大値との相関関係を、統計的手法、例えばメンバ
ーシップ関数を用いて求めておく。この相関関係によ
り、各センサー値が与えられると溶銑の最高温度、即
ち、各炉熱レベルが推定される。そこで、センサー値と
炉熱レベルとの相関関係に基づき、今回得られた各セン
サー値を用いてそれぞれに対応する炉熱レベルを推定す
る。例えば、羽口埋め込みセンサーについては、図９の
Ｐ₁点の時点におけるセンサー値から炉熱レベルを推定
する。

【００１９】同様に、過去の操業実績データより、タッ
プの第１回目及びタップの中間時点に測定されたスキン
マ部での溶銑温度測定値と当該タップの最高溶銑温度と
の相関関係を予め求めておく。この関係を用いて、今回
測定された溶銑温度、例えば図９のＰ₁’点の時点にお
ける溶銑温度の測定値から炉熱レベルを推定する。

【００２０】以上のようにして推定された各炉熱レベル
に対して、所定の重み付けを行ない、こうして得られた
値を現在の炉熱レベルとみなす。そして、炉熱レベルの
目標値が属する温度区分を中央にして、いくつかのラン
クを予め設けておき、現在の炉熱レベルがどのランクに
属するかを求める。

【００２１】現在の炉熱推移は次のようにして決定す
る。各センサーの内、羽口埋込みセンサーについては、
図９のＱ₁点からＱ₂点までの温度の傾きを統計的手法
で求める。同様に他のセンサーについてもこれに準じて
温度の傾きを求める。そして、各センサー毎に予め定め
られた重み付けを行なって、炉熱推移を推定する。炉熱
推移は、傾きが０（零）の傾き区分を中央にして、いく
つかのランクを予め設けておき、現在の傾きがどのラン
クに属するかを求める。

【００２２】上記及びで求められた炉熱のレベル
ランク及び推移ランクを用いて、予め定められた炉熱の
レベルランクと推移ランクとのマトリックス（即ち、ア
クションマトリックス）上の該当する位置を求め、現在
の炉熱を推論する。

【００２３】次いで、上記で推論された現在の炉熱に
対する補正を、現在の炉熱がアクションマトリックスの
どの位置に該当するかに応じて行なう。アクションは、
予め定めた炉熱補正モデルから得られたアクション補正
ルールに基づき行なう。アクション補正ルールは、専門
家の経験則を主体に構成されており、一義的に定めるこ
とはできない。アクション補正の操業要因としては、羽
口送風中の蒸気吹込み量が代表的なものであり、アクシ
ョン量は当該高炉における固有の操業条件、特に使用原
料及び原料装入条件等により変り、一義的には決められ
ない。

【００２４】修正された炉熱推定モデルとして、例えば
特公平７−２６１２７号公報には、溶銑温度測定値及び
センサー値情報から、炉熱レベル及び炉熱推移を推定す
る方法において確信度を導入し、溶銑温度から推定され
る炉熱レベル又は炉熱推移と、センサー値情報と、確信
度とを３軸とした３次元関数を用いて推論する方法が開
示されている。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
高炉炉熱制御においては次の問題がある。溶銑温度をス
キンマ部で測定しているので、上述した理由により、正
確な炉熱レベルとしてはタップ末期に顕われる溶銑最高
温度を採用しざるを得ない。即ち、各タップの末期にな
らないと正確な溶銑温度がわからないので、３〜４時間
程度に１回しか信頼性の高い炉熱レベルデータを入手で
きない。従って、炉熱レベルの推定精度が低下する。

【００２６】更に、タップ中間時期の溶銑温度測定値の
信頼性が低いので、炉熱推移を補正するためのデータと
して使用することができない。また、炉熱レベル推定用
の信頼性の高いデータの入手頻度が少ないので、炉熱推
移を補正するためのデータとしては時間遅れが大きくな
る。従って、炉熱推移を補正するためのデータとしても
従来の溶銑温度測定値の変動を使用することはできな
い。

【００２７】一方、高炉操業において従来用いられてい
る炉熱制御を目的とした各種のセンサー値、例えば、羽
口埋込み温度、炉頂ガス分析値及び多数箇所のシャフト
温度等からは、例えば、羽口埋込み温度については前述
したように、炉熱レベルとしても亦、炉熱推移として
も、上記最高溶銑温度情報よりも優れた信頼性のある情
報は得られない。

【００２８】以上から、期待される高炉の炉熱制御を行
なうためには、従来よりも信頼性が高く時間遅れの発生
しない炉熱に関する温度情報が必要である。本発明者等
はこのような温度情報を得るために、炉熱レベル及び炉
熱推移に関する温度情報のいずれをも、従来よりも格段
に正確で精度よく、且つ時間遅れなく得るためには、溶
銑温度をそのように測定することができる方法を開発す
べきであるとの方針を決定した。

【００２９】従って、この発明の課題は、溶銑温度を正
確に精度良く、しかも時間遅れを抑えて測定し、こうし
て得られた温度情報に基づき炉熱を推論し、そしてこの
推論に基づき炉熱レベルと炉熱推移とを支配する操業要
因に対して補正アクションをとり、溶銑温度を制御する
ことにより高炉の炉熱を制御する方法を開発する。

【００３０】かくして、この発明の目的は、従来得られ
なかった程度の炉況安定化を実現することにより、高炉
操業条件の外乱等に対応できる操業をし、生産性の向上
と安定化、溶銑製造コストの低減、及び安定的低シリコ
ン溶銑の製造等を可能とする高炉の炉熱制御方法を提供
することにある。なお、ここで、高炉操業条件の外乱と
は原料品質の変動や原料装入分布の変更等を指し、また
低シリコン溶銑とは、溶銑中のＳｉ濃度が０．３０wt.%
以下の溶銑を指すものとする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上述した観点から、高炉
の炉熱制御方法を開発すべく鋭意研究を重ねた。本発明
者等は、溶銑温度を正確に精度良く、時間遅れをできる
だけ短くし、連続的に測定することが可能な方法が必要
であると考えた。そのような方法として、出銑時に出銑
口から噴出する溶銑を、その温度降下が発生しない内に
安定して測定することが可能な新しい方法を研究した。
その結果、それは金属管で被覆された光ファイバーの利
用方法を工夫して実現できること、即ち、光ファイバー
を金属管で補強し剛性を持たせ、被測定溶銑流の状態に
応じて適切に設計されたワイヤー状の光センサーユニッ
トを用いて溶銑温度を測定することにより達成できるこ
とを知見した。

【００３２】更に、上記新しい溶銑測定方法による温度
情報で各種センサー値情報をバックアップすることによ
り、炉熱推移を一層精度よく推定することができること
を知見した。

【００３３】この発明は上記知見に基づきなされたもの
であり、請求項１記載の高炉の炉熱制御方法は、出銑口
から出銑中の溶銑の温度を金属管で被覆された光ファイ
バーを利用して測定し、こうして得られた温度情報に基
づき、高炉操業における経験則及び／又は専門知識を用
いて作成された炉熱推定モデルを用いて炉熱レベル及び
炉熱推移を推定し、その各推定結果を表示手段で表示
し、そして操作者が上記炉熱に関する各推定結果に基づ
き、高炉操業における経験則及び／又は専門知識を用い
て高炉の操業要因の補正処置をとることにより溶銑温度
を制御することに特徴を有するものである。

【００３４】請求項２記載の高炉の炉熱制御方法は、出
銑口から出銑中の溶銑の温度を金属管で被覆された光フ
ァイバーを利用して測定し、下記（イ）及び（ロ）の工
程を含む人工知能システムを用いて自動的に、高炉の操
業要因の補正処置をとることにより溶銑温度を制御する
ことに特徴を有するものである。ここで、工程（イ）及
び（ロ）は次の通りである：（イ）前記溶銑温度の測定情報に基づき、高炉操業にお
ける経験則及び／又は専門知識を用いて作成された炉熱
推定モデルを用いて炉熱レベル及び炉熱推移を推定す
る。

【００３５】（ロ）前記炉熱に関する各推定結果に基づ
き、高炉操業における経験則及び／又は専門知識を用い
て作成された高炉の操業要因に対する炉熱補正モデルを
用いて、高炉の操業要因の補正処置を実行する。

【００３６】請求項３記載の高炉の炉熱制御方法は、請
求項１又は２記載の発明の方法において、上記炉熱推定
モデルとして、炉熱レベル推定の知識ベースには、光フ
ァイバーによる溶銑温度の測定情報が含まれており、そ
して、炉熱推移推定の知識ベースには、光ファイバーに
よる溶銑温度の測定情報及び高炉センサーによる測定情
報が含まれているものを用いることに特徴を有するもの
である。

【００３７】請求項４記載の高炉の炉熱制御方法は、請
求項１から３の内いずれか一つに記載された発明におい
て、光ファイバーを用いて測定する溶銑として、出銑口
から出銑樋に落下するまでの間にある噴出流を対象とす
ることに特徴を有するものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を説
明する。この発明による高炉の炉熱制御方法は、出銑口
から出銑された溶銑の温度を測定し、得られた温度情報
に基づき高炉操業の操作者が高炉の操業要因に補正を加
えるアクションをとるか、又は、得られた温度情報に基
づき人工知能システムを用いて高炉の操業要因に補正を
加えるアクションをとる工程を基本とするものである。

【００３９】この発明の最大の特徴は、溶銑温度の測定
位置とその測定方法にある。炉熱レベルを代表すると考
えられる溶銑温度を測定する位置としては、炉内溶銑温
度に最も近い位置である、出銑中に出銑口から噴出する
溶銑を対象とするのが望ましい。しかしながら、このよ
うな激しい流動を伴なう溶銑の温度を正確に安定した状
態で連続的に測定するのは困難であったが、金属管で被
覆された光ファイバーをそのような溶銑流に挿入し、光
ファイバーの先端から入射した溶銑の放射光を検出する
ことによりその困難を解消した。

【００４０】図１に、この発明の実施において使用する
測温装置の構成例の概要図を示す。同図において、１は
高炉出銑口、２は溶銑流、３は放射温度計、そして６は
ワイヤー状の光センサーユニットであり、１０はその送
り出し機構である。

【００４１】高炉出銑口１から噴出する溶銑流２に対し
て、光センサーユニット６を挿入する。図２に、この光
センサーユニット６の構造例の概略横断面図を示す。こ
こで、７は光ファイバー、８は金属製内管、そして９は
金属製外管である。光ファイバー７は金属製内管８及び
金属製外管９で外側を被覆されている。このような二重
構造のワイヤー状の光センサーユニット６を構成してい
る。このように光ファイバー７を金属製管で被覆するこ
とにより、光ファイバー７が溶銑流の高温下での動圧に
より折れないようにすると共に、高温環境での溶融損耗
速度を低下させることができる。

【００４２】光センサーユニット６は溶銑流２により減
耗するので、図１に示したように光センサーユニット６
は回転ドラム１１に巻かれて供給源とされ、温度測定
中、所要の供給速度で送り出される。光センサーユニッ
ト６の送り出しは、ピンチロール１２により速度制御装
置１３及び送り出し速度検出器１４でその供給速度を調
節する、送り出し機構１０で行なわれる。一方、光セン
サーユニット６を溶銑流２内部に正確に挿入するための
機構、及び、光センサーユニット６が溶銑流２から弾き
出されないようにこれを保持するための機構が設けられ
ている。即ち、光センサーユニット６は、溶銑流２に挿
入される直前までガイドパイプ１５の中を滑るように通
って送給される。ガイドパイプ１５は先端ガイド１６及
び支持枠１７に固定されている。光センサーユニット６
の先端を溶銑流２内部に命中させるために、先端ガイド
１５の保持位置を駆動装置１８、駆動制御装置１９及び
物体検出装置２０、及び支持枠１７で位置決めし、誘導
する。

【００４３】こうして、光センサーユニット６の先端が
溶銑流２の中に正確に挿入されると、光ファイバー７に
その先端から溶銑流２中の放射光が入射し、その他端に
接続された回転式光コネクターを経て放射温度計３に到
達し、ここで放射光は温度に変換され、温度記録計２１
に溶銑流２の温度が記録される。こうして、溶銑温度を
殆んど時間遅れなしに、しかも正確且つ精度良く測定す
ることができる。

【００４４】上記方法で得られた溶銑温度情報に加え
て、各種センサー（即ち、高炉センサー、炉体センサ
ー）値情報としての羽口埋込み温度、炉頂ガス温度、炉
頂排ガス分析値、並びに、溶銑中Ｓｉ濃度及び溶銑中Ｓ
濃度等の計測情報を収集する。こうして得られた各種情
報を用いて炉熱を推論し、これを制御する。

【００４５】図３に、本発明の炉熱制御のフローチャー
トを示す。これを用いて本発明の炉熱制御方法の例を説
明する。高炉の出銑口噴流溶銑（２２）に光ファイバーを内装
した光センサーユニット（６）を所定時間挿入し、温度
測定（２３）をして溶銑温度情報（２４）を得る。溶銑
温度の測定は連続的に行ない、１タップの出銑時間約３
〜４時間の間を２０分間隔で区分し、一区間の平均値を
当該区間の代表溶銑温度とみなし、これをこの区間の溶
銑レベル（２５）とする。また、直前の区間から当該区
間への溶銑温度の変動を、当該区間の溶銑温度推移（２
６）とする。

【００４６】一方、各種炉体センサー（２７）で所定
の特性値を計測して（２８）、センサー情報（２９）を
得る。測定対象及び測定頻度の態様はサンサーの種類に
より異なる。例えば、羽口埋込みセンサーでは、羽口近
くの炉体に埋め込んだ熱電対で毎分１回の羽口埋込み温
度を得る。こうして各センサー情報に基づき、羽口埋込
み温度推移（３０）、炉頂ガス温度推移（３１）、炉頂
ガス分析値推移（３２）、溶銑Ｓｉ濃度推移（３３）及
び溶銑Ｓ濃度推移（３４）が得られる。

【００４７】図４の（ａ）に溶銑温度の測定結果例を
示し、そして（ｂ）に羽口埋込み温度の測定結果例を示
す。この発明の溶銑温度の測定方法によれば、出銑初期
から末期まで、溶銑温度の測定値は±５℃の範囲内に入
っている。予め、高炉操業の経験則及び／又は専門知識
を用いて高炉の炉熱推定モデル（３５）を作成してお
く。上記及びにおいて得られた温度レベルや温度推
移等に基づき、上記炉熱推定モデル（３５）を用いて、
炉熱レベル推定（３６）及び炉熱推移推定（３７）をす
る。上記及びにおいて得られた温度レベルや温度推
移等に基づき、高炉操業の経験則及び／又は専門知識を
用いて作成された高炉の炉熱推定モデル（３５）を用い
て、炉熱レベル推定（３６）及び炉熱推移推定（３７）
をする。

【００４８】次いで、上記各推定結果に基づき、同じ
く炉熱推定モデル（３５）を用いて、アクションマトリ
ックス（３８）を作成する。アクションマトリックス
は、炉熱レベルと炉熱推移の推定結果により、炉熱の現
在レベルを評価すると共に、将来炉熱がどのように推移
するかを推定し、目標とする炉熱レベルに近づけ、それ
に維持するための判断基準とするものの一態様である。（−ａ）炉熱レベルの推定：溶銑温度の測定は、出銑
口からの噴流溶銑を対象とするので、炉内溶銑の温度が
ほぼそのままあらわれると考えられる。しかも、測定デ
ータの信頼性が高く、連続的の計測できるので測定間隔
も短くすることができる。従って、ここで得られた溶銑
温度レベルを炉熱レベルとみなしても十分、正確で且つ
精度がよい。そこで、こうして得られた溶銑温度を現在
の炉熱レベルとして採用する。（−ｂ）炉熱推移の推定：各センサーデータより求め
られる推移に、予めセンサー毎に設定された重み付けを
考慮し、各センサーデータを統合して炉熱推移を求め、
次いで、これを上述した溶銑温度レベルの推移で補正し
て、今後の炉熱推移とする。このように、各センサーデ
ータを炉熱推移の規準とするのは、各センサーデータ値
の方が炉熱変化をより早期に検出するからである。（−ｃ）こうして得られた現在の炉熱レベル及び炉熱
推移の推定に基づき、現在の炉熱レベル及び炉熱推移に
ランクを付与する。炉熱レベルのランク設定は、、例え
ば、溶銑温度を１０℃刻みで一ランクとし、目標炉熱レ
ベルを含むランクを中心に上下に３つずつのランクを設
け、計７ランクとする。炉熱推移のランク設定は、例え
ば、炉熱の傾きが１０℃／分刻みで一ランクとし、傾き
＝０を含むランクを中心に上下に２つずつのランクを設
け、計５ランクとする。（−ｄ）こうして作成されたアクションマトリックス
（３８）中に、現在の炉熱レベルと炉熱推移とをもつ炉
熱状態の該当位置を求める。

【００４９】次いで、アクションマトリックス中の該
当位置で評価された現在の炉熱を、目標炉熱に制御する
ために、高炉の操業要因に対して補正処置をとる。この
補正処置は、アクションマトリックス情報を表示手段
（３９）で表示し、表示手段で表示された情報に基づき
操作者（４０）が行なう場合と、人工知能システム（４
９）にアクションマトリックス情報を取り込み、機械化
により自動的に行なう場合とに分ける。

【００５０】上記において、操作者が補正処置をす
る場合は、高炉操業における経験則及び／又は専門知識
（４１）を活用し、処置（アクション）対象の操業要因
（４３）及びアクション量（４４）を決定する（４
２）。一方、人工知能システムにより機械的に補正処置
をする場合は、高炉操業における経験則及び／又は専門
知識を用いて予め作成された炉熱補正モデル（４５）に
したがって計算機（４６）により、アクション対象の操
業要因（４３’）及びアクション量（４４’）を決定す
る（４７）。こうして決定された補正アクションを実行
することにより（４８）、溶銑温度を目標値に維持する
制御をし、かくして炉熱を制御する。

【００５１】主要な炉熱支配因子として、熱風中の湿
分、熱風温度、ＰＣ比（微粉炭吹込み比率）、及びコー
クス比（装入コークス比）等があるが、溶銑温度の調節
には、熱風中の湿分を調整するのが便利である。溶銑温
度を上げるときは、蒸気添加量を減らせばよい。

【００５２】

【実施例】次に、この発明を実施例によって更に詳細に
説明する。図１に示した溶銑温度測定装置を用い、図２
に示した構造の溶銑温度測定用光センサーユニットを用
いて、本発明の炉熱制御方法により高炉を操業した。炉
熱制御のフローは、図３に示した通りである。

【００５３】光センサーユニット６は、直径１２５μｍ
の石英ガラス製光ファイバー１の素線を、外径１．２ｍ
ｍ、内径０．８ｍｍの肉厚０．２ｍｍのステンレス製被
覆管（内管）、及び、外径３．６ｍｍ、内径３．０ｍｍ
の肉厚０．３ｍｍのステンレス製被覆管（外管）で覆っ
た二重構造のワイヤー状のものである。これを内径６ｍ
ｍ、外径１０ｍｍのガイドパイプ１５の中を滑走させな
がら、出銑中の噴出溶銑流８に挿入した。光センサーユ
ニット６の供給速度を４００ｍｍ／秒に設定した。温度
測定１回当たりの時間を約１０〜２０秒とし、この間の
温度を連続測定した。出銑時間は１タップ当たり３〜４
時間であり、この間８〜１０回程度溶銑流８の温度を測
定した。溶銑温度の目標値を１５０５℃とし、熱風中の
湿分を調節して溶銑温度を制御した。

【００５４】（試験結果−１）：図５に、上記実施例に
おける出銑３回分の溶銑温度の測定値、溶銑中Ｓｉ濃
度、及び熱風中湿分の添加量の経時変化を示す。溶銑温
度が安定して低く制御されているので、溶銑中Ｓｉ濃度
は０．１５〜０．２１wt.%の範囲内にあり、平均で０．
１８wt.%という、安定して低シリコン溶銑が製造され
た。

【００５５】一方、従来法の溶銑温度制御方法として、
スキンマにおいてイマージョン式温度計で溶銑温度を測
定し、この測定値に基づき、溶銑温度の設定目標値１５
０５℃に制御するように、熱風中の湿分を調節した。

【００５６】図６に、上記従来法における出銑４回分の
スキンマにおける溶銑温度の測定値、溶銑中Ｓｉ濃度、
及び熱風中湿分の添加量の経時変化を示す。従来法にお
いては、溶銑中Ｓｉ濃度が大きく変動しており、低シリ
コン溶銑を安定して製造することはできなかった。溶銑
中Ｓｉ濃度は０．１０〜０．３０wt.%の間で変動してい
る。従って、真の溶銑温度は上下に大きく変動していた
ことがわかる。

【００５７】（試験結果−２）：上記実施例の方法によ
り炉熱制御した、出銑７回分の操業試験、及び、溶銑温
度をスキンマ部で測定して炉熱制御した、同じく出銑７
回分の操業試を行なった。そして図７に、本発明法にお
ける溶銑温度の測定値と、従来法における溶銑温度の測
定値との対応関係を、出銑初期におけるデータ（図中の
○印）と、従来法における溶銑温度の測定値が当該出銑
後期以降の最高温度に近い値を示す時期のデータ（図中
の●印）とに層別して示す。

【００５８】上記試験結果より、また下記事項が明らか
である。従来の高炉操業における炉熱制御方法では、出
銑温度を迅速に、正確に精度良く推定することが困難で
あるから、炉熱の異常低下により発生する操業トラブル
を未然に防止するために、出銑温度の管理規準を実際に
必要な温度水準よりも高く設定し、炉熱を安全サイドの
高目の水準に制御している。溶銑温度をこのように高め
に管理すると、燃料としてのコークス使用量を多くしな
ければならずコークス比が高くなるという問題等があ
る。

【００５９】また、溶銑温度が高いほど、下記反応式で
示されるＳｉの溶銑中への移行反応：（ＳｉＯ₂）＋２〔Ｃ〕→〔Ｓｉ〕＋２ＣＯ ----------------- （１）ＳｉＯ＋〔Ｃ〕→〔Ｓｉ〕＋ＣＯ ----------------- （２）但し、（１）式：スラグ−メタル間反応による溶銑中へのＳｉ
の移行反応（２）式：ＳｉＯガスを介しての溶銑中へのＳｉの移行
反応が進行して溶銑中のＳｉ濃度が高くなる。そして、溶銑
中のＳｉ濃度が高くなるほど、次工程の製鋼工程におけ
る原料溶銑の精錬において、媒溶剤としての石灰を多量
に消費し、製鋼スラグ量の増加によりＦｅ歩留が低下
し、また製鋼スラグの発生量が増加するという問題につ
ながる。

【００６０】これに対して、本発明の炉熱制御方法によ
れば、炉熱を安定して制御することができるので、溶銑
温度の管理基準を実際に必要な目標温度水準まで下げる
ことができる。従って、余分なコークスを使用する必要
がなくなる。また、溶銑温度が低下した状態に制御する
ことができるので溶銑中Ｓｉ濃度も、０．１５〜０．２
１wt.%の範囲内というように低く、安定させることがで
きる。また、炉熱の異常低下による操業トラブルの発生
も防止することができる。

【００６１】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
炉熱を安定して制御することができる。従って、炉況の
安定化が促進され、溶銑製造コストが下がる。また、溶
銑温度を狭い範囲内に制御することができるので、溶銑
温度の管理目標値を低く設定することができる。これに
伴い低シリコン溶銑を安定して製造することができる。
更に、炉熱の異常低下による操業トラブルの発生も防止
される。このような高炉の操業方法を提供することがで
き、工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の実施において使用する溶銑温度
測定装置の構成例の概要図である。

【図２】本発明の方法において溶銑温度の測定に使用す
る光センサーユニットの構造例の概略横断面図を示す。

【図３】本発明の方法による炉熱制御のフローチャート
である。

【図４】本発明の方法で測定した溶銑温度及び羽口埋込
み温度の測定結果の例である。

【図５】本発明法における溶銑温度の測定値、溶銑中Ｓ
ｉ濃度、及び熱風中湿分の添加量の経時変化を示すグラ
フである。

【図６】従来法における溶銑温度の測定値、溶銑中Ｓｉ
濃度、及び熱風中湿分の添加量の経時変化を示すグラフ
である。

【図７】出銑初期と後期以降とで層別した場合の、本発
明法における溶銑温度の測定値と、従来法における溶銑
温度の測定値との対応関係を示すグラフである。

【図８】従来法による溶銑温度測定値の推移を示すグラ
フである。

【図９】従来法による連続３回の出銑期間中における溶
銑温度と羽口埋込み温度との測定結果の対応例を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１出銑口２溶銑流３放射温度計６ワイヤー状の光センサーユニット７光ファイバー８金属製内管９金属製外管１０送り出し機構１１回転ドラム１２ピンチロール１３速度制御装置１４速度検出器１５ガイドパイプ１６先端ガイド１７支持枠１８駆動装置１９駆動制御装置２０物体検出装置２１温度記録計２２出銑口噴流溶銑２３温度測定２４溶銑温度情報２５溶銑温度レベル２６溶銑温度推移２７各種炉体センサー２８計測２９センサー情報３０羽口吹込み温度推移３１炉頂ガス温度推移３２炉頂ガス分析値推移３３溶銑Ｓｉ濃度推移３４溶銑Ｓ濃度推移３５炉熱推定モデル３６炉熱レベル推定３７炉熱推定推定３８アクションマトリックス３９表示手段４０操作者４１経験則・専門知識４２アクション補正判断４３、４３’ 対象操業要因４４、４４’ アクション量４５炉熱補正モデル４６計算機４７アクション補正判断４８実行４９人工知能Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃ 出銑直後測定値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大屋憲司東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高炉の炉熱を制御する方法において、出
銑口から出銑中の溶銑の温度を金属管で被覆された光フ
ァイバーを利用して測定し、こうして得られた温度情報
に基づき、高炉操業における経験則及び／又は専門知識
を用いて作成された炉熱推定モデルを用いて炉熱レベル
及び炉熱推移を推定し、こうして推定された結果を表示
手段で表示し、そして操作者が前記炉熱に関する各判定
結果に基づき、高炉操業における経験則及び／又は専門
知識を用いて高炉の操業要因の補正処置をとることによ
り溶銑温度を制御することを特徴とする、高炉の炉熱制
御方法。
【請求項２】高炉の炉熱を制御する方法において、出
銑口から出銑中の溶銑の温度を金属管で被覆された光フ
ァイバーを利用して測定し、下記（イ）及び（ロ）の工
程を含む人工知能システムを用いて自動的に、高炉の操
業要因の補正処置をとることにより溶銑温度を制御する
ことを特徴とする、高炉の炉熱制御方法。（イ）前記溶銑温度の測定情報に基づき、高炉操業にお
ける経験則及び／又は専門知識を用いて作成された炉熱
推定モデルを用いて炉熱レベル及び炉熱推移を推定す
る。（ロ）前記炉熱に関する推定結果に基づき、高炉操業に
おける経験則及び／又は専門知識を用いて作成された高
炉の操業要因を補正処置する炉熱補正モデルを用いて、
高炉の操業要因の補正処置を実行する。
【請求項３】前記炉熱推定モデルは、前記炉熱レベル
推定の知識ベースには、前記光ファイバーによる溶銑温
度の測定情報が含まれており、そして、前記炉熱推移推
定の知識ベースには、前記光ファイバーによる溶銑温度
の測定情報及び高炉センサーによる測定情報が含まれて
いるものであることを特徴とする、請求項１又は２記載
の高炉の炉熱制御方法。
【請求項４】前記高炉の出銑口から出銑中の前記溶銑
は、当該出銑口から出銑樋に落下するまでの間にある噴
出流であることを特徴とする、請求項１から３の内いず
れか一つに記載された高炉の炉熱制御方法。