JPS5846527B2 - 転炉廃ガス処理装置における炉口圧制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、酸素転炉の如き転炉の廃ガス処理装置にお
ける炉口圧制御方法ｌこ関するものである。

先ず第１図を参照して転炉廃ガス処理装置の構成の概要
を説明する。

転炉１の中に屑鉄と溶けた銑鉄２を入れた後、ランス３
を通しで高モ酸素を吹きつけで精錬（吹錬という）を行
ない。

吹錬終了後、転炉１を傾けで出鋼する。

この吹錬の際。ランス３から吹き込まれた酸素ジェット
は溶けた銑鉄のＣと反応し、ＣＯに富む大量の廃ガスを
発生する。

一方、酸素ジェットと鋼浴の衝突面は非常に高温になり
、鋼浴のＦｅが気化するため多量の酸化鉄粉も発生する
。

従って廃ガス処理装置としでは、大量、高幅の廃ガスを
冷却する設備と集塵する設備に分けられる。

上述のようにしで発生した高温、多塵の大量の廃ガスは
、誘引送風機１０により吸引されて煙道内を流れるわけ
であるが。

その際１例えば冷却水管群から成るガス冷却器１におい
で冷却された後、１次集塵器６において粗いダストの補
集がなされ、続く２次集塵器８において微細なダストの
最終集塵がなされ、かくして除塵清浄化された廃ガスは
、燃料として有用なものであるから誘引送風機１０を経
て１図示せざるガスホルダなどに回収される。

所で転炉１においては、吹錬の中期には大量の廃ガスを
発生するが。

その初期や末期ｌこおいては発生量は少ない。

また吹錬中におい５て、副原料を投入したり、ランス３
から吹きつける酸素の量を変えても廃ガスの発生量は変
動する。

このような廃ガス発生量の変動によりフード５内のガス
圧も変動する。

ガス圧が高まれば転炉１の炉口とスカート４の間の隙間
からＣＯガスが吹き出し作業現場の環境を汚染する。

またフード５内のガス圧が低くなりすぎると、前記隙間
から大量の空気が吸い込まれてＣＯガスという有価ガス
の無駄な燃焼が生じたりするので。

フード５内のガス圧（以下、炉口圧ということもある）
が適当な範囲に収まるよう廃ガスの流量制御が行なわれ
ている。

すなわちフード５内のガス圧を炉口圧発信器１１により
検出して調節計１２へ送り、調節計１２では、予め設定
されている炉口圧設定値と比較しで、その差が零になる
ように操作出力信号をダンパ操作器１３に送り２次ダン
パ９の開閉動作をＰｉミツイードバック御することが従
来から行なわれていたわけである。

しかし近年の転炉の操業は、高溶銑操業に対処するため
。

溶鋼の温度調整を目的として吹錬途中で多量の鉄鉱石（
副原料）を冷却材として連続的に投入することが行なわ
れている。

その結果、第２図において実線イで示すように炉内発生
ガス量が急激に増加する。

これｌこ対し２次ダンパ９の開閉動作がうまく追随して
廃ガス流量を点線口で示したように制御することができ
れば理想的であるが、実際には制御系における信号（ガ
ス圧）の検出遅れや伝達遅れ或いはダンパの動作遅れな
どのために上述のような理想的追随はできず、一点鎖線
ハで示したような廃ガス流量制御を行なう。

そのため斜線領域二においては、炉内発生ガス量が廃ガ
ス流量を上回る結果、スカート４と炉口の隙間からガス
が吹き出しで環境を汚染する。

また鉄鉱石の投入終了後しばらくすると、今度は炉内ガ
ス発生量が急激に減少し、ダンパの動作がこれに追随で
きないため、斜線領域ホでは廃ガス流量が理想的な廃ガ
ス流量（曲線口）を上回る結果、隙間から炉内へ余剰空
気が流入し、このため本来燃料として回収されるべきＣ
Ｏガスが燃焼する結果となる。

そこで炉内発生ガス量の急激な変動１こ対する廃ガス流
量の制御性を高めるために、調節計１２のＰｉパラメー
タを大きくすると、炉内圧の長周期の変動１こ重畳され
る短周期の炉内圧変動（バッフィングノイズと呼ばれる
）を拾っでそれに応動する結果、２次ダンパ９の開閉動
作が不必要に頻繁になり炉口圧に悪い結果をもたらす。

なお第３図は炉内圧の変動状況を示す経時変化説明図で
、実線で示した曲線へか本来の炉圧変動であって比較的
長周期であるのに対し１点線のトがバッフィングノイズ
を示す。

以上の次第で従来は、炉内Ｅこ鉄鉱石を投入するときは
、炉内発生ガス量の急激な立ち上りが予見されるので、
操作員が調節計１２においで炉内圧の設定値を手動で変
更しで対処するというのが実状であった。

このような実状を改善するために、吹錬条件（送酸量、
溶銑装入量、鉄鉱石投入パターン等）によって炉内発生
ガス量を予測し、この予測量に廃ガス吸引量を近似させ
る制御方法が提案（特開昭５３−１１１０号公報参照）
されたが、この方法では、炉内発生ガス量の予測精度が
制御の効果に大きな影響をもつため、精度の良い予測モ
デル（式の集合）が必要となる。

しかし、吹錬状態にある転炉内は複雑かつ不規則に変動
するので、炉内発生ガス量を精度良く推定できる高度の
モデルを得ることは困難な実状にある。

この発明は、上述のような従来の技術的背景のもとにな
されたものであり、従ってこの発明の目的は、炉内発生
ガス量の高精度の予測を要することなしに、鉄鉱石投入
など１こよる急激な炉内発生ガス量の変動に良く追随し
て炉口圧を一定に制御できる炉口上制御方法を提供する
ことにある。

この発明の概要は次のとおりである。

転炉廃ガス処理装置において、演算制御装置による所定
の演算結果に基づき、廃ガス流量制御手段（例えばダン
パ）へ制御量（例えばダンパ開度）を指示して廃ガス流
量を制御することにより炉口圧を一定に制御する炉口圧
制御方法であって、炉口圧の時間的推移を示すサンプル
計測値と、炉内発生ガス量の時間的推移を示すサンプル
測定値と、廃ガス流量制御手段の動作の応答遅れを表わ
す無駄時間中において演算制御装置から該制御手段へ指
示された制御量のサンプル値、の三つのうちの炉口圧サ
ンプル計測値と他の二つの倒れか一方または双方を用い
て前記演算制御装置が所定の演算を行なうようにした炉
口圧制御方法である。

次に図を参照してこの発明の一実施例を詳しく。

説明する。

第４図はこの発明を説明するために必要な構成概要図で
ある。

同図において、フード５内のガス圧は炉口圧発信器１１
により検出され上意装置１４へ送られて記憶される。

フード内ガス圧の検出は１例えば０．２秒に１回という
ような割合でサンプリング的に行なわれ、そのサンプル
値が順次記憶装置１４に記憶される。

また炉口圧発信器１１により検出されたガス圧は積分器
１５（こおいて積分される。

また１次集塵器６の手前１こ廃ガス分析計１６を備える
と共に、廃ガス流量測定用ベンチュリ１１により検出し
た差圧から廃ガス流量を測定する廃ガス流量発信器１８
を設ける。

廃ガス分析結果と測定された廃ガス流量値とは演算装置
１９へ送られ、そこで炉内発生ガス量の演算が行なわれ
る。

演算結果は順次記憶装置２０１こ記憶される。２２は演
算制御装置であり、所定の演算を行なった後、ダンパ操
作器１３へ、２次ダンパ９の開度を指示する制御信号を
送出する。

ダンパ操作器１３は、制御信号を受けで２次ダンパ９の
開度を制御するが、同時ｌこ受けた制御信号の開度指示
量を記憶装置２１へ送って記憶させる。

さて、演算制御装置２２では、記憶装置１４からのフー
ド内ガス匡サンプル値と積分器１５からのガス玉積分値
と記憶装置２０からの炉内発生ガス量サンプル値と記憶
装置２１からの開度指示量サンプル値に基づき０次に説
明する如き演算を行なって制御信号をダンパ操作器１３
へ出力する。

今、廃ガス流量を制御する２次ダンパ９の動特ＬＳ 性が、伝達関数 ｅ ／（１＋Ｔ Ｓ）で近似され
、また炉口圧制御プロセスの動特性が、伝達関数 Ｋ／
１＋Ｔ Ｓ）で近似されるものとする。

ここて、Ｌは、ダンパが制御信号を受けてから実際ｌこ
動作を開始するまでの動作遅れ時間を表わす無駄時間で
あり、Ｔ はダンパの制御信号に対する時定数であり、
ＴＰはフード内ガス匡のダンパ開度に対する時定数であ
り、には炉口圧制御プロセスのゲインである。

このとき１時刻ｋにおけるダンパ制御信号（演算制御装
置２２からの出力信号）Ｕ（ｋ）は次の（１）式により
計算される。

ここｌとおいて−ｐｏ（ｋ）は時刻ｋｌこおける炉口圧
（フード内ガス圧）であり−ｐｏ（ｋｌ）は時刻により
ｌサンプリング時間だけ前に計測された炉口圧であり、
記憶装置１４から演算制御装置２２へに 送られる量である。

、Σ ｐｏ（ｉ）は、炉口圧ｐ。１ ＝ −ｏ。

の過去から時刻ｋに至るまでの積分値であり、積分器１
５から演算制御装置２２へ送られる量である。

ム ｆＯ（ｋ）は１時刻ｋにおける炉内発生ガス量測定値へ であり、 ｆ□（ｋ ｉ）は時刻により１サンプリ
ング時間だけ前に測定された値であり、記憶装置２０か
ら送られてくるものである。

なお測定と云っても、廃ガス分析結果と廃ガス流量とか
ら演算により求められるもので、直接的な測定ではなく
間接的な測定であることは云うまでもない。

Ｕ（ｋ−１）は１時刻により１サンプリング時間だけ前
におけるダンパ制御信号であり、Ｕ（ｋ−ｅ）は時刻に
よりｌサンプリング時間だけ前におけるダンパ制御信号
である。

またｌは、ダンパの無駄時間をサンプリング間隔で割っ
た数である。

無駄時間が１秒で、サンプリング間隔が０．２秒とする
とｌは５となる。

Ｕ（に一１）乃至Ｕ（ｋ−６−１）は記憶装置２１から
送られてくるものである。

ｇｌ乃至ｇｏ ＋、ｇはそれぞれ係数である。

上記（１）式においで、第１行目は炉口圧ｐ。

のフィードバック制御を意味し、第２行目は炉内発生ガ
ス量の炉口圧ｌこ対するフィードフォワード制御を意味
し、第３行目は操作端であるダンパの無駄時間を考慮し
た制御を意味する。

係数ｇｌ乃至ｇ６＋１は、ダンパの時定数Ｔ。

、プロセカ力時定数ＴＰ１プロセスのゲインに、ダンパ
の無駄時間りが判明すれば自動制御における最適制御理
論から計算されるものである。

演算装置１９においで、廃ガス分析データと廃ガス流量
とから炉内発生ガス量を算出するのｔご用いる式は次の
（２）式である。

ｆｃ７＝ｆＸ（Ｃ０％−＋−Ｃ０２％＋Ｈ２１）’）／
１００”＜２）但し、ｆは廃ガス流量、Ｃ０％は廃ガス
中の一酸化炭素の濃度％、ＣＯ２％は同じく二酸化炭素
の濃度％、 Ｈ２％は水素濃度多を示す。

上記の（２）式においては、Ｃ０％、ＣＯ２％およびＨ
２％をガス分析計１６にて分析する際、分析結果が出る
までの時間遅れが１０秒前後もあり、ガス分析の対象と
なった廃ガスとベンチュリ１１において流量測定の対象
となった廃ガスとが必ずしも一致しない等の理由１こよ
り、算出された炉内発生ガス量には１発生ガス量１こ変
動があった場合、その変動分の１５φ程度の誤差が本発
明者等の検討によれば見込まれる。

予測された炉内発生ガス量に廃ガス吸引量を近似させる
という従来の提案【こかかる制御法では１発生ガス量の
予測に上述のような大きな誤差があったのでは、高精度
の制御は望めないが、この発明では、炉口圧のフィード
バッグ制御が同時に行なわれるため、上述のようなガス
発生量の測定誤差があってもその影響は少ないＯ 第５図はこの発明による効果を説明するための図で、ａ
は炉内発生ガス量の、ｂは従来の方法による炉口圧の、
Ｃはこの発明の方法１こよる炉口圧の、それぞれ経時変
化説明図である。

すなわち。第５図ａにみられるように、炉内発生ガス量
が変動した場合、従来のＰｉミツイードバック御による
炉口圧制御方法では、第５図すにみられるように、炉口
圧は＋１ ｍｍＨ２０程度の変動を示すが。

この発明による制御方法では、第５図ｃ１こみられるよ
うに、 ＋０．２ｉｉＨ２０程度の変動ですむ（但し、
炉内発生ガス量の測定には上記の（２）式を使用し、ま
た廃ガス分析には１６秒の時間遅れを仮定している）。

第５図すとＣを比較すれば、炉口圧一定という操業目標
に対するこの発明の効果が大きいことが分るであろう。

以上説明したとおりであるから、この発明によれば、炉
内発生ガス量の測定誤差が大きくても。

鉄鉱石投入などによる急激な炉内発生ガス量の変動に対
して炉口圧を良く追随させて一定に制御できるという利
点があり、ひいではＣＯガスの回収量を高め、省エネル
ギーにも資するという利点がある。

なお、炉内発生ガス量の測定には、前述の（２）式によ
る方法でなく、炉内発生ガス量に変化を及ぼす諸要因（
送酸量、副原料投入速度等）から推定するという方法を
用いてもよい。

また操作端であるダンパの動特性、炉口圧制御プロセス
の動特性を１次遅れ十無駄時間で近似したが、高次の特
性で近似しでもよいことは勿論である。

このとき但しｍは伝達関数の次数を示す。

また係数ｇｌ乃至ｇ２ ｍ＋ １ ＋ ２は、最適制御
理論によることなく、経験的に定めてもよい。

またこれらの係数のうちｇ 乃至ｇ ２１７１ ＋ ２ ２ ｍ＋ １士２（ごつし
）では、その全部を設定する必要はなく、零のものがあ
ってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、転炉廃ガス処理装置における従来の炉口上制
御方法を説明するための構成概略図であり、第２図は炉
内発生ガス量および廃ガス流量の変動状況の経時変化説
明図であり、第３図は炉内匡の経時変化説明図であり、
第４図はこの発明を説明するために必要な構成概略図で
ある。 第、５図は、ａが炉内発生ガス量の、ｂが従来の方法に
よる炉口圧の、Ｃがこの発明の方法による炉口圧の。 それぞれ経時変化説明図である。 図においで、１は転炉、２は屑鉄および溶けた銑鉄、３
はランス、４はスカート、５はフード。 ６は１次集塵器、７はガス冷却器、８は２次集塵器、９
は２次ダンパ、１０は誘引送風機、１１は炉口圧発信器
、１２は炉口圧調節計、１３はダンパ操作器、１４は記
憶装置、１５は積分器、１６は廃ガス分析計、１γは廃
ガス流量測定用ベンチュリ、１８は廃ガス流量発信器、
１９は演算装置。 ２０は記憶装置、２１は記憶装置、２２は演算制御装置
、を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 転炉廃ガス処理装置において、演算制御装置による
   所定の演算結果に基づき、廃ガス流量制御手段へ制御量
   を指示して廃ガス流量を制御することにより炉口圧を一
   定に制御する炉口圧制御方法であって、炉口圧の時間的
   推移を示すサンプル計測値と、炉内発生ガス量の時間的
   推移を示すサンプル測定値と、廃ガス流量制御手段の動
   作の応答遅れを表わす無駄時間中において演算制御装置
   から該制御手段へ指示された制御量のサンプル値。 の三つのうち炉口圧サンプル計測値と他の二つの何れか
   一方または双方を用いて前記演算制御装置が所定の演算
   を行なうことを特徴とする炉口圧制御方法。