JPS5974209A - 高炉内ガス流分布検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高炉内ガス流の半径方向の分布を検出する
ための高炉内ガス流分布検出方法に関する。

一般に、高炉操業においては、円滑なかつ良好な操業を
行うべく、シャフト部におけるガス流分布を適正な状態
に維持し、ガスの持つ顕熱と還元能力をいかに効率よく
利用するかがもつとも重要な課題となっている。すなわ
ち、高炉内のガス流分布は、ガスとコークス、鉱石等の
装入物とが十分に接触し、加熱、還元が行なわれるよう
にすべきでアシ、炉頂の全断面積において適切なガス流
分布となっていることが望ましい。

第１図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）において高炉１の羽
口２から炉内に吹込まれた高温の空気は、コークス３と
反応してＣＯ，■、を生じ、さらにこのＣＯ，Ｈ２は鉱
石４を還元してＣ０２、Ｈｌｏに変化し、最終的には炉
頂ガスとなって高炉から排出される。ここで、炉内ガス
流分布は、コークス３および鉱石４等の装入物の分布状
況により、典型的には、第１図（Ａ）、（Ｂ）および（
Ｃ）に示す３形態５Ａ、５Ｂ、５０に分類される。第１
図（Ａ）においては、通気性の優れたコークス３が炉内
のよシ炉芯ＩＡに多く装入されており、結果としてガス
流拡炉芯ＩＡで多く、炉壁ＩＢで少い中心流となシ、い
わゆる内部操業が行われる。

この内部操業にあっては、ガス流の流路が定まるため、
風圧変動が少く、非常に安定した操業となるが、高炉を
狭く使うことになシ、生産性や効率が悪く、極端な場合
には炉壁側の鉱石がほとんど還元されず、未溶融状態の
まま羽口に落下し、羽口の座屈などの重大事故を引起す
可能性がある。

第１図（Ｂ）の場合には、コークス３が炉内のよシ炉壁
ＩＢに多く装入されておシ、結果としてガス流は、炉壁
ＩＢで多く、炉芯ＩＡで少い周辺流となυ、いわゆる外
部操業となっている。この外部操業にあっては、高炉を
広く使うことになり、効率は良くなるが、ガス流路が安
定せず、風圧変動が激しくなる。また炉壁部はその保護
のために冷却水を用いて冷却しておシ、そのために冷却
水に持っていかれる熱量や放散熱が増加し、省エネルギ
ー上望ましくない。また外部操業が著しい場合には、炉
壁の損傷や溶融した鉱石が羽口を溶かして破損に至る可
能性がある。

第１図（Ｃ）は、内部操業と外部操業の中間に位置し、
炉内のガス流分布が適正となっている最適操業状態を示
している。従って、高炉操業者は、高炉１内の、コーク
ス３と鉱石４の半径方向の分布を試行錯誤的に調整し、
第１図（Ｃ）のような適正なガス流分布状態を得ようと
している。

ここで、従来、炉内のガス流分布を直接的に検出する実
用的方法は未だ無く、一般的には第２図に示すようなシ
ャフトゾンデ６によって測定される半径方向のガス組成
分布や、炉頂固定温度ゾンデ７によって測定される半径
方向のガス温度分布により、炉内のガス流分布を推定し
ている。

すなわち、シャフトゾンデ６は、炉内の原料の内部を半
径方向に移動可能に装入され、その先端で採取したガス
の組成を分析計８によって測定するようにしたものであ
る。このシャフトゾンデ６は、炉内の数点において停止
し、常時定められている位置の各組成を測定する場合が
多い。ガス組成値の処理方法は種々あるが、各位置ｉに
おけるＣＯ成分ＣＯｉ、およびＣＯ，成分ＣＯｔ　Ｌを
測定し、各位置におけるガス利用率ηｃｏｉｆ：、によ
って求める方法が優れている。第３図（Ｂ）はその観測
例を、横軸に観測位置ｉ　　（７点）をとり、たて軸に
ガス利用率ηｃｏ（＄１〜Ｚｔ　）　　をとって示した
ものである。

また炉頂固定温度ゾンデ７は、炉内の原料の上部に固定
され半径方向の数点に設置した熱電対により、ガス流の
温度分布を測定するようになっている。第３図（Ｂ）、
（Ｃ）は、その観測例を、横軸に観測位置器　（６点）
をとシ、たて軸に温度Ｔをとって示したものでちゃ、第
３図（Ｂ）は内部操業の状態を、また第３図（Ｃ）は外
部操業の状態を示す。これらのシャフトゾンデ６、炉頂
固定温度ゾンデ７等の出力信号は、プロセス計算機９で
処理され、表示装置１０に表示されると共に、記憶装置
１１に貯えられるようになっている。

また、炉内のガス流分布の制御は、半径方向におけるコ
ークスと鉱石の装入量分布を調整することによりなされ
、第２図のベルレス型の高炉にあっては、操作デスク１
２によって操作される装入制御装置１３により、旋回シ
ュート１４の回転と傾動角を調整することによって達成
される。

しかしながら、上記従来の高炉ガス流分布検出方法にあ
っては、以下の問題点を生じている。すなわち、シャフ
トゾンデ６、炉頂固定温度ゾンデ７等による測定結果は
パターン情報であり、その定量化が困難である。また、
シャフトゾンデ６、炉頂固定温度ゾンデ７の測定結果に
基づくパターンの、炉内ガス流分布に対する感度が必ず
しも良好でなく、操業状況に対応した判別が困難である
。

従って、高炉操業にあって、操業者の主観、経験則への
依存度が高くなシ、操業の標準化が困難である。

そこでこの発明の出願人は、昭和５６年特許願第３５８
２０号において、高炉内ガス流の半径方向の分布に関与
するデータをあらかじめ観測しておき、このデータを中
心流群と周辺流群とこれらの間の任意数のガス流群とに
分け、各データと各データが属するガス流群とを関連づ
けるための判別関数をあらかじめ作シ出しておき、現時
点のデータを前記判別関数に代入することによって現時
点の高炉内ガス流の分布を検出する高炉内ガス流検出方
法を提案している（以下提案発明という。）。

一般に多変数”ｌ、”ｔ、・・・３：ｒＬよυなる既知
のデータＸ（”ｔ、ｘ２、・・・ｘｒＬ）が複数の群Ａ
、Ｂ。

・・・Ｑに群分けできる場合、データＸに係数Ｔを乗じ
た関数２の（群間分散／群内分散）が最大となるような
係数Ｔを求め、この係数ＴとデータＸとの積Ｔ＠Ｘが判
別関数表して利用される。このような判別関数に新たな
データＸを代入すれば、新たなデータＸの群分けを容易
に行い得る。そして提案発明では、高炉内ガス流の半径
方向分布に関与する現時点のデータを前記のような判別
関数によって判別して、ガス流を直接測定することなく
ガス流分布を検出している。

この発明は提案発明をさらに発展させたもので、高炉内
ガス流分布をより高精度に検出し得る高炉内ガス流分布
検出方法を提供することを目的とする。

との発明に係る高炉内ガス流分布検出方法は、高炉内ガ
ス流の半径方向分布に関与するデータとして、高炉内の
装入物の表面プロフィルを使用するものである。高炉内
装入物の表面プロフィルは現在直接測定し得るデータの
中で、高炉内ガス流の半径方向分布と最も密接な関係を
有するものでアシ、特に装入物堆積層全体の影響と装入
物降下時間の影響とを考慮する上で、プロフィル測定は
有効である。近年、マイクロ波やレーザ光を用いたプロ
フィル測定装置が実用化されている。

次にこの発明に係る高炉内ガス流検出方法の一実施例を
図面に基づいて説明する。

第４図において、高炉１の炉頂部にはシャフトゾンデ６
、炉頂固定温度ゾンデ７およびプロフィル測定装置１５
が配置され、これらはマイクロコンピュータ１６．１７
．１８にそれぞれ接続されている。マイクロコンピュー
タ１６．１７．１８は、時々刻々入力されるデータを数
秒おきに取υ出して適当な電気信号に変換し、この電気
信号をプロセスコンピュータ１９に入力している。

第５図の十印はプロフィル測定装［１５によって測定さ
れた高炉内装入物表面プロフィール（ｒｒＬ）を示すも
のであシ、これはマイクロコンピュータによって連続的
な測定データを数秒おきに取シ出してとびとびの値に４
．ったものである。プロセスコンピュータ１９では、第
５図のように、この表面フロフィールを２本のプロフィ
ル測定線ｔ　ｔ　、ｔｔに近似し、このプロフィル測定
線ｔ１、ｔ２がら炉心部傾斜角θ２、炉壁平坦部長さＬ
１炉壁部傾斜角θ、を求める。

プロセスコンピュータ１９は、シャフトゾンデ６によっ
て得られた各部のガス利用率ηｃｏ、炉頂固定温度ゾン
デ７によって得られた温度Ｔの分布、プロフィル測定装
置１５によって得られた前記θ１、Ｌｌ　θ２、および
ステーブ熱負荷やシャフト圧力などの高炉操業状態を総
合的に評価して、高炉内のガス流分布を判断し、データ
θ８、Ｌｌ　θ２と高炉内ガス流分布との関係を求めて
おく。例えば高炉内ガス流分布１を中心流、周辺流およ
び最適状態とに分類し、データＸ（θ１　、Ｌ’、θ、
）がこれらの高炉内ガス流分布のいずれに属するかを判
別しておく。このように分類されたデータは基礎データ
となる。さらにプロセスコンピュータ１９はこの基礎デ
ータに基づいて、以後の新たなデータを群分けするため
の判別関数を作り出す。以下に判別関数の一例を挙げる
。

群の数が４個（前記例では、Ａ、　Ｂ、　Ｃの３個）、
データＸに含まれる要素の数がル個（前記例では、θＩ
ｓＬ、θ２の３個）である場合には、（ｇ、−１）行ル
列の行列よシなる係数Ｔｔ−１Ｗ行１列のデータＸに乗
じた判別関数　を使用し得る。すなわち、＝Ｔ・Ｘ となる。ここで、２について、複数群に含まれるデータ
に対応した２の分散、すなわち群間分散と、−個の群に
含まれるデータに対応した２の分散、すなわち群内分散
との比、（群間分散／群内分散）が最大に々るようにＴ
を設定すれば、判別関数が得られる。しかしデータを明
確に群分けし得る他の判別関数を使用し得ることはいう
までもない。

さらにプロセスコンピュータ１９は、各群Ａ１Ｂ、Ｃに
属する基礎データ）１判別関数　に代入した値の群ＺＡ
、　ＺＢ　、　Ｚｃ　’ｃ　求ｋｌ）、群ＺＡ　、　Ｚ
ＢＺｃの平均値Ｚ　、％２，２　　および分散ＶＡ　。

Ａ　　　　　　　　Ｂ　　　　　　　　ＣＶＢ　％　　
Ｖｃ　ｆ：求める。ＺＡ、ＺＢ、ＺＣｆ、ＺＩｋ横軸、
Ｚ２を縦軸とした座標、すなわち判別関数空間内にプロ
ットしたものを第７図に示す。第５図においてはＺＡヲ
口のプロット、ｚＢをΔのプロットで、またＺｃ　’ｃ
＋のプロットで示しておシ、各群ＺＡ　ＸＺｎ　−、Ｚ
ｃの正規分布を仮定したときの各群ＺＡ　％　ＺＢ　１
Ｚｃの１σ級の楕円領域をそれぞれＥＡ）ＥＢ）ＥＣで
示している。

このような準備の後に、プロセスコンピュータ１９によ
って、現時点のデータＸを次の手順で処理する。

１）現時点のデータＸｔ判別関数に代入し、そのときの
判別関数の値Ｚ１すなわち、 を求める。

１１）このように求められたＺと、各群Ａ、ＢＸＣの平
均値２，２，２　　との距離を、各群のＡ　　　　　　
　　Ｂ　　　　　　　　　Ｃ分散によって正規化した値
ＪＡ、　ＪＢ、　ＪＣとして求める。ここに、 ＪＡ　＝　（Ｚ−Ｚ　　）’Ｖ　　（Ｚ　　Ｚ　　）・
−−−”（５）ＡＡ　　　　　　　　　　　　＾ Ｊｓ　＝　（Ｚ　−Ｚ　　）’　Ｖ　　（Ｚ　　ＺＢ）
　−０，−０１００１１１，”Ａ６）１ｌｌ Ｊｃ　＝　（Ｚ　−Ｚ　　）’　Ｖ、　（Ｚ　　’ｌｏ
）　−−−−（７）である。

ここでＪＡ％　ＪＢ％　ＪＣのいずれが最少であるかを
判別すれば、データＸがいずれの群Ａ、Ｂ。

′Ｃに最も近いかが分シ、現時点の高炉内ガス流分布が
、中心流、周辺流、最適流のいずれであるかを検出し得
る。

このようにして、現時点の高炉内ガス流分布を検出した
後には、原料装入パターンを適宜調整して、操業条件を
最適化することが可能である。

なお第８図に示すように、判別関数空間および前記楕円
ＥＡ　、　ＥＢ　、　Ｅｃ　ｋ　ＣＲＴなどに表示して
おき、現時点のデータＸにょシ得られた　全判別関数空
間内にプロットすれば、前記ＪＡ、ＪＢ、ＪＣを求める
ことなく、直観的に、Ｚがいずれの群に近いかを判断す
ることも可能である。また第８図にプロット・→ム→★
で示すように、最近三回のデータによるＺを表示してお
けば、最近の操業状況の変動や、原料装入条件調整の効
果の有無を知ることができる。第８図のプロットによれ
ば、当初・の位置にあったガス流を適正化すべく原料装
入条件を調整したが、何らかの外乱によってガス流は周
辺流となシ（プロットム）、原料装入条件調整の効果が
充分得られなかったことが分る。その後の原料装入条件
の変更によって、ガス流はプロット★で示す最適流とな
っておシ、原料装入条件調整が功を奏したことが分る。

なお現時点のデータもプロセスコンピュータ１９に記憶
され、現時点のデータが集積した段階で当初の基礎デー
タにかわる基礎データとして使用するとよい。

前述のとおシ、この発明に係る高炉内ガス流分布検出方
法は、高炉内ガス流の半径方向分布に関与するデータと
して、少なくとも高炉内の装入物の表面プロフィルを使
用するので、前記提案発明を一層改良し得るという優れ
た効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ典型的な
炉内ガス流分布状態を示す説明図、第２図は一般的な炉
内ガス流分布の測定状態および炉内への装入物の装入制
御状態を示す説明図、第３図（Ａ）は炉内におけるガス
利用率分布を示す線図、第３図（Ｂ）（Ｃ）は炉内にお
けるガス温度分布を示す線図、第４図は本発明が適用さ
れる装置の一例を示す系統図、第５図は同装置における
グロフィル測定装置の測定結果を示す線図、第６図は本
発明に基づく炉内ガス流分布の検出手順を示すフローチ
ャート図、第７図は第６図の検出手順の過程で得られた
判別空間を示す線図、第８図は高炉操業状態の制御状況
を示す線図である。 １・・・高炉、ＩＡ・・・炉心、ＩＢ・・・炉壁、２・
・・羽口、３・・・コークス、４・・・鉱石、５Ａ、５
Ｂ、５Ｃ・・・高炉内ガス流分布、６・・・シャフトゾ
ンデ、７・・・炉頂固定温度ゾンデ、８・・・分析計、
９・・・プロセス計算機、１０・・・表示装置、１１・
・・記憶装置、１２・・・操作デスク、１３・・・装入
制御装置、１４・・・旋回シュート、１５・・・プロフ
ィル測定装置、１６．１７．１８・・・マイクロコンピ
ュータ、１９・・・プロセスコンピュータ。 代理人　鵜　沼　辰　之 （ほか２名） 第１図 （Ａ）　　　　　（Ｂ） （Ｃ） 第４図 炉の中＋ｌＹＬ力ゝらの水平距離 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高炉内ガス流の半径方向の分布に関与するデータ
   全あらかじめ観測しておき、このデータを中心流群と周
   辺流群とこれらの間の任意数のガス流群とに分け、各デ
   ータと各データが属するガス流群とを関連づけるための
   判別関数をあらかじめ作シ出しておき、現時点のデータ
   を前記判別関数に代入することによって現時点の高炉内
   ガス流の分布を検出する高炉内ガス流分布検出方法にお
   いて、前記データとして高炉内の装入物の表面プロフィ
   ルを使用することを特徴とする高炉内ガス流分布検出方
   法。