JPS6039723B2 - 高炉々熱安定操業制御法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高炉々熱安定操業制御法に関し、特に高炉々
況安定に最も重要な役割を果す炉熱バランスを定量的に
測定し高炉々熱の安定化を図るとともに、高炉々熱安定
下に目標とする出銑比、コークス比を達成するための自
動制御もしくは半自動制御をなし得るようにしたもので
ある。 高炉の炉況を安定化し、低燃料費で操業するためには炉
内の熱バランスを適切に維持することが必要である。 高炉の入熱としては、コークス燃焼熱、送風顕熱、間接
還元反応熱等があり、出熱としては炉頂ガス顕熱、直接
還元反応熱、銑鉄・スラグの頭熱、炉体からの熱損失等
があり、熱バランスはこれらの熱収支の上に成立つてい
る。この熱収支の均衡が崩れた場合、例えば出熱量が入
熱量に較べて小さいと、炉内はオーバーヒート気味とな
って炉況が不安定化する。オーバーヒート気味であるこ
とは必要以上の燃料が消費されていることでもある。ま
た、反対に出熱量が入熱量に較べて大きいと、炉熱は不
足気味となり、やはり炉況の安定性がそこなわれる。こ
れを回復するには、熱補填のための燃料消費量の増加が
必要となる。すなわち、炉熱収支バランスの崩壊は、操
業の円滑な進行を妨げると同時に、燃料面での負担増加
をもたらす。安定した炉況で経済的に有利な操業を行な
うためには、炉熱バランスの適切な管理を行ない炉熱に
過不足のない状態を維持することが必要である。この高
炉内の熱の過不足を判断するには、厳密には入熱及び出
熱に関するすべての項目を考慮した計算を行なうことが
必要である。 その計算は極めて煩雑で、近時は大型計算機による制御
も試みられているが、現実には炉内状況の複雑さの故に
正確な熱バランスを求めることは極めて困難であつた。
本発明者等は、上記実情に鑑み、炉況を迅速適確に判断
し、適切な熱バランスを維持するための実用性にすぐれ
た制御法を確立すべく鋭意研究を重ねた結果、炉の出入
熱変動因子として、「装入鉄鉱石の被還元性、「鉄鉱石
とコークスの装入量比」及び「送入酸素量」の３因子に
もとづいて各時点‘こおける炉内熱バランス状態を精度
良く推定し得ることを見出すとともに、これら３因子間
の相対的関係を一元的に表示して得られる一定の指標に
もとづいて任意の時点における炉熱状況の評価とその炉
熱状況に応じた対策を迅速に判断し、かつその指標を計
算機内に再現することによって炉内熱バランスをモニタ
ーすると同時に、バランスを逸した炉況に対して直ちに
バランス内に復帰させ得るようにした制御プロセスにつ
いて新知見を得、本発明を完成するに到った。 以下、本発明について詳しく説明する。 高炉内の熱バランスを考慮する場合、理論的には前述の
ごとき出入熱に関するすべての項目を対象とすべきであ
るが、本発明においては、後述のように、入熱としては
、最も大きい値であるコークス燃焼熱のみをコントロー
ルし得る最大の変動因・子として抽出し、また出熱とし
ては直接還元反応熱のみを対象とする。 上記入熱としてのコークス燃焼熱は、送風中の酸素量と
等価の意味をもつので、該コークス燃焼熱を示す値とし
て送入酸素量（単位炉容積当りの毎分の送入酸素量（Ｎ
の／ｍｉｎ・で））に置換えることができる。 従って、以下の説明ではコークス燃焼熱の代りに、操業
デ−夕をそのま）使用できる送入酸素量を用いることに
する。出熱として直接還元反応熱のみを対象としたのは
、それ以外の炉頂ガスや銑鉄・スラグの顕熱の変動が炉
内の熱の過不足を反映した結果因子であること、また炉
体からの熱損失が炉の大きさに比例する定数項と考えら
れるので、これらの項目をすべて除外すれば、出熱の変
動因子の最も大きいものは、直接還元反応に伴なう吸熱
のみであると考えられるからである。 上記直接還元反応熱の増減の直接的なコントロールはで
きないが、間接還元反応率をコントロールすることによ
って間接的に制御することができる。 すなわち、直接還元反応熱は、炉内の間接還元反応の度
合いを指示するとされる装入鉱石類の被還元性（これは
、「鉱石類の平均ＪＩＳ還元率％」にて表示される）と
、高炉内に装入される鉱石類量の相対値（これは「鉱石
類装入量ノコークス装入量」にて表示される）によるコ
ントロールが可能である。この事実は、本発明者等によ
る高炉実操業データの解析結果から明らかにされたもの
である。それによれば、直接還元率を目的変数とし、鉱
石類の平均ＪＩＳ還元率（以下、単に「ＪＩＳ還元率」
と称す）、鉱石量／コークス量（以下、「ｏｒｅ／ｃｏ
ｋｅ」と称す）、送入酸素量（以下、「送入０２量」と
称す）を説明変数とする重回帰分析による重相関関係数
は０．８８０４（寄与率０．７７５０）と極めて高い相
関を有することが判明した。このことは、直接還元率の
変動を、「ＪＩＳ還元率」、「ｏｒｅ／ｃｏｋｅ」及び
「送入０２量」の３変数のみで十分説明できることを意
味するものである。上述のように、炉熱の過不足に関す
る因子として、入熱及び出熱のうち最も変動の大きい制
御可能な因子、すなわち「送入０２量（Ｎで／ｍｉｎ・
が）」、「ＪＩＳ還元率（％）」及び「ｏｒｅ／ｃｏｋ
ｅ」を制御対象とすれば十分であり、これら３因子をバ
ランスさせることにより炉況を安定させることができ、
また該３因子のいづれかそのバランスから逸脱している
ときには、そのバランスに復帰させるべくアクションを
とることによって炉況不調を未然に防止することが可能
となる。更にはこれら３因子を生産計画・原料事情その
他の外的条件に応じて意図的に制御することによって安
定な炉況を維持しつつ、所望の出銑比、コークス比を達
成することも可能となるわけである。ところで、上記３
因子を用い、炉況安定化あるいは目標とする出鉄比ない
しはコークス比を達成するために自動的にまたは人手を
介した制御を行なうには、必然的に計算機を必要とし、
そのためには該３因子間の関係を何らかの数式にて定量
的に表現するとともに、炉熱安定を保証し得る一定の許
容範囲を明らかにして定量的に示す必要がある。 そこで本発明者等は、更に検討を重ね、日本国内の主要
高炉のうち、成績優秀高炉と事故発生高炉における実操
業データにもとづいて該３因子につき因子分析および重
回帰分析を行なった。 なお、ここに成績優秀高炉とは、月平均出銑比（世銑量
／炉容積（め）・日）が２．０以上の炉況安定高炉（そ
の実操業データとして年間平均値を使用）、事故発生高
炉とは同出銑比が急激に低下し、過熱または冷遇みに因
る何らかの炉事故を起した不調高炉（その実操業データ
として、事故発生前月の月間平均値を使用）を言う。上
記分析の結果、炉客２０００あの大型の高炉においては
、該３因子間に下記〔Ａ〕及び〔Ｂ〕式で示される関係
が存在することを見出した。 なお、以下の説明において、Ｘは「送入０２量（Ｎ従／
ｍｌｎ・が）」、Ｙは「ｏｒｅ／ｃｏｋｅ」及びＺは「
ＪＩＳ還元率（％）」をそれぞれ表わす。Ｙ＝１．２５
Ｘ＋３．５６２５ …〔Ａ〕Ｙ＝０．０
６Ｚ＋０．３７０８ …〔Ｂ〕しかして、
炉事故のない成績優秀高炉においては、「ｏｒｅ／ｃｏ
ｋｅＪＹは、「送入０２量」Ｘとの関係において下記〔
１〕式、また「ＪＩＳ還元率」Ｚの関係においては下記
〔ロ〕式にて、それぞれ示される範囲に存在することが
判明した。 １．２５Ｘ＋３．９２８５ＺＹＺＩ．２５Ｘ＋３．１９
６ …〔１〕０．０６玄十０．７３６８２ＹＺＯ．０
６Ｚ＋０．００４８…

〔０〕上記関係式を図示すれば、
第１図のごとくであり、図中、直線Ａ及びＢはそれぞれ
上記関係式〔Ａ〕及び〔Ｂ〕を示し、該各直線をはさむ
破線で囲まれる領域は、それぞれ上記〔１〕及び〔ｍ式
に対応する。 すなわち、高炉操業制御因子としての×、Ｙ及びＺの３
因子が上記〔１〕及び〔ロ〕式で示される範囲を逸脱す
るとき炉事故招来の危険な状態にあり、該関係を満たす
ように３因子を制御し、ハランスさせることによって、
はじめて安定円滑なる操業を維持することができるわけ
である。 なお、炉客２０００で未満の小型の高炉においても、上
記と同様の関係が成立し、安定した炉熱状況を示す３因
子の相互関係は、炉客の大小を問わず、前記関係式にて
与えられることが確認された。ところで、実操業におい
て炉熱バランスの良否を判定し、該バランスがくずれて
いるときもここれを回復させるには、バランス逸脱の程
度の評価およびそのバランス回復に要する各因子の補正
量の決定を、どのような操業条件下においてもなし得る
ことが必要である。しかし、この制御操作を前記〔１〕
及び〔ロ〕式を用いた演算にて行なうのは極めて煩雑か
つ不便である。そればかりか、前記式の計算によって求
められる３因子の関係は、理論的に可能な炉熱バランス
制御範囲内の一部の領域に属するもののみに限定されて
しまう。これは、前記〔１〕、〔Ｄ〕式が、従来の操業
実績値に基づいて得られたものであり、その操業におけ
る「送入０２量」、「ｏｒｅ／ｃｏｋｅ」および「ＪＩ
Ｓ還元率」の各因子の値について、従来の通念にもとづ
く一定の制限が付されていたからである。しかしながら
、送入０２量は、送風能力等の設備的な一定の制約をう
けるにしても、ｏｒｅ／ｃ（）ｋｅやＪＩＳ還元率には
そのような制限はないのであるから、炉熱バランスを満
たす３因子の関係は、物理的に操業を許される範囲内で
無限に存在するはずである。従って、上記〔１〕、〔ロ
〕式のみで炉熱バランスを得ようとすれば、３因子の制
御操作の多様性を減殺し、実用性にも欠ける。この点に
鑑み、本発明者等は、下記のごとき炉況状態図を案出し
、上記２つの関係式〔１〕及び〔ロ〕を一元化した炉熱
バランス条件を一般的に表現することにより、炉熱状況
を一目で評価し、それに応じたアクションを迅速に決定
・施行することを可能とした。第２図は、該３因子の炉
熱状況を表示し制御すべき各因子の補正量を迅速に判断
するために用いられる炉況状態図である。同状態図は、
「送入０２量（Ｎ〆／ｍｉｎ・〆）、「ｏｒｅ／ｃｏｋ
ｅ」及び「ＪＩＳ還元率（％）」をそれぞれ示す相互に
平行なＸ、Ｙ及びＺの３軸から成る。該×軸、Ｙ軸及び
Ｚ軸はそれぞれの藤上の目盛幅を１／１．２５：１：１
／０．０６３（Ｙ軸の目盛幅を１とするとき、Ｘ軸及び
Ｚ軸の目盛幅は、それぞれ前記〔Ａ〕及び〔Ｂ〕式にお
ける変数Ｘ及びＹの係数の逆数に相当する値）に設定し
（従って、×軸上の０．１目盛の間隔およびＺ軸上の０
．１目盛りの間隔は、それぞれＹ軸上の０．１目盛りの
間隔の１．２９音および０．０６３倍に等しい）、鞠問
距離をＹ軸上の１目盛幅の０．７倍に設定するとともに
、前記成績優秀高炉における実操業データから求められ
た該３因子の各々の平均値（Ｘ：０．３側め／ｍｉｎ・
で、Ｙ：４．０５ Ｚ：５８．４％）の各水準を３軸に
直交する直線上に位置するごとく規定することによって
構成されたものである。同第２図における各線図は、上
記の如く作成したグラフに大型高炉の実操業データであ
る「送入０２量」Ｘ、「ｏｒｅ／ｃｏｋｅ」Ｙ及び「Ｊ
ＩＳ還元率」Ｚを各軸にプロットした各点を結んで得ら
れたものであり、実線は成績優秀高炉、破線は事故発生
高炉における炉況を示す。同図から明瞭に認められるよ
うに、成績優秀高炉の３因子を結ぶ線図の屈曲の度合い
は小さく、ほく・直線で示される関係にあるのに対し、
事故発生高炉での３因子を結ぶ線図は上側に凸状もしく
は凹状の強い屈曲を有する折線を呈し、成績優秀高炉と
著しい差異を示している。この事故発生高炉が、例えば
線図１のように凸型の折線を呈するのは、入熱量（「送
入０２量（Ｘ）」に対し、「ｏｒｅ／ｃｏｋｅ（Ｙ）」
の値が大きすぎるかまたは「ＪＩＳ還元率（Ｚ）」が低
過ぎるからであって、この場合は直接還元率が過度に増
大していると考えられるので、炉熱不足の状態にあり、
これを放置すると冷込み事故発生の危険があると判断さ
れる。逆に線図２のように凹型の折線を呈するのは、入
熱量（Ｘ）に対して「ｏｒｅ／ｃｏｋｅ（Ｙ）」が小さ
すぎるかまたは「ＪＩＳ還元率（Ｚ）」が高過ぎる場合
であって、このときの直接還元率は低いと考えられ、炉
熱過剰状態にあり、これを放置すると過熱事故を引越す
危険があると判断される。これに対し、綾図が実線で示
されるように屈曲の度合いが小さく、ほゞ直線状の場合
には、炉熱の過不足のない状態であって、適切な熱バラ
ンスのもとに安定した炉況が維持されていると判断され
る。第３図は、前記第２図のグラフと同要領にて構成さ
れる状態図に、小型高炉での実操業データかち得られた
該３因子の関係を示したものであり、実線は成績優秀高
炉、破線は事故発生高炉を示す。 同図から明らかなように、前記大型高炉の場合と同じく
、線図によって炉熱バランス状態を明確に表わすことが
でき、かつそれにもとづいてバランス逸脱程度の評価と
バランスを回復するために制御すべき３因子の補正量を
把握することができる。上述のごとき状態図を用いれば
、そのときの炉況を一目で知ることができ、もし炉熱バ
ランスを失しているときは、該バランスを回復するため
に施すべき各因子の補正量を同図から簡便に読みとるこ
ともできる。 例えば、炉況が第２図中、線図１で示される状態（炉熱
不足）のときには、Ｙ（ｏｒｅ／ｃｏｋｅ）の値を現時
点の値約４．３９から約４．０に下げるか、あるいはＹ
の値はそのま）にしておき、Ｘ（送入０２量）の値（約
０．３１）を約０．４８に高めるとともにＺ（ＪＩＳ還
元率）の値（約６０．１）を約６８．０に高めることに
よって炉熱不足を解消し、安定した炉況を得ることがで
きる。しかして、炉況を安定させるための３因子のバラ
ンスは、前記状態図における線図が厳密な直線関係にあ
る必要はなく、第２図または第３図から認められるよう
に、若干の屈曲を伴なうごとき状態であってもよい。 その屈曲の許容程度は、前記〔１〕及び〔ロ〕式示され
る炉熱バランス安定領域と対応するものであり、これを
第４図に示すように、３軸にプロットされた該３因子の
測定値（ｘ，，ｙ，，ｚ，）を結ぶ各線分（そ，）と（
夕２ ）とがなす角度０で表示すれば、約１５０ｏｏ〜
２１０００であり、１８０ｑｏを中心とする前後３００
０の領域として規定される。なお、前記第１図及び第２
図において成績優秀高炉の炉況を示す線図は、いづれも
グラフ内でほべ水平であるが、線図が右上りまたは右下
りの懐斜を呈する場合であっても、上記角度ａの条件が
満たされる限り、安定した炉熱バランス状態にあると判
断することができる。 更に、同状態図における線図の上下方向の位置について
も、物理的に操業が許される範囲内であれば、特別の制
限はない。 第５図は、前記第１図に示される炉熱バランス安定領域
を、炉況状態図に表示したものであり（図中、基線と‘
ま、実操業におけるＸ、Ｙ及びＺの各因子の平均値を結
んで得られる水平線）、測定された×、Ｙ及びＺを同状
態図にプロットして得られる線図が、破線で示される領
域内に位置するとき、該３因子は、前記第１図の破線で
示される領域内に属し、炉熟安定状態にあると判断する
ことができる。この第５図の破線で示される領域を画成
する×鞠上の点ａ（０．６８）、ｂ（０．１０）は、第
１図において、実操業でのＹの平均値（Ｙ＝４．０５）
を通る水平線と、直線Ａをはさむ２本の破線とが交わる
点のＸ座標ａ及びｂに対応し、同様に第５図中Ｚ軸上の
点ｃ及びｄは、第１図中、水平線と、直線Ｂをはさむ２
本の破線とが交わる点のＺ座標ｃ及びｄに対応する。す
なわち、第５図の破線で示される炉熱安定領域は、Ｙ（
ｏｒｅ／ｃｏｋｅ）が従来の実操業平均値である４．０
５の場合のそれである。しかし、実際には、鉱石類とコ
ークスの配合割合の調整により、高低任意のＹ値をとる
ことが可能であるから、Ｘ，Ｙ及びＺの３者について前
記関係を満たす限り、炉熱安定領域は、第５図の状態図
中、図示の場合より上側または下側の位置においても成
立し得る訳である。以上のように炉況状態図を用い、線
図の屈曲の度合い（角度ａ）を指標として炉況制御を行
なうことが可能であるが、各因子の制御量を手計算で求
めるのでは煩雑である。 とくに実操業においては高炉装入原料事情、生産計画そ
の他の事情のもとで各因子毎にまた各因子相互間におい
て制御量に制約をうける場合もある等、演算・制御を複
雑化する要因が多く、計算機の導入による合理的な制御
フ。。セスが望まれる。以下に線図の角度０を炉熱状況
指数として計算機内に再現し、炉熱バランスをモニター
するとともに、バランスを逸脱した炉況を回復するため
の制御プロセスについて説明する。なお、以下の説明に
おいて炉熱状況指数を、第６図に示すように角度８，と
ａ２の和（０，十８２）にて表示する。角度８，は線分
そ，と３軸に直交する基線そとのなす角度、角度８２は
線分夕２と該基線夕とのなす角度であり、線分夕，及び
そ２が基線の上側に位置するとき、それぞれ正（十）の
角度とし、基線の下側に位置するとき（破線）は、負（
一）の角度とする。従って、炉熱バランス安定領域（角
度０：１５０〜２１００）は、炉熱状況指数（８，十８
２ ）で表わすと−３０ｏ〜十３０ｏの範囲に対応する
。いま、送入０２量×、ｏｒｅ／ｃｏｋｅＹ及びＪＩＳ
還元率Ｚがそれぞれｘｎ、ｙｎ及びｚｎの状態で操業さ
れているとする。 この３因子を前述のように構成された炉況状態図にプロ
ットして得られる緑図を模式的に表わすと第７図の実線
に示すごとくである。その炉熱状況指数をａａ＋ｏｂと
する。なお、図中、Ｘ軸上の０．３９、Ｙ軸上の４．０
５、Ｚ軸上の５８．４は各々成績優秀高炉での実操業デ
ータの平均値であり、３軸の目盛りの基準を示す。同図
から、角度８ａはｔａｎ‐ＩＫ・ｘｎ／Ｋ・ｙｎ、角度
ｏｂはｔａｎ‐１１・ｚｎ／１・ｙｎ（但し、Ｋ・ｘｎ
、Ｋ・ｙｎ、Ｊ・ｚｎ、Ｊ・ｙｎは各線分長さを意味す
る）にて表わされ、炉熱状況指数（８ａ＋ｏｂ）は次の
数式に変換することができる。 ひａ＋８ｂ＝肌ＩＫ鰐比ｎ‐，帯 ニねｎ一，Ｑｎ−０．３９ＤＩ．２５−（ｙｎ−４．０
５）○‐７十ねｎ一，（ｚｎ−５８．４）０．０６３−
（ｙｎ−４．０５）○‐７ねｎ−，１．２５Ｌ−Ｘｎ＋
３．５６２５○‐７ 十ねｎ−，０．０６３ｎ−ｙｎ＋０．３７０８○‐７安
定な炉況における炉熱状況指数は前記のように、一３０
ｏ〜十３０ｏであるから、炉熱バランスを安定させるに
は、×ｎ、 ｙｎ及びｚｎが下式を満足きなければなら
ない。 〜３０。 ミねｎ−，１．２５Ｌ−ヱｎ＋３．５６２５一
０．７十Ｇｎ−，０．０６３ｎ−ｙｎ＋０．３７
０８ミ３０。 ０．７ 一上記式は下式〔１〕のごとく書変え
ることができる。 −４．３３７４４５ＳＩ．２弦ｎ−かｎ ＋０．０６＄ｎＳ−３．５２９１５５…〔１〕しかるに
、実測された現時点の×、Ｙ及びＺの３因子（ｘｎ、ｙ
ｎ、ｚｎ）が上記〔１〕式を満足していない場合には、
この不安定操業を示すｘｎ、 ｙｎ、 ｚｎの値を初期
値として、より安定な方向に炉熱状態を近づけるための
該３因子の新たな目標値（ｘ帆、ｙ洲、ｚ帆）を求める
演算を行なう。 送入０２量×の目標値（ｘｎ＋，）は、ｏｒｅ／ｃｏｋ
ｅＹの初期値ｙｎ及びＪＩＳ還元率Ｚの初期値ｚｎを固
定したときの炉熱安定に必要な送入０２量（ｘｆ）（第
７図中、線分ｚｎ・ｙｎの延長線が×軸と交叉する点）
と、送入０２量×の初期値ｘｎとの中点（ｘｎ＋，＝ｘ
ｎ＋ｘｆ／２）に設定することができる。 ｏｒｅ／ｃｏｋｅＹ及び「ＪＩＳ還元率」Ｚについても
同様にそれぞれ、ｙｎ十，：（ｙｎ＋ｙｆ）／２及びｚ
ｎ十．＝（ｚｎ＋ｚｆ）／２に設定することができる。
これら３因子の目標値は、下式のように表わされる。ｘ
ｎ＋，＝（１．２５Ｌ＋沙ｎ−０．０６３ｎ−３．９３
３３）／２．５ｙｎ＋，＝（１．２５Ｌ＋沙ｎ十０．０
６＆ｎ十３．９３３３）／４ｚｎ＋，＝（−１．２５Ｌ
十沙ｎ＋０．０６３ｎ一３．９３３３）／０．１２６な
お、送入０２量についてみれば、記×ｆは炉熱状況指数
（一３０ｏ〜十３０ｏ）を満たす範囲にあればよいから
、該ｘｆの許容範囲は下式で表わされ、公ｎ−０．０６
３ｎ−４．３３７４４５ミＸｆｌ．２５ −
、ミ幻ｙｎ−０．０６３ｎ−３．５
２９１５５〔２〕 一 １．２５従
って、目標挿入０２量（ｘｎ＋，）の許容範囲は（Ｘｎ
＋かｎ−０‐０６＆ｎ・４３３７塁）Ｘ季１．２５ミＸ
肘・≦（Ｘｎ＋沙ｎ−Ｑ。 ６＆ｎ−３‐５２９１５５）Ｘ圭一
１．２５となり、これを整理すると次式のごと
くなる。 （１．２球ｎ＋沙ｎ一０．０６３ｎ−４．３３７４４５
）／２．５Ｓｘｎ＋，ミ（１．２５Ｌ＋沙ｎ−０．０６
＆ｎ−３．５２９１５５）／２．５．・・〔３〕 ｏｒｅノｃｏｋｅＹ及びＪＩＳ還元率Ｚの各自標値（ｙ
ｎ＋，）及び（ｚｎ十，）についても上記と同様の計算
によって下記〔４〕及び〔５〕式のごとく求められる。 （１．２５Ｌ十沙ｎ＋０．０６３ｎ＋４．３３７４４５
）／４≦ｙｎ＋，≦１．２５Ｌ＋沙ｎ＋０．０６３ｎ＋
３．５２９１５５）／４．．・〔４〕（−１．２８Ｌ＋
なｎ＋０．０６３ｎ−４．３３７４４５）／０．１２６
Ｓ Ｚｎ＋，≦（−１．２舷十秒ｎ十０．０６丸ｎ‐３
．５２９１５５）／０．１２６ ・・
・〔５〕上記〔３〕、〔４〕及び〔５〕式で求められた
目標値を炉況状態図にプロットすると、第７図中、ｘｎ
十，、ｙｎ十・、及びｚｎ＋，の点を結ぶ線図（一点鎖
線）が得られる。 その炉熱状況指数は（ａａ′＋ｏｂ′）となる。各３因
子をそれぞれ目標値に補正制御することによって炉況は
、補正前よりも安定した状態に移行するが、なお新たな
３因子ｘｎ十，、ｙｎ＋，及びｚｎ＋，が前記〔１〕式
を満足するか否か（すなわち補正後の炉熱状況指数Ｏａ
′＋６ｂ′が−３０ｏ〜十３０ｏの範囲内にあるか否か
）を検定する必要がある。検定の結果、未だ〔１〕式を
満たしていない場合には、該補正後の各因子の値を初期
値として再び上記〔３〕、〔４〕及び〔５〕式によって
新たな目標値を求め、〔１〕式による検定を行なう。こ
の手続を図示すれば、第８図のごとくであり、前記〔１
〕式を満足するまで演算をくり返し行う、最終的に制御
すべき目標とする送入０２量（ｘｎ＋，）、ｏｒｅ／ｃ
ｏｋｅ（ｙｎ＋，）及びＪＩＳ還元率（ｚｎ＋，）の許
容範囲を求めることにより、炉熱バランスの回復が達成
される。しかして、高炉実操業においては、該３因子の
制御に一定の制限が付されることが多い。 例えば、一定の出銑比を維持する必要上、送入０２量×
を変更できないとか、一定のコークス比を維持していく
ためにｏｒｅ／ｃｏｋｅＹを固定したま）操業するとか
、あるいは鉄鉱石がオアーベッディング（ｏｒｅ一皮ｄ
ｄｉｎｇ）方式で貯蔵されているため簡単に鉱石類のＪ
ＩＳ還元率Ｚを変えることができない等、種々の制約を
伴なうのが常であり、これらの３因子を同時にかつ自由
に変えることは実際上殆んど不可能といってよい。この
ような制約により、該３因子のうち１または２因子を変
更し得ない場合でも、前記〔１〕〜〔４〕式を適宜選び
残る変更可能な因子の許容範囲を算出し決定することが
できる。すなわち、１因子、例えば送入０２量×をある
値、（ｘｎ）に固定しなければならないときは、〔４〕
及び〔５〕式から目標とするｏｒｅ／ｃｏｋｅ（ｙｎ十
，）及びＪＩＳ還元率（ｚｎ＋，）を求めればよく、ｏ
ｒｅ／ｃｏｋｅＹを固定するときは、〔３〕及び〔５）
式、ＪＩＳ還元率Ｚを固定するときは〔３〕及び〔４〕
式を用いて、それぞれ残る可変因子の目標値を求めるこ
とにより、〔１〕式を満足させる制御を施すことができ
る。また、３因子のうち２因子 例えばｏｒｅ／ｃｏｋ
ｅＹとＪＩＳ還元率Ｚが変更できず固定しなければなら
ない場合には、前記第７図に示す送入０２量（ｘｆ）を
前記〔２〕式から求め、また送入０２量×とＪＩＳ還元
率を固定する場合は下記〔６〕式、ｏｒｅ／ｃｏｋｅＹ
と送入０２量×を固定する場合には下記〔７〕式を用い
、それぞれｙｆ及びｚｆを求めることにより、〔１〕式
を満足させることが可能である。 １‐脳十。 ‐ｏ婆ｎ＋４‐３３７４５≦ｙｆ￥肘ｏ‐ｏ馨ｎ＋３‐
５２９１５５ …〔６〕一１．２３Ｌ＋沙ｎ一４．３３
７４４５０．０６３Ｓｚｆミ−１．２８Ｌ＋公′ｎ−３
．５２９１５５ …〔７〕０．０６３上記のよ
うに該３因子のうち一因子を固定した場合及び２因子を
固定した場合における各々の計算制御のフローシートを
第９図及び第１０図に示す。 このように、高炉操業オペレータは、、操業の各時点に
おける炉況に応じて上記〔２〕〜〔７〕式を適当に選び
、これらの計算を計算機にて行なうことにより、迅速に
操業の指示を与えることができ、またその指示を電気的
な信号に変換することによって自動的に安定な高炉々熱
操業制御が達成される。なお、前述したように３因子の
制御に制限なければ３因子とも自由に変更補正すること
は可能であるが、各因子の初期値ｘｎ、 ｙｎ及びｚｎ
の状態は制御値に大きく影響するので、熱バランス逸脱
状態に対し直ちに３因子とも変更する制御を実施すると
、場合によって操業不可能な制御値を示すことがある。 従って、３因子を変更する制御は、炉況が一旦熱的に安
定した状態に達したのち、その状態を持続させるときの
モニター用として適用するこてが好ましい。ところで、
高炉操業者にとって、安定操業下に高炉出銑比やコーク
ス比を意のま）に制御できるようになることは永年求め
続けられてきたことである。 本発明者等は、出銑比、コークス比と高炉操業因子との
関係を究明することによってこれを可能とした。すなわ
ち、国内大型高炉の実操業データ解析を行なった結果、
出鉄比（以下「Ｐ」で表示する）については第１１図に
示されるように送入０２量×との間に、またコークス比
（以下、「Ｃ」で表示する）については第１２図に示さ
れるようにｏｒｅ／ｃｏｋｅＹとの間に、それぞれ強い
相関々係が認められ、いづれも９９％以上の確率で下式
で示される関係が成立することが判明した。Ｐ＝５．９
舷‐０．１１（ｒ：０．９７８）Ｃ＝−１１５．２１Ｙ
＋８６５．０９（ｒ：０．９６１）上記相悶々係から、
出銑比をｐ、コークス比をｃとするときの送入０２量（
Ｘｐ及びｏｒｅ／ｃｏｋｅ（Ｙｃ）との間に次の関係式
が成立する。×ｐ＝（ｐ十０．１１）／５．９８ ＹＣ＝（一ｃ十８６５．０９）／１１５．２１かく目標
とする出鉄比及びコークス比を指定すれば、上記式にて
制御すべき送入０２量及びｏｒｅ／ｃｏｋｅを知ること
ができる。 すなわち、出鉄比及びコークス比を指定することは、結
果的にそれそれ送入０２量及びｏｒｅ／ｃｏｋｅを指定
することになり、その制御は前述の〔３〕、〔４〕、〔
５〕及び〔７〕式を条件に合せて適当に選択使用するこ
とにより行なうことができる。例えば、出銑比ｐを狙う
場合（すなわち、指定送入０２量×ｐの場合）には、前
記〔４〕及び〔５〕式を用い、ｘｎをｘｐと置けば、当
該目標出銑比ｐを達成するために制御すべきｏｒｅ／ｃ
ｏｋｅＹの値（ｙｎ＋，）及びＪＩＳ還元率Ｚの値（ｚ
ｎ＋，）の許容範囲が求められる。 その許容範囲はそれぞれ下で示される。１．２５ｐ＋１
１．９６ｙｎ＋０．３７６７傘ｎ＋２５．９５１６７１
≦ｙｎ＋，２３．９２ミ１．２５２十１１．９６ｙｎ＋
０．３７６７傘ｎ＋２１．１１８１９６２３．９２−１
．２５ｐ＋１１．９６ｙｎ＋０．３７６７舷ｎ−２５．
９５１６７１ミＺｎ０．７５３４８ミ−１．２５ｐ＋１
１．９６ｙｎ＋０．３７６傘ｎ−２１．１１８０９６０
．７５３４８また、コークス比ｃを狙う場合（すなわち
、指定ｏｒｅ／ｃｏｋｅ値ｙｐの場合）には、前記〔３
）及び〔５〕式を用い、ｙｎをｙｃとおけば、当該目標
コークス比ｃを達成するための送入０２量×の値（ｘｎ
＋．）及びＪＩＳ還元率Ｚの値（ｚｎ十，）の許容範囲
はそれぞれ下式で与えられる。 一次十１４４．０１２５Ｌ−７．２５８２＆ｎ＋１２３
０．４６２９７ミＸｎ十，２８８．０２５ミ−父十１４
４．０１２８Ｌ−７．２５８２＆ｎ＋１３２３．５８６
０５−幻十１４４．０１２５Ｌ＋７．２５８２３ｎ＋・
２３０．４６２９７ミ公十， ２８
８．０２５１４．５１６４６ミ一次十１４４．０１２５
Ｌ＋７．２５８２３ｎ＋１３２３．５８６０６１４．５
１６４６更に、出銑比Ｄ波びコークス比礎同時に目標値
として狙うときは、送入０２量（ｘｐ）及びｏｒｅ／ｃ
ｏｋｅ（ｙｐ）の２因子を同時に指定することになるの
で、この場合には残る可変因子であるＪＩＳ還元率Ｚを
制御することになり、その値（ｚｎ十，）の許容範囲は
前記〔７〕式により下式で与えられる。 −１４４．０１２５ｐ−１１．９食十７３５６．５８４
１ミＺｆ４３．４０４２１５ミ−１４４．０１２５ｐ−
１１．９６十７９１３．４６０１４３．４０４２１５第
１３図は、上述のような出銑比やコークス比に目標値を
設定した場合における他の操業因子の演算制御のフロー
シートを示したものであり、このような計算ロジックを
計算機に組込むことにより、炉況の安定性をそこなうこ
となく、出銑比やコークス比を自由に制御することが可
能となる。 以上のように本発明によれば、高炉操業に関する多数の
出入熱変動因子のうち、送入０２量、ｏｒｅ／ｃｏｋｅ
及びＪＩＳ還元率の３つを制御対象因子として適切な炉
況制御を行なうことができ、特に炉況状態図において該
３因子の関係から求められる炉熱状況指数を計算機内に
再現し、一定の数式に従がった演算を行なわしめること
により、必要な操業指示を迅速に得、自動的に炉熱安定
操業を行なうことができ、かつ該安定性をそこなうこと
なく操業因子を任意に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、炉熱変動因子の相関々係を示すグラフ、第２
図および第３図は炉況状態図、第４図、第５図および第
６図は炉況状態図の説明図、第７図は炉況状態図におけ
る操業因子制御説明図、第８図は操業因子制御のフロー
シート、第９図及び第１０図はそれぞれ１または２個の
操業因子が固定されている場合の他の操業因子制御のフ
ローシート、第１１図は高炉実操業における出鉄比と送
入酸素量の関係を示すグラフ、第１２図は高炉実操業に
おけるコークス比とｏね／ｃｏｋｅの関係を示すグラフ
、第１３図は出銑比およびコークス比が指定された場合
の操業因子制御のフローシートである。 第４図 第１図 第３図 第６図 第２図 第５図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高炉の炉内熱バランス変動因子として、単位炉容積
   当り毎分の送入酸素量（Ｎｍ＾３／ｍｉｎ・ｍ＾３）（
   以下、「送入Ｏ＿２量」と称す）、鉄鉱石装入量とコー
   クス装入量の比（以下、「ｏｒｅ／ｃｏｋｅ」と称す）
   及び全装入鉄鉱石の平均ＪＩＳ還元率（以下、「ＪＩＳ
   還元率」と称す）の３因子を測定し、該３因子の測定値
   から炉熱状況指数を計算し、予め実操業データから求め
   られた炉熱バランス安定範囲を示す炉熱状況指数と対比
   することにより、測定時の炉熱バランスを判断し、該バ
   ランス安定範囲から逸脱しているとき、その逸脱の程度
   を評価するとともに、測定時の３因子をもとに該各因子
   の補正計算を行ない、その計算結果にもとづいて該各因
   子の値を変更することにより炉熱バランス安定状態に復
   帰させることを特徴とする高炉炉熱安定操業制御法。 ２ 該３因子のうち１もしくは２個の因子が固定された
   条件下で操業するにあたり、残余の２もしくは１個の因
   子を制御因子としてその補正計算を行ない、該計算結果
   にもとづいて該制御因子の値を変更することを特徴とす
   る上記第１項に記載の高炉々熱安定操業制御法。 ３ 出銑比および／またはコークス比に目標値が設定さ
   れた条件下で操業するにあたり、実操業データにもとづ
   く出銑比と送入Ｏ＾２量の相関々係より求められた、該
   目標出銑比に対応する送入Ｏ＾２量および／またはコー
   クス比とｏｒｅ／ｃｏｋｅとの相関々係より求められた
   、該目標コークス比に対応するｏｒｅ／ｃｏｋｅを指定
   するとともに、残余の１もしくは２個の因子を制御因子
   としてその補正計算を行ない、該計算結果にもとづいて
   該制御因子の値を変更することを特徴とする上記第１項
   に記載の高炉々熱安定操業制御法。