JPS6055561B2 - 高炉の操業方法 - Google Patents

高炉の操業方法

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JPS6055561B2
JPS6055561B2 JP52106003A JP10600377A JPS6055561B2 JP S6055561 B2 JPS6055561 B2 JP S6055561B2 JP 52106003 A JP52106003 A JP 52106003A JP 10600377 A JP10600377 A JP 10600377A JP S6055561 B2 JPS6055561 B2 JP S6055561B2
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JP
Japan
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hot metal
temperature
time
furnace
metal temperature
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JP52106003A
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JPS5439312A (en
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祥行 的場
宏一 大塚
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B5/00Making pig-iron in the blast furnace
    • C21B5/006Automatically controlling the process

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉の操業方法に関するものであり、高炉数式
モデルを用いて溶銑温度又は溶釧βiの未来予測を行い
、目標溶銑温度又は溶銑Siと未来予測溶銑温度又は溶
銑51との差分から一定の制御式を用いて操作量変更を
行うことを特徴とするものである。
高炉の安定操業の維持のためには溶銑温度又は溶銑Si
を指標とし、これらを一定にすることが盛上− ・警I
゛一+ L、^一゛ムザ11ッ 吉相褪響において溶銑
温度又は溶銑Siの制御は、必ずしも単純なフィードバ
ック制御が適当でない。
この理由は溶銑温度又は溶銑Siの応答が他のプロセス
に比べ非常に遅いため単なるフィードバック制御では安
定した制御が行えないためである。このため、高炉操業
者は実測溶銑温度又は溶銑51値の他に過去の操作量変
更に対する未応答分を予測し、また炉頂ガス分析値より
計算される熱的指標を先行指標として参考にしながら、
目標の溶銑温度又は溶銑51値に制御すべく操作量の変
更を行つている。
このような高炉特有の制御について従来必ずしも統一的
なモデルを用いて制御を行うことに成功していなかつた
本発明者らは炉内反応を統一的に表現するモデルの作成
に成功し、これを用いて計算機で溶銑温度又は溶銑Si
の制御を行うことを可能としたのである。高炉操業では
、溶銑温度乃至は溶銑Siを指標として制御するのが好
適であることは従来よりよく・知られている。
特に溶銑Siの挙動は高炉内熱的反応の変化と極めて良
く対応している。先ず本発明の基礎となる炉熱の現時刻
推定、未来予測を行う際用いる数式モデルについて説明
する。
一 数式モデルは、第1図に示す如く、炉最上部の予熱
帯(第1層)、Fe2O3の還元帯(第2層)、Fe3
O,の還元帯(第3層)、FeOの還元及び直接還元反
応帯(第4層)、及びカーボン燃焼帯(第5層)の5つ
の層に分割して、各層について物質、圧力、熱収支式を
立てた数式モデルであり、炉内部の物質の分布、物質の
移動は第2図のように表わされる。
現時刻炉内部温度計算の手順は、第3図に示すように、
刻々現時刻操作量すなわち羽口操作量(送風量、富化酸
素、湿分、送風温度、液体燃料)0re/COke及び
、炉頂装入物組成と、炉頂ガス組成より反応速度R1〜
Rl。
を求め、R1〜Rl。より各段物質移動流量を計算し、
熱収支式(一階の微分方程式)を解いて各段固体温度T
Sllガス温度TGiを計算する。反応速度R1〜Rl
Oは、第1図で定義される量であるが、現時刻のR1〜
RlOは次式のようにして求まる。
(R6,R7,R8は送風条件から直ちに求められる)
(R,,R5,R,は炉頂ガス分析値を用いて次のよう
に求まる)(さらにストツクラインー定という装入速度
を保つ操業下では次式が成り立つ)ただし 反応速度R1〜RlOが求まると、各段物質移動量(S
)1(G)[がQOl(11)を用いて求まるただし(
S)i−,〔KmOl/分〕;第1層へ上から流入する
固体成分Sの流量(C),RKmnl/ム〕;第1層へ
下から流入するガス成分Gの流量S,,;Rjの反応に
よる固体の生成・消滅(生成十1、消滅−1)G,;ガ
ス なお(S)。
はストツクラインー定操業下ではR,および装入物組成
より計算できる。また(G)5については送風条件より
求まる。
各段物質移動流量が定まると各段の熱収支12,13を
解くことによつて現時刻TSi,TGiが求められる。
ここで、 TSl,Tプ〔℃〕 ;第1層固体、ガス平均温度Cs
,,CrlCKcall′CKmOり ;固体、ガス比
熱′CsI−′C1〔Kcall′CKmOl〕 ;固
体、ガス平均比熱Z〆〔Kcall℃〕 ;ガス固体熱
交換係数ΔHjCKcallKmOl);反応jの反応
熱P,〔一〕 ;反応jの反応熱のガス取得率〔S〕,
〔KmOl);第1層固体存在量(定数)〔G〕,〔K
mOl〕 ;第1層ガス存在量(定数)次に未来時刻炉
内部温度計算の手順は第4図に示すとおり、未来時刻の
反応速度を予測する他は物質移動流量熱収支式の解法に
わたり先に説明した現時刻推定とまつたく同じ計算方式
を適用する。
本予測方式で特徴的な反応速度の予測方法は以下に述べ
るとおりである。まずあらかじめ高炉データ解析又はス
テップ応答実験等により操作量Un(n;重油、送風量
、富化酸素、装入コークス比、送風温度、湿分、炉頂圧
)に対する反応速度R4,R5の応答を調べ、(14)
式、(15)式で表わされる反応速度式の応答係数k!
.,k″Lを定める。
(第5図参照)すなわち、第5図Aに示すように時刻1
で所定の操作量(例えは重油吹込み量)をΔ即だけ変更
したR,の変化量を予め求め(第5図B1これより(1
4)式によつてΔR,が所定範囲の誤差内に収束するL
時刻までのk!.を求める(第5図これらより操作変更
量ΔUnによるj時刻のR4,R5は次式(14)″、
(15)″の如くなる。 ,− jΣR4j=除(
1=,上k人−1・u!,) (14)″R5j=Σ(
jΣ.k″炉゛・u!.) (15)″ 1
=j上次に先に説明したとおり現時刻反応速度は炉頂ガ
ス組成より計算可能であるので現時刻RO4,RO5及
びKl.,k″人を用いて反応速度式を(16)、(1
7)のごとく修正する。
Aj− γ Nn−Unノ
XJIノ☆4j,飢;j時刻先の予測R4
、R5RO4,RO5;現時刻計算R4、R5 u膚j時刻における操作量曲の量 (未来時刻について現時刻の操作量をホールドする)k
!.,k″k;即に対するI時刻後のR,,R5の応答
係数さらにその他の反応速度については(18)〜(2
4)式を用いて予測計算を行う。
第4図に示すように物質流量計算、熱収支計算を行い未
来時刻内部温度゛Milガス温度TGiを予測計算する
上に述べた計算値のうち計算炉下部固体温度Tちは実績
溶銑温度及び実績溶錨βiときわめてよく対応しており
、精度の良い溶銑温度又は溶銑Siの予測が可能であり
現時Jrs5、未来予測TS5を操業者に刻々表示する
ことによつて炉熱制御のガイドとして有効であることが
確められている。
本発明者らは上記未来予測方法を開発した後これを用い
て炉熱制御のための操作量変更方法について研究を行い
、次に述べる手法を発明した。ます、計算固体温度1■
と実績溶銑温度TPIg又は実績溶銑Siはよく対応し
ているが、長期的に観ると計測値のドリフトや高炉熱損
失の変化のため↑■とTPIg又はSiとにレベルの差
を生じてくることがある。
したがつて溶銑温度又は溶銑Siを制御するためにはレ
ベルの差を適切に修正してやる必要がある。
例えば、溶銑温度を指標として制御する場合を説明する
と、測定溶銑温度TPigとその測定時刻における計算
現時刻炉下部温度TS5との差分δ,Sl,を用いて予
測溶銑温度を(26)、(27)式のごとく修正す苧。
(第(図参照)リTPlg−”一 五Pig(乙lノ ただし R′:.゜;j=ニニ.. Tpill:最新タップ実測溶銑温度 =
丁51;最新タップ測温時の現時刻推定炉下部温度1ら
なおδτP,,−1は測定誤差の影響を除くため数タッ
プの平均値を用いることもできる。
このようにして得られたTTfrjは、現時刻!の操作
量のまま放置した場合のj時刻先の溶銑温度の予測値で
あるが、T^Jを用いることによソー定のアルゴリズム
で適正な溶銑温度制御が可能である。
すなわち、(28)式で表わされるとおり目標温1度T
P3g※と未来予測溶銑温度T′)jとの偏差に応じて
刻々操作量変更を行うことによつて溶銑温度の制御を行
う。
u※=UO+ΣGA・(Tpig※−Tぬj)u※;変
更後操作量UO;現時刻操作量 Gd;定数(操作量に何を用いるかによつて決定される
)T見;目標溶銑温度 T(1J;j時刻先溶銑温度予測値 なおここで変更すべき操作量としては送風温度、湿分、
重油等のうち操業方針で決定された操L作量を任意に選
ぶことができるが、重油を例にした概念図を第6図及び
第7図に示す。
第6図Aに示す如く、重油吹込み量を変更した場合に、
未来時刻溶銑温度を目標値に制御するために更に重油吹
込み量の変更量を決定する手段である。
これは、予め求めた已,k″太よりR。R,の変動量を
式(16)、(17)により計算し(第6図B)、これ
らより下部固体温度及び溶銑温度の未来値を予測し(第
6図C)、未来溶銑温度が目標値となるように現在時刻
における重油吹込み量の変更値を(28)式より決定す
ること(第7図)である。更に、溶銑Siを指標として
制御する場合を説明する。
未来溶銑S1値は溶銑温度の場合と同様に次の如く修正
することができる。^ . △ . ただし、 ζi゛;j時刻先予測溶銑Si 孔L;j時刻先予測炉下部温度T■ Si−1;最新タップ実測溶銑Si 千51:最新タップ測定時の現時刻推定炉下部温度↑ら
なお、δSi−1は測定誤差の影響を除くため数タップ
の平均値を用いることができる。
このように=ニ奪:+″電RJご=(28)″によつて
操作量の変更すべき値を決定する。
A.G″Uj:定数(操作量に何を用いるかによつて決
定される。
)Si※:目標溶銑Si値 以上述べた木発明によみ側鋪古渓1寸 鵠卑課騒豊富な
操業者が、実測溶銑温度、炉頂ガス分析値、過去の操作
量変更量を考慮しながら行つている制御方法を一つの統
一したモデルとして記述したところに特徴があり、それ
ら別々に点数方式で加え合わせるという方式の制御方法
に比べよりきめ細かく制御が行える。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実施するために用いる高炉内部の反応
モデルの一例を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 高炉のステップ応答実験またはデータ解析により操
    作量変更に対する炉内反応速度の応答特性を予め求めて
    おき、刻々得られる炉頂ガス分析値と上記反応速度の応
    答特性から未来時刻の反応速度、炉内部温度を予測し、
    該予測値と実測される溶銑温度又は溶銑Si値から未来
    時刻溶銑温度又は溶銑Si値を予測し、これらに基いて
    次式を用いて溶銑温度又は溶銑Siを制御する高炉の操
    業方法。 u※=u゜+ΣG^j_u(X※−■^j)(2−1)
    u※;変更後操作量u゜;現時刻操作量 G^j_u;定数 X※;目標溶銑温度又は溶銑Si ■^j;j時刻先の溶銑温度又は溶銑Siの予測値
JP52106003A 1977-09-03 1977-09-03 高炉の操業方法 Expired JPS6055561B2 (ja)

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