JPS61508A - 高炉操業法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高炉操業方法に関し、さらに詳しくは、操業
条件を短時間に大きく変動させる場合において、非定常
高炉モデルを用いて高炉を適正に操業する方法に関する
。

〔従来の技術〕

近年、高炉内で生じている様々な現象が解明され、それ
に伴って高炉操業技術が向上し、過去にはブラックボッ
クスと言われてきた高炉を巧みにコントロールして安定
した操業を行うことができるようになってきた。

しかし、さらに省エネルギ、省生産コストを図ること、
および多様化している製鋼以下の製造プロセスからの強
い要請に応じて高炉操業可能範囲をより一層拡大するこ
と等が必要となってきている。その１つとして、従来の
ような安定した高炉状態を維持する静的な安定操業とは
別に、特定の目標を達成するために１または複数の操業
条件を故意に時々刻々と変化させた操業を行う必要が生
じてきている。

例えば、電力源として所外発電所からの買電と所内で発
生したガスによる自家発電の両方を用いている製鉄所に
おいて、買電の電力単位は通常、夜間の方が昼間に比べ
て安価であることを利用して、電力単価の高い昼間に単
位時間当り高炉で発生するガスカロリー（ガスカロリー
発生速度、ｋｃｌ／ｍ１ｎ）を多くして製鉄所全体とし
ての自家発電率を高め、逆に電力単価の低い夜間はガス
カロリー発生速度を低くする高炉操業を行うと、その結
果として、製鉄所全体として一日を通じて同じ電力量を
より低いコストで使用することができる。従って、昼間
と夜間の操業条件を変化（させる操業（以後昼夜間吹き
分は操業と名付ける）が要請されている。

昼夜間吹き分は操業を行なうには、昼夜間におけるそれ
ぞれの高炉の送風量を大きく変化させなければならない
。ところがこの変化に伴って高炉状態は大きく変動し、
造銑速度や溶銑成分組成およびその温度が変動したり、
時によっては、炉内圧力損失の上昇および高炉内の物質
や熱のアンバランスによって棚吊りやスリップ等の炉況
悪化現象も生じる恐れがある。

このように昼夜間吹き分は操業を安全に行うことは非常
に難しく、昼と夜とで送風量を３％程度以内で変動させ
る操業は従来も行われてはいるが、実炉においてそれ以
上の大幅な操業条件変動がなされたという報告もない。

送風量を３％程度変動させる小さな変更は高炉状態にほ
どんど影響を与えず、高炉状態を安定に推移させるため
の特別なアクションをとる必要もない。またこのような
場合、送風量を変動して高炉発生ガス量を増加させても
ガス中のＣＯおよびＨ２分率が低下して単位体積当りの
ガスカロリーが減少し、この結果としてガスカロリー発
生速度が期待した通りに変化しないのが通常であり、上
記昼夜間吹き分は操業の目的を達成できない。

以上述べた昼夜間吹き分は操業や、製鋼工程以降の製造
プロセスからの要請および／または溶銑の製造計画に応
じて出銑量および／または溶銑成分組成を臨機応変に制
御する操業においては、操業条件を非定常的に大きく変
動させると同時に高炉状態の安定を保持しなければなら
ない。

このためには非定常操業を行った場合の高炉状態の変動
を前もって予測し、さらにその変動が適切なものとなる
には操業条件をどのように調節すればよいか設計しなけ
ればならない。

ところが、従来の高炉操業法では、上述のような変動の
激しい操業を安定に行うことは困難であった。なぜなら
従来の操業法では、高炉操業はフィードバック式に制御
されているためである。

それら操業法のほとんどは、現時点もしくは、それ以前
の操業条件および高炉における様々な計測値より、統計
解析や高炉内での定常的な熱および物質収支モデルを用
いて求められた適切な操業指数を、設定した目標値に近
づくように、操業条件を変更する方法を採る。例えば特
公昭４９−６００８、特開昭５３−４６４１９、特開昭
５１−１５１２０９および特開昭５２−１１７２１９等
がこの操業法にあたる。

これ′らの方法は、高炉を一定条件下で安定な操業を行
ったり、もしくは準定常状態を保ちつつ徐々に操業条件
を変化させていくような操業には適しているが、前述の
ような操業条件を大幅に変更する操業や休風前後の操業
など操業条件の変化が非常に激しい操業、従って高炉状
況もそれに伴って大きく変動するような操業に対しては
適用できない。

他方、操業アクションに対して炉況を予測できる操業法
としては、特公昭４４−１７０１２、特公昭５０−２９
４１１、特開昭５４−３９３１２および特公昭５０−３
０５６８がある。これらは現時点までの銑中Ｓｉ濃度等
の変化を傾向的に捕え、かつ操業アクションによりＳｉ
濃度等の変動を静的数学モデルもしくは回帰式を用いて
計算して将来のＳｉ濃度を予測している。

しかし、これらの方法もフィードバック方式の操業法で
あって、将来の炉況が現在の炉況と大きく変化しないこ
とを仮定している。

従って大きな炉況変動がある場合や、長時間後の炉況を
予測する場合は予測誤差が大きくなってしまう。

前述のように、非定常高炉操業を安全に行うには操業の
予測設計が可能なフィードフォワード式の操業法を行う
必要があるが、このためには炉内現象を精度よく定式化
した普遍的な非定常高炉モデルの開発が必要である。従
来、変動の激しい高炉操業ができなかったのは、このよ
うな精度よいモデルに裏づけされた操業指針がなかった
ためである。

操業の精度よい予測と設計のできるモデルに基づいた高
炉操業法としては特開昭５５−１１０７０９、特開昭５
５−１１０７１０および特開昭、ｆ　　　　　　　　５
８−３４１０８がある・０れらの操業法は休風前後や高
炉の火入れおよび吹き卸し時の非定常操業に関するもの
である。これらの方法は溶銑滓温度、炉頂ガス温度およ
び組成もしくは炉内圧力損失が設定した範囲に納まるよ
うに、操業条件の変化量とそのタイミングを設計してそ
の設計に基づいて実操業を行っている。

しかし、これらの方法の適用は、休風前後や高炉火入れ
または吹き卸し時の操業に限られている。これらの操業
では確かに変動は激しいが、その期間は通常半日程度で
終り、その後は定常操業を行なう。このような一時的な
非定常高炉操業においては予測値と実測値が多少ずれて
もその後の定常操業を適切にフィードバック制御してや
れば大きな問題にはならない、ところが昼夜間吹き分は
操業では、高炉状態が長期に亘り時系列的に大きく変動
するので、この変動状態を適正に推移させるためにダイ
ナミック制御が必要となる。

また、溶銑中Ｓｔ濃度は高炉操業にとって重要な操業因
子の１つであり、かつ溶銑温度にも強く影響するが、上
記方法のちととなる高炉モデルでは高炉内での溶銑への
Ｓｉ移行反応は扱っていない、従って溶銑中Ｓｉ濃度の
予測ができず、かつ溶銑温度の予測誤差も大きくなる。

さらに昼夜間吹き分は操業では、特定の操業指数を大き
く変動させ、かつ他の操業指数の変動を抑えるという互
いに反した高炉状態を維持しつつ安全に操業を遂行する
必要がある。ところが上記操業法では溶銑温度等を適切
な値に維持することを目的としており、同時に他の操業
指数を任意に変動させる場合についての操業設計はでき
ない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は非定常高炉モデルによる迅速な高炉操業の予測
および設計が可能なフィードフォワード式の高炉制御方
法を採ることにより、従来のフィードバック式の操業方
法の欠点であった高炉の動的コントロールの欠如を解消
し、高炉操業の変動可能範囲を拡大することを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、非定常高炉モデルを用いて、操業条件を変更
したときの炉況応答データを作成すると共に、該データ
を実炉の操業データと比較して修正する段階と、操業目
標に合わせて前記非定常高炉モデルを利用して、操業条
件の変更を決定し、該変更決定に従って操業したときの
高炉変動を予測し、該予測値が適当な範囲に収まるよう
にさらに他の操業条件の変更を、前記非定常高炉モデル
を利用して決定する段階と、上記決定に従って実炉操業
条件を操作し、該操業によって得た実炉状態の実測値と
目櫟値との差に基づき前記実炉をフィードバック制御す
る段階とからなることを特徴とする、短時間に操業条件
を大きく変化させる高炉操業法にある。また、あらかじ
め非定常高炉モデルを用いて求めた高炉の動的応答特性
を近似関数で表わし、これを炉況応答データとして用い
ることができる。

本発明方法は、特定の操業条件を変更した時の炉況変動
を予測し、この予測された変動を適切な範囲に納まるよ
うに他の操業条件を変更して総合的に高炉のダイナミッ
ク制御を行なうことを特徴とする。このため、昼夜間吹
き分は操業に見られるような、１つの操業指数を時系列
的に変動させ、かつ他の操業指数の変動を抑える操業に
対しても予測、設計ができる。

また非定常高炉モデルによって溶銑中成分組成の変動を
予測できることも本方法の１つの特徴であり、これによ
って溶銑成分組成の動的制御が可能となり、さらに炉内
温度分布や反応速度の予測精度が向上することによって
溶銑温度、炉頂ガス温度ならびに組成および炉内圧力損
失をも、より精度よく予測制御できる。

さらに本方法において操業の予測、設計を行う時、非定
常高炉モデルのみならず、非定常モデルを用いて求めた
高炉の動的応答特性を示す比較的単純な関数を使用する
ことによって予測、設計に要する計算時間を大幅に低減
できることも本方法の大きな特徴の１つである。

非定常高炉モデルを用いて高炉状態を精度よくかつ迅速
にフィードフォワード制御する本操業方６′＃、。１ゆ
。い４．ｔ６゜□あ、ヵ１．。

非定常高炉モデル２において各種操業条件１を色々と変
化させてこの時の高炉の動的炉況応答性データ３を求め
ておく、それと同時にこうして求めた炉況応答性データ
３が実炉データ１６と適合しているかを検討し、これら
の応答性データ３を、より高信頼性のものにする。

この炉況応答性データ３は以後の操業予測および設計に
用いるので精度を損なわない程度になるべく単純な操業
条件と時間の関数（応答関数）として表わす。

次にこれから行おうとしている高炉操業に対して、操業
目標４を満足するようにメインの操業条件５を変更する
。この変更は上で求めた高炉の動的炉況応答性データ３
を用いて行なう。例えば昼夜間吹き分は操業で、高炉発
生ガスカロリーを１０％変動させるには、どの程度送風
量を変化すればよいかを決めるのがこの過程である。操
業条件変更量５が決まれば、それを非定常モデルあるい
は前記応答関数に入力し、その時の高炉の炉況変動７を
予測する。昼夜間吹き分は操業を例にとると、この時出
銑量、溶銑成分組成、出銑温度等は大きく変動するであ
ろう。そこで次にこの変動がなるべく小さくなるように
他の操業条件８を適切な量だけ適切なタイミングで変更
する。この時も炉況応答性データ３を利用する。昼夜間
吹き分は操業では送風温度、装入物Ｏｒ　ｅ　／　Ｃｏ
　ｋ　ｅ、送風１分等の変更によって炉況変動を抑える
ことができる。この操業条件の変更結果をもう１度非定
常モデルあるいは前記応答関数を用いて予測する。まだ
炉況変動が大きいようであれば、さらに高炉の操業条件
５を変更する。この操業予測を繰り返し、最適操業条件
を見出す。出て来た結果から操業の可否を判断１２Ｌ、
操業不可能１２もしくは適切でない場合は最初に与えた
操業目標４を変化させる。

最適な操業条件の変更が決定したならば、これをコンピ
ュータ１３に入力して自動的に高炉の操業アクションを
採らせる。ただし予測設計した通りには炉況変動しない
おそれがあるので、実炉変動１４を観測しながらフィー
ドパ・ンク制御を行なう。このように本操業法は非定常
高炉モデルに基づくフィードフォワード制御を骨格とし
、実炉の計測に基づくフィードバック制御によって炉況
変動の制御精度を向上させる。

〔実施例〕

大型高炉を例にとり、送風温度（ＢＴ）、送風湿分（Ｂ
Ｍ）、送風量（Ｂ　Ｙ）および装入物Ｏｒ　ｅ　／Ｃｏ
　ｋ　ｅ　（０／Ｃ）等の操業条件を変更して、この時
の炉況の動的応答特性を非定常高炉モデルを用いて求め
た。この結果を第１表に示す。

第１表では、炉況応答性を第２図のような１次おくれ系
であると仮定し、溶銑中Ｓｉ濃度（Ｓｉ）と溶銑温度（
以下ＨＭＴと記す）についてのおくれ時間（τ　　　）
、時定数（１本）おｄａ＋ｏｍｙ よび９５％応答時間（τ）を求めた。また各操業条件の
変更に対して１００％応答した時の炉況の変動を、（Ｓ
ｉ）とＨＭＴについて求めたところ次の式を得た。

ΔＨＭＴ　（℃）＝０．２９２４−ΔＢＴ（”Ｃ）−２
，５４−Δ　ＢＭ　　（ｇ／Ｎｒｎ’）−０，Ｏ’４８
１　−　ΔＢＶ　　（Ｎｍ’／　ｍ　ｉ　　ｎ）−２８
５・ΔＯ／Ｃ（−） Δ　（Ｓ　　＋　　）　　〜２．４４Ｘ　　１　０　〜
３　拳　Δ　ＢＴ（’（１り−０，０２１２−ΔＢＭ　
　Ｃｇ／Ｎｄ）−４，２ＸＩＯ−４−ΔＢＶ　　（Ｎｒ
ｎ”７ｍ　ｉ　　ｎ）−２，６５・ΔＯ／Ｃ（−） 他方、」二記高炉で送風温度を５０″Ｃ上昇した時の遅
れ時間、時定数および応答時間を求めたところ第１表の
かっこ内の結果が得られた。これによると本モデルによ
って求めた応答性は実炉をかなり正しく表わしていると
いえよう。

次に、以上求めた高炉の動的応答性を用いた場合の昼夜
間吹き分は操業における本操業法による炉況制御の実施
例を示す。先ず、実高炉で基準となる操業条件を第２表
のように決めた。この時の基準炉況は第３表に示した通
りである。

第２表 第３表 いま、昼間での高炉発生ガスのトータルカロリ量を６．
１５ＸＩＯ６ｋｃａｌ／ｍｊ　ｎ、夜間でのそれを５．
６Ｘ１０Ｂｋｃａｌ／ｍｉｎとして、昼夜間で０．５５
Ｘ１０ｅｋｃａｌ／ｍｉｎ　（約９％）変化させる操業
を行なわせることを考える。

このためには送風量を昼夜間で変更するが、この時発生
ガス量の他に溶銑温度、溶銑中Ｓｉ濃度および出銑量が
昼夜間で太きく変動することが予想される。

そこで、先ず送風温度、送風流量、および装入物Ｏｒ　
ｅ　／　Ｃｏ　ｋ　ｅの変更が溶銑温度、出銑量および
ガスカロリー発生速度に及ぼす影響を非定常高炉モデル
を用いて検討した結果、第３図に見られるようにガスカ
ロリー発生速度に最も大きく影響するのは送風量変化で
あり、逆に送風温度はガスカロリー発生速度にほとんど
影響しないことが判った。

従って次にメインの変更操業条件を送風量と装入物Ｏｒ
　ｅ　／　ＣＯｋ　ｅと考え、この２つの操業条件をど
の程度変更すれば操業目標が達せられるかを非定常モデ
ルを用いて求めた。これを第４図に示す。第４図中、線
Ａ、Ｂはそれぞれ昼および夜間におけるガスカロリー発
生速度に対応する。

従ってもし出銑量の昼夜間変動をなるべく小さく抑えよ
うと思えば、第４図中のＰ、Ｑに対応する操業（等出銑
量操業）を行えばよい。ところがこの時コークス比（第
４図中斜線）は昼夜間で３０ｋｇ／ｌ−ｐｉｇ近く変化
させなければならず、操業上困難が伴う。そこで昼夜間
でコークス比、従って装入物Ｏｒ　ｅ　／　Ｃｏ　ｋ　
ｅを一定に保ちながら昼夜間吹き分は操業を行うとすれ
ば、第４図中斜線Ｓに対応する操業（等コークス比操業
）を行えばよい。ただしこの時は出銑量が昼夜間で大き
く変動する。

従って実際にはこれら再操業の中間的な操業（第４図中
斜線部に相当する）を行う。

そこで操業的にも容易でかつ出銑量変動の小さい最適な
操業条件を非定常高炉モデルを用いｆ　　　　　　　て
求めた。第５図に送風温度（ＢＴ）、送風量（ＢＶ）　
、装入物Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ　（０／Ｃ）の変更条件を時
系列的に示した。

この時溶銑温度と溶銑中Ｓｉ濃度の変動は送風温度と送
風湿分を調節することによって制御した。

最適な操業条件の変更と、この時の非定常モデルを用い
て予測した炉況変動を第６図〜第９図に示す、第６図は
ガスカロリー発生速度の変化、第７図は溶銑温度の変化
、第８図は（Ｓｉ）％の変化、第９図は出銑量の変化を
示した。図中黒丸は予測設計された操業条件に従って実
操業を行った時の炉況変動である。このように発生ガス
量、出銑温度、溶銑中Ｓ１濃度および出銑量に対して予
測した変動と実炉変動とは非常に良い一致を示している
。

こうして求めた操業条件の変更に基づいて実炉操業を行
ったところ、発生ガス量を昼夜間で７％以上変化させな
がらも、溶銑温度、溶銑中ｓｉ濃度および出銑量の変動
を各々５℃、０．０４％および２５０　ｔ　／　ｄ　ａ
　ｙ程度に抑制できた。これら３　　　　　　”種の操
業指数の変動幅は通常操業において検出される変動内に
納まっており、高炉操業指数が乱れることはなかった。

〔発明の効果〕

本発明方法により、高炉の昼夜間吹き分は操業のような
操業条件を大幅に時系列的に変動させる操業を安定的に
実施することができる。

また、本葬定常高炉操業は休風前後の非定常操業、火入
れおよび吹き卸し操業等にも適用できる。例として内容
積３０００　ｍ”級の高炉の休風入り操業の予測、設計
を行い、これに従って操業を行った時の結果を第１θ図
、第１１図に示す。

第１Ｏ図は設計された操業条件の変更パターンを示す。

第１１図で明らかなように溶銑温度、溶銑中Ｓｉ濃度お
よび造銑速度について予測値と設計通りに操業を行った
時の操業結果は良い一致を示しており、操業予測、設計
が適切で精度の良いものであったことが判る。

さらに、高炉において溶銑温度、溶銑成分組成および／
または出銑速度を非定常に変化させる操業に対しても本
操業法は適用できる０例えば出銑速度を一次的に減少す
る場合は、送風量および装入物Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅをメイ
ンの変更操業条件とし、出銑温度が所望の値を維持する
ように送風温度を制御するように操業設計を行うことに
よって安定な高炉状態を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す高炉フィードフォワード
制御のフローチャート、第２図は一次おくれ応答系のス
テップ応答特性図、第３図は操業条件の変更と操業指数
の変化の関係を示すブロック図、第４図は昼夜間吹き分
は操業を説明するグラフ、第５図は昼夜間吹き分は操業
における最適な操業条件の変更を示すチャート、第６図
、第７図、第８図、第９図は昼夜間吹き分は操業におけ
る炉況変動を示すグラフ、第１０図は休風入り操業にお
ける設定操業条件を示すグラフ、第１１図は休風入り操
業における炉況変動、すなわち溶銑温度、Ｓｉｘ、出銑
量の設計値と実測値の変動を示すグラフである。 第２図 第３図 第４図 尉洸量（ｔ　／ｄａｙ） ＰＱ：ｗＩ出り先比撞巣 百ｇ：＊コークスは１粂象 時肉（ｈ） 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 時ｖｉＩ９（ｈ） 第１１図 時向ｅ　（ｈ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　非定常高炉モデルを用いて、操業条件を変更したと
   きの炉況応答データを作成すると共に、該データを実炉
   の操業データと比較して修正する段階と、 操業目標に合わせて前記非定常高炉モデル を利用して、操業条件の変更を決定し、該変更決定に従
   って操業したときの高炉変動を予測し、該予測値が適当
   な範囲に収まるようにさらに他の操業条件の変更を、前
   記非定常高炉モデルを利用して決定する段階と、 上記決定に従って実炉操業条件を操作し、 該操業によって得た実炉状態の実測値と目標値との差に
   基づき前記実炉をフィードバック制御する段階とからな
   ることを特徴とする、短時間に操業条件を大きく変化さ
   せる高炉操業法。 ２　あらかじめ非定常高炉モデルを用いて求めた高炉の
   動的応答特性を近似関数で表わし、これを炉況応答デー
   タとして用いる特許請求の範囲第１項に記載の高炉操業
   法。