JPS63210217A - 高炉炉熱予測方法 - Google Patents

高炉炉熱予測方法

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JPS63210217A
JPS63210217A JP4458787A JP4458787A JPS63210217A JP S63210217 A JPS63210217 A JP S63210217A JP 4458787 A JP4458787 A JP 4458787A JP 4458787 A JP4458787 A JP 4458787A JP S63210217 A JPS63210217 A JP S63210217A
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JP
Japan
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furnace
blast furnace
term
wall
temperature
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JP4458787A
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English (en)
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Korehito Kadoguchi
維人 門口
Takeshi Yabata
矢場田 武
Junpei Kiguchi
淳平 木口
Koichi Matsuda
浩一 松田
Nobuyuki Nagai
信幸 永井
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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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)
  • Blast Furnaces (AREA)

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) この発明は、高炉の安定な操業を行なうための高炉炉熱
予測方法に関する。
(従来の技術とその問題点) 高炉の安定操業の維持のためには、溶銑温度を一定にす
ることが必要であることが従来より知られている。この
ため、高炉操業者は常に高炉炉熱変化を予測する必要性
があった。
高炉炉熱変化において、特に温度低下によって溶銑が凝
固し、高炉から流出しな(なる可能性があるため、温度
低下の予測は極めて重要なものとなる。
高炉炉熱の予測方法としては、高炉をブラックボックス
とみなし、統計的解析によるモデルを得る方法として、
AR(^uto −Rcgressive) (自己回
帰)モデルによるものがある。
上記したARモデルは高炉の実際の炉熱レベルの時間的
変動を予測するモデルとして優れた特性を有するが、以
下に述べる641題点がある。
第17図は溶銑温度の実績値と予測値の経時変化を示す
図であり、同図において11は実績値X、(2は予測値
・に基づく曲線である。同図に示すように、実績値の変
化に対し、予測値の変化はτサンプリング時間(すなわ
ちサンプリング間隔をΔtとしてXΔを時間)程度遅れ
、その振幅も小さなものを示す傾向がみられる。このた
め、予測機能を十分に果たせなく、しかもその予測値の
精度も十分には正確でないという問題点があった。
コノ問題点を解決するためA RM A (Auto−
Regressive Moving Average
) (自己回帰移動平均)モデルによるものが、特開昭
60−248804゜「鉄と鋼」1984年、第1号、
54頁等に開示されているが、未だMA項に導入する変
数として決定的なものが見つけだせていないのが現状で
ある。
(発明の目的) この発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、予
測が遅れることなく、しかも溶銑温度変化を正確に予測
することのできる高炉炉熱予測方法を提供することであ
る。
(目的を達成するための手段) 上記目的を達成するため、この発明による高炉炉熱予測
方法は、高炉の操業結果を用いて、高炉炉熱レベルの時
間的変動をARMAモデルにより予測するに際し、高炉
の所定箇所に設置された内壁温度計により所定時間間隔
毎に測定される内壁温度差に関する変数と、ソリューシ
ョンロスカーボン量または炉頂ガス成分中の窒素量の所
定時間幅にa3ける平均値をMA項に導入している。
(実施例) 1、MA  に  する、 の 高炉の炉熱低下の第1の理由として、以下に示すものが
考えられる。
高炉羽口から吹き上げる溶銑温度及び溶銑量調整のため
の高温空気(ガス流)は通常、炉内中央部に吹き込んで
いる。ところが原料装入条件、装入物分布等の理由によ
り、急にガス流が炉内周辺部に多く流れる場合がある。
その結果、Fe O+C−)Fc 十CO の吸熱反応が促進され、炉熱低下が起こる。
ところで、ガス流が多量に炉内周辺部に流れると、Na
 、に、Pb等の炉内付着物及び停滞層が剥離し、壁落
ちすることにより、その部分の炉壁温度が急激に上昇す
る。そしてその後、遅からず炉熱は低下することになる
また、高炉の炉熱低下の第2の理由として、以下に示す
ものが考えられる。
高炉内の荷下り速度が原料装入条件、装入物分布等の理
由で上がると、いわゆる生鉱下りにより高炉内の融着帯
レベルが下がり、炉熱低下が起こる。
ところで、融着帯レベルが下がると、該当部分における
炉壁温度も急激に下降する。そしてその後、遅からず炉
熱は低下することになる。
上記した2つの理由により、炉壁温度差は高炉炉熱変化
に対して先見性があると言える。そこで、MA項に炉壁
温度差に関する変数を導入したARMAモデルが考えら
れる。
第1図(a)、(b)は、各々この発明の一実施例で用
いられる内壁温度計の配置を示す側面断面図、平面断面
図である。内壁温度計3は同図(a)に示すように、高
炉1の高さ方向に7個(背部3個。
腹部2個、朝顔部2個)、同図(b)に示すように高炉
1の周方向に4個設置する。つまり、4方向7レベルで
計28個の内壁温度計3を設置する訳である。
内壁温度計は例えば、本出願人による実開昭57−81
531.実公昭59−16816に開示されたものを用
いてもよく、第2図は後者に開示された内壁温度計(以
下これをrFMセンサ」という。)を示す概念図である
同図において、4は2本の導線5が絶縁的に平行して埋
設され前方端側に感温部6を有するシース型測温体であ
り、シース型8Il淘体4は複数本を、夫々の感温部6
が長さ方向の異なる部位に配置される様に平行配列され
ており、さらにシース型ダミー棒7を感温部6の先端に
接続して、最先端を揃えている。シース型ダミー棒7は
2本の導線5が絶縁的に平行して埋設され、シース型?
III温体4と実質的に同一の熱伝導性を有する。FM
センサ3はこのシース型測温体4を絶縁材8で相互に非
接触に保ち、シース管9内に収納することにより形成さ
れる。
−〇 − 第3図はFMセセン3の設置説明図である。同図におい
て、10〜13は高炉の炉壁であり、10はレンガ、1
1はステーブ、12はスタンプ、13は鉄皮である。F
Mセンサ3は同図に示すように、パツキン14及び溶接
部15への溶接により、炉壁内部に設置されている。な
お、16は充填材であり、17はミルク注入口であり充
填材16を注ぎ込む箇所である。
なお、ここで説明したFMセンサ3はその設置及び構造
上、炉壁の侵食と共にFMセンサ3自体も侵食され、シ
ース型側温体4が炉壁近傍の炉内に露出する場合もあり
、実際には「炉壁温度」と共に「炉壁近傍の炉内温度」
を測定していることになる。以下、両者を含めた概念を
[炉壁温度]として述べる。FMセンサは上述のように
、従来のシース熱電対等の温度計に比べ、多数の測定点
を有し、迅速な測温応答を満足し、長期の連続的な温度
測定が可能であり、信頼性の向上、耐久性の向上、施工
性の向上等が計られている。
各FMセンサ3は、第4図に示すように所定サンプリン
グ時間Δtごとに高炉1の内壁温度を測定している。こ
こで、時刻jのi番目のFMセセン3の内壁温度をTj
、、とし、時刻jの1サンプリング時間Δを前の内壁温
度を王、 、とすると、J−1,I ■・・とT・ ・との内壁温度差(差分値)Δ丁J、 
l   J−1,1 j、iは・ 6丁・・−王、・−Tj−1,i     ・・・(1
)J、I      J、1 となる。この状態を第5図に示す。
この差分値ΔTj、iに、各FMセンサ3毎の高さ1周
方向等を考慮して重みW、を乗する。さら■ に、差分値ΔTj、、が負のものに対しては、V。
−〇、それ以外のものに対しては、v、 −1を示す正
負パラメータV、も乗じ、時刻jの補正差分値(正の差
分値)C−r、、を得る。
J、I CT・・−W、・V、・6丁1.  ・・・(2)J、
I   I   I    J、1次に、補正差分値C
T、、の全FMセンザ3にJ、1 対する総和をとり、これをST1 、とする。
ST1、− ε CT、、       ・・・(3)
J7.1J11 そして次(4)式に従い、この差分値総和ST1 。
の値が予め定められた閾値ε1より大きくなれば、炉内
付着物の壁落ちによる炉壁の急激な温度上昇があったと
みなせることにより、この事象を数値化することでMA
項に変数として導入できる。
8丁1・≧ε1          ・・・(4)また
、(2)式において、正負パラメータ■・は差分値ΔT
j、、が正のものに対しては、V、=Q、それ以外のも
のに対しては、v H= 1とし、次に、補正差分値C
’T・・の絶対値の全FMセンサ3にJ、1 対する総和をとり、これを5T2jとする。
ST2. −Σ IcT、  ・ 1        
・・・(3)。
J、ユ、J、1 そして次(4)式に従い、(3)°式に基づく差分値総
和ST2・の値が予め定められた閾値ε2より大きくな
れば、生鉱下りによる急激な温度下降があっだとみなせ
ることにより、この事象を数値化することでMA項に変
数として導入できる。
ST2.≧ε2           ・・・(4)(
4)式((4)’式も可)を満たす事象が、現在時刻t
から時間幅NΔを過去に逆のぼり存在すれば、Fl (
t)=l存在しなければFl (t)=−1とする変数
F1 (t)をMA項として導入することが考えられる
この場合、1時点先の溶銑温度予測値V(t+Δt2)
は次式により推定できる。
、¥(を十Δt2) =九a 1.y (t −iΔt2)+b1F1(t)
・・・(5) 右辺の第1項がAR項、第2項がMA項である。
なお、all、blは係数である。
第6図、第7図は(5)式における予測例を示しており
、(a)は溶銑温度、(b)は正の差分値総和ST1・
、(C)はFl (t)の経時変化を示すグラフである
また、現在時刻tから時間幅NΔを過去に逆のぼり、(
4)式を満たず事象が何回起きたかを示す変数F2(j
)を次(6)式に示すようにMA項として導入すること
も考えられる。
yrt+Δt2) =、E、a 2.y (t−iΔt2)+b2F2(t
)・・・(6) なお、a21.b2は係数である。
第8図、第9図は(6)式における予測例を示しており
、(a)は溶銑温度、(b)は正の差分値総和5T11
、(c)はF2(t)の経時変化を示したグラフである
Il、MA項に導入する 2の 従来より、高炉の還元状態の良否を示すソリコーション
ロスカーボン量(以下「ツルロスC量」と言う)の増減
は、高炉炉熱の温度と強い相関があることが知られてい
る。すなわちツルロスCIの増加は、以下に示すいわゆ
るツルロス反応が促進することを示しており、 C+CO2→2CO この反応は吸熱反応であるから、遅からず(実際には数
時間程度後に)炉熱は低下することになる。
従って、ツルロスC量の増減は高炉炉熱変化に対し先見
性があると言える。
そこで、MA項にツルロスC量の平均値を導入したAR
MAモデルが考えられる。
第10図(a)、 (b)は各々溶銑温度の瞬時値とツ
ルロスC量平均値の経時変化を示している。同図(a)
において、Llは実績値、L2は予測値である。ツルロ
スCAI (Kg/ t−11)の瞬時値は炉頂ガス成
分中のGo、Co  、N2等の割合、送風条件、原料
装入条件などをもとに例えばガスクロマトグラフィーの
サンプリング時間ごとに算出され、第8図(b)を参照
して、ツルロスC量平均値u(t−にΔt1)(k=1
〜N)は、所定時間幅NΔt 内の前記瞬時値を時間幅
Δt1ごとに平均して求められている。一方、溶銑温度
の瞬時値y(t)は、サンプリング時間Δt2ごとに求
められている。なおtは現在の時刻である。
このような変数によりARMAモデルで、1時点先の溶
銑温度予測値V(t+Δt2)は次式により推定できる
9  (’t  −1−△ t 2 )右辺の第1項が
AR項、第2項がMA項である。
なおa・、Cjは係数である。
1[[、、MA項に導入する2つの変数1工、LLで述
べた変数は、各々単独でMA項に導入しても、かなりの
効果が期待できるが、さらに予測精度を向上させるため
、2つの変数を同時にMA項として、導入することが考
えられる。
この場合1時点先の溶銑温度予測値’57(t+Δt2
)は次式により推定できる。
’57(t+Δt2) −Σ a、y(t−iΔt2) =01+ +b1F1(t) 十  Σ  c、u(t−j  Δ t  1 )  
  ・ (8)、j=t  ” ’S/(t+Δt2) −Σ a ・y(t−iΔt2) 、、、   2+ +b2F2 (t) + 、E、 c2ju (t −jΔt1)  −(9
)なお、alilbllClj、a21.b2.C2j
は係数である。
第11図は(8)式に基づいた予測の処理手順を示すフ
ローチャートである。ステップS1で(1)〜(3)式
により正の差分総和5T1jを求め、次にステップS2
で現在時刻tから時間幅NΔを過去に逆のぼり、(4)
式を満足したか否かを判定する。1度でも(4)式を満
足した場合、ステップS3においてFl (t)=1と
し、1度も(4)式を満足しなかった場合、ステップS
4において、Fl (t)=−1とする。
そして、ステップS5で、現在時刻tから時間幅NΔt
1過去に逆のぼり、ツルロスC量の区間Δt1ごとの平
均値u(t−にΔt1)(k=1〜N)をN個算出する
。なお、上記したステップ81〜S4.ステップS5の
処理はサンプリング時間Δt2毎に行なっている。
そして、ステップS6において、現在時刻tの溶銑温度
実績値y(t>より、これを予測結果V(1)と比較す
ることにより(8)式の係数a11゜blCljを決定
する。次にステップS7において1時点先の溶銑温度予
測値V(t+Δt2)を、上述のステップS6で求めた
係数a11.b1C1jを用いた(8)式より求め、次
のステップS8でこの予測値V(t+Δt2)を出力す
ることで、高炉炉熱を予測する。以降、ステップS1に
戻り、ステップ81〜S8を練り返しながら炉熱を予測
する。
第12図は、(9)式に基づいた予測の処理手順を示す
フローチャートである。同図においてステップS11で
(1)〜 (3)式により正の差分値総和5T1jを求
め、ステップ812で現在時刻th−ら期間NΔt1過
去に逆のぼる間に(4)式を満たしたか否かを判定する
。(4)式を満足した場合、ステップS13において、
5T1j≧ε1が起った回数がpであれば、F2 (t
)=pとする。一方、(4)式を1度も満足しなかった
場合は、ステップS14においてF2 (t)−〇とし
、以降ステップ815〜818は第11図のステップ8
5〜S8と同様の処理を施している。
このように炉熱潤度に対し先見性の高い炉壁温度差(差
分値)に関する変数とツルロスCIの平均値をMA項に
導入することによって、より正確な炉熱が予測できる。
■、出銑口による温度偏差の考慮 ところで、通常高炉は2箇所の出銑口により交互に出銑
を行なうため、異なる出銑口A、Bでは第13図の1出
銑ごとの溶銑温度の経時変化に示すように溶銑温度に偏
差が生じることが多く、この様な場合には予測精度に影
響が生じてしまう。
そこで、出銑ロA、B別に(8)、 (9)式によるA
RMAモデルを立てて溶銑温度を予測する方法が考えら
れる。1時点先の出銑が出銑口Aによる出銑の場合、出
銑口Aから出銑された溶銑温度yA(1)を用い、 V  (t+Δt3) −A、 a AHyA(t  iΔt3)+bAF1 
(t) 十  Lc−u(t−j  Δ t    )    
  ・ (10)、、、   AJ         
2により溶銑温度を推定する。一方、出銑口Bによる出
銑の場合、出銑口Bから出銑された溶銑温度yB (t
)を用い、 V  (t+Δt3) =Σa、y  (t−+Δt3) 、B+8 +bBF1  (i > 」−Σ c、u(t−jΔt  >   ・(11)−
BJ        2 4;1 により溶銑温度を推定する。なお、aAi、v、。
CAj、aBi、bB、CBjは各々係数であり、Δt
3が出銑日別のサンプリング時間となる。
第14図は変数F1 (t)をMA項に導入した出銑日
別ARMAモデルによる推定の処理手順を示すフローチ
ャートである。同図においてステップS21〜S24で
、上述と同様に変数F1 (t)を求める。次にステッ
プS25で、ツルロスC量平均値u(t−、jtΔ2)
をN個算出する。
そして、ステップ826において、1時点先の出銑口の
区別を行ない1時点先の出銑が出銑口Aであれば、ステ
ップ827,828で(10)式に基づき出銑口Aの溶
銑温度予測値V (を十Δt3)八 を求め、ステップS29においてV^ (を十Δt3)
を出力した後ステップ821に戻る。
一方、ステップS26において、1時点先の出銑が出銑
口Bであれば、ステップS30.S31で(11)式に
基づき溶銑温度予測値’Sl’B(t+Δt3)を求め
、ステップS32で予測値yB (t+Δt3)を出力
し、ステップS21に戻る。
変数F2 (t)をMA項に導入した出銑日別ARMA
モデルも同様に、(6)式によるARMAモデルを出銑
日別に立てることで実現できることは勿論であり、その
処理手段を第15図のフローチャートに示す。ステップ
841〜352は前述のステップ821〜832に対応
している。
このように出銑日別にARMAモデルを設けることによ
り、出銑口の違いによる溶銑温度偏差の影響を取り除く
ことができ、予測精度がかなり向上する。
■、補足 なお、この実施例では(4)式を満たず事象を数値化し
MA項に導入した例について述べたが、(4)°式を満
たす事象を数値化してMA項に導入しても同様の効果を
奏する。
また、この実施例では内壁温度計に「Mセンサを用いた
が、通常の測温センサ(例えばシース熱電対)でも寿命
の点で問題はあるものの代用可能であり、ステーブ温度
計、レンガ埋め込み温度計を用いてもその信頼性、測温
応答性の低さから予測精度は若干低fするものの、代用
可能である。
さらに、この実施例では、FMセンサ3を7レベル4方
向に28個設置したが、高炉の特性にJ:り適当に設置
すれば良いのは勿論である。
また、ツルロスCfiの区間Δt1ごとの平均を求める
に際し、ツルロスC量の瞬時値が第16図(a)に示す
ようにノイズ等の原因で異常値E1゜E2を発生する場
合がある。ここで、時刻jのツルロスC量をX・、1サ
ンプリング時間Δを前のツルロスCがをxj−iとする
と、ツルロスCf、の差分値の絶対値はΔX、は ΔX・−I×、=xj−11・・・(13)J    
    J このΔX・を閾値ε2と同図(C)のように比較するこ
とで異常値E1.E2を見つけだし、同図(b)に示す
ように直前の値と置きかえることより平滑化をはかる方
法が考えられる。この方法を適用することにより、より
正確なツルロスCfiの平均値が求まり、その結果さら
に精度の高い予測が可能となる。
なお、この実施例では、所定期間NΔt、内のツルロス
C量の平均値として、区間へt1ごとの平均値を求めた
が、所定時間幅の移動平均値を所定時間間隔でサンプリ
ングしてもよい。
また、ガスクロ71〜グラフイーにより検出される炉頂
ガス中の窒素量(%)(以下、「ガスクロN2量」と言
う。)はツルロスC量と強い負の相関があり、ガスクロ
N211の最小値をツルロスC量の最大値の代りにMA
項に用いることによっても同様の効果が期待できる。
(発明の効果) 以上説明したように、この発明によればMA項に高炉の
内壁温度差に関する変数と、ツルロスC量またはガスク
ロN2ff1の平均値を変数として用いたARMAモデ
ルにより、高炉炉熱、特に炉熱低下を遅れることなく、
しかも正確に予測できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (b)は各々この発明の一実施例で用
いられるFMセンサの配置を示す側面断面図、平面断面
図、第2図、第3図は各々「Mセンサの概念図、設置説
明図、第4図は内壁渇痕の経時変化を示すグラフ、第5
図は内壁温度差の経時変化を示すグラフ、第6図ないし
第9図は各々この発明の一実施例における予測例を示し
、(a)は溶銑温度、(b)は正の差分値総和、(C)
は内壁温度差に関する変数の経時変化を示すグラフ、第
10図(a)、(b)は各々溶銑温度の瞬時値とツルロ
スCmの平均値の経時変化を示すグラフ、第11図、第
12図は各々この発明の実施例における予測方法の処理
手順を示すフローチャート、第13図は出銑口の違いに
より、溶銑温度に違いが生じる場合の溶銑温度の経時変
化を示すグラフ、第14図、第15図は各々この発明の
他の実施例である出銑日別ARMA法の処理手順を示す
フローチャート、第16図(a)、 (b)、 (c)
は各々異常値を含んだツルロスC量の瞬時値、ツルロス
C量の差分値の絶対値、黄常値を取り除いたツルロスC
量の瞬時値を示すグラフ、第17図は従来のAR法に基
づく溶銑温度実績値による予測結果を示すグラフである

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)高炉の操業結果を用いて、高炉炉熱レベルの時間
    的変動をARMAモデルにより予測するに際し、 高炉の所定箇所に設置された内壁温度計により所定時間
    間隔毎に測定される内壁温度差に関する変数と、ソリュ
    ーションロスカーボン量または炉頂ガス成分中の窒素量
    の所定時間幅における平均値をMA項に導入したことを
    特徴とする高炉炉熱予測方法。
  2. (2)前記ARMAモデルは、出銑口によって各々異な
    るものである特許請求の範囲第1項記載の高炉炉熱予測
    方法。
JP4458787A 1987-02-26 1987-02-26 高炉炉熱予測方法 Pending JPS63210217A (ja)

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