JPS63210219A - 高炉炉熱予測方法 - 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】 （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温度変化を予測する必
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、高炉から流出しなくなる可能性があるため、温度
低士の予測は極めて小型なものとなる。

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、
Ａ　Ｒ（Ａｕｔｏ−Ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ）　（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
下に述べる問題点がある。

第１４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×、１２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τＸΔを時間）稈度遅れ
、その振幅も小さなものを示す傾向がみられる。このた
め、予測機能を十分に東だせなく、しかもその予測１ｎ
の精度も十分には正確でないという問題点があった。

この問題点を解決するためＡ　ＲＭ　Ａ　（Ａｕｔｏ−
Ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ　Ｈｏｖｉｒ＋ｏ　Ａｖｅｒａｇ
ｅ）　（自己回帰移動平均）モデルによるものが、特開
昭６０−２４８８０４゜１鉄と鋼ｊ１９８４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め手段） 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、出銑口の違
いを補正する変数とをＭＡ項に導入している。

（実施例） １、ＭＡ項に導入する第１の変 高炉の炉熱低下の第１の押出として、以下に示すものが
考えられる。

高炉羽目から吹ぎ上げる溶′ａ個度及び溶銑ω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−−＞　Ｆｅ　＋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１４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層
する。そしてその後、遅からず炉熱は低Ｆ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
しのが考えられる。

高炉内の荷下り速度が原料装入条ｆｌ　、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ｍ
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。

上述した２つの理由により、内壁温度差は高炉炉熱の変
化に対し先見性があると言える。そこで、ＭＡ項に内壁
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！２ｆｆｉ度
五１（以下これをｒＦＭセンサＪ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、シース型測温体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、シース型測温体
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。

第３図はＦＭセンサ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１」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３は上述のよう
に従来のシース熱電対等の４０１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の内壁湿度を測定している。こ
こで、時刻ｊの１番目のＦＭセンサ３の内壁温度をＴ、
、、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 Ｔ　・とＴ・　、どの内壁温度差〈差分値）ΔＴＪ、　
Ｉ　　　Ｊ−１，１ 、は、 Ｊ、１ ６丁・・−Ｔ、　、　−Ｔｊ−１，、・・・（１）Ｊ、
ｌ　　　　　　Ｊ、１ となる。この状態を第５図に示す。

この差分値ΔＴｊ、、に、各ＦＭセンサ３ｆｆｊの高さ
１周方向等を考慮して重みＷｉを乗する。さらに、差分
値６丁・、が負のものに対しては、Ｖ。

Ｊ、１ ＝０、それ以外のものに対しては、ｖ、＝１を示す正負
パラメータｖ１も乗じ、時刻ｊの補正差分値（正の差分
値）ＣＴｊ、、を得る。

ＣＴ・　・　−Ｗ、　・Ｖ・　・ΔＴ・　、　　　・・
・（２）Ｊ、１．１　　　　　１　　　　　　　Ｊ、１
次に、補正差分値ＣＴｊ、、の全ＦＭセンサ３にそして
次（４）式に従い、この差分値総和５Ｔ１ｊ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１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。

ＳＴＩ・≧ε１　　　　　　　　　　　・・・（４）ま
た、（２）式において、正負パラメータＶ、は差分値６
丁９．が正のものに対しては、ｖ、＝Ｏ１Ｊ、１ それ以外のものに対しては、Ｖｌ−１とし、次に、補正
差分値ＣＴ、、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Ｓｒ２．とする。

Ｓｒ２・＝ΣＩｃＴ１．ｌ　　　　　　・・・（３）。

Ｊ　に・、　　　　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。

Ｓｒ２・≧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、Ｆ　　
（ｔ）−り存在しなければ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＋Δ１２）
は次式により推定できる。

Ｖ（ｔ＋Δｔ２） 一　　８　− 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でおり
、（ａＪは溶銑温度、（１１）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）式を満たす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。

Ｖ＜ｔ＋Δｔ２） ・・・（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ＳＴ１・
、（Ｃ）はＦ２　（ｔ）の経時変化を示したグラフであ
る。

互に出銑を行なうため、異なる出銑口Ａ、Ｂでは第１０
図の１出銑ごとの溶銑温度平均値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
は予測粘度に影響が生じてしまう。なおΔｔ３は出銑日
別のサンプリング時間である。

そこで、現在時刻ｔによる出銑と予測時刻（ｔ＋Δｔ２
）の出銑が同一出銑口からの出銑でない場合は、（５）
式または（６）式による溶銑温度予測値Ｖ（ｔ＋Δｔ２
）の精度は悪くなると考えられるので、次（７）、　（
８）式に従い出銑口の違いを補正して予測する。

’Ｓｌ’（ｔ＋Δｔ２） −Σ　ａ−ｙ（ｔ−ｉΔｔ２） ７：、　　３＋ ＋ｂ３Ｆ１　　（ｔ）＋ｃ３ｚ　（ｔ＋Δｔ２）・・・
（７） ｙ（ｔ＋Δｔ２） ＝Ｉａ−ｙ（ｔ−ｉΔｔ２） ４ユ、４１ ＋ｂ　　Ｆ　　（ｔ）＋ｃ　　ｚ（ｔ＋Δｔ２）・・・
（８） −１１＝ ここで、ｚ（ｔ）は、出銑［１の違い４補ｊ丁する変数
でその詳細は後）ホする。なおａ３ｉ、ｂ３　”　３　
’ａ４１．ｂ４．Ｃ４は係数である。

第１１図は、各々間欠出銑時にお（プる溶銑温度ｙ（ｔ
）、出銑１」補正変数７（ｔ）の経時変化を示すグラフ
で、Ｌｌは溶銑温度ｙ（ｔ）、Ｌ３は出銑口補正変数ｚ
（ｔ）、時刻ｔＡ１．ｔＡ２は各々出銑口へにおける出
銑開始時刻、出銑終了時刻、時刻１　．１　　は各々出
銑口Ｂにおける出銑開始Ｂｌ　　　Ｂ２ 時刻、出銑終了時刻を示し、（５）式ないしく８）式に
よりｎ＝２で予測を行なっている。ポイントＰ１は時刻
ｔ１にお【ノる時刻ｔ２の予測値であり、時刻ｔ１及び
予測時刻ｔ２共に出銑口Ａの同一出銑時間ｔＡ１〜ｔＡ
２内であるので出銑口の違いは考慮する必要はないため
、（５）式または（６）式により予測を行なっている。

一方、ポイントＰ２は時刻”Ａ２（ｔ３）における時刻
１　　（１）の予測値であり、時刻ｔＡ２はＢ１　　　
４ 出銑口Ａによる出銑時間で、時刻ｔＢ１は出銑口Ｂによ
る出銑時ｕ！Ｉであるため、同一出銑時間内ではない。

従って、（７）式または（８）式により予測を行なって
いる。また、時刻ｔ８１で、出銑口の違いを補止するた
め、出銑口補正変数Ｚ（ｔ）の値も変化する。

出銑口補正変数７（ｔ）は以下のようにして決定する。

現在時刻ｔから過去に逆のぼりＭ個の溶銑温度に着目し
て、その平均値Ｙを求めるとともに、前記Ｍ個のうち出
銑ＤＡに関するＭＡ個の平均値ＹＡおよび、出銑口８に
関するＭ６個（ＭＡ＋Ｍ８＝Ｍ）の平均値Ｙ８を求める
。ここで時刻１ｏにおける出銑口がＡであれば ｚ　（ｔ　　）　＝ＹＡ−Ｙ　　　　　　　　・（９）
Ｂであれば、 ｚ　（ｔ　　）　−ＹＢ　　Ｙ　　　　　　　　−（１
（１）より出銑口補正変数ｚ　（ｔｏ）を求める。

さらに８回（Ｓ≧２）連続して同一出銑口から出銑する
場合、下式に従い、（９）式あるいは（１０）ここで、
ｋはｌｋｌ＜１で ｚ　（ｔｏ）＞Ｏならばｋ＞Ｏ ｚ　（ｔ、）＜Ｑならばｋ＜０ となる。これは、連続して同じ出銑口から出銑するため
の保温効果を考慮したｂのである。つまり連続出銑によ
り、出銑樋が温ためられるため、溶銑温度実績値が通常
よりも上昇する。この温度上１に相当する温度上昇を出
銑（」補正変数ｚ　（ｔｏ）に含まけているのである。

さらに、溶銑温度実績値の基準となる管理温度ｔＣは上
記した連続出銑による温度上昇を考慮して変化させてい
る。

このように、出銑口の違いを考慮することにより、第１
１図に示すように時刻１，１（１４）における予測値’
Ｓｌ’（ｔ、１）の値は、次の出銑が出銑口Ａの場合は
ポイントＰ２′、出銑口Ｂの場合はポイントＰ２となる
。

なお出銑と次の出銑の間に時間をおく間欠出銑の場合に
ついて説明したが、出銑ＤＡ、Ｂからの出銑を一部重ね
て行なうプラス出銑の場合にも、重なり部分においては
どちらか一方の出銑口に注目することにより、上記（５
）〜（８）式により予測可能である。なおこの場合は同
一出銑口からの連続出銑はあり得ない。

第１２図は（５）、　（７）式に基づく予測方法の処理
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Ｓ１で（１）〜（３）式により正の差分値総和ＳＴ
Ｉ　、を求め、ステップＳ２で現在時刻ｔから過去時間
幅ＮΔｔ１の間に（４）式を満た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Ｓ４においてＦｌ　（ｔ）＝−１
とする。

そして、ステップＳ５において現在時刻ｔと予測時刻（
を十へ１２）が同一出銑時間内かをチェックし、同一出
銑時間内であればステップＳ６において、溶銑温度実績
値ｙ（ｔ）と予測結果Ｖ（ｔ）の比較に基づき（５）式
の係数８１１とｂｌ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）をステ
ップＳ６で求めた係数ａ１１とｂｌを用いた（５）式よ
り求め、ステップ３１６へ移行する。

一方、ステップＳ５において現在時刻ｔと予測時刻ｔ＋
Δｔ２が同一出銑時間内でなければ、ステップＳ８にお
いて現在時刻ｔから過去に逆のぼって、Ｍ個の溶銑温度
に注目し、当該Ｍ個の溶銑温度平均値Ｙおよび、当該Ｍ
個のうち各々出銑ロＡ、出銑口Ｂに関するＭＡ２Ｍ６個
（ＭＡ十ＭＢ＝Ｍ）の溶銑温度平均値ＹＡ、Ｙ、を算出
する。

次にステップＳ９において予測時刻（ｔ＋Δｔ２）にお
ける出銑口の判別を行ない、出銑口ＡならばステップＳ
１０において（９）式により予測時刻（を十Δｔ２）に
おける出銑口補正変数ｚ　（ｔ＋Δ１２）を求め、出銑
口ＢならばステップＳ１１において（１０）式により出
銑口補止変数Ｚ　（１１Δｔ２）を求める。

さらに、ステップＳ１２において現在時刻ｔと予測時刻
（１」−Δｔ２）における出銑１」が同じかどうかのチ
ェックを行なう。そこで、同一出銑口から連続して出銑
を行なう場合、ステップ８１３一　　１５　− においで（１１）式により、連続出銑による保温効果を
考慮して出銑口補正変数ｚ（ｔ＋Δｔ２）を変更する。

次にステップ８１４において、溶銑温度実績値ｙ（ｔ）
と予測結果Ｖ（ｔ）の比較に基づき（７）式の係数ａ３
１．ｂ３．Ｃ３を決定する。さらに、ステップＳ１５に
おいて１時点先の溶銑温度予測値’Ｓ７（を十Δｔ２）
をステップＳ１４において求めた係数ａ　　、　ｂ　、
Ｃ３を用いた（７）式３式％ より求め、ステップＳ１６に移る。

ステップ８６〜Ｓ７またはステップ８８〜Ｓ１５で求め
られた溶銑温度予測値Ｖ（ｔ＋Δｔ２）を、ステップＳ
１６において出力することで炉熱の予測を行ない、以降
ステップＳ１に戻って予測を続行する。

第１３図は、（６）、　（８）式に基づく予測方法の処
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で（１）〜（３）式により正の差分値総和Ｓ
Ｔ１・を求め、ステップＳ２２で過去時同幅ＮΔｔ１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、ステツプ８２３において、ＳＴ
１・≧ε１が起った回数をｐとすると、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Ｓ２４においてＦ２　（ｔ）＝Ｏとする。

そしてステップ８２５〜Ｓ３６において、第１２図のフ
ローチャートにおけるステップ８５〜８１６と同様の処
理を行なう。

このように炉熱変化に対し先見性の高い炉壁温度差（差
分値）に関する変数と、出銑口の違いを考慮した変数と
をＭＡ項に導入したＡＲＭＡエデ・　ルにより求めた予
測値はかなり精度の高いものとなる。

■、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］ホべたが、（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’！瀉温度にＦＭセセンを用い
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
度泪、レンガ埋め込み温度引を用いてもその信頼性、測
温応答性の低さから予測粘度は若干低下するものの、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、高炉の特性により適当に設置す
れば良いのは勿論である。

（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、出銑口の違いを補止する
変数とを導入したＡＲＭＡモデルにより、高炉炉熱、特
に炉熱低下が遅れることなく、しかも１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ＦＭセン勺の概念図及び設置
説明図、第４図は内壁温度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　１９一 温度、（１１）は止の差分値総和、（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１１図は溶銑温度及び出
銑口補止変数の経時変化を示すグラフ、第１２図、第１
３図は各々この発明の実施例にお【プる予測方法の処即
手順を示すフローチャート、第１４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 (1)

【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、出銑口
   の違いを補正する変数とをＭＡ項に導入したことを特徴
   とする高炉炉熱予測方法。