KR20220018598A - 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
프로세스의 제어 방법은, 모든 조작 변수의 조작량이, 현재 시각부터 미리 정한 소정 기간 동안 일정한 경우의 자유 응답을 산출하는 자유 응답 산출 스텝과, 복수의 조작 변수 중 제 1 조작 변수의 조작량을, 소정 기간 동안 스텝 변화시킨 경우의 제 1 응답을 산출하는 제 1 응답 산출 스텝과, 복수의 조작 변수 중 제 1 조작 변수 이외의 제 2 조작 변수의 조작량을, 소정 기간 동안, 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시킨 경우의 제 2 응답을 산출하는 제 2 응답 산출 스텝과, 자유 응답, 제 1 응답 및 제 2 응답에 기초하여, 조작 변수의 조작량을 결정하는 조작량 결정 스텝을 포함한다.
Description
본 발명은, 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치에 관한 것이다.
제철업에 있어서의 고로 프로세스에 있어서, 용선 온도는 중요한 관리 지표이다. 이 용선 온도는, 주로 환원재비를 조정함으로써 제어되고 있다. 특히 최근의 고로 조업은, 원연료 비용의 합리화를 추급하기 위하여, 저코크스비 및 고미분탄비의 조건하에서 실시되고 있어, 노 컨디션이 불안정화하기 쉽다. 그 때문에, 용선 온도 편차의 저감 요구가 크다.
또, 고로 프로세스는, 고체가 충전된 상태에서 조업을 실시하기 때문에, 프로세스 전체의 열용량이 크고, 조작 (액션) 에 대한 응답의 시정수가 길다는 특징을 가지고 있다. 또한, 고로의 상부 (노정부) 로부터 장입된 원료가 고로의 하부 (노하부) 로 강하하기까지는 수시간 오더의 낭비 시간이 존재한다. 그 때문에, 용선 온도를 제어하기 위해서는, 장래의 노열 예측에 기초한 조작 변수의 조작량의 적정화가 필수가 된다.
이와 같은 배경으로부터, 특허문헌 1 에서는, 물리 모델을 이용한 노열 예측 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 노열 예측 방법에서는, 현재의 노정 가스의 조성에 합치하도록, 물리 모델에 포함되는 가스 환원 속도 파라미터를 조정하고, 파라미터 조정 후의 물리 모델을 사용하여 노열을 예측하고 있다.
고로 프로세스에서는, 선철의 생산 속도 (이하, 「조선 속도」라고 한다) 를 목표값의 근방으로 유지할 것이 요구되지만, 용선 온도를 제어하기 위해서 환원재비를 변경하면 조선 속도도 변동한다. 예를 들어, 미분탄비를 상승시키면, 우구로부터 취입되는 산소가 미분탄의 연소에 의해 소비되기 때문에, 코크스의 연소 속도가 저하하고, 원료의 강하 속도 및 조선 속도가 저하된다. 따라서, 종래의 프로세스의 제어 방법에서는, 조선 속도를 목표값의 근방으로 유지하면서 용선 온도를 제어하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 특정한 제어 변수의 제어량을 소정의 값으로 유지하면서, 그것과는 다른 제어 변수의 제어량을 제어할 수 있는 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 프로세스의 제어 방법은, 복수의 조작 변수와, 상기 복수의 조작 변수에 의해 제어되는 복수의 제어 변수를 갖고, 상기 복수의 조작 변수의 조작량이 서로 간섭하여 상기 복수의 제어 변수의 제어량이 결정되는 프로세스의 제어 방법에 있어서, 모든 조작 변수의 조작량이, 현재 시각부터 미리 정한 소정 기간 동안 일정한 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 자유 응답을 산출하는 자유 응답 산출 스텝과, 상기 복수의 조작 변수 중 제 1 조작 변수의 조작량을, 상기 소정 기간 동안 스텝 변화시킨 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 제 1 응답을 산출하는 제 1 응답 산출 스텝과, 상기 복수의 조작 변수 중 상기 제 1 조작 변수 이외의 제 2 조작 변수의 조작량을, 상기 소정 기간 동안, 상기 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시킨 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 제 2 응답을 산출하는 제 2 응답 산출 스텝과, 상기 자유 응답, 상기 제 1 응답 및 상기 제 2 응답에 기초하여, 상기 복수의 제어 변수의 제어량이 소정의 목표값이 되는 상기 조작 변수의 조작량을 결정하는 조작량 결정 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 프로세스의 제어 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 제 2 조작 변수가, 상기 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시켰을 때에, 상기 복수의 제어 변수 중 특정한 제어 변수의 제어량을 변화시키지 않도록 조작량을 결정할 수 있는 조작 변수인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 프로세스의 제어 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 조작량 결정 스텝은, 상기 제 1 응답 산출 스텝에 있어서의 조작과, 상기 제 2 응답 산출 스텝에 있어서의 조작의 선형합의 조작이 실시되었을 때의, 상기 복수의 제어 변수의 제어량의 장래의 추이를 산출하는 스텝과, 산출한 상기 복수의 제어 변수의 제어량의 장래의 추이와, 상기 소정의 목표값의 편차가 최소가 되는 상기 조작 변수의 조작량의 가중을 산출하고, 산출한 상기 가중에 기초하여, 상기 조작 변수의 조작량을 산출하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 프로세스의 제어 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 자유 응답 산출 스텝, 상기 제 1 응답 산출 스텝, 상기 제 2 응답 산출 스텝 및 상기 조작량 결정 스텝을 반복 실행하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관련된 프로세스의 제어 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 프로세스가, 고로 프로세스이며, 상기 조작 변수가, 코크스비, 송풍 유량, 부화 산소 유량, 송풍 온도, 미분탄 유량, 송풍 습분 및 노정압 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제어 변수가, 용선 온도 및 조선 속도인 것을 특징으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 조업 가이던스 방법은, 상기의 프로세스의 제어 방법에 의해 결정된 조작 변수의 조작량을 제시함으로써, 고로의 조업을 지원하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 고로의 조업 방법은, 상기의 프로세스의 제어 방법에 의해 결정된 조작 변수의 조작량에 따라서 고로를 제어하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 용선의 제조 방법은, 상기의 프로세스의 제어 방법에 의해 결정된 조작 변수의 조작량에 따라서 고로를 제어하여, 용선을 제조하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 프로세스의 제어 장치는, 복수의 조작 변수와, 상기 복수의 조작 변수에 의해 제어되는 복수의 제어 변수를 갖고, 상기 복수의 조작 변수의 조작량이 서로 간섭하여 상기 복수의 제어 변수의 제어량이 결정되는 프로세스의 제어 장치에 있어서, 모든 조작 변수의 조작량이, 현재 시각부터 미리 정한 소정 기간 동안 일정한 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 자유 응답을 산출하는 자유 응답 산출 수단과, 상기 복수의 조작 변수 중 제 1 조작 변수의 조작량을, 상기 소정 기간 동안 스텝 변화시킨 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 제 1 응답을 산출하는 제 1 응답 산출 수단과, 상기 복수의 조작 변수 중 상기 제 1 조작 변수 이외의 제 2 조작 변수의 조작량을, 상기 소정 기간 동안, 상기 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시킨 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 제 2 응답을 산출하는 제 2 응답 산출 수단과, 상기 자유 응답, 상기 제 1 응답 및 상기 제 2 응답에 기초하여, 상기 복수의 제어 변수의 제어량이 소정의 목표값이 되는 상기 조작 변수의 조작량을 결정하는 조작량 결정 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치에 의하면, 복수의 제어 변수의 자유 응답과, 1 개의 조작 변수 또는 2 개의 조작 변수를 스텝 변화시킨 경우의 응답을 미리 구한다. 그리고, 이들 응답에 기초하여 조작 변수의 조작량을 결정함으로써, 특정한 제어 변수의 제어량을 소정의 값으로 유지하면서, 그것과는 다른 제어 변수의 제어량을 제어할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에서 사용하는 물리 모델의 입력 변수 및 출력 변수를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 조작 변수 (미분탄량, 송풍 유량, 미분탄 유량, 부화 산소 유량) 의 조작량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 스텝 응답의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 조작 변수 (미분탄량, 송풍 유량, 미분탄 유량, 부화 산소 유량) 의 조작량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 스텝 응답의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 결정된 조작 변수의 조작량에 기초하여 제어 액션을 실행했을 때의 조작 변수 (송풍 유량, 부화 산소 유량, 미분탄 유량, 송풍 습분, 송풍 온도, 코크스비) 의 조작량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 결정된 조작 변수의 조작량에 기초하여 제어 액션을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에서 사용하는 물리 모델의 입력 변수 및 출력 변수를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 조작 변수 (미분탄량, 송풍 유량, 미분탄 유량, 부화 산소 유량) 의 조작량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 스텝 응답의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 조작 변수 (미분탄량, 송풍 유량, 미분탄 유량, 부화 산소 유량) 의 조작량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 스텝 응답의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 결정된 조작 변수의 조작량에 기초하여 제어 액션을 실행했을 때의 조작 변수 (송풍 유량, 부화 산소 유량, 미분탄 유량, 송풍 습분, 송풍 온도, 코크스비) 의 조작량의 변화를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 있어서, 결정된 조작 변수의 조작량에 기초하여 제어 액션을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.
〔프로세스의 제어 장치의 구성〕
먼저, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 장치 (이하, 「제어 장치」라고 한다) 의 구성에 대해, 도 1 을 참조하면서 설명한다. 제어 장치 (100) 는, 정보 처리 장치 (101) 와, 입력 장치 (102) 와, 출력 장치 (103) 를 구비하고 있다.
정보 처리 장치 (101) 는, 퍼스널 컴퓨터나 워크스테이션 등의 범용의 장치에 의해 구성되고, RAM (111), ROM (112) 및 CPU (113) 를 구비하고 있다. RAM (111) 은, CPU (113) 가 실행하는 처리에 관한 처리 프로그램이나 처리 데이터를 일시적으로 기억하고, CPU (113) 의 워킹 에어리어로서 기능한다.
ROM (112) 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법을 실행하는 제어 프로그램 (112a) 과, 정보 처리 장치 (101) 전체의 동작을 제어하는 처리 프로그램이나 처리 데이터를 기억하고 있다.
CPU (113) 는, ROM (112) 내에 기억되어 있는 제어 프로그램 (112a) 및 처리 프로그램에 따라서 정보 처리 장치 (101) 전체의 동작을 제어한다. 이 CPU (113) 는, 후기하는 프로세스의 제어 방법에 있어서, 자유 응답 산출 수단, 제 1 응답 산출 수단, 제 2 응답 산출 수단 및 조작량 결정 수단으로서 기능한다. 자유 응답 산출 수단에서는 자유 응답 산출 스텝을 실시하고, 제 1 응답 산출 수단에서는 제 1 응답 산출 스텝을 실시하고, 제 2 응답 산출 수단에서는 제 2 응답 산출 스텝을 실시하고, 조작량 결정 수단에서는 조작량 결정 스텝을 실시한다.
입력 장치 (102) 는, 키보드, 마우스 포인터, 숫자 키패드 등의 장치에 의해 구성되고, 정보 처리 장치 (101) 에 대해 각종 정보를 입력할 때에 조작된다. 출력 장치 (103) 는, 표시 장치나 인쇄 장치 등에 의해 구성되고, 정보 처리 장치 (101) 의 각종 처리 정보를 출력한다.
〔물리 모델의 구성〕
다음으로, 본 발명의 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에서 사용하는 물리 모델에 대해 설명한다. 본 발명에서 사용하는 물리 모델은, 참고 문헌 1 (하타노 미치하루 등 : "고로 비정상 모델에 의한 점화 조업의 검토", 철과 강, vol.68, p.2369) 에 기재된 방법과 동일하다. 본 발명에서 사용하는 물리 모델은, 철광석의 환원, 철광석과 코크스 간의 열교환, 및 철광석의 융해 등 복수의 물리 현상을 고려한 편미분 방정식군으로 구성되어 있다. 또, 본 발명에서 사용하는 물리 모델은, 비정상 상태에 있어서의 고로 내의 상태를 나타내는 변수 (출력 변수) 를 계산 가능한 물리 모델이다 (이하, 「비정상 모델」이라고 한다).
도 2 에 나타내는 바와 같이, 이 비정상 모델에 대해 부여하는 경계 조건 중에서 시간 변화하는 주된 것 (입력 변수, 고로의 조작 변수 (조업 인자라고도 한다)) 은, 이하와 같다.
(1) 노정에 있어서의 코크스비 (CR) [㎏/t] : 용선 1 톤당의 코크스의 투입량
(2) 송풍 유량 (BV) [Nm3/min] : 고로에 송풍되는 공기의 유량
(3) 부화 산소 유량 (BVO) [Nm3/min] : 고로에 취입되는 부화 산소의 유량
(4) 송풍 온도 (BT) [℃] : 고로에 송풍되는 공기의 온도
(5) 미분탄 유량 (미분탄 취입량, PCI) [㎏/min] : 용선 생성량 1 톤에 대해 사용되는 미분탄의 중량
(6) 송풍 습분 (BM) [g/Nm3] : 고로에 송풍되는 공기의 습도
(7) 노정압 [Pa] : 고로의 노정의 압력
또, 비정상 모델에 의해 형성되는 주된 출력 변수는, 이하와 같다.
(1) 노 내에 있어서의 가스 이용률 (ηCO) : CO2/(CO ＋ CO2)
(2) 코크스나 철의 온도
(3) 철광석의 산화도
(4) 원료의 강하 속도
(5) 솔루션 로스 카본량 (솔루 로스 카본량)
(6) 용선 온도
(7) 조선 속도 (용선 생성 속도)
(8) 노체 히트 로스량 : 냉각수에 의해 노체를 냉각했을 때에 냉각수가 빼앗아가는 열량
본 발명에서는, 출력 변수를 계산할 때의 타임 스텝 (시간 간격) 은 30 분으로 하였다. 단, 타임 스텝은 목적에 따라 가변이며, 본 실시형태의 값에 한정되지는 않는다. 본 발명에서는, 상기의 비정상 모델을 사용하여 시시각각 변화하는 용선 온도 및 조선 속도를 포함하는 출력 변수를 계산한다.
〔프로세스의 제어 방법〕
다음으로, 상기의 비정상 모델을 사용한 본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에 대해 설명한다. 본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법은, 복수의 조작 변수와, 복수의 조작 변수에 의해 제어되는 복수의 제어 변수를 갖고, 복수의 조작 변수의 조작량이 서로 간섭하여 복수의 제어 변수의 제어량이 결정되는 간섭계의 프로세스에 대해 적용된다. 이하의 설명에서는, 프로세스의 일례로서 고로 프로세스의 제어 방법에 대해 설명한다. 상기의 비정상 모델은, 예를 들어 하기 식 (1), (2) 와 같이 나타낼 수 있다.
여기서, 상기 식 (1), (2) 에 있어서, x(t) 는 비정상 모델 내에서 계산되는 상태 변수 (코크스나 철의 온도, 철광석의 산화도, 원료의 강하 속도 등), y(t) 는 제어 변수인 용선 온도 및 조선 속도이다. 또, C 는 비정상 모델 내에서 계산되는 상태 변수 중에서 제어 변수를 추출하기 위한 행렬 또는 함수이다.
또, 상기 식 (1) 에 있어서의 u(t) 는, 물리 모델의 입력 변수인, 송풍 유량, 부화 산소 유량, 미분탄 유량, 송풍 습분, 송풍 온도 및 코크스비이다. 이 u(t) 는, 「u(t) = (BV(t), BVO(t), PCI(t), BM(t), BT(t), CR(t))」로 나타낼 수 있다.
본 실시형태에서는, 조작 변수로서 미분탄 유량 (PCI) [㎏/min] 및 송풍 유량 (BV) [Nm3/min] 을 사용한다. 또한, 미분탄 유량 대신에 송풍 습분이나 코크스비를 사용할 수도 있다. 또, 본 실시형태에서는, 송풍 유량을 변화시킬 때에, 부화 산소 유량도 비례하여 변화시키는 것을 전제로 한다 (요컨대 산소 부화율은 일정하게 한다).
(자유 응답 산출 스텝)
먼저, 현재의 모든 조작 변수의 조작량이 일정하게 유지된 것을 가정하고, 장래의 용선 온도 및 조선 속도의 예측 계산을 실시한다. 즉 본 스텝에서는, 모든 조작 변수의 조작량이, 현재 시각부터 미리 정한 소정 기간 동안 일정한 경우의, 당해 소정 기간에 있어서의 복수의 제어 변수의 응답을 산출한다. 본 스텝에서는, 구체적으로는, 현재의 시간 스텝을 t = 0 으로 두고, 하기 식 (3), (4) 를 사용하여, 장래의 용선 온도 및 조선 속도의 응답을 산출한다. 이와 같이 하여 구한 제어 변수 (용선 온도 및 조선 속도) 의 응답 y0 을, 본 실시형태에서는 「자유 응답」이라고 칭한다.
(제 1 응답 산출 스텝)
계속해서, 복수의 조작 변수 중 특정한 조작 변수 (제 1 조작 변수) 의 조작량 (액션량) 을, 상기한 소정 기간 동안 스텝 변화시킨 경우의, 당해 소정 기간에 있어서의 복수의 제어 변수의 응답을 산출한다. 본 스텝에서는, 구체적으로는, 다른 조작 변수의 조작량을 유지한 채로, 미분탄 유량을 단위량 (예를 들어 50 ㎏/min) 만큼 증가시켰을 때의 제어 변수의 응답 (제 1 응답) y1 을, 하기 식 (5), (6) 에 의해 산출한다.
여기서의 조작 변수의 조작량은, 송풍 유량 BVtot (부화 산소와 동등의 송풍도 포함한 송풍 유량 : 「BV ＋ 100/21 × BVO」으로 산출) 당의 미분탄량 (「PCI/BVtot」로 정의한다) 으로 환산하면, 「0.0064 [㎏/Nm3]」의 조작량이 된다. 또, 조작 변수의 조작량의 변경량을 「ΔU = (ΔPCI/BVtot, ΔBV, ΔBVO)T」로 나타내면, 본 조작은 「ΔU1 = (0.0064, 0, 0)T」가 된다. 또, 비정상 모델에 있어서의 입력 변수의 차분은, 「Δu1 = (0, 0, 50, 0, 0, 0)T」가 된다.
여기서, 상기의 「ΔPCI/BVtot」라는 조작 변수를 도입한 것은, 이하의 이유에 의한다. 용선 온도는, 용선 1 톤당의 열원인 미분탄비 [㎏/t] 의 영향을 받는다. 또, 용선 1 톤당의 송풍원 단위 [Nm3/t] 는, 고로에 의하지 않고 대략 일정한 값 (예를 들어 1000 ∼ 1200 Nm3/t 정도) 이다. 그 때문에, 미분탄 유량 [㎏/min] 이 아니라, 송풍 유량당의 미분탄량 [㎏/Nm3] 이, 미분탄비와 대략 비례 관계에 있고, 조작 변수로서 적절하다고 생각되기 때문이다.
계속해서, 상기와 같이 구한 제어 변수의 응답 y1 과 자유 응답 y0 의 차를 취함으로써, 미분탄 유량을 변경했을 때의, 조선 속도에 대한 영향도를 분리한다. 이로써, 미분탄 유량에 대한 제어 변수의 스텝 응답 S1(t) 을 산출한다.
도 3 은, 상기의 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 세로축은 목표값으로부터의 차분을, 가로축은 시간을, 실선은 자유 응답 y0 을, 파선은 응답 y1 을, 나타내고 있다. 또, 도 4 는, 상기의 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 조작 변수 (미분탄량, 송풍 유량, 미분탄 유량, 부화 산소 유량) 의 조작량의 변화를 나타내고 있다. 그리고, 도 5 는, 상기의 조작 ΔU1 을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 스텝 응답 S1(t) 의 산출 결과를 나타내고 있다.
(제 2 응답 산출 스텝)
계속해서, 복수의 조작 변수 중 제 1 조작 변수 이외의 제 2 조작 변수의 조작량을, 상기한 소정 기간 동안, 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시킨 경우의, 당해 소정 기간에 있어서의 복수의 제어 변수의 응답을 산출한다. 본 스텝에서는, 구체적으로는, 미분탄 유량 (제 1 조작 변수) 과 송풍 유량 (제 2 조작 변수) 을 동시에 비례시켜 변화시켰을 때의 제어 변수의 응답 (제 2 응답) y2 를, 하기 식 (7), (8) 에 의해 산출한다.
여기서, 제 2 조작 변수는, 송풍 유량에는 한정되지 않는다. 또, 2 이상의 조작 변수를 동시에 소정의 비율로 변경해도 된다 (예를 들어, 송풍 유량과 부화 산소량의 조합 등). 단, 제 2 조작 변수는, 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시켰을 때에, 복수의 제어 변수 중 특정한 제어 변수의 제어량 (예를 들어 용선 온도) 을 변화시키지 않도록 조작량을 결정할 수 있는 조작 변수로 한다. 그리고, 제 1 조작 변수에 의한 당해 특정한 제어량의 변화가 생기지 않도록, 제 1 조작 변수의 조작량에 대해 소정의 비율로 제 2 조작 변수의 조작량을 설정한다. 또한, 여기서 말하는 「변화가 생기지 않는다」란, 항상 일정하다는 것은 아니고, 시간적인 다소의 변동은 있지만, 평균적으로는 (예를 들어 5 시간 이상의 오더로 보면) 변화하고 있지 않은 상태를 말한다. 이하에서는, 용선 온도에 영향을 주지 않고 조선 속도만을 변화시키는 예에 대해 서술한다.
조작 변수의 조작량의 변경량을 「ΔU = (ΔPCI/BVtot, ΔBV, ΔBVO)T」로 나타내면, 본 조작은, 예를 들어 「ΔU2 = (0, 200, 20)T」로 정할 수 있다. 또 이때, 비정상 모델에 있어서의 입력 변수의 차분은, 「Δu2 = (200, 20, 50, 0, 0, 0)T」가 된다. 이것은, 산소 부화율을 일정하게 하고 송풍 유량을 변경시키고, 그것에 따라 미분탄비가 변화하지 않도록 미분탄 유량의 조작량을 변경하는, 조작량의 변경량이다.
계속해서, 상기와 같이 구한 제어 변수의 응답 y2 와 자유 응답 y0 의 차를 취함으로써, 송풍 유량 및 미분탄 유량을 변경했을 때의, 조선 속도에 대한 영향도를 분리한다. 이로써, 송풍 유량 및 미분탄 유량에 대한 제어 변수의 스텝 응답 S2(t) 를 산출한다.
도 6 은, 상기의 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 세로축은 목표값으로부터의 차분을, 가로축은 시간을, 실선은 자유 응답 y0 을, 파선은 응답 y2 를, 나타내고 있다. 또, 도 7 은, 상기의 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 조작 변수 (미분탄량, 송풍 유량, 미분탄 유량, 부화 산소 유량) 의 조작량의 변화를 나타내고 있다. 그리고, 도 8 은, 상기의 조작 ΔU2 를 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 스텝 응답 S2(t) 의 산출 결과를 나타내고 있다.
일반적인 모델 예측 제어에서는, 단일의 조작 변수의 조작량을 변화시켰을 때의 제어 변수의 응답을 스텝 응답으로서 계산하는 경우가 많다. 한편, 본 실시형태에서는, 상기와 같이, 미분탄 유량, 송풍 유량 및 부화 산소 유량의 3 개의 조작 변수 (입력 변수) 를 동시에 움직인 경우의 스텝 응답 S1(t), S2(t) 를 계산한다. 그 이유는 이하와 같다.
고로 프로세스에 있어서, 조선 속도만을 조정하는 경우, 송풍 유량 [Nm3/min] 에 비례시켜 미분탄 유량 [㎏/min] 을 상승시킨다. 이로써, 미분탄비 [㎏/t] 를 대략 일정하게 유지하는 것이 가능하고, 용선 온도에 영향을 주지 않고 조선 속도만을 조정 가능하다. 도 8(a), (b) 의 계산 결과에 있어서도, 조선 속도는 스텝 변화하지만, 용선 온도는 거의 변화하고 있지 않다. 본 실시형태에서는, 이와 같은 조업 형태를 고려하고, 상기와 같이, 전형적인 조업을 실시했을 때의 스텝 응답 S1(t), S2(t) 를 구하는 것으로 하였다.
(조작량 결정 스텝)
계속해서, 상기의 스텝으로 산출한 자유 응답 y0, 응답 y1, y2 에 기초하여, 복수의 제어 변수의 제어량이, 소정의 목표값이 되는 조작 변수의 조작량을 결정하는 방법에 대해 설명한다. 조작 변수의 조작량을 결정하는 방법의 기본적인 사고방식은 모델 예측 제어와 동일하고, 제어 변수의 장래의 편차를 예측하고, 편차를 없애기 위한 조작 변수의 변화량을 구한다. 본 실시형태에서는, 조작 ΔU1, ΔU2 의 선형합 (w1 × ΔU1 ＋ w2 × ΔU2) 의 조작이 실시되었을 때의, 제어 변수의 제어량의 장래의 추이를 하기 식 (9) 로 근사한다. 또한, 상기와 같이, ΔU1 = (0.0064, 0, 0)T 이며, ΔU2 = (0, 200, 20)T 이다.
다음으로, 상기 식 (9) 에 나타낸 제어 변수의 제어량의 장래의 추이와, 제어 변수의 제어량의 목표값의 편차가 최소가 되는 조작량의 가중 w1, w2 를, 하기 식 (10) 에 의해 산출한다. 본 실시형태에서는, 「w1 = -0.84, w2 = 1.36」으로 구해졌다.
그리고, 실제의 조작 변수는 미분탄 유량 및 송풍 유량이다. 그 때문에, 그들의 변경량을 얻기 위해서, 하기 식 (11) 에 나타내는 바와 같이, 상기의 가중 w1, w2 에 기초하여, 송풍 유량당의 미분탄량 (ΔPCI/BVtot), 송풍 유량 (BV), 부화 산소 유량 (BVO) 의 변화량을 구한다. 본 실시형태에서는, 「ΔPCI/BVtot = -0.0054 [㎏/Nm3], ΔBV = 272 [Nm3/min], ΔBVO = 27 [Nm3/min]」로 구해졌다.
다음으로, 하기 식 (12) 를 사용하여, 오퍼레이터가 직접 조작 가능한 미분탄 유량의 조작량 (ΔPCI) 을 구한다. 또한, 하기 식 (12) 의 첨자 「0」은, 현재값인 것을 의미하고 있다. 본 실시형태에서는, 「ΔPCI = 35 ㎏/min」으로 구해졌다.
도 9 는, 상기 식 (12) 에 의해 구한 각 조작 변수의 조작량 (송풍 유량, 부화 산소 유량, 미분탄 유량, 송풍 습분, 송풍 온도, 코크스비) 의 변화를 나타내고 있다. 또, 도 10 은, 상기 식 (12) 에 의해 구한 조작 변수의 조작량에 기초하여 제어 액션을 실행했을 때의 제어 변수 (용선 온도, 조선 속도) 의 예측 추이의 산출 결과를 나타내는 도면이다. 도 9 및 도 10 에서는, 조작 (액션) 을 실시하지 않은 경우의 계산값을 실선으로 나타내고, 조작 (액션) 을 실시한 경우의 계산값을 파선으로 나타내고 있다. 또, 도 10 에서는, 실적값을 일점쇄선으로 나타내고 있다. 도 9 및 도 10 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 목표값으로부터의 편차를 보상하기 위한 적절한 제어 액션을 결정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법에서는, 상기의 자유 응답 산출 스텝, 제 1 응답 산출 스텝, 제 2 응답 산출 스텝 및 조작량 결정 스텝을 반복 실행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스텝의 반복은, 일정 주기로 실시해도 되고, 혹은 부정 주기로 실시해도 된다.
〔조업 가이던스 방법〕
본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법을 조업 가이던스 방법에 적용할 수도 있다. 이 경우, 상기한 자유 응답 산출 스텝, 제 1 응답 산출 스텝, 제 2 응답 산출 스텝 및 조작량 결정 스텝에 추가하여, 고로의 조업을 지원하는 스텝을 실시한다. 이 스텝에서는, 조작량 결정 스텝에서 결정된 조작 변수의 조작량을, 예를 들어 출력 장치 (103) 를 개재하여 오퍼레이터에게 제시함으로써, 고로의 조업을 지원한다.
〔고로의 조업 방법〕
본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법을 고로의 조업 방법에 적용할 수도 있다. 이 경우, 상기한 자유 응답 산출 스텝, 제 1 응답 산출 스텝, 제 2 응답 산출 스텝 및 조작량 결정 스텝에 추가하여, 조작량 결정 스텝에서 결정된 조작 변수의 조작량에 따라서 고로를 제어하는 스텝을 실시한다.
〔용선의 제조 방법〕
본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법을 용선의 제조 방법에 적용할 수도 있다. 이 경우, 상기한 자유 응답 산출 스텝, 제 1 응답 산출 스텝, 제 2 응답 산출 스텝 및 조작량 결정 스텝에 추가하여, 조작량 결정 스텝에서 결정된 조작 변수의 조작량에 따라서 고로를 제어하고, 용선을 제조하는 스텝을 실시한다.
이상 설명한 바와 같은 본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치에 의하면, 복수의 제어 변수의 자유 응답과, 1 개의 조작 변수 또는 2 개의 조작 변수를 스텝 변화시킨 경우의 응답을 미리 구한다. 그리고, 이들 응답에 기초하여 조작 변수의 조작량을 결정함으로써, 특정한 제어 변수의 제어량을 소정의 값으로 유지하면서, 그것과는 다른 제어 변수의 제어량을 제어할 수 있다.
즉, 본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치에 의하면, 조선 속도를 목표값의 근방으로 유지하면서 용선 온도를 제어할 수 있다. 또, 본 실시형태에 관련된 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치에 의하면, 용선 온도를 일정하게 제어하면서 조선 속도를 제어할 수 있다. 따라서, 고효율 또한 안정적인 고로 프로세스를 실현할 수 있다.
이상, 본 발명에 관련된 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치에 대해, 발명을 실시하기 위한 형태 및 실시예에 의해 구체적으로 설명했지만, 본 발명의 취지는 이들 기재에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 관련된 프로세스의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법 및 프로세스의 제어 장치는, 청구범위의 기재에 기초하여 널리 해석되어야 한다. 또, 이들 기재에 기초하여 여러 가지 변경, 개변 등을 한 것도 본 발명의 취지에 포함되는 것은 말할 필요도 없다.
100 : 제어 장치
101 : 정보 처리 장치
102 : 입력 장치
103 : 출력 장치
111 : RAM
112 : ROM
112a : 제어 프로그램
113 : CPU
101 : 정보 처리 장치
102 : 입력 장치
103 : 출력 장치
111 : RAM
112 : ROM
112a : 제어 프로그램
113 : CPU
Claims (9)
- 복수의 조작 변수와, 상기 복수의 조작 변수에 의해 제어되는 복수의 제어 변수를 갖고, 상기 복수의 조작 변수의 조작량이 서로 간섭하여 상기 복수의 제어 변수의 제어량이 결정되는 프로세스의 제어 방법에 있어서,
모든 조작 변수의 조작량이, 현재 시각부터 미리 정한 소정 기간 동안 일정한 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 자유 응답을 산출하는 자유 응답 산출 스텝과,
상기 복수의 조작 변수 중 제 1 조작 변수의 조작량을, 상기 소정 기간 동안 스텝 변화시킨 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 제 1 응답을 산출하는 제 1 응답 산출 스텝과,
상기 복수의 조작 변수 중 상기 제 1 조작 변수 이외의 제 2 조작 변수의 조작량을, 상기 소정 기간 동안, 상기 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시킨 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 제 2 응답을 산출하는 제 2 응답 산출 스텝과,
상기 자유 응답, 상기 제 1 응답 및 상기 제 2 응답에 기초하여, 상기 복수의 제어 변수의 제어량이 소정의 목표값이 되는 상기 조작 변수의 조작량을 결정하는 조작량 결정 스텝
을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스의 제어 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 조작 변수는, 상기 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시켰을 때에, 상기 복수의 제어 변수 중 특정한 제어 변수의 제어량을 변화시키지 않도록 조작량을 결정할 수 있는 조작 변수인 것을 특징으로 하는 프로세스의 제어 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조작량 결정 스텝은,
상기 제 1 응답 산출 스텝에 있어서의 조작과, 상기 제 2 응답 산출 스텝에 있어서의 조작의 선형합의 조작이 실시되었을 때의, 상기 복수의 제어 변수의 제어량의 장래의 추이를 산출하는 스텝과,
산출한 상기 복수의 제어 변수의 제어량의 장래의 추이와, 상기 소정의 목표값의 편차가 최소가 되는 상기 조작 변수의 조작량의 가중을 산출하고, 산출한 상기 가중에 기초하여, 상기 조작 변수의 조작량을 산출하는 스텝
을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자유 응답 산출 스텝, 상기 제 1 응답 산출 스텝, 상기 제 2 응답 산출 스텝 및 상기 조작량 결정 스텝을 반복 실행하는 것을 특징으로 하는 프로세스의 제어 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세스는, 고로 프로세스이며,
상기 조작 변수는, 코크스비, 송풍 유량, 부화 산소 유량, 송풍 온도, 미분탄 유량, 송풍 습분 및 노정압 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 제어 변수는, 용선 온도 및 조선 속도인 것을 특징으로 하는 프로세스의 제어 방법. - 제 5 항에 기재된 프로세스의 제어 방법에 의해 결정된 조작 변수의 조작량을 제시함으로써, 고로의 조업을 지원하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 조업 가이던스 방법.
- 제 5 항에 기재된 프로세스의 제어 방법에 의해 결정된 조작 변수의 조작량에 따라서 고로를 제어하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 고로의 조업 방법.
- 제 5 항에 기재된 프로세스의 제어 방법에 의해 결정된 조작 변수의 조작량에 따라서 고로를 제어하고, 용선을 제조하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 용선의 제조 방법.
- 복수의 조작 변수와, 상기 복수의 조작 변수에 의해 제어되는 복수의 제어 변수를 갖고, 상기 복수의 조작 변수의 조작량이 서로 간섭하여 상기 복수의 제어 변수의 제어량이 결정되는 프로세스의 제어 장치에 있어서,
모든 조작 변수의 조작량이, 현재 시각부터 미리 정한 소정 기간 동안 일정한 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 자유 응답을 산출하는 자유 응답 산출 수단과,
상기 복수의 조작 변수 중 제 1 조작 변수의 조작량을, 상기 소정 기간 동안 스텝 변화시킨 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 제 1 응답을 산출하는 제 1 응답 산출 수단과,
상기 복수의 조작 변수 중 상기 제 1 조작 변수 이외의 제 2 조작 변수의 조작량을, 상기 소정 기간 동안, 상기 제 1 조작 변수의 조작량과 동시에 스텝 변화시킨 경우의, 상기 소정 기간에 있어서의 상기 복수의 제어 변수의 응답인 제 2 응답을 산출하는 제 2 응답 산출 수단과,
상기 자유 응답, 상기 제 1 응답 및 상기 제 2 응답에 기초하여, 상기 복수의 제어 변수의 제어량이 소정의 목표값이 되는 상기 조작 변수의 조작량을 결정하는 조작량 결정 수단
을 구비하는 것을 특징으로 하는 프로세스의 제어 장치.
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP2019135531 | 2019-07-23 | ||
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|---|---|
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| JPH11335710A (ja) | 1998-05-22 | 1999-12-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高炉炉熱予測方法 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11335710A (ja) | 1998-05-22 | 1999-12-07 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高炉炉熱予測方法 |
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