JP2000336419A - 転炉における底吹きガスの流量設定方法及び切替方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転炉において、操業に支障のないレベルで羽
口圧力を最小化し、羽口の長寿命化や底吹きガス用役費
の削減を図る。 【解決手段】 流量調整弁開度実績、羽口圧力実績等の
底吹きガス制御関係の実績を用い、且つ、操業トラブル
の無い最低必要な羽口圧力を考慮して、底吹きガスの流
量設定値やガス切替え時の弁開度設定を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転炉における底吹
きガスの流量設定方法及び切替方法に係り、特に、炉底
羽口からの底吹きガスの流量と羽口圧力を、操業に支障
なく最小化することが可能な最適化制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、転炉の底吹きプロセスガス（底吹
きガスと称する）の流量制御やガス切替制御に際して
は、予め設定された流量、切替時の弁開度設定を用い
て、シーケンス制御を実施していた。

【０００３】例えば、特開昭６１−２８４５１４には、
測定ガス流量を調節弁にフィードバックして、設定流量
となるようにガス流量を制御する定流量制御によって、
羽口から精練炉（転炉）内に吹込まれるガス流量を制御
する精練炉の吹込ガス流量制御に際して、ガスの吹込流
量値をステップ的に大幅に変更、もしくは、ガス種類を
変更する際に、ガス流量を増加させる時には、まず流量
設定値を変更後の流量設定値より高い過大流量設定値に
切替えて定流量制御し、ガス流量を減少させる時には、
まず流量設定値を変更後の流量設定値より低い過小流量
設定値に切替えて定流量制御し、次いで、羽口背圧が、
流量圧力特性曲線に基づき変更後の流量設定値に関連さ
せて定めた圧力設定値に達した時に、前記過大又は過小
流量設定値から前記変更後の流量設定値へ切替えて定流
量制御することにより、ガスの吹込流量設定値をステッ
プ的に大幅に変更する場合や、吹込ガスの種類を切替え
る場合に、実際に羽口から溶融金属内に吹込まれるガス
流量の立上り又は立下りを速くするようにして、過渡応
答特性を著しく改善すると共に、流量測定の精度も確保
することが記載されている。

【０００４】又、特開昭６２−２７４０１５には、遮断
弁、流量計及び流量調節弁が各々配設され、並列に設け
られた複数系統のガス供給ラインから、精練炉の吹込羽
口にガスを供給する際に、まず、先行ガス供給ラインの
遮断弁を開とし、該先行ガス供給ラインの流量計で測定
される先行ガスの流量が、前記吹込羽口で所望される設
定流量となるように、前記先行ガス供給ラインの流量調
節弁をフィードバック制御する一方、後行ガス供給ライ
ンの流量調節弁を閉に近いプリセット開度に保持すると
共に、該後行ガス供給ラインの遮断弁を閉として後行ガ
スの供給を待機した状態で、前記先行ガス供給ラインか
ら先行ガスを吹込羽口に供給し、次いで、供給するガス
を先行ガスから後行ガスにするためにガス供給ラインを
切替える遷移期に入ると同時に、前記後行ガス供給ライ
ンの遮断弁を開とし、前記プリセット開度に保持された
後行ガス供給ラインの流量調節弁を介して後行ガスの供
給を開始し、前記プリセット開度を始点として前記流量
調節弁を一定速度で徐々に開く定開制御しながら後行ガ
スを供給すると共に、該後行ガスの流量を流量計で測定
する一方、前記先行ガス供給ラインの先行ガス流量が、
前記所望の設定流量と測定された後行ガス流量との差と
なるよう、前記先行ガス供給ラインの流量調節弁の開度
をカスケード制御し、その後、測定された後行ガスの流
量が前記所望の設定流量もしくはその近傍の流量に達す
ると同時に、前記先行ガス供給ラインの遮断弁を閉とす
ると共に、該供給ラインの流量調節弁を閉に近いプリセ
ット開度に保持して先行ガスの供給を停止することによ
り、前記遷移期を終了し、該遷移期が終了する際に、前
記後行ガスの流量が前記所望の設定流量となるよう、前
記後行ガス供給ラインの流量調節弁の開度の制御をフィ
ードバック制御に切替えることにより、ガス供給ライン
の切替えを行う遷移期に過量のガスが噴出することを防
ぎ、ガスの切替えを平滑化することが記載されている。

【０００５】又、特開平２−８８７１０には、冶金炉
（転炉）の溶融金属に羽口を介して供給するプロセスガ
スを、先行ガスから後行ガスに切替える際に、プロセス
ガス切替時の先行ガスと後行ガスとの組合せを、羽口及
びプロセスガスの種類に応じて必要数の単位に類別し、
類別された各単位毎に、プロセスガス切替時に如何にプ
ロセスガスの流量が変化すべきかを、「流し始め」、
「継続」、「流し終り」、及び「切替えに無関係」の４
つのパターンに分けて認識し、認識された各パターンの
流量変化の内容に基づき、各単位毎にプロセスガスの切
替制御を行うためのスレーブシーケンスを定義し、定義
されたスレーブシーケンスを、羽口及びプロセスガスの
種類に応じたマスターシーケンスで制御してプロセスガ
スを切替えることにより、プロセスガスを切替えるため
の切替ロジックの集約化及び簡素化を図り、且つ、自由
なプロセスガスの組合せを設定可能とすることが記載さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、いずれ
にしても、溶鋼が転炉に装入されている場合は、常に溶
鋼が炉底羽口に逆流しないような圧力で底吹きガスを供
給し続けなければならない。従って、操業トラブルを防
止するため、流量を多めにし、ガス切替時の流量調整弁
（以下、単に弁とも称する）開度も開き気味にしてい
る。

【０００７】その結果、羽口圧力が必要異常に高くなる
ため、羽口の耐火物の摩耗が速く、寿命が短くなるとい
う問題があった。又、底吹きガスの用役費用がかさむと
いう問題もあった。

【０００８】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、操業に支障のないレベルで羽口圧力
を最小化して、羽口の長寿命化や用役費の削減を図るこ
とを課題する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、転炉における
炉底羽口からの底吹きガスの流量設定に際し、同一ガス
種の前回以前のチャージにおける羽口圧力の実績最小値
を用いて今回の流量設定値を求めるようにして、前記課
題を解決したものである。

【００１０】本発明は、又、転炉における炉底羽口から
の底吹きガスの切替えに際し、同一ガス種の前回以前の
チャージにおける先行ガスと後行ガス切替時の羽口圧力
実績最大値、羽口圧力実績最小値、後行ガス流量立上が
り時間を用いて、今回ガス切替時の先行ガスの流量調整
弁開度と後行ガスの流量調整弁開度を求めるようにし
て、前記課題を解決したものである。

【００１１】本発明においては、流量調整弁開度実績、
羽口圧力実績等の底吹きガス制御関係の実績を用い、且
つ、操業トラブルの無い最低必要な羽口圧力を考慮し
て、底吹きガスの流量設定値やガス切替時の弁開度設定
を求めることで、羽口圧力を操業に支障のないレベルで
最小化（最適化）し、羽口の長寿命化と底吹きガス用役
費の最小化を実現する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明で想定している転炉とその
底吹きガス系統を模式的に表わしたものである。羽口
は、内管と外管の二重管となっており、内管からプロセ
スガスを、内管と外管の間からは羽口冷却用ガスを吹き
込む。羽口圧力とは内管圧力のことをいい、外管圧力は
内管圧力よりやや高めに設定している。転炉１０の内管
及び外管につながる各ガス種（内管はＯ₂、Ｎ₂、Ａｒ、
外管はＰｒ（プロパンガス）、Ｎ₂、Ａｒ等）の配管系
統１２、１４、１６、２２、２４、２６に、それぞれ、
流量調節弁（ＦＣＶ）３２と、２つのブロック弁（ＳＯ
Ｖ）３６及びブリード弁（ＳＯＶ）３８からなる遮断弁
３４とが設置されており、自動的に弁の開閉ができるよ
うになっている。

【００１４】各流量調節弁（ＦＣＶ）３２出側にはガス
流量計６０が、羽口配管には羽口ガス圧力計６２が設け
られている。なお、前記各ガス種は本例に限るものでは
ない。

【００１５】図２は、本発明で考案した底吹きガス流
量、ガス切替最適化システムに関するブロック図であ
る。従来技術と同様の底吹きガス制御装置４０が自動弁
の開閉指令を出力し、シーケンス制御を実施するのに対
し、本発明に係る底吹きガス流量／ガス切替最適化装置
５０では、流量調整弁３２より流量調整弁開度、羽口圧
力計６２より羽口圧力、ガス流量計６０より吹込ガス流
量等の実績データを収集し、その実績より、底吹きガス
制御装置４０の弁開度の設定テーブルを、操業に支障と
ならないレベルの圧力になるように自動修正する。

【００１６】図３は、ガス切替えのシーケンスと、その
ときの流量、羽口圧力実績のチャートを表わしている。
本システムで自動変更を実施するパラメータは、 （１）ガス切替えをしていない定常状態では、ガス流量
設定値 （２）ガス切替え状態では、先行ガスの弁開度（step d
own）と後行ガスの弁開度（規定開度）である。

【００１７】以下にその自動修正方法の詳細を説明す
る。

【００１８】上記（１）の定常状態のガス流量最適化
方法 当該ガスへのガス切替終了後〜後行ガスへのガス切替え
開始までの羽口圧力実績の最小値をＰminとする。この
Ｐminは、上記期間の羽口圧力実績を定周期で収集し、
その最小値を求めたものである。

【００１９】このＰmin(i)と今回のガス流量設定値ＳＶ
(i)を用いて、同一ガス種を次に吹かせるときの流量設
定値ＳＶ(i+1)を、以下のように決定する。

【００２０】 ＳＶ(i+1)＝ＳＶ(i)−Ｋ×（Ｐmin(i)−Ｐset） …（１）

【００２１】ここで、Ｋ：ゲイン（＞０） Ｐset：基準羽口圧力 （Ｋ、Ｐsetとも、ガス種別の定数）であり、Ｐsetは、
底吹きガス制御装置４０で異常処理を実施する下限圧力
（溶鋼が羽口に逆流しないようにするための設定）と操
業のばらつきを考慮して決定された値である。

【００２２】上記（１）式におけるＰminは、操業のば
らつきを軽減するため、次の（２）式で示される、過去
Ｎチャージの平均（移動平均）Ｐmin*(i)や、次の
（３）式で示される１次遅れフィルタを通した値でもよ
い。

【００２３】 Ｐmin*(i)＝ΣＰmin(j)／（Ｎ＋１）（ｊ＝i-N，・・・，ｉ） …（２） Ｐmin*(i)＝α×Ｐmin(i)＋（１−α）×Ｐmin*(i-1) …（３）

【００２４】ここで、この最適化方法を適用するのは、
酸素については吹練時間に余裕があり、羽口圧力を最小
化する操業が成立する場合で、酸素以外については常時
適用できる。

【００２５】上記（２）のガス切替時の最適化方法 ガス切替え時の羽口圧力、先行ガス、後行ガスのガス流
量の実績を高速サンプリングし、ガス切替時の羽口圧力
最大値Ｐcmax、ガス切替時の羽口圧力最小値Ｐcmin、後
行ガス流量立上がり時間Ｔの値を求める。

【００２６】ここで、Ｐcmax、Ｐcminは、それぞれ、上
記の羽口圧力サンプリングデータの最大値、最小値であ
る。又、Ｔは、後行ガスブロック弁開指令出力〜後行ガ
ス流量実績が流量設定に達するまでの時間である。

【００２７】この最適化方法では、次式を満たしなが
ら、Ｐcmaxを最小化する。

【００２８】Ｐcmin ≧ Ｐset …（４） Ｔ ≦ Ｔset …（５） ここで、Ｔset：基準立上がり時間（定数）

【００２９】ここで、修正する（操作量）は、先行ガス
のガス切替え時の弁開度「ＳＶ（先）」（step down）
と後行ガスのガス切替え時の弁開度「ＳＶ（後）」（規
定開度）であり、定性的には、次のように作用する。こ
こで↓は値が小さくなることを、↑は値が大きくなるこ
とを示す。

【００３０】・「ＳＶ（先）」を小さくする Ｐcmax
↓、Ｐcmin↓、Ｔ↓ ・「ＳＶ（先）」を大きくする Ｐcmax↑、Ｐcmin↑、
Ｔ↑ ・「ＳＶ（後）」を小さくする Ｐcmax↓、Ｐcmin↓、
Ｔ↑ ・「ＳＶ（後）」を大きくする Ｐcmax↑、Ｐcmin↑、
Ｔ↓

【００３１】弁開度の修正式は、以下の（６）、（７）
式で定義される。

【００３２】 ＳＶ（先）(i+1）＝ＳＶ（先）(i)−ΔＳＶ_p（先）−ΔＳＶ_t（先） …（６） ＳＶ（後）(i+1）＝ＳＶ（後）(i)−ΔＳＶ_p（後）＋ΔＳＶ_t（後） …（７） ここで、 ΔＳＶ_p（先or後）＝Ｋ_p（先or後）×（Ｐcmax(i)−Ｐset） （Ｐcmin(i)≧Ｐsetの時）…（８） ＝Ｋ_p（先or後）×（Ｐcmin(i)−Ｐset） （Ｐcmin(i)＜Ｐsetの時）…（９） ΔＳＶ_t（先or後）＝０ （Ｔ(i)≦Ｔsetの時）…（１０） ＝Ｋ_t（先or後）×（Ｔ(i)−Ｔset） （Ｔ(i)＞Ｔsetの時）…（１１） であり、Ｋ_p（先or後）、Ｋ_t（先or後）は、ゲイン（＞
０）である。

【００３３】Ｐcmin(i)≧Ｐsetの場合の例を図４に、Ｐ
cmin(i)＜Ｐsetの場合の例を図５に示す。

【００３４】ここで、上記の設定の自動修正は、先行、
後行ガス種の組合せ、先行、後行ガスの流量設定レベル
毎に区分され、次回、同一条件でガス切替えを実施する
場合に適用される。

【００３５】なお、Ｐcmax、Ｐcmin、Ｔについては、定
常状態のガス流量の場合と同様に、移動平均実績や１次
遅れフィルタを用いたものでもよい。

【００３６】本実施形態においては、ガス流量設定値の
自動変更と、ガス切替え状態における先行ガスの弁開度
と後行ガスの弁開度の自動変更を併用していたので、最
適化を図ることができる。なお、いずれか一方のみを採
用することも可能である。

【００３７】又、本発明は底吹き転炉、上底吹き転炉の
どちらにも適用できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、羽口圧力を操業に支障
のないレベルで最小化（最適化）することができ、羽口
の長寿命化と底吹きガス用役費の最小化を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が実施される転炉とその底吹きガス系統
図を模式的に示す構成図

【図２】本発明の実施形態の構成を示す線図

【図３】前記実施形態における、ガス切替え時の制御量
と操作量の関係の例を示すタイムチャート

【図４】同じく、ガス切替え時の最小羽口圧力が基準羽
口圧力以上である場合の例を示すタイムチャート

【図５】図４とは逆に、ガス切替え時の羽口圧力最小値
が基準羽口圧力より小さい場合の例を示すタイムチャー
ト

【符号の説明】

１０…転炉 １２、１４、１６…内管への配管 ２２、２４、２６…外管への配管 ３２…流量調節弁（ＦＣＶ） ３４…遮断弁 ３６…ブロック弁（ＳＯＶ） ３８…ブリード弁（ＳＯＶ） ４０…底吹きガス制御装置 ５０…底吹きガス流量／ガス切替最適化装置 ６０…ガス流量計 ６２…羽口ガス圧力計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】転炉における炉底羽口からの底吹きガスの
   流量設定に際し、 同一ガス種の前回以前のチャージにおける羽口圧力の実
   績最小値を用いて今回の流量設定値を求めることを特徴
   とする、転炉における底吹きガスの流量設定方法。
2. 【請求項２】転炉における炉底羽口からの底吹きガスの
   切替えに際し、 同一ガス種の前回以前のチャージにおける先行ガスと後
   行ガス切替時の羽口圧力実績最大値、羽口圧力実績最小
   値、後行ガス流量立上がり時間を用いて、今回ガス切替
   時の先行ガスの流量調整弁開度と後行ガスの流量調整弁
   開度を求めることを特徴とする、転炉における底吹きガ
   スの切替方法。