JP7640855B2 - 高炉原料の装入決定方法、装入方法決定装置および装入方法決定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、旋回シュートを有するベルレス式の高炉に高炉原料を装入する方法を決定する装入決定方法、装入方法決定装置および装入方法決定プログラムに関する。

高炉の安定操業のためには、炉内のガス流れを安定させる必要がある。シュートの旋回によって高炉原料を高炉内に装入する場合において、炉周方向における高炉原料の装入量にばらつきが発生すると、炉周方向におけるガス流れにばらつきが発生してしまう。そこで、特許文献１では、高炉原料の装入チャージごとに、高炉原料の装入を開始する位置（装入開始位置）を所定量だけ円周方向（炉周方向）にシフトさせるようにしている。

特開２０００－３３６４１１号公報 特開２０１８－４８３６１号公報 特開平８－１８８８０６号公報 特開昭５８－１２３８０８号公報 特開平６－１００１８号公報 特許第３９４８１６２号公報

しかし、特許文献１のように、装入開始位置を炉周方向に単にシフトさせただけでは、後述するように、炉周方向における高炉原料の装入量のばらつきを低減できないことがある。

特許文献１に記載の発明によれば、高炉原料を装入するたびに、シュートの旋回数が同じであれば、装入開始位置を炉周方向にシフトさせることによって、炉周方向における装入量のばらつきを低減できる可能性がある。しかし、実際の装入においては、高炉原料の性状（粒度構成）などによって、高炉原料の装入を開始してから終了するまでのシュートの旋回数にばらつきが生じる。

例えば、高炉原料を高炉内に装入するときには、所定重量の高炉原料がホッパに貯留された後、ホッパからシュートに高炉原料が供給されるが、高炉原料の粒度構成（嵩密度）が異なると、ホッパからシュートに高炉原料を供給する時間が異なってしまうため、高炉原料の装入を開始してから終了するまでの時間が異なってしまう。例えば、高炉原料が粗粒であるほど装入に時間がかかり、高炉原料が細粒であるほど装入の時間が短くなる。結果として、高炉原料の装入を開始してから終了するまでのシュートの旋回数にばらつきが発生してしまう。

上述したようにシュートの旋回数にばらつきが発生してしまうと、装入開始位置を炉周方向にシフトさせても、期待通りに高炉原料を装入することができなくなり、炉周方向における装入量のばらつきを低減しにくくなる。

本願第１の発明は、旋回シュートの旋回によってベルレス式の高炉内に高炉原料を装入する方法を決定する高炉原料の装入決定方法である。まず、同一種類の高炉原料を複数回装入した後にこの高炉原料を再び装入するときにおいて、予め決められた複数の装入開始位置及び旋回シュートの旋回方向のすべての組み合わせについて、高炉原料の装入量が炉周方向で相対的に多い領域の発生回数に関するパラメータを炉周方向の位置毎に算出する。このパラメータは、装入開始位置及び旋回方向と、旋回シュートの設定旋回数に対する実績旋回数のずれを示す旋回数誤差とから算出される。

次に、すべての組み合わせについて、炉周方向の位置に応じたパラメータの分布に基づいて、パラメータのばらつきを算出する。そして、最小のばらつきが得られたときの装入開始位置を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける装入開始位置として決定する。また、最小のばらつきが得られたときの旋回方向を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける旋回シュートの旋回方向として決定する。

上述したばらつきとしては、パラメータの標準偏差を用いることができる。パラメータとしては、高炉原料の所定装入回数に対する発生回数の比率を用いることができる。

炉周方向の位置毎のパラメータを算出するとき、旋回数誤差は、過去の高炉原料の装入における旋回数誤差から決めることができる。旋回数誤差には、設定旋回数よりも実績旋回数が多くなり、最終旋回が炉周方向の１周を超えて高炉原料が装入される場合と、設定旋回数よりも実績旋回数が少なくなり、最終旋回が炉周方向の１周に到達せずに高炉原料が装入される場合とが含まれる。

本願第２の発明は、旋回シュートの旋回によってベルレス式の高炉内に高炉原料を装入する方法を決定する高炉原料の装入方法決定装置であって、演算部及び決定部を有する。

演算部は、同一種類の高炉原料を複数回装入した後にこの高炉原料を再び装入するときにおいて、予め決められた複数の装入開始位置及び旋回シュートの旋回方向のすべての組み合わせについて、高炉原料の装入量が炉周方向で相対的に多い領域の発生回数に関するパラメータを炉周方向の位置毎に算出する。このパラメータは、装入開始位置及び旋回方向と、旋回シュートの設定旋回数に対する実績旋回数のずれを示す旋回数誤差とから算出される。そして、演算部は、すべての組み合わせについて、炉周方向の位置に応じたパラメータの分布に基づいて、パラメータのばらつきを算出する。

決定部は、最小のばらつきが得られたときの装入開始位置を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける装入開始位置として決定する。また、決定部は、最小のばらつきが得られたときの旋回方向を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける旋回シュートの旋回方向として決定する。

本願第３の発明は、旋回シュートの旋回によってベルレス式の高炉内に高炉原料を装入する方法を決定するために、下記工程をコンピュータに実行させるプログラムである。この工程では、同一種類の高炉原料を複数回装入した後にこの高炉原料を再び装入するときにおいて、予め決められた複数の装入開始位置及び旋回シュートの旋回方向のすべての組み合わせについて、高炉原料の装入量が炉周方向で相対的に多い領域の発生回数に関するパラメータを炉周方向の位置毎に算出する。このパラメータは、装入開始位置及び旋回方向と、旋回シュートの設定旋回数に対する実績旋回数のずれを示す旋回数誤差とから算出される。

次に、すべての組み合わせについて、炉周方向の位置に応じたパラメータの分布に基づいて、パラメータのばらつきを算出する。最小のばらつきが得られたときの装入開始位置を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける装入開始位置として決定する。また、最小のばらつきが得られたときの旋回方向を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける旋回シュートの旋回方向として決定する。

本発明によれば、炉周方向における高炉原料の装入量のばらつきを低減することができる。

高炉の内部構造の一部を示す図である。 高炉原料の装入開始位置を説明する図である。 旋回数誤差が負の値であるときの高炉原料の最終旋回の装入状態を説明する図である。 旋回数誤差が正の値であるときの高炉原料の最終旋回の装入状態を説明する図である。 高炉原料を装入する方法を決定する処理を示すフローチャートである。 装入方法決定装置の構成を示すブロック図である。 コークスの装入後（６チャージ後）における比率Ｒの分布を示す図である。 鉱石の装入後（６チャージ後）における比率Ｒの分布を示す図である。 コークスの装入に関して、実施例及び比較例における比率Ｒの分布を示す図である。 鉱石の装入に関して、実施例及び比較例における比率Ｒの分布を示す図である。

（高炉の内部構造）
本実施形態である高炉原料の装入方法では、ベルレス式の高炉（以下、単に「高炉」という）が用いられる。高炉の内部構造について、図１を用いて説明する。図１は、高炉の一部（頂部）における内部構造を示す。

高炉１の頂部には、シュート２（旋回シュート）が設けられており、シュート２は、矢印Ｄ１又は矢印Ｄ２で示すように、旋回軸ＲＡを中心に旋回する。矢印Ｄ１，Ｄ２に示す方向は、互いに逆方向である。旋回軸ＲＡは、炉中心と一致している。シュート２が旋回しているとき、ホッパ（不図示）からシュート２に供給された高炉原料（コークスや鉱石）がシュート２の先端から落下して、高炉１（すなわち、炉壁３）の内部で堆積する。

シュート２からはコークス及び鉱石がそれぞれ装入されるため、高炉１（すなわち、炉壁３）の内部では、コークス層ＣＬ及び鉱石層ＯＬが交互に形成される。なお、１回の高炉原料の装入（所定重量の高炉原料をホッパからシュート２に供給して高炉１に装入すること）をダンプといい、高炉原料の装入の繰り返しの単位をチャージという。コークス層ＣＬを形成するときには、１回又は複数回のダンプによってコークスが装入され、鉱石層ＯＬを形成するときには、１回又は複数回のダンプによって鉱石が装入される。

高炉１に高炉原料を装入するとき、シュート２は、旋回軸ＲＡを中心に旋回するとともに、旋回軸ＲＡに対してシュート２が傾斜する角度（傾動角という）θを変更する。

高炉１に高炉原料を装入するときには、高炉原料の装入を開始する位置（以下、「装入開始位置」という）と、シュート２を旋回させる方向（以下、「旋回方向」という）が決められる。

装入開始位置とは、高炉１の炉周方向における位置であり、炉周方向の１周を３６０［ｄｅｇ］としたときの角度（０～３６０［ｄｅｇ］）によって規定される。本実施形態では、予め決められた複数の装入開始位置の中から、高炉原料を装入するときの装入開始位置が決められる。例えば、図２に示すように、装入開始位置として、０［ｄｅｇ］，９０［ｄｅｇ］，２７０［ｄｅｇ］，３６０［ｄｅｇ］の４つの位置を予め決めておくことができる。図２は、高炉１において、炉高方向と直交する平面を示す。

なお、装入開始位置は、図２に示す４つの位置に限るものではなく、任意の数で装入開始位置を決めることができる。また、図２では、炉周方向における等間隔の位置を装入開始位置としているが、炉周方向において、互いに異なる間隔で装入開始位置を決めることもできる。

ここで、装入開始位置は、炉周方向におけるシュート２の位置を基準にすることもできるし、シュート２から落下した高炉原料が高炉１内で着地する位置を基準にすることもできる。高炉原料が着地する位置は、例えば、Discrete Element Methodを用いたシミュレーション（公知文献、ISIJ International、５７巻、第２７２－２７８頁）に基づいて特定することができる。なお、高炉原料が着地する位置について、実際の着地位置とシミュレーションで特定された着地位置とが完全に一致する必要はない。

旋回方向とは、本実施形態において、高炉１の頂部（図１に示す矢印Ｄ３の方向）からシュート２を見たときのシュート２の旋回方向である。ここで、シュート２が時計方向に旋回するときには、旋回方向を「右方向」とし、シュート２が反時計方向に旋回するときには、旋回方向を「左方向」とする。なお、高炉１の炉下部からシュート２を見たときにおいて、シュート２の旋回方向を規定することもできる。このときの旋回方向は、高炉１の頂部からシュート２を見たときのシュート２の旋回方向に対して逆の関係となる。

（旋回数誤差Ｅｒ）
シュート２を旋回させて高炉１に高炉原料を装入するときには、シュート２の旋回数が予め設定されるが、この予め設定された旋回数（以下、「設定旋回数」という）Ｎに対する、高炉原料を実際に装入したときの旋回数（以下、「実績旋回数」という）のズレが発生することがある。このズレを旋回数誤差Ｅｒといい、旋回数誤差Ｅｒは、下記式（１）によって表される。

上記式（１）において、Ｅｒは旋回数誤差［旋回］、ｔｍは実際に高炉原料の装入を開始してから装入を終了するまでの時間（以下、「実績装入時間」という）［ｓｅｃ］、Ｎは設定旋回数［旋回］、ｔｒはシュート２が１周（３６０［ｄｅｇ］）だけ旋回するときの時間［ｓｅｃ］である。「Ｎ×ｔｒ」の値は、設定旋回数Ｎでシュート２を旋回させて高炉原料を装入するときの時間（以下、「予定装入時間」という）である。

上記式（１）によれば、設定旋回数Ｎを超えて高炉原料が装入されたときには、実績装入時間ｔｍは予定装入時間（Ｎ×ｔｒ）よりも長くなるため、旋回数誤差Ｅｒは正の値［旋回］になる。一方、設定旋回数Ｎに到達せずに高炉原料が装入されたときには、実績装入時間ｔｍが予定装入時間（Ｎ×ｔｒ）よりも短くなるため、旋回数誤差Ｅｒは負の値［旋回］になる。

本実施形態では、実績装入時間ｔｍを計測し、この実績装入時間ｔｍを基に旋回数誤差Ｅｒに換算している。ここで、シュート２の旋回速度は一定であるため、時間ｔｒ及び旋回角度３６０［ｄｅｇ］の関係に基づいて、実績装入時間ｔｍを旋回数誤差Ｅｒに換算することができる。

時間ｔｒは、予め測定しておいたり、シュート２の設定旋回速度［ｒｐｍ］から計算で求めたりすることができ、固定された時間である。実績装入時間ｔｍは、上述したように、実際に高炉原料の装入を開始してから装入を終了するまでの時間であり、実績装入時間ｔｍの測定方法としては、様々な方法がある。以下、実績装入時間ｔｍの測定方法として、２つの例を挙げる。

第１の測定方法では、まず、高炉原料が収容されるホッパ（不図示）にロードセルを設けておく。ここでいうホッパは、高炉原料の供給経路において、シュート２に最も近い位置に配置されたホッパである。

例えば、上下２段でホッパを配置し、上段ホッパから下段ホッパに高炉原料を供給し、下段ホッパからシュート２に高炉原料を供給する場合には、下段ホッパがシュート２に最も近いホッパとなる。また、水平方向で並列に配置された複数のホッパから集合ホッパに高炉原料を供給し、集合ホッパからシュート２に高炉原料を供給する場合には、集合ホッパがシュート２に最も近いホッパとなる。ここで、高炉原料が集合ホッパを単に通過する構造では、集合ホッパ又は並列のホッパにロードセルを設けることができる。さらに、水平方向で並列に配置された複数のホッパからシュート２に高炉原料を供給する場合には、並列に配置された複数のホッパのそれぞれがシュート２に最も近いホッパとなる。

上述したホッパのゲートを開いたタイミング（すなわち、高炉原料の装入を開始したタイミング）において、タイマを用いた実績装入時間ｔｍの計測を開始する。そして、ロードセルによってホッパ内の高炉原料が無くなったこと（すなわち、高炉原料の重量が０［ｔ］となったこと）を検出したタイミングにおいて、タイマを用いた実績装入時間ｔｍの計測を終了する。これにより、実績装入時間ｔｍを測定することができる。なお、ホッパ内に高炉原料が残留し続けることにより、高炉原料の重量が０［ｔ］とならないことがある。この場合には、高炉原料の重量が変化しなくなったことを、ホッパ内の高炉原料が無くなったこととみなすことができる。

一方、高炉原料が集合ホッパを単に通過する構造において、集合ホッパにロードセルを設けた場合、ロードセルの測定値（高炉原料の重量）は、高炉原料の移動に応じて、０［ｔ］から上昇した後に０［ｔ］に戻る。ここで、実績装入時間ｔｍの計測を開始するタイミングは、ロードセルの測定値が０［ｔ］から上昇し始めたタイミングとなり、実績装入時間ｔｍの計測を終了するタイミングは、ロードセルの測定値が再び０［ｔ］となったタイミングである。なお、ホッパ内に高炉原料が残留し続けることにより、高炉原料の重量が０［ｔ］とならないことがある。この場合には、高炉原料の重量が変化しなくなったことを、ホッパ内の高炉原料が無くなったこととみなすことができる。

第２の測定方法では、まず、高炉原料が収容されるホッパ（不図示）や、ホッパ以降の供給経路に音響センサを設けておく。音響センサは、高炉原料がホッパからシュート２に移動するときに発生する音を検出するものであり、この目的を達成する限りにおいて、音響センサを配置する位置を適宜決めることができる。ここでいうホッパは、上述した通り、高炉原料の供給経路において、シュート２に最も近い位置に配置されたホッパである。

上述したホッパのゲートを開いたタイミング（すなわち、高炉原料の装入を開始したタイミング）において、タイマを用いた実績装入時間ｔｍの計測を開始する。ここで、ホッパからシュート２に高炉原料を供給している間では、高炉原料の移動に伴って音が発生するため、この音を音響センサによって検出することができる。そして、高炉原料の移動に伴う音が発生しなくなったときには、ホッパ内の高炉原料が無くなったことを把握することができる。音響センサを用いてホッパ内の高炉原料が無くなったことを把握したタイミングにおいて、タイマを用いた実績装入時間ｔｍの計測を終了する。これにより、実績装入時間ｔｍを測定することができる。

次に、旋回数誤差Ｅｒについて、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４は、高炉１において、炉高方向と直交する平面を示しており、装入開始位置を０［ｄｅｇ］としている。

図３は、高炉原料の装入を終了したのが、設定旋回数よりも少なかった場合（旋回数誤差Ｅｒが－０．２［旋回］である場合）の最終旋回の概略図（一例）である。すなわち、図３は、最終旋回が炉周方向の１周に到達せずに高炉原料が装入された状態を示す概略図である。

図３に示す矢印Ｒ１は、シュート２の旋回方向（ここでは、右方向）と、高炉原料が装入された領域（装入を開始した位置から装入を終了した位置までの領域）とを示す。図３において、領域Ａ１は、最終旋回での装入が行われず、高炉原料の装入量が少ない領域（装入量不足の領域）である。このため、領域Ｒ１は、領域Ａ１よりも高炉原料の装入量が多くなる。図３に示す例では、実績装入時間ｔｍが予定装入時間（Ｎ×ｔｒ）よりも短くなるため、上記式（１）から算出される旋回数誤差Ｅｒは負の値（ここでは、－０．２［旋回］）を示す。なお、実績装入時間ｔｍが予定装入時間（Ｎ×ｔｒ）と一致する場合には、旋回数誤差Ｅｒが０［－］となる。

図４は、高炉原料の装入を終了したのが、設定旋回数よりも多かった場合（旋回数誤差Ｅｒが＋０．１［旋回］である場合）の最終旋回の概略図（一例）である。すなわち、図４は、最終旋回が炉周方向の１周を超えて高炉原料が装入された状態を示す概略図である。

図４に示す矢印Ｒ２は、シュート２の旋回方向（ここでは、右方向）と、高炉原料が装入された領域（装入を開始した位置から装入を終了した位置までの領域）とを示す。図４において、領域Ａ２は、最終旋回での高炉原料の装入において、高炉原料の装入が重複された領域であり、高炉原料が過多に装入されている領域（装入量過多の領域）である。図４に示す例では、実績装入時間ｔｍが予定装入時間（Ｎ×ｔｒ）よりも長くなるため、上記式（１）から算出される旋回数誤差Ｅｒは正の値（ここでは、＋０．１［旋回］）を示す。

上述した説明では、実績装入時間ｔｍ、時間ｔｒ及び設定旋回数Ｎに基づいて旋回数誤差Ｅｒを求めているが、これに限るものではない。例えば、カメラを用いて高炉１の内部を撮影し、高炉原料が最初に落下した位置と、高炉原料が最後に落下した位置とを画像解析によって特定することができる。これらの位置に基づいて、旋回数誤差Ｅｒを求めることもできる。

（比率Ｒの分布）
本実施形態では、高炉原料を装入するときの装入開始位置及びシュート２の旋回方向を決定するために、以下に説明する比率Ｒを求める。

比率Ｒは、後述するように、総装入回数Ｎｔに対する発生回数Ｎｅｘの比率［－］であり、高炉原料の装入における装入開始位置及び旋回方向と、旋回数誤差Ｅｒとに基づいて求められる。ここで、比率Ｒは下記式（２）で表される。比率Ｒは、コークス及び鉱石のそれぞれについて求められる。

総装入回数Ｎｔとは、所定回数Ｎｄで高炉原料が装入された回数の累積値である。すなわち、高炉原料（コークスや鉱石）が装入されるたびに、総装入回数Ｎｔがカウントアップされる。ここで、総装入回数Ｎｔは、所定回数Ｎｄに連動する。

発生回数Ｎｅｘとは、高炉原料の装入において、図３，４で説明したように装入量が炉周方向で相対的に多くなっている領域が発生した回数である。図３，４から分かる通り、装入量が多くなっている領域（図３の領域Ｒ１、あるいは、図４の領域Ａ２）は、高炉１の炉周方向における位置（以下、「炉周位置」という）によって特定できるため、炉周位置毎に発生回数Ｎｅｘをカウントすることができる。

例えば、３６［ｄｅｇ］の炉周位置において、装入量が相対的に多い領域が存在する場合には、３６［ｄｅｇ］の炉周位置における発生回数Ｎｅｘをカウントアップする。一方、３６［ｄｅｇ］の炉周位置において、装入量が相対的に多い領域が存在しない場合には、３６［ｄｅｇ］の炉周位置における発生回数Ｎｅｘはカウントアップされない。なお、カウントアップするときの炉周位置の間隔は任意に設定することができる。

このように、炉周位置毎に発生回数Ｎｅｘをカウントすることにより、炉周位置毎に比率Ｒを求めることができる。これにより、炉周位置に応じた比率Ｒの分布（以下、単に「比率Ｒの分布」ということがある）が得られる。ここで、上記式（２）から分かる通り、比率Ｒが取り得る値は０．０～１．０［－］である。

１回のチャージでは、このチャージでの旋回数誤差Ｅｒに基づいて、図３や図４に示す状態を判断することができる。例えば、旋回数誤差Ｅｒが正の値である場合には、図４に示す領域（装入量過多）Ａ２が発生していることを把握できる。そして、装入開始位置及び旋回方向を考慮すれば、炉周方向における領域（装入量過多）Ａ２の位置を把握できる。炉周方向における領域（装入量過多）Ａ２の位置は、炉周方向における領域（装入量過多）Ａ２の両端に相当する２つの炉周位置によって規定することができる。この２つの炉周位置の間（すなわち、領域（装入量過多）Ａ２）に含まれる炉周位置では、上述したように、発生回数Ｎｅｘがカウントアップされる。

一方、旋回数誤差Ｅｒが負の値である場合には、図３に示す領域Ｒ１において、相対的に装入量が多くなっていることになるため、領域Ｒ１が含まれる炉周位置では、上述したように、発生回数Ｎｅｘがカウントアップされる。

（高炉原料の装入方法）
高炉１に高炉原料を装入する条件（装入開始位置及び旋回方向）を決定する方法について、図５に示すフローチャートを用いながら説明する。本実施形態のように高炉原料を装入する条件を決定し、この条件に従って高炉原料を高炉１に装入すれば、各高炉原料層（コークス層ＣＬ又は鉱石層ＯＬ）について、炉周方向における装入量のばらつきを低減することができる。

本実施形態では、高炉原料（コークス及び鉱石）の装入を複数回行った後において、次回以降に高炉原料を装入するときの条件を決定する。例えば、最初に高炉原料を装入するときには、所定のルールに沿って装入条件（装入開始位置及び旋回方向）を決めることができる。所定のルールの一例を下記表１に示す。

上記表１に示すルールでは、最初に高炉原料（ここでは、コークス）を装入するときの装入開始位置を０［ｄｅｇ］とし、高炉原料（コークス及び鉱石）を装入するたびに、装入開始位置を９０［ｄｅｇ］だけずらしている。また、シュート２の旋回方向は、装入開始位置が０［ｄｅｇ］から再び０［ｄｅｇ］になるまで、同一方向（右方向又は左方向）とする。上記表１において、１回目及び２回目のチャージでは、旋回方向を右方向とし、３回目及び４回目のチャージでは、旋回方向を左方向に変更し、５回目及び６回目のチャージでは、旋回方向を再び右方向に変更している。

ステップＳ１０１では、次回の高炉原料を装入するときの旋回数誤差Ｅｒを設定する。旋回数誤差Ｅｒは、高炉原料の種類（コークス及び鉱石）に応じて設定することもできるし、高炉原料の種類にかかわらず共通の旋回数誤差Ｅｒを設定することもできる。旋回数誤差Ｅｒは、既に高炉原料の装入を行ったときの旋回数誤差Ｅｒを考慮して設定したり、予め決めた値を設定したりすることができる。

既に高炉原料の装入を行ったときの旋回数誤差Ｅｒを考慮する場合には、例えば、過去（直近）の所定回数の高炉原料の装入における旋回数誤差Ｅｒの平均値を求め、この平均値を旋回数誤差Ｅｒとして設定することができる。また、直前の高炉原料の装入における旋回数誤差Ｅｒを設定することもできる。

ステップＳ１０２では、次回の高炉原料を装入するときの装入開始位置及びシュート２の旋回方向の組み合わせを仮設定する。この仮設定において、装入開始位置は、上述した予め決められた複数の装入開始位置のなかから選択される。また、旋回方向は、右方向及び左方向のいずれかになる。装入開始位置及び旋回方向の組み合わせの総数は、選択可能な装入開始位置の総数及び旋回方向の数（２つ）に応じて決まる。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０１の処理で設定された旋回数誤差Ｅｒと、ステップＳ１０２の処理で仮設定された装入開始位置及び旋回方向の組み合わせに基づいて、比率Ｒの分布を求める。比率Ｒの分布の求め方は、上述した通りである。ステップＳ１０３の処理で求められる比率Ｒの分布は、既に高炉原料を装入したときの条件（装入開始位置及び旋回方向）と、次回の高炉原料を装入するときの条件（装入開始位置及び旋回方向）とを加味した分布となる。ここで、既に高炉原料を装入したときの条件（装入開始位置及び旋回方向）は、過去のすべての装入条件としてもよいし、過去（直近）の所定回数の装入条件としてもよい。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３の処理で求められた比率Ｒの分布に基づいて、比率Ｒの標準偏差を算出し、算出した標準偏差を記憶する。標準偏差は、ステップＳ１０２の処理で仮設定された装入開始位置及び旋回方向の組み合わせと紐付けられた状態で、後述する記憶部１３（図６参照）に記憶することができる。

ステップＳ１０５では、装入開始位置及び旋回方向のすべての組み合わせについて、仮設定を行ったか否かを判別する。ここで、すべての組み合わせについて仮設定を行っていない場合には、ステップＳ１０２の処理に戻る。そして、仮設定が行われていない組み合わせについて、ステップＳ１０２～ステップＳ１０４の処理を行うことにより、比率Ｒの標準偏差が求められる。一方、すべての組み合わせについて仮設定を行った場合には、ステップＳ１０６の処理に進む。すべての組み合わせについて仮設定を行った場合には、組み合わせ毎に比率Ｒの標準偏差が得られる。

ステップＳ１０６では、すべての組み合わせにおける比率Ｒの標準偏差のうち、最小の標準偏差を特定する。

ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６の処理で特定された標準偏差（最小値）と紐付けられた装入開始位置を、次回の高炉原料を装入するときの装入開始位置として決定する。また、ステップＳ１０６の処理で特定された標準偏差（最小値）と紐付けられた旋回方向を、次回の高炉原料を装入するときのシュート２の旋回方向として決定する。

ステップＳ１０７の処理において、装入開始位置及び旋回方向を決定したときには、決定した装入開始位置及び旋回方向に基づいて、次回の高炉原料の装入を行う。なお、上述したように、装入開始位置を炉周方向におけるシュート２の位置とした場合において、シュート２から落下する高炉原料の移動軌跡のばらつきや、シュート２の位置のばらつきなどを考慮すると、高炉原料を着地させる位置は、決定した装入開始位置と完全に一致している必要は無い。高炉原料を着地させる位置と、決定した装入開始位置とのずれ（炉周方向のずれ）は、許容範囲内にあればよい。この許容範囲は、例えば、決定した装入開始位置における炉周方向の全長の２０％（角度として７２［ｄｅｇ］）以下の範囲内とすることができる。

なお、図５に示す処理では、比率Ｒの標準偏差を求めているが、これに限るものではなく、比率Ｒの分布のばらつきを把握することができるパラメータであればよい。このパラメータとして、例えば、比率Ｒの分布において、比率Ｒ（最大値）及び比率Ｒ（最小値）の差を用いることができる。

本実施形態によれば、比率Ｒの標準偏差が最小となる装入開始位置及び旋回方向の組み合わせに基づいて高炉原料の装入を行うことにより、炉周方向における装入量のばらつきを低減することができる。本実施形態のように高炉原料を装入すれば、比率Ｒが低い領域に対して高炉原料を積極的に装入することができ、炉周方向における装入量のばらつきを低減することができる。そして、このような高炉原料の装入を繰り返すたびに、炉周方向における装入量を均一化することができる。

なお、本実施形態では、炉周位置毎に比率Ｒを求めているが、これに限るものではない。上述したように、炉周方向で装入量が相対的に多い領域が発生することを把握できればよいため、比率Ｒの代わりに、例えば、上述した発生回数Ｎｅｘを用いることもできる。すなわち、比率Ｒの分布の代わりに、炉周位置に応じた発生回数Ｎｅｘの分布を用いることができる。ここで、比率Ｒや発生回数Ｎｅｘは、本発明における「発生回数に関するパラメータ」に相当する。

図５に示す処理は、図６に示す装入方法決定装置１０の動作によって実現可能である。装入方法決定装置１０は、図５に示す各処理を行う部分を有していればよい。具体的には、装入方法決定装置１０は、図６に示すように、取得部１１と、演算部１２と、記憶部１３と、決定部１４とを有していればよい。

取得部１１は、旋回数誤差Ｅｒや比率Ｒの分布を算出するための情報を取得する。旋回数誤差Ｅｒを算出するための情報は、実績装入時間ｔｍ、時間ｔｒ及び設定旋回数Ｎが含まれる。比率Ｒの分布を算出するための情報は、装入開始位置、旋回方向及び旋回数誤差Ｅｒである。

演算部１２は、上記式（１）に基づいて旋回数誤差Ｅｒを算出したり、装入開始位置、旋回方向及び旋回数誤差Ｅｒに基づいて比率Ｒの分布を算出したり、比率Ｒの標準偏差を算出したりする。記憶部１３は、図５に示すステップ１０４の処理において、比率Ｒの標準偏差を記憶する。決定部１４は、比率Ｒの標準偏差に基づいて、次回の高炉原料を装入するときの装入開始位置及びシュート２の旋回方向を決定する。

上述した装入方法決定装置１０の動作は、プログラム（本発明である装入方法決定プログラム）によって実現可能である。このプログラムの実現として、具体的には、上述した各機能を実現するために予め用意されたコンピュータプログラムを補助記憶装置に格納しておき、ＣＰＵ等の制御部が補助記憶装置に格納されたプログラムを主記憶装置に読み出し、主記憶装置に読み出されたプログラムを制御部が実行することにより、各機能を動作させることができる。各機能は、１つの制御装置で動作させることもできるし、互いに接続された複数の制御装置によって動作させることもできる。

上述したプログラムは、コンピュータで読取可能な記録媒体に記録された状態において、コンピュータに提供することも可能である。記録媒体としては、ＣＤ－ＲＯＭ等の光ディスク、ＤＶＤ－ＲＯＭ等の相変化型光ディスク、ＭＯ（Magnet Optical）やＭＤ(Mini Disk)などの光磁気ディスク、フロッピー（登録商標）ディスクやリムーバブルハードディスクなどの磁気ディスク、コンパクトフラッシュ（登録商標）、スマートメディア、ＳＤメモリカード、メモリスティック等のメモリカードが挙げられる。また、本発明の目的のために特別に設計されて構成された集積回路（ＩＣチップ等）等のハードウェア装置も記録媒体として含まれる。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。

実炉の１／３のサイズの試験炉を用いて、高炉原料の装入試験を行った。実施例及び比較例による高炉原料の装入量のばらつきを評価するために、以下に説明する前処理を行った。前処理を行った後、実施例及び比較例における高炉原料の装入を行った。

（前処理）
下記表２に示すように、装入開始位置及び旋回方向を変更しながら、高炉原料（コークス及び鉱石）の装入を６チャージ行った。下記表２には、各高炉原料の装入時における旋回数誤差Ｅｒも示す。下記表２は、装入開始位置及び旋回方向に関して、上記表１と同じである。

上記表２に示す高炉原料の装入を行った後、コークス及び鉱石のそれぞれについて、比率Ｒの分布を算出した。コークスに関する比率Ｒの分布を図７に示し、鉱石に関する比率Ｒの分布を図８に示す。

（実施例）
上述した前処理となる装入を行った後において、コークスに関する比率Ｒの標準偏差に基づいて、７回目及び８回目のチャージでコークスを装入するときの装入開始位置及びシュート２の旋回方向を決定した。また、鉱石に関する比率Ｒの標準偏差に基づいて、７回目及び８回目のチャージで鉱石を装入するときの装入開始位置及びシュート２の旋回方向を決定した。ここで、装入開始位置及び旋回方向の組み合わせの設定において、装入開始位置の選択肢は、０［ｄｅｇ］，９０［ｄｅｇ］，１８０［ｄｅｇ］，２７０［ｄｅｇ］の４つとした。旋回方向の選択肢は、右方向及び左方向である。この場合の組み合わせの総数は１６つになる。なお、本実施例では、上述したように４つの装入開始位置を設定し、４回の高炉原料の装入を１つのユニットとしたため、１つのユニットに相当する７回目及び８回目のチャージについて、装入開始位置及び旋回方向を決定した。ここで、１回のチャージ毎に、装入開始位置及び旋回方向を決定することもできる。

７回目及び８回目の各チャージでコークスを装入するときの旋回数誤差Ｅｒとしては、上記表２において、６チャージのコークスの装入に関する旋回数誤差Ｅｒの平均値（０．１３３［旋回］）を用いた。また、７回目及び８回目の各チャージで鉱石を装入するときの旋回数誤差Ｅｒとしては、上記表２において、６チャージの鉱石の装入に関する旋回数誤差Ｅｒの平均値（０．１１７［旋回］）を用いた。

７回目及び８回目の各チャージにおけるコークスの装入については、装入開始位置及び旋回方向の組み合わせのすべてを設定し、各組合せでコークスの装入を行ったとしたときの比率Ｒの分布を求めた。この分布は、１～８回目までのチャージでコークスを装入したときの比率Ｒの分布である。そして、求めた比率Ｒの分布から標準偏差をそれぞれ求め、上述した１６つの組み合わせの中から、比率Ｒの標準偏差が最も小さくなる組み合わせを決定した。

本実施例では、７回目のチャージにおけるコークスの装入開始位置が９０［ｄｅｇ］であって、シュート２の旋回方向が右方向であるとき、かつ、８回目のチャージおけるコークスの装入開始位置が２７０［ｄｅｇ］であって、シュート２の旋回方向が右方向であるときに、比率Ｒの標準偏差が０．１０４となり、最小値を示した。このため、７回目のチャージにおけるコークスの装入では、９０［ｄｅｇ］の装入開始位置でコークスの装入を開始し、シュート２を右方向に旋回させ、８回目のチャージにおけるコークスの装入では、２７０［ｄｅｇ］の装入開始位置でコークスの装入を開始し、シュート２を右方向に旋回させた。ここで、装入開始位置は、炉周方向におけるシュート２の位置とした。なお、７回目と８回目を入れ替えても可能である。

次に、７回目及び８回目の各チャージにおける鉱石の装入については、装入開始位置及び旋回方向の組み合わせのすべてを設定し、各組合せで鉱石の装入を行ったとしたときの比率Ｒの分布を求めた。この分布は、１～８回目までのチャージで鉱石を装入したときの比率Ｒの分布である。そして、求めた比率Ｒの分布から標準偏差をそれぞれ求め、上述した１６つの組み合わせの中から、比率Ｒの標準偏差が最も小さくなる組み合わせを決定した。

本実施例では、７回目のチャージにおける鉱石の装入開始位置が９０［ｄｅｇ］であって、シュート２の旋回方向が左方向であるとき、かつ、８回目のチャージにおける鉱石の装入開始位置が９０［ｄｅｇ］であって、シュート２の旋回方向が左方向であるときに、比率Ｒの標準偏差が０．０９４となり、最小値を示した。このため、７回目のチャージにおける鉱石の装入では、９０［ｄｅｇ］の装入開始位置で鉱石の装入を開始し、シュート２を左方向に旋回させ、８回目のチャージにおける鉱石の装入では、９０［ｄｅｇ］の装入開始位置で鉱石の装入を開始し、シュート２を左方向に旋回させた。ここで、装入開始位置は、炉周方向におけるシュート２の位置とした。なお、今回のケースでは、７回目と８回目は同じ条件となったが、違う場合は両者を入れ替えることは可能である。

上述した本実施例の装入条件を下記表３にまとめる。下記表３に示す旋回数誤差は、上述したとおり、６チャージの高炉原料の装入に関する旋回数誤差Ｅｒの平均値（仮の設定値）であり、実績値ではない。

（比較例）
上述した前処理となる装入を行った後において、上記表２に示すルールに従ってコークス及び鉱石を順に装入した。

上記表２に示すルールによれば、７回目のチャージでコークスを装入するときには、装入開始位置が０［ｄｅｇ］となり、旋回方向が左方向となる。この装入における旋回数誤差Ｅｒは０．１［旋回］であった。また、８回目のチャージでコークスを装入するときには、装入開始位置が１８０［ｄｅｇ］となり、旋回方向が左方向となる。この装入における旋回数誤差Ｅｒは０．２［旋回］であった。

上記表２に示すルールによれば、７回目のチャージで鉱石を装入するときには、装入開始位置が９０［ｄｅｇ］となり、旋回方向が左方向となる。この装入における旋回数誤差Ｅｒは０．０［旋回］であった。また、８回目のチャージで鉱石を装入するときには、装入開始位置が２７０［ｄｅｇ］となり、旋回方向が左方向となる。この装入における旋回数誤差Ｅｒは０．２［旋回］であった。

上述した比較例の装入条件を下記表４にまとめる。下記表４に示す旋回数誤差は実績値である。

図９には、コークスの装入に関して、上述した前処理、実施例及び比較例における比率Ｒの分布を示す。前処理に関する比率Ｒの分布は、図７に示す比率Ｒの分布と同じである。実施例に関する比率Ｒの分布は、上述した実施例で説明したコークスの装入（８チャージ）を行った後の比率Ｒの分布である。比較例に関する比率Ｒの分布は、上述した比較例で説明したコークスの装入（８チャージ）を行った後の比率Ｒの分布である。実施例及び比較例において、比率Ｒの分布の算出では、上記表４に示す旋回数誤差（実績値）を用いている。

図９から分かるように、実施例では、比較例と比べて、比率Ｒのばらつきが減少した。このため、本実施例によれば、炉周方向におけるコークスの装入量のばらつきを低減できることが分かる。図９に示す比率Ｒの分布に基づいて標準偏差をそれぞれ算出したところ、下記表５に示す通りとなり、本実施例における標準偏差が最も小さくなった。

図１０には、鉱石の装入に関して、上述した前処理、実施例及び比較例における比率Ｒの分布を示す。前処理に関する比率Ｒの分布は、図８に示す比率Ｒの分布と同じである。実施例に関する比率Ｒの分布は、上述した実施例で説明した鉱石の装入（８チャージ）を行った後の比率Ｒの分布である。比較例に関する比率Ｒの分布は、上述した比較例で説明した鉱石の装入（８チャージ）を行った後の比率Ｒの分布である。実施例及び比較例において、比率Ｒの分布の算出では、上記表４に示す旋回数誤差（実績値）を用いている。

図１０から分かるように、実施例では、比較例と比べて、比率Ｒのばらつきが減少した。このため、本実施例によれば、炉周方向における鉱石の装入量のばらつきを低減できることが分かる。図１０に示す比率Ｒの分布に基づいて標準偏差をそれぞれ算出したところ、下記表６に示す通りとなり、本実施例における標準偏差が最も小さくなった。

１：高炉、２：シュート、３：炉壁、ＲＡ：旋回軸、ＣＬ：コークス層、
ＯＬ：鉱石層、θ：傾動角

Claims (7)

1. 旋回シュートの旋回によってベルレス式の高炉内に高炉原料を装入する方法を決定する高炉原料の装入決定方法であって、
   同一種類の高炉原料を複数回装入した後にこの高炉原料を再び装入するときにおいて、予め決められた複数の装入開始位置及び前記旋回シュートの旋回方向のすべての組み合わせについて、装入開始位置及び旋回方向と、前記旋回シュートの設定旋回数に対する実績旋回数のずれを示す旋回数誤差とに基づいて、高炉原料の装入量が炉周方向で相対的に多い領域の発生回数に関するパラメータを炉周方向の位置毎に算出し、
   すべての前記組み合わせについて、炉周方向の位置に応じた前記パラメータの分布に基づいて、前記パラメータのばらつきを算出し、
   最小の前記ばらつきが得られたときの装入開始位置を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける装入開始位置として決定するとともに、最小の前記ばらつきが得られたときの旋回方向を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける前記旋回シュートの旋回方向として決定する、
   ことを特徴とする高炉原料の装入決定方法。
2. 前記ばらつきは、前記パラメータの標準偏差であることを特徴とする請求項１に記載の高炉原料の装入決定方法。
3. 前記パラメータは、高炉原料の所定装入回数に対する前記発生回数の比率であることを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉原料の装入決定方法。
4. 炉周方向の位置毎の前記パラメータを算出するとき、前記旋回数誤差は、過去の高炉原料の装入における前記旋回数誤差から決められることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の高炉原料の装入決定方法。
5. 前記旋回数誤差は、設定旋回数よりも実績旋回数が多くなり、最終旋回が炉周方向の１周を超えて高炉原料が装入される場合と、設定旋回数よりも実績旋回数が少なくなり、最終旋回が炉周方向の１周に到達せずに高炉原料が装入される場合とを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の高炉原料の装入決定方法。
6. 旋回シュートの旋回によってベルレス式の高炉内に高炉原料を装入する方法を決定する高炉原料の装入方法決定装置であって、演算部及び決定部を有し、
   前記演算部は、
   同一種類の高炉原料を複数回装入した後にこの高炉原料を再び装入するときにおいて、予め決められた複数の装入開始位置及び前記旋回シュートの旋回方向のすべての組み合わせについて、装入開始位置及び旋回方向と、前記旋回シュートの設定旋回数に対する実績旋回数のずれを示す旋回数誤差とに基づいて、高炉原料の装入量が炉周方向で相対的に多い領域の発生回数に関するパラメータを炉周方向の位置毎に算出するとともに、
   すべての前記組み合わせについて、炉周方向の位置に応じた前記パラメータの分布に基づいて、前記パラメータのばらつきを算出し、
   前記決定部は、最小の前記ばらつきが得られたときの装入開始位置を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける装入開始位置として決定するとともに、最小の前記ばらつきが得られたときの旋回方向を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける前記旋回シュートの旋回方向として決定する、
   ことを特徴とする高炉原料の装入方法決定装置。
7. 旋回シュートの旋回によってベルレス式の高炉内に高炉原料を装入する方法を決定するために、下記工程をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   同一種類の高炉原料を複数回装入した後にこの高炉原料を再び装入するときにおいて、予め決められた複数の装入開始位置及び前記旋回シュートの旋回方向のすべての組み合わせについて、装入開始位置及び旋回方向と、前記旋回シュートの設定旋回数に対する実績旋回数のずれを示す旋回数誤差とに基づいて、高炉原料の装入量が炉周方向で相対的に多い領域の発生回数に関するパラメータを炉周方向の位置毎に算出し、
   すべての前記組み合わせについて、炉周方向の位置に応じた前記パラメータの分布に基づいて、前記パラメータのばらつきを算出し、
   最小の前記ばらつきが得られたときの装入開始位置を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける装入開始位置として決定するとともに、最小の前記ばらつきが得られたときの旋回方向を、同一種類の高炉原料を再び装入するときにおける前記旋回シュートの旋回方向として決定する、
   ことを特徴とする高炉原料の装入方法決定プログラム。