JPH0593215A - ベルレス高炉の装入物分布制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高炉の炉内におけるガス流の強度や推移傾
向、装入待や減風、装入物分布のアクション履歴、残銑
量や出銑状況などの操業状態を加味してガス流分布を最
適化するためのアクション手段とアクション量を決定す
る。 【構成】 高炉に設置された各種センサからデータを所
定の周期でプロセスコンピュータに取込む手段と、操業
経験やモデル実験で得られた知識ベースをもとにノイズ
を除去したデータをセンサ別に中心流、周辺流、局所流
に関するガス流の強度と推移傾向として推論する手段
と、その結果を装入待や減風などに関する情報とガス流
に関する知識ベースをもとにガス流の強度と推移傾向と
して合成する手段と、合成結果を旋回シュート（以下Ｔ
Ｓと称す）アクション決定マトリックスに当てはめてア
クション量を決定する手段とを有し、アクション量をプ
ログラマブルコントローラに送信して装入物分布を自動
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はベルレス高炉の炉内に
おける装入物分布制御を通じて炉内半径方向および円周
方向のガス流を制御してガス流分布と操業の安定化を図
るための制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２２は装入物分布制御と炉内状況を示
した図であり、そして、表１は溶融帯の位置・形状と操
業状況を示した表である。

【０００３】

【表１】

【０００４】一般にコークスの燃焼によって発生する還
元ガス（以下ガスと称す）が高炉内の中心部に多く流れ
ることを中心流、炉壁部に多く流れることを周辺流、ま
た局部的に多く流れることを局所流と呼んでいる。通
常、高炉に装入される原料はコークスの方が鉱石より粒
経が大きく、またコークスは還元粉化も起こらないため
コークスの方が通気性も良い。更に、鉱石が溶けるゾー
ン（以下溶融帯と称す）では鉱石層の通気抵抗はコーク
ス層の２００〜３００倍になりガスはコークス層（溶融
帯でのコークス層を以下スリットと称す）を通過して流
れる。

【０００５】高炉では中心部に多くコークスを装入する
と中心流になり、溶融帯形状も富士山形になり、スリッ
ト数も増えてガス流が安定する。また炉壁部に多くコー
クスを装入すると周辺流になり、炉壁付着物の除去に役
立つといわれている。更に、局部的に多く流れると局所
流となり吹抜けやスリップなど突発的な異常炉況を誘発
する原因になる。このため、安定操業には炉内半径方向
装入物分布を制御してガス流を安定にすること、局所流
の発生を検知して円周方向装入物分布を制御して局所流
の成長を防止することが必要である。

【０００６】ベルレス高炉の場合、原料の装入は流調ゲ
ートの開閉動作によって行われる。そして１回の流調ゲ
ートの開閉動作をバッチと呼び、コークスと鉱石は数バ
ッチ（例えばコークス２バッチ、鉱石３バッチ）に分け
て装入される。これを５バッチ装入といい、５バッチを
まとめて１チャージと呼んでいる。通常操業でチャージ
間隔は約１０分である。

【０００７】図２３は炉頂ホッパー、流調ゲート及びＴ
Ｓの設置状況を示した図である。図において、５１，５
２は炉頂バンカであり、炉頂バンカ５１には装入原料５
３として例えばコークスが装入され、炉頂バンカ５２に
は装入原料５４として例えば鉱石が装入される。５５は
流量調整ゲートであり、５６はシール弁である。５７は
ＴＳであり、５８は装入物表面である。ＴＳ５７から自
由落下する原料の着地位置を制御するため、ベルレス高
炉のＴＳ５７は中心から炉壁に向かって垂直角度で２０
〜６０°に、円周方向では旋回開始点が２４点に分割さ
れている。そして、半径方向の分布制御はチャージ単位
にＴＳ５７の旋回角度を変えて、円周方向の分布制御は
バッチ単位に旋回開始点を変えて行われる。

【０００８】これまでＴＳの旋回角度と装入物分布の関
係は、例えば『材料とプロセスＶＯＬ．７１，ＭＡＲ．
１９８５，ＮＯ．４，討４（ベル式およびベルレス式高
炉での装入物分布制御の多様化』に開示されている。し
かし、その内容は炉内のコークスと鉱石の層圧分布をゾ
ンデで間欠的に測定した結果や、屋外模型実験で得られ
た結果に基づきＴＳアクションと装入物分布の関係を定
式化したものであり、実操業におけるガス流の強度や推
移傾向などからアクション量を決定し、ＴＳを制御して
ガス流分布の最適化を狙ったような一貫したシステム技
術はまだ確立されていない。また、センサ情報をもとに
吹抜けやスリップなどを予知する技術は、例えば『特開
昭６２−２７０７１２号公報』に開示されている。しか
し、これは吹抜けやスリップの予知を目的としたシステ
ムであり、高炉のガス流分布の最適化を目的とした一貫
したシステムではない。更に、『特開平２−１８２８１
５号公報』には知識工学的手法を用いて推論し、ムーバ
ブルアーマ、ストックライン（以下ＳＬ称す）鉱石ベー
ス、細粒原料の使用割合、時系列排出速度等を制御する
方法が提案されているが、これらのアクションの選択基
準やアクション量の決定基準が具体的でない、炉内残銑
量による影響が考慮されていないなどの問題がある。ま
た、『特開昭６２−２７０７１２号公報』及び『特開平
２−１８２８１５号公報』に開示されている制御方法は
ベル式高炉を対象としたものであり、ベルレス高炉に単
純に適用できるものではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な状
態を鑑みてなされたものであり、高炉の炉内におけるガ
ス流の強度や推移傾向、装入待や減風、装入物分布のア
クション履歴、残銑量や出銑状況などの操業状態を加味
してガス流分布を最適化するためのアクション手段とア
クション量を決定し、自動制御することを可能にしたベ
ルレス高炉の装入物分布制御装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るベルレス
高炉の装入物分布制御装置は、高炉操業に関する知識を
知識ベースとして登録・修正する手段と、高炉に設置さ
れた各種センサからデータを所定の周期でプロセスコン
ピュータに取込む手段と、取込んだデータに含まれるノ
イズを除去する手段と、操業経験やモデル実験で得られ
た知識ベースをもとにノイズを除去したデータをセンサ
別にガス流の強度と推移傾向として推論する手段と、そ
の結果を装入待や減風などに関する情報と知識ベースを
もとに中心流、周辺流、局所流に関するガス流の強度と
推移傾向として合成する手段と、合成結果をＴＳアクシ
ョン決定マトリックスに当てはめて、アクション量を決
定する手段と、このアクション量を装入物分布アクショ
ン履歴や送風圧力の変更、炉内残銑量など一過性の要因
を加味したり、配合変更など将来の事象を先取りして補
正する手段と、補正後の装入物分布のアクション量をＰ
ＬＣに送信して自動制御する手段と、補正後の装入物分
布のアクション手段とアクション量をオペレータにガイ
ダンスする手段を備えている。

【００１１】

【作用】本発明においては、ベルレス高炉の操業に関す
る知識が知識ベースとして登録・修正され、また、高炉
に設置されている各種センサからデータが所定の周期で
プロセスコンピュータに取込まれる。そして、取込まれ
たデータに含まれたノイズが除去され、操業経験やモデ
ル実験で得られた知識ベースをもとにノイズを除去した
データについてセンサ別にガス流の強度と推移傾向とを
推論する。その推論結果を装入待や減風などに関する情
報と知識をもとに中心流、周辺流、局所流に関するガス
流の強度と推移傾向として合成し、合成結果をＴＳアク
ション決定マトリックスに当てはめてアクション量を決
定する。更に、アクション量を装入物分布アクション履
歴や送風圧力の変更、炉内残銑量など一過性の要因を加
味したり、配合変更など将来の事象を先取りして補正す
る。そして、補正後の装入物分布のアクション手段とア
クション量をＰＬＣに送信して自動制御する。また、補
正後の装入物分布のアクション手段とアクション量をオ
ペレータにガイダンスする。

【００１２】

【実施例】図１は本発明における一実施例に係るベルレ
ス高炉の装入物分布制御装置の概念図である。図におい
て１０は高炉であり、炉壁上部には円周方向に固定ゾン
デ（温度と成分を測定）やシャフト温度計が、その下に
は水平ゾンデ（半径方向ガス温度、成分）が設置されて
いる。また、炉頂部には炉口ゾンデ（半径方向ガス温
度、成分）、炉口テレビ（装入物表面の温度分布を面と
して測定）、装入物ゾンデ（半径方向装入物表面形状、
コークスと鉱石の層厚分布）など各種センサとＴＳ５７
が設置されている。

【００１３】２０は従来から高炉の制御に用いられてい
るプロセスコンピュータである。このコンピュータ２０
は、高炉に設置された各種センサからデータを所定の周
期でプロセスコンソピュータに取込む手段２１と、取込
んだデータに含まれるノイズを除去する手段２２と、装
入待や減風２３、装入物分布のＴＳアクション履歴２
４、配合変更２５などの情報を随時取込んで保存するフ
ァイル手段２６と、推論結果や過程をオペレータにガイ
ダンスする手段２７と、ガイダンス結果をＰＬＣ４０に
送信して装入物分布を自動制御する手段２８と、プロセ
スコンピュータが持っているデータを知識処理コンピュ
ータ３０に送信したり、知識処理した結果を受信したり
する手段２９とをそのシステムプログラムより実現して
いる。

【００１４】３０は知識処理コンピュータであり、ベル
レス高炉の操業に関する知識を知識ベース３１として登
録・修正する手段と、プロセスコンピュータ２０から受
信したデータと知識ベース３１をもとに中心流、周辺
流、局所流に関するガス流の強度と推移傾向として推論
する手段３２と、その結果を装入待や減風などに関する
情報と知識ベースをもとにガス流の強度と推移傾向とし
て合成する手段３３と、合成結果とその時の操業状況と
操業方針より装入物分布のアクション手段を決定し、Ｔ
Ｓアクション決定マトリックスに当てはめアクション量
を決定する手段３４と、このアクション量を装入物分布
アクション履歴や送風圧力の変更、炉内残銑量など一過
性の要因を加味したり、配合変更など将来の事象を先取
りして補正する手段３５と、推論に必要なデータをプロ
セスコンピュータ２０から受信し、推論結果をプロセス
コンピュータに送信する手段３７をそのシステムプログ
ラムより実現している。

【００１５】このようにプロセスコンピュータ２０と知
識処理コンピュータ３０とに装置が分かれているのは、
従来のシステム技術で処理する部分と、人工知能応用技
術で処理すべき部分があり、これらを分けた方がシステ
ム開発上都合が良いからであって、この発明にとって本
質的なことではない。従って、１台のコンピュータを論
理的に分割して双方の手段を実現すれば１台のコンピュ
ータで実現することができる。

【００１６】次に動作説明をする。 （１）前処理 各種のセンサデータはプロセスコンピュータの定周期処
理機能により、所定の 周期で取込まれ、ファイル２１１に格納した後データに
含まれるノイズを除去して、制御情報として意味ある情
報を抽出するために前処理が行われる。 （１−１）前処理方法 前処理ではセンサの種類とセンサデータに含まれるノイ
ズの状態を考慮し、ガス流判断に有効なデータとするた
め指数平滑や１次回帰などの手法でデータ処理をしてい
る。 ａ．指数平滑

【００１７】

【数１】

【００１８】Ｓｎ：時刻ｎにおける指数平滑後の値
ｎ，ｔ単位は分 Ｓｎ−１：時刻ｎ−１における指数平滑後の値 Ｒｎ：時刻ｎにおける指数平滑前の値 ｔ：時定数１≦ｔでセンサ毎に定める ｂ．１次回帰

【００１９】

【数２】

【００２０】τ≦ｔｉ≦０：基準点は推論実行時刻、
τ：時定数、ｎ：有効データ数 Ｘｏ：１次回帰データ そして、Ｓｎ又はＸｏはガス流の強度や推移傾向の判断
に使われる。 （２）ガス流の強度判定 前処理結果は知識コンピュータ３０に送られ、センサ別
に学習制御された基準値をもとにガス流の強度を判断す
る。以下に基準値の決め方とガス流の強度の判断例を示
す。 （２−１）基準値の決め方 基準値は日平均値をもとに指数平滑法を用いて決定し、
設備や操業の経時的変化に容易に対応できるようにし
た。

【００２１】

【数３】

【００２２】また、指数平滑定数α（０≦α≦１）は、
装入待時間、減風時間、ＴＳのアクション回数などの関
数として図２に示す関数で表現し、特種な操業要因を除
去している。 α＝α１＊α２＊α３ α１＝ｆ（装入待時間）、α２＝ｆ（減風時間） α３＝ｆ（ＴＳアクション回数）

【００２３】ここで、装入待時間（装入から次の装入ま
での間隔）は、平均装入待時間より待時間が長いものを
対象とし、

【００２４】

【数４】

【００２５】装入待時間＝Σ（装入待時間ｉ−平均装入
待時間） ｎ：装入待時間＞平均装入待時間であった装入回数 ｉ：装入待時間＞平均装入待時間となったｉ番目の装入
待時間 として計算している。

【００２６】また、減風時間（目標送風量より送風量を
減らした時間）は、減風した時間と減風量をもとに経験
的に次式で計算している。

【００２７】

【数５】

【００２８】（２−２）ガス流の強度判定 水平ゾンデ、炉口ゾンデ、炉口テレビなど半径方向のガ
ス温度や成分を計測しているセンサ情報は中心流や周辺
流の判断に利用できる。また、固定ゾンデなどは周辺流
の判断に利用できる。更に、炉口テレビや固定ゾンデな
どは局所流の判断に利用できる。図３はガス流強度とガ
ス温度や成分の関係を示したものであり、一般にガス流
が強いとガス温度は高く、ガス利用率（ＣＯ２／ＣＯ）
は低くなる。

【００２９】（２−２−１）中心流や周辺流の判断 ａ．水平ゾンデ（図４） 設置状況を図４の（ａ）に示す。水平ゾンデは１日に数
回、炉内装入物の中にゾンデを挿入して、炉内半径方向
のガス温度と成分を（将来はガス流速も追加予定）を測
定している。一般に、炉内の熱レベルが高ければガス温
度は高めに、逆に熱レベルが低ければガス温度も低めに
計測されるが、熱レベルのガス温度や成分の分布への影
響は少ない。このため測定データを操業経験で得られた
パターンや前回の測定データと比較してガス流を判定す
ることにした。図４の（ｂ）は測定データと操業経験で
得られたパターンとの比較例であり、中心流が強く、周
辺流が弱いことを示している。 ｂ．炉口ゾンデ（図５） 設置状況を図５の（ａ）に、測定データを図５の（ｂ）
に示す。炉口ゾンデは炉頂部の装入物表面上部に東西、
南北方向に設置されていて、複数の温度計と分析計でガ
ス温度とガス成分を連続的に測定している。ここではガ
ス流を正確に判断するため、操業経験をもとに周辺部の
ガス温度が中心部よりある値以上高い（成分ＣＯ2 ／Ｃ
Ｏは低い）時は、低い（高い）方のセンサを異常として
判断し、そのデータを除去した後、東西南北の平均を取
っている。そして、ガス温度は、炉頂ガス温度と比較、
ガス成分は水平ゾンデと同じ方法にガス流状況を判断し
ている。以下にガス温度に関する処理例を示す。

【００３０】図５の（ｃ）はガス温度の強度（Ｘ）を横
軸にした時のガス流状況を示しており、この例では中心
流が強く、周辺流が弱いことを示している。ここで Ｘ＝（Ｘｉ−ｔ）−（Ｘｉｂ−Ｔｂ） Ｘｉ：ｉ炉口ガス温度の平均値、ｔ：炉頂ガス温度 Ｘｉｂ：炉口ガス温度の基準値、Ｔｂ：炉頂ガス温度の
基準値 であり、炉口ガス温度は東西南北の平均値である。な
お、炉頂ガス温度は高炉で発生するガスが集合した所で
測定しているので、炉口ガス温度を炉口の表面積で加重
平均して求めた値より精度が良い。

【００３１】ｃ．炉口テレビ（図６） 測定生データを図６の（ａ）に示す。炉口テレビは炉頂
部で装入物の表面温度分布を熱画像として連続的に測定
している。装入物表面温度はチャージ完了後、徐々に上
昇し、次のチャージが始まる前に最大となる。チャージ
直後は発塵のため装入物表面温度を正確に捕らえること
ができない。このため、チャージ後４〜５分したのちの
熱画像をもとに炉口ゾンデの測温点に対応したデータ
（図６の（ｂ））を作り、次に炉口ゾンデの処理と同じ
方法でガス流状況を判断している。

【００３２】ｄ．固定ゾンデ温度（図７） 設置状況を図７の（ａ）に、測定データを図７の（ｂ）
に示す。固定ゾンデは高炉シャフト上部の炉壁部に円周
方向に複数個（時にはさらに上下方向に数段）設置され
ていて、装入物内部のガス温度と成分を測定している。
このため周辺流判断に利用できる。一般にセンサが不良
になったり、付着物がある時はガス温度や成分は極端に
低くなる。このため、合い隣り合うセンサデータを比較
し、両者の差がある値以上ある時は、低い方のセンサを
異常とし、残りのセンサデータの平均値（Ｘｔ）を計算
する。また周辺流強度（Ｘ）を平均値（Ｘｔ）と基準値
（Ｘｏ）をもとに計算してガス流状況を判断している。 Ｘ＝Ｘｔ−Ｘｏ

【００３３】ｅ．その他 シャフト温度は炉壁部に円周方向と上下方向に複数個設
置されていて、炉壁レンガ内の温度を測定しているの
で、固定ゾンデと同じ様にして周辺流の判断に利用でき
る。しかし、直接ガス温度を測定しているわけでは無い
ので、固定ゾンデよりガス流情報としての精度が落ち
る。また、中心流の時は溶融帯の形状がシャープ（図８
の（ａ））になり、還元ガスが通過するコークスのスリ
ット数も増えるためガス流が安定し、通気抵抗指数や送
風圧力が低く、熱損失やセンサデータの変動も減少し、
ガス利用率（ＣＯ2 ／ＣＯ）も高くなる。逆に、周辺流
の時は溶融帯の形状がフラット（図８の（ｂ））にな
り、スリット数も減少するためガス流が不安定になり、
通気抵抗指数や送風圧力が高く、熱損失やセンサデータ
の変動も増加し、ガス利用率（ＣＯ2 ／ＣＯ）は低くな
る。このため、ガス利用率、通気抵抗指数、送風圧力、
熱損失、センサデータの変動などについて、現在の値と
基準値を比較すればガス流状況が判定できる。

【００３４】（２−２−２）局所流の判断 ａ．炉口テレビ（図９） 炉口テレビは炉頂部で装入物表面の温度分布を熱画像と
して連続的に測定している。高炉の装入面を真上から見
た時の炉口テレビによる測定生データを図９の（ａ）に
示す。装入物表面温度はチャージ完了後、徐々に上昇
し、次のチャージが始まる前に最大となる。また、チャ
ージ直後は発塵のため装入物表面温度を正確に捕らえる
ことができない。このため、チャージ後４〜５分経過し
たのちの熱画像をもとにＴＳの旋回開始可能位置点数に
合せて円周方向に等分割し、周辺部の温度の加重平均値
をもとにＴＳの旋回開始可能位置点数に対応したデータ
（図９の（ｂ））を作り、円周方向のガス流を判断して
いる。例えば図９の（ｂ）は北側のガス流が強いことを
示している。ここで、 △Ｘｉ＝Ｘｉ−Ｘ ｉ：ＴＳの旋回開始可能位置点数（ｉ番目） Ｘｉ：ｉ番目に対応した装入物表面温度の平均値 Ｘ：装入物表面温度の平均値 であり、ＸはＸｉの平均として計算する。

【００３５】ｂ．固定ゾンデ温度（図１０） 設置状況を図１０の（ａ）に、測定データを図１０の
（ｂ）に示す。固定ゾンデは高炉シャフト上部の炉壁部
に円周方向に複数個（時には更に上下方向に数段）設置
されていて、装入物内部のガス温度と成分を測定してい
る。このため、円周方向の分布を考慮して測定位置とＴ
Ｓの旋回開始可能位置との関係から、一次回帰式などで
ＴＳの旋回開始可能位置に対応したデータに変換すれば
ＴＳの旋回開始可能位置に対応したガス流の判断に利用
できる。例えば図１０の（ｂ）は北側のガス流が強いこ
とを示している。ここで、 △Ｘｉ＝Ｘｉ−Ｘ Ｘｉ：ｉ番目の固定ゾンデ温度の平均値 Ｘ：固定ゾンデ温度の平均値（Ｘ＝ΣＸｉ） であり、ＸはＸｉの平均として計算する。なお、固定ゾ
ンデではガス成分の分析も可能であり、この値を使用す
れば温度データと同じ様に局所流の判定に使用できる。

【００３６】ｃ．その他 シャフト温度は炉壁部円周方向と上下方向に複数設置さ
れていて、炉壁レンガ内の温度を連続的に測定してい
る。このため固定ゾンデ温度と同じ様に局所流の判定に
利用できる。しかし、直接ガス温度を測定しているわけ
ではないので固定ゾンデより情報の精度は良くない。

【００３７】（２−３）推移傾向の判定（図１１） （２−３−１）中心流と周辺流の推移傾向の判定 ガス流の推移傾向は、ガス流強度の判定に用いたセンサ
情報の時系列的推移がそのまま利用できる。例えば本装
置では図１１の（ａ）に示す情報が上昇傾向の時や、図
１１の（ｂ）に示す情報が下降傾向の時に中心流の推移
傾向にあると判断している。また、図１１の（ｃ）に示
す情報が上昇傾向の時や、図１１の（ｄ）に示す情報が
下降傾向の時に周辺流の推移傾向にあると判断してい
る。

【００３８】（２−３−２）局所流の推移傾向の判定
（図１２） ガス流の推移傾向は、ガス流強度の判定に用いたセンサ
情報の時系列的推移がそのまま利用できる。例えば炉口
テレビで計測される装入物表面温度や固定ゾンデ温度で
特定の点の温度が上昇傾向にある時は、局所流が成長し
ていることを示している。図１２に固定ゾンデ温度によ
るガス流の推移傾向の判断例を示す。図から北側でガス
流が成長してきていることがわかる。

【００３９】（３）ガス流の強度と推移傾向の合成 （３−１）中心流と周辺流の強度と推移傾向の合成 センサデータはセンサの設置状況、操業状況（装入待、
減風など）により大きく変化する。また炉口ゾンデ温度
や炉口テレビなどほぼ同じ傾向を示すもので精度に違い
があるものがあり、ガス流の状況を最終的判断する時
は、これらの要素を旨く考慮してシステム化する必要が
ある。ここでは以下のようにして精度の良い装置として
いる。

【００４０】（３−１−１）半径方向に複数点計測して
いるセンサ情報の合成 水平ゾンデ、炉口ゾンデ、炉口テレビなど半径方向に複
数点計測しているセンサ情報は中心（また炉壁）部のセ
ンサのみでガス流を判断するのではなく、測定位置を加
味して合成することにより、センサ情報の精度の向上を
図っている。例えば次式により中心流や周辺流を求めて
いる。

【００４１】

【数６】

【００４２】例えばｉ＝５の時はａ１＝０．７，ａ２＝
０．３，ａ３＝ａ４＝ａ５＝０．０，ｂ１＝ｂ２＝ｂ３
＝０．０，ｂ４＝０．３，ｂ５＝０．７のようにしてガ
ス流の強度や推移傾向を合成している。

【００４３】（３−１−２）中心流や周辺流の強度と推
移傾向の合成 中心流や周辺流の強度と推移傾向について別々に合成を
行う。表２は合成に使うセンサデータを示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２でＯ印は大きい（Ｑは小さい）ほど強
度や推移傾向が強いことを意味している。以下に中心流
強度の合成例を示す。

【００４６】

【数７】

【００４７】ここでａｉは各センサの寄与度、ｆｉは装
入時や減風などを加味した確信度である。ここでは図２
（ａ），（ｂ）の積として決めている。ｎはＯ印の数、
ｍはセンサの数である。周辺流の強度や中心流、周辺流
の推移傾向も同様にして決めている。

【００４８】（３−２）局所流の強度と推移傾向の合成 表３に局所流の合成に使うセンサを示す。

【００４９】

【表３】

【００５０】センサデータは設置状況、操業状況（装入
待、減風など）より大きく変化する。また炉口テレビや
固定ゾンデ温度などはほぼ同じ傾向を示すが測定の精度
に違いがある。このためガス流を最終的に判断する時
は、これらの要素を旨く考慮してシステム化する必要が
ある。ここでは以下のようにして精度の良い装置として
いる。

【００５１】（３−２−１）合成方法 局所流は先ずセンサデータを図１３に示すように一次回
帰してＴＳの旋回開始可能位置に対応したデータに変換
してから次式で合成する。

【００５２】

【数８】

【００５３】ここでａｊは図２（ａ），（ｂ）の積とし
て決めている。

【００５４】（４）合成結果の基準化 本装置ではできるだけオペレータの操業経験に近付けて
制御を行うため、（３−１）の項での合成値を１〜５の
レベルに基準化することにした。図１４の（ａ）に基準
化例を示す。本装置では操業経験をもとに判断基準値ｋ
１，ｋ２，ｋ３，ｋ４を決めて１〜５の５段階の判断を
している。図１４の（ａ）で数値は以下の状態を示す。 １：非常に弱い、２：弱い、３：ちょうど良い、４：強
い、５：非常に強い なお、操業経験をもとに作成した図１４の（ｂ）に示す
様な関数で表現して判断すれば、きめ細かく判断できる
ことは自明であるが、ここではオペレータに近い判断方
法を採用している。

【００５５】（５）装入物分布アクション手段の決定 （５−１）半径方向分布アクション手段 半径方向の装入物分布を制御して、中心流や周辺流を制
御する方法としては ＴＳの旋回角度パターン変更、 ＳＬの位置変更、 鉱石ベースの変更、 細粒原料使用量の変更、 時系列排出速度の変更などあるが、 ＴＳの旋回角度パターン変更が一般的であり、本装置で
はその方法を採用している。 （５−２）円周径方向分布アクション手段 半径方向の装入物分布を制御して、局所流を制御する方
法としては、炉下部での燃料や空気の吹込み状況を羽口
毎に変更する方法や出銑作業を行う出銑口を変更する方
法も考えられるが、ＴＳの旋回開始位置を変更する方法
が一般的であり、本装置ではこの方法を採用している。

【００５６】（６）装入物分布アクション量の決定 （６−１）ＴＳアクションのパターン変更 （６−１−１）中心流・周辺流のアクション （ａ）ＴＳパターン変更量の推論 図１５にＴＳパターン変更量の推論例を示す。ＴＳパタ
ーン変更量は操業経験をもとに考案した強度判定マトリ
ックス、推論傾向判定マトリックスを使って推論する。
例えば中心流強度が＋２、周辺流強度が＋３の時のガス
流の強度は強度判定マトリックスよりｗ１となる。ま
た、中心流推移傾向が＋２、周辺流推移傾向が＋４の時
のガス流の推移傾向は推移傾向判定マトリックスよりｗ
１となる。この結果をＴＳアクション決定マトリックス
に当てはめれば＋２となる。これは現在のＴＳパターン
より＋２つだけ中心流指向のＴＳパターンＮｏを選択す
ることを意味している。ここでも、図１４の（ｂ）に示
した関数で判断した結果を四捨五入してＴＳパターンＮ
ｏの変更量を決めればよりきめ細かく制御できることは
自明である。なお、本装置では装入物分布に関するモデ
ル実験で得られた結果をＴＳパターンＮｏとして、周辺
流から中心流に向かって登録している。（図１７）。

【００５７】（ｂ）ＴＳアクション量診断 ＴＳアクションＮｏを変更した時、その部分のガス流は
装入物の降下とともに徐々に変化する。そして、ＴＳパ
ターンＮｏの変更の影響が行き渡るまでには通常約１２
時間かかる。このため実操業でＴＳの位置に対応したガ
ス流を判断するにはＴＳの操作履歴を加味する必要があ
る。また、出銑作業時は数時間減風を行うため送風圧力
などが一時的に大きく変化してガス流も乱れる。これら
の一過性の要因に伴う要素を除去する必要もある。本装
置ではこれらの要素を以下のように加味している。

【００５８】ａ．ＴＳの操作履歴 図１８にＴＳの操作履歴を加味したＴＳアクションの補
正例を示す。横軸は時刻、縦軸はＴＳパターンＮＯの変
更量である。例えば（６−１−１）（ａ）の項でＴＳパ
ターン変更量として＋２の指示が１０時間続き（図１８
の（ａ））、時刻０の時にＴＳパターンＮｏを＋２だけ
変更（図１８の（ｃ））したとすると、その効果は装入
物の降下とともに徐々にガス流に現れてくる（図１８の
（ｂ））。実操業ではこの点を加味し、ＴＳパターンＮ
ｏを＋２変更した効果が＋１だけ現れる時間（約６時間
後）を想定して、６時間に改めてＴＳパターンＮｏを＋
１だけ変更する。なお、ここでもＴＳパターンＮｏの変
更量に曖昧さを持たせればもう少しきめ細かく制御でき
るが、オペレータの操業に近付けるため本装置の様にし
た。この考え方は（６−２）〜（６−５）に述べるアク
ション手段の時も同じである。

【００５９】ｂ．送風圧力など一過性の要因 出銑作業時は数分間減風を行うため送風圧力などが一時
的に大きく変化する。このため同じ方向にＴＳパターン
Ｎｏの変更指示が２回以上連続した時に初めて実アクシ
ョンを取るようにして、減風などに伴う一過性要因を除
去している。また残銑量が多い時はガス流が乱れる。こ
のため残銑量を図１９に示すようなメンバーシップ関数
で表現して、アクション量にその値を掛けて補正してい
る。この考え方は（６−２）〜（６−５）に述べるアク
ション手段の時も同じである。

【００６０】ｃ．配合変更などガス流だけでは判断でき
ない要素 図２０の（ａ）に配合変更などガス流を乱す要素の先取
り例を示す。横軸は時刻、縦軸はＴＳパターンＮＯの変
更量を示す。例えば直送焼結鉱に替えて、粒径のやや小
さいヤード焼結鉱の使用割合を増やすと徐々に中心流が
弱くなる。このため本装置ではヤード焼結鉱の使用割合
の増加量（Ｘ）をもとにＴＳパターンＮＯ変更量（Ｙ）
を計算し、実際にヤード焼結鉱を使用する時刻の数時間
前から焼結鉱がとけて熔銑となるまでの間（６−１−
１）（ｂ）ｂ．の項で決まった値に対してＹだけ中心流
指向のパターンＮＯを選択している。ここでも図２０の
（ｂ）に示したようなメンバーシップ関数で表現してア
クション量を補正すればよりきめ細かく制御できる。配
合変更など未来の事象を先取りする考え方は（６−２）
〜（６−５）に述べるアクション手段の時も同じであ
る。

【００６１】ｄ．アクションの実施 （６−１−１）（ｂ）ｃ項の結果は表示装置（ＣＲＴ）
と警報装置でオペレータに通知されると共に、制御モー
ドが自動の時は、その信号がＴＳ制御装置（ＰＬＣ）に
送信されＴＳのストロークを自動的に制御して半径方向
の装入物分布制御に繋げている。また、手動モードの時
はオペレータが表示を見てＴＳ制御装置のストロークの
設定変更を行い、半径方向の装入物分布制御に繋げてい
る。この考え方は（６−２）〜（６−５）に述べるアク
ション手段の時も同じである。

【００６２】（６−１−２）局所流のアクション （ａ）ＴＳパターン変更量の推論 ＴＳパターン変更量は操業経験やモデル実験をもとに決
定したＴＳアクション決定マトリックス（図１６）を使
って推論する。例えばあるＴＳに対応した点のガス流の
強度が＋２であり、しかも推移傾向の強度も＋２であっ
たとすると、ＴＳアクション決定マトリックスの値は＋
２となる。これは現在のＴＳパターンより＋２つだけ中
心流指向のＴＳパターンＮｏを選択することを意味して
いる。ここでも図１４の（ｂ）に示した関数で判断した
結果を四捨五入してＴＳパターンＮｏの変更量を決めれ
ばよりきめ細かく制御できる。なお、本装置では中心流
・周辺流のアクション時と同じ様に装入物分布に関する
モデル実験で得られた結果をＴＳパターンとして、周辺
流から中心流に向かって登録している。（図１７）。

【００６３】（ｂ）ＴＳアクション量診断 ＴＳパターンＮｏを変更した時、その部分のガス流は装
入物の降下とともに徐々に変化する。そして、ＴＳパタ
ーンＮｏの変更の影響が行き渡るまでには通常約１２時
間かかる。このため、実操業でＴＳの位置に対応したガ
ス流を判断するにはＴＳの操作履歴を加味する必要があ
る。また、出銑作業時数時間減風を行うため送風圧力な
どが一時的に変化し、ガス流も乱れる。本装置ではこれ
らの一過性の要因に伴う要素を中心流・周辺流のアクシ
ョン時と全く同じ方法で除去している。

【００６４】（７）操業実績 図２１に本装置による制御を開始してからの操業指数の
推移を示す。本装置による制御の実現により半径方向お
よび円周方向のガス流分布が適正になり、徐々に操業面
での効果も拡大していることが分かる。

【００６５】

【発明の効果】以上のようにこの発明は、操業技術の高
位標準化と伝承、操業の自動化を目的に半径方向および
円周方向の装入物分布制御と中心流・周辺流および局所
流に関する高度な操業知識をシステム化したものであ
り、以下の効果が得られている。 （１）操業技術の高位標準化、伝承 （２）オペレータの作業負荷低減、操業の自動化 （３）センサ情報の高度加工によるガス流判断の適正化
（高精度化） （４）リアルタイムな監視、制御の実現 （５）（上記（１）〜（４）の結果として）従来のオペ
レータ制御より決め細い制御の実現 （６）（上記（１）〜（４）の結果として）図２１に示
す操業効果の確認

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るベルレス高炉の装入
物分布制御装置の概念図である。

【図２】指数平滑定数の決定関数を示した図であり、
（ａ）は装入待時間、（ｂ）は減風時間、（ｃ）はＴＳ
アクション回数である。

【図３】ガス流強度の判定例を示した図である。

【図４】中心流・周辺流の判定に用いる水平ゾンデのセ
ンサの設置例とデータ例を示す図である。

【図５】中心流・周辺流の判定に用いる炉口ゾンデのセ
ンサの設置例、データ例及び加工データ例を示す図であ
る。

【図６】中心流・周辺流の判定に用いる炉口テレビの生
データ例及び加工データ例を示す図である。

【図７】中心流・周辺流の判定に用いる固定ゾンデの設
置例及び測定データ例を示す図である。

【図８】中心流・周辺流の判定に用いるその他の情報に
よるガス流判断例を示す図である。

【図９】局所流の判定に用いる炉口テレビのデータ例を
示す図である。

【図１０】局所流の判定に用いる固定ゾンデの設置例及
びデータ例を示す図である。

【図１１】ガス流の推移傾向の判定に用いるセンサと判
定例を示す図である。

【図１２】局所流の推移傾向を示す図である。

【図１３】固定ゾンデ温度データの一時回帰例を示す図
である。

【図１４】合成結果の基準化例を示す図である。

【図１５】半径方向のＴＳアクション推論例を示す図で
ある。

【図１６】円周方向のＴＳアクション決定マトリックス
を示す図である。

【図１７】ＴＳパターンＮＯ登録状況を示す図である。

【図１８】ＴＳの操作履歴を加味した補正例を示す図で
ある。

【図１９】残銑量の補正関数例を示す図である。

【図２０】配合変更など未来の事象の先取り例を示す図
である。

【図２１】操業実績を示す図である。

【図２２】装入物の分布制御と炉内状況を示した図であ
る。

【図２３】炉頂バンカ、流調ゲート、ＴＳの設置状況を
示した図である。

フロントページの続き (72)発明者 竹腰 篤尚 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 桜井 雅昭 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松原 真一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベルレス高炉の操業に関する知識を知識
   ベースとして登録・修正する手段と、 高炉に設置された各種センサからデータを所定の周期で
   プロセスコンピュータに取込む手段と、 取込んだデータに含まれるノイズを除去する手段と、 操業経験やモデル実験で得られた知識ベースをもとにノ
   イズを除去したデータをセンサ別に中心流、周辺流、局
   所流に関するガス流の強度と推移傾向として推論する手
   段と、 その結果を装入待や減風などに関する情報とガス流に関
   する知識ベースをもとにガス流の強度と推移傾向として
   合成する手段と、 合成結果を旋回シュート（以下ＴＳと称す）アクション
   決定マトリックスに当てはめてアクション量を決定する
   手段とを有し、 前記アクション量をプログラマブルコントローラ（以下
   ＰＬＣと称す）に送信して装入物分布を自動制御するこ
   とを特徴とするベルレス高炉の装入物分布制御装置。
2. 【請求項２】 高炉の装入物分布アクション履歴や送風
   圧力の変更、炉内残銑量など一過性の要因を加味した
   り、配合変更など未来の事象を先取りして前記アクショ
   ン量を補正する手段を有する請求項１記載のベルレス高
   炉の装入物分布制御装置。
3. 【請求項３】 前記装入物分布のアクション量をオペレ
   ータにガイダンスする手段を有する請求項２記載のベル
   レス高炉の装入物分布制御装置。