JPH0625370B2 - 高炉原料装入物分布の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高炉原料装入物分布の制御方法に係り、詳しく
は、高炉炉頂から旋回シュートを介して高炉内に原料を
装入する際に、その装入物分布を高炉の円周方向にわた
って一定になるように制御する方法に係るものである。

従来の技術 高炉の炉頂部には、炉内に粒塊状原料を投下し、分布す
るための旋回機能を有するシュートが設けられ、このシ
ュートにより、高炉原料を装入し均一な炉内分布とする
方法が採用されている。そこで、上記方法を実施する際
に用いられる装置の一例を第6図に従って説明する。第6
図は動作が簡易なる所謂ベル式の原料装入方式の場合の
例であるが、ベルレス式の装入方式の場合であっても同
様である。図中の符号1は貯鉱槽及び貯骸槽(図示せず)
より高炉原料である各種鉱石(A)及びコークス(B)を炉頂
へ搬送するための装入コンベア、2、3はその原料A、Bを
高炉内へ装入する前にそれぞれ一時滞留の役目をする固
定ホッパ4、5はこの固定ホッパの底部に位置して開閉動
作により原料を排出するゲート、6、7は炉頂ガスをシー
ルするためのシール弁、8は固定シュート、9は旋回シュ
ートである。これらは小ベル10の直上に位置して、これ
ら原料の高炉円周方向分布を均一にする目的で設置され
ている重要な装置である。この旋回シュート9は符号11
の油圧モータを動力源として駆動し、油圧モータ11は電
動機12を駆動源とする油圧ポンプ13の発生油圧により回
転するもので、油圧モータ11と油圧ポンプ13との油圧配
管途中には、油圧ポンプ13を正転、逆転、制動等の切替
え等の制御をするための電磁弁ユニット14が設置されて
いる。

以上説明した旋回シュート周辺の機器構成における動作
の流れを第7に示す。まず、旋回シュート9をどちらかの
方向に連続旋回駆動させ、加速が終了してほぼ定速回転
となるタイミングにシール弁6、7の開動作及び開動作の
検出と同時にゲート4、引き続いてゲート5を順次開動作
とする。これより固定ホッパ2、3内の原料はゲート4、5
及びシール弁6、7を通過し、固定シュート8により小ベ
ル10の円周上に装入される。固定ホッパ2、3内の原料が
全て排出されたと思われる充分なる余裕時間を見てゲー
ト4、5を閉動作とし、この閉動作の検出と同時にシール
弁6、7を閉動作とする。その後、旋回シュート9を停止
させる。第7図において斜線部は、旋回シュート9上に原
料が落下しているタイミングを示したものである。

以上の動作が炉頂バッチの進行に従って、順次繰返し行
なわれる。なお、旋回シュート9の回転方向はオペレー
ター設定にて選択することができ、一定炉頂バッチ数毎
に切替えて運用するようにしている。

以上の旋回シュート9の動作運用においては、以下に示
す問題のために、小ベル円周上において装入偏差が生じ
る弊害が指摘されている。

時間管理を主体としたシーケンシャル制御のみで旋回
シュートの位置制御がなされていない。

旋回シュートは油圧駆動のため、温度、粘度及び負荷
(原料重量)の変化の影響を受け易く動作スピードが一定
でない。

旋回シュートを正転旋回(第1図において旋回シュート
9が矢印方向へ旋回)するか、逆転旋回(第1図において旋
回シュート9が矢印方向と逆方向へ旋回)するかは正転旋
回と逆転旋回では円周方向の装入物分布が旋回シュート
旋回開始位置を対象点として対象な形となるため、円周
方向装入物分布制御において重要な要素であるが手動管
理に委ねられており、明確なる制御指針がない。

以上の問題により、現状の制御においては原料落下時の
旋回シュート9の位置、旋回速度、すなわち、小ベル10
の円周方向の落下位置が無制御状態にあり均一な分布制
御が期待できない。

このような問題に対し、従来から種々の試みがなされて
いる。

例えば、特開昭62−63606号公報に示されたものがあ
る。

この方法は固定ホッパ内からの原料排出速度の変化及び
旋回シュートの旋回角度を検出することによって、分布
実績モニタリングにて積付け実績を把握し、この実績値
を次の制御に反映させ、次の制御において順次偏析分を
打消すフィードバック制御をするようにしたものであ
り、この方法によれば、小ベルの円周方向の落下位置等
の制御は可能となるが、装入物分布に偏析が発生した場
合に、その偏析の解消する手段を見出すことが試行錯誤
的な方法しかなく、そのため偏析解消手段が見出せない
場合も多々あり、十分な装入物分布の制御がむづかし
い。

発明が解決しようとする課題 本発明はこれらの問題を解決することを目的とし、具体
的には、従来例では旋回シュートによる高炉原料の炉内
分布装入においては、旋回シュートの位置制御がなされ
ていないこと、旋回シュートを油圧駆動であるため、油
圧ポンプの油の変化の影響を受け易く、動作スピードが
一定でないこと、旋回シュートを正転旋回するか、逆転
旋回するかの判断の基準がなく、手動管理されているこ
となどから小ベル円周上において装入偏差を生ずるこ
と、更に、このような小ベル円周上における原料装入偏
差を解決した高炉原料装入物分布の制御方法が十分に確
立されていないこと等の問題を解決することを目的とす
る。

課題を解決するための手段ならびにその作用 すなわち、本発明は、複数の固定ホッパから旋回シュー
トを介して高炉内へ原料を装入する際に、固定ホッパの
重量計よりの排出及び旋回シュートの旋回角度等の入力
に基づいて高炉内円周方向の装入物分布の実績モニタリ
ングを行ない、この結果に基づいて数バッチ分毎の鉱
石、コークス別の原料重量、排出順の各累積値が全旋回
角度にわたって一定値となるようにフーリエ級数にて表
現した偏析の数学モデルに基づき、次回装入の排出タイ
ミングを逐一ダイナミックにフィードバック演算し、こ
の演算結果に基づいて原料装入することを特徴とする。

そこで、これらの手段たる構成ならびにその作用につい
て更に具体的に説明すると、次の通りである。

本発明は原料A、Bの固定ホッパ2、3の重量計及び旋回シ
ュート9の旋回角度等の入力に基づいて、小ベル10上の
装入物分布の実績モニタリングを行ない、この結果をフ
ーリエ級数に展開し偏析の周波数成分を求めることによ
り、数バッチ分毎の鉱石、コークス別の原料重量、正転
逆転比、原料排出順の各累積値が全旋回角度、すなわ
ち、小ベル10の全ての円周において一定値となるように
次回装入の原料排出開始時の旋回シュート9の位置(スタ
ートポイント)を逐一ダイナミックに演算し、これに従
って高炉原料を装入するもので、この方法は従来全く知
られていなかったもので、これにより適切なる装入物分
布を得、安定した高炉の操業を確保し得ることができる
高炉の原料装入物分布の制御方法を提供するものであ
る。

以下、図面に従って、本発明について詳しく説明する
と、次の通りである。

なお、第1図は本発明方法を実施する際に用いる高炉原
料装入装置の一例の一部ブロック線図を含む概略の断面
図であり、第2図は円周方向装入物分布を示すグラフで
あり、第3図は第2図の線図を周期関数とみなした円周方
向装入物分布を示すグラフであり、第4図はスタートポ
イント0゜より72゜ずつスタートポイントをシフトして5
回装入時の炉内に堆積した円周方向装入物分布の各装入
毎の推移を示すグラフであり、第5図は第4図の各件にお
ける高炉内に堆積した円周方向原料分布の周波数成分の
各装入毎の推移を示すグラフであり、第6図は従来例の
旋回シュートにより炉内分布の概要を示す説明図であ
り、第7図は従来例の旋回シュート周辺の機器動作のフ
ロー図である。

符号1は装入コンベア、2、3は固定ホッパA、B、4、5は
ゲートA、B、6、7はシール弁A、B、8は固定シュート、9
は旋回シュート、10は小ベル、11は油圧モータ、12は電
動機、13は油圧ポンプ、14は電磁ユニット、15は分布実
績モニタリング演算装置、16、17は重量計A、B、18は位
置検出器、19は炉頂シーケンス装置、20はプリンタ、21
は分布制御演算装置、22はゲート制御装置を示す。

第1図の原料装入装置の旋回シュート9の周辺機器の構成
は、第6図に示した従来例の機器構成に対して以下の機
器を付加したものである。なお、この実施例装置におい
て従来例と同一の機器については第6図に付した符号を
付けずに留め、重複の説明は省略する。図中符号15は原
料Aの固定ホッパ2、原料Bの固定ホッパ3に設けた重量計
16、17からの重量信号と旋回シュート9の位置検出器18
からの旋回角信号に基づいて、小ベル10上の装入物分布
を想定する分布実績モニタリング演算装置である。本装
置はまた既存の炉頂装入シーケンス制御装置19より、固
定ホッパ2、3内に堆積している原料の区別、すなわち、
鉱石であるかコークスであるかの信号もとりこんでい
る。炉頂装入シーケンス制御装置19では貯鉱槽あるいは
貯骸槽より一連の原料の流れをトラッキングしており、
旋回シュート9にて小ベル10上に原料装入する時の原料
の区別を固定ホッパ2、3でのトラッキング結果をもっ
て、分布実績モニタリング演算装置15にとりこむもので
ある。分布制御演算装置21では、前段での実際の積付け
状況の実績結果をとらえて、その結果を高速フーリエ変
換処理にてフーリエ級数に展開し、偏析の周波数成分を
求め、プリンタ20に前段よりとりこんだ分布実績モニタ
リング演算装置15での演算処理結果と共に出力する。そ
して、偏析の周波数成分、最新の数バッチ分毎の鉱石、
コークス別の原料重量の全累積値が全旋回角度、すなわ
ち、小ベル10の全ての円周において一定値となるように
次回装入のスタートポイントを逐一ダイナミックに演算
する。図中符号22は前段の指令に基づいてシール弁6、7
及び引き続きゲート4、5の開動作制御を行なうゲート制
御装置である。

以上の構成から明らかなように、本発明は以下に述べる
特徴から成立っている。

すなわち、本発明は円周方向装入物分布をフーリエ級数
にて表現し、その偏析の各周波数成分の大きさより旋回
シュート9の最適スタートポイントの演算を行なうこと
で、次の特徴をダイナミックに行なうというものであ
る。

以下、更に本発明について詳しく説明する。

まず、分布実績モニタリング演算装置15における処理方
法について述べる。固定ホッパ2及び固定ホッパ3の各々
の個別の重量計16、17からの重量変化と、炉頂装入シー
ケンス制御装置19からの原料の区別(鉱石、コークス)の
変化の入力信号と、もう一つの入力信号である旋回シュ
ート9の位置検出器18からの旋回角信号の変化との時間
的対応をとり、旋回角度と装入原料量との関係を導いて
いる。この装入原料量は鉱石とコークス及び固定ホッパ
2の排出分(原料A)と固定ホッパ3の排出分(原料B)の4つ
に区分別とするものである。

次に、分布制御演算装置21での処理方法の詳細について
述べる。

分布実績モニタリング演算装置15よりとらえた円周方向
装入物を示す線図(旋回シュートの旋回角度と装入物重
量との関係を示す線図)は、第2図に示すような形である
が、この装入物分布を第3図の線図に示すような数学的
な意見での360度周期の周期関数と考えることにより、
装入物分布をフーリエ級数で表現することができ、装入
物分布の円周方向偏差を数学的に記述が可能となる(こ
のフーリエ級数については、森北出版発行 工業基礎演
習シリーズＩ「フーリエ解析」等に記載されている)。
油圧ポンプの温度や粘度は短時間内では同じ状況にある
と見なせるので、旋回シュート9の旋回速度は、原料数
バッチ装入間には油圧ポンプの温度や粘度の変化による
影響は受けることはない。また、固定ホッパ2、3の重量
の時間的変化は、固定ホッパ2、3に装入されるそれぞれ
の原料の量、原料性状が同一でゲート開度が同一ならば
一定である。そこで、固定ホッパ2、3に装入される原料
の量、原料性状が同一である場合、1バッチ当りに装入
される円周方向装入物分布はスタートポイントθ′度の
時、(1)式及び(1)′式で求められる。

但し、θ：高炉円周方向角度 ｆ(θ、θ′)：スタートポイントθ′度で装入した時の
円周方向装入物分布 (1)、(1)′式において、a_o以外の各項が円周方向の偏析
に関与する。スタートポイントφ度より、スタートポイ
ントを (ｉ＞ｊ、ｉ、jは互いに素な正の整数)ずつシフトして
ｉ回原料を装入した場合、高炉内に堆積しな円周方向原
料分布F(θ、ｉ、ｊ)は次の(2)式によって求められる。

(2)式にて偏析の周波数成分はｉの整数倍でない項が0で
ある。

の時の1〜5バッチの原料装入による高炉内に堆積した円
周方向原料分布の推移(旋回角度と原料重量との関係)及
び炉内装入物分布の偏析、周波数成分(ak²＋bk²）の推
移を各装入バッチ毎に計算してその結果をそれぞれ第4
図及び第5図にプリンター出力結果として示した。

分布演算制御演算装置21は(1)式により偏析の周波数成
分を求め、その高炉操業に悪影響をおよぼす周波数成分
の周波数最大値kmaxを求め、シフト角 にてスタートポイントを演算し、(kmax＋1)回の装入で
炉内円周方向装入物分布の偏析のkmax以下の周波数成分
を解消する制御を固定ホッパ2、3別に、また、コーク
ス、鉱石毎に行なうものである。シフト角の計算は装入
バッチ毎に行なわれ、新たに計算されたシフト角が今回
使用のシフト角とある値以上差がある時には変更し、多
少の小ベル上の円周方向分布の乱れが制御に対する影響
のないものとする。周波数最大値kmaxはF(θ、ｉ、ｊ)
を鉱石、コークス別の原料重量、原料排出順の各累積値
それぞれについて計算し、その偏析の総和 が基準レベル以上となるｉの中の最大値とする。

また、jはkmax決定後、kmax＋1回装入までの累積偏差F
(θ、θ′)を(3)、(4)式により各jについてn＝1よりn＝
kmaxにて計算し、kamx＋1回までの装入時の偏析 が最小となるようなjを採用する。

但し、 ゲート制御装置22は前段の分布制御演算装置21の指令に
基づいて具体的にシール弁6、7及び引き続きゲート4、5
の開動作を行なう動力制御回路である。

なお、分布実績モニタリング演算装置15および分布制御
演算装置21は同一のマイコン内で処理する構成となって
いる。

上記の実施例によれば、円周方向の高炉原料装入物分布
を自動的に高炉操業に最適な状態の分布に制御できる。

＜発明の効果＞ 以上説明した通り、本発明は、複数の固定ホッパから旋
回シュートを介して高炉内へ原料を装入する際に、固定
ホッパの重量計よりの排出及び旋回シュートの旋回角度
等の入力に基づいて高炉内円周方向の装入物分布の実績
モニタリングを行ない、この結果に基づいて数バッチ分
毎の鉱石、コークス別の原料重量、排出順の各累積値が
全旋回角度にわたって一定値となるようにフーリエ級数
にて表現した偏析の数学モデルに基づき、次回装入の排
出タイミングを逐一ダイナミックにフィードバック演算
し、この演算結果に基づいて原料装入することを特徴と
するものである。

従来例では旋回シュートによる高炉原料の炉内分布装入
において、高炉原料装入管理が十分に行なわれていない
ため、高炉原料装入物分布が小ベル円周上において装入
偏差が生じ、これを解決する有効、万全なる方策が見当
らなかったのが現状である。

そこで、本発明はこの偏差を確実に把握し、よって次の
制御にダイナミックに反映するという方策を採ったこと
に大きな特徴を有するもので、これらの原料重量、鉱石
/コークス比等の面についての偏析防止の効果が高く、
このため、常に適正なる装入物分布が得られると共に、
円滑なる原料装入を行なうことができ、安定した高炉操
業を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第1図は本発明方法を実施する際に用いる高炉原料装入
装置の一例の一部ブロック線図を含む概略の断面図、第
2図は円周方向装入物分布を示すグラフ、第3図は第2図
の線図を周期関数とみなした円周方向装入物分布を示す
グラフ、第4図はスタートポイント0゜より 72゜ずつス
タートポイントをシフトして5回装入時の炉内に堆積し
た円周方向原料分布の各装入毎の推移を示すグラフ、第
5図は第4図の各件における高炉内に堆積した円周方向原
料分布の周波数成分の各装入毎の推移を示すグラフ、第
6図は従来例の旋回シュートによる炉内分布の概要を示
す説明図、第7図は従来例の旋回シュート周辺の機器動
作のフロー図である。 符号1……装入コンベア、2、3……固定ホッパ 4、5……ゲート、6、7……シール弁 8……固定シュート、9……旋回シュート 10……小ベル、11……油圧モータ 12……電動機、13……油圧ポンプ 14……電磁弁ユニット 15……分布実績モニタリング演算装置 16、17……重量計A、18……位置検出器 19……炉頂シーケンス装置 20……プリンタ 21……分布制御演算装置 22……ゲート制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の固定ホッパから旋回シュートを介し
   て高炉内へ原料を装入する際に固定ホッパの重量計より
   の排出及び旋回シュートの旋回角度等の入力に基づいて
   高炉内円周方向の装入物分布の実績モニタリングを行な
   い、この結果に基づいて数バッチ分毎の鉱石、コークス
   別の原料重量、排出順の各累積値が全旋回角度にわたっ
   て一定値となるようにフーリエ級数にて表現した偏析の
   数学モデルに基づき次回装入の排出タイミングを逐一ダ
   イナミックにフィードバック演算し、この演算結果に基
   づいて原料装入することを特徴とする高炉原料装入物分
   布の制御方法。