JPH0730371B2

JPH0730371B2 - 高炉炉熱低下予測方法

Info

Publication number: JPH0730371B2
Application number: JP27047088A
Authority: JP
Inventors: 信幸永井; 明男新井; 浩一松田; 維人門口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPH02118007A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、高炉の安定な操業を行なうための高炉炉熱
低下予測方法に関する。

（従来の技術）高炉の安定操業の維持のためには、溶銑温度を一定にす
ることが必要であることが従来より知られている。この
ため、高炉操業者は常に高炉炉熱変化を予測する必要性
があった。

高炉炉熱変化において、特に温度低下によって溶銑が凝
固し、高炉から流出しなくなる可能性があるため、温度
低下の予測は極めて重要なものとなる。

高炉炉熱の予測方法としては、特開昭60-39107に開示さ
れたものがある。この方法は炉腹部周辺装入物温度が溶
銑温度と強い相関関係を持つという見地から、予め第14
図に示す様に高炉１に設置したセンサ（炉腹ゾンデ）２
により検出される炉腹部周辺部温度と溶銑温度との関係
を第15図に示す如く直線回帰する。この直線式に基づ
き、炉腹部周辺部温度から溶銑温度T_pigを予測するので
ある。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、炉内の内壁近傍の温度を測定するために
炉腹ゾンデ２を挿入する必要があり、このため温度測定
を間欠時点でしか行なえず、溶銑温度予測精度も当然悪
化してしまうという問題点があった。

また、溶銑温度が同じ値でも、生産計画や原料装入条件
等の変化により、炉内温度が変化する場合がある。した
がって第15図で示した炉壁温度の絶対値に基づく直線式
では、必ずしも正確な予測ができないという問題点があ
った。

この発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、溶
銑温度の低下を正確に予測することのできる高炉炉熱低
下予測方法を提供することである。

（課題を解決するための手段）この発明による高炉炉熱低下予測方法は、高炉の所定箇
所に内壁温度計を設置し、該内壁温度計にて、所定時間
間隔ごとの内壁温度差を測定し、ある時刻における前記
内壁温度差の正の値を示す部分の合計値が閾値を越えた
時に炉熱低下予測を行う第１の予測手段と、ある時刻に
おける前記内壁温度差の負の値を示す部分の合計値が閾
値を越えた時に炉熱低下予測を行う第２の予測手段と、
ある時刻における前記内壁温度差の正の値を示す部分の
所定時間幅の移動平均値の総和が閾値を越えた時に炉熱
低下予測を行う第３の予測手段とのうち少なくとも１つ
の予測手段を用いて高炉炉熱低下予測を行うに際し、前
記第１〜第３の予測手段の閾値を、過去一定期間内にお
ける各対応の前記合計値あるいは前記総和の標準偏差に
基づいて時々刻々変化させている。

（作用）この発明においては、第１〜第３の予測手段の閾値を、
過去一定期間内における各対応の前記合計値あるいは前
記総和の標準偏差に基づいて時々刻々変化させるため、
内壁温度計の感度の変化による予測精度の低下を閾値の
変化により補うことができる。

（実施例） A.第１の炉熱低下理由高炉の炉熱低下の一因として、以下に示すものが考えら
れる。

高炉羽口から吹き上げる溶銑温度及び溶銑量調整のため
の高温空気（ガス流）は通常、炉内中央部に吹き込んで
いる。ところが原料装入条件，装入物分布等の理由によ
り、急にガス流が炉内周辺部に多く流れる場合がある。
その結果、 FeO＋Ｃ→Fe＋CO の吸熱反応が促進され、炉熱低下が起こる。

ところで、ガス流が多量に炉内周辺部に流れると、Na,
K,Pb等の炉内付着物及び停滞層が剥離し、壁落ちするこ
とにより、その部分の炉壁温度が急激に上昇する。この
急激な温度上昇を検知すれば炉熱低下が予測できる。

B.第２の炉熱低下理由また、高炉の炉熱低下の一因として、以下に示すものが
考えられる。

高炉内の荷下がり速度がA.と同様の理由で上がると、い
わゆる生鉱下りにより高炉内の融着帯レベルが下がり、
炉熱低下が起こる。

ところで、融着帯レベルが下がると、該当部分における
炉壁温度も急激に下降する。この急激な温度下降を検知
すれば炉熱低下が予測できる。

C.第３の炉熱低下理由さらに、高炉の炉熱低下の一因として、以下に示すもの
が考えられる。

高炉羽口から吹き上げる溶銑温度及び溶銑量調整のため
の高温空気（ガス流）は通常、炉内中央部に吹き込んで
いる。ところが、A.，B.と同様の理由により、ガス流の
一部が炉内周辺部に流れる場合がある。この状態が長時
間続くと、高炉の炉壁からのガス流の熱放散が正常操業
時より多くなり、その結果、炉熱低下が起こる。

ところで、ガス流の一部が定常的に炉内周辺部に流れる
と、炉壁温度が徐々に上昇する。このような比較的長時
間のゆるやかな温度上昇を検知すれば炉熱低下が予測で
きる。

D.第１〜第３の予測手段第１図（ａ），（ｂ）は、各々この発明の一実施例で用
いられる内壁温度計の配置を示す側面断面図、平面断面
図である。内壁温度計３は同図（ａ）に示すように、高
炉１の高さ方向に７個（背部３個，腹部２個，朝顔部２
個）、同図（ｂ）に示すように高炉１の周方向に４個設
置する。つまり、４方向７レベルで計28個の内壁温度計
３を設置する訳である。

内壁温度計は例えば、本出願人による実開昭57-81531,
実公昭59-16816に開示されたものを用いてもよく、第２
図は後者に開示された内壁温度計（以下これを「FMセン
サ」という。）を示す概念図である。

同図において、４は２本の導線５が絶縁的に平行して埋
設され前方端側に感温部６を有するシース型測温体であ
り、シース型測温体４は複数本を、夫々の感温部６が長
さ方向の異なる部位に配置される様に平行配列されてお
り、さらにシース型ダミー棒７を感温部６の先端に接続
して、最先端を揃えている。シース型ダミー棒７は２本
の導線５が絶縁的に平行して埋設され、シース型測温体
４と実質的に同一の熱伝導性を有する。FMセンサ３はこ
のシース型測温体４を絶縁材８で相互に非接触に保ち、
シース管９内に収納することにより形成される。

第３図はFMセンサ３の設置説明図である。同図におい
て、10〜13は高炉の炉壁であり、10はレンガ、11はステ
ーブ、12はスタンプ、13は鉄皮である。FMセンサ３は同
図に示すように、パッキン14及び溶接部15への溶接によ
り、炉壁内部に設置されている。なお、16は充填材であ
り、17はミルク注入口であり充填材16を注ぎ込む箇所で
ある。

なお、ここで説明したFMセンサ３はその設置及び構造
上、炉壁の侵食と共にFMセンサ３自体も侵食され、シー
ス型測温体４が炉壁近傍の炉内に露出する場合もあり、
実際には「炉壁温度」と共に「炉壁近傍の炉内温度」を
測定していることになる。以下、両者を含めた概念を
「炉壁温度」として述べる。FMセンサ３は上述のように
従来のシース熱電対等の温度計に比べ、多数の測温点Ｐ
（第２図では感温部６、第３図ではP₁〜P₅で示してい
る）を有し、迅速な測温応答を満足し、長期の連続的な
温度測定が可能であり、信頼性の向上、耐久性の向上、
施工性の向上等が図られている。

また、FMセンサ３は通常最も内壁に近い測温点P₁を用
い、炉壁の浸食による断線等により測温点P₁が使用不能
となった場合に、次に内壁に近い測温点P₂を使用する。
以下、順次、測温点P₃,P₄,P₅という具合に、使用可能な
測温点のうち１番内壁に近いものを使用する。したがっ
て、FMセンサ３施工直後の、内壁から最も近く、かつ使
用可能な測温点(P₁)までの距離（以下、「測定距離」と
いう。）ｌは第３図に示すように短い。

各FMセンサ３は、第４図に示すように所定サンプリング
時間Δｔごとに高炉１の内壁温度を測定している。ここ
で、時刻ｊのｉ番目のFMセンサ３の内壁温度をT_j,iと
し、時刻ｊの１サンプリング時間Δｔ前の内壁温度をT
_j-1,iとすると、T_j,iとT_j-1,iとの内壁温度差（差分
値）ΔT_j,iは、 ΔT_j,i＝T_j,i-T_j-1,i …（１）となる。この状態を第５図に示す。

この差分値のΔT_j,iに、各FMセンサ３毎の高さ，周方向
等を考慮して重みw_iを乗ずる。さらに、差分値ΔT_j,iが
負のものに対しては、v_i＝０、それ以外のものに対して
は、v_i＝１を示す正負パラメータv_iも乗じ、時刻ｊの補
正差分値（正の差分値）CT_j,iを得る。

CT_j,i＝w_i・v_i・ΔT_j,i …（２）次に、補正差分値CT_j,iの全FMセンサ３に対する総和を
とり、これをST1_jとする。

そして次（４）式に従い、この差分値総和ST1_jの値が予
め定められた閾値ε₁より大きくなれば、急激な温度上
昇があったとみなし炉熱低下を予測する。

ST1_j≧ε₁ …（４）以上がA.の理由に基づく第１の予測手段である。B. の理由に基づく第２の予測手段は、以下に示す通りで
ある。

（２）式において、正負パラメータv_iは差分値ΔT_j,iが
正のものに対しては、v_i＝０、それ以外のものに対して
は、v_i＝１とし、次に、補正差分値CT_j,iの絶対値の全F
Mセンサ３に対する総和をとり、これをST2_jとする。

そして次（４）′式に従い、（３）′式に基づく差分値
総和ST2_jの値が予め定められた閾値ε₂より大きくなれ
ば、生鉱下りによる急激な温度下降があったとみなし、
炉熱低下を予測する。

ST2_j≧ε₂ …（４）′C. の理由に基づく第３の予測手段は、以下に示す通りで
ある。

（２）式の正負パラメータv_iは第１の予測手段と同様、
差分値ΔT_j,iが負のものに対しては、v_i＝０、それ以外
のものに対してはv_i＝１とする。また時刻ｊのｋサンプ
リング時間前（すなわちΔｔ×ｋ時間前）の補正差分値
をCT_j-k,iとし、この補正差分値の所定の時間幅ｎΔｔ
の移動平均の時間ｊにおける値の全FMセンサ３に対する
総和をとり、これをST3_jとする。

そして次（４）″式に従い、この移動平均総和ST3_jの値
が予め定められた閾値ε₃より大きくなれば、ゆるやか
な温度上昇が長期間あったとみなし、炉熱低下を予測す
る。

ST3_j≧ε₃ …（４）″ 上記した第１〜第３の予測手段は、各々炉壁温度差（差
分値）により行なっているため、炉壁温度の絶対値の上
下によらず、正確な予測を行なうことができる。しか
も、FMセンサ３はその施工性の良さ及び測温応答性の良
さから、高炉全周を覆うように配置でき、連続的な内壁
温度差が把握できることで、さらに正確な予測を行なう
ことができる。

また、上記した第１〜第３の予測手段は、コンピュータ
により実現が可能となる。第６図は第１の予測手段の処
理の流れを示すフローチャートである。同図において、
ステップS1で各FMセンサ３の炉壁温度T_j,iをサンプリン
グ時間Δｔ毎に測定する。次に、ステップS2において各
FMセンサ３の差分値を（１）式に基づき計算する。

そして、ステップS3において、（２），（３）式に基づ
く正の差分値総和ST1_jを求める。さらに、ステップS4に
おいて、この正の差分値総和ST1_jと予め定められた閾値
ε₁との比較を行い、（４）式を満足すればステップS5
においてガス流の急激な炉内周辺流化による炉熱低下が
起こるであろうとみなし、アラームを出力する。一方、
（４）式を満足しない場合は、異常なしとみなしステッ
プS1に戻り、以下ステップS1〜ステップS4を繰り返すこ
とで炉熱低下予測を行なう。

第７図は第２の予測手段の処理の流れを示すフローチャ
ートである。同図において、ステップS11で各FMセンサ
の炉壁温度T_j,iをサンプリング時間Δｔ毎に測定する。
次に、ステップS12において各FMセンサ３の差分値を
（１）式に基づき計算する。

そして、ステップS13において、（２）′，（３）′式
に基づく負の差分値の絶対値総和ST2_jを求める。さら
に、ステップS14において、この負の差分値の絶対値総
和ST2_jと予め定められた閾値ε₂との比較を行い、
（４）′式を満足すればステップS15において荷下り速
度が上ったことによる炉熱低下が起こるであろうとみな
し、アラームを出力する。一方、（４）′式を満足しな
い場合は、異常なしとみなしステップS11に戻り、以下
ステップS11〜ステップS14を繰り返すことで炉熱低下予
測を行なう。

第８図は第３の予測手段の処理の流れを示すフローチャ
ートである。同図において、ステップS21で各FMセンサ
３の炉壁温度T_j,iをサンプリング時間Δｔ毎に測定す
る。次に、ステップS22において各FMセンサ３の差分値
を（１）式に基づき計算する。

そして、ステップS23において、（２）″，（３）″式
に基づく正の差分値の時間幅ｎΔｔにおける移動平均総
和ST3_jを求める。さらに、ステップS24において、この
正の差分値移動平均総和ST3_jと予め定められた閾値ε₃
との比較を行い、（４）″式を満足すればステップS25
において炉体熱放散による炉熱低下が起こるであろうと
みなし、アラームを出力する。一方、（４）″式を満足
しない場合は、異常なしとみなしステップS21に戻り、
以下ステップS21〜ステップS24を繰り返すことで炉熱低
下予測を行なう。

E.閾値の学習D. で述べた第１〜第３の予測手段の各閾値ε^＊（ε₁，
ε₂，ε₃のいずれかであり、以下総称して「ε^＊」を用
いる。）は最適な炉熱低下予測率が得られるように、予
め求められたものである。しかしながら、当初最適であ
った閾値ε^＊は高炉操業中において、生産計画や原料条
件などの諸条件の変化に伴い、最適でなくなる可能性が
ある。このため、閾値ε^＊を高炉操業中に最適な値に変
化させる必要があり、閾値ε^＊の学習を以下に示すよう
に行う。

高炉の炉壁温度を測定する場合、炉壁温度計であるFMセ
ンサ３の測温点ＰがD.で述べたように、炉壁の侵食と共
に変化する。このため、測定される炉壁温度そのものの
値のみならず、炉壁温度差のピーク値（最大値）も炉壁
の侵食に応じて変動する可能性がある。第１〜第３の予
測手段では炉壁温度差に基づいて予測を行っているた
め、そのような場合には予測精度も変動することにな
る。

FMセンサ３の測定距離ｌと炉熱温度変動Δθとの関係を
一次元熱伝導方程式で取り扱うと次の（５）式に示され
る。

なお、λ：炉壁熱伝導率 ρ：炉壁密度伝導率 c:炉壁比熱伝導率一方、内壁表面温度が周期的にA cos（ωｔ）で変化す
るものとすると、（５）式の熱伝導方程式の解は、となる。

（６）式から、炉壁温度変動Δθの振幅変化｜Δθ｜
は、次の（７）式により決定する。

（７）式より、測定距離ｌの増大に伴い、炉壁温度振幅
変化｜Δθ｜は指数関数的に減衰するといえる。これ
は、測定距離ｌの増大によりFMセンサ３の感度が悪くな
ることを示している。

第９図はFMセンサ３の測定距離ｌの違いによる感度の違
いを示したグラフであり、同図（ａ）が内壁温度、同図
（ｂ）がFMセンサ３の差分値ΔT_j,i、同図（ｃ）が溶銑
温度T_pigの経時変化を示している。

前述したように、測定距離ｌが大きい程FMセンサ３の感
度が悪くなるため、第９図（ａ），（ｂ）に示すよう
に、差分値ΔT_j,iの振幅が小さくなる。その結果、各総
和ST1_j,ST2_j,ST3_jの振幅も小さくなるため、同図
（ａ），（ｃ）に示すような同程度の内壁温度の変化の
後に生ずる同程度の炉熱低下現象を、閾値ε^＊を一定に
した第１〜第３の高炉炉熱低下予測手段により正確に予
測することは困難となる。

なぜなら、例えば第１の予測手段では、第10図に示すよ
うに、同じ程度の炉内温度上昇があっても、測定距離ｌ
の大小により、正の差分値総和ST1_jが異なってしまうか
らである。このことは、第2,第３の予測手段についても
あてはまる。

以上の理由から、測定距離ｌに応じて閾値ε^＊を補正す
る必要がある。

第11図は、測定距離ｌが短い場合と、長い場合の例を示
したFMセンサ３の設置説明図である。測定距離ｌが短い
場合としては、FMセンサ施工直後（第３図参照）に加
え、同図（ａ）に示すように炉壁は侵食されたが、FM
センサ３の測温点P₁は侵食されず、かつ正常に動作して
いる場合や、同図（ｂ）に示すように炉壁とFMセンサ
３が共に侵食され、炉壁内面が測温点P₂近傍に達してい
る場合等がある。

一方、測定距離ｌが長い場合としては、同図（ｃ）に
示すように、FMセンサ３が設置された炉壁に付着物20が
形成された場合や、同図（ｄ）に示すように炉壁が侵
食され、FMセンサ３の測温点P₁が断線、劣化等により使
用不能となったため、測温点P₂を使用した場合等があ
る。なお、測温点Ｐの劣化の診断方法としては、測温点
Ｐでの抵抗値あるいは測温データの変化量を閾値と比較
する方法等が考えられる。

以上のことから、測温点Ｐの使用状況からは、測定距離
ｌが全く把握できないことがわかる。

一方、測定距離ｌ自体の測定手段としては、ボーリング
等のバッチ的測定手段しかなく、測定距離ｌの正確な値
を常時把握することも困難である。

そこで、上記した問題を解消するため、以下に示すよう
な処理を施す。まず、現在時刻ｔから時間幅h_s過去に逆
のぼって、この区間h_sにおける各総和ST1_j〜ST3_jの標準
偏差σ₁〜σ₃を求め、これらの標準偏差σ₁〜σ₃から次
の（14）〜（16）式により、閾値ε₁〜ε₃を決定する。

ε_１＝a₁×σ₁ …（８） ε_２＝a₂×σ₂ …（９） ε_３＝a₃×σ₃ …（10）なお、a₁〜a₃は係数である。

閾値の学習に各総和ST1_j〜ST3_jの標準偏差σ₁〜σ₃を用
いたのは、FMセンサ３の感度が悪くなると、その測定値
(ST1_j,ST2_j,ST3_j)の振幅（つまり、分散）が小さくなる
ことに基づいている。

第12図は、閾値学習の処理手順を示すフローチャートで
ある。同図において、まずステップS31において現在時
刻ｔから過去に逆のぼった所定時間幅h_sの間における正
の差分値総和ST_j，負の差分値絶対値総和ST2_j，正の差
分値移動平均総和ST3_jの標準偏差σ₁〜σ₃をそれぞれ求
める。

そして、これらの標準偏差σ₁〜σ₃を用い、ステップS3
2において（８）〜（10）式より閾値ε₁〜ε₃を決定す
る。

以降ステップS31に戻り、上述の処理を繰返すことによ
り随時閾値を決定していく。

第１〜第３の予測手段の閾値学習における炉壁温度の差
分値と、閾値ε^＊との時間変動を第13図に示す。期間t_a
は、壁落ち等によりFMセンサ３の検出感度の低い期間で
あり、期間t_bはFMセンサ３の検出感度の高い期間であ
る。したがって、閾値ε^＊を一定の値に固定しておくこ
とは、期間t_aでは見逃しが多く、期間t_bでは過検出をす
ることになる。このことを考えると、期間t_aでは閾値ε
^＊が低く、期間t_bでは、閾値ε^＊が高く設定されること
が望ましい。本学習方法により、期間t_aでは閾値ε^＊を
低く、期間t_bでは閾値ε^＊を高く設定することができて
おり、壁落ち等を精度よく検出できることがわかる。

以上説明したように、適時、第１〜第３の予測手段にお
ける各々のセンプリングデータの変化に基づき自動的に
閾値ε^＊を決定していくことにより、測定距離ｌの変化
にかかわらず、一定の精度で予測を行うことができる。

G.補足尚、この実施例における第１〜第３の予測手段では内壁
温度計にFMセンサを用いたが、通常の測温センサ（例え
ばシース熱電対）でも寿命の点で問題はあるものの代用
可能である。また、ステーブ温度計，レンガ埋め込み温
度計を用いてもその信頼性，測温応答性の低さから予測
精度は若干低下するものの、代用可能である。

また、この実施例における第１〜第３の予測手段では、
FMセンサ３を７レベル４方向に28個設置したが、高炉の
特性により適当に設置すれば良いのは勿論である。

（発明の効果）以上説明したように、この発明による高炉炉熱低下予測
方法によれば、高炉操業中に、内壁温度計の感度の変化
に応じて、閾値を時々刻々変化させ、第１〜第３の予測
の手段のうち、少なくとも１つの予測手段により炉熱低
下予測を行うため、溶銑温度の低下を正確に予測するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）は各々、この発明の一実施例に用
いられるFMセンサの高炉炉壁内の配置を示す側面断面
図，平面断面図、第２図，第３図は各々FMセンサの概念
図，設置説明図、第４図はFMセンサによる測定炉壁温度
の経時変化を示すグラフ、第５図はFMセンサによる測定
炉壁温度の差分値の経時変化を示すグラフ、第６図は第
１の予測手段の処理の流れを示すフローチャート、第７
図は第２の予測手段の処理の流れを示すフローチャー
ト、第８図は第３の予測手段の処理の流れを示すフロー
チャート、第９図は測定距離ｌの変化によるFMセンサ３
の感度変化を示すグラフ、第10図は測定距離ｌの変化に
よる正の差分値の変化を示すグラフ、第11図（ａ）〜
（ｄ）はFMセンサ３と測定距離ｌとの関係を示す設置説
明図、第12図は閾値の学習方法の処理の流れを示すフロ
ーチャート、第13図は閾値学習方法の利点を示すグラ
フ、第14図は従来技術における炉腹ゾンデの高炉内の配
置を示す側面断面図、第15図は溶銑温度と炉腹部周辺部
温度の相関を示すグラフである。１……高炉、３……FMセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高炉の所定箇所に内壁温度計を設置し、該内壁温度計にて、所定時間間隔ごとの内壁温度差を測
定し、ある時刻における前記内壁温度差の正の値を示す部分の
合計値が閾値を越えた時に炉熱低下予測を行う第１の予
測手段と、ある時刻における前記内壁温度差の負の値を示す部分の
合計値が閾値を越えた時に炉熱低下予測を行う第２の予
測手段と、ある時刻における前記内壁温度差の正の値を示す部分の
所定時間幅の移動平均値の総和が閾値を越えた時に炉熱
低下予測を行う第３の予測手段とのうち少なくとも１つ
の予測手段を用いて高炉炉熱低下予測を行うに際し、前記第１〜第３の予測手段の閾値を、過去一定期間内に
おける各対応の前記合計値あるいは前記総和の標準偏差
に基づいて時々刻々変化させることを特徴とする高炉炉
熱低下予測方法。