JPH0813012A

JPH0813012A - 高炉の炉頂圧制御方法

Info

Publication number: JPH0813012A
Application number: JP17202794A
Authority: JP
Inventors: Setsuo Takemoto; 節夫竹本; Norihiko Kaneda; 法彦金田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-01-16

Abstract

(57)【要約】【目的】弁特性を加味した制御を行い、自動弁及びレ
ンジ弁の動作方向の整合チェックを行うことによって相
反する動作を防止し、ハンチング等を生じない高炉の炉
頂圧制御方法を提供する。【構成】高炉ガス清浄ラインに、並列接続された自動
弁１５とレンジ弁１６を備え、自動弁１５の開度が主制
御角の範囲外にある場合には、レンジ弁１６を制御して
自動弁１５を主制御角の範囲内にて作動させつつ高炉の
炉頂圧を制御する際に、レンジ弁１６の弁開度のＣｖ１
値を求め、このＣｖ１値に予め設定したＣｖ値を加算又
は減算し、この加・減算Ｃｖ２値からレンジ弁１６の弁
開度を求めて、その弁開度にレンジ弁１６を開閉制御す
ると共にレンジ弁１６の動作方向と自動弁１５の動作方
向を検知し、レンジ弁１６と自動弁１５の動作方向が逆
になった場合に、レンジ弁１６の弁開度制御を停止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動弁及び自動弁に並
列に接続されたレンジ弁を使用して炉頂圧を制御する高
炉の炉頂圧制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉における炉頂圧の調整は極めて重要
なことであり、炉頂圧制御を安定に行うことは安定操業
に不可欠な要素である。そこで、特開昭５０−１３７８
０２号公報にも記載のように、炉頂圧を検出して自動制
御される自動弁の他に、該自動弁の開度が所定範囲（３
０〜７０％）を逸脱した際に開閉動作して、前記自動弁
を所定範囲の開度に維持するためのレンジ弁、及び緊急
排気弁からなるセプタム弁を高炉ガス清浄ラインに設
け、これにより炉頂圧を幅広い範囲で安定的に自動制御
することが行われている。そして、通常前記自動弁とし
ては１５秒程度の全開から全閉までの時間を有する高速
動作型のセプタム弁を使用し、レンジ弁は９０秒程度の
全開から全閉までの時間を有する低速動作型のセプタム
弁が使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記自
動弁が故障等を起こした場合には炉頂圧の制御が困難と
なって、高炉を休風せざるを得ないことから、故障用の
バックアップとして予備の自動弁を設置することも行わ
れている。しかし、これは設備的に高価となるので、前
記故障した自動弁として使用していたセプタム弁をレン
ジ弁として使用し、レンジ弁として使用していたセプタ
ム弁を自動弁として使用することを試みた。しかし、自
動弁として使用を始めたセプタム弁の弁動作スピードが
以前自動弁として使用していた他のセプタム弁の弁動作
スピードより遅く自動弁として使用できないことから、
全開から全閉までの時間が９０秒程度のものから１５秒
の速いセプタム弁に交換し、該セプタム弁をレンジ弁と
して作動させる場合には従来のレンジ弁動作スピードと
平均的に一致するようにタイマーをオンオフ（例えば、
動作時間を考慮して１秒オン、５秒オフ）して弁動作を
遅くしてみた。ところが、前記両セプタム弁のいずれも
レンジ弁として使用する際においては、弁体がバタフラ
イ弁であり、その回動角度を基準にして制御をしている
ので、原料ダンプによる外乱でレンジ弁としてのセプタ
ム弁が動作した場合等においては、操作量過多による炉
頂圧ハンチングが発生する場合が起こり、炉頂圧がハン
チングを起こすと吹き抜けやスリップ等の発生に繋がり
炉況不調に陥る可能性が極めて高いという問題点が生じ
た。そこで、本発明者はこれらの原因について更に鋭意
研究の結果、以下のことが分かった。レンジ弁として使用を始めたセプタム弁は、バタフラ
イ弁を使用しているので、自動弁開度が安定領域（３０
〜７０％）から逸脱しても一定のスピードで動作を行
い、弁特性が図６に示すようにＳ字特性であることか
ら、このレンジ弁の開度が５０％程度付近にある位置か
ら動作を開始した場合には、操作量過多が顕著となる。
即ち、図６に示すように、例えば、中央部の４５〜５０
％開度に対して、６５〜７０％の開度はＣｖ値に６倍の
差が生じる。なお、Ｃｖ値とは調整弁の容量を表す数値
であり、弁の開度を一定にして、その前後差圧を１ｐｓ
ｉに保ち、６０°Ｆの水が１分間に流れる量をＵＳガロ
ンで表した値で示される。前記のように両セプタム弁の弁動作スピードが１５秒
と速いので、図７に示すように、レンジ弁動作時に自動
弁の動作が反転（閉方向から開方向又は開方向から閉方
向）してもレンジ弁は自動弁が安定領域に入るまでは停
止しないので、両弁が相反する動作を行うことになり、
圧力安定化の阻害要因となる。本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、弁特性を
加味した制御を行って弁開度位置に係わらず容量的にリ
ニアな制御を可能にし、自動弁及びレンジ弁の動作方向
の整合チェックを行うことによって相反する動作を防止
し、セプタム弁を自動弁又はレンジ弁のいずれに使用し
てもハンチング等を生じない高炉の炉頂圧制御方法を提
供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の高炉の炉頂圧制御方法は、高炉ガス清浄ラインに
それぞれセプタム弁からなる自動弁と該自動弁に並列に
接続したレンジ弁を備え、前記自動弁の開度が主制御角
の範囲外にある場合には、該レンジ弁を制御して前記自
動弁を主制御角の範囲内にて作動させつつ高炉の炉頂圧
を制御する際に、前記レンジ弁の弁開度のＣｖ１値を求
め、このＣｖ１値に予め設定したＣｖ値を加算又は減算
し、この加・減算Ｃｖ２値から前記レンジ弁の弁開度を
求めて、その弁開度に該レンジ弁を開閉制御すると共
に、該レンジ弁の動作方向と前記自動弁の動作方向を検
知し、該レンジ弁と該自動弁の動作方向が逆になった場
合に、該レンジ弁の弁開度制御を停止するようにして構
成されている。

【０００５】

【作用】レンジ弁として使用されるバタフライ弁は、図
６に示すように弁開度によってＣｖ値が異なっている。
そして、前記レンジ弁を回動する場合には前記バタフラ
イ弁の回動軸を、例えば該回動軸に取付けられたアーム
を回動する油圧シリンダー等によって回転駆動している
ので、自動弁の主制御角（例えば、３０〜７０度）以外
になった場合に、単にレンジ弁を、前記油圧シリンダー
を伸縮して回動調整したのみでは、弁の角度位置によっ
て制御風量が異なることになる。そこで、請求項１記載
の高炉の炉頂圧制御方法においては、例えば、図２
（Ａ）に示すような弁開度とＣｖ値との関係を示すレン
ジ弁特性曲線グラフから制御する前の弁開度（Ｚ₁）か
ら、Ｃｖ１値を求め、予め決められた一定の操作Ｃｖ値
を加減して、Ｃｖ２値を求め、このＣｖ２値から図２
（Ｂ）に示すように、動作完了時の弁開度（Ｚ₂）を求
めて、レンジ弁の移動角度を決定する。これによって、
弁開度の位置に係わらず、常に一定の風量でもってレン
ジ弁の部分開閉制御を行える。そして、自動弁の弁動作
方向と、前記レンジ弁の開閉方向を比較してこれらの動
作方向が逆になった場合には、図７中の一点鎖線で示す
ように、前記レンジ弁の開閉制御を停止することによ
り、炉頂圧力のハンチングを防止することができる。

【０００６】

【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明
を具体化した実施例につき説明し、本発明の理解に供す
る。ここに、図１は本発明の一実施例に係る高炉の炉頂
圧制御方法のフロー図、図２は弁開度とＣｖ値の関係を
示すグラフ、図３は高炉に接続されている機器の概略ブ
ロック図、図４は自動弁とレンジ弁の制御を行う油圧回
路図、図５は制御系統のブロック図である。

【０００７】まず、図３を参照しながら、前記実施例に
係る高炉の炉頂圧制御方法を適用した装置の概略につい
て説明すると、高炉１０の高炉ガス清浄ラインＧには、
並列接続された乾式集塵機１１及び湿式集塵機１２を介
して、調速弁１３及び炉頂発電機１４が接続され、炉頂
発電機１４を介して排出される高炉ガスは高炉ガスホル
ダーに蓄えられるようになっている。そして、前記調速
弁１３及び炉頂発電機１４には、並列に第１のセプタム
弁１５からなる自動弁と、第２のセプタム弁１６からな
るレンジ弁と、第３のセプタム弁１７からなる緊急開放
弁が接続されている。

【０００８】前記高炉１０の炉頂には更に炉頂圧力測定
器１９が設けられ、この測定器１９で測定した炉頂圧力
値を、炉頂圧力調節計（ＰＩＣ）２０を介して制御部
（ＳＥＱ）２１に送って、該制御部（ＳＥＱ）２１から
の出力信号によって、油圧回路２２を駆動し第１〜第３
のセプタム弁１５〜１７が作動するようになっている。

【０００９】前記セプタム弁１５、１６は、それぞれ全
開から全閉までの時間が１５秒のバタフライ弁１５ａ、
１５ｂが使用され、図４に示すように油圧シリンダー２
３、２４と、例えばラックピニオン機構によってそれぞ
れ開閉駆動されている。そして、第１のセプタム弁１５
及び第２のセプタム弁１６には弁開度を測定する角度セ
ンサー２５、２６が設けられ、これらの測定信号は制御
部２１に送られている。前記油圧シリンダー２３、２４
には、駆動するそれぞれのセプタム弁１５、１６を自動
弁又はレンジ弁として使用する場合の切替え弁２７、２
８と、それぞれのセプタム弁１５、１６をレンジ弁とし
て使用する際における弁の開閉を独立に行う回動操作弁
２９、３０が設けられている。そして、前記切替え弁２
７、２８の順接ブロック（図４に示す状態）に接続され
ている場合は、セプタム弁１５が自動弁として作動し、
セプタム弁１６がレンジ弁として動作し、切替え弁２
７、２８が図４とは逆に切替えられている逆接ブロック
の場合はセプタム弁１５がレンジ弁として動作し、セプ
タム弁１６が自動弁として動作するようになっている。
また、前記回動操作弁２９、３０は、それぞれレンジ弁
として使用するセプタム弁１５、１６を開閉動作すると
きのみ矢印Ｃ、Ｄ方向に動作するものである。

【００１０】前記炉頂圧力調節計２０の出力は、切替え
スイッチ３１を介して、前記切替え弁２７、２８にそれ
ぞれ接続される油調機３２又は３３に入力する。そし
て、第１のセプタム弁１５を自動弁とし、第２のセプタ
ム弁１６をレンジ弁として使用する場合には、図４に示
す状態、即ち切替え弁２７及び切替えスイッチ３１を油
調機３２側に入れ、更に切替え弁２８を反油調機３３側
に切替え、また第２のセプタム弁１６を自動弁として使
用し、第１のセプタム弁１５をレンジ弁として使用する
場合には、切替え弁２８、切替えスイッチ３１を油調機
３３側に切替え、切替え弁２７を反油調機３２側に切替
えることによって、レンジ弁又は自動弁として使用して
いるセプタム弁１５又は１６の弁開度の調整を行ってい
る。

【００１１】次に、前記装置を用いた本発明の一実施例
に係る高炉の炉頂圧制御方法について説明する。通常の
状態においては、切替え弁２７、２８及び回動操作弁２
９、３０を図４に示す位置にセットしている。かくし
て、油供給管Ｏｉｎからの油は油調機３２、切替え弁２
７を順次通ってセプタム弁１５の油圧シリンダー２３に
流入すると共に炉頂圧力調節計２０からの炉頂圧力信号
は切替えスイッチ３１を介して油調機３２に入力され
る。これにより、炉頂圧力の変動に応じて油調機３２を
流通する油量が制御されて油圧シリンダー２３の動作量
が調節されることにより、該セプタム弁１５は自動弁と
して動する。一方、セプタム弁１６の油圧シリンダー２
４には、油供給管Ｏｉｎからの油が回動操作弁３０を通
って流入可能となっていると共に制御部２１で前記油圧
シリンダー２３の開度を基にして求めた動作指令時間に
対応する数の動作パルスが回動操作弁３０に入力され
る。これにより、前記セプタム弁１５の弁開度、即ち入
力した動作パルス数に応じて回動操作弁３０の矢印Ｄ方
向に移動する回数が制御されて、油圧シリンダー２４に
流入する油量が調整され、該セプタム弁１６はレンジ弁
として動作する。しかし、使用中にセプタム弁１５の油
調機３２が故障すると、該セプタム弁１５が自動弁とし
て使用出来なくなることから、切替えスイッチ３１を点
線位置（油調機３３側）に切替え、切替え弁２７を矢印
Ａ方向に切替えると共に切替え弁２８を矢印Ｂ方向に切
替える。これにより、油供給管Ｏｉｎから油調機３２へ
の油の流入は停止する反面、該油供給管Ｏｉｎからの油
が回動操作弁２９を通って油圧シリンダー２３に流入す
る。更に、制御部２１からの前記動作パルスが回動操作
弁２９に入力される。これにより、セプタム弁１５はレ
ンジ弁として使用可能となる。また、切替えスイッチ３
１が点線位置に切替えられることにより、炉頂圧力調節
計２０からの炉頂圧力信号は油調機３３に入力され、切
替え弁２８を矢印Ｂ方向に切替えることにより、油供給
管Ｏｉｎから油は油調機３３、切替え弁２８を順次通っ
てセプタム弁１６の油圧シリンダー２４に流入する。こ
れにより、該セプタム弁１６は前記同様自動弁として動
作するものである。この際、セプタム弁１５、１６の何
方が自動弁又はレンジ弁になっても、その自動弁又はレ
ンジ弁の動作は同じである事から、以下、セプタム弁１
５が自動弁として動作し、セプタム弁１６がレンジ弁と
して動作する場合について更に説明する。先ず、自動弁
として使用する第１のセプタム弁１５（１６であっても
同様）の主制御角（弁開度を３０〜７０％開度とする場
合、該セプタム弁１５の開度が３０％以下の場合にはレ
ンジ弁として作動する第２のセプタム弁１６を一段階閉
じて、第１のセプタム弁１５の通過風量を増やし、セプ
タム弁１５の制御範囲を主制御角の範囲内とし、炉頂圧
力調節計２０からの出力によって高炉の炉頂圧が一定に
なるように制御している。そして、第１のセプタム弁１
５の弁開度が７０％を超えた場合には、第２のセプタム
弁１６を一段階開いて第１のセプタム弁１５の通過風量
を減少させて、主制御角の範囲で制御するようになって
いる。

【００１２】レンジ弁として使用する前記第２のセプタ
ム弁１６の動作について、更に詳しく説明すると、炉頂
圧力調節計２０からの出力によって油圧シリンダー２３
が作動したところ、角度センサー２５によって検出され
る第１のセプタム弁１５の弁開度が主制御角（３０〜７
０％開度）の範囲を外れた場合には、図１に示すように
制御部２１の比較指令部３４（図５参照）からレンジ弁
動作指令がでる（ステップＳ１）。この場合、第２のセ
プタム弁１６の角度センサー２６によって弁開度
（Ｚ₁）を測定し、Ｃｖ値演算部３５で前述したように
図２（Ａ）から対応するＣｖ１値を求める（ステップＳ
２）。そして、予め一段階の操作Ｃｖ値（例えば、最大
Ｃｖ値の１〜３％）を決めておき、第１のセプタム弁１
５の弁開度が７０％以上の場合には、加算部４１で前記
Ｃｖ１値に操作Ｃｖ値を加え、第１のセプタム弁１５の
弁開度が３０％以下の場合には、前記Ｃｖ１値から操作
Ｃｖ値を引いてＣｖ２値を以下のように求める（ステッ
プＳ３）。Ｃｖ２値＝Ｃｖ１値±操作Ｃｖ値

【００１３】次に、図２（Ｂ）を用いて前記Ｃｖ２値に
対応する動作完了弁開度（Ｚ₂）を弁開度演算部３６で
求め（ステップＳ４）、加算部４２で第２のセプタム弁
１６の現状の弁開度（Ｚ₁）と前記弁開度（Ｚ₂）との
差（ΔＺ）を求め（ステップＳ５）、この求めたΔＺと
予め設定した弁開閉スピードから油圧シリンダー２４の
駆動時間を演算部３７で次式によって計算し、レンジ弁
制御部３８に出力する。動作指令時間（Ｔ）＝（ΔＺ／１００）×１５秒ここで、上式において１５秒は第２のセプタム弁１６の
全開から全閉までの時間を示すが、この弁１６は自動弁
として作動させるために高速動作のセプタム弁を使用し
ているので、レンジ弁として使用するとハンチングの原
因となることから、弁動作スピードを遅くするために、
動作指令時間（Ｔ）中には、約１秒オンして５秒オフす
るという動作も含まれることになる（以上、ステップＳ
６）。

【００１４】次に、反転検出部３９はレンジ弁としての
第２のセプタム弁１６の回動方向と、自動弁として作動
する第１のセプタム弁１５との動作方向のチェックを行
う（ステップＳ７）。このチェック動作は０．２秒毎に
チェックをしながら行い、自動弁の動作方向は１周期前
即ち、前回の炉頂圧力調節計２０の出力と、今回出力と
の比較によって動作方向を判断し、レンジ弁の動作方向
は角度センサー２６の測定値の経時変化から判断する。

【００１５】このようにして、反転検出部３９は第２の
セプタム弁１６の弁回動方向と、第１のセプタム弁１５
との動作方向のチェックを行い、両セプタム弁１５と１
６の回動方向が反転するとレンジ弁の弁回動停止信号を
レンジ弁制御部３８に出力する。そして、このレンジ弁
制御部３８は前記反転検出部３９からの弁回動信号が入
力するまで、前記演算部３７から出力された弁動作指令
時間に基づいて出力部４０を介して第２のセプタム弁１
６の弁回動を行う。そして、この弁回動が完了すると
（ステップＳ８）、監視タイマーをＯＮする（ステップ
Ｓ９）。この監視タイマーがカウントアップするのを待
ち、自動弁としての第１のセプタム弁１５が主制御角を
外れている場合には前記同様にしてレンジ弁としての第
２のセプタム弁１６の弁回動制御を行う（ステップＳ１
０）。このようにしてセプタム弁１６の弁回制御をした
結果、該セプタム弁１５の弁開度が前記主制御角の範囲
内になった場合、又は、反転検出部３９からの弁回動停
止信号が入力した（セプタム弁１５と１６の弁回動方向
が逆方向になった状態）場合（ステップＳ１０）に該セ
プタム弁１６の弁回動制御を停止する。これにより、セ
プタム弁１６の弁開度の変化は図７の一点鎖線Ｙに示す
ようになり、炉頂圧力のハンチングを防止出来る。

【００１６】前記実施例においては、セプタム弁を油圧
シリンダーによって駆動したが、モータ、油圧アクチュ
エータ等で作動させる場合も本発明は適用される。な
お、図２に示されるデータは予め制御部内のメモリに予
め登録されているものである。

【００１７】

【発明の効果】請求項１記載の高炉の炉頂圧制御方法
は、以上の説明からも明らかなように、ハンチング等を
起こすことなく炉頂圧制御が行え、これによって吹き抜
け及びスリップ発生を防止できることになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る高炉の炉頂圧制御方法
のフロー図である。

【図２】弁開度とＣｖ値の関係を示すグラフである。

【図３】高炉回りの機器の概略ブロック図である。

【図４】自動弁とレンジ弁の制御を行う油圧回路図であ
る。

【図５】制御系統のブロック図である。

【図６】弁開度とＣｖ値の関係を示すグラフである。

【図７】セプタム弁の説明図である。

【符号の説明】

１０高炉１１乾式集塵機１２湿式集塵機１３調速弁１４炉頂発電機１５セプタム弁１６セプタム弁１７セプタム弁１９ストップバルブ２０炉頂圧力調節計２１制御部２２油圧回路２３油圧シリンダー２４油圧シリンダー２５角度センサー２６角度センサー２７切替え弁２８切替え弁２９回動操作弁３０回動操作弁３１切替えスイッチ３２油調機３３油調機３４比較指令部３５Ｃｖ値演算部３６弁開度演算部３７演算部３８レンジ弁制御部３９反転検出部４０出力部４１加算部４２加算部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高炉ガス清浄ラインにそれぞれセプタム
弁からなる自動弁と該自動弁に並列に接続したレンジ弁
を備え、前記自動弁の開度が主制御角の範囲外にある場
合には、該レンジ弁を制御して前記自動弁を主制御角の
範囲内にて作動させつつ高炉の炉頂圧を制御する際に、
前記レンジ弁の弁開度のＣｖ１値を求め、このＣｖ１値
に予め設定したＣｖ値を加算又は減算し、この加・減算
Ｃｖ２値から前記レンジ弁の弁開度を求めて、その弁開
度に該レンジ弁を開閉制御すると共に、該レンジ弁の動
作方向と前記自動弁の動作方向を検知し、該レンジ弁と
該自動弁の動作方向が逆になった場合に、該レンジ弁の
弁開度制御を停止することを特徴とする高炉の炉頂圧制
御方法。