JPH09111321A - 高炉炉頂装入物の分布制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炉況に応じて必要とされるガス流分布を迅速
且つ的確に選定する。 【解決手段】 高炉炉頂部に設けたプロフィール計で炉
内半径方向に沿った複数箇所で鉱石／コークスの実測層
厚比を求め、装入原料全体の鉱石／コークスの平均層厚
比に対する実測層厚比の比率を前記複数箇所における相
対層厚比として算出する。また、コークス平均落下位置
と鉱石平均落下位置との比で表されるベルレス強度比と
相対層厚比との相関関係を装入条件が異なる複数の過去
の実炉データから予め求めておく。ベルレス装入パター
ンの変更に際し、変更計画時のベルレス強度比から予想
される複数箇所での相対層厚比と実際の複数箇所での相
対層厚比に差異を生じた場合には更にコークス平均落下
位置を微調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉱石及びコークスを交
互に装入するベルレス式高炉操業において、炉頂装入物
の装入パターンを迅速且つ的確に選定する分布制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ベルレス式高炉では、高炉に設置された
各種センサーからの情報に基づいてガス流分布や炉体熱
負荷を操業者が定性的に評価し、分配シュートの傾動パ
ターンを変更することによって、炉内のガス流分布を制
御している。しかし、センサー情報から得られたガス流
分布と分配シュートによる制御量との定量的な関係が十
分的確に把握されていないため、やむなく分配シュート
の傾動パターンを変更し、その後のガス流分布の変動動
向に応じて更に変更操作を加える試行錯誤的な方法によ
って、装入物層の厚みを制御している。そのため、実際
のガス流分布を炉況にとって望ましい分布に一致させる
ことが容易でなく、目標とするガス流分布を得るために
長期にわたる分布調整が必要であった。そこで、特開平
２−１８２８１５号公報では、知識工学システムによっ
て炉内半径方向のガス流分布状況を判定し、そのときの
オンラインデータに基づいて装入物分布予測モデル計算
を複数条件下で実施し、計算結果から最適なシュート傾
動パターンを選定する方法が紹介されている。具体的に
は、炉内半径方向のガス流分布状況を判定する際、炉の
半径方向を中心部，中間部及び周辺部の３領域に区分
し、ガス流割合を表す三角ダイアグラムを用いて現状の
ガス流分布状況と装入物分布予測モデル計算による目標
値との偏差を求め、以後の最適なシュート傾動パターン
の条件設定に利用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前掲した方法による制
御量の的中率は、装入物分布予測数式モデルの精度に大
きく依存し、ガス流分布状況を三角ダイアグラムで簡易
的に表現した点でも必ずしも十分な精度が得られない。
また、長期にわたる装入物分布アクションの方向付けも
明確化できない。更に、火入れ立上げ初期の送風率とＯ
／Ｃ比率の上昇時や高Ｏ／Ｃ条件となる高ＰＣ吹込み操
業への移行時等では、中心ガス流を強化して炉内通気抵
抗を低減させる必要がある。この場合、コークス層に比
較して安息角が小さい鉱石層をより多くコークステラス
上に積み付けるため、積み付け状態が不安定化し、コー
クス層の崩壊や炉中心方向への多量の鉱石の流れ込みが
生じ易くなる。その結果、装入チャージごとの堆積プロ
フィールの再現性が低下する傾向を示す。したがって、
装入物分布予測数式モデルを使用して必要なガス流分布
を得るためには、実炉内で発生するコークス崩れ等の不
安定化現象を考慮する必要がある。しかし、不安定化現
象を取り込んだ実用的な装入制御は提案されておらず、
炉況に応じて必要とされるガス流分布を容易且つ迅速に
得ることが困難である。本発明は、このような問題を解
消すべく案出されたものであり、ベルレスモード条件と
炉内装入物層厚分布との関係を一元化した相関関係を利
用することにより、必要とする炉内ガス流分布を高精度
に作り、高出銑比で高炉操業することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の装入物分布制御
方法は、その目的を達成するため、高炉炉頂部に設けた
プロフィール計で炉内半径方向に沿った複数箇所で鉱石
／コークスの実測層厚比を求め、装入原料全体の鉱石／
コークスの平均層厚比に対する前記実測層厚比の比率を
前記複数箇所における相対層厚比として算出すると共
に、コークス平均落下位置と鉱石平均落下位置との比で
表されるベルレス強度比と前記相対層厚比との相関関係
を装入条件が異なる複数の過去の実炉データから予め求
めておき、ベルレス装入パターンの変更に際し、変更計
画時のベルレス強度比から予想される複数箇所での相対
層厚比と実際の複数箇所での相対層厚比に差異を生じた
場合には更にコークス平均落下位置を微調整することを
特徴とする。すなわち、図１のフローに従って装入物分
布が制御される。先ず、炉内半径方向に沿った任意の位
置における鉱石／コークスの相対層厚比を実測に基づい
て求め、求められた相対層厚比とベルレス強度比との相
関関係を過去の実炉データからマップ化する。この相関
関係図を用いて最適ベルレス装入パターンを探索し、鉱
石の平均落下位置指数の数値を変更する。そして、装入
物分布予測モデルを用いてコークステラスのフラット状
態を確認し、具体的な装入パターンを選択し、選択され
たパターンに従ってベルレス装入モードの変更条件を決
定する。決定された条件の適否を、相関関係図の線上に
プロフィール計の実測値があるか否かによって判定し、
差異がある場合、すなわちコークス層崩れを生じている
場合にはコークスの平均落下位置指数の数値を増やす方
向で変更し、必要に応じて更に鉱石の平均落下位置を微
調整する。

【０００５】分配シュートの傾動角及び旋回数を組み合
わせて設定される複数パターンは、コークス又は鉱石の
平均落下位置を表現できる形式で指数化している。そし
て、装入条件が異なる複数の過去の実炉データに基づ
き、炉内半径方向の複数箇所における相対的な鉱石層／
コークス層の厚み比との相関関係としてベルレスモード
条件と炉内装入物層厚分布との関係を一元化して標準化
する。ベルレス装入パターンは、次のようなアクション
によって変更される。たとえば、火入れ立上げ初期や高
ＰＣ吹込み操業への移行時等における装入原料全体の鉱
石／コークス比の上昇に対処する場合、中心ガス流の低
下を抑制し、或いは強化することにより炉内通気抵抗を
低減させる必要がある。この場合、ベルレスモード条件
と炉内装入物層厚分布との関係を一元化した相関関係か
ら装入変更パターンを計画し、予想される複数箇所にお
ける相対層厚比と実際の複数箇所における相対層厚比に
差異が生じたとき、コークス平均落下位置を微調整す
る。その結果、装入物層厚分布を試行錯誤的に制御する
必要がなくなり、炉況にとって好ましいガス流分布が迅
速且つ的確に選定される。

【０００６】ベルレス式高炉における装入物層厚分布の
制御にはコークスベース量の変更，ストックラインの変
更等，いくつかの手段が採用されるが、最も定量的で自
由度の大きな手段は、分配シュートの傾動角及び旋回数
の組合せにより設定されるベルレスモードの変更であ
る。そこで、分配シュートの傾動角及び旋回数の組合せ
により装入物層厚分布を制御する場合について説明す
る。装入パターンは、Ｃ０２ダンプ１チャージ装入の形
態で１ダンプ当りのシュート旋回数を１２旋回としてコ
ークス及び鉱石を順次炉内に分配する場合、たとえばＣ
７₂ ９₃ １１₃ １３₄ ，Ｏ７₃ ９₃ １１₃ １３₃ といっ
た数値の組合せによって表現されている。ここで、Ｃ７
₂ ９₃ １１₃ １３₄ とは、ＣがＣｏｋｅの頭文字を示
し、そのコークスの一ダンプ装入を７ノッチ２旋回，９
ノッチ３旋回，１１ノッチ３旋回，１３ノッチ４旋回の
合計１２旋回でコークス装入することを示す。なお、ノ
ッチとは、分配シュートに付けた傾動角を表す数値であ
り、数値が大きくなるほど装入物が炉内中心側に、数値
が小さくなるほど炉壁側に投入されることを示す。

【０００７】この表現方法により複数パターンの順位付
け等の評価を行う場合、一見して見分けるには不便であ
る。そこで、ベルレスモード条件を指数として、次式の
表現式によって与える。この指数は、ベルレス装入装置
や炉口寸法が異なる２基以上の高炉データを比較する上
でも便利である。また、装入条件が異なる複数例の過去
のデータを収集する際にも、他高炉のデータを取り込む
ことができる。 コークス又は鉱石の平均落下位置指数＝Σ［（ｔ／ｒ）
×ｎ］／Ｎ ベルレス強度比＝（コークスの平均落下位置指数）／
（鉱石の平均落下位置指数） ただし、ｔ：各ノッチにおける原料の落下軌跡のＳＬ＝
０ｍとの交点と炉壁からの距離 ｎ：各ノッチでの設定旋回数 Ｎ：トータル設定旋回数 ｒ：炉口半径

【０００８】一方、炉内半径方向に沿った複数点におけ
る装入物層厚分布は、接触式（機械式）或いはマイクロ
波，レーザ等を使用した非接触式の炉頂プロフィール計
によって、炉内に原料を装入した結果として形成される
コークス層と鉱石層との層厚比を測定することによって
定量化される。また、過去の実炉データを整理する際、
次式で表される相対層厚比としてデータ収集することに
より、装入原料全体の鉱石／コークス比が異なるデータ
も同一基準で評価できる。 任意の箇所における相対層厚比＝ （プロフィール計で
測定した任意の箇所の鉱石層厚）×（１ダンプの全装入
コークス当りの平均層厚）×（プロフィール計で測定し
た任意の箇所のコークス層厚）^-1×（１ダンプの全装入
鉱石当りの平均層厚）^-1 このようにして求められたデータに基づき、実際の炉況
に応じたアクションをとり、必要なガス流分布を得る。
たとえば、高Ｏ／Ｃ条件となる高ＰＣ吹込み操業に移行
するときには、コークスに比較して安息角が小さい鉱石
の装入量増加に伴って炉中心方向への鉱石の流れ込み量
が増加し、周辺ガス流が強くなる傾向を示す。また、火
入れ立ち上げ初期の送風率及びＯ／Ｃ比率が上昇したと
きには、炉内の通気性を確保するため中心ガス流を十分
に育成することが立ち上げの安定化に必要である。そこ
で、前掲した指標に基づき装入物分布を制御し、炉内中
心のガス流を強化する。

【０００９】

【実施例】火入れ立ち上げ初期における装入パターンの
変更アクションに本発明を適用した実施例を説明する。
火入れ立ち上げ初期では中心ガス流を強化するため、図
２に示すように所定長さのフラットなコークステラスＬ
を形成した装入物分布が必要であり、鉱石の外振りが指
向される。そこで、図３に示すように、炉内半径方向を
中心部，中央部及び周辺部の３領域に区分して表した三
角ダイアグラム上に、装入物分布予測モデルから得られ
るガス流分布割合の計算値をプロットし、予測値の動き
を指標にして期間１〜１０における装入パターンの変更
アクションを行った。なお、図３には、本発明を適用し
た図４中記載の期間１１以降におけるガス流分布の計算
値も参考として併記した。期間１〜１１において、炉内
半径方向に沿った任意の位置で鉱石／コークス比を実測
した。鉱石／コークス比の相対値を実炉で設定したベル
レス強度比との関係で整理した結果を図４に示す。な
お、図４のベルレス強度比は、（コークスの平均落下位
置指数）／（鉱石の平均落下位置指数）で表した。

【００１０】期間１〜１１をコークステラス長さで分類
すると、期間１〜９はショートテラス，期間１０〜１１
はロングテラスとしてそれぞれ大別することができた。
特に、期間１よりコークステラス長さをあまり変えずに
鉱石の外振りアクションを主体に指向した際には、期間
９でコークステラスＬ上への鉱石の積み付け状態が不安
定化し、炉の中心方向への鉱石の流れ込みが発生した。
その結果、炉壁側ポイント（４）の相対層厚比が低下
し、炉中心寄りポイント（２）の相対層厚比が増大して
いることが図４に示されている。中心ガス流の強化を狙
って実施した期間５から期間６にかけての装入物層厚変
更アクションでは、図３に従った予測に対比して図４の
実績が中心ガス流強化とは逆方向となっており、従来の
装入物分布制御手段のみの予測では不十分であることを
示している。また、ガス流分布が一定となる条件下でコ
ークスの崩れ現象のみを抑制するためにコークステラス
長さを大きく変更する期間９から期間１０にかけての装
入物層厚分布変更アクションにみられるように、装入物
分布予測モデルの使用のみでは的中できず、炉内通気性
が著しく低下した。

【００１１】そこで、図１に示すフローチャートに従っ
た手段によってベルレス装入パターン調整を施した。期
間１１では崩れ現象が抑制され、且つ通気性に優れた中
心ガス流型の流速分布を得ることができた。因みに、期
間８から期間１１までのベルレス装入パターンの具体的
条件は、表１に示す通りである。本発明の手段によれ
ば、期間８から期間１１へのパターン変更アクション
は、図５に示すようにコークス崩れを生じた期間９の段
階で、次ぎステップへのパターン変更は近刊１０を経由
することなく、期間１１を探索し得たことが判る。期間
１〜１１における実炉の実績を送風率及びＫ値に及ぼす
ベルレス強度比の影響で整理し、図６及び図７にそれぞ
れ示す。ここで、Ｋ値は、高炉内の通気抵抗を送風量の
影響を取り除いて表した指標であり、送風圧力をＰ_B
（ｇ／ｃｍ²），炉頂圧力をＰ_T （ｇ／ｃｍ² ），ボッ
シュガス流量をＶ_BOSH（Ｎｍ³ ／分）とするとき、Ｋ＝
（Ｐ_B ²−Ｐ_T ²）／Ｖ_BOSH ^1.7 で表される。このＫ値は、
炉内装入物分布の状態を直接評価するものとして有効な
指標である。期間１１へのベルレス装入パターン変更の
結果、図６及び図７に示すように炉内の通気抵抗が低減
し、火入れ計画当初の操業度を達成できた。

【００１２】

【００１３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、ベルレス装入パターンを変更する際、過去の実炉デ
ータから予め求めた炉内半径方向複数箇所における鉱石
／コークスの相対層厚比とベルレス強度比との相関関係
を使用してコークス平均落下位置を微調整することによ
り、変更後の炉況に応じて必要とされるガス流分布を迅
速且つ的確に選定することが可能となる。この方法は、
試行錯誤的に装入物の層厚分布を制御する必要がないた
め、操業管理が容易になり、高出銑比で高炉を操業する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従って最適なベルレス装入パターン
を選定するフロー

【図２】 炉頂近傍の装入物分布状態

【図３】 炉内半径方向に沿って中心部，中間部及び周
辺部に区分した三角ダイアグラム

【図４】 炉内半径方向の任意の位置における鉱石／コ
ークスの相対層厚比の実績値と実炉で設定したベルレス
強度比との関係を表したグラフ

【図５】 期間８から期間１１のベルレス装入パターン
変更に本発明を適用した場合の予測変更アクションを示
すグラフ

【図６】 ベルレス強度比が送風率に及ぼす影響を表し
たグラフ

【図７】 ベルレス強度比がＫ値に及ぼす影響を表した
グラフ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コークス層崩れを生じた際のベルレス式
   高炉の装入物分布制御方法において、高炉炉頂部に設け
   たプロフィール計で炉内半径方向に沿った複数箇所で鉱
   石／コークスの実測層厚比を求め、装入原料全体の鉱石
   ／コークスの平均層厚比に対する前記実測層厚比の比率
   を前記複数箇所における相対層厚比として算出すると共
   に、コークス平均落下位置と鉱石平均落下位置との比で
   表されるベルレス強度比と前記相対層厚比との相関関係
   を装入条件が異なる複数の過去の実炉データから予め求
   めておき、ベルレス装入パターンの変更に際し、変更計
   画時のベルレス強度比から予想される複数箇所での相対
   層厚比と実際の複数箇所での相対層厚比に差異を生じた
   場合には更にコークス平均落下位置を微調整することを
   特徴とする高炉炉頂装入物の分布制御方法。