JP2005133170A - 高炉原料の切り出し方法及び高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の設備を使用して、鉱石とコークスの混合割合を、操業状況に合わせて精度良く任意の値に設定することが可能な高炉原料の切り出し方法及び高炉の操業方法を提供する。
【解決手段】
炉頂の原料装入装置に原料を搬送するための装入コンベア１と、該装入コンベア１上に鉱石を切り出すための鉱石切出ホッパ２及びコークスを切り出すためのコークス切出ホッパ３とを備えた高炉における高炉原料の切り出し方法であって、前記装入コンベア１上に、前記鉱石切出ホッパ２及びコークス切出ホッパ３から鉱石及びコークスを切り出す際に、該切り出された鉱石及びコークスが前記装入コンベア１上で層状に積層するように切り出す。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶銑製造における高炉原料の切り出し方法及び高炉の操業方法に関する。

炉頂に鉱石及びコークスなどの原料を装入するための装入コンベアと、この装入コンベア上に鉱石及びコークスなどを切り出すためのホッパとを備えた高炉における従来の高炉原料切り出し方法は、装入コンベア上に鉱石及びコークスなどをそれぞれバッチ的に切り出し、これら鉱石及びコークスなどを交互に高炉内に装入する方法により行っていた。これは、鉱石及びコークスなどを交互に高炉内に装入することで、炉内の通気性等を確保し、操業の安定性を図ることを目的とするものである。

また、鉱石とコークスとを交互に高炉内に装入する際に、鉱石層の中にもコークスを混入して鉄鉱石の還元、溶融を促進するいわゆる混合装入技術（例えば、特開昭６２−１２７４１３号公報（特許文献１）参照）が知られている。鉄鉱石は高炉内で昇温、還元、軟化、溶融し、最終的に溶銑となって炉外に切り出しされるが、鉱石の軟化、収縮により層内を流れるガス量が低下すると還元が停滞し、同時に溶融、滴下が遅れるという問題が顕在化する。コークスを鉱石に混合する混合装入技術では、鉱石層内に分散して存在するコークスが鉱石の軟化、収縮を防止し、層内の通気性を改善している。

鉱石とコークスとを混合する方法としては、例えば、以下１）〜３）の方法がある。
１）原料ヤードにおいて、鉱石とコークスを、例えば、層状に一時的に重ねて積みつけ、その原料を原料ホッパーに入れ、ひとつの銘柄（鉱石コークス混合）として扱う方法。
２）炉頂に複数の原料装入用のホッパーを有している高炉において、別々のホッパーに、それぞれ鉱石及びコークスを入れ、高炉炉内へ原料を装入する際に混合する方法。例えば、特開平９−１２５１１２号公報（特許文献２）には、鉱石とコークスを炉頂の別々のホッパーに貯蔵し、同時に切り出しすることによって混合装入する方法が記載されている。
３）鉱石の一銘柄としてコークスを混合する方法。例えば、複数設けられた原料装入用のホッパーの一部にコークスを入れ、鉱石の一銘柄として使用する方法。
特開昭６２−１２７４１３号公報 特開平９−１２５１１２号公報

しかし、上記１）〜３）の方法は以下のような問題がある。つまり、
１）の方法は、鉱石コークス混合原料の高炉への装入量を確保するには、原料層を複数使用しなければならないといった原料ホッバーの制約があるため、複数の銘柄の鉱石を最適にブレンディングし、炉況を考慮しつつ合理化操業を行なうための操業の自由度が低い。
２）の方法は、炉頂に複数の原料装入用のバンカーを有した高炉にのみ適用できる手投であり、それ以外の高炉では実施不可能である。
３）の鉱石の一銘柄としてコークスを混合する方法は、原料装入用ホッパーの設置数の制約上、コークスの混合量を大きく増加させたいといった操業上のニーズがあった場合においても、それを満足させることができず、限られた量しか混合することができなかった。また、コークスにホッパーを割り当てた分だけ鉱石用のホッパーの数が減り、鉱石配合の操業制約が出る。

一方、上述した、鉱石とコークスとを交互に高炉内に装入する際に鉱石層中に少量のコークスを混入するという方法とは根本的に異なり、鉱石とコークスとを予め混合してから高炉内に装入するという方法も考えられる。これは、鉱石とコークスとの反応性の向上という観点から、本発明者らが新たに取り組んでいる課題であるが、この場合においても、鉱石とコークスとを混合する際に上記と同様の問題を有する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、既存の設備を使用して、鉱石とコークスの混合割合を、操業状況に合わせて精度良く任意の値に設定することが可能な高炉原料の切り出し方法及び高炉の操業方法を提供することを目的とする。

上記の課題は次の発明により解決される。
［１］炉頂の原料装入装置に原料を搬送するための装入コンベアと、該装入コンベア上に鉱石を切り出すための鉱石切出ホッパ及びコークスを切り出すためのコークス切出ホッパとを備えた高炉における高炉原料の切り出し方法であって、前記装入コンベア上に、前記鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパから鉱石及びコークスを切り出す際に、該切り出された鉱石及びコークスが前記装入コンベア上で層状に積層するように切り出されることを特徴とする高炉原料の切り出し方法。
［２］上記［１］において、装入コンベア搬送方向の上流側に設けられる鉱石切出ホッパ或いはコークス切出ホッパから切り出される鉱石或いはコークスの排出速度に基づいて、鉱石層とコークス層との割合が所定の割合となるように、装入コンベア搬送方向の下流側に設けられるコークス切出ホッパ或いは鉱石切出ホッパから切り出されるコークス或いは鉱石の排出速度を制御することを特徴とする高炉原料の切り出し方法。
［３］上記［１］又は［２］において、鉱石の排出速度及びコークスの排出速度の調節が、鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパの出口側に取り付けられた、それぞれのゲート弁の開度を調節して行うことを特徴とする高炉原料の切り出し方法。
［４］上記［１］乃至［３］のいずれかにおいて、鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパへのそれぞれの目標秤量値と実績秤量値との偏差に基づくフィードフォワード制御、及び／又は、鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパそれぞれの前回の切り出し時間と目標切り出し時間との偏差に基づくフィードバック制御により、鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパそれぞれのゲート弁の開度補正を行うことを特徴とする高炉原料の切り出し方法。
［５］上記［１］乃至［４］のいずれかひとつの高炉原料切り出し方法を用いて、高炉内に鉱石とコークスとを混合装入する高炉の操業方法。

本発明によれば、既存の設備を使用して、鉱石とコークスの混合割合を、操業状況に合わせて精度良く任意の値に設定することが可能な高炉原料の切り出し方法及び高炉の操業方法が提供される。

以下、本発明を実施するための最良の形態の一例を説明する。

図１は、本発明に係る高炉原料の切り出し方法を説明するための概略構成図である。図１において、１は炉頂の原料装入装置に原料を搬送するための装入コンベア、２ａ及び２ｂは装入コンベア１上に鉱石を切り出すための鉱石切り出しホッパ（リザービングホッパ）、３ａ及び３ｂは同じく装入コンベア１上にコークスを切り出すためのコークス切り出しホッパ（コークスケールホッパ）を表す。

図１において、鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパは、鉱石及びコークスの切り出しを効率良く行うために、それぞれ２基ずつ設置されているが、鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパの設置数は２基に限定されるものではなく、１基でも、３基以上でもよく、設備規模或いは操業状況により適宜変更され得る。

また、前記鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂ、及び、コークス切り出しホッパ３ａ，３ｂには、それぞれ、秤量器４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂと、原料切り出しゲート６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂに取り付けた開度調整が可能な原料切り出しゲート開度計８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂと、前記原料切り出しゲート開度計８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂの開度を調整するコントローラ１０とを備えている。前記コントローラ１０は、前記秤量器４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ及び原料切り出しゲート開度計８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂのセンサーデータやプロコンからの操業データ等をもとに、前記原料切り出しゲート開度計８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂの開度を調整する。

図１においては、装入コンベア１搬送方向の上流側に鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂが設置され、その搬送方向下流側にコークス切り出しホッパ３ａ，３ｂが設置された構成を示しているが、装入コンベア１搬送方向の上流側にコークス切り出しホッパ３ａ，３ｂを設置し、その搬送方向下流側に鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂを設置する構成とすることもできる。なお、以下の説明においては、鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂを装入コンベア搬送方向の上流側に設置し、コークス切り出しホッパ３ａ，３ｂを鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂの搬送方向下流側に設置した場合について説明する。

装入コンベア１上には、まず、鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂのいずれかから、所定量の鉱石が切り出される。次に、前記装入コンベア１上に切り出された鉱石層の上に、層状に積層するようにコークス切り出しホッパ３ａ，３ｂのいずれかから所定量のコークスが切り出される。ここで、前記切り出されるコークスは、装入コンベア１上に既に積層されている鉱石層の始端及び終端とほぼ一致するように層状に積層される。

前記装入コンベア１上に鉱石及びコークスを積層する際には、装入コンベア１搬送方向の上流側に設けられた鉱石切り出しホッパから切り出される鉱石の切り出し速度に基づいて、鉱石量とコークス量との割合が所定の割合となるように、装入コンベア１搬送方向の下流側に設けられたコークス切り出しホッパから切り出されるコークスの切り出し速度を制御することにより行うことが好ましい。

また、鉱石とコークスとの積層のコンベア流れ方向における開始位置をあわせるために、鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂとコークス切り出しホッパ３ａ，３ｂとの位置関係とコンベアの速度とから、それぞれのホッパから払い出すタイミングを算出し、一致するように調整することも行う。

ここで、前記鉱石切り出しホッパから切り出される鉱石の切り出し速度、及び、コークス切り出しホッパから切り出されるコークスの切り出し速度は、前記鉱石切り出しホッパにおける原料切り出しゲート開度計の開度、及び、前記コークス切り出しホッパにおける原料切り出しゲート開度計の開度を調節することにより行うことができる。なお、前記鉱石切り出しホッパにおける原料切り出しゲート開度計の開度は、前記鉱石切り出しホッパ内の鉱石を全て切り出す間は同一の開度を保持することで、鉱石層が均一の層厚さとなるように装入コンベア１上に切り出される。また、同様に、前記コークス切り出しホッパにおける原料切り出しゲート開度計の開度は、前記コークス切り出しホッパ内のコークスを全て切り出す間は同一の開度を保持することで、コークス層が均一の層厚さとなるように鉱石層の上に切り出される。

これにより、任意の割合で鉱石及びコークスを装入コンベア１上に積層させることが可能となり、鉱石とコークスの混合割合を任意の割合で精度良く行うことが可能となる。

また、本発明においては、鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパへのそれぞれの目標秤量値と実績秤量値との偏差に基づくフィードバック制御、及び／又は、鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパそれぞれの前回の切り出し時間と目標切り出し時間との偏差に基づくフィードフォワード制御により、鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパそれぞれの原料切り出しゲート開度計の開度補正を行うことが好ましい。これにより、さらに高精度な鉱石及びコークスの切り出し制御が可能となる。

図２は、前記コントローラ１０内で行われる鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパそれぞれの原料切り出しゲート開度計に対する開度補正方法の一例を示すフロー図である。以下、図２に示すフロー図に従って開度補正方法の一例を説明する。

開度補正は、鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパのそれぞれに対して以下の手順で行なう。ここでは、装入コンベア１上で、鉱石層とコークス層のそれぞれの始端及び終端を一致させるため、鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパにおける目標切り出し時間はともに同一の設定値とする。
１）予め決定される秤量スケジュールから与えられる次回秤量鉱石の秤量予定値Ｗt［T］と、予定される出銑量から決定される目標切り出し時間Ｔtより、切り出し速度Ｖtを次式（１）により計算する。
Ｖt＝Ｗt／Ｔt （１）
２）上記１）で計算した切り出し速度Ｖtの上下限チェックを行ない、以下の条件に従い、範囲外であれば、上下限値に置きかえ、補正切り出し速度Ｖt’を決定する。
Ｖt≧Ｖmaxの場合は、Ｖt’＝Ｖmax
Ｖmax＞Ｖt＞Ｖminの場合は、Ｖt’＝Ｖt
Ｖt≦Ｖminの場合は、Ｖt’＝Ｖmin
Ｖmax：切り出し速度最大値、Ｖmin：切り出し速度最小値とする。
３）上記２）で決定した切り出し速度Ｖt’から補正目標切り出し時間Ｔt’を次式（２）により計算しなおす。
Ｔt’＝Ｗt／Ｖt’ （２）
４）切り出し時間Ｔをパラメータとした次式（３）で表されるゲート開度θの関数により、上式（２）で算出された前記補正目標切り出し時間Ｔt’に最適なゲート開度を計算する。
θ＝ｆ（Ｔ） （３）
これを目標ゲート開度θtとする。なお、計算で使用する関数のパラメータは、プロコンに蓄積されたこれまでの操業により得られた切り出し時間Ｔとゲート開度θの関係をもとに最小自乗法等にて近似し、コントローラ１０に送信する。
ゲート開度の計算は、鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパのそれぞれに対して計算する。
５）上記４）で計算した目標ゲート開度θtの上下限値チェックを行ない、以下の条件に従い、範囲外であれば上下限値に置きかえ、補正目標ゲート開度θt’を決定する。
ここで、θmax：ゲート開度最大値［％］、θmin：ゲート開度最小値とする。
θt≧θmaxの場合は、θt’＝θmax
θmax＞θt＞θminの場合は、θt’＝θt
θt≦θminの場合は、θt’＝θmin
なお、開度手動設定により、補正目標ゲート開度θt’を入力するようにしてもよい。
６）上記５）で決定した補正目標ゲート開度θt’のフィードフォワード補正を行う場合、これから切り出しするホッパーで秤量した実績秤量値Ｗと目標秤量値Ｗtの偏差ΔＷをもとに、秤量値をパラメータとした関数により、次式（４）に従い、補正目標ゲート開度θt’を補正する。
θt’＝θt’＋Δθ_FF （４）
ここで、Δθ_FF＝ｋ_FF ×ΔＷ、ｋ_FF：定数設定値（通常は負の値）とする。
７）上記６）によるフィードフォワード補正後の補正目標ゲート開度θt’に対して、或いは、上記５）で決定した補正目標ゲート開度θt’に対して、さらに補正目標ゲート開度θt’のフィードバック補正をする場合、前回の切り出し時間Ｔと補正目標切り出し時間Ｔt’との偏差ΔＴをもとに以下の処理を行ない、補正目標ゲート開度θt’を補正する。
ａ）実績のゲート開度θと実績の秤量値Ｗから実績切り出し時間Ｔを計算する。
ｂ）そのときの目標切り出し時間Ｔt’とa）にて求めた実績切り出し時間Ｔの切り出し時間偏差ΔＴを求める。
ｃ）上記偏差をもとに、切り出し時間偏差ΔＴをパラメータとした関数により、補正目標ゲート開度θt’を次式（５）に基づき、フィードバック補正する。
θt’＝θt’＋Δθ_FB （５）
ここで、Δθ_FB＝ｋ_FB ×ΔＴ、ｋ_FB：定数設定値 （通常は負の値）とする。

以上、本実施形態においては、鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂを装入コンベア１搬送方向の上流側に設置し、コークス切り出しホッパ３ａ，３ｂを鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂの搬送方向下流側に設置した場合について説明したが、コークス切り出しホッパ３ａ，３ｂを装入コンベア１搬送方向の上流側に設置し、鉱石切り出しホッパ２ａ，２ｂをコークス切り出しホッパ３ａ，３ｂの搬送方向下流側に設置した場合についても、上述の説明において、鉱石切り出しホッパとコークス切り出しホッパを置き換えることにより同様に適用できる。

本発明に係る高炉原料の切り出し方法を説明するための概略構成図である。 本発明に係る、コントローラ内で行われる鉱石切り出しホッパ及びコークス切り出しホッパそれぞれの原料切り出しゲート開度計に対する開度補正方法の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 装入コンベア
２ 鉱石切り出しホッパ（リザービングホッパ）
３ コークス切り出しホッパ（コークスケールホッパ）
４，５ 秤量器
６，７ 原料切り出しゲート
８，９ 原料切り出しゲート開度計
１０ コントローラ

Claims (5)

1. 炉頂の原料装入装置に原料を搬送するための装入コンベアと、該装入コンベア上に鉱石を切り出すための鉱石切出ホッパ及びコークスを切り出すためのコークス切出ホッパとを備えた高炉における高炉原料の切り出し方法であって、
   前記装入コンベア上に、前記鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパから鉱石及びコークスを切り出す際に、該切り出された鉱石及びコークスが前記装入コンベア上で層状に積層するように切り出されることを特徴とする高炉原料の切り出し方法。
2. 装入コンベア搬送方向の上流側に設けられる鉱石切出ホッパ或いはコークス切出ホッパから切り出される鉱石或いはコークスの排出速度に基づいて、鉱石層とコークス層との割合が所定の割合となるように、装入コンベア搬送方向の下流側に設けられるコークス切出ホッパ或いは鉱石切出ホッパから切り出されるコークス或いは鉱石の排出速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の高炉原料の切り出し方法。
3. 鉱石の排出速度及びコークスの排出速度の調節が、鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパの出口側に取り付けられた、それぞれのゲート弁の開度を調節して行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高炉原料の切り出し方法。
4. 鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパへのそれぞれの目標秤量値と実績秤量値との偏差に基づくフィードフォワード制御、及び／又は、鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパそれぞれの前回の切り出し時間と目標切り出し時間との偏差に基づくフィードバック制御により、鉱石切出ホッパ及びコークス切出ホッパそれぞれのゲート弁の開度補正を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高炉原料の切り出し方法。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかひとつの高炉原料切り出し方法を用いて、
   高炉内に鉱石とコークスとを混合装入する高炉の操業方法。

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