JPWO2021014923A1 - プロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、本発明の実施形態に係るプロセスの制御装置(以下、「制御装置」という)の構成について、図1を参照しながら説明する。制御装置100は、情報処理装置101と、入力装置102と、出力装置103と、を備えている。
次に、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法で用いる物理モデルについて説明する。本発明で用いる物理モデルは、参考文献1(羽田野道春ら:“高炉非定常モデルによる火入れ操業の検討”,鉄と鋼,vol.68,p.2369)記載の方法と同様である。本発明で用いる物理モデルは、鉄鉱石の還元、鉄鉱石とコークスとの間の熱交換、および鉄鉱石の融解等の複数の物理現象を考慮した偏微分方程式群から構成されている。また、本発明で用いる物理モデルは、非定常状態における高炉内の状態を示す変数(出力変数)を計算可能な物理モデルである(以下、「非定常モデル」という)。
(1)炉頂におけるコークス比(CR)[kg/t]:溶銑1トン当たりのコークスの投入量
(2)送風流量(BV)[Nm3/min]:高炉に送風される空気の流量
(3)富化酸素流量(BVO)[Nm3/min]:高炉に吹き込まれる富化酸素の流量
(4)送風温度(BT)[℃]:高炉に送風される空気の温度
(5)微粉炭流量(微粉炭吹込み量、PCI)[kg/min]:溶銑生成量1トンに対して使用される微粉炭の重量
(6)送風湿分(BM)[g/Nm3]:高炉に送風される空気の湿度
(7)炉頂圧[Pa]:高炉の炉頂の圧力
(1)炉内におけるガス利用率(ηCO):CO2/(CO+CO2)
(2)コークスや鉄の温度
(3)鉄鉱石の酸化度
(4)原料の降下速度
(5)ソルーションロスカーボン量(ソルロスカーボン量)
(6)溶銑温度
(7)造銑速度(溶銑生成速度)
(8)炉体ヒートロス量:冷却水により炉体を冷却した際に冷却水が奪う熱量
次に、上記の非定常モデルを用いた本実施形態に係るプロセスの制御方法について説明する。本実施形態に係るプロセスの制御方法は、複数の操作変数と、複数の操作変数によって制御される複数の制御変数とを有し、複数の操作変数の操作量が互いに干渉しあって複数の制御変数の制御量が決定されるような干渉系のプロセスに対して適用される。以下の説明では、プロセスの一例として高炉プロセスの制御方法について説明する。上記の非定常モデルは、例えば下記式(1)、(2)のように示すことができる。
まず、現在の全ての操作変数の操作量が一定に保たれたことを仮定して、将来の溶銑温度および造銑速度の予測計算を行う。すなわち本ステップでは、全ての操作変数の操作量が、現在時刻から予め定めた所定期間の間一定である場合の、当該所定期間における複数の制御変数の応答を算出する。本ステップでは、具体的には、現在の時間ステップをt=0と置き、下記式(3)、(4)を用いて、将来の溶銑温度および造銑速度の応答を算出する。このようにして求めた制御変数(溶銑温度および造銑速度)の応答y0のことを、本実施形態では「自由応答」と称する。
続いて、複数の操作変数のうちの特定の操作変数(第一の操作変数)の操作量(アクション量)を、前記した所定期間の間ステップ変化させた場合の、当該所定期間における複数の制御変数の応答を算出する。本ステップでは、具体的には、他の操作変数の操作量を保ったまま、微粉炭流量を単位量(例えば50kg/min)だけ増加させた際の制御変数の応答(第一の応答)y1を、下記式(5)、(6)により算出する。
続いて、複数の操作変数のうちの第一の操作変数以外の第二の操作変数の操作量を、前記した所定期間の間、第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた場合の、当該所定期間における複数の制御変数の応答を算出する。本ステップでは、具体的には、微粉炭流量(第一の操作変数)と送風流量(第二の操作変数)とを同時に比例させて変化させた際の制御変数の応答(第二の応答)y2を、下記式(7)、(8)により算出する。
続いて、上記のステップで算出した自由応答y0、応答y1,y2に基づいて、複数の制御変数の制御量が、所定の目標値となるような操作変数の操作量を決定する方法について説明する。操作変数の操作量を決定方法の基本的な考え方はモデル予測制御と同様であり、制御変数の将来の偏差を予測し、偏差を打ち消すための操作変数の変化量を求める。本実施形態では、操作ΔU1,ΔU2の線形和(w1×ΔU1+w2×ΔU2)の操作が行われた際の、制御変数の制御量の将来の推移を下記式(9)で近似する。なお、上記の通り、ΔU1=(0.0064,0,0)Tであり、ΔU2=(0,200,20)Tである。
本実施形態に係るプロセスの制御方法を操業ガイダンス方法に適用することも可能である。この場合、前記した自由応答算出ステップ、第一の応答算出ステップ、第二の応答算出ステップおよび操作量決定ステップに加えて、高炉の操業を支援するステップを行う。このステップでは、操作量決定ステップで決定された操作変数の操作量を、例えば出力装置103を介してオペレータに提示することにより、高炉の操業を支援する。
本実施形態に係るプロセスの制御方法を高炉の操業方法に適用することも可能である。この場合、前記した自由応答算出ステップ、第一の応答算出ステップ、第二の応答算出ステップおよび操作量決定ステップに加えて、操作量決定ステップで決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御するステップを行う。
本実施形態に係るプロセスの制御方法を溶銑の製造方法に適用することも可能である。この場合、前記した自由応答算出ステップ、第一の応答算出ステップ、第二の応答算出ステップおよび操作量決定ステップに加えて、操作量決定ステップで決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御し、溶銑を製造するステップを行う。
101 情報処理装置
102 入力装置
103 出力装置
111 RAM
112 ROM
112a 制御プログラム
113 CPU
Claims (9)
- 複数の操作変数と、前記複数の操作変数によって制御される複数の制御変数とを有し、前記複数の操作変数の操作量が互いに干渉しあって前記複数の制御変数の制御量が決定されるプロセスの制御方法において、
全ての操作変数の操作量が、現在時刻から予め定めた所定期間の間一定である場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である自由応答を算出する自由応答算出ステップと、
前記複数の操作変数のうちの第一の操作変数の操作量を、前記所定期間の間ステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第一の応答を算出する第一の応答算出ステップと、
前記複数の操作変数のうちの前記第一の操作変数以外の第二の操作変数の操作量を、前記所定期間の間、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第二の応答を算出する第二の応答算出ステップと、
前記自由応答、前記第一の応答および前記第二の応答に基づいて、前記複数の制御変数の制御量が所定の目標値となるような前記操作変数の操作量を決定する操作量決定ステップと、
を含むことを特徴とするプロセスの制御方法。 - 前記第二の操作変数は、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた際に、前記複数の制御変数のうちの特定の制御変数の制御量を変化させないように操作量を決定できる操作変数であることを特徴とする請求項1に記載のプロセスの制御方法。
- 前記操作量決定ステップは、
前記第一の応答算出ステップにおける操作と、前記第二の応答算出ステップにおける操作との線形和の操作が行われた際の、前記複数の制御変数の制御量の将来の推移を算出するステップと、
算出した前記複数の制御変数の制御量の将来の推移と、前記所定の目標値との偏差が最小となるような前記操作変数の操作量の重みを算出し、算出した前記重みに基づいて、前記操作変数の操作量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のプロセスの制御方法。 - 前記自由応答算出ステップ、前記第一の応答算出ステップ、前記第二の応答算出ステップおよび前記操作量決定ステップを繰り返し実行することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のプロセスの制御方法。
- 前記プロセスは、高炉プロセスであり、
前記操作変数は、コークス比、送風流量、富化酸素流量、送風温度、微粉炭流量、送風湿分および炉頂圧のうちの少なくとも一つを含み、
前記制御変数は、溶銑温度および造銑速度であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のプロセスの制御方法。 - 請求項5に記載のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量を提示することにより、高炉の操業を支援するステップを含むことを特徴とする操業ガイダンス方法。
- 請求項5に記載のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御するステップを含むことを特徴とする高炉の操業方法。
- 請求項5に記載のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御し、溶銑を製造するステップを含むことを特徴とする溶銑の製造方法。
- 複数の操作変数と、前記複数の操作変数によって制御される複数の制御変数とを有し、前記複数の操作変数の操作量が互いに干渉しあって前記複数の制御変数の制御量が決定されるプロセスの制御装置において、
全ての操作変数の操作量が、現在時刻から予め定めた所定期間の間一定である場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である自由応答を算出する自由応答算出手段と、
前記複数の操作変数のうちの第一の操作変数の操作量を、前記所定期間の間ステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第一の応答を算出する第一の応答算出手段と、
前記複数の操作変数のうちの前記第一の操作変数以外の第二の操作変数の操作量を、前記所定期間の間、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第二の応答を算出する第二の応答算出手段と、
前記自由応答、前記第一の応答および前記第二の応答に基づいて、前記複数の制御変数の制御量が所定の目標値となるような前記操作変数の操作量を決定する操作量決定手段と、
を備えることを特徴とするプロセスの制御装置。
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