KR20230011401A - 용선 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치 - Google Patents

용선 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치 Download PDF

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KR20230011401A
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슌페이 시게노
šœ페이 시게노
료스케 마스다
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

용선 온도의 제어 방법은, 고로 내의 상태를 계산 가능한 물리 모델에 의해 예측한 용선 온도가, 미리 설정된 목표 범위에 들어가도록, 미분탄비의 목표값을 산출하는 제1 제어 루프와, 미분탄비의 목표값과 현재의 미분탄비의 실적값과의 편차를 보상하기 위한, 미분탄 유량의 조작량을 산출하는 제2 제어 루프를 실행한다.

Description

용선 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치
본 발명은, 용선(hot metal) 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로(blast furnace)의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치에 관한 것이다.
제철업에 있어서의 고로 프로세스에 있어서, 용선 온도는 중요한 관리 지표이다. 이 용선 온도는, 주로 용선 1톤 당의 미분탄 유량을 나타내는 미분탄비(Pulverized Coal Ratio: PCR)를 조작함으로써 제어된다. 최근의 고로 조업은, 원연료 비용의 합리화를 추구하기 위해, 저코크스비 및 고미분탄비의 조건하에서 행해지고 있어, 로 상황이 불안정화하기 쉽다. 그 때문에, 용선 온도 불균일의 저감의 니즈가 크다.
또한, 고로 프로세스는, 고체가 충전된 상태에서 조업을 행하기 때문에, 프로세스 전체의 열 용량이 커, 조작(조업 액션)에 대한 응답의 시정수(time constant)가 길다는 특징을 갖고 있다. 또한, 고로의 상부(로 정부(top portion))로부터 장입된 원료가 고로의 하부(로 하부)에 강하하기까지는 수 시간 오더의 낭비 시간이 존재한다. 그 때문에, 용선 온도를 제어하기 위해서는, 장래의 로열 예측에 기초한 조작 변수의 조작량의 적정화가 필수가 된다.
이러한 배경에서, 특허문헌 1에서는, 물리 모델을 이용한 로열 예측 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 로열 예측 방법에서는, 현재의 로정 가스의 조성에 합치하도록, 물리 모델에 포함되는 가스 환원 속도 파라미터를 조정하고, 파라미터 조정 후의 물리 모델을 이용하여 로열을 예측하고 있다.
일본공개특허공보 평11-335710호
그러나, 종래의 용선 온도의 제어 방법에서는, 통기성의 변동에 기인하여 원료 강하 속도(언로딩(unloading))의 변화가 발생한 경우에 제어 성능이 저하하는 과제가 있다. 오퍼레이터에 의한 직접적인 조작 변수는, 트위어(tuyere)로부터 취입되는 미분탄 유량[㎏/min]이다. 그러나, 이 미분탄 유량이 일정해도, 용선의 생산 속도(이하, 「조선 속도(hot metal making rate)」라고 함)「t/min」가 변화하면, 미분탄 유량과 조선 속도와의 비에 의해 산출되는 미분탄비(PCR)가 변동하여, 용선 온도에 변동이 발생하여 버린다.
조선 속도는, 로 내에 공급되는 산소 유량에 대체로 비례하지만, 이 산소 유량이 일정해도, 로 내의 통기성이 악화된 경우는 일시적으로 원료의 부피 밀도가 저하하여, 언로딩이 완만하게 된다. 이러한 경우에 있어서, 종래의 물리 모델을 이용한 용선 온도의 제어 방법에서는, 제어 정밀도가 저하하는 것이 과제였다.
본 발명은, 상기에 감안하여 이루어진 것으로서, 통기성의 변동에 기인한 언로딩의 변동의 영향을 받기 힘든 용선 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 용선 온도의 제어 방법은, 고로 내의 상태를 계산 가능한 물리 모델에 의해 예측한 용선 온도가, 미리 설정된 목표 범위에 들어가도록, 미분탄비의 목표값을 산출하는 제1 제어 루프(loop)와, 상기 미분탄비의 목표값과 현재의 미분탄비의 실적값과의 편차를 보상하기 위한, 미분탄 유량의 조작량을 산출하는 제2 제어 루프를 실행한다.
또한, 본 발명에 따른 용선 온도의 제어 방법은, 상기 제1 제어 루프가, 상기 물리 모델을 이용하여, 미리 설정된 복수의 조작 변수 중, 모든 조작 변수의 조작량이 소정 기간 일정한 경우의, 용선 온도의 응답을 나타내는 자유 응답을 산출하는 자유 응답 산출 스텝과, 상기 물리 모델을 이용하여, 상기 복수의 조작 변수 중, 상기 미분탄비의 조작량을 단위량만큼 스텝 형상(stepwise)으로 변화시킨 경우의, 용선 온도의 응답을 나타내는 스텝 응답을 산출하는 스텝 응답 산출 스텝과, 상기 자유 응답 및 상기 스텝 응답에 기초하여, 용선 온도를 상기 목표 범위에 들어가게 하기 위한 미분탄비의 조작량을 산출하는 PCR 조작량 산출 스텝과, 상기 미분탄비의 조작량을, 현재의 미분탄비의 목표값에 가산함으로써, 미분탄비의 목표값을 산출하는 PCR 목표값 산출 스텝을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 용선 온도의 제어 방법은, 상기 제2 제어 루프가, 상기 제1 제어 루프에 의해 산출되는 상기 미분탄비의 목표값과, 상기 미분탄비의 실적값과, 미리 산출된 조선 속도의 실적값으로부터, 미분탄비의 편차를 산출하는 미분탄비 편차 산출 스텝과, 상기 미분탄비의 편차와 상기 조선 속도의 실적값으로부터, 상기 미분탄 유량의 조작량을 산출하는 PCI 조작량 산출 스텝을 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 용선 온도의 제어 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 PCR 조작량 산출 스텝이, 상기 복수의 조작 변수 중, 모든 조작 변수의 조작량이 소정 기간 일정한 경우의, 상기 소정 기간 경과 후의 용선 온도의 예측값이, 미리 설정된 용선 온도의 상하한값에 포함되도록, 상기 미분탄비의 조작량을 산출한다.
또한, 본 발명에 따른 용선 온도의 제어 방법은, 상기 발명에 있어서, 상기 조선 속도의 실적값이, 조작량을 계산하는 시점에서 소정 시간 전까지의, 고로에 투입되는 원료, 또는, 상기 고로의 트위어로부터 취입하는 열풍 및 로정(furnace top)으로부터 나오는 가스에 기초하여 산출된다.
전술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 조업 가이던스 방법은, 상기의 용선 온도의 제어 방법에 의해 산출된 미분탄 유량의 조작량을 제시함으로써, 고로의 조업을 지원하는 스텝을 포함한다.
전술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고로의 조업 방법은, 상기의 어느 한 항에 기재된 용선 온도의 제어 방법에 의해 산출된 미분탄 유량의 조작량에 따라서 고로를 제어하는 스텝을 포함한다.
전술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 용선의 제조 방법은, 상기의 용선 온도의 제어 방법에 의해 산출된 미분탄 유량의 조작량에 따라서 고로를 제어하여, 용선을 제조하는 스텝을 포함한다.
전술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 용선 온도의 제어 장치는, 고로 내의 상태를 계산 가능한 물리 모델에 의해 예측한 용선 온도가, 미리 설정된 목표 범위에 들어가도록, 미분탄비의 목표값을 산출하는 제1 제어 루프와, 상기 미분탄비의 목표값과 현재의 미분탄비의 실적값의 편차를 보상하기 위한, 미분탄 유량의 조작량을 산출하는 제2 제어 루프를 실행하는 수단을 구비한다.
전술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 조업 가이던스 장치는, 상기의 용선 온도의 제어 장치에 의해 산출된 미분탄 유량의 조작량을 제시함으로써, 고로의 조업을 지원하는 수단을 구비한다.
본 발명에 따른 용선 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치에 의하면, 통기성의 변동에 기인한 언로딩의 변동의 영향을 받는 일 없이, 용선 온도를 제어할 수 있다. 따라서, 고로의 고효율 또한 안정적인 조업을 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 장치의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법에 이용하는 물리 모델의 입력 변수 및 출력 변수의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법에 있어서의 제어 루프의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법에 있어서, 물리 모델에 의한 용선 온도의 예측 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법에 있어서, 미분탄비의 변화에 대한 용선 온도의 스텝 응답을 나타내는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법을 고로의 실조업에 적용한 결과를 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 용선 온도의 목표값에 대한 실적값의 편차, 본 제어 및 오퍼레이터에 의한 미분탄비의 조작량, 미분탄비의 목표값 및 실적값의 추이, 본 제어 및 오퍼레이터에 의한 미분탄 유량의 조작량을 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
〔용선 온도의 제어 장치의 구성〕
우선, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 장치(이하, 「제어 장치」라고 함)의 구성에 대해서, 도 1을 참조하면서 설명한다. 제어 장치(100)는, 정보 처리 장치(101)와, 입력 장치(102)와, 출력 장치(103)를 구비하고 있다.
정보 처리 장치(101)는, 퍼스널 컴퓨터나 워크 스테이션 등의 범용의 장치에 의해 구성되고, RAM(111), ROM(112) 및 CPU(113)를 구비하고 있다. RAM(111)은, CPU(113)가 실행하는 처리에 관한 처리 프로그램이나 처리 데이터를 일시적으로 기억하여, CPU(113)의 워킹 에어리어로서 기능한다.
ROM(112)은, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법을 실행하는 제어 프로그램(112a)과, 정보 처리 장치(101) 전체의 동작을 제어하는 처리 프로그램이나 처리 데이터를 기억하고 있다.
CPU(113)는, ROM(112) 내에 기억되어 있는 제어 프로그램(112a) 및 처리 프로그램에 따라서 정보 처리 장치(101) 전체의 동작을 제어한다. 이 CPU(113)는, 후기하는 용선 온도의 제어 방법에 있어서, 자유 응답 산출 스텝을 행하는 자유 응답 산출 수단, 스텝 응답 산출 스텝을 행하는 스텝 응답 산출 수단 및 PCR 조작량 산출 스텝을 행하는 PCR 조작량 산출 수단으로서 기능한다. 또한, CPU(113)는, PCR 목표값 산출 스텝을 행하는 PCR 목표값 산출 수단, 미분탄비 편차 산출 스텝을 행하는 미분탄비 편차 산출 수단, PCI 조작량 산출 스텝을 행하는 PCI 조작량 산출 수단 및 PCI 설정값 산출 스텝을 행하는 PCI 설정값 산출 수단으로서 기능한다.
입력 장치(102)는, 키보드, 마우스 포인터, 숫자 패드 등의 장치에 의해 구성되고, 정보 처리 장치(101)에 대하여 각종 정보를 입력할 때에 조작된다. 출력 장치(103)는, 표시 장치나 인쇄 장치 등에 의해 구성되고, 정보 처리 장치(101)의 각종 처리 정보를 출력한다.
〔물리 모델의 구성〕
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법에 이용하는 물리 모델에 대해서 설명한다. 본 발명에서 이용하는 물리 모델은, 참고문헌 1(하타노 미치하루 등: "고로 비정상 모델에 의한 점화 조업의 검토", 철과 강, vol.68, p.2369) 기재의 방법과 마찬가지로, 철광석의 환원, 철광석과 코크스와의 사이의 열 교환 및, 철광석의 융해 등의 복수의 물리 현상을 고려한 편미분 방정식군으로 구성되어 있다. 또한, 본 발명에서 이용하는 물리 모델은, 비정상 상태에 있어서의 고로 내의 상태를 나타내는 변수(출력 변수)를 계산 가능한 물리 모델이다(이하, 「비정상 모델」이라고 함).
도 2에 나타내는 바와 같이, 이 비정상 모델에 대하여 부여하는 경계 조건 중에서 시간 변화하는 주된 것(입력 변수, 고로의 조작 변수(조업 인자라고도 함))은, 이하와 같다.
(1) 로정에 있어서의 코크스비(CR)[㎏/t]: 용선 1톤 당의 코크스의 투입량
(2) 송풍 유량(BV)[N㎥/min]: 고로에 송풍되는 공기의 유량
(3) 부화 산소(enriched oxygen) 유량(BVO)[N㎥/min]: 고로에 취입되는 부화 산소의 유량
(4) 송풍 온도(BT)[℃]: 고로에 송풍되는 공기의 온도
(5) 미분탄 유량(미분탄 취입량, PCI)[㎏/min]: 용선 생성량 1톤에 대하여 사용되는 미분탄의 중량
(6) 송풍 습분(BM; blast air moisture)[g/N㎥]: 고로에 송풍되는 공기의 습도
또한, 비정상 모델에 의해 형성되는 주된 출력 변수는, 이하와 같다.
(1) 로 내에 있어서의 가스 이용률(ηCO): CO2/(CO＋CO2)
(2) 코크스나 철의 온도
(3) 철광석의 산화도
(4) 원료의 강하 속도
(5) 솔루션 로스 카본량(솔로스(sol. loss) 카본량)
(6) 용선 온도
(7) 조선 속도(용선 생성 속도)
(8) 로체 히트(furnace body heat) 로스량: 냉각수에 의해 로체를 냉각했을 때에 냉각수가 빼앗는 열량
본 발명에서는, 출력 변수를 계산할 때의 타임 스텝(시간 간격)은 30분으로 했다. 단, 타임 스텝은 목적에 따라서 가변이고, 본 실시 형태의 값에 한정되는 일은 없다. 이 비정상 모델을 이용함으로써, 시시각각 변화하는 용선 온도 및 조선 속도를 포함하는 출력 변수를 계산한다.
〔제어 루프〕
다음으로, 본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법으로 실행하는 제어 루프에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 제어 루프(HMT 제어 루프)와, 제2 제어 루프(PCR 제어 루프)로 이루어지는 이중 구조의 제어 루프를 실행한다. 제1 제어 루프에서는, 고로 내의 상태를 계산 가능한 비정상 모델에 의해 예측한 용선 온도가, 미리 설정된 목표 범위(목표 HMT)에 들어가도록, 미분탄비의 목표값(목표 PCR)을 산출한다. 또한, 제2 제어 루프에서는, 미분탄비의 목표값(목표 PCR)과 현재의 미분탄비의 실적값(실적 PCR)과의 편차를 보상하기 위한, 미분탄 유량의 조작량을 산출한다.
〔용선 온도의 제어 방법〕
다음으로, 상기의 비정상 모델을 이용한 본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법은, 자유 응답 산출 스텝, 스텝 응답 산출 스텝, PCR 조작량 산출 스텝, PCR 목표값 산출 스텝, 미분탄비 편차 산출 스텝, PCI 조작량 산출 스텝 및 PCI 설정값 산출 스텝을 이 순서로 행한다. 상기의 비정상 모델은, 예를 들면 하기식 (1), (2)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
여기에서, 상기식 (1), (2)에 있어서, x(t)는 비정상 모델 내에서 계산되는 상태 변수(코크스나 철의 온도, 철광석의 산화도, 원료의 강하 속도 등), y(t)는 제어 변수인 용선 온도(Hot Metal Temperature: HMT)이다. 또한, C는 비정상 모델 내에서 계산되는 상태 변수 중에서 제어 변수를 추출하기 위한 행렬 또는 함수이다.
또한, 상기식 (1)에 있어서의 u(t)는, 비정상 모델의 입력 변수인, 송풍 유량, 부화 산소 유량, 미분탄 유량, 송풍 습분, 송풍 온도 및 코크스비이다. 이 u(t)는, 「u(t)＝(BV(t), BVO(t), PCI(t), BM(t), BT(t), CR(t))」로 나타낼 수 있다.
(자유 응답 산출 스텝)
우선, 현재의 모든 조작 변수의 조작량이 일정하게 유지된 것을 가정하여, 장래의 용선 온도 HMT의 예측 계산을 행한다. 즉 본 스텝에서는, 상기의 비정상 모델을 이용하여, 미리 설정된 복수의 조작 변수(입력 변수) 중, 모든 조작 변수의 조작량이 소정 기간 일정한 경우의, 용선 온도 HMT의 응답을 산출한다. 본 스텝에서는, 구체적으로는, 현재의 시간 스텝을 t＝0으로 두고, 하기식 (3), (4)를 이용하여, 장래의 용선 온도 HMT를 산출한다. 또한, 비정상 모델에 의한 현 시점의 용선 온도의 추정값과, 현 시점의 실제의 용선 온도와의 사이에 추정 오차가 발생하고 있는 경우는, 필요에 따라서, 이하와 같은 처리를 행해도 좋다. 즉, 비정상 모델에 의한 계산값에 추정 오차를 가산함으로써, 실적값과의 바이어스 오차(bias error)를 해소하는 보정을 실시해도 좋다.
Figure pct00003
Figure pct00004
이와 같이 하여 구한 제어 변수(여기에서는 용선 온도)의 응답 y0의 것을, 본 실시 형태에서는 「자유 응답」이라고 칭한다. 도 4에, 조작 변수(입력 변수)의 일부(코크스비(CR), 미분탄 유량(PCI), 송풍 습분(BM)) 및 용선 온도(HMT)의 예측 결과의 일 예를 나타낸다. 또한, 과거의 구간에 있어서의 용선 온도(HMT)의 계산값은, 과거의 실제의 조작 변수를 이용하여 계산되어 있다.
(스텝 응답 산출 스텝)
본 스텝에서는, 상기의 비정상 모델을 이용하여, 복수의 조작 변수(입력 변수) 중, 미분탄비의 조작량을 단위량만큼 스텝 형상으로 변화시킨 경우의, 용선 온도(HMT)의 응답을 나타내는 스텝 응답을 산출한다.
여기에서, 자유 응답 산출 스텝에서 구한 용선 온도(HMT)의 자유 응답 Y0를, 도 5(b)의 실선으로 나타낸다. 본 스텝에서는, 도 5(a)의 파선으로 나타내는 바와 같이, 다른 조작 변수를 보존유지한 채로, 시각 0에 있어서 미분탄비(PCR)를 10㎏/t만큼 증가시켰을 때의, 용선 온도(HMT)의 응답을, 하기식 (5), (6)에 의해 산출한다.
Figure pct00005
Figure pct00006
미분탄 유량(PCI)의 증가량은, 미분탄비(PCR)의 증가분에 현재의 조선 속도를 곱함으로써 구한다. 또한, 상기식 (5)에서는, 미분탄 유량(PCI)을 증가시키는 조작을 Δu1로 두고 있다. 본 스텝에서 구한 용선 온도(HMT)의 응답 y1을, 도 5(b)의 파선으로 나타낸다.
이어서, 상기와 같이 구한 용선 온도(HMT)의 응답 y1(도 5(b)의 파선 참조)과 용선 온도(HMT)의 자유 응답 y0(동 도면의 실선 참조)과의 차분을 취함으로써, 미분탄비(PCR)의 변화에 대한 용선 온도(HMT)의 스텝 응답을 산출한다. 여기에서, 단위량에 대한 스텝 응답으로 하기 위해, 출력을 10으로 나누고 있다.
(PCR 조작량 산출 스텝)
이어서, 장래의 용선 온도(HMT)가 목표 범위(목표 HMT)에 들어가도록 미분탄비(PCR)의 조작폭을 결정한다. 즉 본 스텝에서는, 자유 응답 산출 스텝에서 구한 자유 응답 및 스텝 응답 산출 스텝에서 구한 스텝 응답에 기초하여, 용선 온도(HMT)를 목표 범위에 들어가게 하기 위한 미분탄비의 조작량 ΔPCR을 산출한다.
본 스텝에서는, 과잉의 조업 액션을 피하면서 용선 온도(HMT)를 목표 범위에 들어가게 하기 위해, 하기식 (7)에 나타내는 바와 같이, 미분탄비의 조작량 ΔPCR을 산출한다. 즉, 복수의 조작 변수(입력 변수) 중, 모든 조작 변수의 조작량이 소정 기간 일정한 경우의, 소정 기간 경과 후의 용선 온도(HMT)의 예측값이, 미리 설정된 용선 온도(HMT)의 상하한값에 포함되도록, 미분탄비의 조작량 ΔPCR을 산출한다. 또한, 철광석이 로에 투입되고 나서 로 외로 배출될 때까지의 소요 시간은 8시간 정도인 점에서, 하기식 (7)에 있어서의 용선 온도(HMT)의 예측 구간은 10시간으로 설정했다. 또한, 제어 로직의 단순화를 위해 제어 구간은 1스텝으로 했다.
Figure pct00007
상기식 (7)에 있어서, T10 pre는, 10시간 후의 용선 온도(HMT)의 예측값, TU는, 용선 온도(HMT)의 상한값, TL은, 용선 온도(HMT)의 하한값, S10 PCR은, 미분탄비(PCR)의 변화에 대한 용선 온도(HMT)의 스텝 응답의 10시간 후의 값이다. 이러한 제어칙으로 함으로써, T10 pre가 목표 범위 내에 들어가 있는 동안은, 미분탄비의 조작량 ΔPCR이 제로가 되기 때문에, 조작량 변경에 수반하는 오퍼레이터의 작업 부하를 저감하는 것이 가능해진다.
(PCR 목표값 산출 스텝)
이어서, 하기식 (8)에 나타내는 바와 같이, PCR 조작량 산출 스텝에서 구한 미분탄비의 조작량 ΔPCR을, 오퍼레이터가 관리하고 있는 현재의 미분탄비의 목표값 PCR0 ref에 가산함으로써, 미분탄비의 목표값 PCRref를 산출한다. 이상에서 설명한 내용이, 도 3의 제1 제어 루프(HMT 제어 루프)에 상당한다.
Figure pct00008
(미분탄비 편차 산출 스텝)
본 스텝에서는, PCR 목표값 산출 스텝에서 구한 미분탄비의 목표값 PCRref와, 현재의 미분탄비의 실적값과의 편차(미분탄비의 편차)를 산출한다.
여기에서, 현재의 미분탄비의 실적값(실적 PCR)을 산출하기 위해서는, 미분탄 유량의 실적값과 조선 속도의 실적값과의 비를 구할 필요가 있다. 조선 속도를 구하는 방법으로서는, 예를 들면 산소 수지에 의해 구하는 방법이나, 고로에 투입되는 원료층(charge)에 포함되는 산화철의 선철 환산량에 의해 구하는 방법 등이 있다. 예를 들면 산소 수지로부터 조선 속도를 구하는 경우, 고로의 트위어로부터 취입하는 열풍에 포함되는 산소의 양과, 로정으로부터 나오는 가스에 포함되는 산소의 양과의 차분을 구함으로써, 조선 속도를 구할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 고로에 투입되는 원료층(차지)에 포함되는 산화철의 용선 환산량에 기초하여, 지근(nearest) 8차지에서의 원료 투입의 빈도로부터 현재의 미분탄비의 실적값을 구했다. 즉, 현재 장입 중의 차지 번호를 N, 로 내에 존재하는 원료층의 수를 A, i번째의 차지의 장입 개시 시각을 Time[i], 용선 환산량을 Pig[i]로 하면, 현재의 조선 속도 Prod(t)는, 하기식 (9)에 의해 산출할 수 있다.
Figure pct00009
여기에서, 상기식 (9)의 선철 환산량 Pig는, 보다 구체적으로는, 고로에 투입되는 원료의 중량에 대하여, 선철이 되는 부분을 환산한 중량인 것을 나타내고 있다. 또한, 상기식 (9)에 있어서, 원료층의 수를 A층만큼 과거로 거슬러 올라가고 있는 것은, 트위어 높이에 있어서의 원료층에 포함되는 선철량에 의해 조선 속도를 구하기 위함이다. 상기식 (9)에 나타내는 바와 같이, 고로에 투입한 선철량을, 지근 8차지분의 원료의 장입에 요한 시간으로 나눔으로써, 당해 시간 내에 투입한 선철량, 즉 조선 속도를 구할 수 있다. 조선 속도는, 단기간의 실적값에 기초하여 계산하면 변동이 크기 때문에, 1∼3시간 정도의 범위의 기간에서 평활화하는 것이 바람직하다. 여기에서는, 8차지의 평균으로 하고 있지만, 통상 조업에 있어서 2시간 정도의 시간에 상당한다.
이어서, 미분탄비의 목표값 PCRref와, 현재의 미분탄비의 실적값과의 편차 δPCR을, 하기식 (10)에 의해 산출한다.
Figure pct00010
(PCI 조작량 산출 스텝)
본 스텝에서는, 미분탄비의 편차 δPCR이 발생하는 경우에, 당해 편차 δPCR을 보상하기 위한 미분탄 유량의 조작량 ΔPCI를, 하기식 (11)에 의해 산출한다.
Figure pct00011
(PCI 설정값 산출 스텝)
본 스텝에서는, PCI 조작량 산출 스텝에서 구한 미분탄 유량의 조작량 ΔPCI를, 현재의 미분탄 유량의 설정값에 가산함으로써, 미분탄 유량의 설정값(설정 PCI)을 산출한다. 이상에서 설명한 내용이, 도 3의 제2 제어 루프(PCR 제어 루프)에 상당한다. 이상의 처리에 의해, 용선 온도(HMT)를 제어하기 위한 적절한 미분탄 유량(PCI)의 조작이 가능해진다. 또한, 통기성의 변동에 기인하여 언로딩의 변동이 발생한 경우라도, 상기식 (9)∼(11)로 이루어지는 PCR 제어 루프에 의해 미분탄비(PCR)의 변동을 억제하는 것이 가능해지기 때문에, 용선 온도(HMT)의 편차를 저감하는 것이 가능해진다.
〔실시예〕
도 6은, 본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법을 고로의 실조업에 적용한 결과를 나타내는 실시예이다. 도 6(a)는, 용선 온도의 목표값에 대한 실적값의 편차를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 실선은 용선 온도의 실적값(실적 HMT)을, 파선은 용선 온도의 목표값(목표 HMT)을, 나타내고 있다. 또한, 도 6(b)는, 본 제어에 의한 미분탄비의 조작량 ΔPCR과, 오퍼레이터가 조작한 실적의 미분탄비의 조작량과의 비교 결과를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 삼각 표시는 본 제어에 의한 조작을, 둥근 표시는 오퍼레이터에 의한 조작을, 나타내고 있다.
또한, 도 6(c)는, 미분탄비의 목표값 및 실적값의 추이의 비교 결과를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 파선은 미분탄비의 실적값(실적 PCR)을, 실선은 미분탄비의 목표값(목표 PCR)을, 나타내고 있다. 또한, 동 도면의 세로축은, 미분탄비의 전형값(typical value)으로부터의 편차를 나타내고 있다. 이 「미분탄비의 전형값」으로서는, 고로의 정상 조업 시에 있어서의 미분탄비의 평균값 등을 이용할 수 있다.
또한, 도 6(d)는, 본 제어에 의한 미분탄 유량의 조작량 ΔPCI와, 종래와 마찬가지로 오퍼레이터가 조작한 실적의 미분탄 유량의 조작량과의 비교 결과를 나타내고 있다. 동 도면에 있어서, 삼각 표시는 본 제어에 의한 조작을, 둥근 표시는 오퍼레이터에 의한 조작을, 나타내고 있다. 또한, 도 6(b) 및 도 6(d)의 「본 제어」에 대해서도, 완전한 자동 제어가 아니라, 오퍼레이터에게 가이던스를 행하는 형식으로 시험을 행한 결과이다.
도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 오퍼레이터는 대체로 가이던스대로 조작을 행하여, 용선 온도를 목표값 근방으로 유지힐 수 있도록 되어 있다. 예를 들면 도 6(b)의 A부 및 도 6(d)의 B부에 나타내는 바와 같이, 11시∼12시의 사이는, 미분탄비와 함께 미분탄 유량의 하락 액션이 출력되고 있다. 그리고, 오퍼레이터가 본 제어에 의한 조작을 실시한 결과, 용선 온도는 목표값 근방으로 유지되어 있다.
또한, 도 6(b)의 C부 및 도 6(d)의 D부에 나타내는 바와 같이, 18시∼20시의 사이는, 미분탄비의 조작량 ΔPCR이 제로라도, 미분탄 유량의 조작량 ΔPCI의 조작이 출력되고 있다. 그 결과, 도 6(c)의 E부에 나타내는 바와 같이, 미분탄비(PCR)가 목표값 근방으로 유지되고, 도 6(a)의 F부에 나타내는 바와 같이, 용선 온도의 변동이 억제되고 있다. 이상에 의해, 본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법의 실조업에 있어서의 유용성이 나타났다.
〔조업 가이던스 방법〕
본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법을 조업 가이던스 방법에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기한 용선 온도의 제어 방법에 있어서의 자유 응답 산출 스텝, 스텝 응답 산출 스텝, PCR 조작량 산출 스텝, PCR 목표값 산출 스텝, 미분탄비 편차 산출 스텝 및 PCI 조작량 산출 스텝에 더하여, 이하의 스텝을 행한다. 즉, PCI 조작량 산출 스텝에서 산출된 미분탄 유량의 조작량 ΔPCI를, 예를 들면 출력 장치(103)를 통하여 오퍼레이터에게 제시함으로써, 고로의 조업을 지원하는 스텝을 행한다.
〔고로의 조업 방법〕
본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법을 고로의 조업 방법에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기한 용선 온도의 제어 방법에 있어서의 자유 응답 산출 스텝, 스텝 응답 산출 스텝, PCR 조작량 산출 스텝, PCR 목표값 산출 스텝, 미분탄비 편차 산출 스텝 및 PCI 조작량 산출 스텝에 더하여, 이하의 스텝을 행한다. 즉, PCI 조작량 산출 스텝에서 산출된 미분탄 유량의 조작량 ΔPCI에 따라서 고로를 제어하는 스텝을 행한다.
〔용선의 제조 방법〕
본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법을 용선의 제조 방법에 적용하는 것도 가능하다. 이 경우, 상기한 용선 온도의 제어 방법에 있어서의 자유 응답 산출 스텝, 스텝 응답 산출 스텝, PCR 조작량 산출 스텝, PCR 목표값 산출 스텝, 미분탄비 편차 산출 스텝 및 PCI 조작량 산출 스텝에 더하여, 이하의 스텝을 행한다. 즉, PCI 조작량 산출 스텝에서 산출된 미분탄 유량의 조작량 ΔPCI에 따라서 고로를 제어하여, 용선을 제조하는 스텝을 행한다.
이상 설명한 바와 같은 본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치에 의하면, 통기성의 변동에 기인한 언로딩의 변동의 영향을 받는 일 없이, 용선 온도를 제어할 수 있다. 따라서, 고로의 고효율 또한 안정적인 조업을 실현할 수 있다.
또한, 종래의 용선 온도의 제어 방법에서는, 예를 들면 미분탄비의 가이던스를 행하고, 그 가이던스에 따라서 오퍼레이터가 미분탄 유량을 조작하는데에 머물러 있었다. 한편, 본 실시 형태에 따른 용선 온도의 제어 방법에서는, HMT 제어 루프 PCR 제어 루프로 이루어지는 이중 구조의 제어 루프(도 3 참조)에 의해, 미분탄 유량의 조작량을 산출할 수 있기 때문에, 용선 온도의 자동 제어를 실현할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 용선 온도의 제어 방법, 조업 가이던스 방법, 고로의 조업 방법, 용선의 제조 방법, 용선 온도의 제어 장치 및 조업 가이던스 장치에 대해서, 발명을 실시하기 위한 형태 및 실시예에 의해 구체적으로 설명했지만, 본 발명의 취지는 이들 기재에 한정되는 것은 아니고, 청구의 범위의 기재에 기초하여 넓게 해석되지 않으면 안된다. 또한, 이들 기재에 기초하여 여러 가지 변경, 개변 등을 한 것도 본 발명의 취지에 포함되는 것은 말할 것도 없다.
100 : 제어 장치
101 : 정보 처리 장치
102 : 입력 장치
103 : 출력 장치
111 : RAM
112 : ROM
112a : 제어 프로그램
113 : CPU

Claims (10)

  1. 고로(blast furnace) 내의 상태를 계산 가능한 물리 모델에 의해 예측한 용선(hot metal) 온도가, 미리 설정된 목표 범위에 들어가도록, 미분탄비(pulverized coal ratio)의 목표값을 산출하는 제1 제어 루프(loop)와,
    상기 미분탄비의 목표값과 현재의 미분탄비의 실적값과의 편차를 보상하기 위한, 미분탄 유량의 조작량을 산출하는 제2 제어 루프
    를 실행하는 용선 온도의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어 루프는,
    상기 물리 모델을 이용하여, 미리 설정된 복수의 조작 변수 중, 모든 조작 변수의 조작량이 소정 기간 일정한 경우의, 용선 온도의 응답을 나타내는 자유 응답을 산출하는 자유 응답 산출 스텝과,
    상기 물리 모델을 이용하여, 상기 복수의 조작 변수 중, 상기 미분탄비의 조작량을 단위량만큼 스텝 형상으로 변화시킨 경우의, 용선 온도의 응답을 나타내는 스텝 응답을 산출하는 스텝 응답 산출 스텝과,
    상기 자유 응답 및 상기 스텝 응답에 기초하여, 용선 온도를 상기 목표 범위에 들어가게 하기 위한 미분탄비의 조작량을 산출하는 PCR 조작량 산출 스텝과,
    상기 미분탄비의 조작량을, 현재의 미분탄비의 목표값에 가산함으로써, 미분탄비의 목표값을 산출하는 PCR 목표값 산출 스텝
    을 포함하는 용선 온도의 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 제어 루프는,
    상기 제1 제어 루프에 의해 산출되는 상기 미분탄비의 목표값과, 상기 미분탄비의 실적값과, 미리 산출된 조선 속도(hot metal making rate)의 실적값으로부터, 미분탄비의 편차를 산출하는 미분탄비 편차 산출 스텝과,
    상기 미분탄비의 편차와 상기 조선 속도의 실적값으로부터, 상기 미분탄 유량의 조작량을 산출하는 PCI 조작량 산출 스텝
    을 포함하는 용선 온도의 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 PCR 조작량 산출 스텝은, 상기 복수의 조작 변수 중, 모든 조작 변수의 조작량이 소정 기간 일정한 경우의, 상기 소정 기간 경과 후의 용선 온도의 예측값이, 미리 설정된 용선 온도의 상하한값에 포함되도록, 상기 미분탄비의 조작량을 산출하는 용선 온도의 제어 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 조선 속도의 실적값은, 조작량을 계산하는 시점에서 소정 시간 전까지의, 고로에 투입되는 원료, 또는, 상기 고로의 트위어(tuyere)로부터 취입하는 열풍 및 로정(furnace top)으로부터 나오는 가스에 기초하여 산출되는 용선 온도의 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 용선 온도의 제어 방법에 의해 산출된 미분탄 유량의 조작량을 제시함으로써, 고로의 조업을 지원하는 스텝을 포함하는 조업 가이던스 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 용선 온도의 제어 방법에 의해 산출된 미분탄 유량의 조작량에 따라서 고로를 제어하는 스텝을 포함하는 고로의 조업 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 용선 온도의 제어 방법에 의해 산출된 미분탄 유량의 조작량에 따라서 고로를 제어하고, 용선을 제조하는 스텝을 포함하는 용선의 제조 방법.
  9. 고로 내의 상태를 계산 가능한 물리 모델에 의해 예측한 용선 온도가, 미리 설정된 목표 범위에 들어가도록, 미분탄비의 목표값을 산출하는 제1 제어 루프와,
    상기 미분탄비의 목표값과 현재의 미분탄비의 실적값과의 편차를 보상하기 위한, 미분탄 유량의 조작량을 산출하는 제2 제어 루프
    를 실행하는 수단을 구비하는 용선 온도의 제어 장치.
  10. 제9항에 기재된 용선 온도의 제어 장치에 의해 산출된 미분탄 유량의 조작량을 제시함으로써, 고로의 조업을 지원하는 수단을 구비하는 조업 가이던스 장치.
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