WO2022009617A1

WO2022009617A1 - 溶銑温度の制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法、溶銑温度の制御装置および操業ガイダンス装置

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Publication number: WO2022009617A1
Application number: PCT/JP2021/022519
Authority: WO
Inventors: 佳也橋本; 峻平滋野; 稜介益田; 昂希内田
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2022-01-13
Also published as: TWI794865B; EP4155421A4; KR20230011401A; TW202210985A; CN115735011A; US20230251036A1; JPWO2022009617A1; JP7107444B2; BR112023000085A2; EP4155421A1

Abstract

溶銑温度の制御方法は、高炉内の状態を計算可能な物理モデルによって予測した溶銑温度が、予め設定された目標範囲に収まるように、微粉炭比の目標値を算出する第一の制御ループと、微粉炭比の目標値と現在の微粉炭比の実績値との偏差を補償するための、微粉炭流量の操作量を算出する第二の制御ループと、を実行する。

Description

溶銑温度の制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法、溶銑温度の制御装置および操業ガイダンス装置

　本発明は、溶銑温度の制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法、溶銑温度の制御装置および操業ガイダンス装置に関する。

　製鉄業における高炉プロセスにおいて、溶銑温度は重要な管理指標である。この溶銑温度は、主に溶銑１トン当りの微粉炭流量を示す微粉炭比（Pulverized　Coal　Ratio：ＰＣＲ）を操作することにより制御される。近年の高炉操業は、原燃料コストの合理化を追及すべく、低コークス比および高微粉炭比の条件下で行われており、炉況が不安定化しやすい。そのため、溶銑温度ばらつきの低減のニーズが大きい。

　また、高炉プロセスは、固体が充填された状態で操業を行うため、プロセス全体の熱容量が大きく、操作（操業アクション）に対する応答の時定数が長いという特徴を有している。更に、高炉の上部（炉頂部）から装入された原料が高炉の下部（炉下部）に降下するまでには数時間オーダーの無駄時間が存在する。そのため、溶銑温度を制御するためには、将来の炉熱予測に基づいた操作変数の操作量の適正化が必須となる。

　このような背景から、特許文献１では、物理モデルを利用した炉熱予測方法が提案されている。特許文献１に記載された炉熱予測方法では、現在の炉頂ガスの組成に合致するように、物理モデルに含まれるガス還元速度パラメータを調整し、パラメータ調整後の物理モデルを用いて炉熱を予測している。

特開平１１－３３５７１０号公報

　しかしながら、従来の溶銑温度の制御方法では、通気性の変動に起因して原料降下速度（荷下り）の変化が生じた場合に制御性能が低下する課題がある。オペレータによる直接的な操作変数は、羽口から吹き込まれる微粉炭流量［ｋｇ／ｍｉｎ］である。しかし、この微粉炭流量が一定であっても、溶銑の生産速度（以下、「造銑速度」という）「ｔ／ｍｉｎ」が変化すると、微粉炭流量と造銑速度との比によって算出される微粉炭比（ＰＣＲ）が変動し、溶銑温度に変動が生じてしまう。

　造銑速度は、炉内に供給される酸素流量に概ね比例するが、この酸素流量が一定であっても、炉内の通気性が悪化した場合は一時的に原料の嵩密度が低下し、荷下りが緩やかとなる。このような場合において、従来の物理モデルを利用した溶銑温度の制御方法では、制御精度が低下することが課題であった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通気性の変動に起因した荷下りの変動の影響を受けづらい溶銑温度の制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法、溶銑温度の制御装置および操業ガイダンス装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶銑温度の制御方法は、高炉内の状態を計算可能な物理モデルによって予測した溶銑温度が、予め設定された目標範囲に収まるように、微粉炭比の目標値を算出する第一の制御ループと、前記微粉炭比の目標値と現在の微粉炭比の実績値との偏差を補償するための、微粉炭流量の操作量を算出する第二の制御ループと、を実行する。

　また、本発明に係る溶銑温度の制御方法は、前記第一の制御ループが、前記物理モデルを用いて、予め設定された複数の操作変数のうち、全ての操作変数の操作量が所定期間一定である場合の、溶銑温度の応答を示す自由応答を算出する自由応答算出ステップと、前記物理モデルを用いて、前記複数の操作変数のうち、前記微粉炭比の操作量を単位量だけステップ状に変化させた場合の、溶銑温度の応答を示すステップ応答を算出するステップ応答算出ステップと、前記自由応答および前記ステップ応答に基づいて、溶銑温度を前記目標範囲に収めるための微粉炭比の操作量を算出するＰＣＲ操作量算出ステップと、前記微粉炭比の操作量を、現在の微粉炭比の目標値に加算することにより、微粉炭比の目標値を算出するＰＣＲ目標値算出ステップと、を含む。

　また、本発明に係る溶銑温度の制御方法は、前記第二の制御ループが、前記第一の制御ループによって算出される前記微粉炭比の目標値と、前記微粉炭比の実績値と、予め算出された造銑速度の実績値とから、微粉炭比の偏差を算出する微粉炭比偏差算出ステップと、前記微粉炭比の偏差と前記造銑速度の実績値とから、前記微粉炭流量の操作量を算出するＰＣＩ操作量算出ステップと、を含む。

　また、本発明に係る溶銑温度の制御方法は、上記発明において、前記ＰＣＲ操作量算出ステップが、前記複数の操作変数のうち、全ての操作変数の操作量が所定期間一定である場合の、前記所定期間経過後の溶銑温度の予測値が、予め設定された溶銑温度の上下限値に含まれるように、前記微粉炭比の操作量を算出する。

　また、本発明に係る溶銑温度の制御方法は、上記発明において、前記造銑速度の実績値が、操作量を計算する時点から所定時間前までの、高炉に投入される原料、または、前記高炉の羽口から吹き込む熱風および炉頂から出るガスに基づいて算出される。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る操業ガイダンス方法は、上記の溶銑温度の制御方法によって算出された微粉炭流量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。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る高炉の操業方法は、上記のいずれか一項に記載の溶銑温度の制御方法によって算出された微粉炭流量の操作量に従って高炉を制御するステップを含む。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶銑の製造方法は、上記の溶銑温度の制御方法によって算出された微粉炭流量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。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶銑温度の制御装置は、高炉内の状態を計算可能な物理モデルによって予測した溶銑温度が、予め設定された目標範囲に収まるように、微粉炭比の目標値を算出する第一の制御ループと、前記微粉炭比の目標値と現在の微粉炭比の実績値との偏差を補償するための、微粉炭流量の操作量を算出する第二の制御ループと、を実行する手段を備える。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る操業ガイダンス装置は、上記の溶銑温度の制御装置によって算出された微粉炭流量の操作量を提示することにより、高炉の操業を支援する手段を備える。

　本発明に係る溶銑温度の制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法、溶銑温度の制御装置および操業ガイダンス装置によれば、通気性の変動に起因した荷下りの変動の影響を受けることなく、溶銑温度を制御することができる。従って、高炉の高効率かつ安定的な操業を実現することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御方法で用いる物理モデルの入力変数および出力変数の一例を示す図である。図３は、本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御方法における制御ループの構造を示す図である。図４は、本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御方法において、物理モデルによる溶銑温度の予測結果を示す図である。図５は、本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御方法において、微粉炭比の変化に対する溶銑温度のステップ応答を示す図である。図６は、本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御方法を高炉の実操業に適用した結果を示す図である。具体的には、溶銑温度の目標値に対する実績値の偏差、本制御およびオペレータによる微粉炭比の操作量、微粉炭比の目標値および実績値の推移、本制御およびオペレータによる微粉炭流量の操作量、を示す図である。

　本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法、溶銑温度の制御装置および操業ガイダンス装置について、図面を参照しながら説明する。

〔溶銑温度の制御装置の構成〕
　まず、本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御装置（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。

　情報処理装置１０１は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の装置によって構成され、ＲＡＭ１１１、ＲＯＭ１１２およびＣＰＵ１１３を備えている。ＲＡＭ１１１は、ＣＰＵ１１３が実行する処理に関する処理プログラムや処理データを一時的に記憶し、ＣＰＵ１１３のワーキングエリアとして機能する。

　ＲＯＭ１１２は、本発明の実施形態に係る溶銑温度の制御方法を実行する制御プログラム１１２ａと、情報処理装置１０１全体の動作を制御する処理プログラムや処理データを記憶している。

　ＣＰＵ１１３は、ＲＯＭ１１２内に記憶されている制御プログラム１１２ａおよび処理プログラムに従って情報処理装置１０１全体の動作を制御する。このＣＰＵ１１３は、後記する溶銑温度の制御方法において、自由応答算出ステップを行う自由応答算出手段、ステップ応答算出ステップを行うステップ応答算出手段およびＰＣＲ操作量算出ステップを行うＰＣＲ操作量算出手段として機能する。また、ＣＰＵ１１３は、ＰＣＲ目標値算出ステップを行うＰＣＲ目標値算出手段、微粉炭比偏差算出ステップを行う微粉炭比偏差算出手段、ＰＣＩ操作量算出ステップを行うＰＣＩ操作量算出手段およびＰＣＩ設定値算出ステップを行うＰＣＩ設定値算出手段として機能する。

　入力装置１０２は、キーボード、マウスポインタ、テンキー等の装置によって構成され、情報処理装置１０１に対して各種情報を入力する際に操作される。出力装置１０３は、表示装置や印刷装置等によって構成され、情報処理装置１０１の各種処理情報を出力する。

〔物理モデルの構成〕
　次に、本発明の実施形態に係る溶銑温度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）記載の方法と同様に、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）。

　図２に示すように、この非定常モデルに対して与える境界条件の中で時間変化する主なもの（入力変数，高炉の操作変数（操業因子ともいう））は、以下の通りである。
（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）［Ｎｍ^３／ｍｉｎ］：高炉に送風される空気の流量
（３）富化酸素流量（ＢＶＯ）［Ｎｍ^３／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／Ｎｍ^３］：高炉に送風される空気の湿度

　また、非定常モデルによって形成される主な出力変数は、以下の通りである。
（１）炉内におけるガス利用率（ηＣＯ）：ＣＯ_２／（ＣＯ＋ＣＯ_２）
（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

　本発明では、出力変数を計算する際のタイムステップ（時間間隔）は３０分とした。但し、タイムステップは目的に応じて可変であり、本実施形態の値に限定されることはない。この非定常モデルを用いることにより、時々刻々変化する溶銑温度および造銑速度を含む出力変数を計算する。

〔制御ループ〕
　次に、本実施形態に係る溶銑温度の制御方法で実行する制御ループについて説明する。本実施形態に係る溶銑温度の制御方法では、図３に示すように、第一の制御ループ（ＨＭＴ制御ループ）と、第二の制御ループ（ＰＣＲ制御ループ）とからなる二重構造の制御ループを実行する。第一の制御ループでは、高炉内の状態を計算可能な非定常モデルによって予測した溶銑温度が、予め設定された目標範囲（目標ＨＭＴ）に収まるように、微粉炭比の目標値（目標ＰＣＲ）を算出する。また、第二の制御ループでは、微粉炭比の目標値（目標ＰＣＲ）と現在の微粉炭比の実績値（実績ＰＣＲ）との偏差を補償するための、微粉炭流量の操作量を算出する。

〔溶銑温度の制御方法〕
　次に、上記の非定常モデルを用いた本実施形態に係る溶銑温度の制御方法について説明する。本実施形態に係る溶銑温度の制御方法は、自由応答算出ステップ、ステップ応答算出ステップ、ＰＣＲ操作量算出ステップ、ＰＣＲ目標値算出ステップ、微粉炭比偏差算出ステップ、ＰＣＩ操作量算出ステップおよびＰＣＩ設定値算出ステップをこの順で行う。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。

　ここで、上記式（１）、（２）において、ｘ（ｔ）は非定常モデル内で計算される状態変数（コークスや鉄の温度、鉄鉱石の酸化度、原料の降下速度等）、ｙ（ｔ）は制御変数である溶銑温度（Hot　Metal　Temperature：ＨＭＴ）である。また、Ｃは非定常モデル内で計算される状態変数の中から制御変数を抽出するための行列または関数である。

　また、上記式（１）におけるｕ（ｔ）は、非定常モデルの入力変数である、送風流量、富化酸素流量、微粉炭流量、送風湿分、送風温度およびコークス比である。このｕ（ｔ）は、「ｕ（ｔ）＝（ＢＶ（ｔ），ＢＶＯ（ｔ），ＰＣＩ（ｔ），ＢＭ（ｔ），ＢＴ（ｔ），ＣＲ（ｔ））」で表すことができる。

（自由応答算出ステップ）
　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ＨＭＴの予測計算を行う。すなわち本ステップでは、上記の非定常モデルを用いて、予め設定された複数の操作変数（入力変数）のうち、全ての操作変数の操作量が所定期間一定である場合の、溶銑温度ＨＭＴ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ＨＭＴを算出する。また、非定常モデルによる現時点の溶銑温度の推定値と、現時点の実際の溶銑温度との間に推定誤差が生じている場合は、必要に応じて、以下のような処理を行ってもよい。すなわち、非定常モデルによる計算値に推定誤差を加算することにより、実績値とのバイアス誤差を解消する補正を実施してもよい。

　このようにして求めた制御変数（ここでは溶銑温度）の応答ｙ_０のことを、本実施形態では「自由応答」と称する。図４に、操作変数（入力変数）の一部（コークス比ＣＲ、微粉炭流量ＰＣＩ、送風湿分ＢＭ）および溶銑温度ＨＭＴの予測結果の一例を示す。なお、過去の区間における溶銑温度ＨＭＴの計算値は、過去の実際の操作変数を用いて計算されている。

（ステップ応答算出ステップ）
　本ステップでは、上記の非定常モデルを用いて、複数の操作変数（入力変数）のうち、微粉炭比の操作量を単位量だけステップ状に変化させた場合の、溶銑温度ＨＭＴの応答を示すステップ応答を算出する。

　ここで、自由応答算出ステップで求めた溶銑温度ＨＭＴの自由応答Ｙ_０を、図５（ｂ）の実線で示す。本ステップでは、図５（ａ）の破線で示すように、他の操作変数を保持したまま、時刻０において微粉炭比ＰＣＲを１０ｋｇ／ｔだけ増加させた際の、溶銑温度ＨＭＴの応答を、下記式（５）、（６）により算出する。

　微粉炭流量ＰＣＩの増加量は、微粉炭比ＰＣＲの増加分に現在の造銑速度を乗じることにより求める。また、上記式（５）では、微粉炭流量ＰＣＩを増加させる操作をΔｕ_１と置いている。本ステップで求めた溶銑温度ＨＭＴの応答ｙ_１を、図５（ｂ）の破線で示す。

　続いて、上記のように求めた溶銑温度ＨＭＴの応答ｙ_１（図５（ｂ）の破線参照）と溶銑温度ＨＭＴの自由応答ｙ_０（同図の実線参照）との差分を取ることにより、微粉炭比ＰＣＲの変化に対する溶銑温度ＨＭＴのステップ応答を算出する。ここで、単位量に対するステップ応答とするため、出力を１０で割っている。

（ＰＣＲ操作量算出ステップ）
　続いて、将来の溶銑温度ＨＭＴが目標範囲（目標ＨＭＴ）に収まるように微粉炭比ＰＣＲの操作幅を決定する。すなわち本ステップでは、自由応答算出ステップで求めた自由応答およびステップ応答算出ステップで求めたステップ応答に基づいて、溶銑温度ＨＭＴを目標範囲に収めるための微粉炭比の操作量ΔＰＣＲを算出する。

　本ステップでは、過剰な操業アクションを避けつつ溶銑温度ＨＭＴを目標範囲に収めるために、下記式（７）に示すように、微粉炭比の操作量ΔＰＣＲを算出する。すなわち、複数の操作変数（入力変数）のうち、全ての操作変数の操作量が所定期間一定である場合の、所定期間経過後の溶銑温度ＨＭＴの予測値が、予め設定された溶銑温度ＨＭＴの上下限値に含まれるように、微粉炭比の操作量ΔＰＣＲを算出する。なお、鉄鉱石が炉に投入されてから炉外に排出されるまでの所要時間は８時間程度であることから、下記式（７）における溶銑温度ＨＭＴの予測区間は１０時間と設定した。また、制御ロジックの単純化のため制御区間は１ステップとした。

　上記式（７）において、Ｔ^１０ _ｐｒｅは、１０時間後の溶銑温度ＨＭＴの予測値、Ｔ_Ｕは、溶銑温度ＨＭＴの上限値、Ｔ_Ｌは、溶銑温度ＨＭＴの下限値、Ｓ^１０ _ＰＣＲは、微粉炭比ＰＣＲの変化に対する溶銑温度ＨＭＴのステップ応答の１０時間後の値、である。このような制御則とすることにより、Ｔ^１０ _ｐｒｅが目標範囲内に収まっている間は、微粉炭比の操作量ΔＰＣＲがゼロとなるため、操作量変更に伴うオペレータの作業負荷を低減することが可能となる。

（ＰＣＲ目標値算出ステップ）
　続いて、下記式（８）に示すように、ＰＣＲ操作量算出ステップで求めた微粉炭比の操作量ΔＰＣＲを、オペレータが管理している現在の微粉炭比の目標値ＰＣＲ^０ _ｒｅｆに加算することにより、微粉炭比の目標値ＰＣＲ_ｒｅｆを算出する。以上で説明した内容が、図３の第一の制御ループ（ＨＭＴ制御ループ）に相当する。

（微粉炭比偏差算出ステップ）
　本ステップでは、ＰＣＲ目標値算出ステップで求めた微粉炭比の目標値ＰＣＲ_ｒｅｆと、現在の微粉炭比の実績値との偏差（微粉炭比の偏差）を算出する。

　ここで、現在の微粉炭比の実績値（実績ＰＣＲ）を算出するためには、微粉炭流量の実績値と造銑速度の実績値との比を求める必要がある。造銑速度の求め方としては、例えば酸素収支によって求める方法や、高炉に投入される原料層（チャージ）に含まれる酸化鉄の銑鉄換算量によって求める方法等がある。例えば酸素収支から造銑速度を求める場合、高炉の羽口から吹き込む熱風に含まれる酸素の量と、炉頂から出るガスに含まれる酸素の量との差分を求めることにより、造銑速度を求めることができる。

　本実施形態では、高炉に投入される原料層（チャージ）に含まれる酸化鉄の銑鉄換算量に基づいて、至近８チャージでの原料投入の頻度から現在の微粉炭比の実績値を求めた。すなわち、現在装入中のチャージ番号をＮ、炉内に存在する原料層の数をＡ、ｉ番目のチャージの装入開始時刻をＴｉｍｅ［ｉ］、銑鉄換算量をＰｉｇ［ｉ］とすると、現在の造銑速度Ｐｒｏｄ（ｔ）は、下記式（９）によって算出することができる。

　ここで、上記式（９）の銑鉄換算量Ｐｉｇは、より具体的には、高炉に投入される原料の重量に対して、銑鉄になる部分を換算した重量のことを示している。また、上記式（９）において、原料層の数をＡ層だけ過去に遡っているのは、羽口高さにおける原料層に含まれる銑鉄量によって造銑速度を求めるためである。上記式（９）に示すように、高炉に投入した銑鉄量を、至近８チャージ分の原料の装入に要した時間で割ることにより、当該時間内に投入した銑鉄量、すなわち造銑速度を求めることができる。造銑速度は、短期間の実績値に基づいて計算すると変動が大きいため、１～３時間程度の範囲の期間で平滑化することが望ましい。ここでは、８チャージの平均としているが、通常操業において２時間程度の時間に相当する。

　続いて、微粉炭比の目標値ＰＣＲ_ｒｅｆと、現在の微粉炭比の実績値との偏差δＰＣＲを、下記式（１０）により算出する。

（ＰＣＩ操作量算出ステップ）
　本ステップでは、微粉炭比の偏差δＰＣＲが生じている場合に、当該偏差δＰＣＲを補償するための微粉炭流量の操作量ΔＰＣＩを、下記式（１１）により算出する。

（ＰＣＩ設定値算出ステップ）
　本ステップでは、ＰＣＩ操作量算出ステップで求めた微粉炭流量の操作量ΔＰＣＩを、現在の微粉炭流量の設定値に加算することにより、微粉炭流量の設定値（設定ＰＣＩ）を算出する。以上で説明した内容が、図３の第二の制御ループ（ＰＣＲ制御ループ）に相当する。以上の処理により、溶銑温度ＨＭＴを制御するための適切な微粉炭流量ＰＣＩの操作が可能となる。また、通気性の変動に起因して荷下りの変動が生じた場合であっても、上記式（９）～（１１）からなるＰＣＲ制御ループによって微粉炭比ＰＣＲの変動を抑制することが可能となるため、溶銑温度ＨＭＴのばらつきを低減することが可能となる。

〔実施例〕
　図６は、本実施形態に係る溶銑温度の制御方法を高炉の実操業に適用した結果を示す実施例である。図６（ａ）は、溶銑温度の目標値に対する実績値の偏差を示している。同図において、実線は溶銑温度の実績値（実績ＨＭＴ）を、破線は溶銑温度の目標値（目標ＨＭＴ）を、示している。また、図６（ｂ）は、本制御による微粉炭比の操作量ΔＰＣＲと、オペレータが操作した実績の微粉炭比の操作量との比較結果を示している。同図において、三角印は本制御による操作を、丸印はオペレータによる操作を、示している。

　また、図６（ｃ）は、微粉炭比の目標値および実績値の推移の比較結果を示している。同図において、破線は微粉炭比の実績値（実績ＰＣＲ）を、実線は微粉炭比の目標値（目標ＰＣＲ）を、示している。また、同図の縦軸は、微粉炭比の典型値からの偏差を示している。この「微粉炭比の典型値」としては、高炉の正常操業時における微粉炭比の平均値等を用いることができる。

　また、図６（ｄ）は、本制御による微粉炭流量の操作量ΔＰＣＩと、従来と同様にオペレータが操作した実績の微粉炭流量の操作量との比較結果を示している。同図において、三角印は本制御による操作を、丸印はオペレータによる操作を、示している。なお、図６（ｂ）および図６（ｄ）の「本制御」についても、完全な自動制御ではなく、オペレータにガイダンスを行う形式で試験を行った結果である。

　図６（ａ）に示すように、オペレータは概ねガイダンス通りに操作を行い、溶銑温度を目標値近傍に保つことができている。例えば図６（ｂ）のＡ部および図６（ｄ）のＢ部に示すように、１１時～１２時の間は、微粉炭比とともに微粉炭流量の下げアクションが出力されている。そして、オペレータが本制御による操作を実施した結果、溶銑温度は目標値近傍に保たれている。

　また、図６（ｂ）のＣ部および図６（ｄ）のＤ部に示すように、１８時～２０時の間は、微粉炭比の操作量ΔＰＣＲがゼロであっても、微粉炭流量の操作量ΔＰＣＩの操作が出力されている。その結果、図６（ｃ）のＥ部に示すように、微粉炭比ＰＣＲが目標値近傍に保たれ、図６（ａ）のＦ部に示すように、溶銑温度の変動が抑えられている。以上により、本実施形態に係る溶銑温度の制御方法の実操業における有用性が示された。

〔操業ガイダンス方法〕
　本実施形態に係る溶銑温度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、前記した溶銑温度の制御方法における自由応答算出ステップ、ステップ応答算出ステップ、ＰＣＲ操作量算出ステップ、ＰＣＲ目標値算出ステップ、微粉炭比偏差算出ステップおよびＰＣＩ操作量算出ステップに加えて、以下のステップを行う。すなわち、ＰＣＩ操作量算出ステップで算出された微粉炭流量の操作量ΔＰＣＩ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ステップを行う。

〔高炉の操業方法〕
　本実施形態に係る溶銑温度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、前記した溶銑温度の制御方法における自由応答算出ステップ、ステップ応答算出ステップ、ＰＣＲ操作量算出ステップ、ＰＣＲ目標値算出ステップ、微粉炭比偏差算出ステップおよびＰＣＩ操作量算出ステップに加えて、以下のステップを行う。すなわち、ＰＣＩ操作量算出ステップで算出された微粉炭流量の操作量ΔＰＣＩに従って高炉を制御するステップを行う。

〔溶銑の製造方法〕
　本実施形態に係る溶銑温度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、前記した溶銑温度の制御方法における自由応答算出ステップ、ステップ応答算出ステップ、ＰＣＲ操作量算出ステップ、ＰＣＲ目標値算出ステップ、微粉炭比偏差算出ステップおよびＰＣＩ操作量算出ステップに加えて、以下のステップを行う。すなわち、ＰＣＩ操作量算出ステップで算出された微粉炭流量の操作量ΔＰＣＩに従って高炉を制御し、溶銑を製造するステップを行う。

　以上説明したような本実施形態に係る溶銑温度の制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法、溶銑温度の制御装置および操業ガイダンス装置によれば、通気性の変動に起因した荷下りの変動の影響を受けることなく、溶銑温度を制御することができる。従って、高炉の高効率かつ安定的な操業を実現することができる。

　また、従来の溶銑温度の制御方法では、例えば微粉炭比のガイダンスを行い、そのガイダンスに従ってオペレータが微粉炭流量を操作するに留まっていた。一方、本実施形態に係る溶銑温度の制御方法では、ＨＭＴ制御ループＰＣＲ制御ループとからなる二重構造の制御ループ（図３参照）によって、微粉炭流量の操作量を算出することができるため、溶銑温度の自動制御を実現することができる。

　以上、本発明に係る溶銑温度の制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法、溶銑温度の制御装置および操業ガイダンス装置について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

　１００　制御装置
　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

　高炉内の状態を計算可能な物理モデルによって予測した溶銑温度が、予め設定された目標範囲に収まるように、微粉炭比の目標値を算出する第一の制御ループと、
　前記微粉炭比の目標値と現在の微粉炭比の実績値との偏差を補償するための、微粉炭流量の操作量を算出する第二の制御ループと、
　を実行する溶銑温度の制御方法。
　前記第一の制御ループは、
　前記物理モデルを用いて、予め設定された複数の操作変数のうち、全ての操作変数の操作量が所定期間一定である場合の、溶銑温度の応答を示す自由応答を算出する自由応答算出ステップと、
　前記物理モデルを用いて、前記複数の操作変数のうち、前記微粉炭比の操作量を単位量だけステップ状に変化させた場合の、溶銑温度の応答を示すステップ応答を算出するステップ応答算出ステップと、
　前記自由応答および前記ステップ応答に基づいて、溶銑温度を前記目標範囲に収めるための微粉炭比の操作量を算出するＰＣＲ操作量算出ステップと、
　前記微粉炭比の操作量を、現在の微粉炭比の目標値に加算することにより、微粉炭比の目標値を算出するＰＣＲ目標値算出ステップと、
　を含む請求項１に記載の溶銑温度の制御方法。
　前記第二の制御ループは、
　前記第一の制御ループによって算出される前記微粉炭比の目標値と、前記微粉炭比の実績値と、予め算出された造銑速度の実績値とから、微粉炭比の偏差を算出する微粉炭比偏差算出ステップと、
　前記微粉炭比の偏差と前記造銑速度の実績値とから、前記微粉炭流量の操作量を算出するＰＣＩ操作量算出ステップと、
　を含む請求項１または請求項２に記載の溶銑温度の制御方法。
　前記ＰＣＲ操作量算出ステップは、前記複数の操作変数のうち、全ての操作変数の操作量が所定期間一定である場合の、前記所定期間経過後の溶銑温度の予測値が、予め設定された溶銑温度の上下限値に含まれるように、前記微粉炭比の操作量を算出する請求項２に記載の溶銑温度の制御方法。
　前記造銑速度の実績値は、操作量を計算する時点から所定時間前までの、高炉に投入される原料、または、前記高炉の羽口から吹き込む熱風および炉頂から出るガスに基づいて算出される請求項３に記載の溶銑温度の制御方法。
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の溶銑温度の制御方法によって算出された微粉炭流量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操業ガイダンス方法。
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の溶銑温度の制御方法によって算出された微粉炭流量の操作量に従って高炉を制御するステップを含む高炉の操業方法。
　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の溶銑温度の制御方法によって算出された微粉炭流量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溶銑の製造方法。
　高炉内の状態を計算可能な物理モデルによって予測した溶銑温度が、予め設定された目標範囲に収まるように、微粉炭比の目標値を算出する第一の制御ループと、
　前記微粉炭比の目標値と現在の微粉炭比の実績値との偏差を補償するための、微粉炭流量の操作量を算出する第二の制御ループと、
　を実行する手段を備える溶銑温度の制御装置。
　請求項９に記載の溶銑温度の制御装置によって算出された微粉炭流量の操作量を提示することにより、高炉の操業を支援する手段を備える操業ガイダンス装置。