WO2023276353A1 - 供給熱量推定方法、供給熱量推定装置、供給熱量推定プログラム、及び高炉の操業方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a supplied heat amount estimation method for estimating the amount of heat supplied to pig iron in a blast furnace, a supplied heat amount estimation device, a supplied heat amount estimation program, and a blast furnace operating method.
- Patent Document 1 the current furnace heat index deviation from the furnace heat index reference level corresponding to the target hot metal temperature, and the current furnace top unloading speed reference level corresponding to the target hot metal temperature To sequentially estimate the molten iron temperature after a specific time from the unloading speed variation amount and the influence time of both variations on the molten iron temperature, and based on the estimation result, perform furnace heat control operation so as to reduce the molten iron temperature fluctuation.
- a furnace heat control method for a blast furnace characterized by In addition, in Patent Document 2, actual values of blast condition data including at least one of blast temperature, blast humidity, blast volume, pulverized coal injection volume, and oxygen enrichment volume, and at least solution loss carbon
- a blast furnace hot metal temperature prediction method for predicting future hot metal temperature based on operation data including actual values of disturbance factor data including quantity and actual values of hot metal temperature, the data accumulation step of accumulating operation data and a steady-state prediction model construction process for constructing a steady-state prediction model that predicts the molten iron temperature in a steady state from the operation data in a steady state accumulated in the data accumulation process, and a low-dimensional steady-state prediction model.
- a non-steady state prediction model construction step for constructing a non-steady state prediction model for predicting the hot metal temperature during the non-steady state from the operation data during the non-steady state accumulated in the data accumulation step; and a hot metal temperature prediction step of predicting the hot metal temperature from the state prediction model and the unsteady state prediction model.
- the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to enable accurate estimation of the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace even when the operating rate changes significantly, especially when a blow-through occurs.
- An object of the present invention is to provide a heat supply estimation method, a heat supply estimation device, and a heat supply estimation program.
- Another object of the present invention is to keep the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace at a proper level and control the temperature of the molten pig iron within a predetermined range with high accuracy even when the operating rate changes significantly, especially when blow-by occurs. It is to provide a method for operating a blast furnace that is efficient.
- a supplied heat amount estimation method is a supplied heat amount estimation method for estimating the amount of heat supplied to pig iron in a blast furnace from the amount of heat supplied to the blast furnace and the production rate of hot metal in the blast furnace. Estimate the change in the sensible heat brought out by the gas and the change in the sensible heat brought in by the raw material preheated by the gas passing through the furnace, and consider the estimated change in the sensible heat taken out and the sensible heat brought in.
- an estimation step of estimating the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace wherein the estimation step estimates changes in the sensible heat taken out and the sensible heat brought in considering the amount of heat released to the outside of the blast furnace by the blowhole estimating the amount of heat retained in the core coke present in the blast furnace, and estimating the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace in consideration of the estimated amount of heat retained in the core coke; including.
- the specific heat of the top gas is multiplied by the difference between the top gas temperature and the reference temperature of the top gas temperature to calculate a multiplied value, and the multiplied value is divided by the ironmaking speed. to the sensible heat taken out, thereby estimating the sensible heat taken out taking into account the amount of heat released to the outside of the blast furnace by the atrium.
- the raw material temperature is obtained as a function of the difference between the furnace top gas temperature and the reference temperature of the furnace top gas temperature, so that the brought-in sensible heat is may include the step of estimating .
- a supplied heat amount estimating apparatus is a supplied heat amount estimating apparatus for estimating the amount of heat supplied to pig iron in a blast furnace from the amount of heat supplied to the blast furnace and the production rate of hot metal in the blast furnace. Estimate the change in the sensible heat brought out by the gas and the change in the sensible heat brought in by the raw material preheated by the gas passing through the furnace, and consider the estimated change in the sensible heat taken out and the sensible heat brought in.
- a supplied heat amount estimation program is a supplied heat amount estimation program that causes a computer to execute processing for estimating the amount of heat supplied to pig iron in a blast furnace from the amount of heat supplied to the blast furnace and the rate of production of hot metal in the blast furnace.
- the computer estimates a change in the sensible heat brought out by the gas passing through the furnace and a change in the sensible heat brought in by the raw material preheated by the gas passing through the furnace, and the estimated sensible heat taken out and
- An estimation process is executed for estimating the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace in consideration of the change in the sensible heat brought in, and the estimation process includes the heat amount released to the outside of the blast furnace through the atrium.
- Estimate the change in heat and the sensible heat brought in estimate the amount of heat retained in the core coke present in the blast furnace, and supply the pig iron in the blast furnace in consideration of the estimated amount of heat retained in the core coke. Includes processing to estimate the amount of heat generated.
- the method for operating a blast furnace according to the present invention includes a step of controlling the amount of heat supplied to the blast furnace based on the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace estimated by the method for estimating the amount of heat supplied according to the present invention.
- the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace can be accurately estimated even when the operation rate changes significantly, especially when a blow-through occurs. can be well estimated. Further, according to the blast furnace operating method according to the present invention, the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace is appropriately maintained even when the rate of operation changes significantly, especially when blow-by occurs, and the molten iron temperature is kept within a predetermined range. It can be controlled with high precision.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a furnace heat control system that is an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a flow chart showing the flow of furnace heat control processing, which is an embodiment of the present invention.
- FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the conventional index, the furnace heat index of the present invention, and the temperature difference from the standard hot metal temperature.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a furnace heat control system that is an embodiment of the present invention.
- a furnace heat control apparatus 1 which is an embodiment of the present invention, is configured by an information processing apparatus such as a computer.
- the furnace heat control device 1 functions as a supplied heat amount estimation device according to the present invention.
- the furnace heat control apparatus 1 having such a configuration performs the following furnace heat control process, thereby preventing the pig iron in the blast furnace 2 from changing significantly even when the operating rate of the blast furnace 2 changes significantly, especially when a blow-through occurs.
- the amount of heat supplied to the blast furnace 2 is accurately estimated, and the estimated result is used to appropriately maintain the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace 2 and accurately control the temperature of the hot metal within a predetermined range.
- the flow of the furnace heat control process which is one embodiment of the present invention, will be described below with reference to FIG.
- the operation of the furnace heat control apparatus 1 described below is performed by an arithmetic processing unit such as a CPU in the information processing apparatus constituting the furnace heat control apparatus 1, which stores a program 1a from a storage unit such as a ROM to a temporary storage unit such as a RAM. and executing the loaded program 1a.
- the program 1a may be configured to be recorded in a computer-readable recording medium such as a CD-ROM, a flexible disk, a CD-R, and a DVD as a file in an installable format or an executable format and provided. .
- the program 1a is provided by being stored on a computer connected to a network such as an electric communication line such as the Internet, a telephone communication network such as a mobile phone, or a wireless communication network such as WiFi (registered trademark), and downloaded via the network. It may be configured to
- FIG. 2 is a flow chart showing the flow of furnace heat control processing, which is an embodiment of the present invention.
- the flowchart shown in FIG. 2 starts at the timing when an execution command for the furnace heat control process is input to the furnace heat control device 1, and the furnace heat control process is based on the conventional reaction heat balance (reaction heat balance) in the blast furnace.
- reaction heat balance reaction heat balance
- steps S2, S3, and S4 are additionally performed, and these are integrated to proceed to the processing of step S5 for estimating the amount of heat to be supplied.
- step S1 for estimating the amount of heat supplied to the blast furnace based on the reaction heat balance (heat generated by reaction, endothermic reaction), sensible heat from blown air, and heat loss (amount of heat removed from the furnace body, etc.) in the blast furnace has been conventionally performed.
- the amount of heat supplied at this time is assumed to be Q0 .
- a preferred example of the processing of step S1 will be described later.
- the furnace heat control device 1 estimates the sensible heat Q7 brought out to the upper part of the blast furnace 2 by the gas passing from the lower part to the upper part of the blast furnace 2 (furnace passing gas).
- gas take-out sensible heat Q 7 (MJ/tp: amount of heat per ton of pig iron; hereinafter, tp indicates pig iron tonnage) is 1) Calculate the first multiplication value by multiplying the temperature difference between the estimated temperature (theoretical combustion temperature) of the gas burned in front of the tuyere and the reference temperature representing the temperature of the lower upper end of the blast furnace by the specific heat of the gas, and (2) Calculate the second multiplication value by multiplying the specific heat of the top gas by the difference between the top gas temperature (furnace upper exhaust gas temperature) and the reference temperature of the top gas temperature, and (3) the first multiplication value and the second It can be calculated by dividing the value obtained by adding the multiplication value by the ironmaking speed, and is represented by the following formula (1).
- the gas carry-out sensible heat Q 7 can be obtained by taking into account the amount of heat released outside the furnace without heat exchange with the raw material due to the blow-through. can be evaluated with high accuracy. Thereby, the process of step S2 is completed, and it progresses to the process of step S5.
- C bosh,i is the specific heat (MJ/m 3 /° C.) of gas species i (nitrogen, carbon monoxide, hydrogen) in the furnace passing gas (bosh gas)
- C top,i is the furnace top gas is the specific heat (MJ/m 3 /°C) of gas species i (nitrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, water vapor)
- V bosh,i is the flow rate (m 3 (s .tp)/min) (m 3 (stp): Volume at 0°C, 1 atm (atmospheric pressure))
- V top,i is the flow rate of gas species i in the top gas (m 3 (s.t.p)/min)
- TFT is the theoretical combustion temperature (° C.)
- T base is the reference temperature (° C.) (800-1200° C., preferably 900-1000° C.)
- T top is the furnace top gas temperature ( °C)
- Ttop ,base is the reference temperature (
- the furnace heat control device 1 estimates the sensible heat Q8 brought into the lower part of the blast furnace 2 by the raw material supplied from the upper part to the lower part of the blast furnace 2 (raw material sensible heat brought in).
- the raw material temperature T1 is a function of the difference between the furnace top gas temperature Ttop and the reference temperature Ttop,base of the furnace top gas temperature, as shown in Equation (3) below.
- step S3 By setting the raw material temperature T1 in this manner, it is possible to consider that the raw material temperature T1 is lowered by the amount of heat released to the outside of the furnace due to the blow - by. It is possible to accurately evaluate the decrease in the amount of heat absorbed. This completes the process of step S3, and proceeds to the process of step S5.
- Cj is the specific heat (MJ/kg/°C) of raw material j (coke, pig iron, slag)
- Rj is the unit consumption of raw material j (kg / tp)
- T1 is the raw material at the lower end of the cohesive zone.
- T base is the reference temperature (° C.)
- ⁇ is the influence factor changed by the blast furnace 2 .
- the furnace heat control device 1 estimates the amount of heat retained in the core coke existing in the lower part of the blast furnace 2 (coke retention heat amount) Q9 .
- the coke retention heat quantity Q 9 (MJ/tp) is the value obtained by subtracting the combustion consumption and the amount of carbon discharged as dust from the coke consumption rate per 1 ton of hot metal, and the reference temperature and theoretical combustion It can be obtained by multiplying the difference from the temperature and the specific heat C coke of coke, and is expressed by the following formula (4).
- C coke is the specific heat of coke (MJ/kg/°C)
- TFT is the theoretical combustion temperature (°C)
- T base is the reference temperature (°C)
- CR is the coke ratio (kg/tp)
- CR burn is Pre-tuyere combustion carbon ratio (amount of oxygen consumed in front of tuyere by blast oxygen and humidity control) (kg/tp)
- PCR is pulverized coal ratio (kg/tp)
- C inPC is in pulverized coal
- C sol is solution loss carbon ratio (kg/t-p)
- Dust is dust ratio (kg/t-p)
- C indust is carbon ratio in dust
- ⁇ and ⁇ are changed by blast furnace 2 Indicates the influence coefficient.
- step S5 the furnace heat control device 1 controls the supply heat amount Q 0 estimated in the process of step S1, the gas carry-out sensible heat Q 7 estimated in the processes of steps S2 to S4, the raw material carry-in sensible heat Q 8 , and the coke retention heat quantity Q9 , the heat quantity supplied to the pig iron in the blast furnace 2 is estimated.
- the furnace heat control device 1 calculates the supplied heat quantity Q 0 estimated in step S1, the gas carry-out sensible heat Q 7 estimated in the processing of steps S2 to S4, and the raw material
- a furnace heat index T Q (MJ/tp) corresponding to the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace 2 is calculated by substituting the brought-in sensible heat Q 8 and the coke retention heat amount Q 9 .
- Q0 represents the amount of heat supplied into the blast furnace due to the reaction heat balance (heat generated by reaction, endothermic reaction), sensible heat of blown air, and heat loss (amount of heat removed from the furnace body, etc.) in the blast furnace. Therefore, it is possible to apply an estimation method that has been adopted in many cases in the conventional estimation of the amount of heat supplied.
- Q 1 indicates the combustion heat of tuyere tip coke (MJ/tp).
- Combustion heat Q1 can be calculated by dividing the amount of heat generated by coke combustion, which is calculated from the amount of oxygen blown from the tuyere into the blast furnace per unit time, by the amount of molten pig iron produced per unit time.
- Q 2 indicates the sensible heat of the air blown into the blast furnace (MJ/tp) by the air blown from the tuyeres.
- Blast sensible heat Q 2 is the amount of heat put into the blast furnace by the blast per unit time from the measured value of the blast volume and blast temperature per unit time, and this value is the amount of molten pig iron produced in that unit time. can be calculated by dividing
- Q3 indicates the heat of solution loss reaction (MJ/tp).
- the reaction heat can be calculated by obtaining the amount of solution loss carbon from the top gas component value as described in Patent Document 1.
- the solution loss reaction heat Q3 can be calculated by dividing this solution loss reaction heat by the amount of molten pig iron produced per unit time.
- Q 4 indicates the decomposition heat (MJ/tp) of moisture mainly contained in the blown air.
- the heat of decomposition Q4 can be calculated by dividing the heat of decomposition obtained from the measured value of the air humidity by the amount of hot metal produced per unit time.
- the amount of heat removed Q5 indicates the heat loss from the furnace body (for example, the amount of heat removed by cooling water) (MJ/tp).
- the amount of heat removed Q5 is the amount of heat removed per unit time by cooling water from the amount of cooling water and the temperature difference between the inlet and outlet sides of cooling water in the blast furnace body. can be calculated by dividing the calculated amount of heat removal by the amount of molten pig iron produced per unit time.
- Q6 indicates the decomposition heat (MJ/tp) of the reducing material blown from the tuyere per unit time.
- the heat of decomposition Q6 can be calculated by dividing the heat of decomposition by the amount of hot metal produced per unit time.
- step S6 the furnace heat control device 1 controls the amount of heat supplied from the tuyeres into the blast furnace 2 based on the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace 2 estimated in the process of step S5. , the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace 2 is properly maintained, and the molten pig iron temperature is controlled within a predetermined range. As a result, the processing of step S6 is completed, and the series of furnace heat control processing ends.
- the furnace heat control device 1 controls the change in the sensible heat carried out to the upper part of the blast furnace by the gas passing through the furnace and the gas passing through the furnace. Estimate the change in the sensible heat brought into the lower part of the blast furnace by the raw materials preheated by do. In addition, the furnace heat control device 1 estimates the change in the sensible heat carried out and the sensible heat brought in considering the amount of heat released to the outside of the blast furnace by the blow-through, and calculates the amount of heat retained in the core coke existing in the blast furnace. Estimate the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace in consideration of the estimated amount of heat retained in the core coke.
- Fig. 3 shows the conventional furnace heat index (estimated by Q1 to Q6) and the furnace heat index of the present invention (estimated by Q1 to Q9 ) at the timing when blow-through occurred, and the actual hot metal temperature (from the reference hot metal temperature). difference).
- the furnace heat index of the present invention invention example, compared with the conventional furnace heat index (comparative example), the difference between the furnace heat index and the hot metal temperature (difference from the reference hot metal temperature) A certain correlation can be confirmed between them.
- Table 1 summarizes the standard deviation of the difference between the estimated hot metal temperature and the actual hot metal temperature when considering each factor.
- the furnace heat index is estimated using Q 1 to Q 9.
- the estimation accuracy is improved.
- the furnace heat index of the present invention the amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace can be appropriately maintained even when the operating rate changes greatly, especially when blow-by occurs, and the molten pig iron temperature can be kept within a predetermined range. It was confirmed that it can be controlled with high accuracy.
- a supplied heat amount estimation method a supplied heat amount estimation device, and a supplied heat amount that can accurately estimate the amount of heat supplied to pig iron in a blast furnace even when the operation rate changes greatly, especially when a blow-through occurs.
- An estimation program can be provided.
- the blast furnace is capable of maintaining an appropriate amount of heat supplied to the pig iron in the blast furnace and controlling the molten pig iron temperature within a predetermined range with high accuracy even when the operating rate changes significantly, especially when a blow-through occurs. can provide a method of operation.
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Abstract
本発明に係る供給熱量推定方法は、高炉内に供給される熱量及び高炉内での溶銑の製造速度から高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する供給熱量推定方法であって、炉内通過ガスによる持出顕熱の変化及び炉内通過ガスによって予熱される原料により供給される持ち込み顕熱の変化を推定し、推定された持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する推定ステップを含み、推定ステップは、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を推定するステップと、高炉に存在する炉芯コークスに保持される熱量を推定し、推定された炉芯コークスに保持される熱量を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定するステップと、を含む。
Description
本発明は、高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する供給熱量推定方法、供給熱量推定装置、供給熱量推定プログラム、及び高炉の操業方法に関する。
一般に、高炉を安定的に操業するためには、溶銑温度を所定範囲内に維持する必要がある。詳しくは、溶銑温度が低位になると、溶銑及び溶銑と共に生成されるスラグの粘性が上昇し、出銑口から溶銑やスラグを排出することが困難になる。一方、溶銑温度が高位になると、溶銑中のＳｉ濃度が上昇して溶銑の粘性が上昇するため、溶銑が羽口にまとわりついて羽口を溶損させるリスクが高くなる。このため、高炉を安定的に操業するためには、溶銑温度の変動を抑制する必要がある。このような背景から、高炉内に供給される熱量や溶銑温度を推定する種々の方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、目標溶銑温度に対応する炉熱指数基準レベルからの現時点における炉熱指数変位量、目標溶銑温度に対応する炉頂の荷下り速度基準レベルからの現時点における荷下り速度変位量、及び両変位量の溶銑温度への影響時間から特定時間後の溶銑温度を順次推定し、その推定結果に基づいて溶銑温度変動を小さくするように炉熱制御操作をすることを特徴とする高炉の炉熱制御方法が開示されている。また、特許文献２には、高炉における送風温度、送風湿度、送風量、微粉炭吹き込み量、及び酸素富化量のうちの少なくともいずれかを含む衝風条件データの実績値と、少なくともソリューションロスカーボン量を含む外乱要因データの実績値と、溶銑温度の実績値と、を含む操業データに基づいて将来の溶銑温度を予測する高炉の溶銑温度予測方法であって、操業データを蓄積するデータ蓄積工程と、データ蓄積工程により蓄積された定常状態時の操業データから定常状態時の溶銑温度を予測する定常状態予測モデルを構築する定常状態予測モデル構築工程と、定常状態予測モデルを低次元化したものであって、データ蓄積工程により蓄積された非定常状態時の操業データから非定常状態時の溶銑温度を予測する非定常状態予測モデルを構築する非定常状態予測モデル構築工程と、構築された定常状態予測モデル及び非定常状態予測モデルから溶銑温度を予測する溶銑温度予測工程と、を備えていることを特徴とする、高炉の溶銑温度予測方法が開示されている。
溶銑温度が大きく変動する可能性が高いタイミングは、高炉内への送風量等の操業度が変化することによって製造される溶銑の量が変化し、高炉内に供給される熱量に対して銑鉄の量が変化したときである。特に、高炉内に通気抵抗が非常に高い部分が生じることによってガスが流れやすいところに集中してガスが流れることにより、高炉内の均一な昇温・反応ができなくなる、いわゆる吹抜けが発生した際に溶銑温度は大きく変動する。ところが、特許文献１に記載の方法は、操業度の増減によって変化すると考えられる送風顕熱による持出顕熱等の因子を考慮していないために、操業度を大きく変化させたときに銑鉄に供給される熱量を精度よく推定することができない。一方、特許文献２に記載の方法では、過去に蓄積されていない操業変化を行った際に溶銑温度の推定精度が低下すると考えられる。また、このように溶銑温度の推定精度が低い場合、過剰な熱供給となる場合も多く、設備トラブルが懸念される。また、炭素源である還元材の過剰な使用は、二酸化炭素排出量削減の流れからも好ましくない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を精度よく推定可能な供給熱量推定方法、供給熱量推定装置、及び供給熱量推定プログラムを提供することにある。また、本発明の他の目的は、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を適正に保ち溶銑温度を所定範囲内に精度よく制御可能な高炉の操業方法を提供することにある。
本発明に係る供給熱量推定方法は、高炉内に供給される熱量及び高炉内での溶銑の製造速度から高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する供給熱量推定方法であって、炉内通過ガスによる持出顕熱の変化及び前記炉内通過ガスによって予熱される原料により供給される持ち込み顕熱の変化を推定し、推定された持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する推定ステップを含み、前記推定ステップは、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持出顕熱及び前記持ち込み顕熱の変化を推定するステップと、前記高炉に存在する炉芯コークスに保持される熱量を推定し、推定された炉芯コークスに保持される熱量を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定するステップと、を含む。
なお、前記推定ステップは、炉頂ガスの比熱に対して炉頂ガス温度と炉頂ガス温度の基準温度との差を乗じて乗算値を算出し、該乗算値を造銑速度で除した値を前記持出顕熱に加えることにより、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持出顕熱を推定するステップを含むとよい。
また、前記推定ステップは、炉頂ガス温度と炉頂ガス温度の基準温度との差の関数として原料温度を求めることにより、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持ち込み顕熱を推定するステップを含むとよい。
本発明に係る供給熱量推定装置は、高炉内に供給される熱量及び高炉内での溶銑の製造速度から高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する供給熱量推定装置であって、炉内通過ガスによる持出顕熱の変化及び前記炉内通過ガスによって予熱される原料により供給される持ち込み顕熱の変化を推定し、推定された持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する推定手段を備え、前記推定手段は、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持出顕熱及び前記持ち込み顕熱の変化を推定し、前記高炉に存在する炉芯コークスに保持される熱量を推定し、推定された炉芯コークスに保持される熱量を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する。
本発明に係る供給熱量推定プログラムは、高炉内に供給される熱量及び高炉内での溶銑の製造速度から高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する処理をコンピュータに実行させる供給熱量推定プログラムであって、前記コンピュータに、炉内通過ガスによる持出顕熱の変化及び前記炉内通過ガスによって予熱される原料により供給される持ち込み顕熱の変化を推定し、推定された持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する推定処理を実行させ、前記推定処理は、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持出顕熱及び前記持ち込み顕熱の変化を推定し、前記高炉に存在する炉芯コークスに保持される熱量を推定し、推定された炉芯コークスに保持される熱量を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する処理を含む。
本発明に係る高炉の操業方法は、本発明に係る供給熱量推定方法によって推定された高炉内の銑鉄に供給される熱量に基づいて高炉内に供給される熱量を制御するステップを含む。
本発明に係る供給熱量推定方法、供給熱量推定装置、及び供給熱量推定プログラムによれば、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を精度よく推定することができる。また、本発明に係る高炉の操業方法によれば、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を適正に保ち溶銑温度を所定範囲内に精度よく制御することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る供給熱量推定方法及び供給熱量推定装置が適用された、本発明の一実施形態である炉熱制御装置の構成及び動作について説明する。
〔構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である炉熱制御装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である炉熱制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である炉熱制御装置１は、コンピュータ等の情報処理装置によって構成され、高炉２の下部に設けられている羽口から高炉２内の融体に供給される熱量を制御することによって高炉２内で製造される溶銑の温度を所定範囲内に制御する。炉熱制御装置１は、本発明に係る供給熱量推定装置として機能する。
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である炉熱制御装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態である炉熱制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である炉熱制御装置１は、コンピュータ等の情報処理装置によって構成され、高炉２の下部に設けられている羽口から高炉２内の融体に供給される熱量を制御することによって高炉２内で製造される溶銑の温度を所定範囲内に制御する。炉熱制御装置１は、本発明に係る供給熱量推定装置として機能する。
このような構成を有する炉熱制御装置１は、以下に示す炉熱制御処理を実行することにより、高炉２の操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉２内の銑鉄に供給される熱量を精度よく推定し、推定結果を用いて高炉２内の銑鉄に供給される熱量を適正に保ち溶銑温度を所定範囲内に精度よく制御する。以下、図２を参照して、本発明の一実施形態である炉熱制御処理の流れについて説明する。
なお、以下に示す炉熱制御装置１の動作は、炉熱制御装置１を構成する情報処理装置内のＣＰＵ等の演算処理装置が、ＲＯＭ等の記憶部からＲＡＭ等の一時記憶部にプログラム１ａをロードし、ロードしたプログラム１ａを実行することにより実現される。プログラム１ａは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ，フレキシブルディスク，ＣＤ－Ｒ，ＤＶＤ等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。プログラム１ａは、インターネット等の電気通信回線、携帯電話等の電話通信網、ＷｉＦｉ（登録商標）等の無線通信網等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることによって提供するように構成してもよい。
〔炉熱制御処理〕
図２は、本発明の一実施形態である炉熱制御処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、炉熱制御処理の実行命令が炉熱制御装置１に入力されたタイミングで開始となり、炉熱制御処理は、従来から行われてきた高炉内での反応熱収支（反応生成熱、反応吸熱）、送風顕熱、及びヒートロス（炉体からの抜熱量等）等によって高炉内に供給される熱量を推定するステップＳ１の処理に加え、ステップＳ２、ステップＳ３、及びステップＳ４の処理を追加して行い、これらを統合して供給熱量を推定するステップＳ５の処理に進む。高炉内での反応熱収支（反応生成熱、反応吸熱）、送風顕熱、及びヒートロス（炉体からの抜熱量等）等によって高炉内に供給される熱量を推定するステップＳ１の処理は従来から行われており、この時の供給熱量をＱ０とする。ステップＳ１の処理の好適な例については後述する。
図２は、本発明の一実施形態である炉熱制御処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートは、炉熱制御処理の実行命令が炉熱制御装置１に入力されたタイミングで開始となり、炉熱制御処理は、従来から行われてきた高炉内での反応熱収支（反応生成熱、反応吸熱）、送風顕熱、及びヒートロス（炉体からの抜熱量等）等によって高炉内に供給される熱量を推定するステップＳ１の処理に加え、ステップＳ２、ステップＳ３、及びステップＳ４の処理を追加して行い、これらを統合して供給熱量を推定するステップＳ５の処理に進む。高炉内での反応熱収支（反応生成熱、反応吸熱）、送風顕熱、及びヒートロス（炉体からの抜熱量等）等によって高炉内に供給される熱量を推定するステップＳ１の処理は従来から行われており、この時の供給熱量をＱ０とする。ステップＳ１の処理の好適な例については後述する。
ステップＳ２の処理では、炉熱制御装置１が、高炉２の下部から上部に抜けるガス（炉内通過ガス）が高炉２の上部に持ち出す顕熱（ガス持出顕熱）Ｑ７を推定する。具体的には、ガス持出顕熱Ｑ７（ＭＪ／ｔ－ｐ：銑鉄（ｐｉｇ ｉｒｏｎ)１トンあたりの熱量。以下、ｔ－ｐと記載した場合は、銑鉄トン数を示す）は、（１）羽口前で燃焼したガスの推定温度（理論燃焼温度）と高炉炉下部上端の温度を表す基準温度との温度差にガスの比熱を乗じて第１乗算値を算出し、（２）炉頂ガスの比熱に対して炉頂ガス温度（炉上部排ガス温度）と炉頂ガス温度の基準温度との差を乗じて第２乗算値を算出し、（３）第１乗算値と第２乗算値を加えた値を造銑速度で除すことにより算出でき、以下に示す数式（１）により表される。第１乗算値と第２乗算値を加えた値を造銑速度で除すことにより、吹抜けによって原料と熱交換することなく炉外に放出される熱量を考慮してガス持出顕熱Ｑ７を精度よく評価できる。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、ステップＳ５の処理に進む。
ここで、Ｃbosh,ｉは炉内通過ガス（ボッシュガス）中のガス種ｉ（窒素、一酸化炭素、水素）の比熱（ＭＪ／ｍ３／℃）、Ｃtop,ｉは炉頂ガス中のガス種ｉ（窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、水蒸気）の比熱（ＭＪ／ｍ３／℃）、Ｖbosh,ｉは炉内通過ガス中のガス種ｉの流量（ｍ３（ｓ.ｔ.ｐ）／ｍｉｎ）（ｍ３（ｓ.ｔ.ｐ）：０℃、１ａｔｍ（大気圧）での体積）、Ｖtop,ｉは炉頂ガス中のガス種ｉの流量（ｍ３（ｓ.ｔ.ｐ）／ｍｉｎ）、ＴＦＴは理論燃焼温度（℃）、Ｔｂａｓｅは基準温度（℃）（８００～１２００℃、好ましくは９００～１０００℃）、Ｔtopは炉頂ガス温度（℃）、Ｔtop,baseは炉頂ガス温度の基準温度（℃）（８０～３００℃、好ましくは１００～２００℃）、Ｐｉｇは造銑速度(ｔ－ｐ／ｍｉｎ)、αbosh,αtopは高炉２に応じて変更される影響係数を示す。これらの値は、例えば電気通信回線を介して炉熱制御装置１に接続されているプロセスコンピュータ等の上位コンピュータ３から取得することができる。
ステップＳ３の処理では、炉熱制御装置１が、高炉２の上部から下部に供給される原料が高炉２の下部に持ち込む顕熱（原料持ち込み顕熱）Ｑ８を推定する。具体的には、原料持ち込み顕熱Ｑ８（ＭＪ／ｔ－ｐ）は、以下の数式（２）で示されるように融着帯下端の原料温度Ｔ１（＝１４５０～１５００℃）と基準温度Ｔｂａｓｅとの温度差に原料の比熱を乗じることにより算出できる。なお、原料温度Ｔ１は、以下に示す数式（３）のように炉頂ガス温度Ｔtopと炉頂ガス温度の基準温度Ｔtop,baseとの差の関数となっている。このような原料温度Ｔ１の設定によれば、吹抜けにより炉外に放出される熱量によって原料温度Ｔ１が低下することを考慮できるので、吹き抜けによって原料が加熱不良となり、原料によって炉下部に持ち込まれる熱量が減少することを精度よく評価できる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、ステップＳ５の処理に進む。
ここで、Ｃｊは原料ｊ（コークス、銑鉄、スラグ）の比熱（ＭＪ／ｋｇ／℃）、Ｒｊは原料ｊの原単位（ｋｇ／ｔ－ｐ）、Ｔ１は融着帯下端の原料温度（℃）、Ｔｂａｓｅは基準温度（℃）、βは高炉２により変更される影響係数を示す。これらの値は、例えば上位コンピュータ３から取得することができる。
ステップＳ４の処理では、炉熱制御装置１が、高炉２の下部に存在する炉芯コークスに保持される熱量（コークス保持熱量）Ｑ９を推定する。具体的には、コークス保持熱量Ｑ９（ＭＪ／ｔ－ｐ）は、溶銑１ｔあたりのコークス原単位から燃焼消費量及びダストとして排出されるカーボン量を減じた値に対して基準温度と理論燃焼温度との差及びコークスの比熱Ｃｃｏｋｅを乗じることで求めることができ、以下に示す数式（４）により表される。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、ステップＳ５の処理に進む。
ここで、Ｃｃｏｋｅはコークスの比熱（ＭＪ／ｋｇ／℃）、ＴＦＴは理論燃焼温度（℃）、Ｔｂａｓｅは基準温度（℃）、ＣＲはコークス比（ｋｇ／ｔ－ｐ）、ＣＲｂｕｒｎは羽口前燃焼カーボン比（送風酸素と調湿により羽口前で消費される酸素量）（ｋｇ／ｔ－ｐ）、ＰＣＲは微粉炭比（ｋｇ／ｔ－ｐ）、ＣｉｎＰＣは微粉炭中のカーボン比率、Ｃｓｏｌはソリューションロスカーボン比（ｋｇ／ｔ－ｐ）、Ｄｕｓｔはダスト比（ｋｇ／ｔ－ｐ）、Ｃｉｎｄｕｓｔはダスト中のカーボン比率、γとδは高炉２により変更される影響係数を示す。これらの値は、例えば上位コンピュータ３から取得することができる。
ステップＳ５の処理では、炉熱制御装置１が、ステップＳ１の処理において推定された供給熱量Ｑ０、ステップＳ２～Ｓ４の処理において推定されたガス持出顕熱Ｑ７、原料持ち込み顕熱Ｑ８、及びコークス保持熱量Ｑ９を用いて高炉２内の銑鉄に供給される熱量を推定する。具体的には、炉熱制御装置１は、以下に示す数式（５）にステップＳ１において推定された供給熱量Ｑ０、ステップＳ２～Ｓ４の処理において推定されたガス持出顕熱Ｑ７、原料持ち込み顕熱Ｑ８、及びコークス保持熱量Ｑ９を代入することにより、高炉２内の銑鉄に供給される熱量に対応する炉熱指数ＴＱ（ＭＪ／ｔ－ｐ）を算出する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、ステップＳ６の処理に進む。
ここで、Ｑ０は、高炉内での反応熱収支（反応生成熱、反応吸熱）、送風顕熱、及びヒートロス（炉体からの抜熱量等）等によって高炉内に供給される熱量を示しており、従来の供給熱量推定で多くの場合に採用されている推定方法を適用可能であるが、好ましい形態として、数式（６）があげられる。
ここで、Ｑ１は、羽口先コークスの燃焼熱（ＭＪ／ｔ－ｐ）を示す。燃焼熱Ｑ１は、単位時間あたりに羽口から高炉に送風した酸素の量から算出されるコークスの燃焼による発熱量をその単位時間で製造される溶銑鉄量で除すことによって算出できる。
また、Ｑ２は、羽口からの送風によって高炉に投入される送風顕熱（ＭＪ／ｔ－ｐ）を示す。送風顕熱Ｑ２は、単位時間あたりの送風量と送風温度の測定値とから単位時間あたりに送風によって高炉に投入される熱量を求め、この値をその単位時間で製造される溶銑鉄量で除すことによって算出できる。
また、Ｑ３は、ソリューションロス反応熱（ＭＪ／ｔ－ｐ）を示す。この値は、例えば、特許文献１で記載のように炉頂ガス成分値からソリューションロスカーボン量を求めることでその反応熱を算出できる。ソリューションロス反応熱Ｑ３は、このソリューションロス反応熱をその単位時間で製造される溶銑鉄量で除すことによって算出できる。
また、Ｑ４は、主に送風に含まれる湿分の分解熱（ＭＪ／ｔ－ｐ）を示す。分解熱Ｑ４は、送風湿分の計測値から求まる分解熱をその単位時間で製造される溶銑鉄量で除すことによって算出できる。
また、Ｑ５は、炉体からのヒートロス（例えば、冷却水による抜熱量）（ＭＪ／ｔ－ｐ）を示す。ヒートロスとして、冷却水による抜熱量を算出する場合、抜熱量Ｑ５は、冷却水の水量と高炉炉体の冷却水の入側と出側の温度差とから冷却水による単位時間あたりの抜熱量を算出し、算出された抜熱量をその単位時間で製造される溶銑鉄量で除すことによって算出できる。
また、Ｑ６は、単位時間に羽口より吹き込まれる還元材の分解熱（ＭＪ／ｔ－ｐ）を示す。分解熱Ｑ６は、分解熱をその単位時間で製造される溶銑鉄量で除すことによって算出できる。
ステップＳ６の処理では、炉熱制御装置１が、ステップＳ５の処理において推定された高炉２内の銑鉄に供給される熱量に基づいて羽口から高炉２内に供給される熱量を制御することにより、高炉２内の銑鉄に供給される熱量を適正に保ち溶銑温度を所定範囲内に制御する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、一連の炉熱制御処理は終了する。
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である炉熱制御処理では、炉熱制御装置１が、炉内通過ガスによる高炉上部への持出顕熱の変化及び炉内通過ガスによって予熱される原料により高炉の下部に供給される持ち込み顕熱の変化を推定し、推定された持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する。また、炉熱制御装置１は、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を推定し、高炉に存在する炉芯コークスに保持される熱量を推定し、推定された炉芯コークスに保持される熱量を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する。これにより、高炉内への送風量等の操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を精度よく推定することができる。また、これにより、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を適正に保ち溶銑温度を所定範囲内に精度よく制御することができる。
〔実施例〕
図３に吹抜けが発生したタイミングでの従来の炉熱指数（Ｑ１～Ｑ６で推定）と本発明の炉熱指数（Ｑ１～Ｑ９で推定）を実際の溶銑温度（基準溶銑温度からの差）と対比した結果を示す。図３に示すように、本発明の炉熱指数（本発明例）では、従来の炉熱指数（比較例）と比較して、炉熱指数と溶銑温度（基準溶銑温度からの差）との間に一定の相関関係を確認できる。また、表１にそれぞれの因子を考慮した際の推定溶銑温度と実績溶銑温度の差の標準偏差をまとめたものを示す。従来の炉熱指数として、Ｑ１～Ｑ６のみを用いて炉熱指数を推定した場合（比較例）と比較して、吹抜けにより炉外に放出される熱量を考慮した場合（本発明例。Ｑ１～Ｑ９を用いて炉熱指数を推定。）により推定精度が向上していることがわかる。これにより、本発明の炉熱指数を用いることにより、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を適正に保ち溶銑温度を所定範囲内に精度よく制御できることが確認された。
図３に吹抜けが発生したタイミングでの従来の炉熱指数（Ｑ１～Ｑ６で推定）と本発明の炉熱指数（Ｑ１～Ｑ９で推定）を実際の溶銑温度（基準溶銑温度からの差）と対比した結果を示す。図３に示すように、本発明の炉熱指数（本発明例）では、従来の炉熱指数（比較例）と比較して、炉熱指数と溶銑温度（基準溶銑温度からの差）との間に一定の相関関係を確認できる。また、表１にそれぞれの因子を考慮した際の推定溶銑温度と実績溶銑温度の差の標準偏差をまとめたものを示す。従来の炉熱指数として、Ｑ１～Ｑ６のみを用いて炉熱指数を推定した場合（比較例）と比較して、吹抜けにより炉外に放出される熱量を考慮した場合（本発明例。Ｑ１～Ｑ９を用いて炉熱指数を推定。）により推定精度が向上していることがわかる。これにより、本発明の炉熱指数を用いることにより、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を適正に保ち溶銑温度を所定範囲内に精度よく制御できることが確認された。
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
本発明によれば、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を精度よく推定可能な供給熱量推定方法、供給熱量推定装置、及び供給熱量推定プログラムを提供することができる。また、本発明によれば、操業度が大きく変化した際、特に吹抜けが発生した際にも高炉内の銑鉄に供給される熱量を適正に保ち溶銑温度を所定範囲内に精度よく制御可能な高炉の操業方法を提供することができる。
１ 炉熱制御装置
１ａ プログラム
２ 高炉
３ 上位コンピュータ
１ａ プログラム
２ 高炉
３ 上位コンピュータ
Claims (6)
- 高炉内に供給される熱量及び高炉内での溶銑の製造速度から高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する供給熱量推定方法であって、
炉内通過ガスによる持出顕熱の変化及び前記炉内通過ガスによって予熱される原料により供給される持ち込み顕熱の変化を推定し、推定された持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する推定ステップを含み、
前記推定ステップは、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持出顕熱及び前記持ち込み顕熱の変化を推定するステップと、前記高炉に存在する炉芯コークスに保持される熱量を推定し、推定された炉芯コークスに保持される熱量を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定するステップと、を含む、
供給熱量推定方法。 - 前記推定ステップは、炉頂ガスの比熱に対して炉頂ガス温度と炉頂ガス温度の基準温度との差を乗じて乗算値を算出し、該乗算値を造銑速度で除した値を前記持出顕熱に加えることにより、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持出顕熱を推定するステップを含む、請求項１に記載の供給熱量推定方法。
- 前記推定ステップは、炉頂ガス温度と炉頂ガス温度の基準温度との差の関数として原料温度を求めることにより、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持ち込み顕熱を推定するステップを含む、請求項１又は２に記載の供給熱量推定方法。
- 高炉内に供給される熱量及び高炉内での溶銑の製造速度から高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する供給熱量推定装置であって、
炉内通過ガスによる持出顕熱の変化及び前記炉内通過ガスによって予熱される原料により供給される持ち込み顕熱の変化を推定し、推定された持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する推定手段を備え、
前記推定手段は、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持出顕熱及び前記持ち込み顕熱の変化を推定し、前記高炉に存在する炉芯コークスに保持される熱量を推定し、推定された炉芯コークスに保持される熱量を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する、
供給熱量推定装置。 - 高炉内に供給される熱量及び高炉内での溶銑の製造速度から高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する処理をコンピュータに実行させる供給熱量推定プログラムであって、
前記コンピュータに、炉内通過ガスによる持出顕熱の変化及び前記炉内通過ガスによって予熱される原料により供給される持ち込み顕熱の変化を推定し、推定された持出顕熱及び持ち込み顕熱の変化を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する推定処理を実行させ、
前記推定処理は、吹抜けによって高炉の外に放出される熱量を考慮して前記持出顕熱及び前記持ち込み顕熱の変化を推定し、前記高炉に存在する炉芯コークスに保持される熱量を推定し、推定された炉芯コークスに保持される熱量を考慮して高炉内の銑鉄に供給される熱量を推定する処理を含む、供給熱量推定プログラム。 - 請求項１～３のうち、いずれか１項に記載の供給熱量推定方法によって推定された高炉内の銑鉄に供給される熱量に基づいて高炉内に供給される熱量を制御するステップを含む、高炉の操業方法。
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2022
- 2022-03-25 WO PCT/JP2022/014451 patent/WO2023276353A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
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