(57)【要約】【課題】炉頂部内の炉内ガスの流量を直接測定することなく、炉頂部内の炉内ガスのガス温度、高炉内の原料高さ及び炉内ガスの総ガス流量の測定値に基づいて、炉頂部内を流れる炉内ガスのガス流分布を推定する。【解決手段】ガス流分布推定装置３４は、炉頂部１４内における複数のガス測定点で測定されたガス温度ＴGM、複数の高さ測定点で測定された原料高さＲMM及び、炉頂部１４内を流れる炉内ガスの総ガス流量ＧTLの測定値に基づいて、複数のガス測定点をそれぞれ流れる炉内ガスのガス流分布を推定する。これにより、保守性、耐久性の観点から問題のある流量計、流速計等の気流センサにより炉頂部１４内の炉内ガスＧの流量又は流速を直接測定する必要がなくなる。【選択図】図１
2010209404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の炉頂部内を流れる炉内ガスのガス温度を、該炉頂部の半径方向に沿ってそれぞれ異なる複数のガス測定点にて測定するガス温度測定ステップと、
高炉内における前記ガス測定点に対応する高さ測定点における装入原料の原料高さを測定する原料高さ測定ステップと、
前記炉頂部内を流れる炉内ガスの総ガス流量を測定する炉内ガス流量測定ステップと、
前記ガス温度測定ステップ、前記原料高さ測定ステップ及び前記炉内ガス測定ステップを、高炉内への原料装入後かつ次回原料装入前における２以上のサンプリング時刻にそれぞれ実行し、これら２以上の前記サンプリング時刻に測定された複数の前記ガス温度及び前記原料高さ並びに前記総ガス流量に基づいて、複数の前記ガス測定点を流れる前記炉内ガスのガス流分布を推定するガス流量分布推定ステップと、
を有することを特徴とする高炉の炉内ガス流分布推定方法。
【請求項２】
高炉の炉頂部内を流れる炉内ガスのガス温度を、該炉頂部の半径方向に沿ってそれぞれ異なる複数のガス測定点にて測定するガス温度測定手段と、
高炉内における前記測定点に対応する高さ測定点における装入原料の原料高さを測定する原料高さ測定手段と、
前記炉頂部内を流れる炉内ガスの総ガス流量を測定する炉内ガス流量測定手段と、
前記ガス温度測定ステップ、前記原料高さ測定ステップ及び前記炉内ガス測定ステップを、高炉内への原料装入後かつ次回原料装入前における２以上のサンプリング時刻にそれぞれ実行し、これら２以上の前記サンプリング時刻に測定された複数の前記ガス温度及び前記原料高さ並びに前記総ガス流量に基づいて、複数の前記ガス測定点を流れる前記炉内ガスのガス流分布を推定するガス流量分布推定手段と、
を有することを特徴とする高炉の炉内ガス流分布推定装置。
【請求項３】
高炉の炉頂部内を流れる炉内ガスのガス温度を、該炉頂部の半径方向に沿ってそれぞれ異なる複数のガス測定点にて測定するガス温度測定ステップと、
高炉内における前記測定点に対応する高さ測定点における装入原料の原料高さを測定する原料高さ測定ステップと、
前記炉頂部内を流れる炉内ガスの総ガス流量を測定する炉内ガス流量測定ステップと、
前記ガス温度測定ステップ、前記原料高さ測定ステップ及び前記炉内ガス測定ステップを、高炉内への原料装入後かつ次回原料装入前における２以上のサンプリング時刻にそれぞれ実行し、これら２以上の前記サンプリング時刻に測定された複数の前記ガス温度及び前記原料高さ並びに前記総ガス流量に基づいて、複数の前記ガス測定点を流れる前記炉内ガスのガス流分布を推定するガス流量分布推定ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする高炉の炉内ガス流分布推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の炉頂部内における半径方向に沿って異なる複数のガス測定点をそれぞれ流れる炉内ガスのガス流分布を推定する高炉の炉内ガス流分布推定方法、高炉の炉内ガス流分布推定装置及び高炉の炉内ガス流分布推定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
安定な高炉操業を実現するためには、鉱石やコークス等装入物の炉内での堆積状況を把握するとともに、その結果として現れる炉内を通過する還元性ガスのガス流分布が重要な指標となるのは周知の事実である。ここで、ガス流分布とは、高炉における鉄鉱石、コークス等の装入原料上の空間である炉頂部内を流れる炉内ガスの流れの分布のことを言い、具体的には、炉内ガスの流速分布及び流量分布の何れかである。このガス流分布を適正にするためには、装入原料を構成するコークス、鉄鉱石等の原料毎の半径方向分布の調整することが必要となるが、その調整を実行する時点でのガス流分布を測定することにより、初めて原料毎の半径方向分布が望ましい分布となるような装入量、装入位置等を的確に判断することが可能になる。
【０００３】
高炉操業では、例えば、炉内ガスのガス流分布を求める手段として、従来から流量計、流速計等の気流センサによりガス流量、ガス流速等を直接的に計測することが試みられているが、高炉炉内という悪環境下では、気流センサは、耐熱性の問題、目詰まりの問題等のために安定して長期運用できなかった。このため、炉頂ゾンデ等で計測する半径方向の温度分布やガス利用率分布といった計測値をガス流分布の代替データとして用いていた。
【０００４】
これに対し、特許文献１には、高炉炉内塊状帯の高さ方向に微小区間をへだててすくなくとも４点のガス温度検出点を設け、その微小区間の原料温度差とガス温度差、原料降下速度等からガス流速を算出する方法（高炉内ガス流速測定方法）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６７６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の高炉内ガス流速測定方法では、原料の降下速度及びガス温度を測定するために、高炉内の塊状帯の内部までゾンデ（垂直ゾンデ）を挿入する必要があるので、この垂直ゾンデを用いた測定システムを長期に亘って連続使用する場合、測定システムの保守性及び耐久性の面から問題が生じてしまう。
本発明の目的は、上記事実を考慮し、炉頂部内の炉内ガスの流量を直接測定することなく、炉頂部内の炉内ガスのガス温度、高炉内の原料高さ及び炉内ガスの総ガス流量の測定値に基づいて、炉頂部内を流れる炉内ガスのガス流分布を推定できる高炉の炉内ガス流分布推定方法、高炉の炉内ガス流分布推定装置及び高炉の炉内ガス流分布推定プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る高炉の炉内ガス流分布推定方法は、高炉の炉頂部内を流れる炉内ガスのガス温度を、該炉頂部の半径方向に沿ってそれぞれ異なる複数のガス測定点にて測定するガス温度測定ステップと、高炉内における前記測定点に対応する高さ測定点における装入原料の原料高さを測定する原料高さ測定ステップと、前記炉頂部内を流れる炉内ガスの総ガス流量を測定する炉内ガス流量測定ステップと、前記ガス温度測定ステップ、前記原料高さ測定ステップ及び前記炉内ガス測定ステップを、高炉内への原料装入後かつ次回原料装入前における２以上のサンプリング時刻にそれぞれ実行し、これら２以上の前記サンプリング時刻に測定された複数の前記ガス温度及び前記原料高さ並びに前記総ガス流量に基づいて、複数の前記ガス測定点を流れる前記炉内ガスのガス流分布を推定するガス流量分布推定ステップと、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２に係る高炉の炉内ガス流分布推定装置は、高炉の炉頂部内を流れる炉内ガスのガス温度を、該炉頂部の半径方向に沿ってそれぞれ異なる複数のガス測定点にて測定するガス温度測定手段と、高炉内における前記測定点に対応する高さ測定点における装入原料の原料高さを測定する原料高さ測定手段と、前記炉頂部内を流れる炉内ガスの総ガス流量を測定する炉内ガス流量測定手段と、前記ガス温度測定ステップ、前記原料高さ測定ステップ及び前記炉内ガス測定ステップを、高炉内への原料装入後かつ次回原料装入前における２以上のサンプリング時刻にそれぞれ実行し、これら２以上の前記サンプリング時刻に測定された複数の前記ガス温度及び前記原料高さ並びに前記総ガス流量に基づいて、複数の前記ガス測定点を流れる前記炉内ガスのガス流分布を推定するガス流量分布推定手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項３に係る高炉の炉内ガス流分布推定プログラムは、高炉の炉頂部内を流れる炉内ガスのガス温度を、該炉頂部の半径方向に沿ってそれぞれ異なる複数のガス測定点にて測定するガス温度測定ステップと、高炉内における前記測定点に対応する高さ測定点における装入原料の原料高さを測定する原料高さ測定ステップと、前記炉頂部内を流れる炉内ガスの総ガス流量を測定する炉内ガス流量測定ステップと、前記ガス温度測定ステップ、前記原料高さ測定ステップ及び前記炉内ガス測定ステップを、高炉内への原料装入後かつ次回原料装入前における２以上のサンプリング時刻にそれぞれ実行し、これら２以上の前記サンプリング時刻に測定された複数の前記ガス温度及び前記原料高さ並びに前記総ガス流量に基づいて、複数の前記ガス測定点を流れる前記炉内ガスのガス流分布を推定するガス流量分布推定ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００１０】
上記本発明に係る高炉の炉内ガス流分布推定方法、高炉の炉内ガス流分布推定装置及び高炉の炉内ガス流分布推定プログラムでは、高炉の炉頂部内における複数のガス測定点で測定されたガス温度、高炉内における複数の前記測定点にそれぞれ対応する複数の高さ測定点で測定された原料高さ及び、炉頂部内を流れる炉内ガスの総ガス流量の測定値に基づいて、複数のガス測定点をそれぞれ流れる炉内ガスのガス流分布を推定するので、保守性、耐久性の観点から問題のある流量計、流速計等の気流センサにより炉頂部内の炉内ガスの流量又は流速を直接測定する必要がなくなり、炉頂部内を流れる炉内ガスのガス温度、原料高さ及び炉内ガスの総ガス流量の測定値のみに基づいて、炉頂部内を流れる炉内ガスのガス流分布を推定できる。
【００１１】
従って、上記本発明に係る高炉の炉内ガス流分布推定方法、高炉の炉内ガス流分布推定装置及び高炉の炉内ガス流分布推定プログラムによれば、例えば、炉頂部内に配置された流量計等のセンサにより炉内ガスの流量を直接測定する場合や、垂直ゾンデ等の装入原料内に装入されたセンサを用いてガス流量（又は流速）を測定又は推定する場合と比較し、炉内ガス流分布を推定するために用いられる各種のセンサに対する熱的、化学的及び物理的な負荷を軽減できるので、測定システムの耐久性及び保守性を大幅に向上でき、測定システムを長期間に亘って安定的に連続使用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明の高炉の炉内ガス流分布推定方法、高炉の炉内ガス流分布推定装置及び高炉の炉内ガス流分布推定プログラムによれば、炉頂部内の炉内ガスの流量を直接測定することなく、炉頂部内の炉内ガスのガス温度、高炉内の原料高さ及び炉内ガスの総ガス流量の測定値に基づいて、炉頂部内を流れる炉内ガスのガス流分布を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係るガス流分布推定方法が適用される高炉設備の構成を示す一部をブロック図とした断面図である。
【図２】図１に示される炉頂部の水平方向に沿った断面図である。
【図３】高炉本体内に装入された装入原料と炉内ガスとの熱的関係を模式的に示す断面図である。
【図４】高炉本体内に新しい装入原料が装入される直前の状態から新しい装入原料が装入されてから一定時間が経過するまでの期間における炉内ガス及び装入原料の温度推移を示すグラフである。
【図５】図５のフローチャートに基づいて、本発明の実施形態に係るガス流分布推定方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】ガス温度ＴGMを含む測定データを用いて推定された炉頂部内を流れる炉内ガスのガス流分布の一例を三次元的に示す分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る高炉の炉内ガス流分布推定方法及び高炉の炉内ガス流分布推定装置について図面を参照して説明する。
図１には、本発明の実施形態に係る高炉の炉内ガス流分布推定方法（以下、単に「ガス流分布推定方法」）が適用される高炉設備が示されている。この高炉設備１０は全体として円筒状に形成された高炉本体１２を備えている。高炉本体１２内には、装入原料Ｍを構成する鉄鉱石Ｏｒｅ、コークスＣｏｋｅ等が積層状態で装入されており、この装入原料の上表面より上側の部分が炉頂部１４とされている。炉頂部１４の上端には炉口１６が開口している。
【００１５】
高炉設備１０には、高炉本体１２の上方に鉄鉱石、コークス等の装入原料Ｍを貯留する集合ホッパ１８が配置されると共に、この集合ホッパ１８の下端部に接続された旋回シュート２０が配置されている。旋回シュート２０は、集合ホッパ１８内に貯留された装入原料Ｍを高炉本体１２内に投入するためのものであり、高炉本体１２内への装入原料Ｍの投下位置が旋回方向及び半径方向に沿ってそれぞれ調整可能とされている。
【００１６】
炉頂部１４には複数本（本実施形態では、４本）の炉頂ゾンデ２２が配置されている。４本の炉頂ゾンデ２２は、図２に示すように、高炉本体１２の半径方向に沿って炉頂部１４の周壁から中心近くまで延びている。なお、図２中の符号２４Ｅ、２５Ｗ、２６Ｓ及び２７Ｎは、炉頂部１４における東端部、西端部、南端部及び北端部をそれぞれ示しており、４本の炉頂ゾンデ２２は、東端部２４Ｅ、西端部２５Ｗ、南端部２６Ｓ及び北端部２７Ｎにそれぞれ配置されている。
【００１７】
炉頂ゾンデ２２には、複数個（本実施形態では、６個）の温度センサ２８1〜２８6が配置されている。なお、温度センサ２８に付された下付きの添字１〜６は、中心部から外周側へ向って昇べきの順に付されている。６個の温度センサ２８1〜２８6はそれぞれ所定のガス測定点に配置されており、これら６個のガス測定点は半径方向に沿って略等ピッチになるように配列されている。
【００１８】
図１に示すように、炉頂部１４には、炉頂ゾンデ２２の上側にプロフィール計３０が配置されている。プロフィール計３０は、前記ガス測定点にそれぞれ対応する高さ測定点における装入原料Ｍの上表面までの測定を検出するのが好ましいが、ガス測定点と同じ点数（本実施形態では、２４個）の高さ測定は実際上、困難である。従って、周方向には同じ高さであると見做すこととし、周方向に１点で径方向の高さ分布を測定する。もちろん、プロフィール計３０を周方向に複数点設置できるのであれば、そうしても構わない。ここで、プロフィール計３０としては、例えば、マイクロ波を用いた公知の非接触型の距離センサを用いることができる。
【００１９】
図１に示すように、高炉設備１０には、炉口１６から排出される炉内ガスの流量を測定するガス流量計３２が設けられている。このガス流量計３２は、例えば、炉口１６に接続された炉内ガス用ダストキャッチャ（図示省略）に配置されており、この炉内ガス用ダストキャッチャを流れるガスの流量（総ガス流量）を測定する。ここで、炉内ガス用ダストキャッチャ内を流れる総ガス流量（質量）は、炉頂部１４内を流れる炉内ガスの総ガス流量ＧTL（質量）と一致する。
【００２０】
図１に示すように、高炉設備１０はガス流分布推定装置３４を備えている。このガス流分布推定装置３４は、例えば、演算機能を有するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）、データ及び信号の入出力装置等により構成されており、４本の炉頂ゾンデ２２（温度センサ２８）と共にガス温度測定手段を構成するガス温度測定部３６、プロフィール計３０と共に原料高さ測定手段を構成する原料高さ測定部３８及び、ガス流量計３２と共に炉内ガス流量測定手段を構成するガス流量測定部４０を備えている。
【００２１】
ここで、ガス温度測定部３６は、炉頂ゾンデ２２の温度センサ２８1〜２８6からそれぞれ入力する測定信号をガス温度ＴGMに変換する。原料高さ測定部３８は、プロフィール計３０から入力する測定信号を原料高さＲMMに変換する。またガス流量測定部４０は、ガス流量計３２から入力する測定信号を炉内ガス用ダストキャッチャ内における総ガス流量ＧTLに変換する。
【００２２】
ガス流分布推定装置３４は、ガス温度測定部３６、原料高さ測定部３８及びガス流量測定部４０からそれぞれ入力するガス温度ＴGM、原料高さＲMM及び総ガス流量ＧTLに基づいて、炉頂部１４内のガス測定点を流れる炉内ガスのガス流分布を推定するガス流分布推定部４４及び、このガス流分布（推定値）をプロセスコンピュータ等の上位のコンピュータに出力し、また上位のコンピュータから原料装入信号等の各種信号を受け取るためのデータ入出力部４２を備えている。
【００２３】
次に、本実施形態に係るガス流分布推定装置３４により実施されるガス流分布推定方法について説明する。本実施形態のガス流分布推定方法は、向流伝熱モデルを用いて、炉頂部１４内における複数個のガス測定点をそれぞれ流れる炉内ガスの流量（ガス流量）を計算し、複数個のガス測定点を流れる炉内ガスのガス流分布を推定するものである。
操業中の高炉設備１０では、集合ホッパ１８内の鉄鉱石やコークス等の装入原料Ｍが旋回シュート２０を通して高炉本体１２内に間欠的に装入される。また高炉本体１２では、羽口（図示省略）から吹き込まれた高温の空気がコークスＣｏｋｅ等との反応により還元性の炉内ガスとなり、装入原料Ｍ間の隙間を通って炉頂部１４内へ流入し、炉頂部１４から高炉本体１２の外部へ排出される。このようなプロセスにおいて、高温の炉内ガスは、装入原料Ｍとの間で熱交換を行なうため、装入原料Ｍが高炉本体１２内へ装入されると、その直後から熱交換の影響により炉頂部１４内を流れる炉内ガス及び装入原料の温度がそれぞれ変化（下降及び上昇）する。
【００２４】
図３は、高炉本体内に装入された装入原料と炉内ガスとの熱的関係を模式的に示す断面図であり、（Ａ）は新たな装入原料が装入される直前の状態、（Ｂ）新たな装入原料が装入された直後の状態、（Ｃ）は（Ｂ）の状態から一定時間が経過した状態を示している。
図３（Ａ）の新たな装入原料ＭNWが装入される直前の状態では、前回の装入原料ＭOLが炉内ガスＧにより十分に昇温され略均熱状態になりつつある。これにより、炉頂部１４内を流れる炉内ガスのガス温度が定常状態（平衡温度）に近づきつつある状態になる。図３（Ｂ）の新たな装入原料が装入された直後の状態では、略常温の装入原料ＭNWが前回の装入原料ＭOL上に積層された結果、炉内ガスＧから装入原料ＭNWへ熱が移動することにより、図３（Ａ）の状態と比較し、炉頂部１４内を流れる炉内ガスＧのガス温度が急峻に低下する。
【００２５】
図３（Ｃ）の（Ｂ）の状態から一定時間が経過した状態では、新しい装入原料ＭNWが炉内ガスＧにより徐々に昇温され、装入原料ＭNWの昇温に伴って炉頂部１４内を流れる炉内ガスＧのガス温度も徐々に上昇する。
図４のグラフには、装入原料及び炉内ガスが図３（Ａ）の状態から図３（Ｃ）の状態に移行する際の炉内ガス及び装入原料の温度推移が示されている。この図４を参照しつつ、本実施形態のガス流分布推定方法の基本原理を説明する。
【００２６】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に基づいて説明したように、炉頂ゾンデ２２で計測された炉内ガスＧのガス温度ＴGMは、新たな装入原料Ｍが間欠的に装入される毎に下降した後、上昇する変化を繰り返す。この際、ガス温度ＴGMが下降するのは、常温の新しい装入原料Ｍが装入されるからである。しかしながら、図４に示すように、下降するのはあくまで新しく装入された装入原料Ｍの上面におけるガス温度ＴGT度であり、新しく装入された装入原料Ｍの下面におけるガス温度ＴGLは上昇し続けると考えられる。なお、装入原料Ｍの上面におけるガス温度ＴGTは、炉頂ゾンデ２２により計測されるガス温度ＴGMと一致するものとみなす。
【００２７】
ガス温度ＴGLは、新しい装入原料Ｍの装入直前までのガス温度ＴGMを外挿することにより、推定が可能である。この外挿は、例えば２点による直線近似、３点による２次曲線近似等を適用することが可能であり、また熱交換の際の基本的結果である指数関数としての当てはめを行えば更に精度が高くなる。また符合ＴMが付された二点鎖線は、装入原料ＭNW自体の温度推移（推定値）を示している。
【００２８】
図４において、横軸（時間軸）にプロットされたサンプリング時刻ｔ１及びｔ２は、新たな装入原料Ｍの装入後、ガス温度ＴGMが上昇し続けている期間内にそれぞれ設定された時刻であり、サンプリング時刻ｔ１はガス温度ＴGMが上昇開始した直後の時期であり、またサンプリング時刻ｔ２は、サンプリング時刻ｔ１から所定のサンプリング周期Δｔが経過した時刻である。ここで、サンプリング時刻ｔ２は、次の装入原料Ｍの装入前であって、ガス温度ＴGMが定常状態になる前ならば任意の時期に設定できる。このとき、向流伝熱の考え方より、微小時間ΔｔINT間で、任意のガス測定点におけるガス流量が変化しないとするとサンプリング時刻ｔ１及びｔ２において、それぞれ下記（１）及び（２）式が成り立つ。
【００２９】
【数１】
2010209404.tif 000003
【００３０】
【数２】
2010209404.tif 000004
【００３１】
上記（１）及び（２）式にて、
Ｖｇ：単位面積当たりの炉内ガス質量流量（ｋｇ／ｍ2・ｓｅｃ）
Ｃｇ:ガス比熱（Ｊ/ｋｇ・Ｋ）
Ｃｓ:固体比熱（Ｊ/ｋｇ・Ｋ）
Ｔｇ１：サンプリング時刻ｔ１におけるガス温度ＴGM（Ｋ）
Ｔｇ２：サンプリング時刻ｔ２におけるガス温度ＴGM（Ｋ）
ΔＴｇ１:サンプリング時刻ｔ１におけるガス温度ＴGTとガス温度ＴGLとの温度差（Ｋ）
ΔＴｇ２:サンプリング時刻ｔ２におけるガス温度ＴGTとガス温度ＴGLとの温度差（Ｋ）
Ｔｓ１：サンプリング時刻ｔ１における今回の装入原料Ｍの温度（Ｋ）
Ｔｓ２：サンプリング時刻ｔ２における今回の装入原料Ｍの温度（Ｋ）
ｈ：伝熱係数（Ｊ／ｍ2・ｓｅｃ・Ｋ）
ａ：装入原料Ｍの単位容積当りの粒子表面積（ｍ2／ｍ3）
ΔＺ：今回の装入原料Ｍの層高さ（ｍ）
Ｓ：炉頂部の断面積（ｍ2）
ρ:装入原料Ｍの密度（ｋｇ／ｍ3）
ΔＳ：微小面積（ｍ2）
ΔｔINT：微小時間（ｓｅｃ）
Δｔ：サンプリング時間（ｓｅｃ）＝ｔ２-ｔ１とする。
【００３２】
上記（１）及び（２）式では、いずれも左辺が熱交換により高温ガスが失う熱量（Ｊ）であり、右辺が装入原料Ｍの粒子表面位置におけるガス温度（高温）と装入原料Ｍの温度（低温）の差に比例する交換熱量を表す。なお、（１）及び（２）式の左辺及び右辺には、それぞれΔｔINT及びΔＳが挿入されているが、これらのΔｔINT及びΔＳについては両辺でキャンセルされる。
【００３３】
一方、Δｔ間で、炉内ガスＧと固体（装入原料Ｍ）が向流伝熱にて交換した熱量は互いに等しいので、下記（３）式が成り立つ。
【００３４】
【数３】
2010209404.tif 000005
【００３５】
但し、上記（３）式では、Δｔ秒間における炉内ガスＧのガス温度上昇分はサンプリング時刻ｔ１及びｔ２でそれぞれ測定されたガス温度ＴGMの平均で近似している。上記（１）、（２）及び（３）式よりＶｇについて解くと、下記（４）式が求められる。
【００３６】
【数４】
2010209404.tif 000006
【００３７】
また、下記（５）式に示すように、炉頂ゾンデ２２の温度センサ２８1〜２８6（ガス測定点）に対応付けて、炉頂部１４の断面を半径方向に沿って同心状に６分割すると共に、周方向に沿って扇状に４分割することにより、２４個の断面の分割領域を設定する。４本の炉頂ゾンデ２２の温度センサ２８1〜２８6は、それぞれ２４個の分割領域の幾何学的な中心に配置されている。
【００３８】
このとき、２４個の分割領域をそれぞれ通過する炉内ガスの流量（ｋｇ／ｓｅｃ）を全ての分割領域について累計した値は、炉頂部１４内を流れる炉内ガスＧの総ガス流量ＧTLと一致する。このとき、分割領域をそれぞれ通過する炉内ガスの質量流量（ｋｇ／ｓｅｃ）は、分割領域の代表点（ガス測定点）におけるガス質量流量Ｖｇと分割領域の面積との積により求める。従って、（４）式に存在する未知数ｈａは、（４）式を（５）式に代入して、ｈａについて解くことにより求めることができる。
【００３９】
Σ（ガス質量流量Ｖｇ×分割領域の面積）＝総ガス流量ＧTL  (５)
このように求められた、ｈａを(４)式に代入して、温度センサ２８1〜２８6（ガス測定点）におけるガス流量を求める。これによって、炉頂部１４内における炉内ガスの流量分布を算出する。実際の演算においては、炉頂部１４の装入原料Ｍのレベル高さの全領域において上記計算を可能とするため、次の（ａ）〜（ｇ）の仮定を設ける。
【００４０】
（ａ）装入原料Ｍは周方向に沿って均一厚に投入されている。つまり、装入原料Ｍの厚さは周方向に沿って変化しない。
（ｂ）炉頂ゾンデ２２の温度センサ２８1〜２８6の特性（時定数）はすべて同一とする。
（ｃ）装入原料Ｍが装入された後の装入原料Ｍの温度上昇は向流伝熱による温度上昇のみとする。
（ｄ）装入原料Ｍの蒸発潜熱は考慮しない。
（ｅ）同一のタイミング（チャージ）で装入される装入原料Ｍは、粒径、かさ密度、比熱は同一である。すなわち、計算の対象期間においては、装入原料Ｍの粒径、かさ密度、比熱は変化しない。
（ｆ）装入原料Ｍの高さ計測後の装入原料Ｍの流れ込み等の移動は考慮しない。
（ｇ）装入原料Ｍにおける半径方向に沿った伝導伝熱は考慮しない。
【００４１】
次に、図５のフローチャートに基づいて、本実施形態に係るガス流分布推定方法について詳細に説明する。先ずステップＳ１００にて、ガス流分布推定部４４は、所定の周期毎に、データ入出力部４２を介して上位のコンピュータから原料装入信号が入力したか否かを判断する。
ステップＳ１０２にて、ガス流分布推定部４４は原料装入信号の入力を判断すると、ステップＳ１０２にて、ループカウント数Ｋに“１”を設定すると共に、原料装入信号の入力時を基準として所定時刻としてサンプリング時刻ｔ１を設定する。
【００４２】
ガス流分布推定部４４は、ステップＳ１０４にて、現在時刻が所定時刻（サンプリング時刻ｔ１）に達したか否かを判断し、サンプリング時刻ｔ１に達した場合には、ステップＳ１０６にて、ガス温度測定部３６にアクセスし、サンプリング時刻ｔ１に温度センサ２８1〜２８6により測定されたガス温度ＴGMを取り込む。ガス流分布推定部４４は、ステップＳ１０８にて、原料高さ測定部３８にアクセスし、サンプリング時刻ｔ１にプロフィール計３０により測定された高さ測定点における原料高さＲMMを取り込む。またガス流分布推定部４４は、ステップＳ１１０にて、ガス流量測定部４０にアクセスし、サンプリング時刻ｔ１にガス流量計３２により測定された総ガス流量ＧTLを取り込む。
【００４３】
ガス流分布推定部４４は、サンプリング時刻ｔ１に対応付けて、ガス測定点毎のガス温度ＴGM、ガス測定点にそれぞれ対応する高さ測定点毎の原料高さＲMM及び総ガス流量ＧTLをそれぞれ内部メモリ（図示省略）に一時記憶する。
また、ガス流分布推定部４４は、ステップＳ１１２にて、ループカウント数Ｋが“２”であるか否かを判断し、ループカウント数Ｋが“２”ではない場合（Ｋ＝１である場合）、ステップＳ１１４にて、ループカウント数Ｋに“１”を加算すると共に、ステップＳ１０２で設定されたサンプリング時刻をｔ１からｔ２に変更した後、制御ルーチンをステップＳ１０４にリターンする。この場合、ガス流分布推定部４４は、サンプリング時刻ｔ２についてステップＳ１０４〜ステップＳ１０８の処理を再度実行することにより、サンプリング時刻ｔ２における、ガス測定点毎のガス温度ＴGM、ガス測定点にそれぞれ対応する高さ測定点毎の原料高さＲMM及び総ガス流量ＧTLを取り込み、これらのデータをサンプリング時刻ｔ２に対応付けて内部メモリに一時記憶する。
【００４４】
ガス流分布推定部４４は、ステップＳ１１０でループカウント数Ｋが“２”であると判断した場合、ステップＳ１１６にて、（５）式の条件（Σ（ガス質量流量Ｖｇ×分割領域の面積）＝総ガス流量ＧTL)を充足するように、（４）式の未知数ｈａを決定し、ステップＳ１１６にて、決定された未知数ｈａが代入された（４）式に基づいて、複数個（本実施形態では、２４個）のガス測定点における炉内ガス質量流量Ｖｇをそれぞれ算出した後、これらの炉内ガス質量流量Ｖｇに基づいてガス流分布を推定する。
【００４５】
ガス流分布推定部４４は、ステップＳ１２０にて、ステップＳ１１８で得られた複数個のガス測定点におけるガス流分布の推定値を、データ入出力部４２を介して上位のコンピュータに出力する。なお、ガス流分布推定部４４により複数個のガス測定点における炉内ガス質量流量Ｖｇの算出値を上位のコンピュータに出力し、上位のコンピュータによりガス流分布を推定させるようにしても良い。
【００４６】
またガス流分布推定部４４は、ステップＳ１２２にて、ガス流分布推定処理を終了するか否かを判断する。すなわち、ガス流分布推定部４４は、今回の装入原料Ｍの装入から、次回の装入原料Ｍの装入までの期間中に、１回のみステップＳ１０４〜ステップＳ１２０の処理を実行する場合には、ガス流分布推定処理を終了することを判断する。
しかし、次回の装入原料Ｍの装入までの期間中に、２回以上に亘ってガス流分布推定処理を実行することも可能であり、その場合には、前回のサンプリング時刻ｔ２を新しいサンプリング時刻ｔ１とすると共に、新しいサンプリング時刻ｔ２を再設定することにより、２回目以降のガス流分布推定処理を実行する。これにより、今回の装入原料Ｍの装入から、次回の装入原料Ｍまでの期間中における、サンプリング周期Δｔ毎のガス流分布の推移を把握することが可能になる。
【００４７】
以上説明した本実施形態に係るガス流分布推定方法を実施するガス流分布推定装置３４では、炉頂部１４内における複数のガス測定点で測定されたガス温度ＴGM、複数の高さ測定点で測定された原料高さＲMM及び、炉頂部１４内を流れる炉内ガスの総ガス流量ＧTLの測定値に基づいて、複数のガス測定点をそれぞれ流れる炉内ガスのガス流分布を推定するので、保守性、耐久性の観点から問題のある流量計、流速計等の気流センサにより炉頂部１４内の炉内ガスＧの流量又は流速を直接測定する必要がなくなり、炉頂部１４内を流れる炉内ガスＧのガス温度ＴGM、原料高さＲMM及び炉内ガスＧの総ガス流量ＧTLの測定値のみに基づいて、炉頂部１４内を流れる炉内ガスＧのガス流分布を精度良く推定できる。
【００４８】
従って、本実施形態のガス流分布推定装置３４によれば、例えば、炉頂部内に配置された流量計等のセンサにより炉内ガスの流量を直接測定する場合や、垂直ゾンデ等の装入原料内に装入されたセンサを用いてガス流量（流速）を測定又は推定する場合と比較し、炉内ガス流分布を推定するために用いられるセンサである炉頂ゾンデ２２（温度センサ２８1〜２８6）、プロフィール計３０及びガス流量計３２に対する熱的、化学的及び物理的な負荷を軽減できるので、装置の耐久性及び保守性を大幅に向上でき、装置を長期間に亘って安定的に連続使用することができる。
【００４９】
なお、上述の本実施形態で説明したガス流分布推定装置３４がガス流分布推定方法を実行するための各機能は、専用のハードウエア（本実施形態では、ＰＬＣ及び入出力装置）を用いて構成されていたが、これに留まらず、ソフトウエアを用いて各機能を記載したプログラムを汎用のコンピュータに読み込ませて実現することもできる。また、各機能は、適宜ソフトウエア、ハードウエアのいずれかを選択して構成するものであっても良い。
【００５０】
更に、各機能は図示しない記憶媒体に格納したプログラムをコンピュータに読み込ませることで実現させることもできる。ここで本実施の形態における記憶媒体は、プログラムを記憶でき、かつコンピュータが読み取り可能な記憶媒体であれば、その記憶形式は何れの形態であってもよい。
また本実施形態では、炉頂部１４内を流れる総ガス流量ＧTLを炉内ガス用ダストキャッチャ（図示省略）の出口側に配置されたガス流量計３２により測定していたが、総ガス流量ＧTLは、炉口１６から排出される炉内ガスを構成する各成分の比率を測定することによっても算出することができる。この場合には、総ガス流量ＧTLは、下記（６）式により求めることができる。
【００５１】
【数５】
2010209404.tif 000007
【００５２】
上記（６）式において、
ａ：装入原料Ｍ中の炭素量（ｋｇ／ｔｏｎ)
ｂ：石灰石中の炭素量（ｋｇ／ｔｏｎ)
Ｃ：装入原料Ｍ及び石灰石以外の装入物に含まれる炭素量（ｋｇ／ｔｏｎ)
ｆ：銑鉄中に入ることで消費される炭素量（ｋｇ／ｔｏｎ)
ｇ：ガス灰中に逃げる炭素量（ｋｇ／ｔｏｎ)
ｊ：炉内ガスに含まれるＣＯ2（ｗｔ％）
ｋ：炉内ガスに含まれるＣＯ（ｗｔ％）
ｌ：炉内ガスに含まれるＣＨ4（ｗｔ％）である。
【実施例】
【００５３】
図６には、図４のサンプリング時刻ｔ１及びｔ２に、４本の炉頂ゾンデの温度センサによりそれぞれ実測されたガス温度ＴGMを含む測定データを用いて推定されたガス流分布が三次元的な分布図により示されている。この図７において、Ｘ軸は東西方向、Ｙ軸は南北方向をそれぞれ示しており、Ｚ軸は指数化された炉内ガス質量流量Ｖｇを示している。炉頂部１４の水平断面を流れる炉内ガスのガス流分布は、図７に示されるように、半径方向に沿って中心部で最も高く、中心部から周辺部へ向かってガス流量が急峻に低下している。またガス流分布は、半径方向に沿って炉頂部１４の断面における中心部と周辺部との間で低流量となり、周辺部で外周側へ向ってガス流量が上昇している。従って、炉頂部１４の水平断面を流れる炉内ガスのガス流分布は、中心部及び周辺部のガス流量がそれぞれ高い略Ｗ字状の分布パターンとなっている。
【符号の説明】
【００５４】
１０  高炉設備
１２  高炉本体
１４  炉頂部
１６  炉口
１８  集合ホッパ
２０  旋回シュート
２２  炉頂ゾンデ
２４Ｅ  東端部
２５Ｗ  西端部
２６Ｓ  南端部
２７Ｎ  北端部
２８  温度センサ
３０  プロフィール計
３２  ガス流量計
３４  ガス流分布推定装置
３６  ガス温度測定部
３８  原料高さ測定部
４０  ガス流量測定部
４２  データ入出力部
４４  ガス流分布推定部
Ｇ  炉内ガス
ＧTL  総ガス流量
Ｍ、ＭNW、ＭOL  装入原料
ｔ１、ｔ２  サンプリング時刻
【図１】
2010209404.tif 000008
【図２】
2010209404.tif 000009
【図３】
2010209404.tif 000010
【図４】
2010209404.tif 000011
【図５】
2010209404.tif 000012
【図６】
2010209404.tif 000013