(57)【要約】【課題】  高炉原料の装入時に、均圧ホッパーの内部の圧力が変動することを抑制する。【解決手段】  均圧ホッパー１０６に装入された高炉原料１１０が、貯留ホッパー１０２を介して高炉本体１０１に落下することにより生じる、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を補償するためのＮ2吹込量ＦＶを導出し、流量計１１４で測定されたＮ2ガスの流量の実績値ＰＶが、Ｎ2吹込量ＦＶになるように、均圧コントロール弁１１６を操作する流量制御を行う。【選択図】  図１
2018053353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉本体と、
前記高炉本体の上に配置される貯留ホッパーと、
前記貯留ホッパーの上に配置されるホッパーであって、内部の圧力が前記高炉本体の内部の圧力と略同一にされた状態になった後に、前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に高炉原料を装入するためのホッパーである均圧ホッパーと、
前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーに流入する前記高炉原料の流量を調節するための弁である均圧ホッパー流調ゲート弁と、
前記均圧ホッパーの内部に供給されるガスの流量を調節するための弁である均圧コントロール弁と、を有する高炉の制御装置であって、
前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になるように、前記均圧ホッパーの内部の圧力と前記高炉本体の内部の圧力との差の設定値および実績値の偏差に基づいて、前記均圧コントロール弁の開度を導出し、前記均圧コントロール弁の開度を当該導出した開度にする圧力制御手段と、
前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になり、前記均圧ホッパーに装入された前記高炉原料が、前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に装入されることが開始された後に、前記均圧コントロール弁の開度を調整する開度調整手段と、を有し、
前記圧力制御手段および前記開度調整手段の一方は、他方が動作しているときには動作せず、
前記開度調整手段は、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に前記高炉原料が装入されることにより生じる、前記均圧ホッパーの内部の圧力の低下を補償する開度に、前記均圧コントロール弁の開度を調整することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記開度調整手段は、前記ガスの流量の設定値および実績値の偏差に基づいて、前記均圧コントロール弁の開度を導出し、前記均圧コントロール弁の開度を当該導出した開度にする流量制御手段を有し、
前記ガスの流量の設定値は、前記高炉本体から前記均圧ホッパーの内部に前記ガスの流入がないとした場合の、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーを介した前記高炉本体への前記高炉原料の落下による前記均圧ホッパーの内部の圧力の一定の低下量を前記ガスの流量に換算した値であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記ガスの流量の設定値を前記高炉の操業実績データに基づいて導出する補償量演算手段を更に有し、
前記補償量演算手段は、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に前記高炉原料が装入されることが開始された後に前記ガスを前記均圧ホッパーの内部に供給しないものとした場合、前記均圧ホッパーの内部の圧力が、時間の経過と共に直線的に圧力低下量だけ低下した後に一定の値になるものとして、ガス吹込量を前記ガスの流量の設定値として導出し、
前記ガス吹込量は、単位時間当たりの補償圧力と、空間変化容積と、吹込み圧力とに基づいて導出され、
前記単位時間当たりの補償圧力は、前記均圧ホッパーの内部の圧力の圧力低下加速時間における単位時間当たりの低下量の平均値であり、
前記空間変化容積は、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に前記高炉原料を装入することを開始するときの前記均圧ホッパーの内部の空間の容積と、前記均圧ホッパーから単位時間に落下する前記高炉原料の容積との和であり、
前記吹込み圧力は、前記均圧コントロール弁の出側におけるガスの圧力であり、
前記圧力低下加速時間は、前記均圧ホッパーの内部の圧力が、時間の経過と共に直線的に低下する時間であることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記操業実績データは、前記圧力低下量の実績データと、前記圧力低下加速時間の実績データと、前記均圧ホッパーの内部の圧力に影響を与える複数の操業因子の実績データとを含むことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【請求項５】
前記複数の操業因子は、前記均圧ホッパー流調ゲートの開度と、前記均圧ホッパーに装入される前記高炉原料の粒度と、前記均圧ホッパーに装入される前記高炉原料の容積とを含むことを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
【請求項６】
前記補償量演算手段は、前記操業実績データを用いた重回帰分析を行うことにより、前記圧力低下量と前記圧力低下加速時間とを導出することを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項７】
前記均圧ホッパーの内部の圧力の低下を補償する前記均圧コントロール弁の開度は、一定の開度であることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項８】
前記均圧ホッパー流調ゲート弁の開度が設定値を上回ったか否かを判定する第１の判定手段を更に有し、
前記開度調整手段は、前記第１の判定手段により、前記均圧ホッパー流調ゲート弁の開度が設定値を上回ったと判定されると、動作を開始することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項９】
前記圧力制御手段は、前記第１の判定手段により、前記均圧ホッパー流調ゲート弁の開度が設定値を上回ったと判定されると、動作を停止することを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になったか否かを判定する第２の判定手段と、
前記第２の判定手段により、前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になったと判定されてから、前記第１の判定手段により、前記均圧ホッパー流調ゲート弁の開度が設定値を上回ったと判定されるまでの間、前記第２の判定手段により、前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になったと判定されたときの開度に前記均圧コントロール弁の開度を保持する開度設定手段と、を更に有し、
前記圧力制御手段および前記開度調整手段は、前記開度設定手段により前記均圧コントロール弁の開度が保持されているときは動作せず、
前記開度設定手段は、前記圧力制御手段および前記開度調整手段が動作しているときには前記均圧コントロール弁の開度を保持しないことを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
【請求項１１】
前記高炉は、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーの内部に全ての前記高炉原料が装入されたことを検出するためのセンサである原料落下確認センサをさらに有し、
前記開度調整手段は、前記原料落下確認センサにより、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーの内部に全ての前記高炉原料が装入されたことが検出されると動作を停止し、
前記圧力制御手段は、前記原料落下確認センサにより、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーの内部に全ての前記高炉原料が装入されたことが検出されると動作を開始することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の制御装置。
【請求項１２】
高炉本体と、
前記高炉本体の上に配置される貯留ホッパーと、
前記貯留ホッパーの上に配置されるホッパーであって、内部の圧力が前記高炉本体の内部の圧力と略同一にされた状態になった後に、前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に高炉原料を装入するためのホッパーである均圧ホッパーと、
前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーに流入する前記高炉原料の流量を調節するための弁である均圧ホッパー流調ゲート弁と、
前記均圧ホッパーの内部に供給されるガスの流量を調節するための弁である均圧コントロール弁と、を有する高炉の制御方法であって、
前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になるように、前記均圧ホッパーの内部の圧力と前記高炉本体の内部の圧力との差の設定値および実績値の偏差に基づいて、前記均圧コントロール弁の開度を導出し、前記均圧コントロール弁の開度を当該導出した開度にする圧力制御工程と、
前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になり、前記均圧ホッパーに装入された前記高炉原料が、前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に装入されることが開始された後に、前記均圧コントロール弁の開度を調整する開度調整工程と、を有し、
前記圧力制御工程および前記開度調整工程の一方における動作は、他方における動作が実行されているときには実行されず、
前記開度調整工程は、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に前記高炉原料が装入されることにより生じる、前記均圧ホッパーの内部の圧力の低下を補償する開度に、前記均圧コントロール弁の開度を調整することを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１の何れか１項に記載の制御装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、制御方法、およびプログラムに関し、特に、貯留ホッパーの上に配置され、高炉原料の装入に際し、内部の圧力が高炉本体内の圧力と略同一にされる均圧ホッパーの圧力を調整するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、鉄鉱石をコークスにより還元して銑鉄を生産するものである。これらの原料は、略一定の速度で連続的に稼働しているベルトコンベアを用いて高炉の炉頂に運ばれる。高炉の炉頂に到達した原料は、ホッパーを介して高炉本体に装入される。以下の説明では、銑鉄を生産するために高炉本体に装入される原料を必要に応じて高炉原料と称する。
【０００３】
ホッパーの構成は、垂直ホッパーと並列ホッパーに大別される。垂直ホッパーは、高炉本体の上に配置された貯留ホッパーと、貯留ホッパーの上に配置された下部ホッパーと、下部ホッパーの上に配置された上部ホッパーとを有する。並列ホッパーは、高炉本体の上に配置された貯留ホッパーと、貯留ホッパーの上に並列に配置された複数の炉頂ホッパーとを有する。高炉本体の内部は、大気圧よりも高圧である。従って、垂直ホッパーおよび並列ホッパーの何れにおいても、高炉本体の内部に高炉原料を装入するに際し、貯留ホッパーの上に配置されるホッパー（下部ホッパー、炉頂ホッパー）にＮ2ガス等のガスを供給して、当該ホッパー（下部ホッパー、炉頂ホッパー）の内部の圧力と高炉本体の内部の圧力とを均圧（略同一）にする。このとき、当該ホッパーの内部の圧力が均圧の状態に保たれること（即ち、当該ホッパーの内部の圧力の変動を抑制すること）が求められる。以下の説明では、当該ホッパーを必要に応じて均圧ホッパーと称する。
【０００４】
特許文献１には、流体の受け入れ、払い出し装置を含む実プラントを模擬するプラントモデルを構築し、プラントモデルから出力される制御量と実プラントにおける制御量との偏差から外乱の推定値を導出し、ＰＩＤ制御器から出力される操作量から、当該外乱の推定値を減算した操作量で実プラントを操作する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８５３５５６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に記載の技術では、実プラントを模擬するプラントモデルを構築する必要がある。従って、制御の精度がプラントモデルの精度に依存するが、高精度のプラントモデルを構築するのは容易ではない。また、特許文献１に記載の技術を均圧ホッパーの圧力制御に適用すると、制御に時間遅れが生じる。従って、高炉原料の装入時に、均圧ホッパーの内部の圧力が変動することを抑制することが容易ではないという問題点があった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、高炉原料の装入時に、均圧ホッパーの内部の圧力が変動することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の制御装置は、高炉本体と、前記高炉本体の上に配置される貯留ホッパーと、前記貯留ホッパーの上に配置されるホッパーであって、内部の圧力が前記高炉本体の内部の圧力と略同一にされた状態になった後に、前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に高炉原料を装入するためのホッパーである均圧ホッパーと、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーに流入する前記高炉原料の流量を調節するための弁である均圧ホッパー流調ゲート弁と、前記均圧ホッパーの内部に供給されるガスの流量を調節するための弁である均圧コントロール弁と、を有する高炉の制御装置であって、前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になるように、前記均圧ホッパーの内部の圧力と前記高炉本体の内部の圧力との差の設定値および実績値の偏差に基づいて、前記均圧コントロール弁の開度を導出し、前記均圧コントロール弁の開度を当該導出した開度にする圧力制御手段と、前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になり、前記均圧ホッパーに装入された前記高炉原料が、前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に装入されることが開始された後に、前記均圧コントロール弁の開度を調整する開度調整手段と、を有し、前記圧力制御手段および前記開度調整手段の一方は、他方が動作しているときには動作せず、前記開度調整手段は、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に前記高炉原料が装入されることにより生じる、前記均圧ホッパーの内部の圧力の低下を補償する開度に、前記均圧コントロール弁の開度を調整することを特徴とする。
【０００９】
本発明の制御方法は、高炉本体と、前記高炉本体の上に配置される貯留ホッパーと、前記貯留ホッパーの上に配置されるホッパーであって、内部の圧力が前記高炉本体の内部の圧力と略同一にされた状態になった後に、前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に高炉原料を装入するためのホッパーである均圧ホッパーと、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーに流入する前記高炉原料の流量を調節するための弁である均圧ホッパー流調ゲート弁と、前記均圧ホッパーの内部に供給されるガスの流量を調節するための弁である均圧コントロール弁と、を有する高炉の制御方法であって、前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になるように、前記均圧ホッパーの内部の圧力と前記高炉本体の内部の圧力との差の設定値および実績値の偏差に基づいて、前記均圧コントロール弁の開度を導出し、前記均圧コントロール弁の開度を当該導出した開度にする圧力制御工程と、前記均圧ホッパーの内部の圧力と、前記高炉本体の内部の圧力とが略同一になり、前記均圧ホッパーに装入された前記高炉原料が、前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に装入されることが開始された後に、前記均圧コントロール弁の開度を調整する開度調整工程と、を有し、前記圧力制御工程および前記開度調整工程の一方における動作は、他方における動作が実行されているときには実行されず、前記開度調整工程は、前記均圧ホッパーから前記貯留ホッパーを介して前記高炉本体の内部に前記高炉原料が装入されることにより生じる、前記均圧ホッパーの内部の圧力の低下を補償する開度に、前記均圧コントロール弁の開度を調整することを特徴とする。
【００１０】
本発明のプログラムは、前記制御装置の各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高炉原料の装入時に、均圧ホッパーの内部の圧力が変動することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】高炉の炉頂部分の設備の構成の一例を説明する図である。
【図２】均圧ホッパーの内部の圧力の変動と動作タイミングチャートの第１の例を示す図である。
【図３】均圧ホッパーの内部の圧力が変動するメカニズムの一例を説明する図である。
【図４】均圧ホッパーの内部の圧力の変動と動作タイミングチャートの第２の例を示す図である。
【図５】制御装置の構成の一例を示す図である。
【図６】圧力補償値およびＮ2吹込量を導出する方法の一例を説明する図である。
【図７】均圧ホッパーの内部の圧力の変動と動作タイミングチャートの第３の例を示す図である。
【図８】制御装置の処理の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。
＜高炉炉頂の設備の概要＞
図１は、高炉の炉頂部分の設備の構成の一例を説明する図である。本実施形態では、高炉の炉頂に垂直ホッパーが配置される場合を例に挙げて説明する。
【００１４】
図１において、高炉本体１０１の直上に配置されるホッパーとして、貯留ホッパー１０２が配置される。貯留ホッパー１０２には、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂが配置される。原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂは、貯留ホッパー１０２の振動を検出することにより、均圧ホッパー１０６の内部の全ての高炉原料が貯留ホッパー１０２の内部に装入されたことを検出するためのセンサである。原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂは、貯留ホッパー１０２の振動が閾値以下になると、ＯＦＦになる。
【００１５】
貯留ホッパー１０２の下部には、旋回シュート１０４が配置される。旋回シュート１０４は、貯留ホッパー１０２から排出された高炉原料を高炉本体１０１の内部に装入するためのものである。旋回シュート１０４は、高炉原料の高炉本体１０１の内部への装入に際し、高炉本体１０１の高さ方向に対して傾動すると共に、高炉本体１０１の周方向に旋回する。旋回シュート１０４の動作により、炉内原料１０５が高炉本体１０１の内部に堆積される。
【００１６】
貯留ホッパー１０２の直上に配置されるホッパーとして、均圧ホッパー（下部ホッパー）１０６が配置される。また、均圧ホッパー（下部ホッパー）１０６の直上に配置されるホッパーとして、上部ホッパー１０７が配置される。
【００１７】
上部ホッパー１０７には、図示しないベルトコンベアで高炉の炉頂に運ばれた高炉原料が装入される。上部ホッパー１０７の下部には、上部ゲート弁１０８ａ、１０８ｂ、上部シール弁１０９ａ、１０９ｂが、この順で上から配置される。上部ゲート弁１０８ａ、１０８ｂは、上部ホッパー１０７に装入された高炉原料を均圧ホッパー１０６に装入するための弁である。上部シール弁１０９ａ、１０９ｂは、上部ホッパー１０７を均圧ホッパー１０６から遮断するための弁である。
【００１８】
均圧ホッパー１０６は、その内部の圧力が、高炉本体１０１の内部の圧力と均圧（略同一）にされた状態で、上部ホッパー１０７から装入された高炉原料１１０を、貯留ホッパー１０２を介して高炉本体１０１の内部に装入するためのホッパーである。均圧ホッパー１０６の下部には、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１、均圧ホッパーシール弁１１２が、この順で上から配置される。均圧ホッパー流調ゲート弁１１１は、均圧ホッパー１０６の内部に装入された高炉原料の貯留ホッパー１０２への流量を調整するための弁である。均圧ホッパーシール弁１１２は、均圧ホッパー１０６を、高炉本体１０１および貯留ホッパー１０２から遮断するための弁である。
【００１９】
均圧ホッパー１０６の内部には、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を高めるためにガスが供給される。本実施形態では、Ｎ2ガス（窒素ガス）が均圧ホッパー１０６の内部に供給される場合を例に挙げて説明する。尚、均圧ホッパー１０６の内部に供給されるガスは、Ｎ2ガスに限定されず、例えば、Ｎ2ガス以外の不活性ガスであってもよい。Ｎ2ガスを均圧ホッパー１０６の内部に供給するための配管１１３には、流量計１１４、均圧弁１１５、および均圧コントロール弁１１６が配置される。流量計１１４は、均圧ホッパー１０６の内部に供給されるＮ2ガスの流量を測定するためのセンサである。均圧弁１１５は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を、高炉本体１０１の内部の圧力と均圧にする際に開かれる弁であり、均圧弁１１５が開かれることにより、Ｎ2ガスが均圧ホッパー１０６の内部に供給される。均圧コントロール弁１１６は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を、高炉本体１０１の内部の圧力と均圧にする際に、Ｎ2ガスの流量を調整するための弁（即ち、流調弁）である。
【００２０】
圧力計１１７は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力（絶対圧）を測定するためのセンサである。圧力計１１８は、高炉本体１０１の内部の圧力（絶対圧）を測定するためのセンサである。圧力計１１９は、圧力計１１７、１１８で測定された圧力に基づいて、高炉本体１０１の内部の圧力と均圧ホッパー１０６の内部の圧力との差（差圧）を測定するためのセンサである。圧力計１１９の測定値が、０（ゼロ）、または、０（ゼロ）を含む一定の範囲内になることにより、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧であると判定することができる。尚、圧力計１１７、１１８の測定値を減算することにより、高炉本体１０１の内部の圧力と均圧ホッパー１０６の内部の圧力との差（差圧）を計算することができる。従って、圧力計１１９は、なくてもよい。また、高炉の炉頂部分の設備としては、後述する制御を実現することができる構成を有していれば、図１に示した構成以外にも、垂直ホッパーとして採用されている公知の構成を採用するができる。
【００２１】
＜本実施形態に至った経緯＞
次に、後述する制御を採用するに至った経緯について説明する。前述したように、均圧ホッパー１０６から高炉本体１０１に高炉原料１１０を装入する際には、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を、高炉本体１０１の内部の圧力と均圧にするために、均圧ホッパー１０６の内部にＮ2ガスを供給する。これまでは、Ｎ2ガスの使用量を削減するために、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になり、均圧ホッパー１０６からの高炉原料１１０の装入が開始されると、均圧コントロール弁１１６の開度をその時点の開度に保持し、均圧弁１１５を閉としていた。尚、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になると、均圧コントロール弁１１６の開度は０（ゼロ）になる。均圧ホッパー１０６からの高炉原料１１０の落下により、高炉本体１０１の内部のガスが均圧ホッパー１０６に流入することから、このようにして均圧コントロール弁１１６の開度を保持しても、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とに差が生じることはないと考えられていた。尚、以下の説明では、均圧ホッパー１０６から貯留ホッパー１０２を介して高炉本体１０１の内部に高炉原料１１０を装入することを必要に応じて「ダンプ」と称する。
【００２２】
しかしながら、均圧ホッパー１０６から高炉本体１０１に高炉原料１１０の装入を開始してからの均圧ホッパー１０６の内部の圧力を調査したところ、均圧ホッパー１０６から高炉本体１０１への高炉原料１１０の装入が開始されると、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が急峻に低下するという知見を得た。図２は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の変動（上図）と、動作タイミングチャート（下図）の一例を示す図である。具体的に図２は、均圧ホッパー１０６から高炉本体１０１への高炉原料１１０の装入が開始されると、その時点の開度で均圧コントロール弁１１６の開度を保持し均圧弁１１５を閉とする場合の、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の変動と、動作タイミングチャートの一例を示す図である。また、図３は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が変動するメカニズムの一例を説明する図である。図２および図３を参照しながら、前述した知見について説明する。
【００２３】
図２の上図において、ＰＶは、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の実績値を示す。ＭＶは、均圧ホッパー１０６と高炉本体１０１の内部の圧力を均圧にするための、均圧コントロール弁１１６の開度操作量を示す。図２の下図において、コントロール弁モードは、ＰＩＤ制御を行っているか否かを示す。コントロール弁モードがＡＵＴＯである場合にはＰＩＤ制御が行われ、ＭＡＮである場合にはＰＩＤ制御が行われない。また、均圧指令とは、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を、高炉本体１０１の内部の圧力と均圧の状態に保つことの指令であり、均圧指令がＯＮになっている間は、均圧弁１１５を開し均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とを均圧の状態にするための操作が行われる。ここでは、外部装置から制御装置５００に均圧指令が出力されるものとする。ダンプ指令は、ダンプを行う指令であり、ダンプ指令がＯＮになっている間は、ダンプが行われる。ここでは、外部装置から制御装置５００にダンプ指令が出力されるものとする。
【００２４】
図２の下図に示す例では、タイミングｔ１において均圧指令がＯＮとなり、均圧弁１１５が開き、ＰＩＤ制御器による演算が開始され演算される。ＰＩＤ制御器から出力される操作量で均圧コントロール弁１１６が操作される。これにより、Ｎ2ガスが均圧ホッパー１０６の内部に流入し、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力との差が０（ゼロ）に近づくと共に、図２の上図に示すように均圧コントロール弁１１６による圧力の調整値ＭＶが０（ゼロ）に近づく。
【００２５】
そして、タイミングｔ２において、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になると、均圧コントロール弁１１６による圧力の調整値ＭＶは略０（ゼロ）となり、均圧コントロール弁１１６の開度は、その時点の開度に保持されると共に均圧弁１１５を閉し均圧指令をＯＦＦとする。また、図２の下図に示すように、このタイミングｔ２でダンプ指令がＯＮとなる。そうすると、タイミングｔ２において、旋回シュート１０４が傾動と旋回とを開始すると共に、均圧ホッパーシール弁１１２が開く。続いてタイミングｔ３において均圧ホッパー流調ゲート弁１１１が開く。
タイミングｔ２からタイミングｔ３までの期間は、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開動作が開始するまでの各機器の動作時間により定まる。尚、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１は、目標開度に向かって徐々に開く。均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の目標開度は、例えば、均圧ホッパー１０６に装入されている高炉原料１１０の銘柄、粒度、および容積（または質量）等に応じて定まる。
【００２６】
その後、タイミングｔ４においてダンプ指令がＯＦＦになると、ダンプを終了する。尚、タイミングｔ５は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下が開始するタイミングである。タイミングｔ６は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が復帰するタイミングである。タイミングｔ７は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下量が一定の値に落ち着き始めるタイミングである。タイミングｔ８は、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングである。タイミングｔ５〜ｔ８の詳細については、図６等を参照しながら後述する。
【００２７】
ここで、図２の上図に示すように、タイミングｔ３において、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開動作（即ち、ダンプ）が開始すると、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の実績値ＰＶが低下し、その後、略一定の値で推移した後、増加していることが分かる。このような均圧ホッパー１０６の内部の圧力の実績値ＰＶの変動のメカニズムを、図３を参照しながら説明する。
【００２８】
図３に示すように、「ダンプ前」においては、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１（貯留ホッパー１０２）の内部の圧力とが均圧になる。その後、ダンプが開始し、「ダンプ中」になると、均圧ホッパー１０６から貯留ホッパー１０２を介して高炉本体１０１の内部に高炉原料１１０が装入される。そうすると、高炉原料１１０の落下により均圧ホッパー１０６の空間の容積が増加するために、均圧ホッパー１０６の内部の圧力は減少する。ここで、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が増加する要因がないとすると、「ダンプ中」のタイミングｔx2における均圧ホッパー１０６の内部の圧力Ｐ1［ｋＰａ］は、以下の（１）式により表される。
Ｐ1＝Ｐ0×Ｖ0÷（Ｖ0＋ΔＶ）  ・・・（１）
（１）式において、Ｖ0は、タイミングｔx2より前のタイミングｔx1における均圧ホッパー１０６の空間の容積［ｍ3］である。Ｐ0は、タイミングｔx1における均圧ホッパー１０６の内部の圧力［ｋＰａ］である。ΔＶは、タイミングｔx1からタイミングｔx2までの時間ｔxの期間に均圧ホッパー１０６から貯留ホッパー１０２に落下する高炉原料１１０の容積［ｍ3］である。
【００２９】
しかしながら、高炉原料１１０には隙間があるため、均圧ホッパー１０６よりも高圧の貯留ホッパー１０２（高炉本体１０１）から、その内部のガスが均圧ホッパー１０６の内部に流入する。このようにして均圧ホッパー１０６の内部に流入するガスは、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を高める要因となる。尚、高炉原料１１０の粒度が大きい場合の方が小さい場合よりも、均圧ホッパー１０６の内部に流入するガスの流量は多くなり、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が高くなる。また、均圧ホッパー１０６から貯留ホッパー１０２に落下する高炉原料１１０の流速が小さい場合の方が大きい場合よりも、均圧ホッパー１０６の内部に流入するガスの流量は多くなり、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が高くなる。
【００３０】
以上のように「ダンプ中」における均圧ホッパー１０６の内部の圧力は、高炉原料１１０の落下により均圧ホッパー１０６の空間の容積が増加することによる圧力の減少と、貯留ホッパー１０２（高炉本体１０１）から均圧ホッパー１０６に流入するガスによる圧力の増加との大小関係によって増加したり減少したりする。具体的に、ダンプの開始直後は、高炉原料１１０の落下により均圧ホッパー１０６の空間の容積が増加することによる圧力の減少が支配的になる。このため、図２の上図に示すように、タイミングｔ３が経過すると、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の実績値ＰＶが低下する。その後、高炉原料１１０の落下により均圧ホッパー１０６の空間の容積が増加することによる圧力の減少と、貯留ホッパー１０２（高炉本体１０１）から均圧ホッパー１０６に流入するガスによる圧力の増加との差が略一定になり、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の実績値ＰＶは略一定の値になる。そして、均圧ホッパー１０６の内部の高炉原料１１０の原料が少なくなると、貯留ホッパー１０２（高炉本体１０１）から均圧ホッパー１０６に流入するガスによる圧力の増加が支配的になる。このため、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の実績値ＰＶが増加する。
【００３１】
本発明者らは、以上の知見の下、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を補償するという着想を得た。そこで、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になっても、ＰＩＤ制御器による圧力制御を継続することを試みた。図４は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の変動（上図）と、動作タイミングチャート（下図）の一例を示す図である。具体的に図４は、均圧ホッパー１０６から高炉本体１０１への高炉原料１１０の装入が開始された後も、ＰＩＤ制御器による自動制御を継続する場合の、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の変動と、動作タイミングチャートの一例を示す図である。図４は、図２に対応する図であり、図４に示す記号は、図２に示す記号と同じ意味を有する。
【００３２】
図４の上図に示すように、タイミングｔ５からタイミングｔ４の期間において、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の実績値ＰＶが大きく変動し、圧力の低下量にバラツキが生じることが分かる。ＰＩＤ制御器から出力される操作量で均圧コントロール弁１１６の開度を変更することによりＮ2ガスの流量を変更してから、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が変化するまでの時間等が時間遅れとなるため、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の変動にＰＩＤ制御器による制御が追い付かないためである。
【００３３】
本発明者らは、以上の知見の下、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を予測し、その予測の結果に応じて、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を補償するようにＮ2ガスの流量を制御するという着想を得、この着想に基づいて以下の実施形態に想到した。
【００３４】
＜実施形態＞
図５は、制御装置の構成の一例を示す図である。図５において、制御装置５００は、圧力制御器５０１、開度設定器５０２、補償量演算器５０３、流量制御器５０４、および切替指示器５０５を有する。
【００３５】
［圧力制御器５０１］
圧力制御器５０１は、減算器と、ＰＩＤ制御器とを有する。減算器は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力との差の設定値ＳＶから、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力との差の実績値ＰＶを減算し、これらの偏差を導出する。圧力制御器５０１は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力との差の設定値ＳＶから、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力との差の実績値ＰＶを減算した値（偏差）を０（ゼロ）にするための均圧コントロール弁１１６の操作量を、ＰＩＤ演算を行うことにより導出する。そして、圧力制御器５０１は、導出した均圧コントロール弁１１６の操作量で均圧コントロール弁１１６を操作する。本実施形態では、圧力制御器５０１による制御は、均圧指令がＯＮになるタイミングｔ１から、図２において、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になるタイミングｔ２までの期間と、図２において、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８から、ダンプの完了が検出されるタイミングｔ４までの期間で行われる（後述する図７も参照）。尚、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力との差は、高炉本体１０１の内部の圧力から均圧ホッパー１０６の内部の圧力を減算した値とするが、均圧ホッパー１０６の内部の圧力から高炉本体１０１の内部の圧力を減算した値としてもよい。
【００３６】
［開度設定器５０２］
開度設定器５０２は、オペレータにより指示された状態になるように均圧コントロール弁１１６を動作させる。本実施形態では、開度設定器５０２は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になる（即ち、タイミングｔ２になる）と、その時点における均圧コントロール弁１１６の開度を保持する。本実施形態では、この開度は、図２において、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下が開始するタイミングｔ５になるまで維持される（後述する図７も参照）。
【００３７】
［補償量演算器５０３］
補償量演算器５０３は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を補償する圧力に対応するＮ2ガスの流量を導出する。以下の説明では、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を補償する圧力を、必要に応じて圧力補償値ＭＶと称し、補償量演算器５０３により導出されるＮ2ガスの流量を必要に応じてＮ2吹込量と称する。圧力補償値は、図２等に示す、均圧コントロール弁１１６による圧力の調整値ＭＶに対応するものである。以下に、Ｎ2吹込量の導出方法の一例を説明する。
【００３８】
図６は、圧力補償値およびＮ2吹込量を導出する方法の一例を説明する図である。尚、以下の説明では、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の実績値ＰＶを必要に応じて圧力実績値ＰＶと称する。具体的に図６の上図は、ダンプが開始された後に、Ｎ2ガスを均圧ホッパー１０６の内部に供給しないものとした場合の、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下が開始するタイミングｔ５から、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が復帰するタイミングｔ６までの期間における圧力実績値ＰＶの一例を概念的に示す図である。図６の下図は、図６の上図に示す圧力実績値ＰＶを補償する圧力補償値ＭＶの一例を概念的に示す図である。図２を参照しながら説明したように、ダンプが開始すると圧力実績値ＰＶは、低下し、その後、概ね一定の値を有する。以下の説明では、このように圧力実績値ＰＶが低下する期間を、必要に応じて圧力低下加速時間Ｔαと称する。図６に示す例では、タイミングｔ５からタイミングｔ７の期間が、圧力低下加速時間Ｔαになる。また、圧力実績値ＰＶが概ね一定の値になるときの圧力実績値ＰＶの低下量を、必要に応じて圧力低下量ＰＶＬと称する。
【００３９】
本実施形態では、圧力実績値ＰＶは、時間に対し直線的に（即ち、線形の関係で）低下するものと仮定する。そこで、図６の下図に示すように、圧力低下加速時間Ｔαの間は、０（ゼロ）から圧力低下量ＰＶＬ（の絶対値）まで直線的に増加するように、圧力補償値ＭＶを定める。その後、タイミングｔ７から、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８までの間は、圧力低下量ＰＶＬ（の絶対値）として一定の値を圧力補償値ＭＶとして定める。図２および図３を参照しながら説明したように、均圧ホッパー１０６の内部の高炉原料１１０の原料が少なくなると、高炉本体１０１から貯留ホッパー１０２を介して均圧ホッパー１０６に流入するガスによる圧力の増加が支配的になる。そこで、本実施形態では、圧力実績値ＰＶの増加が大きくなり過ぎないよう、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８以降においては、圧力制御器５０１による制御を行い、補償量演算器５０３により圧力補償値ＭＶを導出しない。
【００４０】
また、本実施形態では、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下が開始するタイミングｔ５が、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開度の実績値ＰＶが設定値ＳＶを上回るタイミングであるものとする。ここで、設定値ＳＶは、圧力実績値ＰＶの低下の補償を開始するトリガとなる値として、オペレータにより設定される値である。タイミングｔ３からタイミングｔ５までの期間は、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の動作の開始を指示してから、高炉原料１１０の落下による均圧ホッパー１０６の内部の圧力が変動し始めるまでの時間遅れに対応する。この時間遅れに対応するように、設定値ＳＶが設定される。尚、設定値ＳＶは、均圧ホッパー１０６に装入された高炉原料１１０を高炉本体１０１の内部に装入する際の均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の目標開度よりも小さい値になる。
【００４１】
更に、本実施形態では、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８が、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂがＯＦＦになるタイミングに対応するものとする。
以上のように本実施形態では、補償量演算器５０３は、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開度の実績値ＰＶが設定値ＳＶを上回るタイミングｔ５から、均圧ホッパー１０６の内部から貯留ホッパー１０２の内部に全ての高炉原料が装入されたことが原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂにより検出されるタイミングｔ８までの間の期間において、Ｎ2吹込量を導出する。
【００４２】
図６を参照しながら説明したように圧力補償値ＭＶは、圧力低下時間Ｔα［ｓｅｃ］と圧力低下量ＰＶＬ［ｋＰａ］とに基づいて定まる。本実施形態では、補償量演算器５０３は、高炉における過去の操業実績に基づく重回帰分析を行うことにより、圧力低下時間Ｔαおよび圧力低下量ＰＶＬを導出する。
具体的に説明すると、本実施形態では、補償量演算器５０３は、流調ゲート開度ＧＯ、原料粒度ＯＣ、旋回速度ＣＨＶ、傾動角度ＣＨＴ、および装入物容量ＶＯＬを説明変数とし、目的変数である圧力低下時間Ｔαおよび圧力低下量ＰＶＬと、これらの説明変数との関係式をそれぞれ導出して記憶する。より具体的に説明すると、補償量演算器５０３は、以下の（２）式および（３）式の関係式を導出して記憶する。
ＰＶＬ＝Ｍ０＋Ｍ１×ＧＯ＋Ｍ２×ＯＣ＋Ｍ３×ＣＨＶ＋Ｍ４×ＣＨＴ＋Ｍ５×ＶＯＬ  ・・・（２）
Ｔα＝α０＋α１×ＧＯ＋α２×ＯＣ＋α３×ＣＨＶ＋α４×ＣＨＴ＋α５×ＶＯＬ  ・・・（３）
【００４３】
流調ゲート開度ＧＯは、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開度［％］である。原料粒度ＯＣは、均圧ホッパー１０６に装入される高炉原料１１０の粒度である。本実施形態では、原料粒度ＯＣを複数の階級で表現する。具体的に、原料粒度ＯＣを「１」〜「１０」の１０段階の階級で表現し、粒度が細かい階級である程、原料粒度ＯＣの値は大きくなるものとする（即ち、最も粒度が粗い高炉原料１１０が属する原料粒度ＯＣを「１」、最も粒度が細かい高炉原料が属する原料粒度ＯＣを「１０」とする）。旋回速度ＣＨＶは、旋回シュート１０４の旋回速度［ｒｐｍ］である。傾動角度ＣＨＴは、旋回シュート１０４の傾動角度［度］である。装入物容量ＶＯＬは、均圧ホッパー１０６に装入される高炉原料１１０の容積［ｍ3］である。
【００４４】
補償量演算器５０３は、目的変数（圧力低下時間Ｔαおよび圧力低下量ＰＶＬ）の実績値と、説明変数（流調ゲート開度ＧＯ、原料粒度ＯＣ、旋回速度ＣＨＶ、傾動角度ＣＨＴ、および装入物容量ＶＯＬ）の実績値を含む操業実績データとして、複数組の操業実績データを入力する。操業実績データの入力形態としては、例えば、外部装置からの送信や可搬型記憶媒体からの読み出しが挙げられる。そして、補償量演算器５０３は、複数組の操業実績データを用いて重回帰分析を行うことにより、（２）式の係数Ｍ１〜Ｍ５および定数Ｍ０と、（３）式の係数α１〜α５および定数α０とを導出して記憶する。
【００４５】
ここで、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を図６の下図に示すようにして補償することで、均圧ホッパー１０６の内部の圧力は一定になるように見える。しかしながら、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を図６の下図に示すようにして補償すると、図３の「ダンプ中」の「炉内ガス流入による圧力増」の部分に示したような、高炉本体１０１から均圧ホッパー１０６へのガスの流入がなくなる。このようにして高炉本体１０１から均圧ホッパー１０６へのガスの流入がなくなると、均圧ホッパー１０６の内部の圧力は、均圧ホッパー１０６から貯留ホッパー１０２を介して高炉本体１０１の内部に高炉原料１１０が装入されることにより、一定量で連続して低下する。従って、この連続して低下する一定量の圧力を補償する必要がある。以下の説明では、この連続して低下する一定量の圧力を、必要に応じて補償圧力と称する。
【００４６】
ところで、前述したように、均圧ホッパー１０６の内部の圧力を制御すると、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の変動に制御が追い付かない実態がある。そこで、本実施形態では、補償圧力を補償するためにＮ2ガスの流量を制御する。
ここでは、単位時間当たりの補償圧力［Ｎ／（ｍ2・ｓｅｃ）］が、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の圧力低下加速時間Ｔαにおける単位時間当たりの低下量の平均値であるものとし、以下の（４）式で表されるものとする。
単位時間当たりの補償圧力＝１／２×ＰＶＬ÷Ｔα  ・・・（４）
また、ダンプを開始時の均圧ホッパー１０６の空間の容積と、均圧ホッパー１０６から単位時間に落下する高炉原料１００の容積との和である空間変化容積［ｍ3］は、以下の（５）式で表される。
空間変化容積＝Ｖ０＋Ｋ×Ｓ  ・・・（５）
【００４７】
ここで、Ｖ０は、ダンプ開始時の均圧ホッパー１０６の空間の容積［ｍ3］であり、均圧ホッパー１０６に装入される高炉原料１１０の容積と、（装入物がない状態の）均圧ホッパー１０６の容積とに基づいて導出される。Ｋは、高炉原料１１０の嵩比重（単位質量当たりの容積）［ｍ3／ｔｏｎ］であり、Ｓは、高炉原料１１０の均圧ホッパー１０６からの落下速度［ｔｏｎ／ｓｅｃ］であり、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の目標開度を用いて導出される。
【００４８】
そうすると、単位時間当たりの補償圧力と空間変化容積との積を、吹込み圧力Ｐ２［Ｎ／ｍ2］で割った値に、均圧ホッパー１０６の内部に供給するＮ2ガスの流量が等しくなるようにすれば、当該Ｎ2ガスの流量は、補償圧力に対応するＮ2ガスの流量になる。ここで、吹込み圧力Ｐ２は、均圧コントロール弁１１６の出口側におけるガスの圧力であり、均圧コントロール弁１１６の入側の圧力と、均圧コントロール弁１１６のバルブ特性とに基づいて事前に設定される。以下の説明では、この補償圧力に対応するＮ2ガスの流量［ｍ3／ｓｅｃ］を必要に応じてＮ2ガス吹込量ＦＶと称する。
【００４９】
従って、Ｎ2ガス吹込量ＦＶ［ｍ3／ｓｅｃ］は、以下の（６）式で表される。
ＦＶ＝（Ｖ０＋Ｋ×Ｓ）×（１／２×ＰＶＬ÷Ｔα）÷Ｐ２  ・・・（６）
このように、Ｎ2ガス吹込量ＦＶは、高炉本体１０１から均圧ホッパー１０６の内部にガスの流入がないとした場合の、均圧ホッパー１０６から高炉本体１０１への高炉原料１１０の落下による均圧ホッパー１０６の内部の圧力の一定の低下量をＮ2ガスの流量に換算したものである。
【００５０】
補償量演算器５０３は、前述したようにして、（２）式の係数Ｍ１〜Ｍ５および定数Ｍ０と、（３）式の係数α１〜α５および定数α０とを記憶して（２）式および（３）式の関係式を得た後の操業において均圧ホッパー１０６に装入されている高炉原料１１０について、説明変数（流調ゲート開度ＧＯ、原料粒度ＯＣ、旋回速度ＣＨＶ、傾動角度ＣＨＴ、および装入物容量ＶＯＬ）の値と、嵩比重Ｋおよび高炉原料落下速度Ｓの値と、吹込み圧力Ｐ２と、（装入物がない状態の）均圧ホッパー１０６の容積とを入力し、（６）式の計算を行うことにより、Ｎ2ガス吹込量ＦＶを導出する。説明変数および嵩比重Ｋ、原料落下速度Ｓの入力形態としては、例えば、外部装置からの送信や可搬型記憶媒体からの読み出しが挙げられる。
【００５１】
［流量制御器５０４］
流量制御器５０４は、減算器と、ＰＩＤ制御器とを有する。減算器は、補償量演算器５０３で導出されたＮ2ガス吹込量ＦＶから、流量計１１４で測定されたＮ2ガスの流量の実績値ＰＶを減算し、これらの偏差を導出する。ＰＩＤ制御器は、補償量演算器５０３で導出されたＮ2ガス吹込量ＦＶから、流量計１１４で測定されたＮ2ガスの流量の実績値ＰＶを減算した値（偏差）を０（ゼロ）にするための均圧コントロール弁１１６の操作量を、ＰＩＤ演算を行うことにより導出する。そして、流量制御器５０４は、導出した均圧コントロール弁１１６の操作量で均圧コントロール弁１１６を操作する。流量制御器５０４による制御は、図２において、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下が開始するタイミングｔ５から、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８までの期間で行われる。
【００５２】
［切替指示器５０５］
切替指示器５０５は、圧力制御器５０１、開度設定器５０２、および流量制御器５０４に対して動作指示を行う。
前述したように、圧力制御器５０１による制御は、均圧指令がＯＮになるタイミングｔ１から、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になるタイミングｔ２までの期間と、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８から、ダンプの完了が検出されるタイミングｔ４までの期間で行われる。また、開度設定器５０２による均圧コントロール弁１１６の開度の保持は、タイミングｔ２から、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下が開始するタイミングｔ５になるまで行われる。また、流量制御器５０４による制御は、タイミングｔ５から、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８までの期間で行われる。
【００５３】
また、前述したように本実施形態では、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下が開始するタイミングｔ５は、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開度の実績値ＰＶが設定値ＳＶを上回るタイミングであるものとしている。また、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８は、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂがＯＦＦになるタイミングに対応するものとしている。
【００５４】
そこで、本実施形態では、切替指示器５０５は、以下の動作を行うものとする。まず、切替指示器５０５は、外部装置から均圧指令がＯＮになったことが通知されることにより、タイミングｔ１になったと判定すると、圧力制御器５０１に動作の開始を指示する。次に、切替指示器５０５は、圧力計１１９で測定された差圧に基づいて、タイミングｔ２になったと判定すると、圧力制御器５０１に動作の終了を指示すると共に開度設定器５０２に動作を指示する。次に、切替指示器５０５は、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開度の実績値ＰＶが設定値ＳＶを上回り、タイミングｔ５になったと判定すると、開度設定器５０２に動作の終了を指示すると共に流量制御器５０４に動作の開始を指示する。次に、切替指示器５０５は、均圧ホッパー１０６の内部から貯留ホッパー１０２の内部に全ての高炉原料が装入されたことが原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂにより検出され、タイミングｔ８になったと判定すると、流量制御器５０４に動作の終了を指示すると共に圧力制御器５０１に動作の開始を指示する。そして、切替指示器５０５は、ダンプ指令がＯＦＦされることによりダンプの完了が検出され、タイミングｔ４になったと判定すると、圧力制御器５０１に動作の終了を指示する。
【００５５】
図７は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の変動（上図）と、動作タイミングチャート（下図）の一例を示す図である。具体的に図７は、本実施形態の制御装置５００による制御が行われる場合の、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の変動と、動作タイミングチャートの一例を示す図である。図７は、図２および図４に対応する図である。図２および図４では、ＰＩＤ制御として圧力制御のみが行われる。これに対し、本実施形態の制御装置５００では、ＰＩＤ制御として圧力制御または流量制御が行われる。従って、これらを区別するために、コントロール弁モードにおいて、何れの制御が行われているのかを示している。また、圧力補償切替は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を補償するための流量制御が行われている期間を示す。圧力補償切替がＯＮの期間が、当該流量制御が行われている期間であり、圧力補償切替がＯＦＦの期間が、当該流量制御が行われていない期間である。その他の図７に示す記号は、図２および図４に示す記号と同じ意味を有する。図７に示すように、本実施形態の制御装置５００による制御により、圧力実績値ＰＶは、図２に示すように大きく低下することも、図４に示すように大きくバラツクこともなく概ね一定の値を保つ。
［制御器５０６］
制御器５０６は、均圧コントロール弁１１６以外の高炉の各設備（旋回シュート１０４、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１、均圧ホッパーシール弁１１２、均圧弁１１５等）の動作を制御する。
【００５６】
＜動作フローチャート＞
次に、図８のフローチャートを参照しながら、本実施形態の制御装置５００の処理の一例を説明する。尚、図８のフローチャートが開始される前に、（２）式の係数Ｍ１〜Ｍ５および定数Ｍ０と、（３）式の係数α１〜α５および定数α０とが導出され、記憶されているものとする。
【００５７】
ステップＳ８０１において、切替指示器５０５は、均圧指令がＯＮされるまで待機する。均圧指令がＯＮされると（即ち、タイミングｔ１になると）、ステップＳ８０２に進む。
【００５８】
ステップＳ８０２に進むと、切替指示器５０５は、圧力制御器５０１に動作の開始を指示する。圧力制御器５０１は、この指示に基づいて圧力制御を行う。具体的に圧力制御器５０１は、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力との差の設定値ＳＶから、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と高炉本体１０１の内部の圧力との差の実績値ＰＶを減算した値（偏差）を０（ゼロ）にするための均圧コントロール弁１１６の操作量を、ＰＩＤ演算を行うことにより導出し、導出した均圧コントロール弁１１６の操作量で均圧コントロール弁１１６を操作する。
【００５９】
次に、ステップＳ８０３において、切替指示器５０５は、圧力計１１９で測定された差圧に基づいて、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になるまで待機する。均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になると（即ち、タイミングｔ２になると）、ステップＳ８０４に進む。ステップＳ８０４に進むと、切替指示器５０５は、圧力制御器５０１に動作の終了を指示すると共に、開度設定器５０２に動作を指示する。圧力制御器５０１は、この指示に基づいて動作を終了する。また、開度設定器５０２は、この指示に基づいて、均圧コントロール弁１１６の開度を、タイミングｔ２時点の開度に保持させる。
【００６０】
次に、ステップＳ８０５において、制御器５０６は、旋回シュート１０４の旋回および傾動を開始させると共に、均圧ホッパーシール弁１１２を開く。
次に、ステップＳ８０６において、制御器５０６は、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１を開く。
次に、ステップＳ８０７において、切替指示器５０５は、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開度の実績値ＰＶが設定値ＳＶを上回るまで待機する。均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の開度の実績値ＰＶが設定値ＳＶを上回ると（即ち、タイミングｔ５になると）、ステップＳ８０８に進む。ステップＳ８０８に進むと、切替指示器５０５は、開度設定器５０２に動作の終了を指示すると共に、補償量演算器５０３および流量制御器５０４に動作の開始を指示する。
【００６１】
開度設定器５０２は、この指示に基づいて動作を終了する。これにより、均圧コントロール弁１１６の開度の保持が解除される。また、補償量演算器５０３は、この指示に基づいて、（６）式により、Ｎ2ガス吹込量ＦＶを導出する。そして、流量制御器５０４は、Ｎ2ガスの流量制御を行う。具体的に流量制御器５０４は、補償量演算器５０３で導出されたＮ2ガス吹込量ＦＶから、流量計１１４で測定されたＮ2ガスの流量の実績値ＰＶを減算した値（偏差）を０（ゼロ）にするための均圧コントロール弁１１６の操作量を、ＰＩＤ演算を行うことにより導出し、導出した均圧コントロール弁１１６の操作量で均圧コントロール弁１１６を操作する。
【００６２】
次に、ステップＳ８０９において、切替指示器５０５は、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂがＯＦＦになるまで待機する。尚、この間、流量制御器５０４による制御は継続される。そして、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂがＯＦＦになると（即ち、タイミングｔ８になると）、ステップＳ８１０に進む。ステップＳ８１０に進むと、切替指示器５０５は、流量制御器５０４に動作の終了を指示すると共に、圧力制御器５０１に動作の開始を指示する。流量制御器５０４は、この指示に基づいて動作を終了する。また、圧力制御器５０１は、この指示に基づいて圧力制御を行う。圧力制御の内容は、ステップＳ８０２で説明したのと同じであるので、詳細な説明を省略する。
【００６３】
次に、ステップＳ８１１において、切替指示器５０５は、ダンプ指令がＯＦＦされることにより、ダンプの完了を検出するまで待機する。尚、この間、圧力制御器５０１による制御は継続される。そして、ダンプの完了を検出すると、切替指示器５０５は、圧力制御器５０１に動作の終了を指示する。圧力制御器５０１は、この指示に基づいて動作を終了する。そして、図８のフローチャートによる処理を終了する。
【００６４】
＜まとめ＞
以上のように本実施形態では、均圧ホッパー１０６に装入された高炉原料１１０が、貯留ホッパー１０２を介して高炉本体１０１に落下することにより生じる、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を補償するためのＮ2吹込量ＦＶを導出し、流量計１１４で測定されたＮ2ガスの流量の実績値ＰＶが、Ｎ2吹込量ＦＶになるように、均圧コントロール弁１１６を操作する流量制御を行う。従って、均圧ホッパー１０６に装入された高炉原料１１０の落下による圧力実績値ＰＶの低下やバラツキを抑制することができる。これにより、均圧ホッパー１０６における高炉原料１１０の棚吊りや息つき現象を抑制することができる。更に、高炉原料１１０の息つき現象を抑制することで、高炉本体１０１の内部において円周方向に均一に高炉原料１１０を装入することができると共に、高炉原料１１０の装入時間を短縮することができる。
【００６５】
＜変形例＞
［変形例１］
本実施形態では、均圧ホッパーが、垂直ホッパーにおける下部ホッパーである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、均圧ホッパーは、貯留ホッパーの上に配置され、内部の圧力が高炉本体の内部の圧力と略同一にされた状態になった後に、貯留ホッパーを介して高炉本体の内部に高炉原料を装入するためのホッパーであれば、必ずしも、垂直ホッパーにおける下部ホッパーに限定されない。例えば、均圧ホッパーは、並列ホッパーにおける炉頂ホッパーであってもよい。
【００６６】
［変形例２］
本実施形態では、均圧ホッパー１０６の内部の圧力のフィードバック制御にＰＩＤ制御（圧力制御器５０１）を用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、均圧ホッパー１０６の内部の圧力のフィードバック制御は、ＰＩＤ制御に限定されない。例えば、均圧ホッパー１０６の内部の圧力のフィードバック制御にＰＩ制御を用いてもよい。このことは、流量制御器５０４においても同じである。
【００６７】
［変形例３］
本実施形態では、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８から、ＰＩＤ制御（圧力制御）を行う場合を例に挙げて説明した。しかしながら、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が高くなり過ぎないように、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧に近づくようにしていれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８から、ダンプの完了が検出されるタイミングｔ４までの期間、圧力補償値ＭＶ（均圧コントロール弁１１６の開度）を０（ゼロ）にして無制御の状態にしてもよい。
【００６８】
［変形例４］
本実施形態では、均圧ホッパー１０６の内部の圧力と、高炉本体１０１の内部の圧力とが均圧になるタイミングｔ２から、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下が開始するタイミングｔ５までの期間、タイミングｔ２における均圧コントロール弁１１６の開度を保持する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、この期間においても、タイミングｔ１から圧力制御器５０１を用いて行われている圧力制御を継続してもよい。この場合、タイミングｔ５において、圧力制御器５０１の動作を停止し、流量制御器５０４の動作を開始する。
【００６９】
［変形例５］
本実施形態では、圧力低下量ＰＶＬおよび圧力低下加速時間Ｔαを、重回帰分析を用いて導出する際の説明変数として、流調ゲート開度ＧＯ、原料粒度ＯＣ、旋回速度ＣＨＶ、傾動角度ＣＨＴ、および装入物容量ＶＯＬを説明変数とする場合を例に挙げて説明した。しかしながら、説明変数は、均圧ホッパー１０６の圧力に影響を与える操業因子であれば、これらに限定されない。例えば、旋回速度ＣＨＶおよび傾動角度ＣＨＴの少なくとも何れか一方を、説明変数から除いてもよい。
【００７０】
［変形例６］
本実施形態では、Ｎ2吹込量ＦＶを、補償量演算器５０３により導出する場合を例に挙げて説明した。このようにすれば、圧力低下加速時間Ｔαによる圧力の低下の時間変化を考慮することができると共に、圧力低下量ＰＶＬを正確に反映したＮ2ガスの流量（Ｎ2吹込量ＦＶ）を導出することができるので好ましい。しかしながら、均圧ホッパー１０６から貯留ホッパー１０２を介して高炉本体１０１の内部に高炉原料１１０が装入されることにより生じる、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を補償する開度に、均圧コントロール弁１１６の開度を調整していれば、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、Ｎ2吹込量ＦＶを外部装置で計算しておき、当該Ｎ2吹込量ＦＶをオペレータが流量制御器５０４に設定してもよい。この場合、補償量演算器５０３は、不要になる。
【００７１】
この他、タイミングｔ５からタイミングｔ８までの期間の均圧コントロール弁１１６の開度として一定の開度を、オペレータが設定してもよい。このようにする場合、均圧コントロール弁１１６の開度を、過去の操業実績から定めることができる。例えば、様々な操業条件において、均圧ホッパー１０６の内部の圧力の低下を抑制できたときの均圧コントロール弁１１６の開度を調査し、操業条件と均圧コントロール弁１１６の開度との関係を蓄積しておく。その後、本実施形態の制御装置５００を適用した状態でダンプを開始する際に、そのときの操業条件に対応する均圧コントロール弁１１６の開度を、蓄積しておいた関係から読み取り、タイミングｔ５からタイミングｔ８までの期間において、均圧コントロール弁１１６の開度を、読み取った開度に保持する。
【００７２】
ただし、このようにすると、操業状態によっては、タイミングｔ５からタイミングｔ８の期間において、均圧ホッパー１０６の内部の圧力が想定以上に高くなり、旋回シュート１０４の駆動電流が大きくなる（過負荷になる）虞がある。従って、操業状態に応じて、このような均圧コントロール弁１１６の開度の設定を行うか否かを決定するのが好ましい。例えば、均圧ホッパー１０６に装入される高炉原料１１０が少ない場合や、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の目標開度が小さい場合や、旋回シュート１０４の傾動角度が小さい（高炉本体１０１の高さ方向と旋回シュート１０４の長手方向とのなす角度が大きい）場合に、均圧コントロール弁１１６の開度の設定を行うのが好ましい。
【００７３】
［変形例７］
圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８と、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂがＯＦＦになるタイミングとは正確に一致しない。図１に示す構成では、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８に対応するタイミングを判定するセンサが、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂしかない。このため、本実施形態では、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８が、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂがＯＦＦになるタイミングに対応するものとした。ただし、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８は、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂがＯＦＦになるタイミングに限定されない。例えば、ダンプ開始時からの経過時間が所定の時間になったタイミングを、圧力実績値ＰＶの復帰が開始するタイミングｔ８としてもよい。
【００７４】
前記所定の時間は、例えば、以下のようにして定めることができる。まず、様々な操業条件（高炉原料１１０の銘柄、粒度、容積、均圧ホッパー流調ゲート弁１１１の目標開度）において、ダンプを開始した後に均圧ホッパー１０６にＮ2ガスを供給しない状態で操業し、ダンプを開始してから圧力実績値ＰＶの復帰が開始するまでの時間を調査する（図２を参照）。そして、ダンプを開始してから圧力実績値ＰＶの復帰が開始するまでの時間と、操業条件との関係を蓄積しておく。その後、本実施形態の制御装置５００を適用した状態でダンプを開始する際に、そのときの操業条件に対応する、ダンプを開始してから圧力実績値ＰＶの復帰が開始するまでの時間を、前記所定の時間として、蓄積しておいた関係から読み取り、ダンプを開始してから、読み取った時間が経過するタイミングを、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂがＯＦＦになるタイミングの代わりに用いる。
【００７５】
［その他の変形例］
尚、以上説明した本発明の実施形態における制御装置５００が有する機能は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００７６】
＜請求項との関係＞
以下に、請求項の記載と実施形態との関係の一例を示す。尚、請求項の記載が実施形態に限定されないことは変形例などに示した通りである。
［請求項１、２］
圧力制御手段は、例えば、圧力制御器５０１を用いることにより実現される（図８のステップＳ８０２、Ｓ８１０等も参照）。
開度調整手段は、例えば、流量制御器５０４を用いることにより実現される（変形例６、図８のステップＳ８０８等も参照）。
［請求項３〜６］
補償量演算手段は、例えば、補償量演算器５０３を用いることにより実現される。
ガス吹込量は、例えば、Ｎ2ガス吹込量に対応し、圧力低下加速時間は、例えば、圧力低下加速時間Ｔαに対応し、圧力低下量は、例えば、圧力低下量ＰＶＬに対応する（図６等も参照）。また、単位時間当たりの補償圧力は、例えば（４）式に対応し、空間変化容積は、例えば（５）式に対応し、吹込み圧力は、例えば、吹込み圧力Ｐ２に対応する。
操業実績データは、例えば、圧力低下量ＰＶＬ、圧力低下加速時間Ｔα、流調ゲート開度ＧＯ、原料粒度ＯＣ、旋回速度ＣＨＶ、傾動角度ＣＨＴ、および装入物容量ＶＯＬの実績データに対応する。複数の操業因子は、例えば、流調ゲート開度ＧＯ、原料粒度ＯＣ、旋回速度ＣＨＶ、傾動角度ＣＨＴ、および装入物容量ＶＯＬに対応する（変形例５等も参照）。
［請求項７］
請求項７は、例えば、変形例６の記載に対応する。
［請求項８］
第１の判定手段は、例えば、切替指示器５０５を用いることにより実現される（図８のステップＳ８０７を参照）。
［請求項９］
請求項９は、例えば、変形例４に対応する。
［請求項１０］
第２の判定手段は、例えば、切替指示器５０５を用いることにより実現される（図８のステップＳ８０３を参照）。
開度設定手段は、例えば、開度設定器５０２を用いることにより実現される（図８のステップＳ８０４〜Ｓ８０７等を参照）。
［請求項１１］
原料落下確認センサは、例えば、原料落下確認センサ１０３ａ、１０３ｂを用いることにより実現される（図８のステップＳ８０９、Ｓ８１０等も参照）。
【符号の説明】
【００７７】
１０１：高炉本体、１０２：貯留ホッパー、１０３ａ〜１０３ｂ：原料落下確認センサ、１０４：旋回シュート、１０５：炉内原料、１０６：均圧ホッパー、１０７：上部ホッパー、１０８ａ〜１０８ｂ：上部ゲート弁、１０９ａ〜１０９ｂ：上部シール弁、１１０：高炉原料、１１１：均圧ホッパー流調ゲート弁、１１２：均圧ホッパーシール弁、１１３：配管、１１４：流量計、１１５：均圧弁、１１６：均圧コントロール弁、１１７〜１１９：圧力計、５００：制御装置、５０１：圧力制御器、５０２：開度設定器、５０３：補償量演算器、５０４：流量制御器、５０５：切替指示器、５０６：制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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