(57)【要約】【課題】排鉱時の温度条件を満たす最適な風量を設定することで、エネルギ消費量を低減する。【解決手段】クーラ設備は、格納容器と送風装置と出鉱機とを備える。入力データ予測部６ｅは、焼結ラインデータの時間的変化と、出鉱量制限値の時間的変化と、計測データとに基づいて、格納容器のクーラ回転速度と格納容器へ供給される焼結鉱の給鉱温度とを含む入力データの時間的変化を予測する。出力補正部６ｂは、格納容器内の焼結鉱の移動経路を同容積のノードで仮想的に区分し、焼結鉱がノードを移動する度に、入力データ予測部により予測された入力データの時間的変化に基づいて、各ノードに位置する焼結鉱が出鉱口まで移動した時の予測出鉱温度をそれぞれ計算し、最も高い予測出鉱温度が出鉱温度許容範囲内に収まるように送風装置に対する風量補正量を計算する。【選択図】図５
2018127692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流の焼結ラインから焼結鉱が供給される給鉱口および下流の設備へ焼結鉱が排出される出鉱口を有し周方向に回転する格納容器と、前記格納容器へ冷却用空気を供給する送風装置と、前記格納容器の回転に伴って焼結鉱を前記出鉱口から掻き出す出鉱機とを備えるクーラ設備の風量制御装置であって、
給鉱前所定期間における、前記焼結ラインに関する排風温度、焼結鉱の高さ、焼結鉱の搬送速度を含む焼結ラインデータの時間的変化を収集する上流側情報管理部と、
出鉱前所定期間における、前記格納容器から排出される焼結鉱に関する出鉱量制限値の時間的変化を算出する下流側情報管理部と、
前記格納容器内の現在の焼結鉱の高さと前記格納容器の現在のクーラ回転速度とを含む計測データを収集する入力データ収集部と、
前記焼結ラインデータの時間的変化と、前記出鉱量制限値の時間的変化と、前記計測データとに基づいて、前記格納容器のクーラ回転速度と前記格納容器へ供給される焼結鉱の給鉱温度とを含む入力データの時間的変化を予測する入力データ予測部と、
前記格納容器内の焼結鉱の移動経路を同容積のノードで仮想的に区分し、焼結鉱がノードを移動する度に、前記入力データ予測部により予測された前記入力データの時間的変化に基づいて、各ノードに位置する焼結鉱が前記出鉱口まで移動した時の予測出鉱温度をそれぞれ計算し、最も高い予測出鉱温度が出鉱温度許容範囲内に収まるように前記送風装置に対する風量補正量を計算する出力補正部と、
前記風量補正量に基づいて前記送風装置の出力を決定する出力決定部と、
を備えることを特徴とするクーラ設備の風量制御装置。
【請求項２】
前記入力データ予測部は、
前記焼結ラインデータの時間的変化に基づいて、前記格納容器へ供給される焼結鉱の給鉱量の時間的変化を予測し、
前記給鉱量の時間的変化と、前記出鉱量制限値の時間的変化と、前記計測データとに基づいて、クーラ回転速度の時間的変化を予測し、
前記焼結ラインデータの時間的変化に基づいて、前記格納容器へ供給される焼結鉱の給鉱温度の時間的変化を予測すること、
を特徴とする請求項１記載のクーラ設備の風量制御装置。
【請求項３】
前記入力データ予測部は、前記格納容器へ供給される焼結鉱の径を予測し、
前記出力補正部は、前記径を用いて前記格納容器内の焼結鉱と前記冷却用空気との熱伝達による焼結鉱の温度降下量を算出し、前記温度降下量に基づいて前記予測出鉱温度を計算すること、
を特徴とする請求項１又は２記載のクーラ設備の風量制御装置。
【請求項４】
前記入力データ収集部は、前記給鉱口における焼結鉱の温度を計測した給鉱温度計測値を収集し、
前記出力補正部は、前記給鉱温度計測値に基づき、前記入力データ予測部で予測された前記給鉱温度の時間的変化を補正すること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のクーラ設備の風量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クーラ設備の風量制御装置に関する。特に、焼結鉱を冷却するクーラ設備に供給する冷却用空気の風量制御に好適な風量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結鉱を冷却するクーラ設備は、上流側の焼結ラインで焼き固められた高温の焼結鉱を冷却した後、下流側の搬送ラインへ出鉱する。この工程において重要となる操業要求は、下流側の搬送ラインのベルトコンベアーを焼き切らないようにするため、目標温度以下まで、焼結鉱を冷却することである。また、クーラ設備は巨大な格納容器を有しており、一時的に焼結鉱を貯めておくことができる。そのため、クーラ設備は出鉱量を制御するために使われている。
【０００３】
一方、近年、地球温暖化などの環境問題を背景に省エネルギ化が望まれている。クーラ設備は、送風装置を使用して焼結鉱を冷却する機構を備えており、エネルギ消費量を削減するため、送風装置の風量制御を行なっている。風量制御には、ダンパー制御やインバータを適用した送風装置のモータの回転速度制御が適用されている。
【０００４】
クーラ設備を含む焼結プロセスについて説明する。図１は、焼結プロセスの設備構成図である。焼結ライン２は、コークスと鉄鉱石とを焼き固めて、高温の焼結鉱２ａを生成する。焼結鉱２ａを生成する際に、点火装置により点火されたコークスと鉄鉱石とに空気が吹き込まれる。温度計２ｂは、その時発生する排風の温度を計測する。焼結ライン２上には、層厚レベル計測装置２ｃが設置されている。層厚レベル計測装置２ｃは、焼結鉱２ａの高さを計測する。焼結ライン２で生成された高温の焼結鉱２ａは、クーラ設備１へ搬送される。
【０００５】
図１に示すように、クーラ設備１の上部の給鉱口から給鉱された焼結鉱１ａは、送風装置により空冷されて、下部の出鉱口から出鉱される。クーラ設備１の出側に設置されている温度計３ａによって出鉱温度が計測される。出鉱された焼結鉱１ａは、搬送ライン３によって下流工程に搬送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２３６６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、クーラ設備出側の温度計の出力を利用したフィードバック制御により、下流の運搬設備を保護するためのほぼ上限温度に等しい目標温度に出鉱温度を制御することで、送風装置で消費されるエネルギを抑制している。また、クーラ設備内に蓄積されている焼結鉱の高さを示すクーラ内レベル、クーラ回転速度、及び外気温度などの現在値を利用して、数学モデルに基づいて推定されたダンパー開度によってフィードバック制御量を補正し、外乱が加わっても出鉱温度が上限温度以上となることを防止している。
【０００８】
ところで、送風装置による冷却は、クーラ設備内の特定の焼結鉱に対して冷却しているわけではなく、クーラ設備全体の焼結鉱を冷却しており、特定の焼結鉱に対する冷却風量を変更することはできない。したがって、上記のようにクーラ内レベル、クーラ回転速度、及び外気温度などの現時点での計測値を使用しただけでは、計測の対象になった焼結鉱に対して有効な制御量を決定しているだけであり、クーラ設備全体の焼結鉱に対して有効な風量設定になるとは限らない。クーラ設備内の焼結鉱全てを目標温度以下とする最小の風量を決定するためには、風量を変化させた場合に、クーラ設備内にある焼結鉱全体の冷却履歴の変化を正確に予測する必要がある。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、クーラ設備内の各位置の焼結鉱について出鉱温度をそれぞれ予測し、クーラ設備内のすべての位置の焼結鉱の出鉱温度が目標温度条件を満たすように送風装置の出力を決定することで、出鉱時の目標温度条件を満たしながらエネルギ消費量を最小化できるクーラ設備の風量制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明に係るクーラ設備の風量制御装置は、以下のように構成される。
【００１１】
本発明の一態様において、焼結鉱を冷却するクーラ設備は、格納容器と送風装置と出鉱機を備える。格納容器は、上流の焼結ラインから焼結鉱が供給される給鉱口および下流の設備へ焼結鉱が排出される出鉱口を有し、周方向に回転する。送風装置は、格納容器へ冷却用空気を供給する。出鉱機は、格納容器の回転に伴って焼結鉱を出鉱口から掻き出す。
【００１２】
本発明の一態様において、クーラ設備の風量制御装置は、上流側情報管理部、下流側情報管理部、入力データ収集部、入力データ予測部、出力補正部、出力決定部を備える。
【００１３】
上流側情報管理部は、給鉱前所定期間における焼結ラインデータの時間的変化を収集する。焼結ラインデータは、焼結ラインに関する排風温度、焼結鉱の高さ、焼結鉱の搬送速度を含む。給鉱前所定期間における焼結ラインデータの時間的変化とは、給鉱口における現在から所定時間経過後までの各時刻の焼結ラインデータである。
【００１４】
下流側情報管理部は、出鉱前所定期間における出鉱量制限値の時間的変化を算出する。出鉱量制限値は、格納容器から排出される焼結鉱の上限出鉱量である。出鉱前所定期間における出鉱量制限値の時間的変化とは、出鉱口における現在から所定時間経過後までの各時刻の出鉱量制限値である。
【００１５】
入力データ収集部は、格納容器内の現在の焼結鉱の高さと、格納容器の現在のクーラ回転速度とを含む計測データを収集する。
【００１６】
入力データ予測部は、焼結ラインデータの時間的変化と、出鉱量制限値の時間的変化と、計測データとに基づいて、格納容器のクーラ回転速度と格納容器へ供給される焼結鉱の給鉱温度とを含む入力データの時間的変化を予測する。
【００１７】
出力補正部は、格納容器内の焼結鉱の移動経路を同容積のノードで仮想的に区分し、焼結鉱がノードを移動する度に、入力データ予測部により予測された入力データの時間的変化に基づいて、各ノードに位置する焼結鉱が出鉱口まで移動した時の予測出鉱温度をそれぞれ計算する。さらに、出力補正部は、最も高い予測出鉱温度が出鉱温度許容範囲内に収まるように送風装置に対する風量補正量を計算する。好ましくは、最も高い予測出鉱温度が出鉱温度許容範囲を超えている場合は、出鉱温度許容範囲の上限値まで冷却しうる風量補正量を設定する。また、最も高い予測出鉱温度が出鉱温度許容範囲内である場合は、風量補正量を０に設定する。
【００１８】
出力決定部は、風量補正量に基づいて送風装置の出力を決定する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、焼結鉱の冷却履歴に影響する因子であるクーラ回転速度、および給鉱温度を将来に亘り予測することで、クーラ設備内の焼結鉱の温度分布を高い精度で予測計算できる。これにより、クーラ設備内の各位置の焼結鉱が出鉱口まで移動した時の出鉱温度を高い精度で予測できる（温度降下計算）。そして、最も高い予測出鉱温度が目標温度条件（下流の設備を保護するための上限温度以下の目標温度）を満たしうる最小の送風装置の出力を決定することで、出鉱時の目標温度条件を満たしながらエネルギ消費量を最小化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】焼結プロセスの設備構成図である。
【図２】クーラ設備の概要図である。
【図３】給鉱された焼結鉱が出鉱されるまでの流れを説明するための図である。
【図４】送風装置の風量を決定するフローチャートについて説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る風量制御装置の機能ブロック図である。
【図６】格納容器１ｃを回転方向に区分したノード分割例である。
【図７】格納容器１ｃを高さ方向に区分したノード分割例であり、格納容器１ｃを回転方向にm分割した１区分を横から見た断面図である。
【図８】クーラ設備１（格納容器１ｃ）内の焼結鉱の温度管理について説明するための図である。
【図９】クーラ回転速度の予測計算について説明するための図である。
【図１０】各ノードの温度降下計算を説明するために出力補正部６ｂが実行するフローチャートである。
【図１１】ノード[i][j]の位置決定方法について説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る風量制御装置の機能ブロック図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る焼結プロセスの設備構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る風量制御装置の機能ブロック図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係る焼結プロセスの設備構成図である。
【図１６】風量制御装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２２】
実施の形態１．
＜クーラ設備の構成＞
本発明の実施の形態１に係るシステムおける焼結プロセスの基本構成は、上述した図１と同様である。図２を参照して、図１に示すクーラ設備１の構成について説明する。クーラ設備１は巨大な円筒型をしている。クーラ設備１は、送風装置１ｂ、格納容器１ｃ、出鉱機１ｄを備える。
【００２３】
送風装置１ｂは、図２の縦断面図に示すようにクーラ設備１の中央部に設置される。送風装置１ｂは、送風路を介して格納容器１ｃへ冷却用空気を供給する。冷却用空気によって格納容器１ｃ内の焼結鉱は空冷される。
【００２４】
格納容器１ｃは、図２の平面図に示すように周方向に回転する。格納容器１ｃの上部は開口しており、上流の焼結ライン２から焼結鉱が供給される給鉱口として機能する。上流の焼結ライン２から搬送された焼結鉱は、クーラ設備１の格納容器１ｃに給鉱される。格納容器１ｃの側面下部は一部開口しており、焼結鉱が排出される出鉱口として機能する。
【００２５】
出鉱機１ｄは、直方体状であり、使用時に格納容器１ｃに差し込まれる。出鉱機１ｄは、格納容器１ｃの回転に伴って焼結鉱を出鉱口から掻き出す。
【００２６】
また、クーラ設備１（格納容器１ｃ）は、クーラ回転速度を調整でき、出鉱量を調整し、クーラ内レベル（格納容器１ｃ内の焼結鉱の高さ）を保つことができる。
【００２７】
次に、図３を参照して、給鉱された焼結鉱が出鉱されるまでの流れについて説明する。格納容器１ｃは周方向に回転しており、格納容器１ｃの回転とともに、焼結鉱は周方向に移動する。また、格納容器１ｃの下部に位置する焼結鉱から順に出鉱される。格納容器１ｃの上部から給鉱された焼結鉱１ａ（図３の（Ａ））は、先に給鉱されていた焼結鉱が下部から出鉱されるとともに、下方向に移動する（図３の（Ｂ））。そして、焼結鉱１ａは、格納容器１ｃの下部に達した時、出鉱機１ｄによって掻き出されることにより出鉱される（図３の（Ｃ））。クーラ設備１の下流の搬送ライン３において、焼結鉱はベルトコンベアーで搬送されながら、スクリーンと称するふるいにかけられて、大きさ毎に分別される。
【００２８】
上述したように、焼結鉱１ａは、格納容器１ｃの上部から給鉱され、先に給鉱された焼結鉱が随時、出鉱機１ｄにより掻き出されることによって、徐々に下部へ移動する。操業上は、材料の欠如やメンテナンスによる休止がない限り、焼結鉱は次々と給鉱され、出鉱されている。その間、クーラ設備１は、下流側からの出鉱量制限、もしくはクーラ内レベル制御により、クーラ回転速度を変化させている。従って、焼結鉱の給鉱から出鉱までの時間は一定ではない。
【００２９】
続いて、図４を参照して、送風装置の風量を決定するフローチャートについて説明する。焼結鉱温度読込（ステップ５ａ）では、クーラ設備１内の現時点での焼結鉱の温度を読み込む。次に、各焼結鉱温度降下計算（ステップ５ｂ）では、クーラ設備１内の各焼結鉱について、出鉱されるまでの温度降下計算を行うことで、出鉱温度をそれぞれ予測する。次に温度確認（ステップ５ｃ）では、各焼結鉱が出鉱温度許容範囲以内であるか確認する。出鉱温度許容範囲以内となっていない焼結鉱がある場合、風量補正量計算（ステップ５ｄ）において、風量補正量を計算し、風量補正量を考慮した上、再度温度降下計算する。一方、すべての焼結鉱が出鉱温度許容範囲以内である場合、焼結鉱温度保存（ステップ５ｅ）において、風量補正量を計算せずに、計算された焼結鉱温度を保存する。
【００３０】
＜風量制御装置の構成＞
図５は、本発明の実施の形態１に係る風量制御装置の機能ブロック図である。図５の各部が実現する機能との関連を示しながら、図４のフローチャートの各処理について具体的に説明する。
【００３１】
（１）焼結鉱温度読込（ステップ５ａ）
クーラ内焼結鉱情報管理部６ａは、格納容器１ｃ内の焼結鉱の位置、温度分布と温度履歴（冷却履歴）を管理する。これらは、以下に示すように、格納容器１ｃ内を回転方向と高さ方向に仮想的に区分した同容積のノード単位で管理される。各ノード内に含まれる焼結鉱を焼結鉱群として、焼結鉱群の位置と温度が管理される。
【００３２】
続いて、温度降下計算に用いられるノードの分割例について説明する。図６は、格納容器１ｃを回転方向に区分したノード分割例である。図６に示すように、格納容器１ｃは仮想的に回転方向にm分割される。図７は、格納容器１ｃを高さ方向に区分したノード分割例であり、格納容器１ｃを回転方向にm分割した１区分を横から見た断面図である。図７に示すように、格納容器１ｃは仮想的に高さ方向にn分割される。これらの分割によって同容積に区分された仮想的な領域を「ノード」と称する。ノードにより、格納容器１ｃ内の焼結鉱の移動経路は仮想的に区分される。
【００３３】
図８は、クーラ設備１（格納容器１ｃ）内の焼結鉱の温度管理について説明するための図である。図８では、回転方向jと高さ方向iの符号を用いて、焼結鉱群の位置を指し示している。焼結鉱群の温度はノード１区分毎に管理され、各ノード[i][j]の温度はT[i][j]と表される。また、焼結鉱群の温度は時間毎に変化するので、時刻tにおけるノード[i][j]の温度を、T[i][j][t]と表すこととする。
【００３４】
クーラ内焼結鉱情報管理部６ａは、各ノード[i][j]の現時刻における焼結鉱群の温度T[i][j][t0]を保存している。出力補正部６ｂは、クーラ内焼結鉱情報管理部６ａに保存されている各焼結鉱群の温度を読み込み、各焼結鉱群について次に説明する温度降下計算を行う。
【００３５】
（２）各焼結鉱温度降下計算（ステップ５ｂ）
各焼結鉱温度降下計算（ステップ５ｂ）を実行するための、上流側情報管理部６ｃ、下流側情報管理部６ｄ、入力データ予測部６ｅ、出力補正部６ｂの処理についてそれぞれ説明する。
【００３６】
上流側情報管理部６ｃは、給鉱前所定期間における焼結ラインデータの時間的変化を収集する。焼結ラインデータは、焼結ライン２に関する排風温度Tbwar、焼結鉱の高さHsin、焼結鉱の搬送速度（焼結鉱搬送速度指定値）Vsinを含む。
【００３７】
具体的には、上流側情報管理部６ｃは、焼結ライン２の温度計２ｂで計測された排風温度Tbwar(t0)、焼結ライン２の層厚レベル計測装置２ｃで計測された焼結鉱の高さHsin(t0)、および予め計画された焼結鉱搬送速度指定値Vsin(t0〜tn)を収集する。ここで、t0は現在値であることを示しており、tnは予測範囲を示しており、t0〜tnは、現時点から予測範囲tn後までの間を意味している。予測範囲tnは、クーラ設備１の容量や計算負荷などから任意で指定される。例えば、焼結鉱の平均クーラ内冷却時間が８０分程度であれば、現時点から８０分後までを予測範囲とする。なお、搬送速度の指定値が得られない場合は、例えば、現在の搬送速度が続くと仮定する。排風温度および焼結鉱の高さについても同様である。
【００３８】
下流側情報管理部６ｄは、出鉱前所定期間における、格納容器１ｃから排出される焼結鉱に関する出鉱量制限値Houtlimの時間的変化を算出する。
【００３９】
具体的には、下流側情報管理部６ｄは、出鉱機の使用条件Scr(t0〜tn)、スクリーン交換による出鉱制約Scc(t0〜tn)及び出鉱量制約指定値Soutlim(t0〜tn)を収集する。出鉱機の使用条件や、出鉱量制約指定値が得られない場合は、現在の出鉱機の使用条件、及び出鉱量制約指定値が続くと仮定する。後述の（４）式にこれらのパラメータを代入して、出鉱量制限値の時間的変化が算出される。
【００４０】
入力データ収集部６ｆは、格納容器１ｃ内の現在の焼結鉱の高さ（クーラ内レベル）Lcactと、格納容器１ｃの現在のクーラ回転速度ωCactとを含む計測データを収集する。
【００４１】
具体的には、入力データ収集部６ｆは、クーラ内レベルの現在値Lcact、クーラ回転速度の現在値ωCactを収集して、入力データ予測部６ｅへ送信する。
【００４２】
入力データ予測部６ｅは、上流側情報管理部６ｃにより収集された焼結ラインデータの時間的変化と、下流側情報管理部６ｄにより算出された出鉱量制限値の時間的変化と、入力データ収集部６ｆにより収集された計測データとに基づいて、格納容器１ｃのクーラ回転速度ωCと格納容器へ供給される焼結鉱の給鉱温度Tinとを含む入力データの時間的変化を予測する。
【００４３】
詳細には、入力データ予測部６ｅは、焼結ラインデータの時間的変化に基づいて、格納容器１ｃへ供給される焼結鉱の給鉱量の時間的変化を予測する。そして、給鉱量の時間的変化と、出鉱量制限値の時間的変化と、計測データとに基づいて、入力データ予測部６ｅは、クーラ回転速度の時間的変化を予測する。また、入力データ予測部６ｅは、焼結ラインデータの時間的変化に基づいて、格納容器１ｃへ供給される焼結鉱の給鉱温度の時間的変化を予測する。
【００４４】
すなわち、入力データ予測部６ｅは、少なくともクーラ回転速度ωC(t)と給鉱温度Tin(t)を将来に亘り予測する。これらは焼結鉱の冷却履歴に影響を与える因子である。入力データ予測部６ｅは、上記上流側情報管理部６ｃ、下流側情報管理部６ｄ及び入力データ収集部６ｆより計算に必要なデータを得るが、データが不足して予測できない場合は、例えば、現在値が続くと仮定する。
【００４５】
（クーラ回転速度の予測）
次にクーラ回転速度ωC(t)の予測計算について説明する。図９は、クーラ回転速度の予測計算について説明するための図である。焼結鉱の層厚レベル９ａ（クーラ内レベル）が大きくなれば、クーラ内レベルを維持するためにクーラ回転速度を大きくして、出鉱量を増加させるべきである。一方で、出鉱量制限値９ｂを厳守する必要がある。そのため、出鉱量制限値９ｂを厳守しつつ、可能な限りクーラ内レベルを維持するようにクーラ回転速度が制御される。
【００４６】
従って、クーラ内レベルを維持すること、及び出鉱量制限値を厳守することの２つの条件から、クーラ回転速度は変更される。よって、クーラ回転速度ωC(t)は、給鉱量に関するデータである焼結鉱層厚レベルHsin、搬送速度Vsin、出鉱量制限値Houtlimに基づいて、（１）式〜（４）式を用いて予測計算できる。
【００４７】
【数１】
2018127692.tif 000003
h(t)：給鉱量[m3/h]
ωCact：クーラ回転速度計測値[rpm]
Lcact：クーラ内レベルの現在値[m]
Houtlim(t)：出鉱量制限値[m3/h]
【００４８】
ここで、給鉱量h(t)は、以下のように計算される。
h(t) = α*Hsin(t’)*Vsin(t)                    （２）
Hsin(t’)：層厚レベル計測値 (t’秒前)[m]
Vsin(t)：搬送速度 [mps]
α：換算係数
【００４９】
t’= t - LL / Vsin(ave)                    （３）
t’：層厚レベル計測位置と給鉱口までの時間遅れ[s]
LL：層厚レベル計測位置と給鉱口までの距離[m]
Vsin(ave)：搬送速度平均値[mps]
【００５０】
また、出鉱量制限値Houtlim(t)は、以下のように計算される。出鉱量制限値は、出鉱量制約指定値がある場合の他、スクリーンの交換予定、出鉱機の使用不使用などの操業条件により決定される。
Houtlim(t) = fout(Scr(t),Soutlim(t), Scc(t))                    （４）
Scr(t)：出鉱機の使用条件[-]
Soutlim(t)：出鉱量制約指定値[m3/h]
Scc(t)：スクリーン交換による出鉱制約[-]
【００５１】
（給鉱温度の予測）
次に給鉱温度Tin(t)の予測計算について説明する。給鉱温度Tin(t)は、上流側情報管理部６ｃにより収集された排風温度に基づいて、次式を用いて計算される。
Tin(t) = ftin(Tbwar(t”), Tair, t”)                    （５）
t”= t - LBW / Vsin(ave)                    （６）
Tbwar：排風温度[degC]
Tair：大気温度[degC]
t”：排風口と給鉱口までの時間遅れ[s]
【００５２】
（各焼結鉱温度降下計算）
続いて、入力データ予測部６ｅにより予測された入力データを用いて、ノード[i][j]の焼結鉱群が出鉱されるまでの温度降下計算について説明する。図１０は、各ノードの温度降下計算を説明するために出力補正部６ｂが実行するフローチャートである。出力補正部６ｂは、焼結鉱がノードを移動する度に、入力データ予測部６ｅにより予測された入力データの時間的変化に基づいて、各ノードに位置する焼結鉱が出鉱口まで移動した時の予測出鉱温度をそれぞれ計算する。
【００５３】
まず、ステップ１０ａにおいて、出力補正部６ｂは、変数i, j, tを初期化する。
【００５４】
次に、ステップ１０ｂにおいて、出力補正部６ｂは、出鉱予定時間を決定する。各焼結鉱群が出鉱されるまで温度降下計算を行うためには、出鉱までの予定時間と、上記給鉱時の温度が重要な要素となる。出鉱までの予定時間は、クーラ回転速度ωcとノードの位置情報i,jより計算できる。
tout(i)(j) = ftout(i, j, ωC(t0〜tn))                    （７）
【００５５】
次に、ステップ１０ｃにおいて、出力補正部６ｂは、時間間隔（以下、time step）を決定する。出力補正部６ｂは、各焼結鉱群ノード[i][j]に対して、time step毎に温度降下量を計算する。time stepは、入力データ予測部６ｅで予測したクーラ回転速度予測値から計算される。time stepは、例えば、クーラ設備回転方向区分が１区分移動する時間とする。（８）式に示すように、time stepは一定時間ではなく、クーラ回転速度の変化の影響を受ける。
Δt(t) = (1/m)/ωC(t)                    （８）
【００５６】
次に、ステップ１０ｄにおいて、出力補正部６ｂは、ノード位置を決定する。図１１を参照して、ノード[i][j]の位置決定方法について説明する。time step毎に焼結鉱は移動しているので、現時点での各焼結鉱群の位置を認識しておく必要がある。出力補正部６ｂは、クーラ内焼結鉱情報管理部６ａに保存された焼結鉱の位置情報に基づき、ノード位置を決定する。図１１の実線１１ａは、焼結鉱のクーラ内レベルを示しており、クーラ内レベルは給鉱量及び出鉱量の変化により変動する。この情報はtime step毎の給鉱量h(t) [m3/h]によって決定される。焼結鉱群はtime step毎に回転方向に進む（１１ｂ）。このとき、下部に位置する焼結鉱群は、出鉱機１ｄで掻き出され出鉱するため、出鉱機１ｄの位置する回転方向区分に存在する焼結鉱群は、同時に、高さ方向に移動する（１１ｃ）。新たに給鉱された焼結鉱群は、クーラ内レベルに従って位置が決定される（１１ｄ）。この時、入力データ収集部６ｆにて、クーラ内レベル実績値が得られる場合、クーラ内レベルを補正し（１１ｅ）、新たに給鉱された焼結鉱群の位置を補正する（１１ｆ）。
【００５７】
すなわち、時刻tにおける給鉱前の、給鉱口における最も上位に位置する焼結鉱のノードをiec,jecとすると、新たに給鉱された焼結鉱は高さ方向に増えるので、新たなノードの位置は以下のように計算される。
新たに給鉱された焼結鉱のノード位置：iec+fw(h(t), ωC(t)), jec
iec：給鉱口における最も上位に位置する焼結鉱の高さ方向のノード番号
jec：給鉱口の位置を示すノード番号
fw(h(t), ωC(t))：高さ方向ノード増加分を、給鉱量とクーラ回転数から計算する関数
【００５８】
この時、クーラ内レベル実績値が得られる場合、ノード位置を補正する。また、新たに給鉱された焼結鉱の温度は、（５）式で予測した給鉱温度を使うことで、以下のように与えられる。
T[iec+fw(h(t), ωC(t))][jec]=Tin(t)                    （９）
【００５９】
図１０に戻り説明を続ける。次に、ステップ１０ｅにおいて、出力補正部６ｂは、ノード[i][j]が出鉱済みであるか否かを判定する。出鉱済みと判定される場合はステップ１００ｆの処理に進む。未出鉱と判定される場合はステップ１０ｌの処理に進む。
【００６０】
ステップ１０ｆにおいて、出力補正部６ｂは、空冷による温度降下量を計算する。焼結鉱の空冷の要素としては、送風装置１ｂによる送風との熱伝達による温度降下、及び熱放射による温度降下がある。出力補正部６ｂは、次式から空冷によるtime step Δt(t)分の温度降下量を計算する。
ΔTair[i][j][t]：空冷による温度降下量
ΔTair[i][j][t] = fair(T[i][j][t], Ta, ωB+ΔωB, i, j, Δt(t) ,ε,ρsin)                    （１０）
Ta：送風装置の送風温度[degC]
ωB：現在の送風装置の風量[m3/h]（風量計測部６ｇから）
ΔωB：送風装置の風量補正量[m3/h]（後述する（１９）式から）
ρsin：焼結鉱密度[kg/m3]
ε：放射率[-]
【００６１】
次に、ステップ１０ｇにおいて、出力補正部６ｂは、水冷による温度降下量を計算する。クーラ設備１は焼結鉱へ注水可能な水冷装置を備えている。出力補正部６ｂは、冷却水と接触する焼結鉱群について、次式から水冷によるtime step Δt(t)分の温度降下量を計算する。
ΔTwrt[i][j][t]：水冷による温度降下量[degC]
ΔTwrt[i][j][t] = fwrt(T[i][j][t], Tw, Wflw, i, j, Δt(t),ρsin)      （１１）
Tw：水温[degC]
Wflw：水量[m3/h]
【００６２】
次に、ステップ１０ｈにおいて、出力補正部６ｂは、ノード間熱伝導量を計算する。出力補正部６ｂは、次式から、隣接するノードとの熱伝導による、time step Δt(t)分の温度降下量を計算する。
ΔTtr(T[i][j][t] - T[i][j-1][t])：隣接するノードとの熱伝導による温度降下量
ΔTtr(T[i][j][t] - T[i][j-1][t]) = ftr(T[i][j][t] - T[i][j-1][t], i, j, Δt(t), ρsin)                    （１２）
【００６３】
次に、ステップ１０ｉにおいて、出力補正部６ｂは、ノード[i][j][t+Δt]を計算する。出力補正部６ｂは、上記ステップ１０ｂ〜１０ｄまでの計算結果を用いて、time step後の温度を計算する。
T[i][j][t+1]= T[i][j][t] - ΔTair[i][j][t] - ΔTwrt[i][j][t] - ΔTtr(T[i][j][t] - T[i][j-1][t]) - ΔTtr(T[i][j][t] - T[i][j+1][t]) - ΔTtr(T[i][j][t] - T[i-1][j][t]) - ΔTtr(T[i][j][t] - T[i-1][j][t])                    （１３）
T[i][j][t]：時間tにおけるノード[i][j]の温度[degC]
【００６４】
その後、ステップ１０ｊ〜ステップ１０ｓの処理において、出力補正部６ｂは、各ノード[i][j]が出鉱されるまでの温度降下計算を行う。温度降下計算後の各ノードの位置と温度は、クーラ内焼結鉱情報管理部６ａに保存される。
【００６５】
（３）温度確認（ステップ５ｃ）と風量補正量計算（ステップ５ｄ）
図４に戻り、温度確認（ステップ５ｃ）と風量補正量計算（ステップ５ｄ）について説明する。ここでは、上述の温度降下計算の結果、出鉱温度許容範囲内とならない場合は、風量補正量が計算される。出鉱温度許容範囲とは、搬送ライン３の設備保護のため定めた許容可能な出鉱温度の範囲である。一般に、最大許容温度は決まっており、その温度を超えることは操業上許されない。
【００６６】
例えば、出力補正部６ｂは、上述の温度降下計算で計算した予測出鉱温度のうち、最も温度が高い焼結鉱群を選び、その温度が許容可能な範囲内であるか確認する。
【００６７】
Toutlim(min) ≦ Max(T[i][j][tnout[i][j]]) < Toutlim(max)              （１４）
Tnout[i][j]：ノード[i][j]の出鉱予測温度 [degC]
Toutlim(min)：最小許容温度 [degC]
Toutlim(max)：最大許容温度 [degC]
【００６８】
（１４）式の条件を満たす場合、出力補正部６ｂは、風量補正量を計算せず、風量を変更しない。風量を変更すれば、送風装置１ｂを駆動するモータに加減速トルクが発生し、エネルギ消費量が増加してしまう。そこで、出鉱温度許容範囲（最大・最小許容温度）を定めて、風量の変更回数を少なくしている。
ΔωB = 0                    （１５）
【００６９】
一方、（１４）式の条件を満たさない場合、出力補正部６ｂは、風量補正量を計算する。風量補正量ΔωBは、例えば以下のように場合分けして変更される。
【００７０】
１）最小許容温度よりも小さい場合
Max(T[i][j][tnout(i)(j)]) < Toutlim(min)                           （１６）
ΔωB = abs(dωB/dt)*(Max(T[i][j][tnout(i)(j)]) - Toutaim)          （１７）
２）最大許容温度よりも大きい場合
Toutlim(max) ≦ Max(T[i][j][tnout(i)(j)])                          （１８）
ΔωB = abs(dωB/dt)*(Max(T[i][j][tnout(i)(j)]) - Toutaim)          （１９）
ここで、
ΔωB：出力補正部６ｂによる風量変更量[%]
Toutaim：焼結鉱出鉱目標温度[degC]
dωB/dt：影響係数
【００７１】
この時、出力補正部６ｂは、風量計測部６ｇから現在の風量ωBを受信して、風量補正量ΔωBによって出力する風量の上下限を超えないか確認する。上下限を超える場合は、風量制御装置は、警告を出すなどして、オペレータに通知する。
【００７２】
このように、出力補正部６ｂは、最も高い予測出鉱温度が出鉱温度許容範囲内に収まるように送風装置１ｂに対する風量補正量を計算する。
【００７３】
（４）焼結鉱温度保存（ステップ５ｅ）
焼結鉱温度保存（ステップ５ｅ）において、計算された各焼結鉱群の温度は、クーラ内焼結鉱情報管理部６ａに送信される。クーラ内焼結鉱情報管理部６ａは、計算結果を保存して、time step Δt(t)後の次回の計算に使用する。
【００７４】
また、温度計３ａにより現在の出鉱温度計測値が計測される場合、風量制御装置は、この温度を利用した焼結鉱のＦＢ制御と組み合わせて、出力する風量を決定する。ＦＢ用入力データ収集部６ｈは、出鉱温度計測値を収集し、ＦＢ制御部６ｉに送信する。ＦＢ制御部６ｉは、出鉱温度計測値からＦＢ風量変更量を計算する。
【００７５】
Toutlim(min) ≦ Toutmea(t) < Toutlim(max)                    （２０）
Toutmea(t)：出鉱温度計測値[degC]
【００７６】
（２０）式の条件を満たす場合、風量を変更しない。
ΔωBfb = 0                    （２１）
ΔωBfb：ＦＢ風量変更量[m3/h]
【００７７】
一方、（２０）式の条件を満たさない場合、風量を変更する。風量の変更量ΔωBfbは、例えば以下のように場合分けして変更される。
【００７８】
１）最小許容温度よりも小さい場合
Toutmea(t) < Toutlim(min)                    （２２）
ΔωBfb = abs(dωB/dt)*(Toutmea(t) - Toutaim )                    （２３）
２）最大許容温度よりも大きい場合
Toutlim(max) ≦ Toutmea(t)                    （２４）
ΔωBfb = abs(dωB/dt)*(Toutmea(t) - Toutaim)                    （２５）
【００７９】
出力決定部６ｊは、出力補正部６ｂにより計算された風量補正量、ＦＢ制御部６ｉにより計算されたＦＢ風量変更量、および風量計測部６ｇにより計測された風量計測値に基づき、次式のように風量の最終出力を決定する。
ωB(t0+Δt) = f(ΔωB, ΔωBfb, ωB(t0))                    （２６）
【００８０】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態に係るシステムによれば、焼結鉱の冷却履歴に影響する因子であるクーラ設備１内の焼結鉱の温度分布を高い精度で予測計算できる。これにより、クーラ設備内の各位置における焼結鉱が出鉱口まで移動した時の出鉱温度（冷却履歴）を高い精度で予測できる（温度降下計算）。そのため、最も高い予測温度を出鉱温度許容範囲内に制御するために必要な最小の送風装置の出力（風量）を正確に計算できる。このように送風装置の出力を決定することで、出鉱時の目標温度条件を満たしながらエネルギ消費量を最小化できる。
【００８１】
＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態のシステムにおいては、送風装置１ｂを駆動するモータの回転速度を制御しているが、送風装置１ｂと共に、または送風装置１ｂに代えて、送風装置１ｂの近傍に配置されたダンパーの開度を制御してもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００８２】
また、上述した実施の形態のシステムにおけるクーラの冷却方式は、冷却用空気を送風装置１ｂから格納容器１ｃへ吹き込む吹込み式であるが、これに限定されるものではない。クーラの冷却方式は、冷却に使用された空気を格納容器１ｃから送風装置１ｂへ引き込む引き込み式であってもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００８３】
また、上述した実施の形態のシステムにおいては、クーラ設備１は、２つの出鉱機１ｄを備えているが、出鉱機１ｄの数はこれに限定されるものではない。出鉱機１ｄは１つ以上であればよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
【００８４】
＜ハードウェア構成例＞
図１６は、上述した風量制御装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示す概念図である。図５の風量制御装置内の各部は機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。一態様として、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ９１と少なくとも１つのメモリ９２とを備える。他の態様として、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア９３を備える。
【００８５】
処理回路がプロセッサ９１とメモリ９２とを備える場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。
【００８６】
処理回路が専用のハードウェア９３を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、又はこれらを組み合わせたものである。各機能は処理回路で実現される。
【００８７】
実施の形態２．
次に、図１２および図１３を参照して本発明の実施の形態２について説明する。クーラ設備１の構成や動作は実施の形態１と同様である。
【００８８】
＜風量制御装置の構成＞
実施の形態２に係る風量制御装置は、焼結鉱の直径に基づき、焼結鉱と送風との熱伝達による焼結鉱の温度降下量ΔTairを補正する。
【００８９】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る風量制御装置の機能ブロック図である。図１２に示す風量制御装置は、入力データ予測部６ｅおよび出力補正部６ｂの処理の一部が異なる点を除き図５と同様である。実施の形態２において、入力データ予測部６ｅは、格納容器１ｃへ供給される焼結鉱の径（直径又は半径）を予測する。出力補正部６ｂは、焼結鉱の径を用いて格納容器１ｃ内の焼結鉱と冷却用空気との熱伝達による焼結鉱の温度降下量を算出し、温度降下量に基づいて予測出鉱温度を計算する。
【００９０】
入力データ予測部６ｅは、格納容器１ｃへ給鉱される焼結鉱の直径（又は半径）を決定する。焼結鉱の直径を焼結ライン２にて計測できる場合、入力データ予測部６ｅは、上流側情報管理部６ｃから焼結鉱の計測値を取得する。一方、計測できない場合、入力データ予測部６ｅは、上流側情報管理部６ｃから焼結鉱の直径を決定するために必要な情報を入手する。
【００９１】
図１３は、本発明の実施の形態２に係る焼結プロセスの設備構成図である。図１３に示す構成は、計測機１３ａが追加されている点を除き、図１に示す構成と同様である。
【００９２】
計測機１３ａは、焼結ライン２に設けられ、焼結鉱の直径を計測する。例えば、超音波測定機による連続計測により焼結鉱の直径を計測できる。また、通常のカメラであっても、画像処理により焼結鉱の直径を計測できる。また、計測機１３ａが無い場合でも、焼結鉱の生成条件より、次式を用いて焼結鉱の直径αsin[mm]を予測できる。なお、焼結鉱は完全な球形ではなく、ここでいう焼結鉱の直径とは縦横高さ方向の平均的な径である。
【００９３】
αsin = fα(Tbwar, Tair ,tburn, Crate, αmea)                    （２７）
tburn：燃焼時間[s]
Crate：成分比（コークス含有率）
αmea：計測された焼結鉱の直径[mm]
【００９４】
焼結鉱の直径は、ノード区分毎に管理される。焼結鉱の直径が大きいほど、体積に対する表面積比が小さくなることから、焼結鉱の温度降下量は減少する。焼結鉱の直径αsinを空冷による温度効果計算の式（（１０）式）に組み込んだ次式を用いて、空冷による温度降下量ΔTairが計算される。
ΔTair[i][j][t] = fair(T[i][j][t], Ta, ωB +ΔωB, i, j, Δt(t), ε, ρsin,αsin[i][j])                    （２８）
【００９５】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態に係るシステムによれば、焼結鉱の直径を考慮することにより、実施の形態１に比して、空冷による温度降下量ΔTairをより正確に予測できる。そのため、出鉱温度をより正確に予測できる。
【００９６】
実施の形態３．
次に、図１４および図１５を参照して本発明の実施の形態３について説明する。クーラ設備１の構成や動作は実施の形態１又は２と同様である。
【００９７】
＜風量制御装置の構成＞
実施の形態３に係る風量制御装置は、給鉱温度計測値に基づいて、（５）式で計算された焼結鉱の給鉱温度予測値Tinを補正する。
【００９８】
図１４は、本発明の実施の形態３に係る風量制御装置の機能ブロック図である。図１４に示す風量制御装置は、入力データ収集部６ｆおよび出力補正部６ｂの処理の一部が異なる点を除き図１２と同様である。実施の形態３において、入力データ収集部６ｆは、給鉱口における焼結鉱の温度を計測した給鉱温度計測値を収集する。出力補正部６ｂは、給鉱温度計測値に基づき、入力データ予測部６ｅで予測された給鉱温度の時間的変化を補正する。
【００９９】
図１５は、本発明の実施の形態３に係る焼結プロセスの設備構成図である。図１５に示す構成は、温度計１５ａが追加されている点を除き、図１３に示す構成と同様である。温度計１５ａは、クーラ設備１の入側に設けられ、焼結鉱の給鉱直前の温度を計測する。温度計１５ａにより計測された給鉱温度計測値を含めた次式を用いて、（５）式で計算した給鉱温度予測値Tin(t)が補正される。
【０１００】
【数２】
2018127692.tif 000004
β：修正ゲイン
2018127692.tif 000005
【０１０１】
＜効果＞
以上説明したように、本実施形態に係るシステムによれば、給鉱温度計測値に基づいて補正された給鉱温度予測値を用いることで、実施の形態１または２に比して、より正確に出鉱温度を予測することができる。
【０１０２】
＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態３の構成は、実施の形態２における構成（図１２、図１３）に基づいているが、これに限定されるものではない。実施の形態１における構成（図１、図５）、すなわち、焼結鉱の直径を考慮しない構成に基づいてもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１  クーラ設備
１ａ  焼結鉱
１ｂ  送風装置
１ｃ  格納容器
１ｄ  出鉱機
２  焼結ライン
２ａ  焼結鉱
２ｂ  温度計
２ｃ  層厚レベル計測装置
３  搬送ライン
３ａ  温度計
６ａ  クーラ内焼結鉱情報管理部
６ｂ  出力補正部
６ｃ  上流側情報管理部
６ｄ  下流側情報管理部
６ｅ  入力データ予測部
６ｆ  入力データ収集部
６ｇ  風量計測部
６ｈ  ＦＢ用入力データ収集部
６ｉ  ＦＢ制御部
６ｊ  出力決定部
９ａ  焼結鉱の層厚レベル
９ｂ  出鉱量制限値
１３ａ  計測機
１５ａ  温度計
９１  プロセッサ
９２  メモリ
９３  ハードウェア
【図１】
2018127692.tif 000006
【図２】
2018127692.tif 000007
【図３】
2018127692.tif 000008
【図４】
2018127692.tif 000009
【図５】
2018127692.tif 000010
【図６】
2018127692.tif 000011
【図７】
2018127692.tif 000012
【図８】
2018127692.tif 000013
【図９】
2018127692.tif 000014
【図１０】
2018127692.tif 000015
【図１１】
2018127692.tif 000016
【図１２】
2018127692.tif 000017
【図１３】
2018127692.tif 000018
【図１４】
2018127692.tif 000019
【図１５】
2018127692.tif 000020
【図１６】
2018127692.tif 000021