(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルレス式高炉における旋回シュートから落下する装入物の落下軌跡を推算する高炉装入物落下軌跡推算装置であって、
前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから落下する際の当該装入物の挙動を、ＤＥＭ（Discrete Element Method）により解析することを、前記旋回シュートの複数の傾動角のそれぞれにおいて実行する粒子挙動解析手段と、
前記粒子挙動解析手段により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの当該装入物の飛び出し角度と、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）として導出する飛び出し角度−傾動角関係導出手段と、
前記飛び出し角度−傾動角関係導出手段により導出された、前記装入物の飛び出し角度と、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶する飛び出し角度−傾動角関係記憶手段と、
前記粒子挙動解析手段により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの、当該旋回シュートの底部の内周側の面を基準としたときの当該装入物のせり上がり高さと、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｍ次関数（ｍは２以上の整数）として導出するせり上がり高さ−傾動角関係導出手段と、
前記せり上がり高さ−傾動角関係導出手段により導出された、前記装入物のせり上がり高さと、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶するせり上がり高さ−傾動角関係記憶手段と、
前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを導出し、導出した値を用いて、前記旋回シュートからの前記装入物の落下軌跡を、当該装入物が放物線運動をするものとして導出する落下軌跡導出手段と、を有し、
前記装入物の飛び出し角度φと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＣiを用いて、以下の（Ａ）式で表され、
前記装入物のせり上がり高さＨと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＢiを用いて、以下の（Ｂ）式で表され、
前記飛び出し角度−傾動角関係記憶手段は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＣiを記憶し、
前記せり上がり高さ−傾動角関係記憶手段は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＢiを記憶し、
前記落下軌跡導出手段は、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを、当該旋回シュートの傾動角に対応する前記パラメータＣi及び前記パラメータＢiと、以下の（Ａ）式及び以下の（Ｂ）式を用いて導出することを特徴とする高炉装入物落下軌跡推算装置。
【数１】
0005671931.tif 000008
【請求項２】
前記ベルレス式高炉に配置された旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値を取得する装入物落下位置取得手段と、
前記旋回シュートからの装入物の落下位置として、前記装入物落下位置取得手段により取得された実測値と一致する位置が得られるときの、前記装入物間の摩擦係数と、前記装入物と前記旋回シュートの内周面との間の摩擦係数と、前記旋回シュートの内周面の凹凸量とを、ＤＥＭによる解析を行って導出するＤＥＭパラメータ導出手段と、を有し、
前記粒子挙動解析手段は、前記ＤＥＭパラメータ導出手段により導出された、前記装入物間の摩擦係数と、前記装入物と前記旋回シュートの内周面との間の摩擦係数と、前記旋回シュートの内周面の凹凸量とを入力として、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから落下する際の当該装入物の挙動を、ＤＥＭにより解析することを特徴とする請求項１に記載の高炉装入物落下軌跡推算装置。
【請求項３】
前記飛び出し角度−傾動角関係記憶手段により記憶される装入物の飛び出し角度は、前記旋回シュートの先端に位置している複数の装入物の飛び出し角度を代表する値であり、
前記せり上がり高さ−傾動角関係記憶手段により記憶される装入物のせり上がり高さは、前記旋回シュートの先端に位置している複数の装入物のせり上がり高さを代表する値であることを特徴とする請求項２に記載の高炉装入物落下軌跡推算装置。
【請求項４】
前記ｎは、３以上の整数であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の高炉装入物落下軌跡推算装置。
【請求項５】
ベルレス式高炉における旋回シュートから落下する装入物の落下軌跡を推算する高炉装入物落下軌跡推算方法であって、
前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから落下する際の当該装入物の挙動を、ＤＥＭ（Discrete Element Method）により解析することを、前記旋回シュートの複数の傾動角のそれぞれにおいて実行する粒子挙動解析工程と、
前記粒子挙動解析工程により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの当該装入物の飛び出し角度と、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）として導出する飛び出し角度−傾動角関係導出工程と、
前記飛び出し角度−傾動角関係導出工程により導出された、前記装入物の飛び出し角度と、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶する飛び出し角度−傾動角関係記憶工程と、
前記粒子挙動解析工程により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの、当該旋回シュートの底部の内周側の面を基準としたときの当該装入物のせり上がり高さと、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｍ次関数（ｍは２以上の整数）として導出するせり上がり高さ−傾動角関係導出工程と、
前記せり上がり高さ−傾動角関係導出工程により導出された、前記装入物のせり上がり高さと、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶するせり上がり高さ−傾動角関係記憶工程と、
前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを導出し、導出した値を用いて、前記旋回シュートからの前記装入物の落下軌跡を、当該装入物が放物線運動をするものとして導出する落下軌跡導出工程と、を有し、
前記装入物の飛び出し角度φと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＣiを用いて、以下の（Ａ）式で表され、
前記装入物のせり上がり高さＨと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＢiを用いて、以下の（Ｂ）式で表され、
前記飛び出し角度−傾動角関係記憶工程は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＣiを記憶し、
前記せり上がり高さ−傾動角関係記憶工程は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＢiを記憶し、
前記落下軌跡導出工程は、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを、当該旋回シュートの傾動角に対応する前記パラメータＣi及び前記パラメータＢiと、以下の（Ａ）式及び以下の（Ｂ）式を用いて導出することを特徴とする高炉装入物落下軌跡推算方法。
【数２】
0005671931.tif 000009
【請求項６】
前記ベルレス式高炉に配置された旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値を取得する装入物落下位置取得工程と、
前記旋回シュートからの装入物の落下位置として、前記装入物落下位置取得工程により取得された実測値と一致する位置が得られるときの、前記装入物間の摩擦係数と、前記装入物と前記旋回シュートの内周面との間の摩擦係数と、前記旋回シュートの内周面の凹凸量とを、ＤＥＭによる解析を行って導出するＤＥＭパラメータ導出工程と、を有し、
前記粒子挙動解析工程は、前記ＤＥＭパラメータ導出工程により導出された、前記装入物間の摩擦係数と、前記装入物と前記旋回シュートの内周面との間の摩擦係数と、前記旋回シュートの内周面の凹凸量とを入力として、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから落下する際の当該装入物の挙動を、ＤＥＭにより解析することを特徴とする請求項５に記載の高炉装入物落下軌跡推算方法。
【請求項７】
前記飛び出し角度−傾動角関係記憶工程により記憶される装入物の飛び出し角度は、前記旋回シュートの先端に位置している複数の装入物の飛び出し角度を代表する値であり、
前記せり上がり高さ−傾動角関係記憶工程により記憶される装入物のせり上がり高さは、前記旋回シュートの先端に位置している複数の装入物のせり上がり高さを代表する値であることを特徴とする請求項６に記載の高炉装入物落下軌跡推算方法。
【請求項８】
前記ｎは、３以上の整数であることを特徴とする請求項５〜７の何れか１項に記載の高炉装入物落下軌跡推算方法。
【請求項９】
ベルレス式高炉における旋回シュートから落下する装入物の落下軌跡を推算することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから落下する際の当該装入物の挙動を、ＤＥＭ（Discrete Element Method）により解析することを、前記旋回シュートの複数の傾動角のそれぞれにおいて実行する粒子挙動解析工程と、
前記粒子挙動解析工程により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの当該装入物の飛び出し角度と、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）として導出する飛び出し角度−傾動角関係導出工程と、
前記飛び出し角度−傾動角関係導出工程により導出された、前記装入物の飛び出し角度と、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶する飛び出し角度−傾動角関係記憶工程と、
前記粒子挙動解析工程により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの、当該旋回シュートの底部の内周側の面を基準としたときの当該装入物のせり上がり高さと、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｍ次関数（ｍは２以上の整数）として導出するせり上がり高さ−傾動角関係導出工程と、
前記せり上がり高さ−傾動角関係導出工程により導出された、前記装入物のせり上がり高さと、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶するせり上がり高さ−傾動角関係記憶工程と、
前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを導出し、導出した値を用いて、前記旋回シュートからの前記装入物の落下軌跡を、当該装入物が放物線運動をするものとして導出する落下軌跡導出工程と、をコンピュータに実行させ、
前記装入物の飛び出し角度φと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＣiを用いて、以下の（Ａ）式で表され、
前記装入物のせり上がり高さＨと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＢiを用いて、以下の（Ｂ）式で表され、
前記飛び出し角度−傾動角関係記憶工程は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＣiを記憶し、
前記せり上がり高さ−傾動角関係記憶工程は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＢiを記憶し、
前記落下軌跡導出工程は、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを、当該旋回シュートの傾動角に対応する前記パラメータＣi及び前記パラメータＢiと、以下の（Ａ）式及び以下の（Ｂ）式を用いて導出することを特徴とするコンピュータプログラム。
【数３】
0005671931.tif 000010
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉装入物落下軌跡推算装置、高炉装入物落下軌跡推算方法、及びコンピュータプログラムに関し、特に、旋回シュートからの装入物の落下軌跡を推算するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉に装入されるコークスや焼結鉱等の装入物の高炉内での挙動を正確に計算することは、高炉の操業を効率よく行う上で重要である。
特許文献１では、軸心部装入シュートから高炉の内部へ装入される装入物の装入目標位置を計算することが開示されている。軸心部装入シュートは、高炉頂部の炉壁を貫通して高炉の軸心を指向するように下方に傾斜して配置（固定）されたものである。特許文献１では、このような軸心部装入シュートから飛び出した装入物が、軸心部装入シュートの先端から放物線運動をすると仮定して装入目標位置を計算するようにしている。
【０００３】
ところで、高炉には、前述した軸心部装入シュートの他に、旋回シュートと称されるシュートが用いられる。旋回シュートは、上部から下部に向けて、高炉の軸心に対して傾動角と称される角度だけ傾いた状態で高炉頂部の軸心部（内部）に配置されて旋回するものである。この旋回シュートを用いれば、装入物の堆積位置を容易に変えることができ、装入物を可及的に均一に高炉の内部に装入することができる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１では、軸心部装入シュートからの装入物の飛び出し角度を、シュートの傾動角に一致させている。また、軸心部装入シュートからの装入物の飛び出し位置を、シュートの先端の底面としている。特許文献１のように軸心部装入シュートを用いた場合には、このような仮定の下で装入物の挙動を計算しても大きな誤差が生じないと言うこともできる。しかしながら、旋回シュートを用いた場合には、シュートが旋回するため、このような仮定の下では、装入物の挙動の計算の結果が、実際の挙動と大きく異なる虞がある。
そこで、非特許文献１では、旋回シュートから、高炉の内部へ装入される装入物の落下軌跡を推定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平６−２５３４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】松崎眞六著、「高炉炉頂部における装入物分布に関する研究」、博士論文、東北大学、２００３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１でも、特許文献１と同様に、旋回シュートからの装入物の飛び出し角度を、シュートの傾動角に一致させいている。また、非特許文献１では、旋回シュートからの装入物の飛び出し位置を、傾動角の２次関数で表現している。非特許文献１では、旋回シュート内を流動してきた装入物の飛び出し位置や飛び出し角度を、経験に基づいて決定している。これは、旋回シュートからの装入物の飛び出し位置や飛び出し角度を定めるためのパラメータを正確に求めることが困難であったためである。非特許文献１の経験的方法では、特に、旋回シュートの全ての傾動角に対して最適なパラメータを決定するのは不可能であり、旋回シュートからの装入物の飛び出し位置や飛び出し角度を正確に求められておらず、このために、旋回シュートから高炉の内部に装入される装入物の挙動を正確に計算することができないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、旋回シュートからの装入物の落下軌跡を正確に計算できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高炉装入物落下軌跡推算装置は、ベルレス式高炉における旋回シュートから落下する装入物の落下軌跡を推算する高炉装入物落下軌跡推算装置であって、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから落下する際の当該装入物の挙動を、ＤＥＭ（Discrete Element Method）により解析することを、前記旋回シュートの複数の傾動角のそれぞれにおいて実行する粒子挙動解析手段と、前記粒子挙動解析手段により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの当該装入物の飛び出し角度と、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）として導出する飛び出し角度−傾動角関係導出手段と、前記飛び出し角度−傾動角関係導出手段により導出された、前記装入物の飛び出し角度と、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶する飛び出し角度−傾動角関係記憶手段と、前記粒子挙動解析手段により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの、当該旋回シュートの底部の内周側の面を基準としたときの当該装入物のせり上がり高さと、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｍ次関数（ｍは２以上の整数）として導出するせり上がり高さ−傾動角関係導出手段と、前記せり上がり高さ−傾動角関係導出手段により導出された、前記装入物のせり上がり高さと、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶するせり上がり高さ−傾動角関係記憶手段と、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを導出し、導出した値を用いて、前記旋回シュートからの前記装入物の落下軌跡を、当該装入物が放物線運動をするものとして導出する落下軌跡導出手段と、を有し、前記装入物の飛び出し角度φと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＣiを用いて、以下の（Ａ）式で表され、前記装入物のせり上がり高さＨと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＢiを用いて、以下の（Ｂ）式で表され、前記飛び出し角度−傾動角関係記憶手段は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＣiを記憶し、前記せり上がり高さ−傾動角関係記憶手段は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＢiを記憶し、前記落下軌跡導出手段は、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを、当該旋回シュートの傾動角に対応する前記パラメータＣi及び前記パラメータＢiと、以下の（Ａ）式及び以下の（Ｂ）式を用いて導出することを特徴とする。
【００１０】
本発明の高炉装入物落下軌跡推算方法は、ベルレス式高炉における旋回シュートから落下する装入物の落下軌跡を推算する高炉装入物落下軌跡推算方法であって、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから落下する際の当該装入物の挙動を、ＤＥＭ（Discrete Element Method）により解析することを、前記旋回シュートの複数の傾動角のそれぞれにおいて実行する粒子挙動解析工程と、前記粒子挙動解析工程により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの当該装入物の飛び出し角度と、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）として導出する飛び出し角度−傾動角関係導出工程と、前記飛び出し角度−傾動角関係導出工程により導出された、前記装入物の飛び出し角度と、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶する飛び出し角度−傾動角関係記憶工程と、前記粒子挙動解析工程により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの、当該旋回シュートの底部の内周側の面を基準としたときの当該装入物のせり上がり高さと、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｍ次関数（ｍは２以上の整数）として導出するせり上がり高さ−傾動角関係導出工程と、前記せり上がり高さ−傾動角関係導出工程により導出された、前記装入物のせり上がり高さと、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶するせり上がり高さ−傾動角関係記憶工程と、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを導出し、導出した値を用いて、前記旋回シュートからの前記装入物の落下軌跡を、当該装入物が放物線運動をするものとして導出する落下軌跡導出工程と、を有し、前記装入物の飛び出し角度φと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＣiを用いて、以下の（Ａ）式で表され、前記装入物のせり上がり高さＨと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＢiを用いて、以下の（Ｂ）式で表され、前記飛び出し角度−傾動角関係記憶工程は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＣiを記憶し、前記せり上がり高さ−傾動角関係記憶工程は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＢiを記憶し、前記落下軌跡導出工程は、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを、当該旋回シュートの傾動角に対応する前記パラメータＣi及び前記パラメータＢiと、以下の（Ａ）式及び以下の（Ｂ）式を用いて導出することを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、ベルレス式高炉における旋回シュートから落下する装入物の落下軌跡を推算することをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから落下する際の当該装入物の挙動を、ＤＥＭ（Discrete Element Method）により解析することを、前記旋回シュートの複数の傾動角のそれぞれにおいて実行する粒子挙動解析工程と、前記粒子挙動解析工程により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの当該装入物の飛び出し角度と、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｎ次関数（ｎは２以上の整数）として導出する飛び出し角度−傾動角関係導出工程と、前記飛び出し角度−傾動角関係導出工程により導出された、前記装入物の飛び出し角度と、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶する飛び出し角度−傾動角関係記憶工程と、前記粒子挙動解析工程により解析された結果に合うようにパラメータフィッティングを行って、前記旋回シュートが旋回しているときに装入物が旋回シュートから飛び出すときの、当該旋回シュートの底部の内周側の面を基準としたときの当該装入物のせり上がり高さと、当該旋回シュートの傾動角との関係を、ｍ次関数（ｍは２以上の整数）として導出するせり上がり高さ−傾動角関係導出工程と、前記せり上がり高さ−傾動角関係導出工程により導出された、前記装入物のせり上がり高さと、前記旋回シュートの傾動角との関係を記憶するせり上がり高さ−傾動角関係記憶工程と、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを導出し、導出した値を用いて、前記旋回シュートからの前記装入物の落下軌跡を、当該装入物が放物線運動をするものとして導出する落下軌跡導出工程と、をコンピュータに実行させ、前記装入物の飛び出し角度φと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＣiを用いて、以下の（Ａ）式で表され、前記装入物のせり上がり高さＨと、前記旋回シュートの傾動角ψとの関係は、パラメータＢiを用いて、以下の（Ｂ）式で表され、前記飛び出し角度−傾動角関係記憶工程は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＣiを記憶し、前記せり上がり高さ−傾動角関係記憶工程は、前記旋回シュートの複数の傾動角における前記パラメータＢiを記憶し、前記落下軌跡導出工程は、前記装入物の落下軌跡の推算に際して指定された旋回シュートの傾動角に対応する、前記装入物の飛び出し角度及びせり上がり高さを、当該旋回シュートの傾動角に対応する前記パラメータＣi及び前記パラメータＢiと、以下の（Ａ）式及び以下の（Ｂ）式を用いて導出することを特徴とする。
【００１１】
【数１】
0005671931.tif 000002
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来シュートと平行としていた装入物の飛び出し角度を、旋回シュートの傾動角のｎ次関数（ｎは２以上の整数）で表すと共に、装入物のせり上がり高さを、旋回シュートの傾動角のｍ次関数（ｍは２以上の整数）で表すようにした。したがって、装入物の飛び出し角度と、装入物のせり上がり高さを従来よりも正確に表現することができる。よって、旋回シュートからの装入物の落下軌跡を正確に計算することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】高炉装入物落下軌跡推算装置の機能的な構成の一例を示す図である。
【図２】旋回シュートの概略構成の一例を示す図である。
【図３】高炉（実炉）における旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値を取得する方法の一例を説明する図である。
【図４】旋回シュートにおける装入物の挙動の一例をモデル化して示す図である。
【図５】ＤＥＭの解析結果から得られた「装入物の飛び出し角度と傾動角との関係」に対してパラメータフィッティングを行った結果の一例を概念的に示す図である。
【図６】ＤＥＭの解析結果から得られた「装入物のせり上がり高さと傾動角との関係」に対してパラメータフィッティングを行った結果の一例を概念的に示す図である。
【図７】せり上がり高さ−傾動角関係記憶部に記憶されるテーブルと、飛び出し角度−傾動角関係記憶部に記憶されるテーブルの一例を示す図である。
【図８】旋回シュートからの装入物の落下軌跡の一例を示す図である。
【図９】装入物のせり上がり高さの次数と、装入物の飛び出し角度の次数と、落下軌跡のずれとの関係を示す図である。
【図１０】装入物の飛び出し角度の関数と装入物のせり上がり高さの関数を決定する際の高炉装入物落下軌跡推算装置の動作の一例を説明するフローチャートである。
【図１１】旋回シュートからの装入物の落下軌跡を導出する際の高炉装入物落下軌跡推算装置の動作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】
【００１４】
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。
図１は、高炉装入物落下軌跡推算装置１００の機能的な構成の一例を示す図である。
高炉装入物落下軌跡推算装置１００は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、各種インターフェース、及びディスプレイ等を備えた情報処理装置（パーソナルコンピュータ）を用いることにより実現できる。
【００１５】
本実施形態の高炉装入物落下軌跡推算装置１００は、ベルレス式高炉の旋回シュートからの装入物の落下軌跡（各時間における装入物の位置）を解析するものである。本実施形態では、ベルレス式高炉への装入物が焼結鉱である場合を例に挙げて説明する。以下に、高炉装入物落下軌跡推算装置１００が備える機能を詳細に説明する。尚、以下の説明では、「ベルレス式高炉」を必要に応じて「高炉」と略称する。
【００１６】
図２は、旋回シュートの概略構成の一例を示す図である。図２に示すように、旋回シュート２００は、シュートピン２１０を軸として傾くようになっている。この旋回シュート２００の傾き角を傾動角ψで表す（図４（ａ）を参照）。具体的に傾動角ψは、高炉の鉛直方向と旋回シュート２００の延設方向（底面）とのなす角度で表される。図２の実線で示している状態は、旋回シュート２００が高炉の径方向（水平方向）を向いている状態である。一方、図２の破線で示している状態は、旋回シュート２００が高炉の斜め下方を向いている状態である。図２の実線で示している状態の方が、図２の破線で示している状態よりも傾動角ψ（の大きさ）は大きい。
【００１７】
（装入物落下位置取得部１０１）
装入物落下位置取得部１０１は、高炉（実炉）における旋回シュートが旋回しているときの当該旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値を取得する。本実施形態では、相互に値が異なる２つの傾動角ψ（３８．８［°］及び５１．１［°］）での、旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値を取得する。
図３は、高炉（実炉）における旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値を取得する方法の一例を説明する図である。図３において、破線３００は、高炉の中心（軸心）を示している（図３の上下方向が高炉の高さ方向となる）。また、図３では、高炉の一部のみを示している。
【００１８】
本実施形態では、図３に示すように、旋回シュート２００の先端よりも下側の位置において、高炉の炉壁３０１の外側から高炉の軸心に向けて斜め下方に落下軌跡測定棒３０２を差し込んでおく。その後、図示しないホッパーから旋回シュート２００に複数の装入物を供給する。装入物が旋回シュート２００から落下して落下軌跡測定棒３０２に当たったときに落下軌跡測定棒３０２にできる衝突痕の位置３０３（座標）を測定する。そして、落下軌跡測定棒３０２にできた複数の衝突痕の位置３０３（座標）の重心位置を、旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値とする。このような測定を、旋回シュート２００の傾動角ψを３９［°］及び５１［°］にして行う。
【００１９】
尚、ここでは、落下軌跡測定棒３０２にできた複数の衝突痕の位置３０３（座標）の重心位置を、旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値としたが、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、落下軌跡測定棒３０２にできた複数の衝突痕の位置３０３（座標）に対して、当該衝突痕の濃さに基づいて定まる圧力に応じた重みづけをして平均をとってもよい。すなわち、旋回シュート２００からの複数の装入物の落下位置を代表するものであれば、旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値は、どのように測定してもよい。
また、測定に際して設定する旋回シュート２００の傾動角ψは２つに限定されず、１つであっても３つ以上であってもよい。
【００２０】
装入物落下位置取得部１０１は、例えば、ＣＰＵが、オペレータがユーザインターフェースを操作することにより入力した「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」をＨＤＤ等に記憶したり、ＣＰＵが、可搬型の記憶媒体に記憶された「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」を読み出してＨＤＤ等に記憶したり、ＣＰＵが、通信インターフェースで受信された「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」をＨＤＤ等に記憶したりすることにより実現される。
【００２１】
（ＤＥＭパラメータ導出部１０２）
ＤＥＭパラメータ導出部１０２は、装入物落下位置取得部１０１で取得された「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」と同じ位置に装入物が落下するときの「粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量」を、ＤＥＭ（Discrete Element Method；離散要素法）により導出する。ここで、粒子間摩擦係数は、装入物間（粒子間）の摩擦係数である。また、粒子−シュート面摩擦係数は、装入物（粒子）と旋回シュートの内周面との間の摩擦係数である。ＤＥＭパラメータ導出部１０２は、このような計算を、装入物落下位置取得部１０１で取得された「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」を得たときの傾動角ψのそれぞれについて行う。
【００２２】
これらの導出を行うために、ＤＥＭパラメータ導出部１０２は、旋回シュート２００の大きさ（図４（ａ）に示すＡ、ｌrを参照）・旋回速度・傾動角と、焼結鉱の径・密度・装入流量と、装入物の自由落下距離ｈ0（図４（ａ）を参照）等の情報を入力する。本実施形態では、「旋回シュート２００の傾動角ψ」として、３９［°］及び５１［°］が入力される。尚、以下の説明では、これらＤＥＭによる解析に必要な情報を必要に応じて「ＤＥＭ解析用入力情報」と称する。また、ここでは、装入物落下位置取得部１０１で取得された「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」も入力される。
【００２３】
ここで、ＤＥＭについて簡単に説明する。ＤＥＭでは、粒子を球として取り扱い、粒子が、他の粒子や構造物と接触したか否かを判定する。この判定の結果、粒子が、他の粒子や構造物と接触したと判定すると、当該粒子に生じる法線方向の反発力とせん断方向の反発力とを求めて、並進の運動方程式と回転の運動方程式とを解く。そして、これらの運動方程式を解いた結果に基づいて、各粒子の位置を移動させる。このような計算を、解析時間を所定時間ずつ進めて繰り返し行う。尚、ＤＥＭによる解析は公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
ＤＥＭパラメータ導出部１０２は、例えば、ＣＰＵが、ＤＥＭによる解析を実行して、粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量とを導出し、その結果をＲＡＭ等に記憶することにより実現される。
【００２４】
（粒子挙動解析部１０３）
粒子挙動解析部１０３は、予め設定された複数の傾動角ψのそれぞれについて、自由落下した装入物が、旋回中の旋回シュートに到達し、当該旋回シュート内を移動して当該旋回シュートの先端から落下して高炉内に堆積されるまでの挙動を、ＤＥＭにより解析する。
【００２５】
これらの導出を行うために、粒子挙動解析部１０３は、旋回シュート２００の大きさ（図４（ａ）に示すＡ、ｌrを参照）・旋回速度・傾動角と、焼結鉱の径・密度・装入流量と、装入物の自由落下距離ｈ0（図４（ａ）を参照）等のＤＥＭ解析用入力情報を入力する。ここで、本実施形態では、「旋回シュート２００の傾動角ψ」として、２８［°］、３０［°］、３２［°］、３４［°］、３５［°］、３７［°］、３９［°］、４１［°］、４３［°］、４５［°］、４７［°］、４９［°］、５１［°］、及び５３［°］が入力されるものとする。また、粒子挙動解析部１０３は、ＤＥＭによる解析に際し、ＤＥＭパラメータ導出部１０２により導出された「粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量」を使用する。
粒子挙動解析部１０３は、例えば、ＣＰＵが、ＤＥＭによる解析を実行して、装入物の挙動を解析し、その結果をＲＡＭ等に記憶することにより実現される。
【００２６】
（飛び出し角度導出部１０４）
飛び出し角度導出部１０４は、粒子挙動解析部１０３によりＤＥＭで解析された装入物の挙動に基づき、旋回シュート２００が旋回しているときに装入物が旋回シュート２００から飛び出すときの当該装入物の飛び出し角度φを導出する。飛び出し角度導出部１０４は、このような計算を、予め設定された複数の傾動角ψのそれぞれについて行う。
図４は、旋回シュート２００における装入物の挙動の一例をモデル化して示す図である。具体的に図４（ａ）は、旋回シュート２００から放物線運動をして落下する装入物の位置を表現するのに必要なパラメータを、旋回シュート２００の斜視図と共に示す図である。また、図４（ｂ）は、旋回シュート２００の内周面を、その上方から見た図である。また、図４（ｃ）は、旋回シュート２００の内周面に落下したときの装入物を示す図である。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、装入物の飛び出し角度φを、旋回シュート２００から飛び出すときの装入物４０２の速度ｖ2の方向（速度ベクトル）と、装入物４０２から鉛直下方向にのびる線４０１とのなす角度としている。ここで、本実施形態では、装入物の飛び出し角度φは、装入物４０２から鉛直下方向にのびる線４０１から図４に向かって反時計回りの方向を正とする角度としている。
また、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、本実施形態では、旋回シュート２００の先端に重心が位置している装入物４０２を旋回シュート２００から飛び出す装入物としている。更に、本実施形態では、旋回シュート２００の先端に重心が位置している全ての装入物４０２の飛び出し角度φの平均を、装入物の飛び出し角度φとして採用するようにしている。このようにすることにより、１つの傾動角ψに対して、装入物の飛び出し角度φが１つ決定される。
【００２８】
尚、装入物の飛び出し角度φを導出する方法は、このような方法に限定されない。例えば、旋回シュート２００の先端に重心が位置している全ての装入物４０２の飛び出し角度φの平均を求める際に、各装入物４０２の飛び出し角度φに対して、各装入物４０２の重量に応じた重みづけをして平均をとってもよい。また、旋回シュート２００の先端に先端又は後端が位置している装入物４０２を旋回シュート２００から飛び出す装入物としてもよい。すなわち、旋回シュート２００の先端に位置している全ての装入物の飛び出し角度φを代表するものであれば、装入物の飛び出し角度φは、どのようなものであってもよい。
飛び出し角度導出部１０４は、例えば、ＣＰＵが、ＤＥＭによる解析の結果から、予め設定された複数の傾動角ψのそれぞれについて、装入物の飛び出し角度φを導出し、その結果をＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００２９】
（飛び出し角度−傾動角関係導出部１０５、飛び出し角度−傾動角関係記憶部１０６）
飛び出し角度−傾動角関係導出部１０５は、以下の（１）式が、予め設定された複数の傾動角ψ毎に飛び出し角度導出部１０４で導出された装入物の飛び出し角度φに合うように、以下の（１）式のＣiを、パラメータフィッティングにより導出する。そして、飛び出し角度−傾動角関係導出部１０５は、導出したＣiを、飛び出し角度−傾動角関係記憶部１０６に記憶する。尚、（１）式において、ｎを２以上にしている理由については後述する。また、パラメータフィッティングは、公知のソフトウェア（ツール）を用いて実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００３０】
【数１】
0005671931.tif 000003
【００３１】
図５は、ＤＥＭの解析結果から得られた「装入物の飛び出し角度φと傾動角ψとの関係」に対してパラメータフィッティングを行った結果の一例を概念的に示す図である。図５において、○が、ＤＥＭの解析結果から得られた「装入物の飛び出し角度φと傾動角ψの関係」を示している。また、曲線５０１が、パラメータフィッティングを行って決定されたＣiを使って（１）式で表現された「装入物の飛び出し角度φと傾動角ψとの関係」である。尚、図５では、飛び出し角度φの値を相対値で示している。
飛び出し角度−傾動角関係記憶部１０６は、例えば、ＨＤＤ等を用いることにより実現される。また、飛び出し角度−傾動角関係導出部１０５は、例えば、ＣＰＵが、ＤＥＭの解析結果から得られた「装入物の飛び出し角度φと傾動角ψとの関係」に対してパラメータフィッティングを行って（１）式のＣiを導出し、その結果をＨＤＤ等に記憶することにより実現される。
【００３２】
（せり上がり高さ導出部１０７）
せり上がり高さ導出部１０７は、粒子挙動解析部１０３によりＤＥＭで解析された装入物の挙動の結果に基づき、旋回シュート２００が旋回しているときに装入物が旋回シュート２００から飛び出すときの「旋回シュート２００の底部の内周側の面を基準としたときの当該装入物のせり上がり高さＨ」を導出する。せり上がり高さ導出部１０７は、このような計算を、予め設定された複数の傾動角ψのそれぞれについて行う。
図４（ａ）に示すように、本実施形態では、装入物のせり上がり高さＨを、旋回シュート２００の底部の内周側の面と、旋回シュート２００から飛び出すときの装入物の重心との最短距離としている。
また、前述したように本実施形態では、旋回シュート２００の先端に重心が位置している装入物４０２を旋回シュート２００から飛び出す装入物としている（図４（ｂ）を参照）。更に、本実施形態では、旋回シュート２００の先端に重心が位置している全ての装入物４０２のせり上がり高さＨの平均を、装入物のせり上がり高さＨとして採用するようにしている。このようにすることにより、１つの傾動角ψに対して、装入物のせり上がり高さＨが１つ決定される。
【００３３】
尚、装入物のせり上がり高さＨを導出する方法は、このような方法に限定されない。例えば、旋回シュート２００の先端に重心が位置している全ての装入物４０２のせり上がり高さＨの平均を求める際に、各装入物４０２のせり上がり高さＨに対して、各装入物４０２の重量に応じて重みづけをして平均をとってもよい。また、全ての装入物４０２のせり上がり高さＨの最大値と最小値との平均を装入物のせり上がり高さＨとしてもよい。また、旋回シュート２００の先端に重心が位置している全ての装入物４０２の位置の重心を求め、その重心の位置と、旋回シュート２００の底部の内周側の面との最短距離を装入物のせり上がり高さＨとしたりしてもよい。更に、旋回シュート２００の先端に先端又は後端が位置している装入物４０２を旋回シュート２００から飛び出す装入物としてもよい。すなわち、旋回シュート２００の先端に位置している全ての装入物のせり上がり高さを代表するものであれば、装入物のせり上がり高さＨは、どのようなものであってもよい。
せり上がり高さ導出部１０７は、例えば、ＤＥＭによる解析の結果から、予め設定された複数の傾動角ψのそれぞれについて、装入物のせり上がり高さＨを導出し、その結果をＲＡＭ等に記憶することによって実現される。
【００３４】
（せり上がり高さ−傾動角関係導出部１０８、せり上がり高さ−傾動角関係記憶部１０９）
せり上がり高さ−傾動角関係導出部１０８は、以下の（２）式が、予め設定された複数の傾動角ψ毎にせり上がり高さ導出部１０７で導入された装入物のせり上がり高さＨに合うように、以下の（２）式のＢiを、パラメータフィッティングにより導出する。そして、せり上がり高さ−傾動角関係導出部１０８は、導出したＢiを、せり上がり高さ−傾動角関係記憶部１０９に記憶する。尚、（２）式において、ｍを２以上にしている理由については後述する。また、パラメータフィッティングは、公知のソフトウェア（ツール）を用いて実現することができるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
【数２】
0005671931.tif 000004
【００３６】
図６は、ＤＥＭの解析結果から得られた「装入物のせり上がり高さＨと傾動角ψとの関係」に対してパラメータフィッティングを行った結果の一例を概念的に示す図である。図６において、□が、ＤＥＭの解析結果から得られた「装入物のせり上がり高さＨと傾動角ψの関係」を示している。また、曲線６０１が、パラメータフィッティングを行って決定されたＢiを使って（２）式で表現された「装入物のせり上がり高さＨと傾動角ψとの関係」を示している。尚、図６では、せり上がり高さＨの値を相対値で示している。
せり上がり高さ−傾動角関係記憶部１０９は、例えば、ＨＤＤ等を用いることにより実現される。また、せり上がり高さ−傾動角関係導出部１０８は、例えば、ＣＰＵが、ＤＥＭの解析結果から得られた「装入物のせり上がり高さＨと傾動角ψとの関係」に対してパラメータフィッティングを行って（２）式のＢiを導出し、その結果をＨＤＤ等に記憶することにより実現される。
【００３７】
図７は、せり上がり高さ−傾動角関係記憶部１０９に記憶されるテーブル（図７（ａ））と、飛び出し角度−傾動角関係記憶部１０６に記憶されるテーブル（図７（ｂ））の一例を示す図である。
図７に示すように、本実施形態では、高炉毎、装入物の種類毎に、パラメータＢi、Ｃiを設定するようにしている。ここで、本実施形態では、例えば、同一の焼結鉱であってもその成分が異なっている場合には、異種の装入物として、図７に示すテーブル７０１、７０２に対して、当該装入物毎に異なるパラメータＢi、Ｃiを設定するようにしている。このことは、他の装入物（コークス等）についても同じである。
【００３８】
よって、本実施形態では、前述した「粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量」の導出と、「装入物の挙動」の導出と、「装入物の飛び出し角度φ」の導出と、「装入物の飛び出し角度φと傾動角ψとの関係」の導出と、「せり上がり高さＨ」の導出と、「せり上がり高さＨと傾動角ψとの関係」の導出とを、高炉毎、装入物の種類毎に行うことになる。
【００３９】
（落下軌跡導出部１１０）
落下軌跡導出部１１０は、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡（各時間ｔにおける装入物の位置）を、旋回シュート２００からの飛び出し後は、装入物が放物線運動をすると仮定して導出する。具体的に落下軌跡導出部１１０は、以下の（３）式により、旋回シュート２００から飛び出した装入物の時間ｔにおける位置（座標（ｘ，ｙ））を導出する。ここで、ｘは、高炉の水平方向の座標であり、ｙは、高炉の高さ方向の座標である。旋回シュート２００から飛び出した装入物の時間ｔにおける３次元上の位置は、例えば、高炉の奥行き方向の各位置において、座標（ｘ，ｙ）を導出することにより導出することができる。尚、座標の原点は、任意に設定することができる。
【００４０】
【数３】
0005671931.tif 000005
【００４１】
（３）式において、（ｘ0、ｙ0）は、旋回シュート２００から飛び出すときの装入物の位置を示す座標であり、装入物のせり上がり高さＨ［ｍ］と、旋回シュート２００の位置とに基づいて決定することができる。ｇは重力加速度［ｍ／ｓ2］である。ｖ2は、旋回シュート２００から飛び出すときの装入物の速度［ｍ／ｓ］であり、以下の（４）式で表される（図４（ａ）を参照）。φは、装入物の飛び出し角度［°］である（図４（ａ）を参照）。
【００４２】
【数４】
0005671931.tif 000006
【００４３】
（４）式において、ｖ1は、自由落下して落ちてきた装入物４０３が旋回シュート２００に衝突したときの速度［ｍ／ｓ］であり（図４（ａ）を参照）、以下の（５）式で表される。γは、旋回シュート２００への自由落下時の装入物４０３の減速率［−］である。ｌrは、自由落下して落ちてきた装入物４０３の旋回シュート２００における落下位置４０４と、旋回シュート２００の先端との最短距離［ｍ］である（図４（ａ）、図４（ｃ）を参照）。ここで、図４（ｃ）に示すように、本実施形態では、自由落下して落ちてきた装入物４０３の旋回シュート２００における落下位置４０４は、当該装入物４０３が旋回シュート２００の内周面４０５に初めて触れたときの、装入物４０３と旋回シュート２００の内周面４０５との接点の座標であるとする。θは、旋回シュート２００の延設方向と水平方向とのなす角度［°］であり（図４（ａ）を参照）、９０−ψで表される。μは、旋回シュート２００の内周面の摩擦係数［−］である。ωは、旋回シュート２００の旋回時の角速度［ｒａｄ／ｓ］である。
【００４４】
【数５】
0005671931.tif 000007
【００４５】
（５）式において、ｈ0は、シュートピン２１０までの装入物４０３の自由落下距離［ｍ］である（図４（ａ）を参照）。Ａは、シュートピン２１０と、旋回シュート２００の底部の内周側の面との最短距離［ｍ］である（図４（ａ）を参照）。
（３）式〜（５）式により、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡（各時間ｔにおける座標（ｘ，ｙ））を導出するために、落下軌跡導出部１１０は、高炉を特定する情報と、落下軌跡の導出対象となる装入物の種類を特定する情報を入力する。また、落下軌跡導出部１１０は、旋回シュート２００の位置・形状・傾動角ψ・旋回速度（角速度ω）・内周面の摩擦係数μを特定するための情報を取得する。以下の説明では、これらの情報を必要に応じて「落下軌跡導出用入力情報」と称する。
【００４６】
そして、落下軌跡導出部１１０は、落下軌跡導出用入力情報から特定される「高炉と装入物の種類」に対応するパラメータＢiをテーブル７０１から抽出し、同じく落下軌跡導出用入力情報から特定される「旋回シュート２００の傾動角ψ」における「装入物のせり上がり高さＨ」を（２）式から導出する。また、落下軌跡導出部１１０は、落下軌跡導出用入力情報から特定される「高炉と装入物の種類」に対応するパラメータＣiをテーブル７０２から抽出し、同じく落下軌跡導出用入力情報から特定される「旋回シュート２００の傾動角ψ」における「装入物の飛び出し角度φ」を（１）式から導出する。
そして、落下軌跡導出部１１０は、（３）式の右辺の変数に値を代入して、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡（各時間ｔにおける各時間ｔにおける座標（ｘ，ｙ））を導出する。
【００４７】
落下軌跡導出部１１０は、例えば、次のようにして実現される。まず、ＣＰＵが、オペレータがユーザインターフェースを操作することにより入力した落下軌跡導出用入力情報をＲＡＭ等に記憶したり、ＣＰＵが、可搬型の記憶媒体に記憶された落下軌跡導出用入力情報を読みだしてＲＡＭ等に記憶したり、ＣＰＵが、通信インターフェースで受信された落下軌跡導出用入力情報をＲＡＭ等に記憶する。そして、ＣＰＵが、落下軌跡導出用入力情報からパラメータＢi、Ｃiを特定して「装入物のせり上がり高さＨ」と「装入物の飛び出し角度φ」を導出する。そして、ＣＰＵが、（３）式〜（５）式の計算を行って、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡（各時間ｔにおける座標（ｘ，ｙ））を導出し、その結果をＲＡＭ等に記憶する。
【００４８】
（落下軌跡表示部１１１）
落下軌跡表示部１１１は、落下軌跡導出部１１０で導出された「旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡」を、表示装置（コンピュータディスプレイ）に表示させる。
落下軌跡表示部１１１は、例えば、ＣＰＵが、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡（各時間ｔにおける座標（ｘ，ｙ））のデータを読み出して表示データを生成し、生成した表示データを表示装置に出力することにより実現される。
【００４９】
図８は、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡の一例を示す図である。
図８において●（実測）は、装入物落下位置取得部１０１で取得された「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」である。ＤＥＭパラメータ導出部１０２は、旋回シュートからの装入物の落下位置が●の位置になるように、粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量とを導出する。
【００５０】
粒子挙動解析部１０３は、ＤＥＭパラメータ導出部１０２で導出された「粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量」を用いて、各傾動角ψにおける装入物の落下位置をＤＥＭにより求める（図７の○（ＤＥＭ）を参照）。
飛び出し角度導出部１０４は、粒子挙動解析部１０３によりＤＥＭで解析された装入物の挙動の結果に基づき、各傾動角ψにおける装入物の飛び出し角度φを導出する。飛び出し角度−傾動角関係導出部１０５は、飛び出し角度導出部１０４により導出された「各傾動角ψにおける装入物の飛び出し角度φ」に対してパラメータフィッティングを行って（１）式のＣiを導出して飛び出し角度−傾動角関係記憶部１０６に記憶する。
【００５１】
せり上がり高さ導出部１０７は、粒子挙動解析部１０３によりＤＥＭで解析された装入物の挙動の結果に基づき、各傾動角ψにおける装入物のせり上がり高さＨを導出する。せり上がり高さ−傾動角関係導出部１０８は、せり上がり高さ導出部１０７により導出された「各傾動角ψにおける装入物のせり上がり高さＨ」対してパラメータフィッティングを行って（２）式のＢiを導出してせり上がり高さ−傾動角関係記憶部１０９に記憶する。
そして、落下軌跡導出部１１０は、（３）式〜（５）式の計算を行って、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡を導出する（図７の実線（推算式）を参照）。
【００５２】
（ｍとｎの決定）
前述したように、本実施形態では、（１）式において、装入物の飛び出し角度φの次数ｎを２以上にし、（２）式において、装入物のせり上がり高さＨの次数ｍを２以上にしている。本実施形態では、実炉における装入物の挙動を高精度に解析できることが確認されているＤＥＭによって解析された装入物の落下軌跡と、（１）式のｎ及び（２）式のｍを変えて（３）式〜（５）式により得られた装入物の落下軌跡とのずれを検討することにより、（１）式のｎ及び（２）式のｍの値を決定した。
【００５３】
図９は、装入物のせり上がり高さＨの次数ｎと、装入物の飛び出し角φの次数ｍと、落下軌跡のずれとの関係を示す図である。
ＤＥＭによる落下軌跡の解析は、ＤＥＭパラメータ導出部１０２及び粒子挙動解析部１０３で説明したようにして行う。ここでは、以下の値のＤＥＭ解析用入力情報を用いた。
【００５４】
焼結鉱の径：２０［ｍｍ］〜５０［ｍｍ］
焼結鉱の密度：３３００［ｋｇ／ｍ3］
焼結鉱の装入流量：６７０［ｋｇ／ｓ］
旋回シュートの旋回速度：８［ｒｐｍ］
旋回シュートの傾動角：５１［°］、３９［°］
Ａ：１［ｍ］
ｌr（水平時）：４．５［ｍ］
ｈ0：３［ｍ］
【００５５】
そして、設備ストックラインからの高さ方向の距離が０［ｍ］、−０．７［ｍ］、−１．５［ｍ］における装入物の通過位置を、ＤＥＭによる解析を行った場合と、（１）式〜（５）式による計算を行った場合とのそれぞれについて求める。このとき、（１）式におけるｎと、（２）式におけるｍの値を異ならせて（１）式〜（５）式による計算を行う。ここで、設備ストックラインからの高さ方向の距離は、設備ストックラインよりも下方が負の値となるように定義している。
【００５６】
そして、ＤＥＭによって解析された「装入物の通過位置」と、（１）式〜（５）式により計算された「装入物の通過位置」との差を、設備ストックラインからの高さ方向の距離が０［ｍ］、−０．７［ｍ］、−１．５［ｍ］のそれぞれについて求め、その差の２乗を足し合わせて落下軌跡のずれを求める。従来のように、装入物の飛び出し角φを旋回シュート２００の傾動角ψにすると共に、装入物の飛び出し角φの次数ｍを２としたときの落下軌跡のずれを１００としたときの落下軌跡のずれが図９に示した落下軌跡のずれである。
【００５７】
図９に示すように、装入物の飛び出し角φの次数ｎを２にすると、落下軌跡のずれが格段に小さくなることが分かる。そこで、本実施形態では、装入物の飛び出し角度φの次数ｎを２以上にした。また、装入物の飛び出し角φの次数ｎを３にすると、落下軌跡のずれが更に小さくなることが分かる。装入物の飛び出し角φの次数ｎを大きくすればする程、落下軌跡のずれは小さくなる。
一方、装入物の飛び出し角φを旋回シュート２００の傾動角ψと同じにして装入物のせり上がり高さＨの次数ｍを４にしても、落下軌跡のずれは大きく改善されなかった。しかしながら、装入物の飛び出し角φの次数ｎを２にした上で、装入物のせり上がり高さＨの次数ｍを２、３にすると、落下軌跡のずれは小さくなり、装入物のせり上がり高さＨの次数ｍを４にすると、落下軌跡のずれは更に小さくなることが分かる。装入物のせり上がり高さＨの次数ｍを大きくすればする程、落下軌跡のずれは小さくなる。そこで、本実施形態では、装入物の飛び出し角φの次数ｎを２にした上で、装入物のせり上がり高さＨの次数ｍを２以上にした。
以上の傾向は、焼結鉱をコークスに変えたり、旋回シュートの大きさや旋回速度を変えたりしても同じであった。
【００５８】
（動作フローチャート）
次に、図１０のフローチャートを参照しながら、装入物の飛び出し角φの関数と装入物のせり上がり高さＨの関数を決定する際の高炉装入物落下軌跡推算装置１００の動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ１００１において、装入物落下位置取得部１０１は、高炉（実炉）における旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値を取得する。
【００５９】
次に、ステップＳ１００２において、ＤＥＭパラメータ導出部１０２は、ステップＳ１００１で取得された「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」を得たときの傾動角ψのそれぞれについて、当該「旋回シュートからの装入物の落下位置の実測値」と同じ位置に装入物が落下するときの「粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量」を、ＤＥＭにより導出する。
【００６０】
次に、ステップＳ１００３において、粒子挙動解析部１０３は、予め設定された複数の傾動角ψのうち未選択のものを１つ選択する。前述したように、本実施形態では、「旋回シュート２００の傾動角ψ」として、２８［°］、３０［°］、３２［°］、３４［°］、３５［°］、３７［°］、３９［°］、４１［°］、４３［°］、４５［°］、４７［°］、４９［°］、５１［°］、及び５３［°］が選択される。
次に、ステップＳ１００４において、粒子挙動解析部１０３は、旋回シュート２００の傾動角ψを、ステップＳ１００３で選択した旋回シュート２００の傾動角ψにした場合の装入物の挙動を、ステップＳ１００２で導出された「粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量」を用いて、ＤＥＭにより解析する。
【００６１】
次に、ステップＳ１００５において、粒子挙動解析部１０３は、旋回シュート２００の傾動角ψを全て選択したか否かを判定する。この判定の結果、旋回シュート２００の傾動角ψを全て選択していない場合には、ステップＳ１００３に戻る。一方、旋回シュート２００の傾動角ψを全て選択した場合には、ステップＳ１００６に進む。
ステップＳ１００６に進むと、飛び出し角度導出部１０４は、ステップＳ１００４で解析された装入物の挙動に基づき、予め設定された複数の傾動角ψのそれぞれについて、装入物の飛び出し角度φを導出する。
【００６２】
次に、ステップＳ１００７において、飛び出し角度−傾動角関係導出部１０５は、予め設定された複数の傾動角ψ毎にステップＳ１００６で導出された装入物の飛び出し角度φに合うように、パラメータＣiを、パラメータフィッティングにより導出する。
次に、ステップＳ１００８において、飛び出し角度−傾動角関係導出部１０５は、ステップＳ１００７で導出されたパラメータＣiを、飛び出し角度−傾動角関係記憶部１０６に記憶する。このとき、飛び出し角度−傾動角関係導出部１０５は、対象となっている高炉と装入物の種類を特定する情報を入力し、当該高炉と装入物の種類に関連付けてパラメータＣiを記憶する。
次に、ステップＳ１００９において、せり上がり高さ導出部１０７は、ステップＳ１００４で解析された装入物の挙動に基づき、予め設定された複数の傾動角ψのそれぞれについて、装入物のせり上がり高さＨを導出する。
【００６３】
次に、ステップＳ１０１０において、せり上がり高さ−傾動角関係導出部１０８は、予め設定された複数の傾動角ψ毎にステップＳ１００９で導出された装入物のせり上がり高さＨに合うように、パラメータＢiを、パラメータフィッティングにより導出する。
次に、ステップＳ１０１１において、せり上がり高さ−傾動角関係導出部１０８は、ステップＳ１０１０で導出されたパラメータＢiを、せり上がり高さ−傾動角関係記憶部１０９に記憶する。このとき、せり上がり高さ−傾動角関係導出部１０８は、対象となっている高炉と装入物の種類を特定する情報を入力し、当該高炉と装入物の種類に関連付けてパラメータＢiを記憶する。そして、図１０のフローチャートによる処理を終了する。
【００６４】
次に、図１１のフローチャートを参照しながら、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡を導出する際の高炉装入物落下軌跡推算装置１００の動作の一例を説明する。
まず、ステップＳ１１０１において、落下軌跡導出部１１０は、落下軌跡導出用入力情報を取得する。
次に、ステップＳ１１０２において、落下軌跡導出部１１０は、（３）式〜（５）式の計算に必要な全ての落下軌跡導出用入力情報を取得したか否かを判定する。この判定の結果、全ての落下軌跡導出用入力情報を取得していない場合には、ステップＳ１１０１に戻る。一方、全ての落下軌跡導出用入力情報を取得した場合には、ステップＳ１１０３に進む。
【００６５】
ステップＳ１１０３に進むと、落下軌跡導出部１１０は、ステップＳ１１０１で取得した落下軌跡導出用入力情報から特定される「高炉と装入物の種類」に対応するパラメータＢiをテーブル７０１から抽出し、同じく落下軌跡導出用入力情報から特定される「旋回シュート２００の傾動角ψ」における「装入物のせり上がり高さＨ」を（２）式から導出する。
次に、ステップＳ１１０４において、落下軌跡導出部１１０は、ステップＳ１１０１で取得した落下軌跡導出用入力情報から特定される「高炉と装入物の種類」に対応するパラメータＣiをテーブル７０２から抽出し、同じく落下軌跡導出用入力情報から特定される「旋回シュート２００の傾動角ψ」における「装入物の飛び出し角度φ」を（１）式から導出する。
【００６６】
次に、ステップＳ１１０５において、落下軌跡導出部１１０は、（３）式の右辺の変数に値を代入して、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡を導出する。
次に、ステップＳ１１０６において、落下軌跡表示部１１１は、ステップＳ１１０５で導出された「旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡」を、表示装置に表示させる。そして、図１１のフローチャートによる処理を終了する。
【００６７】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、「装入物の飛び出し角度φ」を「旋回シュート２００の傾動角ψ」のｍ次関数（ｍは２以上の整数）にすると共に、「装入物のせり上がり高さＨ」を「旋回シュート２００の傾動角ψ」のｎ次関数（ｎは２以上の整数）にした。そして、旋回シュート２００の傾動角ψに応じた「装入物の飛び出し角度φ」と「装入物のせり上がり高さＨ」とを用いて、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡を、当該装入物が放物線運動をするものとして求める。従来は、旋回シュート２００から飛び出した装入物の挙動を正確に知ることができなかったので、「装入物の飛び出し角度φ」及び「装入物のせり上がり高さＨ」を、経験に基づいて決定していた。本発明者らは、粒子間摩擦係数と、粒子−シュート面摩擦係数と、旋回シュートの内周面の凹凸量とを、実炉での実測値に合うように設定してＤＥＭによる解析を行えば、装入物の挙動を高精度に解析できる（すなわち実炉における装入物の挙動に近い解析結果が得られる）ことを確認している。そこで、本実施形態では、ＤＥＭによる解析を行って旋回シュート２００から飛び出した装入物の挙動を求め、この挙動に合うように、「装入物の飛び出し角度φ」と「装入物のせり上がり高さＨ」を求めるようにした。よって、旋回シュートから２００の装入物の落下軌跡を正確に計算することができる。
【００６８】
（変形例）
本実施形態では、（３）式〜（５）式で、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡を計算するようにした。しかしながら、装入物が放物線運動をするものとしていれば、旋回シュート２００からの装入物の落下軌跡は、必ずしも（３）式〜（５）式で表現する必要はない。例えば、（３）式〜（５）式において空気抵抗の影響を考慮してもよい。
【００６９】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、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、プログラムをコンピュータに供給するための手段、例えばかかるプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体、又はかかるプログラムを伝送する伝送媒体も本発明の実施の形態として適用することができる。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などのプログラムプロダクトも本発明の実施の形態として適用することができる。前記のプログラム、コンピュータ読み取り可能な記録媒体、伝送媒体及びプログラムプロダクトは、本発明の範疇に含まれる。
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。
【符号の説明】
【００７０】
１００    高炉装入物落下軌跡推算装置
１０１    装入物落下位置取得部
１０２    ＤＥＭパラメータ導出部
１０３    粒子挙動解析部
１０４    飛び出し角度導出部
１０５    飛び出し角度−傾動角関係導出部
１０６    飛び出し角度−傾動角関係記憶部
１０７    せり上がり高さ導出部
１０８    せり上がり高さ−傾動角関係導出部
１０９    せり上がり高さ−傾動角関係記憶部
１１０    落下軌跡導出部
１１１    落下軌跡表示部
２００    旋回シュート
２１０    シュートピン
３００    高炉の中心線
３０１    高炉の炉壁
３０２    落下軌跡測定棒
３０３    衝突痕の位置
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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