(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内圧力を検出する圧力センサーが複数個所に設置された高炉の操業異常個所を特定して、この特定した前記操業異常個所の異常原因を除去するように高炉の操業条件を変更する高炉の操業方法であって、
前記複数の圧力センサーのうちいずれか一つを基準とし、前記基準となる圧力センサーによって検出される第１の炉内圧力と残りの全ての圧力センサーによって検出される第２の炉内圧力との相関係数を個々に求める第１のステップと、
前記第１のステップで求めた複数の相関係数のうち一つ以上の相関係数が操業異常に対応した閾値よりも小さく、前記基準となる圧力センサーの検出位置が操業異常箇所でない場合に、前記閾値未満の相関係数に対応する第２の炉内圧力を検出した個所を操業異常個所と特定する第２のステップと、
を有することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項２】
前記第１のステップで求めた複数の相関係数のうち一つの相関係数が前記閾値よりも小さい場合には、この相関係数に対応する第２の炉内圧力を検出した個所を操業異常個所と特定することを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方法。
【請求項３】
前記第１のステップで求めた複数の相関係数のうち二つ以上の相関係数が前記閾値よりも小さい場合には、これらの相関係数に対応する第２の炉内圧力を検出した全ての個所を操業異常個所と特定することを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方法。
【請求項４】
前記第１のステップで求めた複数の相関係数のうち二つ以上の相関係数が前記閾値よりも小さい場合には、これらの相関係数に対応する第２の炉内圧力を検出した全ての個所のうち最も相関係数が小さい個所を操業異常個所と特定することを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の操業異常個所を特定し、当該操業異常個所の異常原因を除去するように高炉を操業する高炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉を安定して操業するため、高炉には、各方位、各レベルに複数のセンサーが設置されており、これらの情報に基づき炉況を判断している。しかし、各センサー情報を監視・管理するだけでは、炉況を判断するには困難な場合が多い。
【０００３】
ここで、特許文献１には、送風圧力または炉内圧力を検出し、その時系列データを時間周波数解析し、高炉原料装入の時間間隔に対応した周波数成分を中心とする周波数分布を求め、その周波数分布に基づいて炉の異常を事前予知する方法が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、送風圧力または炉内圧力を検出し、その時系列データを時間周波数解析し、その解析結果から周波数分布の形状または振幅の変動を求めてそれを特徴量とし、特徴量に基づいて異常炉況を事前予知する方法が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、送風圧力または炉内圧力を検出し、その時系列データを時間周波数解析し、その解析結果から、基準となる周波数分布に対する周波数分布の変位およびパワー変動指数の少なくとも１つを、特定の周波数におけるパワースペクトルからなる線形微分方程式から求めて、その求められたものに基づいて高炉の炉況を予知する方法が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、排ガス温度、炉体を含めた設備温度、溶融金属温度、送風圧、炉内壁での圧力、炉内堆積表面の変位のうちの少なくとも１つの操業データを周波数解析し、操業因子の周期に対応するピークを操業不調の原因として特定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３１９２９７号公報明細書
【特許文献２】特許第３５２１７６０号公報明細書
【特許文献３】特許第３４８７２０３号公報明細書
【特許文献４】特許第５２７７６３６号公報明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３の方法では炉況の悪化を早期に検知できても、操業変動の部位を特定することはできなかった。特許文献４の方法では、事前に想定された操業因子の周期に対応していない操業変動については、変動が生じている部位を特定することができなかった。さらに、特許文献１〜４では、周期が変化しない操業変動については、操業変動の発生部位を特定することができなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本願発明に係る高炉の操業方法は、（１）炉内圧力を検出する圧力センサーが複数個所に設置された高炉の操業異常個所を特定して、この特定した前記操業異常個所の異常原因を除去するように高炉の操業条件を変更する高炉の操業方法であって、
前記複数の圧力センサーのうちいずれか一つの前記圧力センサーによって検出される第１の炉内圧力と残りの全ての前記圧力センサーによって検出される第２の炉内圧力との相関係数を個々に求める第１のステップと、これらの相関係数の大小に基づき、操業異常個所を特定する第２のステップと、を有することを特徴とする。
【００１０】
（２）前記第１のステップで求めた複数の相関係数のうち一つの相関係数が操業異常に対応した閾値よりも小さい場合には、この相関係数に対応する前記第２の炉内圧力を検出した個所を操業異常個所と特定することを特徴とする（１）に記載の高炉の操業方法。
【００１１】
（３）前記第１のステップで求めた複数の相関係数のうち二つ以上の相関係数が操業異常に対応した閾値よりも小さい場合には、これらの相関係数に対応する前記第２の炉内圧力を検出した全ての個所を操業異常個所と特定することを特徴とする（１）に記載の高炉の操業方法。
【００１２】
（４）前記第１のステップで求めた複数の相関係数のうち二つ以上の相関係数が操業異常に対応した閾値よりも小さい場合には、これらの相関係数に対応する前記第２の炉内圧力を検出した全ての個所のうち最も相関係数が小さい個所を操業異常個所と特定することを特徴とする（１）に記載の高炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によれば、互いに異なる検出位置で取得される炉内圧力の相関係数を用いて、高炉の操業異常個所を特定することができる。すなわち、炉況が悪化したことに加えて、操業異常個所を特定することができるため、より正確な操業異常回復アクションを実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】高炉の概略図である。
【図２】ｎの値に応じて変化する炉内圧力の相関係数のグラフである。
【図３】送風圧力と炉内圧力との相関係数のグラフである（比較例）
【図４】基準となる位置での炉内圧力と他の位置での炉内圧力とにおける個々の相関係数を調べたグラフである（実施例）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（操業異常個所の特定）
図１は本発明が適用可能な高炉の概略図であり、炉内に装入された高炉原料の層構造を模式的に示している。黒色で示す層が鉱石層であり、白抜きで示す層がコークス層である。高炉１は、炉頂部１１に旋回シュート１２を備えるベルレス式高炉であり、高炉原料である鉄鉱石とコークスを炉頂から互いに層状に装入し、炉下部から吹き上げる熱風によってコークスを燃焼させ、燃焼で発生する高温の還元ガスによって鉄鉱石中の酸化鉄を還元・溶解し、銑鉄を製造するものである。ただし、本願発明は、昇降移動可能な大ベル及び小ベルを含むベル式高炉にも適用することができる。
【００１６】
高炉１の炉壁には、複数の炉内圧力センサー１３が設けられている。各炉内圧力センサー１３の設置位置は、方位及び設置高さ（以下、レベルという）に基づき特定することができる。本実施形態では、炉内圧力センサー１３が合計１６か所に設置されており、ＮＷ、ＳＥ、ＮＥ、ＳＷからなる方位と、Ｂ２、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３からなるレベルによってそれぞれの炉内圧力センサー１３の設置位置を定義することができる。Ｂ２、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３はこの順序で、炉下部から炉頂部１１に向かって並んでいる。なお、炉内圧力センサー１３は、通常、高炉１に少なくとも１６以上設置されている。炉内圧力センサー１３には、周知の構成を用いることができる。
【００１７】
炉下部には数十本の羽口１４が炉周方向に配置されており、羽口１４から高温のガスが還元ガスとして吹き込まれる。羽口１４から吹き込まれるガスの送風圧力は、送風圧力センサー１５によって検出される。炉下部には、融着帯と呼ばれる鉱石が軟化融着した通気抵抗の大きな鉱石融着層と、コークス由来の比較的通気抵抗が小さいコークススリットとが混在する領域が存在する。吹き込まれた還元ガスは、矢印で示す方向に流れる。
【００１８】
上述の高炉１において、炉況が安定している場合には、高炉原料は一定の速度で、層構造及び融着帯形状を乱すことなく降下していると考えられる。高炉原料の降下速度が安定していれば、高炉原料の装入周期も一定となるため、炉内圧力も高炉原料の装入周期に対応して変動する。
【００１９】
ここで、何らかの原因により高炉原料の降下速度に局所的な乱れが生じた場合、層構造も局所的に乱れるため、その場所の炉内圧力の変動周期が変化する、もしくは周期は変化しなくても位相が変化する等何らかの変化が生じる。
【００２０】
そこで、本実施形態では、各方位・各レベルの炉内圧力の時系列データを取得し、基準となる一つの炉内圧力センサー１３により検出される炉内圧力と残りの炉内圧力センサー１３により検出される炉内圧力との個々の組み合わせについて、２組の数値からなるデータ列を作成し、それぞれの２組のデータ列の相関係数を計算する（第１のステップに相当する）。計算された相関係数の値により、操業変動の発生部位を特定することが出来る。基準となる一つの炉内圧力センサー１３は、任意であり、複数の炉内圧力センサー１３の中から適宜選択することができる。
【００２１】
相関係数について、簡単に説明する。２組の数値からなるデータ列（ｘ，ｙ）＝｛ｘｉ，ｙｉ｝が与えられたとき、次の式（１）により、２組のデータ列の相関係数を求めることが出来る。ただし
【数１】
0006617619.tif 000002
相関係数とは、２組のデータ列の間における相関を示す指標である。相関係数は−１〜１の間の値をとり、１に近いときは２つのデータ列には正の相関があり、−１に近ければ負の相関がある。
【数２】
0006617619.tif 000003
【００２２】
例えば、検出位置ＮＷ―Ｂ２において其々検出される時刻ｔ１〜ｔｎでの炉内圧力をｘ１〜ｘｎ、検出位置ＮＷ―Ｓ１において其々検出される時刻ｙ１〜ｙｎでの炉内圧力をｙ１〜ｙｎとしたとき、データ列（ｘ，ｙ）として｛ｘ１，ｙ１｝，｛ｘ２，ｙ２｝・・・・・｛ｘｎ，ｙｎ｝が与えられる。これらのデータ列からｘ，ｙの上述の相加平均を求めて、これを式（１）に代入することにより、検出位置ＮＷ―Ｂ２及び検出位置ＮＷ―Ｓ１における炉内圧力の相関係数が求められる。炉内圧力の検出周期は、例えば、１分とすることができる。例えば、炉内圧力の検出周期を１分とし、かつ、ｎ＝５回とした場合には、５分周期で相関係数が順次得られる。
【００２３】
ここで、検出位置ＮＷ―Ｂ２の炉内圧力（第１の炉内圧力に相当する）と検出位置ＮＷ―Ｓ１における炉内圧力（第２の炉内圧力に相当する）との相関係数が操業異常に対応した閾値よりも小さい場合には、検出位置ＮＷ―Ｂ２及び検出位置ＮＷ―Ｓ１のいずれか一方で操業異常が発生しているものと認められる。この場合、基準である検出位置ＮＷ―Ｂ２の炉内圧力（第１の炉内圧力に相当する）と他の全ての検出位置における炉内圧力（第２の炉内圧力に相当する）との相関係数が前記閾値以上である場合には、検出位置ＮＷ―Ｓ１を操業異常個所として特定することができる。一方、基準である検出位置ＮＷ―Ｂ２の炉内圧力（第１の炉内圧力に相当する）と他の全ての検出位置における炉内圧力（第２の炉内圧力に相当する）との相関係数が前記閾値より小さい場合には、基準である検出位置ＮＷ―Ｂ２を操業異常個所として特定することができる。
【００２４】
ここで、層構造が乱れることなく安定的に高炉原料が降下している場合は、２組の数値からなるデータ列の相関係数は、何れの組み合わせにおいても、常に１に近い値をとることになる。局所的に層構造が乱れた場合は、特定の組み合わせの相関係数が１から大きく乖離することになる。よって、炉内圧力の時系列データに対して、相関係数を求め、１から乖離している部位を検出することにより、操業変動の発生部位を特定することができる。
【００２５】
具体的には、相関係数の前記閾値を、好ましくは０．３〜０．６、より好ましくは０．３５〜０．５の範囲内の値とすることで、精度良く操業異常個所を特定することができる。
【００２６】
式（１）の基礎となるデータの数、すなわちｎの値が小さいほどシャープな波形が得られ易くなる一方で、ノイズの影響を受け易くなる。またｎの値が大きいほどノイズの影響を受け難くなる一方で、シャープな波形が得られなくなる。したがって、式（１）の基礎となるデータの数、すなわちｎの値には適切な範囲が存在する。図２は、時々刻々と変化する相関係数のグラフであり、横軸が時間、縦軸が相関係数である。図２（ａ）〜（ｆ）はそれぞれｎ＝５〜１０に対応しており、期間Ｔ１において操業異常が生じているものとする。なお、それぞれの測定時間は１時間としている。
【００２７】
同図を参照して、ｎの値が大きくなるに従い波形がブロードに変化し、ｎ≧８では、相関係数の変化が小さく、相関がある場合と無い場合の区別が困難である。よって式（１）を適用するデータの数、すなわちｎの値はｎ＝５〜８程度に設定するのが好ましい。ｎの値をｎ＝５〜８程度に設定することにより、ノイズの影響を抑えつつ、変動部位を精度良く特定することができる。ただし適切なｎの値は、炉内圧力の検出周期、炉頂からの高炉原料の装入周期により変化すると考えられるため、対象とするデータに応じて適切な値を設定すれば良い。
【００２８】
また、相関係数は、必ずしも式（１）により求める必要は無く、下記の式（２）に示すスピアマンの順位相関係数を使用することもできる。
【数３】
0006617619.tif 000004
ここで、Ｘｉ、Ｙｉは、それぞれｘｉ、ｙｉを昇順に並べかえたものである。ｎについては、式（１）と同様であるから、詳細な説明を省略する。
【００２９】
さらに、相関係数は、下記の式（３）のケンドールの順位相関係数を使用することもできる。
【数４】
0006617619.tif 000005
ここで、Ｐはｎ組のデータから任意の２組のデータを取り出した場合に、２組のＸｉとＹｉの大小関係が一致する組の個数を表す。Ｑはｎ組のデータから任意の２組のデータを取り出した場合に、２組のＸｉとＹｉの大小関係が一致しない組の個数を表す。Ｘｉ、Ｙｉ、ｎについては、上述したので詳細な説明を省略する。
【００３０】
ここで、相関係数に基づき操業異常個所を特定する方法は、上述以外の方法であってもよい。例えば、前記閾値よりも相関係数の小さい検出位置の組み合わせが二通り以上発生した場合には、相関係数が最も小さい検出位置だけを操業異常個所と特定してもよいし、閾値よりも小さい全ての検出位置を操業異常個所と特定してもよい。そのいずれが好ましいかは、次に述べるように複数個所の異常を同時に解消可能なアクションの有無による。
【００３１】
（異常解消アクション）
炉内圧力の変動は種々の原因に起因する。たとえば、炉頂装入物分布の円周方向偏差、炉壁付着物、炉壁レンガの欠損、羽口毎のPC吹き込み量の円周方向偏差、羽口毎の送風量の円周方向偏差等と多岐に亘る。操業異常解消のアクションの採択に当っては、操業推移を勘案して適宜適切なアクション（第３のステップに相当する）を採用する。このとき、炉内圧力の変動だけでなく、炉壁温度の変化を考慮することが好ましい。前述のように閾値よりも相関係数の小さい検出位置の組み合わせが二通り以上発生した場合には、複数個所の異常を同時に解消可能なアクションを優先して採択するのがよい。その適切なアクションが見当たらない場合には、相関係数が小さい検出位置から順に対応アクションを採択するのがよい。
【００３２】
実施例を示して、本発明についてより具体的に説明する。
（実施例）
炉内容積３７００ｍ３の高炉を対象として本手法を適用し、操業異常個所を特定した。当該高炉には４方位（ＮＷ、ＳＥ、ＮＥ、ＳＷ）、４レベル（Ｂ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）、合計１６個の炉内圧力センサーが設置されている。操業変動が確認された期間を対象として、送風圧と各炉内圧力の組み合わせについて相関係数を求めた結果を比較例として図３に示す。また、Ｓ２―ＮＷ（Ｓ２レベル、ＮＷ方位）の炉内圧力とその他の炉内圧力の組み合わせについて相関係数を求めた結果を実施例として図４に示す。
【００３３】
送風圧力と炉内圧力の相関係数は、装入周期である約１１分周期で１から大きく乖離しているが、全ての相関係数が同じような動きをしており、操業異常個所を特定するのは困難であった。すなわち、炉内圧力は、おおよそ装入周期で変動しているが、送風圧力は装入周期とは無関係に変動しているため、操業異常個所を特定することができなかったと考えられる。
【００３４】
Ｓ２―ＮＷの炉内圧力とその他の炉内圧力の組み合わせについては、Ｓ１〜Ｓ３レベルの炉内圧力との相関は非常に強く、Ｂ２レベルの炉内圧力との相関が非常に低いことが分かった。特に、Ｓ２―ＮＷの炉内圧力とＢ２―ＮＷの炉内圧力の相関が低い。このことから、Ｂ２レベルＮＷ方位近傍が、操業異常個所であると特定することができた。
【００３５】
そこで、炉頂旋回シュートの正・逆回転の切り替えタイミング、旋回スタート位置を調整する、装入物の円周方向偏差を小さくする異常解消アクションを実施した。その結果、Ｓ２―ＮＷの炉内圧力とＢ２―ＮＷの炉内圧力の相関が強くなるととともに操業異常が消失し、安定した高炉操業を行うことが出来た。
【符号の説明】
【００３６】
１  高炉
１１  炉頂部
１２  旋回シュート
１３  炉内圧力センサー
１４  羽口
１５  送風圧力センサー
【図１】
0006617619.tif 000006
【図２】
0006617619.tif 000007
【図３】
0006617619.tif 000008
【図４】
0006617619.tif 000009