(57)【要約】      （修正有）【課題】流量調節弁の開度の指令値と真値のずれが、流量によって変化する場合でも、流量調節弁の開度の真値を用いることができる、流量調節弁の開度の制御方法、ならびに、それらを用いた金属の精錬方法を提供する。【解決手段】流量計６の指示値ｆ、流量調節弁７（弁体定格値がＣｖ（ｍ4／Ｎ1/2ｈｒ））の開度の指令値Ｍｖを読み取り、圧力計５の指示値（上流側Ｐ0（Ｐａ）、下流側Ｐ1（Ｐａ））を読み取ったものとともに、下記（１）、（２）及び（３）の３つの式に代入する一連の手順を、流量計の指示値の異なる２つの時点で、踏むことにより、合計６つの式を得、それらを連立させて解くに際し、前記流量計の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ））をゼロとすることで、前記流量調節弁の開度の指令値と真値（Ｓ）のずれ（δｍ）を求める。Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）2×√（Ｐ0―Ｐ1） （１）Ｆ＝ｆ―δｆ （２）Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）【選択図】図２
2008282306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流量計と流量調節弁、さらに、該流量計と該流量調節弁を挟んでガスの流れの上流側および下流側に圧力計、をそれぞれ設けたガス供給配管系統にて、流量計の指示値（ｆ）、流量調節弁（弁体定格値がＣｖ（ｍ4／Ｎ1/2ｈｒ））の開度の指令値（Ｍｖ）を読み取り、前記圧力計の指示値（上流側Ｐ0（Ｐａ）、下流側Ｐ1（Ｐａ））を読み取ったものとともに、下記（１）、（２）及び（３）の３つの式に代入する一連の手順を、流量計の指示値の異なる２つの時点で、踏むことにより、合計６つの式を得、それらを連立させて解くに際し、前記流量計の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ）をゼロとすることで、前記流量調節弁の開度の指令値と真値（Ｓ）のずれ（δｍ）を求めることを特徴とする流量調節弁の開度の真値推定方法。
Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）2×√（Ｐ0―Ｐ1） （１）
Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）
【請求項２】
流量計と流量調節弁、さらに、該流量計と該流量調節弁を挟んでガスの流れの上流側および下流側に圧力計、をそれぞれ設けたガス供給配管系統にて、流量計の指示値（ｆ）、流量調節弁（弁体定格値がＣｖ（ｍ4／Ｎ1/2ｈｒ））の開度の指令値（Ｍｖ）を読み取り、前記圧力計の指示値（上流側Ｐ0（Ｐａ）、下流側Ｐ1（Ｐａ））を読み取ったものとともに、下記（１）、（２）及び（３）の３つの式に代入する一連の手順を、流量計の指示値の異なる２つの時点で、踏むことにより、合計６つの式を得、それらを連立させて解くに際し、前記流量計の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ）をゼロとすることで、前記流量調節弁の開度の指令値と真値（Ｓ）のずれ（δｍ）を求め、前記流量調節弁の開度の指令値を真値（Ｓ）に置き換えて用いることを特徴とする流量調節弁の開度の制御方法。
Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）2×√（Ｐ0―Ｐ1） （１）
Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）
【請求項３】
前記請求項１の方法にて推定した前記流量調節弁の開度の真値（Ｓ）、または、前記請求項２の流量調節弁の開度の制御方法を用いて、金属を精錬する設備に供給するガスの流量を調節することを特徴とする金属の精錬方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量調節弁の開度の真値推定方法および制御方法に関し、特に、金属の精錬を行う転炉等の設備にガスを供給する、ガス供給配管系統に備えられた、流量調節弁の開度の真値推定方法および制御方法ならびにそれらを用いた金属の精錬方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガスの流量制御は、ガスを供給する配管に備えられた、差圧式発信器などを用いた流量計の指示値と目標値との差を解消すべく、同配管に備えられた、流量調節弁の開度を調節することで行われている。
【０００３】
しかしながら、流量計の指示値と真値のずれや、流量調節弁の開度の指令値と真値のずれは、古くは、配管の先にある設備が停止したときに測定、校正するようにしていたため、設備を運転中に指示値と真値、あるいは、指令値と真値のずれが生じると、いちいち設備を停止する必要があるため、その設備の稼働率が低下してしまう問題があるのと、設備が停止したとき（定修など）に作業員の負荷が増え、昨今の省人力化の要求に逆行する問題もあった。
【０００４】
指示値と真値、あるいは、指令値と真値のずれを放置しておくと、例えば、図２に示すような、金属精錬を行う転炉等の設備にガスを供給する場合なら、適正な流量のガスを供給できなくなり、例えば、それが冷却用のガスであれば、その供給量が足りなくて異常燃焼や設備の局部的な過熱を起こしてしまう場合があるほか、また、例えば、それが精錬用のガスであれば、精錬後金属の成分外れなどを起こしてしまう場合がある、といった具合に、さまざまなトラブルにつながる。
【０００５】
なお、図２中、１はガス発生源、２はガス、３はガスの利用設備（図２の例では転炉）、４は配管、５は圧力計、６は流量計、７は流量調節弁、８は弁開度調節器、９は羽口、１０は溶鋼、１１は遮断弁、２１は流量制御装置、１００は配管系統（全体）をそれぞれ意味する。
【０００６】
さて、上記のような問題を解決するため、発明者は、以前、特許文献１のような技術を提案した。特許文献１では、流量計、流量調節弁のいずれにも指示値と真値、あるいは、指令値と真値のずれが生じうるものと考え、以下のような内容とするものであった。
【０００７】
すなわち、特許文献１では、流量計と流量調節弁、さらに、該流量計と該流量調節弁を挟んでガスの流れの上流側および下流側に圧力計、をそれぞれ設置したガス供給配管系統にて、流量計の指示値（ｆ）、流量調節弁（弁体定格値がＣｖ（ｍ4／Ｎ1/2ｈｒ））の開度の指令値（Ｍｖ）を読み取り、前記圧力計の指示値（上流側Ｐ0（Ｐａ）、下流側Ｐ1（Ｐａ））を読み取ったものとともに、下記（１）、（２）及び（３）の３つの式に代入する一連の手順を、流量計の指示値の異なる２つの時点で、踏むことにより、合計６つの式を得、それらを連立させて解くことで、前記流量計の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ）、ならびに前記流量調節弁の開度の指令値と真値（Ｓ）のずれ（δｍ）を求めることを提案した。
Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）2×√（Ｐ0―Ｐ1） （１）
Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）
【特許文献１】特開２００５−２５０９９１号公報
【特許文献２】特開昭６２−０５６６６８号公報
【特許文献３】特開昭６３−１３５６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、発明者らは、特許文献１の技術に改善の余地があることに気づいた。流量調節弁の開度の指令値と真値のずれの方の問題で、である。
【０００９】
特許文献１の技術では、流量の異なる２つの時点で流量調節弁の開度の指令値を読み取ることにしているが、このことは、流量が違う場合でも、開度の指令値と真値のずれは常に一定と暗に仮定してしまっているに等しい。
【００１０】
ところが、発明者らのその後の研究により、流量調節弁の開度の指令値と真値のずれは、流量によって変化する場合があることがわかってきたのである。原因はよくわかっていないが、例えば、特許文献２や特許文献３のように、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す、回転円板状の弁体の回転角度により流量調節を行ういわゆるバタフライ弁のような流量調節弁の場合であれば、ガスの流量が増えると弁体が振動し、振動の振幅や周期も変わるため、開度と真値のずれも一定しないのではないか、と推定している。
【００１１】
先述の図２に示したようなガスの利用設備（転炉）３のような場合でいえば、定常的にガス２を供給している吹錬中のような場合は、流量計６の指示値（ｆ）が目標とする値に近づくように、流量調節弁７の開度はフィードバック制御されるので問題はない。
【００１２】
しかしながら、吹錬を開始するときの過渡的な状態では、供給するガスの流量が違う。このため、先述の流量調節弁の指令値と真値のずれが、流量によって変化する場合があることが問題となってくるのである。
【００１３】
しかも、流量計の指示値の方は、長年の改良の末、昨今では、指示値と真値がずれることは、本発明ではもう一つの課題とはするものの、確率的には少なくなってきている。
【００１４】
流量調節弁の種類はバタフライ弁以外にも色々ある。が、いずれにせよ、流量調節弁の種類によらず、本発明は、流量調節弁の開度の指令値と真値のずれが、流量によって変化する場合でも、流量調節弁の開度の真値を正しく推定できる、流量調節弁の開度の真値推定方法、流量調節弁の開度の指令値と真値のずれが、流量によって変化する場合でも、流量調節弁の開度の真値を用いることができる、流量調節弁の開度の制御方法、ならびに、それらを用いた金属の精錬方法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】
【００１５】
すなわち、本発明は、以下の通りである。
[１]流量計と流量調節弁、さらに、該流量計と該流量調節弁を挟んでガスの流れの上流側および下流側に圧力計、をそれぞれ設けたガス供給配管系統にて、流量計の指示値（ｆ）、流量調節弁（弁体定格値がＣｖ（ｍ4／Ｎ1/2ｈｒ））の開度の指令値（Ｍｖ）を読み取り、前記圧力計の指示値（上流側Ｐ0（Ｐａ）、下流側Ｐ1（Ｐａ））を読み取ったものとともに、下記（１）、（２）及び（３）の３つの式に代入する一連の手順を、流量計の指示値の異なる２つの時点で、踏むことにより、合計６つの式を得、それらを連立させて解くに際し、前記流量計の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ））をゼロとすることで、前記流量調節弁の開度の指令値と真値（Ｓ）のずれ（δｍ）を求めることを特徴とする流量調節弁の開度の真値推定方法。
Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）2×√（Ｐ0―Ｐ1） （１）
Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）
[２]流量計と流量調節弁、さらに、該流量計と該流量調節弁を挟んでガスの流れの上流側および下流側に圧力計、をそれぞれ設けたガス供給配管系統にて、流量計の指示値（ｆ）、流量調節弁（弁体定格値がＣｖ（ｍ4／Ｎ1/2ｈｒ））の開度の指令値（Ｍｖ）を読み取り、前記圧力計の指示値（上流側Ｐ0（Ｐａ）、下流側Ｐ1（Ｐａ））を読み取ったものとともに、下記（１）、（２）及び（３）の３つの式に代入する一連の手順を、流量計の指示値の異なる２つの時点で、踏むことにより、合計６つの式を得、それらを連立させて解くに際し、前記流量計の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ））をゼロとすることで、前記流量調節弁の開度の指令値と真値（Ｓ）のずれ（δｍ）を求め、前記流量調節弁の開度の指令値を真値（Ｓ）に置き換えて用いることを特徴とする流量調節弁の開度の制御方法。
Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）2×√（Ｐ0―Ｐ1） （１）
Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）
[３]前記[１]の方法にて推定した前記流量調節弁の開度の真値（Ｓ）、または、前記[２]の流量調節弁の開度の制御方法を用いて、金属を精錬する設備に供給するガスの流量を調節することを特徴とする金属の精錬方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、流量調節弁の種類によらず、流量調節弁の開度の指示値と真値のずれが、流量によって変化する場合でも、流量調節弁の開度の真値を正しく推定できる、流量調節弁の開度の真値推定方法、流量調節弁の開度の指示値と真値のずれが、流量によって変化する場合でも、流量調節弁の開度の真値を用いることができる、流量調節弁の開度の制御方法、ならびに、それらを用いた金属の精錬方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、先述の図２に示したガス供給配管系統１００を参照しつつ、本発明の実施の形態の一例について説明する。
【００１８】
すなわち、ガス発生源１から供給されるガス２を、その流れの下流側に設けた、ガスの利用設備３（図示の例では転炉）まで送る配管４に、ガス２の圧力を測定する圧力計５と、ガス２の流量を測定する流量計６と、流量調節弁７と、該流量計６での測定値と目標値をもとに該流量調節弁７の開度を調節する弁開度調節器８とが設けられている。
【００１９】
ここで、ガス発生源１は、状況に応じて、ガスの利用設備３に供給するガス２の種類を変えられるものを用いてもよい。例えば、ガスの利用設備３が、図２に示したような、溶銑を原料として溶鋼を溶製する底吹き式の転炉３であれば、羽口９を介して転炉３内の溶鋼１０中に吹き込まれる酸素ガスや、あるいは羽口９の冷却に有効な炭化水素ガス（具体的には、プロパンガス等）を、状況に応じて、切り替えた上で供給するようにしてもよい。
【００２０】
また、圧力計５は、流量計６の上流側（一次側）及び流量調節弁７の下流側（二次側）、すなわち、流量計６と流量調節弁７を挟んでガス２の流れの上流側および下流側に設けてある。
【００２１】
流量制御装置２１を構成する弁開度調節器８は、前記圧力計５の指示値、流量計６の指示値、流量調節弁７の開度の指令値などをもとに、流量計６の指示値と目標値の差を解消するように、前記流量調節弁７の開度を調節することで、供給するガス２の流量を調節する。
【００２２】
ところで、先述の通り、特許文献１では、以前は、流量計６の指示値と真値のずれ、ならびに流量調節弁７の開度の指令値と真値のずれは、通常、ガス２の流れの下流側に設けた、ガスの利用設備３の停止中に測定、校正するようにしていたため、ガスの利用設備３の運転中、すなわち、実際にガス２を供給中、流量計６の指示値と真値のずれ、ならびに流量調節弁７の開度の指令値と真値のずれが発生すると、適正な流量のガス２を供給できなくなり、さまざまなトラブルにつながっていた、としている。
【００２３】
しかしながら一方、流量計６については、近年の技術改良により、指示値と真値がずれることは少なくなってきており、万一、ずれた場合でも、それは特許文献１の方法により真値推定ならびに校正できるようになっているといえる。
【００２４】
そこで、発明者らは、特許文献１の技術において、流量計の指示値と真値のずれをゼロにできたとすれば、もし、流量調節弁７の開度の指令値と真値のずれが、流量によって変化する場合でも、流量調節弁７の開度の真値推定や校正を適正に行うことができると考え、本発明をなすに至ったものである。
【００２５】
以降、特許文献１と共通する部分については繰り返しになるが、以下に本発明の内容を説明する。
【００２６】
流量制御装置２１の上流側、下流側、すなわち、流量計６と流量調節弁７を挟んでガス２の流れの上流側および下流側において圧力計５により測定したガス２の圧力が、それぞれＰ0及びＰ1である時、ガス２の流量の真値Ｆは、流量調節弁７の弁体定格値Ｃｖ及び開度の真値Ｓを用いて、（１）式で表される。
【００２７】
Ｆ＝Ｃｖ×（Ｓ／１００）2×√（Ｐ0―Ｐ1） （１）
しかしながら、実際には流量計６の指示値や流量調節弁７の開度の指示値と、それらの真値の間には、「ずれ」が生じることがあるので、流量計６についての「ずれ」をδｆ、流量調節弁７の開度についての「ずれ」をδｍとすると、流量及び開度の真値Ｆ，Ｓは、下記（２）式及び（３）式で表される。
Ｆ＝ｆ―δｆ （２）
Ｓ＝Ｍｖ―δｍ （３）
なお、上記（１）式のＳの単位は規格化された長さ（無次元）であり、（Ｓ／１００）2は、流量調節弁の開口部の面積率を表している。
【００２８】
したがって、流量計の指示値（ｆ）、流量調節弁（弁体定格値がＣｖ（ｍ4／Ｎ1/2ｈｒ））の開度の指令値（Ｍｖ）を読み取り、前記圧力計の指示値（上流側Ｐ0（Ｐａ）、下流側Ｐ1（Ｐａ））を読み取ったものとともに、上記（１）〜（３）式に代入する一連の手順を、流量計の指示値の異なる２つの時点、例えば、ガスの利用設備３におけるガス２の必要流量が変化した前後で、踏むことにより、合計６つの式を得、それらを連立させて解くことで、未知数である、流量計６についての「ずれ」δｆ、流量調節弁７の開度についての「ずれ」δｍを、それぞれ求めることができる。
【００２９】
以上が特許文献１の発明の内容であり、以降、本発明の内容の説明に移る。
（本発明が成立する第一のケース）
先にも述べた通り、流量計６については、近年の技術改良により、指示値と真値がずれることは少なくなってきていることから、流量計６の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ））をゼロと仮定する。そうすることで、ガス２の流量が、前記した２つの時点だけでなく、あらゆる値をとった場合でも、流量調節弁７の開度の指令値と真値（Ｓ）のずれ（δｍ）を求めることができる。
【００３０】
図１に示すごとく、流量計の指示値の異なるｘ，ｙの２つの時点における流量調節弁７の開度の指令値をＭｖｘ，Ｍｖｙとした場合に、同流量調節弁７の開度の真値がＳｘ，Ｓｙであったとする。破線で示したのがＭｖｘ＝Ｓｘ，Ｍｖｙ＝Ｓｙ、すなわち、流量調節弁７の開度の指令値と真値が完全に一致していてずれのない理想的な場合である。
【００３１】
これに対し、特許文献１のように、流量調節弁７の開度の指令値と真値のずれが、流量によらず常に一定と暗に仮定してしまう方法は、図１中の細線で示している関係を表現したものに相当する。
【００３２】
本発明は、流量調節弁７の開度の指令値と真値のずれが、流量に依存し、開度の指令値の一次式で表される、図１中の太線で示している関係を表現したものに相当する。なぜなら、流量計の指示値の異なるｘ，ｙの２つの時点における、流量調節弁７の開度の指令値と真値のずれを、δｍｘ，δｍｙとすれば、先述の（３）式より、
δｍｘ＝Ｍｖｘ−Ｓｘ
δｍｙ＝Ｍｖｙ−Ｓｙ
と表すことができ、
ｘ，ｙ以外のときも含めた開度の指令値Ｍｖの変化にともなうδｍの値を、関数の形で表すと、
δｍ（Ｍｖ）＝（δｍｘ−δｍｙ）／（Ｍｖｘ−Ｍｖｙ）×（Ｍｖ−Ｍｖｘ）＋δｍｘ  （４）
と一次式の関係で表すことができるからである。
【００３３】
（本発明が成立する第二のケース）
別なケースとしては、まず、特許文献１の方法により求めた流量計６の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ））が実際にゼロであった場合に、以上説明した本発明の方法をとることもできる。
【００３４】
（本発明が成立する第三のケース）
さらにまた別なケースとしては、まず、特許文献１の方法により校正した後（原理的に流量計６の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ））はゼロになる）に、以上説明した本発明の方法をとることもできる。
【００３５】
本発明にいう、流量計の指示値と真値（Ｆ（ｍ3／ｈｒ））のずれ（δｆ（ｍ3／ｈｒ））をゼロとする、とは、以上３つのケースを含む意味とする。
【００３６】
そして、以上のような方法で、流量調節弁７の開度の指令値と真値のずれが求まれば、流量調節弁７の開度の指令値を真値に置き換えることができる。真値に置き換えて流量調節弁の開度の制御に用いることもできる。当然ながら、ガスの利用設備３の運転中であってもそれが可能である。
【００３７】
また、流量制御装置２１の構成要素である弁開度調節器８は、前記圧力計５の指示値、流量計６の指示値などをもとに、流量計６の指示値と目標値の差を解消するように、前記流量調節弁７の開度を調節することで、供給するガスの流量を調節する。
【００３８】
なお、ここでいう制御や調節は、流量制御装置２１に接続された図示しないプログラマブルコントローラやプロセスコンピュータ内で行うようにするのが好ましい。
【００３９】
さらに、ガスの利用設備３の停止中に真値推定や校正を行うようにしてももちろん構わない。
【実施例】
【００４０】
生産能力２５０トン／チャージの底吹き転炉を用いて、酸素吹錬により普通炭素溶鋼を溶製する。その実施に際し、炉底に設けた羽口より吹き込むガスの供給に、図２に示した流量制御装置２１を用い、その運転中に本発明に係る流量調節弁７の開度の真値推定、制御を行う。
【００４１】
ガス２（酸素ガス）は、吹錬当初、流量計６の指示値で７００ｍ3（標準状態）／分の流量で供給し、脱炭反応の起きる程度が少なくなる吹錬末期には、該酸素ガスの流量を流量計６の指示値で３／４に減らすようにする。
【００４２】
酸素ガスの流量変更を行う前に、流量制御装置２１の上流側のガス２の圧力（Ｐ0）、下流側のガス２の圧力（Ｐ1）、流量計６の指示値によるガス２の流量（ｆ）、流量調節弁７（弁体定格値がＣｖ（ｍ4／Ｎ1/2ｈｒ））の開度の指令値（Ｍｖ）を測定し、流量変更を行った後、同じ測定を再び行う。そして、それら測定値を、流量制御装置２１に接続された図示しないプロセスコンピュータに記憶してある、前記（１）〜（３）式に代入して合計６つの式を導き、それらを連立させて、前記流量調節弁７の開度と真値のずれ（δｍ）を計算により求める。
【００４３】
その計算により求めた値を許容値（例えば、２％とする）と比較したところ、許容値を超えていると、流量制御装置２１の異常であると判定し、警報を出すと共に、運転中でも直ちにオンラインで流量調節弁７の真値推定及び校正を行う。
【００４４】
その結果、転炉はトラブルを起こすことなく運転でき、得られた溶鋼も所望の化学組成範囲内に入る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の作用について説明するための線図
【図２】本発明に係る流量調節弁の真値推定、校正方法を説明するための線図
【図３】バタフライ弁の例を説明するための線図
【符号の説明】
【００４６】
１  ガス発生源
２  ガス
３  ガスの利用設備（転炉）
４  配管
５  圧力計
６  流量計
７  流量調節弁
８  弁開度調節器
９  羽口
１０  溶鋼
１１  遮断弁
２１  流量制御装置
１００  配管系統
【図１】
2008282306.tif 000003
【図２】
2008282306.tif 000004
【図３】
2008282306.tif 000005