(57)【要約】【課題】転炉から発生する排ガスを回収する際に、転炉炉口圧力を安定して精度良く制御することができる転炉炉口圧力制御方法及び設備を提供する。【解決手段】炉口圧力検出器２０による転炉１の炉口での圧力実測値と予め入力された圧力設定値との偏差に基づき、この偏差が小さくなるように排ガス回収流路に設けたダンパー９の開度を炉口圧力制御演算機２１で演算して求め、ダンパー開度調整器２２によって、ダンパー９の開度を演算して求めた開度に調整することによって精錬中の転炉炉口位置での圧力を制御する転炉炉口圧力制御方法及び制御装置であって、ダンパー９の開度を演算するに際し、精錬条件情報に基づいて制御パラメーターを変更し、変更した制御パラメーターを用いてダンパー開度を演算することを特徴とする転炉炉口圧力制御方法及び制御装置。【選択図】            図１
2004269995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転炉炉口での圧力実測値と予め入力された圧力設定値との偏差に基づき、この偏差が小さくなるように排ガス回収流路に設けたダンパーの開度を演算して求め、ダンパー開度を演算して求めた開度に調整することによって精錬中の転炉炉口位置での圧力を制御する転炉炉口圧力制御方法であって、ダンパー開度を演算するに際し、精錬条件情報に基づいて制御パラメーターを変更し、変更した制御パラメーターを用いてダンパー開度を演算することを特徴とする転炉炉口圧力制御方法。
【請求項２】
前記制御パラメーターを、転炉精錬の開始前に予め変更しておくことを特徴とする請求項１に記載の転炉炉口圧力制御方法。
【請求項３】
前記精錬条件情報として転炉内に吹き込まれる酸素供給量を選定し、酸素供給量に基づいて制御パラメーターを変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転炉炉口圧力制御方法。
【請求項４】
転炉炉口における排ガスの圧力を検出する炉口圧力検出器と、排ガス回収流路内を通過する排ガスの流量を調整するダンパーと、前記炉口圧力検出器による圧力実測値を入力し、この圧力実測値と予め入力された圧力設定値との偏差に基づき、この偏差が小さくなるように前記ダンパーの開度を演算して求める炉口圧力制御演算機と、該炉口圧力制御演算機からのダンパー開度の出力を入力し、この入力した開度と前記ダンパーの開度とが一致するように当該ダンパーの開度を調整するダンパー開度調整器と、を備えた転炉炉口圧力制御装置であって、前記炉口圧力制御演算機は、入力された操業条件情報に基づいて炉口圧力演算パラメーターを演算する手段を有しており、演算して求めた炉口圧力演算パラメーターを用いてダンパー開度を演算することを特徴とする転炉炉口圧力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉内に装入された溶銑等を酸素を用いて精錬する際に、転炉から発生するガスを排ガス回収設備によって回収するに当たり、転炉炉口圧力を精度良く制御する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸素吹錬による溶銑の脱炭処理時に転炉から発生するガスは、ＣＯガス濃度が約９０％で温度が約１５００℃であり、その流量は、３００トンクラスの大型転炉では２２００００Ｎｍ３  ／ｈｒにも達している。この排ガスの処理方式は、排ガス中のＣＯガスを空気で完全燃焼させた後に冷却して除塵する完全燃焼方式と、未燃焼のまま冷却して除塵・回収する非燃焼回収方式との２つに大別され、完全燃焼方式と比較して排ガス処理設備が小型で済むことや保守が容易であること更には集塵効率が安定していること等の理由から、最近では主に非燃焼回収方式が採用されている。
【０００３】
非燃焼回収方式の排ガス処理設備のほとんどは、所謂「ＯＧ式排ガス回収設備」であり、このＯＧ式排ガス回収設備（以下、単に「排ガス回収設備」と記す）においては、転炉炉口部に設けた炉口圧力検出器によって炉口部での排ガス圧力を実測し、この検出した圧力実測値を炉口圧力制御演算機に入力して予め入力された目標圧力（圧力設定値）と対比させ、これらの偏差に応じた操作量が、炉口圧力制御演算機から、二次集塵機に設置されたダンパーの開度を調整するためのダンパー開度調整器に出力されるようになっている。即ち、二次集塵機の下流側に設置した誘引送風機の回転数を一定とし、この誘引送風機による吸引量と転炉からの発生ガス量とがほぼ等しくなるようにダンパーの開度をＰＩＤ制御或いはＰＩＤ制御に最適制御や適応制御を組み合わせて調整し、転炉炉口圧力を所定の範囲内に制御している。
【０００４】
ところで、このような圧力制御手段を用いて転炉炉口圧力を精度良く制御するためには、炉口圧力制御演算機のゲイン（制御ゲイン）を、制御系が安定な範囲内で可能な限り大きくすることが要求される。しかしながら、操業状況の変化に起因してプロセスゲインが変化するため、制御ゲインを十分に大きく設定することは困難である。
【０００５】
これに対処するため、プロセスゲインの変化量に対応するように制御ゲインを変更させながら圧力制御を行う転炉炉口圧力制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置においては、制御ゲインがプロセスゲインに応じて変更されるため、単純なＰＩＤ制御に比較して、プロセスが安定な範囲内において、より制御ゲインを大きくすることが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６１−１７４３１０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１を含めて従来の転炉炉口圧力制御装置では、プロセスモデルを設定する際に、通常使用される範囲を基準とした局所的な線形近似を採用することが多く、操業条件因子によっては、局所的な線形近似に基づき設定されたプロセスモデルと実際のプロセスモデルとの間には大きな差が発生し、制御系の安定性が損なわれるという問題が発生する。
【０００８】
特に、合金鉄代替として転炉内に投入したＭｎ鉱石の歩留まりを向上させるために、吹錬末期に酸素供給量（「送酸速度」とも呼ぶ）を大幅に低減して行う溶銑の脱炭精錬や、脱炭吹錬に比較して送酸速度が大幅に少ない、転炉を用いた溶銑の予備脱燐精錬の場合には、操業条件の変化量が大きいため、制御系の安定性が損なわれるという問題が著しくなる。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、転炉内に装入された溶銑等を酸素吹錬することによって発生する排ガスを、転炉炉口圧力を制御しながら回収する際に、転炉炉口圧力を安定して精度良く制御することができる転炉炉口圧力制御方法及び制御装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明に係る転炉炉口圧力制御方法は、転炉炉口での圧力実測値と予め入力された圧力設定値との偏差に基づき、この偏差が小さくなるように排ガス回収流路に設けたダンパーの開度を演算して求め、ダンパー開度を演算して求めた開度に調整することによって精錬中の転炉炉口位置での圧力を制御する転炉炉口圧力制御方法であって、ダンパー開度を演算するに際し、精錬条件情報に基づいて制御パラメーターを変更し、変更した制御パラメーターを用いてダンパー開度を演算することを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明に係る転炉炉口圧力制御方法は、第１の発明において、前記制御パラメーターを、転炉精錬の開始前に予め変更しておくことを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明に係る転炉炉口圧力制御方法は、第１又は第２の発明において、前記精錬条件情報として転炉内に吹き込まれる酸素供給量を選定し、酸素供給量に基づいて制御パラメーターを変更することを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明に係る転炉炉口圧力制御装置は、転炉炉口における排ガスの圧力を検出する炉口圧力検出器と、排ガス回収流路内を通過する排ガスの流量を調整するダンパーと、前記炉口圧力検出器による圧力実測値を入力し、この圧力実測値と予め入力された圧力設定値との偏差に基づき、この偏差が小さくなるように前記ダンパーの開度を演算して求める炉口圧力制御演算機と、該炉口圧力制御演算機からのダンパー開度の出力を入力し、この入力した開度と前記ダンパーの開度とが一致するように当該ダンパーの開度を調整するダンパー開度調整器と、を備えた転炉炉口圧力制御装置であって、前記炉口圧力制御演算機は、入力された操業条件情報に基づいて炉口圧力演算パラメーターを演算する手段を有しており、演算して求めた炉口圧力演算パラメーターを用いてダンパー開度を演算することを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は、本発明の実施の形態を示す図であって、図１は、本発明に係る転炉炉口圧力制御装置を備えた排ガス回収設備の概略構成図、図２は、本発明に係る転炉炉口圧力制御装置における制御ブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、溶銑２を収容した転炉１の内部には上方から上吹きランス３が挿入され、この上吹きランス３から酸素が溶銑２に吹き付けられて溶銑２の脱炭吹錬や溶銑２の脱燐処理が行われる。溶銑２の脱炭吹錬及び脱燐処理により炉内からＣＯガスを主体とする排ガスが発生する。
【００１６】
転炉１の上方には煙道４が設置され、煙道４の後段には、一次集塵機６、エルボーセパレーター７、二次集塵機８、エルボーセパレーター１０、排ガス流量計１１、吸引ファンダンパー１２、Ｎｏ．１誘引送風機１３、Ｎｏ．２誘引送風機１４、サイレンサー１５、三方弁１６の順に設置されており、排ガスの回収流路を構成している。三方弁１６以降の排ガス流路は２つに分岐しており、１つは煙突１８から大気に放散される流路であり、他の１つは回収弁１７を経てガスホルダー１９に至り、ガスホルダー１９内で回収される流路である。Ｎｏ．１誘引送風機１３及びＮｏ．２誘引送風機１４は、それぞれ電動機（図示せず）によって駆動され、これによって転炉１内の発生ガスが吸引され、煙突１８から放散されるか若しくはガスホルダー１９内に回収される。図１は、２基の誘引送風機１３，１４を直列に設置した例であるが、誘引送風機の設置数は２基に限るものではなく、３基以上としても又１基であってもよい。
【００１７】
煙道４の転炉炉口との接続側はスカート５と呼ばれており、上下移動が可能な構造となっており、排ガスを回収する場合には、スカート５と転炉１の炉口とは原則的には密着した状態となる。但し、必ずしも密着させなくても、炉口圧力を大気圧の近傍に調整することで、大気を過剰に吸収せずに排ガスを回収することができる。スカート５の部位には、転炉炉口における排ガス圧力を測定するための炉口圧力検出器２０が設置され、炉口圧力検出器２０の測定結果は炉口圧力制御演算機２１へ入力されている。
【００１８】
二次集塵機８にはダンパー９が設置されており、ダンパー９はダンパー開度調整器２２によってその開度が調整されるようになっている。このダンパー開度調整器２２には炉口圧力制御演算機２１の信号が入力されており、ダンパー開度調整器２２は炉口圧力制御演算機２１の信号によってダンパー９の開度を調整するようになっている。
【００１９】
即ち、本発明に係る転炉炉口圧力制御装置は、ダンパー９、炉口圧力検出器２０、炉口圧力制御演算機２１及びダンパー開度調整器２２から構成されており、炉口圧力制御演算機２１は、炉口圧力検出器２０の測定結果に基づき、炉口圧力が所定値、例えば−５ｍｍＨ２  Ｏ〜＋５ｍｍＨ２  Ｏの範囲となるように、ダンパー９の開度を調整している。炉口圧力制御演算機２１による炉口圧力の制御方法は、その制御性が高い方法であるならば、いかなる制御方法であってもよく、例えば、ＰＩＤ制御或いはＰＩＤ制御に最適制御や適応制御を組合わせた制御等が行われている。炉口圧力制御演算機２１には、転炉精錬制御演算機２３から、上吹きランス３からの酸素供給パターンや酸素流量及び終点目標成分やランス高さ等々の精錬条件情報が入力されるようになっている。
【００２０】
炉口圧力制御演算機２１の詳細を図２に基づき説明する。図２に示すように、転炉炉口圧力を制御するための制御系は、パラメーター演算ブロック２４と、ＰＩＤ制御、最適制御、適応制御或いはこれらを組合わせた制御を行う炉口圧力制御演算ブロック２５と、ダンパー特性ブロック２６と、プロセス特性ブロック２７と、第１の加算点２８と、第２の加算点２９とからなり、転炉１の炉口圧力を炉口圧力設定値ｒに応じて制御するものである。尚、図２中の各符号の意味を下記の表１に示す。
【００２１】
【表１】
2004269995.tif 000003
【００２２】
転炉精錬制御演算機２３から入力された精錬条件情報Ｚに基づき、パラメーター演算ブロック２４では、炉口圧力演算における制御パラメーターを以下のようにして決定する。尚、本実施の形態では、一例として転炉１内に吹き込まれる酸素供給パターンを変更した場合について説明する。
【００２３】
転炉１内の溶銑２の精錬時、転炉１から発生する排ガスは、吹き込まれる酸素と溶銑２中の炭素とが反応して発生する一酸化炭素が主成分であり、転炉発生ガス流量と酸素流量との間には、図３に示すように比例関係がある。図３中、酸素流量Ａ〜酸素流量Ｃの範囲を操業で使用する酸素流量範囲とする。尚、図３は、酸素を用いた精錬における転炉内への吹込み酸素流量と転炉から発生する発生ガス流量との関係を示す図である。
【００２４】
又、炉口圧力ゲインＫＰ  と転炉発生ガス流量との間には図４に示すような関係がある。図４中、転炉発生ガス流量Ａ’〜転炉発生ガス流量Ｃ’の範囲が図３における酸素流量Ａ〜酸素流量Ｃの範囲に対応する範囲であり、従って、炉口圧力ゲインＫＰＡ〜炉口圧力ゲインＫＰＣが図３中の酸素流量Ａ〜酸素流量Ｃに対応する炉口圧力ゲイン範囲となる。尚、図４は、転炉から発生する発生ガス流量と炉口圧力ゲインとの関係を示す図である。
【００２５】
従来は図４中の発生ガス流量Ａ’〜発生ガス流量Ｃ’の範囲に対して、中間点である発生ガス流量Ｂ’近傍において線形近似を行っていたため、炉口圧力ゲインの高い発生ガス流量Ａ’の近傍においては、安定な範囲内で炉口圧力ゲインを大きく設定することが可能であるものの、炉口圧力ゲインの低い発生ガス流量Ｃ’の近傍では、設定した炉口圧力ゲインは十分に大きいとはいえない。これに対して本発明では、各々の酸素流量に対する炉口圧力ゲインを予め求めておき、精錬条件情報Ｚで設定される酸素供給パターンに基づいて発生ガス流量域を求め、これに合わせて炉口圧力ゲインを変更する。
【００２６】
この場合、炉口圧力ゲインを変更する時期は、精錬中に得られる精錬条件情報Ｚ、即ち酸素流量に基づいてリアルタイムで変更してもよく、又、精錬の開始前に当該精錬における酸素流量を酸素供給パターンから平均化し、この平均化した酸素供給量に基づいて変更してもよい。１回の精錬で使用する酸素流量の変動量が少ない場合には、平均化した酸素流量に基づいて精錬開始前に炉口圧力ゲインを変更する方法を採用しても、十分に転炉炉口圧力を安定して精度良く制御することができる。
【００２７】
このように、精錬条件情報Ｚに基づいて炉口圧力演算における制御パラメーターを決定し、決定した制御パラメーターをパラメーター演算ブロック２４に設定して制御系を構成する。
【００２８】
そして、基準となる炉口圧力設定値ｒを炉口圧力制御演算機２１へ入力する。第１の加算点２８には、第２の加算点２９において、炉口圧力Ｐ０  に、炉口圧力検出器２０の圧力実測値に基づく外乱ｄを和した値がフィードバックされ、前記炉口圧力設定値ｒから減じられる。この第１の加算点２８の演算結果に対して炉口圧力制御演算ブロック２５の演算が行われ、二次集塵機ダンパー出力Ｕが算出される。算出された二次集塵機ダンパー出力Ｕは、ダンパー特性ブロック２６において下記の（１）式に示すダンパー特性が乗ぜられ、更に、プロセス特性ブロック２７において下記の（２）式に示すプロセス特性が乗ぜられ、炉口圧力Ｐ０  を出力する。
【００２９】
【数１】
2004269995.tif 000004
【００３０】
【数２】
2004269995.tif 000005
【００３１】
以上説明したように、本発明に係る転炉炉口圧力制御装置では、精錬条件の変更に起因する炉口圧力制御系の不安定性に対し、精錬条件情報に基づいてＰＩＤ制御或いはＰＩＤ制御に最適制御や適応制御等を組合わせた制御系の制御パラメーターを、精錬条件に合った制御パラメーターに変更するため、転炉炉口圧力を安定して精度良く制御することが可能となり、転炉発生ガスの噴出、及び噴出によるガス回収量の減少、更には転炉排ガス中への大気の混入による回収ガスのカロリー低下を未然に防止することが達成される。
【００３２】
【実施例】
以下、具体的な一例として、図２に示す炉口圧力制御演算ブロック２５がＰＩＤ制御である実施例について説明する。
【００３３】
ＰＩＤ制御における伝達関数は、下記の（３）式で表される。尚、（３）式におけるＫＣ  は比例ゲイン、ＴＩ  は積分時定数、ＴＤ  は微分時定数である。
【００３４】
【数３】
2004269995.tif 000006
【００３５】
前述の図３中の酸素流量Ａ，Ｂ，Ｃの各点、即ち図４中の発生ガス流量Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の各点における比例ゲインをＫＣＡ、ＫＣＢ、ＫＣＣとし、精錬を開始する前に、精錬条件情報の酸素供給パターンから、精錬中の酸素流量の平均値ＦＯ２を算出し、算出した酸素流量平均値ＦＯ２を用いて、これから行う精錬において用いる比例ゲインＫＣ  を、下記の（４）式及び（５）式の按分計算により算出した。この場合、酸素流量平均値ＦＯ２は単純平均によって求めた。
【００３６】
【数４】
2004269995.tif 000007
【００３７】
図５に、本発明方法を用いて転炉炉口圧力を制御した際の酸素流量及び転炉炉口圧力の変動を、高酸素流量の精錬と低酸素流量の精錬とで比較して示す。又、図６に、比例ゲインを変更せずに比例ゲインＫＣＢのみを用いて制御した従来方法により転炉炉口圧力を制御した際の酸素流量及び転炉炉口圧力の変動を、高酸素流量の精錬と低酸素流量の精錬とで比較して示す。
【００３８】
これらの図に示すように、従来方法を用いた場合には、低酸素流量の精錬で炉口圧力の変動が極めて大きく、安定して未燃焼の排ガスを回収することができなかったが、本発明方法を用いた場合には、高酸素流量の精錬も又低酸素流量の精錬も共に安定して炉口圧力が制御されており、未燃焼の排ガスを安定して回収することができた。
【００３９】
尚、本実施例では、ＰＩＤ制御を用いているが、ＰＩＤ制御に最適制御や適応制御等を組合せた制御装置であっても同様に本発明を適用することができる。又、酸素流量域をＢ点において２区間に分割しているが、分割区間を増やすことは容易であり、分割区間を増加させてもよい。更に、精錬中の酸素流量の平均値ＦＯ２を単純平均によって求めているが、時間平均や加重平均を用いてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、精錬条件情報に基づいて制御系の制御パラメーターを変更するため、転炉炉口圧力を安定して精度良く制御することが可能となり、転炉発生ガスの噴出、及び噴出によるガス回収量の減少、更には転炉排ガス中への大気の混入による回収ガスのカロリー低下を未然に防止することが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る転炉炉口圧力制御装置を備えた排ガス回収設備の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る転炉炉口圧力制御装置における制御ブロック図である。
【図３】転炉内への吹込み酸素流量と転炉から発生する発生ガス流量との関係を示す図である。
【図４】転炉から発生する発生ガス流量と炉口圧力ゲインとの関係を示す図である。
【図５】本発明方法を用いて転炉炉口圧力を制御した際の酸素流量及び転炉炉口圧力の変動を示す図である。
【図６】従来方法により転炉炉口圧力を制御した際の酸素流量及び転炉炉口圧力の変動を示す図である。
【符号の説明】
１  転炉
２  溶銑
３  上吹きランス
４  煙道
５  スカート
６  一次集塵機
８  二次集塵機
９  ダンパー
１１  排ガス流量計
１３  Ｎｏ．１誘引送風機
１４  Ｎｏ．２誘引送風機
１６  三方弁
１８  煙突
１９  ガスホルダー
２０  炉口圧力検出器
２１  炉口圧力制御演算機
２２  ダンパー開度調整器
２３  転炉精錬制御演算機
２４  パラメーター演算ブロック
２５  炉口圧力制御演算ブロック
２６  ダンパー特性ブロック
２７  プロセス特性ブロック
２８  第１の加算点
２９  第２の加算点
【図１】
2004269995.tif 000008
【図２】
2004269995.tif 000009
【図３】
2004269995.tif 000010
【図４】
2004269995.tif 000011
【図５】
2004269995.tif 000012
【図６】
2004269995.tif 000013