(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蓄熱式熱風炉を利用し、各々の燃焼期、送風期を交互に組み合わせることにより、安定した温度の熱風を供給するための熱風炉の送風温度制御方法において、
各熱風炉の燃焼期と送風期を切り替える際に、
少なくとも送風終了炉、送風継続炉それぞれの冷風制御弁開度及び熱風出口温度又は蓄熱室温度の４項を、あいまい理論に基づく２以上の評価関数に変換し、
各評価関数に対応するそれぞれの操作量を求め、
該操作量を、それぞれの評価関数に該当する割合に応じて合成して混冷制御弁開度増減補正値を決定し、
該混冷制御弁開度増減補正値を予め決定した混冷制御弁規定開度標準値に加算して、切替時の混冷制御弁規定開度を決定することを特徴とする熱風炉の送風温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱風炉の送風温度制御方法に係り、特に、複数の蓄熱式熱風炉を利用し、各々の燃焼期、送風期を交互に組合わせることにより、安定した温度の熱風を高炉に供給するための熱風炉の送風温度制御方法であって、各熱風炉の燃焼期と送風期を切り替える際の熱風炉の送風温度制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉において１０００℃を超えるような高温送風を行うための付帯設備である熱風炉の形式には、種々のものがあるが、一般に、図１０に概要を示すように、燃焼室１０と、内部に蓄熱れんがが積まれ、頂部がドーム１３状とされた蓄熱室１２とが結合された形式となっている。
【０００３】
このような熱風炉で高温送風を行うためには、まず、燃焼室１０側へ、熱風炉ガス管２０及び燃焼用空気管２２により、燃料となるガスと燃焼用空気を送給して燃焼室１０内で燃焼させ、発生した高温燃焼ガスを、蓄熱室１２内に設置された蓄熱れんがの間を通すことで、高温燃焼ガスの熱を蓄熱れんがへ蓄熱する。この期間を燃焼期と称する。その後、ガス及び燃焼用空気の送給を停止し、送風機が接続された冷風管２４により供給される送風空気を蓄熱室１２側から供給して、蓄熱れんがの熱と熱交換させて熱風とし、この熱風を燃焼室１０側から、混合冷風（混冷）塔（ブラストミキサとも称する）３４、熱風管４０、熱風本管４４を経て高炉へ向けて送る。この期間を送風期と称する。
【０００４】
図において、２６は、冷風管２４の途中に設けられた冷風バタフライ弁、２８は、冷風を混冷塔３４に送り込むための混合冷風（混冷）管、３０及び３２は、それぞれ、該混冷管２８の途中に設けられた混冷バタフライ弁及び混冷遮断弁、４２は、熱風管４０の途中に設けられた熱風弁、４６は、熱風の温度を検出するための熱風温度計、５０は煙道管、５２は、該煙道管５０と蓄熱室１２を結ぶ管路に配設された煙道弁、５４は廃ガス温度計、５６は、蓄熱室１２内のれんがの温度を検出するための蓄熱室れんが温度計（ドーム温度計とも称する）、５８は熱風出口温度計である。
【０００５】
高炉では、炉内の熱レベルが変動することは好ましくないため、熱風の温度はできる限り一定となるよう制御される。
【０００６】
しかしながら、蓄熱式熱風炉は上記のように燃焼期と送風期を繰り返すため、１基では安定した送風温度を維持できない。従って、通常３〜４基程度の熱風炉を１組として、それぞれの熱風炉を順次、交互に燃焼・送風させて、高炉への一定温度の熱風の供給を可能としている。
【０００７】
一般に、熱風炉の送風温度は、炉毎に備えている冷風バタフライ弁２６の開度と、共通に１台備えている混冷バタフライ弁３０の開度とを調整して制御されるが、熱風炉の切替時は、一時的に送風炉が１基だけになるため、混冷バタフライ弁３０の開度のみを調整する方法が行われている。
【０００８】
この時の混冷バタフライ弁３０の開度の決定方法としては、いくつか提案されているが、もっとも一般的に行われているのは、図１１に熱風炉が３基の場合の制御例を示すように、切替開始から一定時間Ｔは規定の開度に保持し、一定期間経過後は、熱風温度計４６の信号に応じて、ＰＩＤコントローラ等で調整するものである。
【０００９】
規定開度の決定は、オペレータの手動設定によったり、数式モデルから求めた自動演算によったり、様々な方法が考えられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱風炉のような多くの状態変数が存在する巨大なプロセスを数式モデル化するのは容易でなく、従来は、切替中の送風温度の変動を抑制するような適切な開度に混冷バタフライ弁３０を調整する簡略な方法として、適切なものはなかった。
【００１１】
従って、切替に伴う熱風圧力の変動に相まって、熱風温度の変動も発生させてしまい、安定性が強く要求される高炉に対して、熱風炉の切替の度に不必要な外乱を与えて、ひいては、高炉の不調を引き起こす原因の一つとなる可能性があった。
【００１２】
図１１の例では、切替工程中の熱風温度が大きく変動していることが明らかである。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、従来温度変動の大きかった切替中にも、安定した温度の熱風を高炉等へ供給できるようにすることを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の蓄熱式熱風炉を利用し、各々の燃焼期、送風期を交互に組み合わせることにより、安定した温度の熱風を供給するための熱風炉の送風温度制御方法において、各熱風炉の燃焼期と送風期を切り替える際に、少なくとも送風終了炉、送風継続炉それぞれの冷風制御弁開度及び熱風出口温度又は蓄熱室温度の４項を、あいまい理論に基づく２以上の評価関数に変換し、各評価関数に対応するそれぞれの操作量を求め、該操作量を、それぞれの評価関数に該当する割合に応じて合成して混冷制御弁開度増減補正値を決定し、該混冷制御弁開度増減補正値を予め決定した混冷制御弁規定開度標準値に加算して、切替時の混冷制御弁規定開度を決定するようにして、前記課題を解決したものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１６】
本実施形態は、図１に示す如く、それぞれ燃焼室１０ａ、１０ｂ、１０ｃと蓄熱室１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有する３系統の熱風炉８ａ、８ｂ、８ｃから高炉６０に安定した温度の熱風を供給する際に、送風終了炉、送風継続炉それぞれの冷風バタフライ弁開度及び熱風出口温度又は蓄熱室れんが温度の４項の状態変数の熱風炉切替直前時における値を送風温度制御装置６２に入力し、該送風温度制御装置６２で、前記４項の状態変数のデータから、あいまい理論に基づいて混冷バタフライ弁３０開度を算出し、該送風温度制御装置６２の出力をもって、該混冷バタフライ弁３０の開度を調整するようにしたものである。
【００１７】
図において、６４は送風流量計、６６は冷風温度計、６８は熱風圧力計、７０は混冷流量計、７２は熱風炉切替制御装置である。
【００１８】
ここで、図１０に示した従来例と同じ物には同じ符号を付して説明を省略する。
【００１９】
前記送風温度制御装置６２の判断ロジックを、模式的に図２乃至図８に示す。本実施形態では、送風終了炉の冷風バタフライ弁開度（図２）、同じく蓄熱室れんが温度（図３）、送風継続炉の冷風バタフライ弁開度（図４）、同じく蓄熱室れんが温度（図５）の４項の入力データは、図２乃至図５に示す如く、それぞれの大小関係を予め決定した境界値を示す評価関数（メンバーシップ関数）に基づき、例えば「非常に小（ＮＢ）」、「小（ＮＳ）」、「ちょうどよい（Ｚ）」、「大（ＰＳ）」、「非常に大（ＰＢ）」の５段階に判定された後、送風終了炉に関する例えば２５個のルールをマトリックスで示す図６及び送風継続炉に関する例えば２５個のルールをマトリックスで示す図７のような、例えば計５０個のＩＦ−ＴＨＥＮ形式のルールに基づき、図８に示すアクション出力用関数により、例えばＵ６〜Ｕ１、Ｚ、Ｄ１〜Ｄ６の計１３段階のアクションを決定している。
【００２０】
あいまい理論の特徴は、入力データ判定の５段階とアクション決定の１３段階とも択一の結果ではなく、複数の判定レベルにまたがった中間的な判定レベルを導出できるところにある。
【００２１】
このようにして決定された増減補正値を、予め決定した混冷バタフライ弁３０の規定開度標準値に加算したものを送風温度制御装置６２の出力とする。
【００２２】
具体的には、送風終了炉の冷風バタフライ弁開度αに対して、図２より、評価関数ＮＳ及びＺが対応し、その重みとしてαＮＳ及びαＺが求まる。同様に、送風終了炉蓄熱室れんが温度β、送風継続炉冷風バタフライ弁開度γ、送風継続炉蓄熱室れんが温度δに対して、図３、図４、図５に示した、それぞれの評価関数が対応し、重みβＮＳ、βＺ、γＰＢ、γＰＳ、δＺ、δＰＳが求まる。
【００２３】
これらの評価関数を基に、送風終了炉、送風継続炉それぞれについて、図６及び図７に示すルールに基づいて操作量（アクションと称する）を求める。上記の例では、送風終了炉については、図６から、
冷風バタフライ弁開度ＮＳ、蓄熱室れんが温度ＮＳ→Ｕ４
冷風バタフライ弁開度Ｚ、蓄熱室れんが温度ＮＳ→Ｕ２
冷風バタフライ弁開度ＮＳ、蓄熱室れんが温度Ｚ→Ｕ１
冷風バタフライ弁開度Ｚ、蓄熱室れんが温度Ｚ→Ｚ
というアクションが選択される。
【００２４】
ここで、それぞれのアクションに対応する重みは、各評価関数の重みの積となるため、図６に示した送風終了炉に関するルールから求まる補正値Ａは次式のように表される。
【００２５】
0004759872.tif 000002
【００２６】
同様に、送風継続炉について、図４及び図５に示す評価関数から図７に示すルールを用いて補正値Ｂを求めると、次式のようになる。
【００２７】
0004759872.tif 000003
【００２８】
このように送風終了炉及び送風継続炉から求めた補正値Ａ及びＢを平均して、増減補正値Ｃを決定する。
【００２９】
混冷バタフライ弁３０の規定開度標準値Ｏ（例えば３５％）に対して、ここで求めた増減補正値Ｃを加算したものを、送風炉切替開始時における混冷バタフライ弁３０の規定開度として一定期間保持することで、切替時の熱風温度の変動を抑えることができる。
【００３０】
なお、熱風出口温度としては、各燃焼室の出口に熱風出口温度計を設置して検出することも可能であるが、蓄熱室れんが温度計（いわゆるドーム温度計）５６の値を代わりに使用しても、ほぼ同様な結果が得られることが確認できたので、上記の説明では、これを用いている。
【００３１】
なお、あいまい理論のルールは、設備仕様や想像思想の違いから、普遍的な方式がなく、熟練オペレータの操業ノウハウを抽出してルール化するのが一般的であり、ルールを容易に変更できるのも、あいまい理論による制御装置の長所である。従って、前述の入力データの段階数、ＩＦ−ＴＨＥＮ形式のルール数、アクションレベルの段階数等は一例に過ぎず、設備仕様や操業思想の違いで変わりうるので、本発明は、上記の数値に限定されるものではない。
【００３２】
更に、冷風や混合冷風の制御に用いる弁の形式も、バタフライ弁に限定されない。また、熱風の供給先も高炉に限定されない。
【００３３】
【実施例】
本発明の実施例による送風温度制御の例を模式的に図９に示す。図１１に示した従来例と比べて、熱風温度の変動を約２０％（±３０℃→±６℃）に抑制することができた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、オペレータの作業負荷を増やしたり、複雑緻密で演算に長時間を要するような数式モデルを使用することなく、簡略な方法で、適切な混冷制御弁開度を決定することができ、従来温度変動の大きかった切替中にも、安定した温度の熱風を高炉等へ供給できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態が適用される熱風炉の送風温度制御系統を示すブロック図
【図２】前記実施形態における、あいまい理論による具体的な処理を説明するための、送風終了炉冷風バタフライ弁開度の評価関数の例を示す線図
【図３】同じく蓄熱室れんが温度の評価関数の例を示す線図
【図４】同じく送風継続炉冷風バタフライ弁開度の評価関数の例を示す線図
【図５】同じく蓄熱室れんが温度の評価関数の例を示す線図
【図６】同じく送風終了炉に関するルールの例を示す図表
【図７】同じく送風継続炉に関するルールの例を示す図表
【図８】同じくアクション（混冷バタフライ弁規定開度標準値に加える増減補正値）出力用関数の例を示す線図
【図９】本発明の実施例による送風温度制御の例を示す線図
【図１０】従来の熱風炉の弁配置の例を示す線図
【図１１】同じく送風温度制御例を示す模式図
【符号の説明】
８ａ、８ｂ、８ｃ…熱風炉
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…燃焼室
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…蓄熱室
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ…冷風バタフライ弁
３０…混冷バタフライ弁
４６…熱風温度計
５６…蓄熱室れんが温度計
５８…熱風出口温度計
６０…高炉
６２…送風温度制御装置
７２…熱風炉切替制御装置
【図１】
0004759872.tif 000004
【図２】
0004759872.tif 000005
【図３】
0004759872.tif 000006
【図４】
0004759872.tif 000007
【図５】
0004759872.tif 000008
【図６】
0004759872.tif 000009
【図７】
0004759872.tif 000010
【図８】
0004759872.tif 000011
【図９】
0004759872.tif 000012
【図１０】
0004759872.tif 000013
【図１１】
0004759872.tif 000014