(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータによって構築されたプロセスの制御装置によって実行され、複数の操作変数と、前記複数の操作変数によって制御される複数の制御変数とを有し、前記複数の操作変数の操作量が互いに干渉しあって前記複数の制御変数の制御量が決定されるプロセスの制御方法において、
前記コンピュータが備える自由応答算出手段が、全ての操作変数の操作量が、現在時刻から予め定めた所定期間の間一定である場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である自由応答を算出する自由応答算出ステップと、
前記コンピュータが備える第一の応答算出手段が、前記複数の操作変数のうちの第一の操作変数の操作量を、前記所定期間の間ステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第一の応答を算出する第一の応答算出ステップと、
前記コンピュータが備える第二の応答算出手段が、前記複数の操作変数のうちの前記第一の操作変数以外の第二の操作変数の操作量を、前記所定期間の間、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第二の応答を算出する第二の応答算出ステップと、
前記コンピュータが備える操作量決定手段が、前記自由応答、前記第一の応答および前記第二の応答に基づいて、前記複数の制御変数の制御量が所定の目標値となるような前記操作変数の操作量を決定する操作量決定ステップと、
を含むことを特徴とするプロセスの制御方法。
【請求項２】
前記第二の操作変数は、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた際に、前記複数の制御変数のうちの特定の制御変数の制御量を変化させないように操作量を決定できる操作変数であることを特徴とする請求項１に記載のプロセスの制御方法。
【請求項３】
前記操作量決定ステップは、
前記操作量決定手段が、前記第一の応答算出ステップにおける操作と、前記第二の応答算出ステップにおける操作との線形和の操作が行われた際の、前記複数の制御変数の制御量の将来の推移を算出するステップと、
前記操作量決定手段が、算出した前記複数の制御変数の制御量の将来の推移と、前記所定の目標値との偏差が最小となるような前記操作変数の操作量の重みを算出し、算出した前記重みに基づいて、前記操作変数の操作量を算出するステップと、
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセスの制御方法。
【請求項４】
前記自由応答算出ステップ、前記第一の応答算出ステップ、前記第二の応答算出ステップおよび前記操作量決定ステップを繰り返し実行することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプロセスの制御方法。
【請求項５】
前記プロセスは、高炉プロセスであり、
前記操作変数は、コークス比、送風流量、富化酸素流量、送風温度、微粉炭流量、送風湿分および炉頂圧のうちの少なくとも一つを含み、
前記制御変数は、溶銑温度および造銑速度であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプロセスの制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量を提示することにより、高炉の操業を支援するステップを含むことを特徴とする操業ガイダンス方法。
【請求項７】
請求項５に記載のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御するステップを含むことを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項８】
請求項５に記載のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御し、溶銑を製造するステップを含むことを特徴とする溶銑の製造方法。
【請求項９】
複数の操作変数と、前記複数の操作変数によって制御される複数の制御変数とを有し、前記複数の操作変数の操作量が互いに干渉しあって前記複数の制御変数の制御量が決定されるプロセスの制御装置において、
全ての操作変数の操作量が、現在時刻から予め定めた所定期間の間一定である場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である自由応答を算出する自由応答算出手段と、
前記複数の操作変数のうちの第一の操作変数の操作量を、前記所定期間の間ステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第一の応答を算出する第一の応答算出手段と、
前記複数の操作変数のうちの前記第一の操作変数以外の第二の操作変数の操作量を、前記所定期間の間、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第二の応答を算出する第二の応答算出手段と、
前記自由応答、前記第一の応答および前記第二の応答に基づいて、前記複数の制御変数の制御量が所定の目標値となるような前記操作変数の操作量を決定する操作量決定手段と、
を備えることを特徴とするプロセスの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄業における高炉プロセスにおいて、溶銑温度は重要な管理指標である。この溶銑温度は、主に還元材比を調整することにより制御されている。特に近年の高炉操業は、原燃料コストの合理化を追及すべく、低コークス比および高微粉炭比の条件下で行われており、炉況が不安定化しやすい。そのため、溶銑温度ばらつきの低減のニーズが大きい。【０００３】
また、高炉プロセスは、固体が充填された状態で操業を行うため、プロセス全体の熱容量が大きく、操作（アクション）に対する応答の時定数が長いという特徴を有している。さらに、高炉の上部（炉頂部）から装入された原料が高炉の下部（炉下部）に降下するまでには数時間オーダーの無駄時間が存在する。そのため、溶銑温度を制御するためには、将来の炉熱予測に基づいた操作変数の操作量の適正化が必須となる。【０００４】
このような背景から、特許文献１では、物理モデルを利用した炉熱予測方法が提案されている。特許文献１に記載された炉熱予測方法では、現在の炉頂ガスの組成に合致するように、物理モデルに含まれるガス還元速度パラメータを調整し、パラメータ調整後の物理モデルを用いて炉熱を予測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３５７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高炉プロセスでは、銑鉄の生産速度（以下、「造銑速度」という）を目標値の近傍に保つことが求められるが、溶銑温度を制御するために還元材比を変更すると造銑速度も変動する。例えば、微粉炭比を上昇させると、羽口から吹き込まれる酸素が微粉炭の燃焼によって消費されるため、コークスの燃焼速度が低下し、原料の降下速度および造銑速度が低下する。従って、従来のプロセスの制御方法では、造銑速度を目標値の近傍に保ちながら溶銑温度を制御することが困難であるという問題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、特定の制御変数の制御量を所定の値に保ちながら、それとは別の制御変数の制御量を制御することができるプロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプロセスの制御方法は、複数の操作変数と、前記複数の操作変数によって制御される複数の制御変数とを有し、前記複数の操作変数の操作量が互いに干渉しあって前記複数の制御変数の制御量が決定されるプロセスの制御方法において、全ての操作変数の操作量が、現在時刻から予め定めた所定期間の間一定である場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である自由応答を算出する自由応答算出ステップと、前記複数の操作変数のうちの第一の操作変数の操作量を、前記所定期間の間ステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第一の応答を算出する第一の応答算出ステップと、前記複数の操作変数のうちの前記第一の操作変数以外の第二の操作変数の操作量を、前記所定期間の間、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第二の応答を算出する第二の応答算出ステップと、前記自由応答、前記第一の応答および前記第二の応答に基づいて、前記複数の制御変数の制御量が所定の目標値となるような前記操作変数の操作量を決定する操作量決定ステップと、を含むことを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係るプロセスの制御方法は、上記発明において、前記第二の操作変数が、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた際に、前記複数の制御変数のうちの特定の制御変数の制御量を変化させないように操作量を決定できる操作変数であることを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係るプロセスの制御方法は、上記発明において、前記操作量決定ステップは、前記第一の応答算出ステップにおける操作と、前記第二の応答算出ステップにおける操作との線形和の操作が行われた際の、前記複数の制御変数の制御量の将来の推移を算出するステップと、算出した前記複数の制御変数の制御量の将来の推移と、前記所定の目標値との偏差が最小となるような前記操作変数の操作量の重みを算出し、算出した前記重みに基づいて、前記操作変数の操作量を算出するステップと、を含むことを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係るプロセスの制御方法は、上記発明において、前記自由応答算出ステップ、前記第一の応答算出ステップ、前記第二の応答算出ステップおよび前記操作量決定ステップを繰り返し実行することを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係るプロセスの制御方法は、上記発明において、前記プロセスが、高炉プロセスであり、前記操作変数が、コークス比、送風流量、富化酸素流量、送風温度、微粉炭流量、送風湿分および炉頂圧のうちの少なくとも一つを含み、前記制御変数が、溶銑温度および造銑速度であることを特徴とする。【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る操業ガイダンス方法は、上記のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量を提示することにより、高炉の操業を支援するステップを含むことを特徴とする。【００１４】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る高炉の操業方法は、上記のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御するステップを含むことを特徴とする。【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る溶銑の製造方法は、上記のプロセスの制御方法によって決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御し、溶銑を製造するステップを含むことを特徴とする。【００１６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るプロセスの制御装置は、複数の操作変数と、前記複数の操作変数によって制御される複数の制御変数とを有し、前記複数の操作変数の操作量が互いに干渉しあって前記複数の制御変数の制御量が決定されるプロセスの制御装置において、全ての操作変数の操作量が、現在時刻から予め定めた所定期間の間一定である場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である自由応答を算出する自由応答算出手段と、前記複数の操作変数のうちの第一の操作変数の操作量を、前記所定期間の間ステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第一の応答を算出する第一の応答算出手段と、前記複数の操作変数のうちの前記第一の操作変数以外の第二の操作変数の操作量を、前記所定期間の間、前記第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた場合の、前記所定期間における前記複数の制御変数の応答である第二の応答を算出する第二の応答算出手段と、前記自由応答、前記第一の応答および前記第二の応答に基づいて、前記複数の制御変数の制御量が所定の目標値となるような前記操作変数の操作量を決定する操作量決定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るプロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置によれば、複数の制御変数の自由応答と、一つの操作変数または二つの操作変数をステップ変化させた場合の応答とを予め求める。そして、これらの応答に基づいて操作変数の操作量を決定することにより、特定の制御変数の制御量を所定の値に保ちながら、それとは別の制御変数の制御量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法で用いる物理モデルの入力変数および出力変数を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法において、操作ΔＵ１を実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）の予測推移の算出結果を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法において、操作ΔＵ１を実行した際の操作変数（微粉炭量、送風流量、微粉炭流量、富化酸素流量）の操作量の変化を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法において、操作ΔＵ１を実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）のステップ応答の算出結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法において、操作ΔＵ２を実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）の予測推移の算出結果を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法において、操作ΔＵ２を実行した際の操作変数（微粉炭量、送風流量、微粉炭流量、富化酸素流量）の操作量の変化を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法において、操作ΔＵ２を実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）のステップ応答の算出結果を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法において、決定された操作変数の操作量に基づいて制御アクションを実行した際の操作変数（送風流量、富化酸素流量、微粉炭流量、送風湿分、送風温度、コークス比）の操作量の変化を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法において、決定された操作変数の操作量に基づいて制御アクションを実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）の予測推移の算出結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
〔プロセスの制御装置の構成〕
まず、本発明の実施形態に係るプロセスの制御装置（以下、「制御装置」という）の構成について、図１を参照しながら説明する。制御装置１００は、情報処理装置１０１と、入力装置１０２と、出力装置１０３と、を備えている。
【００２１】
情報処理装置１０１は、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の装置によって構成され、ＲＡＭ１１１、ＲＯＭ１１２およびＣＰＵ１１３を備えている。ＲＡＭ１１１は、ＣＰＵ１１３が実行する処理に関する処理プログラムや処理データを一時的に記憶し、ＣＰＵ１１３のワーキングエリアとして機能する。
【００２２】
ＲＯＭ１１２は、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法を実行する制御プログラム１１２ａと、情報処理装置１０１全体の動作を制御する処理プログラムや処理データを記憶している。
【００２３】
ＣＰＵ１１３は、ＲＯＭ１１２内に記憶されている制御プログラム１１２ａおよび処理プログラムに従って情報処理装置１０１全体の動作を制御する。このＣＰＵ１１３は、後記するプロセスの制御方法において、自由応答算出手段、第一の応答算出手段、第二の応答算出手段および操作量決定手段として機能する。自由応答算出手段では自由応答算出ステップを行い、第一の応答算出手段では第一の応答算出ステップを行い、第二の応答算出手段では第二の応答算出ステップを行い、操作量決定手段では操作量決定ステップを行う。
【００２４】
入力装置１０２は、キーボード、マウスポインタ、テンキー等の装置によって構成され、情報処理装置１０１に対して各種情報を入力する際に操作される。出力装置１０３は、表示装置や印刷装置等によって構成され、情報処理装置１０１の各種処理情報を出力する。
【００２５】
〔物理モデルの構成〕
次に、本発明の実施形態に係るプロセスの制御方法で用いる物理モデルについて説明する。本発明で用いる物理モデルは、参考文献１（羽田野道春ら：“高炉非定常モデルによる火入れ操業の検討”，鉄と鋼，vol.68，p.2369）記載の方法と同様である。本発明で用いる物理モデルは、鉄鉱石の還元、鉄鉱石とコークスとの間の熱交換、および鉄鉱石の融解等の複数の物理現象を考慮した偏微分方程式群から構成されている。また、本発明で用いる物理モデルは、非定常状態における高炉内の状態を示す変数（出力変数）を計算可能な物理モデルである（以下、「非定常モデル」という）。
【００２６】
図２に示すように、この非定常モデルに対して与える境界条件の中で時間変化する主なもの（入力変数，高炉の操作変数（操業因子ともいう））は、以下の通りである。
（１）炉頂におけるコークス比（ＣＲ）［ｋｇ／ｔ］：溶銑１トン当たりのコークスの投入量
（２）送風流量（ＢＶ）［Ｎｍ３／ｍｉｎ］：高炉に送風される空気の流量
（３）富化酸素流量（ＢＶＯ）［Ｎｍ３／ｍｉｎ］：高炉に吹き込まれる富化酸素の流量
（４）送風温度（ＢＴ）［℃］：高炉に送風される空気の温度
（５）微粉炭流量（微粉炭吹込み量、ＰＣＩ）［ｋｇ／ｍｉｎ］：溶銑生成量１トンに対して使用される微粉炭の重量
（６）送風湿分（ＢＭ）［ｇ／Ｎｍ３］：高炉に送風される空気の湿度
（７）炉頂圧［Ｐａ］：高炉の炉頂の圧力
【００２７】
また、非定常モデルによって形成される主な出力変数は、以下の通りである。
（１）炉内におけるガス利用率（ηＣＯ）：ＣＯ２／（ＣＯ＋ＣＯ２）
（２）コークスや鉄の温度
（３）鉄鉱石の酸化度
（４）原料の降下速度
（５）ソルーションロスカーボン量（ソルロスカーボン量）
（６）溶銑温度
（７）造銑速度（溶銑生成速度）
（８）炉体ヒートロス量：冷却水により炉体を冷却した際に冷却水が奪う熱量
【００２８】
本発明では、出力変数を計算する際のタイムステップ（時間間隔）は３０分とした。但し、タイムステップは目的に応じて可変であり、本実施形態の値に限定されることはない。本発明では、上記の非定常モデルを用いて時々刻々変化する溶銑温度および造銑速度を含む出力変数を計算する。
【００２９】
〔プロセスの制御方法〕
次に、上記の非定常モデルを用いた本実施形態に係るプロセスの制御方法について説明する。本実施形態に係るプロセスの制御方法は、複数の操作変数と、複数の操作変数によって制御される複数の制御変数とを有し、複数の操作変数の操作量が互いに干渉しあって複数の制御変数の制御量が決定されるような干渉系のプロセスに対して適用される。以下の説明では、プロセスの一例として高炉プロセスの制御方法について説明する。上記の非定常モデルは、例えば下記式（１）、（２）のように示すことができる。
【００３０】
【数１】
0006915754.tif 000002
【数２】
0006915754.tif 000003
【００３１】
ここで、上記式（１）、（２）において、ｘ（ｔ）は非定常モデル内で計算される状態変数（コークスや鉄の温度、鉄鉱石の酸化度、原料の降下速度等）、ｙ（ｔ）は制御変数である溶銑温度および造銑速度である。また、Ｃは非定常モデル内で計算される状態変数の中から制御変数を抽出するための行列または関数である。
【００３２】
また、上記式（１）におけるｕ（ｔ）は、物理モデルの入力変数である、送風流量、富化酸素流量、微粉炭流量、送風湿分、送風温度およびコークス比である。このｕ（ｔ）は、「ｕ（ｔ）＝（ＢＶ（ｔ），ＢＶＯ（ｔ），ＰＣＩ（ｔ），ＢＭ（ｔ），ＢＴ（ｔ），ＣＲ（ｔ））」で表すことができる。
【００３３】
本実施形態では、操作変数として微粉炭流量（ＰＣＩ）［ｋｇ／ｍｉｎ］および送風流量（ＢＶ）［Ｎｍ３／ｍｉｎ］を用いる。なお、微粉炭流量の代わりに送風湿分やコークス比を用いることも可能である。また、本実施形態では、送風流量を変化させる際に、富化酸素流量も比例して変化させることを前提とする（つまり酸素富化率は一定とする）。
【００３４】
（自由応答算出ステップ）
まず、現在の全ての操作変数の操作量が一定に保たれたことを仮定して、将来の溶銑温度および造銑速度の予測計算を行う。すなわち本ステップでは、全ての操作変数の操作量が、現在時刻から予め定めた所定期間の間一定である場合の、当該所定期間における複数の制御変数の応答を算出する。本ステップでは、具体的には、現在の時間ステップをｔ＝０と置き、下記式（３）、（４）を用いて、将来の溶銑温度および造銑速度の応答を算出する。このようにして求めた制御変数（溶銑温度および造銑速度）の応答ｙ０のことを、本実施形態では「自由応答」と称する。
【００３５】
【数３】
0006915754.tif 000004
【数４】
0006915754.tif 000005
【００３６】
（第一の応答算出ステップ）
続いて、複数の操作変数のうちの特定の操作変数（第一の操作変数）の操作量（アクション量）を、前記した所定期間の間ステップ変化させた場合の、当該所定期間における複数の制御変数の応答を算出する。本ステップでは、具体的には、他の操作変数の操作量を保ったまま、微粉炭流量を単位量（例えば５０ｋｇ／ｍｉｎ）だけ増加させた際の制御変数の応答（第一の応答）ｙ１を、下記式（５）、（６）により算出する。
【００３７】
【数５】
0006915754.tif 000006
【数６】
0006915754.tif 000007
【００３８】
ここでの操作変数の操作量は、送風流量ＢＶｔｏｔ（富化酸素と同等の送風も込みの送風流量：「ＢＶ＋１００／２１×ＢＶＯ」で算出）当たりの微粉炭量（「ＰＣＩ／ＢＶｔｏｔ」と定義する）で換算すると、「０．００６４［ｋｇ／Ｎｍ３］」の操作量となる。また、操作変数の操作量の変更量を「ΔＵ＝（ΔＰＣＩ／ＢＶｔｏｔ，ΔＢＶ，ΔＢＶＯ）Ｔ」で表すと、本操作は「ΔＵ１＝（０．００６４，０，０）Ｔ」となる。また、非定常モデルにおける入力変数の差分は、「Δｕ１＝（０，０，５０，０，０，０）Ｔ」となる。
【００３９】
ここで、上記の「ΔＰＣＩ／ＢＶｔｏｔ」という操作変数を導入したのは、以下の理由による。溶銑温度は、溶銑１トン当たりの熱源である微粉炭比［ｋｇ／ｔ］の影響を受ける。また、溶銑１トン当たりの送風原単位［Ｎｍ３／ｔ］は、高炉によらずほぼ一定の値（例えば１０００〜１２００Ｎｍ３／ｔ程度）である。そのため、微粉炭流量［ｋｇ／ｍｉｎ］ではなく、送風流量当たりの微粉炭量［ｋｇ／Ｎｍ３］の方が、微粉炭比とほぼ比例関係にあり、操作変数として適切であると考えられるためである。
【００４０】
続いて、上記のように求めた制御変数の応答ｙ１と自由応答ｙ０との差を取ることにより、微粉炭流量を変更した際の、造銑速度への影響度を分離する。これにより、微粉炭流量に対する制御変数のステップ応答Ｓ１（ｔ）を算出する。
【００４１】
図３は、上記の操作ΔＵ１を実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）の予測推移の算出結果を示している。同図において、縦軸は目標値からの差分を、横軸は時間を、実線は自由応答ｙ０を、破線は応答ｙ１を、示している。また、図４は、上記の操作ΔＵ１を実行した際の操作変数（微粉炭量、送風流量、微粉炭流量、富化酸素流量）の操作量の変化を示している。そして、図５は、上記の操作ΔＵ１を実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）のステップ応答Ｓ１（ｔ）の算出結果を示している。
【００４２】
（第二の応答算出ステップ）
続いて、複数の操作変数のうちの第一の操作変数以外の第二の操作変数の操作量を、前記した所定期間の間、第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた場合の、当該所定期間における複数の制御変数の応答を算出する。本ステップでは、具体的には、微粉炭流量（第一の操作変数）と送風流量（第二の操作変数）とを同時に比例させて変化させた際の制御変数の応答（第二の応答）ｙ２を、下記式（７）、（８）により算出する。
【００４３】
【数７】
0006915754.tif 000008
【数８】
0006915754.tif 000009
【００４４】
ここで、第二の操作変数は、送風流量には限定されない。また、二以上の操作変数を同時に所定の比率で変更してもよい（例えば、送風流量と富化酸素量の組み合わせ等）。但し、第二の操作変数は、第一の操作変数の操作量と同時にステップ変化させた際に、複数の制御変数のうちの特定の制御変数の制御量（例えば溶銑温度）を変化させないように操作量を決定できる操作変数とする。そして、第一の操作変数による当該特定の制御量の変化が生じないように、第一の操作変数の操作量に対して所定の比率で第二の操作変数の操作量を設定する。なお、ここでいう「変化が生じない」とは、常に一定ということではなく、時間的な多少の変動はあるものの、平均的には（例えば５時間以上のオーダーでみれば）変化していない状態をいう。以下では、溶銑温度に影響を与えずに造銑速度のみを変化させる例について述べる。
【００４５】
操作変数の操作量の変更量を「ΔＵ＝（ΔＰＣＩ／ＢＶｔｏｔ，ΔＢＶ，ΔＢＶＯ）Ｔ」で表すと、本操作は、例えば「ΔＵ２＝（０，２００，２０）Ｔ」と定めることができる。またこの時、非定常モデルにおける入力変数の差分は、「Δｕ２＝（２００，２０，５０，０，０，０）Ｔ」となる。これは、酸素富化率を一定として送風流量を変更させ、それに伴って微粉炭比が変化しないように微粉炭流量の操作量を変更するような、操作量の変更量である。
【００４６】
続いて、上記のように求めた制御変数の応答ｙ２と自由応答ｙ０との差を取ることにより、送風流量および微粉炭流量を変更した際の、造銑速度への影響度を分離する。これにより、送風流量および微粉炭流量に対する制御変数のステップ応答Ｓ２（ｔ）を算出する。
【００４７】
図６は、上記の操作ΔＵ２を実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）の予測推移の算出結果を示している。同図において、縦軸は目標値からの差分を、横軸は時間を、実線は自由応答ｙ０を、破線は応答ｙ２を、示している。また、図７は、上記の操作ΔＵ２を実行した際の操作変数（微粉炭量、送風流量、微粉炭流量、富化酸素流量）の操作量の変化を示している。そして、図８は、上記の操作ΔＵ２を実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）のステップ応答Ｓ２（ｔ）の算出結果を示している。
【００４８】
一般的なモデル予測制御では、単一の操作変数の操作量を変化させた際の制御変数の応答をステップ応答として計算する場合が多い。一方、本実施形態では、上記の通り、微粉炭流量、送風流量および富化酸素流量の三つの操作変数（入力変数）を同時に動かした場合のステップ応答Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）を計算する。その理由は以下の通りである。
【００４９】
高炉プロセスにおいて、造銑速度のみを調整する場合、送風流量［Ｎｍ３／ｍｉｎ］に比例させて微粉炭流量［ｋｇ／ｍｉｎ］を上昇させる。これにより、微粉炭比［ｋｇ／ｔ］をほぼ一定に保つことが可能であり、溶銑温度に影響を与えずに造銑速度のみを調整可能である。図８（ａ）、（ｂ）の計算結果においても、造銑速度はステップ変化するが、溶銑温度はほとんど変化していない。本実施形態では、このような操業形態を考慮して、上記のように、典型的な操業を行った際のステップ応答Ｓ１（ｔ）、Ｓ２（ｔ）を求めることとした。
【００５０】
（操作量決定ステップ）
続いて、上記のステップで算出した自由応答ｙ０、応答ｙ１，ｙ２に基づいて、複数の制御変数の制御量が、所定の目標値となるような操作変数の操作量を決定する方法について説明する。操作変数の操作量を決定方法の基本的な考え方はモデル予測制御と同様であり、制御変数の将来の偏差を予測し、偏差を打ち消すための操作変数の変化量を求める。本実施形態では、操作ΔＵ１，ΔＵ２の線形和（ｗ１×ΔＵ１＋ｗ２×ΔＵ２）の操作が行われた際の、制御変数の制御量の将来の推移を下記式（９）で近似する。なお、上記の通り、ΔＵ１＝（０．００６４，０，０）Ｔであり、ΔＵ２＝（０，２００，２０）Ｔである。
【００５１】
【数９】
0006915754.tif 000010
【００５２】
次に、上記式（９）に示した制御変数の制御量の将来の推移と、制御変数の制御量の目標値との偏差が最小となるような操作量の重みｗ１，ｗ２を、下記式（１０）によって算出する。本実施形態では、「ｗ１＝−０．８４、ｗ２＝１．３６」と求まった。
【００５３】
【数１０】
0006915754.tif 000011
【００５４】
そして、実際の操作変数は微粉炭流量および送風流量である。そのため、それらの変更量を得るために、下記式（１１）に示すように、上記の重みｗ１，ｗ２に基づいて、送風流量当たりの微粉炭量（ΔＰＣＩ／ＢＶｔｏｔ）、送風流量（ＢＶ）、富化酸素流量（ＢＶＯ）の変化量を求める。本実施形態では、「ΔＰＣＩ／ＢＶｔｏｔ＝−０．００５４［ｋｇ／Ｎｍ３］、ΔＢＶ＝２７２［Ｎｍ３／ｍｉｎ］、ΔＢＶＯ＝２７［Ｎｍ３／ｍｉｎ］」と求まった。
【００５５】
【数１１】
0006915754.tif 000012
【００５６】
次に、下記式（１２）を用いて、オペレータが直接操作可能な微粉炭流量の操作量（ΔＰＣＩ）を求める。なお、下記式（１２）の添え字「０」は、現在値であることを意味している。本実施形態では、「ΔＰＣＩ＝３５ｋｇ／ｍｉｎ」と求まった。
【００５７】
【数１２】
0006915754.tif 000013
【００５８】
図９は、上記式（１２）によって求めた各操作変数の操作量（送風流量、富化酸素流量、微粉炭流量、送風湿分、送風温度、コークス比）の変化を示している。また、図１０は、上記式（１２）によって求めた操作変数の操作量に基づいて制御アクションを実行した際の制御変数（溶銑温度、造銑速度）の予測推移の算出結果を示す図である。図９および図１０では、操作（アクション）を行わなかった場合の計算値を実線で示し、操作（アクション）を行った場合の計算値を破線で示している。また、図１０では、実績値を一点鎖線で示している。図９および図１０に示すように、本実施形態によれば、目標値からの偏差を補償するための適切な制御アクションを決定することができる。
【００５９】
なお、本実施形態に係るプロセスの制御方法では、上記の自由応答算出ステップ、第一の応答算出ステップ、第二の応答算出ステップおよび操作量決定ステップを繰り返し実行することが望ましい。なお、上記ステップの繰り返しは、一定周期で行ってもよく、あるいは不定周期で行ってもよい。
【００６０】
〔操業ガイダンス方法〕
本実施形態に係るプロセスの制御方法を操業ガイダンス方法に適用することも可能である。この場合、前記した自由応答算出ステップ、第一の応答算出ステップ、第二の応答算出ステップおよび操作量決定ステップに加えて、高炉の操業を支援するステップを行う。このステップでは、操作量決定ステップで決定された操作変数の操作量を、例えば出力装置１０３を介してオペレータに提示することにより、高炉の操業を支援する。
【００６１】
〔高炉の操業方法〕
本実施形態に係るプロセスの制御方法を高炉の操業方法に適用することも可能である。この場合、前記した自由応答算出ステップ、第一の応答算出ステップ、第二の応答算出ステップおよび操作量決定ステップに加えて、操作量決定ステップで決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御するステップを行う。
【００６２】
〔溶銑の製造方法〕
本実施形態に係るプロセスの制御方法を溶銑の製造方法に適用することも可能である。この場合、前記した自由応答算出ステップ、第一の応答算出ステップ、第二の応答算出ステップおよび操作量決定ステップに加えて、操作量決定ステップで決定された操作変数の操作量に従って高炉を制御し、溶銑を製造するステップを行う。
【００６３】
以上説明したような本実施形態に係るプロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置によれば、複数の制御変数の自由応答と、一つの操作変数または二つの操作変数をステップ変化させた場合の応答とを予め求める。そして、これらの応答に基づいて操作変数の操作量を決定することにより、特定の制御変数の制御量を所定の値に保ちながら、それとは別の制御変数の制御量を制御することができる。
【００６４】
すなわち、本実施形態に係るプロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置によれば、造銑速度を目標値の近傍に保ちながら溶銑温度を制御することができる。また、本実施形態に係るプロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置によれば、溶銑温度を一定に制御しながら造銑速度を制御することができる。従って、高効率かつ安定的な高炉プロセスを実現することができる。
【００６５】
以上、本発明に係るプロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではない。本発明に係るプロセスの制御方法、操業ガイダンス方法、高炉の操業方法、溶銑の製造方法およびプロセスの制御装置は、請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６６】
１００  制御装置
１０１  情報処理装置
１０２  入力装置
１０３  出力装置
１１１  ＲＡＭ
１１２  ＲＯＭ
１１２ａ  制御プログラム
１１３  ＣＰＵ
【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】
0006915754.tif 000019
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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