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公開番号2024148803
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-18
出願番号2023062263
出願日2023-04-06
発明の名称制御装置および制御方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類C21B 5/00 20060101AFI20241010BHJP(鉄冶金)
要約【課題】高炉への操作や外乱に対して比較的遅い時間応答で観測される観測量を待つことなく、高炉の操作量を適切に決定する制御を実行できる装置および方法の提供。
【解決手段】高炉の状態を推定する第1の状態空間モデルと、外乱推定オブザーバとを用い外乱値を推定する外乱推定部と、溶銑温度の変化量を推定する温度変化量推定部と、第2の状態空間モデルと第3の状態空間モデルとを生成して高炉の状態を推定する状態観測量推定部と、次回の高炉への操作に係る操作量を決定する操作量決定部とを有し、前記温度変化量推定部は、溶銑温度の実測値と溶銑中Si濃度の分析値とを時系列に取得し、時系列の溶銑温度の実測値と溶銑中Si濃度の分析値とから得られる行列に対して主成分分析を実行する主成分分析実行部と、主成分分析の分析結果に基づいて算出した係数を用い、回帰モデルによる溶銑温度の変化量の推定に係る演算を実行する推定演算実行部とを備える。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
高炉のプロセスを制御する制御装置であって、
高炉への操作や外乱に対して比較的早い時間応答で観測可能な観測量および前記比較的早い時間応答で観測可能な観測量に対応する高炉の状態を推定する第１の状態空間モデルと、外乱推定オブザーバとを用い、高炉への操作後、第１の時間が経過したときに観測された観測量から、外乱値を推定する外乱推定部と、
推定した外乱値から、溶銑温度の変化量を推定する温度変化量推定部と、
高炉への操作や外乱に対して比較的遅い時間応答で観測可能な観測量を含む観測量および前記比較的遅い時間応答で観測可能な観測量を含む観測量に対応する高炉の状態を推定する第２の状態空間モデルと、前記温度変化量推定部によって推定された溶銑温度の変化量とを用いた第３の状態空間モデルとを生成して、高炉への操作後、前記第１の時間より長い第２の時間が経過したときに観測される観測量および前記観測量に対応する高炉の状態を推定する状態観測量推定部と、
前記状態観測量推定部の推定結果に基づいて、次回の高炉への操作に係る操作量を決定する操作量決定部と、
を有し、
前記温度変化量推定部は、
少なくとも溶銑温度の実測値と、溶銑中Ｓｉ濃度の分析値とを時系列に取得し、前記時系列の溶銑温度の実測値と、溶銑中Ｓｉ濃度の分析値とから得られる行列に対して主成分分析を実行する主成分分析実行部と、
前記主成分分析の分析結果に基づいて算出した係数を用い、前記推定した外乱値を説明変数とする回帰モデルによる前記溶銑温度の変化量の推定に係る演算を実行する推定演算実行部と、
を備える、制御装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記温度変化量推定部は、
時系列に取得した前記溶銑温度の実測値を目的変数とし、前記推定した外乱値を説明変数とした回帰式を複数生成し、
前記主成分分析の第１主成分の時系列値を温度に換算して得られる値を溶銑温度の実測値として代用して前記回帰モデルの係数を算出する回帰係数算出部をさらに備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記温度変化量推定部は、
時系列に取得した前記溶銑温度の実測値を目的変数とし、前記推定した外乱値を説明変数とした回帰式を複数生成し、
前記主成分分析の第１主成分の時系列値を温度に換算して得られる値と前記溶銑温度の実測値が予め定められた閾値以上に乖離する時刻を特定して、時系列に取得された溶銑温度の実測値の中から前記特定された時刻の実測値を除外した実測値を選択し、
前記選択した溶銑温度の実測値を用いて前記回帰モデルの係数を算出する回帰係数算出部を備える、請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記第１の状態空間モデルに係る比較的早い時間応答で観測可能な観測量は、ガス組成、カーボンソリューションロス量、ＣＯ利用率、Ｈ
２
利用率、および、出銑量の少なくともいずれか１つであり、
前記第２の状態空間モデルに係る比較的遅い時間応答で観測可能な観測量は、溶銑Ｓｉ、および、溶銑温度の少なくともいずれか１つである、請求項１に記載の制御装置。
【請求項５】
前記操作量は、送風量、または微粉炭吹込み量である、請求項１に記載の制御装置。
【請求項６】
高炉のプロセスを制御する制御装置の制御方法であって、
高炉への操作や外乱に対して比較的早い時間応答で観測可能な観測量および前記比較的早い時間応答で観測可能な観測量に対応する高炉の状態を推定する第１の状態空間モデルと、外乱推定オブザーバとを用い、高炉への操作後、第１の時間が経過したときに観測された観測量から、外乱値を推定する外乱推定ステップと、
推定した外乱値から、溶銑温度の変化量を推定する温度変化量推定ステップと、
高炉への操作や外乱に対して比較的遅い時間応答で観測可能な観測量を含む観測量および前記比較的遅い時間応答で観測可能な観測量を含む観測量に対応する高炉の状態を推定する第２の状態空間モデルと、前記温度変化量推定ステップの処理によって推定された溶銑温度の変化量とを用いた第３の状態空間モデルとを生成して、高炉への操作後、前記第１の時間より長い第２の時間が経過したときに観測される観測量および前記観測量に対応する高炉の状態を推定する状態観測量推定ステップと、
前記状態観測量推定ステップの推定結果に基づいて、次回の高炉への操作に係る操作量を決定する操作量決定ステップと、
を有し、
前記温度変化量推定ステップは、
少なくとも溶銑温度の実測値と、溶銑中Ｓｉ濃度の分析値とを時系列に取得し、前記時系列の溶銑温度の実測値と、溶銑中Ｓｉ濃度の分析値とから得られる行列に対して主成分分析を実行する主成分分析実行ステップと、
前記主成分分析の分析結果に基づいて算出した係数を用い、前記推定した外乱値を説明変数とする回帰モデルによる前記溶銑温度の変化量の推定に係る演算を実行する推定演算実行ステップと、
を有する、制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置および制御方法に関し、高炉への操作や外乱に対して比較的遅い時間応答で観測可能な観測量の観測結果を待つことなく、高炉の操作量を適切に決定する制御を実行できる制御装置および制御方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年の高炉プロセスにおいては、安価な鉄鉱石の利用や低還元材比条件下での操業が指向されており、高炉の炉況を安定化させたいというニーズが高まっている。
【０００３】
しかしながら、安価で低品質の原材料や低還元材等を用いた操業は、炉況の不安定につながりやすく、生産量の変動や炉熱の低下の原因となってしまうことがある。例えば、鉄鉱石やコークス等の装入原料に起因して、多様な種類の外乱が発生し、高炉操業の変動が引き起こされることが知られている。そのため、安定な高炉操業の実現のためには、これらの外乱を考慮して操業する必要がある。
【０００４】
また、高炉操業においては、材料の投入や条件の変更等、高炉に対して種々の操作がなされているが、高炉操業を適正化するために、操作の結果として生じる変化を観測量として観測し、観測量をフィードバックすることで次回に行う操作の操作量を調整するといった制御が行われている。
【０００５】
高炉操業に関する技術としては、高炉内の状態を計算可能な物理モデルを用いて高炉における溶銑温度を予測する手法が提案されている（非特許文献１参照）。
【０００６】
また、特許文献２には、溶銑温度を計算可能なモデルで計算された溶銑温度の計算値に対して、ガス利用率やＣＳＬ等の操業指標に基づく回帰モデルを利用して、溶銑温度予測値を補正する技術が開示されている。特許文献２では、溶銑温度を予測する際には、鉄鉱石の被還元性やガス偏流等の外乱の影響によって溶銑温度の予測精度が低下する場合があることに鑑みて、溶銑温度以外の出力変数の過去区間における誤差の時間変化率に基づいて、計算値と実績値との差分を溶銑温度の計算誤差として算出し、操作変数の操作量が計算時点から変化したことに由来する予測誤差の影響を取り除くことで、溶銑温度の変化量の予測精度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１９－１９３８５
【非特許文献】
【０００８】
萩原：ディジタル制御入門、コロナ社、１９９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、操作や外乱の結果が反映されて観測される観測量には、操作後の比較的遅いタイミングで観測される観測量（操作や外乱に対して比較的遅い時間応答で観測可能な観測量）と、比較的早いタイミング（操作や外乱に対して比較的早い時間応答で観測可能な観測量）で観測される観測量とがある。
【００１０】
このため、比較的早いタイミングで観測される観測量を単純にフィードバックすることで次回に行う操作の操作量を調整したとしても、比較的遅いタイミングで観測される観測量を反映した適切な制御を行うことができず、また、比較的遅いタイミングで観測される観測量を単純にフィードバックすることで次回に行う操作の操作量を調整したとしても、対応が後手に回り、手遅れとなってしまうという課題があった。
（【００１１】以降は省略されています）

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