高炉出銑口開孔機の開孔制御方法
【課題】高炉炉体を損傷することなく、出銑口の安定かつ確実な開孔作業を行うことのできる自動開孔制御方法を提供する。
【解決手段】高炉の出銑口を開孔する開孔機の制御方法において、開孔ロッドの送り速度が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、開孔ロッドの送り速度が所定の送り速度以上のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより、開孔ロッドの送り動作を停止することなく開孔を行う自動開孔制御方法である。前記の制御方法において、出銑口深度の検出値が予め決められた設定値以上になったときは、前記送り圧力と出銑口の貫通を検出するための設定値とを比較し、前記送り圧力が前記貫通検出のための設定値以下のときは、開孔ロッドの後退および退避を行う方法が好ましい。
【解決手段】高炉の出銑口を開孔する開孔機の制御方法において、開孔ロッドの送り速度が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、開孔ロッドの送り速度が所定の送り速度以上のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより、開孔ロッドの送り動作を停止することなく開孔を行う自動開孔制御方法である。前記の制御方法において、出銑口深度の検出値が予め決められた設定値以上になったときは、前記送り圧力と出銑口の貫通を検出するための設定値とを比較し、前記送り圧力が前記貫通検出のための設定値以下のときは、開孔ロッドの後退および退避を行う方法が好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉出銑口を開孔するための油圧式開孔機の自動制御方法に関し、さらに詳しくは、炉体を損傷することなく、安定かつ確実な開孔制御を行うことにより、開孔作業の信頼性を向上するとともに、開孔時間を短縮することのできる開孔制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉操業プロセスは、製品である銑鉄を溶融状態で生産するプロセスであるが、同プロセスでは、溶融状態の銑鉄（以下、「溶銑」と記す）および溶融状態のスラグ（以下、「溶滓」と記す）が、炉下部の出銑口から排出される。そして、これら溶銑の排出（以下、「出銑」と記す）および溶滓の排出（以下、「出滓」と記す）は、総称して「出銑滓」とも称される。
【０００３】
高炉には、通常、複数の出銑口が備えられており、これらの出銑口を交互に使用して操業が行われる。このため、一つの出銑口に着目すると、出銑滓が行なわれない期間は、出銑口には耐火物の一種である閉塞材が充填され、溶銑や溶滓が炉外に排出されないように閉塞されている。そして、出銑滓を行う際には、出銑口に充填されている閉塞材を除去することにより、出銑口の孔を炉外から炉内まで貫通させる。この閉塞材の除去操作を「開孔」と称する。出銑滓が完了した後は、再び出銑口に閉塞材を充填することにより、出銑口を閉塞する。
【０００４】
現在の高炉操業においては、出銑口の開孔は、一般に、開孔機を用いた自動開孔制御により実施されており、その自動開孔の動作は、主として、閉塞材（耐火物）の穿孔を行う開孔動作と、穿孔完了後に炉内までの貫通を検知し、開孔機の開孔ロッドを後退させる後退動作とからなっている。また、開孔機の代表的な駆動方式には、空圧式と油圧式とが存在するが、現在では開孔能力の大きい油圧式が使用される場合が多く、本発明においても油圧式開孔機を対象とした場合を例にとり、以下説明する。
【０００５】
図１は、油圧開孔機による出銑口の開孔状況を示す図である。出銑滓の際には、高炉９の出銑口１内に充填されている閉塞材２を、開孔機３の送り装置（ドリフター）５に取り付けられた開孔ロッド４により穿孔することにより、出銑口１を開孔する。上記送り装置５は、ガイドセル８に沿って案内支持されながら開孔ロッド４を穿孔方向に向かって前進または後退させる機能を有する。上記の送り装置５は、開孔ロッド４をその長手方向軸の周りに回転させる回転装置６の機能、および開孔ロッド４に打撃を与える打撃装置７の機能も有している。
【０００６】
出銑口１の開孔時には、送り装置５の回転機能により開孔ロッド４を回転させながら、場合によっては、さらに打撃機能により開孔ロッド４に打撃力を加えながら、ガイドセル８に沿って送り装置５およびこれに取り付けられた開孔ロッド４を前進させていく。このようにして、出銑口１に充填されている閉塞材２を、開孔ロッド４により穿孔していくことにより出銑口を開孔する。そして、出銑口に、炉外部と炉内部とを貫通する孔を形成した後、送り装置５および開孔ロッド４を後退させる。
【０００７】
ところで、出銑口１に充填されている閉塞材２は、溶銑およびと溶滓の炉外への排出を防止するためのものであり、所定値以上の強度を有している。また、出銑口内部では、炉外から炉内に至る深さ方向位置によって温度が相違するなどの理由により、出銑口１内部における閉塞材２の強度は一様ではなく、分布を有している。さらに、各出銑滓作業毎に、閉塞材２の強度には差異が生じるので、閉塞材２の強度を厳密に一定とすることは困難である。
【０００８】
したがって、上記の閉塞材２の強度の相違を考慮せずに、一定の穿孔動作により穿孔すると、開孔ロッド２が座屈などを起こして曲がり、開孔ロッド２が本来の穿孔方向をそれて曲がった方向に進むおそれがある。
【０００９】
図２に、出銑口の開孔時における横孔の形成状況を示す。横孔１１とは、開孔作業中に開孔ロッド２が座屈などにより曲がり、出銑口１の本来の穿孔方向を逸脱して、送り装置５の送り負荷の低い出銑口煉瓦１０の目地部などの方向に曲がって進行し、形成された孔をいう。上記のような横孔１１の形成は、出銑口煉瓦１０を著しく損傷することになるため、極力回避する必要がある。
【００１０】
出銑口１に充填された閉塞材２を開孔機３により穿孔することにより開孔するに際して、開孔ロッド４の送り、回転および打撃などの開孔動作を制御する方法に関しては、下記の技術が公知である。
【００１１】
特許文献１には、油圧により駆動する開孔機の送り時における送り負荷と打撃負荷とをそれぞれの油圧により検出し、検出された油圧値が設定値を超えた場合には、送りおよび打撃の各開孔動作を停止するとともに、送りの油圧検出値が設定値を超えた場合には、開孔機の送りを停止または後退させた後、送りの油圧検出値が設定値以下に低下した場合には、開孔機の送りを再度前進させることを特徴とする開孔機の制御方法が開示されている。この方法は、開孔機の送り圧力を一定として自動開孔制御する方法である。図３に、上記特許文献１に開示された自動開孔制御方法のフローチャートを示す。
【００１２】
しかし、同文献に開示された方法は、閉塞材２の硬さが出銑口１の深さ方向に変化することとは関係なく、一定値に設定された油圧設定値とその都度計測される油圧検出値とを比較しながら、開孔機３の開孔動作を制御する方法である。このような制御方法では、上記の設定値は出銑口１を貫通させるために必要な油圧値に設定されることから、その設定値はやや高めの値に設定されることが多い。したがって、開孔ロッド４には無理な負荷がかかりやすく、その結果、開孔ロッド４の先端が曲がり、横孔１１が形成されて、出銑口煉瓦１０を損傷しやすい。
【００１３】
特に、開孔機の駆動方式が空圧式から油圧式に変更された場合には、開孔能力が増大する。表２に、空圧式と油圧式の能力を比較して示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
同表に見られるとおり、（打撃力×打撃数）および（回転力×回転数）を開孔能力の指標として比較すると、空圧式に比較して油圧式では、１．５〜２倍程度の開孔能力を有している。
【００１６】
しかし、その反面、駆動方式が油圧式の場合には、上記のように出銑口煉瓦１０を損傷する危険性も高くなるので、より一層精度の高い開孔制御方法が要求される。また、高炉の炉体延命の観点からも、出銑口煉瓦１０の損傷を防止し、且つ、開孔時間を短縮することのできる信頼性の高い開孔制御方法の確立が必要となる。
【００１７】
出銑口煉瓦（特に、炉内側のカーボン煉瓦）１０は、高炉炉体のうちの炉底構造を形成する重要な耐火物構造体の一部である。出銑口煉瓦１０の損傷は、長期的観点からみれば、高炉炉体の寿命を決定付ける重要部位の損傷を意味する。また、短期的観点からみると、出銑口煉瓦１０が損傷すると、出銑口金物への溶銑の差し込みが起こり、出銑口金物の温度上昇に起因して炉体鉄皮の温度上昇の頻発が高くなることから、炉体鉄皮を保護するための不規則な出銑サイクルを余儀なくされ、これが炉況に対して悪影響を与えることになる。
【００１８】
さらに、従来の開孔制御方法では、開孔ロッド４が進行しなくなる「ジャミング」を防止するために、送り圧力、回転強さ、打撃強さなどの負荷、すなわち検出値が一定値を超えた場合には、送りを停止するか、または、一旦後退させる方法により開孔制御が行われている。しかし、この制御方法では、開孔が進まない時間帯が存在することから、開孔所要時間が長引きがちであった。
【００１９】
次に、穿孔完了後に貫通を検知し、後退動作を行う工程に関しては、特許文献２に開示された方法が公知である。同文献には、溶銑への開孔ロッドの突入開始を検出した後に開孔ロッドを所定時間前進させ、その後開孔ロッドを引き抜き、出銑口から流出する溶銑の熱エネルギーが所定レベルに達していれば、出銑口の開孔が正常に完了したと判断する油圧開孔機の制御方法が開示されている。
【００２０】
しかし、出銑口１が貫通したことを出銑滓の熱エネルギーにより検知する方法であるため、熱エネルギー源である出銑滓の量が検知可能な量になるまで、開孔ロッド４の後退および開孔機３の退避ができず、開孔機本体が溶銑に曝されて損傷し、安定した開孔機の作動ができなくなるおそれがある。
【００２１】
さらに、下記のとおり、熱エネルギーを検知する検知センサーの信頼性を維持することが極めて難しいという問題がある。すなわち、熱エネルギーを検知する対象物が出銑滓であることから、検知センサーは出銑口付近または開孔機本体に設置する必要がある。出銑口の貫通および開孔ロッドの後退動作のタイミング決定の精度は、熱エネルギーの検知センサーの信頼性により大きく左右されるが、熱エネルギーの検知センサーは、その設置場所の環境が劣悪なことから、熱的劣化などによりその信頼性を失いやすい。通常、熱センサーなどの耐熱温度は８０〜１００℃であることから、出銑温度が１２００℃以上の高温であり、且つ溶銑スプラッシュが飛散する環境下において、検知センサーの高い信頼性を維持し、これを保守することは極めて困難である。
【００２２】
加えて、穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作を行う工程では、開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着し、開孔ロッドの後退が困難状態に陥ることがある。これは、炉内の溶融金属と耐火物の境界部分及び境界付近の耐火物内部の地金と呼ばれる凝固金属と開孔ロッドの先端部が固着し、開孔ロッドの後退動作が阻害される現象である。この現象への対応として、開孔ロッドの後退動作を長時間継続することは、最大限の設備能力を炉内耐火物に負荷させることとなり、炉内耐火物を過度に崩すことになるため、炉内耐火物保護の観点から実施できない。したがって、手動運転の場合には、固着を解消するため、開孔ロッドの後退動作を一時停止させ、固着した凝固金属または開孔ロッドの先端部を炉内の熱で溶融させさせた後、後退動作を継続することがある。しかし、開孔ロッド後退可否の判断は操作者が行うため、一定の後退制御とすることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２０００−３０９８１４号公報（特許請求の範囲および図１など）
【特許文献２】特開２００６−２４９５６２号公報（特許請求の範囲および図２など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
前記のとおり、従来の出銑口の開孔制御方法においては、解決されねばならない下記の課題があった。
【００２５】
第一の課題は、出銑口内の閉塞材の穿孔を行う開孔動作の工程において、従来の油圧開孔機の自動開孔制御では追従することができなかった出銑口深さ方向の閉塞材の強度（硬さ）の変化に対応した開孔を可能とすることである。すなわち、開孔ロッド先端の振れ廻り、およびそれに起因する横孔の穿孔などを防止し、出銑口煉瓦を含む高炉炉底構造の損傷を防止する開孔制御を可能とすることである。併せて、従来のジャミング防止制御において行われている送り動作の停止および後退といった不要な動作を省略し、開孔時間の短縮をも可能とすることである。
【００２６】
第二の課題は、出銑口の貫通を検知し、穿孔完了後の後退動作を行う工程において、出銑口の貫通を迅速に検知して開孔ロッドを後退させることにより、開孔機本体が炉内から排出される溶銑滓に暴露される時間を極力短縮することである。さらに、上記の検知器を、出銑口付近から離れた熱負荷の小さい部位に配置することにより、高い検知精度を確保できるようにすることである。
【００２７】
第三の課題は、穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作を行う工程において、開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着し、開孔ロッドの後退が困難状態に陥った場合でも、高炉炉体を損傷することなく開孔ロッドを後退させることを可能とすることである。
【００２８】
本発明は、上記の具体的な課題を解決することにより、高炉炉体を損傷することなく、安定かつ確実な自動開孔制御を行い、開孔制御の信頼性を向上させるとともに、従来の高熱環境下における開孔作業を回避し、遠隔自動制御することのできる開孔制御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】
【００２９】
本発明者らはまず、耐火物の穿孔を行う開孔動作の工程において、送り圧力を一定に制御する従来法による油圧開孔機の開孔制御方法の問題点を検討した。
【００３０】
図３は、従来の出銑口自動開孔制御方法の例を示すフローチャートである。この制御方法は、出銑口内に充填されている閉塞材の硬さが出銑口の深さ方向に一定であって、開孔困難な硬さの閉塞材が出銑口内において局部的に点在している場合の開孔制御方法としては、適切な制御方法である。しかし、現実には、出銑口内に充填された閉塞材の硬さは、出銑口の深さ方向に変化している。したがって、このような場合には、上記の制御方法では、安定して確実に開孔制御を行うことは困難であり、前記のとおり、出銑口煉瓦などを損傷し、また、開孔ロッドの送り停止などによる開孔所要時間の延長を招く恐れのあることが判明した。
【００３１】
これに対応して、閉塞材硬さの出銑口深さ方向の変化に応じて開孔機の送り圧力を設定する制御方法を採用するには、圧力設定値を出銑口の深さ方向に変化させて設定する必要がある。しかしながら、各出銑滓作業毎に硬さの相異する閉塞材について、さらにその圧力設定値を出銑口の深さ方向に変化させることは現実的でない。
【００３２】
開孔操作は、開孔ロッドの送り、回転、および打撃の各要素を組み合わせることにより、閉塞材を穿孔し出銑口を貫通開孔させる操作である。その閉塞材の硬さが出銑口の深さ方向で変化するのであるから、開孔ロッドの送り圧力、回転強さ、および打撃強さといった各操作量に、個々に制御判断のための設定値を設けることは適切でない。そこで、これらの要素が組み合わされた結果としての開孔ロッドの動作を示す開孔ロッドの「送り速度」を指標とし、出銑口の深さ方向に閉塞材の硬さが変化する場合においても、この「送り速度」を一定とする制御を行うことにより、円滑な開孔操作を行うことが可能になるとの知見を得た。
【００３３】
また、穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作を行う工程において、開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着し、開孔ロッドの後退が困難状態に陥った場合には、開孔ロッドを一時停止させ、固着した凝固金属または開孔ロッドの先端部を炉内の熱で溶融させた後、後退動作を継続することで、炉内耐火物に過度の負荷力を加えず、高炉炉体を損傷することなく後退動作を完了できるとの知見を得た。
【００３４】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示す開孔機の自動開孔制御方法にある。
【００３５】
（１）高炉の出銑口１を開孔ロッド４の送りと回転と打撃の各開孔動作の組合せによって開孔する開孔機の制御方法において、前記開孔ロッド４の送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッド４の送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、前記開孔ロッド４の送り速度の検出値が前記所定の送り速度以上のときは、前記送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより、前記開孔ロッド４の送り動作を停止することなく開孔を行うことを特徴とする開孔機の自動開孔制御方法。
【００３６】
（２）出銑口深度の検出値が予め決められた設定値以上になったときは、開孔ロッド４の送り圧力の検出値と出銑口１の貫通を検出するための設定値とを比較し、前記開孔ロッド４の送り圧力の検出値が前記出銑口１の貫通を検出するための設定値以下のときは、開孔ロッド４の後退および退避を行い、前記開孔ロッド４の送り圧力の検出値が前記出銑口１の貫通を検出するための設定値を超えるときは、開孔を続けることを特徴とする前記（１）に記載の開孔機の自動開孔制御方法。
【００３７】
（３）前記開孔ロッドの後退および退避を行う際に、前記開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着して後退が阻害される場合、固着した前記凝固金属または開孔ロッドを溶融させて固着を解消するために、前記開孔ロッドの後退を一時停止する制御を行うことを特徴とする前記（１）および（２）に記載の開孔機の自動開孔制御方法。
【００３８】
本発明において、「開孔ロッドの送り」とは、開孔ロッドを出銑口の穿孔方向に前進させることを意味し、「回転」とは、開孔ロッドをその長手方向軸の周りに回転させることを意味する。
【００３９】
「回転強さ」とは、回転力（Ｎ×ｍ）×回転数（ｒｐｍ）を、また、「打撃強さ」とは、打撃力（Ｎ×ｍ）×打撃数（ｂｐｍ）をそれぞれ意味する。
【００４０】
さらに、「所定の送り速度」とは、送り圧力と回転強さと打撃強さに対応して決定される送り速度想定値を意味し、詳細については後述する表２に示される値である。
【００４１】
そして、「出銑口深度」とは、出銑口の炉外側出口から炉内側に向かっての出銑口の深さを意味する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の方法によれば、出銑口開孔機に備えられた開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度以上のときは、送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより開孔制御を行うので、炉体を損傷することなく、安定かつ確実な開孔作業を行うとともに、開孔時間を短縮することができる。また、穿孔完了後は、出銑口の貫通を迅速に検知して開孔ロッドを後退させるので、開孔機が溶銑滓に暴露される時間を短縮し、開孔機設備の信頼性を維持確保することができる。さらに、上記の開孔制御方法を出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の一連の操作と連動させて自動運転することにより、出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の連動自動運転制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】油圧開孔機による出銑口の開孔状況を示す図である。
【図２】出銑口開孔時における横孔の形成状況を示す図である。
【図３】従来の出銑口自動開孔制御方法の例を示す制御フローチャートである。
【図４】本発明の出銑口自動開孔制御方法の一例を示す制御フローチャートである。
【図５】本発明の出銑口自動開孔制御方法の他の例を示す制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の方法は、前記のとおり、高炉の出銑口を開孔する開孔機の制御方法において、開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度以上のときは、送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより、開孔ロッドの送り動作を停止することなく開孔を行う開孔機の自動開孔制御方法である。以下に、本発明の自動開孔制御方法について、好ましい態様などを含めてさらに詳細に説明する。
【００４５】
図４は、本発明に係る出銑口自動開孔制御方法の一例を示すフローチャートである。本発明の方法は、開孔機の開孔動作を停止することなく、開孔機の送り速度を一定とする開孔制御方法であり、１）開孔ロッドの送り圧力、２）同回転強さ、および３）同打撃強さの各操作量を、一組のグループとして増加または減少させる制御方法を採用している。以下の説明では、上記の制御方法を「ステップアップおよびステップダウン制御」とも記す。
【００４６】
１．開孔動作
本発明の方法においては、１）開孔ロッドの送り圧力、２）同回転強さ、および３）同打撃強さの各操作量の設定値の組み合わせを、開孔のステップ毎に予め複数組決定し、準備しておく。そして、開孔状況に応じてこのグループ化された操作量の設定値を随時変更することにより、瞬時に各ステップ間の切り替えを行うことを可能とした。これにより、開孔中に瞬時に変化する深度方向における閉塞材の硬さの変化に対応することが可能となった。
【００４７】
表２に、各ステップ毎における開孔ロッドの送り圧力、同回転強さ、および同打撃強さの各操作量のグループ化された設定値の例をデータテーブルとして示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
同表の例では、ステップ１〜９について、開孔ロッドの送り圧力、同回転強さ、同打撃強さ、およびそれらの設定値に対応する開孔ロッドの送り速度の想定値が示されている。各操作量のステップ毎の設定値は、開孔機の操作者の経験および過去の実績値に基づいて数値化されたものであり、オフラインにおいてこれらのデータは書き換えることができる。
【００５０】
また、同表において、開孔ロッドの送り圧力、同回転強さ、同打撃強さ、およびそれらの設定値に対応する開孔ロッドの送り速度想定値の各値は、いずれも、開孔機の設備能力の最大値を１００％として、相対値により表示したものである。
【００５１】
具体的な制御方法を、本発明の一実施態様である図４のフローチャートに沿って説明する。
【００５２】
開孔操作を開始するに際しては、まず、ステップＳ１において、表２中の１〜９のいずれかのステップを設定する。これにより、ステップＳ２に示されるようにステップ設定値による開孔が開始する。
【００５３】
開孔ロッドの送り速度を検出し（ステップＳ３）、その送り速度の検出値と表２に示される送り速度想定値とを比較する（ステップＳ４）。
【００５４】
ステップＳ４による比較の結果、送り速度の検出値が送り速度想定値未満であれば、表２に基づいて設定値をステップアップすることにより操作量の設定値を増加させ（ステップＳ５）、その後、ステップＳ２に戻り、開孔作業を続行する。一方、送り速度の検出値が送り速度想定値以上であれば、表２に基づいて設定値をステップダウンすることにより操作量の設定値を減少させる（ステップＳ６）。
【００５５】
出銑口深度の検出値と予め決められた出銑口深度の設定値とを比較し（ステップＳ７）、出銑口深度の検出値が出銑口深度の設定値未満であれば、ステップＳ２に戻り、開孔作業を続行する。
【００５６】
ここで、前記のステップＳ１における開孔操作の開始時におけるステップ番号は、出銑口耐火物の条件などにより影響を受ける場合もあるが、開孔操作の制御性や制御精度を考慮して選択すればよい。開孔制御は、表２中のステップ番号３程度から開始するのが一般的である。
【００５７】
開孔機の操作者が手動により開孔作業を行う場合には、開孔ロッド４の前進速度の急激な増加を目視により確認し、出銑口煉瓦１０内部における横孔１１の形成を防止するように開孔操作を行う。本発明の制御方法は、これと同様に、横孔１１の形成を防止する開孔操作を自動制御により行うものである。この方法によれば、深度方向の閉塞材２の硬さの変化に対応した開孔作業を自動操作により行うことが可能であり、従来、問題となっていた開孔ロッド４の先端の振れ廻り、およびそれに起因する横孔１１の穿孔などによる出銑口煉瓦１０の損傷を防止することができる。
【００５８】
また、本開孔制御方法によれば、開孔ロッド４の送り動作の停止または後退などの開孔に不要な動作を省略することにより、従来の自動開孔制御において発生しがちであった開孔時間の延長を解消し、開孔所要時間を短縮して、確実かつ安定な自動開孔作業を行うことができる。
【００５９】
２．出銑口貫通の検知および穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作
上記１．と同様に、制御方法を図４のフローチャートに沿って説明する。
【００６０】
出銑口深度の検出値と予め決められた出銑口深度の設定値とを比較し（ステップＳ７）、出銑口深度の検出値が出銑口深度の設定値以上であれば、開孔ロッドの送り圧力を検出する（ステップＳ８）。
【００６１】
開孔ロッドの送り圧力の検出値と出銑口の貫通を検出するための設定値とを比較し（ステップＳ９）、開孔ロッドの送り圧力の検出値が出銑口の貫通を検出するための設定値を超えるときは、ステップＳ２に戻り、開孔作業を続行する。一方、開孔ロッドの送り圧力の検出値が出銑口の貫通を検出するための設定値以下であれば、開孔ロッドを直ちに後退させ、開孔機を退避させる（ステップＳ１０）。
【００６２】
ここで、上記の出銑口深度の設定値は、開孔制御性の面から、出銑口の炉外側出口から炉内側に向かって、出銑口長さの８０〜１００％の範囲内の値とすることが好ましい。また、出銑口の貫通を検出するための送り圧力の設定値は、閉塞材穿孔時の送り圧力の０〜３０％の範囲内の値とすることが好ましい。
【００６３】
従来、出銑口が貫通して穿孔が完了した後に、開孔ロッドの後退動作を行う工程においては、センサーによる熱エネルギーの検出に必要な量の出銑滓量が出銑口から噴出するまで、開孔ロッドの後退動作を開始することができなかった。このため、開孔ロッドが後退するまでの間、開孔機本体は、出銑滓の飛散やその輻射熱に曝される状態に置かれていた。これに対して、本発明では、開孔ロッドの送り圧力の低下により出銑口の貫通が検知され次第、直ちに自動操作により開孔ロッドの後退および開孔機の退避が行われるので、開孔機本体が溶銑滓に曝される時間を短縮することができる。
【００６４】
加えて、油圧圧力の検知センサーは、出銑口から離れて位置する例えば油圧室内に設置することができるので、従来の熱エネルギーを検知する方式に比較して、出銑口貫通を検知するセンサーの精度および信頼性が向上し、安定で迅速な開孔制御が可能となる。
【００６５】
さらに、上記の開孔制御方法を、開孔機の旋回による出銑口前方への配置、出銑口の開孔および孔前樋カバーの出銑口前方への移動を含む一連の動作の運転制御と連動させて自動運転することにより、出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の連動自動運転制御が可能となる。
【００６６】
３．後退動作時に開孔ロッドが固着した場合の動作
図５は、本発明の出銑口自動開孔制御方法の他の例を示す制御フローチャートである。後退動作時に開孔ロッドが固着した場合の動作について、このフローチャートに沿って説明する。図５に示すフローチャートは、ステップＳ１からステップＳ１０までは図４に示すフローチャートと同様である。
【００６７】
上述のように、開孔ロッドの送り圧力の検出値が出銑口の貫通を検出するための設定値以下であれば、出銑口が貫通したとして開孔ロッドを直ちに後退させる（ステップＳ１０）。開孔ロッドを後退させながら、開孔ロッドの位置が後退完了位置であるかどうかを検出する（ステップＳ１１）。開孔ロッドの位置が後退完了位置であれば、開孔ロッドの後退を終了する。
【００６８】
開孔ロッドの位置が後退完了位置ではない場合、後退時の開孔ロッドの送り圧力の検出値と、開孔ロッドの固着を検出するための設定値とを比較する（ステップＳ１２）。開孔ロッドの送り圧力の検出値が開孔ロッドの固着を検出するための設定値未満であるときは、固着していないとして、後退動作を続行する（ステップＳ１０）。
【００６９】
一方、開孔ロッドの送り圧力の検出値が開孔ロッドの固着を検出するための設定値以上であるときは、固着しているとして、後退動作を一時停止させ（ステップＳ１３）、停止時間と設定時間とを比較する（ステップＳ１４）。停止時間が設定時間未満である時は停止を続行し（ステップＳ１３）、停止時間が設定時間以上である時は、後退動作を再開する（ステップＳ１０）。停止時間は、固着した凝固金属または開孔ロッドの先端部が、炉内の熱によって凝固金属または開孔ロッドの先端部の融点以上に上昇するのに十分な時間とする。
【００７０】
このように、開孔ロッドの後退動作を制御することにより、開孔ロッドの後退時に炉内耐火物に過度の負荷力を加えず、高炉炉体を損傷することなく開孔ロッドを後退させることができる。
【００７１】
４．実施例
本発明に係る開孔機の自動開孔制御方法の効果を確認するため、下記の試験を行い、その結果を評価した。
【００７２】
前記の図４に示される制御フローチャートにしたがって、開孔ロッドの送り速度を一定とする制御を行った。ここで、各ステップ毎の操作量の設定値は前記表２に示されるデータテーブルを使用した。対象とした高炉は、出銑口の長さが４ｍ級の高炉である。
【００７３】
表２中のステップ番号３の設定値から開孔制御をスタートし、横孔の穿孔を発生することなく、また、穿孔途中において開孔動作を停止することもなく、開孔所要時間５〜１０分程度で自動開孔を完了した。穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作も迅速に行われた。
【００７４】
本発明の開孔制御方法では、ステップアップおよびステップダウン制御方式を採用しているので、前回の開孔終了時のステップ番号を記憶し、次回の出銑口の開孔においては、前回のステップ番号付近から、開孔制御を開始することにより、開孔所要時間の短縮を図ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の方法によれば、出銑口開孔機に備えられた開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度以上のときは、送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより開孔制御を行うので、炉体を損傷することなく、安定かつ確実な開孔作業を行うとともに、開孔時間を短縮することができる。また、穿孔完了後は、出銑口の貫通を迅速に検知して開孔ロッドを後退させるので、開孔機が溶銑滓に暴露される時間を短縮し、開孔機設備の信頼性を確保することができる。
さらに、上記の開孔制御方法を出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動を含む一連の動作の運転制御と連動させて自動運転することにより、出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の連動自動運転制御が可能となる。
【００７６】
これにより、本発明の方法は、高炉炉体保護と安定かつ迅速な出銑口開孔作業とを両立させることのできる開孔制御方法として、さらには出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の連動自動運転制御として、高炉の出銑滓工程において広範に適用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１：出銑口、 ２：閉塞材、 ３：開孔機、 ４：開孔ロッド、 ５：送り装置、
６：回転装置、 ７：打撃装置、 ８：ガイドセル、 ９：高炉、 １０：出銑口煉瓦、 １１：横孔、 １２：羽口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉出銑口を開孔するための油圧式開孔機の自動制御方法に関し、さらに詳しくは、炉体を損傷することなく、安定かつ確実な開孔制御を行うことにより、開孔作業の信頼性を向上するとともに、開孔時間を短縮することのできる開孔制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉操業プロセスは、製品である銑鉄を溶融状態で生産するプロセスであるが、同プロセスでは、溶融状態の銑鉄（以下、「溶銑」と記す）および溶融状態のスラグ（以下、「溶滓」と記す）が、炉下部の出銑口から排出される。そして、これら溶銑の排出（以下、「出銑」と記す）および溶滓の排出（以下、「出滓」と記す）は、総称して「出銑滓」とも称される。
【０００３】
高炉には、通常、複数の出銑口が備えられており、これらの出銑口を交互に使用して操業が行われる。このため、一つの出銑口に着目すると、出銑滓が行なわれない期間は、出銑口には耐火物の一種である閉塞材が充填され、溶銑や溶滓が炉外に排出されないように閉塞されている。そして、出銑滓を行う際には、出銑口に充填されている閉塞材を除去することにより、出銑口の孔を炉外から炉内まで貫通させる。この閉塞材の除去操作を「開孔」と称する。出銑滓が完了した後は、再び出銑口に閉塞材を充填することにより、出銑口を閉塞する。
【０００４】
現在の高炉操業においては、出銑口の開孔は、一般に、開孔機を用いた自動開孔制御により実施されており、その自動開孔の動作は、主として、閉塞材（耐火物）の穿孔を行う開孔動作と、穿孔完了後に炉内までの貫通を検知し、開孔機の開孔ロッドを後退させる後退動作とからなっている。また、開孔機の代表的な駆動方式には、空圧式と油圧式とが存在するが、現在では開孔能力の大きい油圧式が使用される場合が多く、本発明においても油圧式開孔機を対象とした場合を例にとり、以下説明する。
【０００５】
図１は、油圧開孔機による出銑口の開孔状況を示す図である。出銑滓の際には、高炉９の出銑口１内に充填されている閉塞材２を、開孔機３の送り装置（ドリフター）５に取り付けられた開孔ロッド４により穿孔することにより、出銑口１を開孔する。上記送り装置５は、ガイドセル８に沿って案内支持されながら開孔ロッド４を穿孔方向に向かって前進または後退させる機能を有する。上記の送り装置５は、開孔ロッド４をその長手方向軸の周りに回転させる回転装置６の機能、および開孔ロッド４に打撃を与える打撃装置７の機能も有している。
【０００６】
出銑口１の開孔時には、送り装置５の回転機能により開孔ロッド４を回転させながら、場合によっては、さらに打撃機能により開孔ロッド４に打撃力を加えながら、ガイドセル８に沿って送り装置５およびこれに取り付けられた開孔ロッド４を前進させていく。このようにして、出銑口１に充填されている閉塞材２を、開孔ロッド４により穿孔していくことにより出銑口を開孔する。そして、出銑口に、炉外部と炉内部とを貫通する孔を形成した後、送り装置５および開孔ロッド４を後退させる。
【０００７】
ところで、出銑口１に充填されている閉塞材２は、溶銑およびと溶滓の炉外への排出を防止するためのものであり、所定値以上の強度を有している。また、出銑口内部では、炉外から炉内に至る深さ方向位置によって温度が相違するなどの理由により、出銑口１内部における閉塞材２の強度は一様ではなく、分布を有している。さらに、各出銑滓作業毎に、閉塞材２の強度には差異が生じるので、閉塞材２の強度を厳密に一定とすることは困難である。
【０００８】
したがって、上記の閉塞材２の強度の相違を考慮せずに、一定の穿孔動作により穿孔すると、開孔ロッド２が座屈などを起こして曲がり、開孔ロッド２が本来の穿孔方向をそれて曲がった方向に進むおそれがある。
【０００９】
図２に、出銑口の開孔時における横孔の形成状況を示す。横孔１１とは、開孔作業中に開孔ロッド２が座屈などにより曲がり、出銑口１の本来の穿孔方向を逸脱して、送り装置５の送り負荷の低い出銑口煉瓦１０の目地部などの方向に曲がって進行し、形成された孔をいう。上記のような横孔１１の形成は、出銑口煉瓦１０を著しく損傷することになるため、極力回避する必要がある。
【００１０】
出銑口１に充填された閉塞材２を開孔機３により穿孔することにより開孔するに際して、開孔ロッド４の送り、回転および打撃などの開孔動作を制御する方法に関しては、下記の技術が公知である。
【００１１】
特許文献１には、油圧により駆動する開孔機の送り時における送り負荷と打撃負荷とをそれぞれの油圧により検出し、検出された油圧値が設定値を超えた場合には、送りおよび打撃の各開孔動作を停止するとともに、送りの油圧検出値が設定値を超えた場合には、開孔機の送りを停止または後退させた後、送りの油圧検出値が設定値以下に低下した場合には、開孔機の送りを再度前進させることを特徴とする開孔機の制御方法が開示されている。この方法は、開孔機の送り圧力を一定として自動開孔制御する方法である。図３に、上記特許文献１に開示された自動開孔制御方法のフローチャートを示す。
【００１２】
しかし、同文献に開示された方法は、閉塞材２の硬さが出銑口１の深さ方向に変化することとは関係なく、一定値に設定された油圧設定値とその都度計測される油圧検出値とを比較しながら、開孔機３の開孔動作を制御する方法である。このような制御方法では、上記の設定値は出銑口１を貫通させるために必要な油圧値に設定されることから、その設定値はやや高めの値に設定されることが多い。したがって、開孔ロッド４には無理な負荷がかかりやすく、その結果、開孔ロッド４の先端が曲がり、横孔１１が形成されて、出銑口煉瓦１０を損傷しやすい。
【００１３】
特に、開孔機の駆動方式が空圧式から油圧式に変更された場合には、開孔能力が増大する。表２に、空圧式と油圧式の能力を比較して示す。
【００１４】
【表１】
【００１５】
同表に見られるとおり、（打撃力×打撃数）および（回転力×回転数）を開孔能力の指標として比較すると、空圧式に比較して油圧式では、１．５〜２倍程度の開孔能力を有している。
【００１６】
しかし、その反面、駆動方式が油圧式の場合には、上記のように出銑口煉瓦１０を損傷する危険性も高くなるので、より一層精度の高い開孔制御方法が要求される。また、高炉の炉体延命の観点からも、出銑口煉瓦１０の損傷を防止し、且つ、開孔時間を短縮することのできる信頼性の高い開孔制御方法の確立が必要となる。
【００１７】
出銑口煉瓦（特に、炉内側のカーボン煉瓦）１０は、高炉炉体のうちの炉底構造を形成する重要な耐火物構造体の一部である。出銑口煉瓦１０の損傷は、長期的観点からみれば、高炉炉体の寿命を決定付ける重要部位の損傷を意味する。また、短期的観点からみると、出銑口煉瓦１０が損傷すると、出銑口金物への溶銑の差し込みが起こり、出銑口金物の温度上昇に起因して炉体鉄皮の温度上昇の頻発が高くなることから、炉体鉄皮を保護するための不規則な出銑サイクルを余儀なくされ、これが炉況に対して悪影響を与えることになる。
【００１８】
さらに、従来の開孔制御方法では、開孔ロッド４が進行しなくなる「ジャミング」を防止するために、送り圧力、回転強さ、打撃強さなどの負荷、すなわち検出値が一定値を超えた場合には、送りを停止するか、または、一旦後退させる方法により開孔制御が行われている。しかし、この制御方法では、開孔が進まない時間帯が存在することから、開孔所要時間が長引きがちであった。
【００１９】
次に、穿孔完了後に貫通を検知し、後退動作を行う工程に関しては、特許文献２に開示された方法が公知である。同文献には、溶銑への開孔ロッドの突入開始を検出した後に開孔ロッドを所定時間前進させ、その後開孔ロッドを引き抜き、出銑口から流出する溶銑の熱エネルギーが所定レベルに達していれば、出銑口の開孔が正常に完了したと判断する油圧開孔機の制御方法が開示されている。
【００２０】
しかし、出銑口１が貫通したことを出銑滓の熱エネルギーにより検知する方法であるため、熱エネルギー源である出銑滓の量が検知可能な量になるまで、開孔ロッド４の後退および開孔機３の退避ができず、開孔機本体が溶銑に曝されて損傷し、安定した開孔機の作動ができなくなるおそれがある。
【００２１】
さらに、下記のとおり、熱エネルギーを検知する検知センサーの信頼性を維持することが極めて難しいという問題がある。すなわち、熱エネルギーを検知する対象物が出銑滓であることから、検知センサーは出銑口付近または開孔機本体に設置する必要がある。出銑口の貫通および開孔ロッドの後退動作のタイミング決定の精度は、熱エネルギーの検知センサーの信頼性により大きく左右されるが、熱エネルギーの検知センサーは、その設置場所の環境が劣悪なことから、熱的劣化などによりその信頼性を失いやすい。通常、熱センサーなどの耐熱温度は８０〜１００℃であることから、出銑温度が１２００℃以上の高温であり、且つ溶銑スプラッシュが飛散する環境下において、検知センサーの高い信頼性を維持し、これを保守することは極めて困難である。
【００２２】
加えて、穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作を行う工程では、開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着し、開孔ロッドの後退が困難状態に陥ることがある。これは、炉内の溶融金属と耐火物の境界部分及び境界付近の耐火物内部の地金と呼ばれる凝固金属と開孔ロッドの先端部が固着し、開孔ロッドの後退動作が阻害される現象である。この現象への対応として、開孔ロッドの後退動作を長時間継続することは、最大限の設備能力を炉内耐火物に負荷させることとなり、炉内耐火物を過度に崩すことになるため、炉内耐火物保護の観点から実施できない。したがって、手動運転の場合には、固着を解消するため、開孔ロッドの後退動作を一時停止させ、固着した凝固金属または開孔ロッドの先端部を炉内の熱で溶融させさせた後、後退動作を継続することがある。しかし、開孔ロッド後退可否の判断は操作者が行うため、一定の後退制御とすることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２０００−３０９８１４号公報（特許請求の範囲および図１など）
【特許文献２】特開２００６−２４９５６２号公報（特許請求の範囲および図２など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
前記のとおり、従来の出銑口の開孔制御方法においては、解決されねばならない下記の課題があった。
【００２５】
第一の課題は、出銑口内の閉塞材の穿孔を行う開孔動作の工程において、従来の油圧開孔機の自動開孔制御では追従することができなかった出銑口深さ方向の閉塞材の強度（硬さ）の変化に対応した開孔を可能とすることである。すなわち、開孔ロッド先端の振れ廻り、およびそれに起因する横孔の穿孔などを防止し、出銑口煉瓦を含む高炉炉底構造の損傷を防止する開孔制御を可能とすることである。併せて、従来のジャミング防止制御において行われている送り動作の停止および後退といった不要な動作を省略し、開孔時間の短縮をも可能とすることである。
【００２６】
第二の課題は、出銑口の貫通を検知し、穿孔完了後の後退動作を行う工程において、出銑口の貫通を迅速に検知して開孔ロッドを後退させることにより、開孔機本体が炉内から排出される溶銑滓に暴露される時間を極力短縮することである。さらに、上記の検知器を、出銑口付近から離れた熱負荷の小さい部位に配置することにより、高い検知精度を確保できるようにすることである。
【００２７】
第三の課題は、穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作を行う工程において、開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着し、開孔ロッドの後退が困難状態に陥った場合でも、高炉炉体を損傷することなく開孔ロッドを後退させることを可能とすることである。
【００２８】
本発明は、上記の具体的な課題を解決することにより、高炉炉体を損傷することなく、安定かつ確実な自動開孔制御を行い、開孔制御の信頼性を向上させるとともに、従来の高熱環境下における開孔作業を回避し、遠隔自動制御することのできる開孔制御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】
【００２９】
本発明者らはまず、耐火物の穿孔を行う開孔動作の工程において、送り圧力を一定に制御する従来法による油圧開孔機の開孔制御方法の問題点を検討した。
【００３０】
図３は、従来の出銑口自動開孔制御方法の例を示すフローチャートである。この制御方法は、出銑口内に充填されている閉塞材の硬さが出銑口の深さ方向に一定であって、開孔困難な硬さの閉塞材が出銑口内において局部的に点在している場合の開孔制御方法としては、適切な制御方法である。しかし、現実には、出銑口内に充填された閉塞材の硬さは、出銑口の深さ方向に変化している。したがって、このような場合には、上記の制御方法では、安定して確実に開孔制御を行うことは困難であり、前記のとおり、出銑口煉瓦などを損傷し、また、開孔ロッドの送り停止などによる開孔所要時間の延長を招く恐れのあることが判明した。
【００３１】
これに対応して、閉塞材硬さの出銑口深さ方向の変化に応じて開孔機の送り圧力を設定する制御方法を採用するには、圧力設定値を出銑口の深さ方向に変化させて設定する必要がある。しかしながら、各出銑滓作業毎に硬さの相異する閉塞材について、さらにその圧力設定値を出銑口の深さ方向に変化させることは現実的でない。
【００３２】
開孔操作は、開孔ロッドの送り、回転、および打撃の各要素を組み合わせることにより、閉塞材を穿孔し出銑口を貫通開孔させる操作である。その閉塞材の硬さが出銑口の深さ方向で変化するのであるから、開孔ロッドの送り圧力、回転強さ、および打撃強さといった各操作量に、個々に制御判断のための設定値を設けることは適切でない。そこで、これらの要素が組み合わされた結果としての開孔ロッドの動作を示す開孔ロッドの「送り速度」を指標とし、出銑口の深さ方向に閉塞材の硬さが変化する場合においても、この「送り速度」を一定とする制御を行うことにより、円滑な開孔操作を行うことが可能になるとの知見を得た。
【００３３】
また、穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作を行う工程において、開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着し、開孔ロッドの後退が困難状態に陥った場合には、開孔ロッドを一時停止させ、固着した凝固金属または開孔ロッドの先端部を炉内の熱で溶融させた後、後退動作を継続することで、炉内耐火物に過度の負荷力を加えず、高炉炉体を損傷することなく後退動作を完了できるとの知見を得た。
【００３４】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示す開孔機の自動開孔制御方法にある。
【００３５】
（１）高炉の出銑口１を開孔ロッド４の送りと回転と打撃の各開孔動作の組合せによって開孔する開孔機の制御方法において、前記開孔ロッド４の送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッド４の送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、前記開孔ロッド４の送り速度の検出値が前記所定の送り速度以上のときは、前記送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより、前記開孔ロッド４の送り動作を停止することなく開孔を行うことを特徴とする開孔機の自動開孔制御方法。
【００３６】
（２）出銑口深度の検出値が予め決められた設定値以上になったときは、開孔ロッド４の送り圧力の検出値と出銑口１の貫通を検出するための設定値とを比較し、前記開孔ロッド４の送り圧力の検出値が前記出銑口１の貫通を検出するための設定値以下のときは、開孔ロッド４の後退および退避を行い、前記開孔ロッド４の送り圧力の検出値が前記出銑口１の貫通を検出するための設定値を超えるときは、開孔を続けることを特徴とする前記（１）に記載の開孔機の自動開孔制御方法。
【００３７】
（３）前記開孔ロッドの後退および退避を行う際に、前記開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着して後退が阻害される場合、固着した前記凝固金属または開孔ロッドを溶融させて固着を解消するために、前記開孔ロッドの後退を一時停止する制御を行うことを特徴とする前記（１）および（２）に記載の開孔機の自動開孔制御方法。
【００３８】
本発明において、「開孔ロッドの送り」とは、開孔ロッドを出銑口の穿孔方向に前進させることを意味し、「回転」とは、開孔ロッドをその長手方向軸の周りに回転させることを意味する。
【００３９】
「回転強さ」とは、回転力（Ｎ×ｍ）×回転数（ｒｐｍ）を、また、「打撃強さ」とは、打撃力（Ｎ×ｍ）×打撃数（ｂｐｍ）をそれぞれ意味する。
【００４０】
さらに、「所定の送り速度」とは、送り圧力と回転強さと打撃強さに対応して決定される送り速度想定値を意味し、詳細については後述する表２に示される値である。
【００４１】
そして、「出銑口深度」とは、出銑口の炉外側出口から炉内側に向かっての出銑口の深さを意味する。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の方法によれば、出銑口開孔機に備えられた開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度以上のときは、送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより開孔制御を行うので、炉体を損傷することなく、安定かつ確実な開孔作業を行うとともに、開孔時間を短縮することができる。また、穿孔完了後は、出銑口の貫通を迅速に検知して開孔ロッドを後退させるので、開孔機が溶銑滓に暴露される時間を短縮し、開孔機設備の信頼性を維持確保することができる。さらに、上記の開孔制御方法を出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の一連の操作と連動させて自動運転することにより、出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の連動自動運転制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】油圧開孔機による出銑口の開孔状況を示す図である。
【図２】出銑口開孔時における横孔の形成状況を示す図である。
【図３】従来の出銑口自動開孔制御方法の例を示す制御フローチャートである。
【図４】本発明の出銑口自動開孔制御方法の一例を示す制御フローチャートである。
【図５】本発明の出銑口自動開孔制御方法の他の例を示す制御フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の方法は、前記のとおり、高炉の出銑口を開孔する開孔機の制御方法において、開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度以上のときは、送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより、開孔ロッドの送り動作を停止することなく開孔を行う開孔機の自動開孔制御方法である。以下に、本発明の自動開孔制御方法について、好ましい態様などを含めてさらに詳細に説明する。
【００４５】
図４は、本発明に係る出銑口自動開孔制御方法の一例を示すフローチャートである。本発明の方法は、開孔機の開孔動作を停止することなく、開孔機の送り速度を一定とする開孔制御方法であり、１）開孔ロッドの送り圧力、２）同回転強さ、および３）同打撃強さの各操作量を、一組のグループとして増加または減少させる制御方法を採用している。以下の説明では、上記の制御方法を「ステップアップおよびステップダウン制御」とも記す。
【００４６】
１．開孔動作
本発明の方法においては、１）開孔ロッドの送り圧力、２）同回転強さ、および３）同打撃強さの各操作量の設定値の組み合わせを、開孔のステップ毎に予め複数組決定し、準備しておく。そして、開孔状況に応じてこのグループ化された操作量の設定値を随時変更することにより、瞬時に各ステップ間の切り替えを行うことを可能とした。これにより、開孔中に瞬時に変化する深度方向における閉塞材の硬さの変化に対応することが可能となった。
【００４７】
表２に、各ステップ毎における開孔ロッドの送り圧力、同回転強さ、および同打撃強さの各操作量のグループ化された設定値の例をデータテーブルとして示す。
【００４８】
【表２】
【００４９】
同表の例では、ステップ１〜９について、開孔ロッドの送り圧力、同回転強さ、同打撃強さ、およびそれらの設定値に対応する開孔ロッドの送り速度の想定値が示されている。各操作量のステップ毎の設定値は、開孔機の操作者の経験および過去の実績値に基づいて数値化されたものであり、オフラインにおいてこれらのデータは書き換えることができる。
【００５０】
また、同表において、開孔ロッドの送り圧力、同回転強さ、同打撃強さ、およびそれらの設定値に対応する開孔ロッドの送り速度想定値の各値は、いずれも、開孔機の設備能力の最大値を１００％として、相対値により表示したものである。
【００５１】
具体的な制御方法を、本発明の一実施態様である図４のフローチャートに沿って説明する。
【００５２】
開孔操作を開始するに際しては、まず、ステップＳ１において、表２中の１〜９のいずれかのステップを設定する。これにより、ステップＳ２に示されるようにステップ設定値による開孔が開始する。
【００５３】
開孔ロッドの送り速度を検出し（ステップＳ３）、その送り速度の検出値と表２に示される送り速度想定値とを比較する（ステップＳ４）。
【００５４】
ステップＳ４による比較の結果、送り速度の検出値が送り速度想定値未満であれば、表２に基づいて設定値をステップアップすることにより操作量の設定値を増加させ（ステップＳ５）、その後、ステップＳ２に戻り、開孔作業を続行する。一方、送り速度の検出値が送り速度想定値以上であれば、表２に基づいて設定値をステップダウンすることにより操作量の設定値を減少させる（ステップＳ６）。
【００５５】
出銑口深度の検出値と予め決められた出銑口深度の設定値とを比較し（ステップＳ７）、出銑口深度の検出値が出銑口深度の設定値未満であれば、ステップＳ２に戻り、開孔作業を続行する。
【００５６】
ここで、前記のステップＳ１における開孔操作の開始時におけるステップ番号は、出銑口耐火物の条件などにより影響を受ける場合もあるが、開孔操作の制御性や制御精度を考慮して選択すればよい。開孔制御は、表２中のステップ番号３程度から開始するのが一般的である。
【００５７】
開孔機の操作者が手動により開孔作業を行う場合には、開孔ロッド４の前進速度の急激な増加を目視により確認し、出銑口煉瓦１０内部における横孔１１の形成を防止するように開孔操作を行う。本発明の制御方法は、これと同様に、横孔１１の形成を防止する開孔操作を自動制御により行うものである。この方法によれば、深度方向の閉塞材２の硬さの変化に対応した開孔作業を自動操作により行うことが可能であり、従来、問題となっていた開孔ロッド４の先端の振れ廻り、およびそれに起因する横孔１１の穿孔などによる出銑口煉瓦１０の損傷を防止することができる。
【００５８】
また、本開孔制御方法によれば、開孔ロッド４の送り動作の停止または後退などの開孔に不要な動作を省略することにより、従来の自動開孔制御において発生しがちであった開孔時間の延長を解消し、開孔所要時間を短縮して、確実かつ安定な自動開孔作業を行うことができる。
【００５９】
２．出銑口貫通の検知および穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作
上記１．と同様に、制御方法を図４のフローチャートに沿って説明する。
【００６０】
出銑口深度の検出値と予め決められた出銑口深度の設定値とを比較し（ステップＳ７）、出銑口深度の検出値が出銑口深度の設定値以上であれば、開孔ロッドの送り圧力を検出する（ステップＳ８）。
【００６１】
開孔ロッドの送り圧力の検出値と出銑口の貫通を検出するための設定値とを比較し（ステップＳ９）、開孔ロッドの送り圧力の検出値が出銑口の貫通を検出するための設定値を超えるときは、ステップＳ２に戻り、開孔作業を続行する。一方、開孔ロッドの送り圧力の検出値が出銑口の貫通を検出するための設定値以下であれば、開孔ロッドを直ちに後退させ、開孔機を退避させる（ステップＳ１０）。
【００６２】
ここで、上記の出銑口深度の設定値は、開孔制御性の面から、出銑口の炉外側出口から炉内側に向かって、出銑口長さの８０〜１００％の範囲内の値とすることが好ましい。また、出銑口の貫通を検出するための送り圧力の設定値は、閉塞材穿孔時の送り圧力の０〜３０％の範囲内の値とすることが好ましい。
【００６３】
従来、出銑口が貫通して穿孔が完了した後に、開孔ロッドの後退動作を行う工程においては、センサーによる熱エネルギーの検出に必要な量の出銑滓量が出銑口から噴出するまで、開孔ロッドの後退動作を開始することができなかった。このため、開孔ロッドが後退するまでの間、開孔機本体は、出銑滓の飛散やその輻射熱に曝される状態に置かれていた。これに対して、本発明では、開孔ロッドの送り圧力の低下により出銑口の貫通が検知され次第、直ちに自動操作により開孔ロッドの後退および開孔機の退避が行われるので、開孔機本体が溶銑滓に曝される時間を短縮することができる。
【００６４】
加えて、油圧圧力の検知センサーは、出銑口から離れて位置する例えば油圧室内に設置することができるので、従来の熱エネルギーを検知する方式に比較して、出銑口貫通を検知するセンサーの精度および信頼性が向上し、安定で迅速な開孔制御が可能となる。
【００６５】
さらに、上記の開孔制御方法を、開孔機の旋回による出銑口前方への配置、出銑口の開孔および孔前樋カバーの出銑口前方への移動を含む一連の動作の運転制御と連動させて自動運転することにより、出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の連動自動運転制御が可能となる。
【００６６】
３．後退動作時に開孔ロッドが固着した場合の動作
図５は、本発明の出銑口自動開孔制御方法の他の例を示す制御フローチャートである。後退動作時に開孔ロッドが固着した場合の動作について、このフローチャートに沿って説明する。図５に示すフローチャートは、ステップＳ１からステップＳ１０までは図４に示すフローチャートと同様である。
【００６７】
上述のように、開孔ロッドの送り圧力の検出値が出銑口の貫通を検出するための設定値以下であれば、出銑口が貫通したとして開孔ロッドを直ちに後退させる（ステップＳ１０）。開孔ロッドを後退させながら、開孔ロッドの位置が後退完了位置であるかどうかを検出する（ステップＳ１１）。開孔ロッドの位置が後退完了位置であれば、開孔ロッドの後退を終了する。
【００６８】
開孔ロッドの位置が後退完了位置ではない場合、後退時の開孔ロッドの送り圧力の検出値と、開孔ロッドの固着を検出するための設定値とを比較する（ステップＳ１２）。開孔ロッドの送り圧力の検出値が開孔ロッドの固着を検出するための設定値未満であるときは、固着していないとして、後退動作を続行する（ステップＳ１０）。
【００６９】
一方、開孔ロッドの送り圧力の検出値が開孔ロッドの固着を検出するための設定値以上であるときは、固着しているとして、後退動作を一時停止させ（ステップＳ１３）、停止時間と設定時間とを比較する（ステップＳ１４）。停止時間が設定時間未満である時は停止を続行し（ステップＳ１３）、停止時間が設定時間以上である時は、後退動作を再開する（ステップＳ１０）。停止時間は、固着した凝固金属または開孔ロッドの先端部が、炉内の熱によって凝固金属または開孔ロッドの先端部の融点以上に上昇するのに十分な時間とする。
【００７０】
このように、開孔ロッドの後退動作を制御することにより、開孔ロッドの後退時に炉内耐火物に過度の負荷力を加えず、高炉炉体を損傷することなく開孔ロッドを後退させることができる。
【００７１】
４．実施例
本発明に係る開孔機の自動開孔制御方法の効果を確認するため、下記の試験を行い、その結果を評価した。
【００７２】
前記の図４に示される制御フローチャートにしたがって、開孔ロッドの送り速度を一定とする制御を行った。ここで、各ステップ毎の操作量の設定値は前記表２に示されるデータテーブルを使用した。対象とした高炉は、出銑口の長さが４ｍ級の高炉である。
【００７３】
表２中のステップ番号３の設定値から開孔制御をスタートし、横孔の穿孔を発生することなく、また、穿孔途中において開孔動作を停止することもなく、開孔所要時間５〜１０分程度で自動開孔を完了した。穿孔完了後の開孔ロッドの後退動作も迅速に行われた。
【００７４】
本発明の開孔制御方法では、ステップアップおよびステップダウン制御方式を採用しているので、前回の開孔終了時のステップ番号を記憶し、次回の出銑口の開孔においては、前回のステップ番号付近から、開孔制御を開始することにより、開孔所要時間の短縮を図ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の方法によれば、出銑口開孔機に備えられた開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度以上のときは、送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより開孔制御を行うので、炉体を損傷することなく、安定かつ確実な開孔作業を行うとともに、開孔時間を短縮することができる。また、穿孔完了後は、出銑口の貫通を迅速に検知して開孔ロッドを後退させるので、開孔機が溶銑滓に暴露される時間を短縮し、開孔機設備の信頼性を確保することができる。
さらに、上記の開孔制御方法を出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動を含む一連の動作の運転制御と連動させて自動運転することにより、出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の連動自動運転制御が可能となる。
【００７６】
これにより、本発明の方法は、高炉炉体保護と安定かつ迅速な出銑口開孔作業とを両立させることのできる開孔制御方法として、さらには出銑口の開孔および孔前樋カバーの移動の連動自動運転制御として、高炉の出銑滓工程において広範に適用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１：出銑口、 ２：閉塞材、 ３：開孔機、 ４：開孔ロッド、 ５：送り装置、
６：回転装置、 ７：打撃装置、 ８：ガイドセル、 ９：高炉、 １０：出銑口煉瓦、 １１：横孔、 １２：羽口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の出銑口を開孔ロッドの送りと回転と打撃の各開孔動作の組合せによって開孔する開孔機の制御方法において、
前記開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、
前記開孔ロッドの送り速度の検出値が前記所定の送り速度以上のときは、前記送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより、
前記開孔ロッドの送り動作を停止することなく開孔を行うことを特徴とする開孔機の自動開孔制御方法。
【請求項２】
出銑口深度の検出値が予め決められた設定値以上になったときは、開孔ロッドの送り圧力の検出値と出銑口の貫通を検出するための設定値とを比較し、
前記開孔ロッドの送り圧力の検出値が前記出銑口の貫通を検出するための設定値以下のときは、開孔ロッドの後退および退避を行い、
前記開孔ロッドの送り圧力の検出値が前記出銑口の貫通を検出するための設定値を超えるときは、開孔を続けることを特徴とする請求項１に記載の開孔機の自動開孔制御方法。
【請求項３】
前記開孔ロッドの後退および退避を行う際に、前記開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着して後退が阻害される場合、固着した前記凝固金属または開孔ロッドを溶融させて固着を解消するために、前記開孔ロッドの後退を一時停止する制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の開孔機の自動開孔制御方法。
【請求項１】
高炉の出銑口を開孔ロッドの送りと回転と打撃の各開孔動作の組合せによって開孔する開孔機の制御方法において、
前記開孔ロッドの送り速度の検出値が所定の送り速度未満のときは、開孔ロッドの送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを増加させ、
前記開孔ロッドの送り速度の検出値が前記所定の送り速度以上のときは、前記送り圧力と回転強さと打撃強さのうちの少なくとも一つを減少させることにより、
前記開孔ロッドの送り動作を停止することなく開孔を行うことを特徴とする開孔機の自動開孔制御方法。
【請求項２】
出銑口深度の検出値が予め決められた設定値以上になったときは、開孔ロッドの送り圧力の検出値と出銑口の貫通を検出するための設定値とを比較し、
前記開孔ロッドの送り圧力の検出値が前記出銑口の貫通を検出するための設定値以下のときは、開孔ロッドの後退および退避を行い、
前記開孔ロッドの送り圧力の検出値が前記出銑口の貫通を検出するための設定値を超えるときは、開孔を続けることを特徴とする請求項１に記載の開孔機の自動開孔制御方法。
【請求項３】
前記開孔ロッドの後退および退避を行う際に、前記開孔ロッドが炉内の耐火物または凝固金属等で固着して後退が阻害される場合、固着した前記凝固金属または開孔ロッドを溶融させて固着を解消するために、前記開孔ロッドの後退を一時停止する制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の開孔機の自動開孔制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８８７１８（Ｐ２０１２−１８８７１８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４６７０（Ｐ２０１１−５４６７０）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（５１１０６５４５１）タッピング メジャリング テクノロジー ゲーエムベーハー (2)
【氏名又は名称原語表記】ＴＡＰＰＩＮＧ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】ＧＥＲＭＡＮＹ ＨＡＧＥＮＥＲ ＳＴＲ． １０３ Ｄ−５７０７２ ＳＩＥＧＥＮ
【出願人】（５１１０６５４７３）株式会社ＤＡＮＧＯ ＆ ＤＩＥＮＥＮＴＨＡＬ ＪＡＰＡＮ (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（５１１０６５４５１）タッピング メジャリング テクノロジー ゲーエムベーハー (2)
【氏名又は名称原語表記】ＴＡＰＰＩＮＧ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
【住所又は居所原語表記】ＧＥＲＭＡＮＹ ＨＡＧＥＮＥＲ ＳＴＲ． １０３ Ｄ−５７０７２ ＳＩＥＧＥＮ
【出願人】（５１１０６５４７３）株式会社ＤＡＮＧＯ ＆ ＤＩＥＮＥＮＴＨＡＬ ＪＡＰＡＮ (2)
【Ｆターム（参考）】
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