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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-03
(45)【発行日】2023-02-13
(54)【発明の名称】解析対象領域の設定方法
(51)【国際特許分類】
C21B 5/00 20060101AFI20230206BHJP
【ＦＩ】
C21B5/00 310
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019080925
(22)【出願日】2019-04-22
(65)【公開番号】P2020176319
(43)【公開日】2020-10-29
【審査請求日】2021-12-03
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「環境調和型製鉄プロセス技術開発（ＳＴＥＰ２）」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000001258
【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(73)【特許権者】
【識別番号】306022513
【氏名又は名称】日鉄エンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087398
【弁理士】
【氏名又は名称】水野 勝文
(74)【代理人】
【識別番号】100128783
【弁理士】
【氏名又は名称】井出 真
(72)【発明者】
【氏名】西岡 浩樹
(72)【発明者】
【氏名】酒井 博
【審査官】瀧澤 佳世
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－１５３３７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１１３６７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２１４０２２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２１Ｂ ５／００
Ｃ２１Ｂ ７／１６
Ｃ２１Ｂ ７／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
高炉の内部領域を、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支を考慮した３次元の高炉数学モデルによって解析するときの解析対象領域を設定する方法であって、前記高炉は、炉高方向における第１所定高さに設置される第１羽口が炉周方向に等間隔で複数配置されており、前記第１所定高さにおける前記高炉の炉半径Ｒに対する、炉周方向で隣接する前記第１羽口間の炉周方向における長さＩの比率Ｉ／Ｒが０．５以上であり、
前記高炉の中心軸から炉半径方向に放射状に延びる複数の仮想面により、前記内部領域を等角度に区画する区画工程と、
複数の前記仮想面により区画された複数の区画領域のうち、一部の前記区画領域を前記解析対象領域として設定する設定工程と、を含み、
複数の前記仮想面は、前記中心軸を回転軸として前記区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、前記各区画領域に存在する前記第１羽口同士が互いに重なり合うように、前記内部領域を区画することを特徴とする解析対象領域の設定方法。
【請求項2】
炉周方向で隣接する２つの前記第１羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記仮想面がなす角度が互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の解析対象領域の設定方法。
【請求項3】
前記高炉には、前記第１所定高さとは異なる第２所定高さに第２羽口が複数設置されており、複数の前記仮想面は、前記中心軸を回転軸として前記区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、前記各区画領域に存在する前記第２羽口同士が互いに重なり合うように、前記内部領域を区画することを特徴とする請求項１に記載の解析対象領域の設定方法。
【請求項4】
前記第２羽口は、炉周方向に等間隔で配置されており、炉周方向で隣接する２つの前記第１羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記第２羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記仮想面がなす角度が互いに等しいことを特徴とする請求項３に記載の解析対象領域の設定方法。
【請求項5】
前記高炉には、前記高炉を炉高方向からみたときに、羽口が炉周方向に等間隔で複数設置されており、前記高炉に設けられる複数の前記羽口は、前記第１羽口及び前記第２羽口であることを特徴とする請求項３に記載の解析対象領域の設定方法。
【請求項6】
前記高炉には、前記第１所定高さ及び前記第２所定高さとは異なる第３所定高さに第３羽口が複数設置されており、複数の前記仮想面は、前記中心軸を回転軸として前記区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、前記各区画領域に存在する前記第３羽口同士が互いに重なり合うように、前記内部領域を区画することを特徴とする請求項３に記載の解析対象領域の設定方法。
【請求項7】
前記第２羽口及び前記第３羽口は、炉周方向に等間隔で配置されており、炉周方向で隣接する２つの前記第１羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記第２羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記第３羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記仮想面がなす角度が、互いに等しいことを特徴とする請求項６に記載の解析対象領域の設定方法。
【請求項8】
前記高炉には、前記高炉を炉高方向からみたときに、羽口が炉周方向に等間隔で複数設置されており、前記高炉に設けられる複数の前記羽口は、前記第１羽口、前記第２羽口及び前記第３羽口であることを特徴とする請求項６に記載の解析対象領域の設定方法。
【請求項9】
高炉の内部領域を、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支を考慮した３次元の高炉数学モデルによって解析するときの解析対象領域を設定する方法であって、前記高炉は、炉高方向における第１所定高さに設置される第１羽口が炉周方向に等間隔で複数配置されており、前記第１所定高さにおける前記高炉の炉半径Ｒに対する、炉周方向で隣接する前記第１羽口間の炉周方向における長さＩの比率Ｉ／Ｒが０．５以上であり、
前記高炉の中心軸から炉半径方向に放射状に延びる複数の仮想面により、前記内部領域を等角度に区画する区画工程と、
複数の前記仮想面により区画された複数の区画領域のうち、一部の前記区画領域を前記解析対象領域として設定する設定工程と、を含み、
複数の前記仮想面は、前記各仮想面を介して隣接する２つの前記区画領域間において、前記第１羽口の形状が前記仮想面に対して面対称となるように、前記内部領域を区画することを特徴とする解析対象領域の設定方法。
【請求項10】
前記高炉には、前記第１所定高さとは異なる第２所定高さに第２羽口が複数設置されており、複数の前記仮想面は、前記各仮想面を介して隣接する２つの前記区画領域間において、前記第２羽口の形状が前記仮想面に対して面対称となるように、前記内部領域を区画することを特徴とする請求項９に記載の解析対象領域の設定方法。
【請求項11】
前記高炉には、前記第１所定高さ及び前記第２所定高さとは異なる第３所定高さに第３羽口が複数設置されており、複数の前記仮想面は、前記各仮想面を介して隣接する２つの前記区画領域間において、前記第３羽口の形状が前記仮想面に対して面対称となるように、前記内部領域を区画することを特徴とする請求項１０に記載の解析対象領域の設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、物質収支、運動量収支、及びエネルギー収支を考慮した３次元の高炉数学モデルの解析対象領域の設定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地球温暖化の観点から、ＣＯ２排出量の削減が喫緊の課題となっている。高炉から排出されるＣＯ２量を削減するには、高炉で使用するコークスや微粉炭等、炭素を多く含む還元材（以下、「炭素還元材」ともいう）の削減、すなわち溶銑１ｔあたりの炭素消費量（つまり、炭素消費原単位）の削減が不可避である。そこで、近年、コークス炉から排出されるガス由来の高濃度Ｈ２ガスや、高炉の炉頂から排出されるガスからＣＯ２およびＨ２Ｏを除去したガスを、炉下部に設けられる通常羽口や、シャフト部に設けられるシャフト羽口から吹き込み、これらのガスに含まれるＣＯやＨ２を炭素還元材の代替として使用することが検討されている（特許文献１）。
【0003】
このような新たな操業の設計を行うには、高炉数学モデルによる数値シミュレーション（以下、「解析」ともいう）を行うことが必要不可欠である。高炉数学モデルとしては、高炉の内部領域を炉高方向、炉半径方向及び炉周方向の３次元方向に分割することで複数の小領域（以下、「計算格子」ともいう）を規定し、各計算格子において、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支の数式を解くことにより、高炉内の温度分布、ガス濃度分布、鉱石の還元率分布等の炉内状態を解析する数学モデル（以下、「３次元の高炉数学モデル」ともいう）がある（非特許文献１）。特許文献２では、３次元の高炉数学モデルにより炉内状態を解析するとともに、解析した炉内状態と実測した炉内状態とに基づき、的確な操業条件を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１６－１１３６７７号公報
【文献】特開平８－２９５９１０号公報
【文献】特開２０１７－１２８８０５号公報
【非特許文献】
【0005】
【文献】Ｋｏｕｊｉ Ｔａｋａｔａｎｉ，Ｔａｋａｎｏｂｕ Ｉｎａｄａ，Ｙｕｔａｋａ Ｕｊｉｓａｗａ，「Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｆｏｒ Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ」、ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、一般社団法人日本鉄鋼協会、１９９９年、Ｖｏｌ．３９、Ｎｏ．１、ｐ１５－２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
高炉で使用する操業諸元の妥当性は、商用高炉による操業試験に先立ち、試験高炉などの小型高炉による操業試験により検証される。このため、高炉数学モデルによる解析は、商用高炉だけでなく、小型高炉についても行う必要がある。
【0007】
しかしながら、高炉の内部領域全てを、炉高方向、炉半径方向及び炉周方向の３次元方向に分割し、その全ての計算格子において、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支の数式を解くと、計算負荷が高くなる。これまで試験高炉などの小型高炉では、高炉数学モデルにより、炉高方向及び炉半径方向に加えて、炉周方向における分布（３次元方向における分布）が検討された例は無かった。
【0008】
本発明は、高炉操業の解析において、特に試験高炉などの小型高炉における操業の解析において計算負荷を低減できる３次元の高炉数学モデルの解析対象領域の設定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明に係る解析対象領域の設定方法は、（１）高炉の内部領域を、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支を考慮した３次元の高炉数学モデルによって解析するときの解析対象領域を設定する方法であって、前記高炉は、炉高方向における第１所定高さに設置される第１羽口が炉周方向に等間隔で複数配置されており、前記第１所定高さにおける前記高炉の炉半径Ｒに対する、炉周方向で隣接する前記第１羽口の炉周方向における長さＩの比率Ｉ／Ｒが０．５以上であり、前記高炉の中心軸から炉半径方向に放射状に延びる複数の仮想面により、前記内部領域を等角度に区画する区画工程と、複数の前記仮想面により区画された複数の区画領域のうち、一部の前記区画領域を前記解析対象領域として設定する設定工程と、を含み、複数の前記仮想面は、前記中心軸を回転軸として前記区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、前記各区画領域に存在する前記第１羽口同士が互いに重なり合うように、前記内部領域を区画することを特徴とする。
【0010】
（２）炉周方向で隣接する２つの前記第１羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記仮想面がなす角度が互いに等しいことを特徴とする（１）に記載の解析対象領域の設定方法。
【0011】
（３）前記高炉には、前記第１所定高さとは異なる第２所定高さに第２羽口が複数設置されており、複数の前記仮想面は、前記中心軸を回転軸として前記区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、前記各区画領域に存在する前記第２羽口同士が互いに重なり合うように、前記内部領域を区画することを特徴とする（１）に記載の解析対象領域の設定方法。
【0012】
（４）前記第２羽口は、炉周方向に等間隔で配置されており、炉周方向で隣接する２つの前記第１羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記第２羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記仮想面がなす角度が互いに等しいことを特徴とする（３）に記載の解析対象領域の設定方法。
【0013】
（５）前記高炉には、前記高炉を炉高方向からみたときに、羽口が炉周方向に等間隔で複数設置されており、前記高炉に設けられる複数の前記羽口は、前記第１羽口及び前記第２羽口であることを特徴とする（３）に記載の解析対象領域の設定方法。
【0014】
（６）前記高炉には、前記第１所定高さ及び前記第２所定高さとは異なる第３所定高さに第３羽口が複数設置されており、複数の前記仮想面は、前記中心軸を回転軸として前記区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、前記各区画領域に存在する前記第３羽口同士が互いに重なり合うように、前記内部領域を区画することを特徴とする（３）に記載の解析対象領域の設定方法。
【0015】
（７）前記第２羽口及び前記第３羽口は、炉周方向に等間隔で配置されており、炉周方向で隣接する２つの前記第１羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記第２羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記第３羽口から前記中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面がなす角度と、炉周方向で隣接する２つの前記仮想面がなす角度が、互いに等しいことを特徴とする（６）に記載の解析対象領域の設定方法。
【0016】
（８）前記高炉には、前記高炉を炉高方向からみたときに、羽口が炉周方向に等間隔で複数設置されており、前記高炉に設けられる複数の前記羽口は、前記第１羽口、前記第２羽口及び前記第３羽口であることを特徴とする（６）に記載の解析対象領域の設定方法。
【0017】
（９）高炉の内部領域を、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支を考慮した３次元の高炉数学モデルによって解析するときの解析対象領域を設定する方法であって、前記高炉は、炉高方向における第１所定高さに設置される第１羽口が炉周方向に等間隔で複数配置されており、前記第１所定高さにおける前記高炉の炉半径Ｒに対する、炉周方向で隣接する前記第１羽口の炉周方向における長さＩの比率Ｉ／Ｒが０．５以上であり、前記高炉の中心軸から炉半径方向に放射状に延びる複数の仮想面により、前記内部領域を等角度に区画する区画工程と、複数の前記仮想面により区画された複数の区画領域のうち、一部の前記区画領域を前記解析対象領域として設定する設定工程と、を含み、複数の前記仮想面は、前記各仮想面を介して隣接する２つの前記区画領域間において、前記第１羽口の形状が前記仮想面に対して面対称となるように、前記内部領域を区画することを特徴とする解析対象領域の設定方法。
【0018】
（１０）前記高炉には、前記第１所定高さとは異なる第２所定高さに第２羽口が複数設置されており、複数の前記仮想面は、前記各仮想面を介して隣接する２つの前記区画領域間において、前記第２羽口の形状が前記仮想面に対して面対称となるように、前記内部領域を区画することを特徴とする（９）に記載の解析対象領域の設定方法。
【0019】
（１１）前記高炉には、前記第１所定高さ及び前記第２所定高さとは異なる第３所定高さに第３羽口が複数設置されており、複数の前記仮想面は、前記各仮想面を介して隣接する２つの前記区画領域間において、前記第３羽口の形状が前記仮想面に対して面対称となるように、前記内部領域を区画することを特徴とする（１０）に記載の解析対象領域の設定方法。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、計算負荷を低減できる３次元の高炉数学モデルの解析対象領域の設定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】高炉の垂直断面（ａ）及び水平断面（ｂ）を示す図である。
【図2】高炉に設けられる羽口の位置を示す概略図である。
【図3】第１羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図4】第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図5】第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図6】第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図7】第１羽口、第２羽口、第３羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図8】計算格子の設定方法を説明する図である。
【図9】第１羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図10】第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図11】第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図12】第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図13】第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図14】第１羽口、第２羽口、第３羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図15】第１羽口、第２羽口、第３羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図である。
【図16】還元率分布（解析結果）を示す図である。
【図17】還元率とサンプリングレベルの関係を示すグラフである。
【図18】温度分布（解析結果）を示す図である。
【図19】解体結果から得られた融着帯の形状と、解析結果から得られた温度分布を重ねた図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
まず、本発明を完成するに至った経緯を説明する。
【0023】
試験高炉などの小型高炉は、炉容積が商用高炉よりも小さい。例えば、ある試験高炉の炉容積は１２ｍ３であり、商用高炉の炉容積の１／１００以下である。また、小型高炉は、羽口の本数が、商用高炉よりも非常に少ない。例えば、先述の試験高炉の通常羽口の本数は３本であるのに対し、商用高炉の通常羽口の本数は４０本程度である。このため、試験高炉などの小型高炉は、商用高炉と比較し、高炉の炉半径に対して、高炉の炉周方向で隣接する２つの羽口の炉周方向における長さ（以下、「羽口間長さ」ともいう）が長くなる傾向にある。なお、羽口間長さの詳細については後述する。
【0024】
本発明者等は、小型高炉のように、高炉の炉半径に対して羽口間長さが長い高炉では、離間した羽口と羽口の間には、高温のガスが十分に行き渡らず、温度分布、ガス濃度分布、鉱石の還元率分布等の炉内状態に関し、炉周方向において大きな違いが生じると考えた。そこで、小型高炉（高炉の炉半径に対して羽口間長さが長い高炉）を対象として、高炉数学モデルによる解析を行った。
【0025】
高炉数学モデルによる解析は、非特許文献１に基づいて行った。すわなち、高炉の内部領域を炉高方向、炉半径方向及び炉周方向の３次元方向に分割するとともに、分割された計算格子それぞれにおいて、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支の数式を解き、炉内状態を解析する３次元の高炉数学モデルにより解析を行った。また、解析対象とした小型高炉では、シャフト羽口から、コークス炉ガス（以下、「ＣＯＧ」ともいう）を改質したガス（以下、「改質ＣＯＧ」ともいう）が吹き込まれることとした。改質ＣＯＧの組成は、水素７７．７％及び窒素２２．３％とした。シャフト羽口の詳細は後述する。
【0026】
本発明者等は、上述した３次元の高炉数学モデルによる解析を行い、図１（ａ）に示す高炉の垂直断面について、還元率分布及び温度分布を確認した。図１（ａ）は、高炉の垂直断面を示す図であり、図１（ｂ）に示すＢ－Ｂ断面で高炉を切断した図である。なお、図１（ｂ）は、高炉の水平断面を示す図であり、図１（ａ）に示すＡ－Ａ断面で高炉を切断した図である。温度分布及び還元率分布は、通常羽口及びシャフト羽口を含む垂直断面ａと、通常羽口及びシャフト羽口を含まない垂直断面ｂの両方について確認した。
【0027】
その結果、後述の実施例に示す通り、羽口を含む断面ａと、羽口を含まない断面ｂとの間では、還元率分布及び温度分布が大きく異なることを確認した。本発明者等は、この解析結果から、高炉の炉半径に対して羽口間長さが長い高炉について、解析精度を確保するには、離間した羽口から吹き込まれるガスの影響を考慮するため、炉高方向及び炉半径方向だけでなく、炉周方向にも高炉の内部領域を分割して解析を行うことが必要であると理解した。
【0028】
しかしながら、高炉の内部領域全てを炉高方向、炉半径方向及び炉周方向の３次元方向に分割し、各計算格子において、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支の数式を解くと、計算負荷が高くなる。そこで、本発明者等は、さらに検討を進めたところ、羽口の位置を考慮した解析対象領域を設定することで、解析精度を確保しながら、３次元の高炉数学モデルの計算負荷を低減できることを見出した。
【0029】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
【0030】
本実施形態は、解析を行う高炉（以下、「対象高炉」ともいう）の内部領域に対して、３次元の高炉数学モデルの解析対象領域を設定する方法である。まず、対象高炉について説明する。
【0031】
本実施形態では、高炉の炉半径に対して羽口間長さが長い高炉を対象高炉とする。高炉の炉半径に対して羽口間長さが長い高炉とは、炉周方向に等間隔に設置される複数の羽口が、炉高方向における所定高さに配置されている高炉であって、当該羽口が設置されている所定高さにおける高炉の炉半径に対する、当該羽口の羽口間長さの比率（以下、「羽口間長さ比率」ともいう）が０．５［－］以上の高炉を指す。なお、羽口間長さとは、炉周方向で隣接する２つの羽口の軸間の長さであって、炉壁の内面に沿った長さを指す。つまり、羽口間長さは、羽口径によっては変化しない。ここで、羽口の軸とは、羽口を通過するガスの流れる方向に対して垂直な断面における中心を通る軸を指す。
【0032】
羽口間長さ比率が０．５以上である高炉としては、例えば、炉半径が０．５～１ｍ前後であり、炉周が３～６ｍ前後であり、羽口が３～６本程度設置されている小型高炉（試験高炉）が挙げられる。この小型高炉では、羽口間の炉周方向における長さが０．５～２ｍ程度となり、羽口間長さ比率が１．０～２．０［－］となる。この小型高炉のように、羽口間長さ比率が０．５以上である高炉は、離間した羽口から吹き込まれるガスの影響により、温度分布、ガス濃度分布、鉱石の還元率分布等の炉内状態に関し、炉周方向において大きな違いが生じやすく、炉周方向における分布を無視することができない。
【0033】
一方で、商用高炉、特に炉容積５０００ｍ３級の大型高炉は、例えば、炉半径が５ｍ前後であり、炉周が３０ｍ前後であり、通常羽口が３０～４０本程度設置されている。この大型高炉では、羽口間の炉周方向における長さが０．７５～１ｍ程度となり、羽口間長さ比率が０．１５～０．２［－］となる。この大型高炉のように、羽口間長さ比率が０．５未満である高炉は、炉半径に対して羽口間長さが十分に短いとみなせることから、温度分布、ガス濃度分布、鉱石の還元率分布等の炉内状態に関し、炉周方向における大きな違いが生じにくく、炉周方向における分布を無視することができる。すなわち、炉高方向及び炉半径方向の平面について２次元の高炉数学モデルで解析を行い、炉周方向の対称性を仮定して当該解析結果を炉周方向に回転させることにより高炉全体の炉内状態を解析することができる。
【0034】
羽口間長さ比率は、同一高さに設けられる羽口（複数の羽口）毎に求められる値であり異なる高さに設けられる羽口（複数の羽口）間では、羽口間長さ比率が異なることがある。例えば、図２に示すように、羽口Ａ、羽口Ｂ及び羽口Ｃが異なる高さに設けられている高炉において、羽口Ａ、羽口Ｂ、羽口Ｃの数がそれぞれ異なる場合、羽口間長さ比率が異なる。具体的には、羽口Ａの羽口間長さ比率であるＩＡ／ＲＡ（羽口Ａが設けられる所定高さＨＡにおける高炉の炉半径ＲＡに対する、羽口Ａの羽口間長さＩＡの比率）と、羽口Ｂの羽口間長さ比率であるＩＢ／ＲＢ（羽口Ｂが設けられる所定高さＨＢにおける高炉の炉半径ＲＢに対する、羽口Ｂの羽口間長さＩＢの比率）と、羽口Ｃの羽口間長さ比率であるＩＣ／ＲＣ（羽口Ｃが設けられる所定高さＨＣにおける高炉の炉半径ＲＣに対する、羽口Ｃの羽口間長さＩＣの比率）は、互いに異なる値となる。このように異なる高さに設けられる羽口（複数の羽口）間において、羽口間長さ比率が異なる高炉では、羽口間長さ比率が０．５以上である羽口（複数の羽口）が少なくとも１種あれば、対象高炉となり得る。なお、炉半径とは、高炉内部における半径（内径）を指す。
【0035】
対象高炉は、図２に示すように、炉周方向に等間隔に設置される羽口（複数の羽口）が、異なる高さに複数設けられている高炉だけでなく、ある特定の高さにしか設置されていない高炉であってもよい。このような場合、特定の高さに設置される羽口（複数の羽口）の羽口間長さ比率が０．５以上であれば、対象高炉となり得る。また、図２に示す高炉では、異なる高さに設けられる羽口が、いずれも炉周方向に等間隔で配置されているが、羽口間長さ比率が０．５以上である羽口以外の羽口（つまり、羽口間長さ比率が０．５以上である羽口とは異なる高さに設けられる羽口）については、炉周方向に異なる間隔で配置されていてもよい。このような場合であっても対象高炉となり得る。
【0036】
対象高炉に設けられる羽口としては、例えば、予熱羽口、シャフト羽口及び通常羽口を挙げることができる。予熱羽口は、シャフト部の中部から上部に設けられるガス吹込み口であり、図２に示す羽口Ａに対応する。シャフト羽口は、シャフト部の下部に設けられるガス吹込み口であり、図２に示す羽口Ｂに対応する。通常羽口は、炉下部の上部に設けられるガス吹込み口であり、図２に示す羽口Ｃに対応する。なお、シャフト部とは、炉頂に向かって炉周が小さくなる部位を指し、炉下部とは、炉頂に向かって炉周が大きくなる朝顔部よりも下方の部位を指す。
【0037】
シャフト羽口からは、例えば、改質ＣＯＧや、高炉の炉頂から排出されるガス（以下、「ＢＦＧ」ともいう）からＣＯ２およびＨ２Ｏを除去したガス（以下、「調整ＢＦＧ」ともいう）や、改質ＣＯＧを吹き込むことができる。また、予熱羽口からは、例えば、所定温度（例えば、７００℃～１０００℃）に加熱したＢＦＧを吹き込むことができる。通常羽口からは、例えば、所定温度（例えば、１０００℃～１２００℃）に加熱した富化酸素や空気を吹き込むことができる。
【0038】
対象高炉は、上述した羽口以外の構成について限定されるものではなく、従来公知の構成を用いることができる。また、対象高炉の操業諸元は、特に限定されるものではなく、解析の目的を考慮の上、適宜設定することができる。
【0039】
次に、対象高炉の内部領域に対して、解析対象領域を設定する方法を説明する。本実施形態の解析対象領域の設定方法は、高炉の内部領域を仮想面により区画する区画工程と、仮想面で区画された区画領域から解析対象領域を設定する設定工程を含む。
【0040】
区画工程では、高炉の内部領域に、高炉の中心軸から炉半径方向に延びる仮想面を放射状に複数配置し、これらの仮想面により、対象高炉の内部領域を等角度に区画して、中心角が等しい略扇形柱の複数の区画領域を形成する。なお、本明細書において、高炉の中心軸とは、高炉の水平断面における高炉の中心を通る軸を指す。
【0041】
区画工程において、仮想面が配置される位置は、炉高方向における所定高さに設けられる、羽口間長さ比率が０．５以上である羽口（以下、「第１羽口」ともいう）の位置に応じて決定される。具体的には、複数の仮想面は、第１羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在できる位置に配置され、高炉の中心軸を回転軸として、区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、各区画領域に存在する第１羽口同士が互いに重なり合うように内部領域を区画する。
【0042】
区画工程における仮想面の配置の一例について、図３を用いて具体的に説明する。なお、第１羽口は、羽口間長さ比率が０．５以上である羽口であればよく、例えば、シャフト羽口、予熱羽口及び通常羽口からなる群から一つ選択することができる。
【0043】
図３は、第１羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図３に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、炉周方向で隣接する２つの第１羽口から中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面のなす角度（以下、「第１羽口間角度」ともいう）はα（具体的には１２０度）である。
【0044】
図３（ａ）では、３つの仮想面は、炉周方向で隣接する２つの仮想面のなす角度（以下、「仮想面間角度」ともいう）がαとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、炉周方向で隣接する２つの第１羽口の中間（第１羽口を分割しない位置）に位置していている。一方、図３（ｂ）では、３つの仮想面は、仮想面間角度がαとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、第１羽口上に位置しており、具体的には、第１羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置している。ここで、実際の羽口は、所定のサイズを有しているため、仮想面（炉高方向及び炉半径方向の二次元平面）によって均等又は不均等に分割されることになる。このように配置される仮想面によれば、対象高炉の内部領域が、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。そして、高炉の中心軸を回転軸として区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、各区画領域に存在する第１羽口同士が互いに重なり合う。
【0045】
なお、本明細書において、等しいとは、高炉設計上の誤差を含む概念である。また、本明細書において、ある区画領域に羽口が存在する、とは、当該区画領域に羽口の一部または全部が位置することを意味し、一つの区画領域に一以上の羽口が含まれていてもよい。また、本明細書において、区画領域を回転させて互いに重ね合わせるとは、区画領域を高炉の中心軸を基準に炉周方向に回転させ、各区画領域の端面（つまり、仮想面による断面）が重なるよう、全ての区画領域を互いに重ねることを意味する。また、羽口同士が互いに重なり合うとは、羽口の少なくとも一部分が互いに重なり合うことを意味し、羽口の軸同士（言い換えれば、羽口の全部分）が重なり合うことに厳密には限定されない。つまり、羽口同士が互いに重なり合うとは、高炉設計上の微差による誤差を許容する概念であり、高炉数学モデル解析の求める精度にもよるが、例えば羽口の軸同士が±５°程度ずれていてもよい。以下の説明では、羽口同士が互いに重なり合うことを、羽口の位置が全ての区画領域で等しいともいう。
【0046】
設定工程では、上述した仮想面により区画された複数の区画領域のうち一部の区画領域を、解析対象領域として設定する。上述した仮想面により区画される全ての区画領域は、互いに等しい形状となり、第１羽口の位置がすべての区画領域で等しくなる。このような区画領域では、第１羽口から吹き込まれるガスが各区画領域において同様の挙動を示すため、１つの区画領域についての解析結果は、他の区画領域についての解析結果と見做すことができる。従って、複数の区画領域のうち１つの区画領域を解析対象領域として解析を行えば、その解析結果を、解析を行っていない他の区画領域の解析結果として用いることができる。従って、対象高炉の内部領域全てを解析する場合と比較し、計算負荷を低減することができ、図３の例においては計算時間をおよそ三分の一に削減できる。
【0047】
なお、特許文献３では、モデルによる計算負荷を軽減するために、高炉の内部領域を中心角２０°の扇形に区画し、この扇形領域を計算領域としている。この方法によれば、計算負荷は軽減できるものの、高炉の内部領域の一部分である扇形領域の解析結果が得られるだけであり、他の領域における炉内状態を把握することができない。すなわち、炉周方向の対称性を仮定できる大型高炉においては有効であるが、羽口の位置に応じて解析対象領域を決定するものではなく、小型高炉への適用の検討は十分でない。
【0048】
対象高炉には、上述したように、第１羽口に加え、第１所定高さとは異なる第２所定高さに羽口（以下、「第２羽口」ともいう）が複数設置されていてもよい。第２羽口は、炉周方向に異なる間隔で配置されていてもよく、等間隔で配置されていてもよい。また、第２羽口の羽口間長さ比率は、０．５以上であってもよく、０．５未満であってもよい。第１羽口だけでなく第２羽口からもガスを吹き込む対象高炉について解析を行う場合、区画工程では、第１羽口及び第２羽口の位置に応じて仮想面を配置する。具体的には、複数の仮想面は、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域にそれぞれ存在できる位置に配置され、高炉の中心軸を回転軸として、区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、各区画領域に存在する第１羽口同士及び第２羽口同士が互いに重なり合うように内部領域を区画する。
【0049】
第１羽口及び第２羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第１例について、図４を用いて具体的に説明する。なお、第２羽口は、第１羽口とは異なる羽口であればよく、例えば、シャフト羽口、予熱羽口及び通常羽口からなる群から一つ選択することができる。
【0050】
図４は、第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図４に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はβ（具体的には１２０度）である。また、３つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、炉周方向で隣接する２つの第２羽口から中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面のなす角度（以下、「第２羽口間角度」ともいう）はβである。第１羽口と第２羽口の数は同じであるが、第１羽口と第２羽口の位置は炉周方向にずれている。各第１羽口は、炉周方向で隣接する２つの第２羽口の中間に位置し、各第２羽口は、炉周方向で隣接する２つの第１羽口の中間に位置している。つまり、対象高炉に設けられる羽口（第１羽口と第２羽口）は、対象高炉を炉高方向から見たときに、炉周方向に等間隔で設置されている。
【0051】
図４（ａ）では、３つの仮想面は、仮想面間角度がβとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、第１羽口上に位置しており、具体的には、第１羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置している。一方、図４（ｂ）では、３つの仮想面は、仮想面間角度がβとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、第２羽口上に位置しており、具体的には、第２羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置している。このように配置される仮想面によれば、対象高炉の内部領域が、互いに等しい形状の３つの区画領域に区画される。そして、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域にそれぞれ存在し、第１羽口及び第２羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0052】
なお、図４（ａ）や図４（ｂ）では、それぞれの仮想面は、第１羽口と第２羽口のいずれか一方を分割する位置に位置しているが、第１羽口及び第２羽口を分割しない位置に位置していてもよい（つまり、それぞれの仮想面が、第１羽口と第２羽口の間に位置していてもよい）。それぞれの仮想面が、第１羽口及び第２羽口を分割しない位置に位置していても、仮想面間角度がβとなるように３つの仮想面を放射状に配置すれば、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在し、各区画領域内における第１羽口及び第２羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0053】
第１羽口及び第２羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第２例について、図５を用いて具体的に説明する。
【0054】
図５に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はβである。また、６つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第２羽口間角度はβ／２である。第２羽口の数は、第１羽口の数の２倍であり、炉周方向における位置が第１羽口と一致している第２羽口（以下、「重複第２羽口」ともいう）と、炉周方向における位置が第１羽口と一致していない第２羽口（以下、「非重複第２羽口」ともいう）とが炉周方向に交互に設けられている。
【0055】
図５では、複数の仮想面は、仮想面間角度がβとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、非重複第２羽口上に位置しており、具体的には、非重複第２羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置している。このように配置される仮想面によれば、対象高炉の内部領域が、互いに等しい形状の３つの区画領域に区画される。そして、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在し、第１羽口及び第２羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0056】
なお、図５では、ぞれぞれの仮想面は、非重複第２羽口を分割する位置に位置しているが、非重複第２羽口を分割しない位置に位置していてもよい。例えば、それぞれの仮想面が、第１羽口及び重複第２羽口を分割する位置に位置していてもよい。また、例えば、それぞれの仮想面が、第１羽口と第２羽口の間（つまり、第１羽口及び第２羽口を分割しない位置）に位置していてもよい。これらの場合であっても、仮想面間角度がβとなるように３つの仮想面が放射状に配置されていれば、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在し、第１羽口及び第２羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0057】
第１羽口及び第２羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第３例について、図６を用いて具体的に説明する。
【0058】
図６（ａ）に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はβである。また、６つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第２羽口間角度はβ／２である。第２羽口の数は、第１羽口の数の２倍であり、第１羽口と第２羽口の位置は、炉周方向にずれている。対象高炉を炉高方向から見たときに、炉周方向で隣接する第１羽口と第２羽口の間隔は、炉周方向で隣接する第２羽口と第２羽口の間隔よりも狭い。つまり、対象高炉を炉高方向から見たときに、対象高炉に設けられる羽口（第１羽口と第２羽口）は、炉周方向に異なる間隔で配置されている。
【0059】
図６（ａ）では、３つの仮想面は、仮想面間角度がβとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、炉周方向で隣接する２つの第２羽口の中間に位置している（つまり、第１羽口及び第２羽口を分割していない位置に位置している）。このように配置される仮想面によれば、対象高炉の内部領域が、互いに等しい形状の３つの区画領域に区画される。そして、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在し、第１羽口及び第２羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0060】
図６（ｂ）に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はβである。また、６つの第２羽口が炉周方向に異なる間隔で設置されており、第２羽口間角度は２β／３又はβ／３である。第２羽口の数は、第１羽口の数の２倍であり、第１羽口と第２羽口の位置は、炉周方向にずれている。対象高炉を炉高方向から見たときに、炉周方向で隣接する第１羽口と第２羽口の間隔は、炉周方向で隣接する第２羽口と第２羽口の間隔と等しい。つまり、対象高炉を炉高方向から見たときに、対象高炉に設けられる羽口（第１羽口及び第２羽口）は、炉周方向に等間隔で配置されている。
【0061】
図６（ｂ）では、３つの仮想面は、仮想面間角度がβとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、炉周方向で隣接する２つの第２羽口の中間に位置している（つまり、第１羽口及び第２羽口を分割していない位置に位置している）。このように配置される仮想面によれば、対象高炉の内部領域が、互いに等しい形状の３つの区画領域に区画される。そして、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在し、第１羽口及び第２羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0062】
なお、図６では、それぞれの仮想面は、第２羽口と第２羽口の間に位置しているが、第２羽口と第２羽口の間に位置していなくてもよい。例えば、それぞれの仮想面が、第２羽口上に位置していてもよく、具体的には、第２羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置していてもよい。また、例えば、それぞれの仮想面が、第１羽口上に位置していてもよく、具体的には、第１羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置していてもよい。さらに、例えば、それぞれの仮想面が、第１羽口と第２羽口の間に位置していてもよい。これらの場合であっても、仮想面間角度がβとなるように３つの仮想面が放射状に配置されていれば、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在し、各区画領域内における第１羽口及び第２羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0063】
第１羽口だけでなく第２羽口からもガスを吹き込む対象高炉について解析を行う場合、設定工程では、上述した仮想面により区画された複数の区画領域のうち一部の区画領域を、解析対象領域として設定する。上述した仮想面により区画される全ての区画領域は、互いに等しい形状となり、第１羽口及び第２羽口位置が全ての区画領域で等しくなる。このため、全ての区画領域では、第１羽口及び第２羽口から吹き込まれるガスが同様の挙動を示す。従って、一部の区画領域を解析対象領域として解析を行えば、この解析結果を他の区画領域にも反映させて、内部領域全てを解析する場合のおよそ三分の一の計算時間で高炉の内部領域全ての解析結果を得ることができる。
【0064】
対象高炉には、第１羽口及び第２羽口に加え、第１所定高さ及び第２所定高さとは異なる第３所定高さに羽口（以下、「第３羽口」ともいう）が複数設置されていてもよい。第３羽口は、炉周方向に異なる間隔で配置されていてもよく、等間隔で配置されていてもよい。また、第３羽口の羽口間長さ比率は、０．５以上であってもよく、０．５未満であってもよい。第１羽口及び第２羽口だけでなく第３羽口からもガスを吹き込む対象高炉について解析を行う場合、区画工程では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口の位置に応じて仮想面を配置する位置を決定する。具体的には、複数の仮想面は、第１羽口及び第２羽口及び第３羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在できる位置に配置され、高炉の中心軸を回転軸として、区画領域を回転させて互いに重ね合わせたときに、各区画領域に存在する第１羽口同士、第２羽口同士及び第３羽口同士が互いに重なり合うように内部領域を区画する。
【0065】
第１羽口、第２羽口及び第３羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の一例について、図７を用いて具体的に説明する。なお、第３羽口は、第１羽口及び第２羽口と異なる羽口であればよく、例えば、シャフト羽口、予熱羽口及び通常羽口からなる群から一つ選択することができる。
【0066】
図７は、第１羽口、第２羽口、第３羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図７に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はγ（具体的には１２０度）である。また、３つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第２羽口間角度はγである。また、３つの第３羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、炉周方向で隣接する２つの第３羽口から中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面のなす角度（以下、「第３羽口間角度」ともいう）はγである。第１羽口と第２羽口と第３羽口の数は同じであるが、第１羽口と第２羽口と第３羽口の位置は互いに炉周方向にずれている。対象高炉を炉高方向から見たときに、炉周方向で隣接する羽口の間隔（第１羽口と第２羽口の間隔、第２羽口と第３羽口の間隔、第３羽口と第１羽口の間隔）は互いに等しい。つまり、対象高炉を炉高方向から見たときに、対象高炉に設けられる羽口（第１羽口、第２羽口及び第３羽口）は、炉周方向に等間隔で配置されている。
【0067】
図７（ａ）では、３つの仮想面は、仮想面間角度がγとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、第２羽口と第３羽口の中間（第１羽口、第２羽口及び第３羽口を分割しない位置）に位置している。図７（ｂ）では、３つの仮想面は、仮想面間角度がγとなるように放射状に配置され、それぞれの仮想面は、第１羽口上に位置しており、具体的には、第１羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置している。このように配置される仮想面によれば、対象高炉の内部領域が、互いに等しい形状の３つの区画領域に区画される。そして、第１羽口、第２羽口及び第３羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在し第１羽口、第２羽口及び第３羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0068】
なお、図７（ｂ）では、それぞれの仮想面は、第１羽口を分割する位置に位置しているが、第１羽口以外の羽口（第２羽口又は第３羽口）を分割する位置に位置していてもよい。例えば、それぞれの仮想面が、第２羽口上に位置していてもよく、具体的には、第２羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置していてもよい。また、例えば、それぞれの仮想面が、第３羽口上に位置していてもよく、具体的には、第３羽口を水平面内で均等に分割する位置に位置していてもよい。これらの場合であっても、仮想面間角度がγとなるように３つの仮想面が放射状に配置されていれば、第１羽口、第２羽口及び第３羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在し、各区画領域内における第１羽口、第２羽口及び第３羽口の位置が全ての区画領域で等しくなる。
【0069】
第１羽口、第２羽口及び第３羽口からガスを吹き込む対象高炉について解析を行う場合には、設定工程では、上述した仮想面により区画された複数の区画領域のうち一部の区画領域を、解析対象領域として設定する。上述した仮想面により区画される全ての区画領域は、形状が互いに等しくなり、第１羽口、第２羽口及び第３羽口の位置が等しくなる。このため、全ての区画領域では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口から吹き込まれるガスが同様の挙動を示す。従って、一部の区画領域を解析対象領域として解析を行えば、この解析結果を他の区画領域にも反映させて、高炉の内部領域全ての解析結果をおよそ三分の一の計算時間で得ることができる。
【0070】
本実施形態により設定した解析対象領域の解析は、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支を考慮した３次元の高炉数学モデルにより行われる。ここで、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支を考慮した３次元の高炉数学モデルとは、解析対象領域を、炉高方向、炉半径方向及び炉周方向の３次元方向に分割して得られる各計算格子において、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支の数式を解き、炉内の状態を解析する高炉数学モデルである。物質収支、運動量収支及びエネルギー収支を考慮した３次元の高炉数学モデルは、例えば、非特許文献１に記載されているため詳細な説明は省略する。
【0071】
解析対象領域に設定する計算格子の数は、特に限定されるものではない。一例としては、図８に示すように、仮想面間角度を１２０°とする解析対象領域を、炉高方向に６０分割し、炉半径方向に７分割し、炉周方向に２４分割することができる。また、解析対象領域に、仮想面により分割された羽口の一部分が含まれる場合、当該解析対象領域の解析に用いる、ガスの流量は、分割された羽口の体積割合に応じた値を用いることができる。なお、上述した条件を満足する区画領域を形成することができれば、仮想面により分割される羽口は、必ずしも、水平面内において均等に分割されている必要はなく、不均等に分割されていてもよい。
【0072】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、高炉の内部領域を仮想面により区画する区画工程と、仮想面で区画された区画領域から解析対象領域を設定する設定工程を含む。なお、本実施形態において、対象高炉や３次元の高炉数学モデルなど、解析対象領域の設定方法以外の構成は、第１実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、高炉の内部領域を仮想面により区画する区画工程と、仮想面で区画された区画領域から解析対象領域を設定する設定工程を含む。なお、本実施形態において、対象高炉や３次元の高炉数学モデルなど、解析対象領域の設定方法以外の構成は、第１実施形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【0073】
区画工程では、高炉の内部領域に、高炉中心軸から炉半径方向に延びる仮想面を放射状に複数配置し、これらの仮想面により、対象高炉の内部領域を等角度に区画して、中心角が等しい略扇形柱の複数の区画領域を形成する。
【0074】
仮想面が配置される位置は、炉高方向における第１所定高さに設けられる、羽口間長さ比率が０．５［－］以上である羽口（第１羽口）の位置に応じて決定される。具体的には、複数の仮想面は、第１羽口が全ての区画領域内にそれぞれ存在できる位置に配置され、各仮想面を介して隣接する２つの区画領域間において、第１羽口の形状が仮想面に対して面対称となるように、内部領域を区画する。なお、羽口の形状が仮想面に対して面対称であるとは、高炉設計上の微差による誤差を許容する概念であり、必ずしも、羽口の軸が面対称である必要はない。
【0075】
仮想面の配置の一例について、図９を用いて具体的に説明する。
【0076】
図９は、第１羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図９に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度がαである。
【0077】
複数の仮想面は、図９に示すように、第１羽口を水平面内で均等に分割する仮想面（以下「分割仮想面」ともいう）と、第１羽口を分割しない仮想面（以下、「非分割仮想面」ともいう）が、炉周方向に交互に並ぶよう、仮想面間角度がα／２となるように放射状に配置されている。このように配置される仮想面によれば、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。複数の区画領域は、分割された第１羽口の一方が存在する第１区画領域（以下、単に「第１区画領域」ともいう）と、分割された第１羽口の他方が存在する第２区画領域（以下、単に「第２区画領域」ともいう）とからなり、これらの区画領域が、炉周方向に交互に配置される。そして、分割仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口の形状が分割仮想面に対して面対称となり、非分割仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口の形状が非分割仮想面に対して面対称となる。なお、第１区画領域と第２区画領域の間において、第１羽口の位置は互いに異なる。
【0078】
設定工程では、上述した仮想面（分割仮想面及び非分割仮想面）により区画された複数の区画領域のうち一部の区画領域を、解析対象領域として設定する。解析対象領域として設定する区画領域は、第１区画領域のみであってもよく、第２区画領域のみであってもよい。
【0079】
上述した仮想面（分割仮想面や非分割仮想面）を介して隣接する第１区画領域及び第２区画領域間において、第１羽口の形状は、図９に示すように、仮想面に対して面対称となる。このような区画領域間では、第１羽口から吹き込まれるガスの挙動が仮想面に対して面対称となる。このため、第１区画領域と第２区画領域のいずれか一方の解析結果を得れば、得られた解析結果を仮想面に対して面対称となるように配置しなおしたものを、他方の解析結果と見做すことができる。また、第１羽口の形状は、高炉の内部領域に配置した一部の仮想面だけでなく、全ての仮想面それぞれに対して面対称である。このため、第１羽口の位置が全ての第１区画領域で等しくなり、また、第１羽口の位置が全ての第２区画領域で等しくなる。従って、第１区画領域の１つの解析結果は、他の第１区画領域の解析結果と見做すことができる。同様に、第２区画領域の１つの解析結果は、他の第２区画領域の解析結果と見做すことができる。このため、第１区画領域と第２区画領域のいずれか一方の区画領域について、その一部の区画領域を解析すれば、その解析結果や解析結果を配置しなおしたものを、解析を行っていない他の区画領域の解析結果として用いることができ、高炉の内部領域全ての解析結果を得ることができる。従って、対象高炉の内部領域全てを解析する場合と比較し、計算負荷を低減することができ、図９の例においては計算時間をおよそ六分の一に削減できる。
【0080】
なお、本実施形態では、第１区画領域と第２区画領域の両方を解析対象領域に含めてもよい。第１区画領域と第２区画領域の両方を解析対象領域として設定する場合には、解析対象領域として設定した第１区画領域の解析結果を、その他の第１区画領域の解析結果として用いることができ、解析対象領域として設定した第２区画領域の解析結果を、その他の第２区画領域の解析結果として用いることができる。従って、解析結果を配置しなおす操作を行うことなく、高炉の内部領域全ての解析結果を得ることができる。第１区画領域の一つと第２区画領域の一つを解析対象領域とする場合、図９の例においては、計算時間をおよそ三分の一に削減できる。
【0081】
対象高炉には、第１羽口に加えて、第１所定高さとは異なる第２所定高さに複数の羽口（第２羽口）が設置されてもよい。第２羽口は、炉周方向に異なる間隔で配置されていてもよく、等間隔で配置されていてもよい。第２羽口の羽口間長さ比率は、０．５以上であってもよく、０．５未満であってもよい。第１羽口及び第２羽口からガスを吹き込む対象高炉について解析を行う場合、区画工程では、複数の仮想面は、第１羽口及び第２羽口が全ての区画領域にそれぞれ存在できる位置に配置され、各仮想面を介して隣接する２つの区画領域間において、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となるように、内部領域を区画する。
【0082】
第１羽口及び第２羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第１例を、図１０を用いて説明する。
【0083】
図１０は、第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図１０に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に並んでおり、第１羽口間角度はβである。また、３つの第２羽口が炉周方向に等間隔に並んでおり、第２羽口間角度はβである。第１羽口と第２羽口の数は同じである。第１羽口と第２羽口の位置は、炉周方向にずれており、対象高炉を炉高方向から見たときに炉周方向で隣接する第１羽口と第２羽口から中心軸に向かってそれぞれ延びる２つの面のなす角度は、β／２である。つまり、対象高炉を炉高方向から見たときに、羽口（第１羽口と第２羽口）は、炉周方向に等間隔で配置されている。
【0084】
図１０では、６つの仮想面は、第１羽口を分割する３つの分割仮想面と、第１羽口を分割しない３つの非分割仮想面が炉周方向に交互に並ぶよう、仮想面間角度がβ／２なるように放射状に配置されている。第２羽口は、第１羽口を分割しない非分割仮想面によりそれぞれ水平面内で均等に分割されている。このように、第１羽口、第２羽口及び仮想面が配置されることで、高炉の内部領域は、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。複数の区画領域は、分割された第１羽口の一方と分割された第２羽口の一方が存在する３つの第１区画領域と、分割された第１羽口の他方と分割された第２羽口の他方が存在する３つの第２区画領域とからなり、これらの区画領域は、炉周方向に交互に配置される。そして、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0085】
第１羽口及び第２羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第２例を、図１１を用いて説明する。
【0086】
図１１は、第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図１１に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はβである。また、３つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第２羽口間角度はβである。第１羽口と第２羽口の数は同じである。第１羽口と第２羽口は、炉周方向における位置が一致している。
【0087】
図１１では、６つの仮想面は、第１羽口を分割する３つの分割仮想面と、第１羽口を分割しない３つの非分割仮想面が炉周方向に交互に並ぶよう、仮想面間角度がβ／２となるように放射状に配置されている。第２羽口は、第１羽口を分割する分割仮想面により水平面内で均等に分割されている。このように、第１羽口、第２羽口及び仮想面が配置されることで、高炉の内部領域は、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。複数の区画領域は、分割された第１羽口の一方と分割された第２羽口の一方が存在する３つの第１区画領域と、分割された第１羽口の他方と分割された第２羽口の他方が存在する３つの第２区画領域とからなり、これらの区画領域は、炉周方向に交互に配置される。そして、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0088】
図１０～１１では、分割仮想面と非分割仮想面のいずれか一方の面内に第２羽口をそれぞれ位置する（つまり、分割仮想面と非分割仮想面のいずれか一方が第２羽口をそれぞれ水平面内で均等に分割する）ことで、各仮想面を介して隣接する２つの区画領域間において、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状を仮想面に対して面対称としている。一方で、以下に示す第３例（図１２）から第４例（図１３）のように、分割仮想面と非分割仮想面の両方の面内に第２羽口が位置していない場合や、分割仮想面と非分割仮想面の両方の面内に第２羽口がそれぞれ位置していている場合であっても、各仮想面を介して隣接する２つの区画領域間において、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となり得る。
【0089】
第１羽口及び第２羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第３例を、図１２を用いて説明する。
【0090】
図１２（ａ）は、第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図１２（ａ）に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はβである。また、６つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第２羽口間角度はβ／２である。第２羽口の数は、第１羽口の数の２倍であり、第１羽口と第２羽口の位置は、炉周方向にずれている。対象高炉を炉高方向から見たときに、炉周方向で隣接する第１羽口と第２羽口の間隔は、炉周方向で隣接する第２羽口と第２羽口の間隔よりも狭い。つまり、対象高炉を炉高方向から見たときに、対象高炉に設けられる羽口（第１羽口と第２羽口）は、炉周方向に異なる間隔で配置されている。
【0091】
図１２（ａ）では、６つの仮想面は、第１羽口を分割する３つの分割仮想面と、第１羽口を分割しない３つの非分割仮想面が炉周方向に交互に並ぶよう、仮想面間角度がβ／２となるように放射状に配置されている。第２羽口は、炉周方向で隣接する２つの仮想面（分割仮想面及び非分割仮想面）の間（つまり、仮想面により分割されない位置）に位置している。このように、第１羽口、第２羽口及び仮想面が配置されることで、対象高炉の内部領域は、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。複数の区画領域は、分割された第１羽口の一方と第２羽口が存在する３つの第１区画領域と、分割された第１羽口の他方と第２羽口が存在する３つの第２区画領域とからなり、これらの区画領域は、炉周方向に交互に配置される。そして、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0092】
図１２（ｂ）は、第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図１２（ｂ）に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はβである。また、６つの第２羽口が炉周方向に異なる間隔で設置されており、第２羽口間角度は２β／３又はβ／３である。第２羽口の数は、第１羽口の数の２倍であり、第１羽口と第２羽口の位置は、炉周方向にずれている。対象高炉を炉高方向から見たときに、炉周方向で隣接する第１羽口と第２羽口の間隔は、炉周方向で隣接する第２羽口と第２羽口の間隔と等しい。つまり、対象高炉を炉高方向から見たときに、対象高炉に設けられる羽口（第１羽口と第２羽口）は、炉周方向に等間隔で配置されている。
【0093】
図１２（ｂ）では、６つの仮想面は、第１羽口を分割する３つの分割仮想面と、第１羽口を分割しない３つの非分割仮想面が炉周方向に交互に並ぶよう、仮想面間角度がβ／２となるように放射状に配置されている。第２羽口は、炉周方向で隣接する２つの仮想面の間に位置している。このように、第１羽口、第２羽口及び仮想面が配置されることで、対象高炉の内部領域は、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。複数の区画領域は、分割された第１羽口の一方と第２羽口が存在する３つの第１区画領域と、分割された第１羽口の他方と第２羽口が存在する３つの第２区画領域とからなり、これらの区画領域は、炉周方向に交互に配置される。そして、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0094】
第１羽口及び第２羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第４例を、図１３を用いて説明する。
【0095】
図１３は、第１羽口、第２羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図１３に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はβである。また、６つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第２羽口間角度はβ／２である。第２羽口の数は、第１羽口の数の２倍であり、炉周方向における位置が第１羽口と一致している第２羽口（重複第２羽口）と、炉周方向における位置が第１羽口と一致していない第２羽口（非重複第２羽口）とが炉周方向に交互に設けられている。非重複第２羽口は、炉周方向で隣接する２つの重複第２羽口の中間に位置している。
【0096】
図１３では、６つの仮想面は、第１羽口を分割する３つの分割仮想面と、第１羽口を分割しない３つの非分割仮想面が炉周方向に交互に並ぶように、仮想面間角度がβ／２となるように放射状に配置されている。全ての第２羽口は、仮想面（分割仮想面及び非分割仮想面）によりそれぞれ水平面内で均等に分割されている。このように、第１羽口、第２羽口及び仮想面が配置されることで、高炉の内部領域は、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。複数の区画領域は、分割された第１羽口の一方と分割された第２羽口が存在する３つの第１区画領域と、分割された第１羽口の他方と分割された第２羽口が存在する３つの第２区画領域とからなり、これらの区画領域は、炉周方向に交互に配置される。ここで、第１区画領域には、分割仮想面により分割された第２羽口の一方と、非分割仮想面により分割された第２羽口の一方が存在する。また、第２区画領域には、分割仮想面により分割された第２羽口の他方と、非分割仮想面により分割された第２羽口の他方が存在する。そして、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0097】
第１羽口だけでなく第２羽口からもガスを吹き込む対象高炉について解析を行う場合、設定工程では、上述した仮想面により区画される複数の区画領域のうちの一部の区画領域を、解析対象領域として設定する。上述した仮想面を介して隣接する２つの区画領域間（第１区画領域と第２区画領域）では、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状は、仮想面（分割仮想面及び非分割仮想面）に対して面対称となる。また、第１羽口及び第２羽口それぞれの形状は、高炉の内部領域に配置した一部の仮想面だけでなく、高炉の内部領域に配置した全ての仮想面それぞれに対して面対称となる。従って、第１区画領域と第２区画領域のいずれか一方の区画領域について、その一部の区画領域を解析対象領域として解析を行えば、その解析結果や解析結果を配置しなおしたものを、解析を行っていない他の区画領域の解析結果として用いることができ、高炉の内部領域全ての解析結果を得ることができる。
【0098】
対象高炉には、第１羽口及び第２羽口に加え、第１所定高さ及び第２所定高さとは異なる第３所定高さに、複数の羽口（第３羽口）が設置されていてもよい。第３羽口は、炉周方向に異なる間隔で配置されていてもよく、等間隔で配置されていてもよい。また、第３羽口の羽口間長さ比率は、０．５以上であってもよく、０．５未満であってもよい。第１羽口、第２羽口及び第３羽口からガスを吹き込む対象高炉について解析を行う場合、区画工程では、複数の仮想面は、第１羽口、第２羽口及び第３羽口が全ての区画領域にそれぞれ存在できる位置に配置され、各仮想面を介して隣接する２つの区画領域間において、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となるように、内部領域を区画する。
【0099】
第１羽口、第２羽口及び第３羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第１例を、図１４を用いて説明する。
【0100】
図１４は、第１羽口、第２羽口、第３羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図１４に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はγである。また、３つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第２羽口間角度はγである。また、３つの第３羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第３羽口間角度はγである。第１羽口と第２羽口と第３羽口の数は同じである。第１羽口と第３羽口は、炉周方向における位置が一致している。一方、第２羽口の位置は、第１羽口及び第３羽口の位置に対して炉周方向にずれている。対象高炉を炉高方向から見たときに炉周方向で隣接する第１羽口と第２羽口から中心軸に向かって延びる２つの面のなす角度はγ／２である。同様に、対象高炉を炉高方向から見たときに炉周方向で隣接する第３羽口と第２羽口から中心軸に向かって延びる２つの面のなす角度はγ／２である。
【0101】
図１４では、６つの仮想面は、第１羽口を分割する３つの分割仮想面と、第１羽口を分割しない３つの非分割仮想面が炉周方向に交互に並ぶよう、仮想面間角度がγ／２となるように放射状に配置されている。全ての第２羽口は、第１羽口を分割しない非分割仮想面によりそれぞれ水平面内で均等に分割されている。全ての第３羽口は、第１羽口を分割する分割仮想面によりそれぞれ水平面内で均等に分割されている。このように、第１羽口、第２羽口、第３羽口及び仮想面が配置されることで、高炉の内部領域は、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。複数の区画領域は、分割された第１羽口の一方と第２羽口と分割された第３羽口の一方が存在する３つの第１区画領域と、分割された第１羽口の他方と第２羽口と分割された第３羽口の他方が存在する第２区画領域とからなり、これらの区画領域は、炉周方向に交互に配置される。そして、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状が仮想面（分割仮想面、非分割仮想面）に対して面対称となる。
【0102】
なお、図１４では、第３羽口間角度をγとする第３羽口が分割仮想面内にそれぞれ配置される（つまり、分割仮想面が第３羽口をそれぞれ分割する）対象高炉を示しているが、第３羽口間角度をγとする第３羽口が非分割仮想面内にそれぞれ配置される（つまり、非分割仮想面が第３羽口をそれぞれ均等に分割する）対象高炉であってもよい。このような対象高炉であっても、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0103】
また、図１４では、第２羽口間角度をγとする第２羽口が非分割仮想面内にそれぞれ設置される（つまり、非分割仮想面が第２羽口をそれぞれ均等に分割している）対象高炉を示しているが、第２羽口間角度をγとする第２羽口が分割仮想面内にそれぞれ設置されている（つまり、分割仮想面が第２羽口をそれぞれ均等に分割する）対象高炉であってもよい。このような対象高炉であっても、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0104】
第１羽口、第２羽口及び第３羽口が設けられる対象高炉における、仮想面の配置の第２例を、図１５を用いて説明する。
【0105】
図１５は、第１羽口、第２羽口、第３羽口及び仮想面の位置関係を示す概略図であり、対象高炉を炉高方向から見たときの平面図である。図１５に示す対象高炉では、３つの第１羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第１羽口間角度はγである。また、６つの第２羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第２羽口間角度はγ／２である。また、６つの第３羽口が炉周方向に等間隔に設置されており、第３羽口間角度はγ／２である。第２羽口と第３羽口の数は同じであり、第１羽口の数は、第２羽口や第３羽口の数の半分である。第２羽口と第３羽口は、炉周方向における位置が一致しており、第１羽口の位置は、第２羽口及び第３羽口の位置に対して炉周方向にずれている。対象高炉を炉高方向から見たときに、炉周方向で隣接する第１羽口と第２羽口の間隔（第１羽口と第３羽口の間隔）は、炉周方向で隣接する第２羽口と第２羽口の間隔（第３羽口と第３羽口の間隔）よりも狭い。
【0106】
図１５では、６つの仮想面は、第１羽口を分割する３つの分割仮想面と、第１羽口を分割しない３つの非分割仮想面が炉周方向に交互に並ぶよう、仮想面間角度がγ／２となるように放射状に配置されている。第２羽口及び第３羽口は、炉周方向で隣接する２つの仮想面（分割仮想面及び非分割仮想面）の間（つまり、仮想面により分割されない位置）にそれぞれ位置している。このように、第１羽口、第２羽口、第３羽口及び仮想面が配置されることで、高炉の内部領域は、互いに等しい略扇形柱の複数の区画領域に区画される。複数の区画領域は、分割された第１羽口の一方と第２羽口と第３羽口が存在する３つの第１区画領域と、分割された第１羽口の他方と第２羽口と第３羽口が存在する３つの第２区画領域とからなり、これらの区画領域は、炉周方向に交互に配置される。そして、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0107】
なお、図１５では、第３羽口が炉周方向で隣接する２つの仮想面（分割仮想面及び非分割仮想面）の間（つまり、仮想面により分割されない位置）に設けられているが、第３羽口が全ての仮想面内（分割仮想面内及び非分割仮想面内）にそれぞれ配置されていてもよい。このような場合であっても、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状が仮想面に対して面対称となる。
【0108】
また、図１５では、第２羽口が炉周方向で隣接する２つの仮想面（分割仮想面及び非分割仮想面）の間（つまり、仮想面により分割されない位置）に設けられているが、第２羽口が全ての仮想面内（分割仮想面内及び非分割仮想面内）にそれぞれ配置されていてもよい。このような場合であっても、各仮想面を介して隣接する第１区画領域と第２区画領域の間では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状が仮想面（分割仮想面、非分割仮想面）に対して面対称となる。
【0109】
第１羽口、第２羽口及び第３羽口からガスを吹き込む対象高炉について解析を行う場合、設定工程では、上述した仮想面により区画される複数の区画領域のうちの一部の区画領域を、解析対象領域として設定する。上述した仮想面を介して隣接する２つの区画領域間（第１区画領域と第２区画領域）では、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状は、仮想面に対して面対称となる。また、第１羽口、第２羽口及び第３羽口それぞれの形状は、高炉の内部領域に配置した一部の仮想面だけでなく、高炉の内部領域に配置した全ての仮想面それぞれに対して面対称となる。従って、第１区画領域と第２区画領域のいずれか一方の区画領域について、その一部の区画領域を解析対象領域として解析を行えば、その解析結果や解析結果を配置しなおしたものを、解析を行っていない他の区画領域の解析結果として用いることができ、高炉の内部領域全ての解析結果を得ることができる。
【実施例】
【0110】
次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0111】
通常羽口及びシャフト羽口が設けられる試験高炉を用意した。試験高炉において、通常羽口は、炉高方向における所定高さに、等間隔に３つ設置されていた。試験高炉において、シャフト羽口は、通常羽口とは異なる所定高さに、等間隔に３つ設置されていた。通常羽口とシャフト羽口は、炉周方向における位置が一致しており、両者ともに羽口間長さ比率が０．５以上であった。
【0112】
この試験高炉を用いて、所定の操業諸元で、所定期間操業を行った。所定期間経過後、下記表１に示す改質ＣＯＧ吹込み操業の操業諸元で、所定期間操業を行った。所定期間経過後、操業を中止し、試験高炉を解体のうえ、試験高炉内部の還元率分布及び融着帯の形状を調査した。
【0113】
［表１］
【0114】
なお、表１に示す改質ＣＯＧは、シャフト羽口から吹き込まれ、富化酸素及びＰＣ（微粉炭）は、通常羽口から吹き込まれた。表１に示す改質ＣＯＧ吹込み操業において、送風量、送風温度、及び送風湿分は、通常羽口の条件を示している。
【0115】
一方、上述した試験高炉を対象高炉として、解析対象領域を設定し、設定した解析対象領域について３次元の高炉数学モデルによる解析を行った。具体的な方法を以下に示す。
【0116】
まず、対象高炉の内部領域に、中心軸から炉半径方向に延びる仮想面を、仮想面角度が１２０°となるように放射状に複数配置し、それぞれの仮想面を、炉周方向で隣接する羽口と羽口の間（通常羽口間及びシャフト羽口間）に位置させた。これらの仮想面により区画された３つの区画領域のうちの１つの区画領域を、解析対象領域として設定した。
【0117】
解析対象領域を、図８に示すように、炉高方向に６０分割、炉半径方向に７分割、炉周方向に２４分割し、計算格子を形成した。次に、非特許文献１に基づき、各計算格子において、物質収支、運動量収支及びエネルギー収支の数式を解き、解析対象領域における還元率分布及び温度分布を取得した。
【0118】
なお、解析で使用した各パラメータは、解析に先立って行われた試験高炉の操業実績に基づいて設定した。
【0119】
解析対象領域の還元率分布及び温度分布を、仮想面により区画した３つの区画領域の解析結果としてそれぞれ使用し、対象高炉の内部領域すべての還元率分布及び温度分布を得た。
【0120】
対象高炉の垂直断面における還元率分布（解析結果）を図１６に示す。図１６の垂直断面は、図１に示す垂直断面に対応する。また、解体調査の結果と解析結果を比較する、還元率とサンプリングレベルの関係を示すグラフを図１７に示す。なお、図１７に示すサンプリングレベルは、還元率を取得した位置（高さ）を示すものであり、図１６の矢印で示した箇所にサンプリングレベルを記載している。
【0121】
図１７に示すように、還元率について、解析結果は解体調査の結果を良好に再現できていた。
【0122】
また、対象高炉の垂直断面における温度分布（解析結果）を図１８に示す。図１８の垂直断面は、図１に示す垂直断面に対応する。また、解体調査から得られた融着帯の形状と、解析結果から得られた温度分布を重ねた図を図１９に示す。図１９において、垂直断面ｃは、解体調査の結果から得られた融着帯の形状を示し、垂直断面ｄは、解析結果から得られた温度分布を示す。垂直断面ｄにおいて、線で囲まれた領域（１２００℃～１４００℃の領域）が融着帯を示す。なお、垂直断面ｃ及び垂直断面ｄは、ともに羽口を含む断面である。
【0123】
図１９に示すように、融着帯の形状について、解析結果は操業時の炉内状況を良好に再現できていた。
【0124】
以上の結果より、本実施形態の解析対象領域の設定方法によれば、一部の区画領域を解析対象領域に設定して解析するだけで、この解析結果を他の区画領域に反映させることができ、高炉の内部領域の全てを把握することができる。そして、３次元の高炉数学モデルの計算負荷を低減しながら解析精度を確保できることが確認できた。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
