JPH0118963B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0118963B2 JPH0118963B2 JP21383581A JP21383581A JPH0118963B2 JP H0118963 B2 JPH0118963 B2 JP H0118963B2 JP 21383581 A JP21383581 A JP 21383581A JP 21383581 A JP21383581 A JP 21383581A JP H0118963 B2 JPH0118963 B2 JP H0118963B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- furnace
- blast furnace
- cohesive zone
- distribution
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B5/00—Making pig-iron in the blast furnace
- C21B5/006—Automatically controlling the process
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Blast Furnaces (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高炉の火入れ操業時のような非定常状
態における炉内状況、特に融着帯の位置を推定す
る方法を提案したものである。
態における炉内状況、特に融着帯の位置を推定す
る方法を提案したものである。
高炉においては、コークス炉で乾留したコーク
ス、焼結機で焼成した焼結鉱等を高炉内に装入し
て銑鉄を製造するが、高炉内での複雑な諸反応
を、高能率に、且つ、安定して行わせるためには
高炉の炉内状況を把握することが肝要である。
ス、焼結機で焼成した焼結鉱等を高炉内に装入し
て銑鉄を製造するが、高炉内での複雑な諸反応
を、高能率に、且つ、安定して行わせるためには
高炉の炉内状況を把握することが肝要である。
従来、高炉の炉内状況はブラツクボツクス的な
ものであつたが、近年、高炉の解体調査が行われ
るようになり、高炉の炉内状況の解析が進んでい
る。多くの調査結果によると、高炉の炉内状況は
原料が装入前と同じように塊として存在する塊状
帯、原料が熱と荷重とにより半溶融状になつてい
る融着帯、溶けた銑鉄とスラグとがコークスの間
を降下する滴下帯、コークスが羽口からの送風に
よつて燃焼、運動するレースウエイ及び溶融生成
物が溜まる湯だまりの５つの領域に大別できるこ
とが判明している。この中でも融着帯は、それを
境として炉内温度及び炉内圧力が急激に変化する
ので、その位置を把握することは、炉壁部の温度
上昇を把握して炉壁レンガのスポーリングを防止
するために、また炉内圧力損失の上昇を一定値以
下に抑えて棚吊り、スリツプ等を防止するために
特に重要である。
ものであつたが、近年、高炉の解体調査が行われ
るようになり、高炉の炉内状況の解析が進んでい
る。多くの調査結果によると、高炉の炉内状況は
原料が装入前と同じように塊として存在する塊状
帯、原料が熱と荷重とにより半溶融状になつてい
る融着帯、溶けた銑鉄とスラグとがコークスの間
を降下する滴下帯、コークスが羽口からの送風に
よつて燃焼、運動するレースウエイ及び溶融生成
物が溜まる湯だまりの５つの領域に大別できるこ
とが判明している。この中でも融着帯は、それを
境として炉内温度及び炉内圧力が急激に変化する
ので、その位置を把握することは、炉壁部の温度
上昇を把握して炉壁レンガのスポーリングを防止
するために、また炉内圧力損失の上昇を一定値以
下に抑えて棚吊り、スリツプ等を防止するために
特に重要である。
然るに高炉操業の定常状態においては、高炉断
面均一モデルについても、また高炉半径方向モデ
ルについても解析が行われており、一方、高炉操
業の非定常状態においては、高炉断面均一モデル
については解析が行われているが、高炉半径方向
モデルについての解析は未だ行われていない。従
つて高炉の火入れ操業時のような非定常状態にお
いては、炉内状況を十分把握することができな
い。
面均一モデルについても、また高炉半径方向モデ
ルについても解析が行われており、一方、高炉操
業の非定常状態においては、高炉断面均一モデル
については解析が行われているが、高炉半径方向
モデルについての解析は未だ行われていない。従
つて高炉の火入れ操業時のような非定常状態にお
いては、炉内状況を十分把握することができな
い。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
り、高炉操業の非定常状態における炉内状況、特
に融着帯位置を推定する方法を提供することを目
的とする。
り、高炉操業の非定常状態における炉内状況、特
に融着帯位置を推定する方法を提供することを目
的とする。
本発明に係る高炉内融着帯位置の推定方法は、
高炉の非定常操業時に、装入物荷下り速度、炉内
ガス組成及び炉内温度についての高炉半径方向分
布を装入物層頂部にて実測し、この実測値を、炉
内温度分布を求めるべく予め設定してある所定数
式モデルに与えて演算処理を行い、その結果に基
づいて融着帯位置を求めることを特徴とする。
高炉の非定常操業時に、装入物荷下り速度、炉内
ガス組成及び炉内温度についての高炉半径方向分
布を装入物層頂部にて実測し、この実測値を、炉
内温度分布を求めるべく予め設定してある所定数
式モデルに与えて演算処理を行い、その結果に基
づいて融着帯位置を求めることを特徴とする。
先ず、本発明において用いた数式モデルについ
て説明する。この数式モデルは以下の３式であ
る。熱に関する基礎式： Ｄ／Dt（cj ρj Ej Hj）＋cj ρj Tj ∂／
∂zVj＝− 〓k hkj／δ（Tj−Tk）＋Qj ……(1) 但し、 Ｄ／Dt≡∂／∂t＋ｖ∂／∂z cj：ｊ相の熱容量 ρj：ｊ相の密度 Ej：ｇ、ｓ、ｌを夫々気相、固相、液相とし、
ε、εlを夫々填充層の空〓率、液滞溜率とする
と Eg：ε（１−εl）、Es：１−ε、El：ε εl Tj：ｊ相の温度 Tk：ｋ相の温度 Vj：ｊ相の空塔換算流速 hkj：ｋ相−ｊ相間の熱伝達係数 δ：代表長さ Qj：ｊ相における反応熱及び損失熱量 ｔ、ｚ：時間及び炉高さの座標 反応に関する基礎式： Ｄ／Dt（Ej ρj ξi）＋ξi ρj∂／∂zVj ＝Ri Mi ……(2) 但し、 ξi：ｉ成分の質量分率 Mi：ｉ成分のモル重量 Ri：ｉ成分の反応速度 質量保存則に関する基礎式： Ｄ／Dt（Ej ρj）＋ρj∂／∂zVj ＝ 〓i Ri Mi ……(3) 高炉の場合には、ガスの上昇速度Vgが速いの
で ∂Tg／∂t≪Vg∂Tg／∂z ……(4) となり、ガスについては火入れ時等の非定常状態
下でも定常状態と同じであると仮定できるので高
炉の非定常挙動は固体、即ち装入物に起因するも
のと考えられる。従つて装入物荷下り速度の高炉
半径方向分布を実測し、その結果より装入物の荷
下り軌跡を推定し、その荷下り軌跡に基づいて、
上述の基礎式(1)、(2)、(3)式を用いた演算を行うこ
とにより、非定常状態における炉内温度分布を求
めることができる。然るに融着帯は温度が1100〜
1400℃の範囲において存在するので、上述の如く
非定常状態における炉内温度分布を求めることに
より、非定常状態における融着帯位置及びその形
成過程を推定することができる。
て説明する。この数式モデルは以下の３式であ
る。熱に関する基礎式： Ｄ／Dt（cj ρj Ej Hj）＋cj ρj Tj ∂／
∂zVj＝− 〓k hkj／δ（Tj−Tk）＋Qj ……(1) 但し、 Ｄ／Dt≡∂／∂t＋ｖ∂／∂z cj：ｊ相の熱容量 ρj：ｊ相の密度 Ej：ｇ、ｓ、ｌを夫々気相、固相、液相とし、
ε、εlを夫々填充層の空〓率、液滞溜率とする
と Eg：ε（１−εl）、Es：１−ε、El：ε εl Tj：ｊ相の温度 Tk：ｋ相の温度 Vj：ｊ相の空塔換算流速 hkj：ｋ相−ｊ相間の熱伝達係数 δ：代表長さ Qj：ｊ相における反応熱及び損失熱量 ｔ、ｚ：時間及び炉高さの座標 反応に関する基礎式： Ｄ／Dt（Ej ρj ξi）＋ξi ρj∂／∂zVj ＝Ri Mi ……(2) 但し、 ξi：ｉ成分の質量分率 Mi：ｉ成分のモル重量 Ri：ｉ成分の反応速度 質量保存則に関する基礎式： Ｄ／Dt（Ej ρj）＋ρj∂／∂zVj ＝ 〓i Ri Mi ……(3) 高炉の場合には、ガスの上昇速度Vgが速いの
で ∂Tg／∂t≪Vg∂Tg／∂z ……(4) となり、ガスについては火入れ時等の非定常状態
下でも定常状態と同じであると仮定できるので高
炉の非定常挙動は固体、即ち装入物に起因するも
のと考えられる。従つて装入物荷下り速度の高炉
半径方向分布を実測し、その結果より装入物の荷
下り軌跡を推定し、その荷下り軌跡に基づいて、
上述の基礎式(1)、(2)、(3)式を用いた演算を行うこ
とにより、非定常状態における炉内温度分布を求
めることができる。然るに融着帯は温度が1100〜
1400℃の範囲において存在するので、上述の如く
非定常状態における炉内温度分布を求めることに
より、非定常状態における融着帯位置及びその形
成過程を推定することができる。
第１図は本発明方法の実施手順を示すフローチ
ヤートである。第２図に示す如く、炉内原料検知
装置１を高炉半径方向へ移動させて炉内装入物層
頂部の挙動を経時的に測定することにより装入物
荷下り速度の高炉半径方向分布を実測し、また装
入物層頂部へ挿入されたゾンデ２により炉内ガス
組成及び炉内温度の高炉半径方向分布を実測す
る。また操業状態から、（鉱石／コークス）比率
及びガス流速の高炉半径方向分布を仮定する。そ
してこれらの実測値及び仮定値に基づき、基礎式
(1)、(2)、(3)式にて構成される数式モデルにより、
炉内状況を推定演算する。そしてガス流れに関す
る推定演算結果では層頂部から順次炉下部の方へ
計算し、融着帯上部における半径方向ガス質量流
量分布が所定の値に一致しないときは、上記ガス
流速仮定値を変更し、また炉内の荷下り量に関す
る推定演算結果が層頂部における荷下り量の実績
と一致しないときは、上記（鉱石／コークス）比
率仮定値を変更し、前記数式モデルによる推定演
算を行う。そして斯かる推定演算結果と上述の如
き実績とが、いずれも一致するまでこの手順を反
復実行し、層頂部での（鉱石／コークス）比率及
びガス流速の高炉半径方向分布を高める。
ヤートである。第２図に示す如く、炉内原料検知
装置１を高炉半径方向へ移動させて炉内装入物層
頂部の挙動を経時的に測定することにより装入物
荷下り速度の高炉半径方向分布を実測し、また装
入物層頂部へ挿入されたゾンデ２により炉内ガス
組成及び炉内温度の高炉半径方向分布を実測す
る。また操業状態から、（鉱石／コークス）比率
及びガス流速の高炉半径方向分布を仮定する。そ
してこれらの実測値及び仮定値に基づき、基礎式
(1)、(2)、(3)式にて構成される数式モデルにより、
炉内状況を推定演算する。そしてガス流れに関す
る推定演算結果では層頂部から順次炉下部の方へ
計算し、融着帯上部における半径方向ガス質量流
量分布が所定の値に一致しないときは、上記ガス
流速仮定値を変更し、また炉内の荷下り量に関す
る推定演算結果が層頂部における荷下り量の実績
と一致しないときは、上記（鉱石／コークス）比
率仮定値を変更し、前記数式モデルによる推定演
算を行う。そして斯かる推定演算結果と上述の如
き実績とが、いずれも一致するまでこの手順を反
復実行し、層頂部での（鉱石／コークス）比率及
びガス流速の高炉半径方向分布を高める。
なお、前述の融着帯上部における半径方向ガス
質量流量分布は、融着帯形状に対して、第３図の
関係にあることが研究の結果判明しており、送風
条件（送風量、湿分量、酸素富化量、補助燃料
量）から融着帯上部の半径方向ガス流速分布を決
定した。第３図は、融着帯形状と融着帯上部での
半径方向ガス質量流量との関係を示すもので、横
軸に半径方向をとり、縦軸に平均ガス質量流量を
とり、融着帯の炉芯部高さと炉壁部高さとの差を
それぞれ1.5ｍ（実線）、3.0ｍ（１点鎖線）、4.5ｍ
（破線）の場合について図示したものである。
質量流量分布は、融着帯形状に対して、第３図の
関係にあることが研究の結果判明しており、送風
条件（送風量、湿分量、酸素富化量、補助燃料
量）から融着帯上部の半径方向ガス流速分布を決
定した。第３図は、融着帯形状と融着帯上部での
半径方向ガス質量流量との関係を示すもので、横
軸に半径方向をとり、縦軸に平均ガス質量流量を
とり、融着帯の炉芯部高さと炉壁部高さとの差を
それぞれ1.5ｍ（実線）、3.0ｍ（１点鎖線）、4.5ｍ
（破線）の場合について図示したものである。
更に装入物の降下挙動に注目して下記(5)、(6)式
に示す演算を行うと炉内の非定常挙動を推定する
ことができ、非定常状態における融着帯の経時的
変化を求めることができる。
に示す演算を行うと炉内の非定常挙動を推定する
ことができ、非定常状態における融着帯の経時的
変化を求めることができる。
（cj Tj）z=z0−Vsdt−（cj Tj）z=z0
＝∫t=t0+〓t t=t0Ｆ（Tj）dt ……(5)
（ξi）z=z0−Vsdt−（ξi）z=z0
＝∫t=t0+〓t t=t0Ｇ（ξi）dt ……(6)
但し、
Vs：固体の荷下り速度
ここでＦ（Tj）は基礎式(1)式と(3)式とから下記
(7)式にて、またＧ（ξi）は基礎式(2)式と(3)式とか
ら下記(8)式にて夫々与えられる。
(7)式にて、またＧ（ξi）は基礎式(2)式と(3)式とか
ら下記(8)式にて夫々与えられる。
Ｆ（Tj）＝１／Ej ρj｛−
〓k
hkj／δ（Tj−Tk）＋Qj−cj Tj
〓i
Ri Mi｝ ……(7)
斯かる手法を用いることにより高炉操業の非定
常状態における炉内状況、特に炉内温度分布を推
定し、融着帯位置を求めることができる。そして
炉内状況、特に融着帯位置を把握することができ
れば、炉壁部の温度上昇を把握でき、その炉壁部
の温度上昇と予め規定してあるスポーリング発生
領域とを用いて炉壁レンガのスポーリングの発生
を防止することができる。また炉内圧力損失の上
昇が推定できるのでそれを一定値以下に抑えて棚
吊り、スリツプ等の発生を防止することができ
る。
常状態における炉内状況、特に炉内温度分布を推
定し、融着帯位置を求めることができる。そして
炉内状況、特に融着帯位置を把握することができ
れば、炉壁部の温度上昇を把握でき、その炉壁部
の温度上昇と予め規定してあるスポーリング発生
領域とを用いて炉壁レンガのスポーリングの発生
を防止することができる。また炉内圧力損失の上
昇が推定できるのでそれを一定値以下に抑えて棚
吊り、スリツプ等の発生を防止することができ
る。
次に本発明方法の実施例について説明する。第
４図ａ，ｂ，ｃは本発明方法を用いて求めた火入
れ操業時の融着帯の形成状況及び炉壁静圧分布を
示す。図中、斜線部は高炉内における融着帯の位
置を示し、折れ線は高炉高さに対して炉壁静圧が
如何に変化しているかを夫々示している。またａ
は火入れ操業開始後12時間経過後について、ｂは
16時間経過後について、またｃは20時間経過後に
ついて夫々示している。これらの結果は、別途に
測定された結果、例えば炉内圧力の変化状況とよ
く対応しており、本発明方法による高炉炉内状況
の推定方法が有効であることが確認された。
４図ａ，ｂ，ｃは本発明方法を用いて求めた火入
れ操業時の融着帯の形成状況及び炉壁静圧分布を
示す。図中、斜線部は高炉内における融着帯の位
置を示し、折れ線は高炉高さに対して炉壁静圧が
如何に変化しているかを夫々示している。またａ
は火入れ操業開始後12時間経過後について、ｂは
16時間経過後について、またｃは20時間経過後に
ついて夫々示している。これらの結果は、別途に
測定された結果、例えば炉内圧力の変化状況とよ
く対応しており、本発明方法による高炉炉内状況
の推定方法が有効であることが確認された。
なお第４図ｃに示したようにシヤフト部にまで
融着帯が上昇すると、炉内圧力損失が増加し、棚
吊り、スリツプ等が発生することが予想されるの
で、送風圧を調節することにより棚吊り、スリツ
プ等の発生を事前に回避することができる。
融着帯が上昇すると、炉内圧力損失が増加し、棚
吊り、スリツプ等が発生することが予想されるの
で、送風圧を調節することにより棚吊り、スリツ
プ等の発生を事前に回避することができる。
以上詳述した如く、本発明は高炉の非定常操業
時に、装入物層頂部にて実測した装入物荷下り速
度、炉内ガス組成及び炉内温度についての高炉半
径方向分布を、炉内温度分布を求めるべく予め設
定してある数式モデルに与えて演算処理を行うこ
とにより、炉内状況、特に融着帯の位置を推定す
るので、従来、解析されていなかつた高炉操業の
非定常状態においても炉内状況が把握できること
となる。従つて非定常状態における異常を事前に
回避することができる等、本発明は優れた効果を
奏する。
時に、装入物層頂部にて実測した装入物荷下り速
度、炉内ガス組成及び炉内温度についての高炉半
径方向分布を、炉内温度分布を求めるべく予め設
定してある数式モデルに与えて演算処理を行うこ
とにより、炉内状況、特に融着帯の位置を推定す
るので、従来、解析されていなかつた高炉操業の
非定常状態においても炉内状況が把握できること
となる。従つて非定常状態における異常を事前に
回避することができる等、本発明は優れた効果を
奏する。
第１図は本発明方法による手法を示したチヤー
ト、第２図は炉内装入物層頂部の状態を測定する
方法を示す模式図、第３図は融着帯形状と融着帯
上部での半径方向ガス質量流量との関係を示す分
布図、第４図ａ，ｂ，ｃは本発明方法により求め
た炉内状況を示す説明図である。 １……炉内原料検知装置、２……ゾンデ。
ト、第２図は炉内装入物層頂部の状態を測定する
方法を示す模式図、第３図は融着帯形状と融着帯
上部での半径方向ガス質量流量との関係を示す分
布図、第４図ａ，ｂ，ｃは本発明方法により求め
た炉内状況を示す説明図である。 １……炉内原料検知装置、２……ゾンデ。
Claims (1)
- １ 高炉の非定常操業時に、装入物荷下り速度、
炉内ガス組成及び炉内温度について高炉半径方向
分布を装入物層頂部にて実測し、この実測値を、
炉内温度分布を求めるべく予め設定してある所定
数式モデルに与えて演算処理を行い、その結果に
基づいて融着帯位置を求めることを特徴とする高
炉内融着帯位置の推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21383581A JPS58117804A (ja) | 1981-12-30 | 1981-12-30 | 高炉内の融着帯位置の推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21383581A JPS58117804A (ja) | 1981-12-30 | 1981-12-30 | 高炉内の融着帯位置の推定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58117804A JPS58117804A (ja) | 1983-07-13 |
| JPH0118963B2 true JPH0118963B2 (ja) | 1989-04-10 |
Family
ID=16645809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21383581A Granted JPS58117804A (ja) | 1981-12-30 | 1981-12-30 | 高炉内の融着帯位置の推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58117804A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6206368B2 (ja) * | 2014-09-24 | 2017-10-04 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 高炉内状態推定装置および高炉内状態推定方法 |
| JP6617767B2 (ja) * | 2017-03-28 | 2019-12-11 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 高炉炉況状態判定装置、高炉の操業方法、及び、高炉炉況状態判定方法 |
-
1981
- 1981-12-30 JP JP21383581A patent/JPS58117804A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58117804A (ja) | 1983-07-13 |
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