JPH0227625B2 - Tategataroniokerurohekihyomengasuryunotsuyosasuiteihoho - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は竪型炉、例えば高炉の操業における炉
内ガス流分布の推定方法に関し、詳しくは高炉の
羽口上部から炉胸部上位に亘つての炉壁表面ガス
流強さを長期間安定して推定し得る方法に関する
ものである。

高炉の最終目的は、良質の銑鉄を安定的に、能
率良く、しかも低コストで大量に生産することで
ある。この目的に沿つて、与えられた原・燃料条
件及び設備条件のもとに、原・燃料装入、溶融物
抽出、送風、炉頂ガス制御等の諸操作を行なつて
炉内反応を制御している。これらの制御を行なう
に当つては炉内状況を適確に把握することが大前
提であるにもかかわらず、高炉内は一種のブラツ
クボツクスであり、炉内状況を動的に把握するこ
とは困難なこととされていた。本発明は炉内を上
昇するガスの実態、特に炉壁表面のガス流強さを
高精度に推定把握する方法に関するもので、それ
によつて原・燃料装入や送風制御の強化を図ろう
とするものである。

高炉羽口から吹込まれた熱風はレースウエイに
おいて燃料を燃焼させ、還元性ガスとなつて朝顔
部から炉胸部を経て炉口部に至る間に鉄鉱石の還
元を進めつつ自らは所定の変化を受けて、最終的
には炉頂から排出される。即ち熱風中のO₂や
H₂O成分はコークスや重油等と反応してCOやH₂
に変化すると共に朝顔部から炉胸部を通過する間
にCO₂やH₂Oに変化しながら色々な炉内ガス流分
布を形成する。この炉内ガス流は高炉の中心部付
近を流れるいわゆる中心ガス流と高炉内壁表面
（表面近傍を含む）に沿つて流れる炉壁表面ガス
流（以下周辺ガス流と称す）とに大別して捉える
ことができる。一般的に、中心ガス流が過多にな
ると通気性の面で余裕でき、炉壁への熱負荷も軽
減できるが、ガスの利用率は悪くなり、燃料比が
上昇する傾向が現われる。一方、周辺ガス流が過
多になるとガスの利用率は高くなるが、通気性が
悪化し、炉壁への熱負荷も大きくなる傾向が現わ
れる。そこで実操業においては、これら両者の兼
ね合いを考慮して炉内ガス流分布の制御が行なわ
れている。

ところでこのようなガス流分布の制御は、通常
炉口部での周辺ガス流強さを温度基準で実測（中
心流の実測でもある）し、その円周方向の偏り具
合及び中心ガス流との比率に応じてコークス、鉱
石類の装入物の装入制御（方向及び分配量の制
御）することにより行なつている。しかし炉内反
応に直接影響するのは朝顔部から炉胸部中位にか
けてのガス流分布であるから、当該位置での周辺
ガス流の実測データをも制御要素とする方が好ま
しいことは言うまでもない。これまでにも炉胸部
中位〜下位に検出端を取付けて、炉内の周辺ガス
流強さを実測する試みがなされたが、検出端に対
する熱負荷があまり厳し過ぎて信頼できるデータ
を安定して収集できるまでには至つていない。

又炉況管理として特に問題となるのが炉壁熱負
荷であつて、実炉操業の安全性且つ安全性を維持
する上で炉壁の損耗状況を知り、補修時期を把握
することは勿論必要であるが、同時に炉壁を冷却
したりミルク状耐火物を注入することによつて損
耗を積極的に防止することも必要である。この場
合冷却効果を高める為には、壁内の温度変動だけ
でなく周辺ガス流分布を知り、その状況をも加味
した冷却制御を行なうことが好ましい。それは、
壁内の温度変動は周辺ガス流分布よりもかなり遅
れて伝播するので、この壁内温度変動のみに頼つ
て制御したのでは必ずしも十分な冷却効率が得ら
れないからである。そこでこの様な見地からして
も炉壁熱負荷の比較的厳しい部位、即ち朝顔部か
ら炉胸部にかけての周辺ガス流強さの実測が求め
られている。

本発明はこうした状況下になされたものであ
り、羽口上部特に朝顔部から炉胸部に亘つての周
辺ガス流強さを長期間に亘つて正確に推定するこ
とにより炉内ガス制御の精度を高めて炉内反応性
を向上せしめると共に、炉壁熱負荷等の炉況管理
を一層効率良く行なうことができる様な周辺ガス
流強さの推定方法の提供を目的とするものであ
る。

しかして本発明に係る周辺ガス流強さの推定方
法とは、壁厚方向に３以上の感温部を有し、壁厚
方向の異なる位置での温度を検知する測温センサ
ーを、竪型炉の周方向耐火壁中に適当数埋設し、
各測温センサーにより得られた炉壁内の温度変動
信号と炉内の温度変動信号との相関々係から耐火
壁の現在内面位置を推定し、該推定内面位置に相
当する炉内側壁温及び該推定内面位置から比較的
近い測温センサー上の一点に相当する炉外側壁温
を夫々求め、更に前記推定内面位置と前記比較的
近い測温センサー上の一点の間を流れる熱流を各
測温センサーについて算出し、その平均値の経時
的変化をもつて炉壁表面ガス流強さの定量的な経
時的変化を推定する点に要旨を有するものであ
る。

以下図面を参照しながら本発明方法の構成及び
作用効果を説明するが、理解の便を考慮して構成
要件毎に順を追つて説明する。即ち本発明方法で
は、まず、 (1) 壁厚方向に３以上の感温部を有し、壁厚方向
の異なる位置での温度を検知する測温センサー
を、高炉の耐火壁中の周方向に適当数埋設し、
各測温センサーにより温度情報を得る。即ち第
１図は本発明方法を高炉の炉胸部中位に適用し
た場合の概略説明図で、Ｂは本発明に使用する
測温センサー（以下単にセンサーという）を示
し、該センサーＢは鉄皮Ｃ及びスタンプ層Ｄを
貫いて耐火壁Ｗのほぼ内面に及ぶ位置まで又は
貫通する様に高炉の周方向に適当数埋設されて
いる。又センサーとしては壁厚方向に少なくと
も３以上の感温部を有するものであれば型式、
構造を特に問われないが、この様なセンサーの
好ましい一例としてのセンサーＢについて説明
する。即ち第２図は該センサーＢの一部破断斜
視図を示し、又第３図は第２図の展開断面相当
図を示している。これらの図において１は外套
シース管でセンサーＢ全体の保護部材としての
役割を果す。２ａはシース型熱電対で、更に該
熱電対２ａには熱電効果を示す１対の金属線
４，４′が挿通され、その先端はシース内にお
いて測温接点即ち感温部P₁，P₂，……P₆（以下
代表的に言うときはＰと表記する）を構成す
る。そしてこれらの感温部Ｐは長さ方向の異な
る位置を占める様に構成され、図では炉内側
（Ｉ側）から鉄皮側（Ｏ側）へかけてほぼ等ピ
ツチで長さ方向の位置を変更してP₁，P₂，…
…P₆を設けている。更に感温部Ｐの先端には、
シース型熱電対２ａと全く同一素材からなるシ
ース型熱電対２ｂをダミーとして接続する（図
中の６は接続部を示す）。又３は外套シース管
１内に充填されてなる耐火性の絶縁材であつ
て、熱じよう乱の影響をできるだけ抑えるため
に耐火壁特性に合つた熱伝導率を有するものを
使用する。従つてこの様なセンサーＢにおける
各感温部Ｐでの測温性能は精度的にも耐久度的
にも十分信頼のおけるものといえる。尚本出願
人の提案に係る実開昭57−81531号のセンサー
を使用すれば耐火壁の損耗にかかわらず長期間
安全に使用することができる。

(2) 各感温部より得られた炉壁内の温度変動信号
と炉内の温度変動信号との相関々係から耐火壁
（付着物を含む）の現在内面位置即ち壁厚l_wを
把握する： 炉壁内に測温センサーを埋設して壁厚方向で
の異なる位置における温度を測定し、その温度
情報に基づいて耐火壁の内面位置を推定するこ
と等については、従来からも幾つかの提案がな
されているが、本発明者等の開発に係る下記方
法（仮称：トリガーレスボンス解析法：特公昭
57−51444号）は、極めて高精度に内面位置を
推定し得る方法であり、特に好ましいのは、本
発明においてもこの方法を利用することとし
た。

即ち第４図はトリガーレスポンス解析法の説
明図で、P₀，P₁，P₃，……はセンサーＢの測
温点を示し、T₀，T₁，T₂，T₃，…は各測温点
において検知されている温度を示すが、本方法
においては、各測温点における検知温度の絶対
値を利用せず、下記の様に解析する。即ち第４
図の下方に示すグラフは、縦軸に温度、横軸に
時間をとつたもので、曲線T₁は測温点P₁にお
ける検知温度の時間的変化、曲線T₂は測温点
P₂における検知温度の時間的変化（以下同様
…）を表わす。そして図示した温度変化は、縦
軸の右外側に示したT₀点での温度変化（瞬間
的上昇）に対応する変化で、T₀点での温度変
化はトリガー信号として検知される。

従つてトリガー信号として検知された時を横
軸の零点とし、各測温点における刻々の温度変
化を追跡していくと、各点での検知温度がピー
クを示す時刻は、鉄皮Ｃ側ほど遅く表われる。
この遅れを遅れ時間と称する。

そして各測温点の間隔は、センサー埋め込み
時に設計される通りであるから、l₂，l₃，l₄及
びl₅は既知であり、又高炉操業の最初はl₁も承
知できている。T₀の変化は直接センサーによ
つて検知することもできるし、該温度変化の発
生時刻とトリガー信号として検知される他の検
出端との時刻の差を予じめ承知しておけば、以
下に説明する解析における零点補正を行なつて
おくことができる。さて第５図中のカーブ
〔Ｘ〕は、上記の如く零点補正を行なつた結果
得られたもので、P₀，P₁，P₂，…は夫々の測
温点を示し、各測温点で実測された遅れ時間を
プロツトして得たものである。そしてカーブ
〔Ｘ〕の横軸との交点P_xは、この場合零点であ
つて、P₀点は耐火壁の内面位置に相当するこ
とが分かる。

さて操炉を続行して耐火壁の損耗が進み、
P₀点のみならずP₁点を越えて損耗してきたと
するとP₂〜P₅の各点の横軸位置をカーブ〔Ｘ〕
の場合と同じにとりつつ遅れ時間をプロツトし
たのがカーブ〔Ｙ〕の実線部分であつて、P₂
点から先を鎖線にて外挿し、横軸との交点Py
を得る。このPy点は遅れ時間が零の点に相当
し、耐火壁の最内面がどの位置にあるかを推知
することができる。そして損耗が更に進み、損
耗が進んだ分、P₃〜P₅点と耐火壁最内面との
距離が短かくなつているので、それら各点にお
ける遅れ時間が短くなつてカーブ〔Ｚ〕は更に
右下方向へシフトしてくる。そしてこの場合も
鎖線で示す如く外挿すれば、現在時点での零点
（即ち最内面位置）を推知することが可能にな
る。

(3) (2)により推定された壁内面位置l_wに相当する
壁温T_wを求める：即ち第６図において横軸
（壁厚を表わす）のl_w点に相当する点（温度
T_w）としてT₂〜T₆測温点を用いたｎ次式曲線
を外挿して求めるか、もしくは、P₁点の測温
情報でも良い。さらには、壁内面位置の状態に
よつては次の様にしてもよい。即ち第７図に示
す様に壁内面位置l_w′に相当するｎ次式外挿曲
線上の点を読むことにより壁温T_w′は一応推定
できるが、近似曲線は実測点P₂に近づくほど
その近似率は高くなるので、図示の如く、僅か
にP₂点寄りのT_w″値を採用することも可能であ
る。

(4) 上記壁内面位置l_wに比較的近い感温部位置l_s
に相当する壁温T_sを決定する：即ち第６，７
図においてl_sとしては例えばP₂又はP₃とし、
夫々対応する壁温T_sがｎ次式曲線上の実測点
T₂又はT₃として決まる。但しP₂又はP₃から離
れた任意の点P′₂又はP′₃についてｎ次式を内挿
することにより推定温度T′₂又はT′₃を求めても
よい。

(5) 壁温T_wとT_sの間を流れる熱流Q_wsを次式
式より計算する： Q_ws＝λ／l_w−l_s（T_w−T_s） …… 〔但し、λはセンサーＢの熱伝導率（kcal／
ｍ・hr・℃）尚T_wとしてT″_w値を採用すると
きは次式′によればよい Q_ws＝λ／l_w−l_s（T′_w−T_s） ……′〕 (6) 上記(1)〜(5)の計算操作を周方向に取付けられ
たセンサーの全てについて行ない、（Q_ws）₁，
（Q_ws）₂，……を求める。

この様にして得られた熱流（Q_ws）₁，（Q_ws）₂，
…の変化と実際の炉内ガス挙動との対応性を検討
した所、下記する様に定性的に一致することが分
かり、上記(1)〜(6)の計算操作を骨子とする本発明
が周辺ガス流の推定方法としてすぐれたものであ
ることが確認された。即ち炉内ガス挙動の実測に
当つては、これまで炉口部にいわゆるスキンフロ
ー温度計を周方向に適当数取付けてこれらの温度
計により検知された各スキンフロー温度の単独値
又は平均値の経時的変化を把握することにより、
その推定を行なつている。そこで本発明者等も熱
流（Q_ws）₁，（Q_ws）₂，…についての平均値、即ち
１／ｎ_o 〓ⁿ⁼¹ （Q_ws）_oの経時的変化を捉えて前述のスキ ンフロー温度の経時的変化との対応性を調べた。
第８図はスキンフロー温度の経時的変化を示すグ
ラフ、第９図は熱流平均値の経時的変化を示すグ
ラフであり、両者の経時的変化の挙動は定性的に
一致していることが分かる。従つて前述の熱流平
均値１／ｎ_o 〓ⁿ⁼¹ （Q_ws）_oの経時的変化を捉えることに より、炉胸部上位から下方位の周辺ガス流を長期
間正確に推定することができるという確信を得
た。

又第１０図は、前述の(3)の計算操作の段階で各
センサーについて求められた、壁内面位置（l_w）
_１，（l_w）₂，…に相当する壁温（T_w）₁，（T_w）₂，…
の平均値、即ち１／ｎ_o 〓ⁿ⁼¹ （T_w）_oの経時的変化を示す グラフであるが、この経時的変化も第８図に示す
スキンフロー温度の経時的変化と定性的に一致す
ることが確認された。ただこの場合は耐火壁の炉
内側における直接的な熱の動き即ち熱流の変化が
考慮されていないので、その分精度上の問題があ
るが、操炉状況によつては上記内壁温度平均値の
経時的変化をもつて周辺ガス流を推定し、その推
定値を炉内ガス制御に役立たせることも可能であ
る。

上記では平均値による制御を述べたが、平均値
がスキンフロー温度とよく対応しているというこ
とから、周方向の各測定値を個々に捉えて制御す
れば周方向における偏流の解消にも資することが
可能であり、操炉管理の精度向上に資するところ
は極めて大きい。

尚上記実施はあくまで代表例であつて本発明を
限定する性質のものではなく、前述の趣旨に沿う
範囲内で適当に変更して実施することも本発明の
技術的範囲に含まれることは言うまでもない。例
えば測温センサーの型式、種数、取付位置、取付
個数等を適当に変更することは全て自由である。
更に上述の説明では竪型炉として高炉に主眼をお
いたが、これに限定されないことは言うまでもな
く、要するに操業に行なうに当つて炉内ガス流の
状況を把握する必要のあらゆる竪型炉、特に高温
竪型炉に対して良好に適用され得るものである。

本発明は以上の様に構成されるので、羽口上部
特に朝顔部から炉胸部に亘ての周辺ガス流強さを
長期間正確に推定できることとなり、炉内ガス制
御の精度を高めて炉内反応性を向上せしめると共
に、炉壁熱負荷等の炉況を一層効率良く管理しつ
つ竪型炉の操業を行なえる様になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を高炉の炉胸部中位に適用
した場合の概略説明図、第２図は本発明方法を実
施するために使用した測温センサーの一部破断斜
視図、第３図は第２図の展開断面相当図、第４図
は耐火壁内面の温度変化を示す説明図、第５図は
耐火物内壁側からの距離と遅れ時間の関係を示す
グラフ、第６，７図は損耗しつつある壁内面位置
に相当する壁温の推定図、第８図はスキンフロー
温度平均値の経時的変化を示すグラフ、第９図は
熱流平均値の経時的変化を示すグラフ、第１０図
は壁内面位置に相当する各壁温の平均値の経時的
変化を示すグラフである。 Ｂ……測温センサー、Ｗ……耐火壁、P₁〜P₆
……感温部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 壁厚方向に３以上の感温部を有し、壁厚方向
   の異なる位置での温度を検知する測温センサー
   を、竪型炉の耐火壁中の周方向に適当数埋設し、
   測温センサーにより得られた炉壁内の温度変動信
   号と炉内の温度変動信号の相関々係から耐火壁の
   現在内面位置を推定し、該推定内面位置に相当す
   る炉内側壁温及び該推定内面位置から比較的近い
   測温センサー上の一点に相当する炉外側壁温を求
   め、前記推定内面位置と前記比較的近い測温セン
   サー上の一点の間を流れる熱流を各測温センサー
   について算出し、その経時的変化をもつて炉壁表
   面ガス流の経時的変化を推定することを特徴とす
   る竪型炉における炉壁表面ガス流の強さ推定方
   法。