JPH062886B2 - 高炉操業方法 - Google Patents
高炉操業方法Info
- Publication number
- JPH062886B2 JPH062886B2 JP21773585A JP21773585A JPH062886B2 JP H062886 B2 JPH062886 B2 JP H062886B2 JP 21773585 A JP21773585 A JP 21773585A JP 21773585 A JP21773585 A JP 21773585A JP H062886 B2 JPH062886 B2 JP H062886B2
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- JP
- Japan
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- furnace
- distribution
- cohesive zone
- shape
- blast furnace
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高炉操業方法に関するものである。
高炉の操業において炉内の通気性が最も重要な課題の一
つであり、この通気性確保には融着帯と呼ばれる鉱石が
軟化・融着している領域を適正な形状に保持することが
必要とされている。このため従来より操業中に融着帯を
検知し、操業解析に活用する方法が種々提案されてい
る。例えば、特開昭５０−５３２０３号公報に示される
ように炉内径方向数ケ所に水平ゾンデを挿入して測定し
た炉内のガス温度、ガス成分を数式モデルに代入して解
き融着帯位置を検知する方法がある。又、特公昭５３−
１９２１６号公報に示されるように高炉炉頂よりコーク
ス−鉄鉱石類−鉄鉱石類−コークスのごとく、通常の交
互装入ではなく、二回続けて装入した鉄鉱石類を通過す
る炉内ガスの圧力変化を検出し、装入から該圧力変化を
検出するまでの降下時間を計算して融着帯頂部を検出す
る方法がある。さらに特公昭５７−５２９２５号公報に
示されるように高炉炉壁高さ方向の複数ケ所それぞれに
ついて炉壁温度を測定してその平均値の統計処理により
融着帯根部を検知する方法等がある。
つであり、この通気性確保には融着帯と呼ばれる鉱石が
軟化・融着している領域を適正な形状に保持することが
必要とされている。このため従来より操業中に融着帯を
検知し、操業解析に活用する方法が種々提案されてい
る。例えば、特開昭５０−５３２０３号公報に示される
ように炉内径方向数ケ所に水平ゾンデを挿入して測定し
た炉内のガス温度、ガス成分を数式モデルに代入して解
き融着帯位置を検知する方法がある。又、特公昭５３−
１９２１６号公報に示されるように高炉炉頂よりコーク
ス−鉄鉱石類−鉄鉱石類−コークスのごとく、通常の交
互装入ではなく、二回続けて装入した鉄鉱石類を通過す
る炉内ガスの圧力変化を検出し、装入から該圧力変化を
検出するまでの降下時間を計算して融着帯頂部を検出す
る方法がある。さらに特公昭５７−５２９２５号公報に
示されるように高炉炉壁高さ方向の複数ケ所それぞれに
ついて炉壁温度を測定してその平均値の統計処理により
融着帯根部を検知する方法等がある。
従来の技術は種々の検出端を駆使して炉内を把握するこ
とに重点が置かれており、現象論的に問題をとらえ、解
決手段をケースバイケースで考えてゆくという手法が中
心であった。一方、高炉内反応をモデル化して数式モデ
ルを組み立て、シミュレーションしてゆくという理論的
なアプローチも近年の計算機の発達によってかなり進歩
した。しかしながら高炉内では流動・伝熱・反応と複雑
に現象が絡み合っており、多くの未知数を仮定して問題
を解く必要があり、実際の炉況をシミュレートしていな
い場合も少なくない。かくして、高炉内を精度よく推定
し、制御してやるためには、検出端を活用した高精度の
現象把握能力と、理論的に裏付けされた推定モデルとを
有機的に結合し、一長一短のあるそれぞれの技術を補完
し、なおかつ従来法にない精度と広範囲に応用できる解
析システムが望まれる。本発明は測定ゾンデで得られた
情報と高炉数式モデルを組み合わせて最適な融着帯の位
置および形状を求めて操業する方法を提供するものであ
る。
とに重点が置かれており、現象論的に問題をとらえ、解
決手段をケースバイケースで考えてゆくという手法が中
心であった。一方、高炉内反応をモデル化して数式モデ
ルを組み立て、シミュレーションしてゆくという理論的
なアプローチも近年の計算機の発達によってかなり進歩
した。しかしながら高炉内では流動・伝熱・反応と複雑
に現象が絡み合っており、多くの未知数を仮定して問題
を解く必要があり、実際の炉況をシミュレートしていな
い場合も少なくない。かくして、高炉内を精度よく推定
し、制御してやるためには、検出端を活用した高精度の
現象把握能力と、理論的に裏付けされた推定モデルとを
有機的に結合し、一長一短のあるそれぞれの技術を補完
し、なおかつ従来法にない精度と広範囲に応用できる解
析システムが望まれる。本発明は測定ゾンデで得られた
情報と高炉数式モデルを組み合わせて最適な融着帯の位
置および形状を求めて操業する方法を提供するものであ
る。
本発明による高炉操業方法の構成は、炉内の流動、反
応、および伝熱を同時解析した高炉数式モデルによって
シミュレートした融着帯の位置および形状を炉内の測定
ゾンデで得られた情報で検証し、鉱石還元分布、ガス温
度分布、圧力分布、融着帯形状の差が生じた場合ガス拡
散係数、ガス境膜伝熱抵抗、炉芯の空間率、および装入
物降下速度分布をパラメーターとして差異を修正し、実
炉における最適な融着帯の位置・形状を探索し、適度な
中心流が発達した逆Ｖ型を理想形として、装入物分布条
件および送風条件を調整して最適操業条件を見い出し、
実炉に適用することを特徴とする高炉の操業方法であ
る。
応、および伝熱を同時解析した高炉数式モデルによって
シミュレートした融着帯の位置および形状を炉内の測定
ゾンデで得られた情報で検証し、鉱石還元分布、ガス温
度分布、圧力分布、融着帯形状の差が生じた場合ガス拡
散係数、ガス境膜伝熱抵抗、炉芯の空間率、および装入
物降下速度分布をパラメーターとして差異を修正し、実
炉における最適な融着帯の位置・形状を探索し、適度な
中心流が発達した逆Ｖ型を理想形として、装入物分布条
件および送風条件を調整して最適操業条件を見い出し、
実炉に適用することを特徴とする高炉の操業方法であ
る。
高炉数式モデルは第３図に示すように、高炉内の装入物
分布、ガス流れ、固体流れ、反応、伝熱を同時解析する
もので、以下の方法で順次計算を進め、融着帯形状が収
束するまで計算をくり返すことを特徴としている。
分布、ガス流れ、固体流れ、反応、伝熱を同時解析する
もので、以下の方法で順次計算を進め、融着帯形状が収
束するまで計算をくり返すことを特徴としている。
高炉への原料装入方法は、鉱石とコークスを交互に層状
に装入し半径方向の鉱石重量／コークス重量および粒度
分布を制御することによってガス流分布を適正に配分し
ている。このときの鉱石・コークスの傾斜角はガス流速
を考慮して小さくし、落下点を中心に装入体積分だけ積
み上げる方式をとった。次にこの炉頂における装入面形
状を初期値として、装入物固体の流れを単純なピストン
流れとして計算する。第２図に示されるように鉱石は融
着帯１で収縮し、ついには液体として滴下するものとし
た。ガスの流れは前記固体流れとは逆方向であり、羽口
３より吹き込まれ通気性の悪い融着帯１を経由して炉頂
から排出される。高炉シャフト部でのガス流れはErgun
が示した充填層の圧力損失と流速の関係を使用した。
に装入し半径方向の鉱石重量／コークス重量および粒度
分布を制御することによってガス流分布を適正に配分し
ている。このときの鉱石・コークスの傾斜角はガス流速
を考慮して小さくし、落下点を中心に装入体積分だけ積
み上げる方式をとった。次にこの炉頂における装入面形
状を初期値として、装入物固体の流れを単純なピストン
流れとして計算する。第２図に示されるように鉱石は融
着帯１で収縮し、ついには液体として滴下するものとし
た。ガスの流れは前記固体流れとは逆方向であり、羽口
３より吹き込まれ通気性の悪い融着帯１を経由して炉頂
から排出される。高炉シャフト部でのガス流れはErgun
が示した充填層の圧力損失と流速の関係を使用した。
−gradP＝ｆ１＋ｆ２｜｜……(1) ここで Ｐ：圧力 Ｇ ：ガス質量速度 φ：形状係数 ｇｃ：重力換算係数 dp：平均粒子径 μ ：ガス粘性 ε：空間率 ρｇ：ガス密度 鉄鋼石の還元反応に関してはほとんどが一段の総括反応
速度式を用いているが、多段逐次で並列的に還元が進行
するとの機構に立脚した多界面反応モデルを採用した。
融着帯１の位置を決めるのはガス流れ、還元反応ばかり
でなく、ガスと固体間の伝熱メカニズムが最も密接なる
関係があると考えられる。粒子流体間の伝熱係数はRanz
が充填層について求めた式を基本に垂直ゾンデ等の測定
結果で補正した。
速度式を用いているが、多段逐次で並列的に還元が進行
するとの機構に立脚した多界面反応モデルを採用した。
融着帯１の位置を決めるのはガス流れ、還元反応ばかり
でなく、ガスと固体間の伝熱メカニズムが最も密接なる
関係があると考えられる。粒子流体間の伝熱係数はRanz
が充填層について求めた式を基本に垂直ゾンデ等の測定
結果で補正した。
hp：粒子流体間の伝熱係数 Kg：ガスの熱伝導度 Pr：プラントル数 Rep：粒子レイノズル数 dp：粒子径 Ce：補正項 融着帯１は軟化開始温度と滴下開始温度を、還元率の関
数として与え、前記伝熱メカニズムで計算した温度分布
から形状を推定した。以上の計算を融着帯形状が安定す
るまでくり返し行ない、最後に融着帯形状、温度、還元
分布、ガス流れ、固体流れ等を出力することを特徴とし
ている。
数として与え、前記伝熱メカニズムで計算した温度分布
から形状を推定した。以上の計算を融着帯形状が安定す
るまでくり返し行ない、最後に融着帯形状、温度、還元
分布、ガス流れ、固体流れ等を出力することを特徴とし
ている。
該数式モデルとは別途に、高炉シャフト部において少な
くとも１個のセンサーを炉内装入物中に進入可能に設置
し、該センサーにより炉内のガス温度、ガス成分および
ガス圧力をシャフト上部から融着帯まで連続的に測定す
る。測定手段としては従来から一般に用いられている垂
直ゾンデによって行なうことができ、例えば特開昭５９
−１６９１７号公報を用いることによって容易に検出で
きる。次に前記高炉数式モデルを利用して上記で得られ
た該データに基づくガス流分布、鉱石還元率分布、ガス
温度分布、融着帯形状等の炉内状況が再現されるように
以下のように未知パラメーターの設定を実施する。
くとも１個のセンサーを炉内装入物中に進入可能に設置
し、該センサーにより炉内のガス温度、ガス成分および
ガス圧力をシャフト上部から融着帯まで連続的に測定す
る。測定手段としては従来から一般に用いられている垂
直ゾンデによって行なうことができ、例えば特開昭５９
−１６９１７号公報を用いることによって容易に検出で
きる。次に前記高炉数式モデルを利用して上記で得られ
た該データに基づくガス流分布、鉱石還元率分布、ガス
温度分布、融着帯形状等の炉内状況が再現されるように
以下のように未知パラメーターの設定を実施する。
ガス流分布が一致しない場合は、炉芯の空間率係数を０
〜１まで変化させ、鉱石の還元率分布の場合は、ガスの
拡散律速と考えて拡散係数を同様に０〜１まで振らせ
る。ガス温度分布に対しては、同様にガス側の境膜伝熱
律速と考えてガス境膜伝熱抵抗係数を変化させる。この
ようにして得られた融着帯形状が該データに基づくもの
と一致するまで上記の操作をくり返す。第４図に比較結
果を示す。
〜１まで変化させ、鉱石の還元率分布の場合は、ガスの
拡散律速と考えて拡散係数を同様に０〜１まで振らせ
る。ガス温度分布に対しては、同様にガス側の境膜伝熱
律速と考えてガス境膜伝熱抵抗係数を変化させる。この
ようにして得られた融着帯形状が該データに基づくもの
と一致するまで上記の操作をくり返す。第４図に比較結
果を示す。
こうして実炉と１対１に対応づけられた高炉数式モデル
を用いて問題解決のために思考実験を計算機を利用して
実施する。つまり、実際に操業アクションを取っても効
果が現われるのは数時間後であり、しかも一度炉況が悪
化するとなかなか回復しないという悪循環をくり返すの
が実体である。その点計算機を用いたシミュレーション
は短時間で効果が判明し、ドラスチックな操業条件に対
しても自由に試すことができる。
を用いて問題解決のために思考実験を計算機を利用して
実施する。つまり、実際に操業アクションを取っても効
果が現われるのは数時間後であり、しかも一度炉況が悪
化するとなかなか回復しないという悪循環をくり返すの
が実体である。その点計算機を用いたシミュレーション
は短時間で効果が判明し、ドラスチックな操業条件に対
しても自由に試すことができる。
操業アクションには、主に装入物の分布制御と送風条件
の調整が考えられる。具体的には、鉱石／コークスの半
径方向分布、鉱石・コークスの半径方向粒度分布、送風
温度・送風湿分等を１つあるいはそれ以上組み合わせて
最適操業条件を見つけ出すことになる。最後にシミュレ
ーション結果より最適な操業アクションを採用し、該セ
ンサーによってその効果を確認し、不十分な場合はフィ
ードバックして再度上記操作をくり返す。以上の考え方
を第１図の思考フローにまとめて示した。
の調整が考えられる。具体的には、鉱石／コークスの半
径方向分布、鉱石・コークスの半径方向粒度分布、送風
温度・送風湿分等を１つあるいはそれ以上組み合わせて
最適操業条件を見つけ出すことになる。最後にシミュレ
ーション結果より最適な操業アクションを採用し、該セ
ンサーによってその効果を確認し、不十分な場合はフィ
ードバックして再度上記操作をくり返す。以上の考え方
を第１図の思考フローにまとめて示した。
本発明方法は通常操業から移行した操業、例えば粒粉炭
吹込みのように装入塊コークス量が大幅に低減したり、
あるいは高出鉄比操業のように降下速度が大幅に増大し
ボッシュガス量が低下するような場合において大きな効
果を有するものである。
吹込みのように装入塊コークス量が大幅に低減したり、
あるいは高出鉄比操業のように降下速度が大幅に増大し
ボッシュガス量が低下するような場合において大きな効
果を有するものである。
実施例１ オールコークス操業から微粉炭吹込み（ＰＣＩ）操業へ
の移行期に本発明である解析システムを実施した例を以
下に示す。
の移行期に本発明である解析システムを実施した例を以
下に示す。
微粉炭吹込みは羽口３から約１３００℃の空気と同時に
微粉炭を吹込む操業であり、炉頂から装入する塊コーク
スの低減および原料炭と一般炭の価格差を狙った高炉操
業法である。第５図に示したように従来のオールコーク
ス操業とＰＣＩ操業を比較すると、羽口前の燃焼帯（レ
ースウェイ）２が拡大して溶解能力が増大するので周辺
の鉱石／コークス比を積極的に大きくし、中心ガス流を
保持する操業アクションを取った。これによって融着帯
頂部１ｂが上昇し、根部１ａが低下した形となった。そ
の結果第６図に示すように根部１ａが通気変動もなく安
定して低下することによって、溶鉄中の〔Ｓｉ〕もオー
ルコークス時に比べて早期に約０．１％低下することが
できた。比較のために本発明を使用しない場合の従来の
オールコークス操業からＰＣＩ操業への移行を重ねて表
示した。当該解析システムがないため試行錯誤の連続に
よってやっと最適操業を見つけ出すことが可能であっ
た。
微粉炭を吹込む操業であり、炉頂から装入する塊コーク
スの低減および原料炭と一般炭の価格差を狙った高炉操
業法である。第５図に示したように従来のオールコーク
ス操業とＰＣＩ操業を比較すると、羽口前の燃焼帯（レ
ースウェイ）２が拡大して溶解能力が増大するので周辺
の鉱石／コークス比を積極的に大きくし、中心ガス流を
保持する操業アクションを取った。これによって融着帯
頂部１ｂが上昇し、根部１ａが低下した形となった。そ
の結果第６図に示すように根部１ａが通気変動もなく安
定して低下することによって、溶鉄中の〔Ｓｉ〕もオー
ルコークス時に比べて早期に約０．１％低下することが
できた。比較のために本発明を使用しない場合の従来の
オールコークス操業からＰＣＩ操業への移行を重ねて表
示した。当該解析システムがないため試行錯誤の連続に
よってやっと最適操業を見つけ出すことが可能であっ
た。
実施例２ 高炉の改修期間等の増産が必要な場合において、酸素富
化と微粉炭吹込みを併用した高出鉄比操業が有効であ
る。酸素富化率を上昇すると熱流比（固体熱容量／気体
熱容量）が局部的に上昇してガスと固体の伝熱が十分行
なわれなくなり、鉱石が未還元状態で滴下するという現
象がレースウェイ直上で誘発される。そこで湿分を上
げ、レースウェイ２の温度を低下させ、ボッシュガス量
が増加する一方、周辺部の鉱石／コークス比率を融着帯
根部１ａ近傍の還元率が0.9以上になるように低下させ
た。その結果第７図に示すように平均出鉄比、2.5ｔ／
Ｄmm3という高出鉄比を安定して持続することができ
た。
化と微粉炭吹込みを併用した高出鉄比操業が有効であ
る。酸素富化率を上昇すると熱流比（固体熱容量／気体
熱容量）が局部的に上昇してガスと固体の伝熱が十分行
なわれなくなり、鉱石が未還元状態で滴下するという現
象がレースウェイ直上で誘発される。そこで湿分を上
げ、レースウェイ２の温度を低下させ、ボッシュガス量
が増加する一方、周辺部の鉱石／コークス比率を融着帯
根部１ａ近傍の還元率が0.9以上になるように低下させ
た。その結果第７図に示すように平均出鉄比、2.5ｔ／
Ｄmm3という高出鉄比を安定して持続することができ
た。
以上詳細に説明した如く本発明法によれば、従来経験の
ない高炉操業法に移行しても安定操業が早期に達成さ
れ、低燃料比、低〔Ｓｉ〕操業等に寄与できる高炉操業
上きわめてすぐれた発明である。
ない高炉操業法に移行しても安定操業が早期に達成さ
れ、低燃料比、低〔Ｓｉ〕操業等に寄与できる高炉操業
上きわめてすぐれた発明である。
第１図は高炉解析システムの基本的考え方を示す図、第
２図は高炉内の状況を示す図、第３図は高炉の数式モデ
ルのフローチャートを示す図、第４図は数式モデルで計
算した出力例を示す図、第５図はオールコークスとＰＣ
Ｉ操業の融着帯形状を比較した図、第６図、第７図はそ
れぞれ実施例を示す図である。 １：融着帯、１ａ：融着帯根部、１ｂ：融着帯頂部、
２：レースウェイ、３：羽口。
２図は高炉内の状況を示す図、第３図は高炉の数式モデ
ルのフローチャートを示す図、第４図は数式モデルで計
算した出力例を示す図、第５図はオールコークスとＰＣ
Ｉ操業の融着帯形状を比較した図、第６図、第７図はそ
れぞれ実施例を示す図である。 １：融着帯、１ａ：融着帯根部、１ｂ：融着帯頂部、
２：レースウェイ、３：羽口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−70209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−136906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−110706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−151209（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−50807（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−724（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】炉内の流動、反応、および伝熱を同時解析
した高炉数式モデルによってシミュレートした融着帯の
位置および形状を炉内の測定ゾンデで得られた情報で検
証し、鉱石還元分布、ガス温度分布、圧力分布、融着帯
形状の差が生じた場合ガス拡散係数、ガス境膜伝熱抵
抗、炉芯の空間率、および装入物降下速度分布をパラメ
ーターとして差異を修正し、実炉における最適な融着帯
の位置・形状を探索し、適度な中心流が発達した逆Ｖ型
を理想形として、装入物分布条件および送風条件を調整
して最適操業条件を見い出し、実炉に適用する高炉の操
業方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21773585A JPH062886B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 高炉操業方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21773585A JPH062886B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 高炉操業方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6277414A JPS6277414A (ja) | 1987-04-09 |
| JPH062886B2 true JPH062886B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=16708927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21773585A Expired - Lifetime JPH062886B2 (ja) | 1985-09-30 | 1985-09-30 | 高炉操業方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH062886B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103697696A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-02 | 钢铁研究总院 | 模拟高炉固液气三相运行实验装置及方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6119416B2 (ja) * | 2013-05-16 | 2017-04-26 | 新日鐵住金株式会社 | 高炉への装入物装入方法 |
| JP6311482B2 (ja) * | 2013-07-02 | 2018-04-18 | 新日鐵住金株式会社 | 高炉塊状帯のガス流速および還元負荷の推定方法 |
| CN118983558B (zh) * | 2024-08-01 | 2025-05-02 | 常州厚丰新能源有限公司 | 一种废旧电池负极废料的回收方法及回收系统 |
-
1985
- 1985-09-30 JP JP21773585A patent/JPH062886B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103697696A (zh) * | 2013-12-27 | 2014-04-02 | 钢铁研究总院 | 模拟高炉固液气三相运行实验装置及方法 |
| CN103697696B (zh) * | 2013-12-27 | 2015-11-25 | 钢铁研究总院 | 模拟高炉固液气三相运行实验装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6277414A (ja) | 1987-04-09 |
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