JPS60184607A - 溶鉱炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

高炉、電気炉又はガラス溶融炉など、炉内に高温溶融物
を収容して反応を推進させる炉を一括して溶鉱炉と呼ぶ
ことと定義し、該溶鉱炉の操業安１．。 定化と炉寿命の延長を図ることについての開発成果に関
しこの明細書で述べるところは、高炉を代表例としてそ
σｙ炉底耐大物の浸食状況およびその耐火物浸食面上に
消長する凝固層の分布状況や、その消長の速度を正確か
つ迅速に推定杷握することにより、凝固層の１−厚分布
を制御し出銑出滓など高炉操業の安定化を可能ならしめ
るようにした新規な溶鉱炉の操業方法を提案するもので
ある。 （背鍛技術） 近年の高生産性を追求した高炉の大を化や４１ψ業条件
の苛酷化は、炉底１Ｔｒ１火物の損耗を速め高炉前・命
を短くしている。そのため低経済成長の状況ドにおける
高炉操業では安定操業を行ない高炉寿命を延長して銑鉄
単価を切りＦげることが重要な課題よなっている。 （間、１ｌＬＩ点） この高炉のな定操業と身命の延長のためには、まず高炉
操業中炉底耐火物の１φ食状況を常時１巴４１ｎし、侵
六箇所の１呆１□１１χ４策を迅速かつ的確に取ること
が不可欠である。 また、同時に該保ｉ”Ｉ対液に由来し耐火物侵食面上に
生成、消滅を繰返す、Ｉを銑、コークス、れんが破片、
その他の装入物の混合した凝固層の分布状況を常時把握
し、で、耐火物保護対液の定埒１化を図るとともに凝固
層厚や層厚分布の制−１１を行なうことも必須のｒｈ砦
課題である。 すなわち、］二記の凝固層は耐火物の保護の面では・す
１底部耐火物のＦψ食面全戦にわたって１１＜生長して
いるノｊが望しいが、厚すぎて出銑ロレベル以」―に凝
固層が生長したならば炉底が冷え込み状ｊｐｕとなり易
く出銑滓作業の妨げとなる−１それほど顕５舊でなくと
も、凝固ｊ４が炉底中心部で局部的に大きく生ししたよ
うな場合、溶銑滓の流路が小さくなって１ｌｌｒｆｆｌ
抵抗が増加し一回の出（洗滓作猶で排出できる溶銑滓の
量は減少し、溶融物が炉床に残り気味となるので炉内全
体の通気性が悪化したり装入物の荷−ドリが悪くなる。 このように安定した出銑滓作業と炉底１耐火物の有効な
保護を両立させるためには、炉底部凝固ノーの消長を制
ｆ１１１できる技術を確立し、最適な凝固層厚や分布を
定ト１化して最適集注で高炉操業を行なうことが必要と
なるわけである。 従って炉１戊部耐火物の侵食状況は言うまでもなく、そ
の侵麹面上に生成、消滅を繰返す凝固層のオンラ・イン
によるモニタリングが１１ｉＪ提となる。 ここに炉底１耐火物は高炉火入れ以後徐々に損耗して行
くので炉底各部位のセンサーの測温値は１％萌的に徐々
に上昇するが、短期的には高炉操業襲件の変化や耐火物
保護対液の如何によってｊけ大物上に凝固１−が生長し
測温１直は低下する。それ放火べれ？＋　各部ｒへｚの
センサーが１′＆高・晃度値を示ｒ時点での７１Ｊ！ｌ
　ｌ雁、直を用い、・耐火物の１是朗状況を１館定し、
そしてセンサー１ｉｌＩ１．’＝　賄が低下した時点で
の測温値を用い１）「時点で推定した耐火物浸食面トに
’を良した凝固°癖の分乍状況を逐次推定して行くこと
が必要となる。 炉１ζ耐火物の４曳ラインや１耐火物受食面上に消長す
る炭固層の層厚分布う・イン、叩も、愛固１−ライン（
以下、士とめて「浸曳堤周層ラインー１と言う）を推定
するために、高炉炉底部に熱電対を復１３、配設し炉１
・（部の云燕計搾を行なわなければならないわけである
。 （従来技術） 従昶、炉底部の１食１費因層ラインの喉定には、炉底？
ｒ部の熱厩灼で検出された実測温度を用いて単なる一次
元伝熱、け痺か、またときに二次元伝熱計算として有限
要七法が１采用されて東た。 い底コーナ′部のｔ）食疑固層ラインの推定は、−次元
の１尺）へａＦ算によっては元来下ｉｊＪ　１屯で、高
炉炉底を炉のたて・１ｑ１１を対１４、軸とするｊ！ｉ
ｌｌ対称体（単に「軸対称体」という）と簡略化しても
二次元伝熱計算が不可欠である。 この二次元伝熱計算には一般に有限要素法が用いられて
来たが、これは非常に時間を要する面倒な作業である。 有限要素法や差分法など一般の領域法では軸対称間項の
場合、第１１４に示す如く対称軸を１として、斜線で示
した例えばθ＝０の子午線断面２を要素分割し、それぞ
れの要素で熱伝導方程式を満足するように変数（温度）
を決定する。 従って、侵食ラインの推定にはまず、第２図に示す如＜
　１１情度実測位置での炉底の子午線断面２を考え、４
当に浸食凝固層ライン５を仮定し、第２図の子午線断面
２の領域を要素分割して各部の温度を計算する。 一般に侵食凝固層ライン５は鉄−炭素系の共融Ｉ黒度（
約１１５０°Ｃ）の等幅線に一致すると考えられ°Ｃい
るので、侵食凝固１−ライン５とでの境界条件にはこの
温度１１５０°Ｃを与え曲の境界には炉底冷却条件をそ
れぞれ与える。第２１ズはこれによって７１１られた計
の結果の一例を示し、各等温線を与えＣいる。 次に炉底埋設置黒度旧６の位置での１ｉ−１’算値と実
測１直とを１−ヒ較する。それらの差がある温度範囲、
例えばｌＯｏＣより大きいならば、侵食Ｃ疑固１−ライ
ン５を少し移動させ新しい計算領域２を再度分割してヒ
述の操作を繰り返す。 すべての炉底Ｙ黒度計６の位置で削算値と実測値が、あ
る温度範囲内で一致するまでこれを繰り返し、浸炭凝固
層ライン５を決定する。 この方法によれば炉底温度計６のある時点の実測呟から
一つの浸食凝固層ライン５を８ｉ定するのに（技術者１
人）×（半日）×（１週間）という多大の［程を要する
。４うまでもなくこの１痒には「昆子計算機が必要で、
また１０回の入力データも非譜に多く、かなり大型の計
算機が不可欠である。 さらに侵食凝固＋４ライン５を自動的に移動させ、内部
要素の分割も自動化して入力することは不可能でないに
してもそれを実行するアルゴリズムは棋帷となり、また
１σ回温度Ｍｌ−ｅ位置以外の内部の不必要な温度１痺
も加オつり大きな計算コストを１決する。 このように従来の有限要素法などの領域法を用いて炉底
の侵食凝固層ライン５を推定するには多大の時間を要し
たのでありそのため、炉底温度上昇など異常時に際し、
すばやく炉底侵食状況を推定し、迅速かつ的確な炉底保
護対策を取ることは非所に困難な上、また、凝固層厚分
布を常時把握し、耐火物保護対液を時機を逸せず行ない
、出銑滓作業が安定するように層１１分布を最適に制御
すると言ったことは不可能である。 まして、製鉄所には一般に複数の高炉が設置されている
ので、それらの高炉のすべてについてそれぞれの炉底状
況を常時把握し長１υＪ的な保護対液を取り操業の安定
化を１図ると共に、異常時に即応するといった炉体管理
は事実上ｆＦｉＪ能であったのである。 （発想の端緒） このような状況のもとて発明者は、最９斤盛んに研究さ
れ始めて来た境界要素法なる数値計ｎ法によってｔ軸対
称問題が二次元間顆から一次元量１・１に変換されるこ
とに着目したつ すなわち、第３１・閣に；Ｆ、　を如く子午線断面２の
境界線４（例えば、θ−０の子午線断面と用１対称領峨
の境界部との交Ｍ）を要素分別し、各要素（すなわち線
分）９ヒで熱伝導か糊代にλ１応する境界債分方哩戊を
、・１４足させればよく、第４１４に境界安素法によっ
て得られた炉底の伝熱計算の一例と各等温線を示す。 第４図かられかるように境Ｗ′皮素法でけ境界線４のみ
（ただし、れんがの＋ｉＲ頌が異なる！　ｅにはそれら
の境′ｆＹ線を含めて）を要素分割して計４すれば、伝
、為間１゛砲を肩°くことができ、内部の温度も得られ
たｌ寛界りの変成１直、」なわちｌ、■度と熱流速の１
直をＩＩＪいで二）りめることができる。 境界間外法ではこのように頭載内部、！４１Ｊち炉底部
れんが８の要素分１クリは小用となり、炉ｒＨれんが８
の浸食挺固層ライン５の推定の自動化が可能になる。 浸−Ｉ！１：凝固層ライン５のｌｆＧ定のプロセスは」
−述の有限要素法の局舎と同じであるが、億が要素法を
応用することにより、侵１１＋：Ｉｌｕ固１ｆ４ライン
５の停動ごとの内部の要素分別がｆ・外となり、また内
部温度の１痒も炉底叩設温度、′？′Ｉ６のｆｉｋ置の
みで行なえばよく不要な旧痒は一切なくなる。 この計り：法を適用することによって１〜２分の、キ１
算時間で１ケースの解（真の浸食ライン：後ｊｉＢする
第６図の１１の位置；真の・葵固１−ライン二後ボする
第７１４の１４の位Ｗ　）が得られるため、王政や計算
コストの削減は言うまでもなく、製鉄所内の全高炉につ
き統一的な炉体管理により安定した出銑滓作衷の和しお
よび炉底温度上昇など異、茗時に対するアクションのｉ
Ｒａ化が可り目となり高炉ｌＩｙ！業の安定化や高炉寿
命延長など多大の利益をヒげることができる。 （発明の目的） 以りのべたところを要約して、この発明の目的は ｔｌ）ｌ寛が要素法の活用によって伝熱問題の次元をひ
とつドげて、軸対１へ間項を一次元問題に帰着させ、 ■　かくして高炉炉底の侵食凝固層ラインの推定にこれ
をゲリ用してｊｆ易に自動化できることから、炉体のオ
ン・ライノ庁理による出銑滓作業等高炉Ｍ業の安定化や
炉寿命の延長をｊ司ることができる、ｍ鉱炉の１榮窄方
法をＩＡ立するところにある。 （発明のｔｌｌＪ成〕 この発明はｌ′８′吠炉の炉ＩＪギを１．監視しつつ枦
１ｆ■業を行うに際し、以下の−Ｖ程を包含する溶鉱炉
のｊ染業Ｊｊ法である。 （ａ）　炉底１耐火物上および／または炉底耐火物の外
に面に配置没した複数の１ｊｌｌｌ温センサーにより、
炉１戊１．Ｉ！度を検出する工程、 （ｂ）　（ａ）の最高と都度を１（出する工程、（ｃ）
　（ｂ）の温度から境界要素法を用いて炉底につき炉の
たて軸を対称１１＋とする一１Ｑｌ＋対称体として伝熱
１管析を行い炉底耐火物の侵後形状を予測するＬ（呈、 （ｄ）　（ｂ）の「程以降に炉底温度が低ドした時の温
度を検出する工程、 （ｅ）　（ｄ）の温度と、（Ｃ）で予測した炉底耐火物
の＋：ｉ賞形状をもとに境界四素法を用いて炉底Ｑこつ
き炉のたて軸を対称軸とする軸対称体として伝熱解析を
行い浸食された炉底１耐火物上に生成した炉内溶融物の
凝固層形状を予１１（σする工程および（ｆ）　（ｅ）
の７疑固１−形状をもとに、その厚み及び分布を、炉底
冷却条件を含む炉操業条件σ月列択によって制御し、前
記（Ｃ）の炉底耐火物の侵食成長を１５１：１止する工
程。 さて以Ｆに、し龜界要素法の計σ原理とこれを応用１し
、高炉炉底部耐火物の優良状況および１１］ｆ火物１歩
庚而トに生長消滅する硬固１−の分布状況をオンライン
で推定し、連数高炉の炉体管理および操業の安定化を図
る手順について具体的に述べる。 ちなみに境界要素法については、ｒ山に境界端分法、境
界積分方程式法、特異点解法、グリーン関数法、周辺積
分有限要素法など種々の名前がつけられているが、ｄ士
算１東理、すなわち、場の支ＩＪｅ拐文分方程式を境界
］二の積分か桿式に保合させ、これを有限・樹素法なる
ｎ値解法と頌似の方法により離散化、房素分割しｒ　ｌ
Ｚｊをめるということにおいてすべて同一のものであり
、ここでｉｌう１ギε界′堤素法とＧｊそれらをすべて
含むものである。 （計算原理） ｔｊχｔ’＋’−’堤素法による軸対称ボ戸ンシャル間
１Ｉｌｌ！（定騎伝熱間１１１１：］　）の定式化、離
散化および解法につぃ一’ＣｉＩｇべる。 （り定式化 第５図Ｇ・二示ずよ・）な軸付称領域Ωを考え、その境
界面ヲｒ　（＝７’ｌ　＋　７’２　＋ｒａ　）　トｔ
　６　ト、ポテンシャル間ＩＭの支配か程ｊ（と境界・
ト件は次のように表わされる。 支配方程式：２１１（Σ）　＝　（ｌ　聞・曲・・・・
・（１）ここで、ｕ（乏）はΩ内の壬（５）点４てのポ
テンシャル、ｕ（ｎ）　トｑ（、、：）はＩ’　、−Ｆ
−の（ＥＨ点りでのポテンシャルとｒ４ｉｕ東、ｕｏ＋
　Ｑｏは現定された値を示し、ｕａとｈは周囲ポテンシ
ャルと（熱）伝達係数である。伝・部間：顆の楊合イポ
テンシャルＵは＠Ｉ！：、ｆｆｌ東ｑハ熱ａ、東となる
。 η慮中の問題に対するｌ寛界上のｃ〃分か桿式は、次式
（３）で与えられる。 ０（，１ｉ）１１（，４、）＋ノーｒｐＵ（：）　・ｑ
　”　（、：、０．、：）ａ　ｒ−ＪＪｒｑ（：）・ｕ
’（、：□、尼）＋１’　＝１３）ここで、Ｌよ、芯は
Ｆ上での任ぼ点を表わし、Ｇ（０・）＾ψ１ は境界が滑らかな時はＣ（兄、）　＝　０．５であり、
滑ら□かでない時は等ポテンシャル条件よりその幀を間
接的にめることができる。また市み関数ｕ＊　（、ｉ、
、芝〕、あるいはｕｏ（乏ｉ、乏）は無限媒体中で式（
１）に対応する次の成分方程式（４）を満たし、店番ｉ
１＋’４と呼ばれる。 ２ｕ°（芝１．芝〕＋δに−４、）＝０　・・・・・・
・・（４）ここで　Ｘｏ、芝はΩ内の任、は点を表わし
、δ（乏−Ｘ−０）はＤｉｒ　ａｃのデルタ関数である
。三次元可か物体に対する式（４）の１す〒およびｑ　
”　（Ｘ、　、　Ｘ）は次のように表わされる。 ｕ　（〜ｉ、Ｊ　１／４　ｙｒＲ−（５）９ｍ（Ｍｉ、
二）−θｕ＊（ｂ、乏）／θｎ＝（−１／４πＲ２）　
（ａＲ／、、、）　−−（０）ここで、Ｒ−１〜−〜１
１であり、嘔位廃中負荷の働く点こ、と池の点４との距
離を表わす。 氏（５）　、　（６）４：ｉ、ｒ上の点Ｌｉ、Ｌに対し
ても成立する。 ｌ１ＩＩ対称間１題ではポテンシャル、流束とも円周方
向には無関係に一定である。従って、第５１叉に示すよ
うに式（３）　、　（５）　、　（６）を円柱座標系に
変換し、兼敗化して救値喧をめる。ここで、第５図に示
すように意見、　、：に対応するθ−θ′＝ｏの点をそ
れぞれＬ工、４とし、点几での外向き単位法線を迂−（
ｎ□、ｎ２．ｎ、）とする。 θ−〇だからＮ兵２−、−０となり、点几での外向き単
位法線ｎは五によって次のように表わされる。 Ａ　フ（ｎｉ　、ｎ２＋　ｎａ　）−（五ｃｏｓθ、ｎ
□ｓｊ−ｍθへ）　ニー（７）また、Ωは軸対称である
から尼ｉではなく元□（θ−０）について考察しても一
般性は失われない。従って、θ−０として式（５）　、
　（６）中のＲとＲの法線方向導間、数を円柱座標系で
表わすと次のようになる。 Ｒ＝Ｉσ−σ、１ 〜　＾司− −（ｒ　＋ｒ　−ｚｒｒ　’ｃｏｓθ＋（Ｚ−Ｚ’）”
：］％　・（８）θＲ／ａｎ＝（ｒ−ｒ′ＣＯ８θ）ｎ
１／Ｒ＋（ｚ−ｚ’へ／Ｒ−＝（９）ただし、兄−（ｒ
＋θ、２）、ムー（ｒ　／、０　、ｚ　’）である。 いま２軸を含むθ−０の平面とＦとの交線Ｓ上のｕ、ｑ
の瞳をそれぞれｉ、互とすると、軸対称であるから次の
ようになる。 Ｕ（兄）−畝！、〕、　Ｕ（σ、）＝ｕ（ｆｆ、）へｄ
　〜１ ・（１０） よって、式（３）の円柱座標系表現式は次式（１■）で
与えられる。 （ｊ　（、ｉ４．）−ｕ　（、ｉ、、　）→−”ｆｆＦ
。ｕ（、ｉ）−丁（、ｊ、、３）・ｌ　Ｊ　ｌ　ｄ７”
。 ７／Ｊ７’ｏｑ（ｉ）・箱ｉ、Ｈ）・ｌ　Ｊ　Ｉ　ｄ／
’。＝　（１１）ここで、／’、ｕ（σ、σ）、ｑ（σ
、、σ）はそれぞれＣ〜１〜　〜１〜 １’　、　ｕ’（ａ、、σ）　、　ｑ’（ａ、、σ）の
円柱座標系表現式で〜１〜　〜１〜 あり、ＩＪ＋は属僚変換に伴うヤコビアンである。 （２）１雑故化と１″１丁法 式（１１）はＺ・１１１１を含むθ−０のγ−面とＩ゛
との交線ＳＬのポテンシャルｉとｌイＣ東１に関する債
分方糊代である。藺つＣに次元問題と全く同様に、Ｓを
嘔索分割すればＡｆｔ故化代数方１呈式が得られ、これ
をｊすＹけは問題は１仔決される。ただし、式（１１）
中のｕ、ｑ　に関する漬汁は回１法体表面Ｉ゛、［―で
行なわれる必要があり、二屯債分となる。 いま、ＳをＮ個の境界要素ζこ分別し、（６７点ｊでの
ｔｆｆｉ点ｉ、＋ｔを石、互　と表わす。内そう関数φ
を用σ）３ て要素内のｕ＋Ｑが次のように表わされると仮定Ｊ゛る
。 Ｕ（兄）−φ（昆）・見、ｑ（兄ノーφ（兄〕・鬼　・
・（１２〕トルである。式（１２）を式（１１）に代入
すると、次の離散化代数方程式が得られる。 ただし、Ｈ１ｊ＝ｆｆ、。ｊφ咀）・丁咀□１，３）　
・ｌ　Ｊ　Ｉ　ｄｒ。（１４）Ｇ、＝Ｊｆｒ。ｊφ（元
）・ｕ＠（Ｅ、促）・ｌ　Ｊ　ｌ　ｄ７’。（１５）で
ある。 ここで、例えば、第５図に示される境界要素（線分）Ｓ
５．ヒのｒと２の１ぬ係と２の変数変換によりｒは次の
ように表わされる。 ｒ−ａｚ　＋ｂ＝ａ＠へｚ＠ｔ　＋ａｚＪ＋ｌ）−・・
・（１６）ココテ、△ｚｊ＝ｚｊ＋□−２ｊであり、ａ
、ｂはθ＝０千面上での要素Ｓ、の勾配と切片を表わす
。 式（１６）を用い９累ＳＪをベクトル衷示すると、ｒ＝
（ａ−ΔＺ　・　Ｌ＋ａｚＪ　Ｉ　ｂ　）ＣＯεθ　・
」二〜　ｊ ＋（ａ　＊△Ｚｊ　１１　ｔ、　＋ａｚＪ＋ｌ）　）ｓ
ｉｎθ°↓＋（△ＺＪ−ｔ　＋　Ｚｊ）・坦　・・・・
・・・・・・・　（１７）となる。ここで、ｉ、ｊ、に
はＸ、Ｘ、、Ｘｌｉ伯方ＮＮ、、、　１　２　８ 向の中位ベクトルである。 これを用いれば、式（９）の五や式（１１）のＩｌｌは
次のように表わされる。 ｎ　＝　（△ｚ、／１．　）（ｉ　−ａｋ）　・＋・・
＋＋・・（１，８）〜コ、１〜 ＩＪＩ−１，−（ａ、−△ｚ、−ｔ＋ａｚ、＋ｂ）・−
−−−−（ｔＯ）Ｊ　］　３ たたし、ｌ　は要素Ｓ　の長さ、ｌ　−（（ｒＪ＋　ｔ
−ｒ］　）　＋Ｊ　Ｊ　Ｊ （△ＺＪ）２声−Ｃある。 ＪＳた（１／’１．、−　Ｉ　Ｊ　ｌ　”　ｄ　ｒｃ−
Ｉ　Ｊ　ｌ・（１θ・ｄｔであり、式％式％） 債分を行なうことにより、Ｈ４ｊとＧＩＪを評価するこ
とがてきる。ｚ　＝一定の゛ト面ヒにあるｒｊ’ｌ　、
、、％す２．（ζに対しても全く同様に式（１４）’、
　（１５）を評価することが可能である。 すべての境界節点に関し式（１８）を考え１、Ｆ０上で
はＵの値が、Ｆ２とＦ８−ヒではｑの値が規定されてい
ることに注意すれば、未知数はＮ個で全体系の代数か程
式は次式のようになる。 ＡＸ−Ｆ　・・・・・・・・・・・・・・　・＜２０）
ここで、Ａは係数マトリックス、ＸとＦはそれぞれ未知
節点晴のみと既知縫のみとを含む列ベクトルである。 ４　（２０）をＸについて解けばよい。 Ω内の任啄点Ｘ、でのポテンシャルは、’１ε界上の９
１ 節点１什を用いて次式により計算することができる。 以上の計算原理は次のように要約することができる。 ■　定常熱伝導問題の支配微分方程式（ラプラス方程式
）（１）を境界条件（２）と結合して虞みつき残差表現
式を作る。 （ゆ　この・貧みつき残差表現式を境界ヒの債分方程式
（ａ）に蓋換４−る。 ◎　軸対称性を考＃ｌｆ、　Ｌ、て式（３）を円柱座標
系表現式（１１）に変換４−る。 ＠　式（１１）の解を数値的に１管くために、領Ｊ或Ω
（第５図）の境界部Ｆ。を要素分割すると、式（１８）
の；惟故化代紋方程式を得る、＋Φ　式（１３）の係数
Ｊｊ　＋　（ｙｉｊ　（弐〇＋）　、　（１５））を計
画するために分ｘすされた各境界ｆ！判而面。。 をベクトルによって助変数表示（式（１７））−Ｊる。 （Ｄ　戊（１７）をＩｌｌいれば、＋”：、　（１４）
（１５）を二ｒｉ積分に′勿換することかでさ、それら
の１直を数１直的にめることが１ｉｆ　ｉｉ＠となる。 ■　各・周索Ｉ“。コについて式（１８）を４えると、
仁用故Ｎ個、氏のｃ！１．Ｎ閘の代数方程式（２（１）
ができ上がり、これを岬けげ、１寛界Ｊ二のすべてのｒ
ａ　ＩＧ（と熱流束が決定される。 （］）　領（哉Ω内ｊ＜シの１１−λ度は１碓γトＪ二
の都度、５鵠、パ亜東を用い１．Ｑ（２Ｎによって弓ｔ
し′）−される。 さて境界閥素法による侵食ラインおよび凝固層ラインの
推定方法はそれぞれ同一であるので、温度計６の測温直
が一時上昇し耐火物の侵食が仏性した後、耐火物保護対
液や操業条件の変化により侵食が停止し、ｌｉＬ同１−
が生成、消滅を繰返している期間における凝固層ライン
の推定手順、および分布制御によって出銑滓・作業を円
滑にする手法について以下に述べる。 （］）　境界要素法に基く数値計算法により、軸対称項
城の伝熱間砥（変数、叩ち温度と熱流束は円周方向に無
関係となり、頃１或のひとつの子午線断面を対家として
解くので二次元間、肩となる）を軸対称頃域の子午線断
面の境界部での債分間−暇（境界は線分で表現できるの
で一次元問題となる）に変換する。 （２）高炉の炉底部（れんが債み部８）は軸対称体と考
えられるので、第６図に示す如くこの炉１戊のある子午
線断面（炉底間部温度計６の位置を含む而）の境界４を
微少な境界帰属（線分）９に分割する。 （３）凝固層ライン５の４′ｆ１．ＩＪ））　ｆｊα囲
を前時点でＩｆｆ定ざ１れた耐火物）ジ）＋（ライン１
１よりも炉内側に設定し、ライフ５０辺明ｆ装置を与え
る。凝固層ライン５Ｆの境界′決素９上の節点１　ｉｌ
の境界条件とし′Ｃ秩−炭素系の共融温度１１５１）　
”Ｃを与える。 （４）　他の外部俺界トの・悶素９上の節点１　（ｌに
対しては外部の冷却条件（抜熱用、あるいは冷却の、！
％伝達係教）を与える。 （５）各す界安素９上の節点１ｏにはｌ＃、界条件とし
て温度、熱流束、あるいは熱伝Ｉ！係数の何れが。 ひとつが与えられるので　１ｉｊｌ　、、ｆｉがｌＡ’
ｆされ１昨＜ことができ、全１題界翅−斡９］二の所ｊ
点１．１１でのｒ晶１ρと熱流束が決ｊｐされろう （６）　このように決定された各障界安素ｇ　Ｆ、の節
点１０における・ＡＫ度と格１加東とを使用し、境界要
素法で導かれた代によって炉底埋設温度計６の０’Ｌ　
ＩＰ’ｔ’Ｃの＠１朝を計ｑする。 （７）　７都度ｇｌ”３の位１１ｑでのパ１゛ｌ）：　
ＯＮと実測値とを比軸し、予め設定された条件をｔｉ總
足すれば（例えば、その冷がすべての温度「１［６の位
置で予め決められた温度範囲（例えば１　（１’Ｃ）内
にあれば、）始めに仮定した凝固層ライン５を温度計ｌ
１ｉ１１時の真の浸食ライン１４・とする。 （８）　もし、条件を満足しなければ、凝固層ライン５
を自動的に移動させる。 （９）　新しい凝固層ライン５を尾に）、　ｉｆ［Ｅ　
（３）〜（７）　＋７）　７’ロセスを友行する。 （１０）予め与えられた条件を満足するまで（３）〜（
７）のプロセスを僅り収し、真の、・ソｆ固層ライン１
４を決定する。 （１１）ある時な１１の測定値から真の凝固層ライン１
１をＩｆｌｉ定するための所要計算時間は初回推定の１
局汁１〜２分であるが逐次推定しておれば１０〜３（）
秒であるので、時々劾々の＃ｔ　１ｔｌｌｌ°直がらオ
ン・ラインで温度計６の埋設面の推定炉底７１固層ライ
ン１．４をＣＲＴ表示し、操炉者に速報する。 （１２）これにより高炉炉底各部の凝固層分布状況を常
時把握し、より安定した出続滓作業を実現するための、
費固層分布の制御をＩＢ速にかつ的確に行うことが可能
となる。 （１３）例えば、安定した出、跣滓作猶を行なうために
。 はパ必固ｊ−ノヴが建設時１ｉｌｉ′Ｉ火物レベルより
（＋、ｆｉｎ以にの高さにならないように、また、耐火
物保護のためにはできるだけ１句−てかつ１ゾ＜１１６
１層が１１ｉｊＪ火物１ジ改而りに′を同するように、
炉１戊１底而や炉底１１１１１壁の各部を制御冷却し、
羽１」がら吹込まれる熱風の１ｔや・虱１宋、燃４：Ｆ
１ヒ、装入物の炉内分布の凋啓を「テなう。凝固層の最
適な厚みや分布および冷却や吹ｉΔみ、熱風や麦人物牙
の曝作変致計は、高炉の友きざ、・υヨｊ戊＋４１ｔ　
ｒ貴、付；Ｗ、（ン１ｉ’ｆｆ埋々によって鴇なるのは
当然のことである。 （１４）推定される・凝固層の１１みとゆ布がｌ祷４と
締えられる範囲を免税しているならば、１献、高範囲に
それらが収るよう冷却在席をヒトし、熱風噴の増成、高
炉り部装入物分（５＋Ａ整による；熱風の炉内汁４ｆｉ
　ｌｌｉ幣、ｊ然科比の増減を１１なう７、以Ｆのよう
にして温度、１１６の１旨示値を基準とする間断こそ従
来とり１［［−ヒ同様であっても、戸１戊ｒｔｉ造、１
９暖す耐火物、冷）ｅ１１条件、熱；虱吹込み条注昏に
よってＣ凝固層ｏ）ｌ！ｌみや分布が頚なり、従にのＨ
法では凝固層分布の出・跣滓作梁に与える影響や耐火物
の保護に対する寄与を迅速かつ的確に判断することはｌ
［ＩＩであって、はじめて述べたように凝固層の分布状
況の逐次推定に多大の工数を要し、はとんど実幼をあげ
ることができながったのに対し、この発明によれば浸食
ライン１１の推定はもとより凝固！−ライン１４の推定
を非常に容易に短時間で行なうことができ、オンライン
化が可ｑｌとなって、時々刻々の凝固層厚や層厚分布の
把）屋と制御が可能なので高炉検案の安定化、ひいては
高炉寿命の延長が有利に達成されるのである。 ８産銑鉄５０００）ン級の大型高炉において炉底埋設温
度計６の、ある寿測値に対する炉底凝固層ライン１４の
推定例を模式的に第６図に示す。 炉底埋設温度計６の位置を含む子午線断面を考え、その
境界４を安素９に分割する。凝固層ライン５の移動範囲
を前時点で１１トポされた耐火物侵食ライン１１よりも
炉内側に設定し、凝固１燐ライン５のｗ期位ＩＮを与え
る。次に凝固層ライン５上の境界節点ＩＯに噴界条件と
して１１５０　’Ｃ′５−ｂ　ｆ、−Ｊｊ炉底れんが８
の外面−（二の１昇節点１０には各冷却条件を与える。 噴界彎４ζ法を適用して全境界節点１０での温度と熱流
東、およびｌ＾Ａ度計６の位置での密度を計轡。 する。 ｌ、！！度ａＦ　６　（７）実１ｕｌＪ　ｉｉＡ　トＲ
［＜Ｑｌ　ｒｕｔ　トカｐメ与エラレｔ、＝条件を満足
するまで凝固！−ライン５の移＋ｆｆＪＪをイＡす１区
し、その結！石、第６図に示すような真の凝固層ライン
１４・が決定される。 （Ｖ固層ライン５のＣ力量位置と決定された凝固層ライ
ン１４の位１？ｔが、セければ、ＩＷ定に欲する計算時
間は２分吐くなるが、爪′時ＢＢ定して：Ｉ５れば僅か
の僅返しでへの・堤固層ライン１４はｒへ速に央１辷さ
れ、計算時間はｌＯ〜３０秒程度となる。 平均出銑Ｆ；　５１）　（ｌ　Ｕ　ｔ／ｄａ、ｙ　（７
）上記高炉ニ１６イーｒ火入れ後、約７カ月の時点で炉
底埋設温度Ｈｔ６全体の７１情度指示値が、急上昇し、
最高温１ヶ到達時点の准ノｊｌ耐火物）う食ラインは第
７図の１１に示すものとなった。これに対し、実測値が
急上昇し始めた時点から時々な１１々准定された暖間ラ
インに基づき浸食が特に進行していると予想される炉底
コーナ部および炉底底面の冷却を強化し、羽目送風ｉｔ
を若干減少させるという短期的な保護対策を取るととも
に、装入Ｔｉ−ｏ２にの増加や周期的な休風の実施とい
う長期的対策を同時に実姉した。 この対策実施後約１週間で耐火物の浸食傾向が停止し、
炉底温度計６の指示はほぼ一定となった。 対ｊ伐実施後約１１日で耐火物侵朗面りに銑鉄コークス
耐火物破片等の凝固層が形成され始めるｉ傾向を示し、
炉底温度計６の指示値は徐々に低ドし始めた。 従って、対′ｉｆ処癩後１８日目から送虱潰を徐々に増
加づ−るとともに炉底冷却強度を徐々に緩和した。Ｔｌ
Ｏ２の装入ｌ＠も減少して行き約１カ月後に推定凝固Ｉ
＃厚が炉底全面にわたって（１，５、ｍを越えたのでこ
れらの対液を打ち切り、通常ＩＩｆ／！業とした。 そのｒ麦、凝固層厚みは最適１−厚の範囲内に落ち着き
、出銑滓作業等高炉作業は１；ｎ１周に行なわれた。 次に火入れ後、約１１カ月の時点で高炉の減産操業には
いり、出銑比を１゜８から１．５に低下したとごろ、炉
底恭度計６の指示は、出銑嘴の減少とともに低ドし始め
、約５日（麦にはかなり低トした。 このＩＩ；’ｊ点での推定凝固層ラインは第７図の１４
に示すものとなり、炉底中心部に大きく凝固Ｉ彌が成長
し炉底部の溶銑、溶滓の通過抵抗が大きくなっているこ
とが予１すされた。ここに炉底温度低下開始１１後から
１ｉＬ！ｌ当りの出銑滓作業による出銑滓、ｌは低ドし
始め、出銑滓頻度は増＋ＪＩＩ　ｔ、た。 鴻１舊、出、銑滓作業は１回当り２・考量余りで１日に
約１０回行なわれていたが、炉底、′雁度が低下し始め
ると１回の出銑滓作業の開始後２時間未満のうちに出て
跣１」から炉内カスの・＾出が始まるようになり、引き
続いて出銑滓ｉｉＪ　Ｈ屯時間が余々に短くなってｒｊ
つだ。 こうして２週間ｊ麦には出銑・ｊ

【をｒａＩ４するため
のｔＢ　桃滓回故は１１−Ｉに１．５〜］　６　ｉＨＩ
に１曽Ｄｎするようになった。 一１投に・η−１１戊中心の凝固層」−に１−デッド・
マン−１と呼１はれる装入コークスの大きな集合体が存
在ず７１−　ｉＦ、は）Ｉψ法中−１−ｔ］は浦尋陣（
ハ白いコー々スー鈷１眞層となりＬ部から、商工して東
た溶＠１′Ｈ滓の１ＨＴ１過流路となっていると考えら
れている。ところが、炉底部全体の温度が低下した用台
、溶銑滓の凝固等によりこのコークス充填１脅の通液性
が悪くなり溶銑滓の炉底中心への滴下量が減少し、炉底
中心は−ｊ惜低Ｔ′品化する１頃向になる。この時同時
に、羽口吹込み熱風の炉中心方向への流れが阻害され、
炉壁方向に熱畷が通過する傾向が助長されるようになる
。この場合、羽目よりＨのレベルの炉壁面ではガス流床
が過大となり、９戸壁への捌吊りゃスリップ（急激な装
入物の落下〕現朱を引き起こすようになる。通常１．Ｏ
ｍ以上のスリップはほとんど済ＱＩＥであるが、上述の
ような状況では１日２〜３回生じ、また、５ｍを越える
ような異常スリップ、それによる羽Ｉ］の（員傷、湯溜
り＋’ｆμへの袈べ物の落ドによる急激な溶銑慌度低ド
をＩｌ’Ｊ　＜ことがある。 今回も以前の経１倹と全く同じように、炉１戊稿度が低
下し始め出銑滓！頃１すが多くなるにつれてスリップ現
象も観察されるようになった。 炉底温度が低ドする傾向を示し始めた時占から凝固ノ１
イライン１ｍ定の・明度をトげるとともに、推定アされ
る１挺固層分布に応じて炉底底面および側壁の冷ノ４１
の制御を開始した。 すなわち、＋１．＆ポされる凝１ｉ’ｉ］＋鰻は第７図
に示す〃１１く炉底中心から炉底陽画り部の中間付近に
かけて大きく生長する傾向を示した。従って、この部分
の直ドの炉底冷却７に附を減少才せ冷却１１μを１０〜
３０％に友咄に減少した。これと同時に１−クス叱を噌
す１１させ、羽１１吹きｌΔみ熱風をできるだけ炉中心
に送るような装入゛吻分布を敗るなどＩ・■業条件を変
化させた。 これらの討哨により炉＋１（温度低Ｆ　ｔ＆約約１口度
低ド以前の安７ドした←■業に回復した。この時点で推
定された凝固層ラインは第８図の１４に示すものとなり
、炉底中心の凝固層厚はかなり薄くなり溶銑滓の）重液
抵抗もかなり小さくなったことがす，１すされたつその
後は、局留り中間イ＼Ｊ近の併置層厚が若干薄いのでそ
の直ドの部分の冷却能を炉底τ１情度低下μ前の状態に
戻し、炉底中心部分については３０係城として操業をｆ
諸続した。′１２定操清が約１カ月続いたので炉底冷却
を除いてすべての操猶条件を元に戻し、凝固層分布や状
況を確．ｌしつつ減４下での安定操業を続けた。 従来の方法ではこのような短時間に四の凝固１６ライン
１４・の変化方向を確認することは不ｕｆ　ｎｌＥであ
り、従って侵食状暢や凝固１−分布状１声のオン・ライ
ン表示や異常１時の迅速な対重はもちろんのこと、重数
高炉の長間的な炉体管理には適合しないのは明らかであ
る。 （発明の幼果） 高炉炉底の侵〜状、便や凝固層分布状態を１信時把ｊ屋
し、これによって、長期的、短間的な炉底保護７１市や
．堤固ｊ楊分布状，態の最適制御を１へ速、かつ的確に
行ない、操業の安定化を図るとともに炉底耐火物、ひい
ては高炉寿命を延ｉ＋　することか容易に町ｔｉヒとな
る。 ４図面のＦｍ学な説＋ｉｌＪ 第［図は、有限安軍法等領域法による計ａ領賊（斜線部
）を示す説明図、 ２イ）２図は、（ｆ限要（４法による炉＋１Ｅ伝τ〜バ
ト埠の一１例を示４−炉底温度汁布１４であり、 第３図ｉｊ，　、１意界要侃法によるｉｉｌ算領峨（断
面境界線）を示１−説明図、 第４図は、１琵！／′Ｌ安素法による炉底ｒ尺熱計（γ
の一例？示・Ｉ−　ｆ　Ｉｔｓ　＋！１ｉＸｊｌＪ：分
布図、第５図は、ｆ（由χ１弥１、頁１成Ωと１は］痒
面Ｉ゛、およびｌ”とＸ２　−　０　（θ−０）平面と
の交線Ｓを示す説明［て、第６図は、高炉炉１戊部の凝
固層う・ｆンの推定過程を嘆式的に示す説明図、 第７図は、炉底ｌ見聞が低ドした時点で准定した凝固層
ライン・１幅を示１−説明図、 第８図は、炉底ｌ見聞低［以前の安定したｊ１■猶を回
１νした時点で１ｍ定した，；７（固層分布゛（ｋ・原
を示す説明図である。 第１図 第２図 ｏ　６ 第３１ｘ１ 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 手続袖正書 昭和５９年　７　月２５１１ １、事件の表示 昭和５９年Ｔ！？　、４１　願第８７４７７号２・発明
の名称 溶着、炉のｔ＠箔方法 ：３．　％ｌｉ　ｉｆ：をするに ’ｌ　ｌ’ｌ−１ノ門ＩＭ　Ｑ￥許出νｎ人（１２５）
川崎製鉄株式会社 明細書の「発明の詳細な説明」の０．Ｙ（７、捕ｉＥの
内容（＞ＪＩ＃（］１ｉｌｆ　’））・（り明＃Ｉｌ書
第７負第１行の「各等温線Ｊを「各等温１線７ｊに３）
正する。 （２）同第９頁第９行の「等混線」を「等混線？」に訂
正し、 同貢第１４行の「熱流速」を「熱流束」に訂正する。 （３）同第１５頁第８行〜４行の（５）式を下記のとお
りに訂正する。 ［ｕ＠（！ｉ、乏）＝ｌ／４πＲ・・・・・・・・・・
・・（５）ｑ＠（ね１色）＝θｕ＠（色ｉ、乏）／θｎ
　」′□〔４）同第】５負第１５行の「点乏」を１点工
」に訂正する。 （５）同第１６頁第１行の（７）式を下記のとおりに訂
正する。 ｒｎ＝（ｎ、、ｎ２．ｎ８）＝（五、ｃｏｓθ、ｎ、Ｓ
ｉｎθ、五、　）−＝（７）Ｊ（６）同第１６ｉ第３行
および第４行の「θ；０」を「θ′＝０」にそれぞれ訂
正する。 （７）同第１８負第１５行の［要素Ｓｊ　Ｊを「要素Ｆ
。ｊ」しこ訂正する。 ・（８）同第１９頁第８行の（１８）式を下記のとおり
に訂・正する。 「冗＝（△ｚｊ／ｇ）に−叱）　・・・・・・・・・（
１Ｂ）Ｊ（９）同第２４頁第８行の「侵食ライン」を「
凝固層ライン」に訂正する。 （１０）同第２６頁第８行の「はじめて述べた」を１は
じめ述べた」に訂正し１ 同頁第８行の「行なう」を「行う」Ｇこ訂正する。 （１１）同第２７頁第８行の［第６図ゴを「第７図」に
訂正する。 代理人弁理士　杉　村　暁　秀　ｉ゛・賽外１名　□゛
；−；旨、・ １□１１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　溶鉱炉の炉底を監視しつつ炉操業を行うに際し、
   以下の工程を包含する溶鉱炉の操業方−。 法。 （ａ）　炉底耐人物内および／または炉底耐火物の外表
   面に配設した複数の測温センサーにより、炉底温度を検
   出する工程、 （ｂ）　（ａ）の最高温度を検出する二［程、（Ｃ）　
   （ｂ）の温度から境界・易素法を用いて炉底につき、炉
   のたて’Ｉｌ＋を対称軸とする軸対称体として伝熱１ｉ
   １イ析を行い炉底耐火物の１安良形状を予測する工程、 （ａ）　（ｂ）の工程以降に炉底温度が低下した時のＩ
   ＩＦｉＡ度を検出する工程、 （ｅ）　（ｄ）の温度と、（Ｃ）で予測した炉底ｌ耐火
   物の浸食形状をもとに境界要素法をＩ＋−１いて炉底に
   つき、炉のたて軸を対称用とする軸対称体として伝熱解
   析を行い浸食された炉底耐火物上に生成した炉内溶融物
   の凝固層形状１を予測する工程および （ｆ）　（ｅ）の凝固層形状をもとに、そのｌＩ４及び
   分布な、炉底冷却条件を含む炉操業条件の４択によって
   制御し、前記（Ｃ）の炉底耐火物の侵食成長を阻止する
   工程。