JPS6021310A - 高炉装入物層厚分布の推定方法 - 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】 技術分野 高炉装入物の層厚分布の推定方法に蘭してこの明ＭＢ書
に述べる技術内容は、上記層厚分布を、炉内ガス分布に
及ぼず密接な相関の下で的確に把握し、もって高炉操業
の安定化と、炉体熱負イ、ｊｒの管理を通した炉体寿命
の延長を目指す開発成果に関連し、高炉操業制御の属し
ている技術の分野に位置している。

技術的背割 装入物分布について 一般に高炉操業において、その炉頂における高炉装入物
の炉中分布は各種の要因が複雑に絡み合つて影響してい
るが、主要因は下記の通りである１１）装入物の物理的
性質−密度１粒Ｊｙ、内部摩擦係数など ２）装入物装入速度 ８）装入条件−コークスベース、鉱石／ヨークえ。

ストックライン ４）装入物流、の落下軌跡−ベル高炉においてはムーバ
ブルアーマ−のノツチ位置、ベルレス高炉においては分
配シュートの１頃斜角 ５）装入シーケンス−装入のタイムスケ−ジュール ６）炉内ガス流通 さて炉頂の装入装置を通じて高炉装入物が炉内に装入さ
れると、上記の各因子のｆｇ　響下で高炉装入物の炉中
分布が決まる。

ここに燃料比の低減、操業の安定化の上で最も重要なポ
イントとなるのは高炉装入物の炉内半径方向での層厚分
布（以下単に装入物層厚分布という）である。

この装入物層□厚分布は、炉内のガス分布と密接に結び
ついているため、高炉操業において極めて重要であり、
従来からその制御に多大の努力がなされて来た。

このガス分布は、次に示す点に関し、操業と設備の両面
からの仮・求を満たずよつ管理する必要がある。

１）ガス利用率向上による燃料比の低減２）順調な荷下
りに基づく安定操業 ３）炉体熱負荷の管理による炉体寿命の延長ところでガ
ス利用率の向上、安定した荷下りを得るためには、適度
の炉壁流が確保されたガス分布が、また一方で炉体熱負
荷を軽減するためには、逆に中心流指向のガス分布が、
必要となりこれら両者を満足するようなガス分布を目標
に、装入物・層厚分布の制御が行なわれるわけである。

装入物層厚分布の制御操作について さて装入物層厚分布の制御方法としては、１）装入物の
変更 ２）コークスベース、シンター比、ペレット比す８）装
入方法の変更 ４）ストックライン、装入シーケンス、ベル高炉のムー
バブルアーマ−ノツチ又はベルレス高炉の分配シュート
傾斜角など がある。

中でも装入方法の変更は、そのうち最も一般的に行なわ
れるのが、ペル乱炉ではムーマブル７−ム、ベルレス高
炉にあっては、分配シュートの調整によって、何れも装
入物の堆積状況を変化させる方法であり、これによって
装入物１１層厚分布を変化させ、その結果として炉内の
ガス分布を目標に合致°させるのにを与させようとする
わけである。

なおガス分布を測定する方法としては、シャフトゾンデ
（半径方向押込み各位置にて採取したガスの成分分析に
供する）および炉口固定ゾンデ（半径方向数か所にてガ
ス温度測定を司る）によるものが一般的である。

ところがこれらのゾンデ測定で得られたガス分布に及ぼ
すムーバブルアーマ−や分配シュートの制御量との間の
定量的な関係は、いまなお十分的確に把握されてはおら
ず、やむなく上記のガス分布情報に基いてムーバブルア
ーマ又は分配シュートを変更操作してその後のガス分布
の変化動向如何により、さらに変更操作な考えて行くと
いう試行錯誤的な装入物層厚分布の制御が行なわれてい
る。かような装入方法の変更を行っても予想したガス分
布には容易に合致せず、目標とするガス分布を得るため
に長時間にわたる調整を必要としているのが現状である
。

もとより、装入物層厚分布とガス分布との関係を定量的
に把握し装入物制御技術をレベルアップするためには、
装入物の炉内での状況なより正確に把握することが不可
欠であり、炉内での装入物の状態なかでも、装入物の表
面プロフィルを測定するためのセンサーとして、種にの
炉頂プロフィル計が開発されている。

これらのセンサーは、接触式（機械式）と非接触式（μ
液式、レーザ一式等）に大別され、次に接触式の検尺ウ
ェイトを用いるサウンジング弐の炉頂プロフィル計を用
いた場合を代表例として問題点を説明するが、その問題
点は上記いずれの型式にも共通している。

サウンジングの事例について さて第１図に検尺ウェイトニよるサウンジング式の炉頂
プロフィル計８を示し、図中１は炉頂空間において半径
方向に進退可動のランス、２はランスｌの進退駆動用の
チェン仕掛け、８は検尺ウェイト、４・は検尺ウェイト
の昇降用ワイヤロープ仕損け、５，５′はガイドシーブ
、６はランス１内でワイヤロープ仕掛け４・を固定した
動滑車、７はランスｌの後端に取付けた固定滑止、９は
両滑車に巻掛けした操作ロープ、１０はその固定端、１
１は操作ロープの巻き胴であり、■２はガイドシープ、
１８は操作ロープ９の張力検出レバー、１４はカウンタ
ーばねである。

チェン仕掛け２を回転させることによつ℃ランス１を高
炉の頂部炉壁１５の開口１５’から簡略のため図示を省
略したシールを通して炉芯に向は前進させると動滑車６
はランスｌとともに前進しランス１を、狂態の半径方向
位置に送り出すことができる。このとき検尺ウェイト３
はやや吊上げられる。

この位置たとえば図の実線位置にて巻き胴１１により操
作ロープ９をゆるめて検尺ウェイト３を下降させると、
検尺ウェイト８が非入物１６の表面上に到達することに
より操作ロープ９の張力が急減して、カウンタばね１４
．によって張力検出レバーｔｇが回動するので着床が検
出され得る。

従ってこの時のランスｌの炉内半径方向進度Ｘと検尺ウ
ェイト８の深度ｙによって測定点を座標表示することが
できる。

この着床検出後さらにランスｌを破線のように所定距離
毎に前進させ次の深度を進度とともに測定する操作をく
り返すことによって、炉内半径方向での装入物１６の表
面実測点（例えば各回の装入バッチの１サイクル毎に１
０点）が得られる。

各測定データーは、当該装入バッチにおける第ｊ魚目の
測定時刻、測定点毎の半径方向進度および深度からなり
、この魚卵接触式の炉頂プロフィル計にあっても全く同
様である。

ところで、装入物の層厚は、装入物を炉内に装入した結
果として形成される鉱石とコークスの層厚の比の分布９
粒度分布、そして鉱石とコークスの混合層分布に従う。

第２図に示すように、たとえばベル式高炉において原料
１６′は、大ベル１７から炉内に落下し、その原料の特
性値（粒径、形状等）てより決まる傾斜角に従って１６
“のように堆積する。

この堆積が進み、その堆積量が堆積限界に達したのち、
堆積物１６“は炉内中心に向って流れ込み、装入終了時
点で、仮想線のようにその装入物１６の装入時プロフィ
ルが形成される。

以後、装入物１６の全体降下中におけるガス流の変化に
応じ、装入物１６の安定な傾斜角の変動に伴う流れ込み
などによって、装入物１６の再分布が起る場合がある。

従来技術とその問題点 従来の装入物層厚分布の制御は、図示例においてムーバ
ブルアーマ−（以下ＨＡと略す）１８を前後に操作して
原料１６′の炉内への落下位１ｉ′＋’を変化させ堆積
状態を変えることにより、分布状態主として鉱石とコー
クスの比（以後０／Ｑという）の半径方向分布を変化さ
せろことによって行っている。

従ってＭＡ　１．８　Ｋより装入物分布を制御するうえ
から、再分布される前、すなわち装入時のＪ、ＨＡ厚お
よびそれから得られる０／／ｃ！分布を知ることが必要
である。

この装入物層厚分布は、従来止揚のごとき炉頂プロフィ
ル計を用い、下言己の手順で計算によりめていた。

１１ｍ８図（ａ）に示すように、炉頂プロフィル計によ
ってまず大ベル１７からの原料１６’の装入毎にそのバ
ッチ（第ｎ回目バッチという）ＶＣ対し、装入終了時刻
Ｔｎ、ｌにおける装入物の辰面ブロフイルＰｎ、１およ
びつぎにその後第（ｎ＋ｚ）回目バッチ装入直前の時刻
Ｔｎ、２における装入物の表面プロフィルＰｎ、２を測
定する。。

そして炉の半径方向にわたって、時刻−□からＴｎ、２
に至る時間経過における平均降下速度ｖｎを計算する。

（２）　４Ｊ　８図（ｂ）に示すように第（ｎ＋ｘ）回
目バッチ装入終了時刻Ｔ（ｎ＋□）、□における表面プ
ロフィルＰ（ｎ＋□）９、を炉頂プロフィル計で測定す
ると同時に、時刻Ｔ（ｎ＋□）、□において前回第ｎ回
目バッチの時刻”ｎ　、　１がらＴ（ｎ＋ｘ　）　、□
に至る時間経過にわたって降下した表面プロフィルｐｓ
、□を上記平均降下速度Ｖ　を用いて外挿により推定プ
ロフィルをめる。

（８）時刻Ｔ（ｎ＋□）、□における第（ｎ＋１）回目
バッチの実測表面プロフィル”（ｎ＋□）５、と第ｎ回
目バッチの推定プロフィルＰｓｎ２、すなわちｉ（ｎ＋
ｉ）回目バッチの下面プロフィルとから、ｉ（ｎ＋ｉ）
回目パッチの層厚を計算する。

このように炉頂プロフィル計に、よって８度の測定操作
〔第ｎ回目バッチ２反、第（ｎ＋１）回目バッチ１度〕
により第（ｎ＋ｘ）回目バッチの層厚を計算することに
なるが、このようなＯ／Ｑの推定方法には下記の問題が
ある。

問題点の指摘 炉頂プロフィル計による測定で得られる装入物表面プロ
フィルは、実際操業の経験によると非常にばらつきが大
きく、このためこの方法で推定された層厚分布もばらつ
きが大きく、装入物層厚分布の推定精度が悪い。

そこでこのような方法により推定される装入物層厚分布
を装入物分布のｉｔｊ制御指針とするためには、この推
定精度をアップする必要がある。

このためには、上記のばらつきを考えれば、数拾チャー
ジの装入物に対してｌ１４１１定を行なわねばならない
が、これは現状においては、プロフィル計の耐久性およ
びその測定に要するコストから考えるとき実用上置σよ
である。

発想の基礎および発明目的 以上のべた問題点に関して発明者らは、次にのべる差指
情報の有効な発展的利用により、炉頂プロフィル計の測
定回数を少なくなし得ることに想到し、これにより層厚
分布の推定精度の向上を導くことがこの発明の目的であ
る。

差指というのは、炉頂プロフィル計Ｓとは別途に高炉の
頂部炉壁１５の近傍において炉内装入物１６の表面上の
一点における降下状況をほぼ連続的に検出して得た深度
のことである。

発明の構成 上記の目的は、次の事項を骨子とする手順にて達成され
る。

高炉装入物の炉頂プロフィル計による任意の第ｎ回目バ
ッチ第１点目深度に対応する装入物計算深度ＹＯｎ、１
を、下記の式でもって算出し、この演算を１１μ次に繰
り返すことによって装入物の表面プロフィルとその装入
物の下面プロフィルとをめ、−各装入ごとの平均的な層
厚分布を推定することを特徴とする高炉装入物層厚分布
の推定方法。

記 ＹＣｎｌ、＝　（ａｘｎ２、＋ｂｘｎｌ□＋ｃｘ１□１
、十ｄ）十ｚｎａ、ｂ、ｃ、ｄ　：定数、Ｘｎ１、：炉
内半径方向座４索、Ｚ９：各装入ごとに定まるスライド
賊、ｋ：降下速度分布定数、Ｒｏ＝炉口半径、Ｒ８：炉
壁がら炉頂プロフィル計測定点までの半径方向距離、Δ
Ｓｎ、□：装入時から４１１１定時雀での一点すウンジ
ングの差指降下量 ３、発明の詳細な説明 すでにのべたように装入物層分布を正確に推定するため
には装入物の表面プロフィルのほかに、その装入物の下
面プロフィル推定のための降下速度分布の正しい検出が
必要である。

各バッチ毎の表面プロフィルにつき降下速度分布の推定
を行う際、各バッチ毎でその装入物の降下状態を常に測
定している差指情報を利用することに着目した。

ます差指情報としての一点深度は再び第２図に示すよう
に、巻取り巻戻し装置により、昇降するワイヤ１９の先
端に取付けた検尺ウェイト２０を装入物１６の表面に乗
せて装入物１６の降下に追随させその状況を検出するこ
とにより得られる。

ここに大ベル１７上の原料１６′を炉内に装入する時検
尺ウェイト２０を埋設から待避させる以外、常時に検出
を継続させ得るので高炉原料装入スケジュールの基本と
して、炉頂プロフィル計に比しはるかに測定データーは
豊富である。

第２図において、２１は巻取り巻戻しドラム、２２はカ
ウンターウェイトまた２８は減速機および制動機つきの
駆動装置である。

降下速度分布に関し、差指降下量と炉頂プロフィル計に
より得られる、半径方向の各点の降下ｉｔの関係を検討
した結果、装入物の降下速度分布は高炉の半径距離をパ
ラメーターとして差指の降下速度の１次式近似と己て取
扱えることが＃認できた。

そこで一点ザウンジングの差指情報とプロフィル計の測
定データーを用いた装入物分布モデルを検討した。装入
物分布モデルは、プロフィル計による装入物表面プロフ
ィル実測データーと、その測定バッチの差指データーを
基て作られる。

このモデルは、以下の仮定に従う。

（１）　まず装入物のプロフィルは、装入物の種類（鉱
石あるいはコークス）、ベル式高炉を典型例としてその
ＨＡ位置により一義的に決定される１ｉｊｔｊ　Ｍプロ
フィルがあると考え、装入物プロフィルは、この標準プ
ロフィルが各装入毎で決まる量だけ深さ方向に順次下方
にスライドしたものであると考える（以後、この鼠をス
ライドｂ　ｚｎと呼ぶ）。

いま第ｎ回目バッチの装入物に対する炉頂プロフィル計
Ｓの第１黒目に対応する装入物の計ＪＩ深度ＹＣｎ、ｉ
は標学プロフィルから得られる深度ＹＳｎ、ｉ、スライ
ド景ｚｎおよび装入時から、測定までの時間補正による
降下速度分布ΔＹｎ、ｉを用い°ると次式のように表わ
される。

ＹＣｎ、　ｉ　−ＹＳｎ、、＋ｚｎ十ΔＹｎ、ｉ　’・
・・・・・・・（１）（２）　次に、装入物の降下速度
分布を次式のように炉壁からの距１１Ｊ［ｌ１Ｘｎ、、
の１次式で近似する。

ｋ：降下速度分布定数、Ｒ：炉口半径、ｘｎ、ｉ’炉内
半径方向座標、Ｒ８：炉壁から炉頂プロフィル計測定点
までの半径方向距離、ΔＳｎ、□：装入時から測定時ま
での一点すウンジングの差指降下量 この二つの仮定のもとに、炉頂プロフィル計の各画定時
刻に相当する装入物の深度を計算し、この計算深度がプ
ロフィル計による実測値に最もよく合うように、標準プ
ロフィルおよび降下速度分布定数が得られれば、あとは
常時測定の一点すウンジングの差指情報のみにより装入
物の層厚分布を計算することができることになる。

ここで、まず装入物の種類、ＭＡ位置により決定される
標準プロフィルＹＳｎ、ｉを、たとえば次式のように炉
壁からの距離ｘｎ、□の８次式で近似する。

ただし、ｆ：炉壁を０とし、それより炉芯方向への距離
を正、Ｙ：Ｘ−０においてＹ＝０とし、それより垂直下
方への距離な正にとる。

ＹＳｎ　、　１−ａＸｎ　、　ｉ　、　＋　ｂＸｎ　、
　１　＋　ＣＸｎ　、　、＋　ｄ　”・・・・（８）ａ
、ｂ、ｃ、ｄ　：定数 （２１、（８１式を（ｉ１式に代入すると、第ｎ回目バ
ッチの第１黒目に対応する装入物の計算深度ＹＣｎ、□
は次のようになる。

Ｙ（：ｊｎ　、　１　＝（ａ　Ｘｎ　、　１　＋ｂＸｎ
　、　ｉ　＋　ＣＸｎ９、＋ｄ）＋Ｚ。

ところでＭ　ｎ回目バッチの装入物の第１黒目の炉頂プ
ロフィル計Ｓの実測点のｙ座標をＹＲｎ、　、とすると
、上記計算値ＹＯｎ、　、との誤差の自乗和Ｅは次式で
示される。

−Ｅ＝　ＦＬｆ　（ｙＲｎ　＋　ｌ　−ＹＣｎ　＊　ｉ
　）２　・・・・・・（５）この誤差の自乗和Ｅが最小
となるように、標準プロフィルの定数項ａ、ｂ、ｃ、’
（１，スライド量Ｚｎ（ｎ＝１７−ｎ　）、降下速度定
数ｋを決定する。

かくして定数項を決定したのち、標準プロフィルに従う
深度、 ２ ＹＳｎ、ｉ＝”ｎ、ｉ　＋ｂＸｎ、ｉ　ｊＣｘｎ、ｉ＋
ｄと降下速度分布定数ｋを用いて、層厚分布を推定する
。

装入物の層厚を計算するためには、その装入物の表面と
下面のプロフィル推定が必要であり、下記の手順により
、第ｎ回目バッチの装入時、Ｔ＝Ｔ６ｎの層厚分布を推
定する場合について第４図、第５図に従つ℃説明する。

（Ａ）ＫＳ　ｎ回目バッチの装入物の下面プロフィルの
推定 （１１まず第ｎ回目バッチの前バッチである第（ｎ−１
）回目バッチについて第４図（ａｌに示すように時刻Ｔ
ｓ（ｎ−１）における第（ｎ−ｚ）回目バッチの装入時
のプロフィルで与えられる深度ＹＣ（ｎ−□）９、を、
その標準プロフィルに従うＹＳ（ｎ−１）、ｉと、装入
ごとに決まるスライドｆｌ　Ｚから計算する。

（２）　第５図に示すようにｉ　（ｎ−１）回目バッチ
の装入時とａｎ回目バッチ装入時との間にわたる第ｎ回
目バッチの差指、すなわち時刻Ｔ８（ｎ−□）からＴ８
ｎＶｃ至る時間推移でのサウンジング降下量ΔＳを差指
としてめる。

（３）　降下速度分布定数にとザウンジング降下量ΔＳ
とを用いて各点の降下量を計算する。

（４）　ａ准プロフィルに従う深度ＹＳ（ｎ−□）２、
と各点の降下量とから＋ｔＸ　ｎ回目バッチの装入物の
下面のプロフィルであるｍ（ｎ−ｚ）回目バッチの降下
プロフィルを推定する（第４図（ｂ））。

（Ｂｌ　第ｎ回目バッチの装入物の表面プロフィルの推
定 時刻ＴＫおげろ７４　ｎ回目バッチのプロフィルｎ を、その標準プロフィルに従う深度ＹＳ　を用いｎ、１ て、以下のいづれかの方法により決定する。

〔ｌ〕装入時におけるスライド量を用いる（第６図（ａ
））。

〔２〕第（ｎ−１）回目バッチの降下プロフィルとｉｎ
回目バッチの標準プロフィルとにより、計算される層体
積が装入物の体積（実結値）に等しくなるように、スラ
イド量を逆算する（　ｒＳＯ図（ｂ））。

各バッチに対して（Ａ）　、　（Ｂ）の計算を行なうこ
とにより、コークス、鉱石の平均層厚を計算する。

実施例 ６０００　、ｔ／ｄの能力を有する高炉で実施した実験
により得られたこの発明による平均の層厚分布結果を第
７図に示す。

鉱石の層厚は、炉壁部で最大となり、炉芯に行くニ従い
減少し、一方コークスの場合は逆の傾向が認められたが
、これらの層厚は従来の知見ともほぼ一致し、この層厚
の推定方法が妥当なものであることがわかる。

次に測定Ａｌ（実線）から測定Ａ２（破線）へは、中心
流のガス分布を目ざして、鉱石の装入中にムーバブル・
アーマを押すアクションが加えられた時期に対応してい
る。

これにより鉱石の平均層厚は、周辺部で増加し、逆に炉
芯部で減少していることがわかる。

発明の効果 以上のとおり、この発明による差指情報の有効な利用に
より、上記実績に示すとおり、層厚分布の推定精度がよ
く、高炉の安定化操業ならびに炉体寿命の延長に有利に
寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、炉頂プロフィル計の、ｌ、ＩＮ、作説明図、
第２図は、装入物の差指の測定要領説明図、第８図（ａ
ｌ　、　（ｂｌは炉頂プロフィル６Ｆによる装入物層厚
分布推定の従来例の説明（財）、 第４図（ａ）　、　（ｂ）は第ｎ回目バッチの装入物下
面プロフィルの推定要領の説明図、 第５図は第ｎ回目バッチの差指降下用の測定要領説明図
、 第６図（ａ）　、　（ｂ）はｉｎ回目パッチ装入物の表
面プロフィルの推定要領説明図であり、 第７図は鉱石およびコークスの層厚分布の具体例を示す
グラフである。 特許出願人　川崎製鉄株式会社 （ａ）　第３図　、ｂ） 第５図 ルーｌ）回目　第方１１、レチ へ′ツチ □ａすに１揮乃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　高炉装入物の炉頂プロフィル計による任意の第ｎ回
   目バッチ第１点目深度に対応する装入物計算深度ＹＣｎ
   、１を、下記の式でもって算出し、この演算を順次に繰
   り返すことによって装入物の表面プロフィル計ルの装入
   物の下面プロフィルとをめ、各装入ごとの平均的な層厚
   分布を推定することを％徴とする高炉装入物層厚分布の
   推定方法。 記 ＹＣｎ２、＝　（ａｘｎ＋ｉ８＋ｂｘｎ１、”　７）−
   ｃｘ、、＋ｄ）＋ｚｎａ、ｂ、ｃ、ｄ　：定数 ｘｎ、ｉ　’炉内半径方向座標 ｚｎ：各装入ごとに定まるスライド′量ｋ　：降下速度
   分布定数 Ｒｏ：炉口半径 Ｒ６：炉壁から炉頂プロフィル計測定点までの半径方向
   距離 ΔＳｎ、ｉ　’装入時から測定時までの一点すウンジン
   グの差指降下量