JPS61107166A - 塊状体層内のガス流速測定方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高炉内の装入物等の如く高温の塊状体層内を
流れるガスの流速を測定する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

例えば高炉を操業する上で炉内装入物層内を上昇するガ
スの流速分布を把握することは装入物の炉径方向装入分
布等を制御するために極めて重要であるが、このガス流
速の測定は従来適当なゾンデにより採取したガスの温度
、成分等から該層内のガス流れが垂直上昇流であるとの
仮定をおいて推定したり、或いは特開昭５８−１１４８
３号で提案のように装入物表面上で既に装入物層を通過
したガスの流速を測定してその測定値から推定していた
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前者の従来法の場合は、炉内装入物層内のガス流動と装
入物の下降移動との相対関係によりガスの温度及び成分
が決定されるものであり、このためには測定位置におけ
る該ガスと装入物との反応とガスから測定体への伝熱条
件を正確に把握することが必要であるが、これは極めて
困難である。

又後者の従来法の場合は、炉内装入物の融着帯の形状、
位置および装入物層表面の傾斜角の影響等から装入物層
内を流れる該ガスは単純な上昇流を形成していない為に
その流速は、装入物層を出て上昇するガスの流速と大き
く異なる。

このように従来の測定方法はいずれも実際のガス流速か
ら大きく離れた値として測定され、測定精度が悪く、高
炉操業上及び炉内反応機構解明上、新たな高精度測定方
法が強く要望されていた。本発明は、前記従来方法の問
題を解決し、該要望を満足する優れたガス流速測定方法
を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴とするところは高温塊状体層内に測定本体
を位置させ、該塊状体層内を流れるガスの流速を測定す
るに際して、該測定本体内を流れる熱媒体の流量と所定
区間の出入側温度差により受熱量を算出、該測定本体の
厚みと熱伝導率、熱媒体の伝熱係数、前記熱媒体の所定
区間内平均温度とガス温度との差、及び前記受熱量とに
より、ガス対流伝熱係数を算出し、該ガス対流伝熱係数
とガス物性と測定本体の形状に基いて該測定体挿入部の
塊状体層内のガス流速を算出することにある。

即ち本発明は、塊状体層内を流れるガスから測定体への
対流伝熱係数は、ガスの物性と測定本体の形状がある程
度一定であれば該ガスの質量速度の関数になるという知
見に基いてなされたものである。

〔作用〕

第１図において、高温の塊状体層Ｓ内を流れるガス１か
ら管体（測定本体）２を介して冷却水（熱媒体）３に伝
わる単位面積あたりの受熱量ｑ（ｋｃａｌ　／ｒｄ　−
ｈｒ）は式■で与えられる。

ｑ　＝Ｕ　（ｔｇ−ｔｔｍ）　　　　　　　　　　　　
・・・・・・■Ｕ：総括伝熱係数（ｋ　ｃａｌ　／　ｒ
ｄ　−ｈｒ−”Ｃ）ｔｇ：ガス温度（’ｃ　） を賀：所定区間内の冷却水平均温度（以下単に冷却水平
均温度という）℃ 総括伝熱係数Ｕ　（ｋｃａｌ　／ｒｄ−ｈｒ・”Ｃ）は
弐〇で与えられる。

ＬＩ　　　　Ｉ’１ｇ　　　Ａ　　　１１師ｈｇ：ガス
から管体への伝熱係数（以下ガス対流伝熱係数と称する
）　　（ｋｃａｌ　／ｒｒＦ　！ｈｒ・℃）ｄ：管体の
厚み（ｍ） λ：管体の熱伝導率（ｋｃａｌ　／ｍ−ｈｒ・℃）ｈ−
：管体から冷却水への伝熱係数（以下水対流転熱係数と
称する）　　（ｋｃａｌ　／ｒｄ−ｈｒ・”Ｃ）したが
って、ガス対流伝熱係数ｈｇに比べ、管体伝熱抵抗ｄ／
λを十分小さく、水側伝熱係数ｈｉｗを十分大きく取れ
ば、受熱量ｑはガス側律速となり、近似的に弐〇となる ｑ　＝　ｈｇ　（ｔｇ　−ｔｗ）　　　　　　　　　　
・・・・・・■よって、ガス温度ｔｇ、冷却水平均温度
ｔｗを測定し、受熱量ｑを、冷却水量Ｗと所定区間の出
・入側冷却水温度差Δを−により求めれば、ガス対流伝
熱係数ｈｇを求めることが出来る。ガス対流伝熱係数ｈ
ｇとガス流速Ｖｇ　（ガス質量速度Ｇ）の関係はガス物
性と管体２の形状により次式■で求めることができる。

ｈｇ−Ｄ／ｋｆ＝２．０　＋ｏ、ｅ　Ｏ（Ｃｐμ／ｋｐ
）１／３（９ＸＤ−Ｇ／μ）豐　　　・・・・・・′■
但しＤ：管体の直径（ｍ）　、ｋｐ　：ガスの熱伝導率
（Ｋｃａｌ／ｍ　−ｈｒ−’Ｃ）　、Ｃｐ　：ガス比＊
　（ｋｃａｌ／ｋｇ・ｔ）　、／Ｊ　：ガスの粘度（ｋ
ｇ／ｍ−５ｅｃ）、Ｇ：ガスの質量速度（ｋｇ／ｒｄ　
−ｈｒ） 受熱量をガス側律速とするための条件は、管体伝熱抵抗
を小さくし水側伝熱係数を上げることであり、このため
管体ｚ内の水流速Ｖ−はある程度大きくする必要がある
。一方所定区間の出入側冷却水温度差Δｔｗ＝　ｔｎ２
−　ｔｗｔを太き（シ、て受熱量の測定精度を上げるた
めには、管体２内の水温測定区間βを長くする方法と、
水量Ｗを小さくする方法がある。前者の方法は、管体２
の長手方向におけるガス流速分布を測定する場合は、分
布指定区間が水温測定区間に制約され後者の方法は、水
側伝熱係数り一を低下させるので、受熱量をガス側律速
にする条件としては好ましくない。そこで水流速を落さ
ず且つ水温測定区間を長大化させずに水対流転熱係数を
上げる手段としては、管体２を二重管方式として水流速
を確保したり乱流促進体を採用すればよい。所定区間で
の冷却水平均温度の把握も重要な条件となるが、これは
管体２内での多点測定を行うか、水流路内に縮流板・パ
ンフル板・旋回羽根などの手段を設けて混合均温化する
などの方法により可能である。

〔実施例〕

次にオフライン実験による実施例について説明する。

第２図（イ）、（ロ）は、実験装置の説明図である。第
２図（イ）において流量計４により流量を測定された窒
素５が、加熱炉６の中でバーナ７により伝熱管８を介し
て間接加熱され、充填層９内に供給され、排気口１０よ
り排出される。充填層９内にはロスドル１１上に鉱石１
２を充填し、その中央部に水平にガス流速測定用プロー
ブ（測定本体）１３が挿入しである。第２図（ロ）にお
いてプローブ１３は、水（熱媒体）の乱流化のため２重
管構造とし、給水（入側）温度ｔｗ＋と排水（出側）温
度ｔｗ２を測定した。水１４は内管１３ａより供給され
外管１３ｂより排出する。供給水温ｔｗ＋は内管内のた
め温度分布はないので出側の温度計０１で測温し、排水
温度ｔｗ２ば、縮流板１５により攪拌混合し均温化した
後の温度で温度計０２で測温した。ガス温度ｔｇは充填
層内に熱電対Ｐを設置して測定した。第３図に測定デー
タを示す。プロット点Ａが実験データであり、前記０式
による理論線Ｂ上に或いはその直近に位置し、精度が極
めて高い。次に高炉を対象にして炉内装入物層内のガス
流速分布測定方法の実施例について第４図〜第５図と共
に説明する。

第４図に高炉の断面図と測定装置全体のブロック線図を
示す。炉内装入物層１６の炉半径方向のガス流速分布を
測定するために炉壁１７より水平に受熱量分布測定用測
定本体１８と、ガス温度多点測定用のプローブ３１を挿
入する。受熱量分布測定用測定本体１８の構造は第５図
に示す如く二重管構造とし、内管１９から供給された水
１４は内管出口直前で給水温度Ｌｉｖｅ’が測定され、
第１区間！後の温度ｔｗ＋を測定し、以下炉内装入物層
１６の炉半径方向のガス流分布測定のための区間が継続
する。外管２０と内管１９の間の環状水路２１内には水
流２３を乱流化するためのバッフル２４を設置し、特に
水温測定の直前では縮流するものとする。ガス温度多点
測定用のプローブ３１は該測定本体１８の各水濃度差測
定区間に対応した各位置にガス温度測定素子を配置（図
示せず）しである。３２は測定本体１８内の冷却水流量
と各水温測定区間の出側、入側水温の差異から各測定区
間の受熱量を演算する第１演算装置、３３は多点ガス温
度測定用プローブ３１からの各測定ガス温度と、該測定
本体１８からの対応測定区間内平均水温との差ガスー水
温間差）を夫々演算する第２演算装置、３４は装置３２
からの各受熱量と装置３３からの各ガスー水温間差を導
入しこれと予じめ設定しであるガスの物性と測定本体１
８の形状の条件を加えて前記０式と０式の演算を行い各
測定区間のガス対流伝熱係数を算出する第３演算装置、
３５は装置３４からの各ガス側伝熱係数を導入し、これ
を極めて少ない補正量であるが予じめ実験等により求め
である装入物とガスから測定本体１８が受ける輻射伝熱
係数と、装入物との接触で測定本体１８が受ける接触伝
熱係数を減算補正してガス対流のみによるガス対流伝熱
係数を演算する第４演算装置、３６は装置３５からの各
ガス対流伝熱係数を導入しガス物性と測定本体１８の形
状条件を加えて前記０式の演算を行いガス流速を夫々演
算する第５演算装置、３７は装置３６からの各ガス流速
値を導入し、測定本体１８を挿入した装入物層内の炉径
方向のガス流速分布を該測定区間プロットで記録すると
ともに表示する記録表示装置である。

測定本体は、第５図のような直管型に限らず、「伝熱を
ガス側律速にする」という条件を満足すればその目的に
応じ、例えば垂直ゾンデの下部に装備するのに適した第
６図の環状管型１００やプローブ装入によるガス流れの
変化を小さくする第７図の球体型１０１も可能である。

又ガス温度は、高炉の定常状態の維持される範囲で第４
図のように別のプローブでも良いが、同一プローブで同
時多点測定の方が良い。この構造の例を第８図に示す。

第８図に示す測定本体８０は、冷却水８１δ後路側とし
た外管８２と、冷却水の往路側とした内管８３と、内外
管を貫通したガス吸引口８４に連通ずるガス吸引管８５
とからなる三重管構造である。ガス吸引口８４はガス測
温素子８６を内設し図には一個を示すが外管８２内の各
受熱量測定区間βｎ単位に配置されており、該外管８２
内には各受熱量測定区間ｌｎの出入側に夫々水温計Ｃｉ
ｎ。

Ｃｇｚが設けられている。ガス吸引口８４の内壁は内、
外管内冷動水からの冷輻射を避けるために断熱材８７を
配設しである。

〔発明の効果〕

本発明により例えば、高炉塊状帯内のガス流速分布を直
接測定すれば、炉内の流動、伝熱、反応状況の解明が著
しく進歩し、また高炉の制御手段である主として装入物
分布の結果が、迅速かつ正確にとらえられる。その結果
、原燃料事情、生産量など外的条件の変化に対し、高炉
操業を所望の状態に安定した制御出来、省コスト、省エ
ネルギーとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の原理を説明する図であり、第２図
は本発明方法をオフラインで実験した際の装置別を示す
説明図であり、第３図はこの実験により得たデータを受
熱量とガス流速との関係で示すグラフである。 第４図は本発明方法を高炉内装入物内のガス流速測定に
適用した例を示す全体概略説明図ある。 第５図、第６図、第７図は本発明で使用する受熱量測定
用プローブの構造例であり、第８図は本発明で使用する
ガス温度と受熱量を同時に測定するプローブの構造例で
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高温塊状体層内に測定本体を位置させ、該塊状体層内を
   流れるガスの流速を測定するに際して、該測定本体内を
   流れる熱媒体の流量と所定区間の出入側温度差により受
   熱量を算出、該測定本体の厚みと熱伝導率、熱媒体の伝
   熱係数、前記熱媒体の所定区間内平均温度とガス温度と
   の差、及び前記受熱量とにより、ガス対流伝熱係数を算
   出し、該ガス対流伝熱係数とガス物性と測定本体の形状
   に基いて該測定体挿入部の塊状体層内のガス流速を算出
   することを特徴とする塊状体層内のガス流速測定方法。