JPS6122234B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は竪型炉の内壁表面部近傍に現われる温
度変化を差分法で把握することによつて該表面部
近傍の炉内状況を判断する方法に関するものであ
る。

製銑用の高炉は竪型炉の一種であるが、該高炉
の頂部から装入される諸原料（鉄鉱石やコークス
等５は、炉内を上昇する還元性高温ガスと遭遇し
つつ降下し、その過程において鉄鉱石の還元反応
が段階的に進行する。高炉における鉄鉱石の還元
反応は色々なフアクターの相乗的影響を受けるも
のであつて、操業管理に当つては多数のデータを
駆使して総合的な判断を加えなければならず、余
り単純化することはできないが、装入原料の降下
状況或は還元ガスの上昇状況等は幾つかのパター
ンに分類して把握することが極めて有効であり、
特にこれらの状況が適正操業範囲内であるか否か
の判断、或は該範囲を越える頻度が多いか否かの
判断等については、上記パターン分類による把握
は、高炉の安全操業を確保する上で極めて重要な
管理項目となり得る。

本発明はこの様な状況に着目してなされたもの
であつて、特に竪型炉の内壁面近傍における炉内
の物理的現象を簡単に監視することのできる方法
を提供しようとするものである。

上記目的を達成することに成功した本発明の監
視法とは、測温点を長さ方向に位置を違えて複数
配置すると共に、各測温部先端に同一熱伝導性の
ダミー棒を配して長さ方向への熱的均一性を確保
し且つ各測温点間に介在する絶縁材によつて長さ
方向の熱伝達を周辺と同等にしてなる多点測温型
温度分布検知センサーを用いて、竪型炉の内壁表
面部近傍の温度を測定し、経時的な温度変化を差
分法で表わすと共に、該差分法によつて表現され
る温度変化が急激上昇をもつて「ガス吹抜」と判
定し、急激降下をもつて「装入物の急激な荷下が
り」と判定し、装入ピツチに対応した周期変動を
もつて「装入物の定常的荷下がり」と判定し、零
をもつて「装入物の停滞」と判定することを含む
点に要旨が存在するものである。

前記高炉の操業状況を更に概観してみると、鉄
鉱石とコークはほゞ定間隔を置いて交互に装入さ
れており、高炉操業の状況に応じた速度で徐々に
降下しながら鉄鉱石の還元が進行する。即ち鉄鉱
石層とコークス層が炉高方向に交互に積層された
状態をほぼ維持しながら降下しているが、この間
に進行する還元反応は半径方向に不均一であつ
て、一般的には炉芯側において早く進行し鉄鉱石
層の軟化溶融が炉胸部段階で進行するが、炉壁側
では還元の進行が遅く鉄鉱石層とコークス層の交
互配列は朝顔部におけるレースウエイのほぼ直上
部ま維持されると言われている。従つて炉壁側で
は炉胸部から朝顔部にかけて鉄鉱石層とコークス
層が略定ピツチで且つほぼ整然と降下し、他方レ
ースウエイで生成された還元性ガスはコークス粒
子間や鉄鉱石層の融着帯と融着帯の間等の通気抵
抗の低い部分を通過して上昇しているが、この様
な還元性ガスの上昇状態或は装入物の降下状態
は、高炉操業中常に安定している訳ではない。即
ち炉壁内部に停滞層や付着物が形成されたり炉壁
内面に耐火物等の脱落部が生じた場合、或はレー
スウエイの形状変化や炉芯コークスの変動等が発
生した場合には、装入物の停滞、或は逆に急激な
荷下りを招くことがあり、又炉内における融着帯
形状の変化が原因になつて上昇ガスの流れに異常
（吹き抜け現象）を生じることもある。勿論この
様な異常は炉内全域において発生するものである
が、炉芯側における異常は言わばブラツクボツク
スであつて発見し難い。しかし炉壁側については
色々なセンサーを埋設して種々の情報を得ること
が検討されており、本発明者等はこれらの情報の
内温度情報を巧みに利用することによつて炉壁の
内表面部近傍における炉内状況を判断しようと考
え前記構成に到達したものである。

炉壁の内表面部近傍の温度を測定するという意
味は広義に解釈されるべきであり、内壁表面にお
ける壁自身の温度を測定する場合及び該壁面に直
近する炉内の温度を測定する場合を含むのは当然
として、これらの近傍に係る壁内部や炉内側の温
度を測定する場合も包含する。

本発明において、温度測定の手段乃至測温機器
としては、本出願人の創案に係る種々の温度分布
検知センサー（実開昭55−105140、同57−
81531、特願昭56−197559等）が適用されるが、
要は測温点を長さ方向に位置を違えて複数配置す
ると共に、各測温部先端に同一熱伝導性のダミー
棒を配して長さ方向への熱的均一性を確保し且つ
各測温点間に介在する絶縁材によつて長さ方向の
熱伝達を周辺と同等にしてなる多点測温型温度分
布検知センサーが適用される。

第１図は本発明に使用する測温センサーの一例
を示す一部断面見取図で、第２図は第１図の―
線断面の要部を示す。図中２は温度分布検知セ
ンサー（以下「感温機構部材」と称する）を示す
ものである。

この感温機構部材２内に構成されている感温部
３ａ，３ｂ，……の位置に対応する様に円盤状フ
イン４ａ，４ｂ……が感温機構部材２に外接直交
して夫々設けられており、且つこれらの円盤状フ
イン４ａ，４ｂ……は、位置決め手段６a₁，６
a₂，６a₃，６a₄，６b₁，６b₂，……を介して保護
外管５に固定されている。従つてこの円盤状フイ
ン４ａ，４ｂ……により測温応答感度は著しく向
上する。

更に感温機構部材２、円盤状フイン４ａ，４ｂ
……及び保護外管５で区切られた夫々の空間部に
は絶縁材７が充填され、感温機構部材２の耐久性
が確保されると共に長さ方向の熱分散を遮断し、
測温精度を高めることができる。これらのセンサ
ーは長さ方向に複数の感温部を設定したものであ
り、例えばこれを壁厚方向に埋設した場合は該厚
さ方向の温度分布が測定できるものであるから、
常に内壁表面部近傍（又は炉内側）から温度情報
を得ることができるという利点があり本発明の実
施には打つてつけのセンサーということができ
る。

第３図は前記の様なセンサーを高炉壁に埋設し
た状態を示す概念的説明図であつて、高炉壁４は
鉄皮１、スタンプ２及び耐火壁３で構成されてお
り、温度センサー５が高炉壁４の壁厚方向に埋設
されている。６は内壁表面部の感温点であり、図
例では装入物（鉄鉱石層７及びコークス層８）中
へ突出するタイプのセンサー５を用いているが、
該感温点６が耐火壁３内に止まつているものであ
つても差支えない。鉄鉱石層７とコークス層８は
交互に形成され高炉操業度に応じた速度で降下す
ると共に、還元性ガスが上昇しているので感温点
６は上から降りてくる冷固体による冷却の影響と
下から昇つてくる熱ガスによる加熱還元反応等の
影響を受けており、それらの影響度合いに応じた
温度を検知することができる。この検知温度の時
間的変化情況をつぶさに観察してみると、見掛上
は千差万別であるが、これらの現象を整理すれば
次の４ケースに分類できることが分かつた。

(1) 温度変化が少ない。

(2) 温度の変化ピツチが炉頂での鉄鉱石やコーク
スの装入ピツチに略対応している。

(3) 温度が急激に上昇する。

(4) 温度が急激に低下する。

一方炉内状況の推察結果を上記(1)〜(4)の観察結
果に対応させてみると、 (A) 装入物の降下がとどこおるか或は感温点６の
まわりに停滞層や付着物が形成されている場合
で温度の変化が検知されない。―(1) (B) 装入物が定常速度で降下している場合で、炉
頂からの装入物が一定時間後ほぼ正確に感温点
６に至る結果、装入ピツチに対応した温度変化
が検知される。―(2) (C) 耐火壁側に沿うガス流の増大いわゆる周辺流
の形成）が生じた場合で、ガスの熱により温度
が急上昇する。―(3) (D) 装入物の荷下り速度が上る場合で、冷却効果
により温度が急降下する。―(4) 以上述べた様に(1)〜(4)の検知結果はほぼ(A)〜(D)
の現象に対応する。ということが分かつたが、現
実の操業炉に適用して長時間に亘る測定を行なつ
てみたところ、前述の相関が常に定法的に成立す
ることが判明した。しかしながら、これらの関係
を定量的に把握し高炉操業にフイードバツクする
ことは困難であつた。そこでこれらの温度情報に
ついて別の利用法を探究した。その結果上記温度
情報を刻々と入力する一方、短周期毎にどの様に
変化していくかということを調べ、温度の差分値
として把握することを考えた。即ち例えば30秒程
度（このましくは、アナログ量であるが高炉のよ
うな大型熱的装置の場合には、30秒程度で充分で
ある。しかし30秒に限定されるべきものでもな
い）の短周期毎に測温結果を入力る。一方測温セ
ンサー５によつて検知される温度は装入物が降下
するにつれて、さらには炉内を上昇する高温ガス
によつて時々刻々変化し、時間の関数Ｔ＝ｆ
（ｔ）として与えられる。Ｔ＝ｆ（ｔ）なる関数
において時間ｔの値としてtoからｈ，2h，3h，…
…というように等間隔の増加を与えたときの温度
Ｔの値をそれぞれT₀，T₁，T₂，……にて表わ
す。そして各々の差分値T₁―T₀＝Δ_０（＝ΔT₀/
Δｔ），T₂―T₁＝Δ_１（＝ΔT₁/Δt），T₃―T₂＝Δ
_２（＝ΔT₂/Δt），……を求める。この差分値を
温度変化情報として利用することに着目して完成
されたのが本発明である。ちなみに第４図イ，
ロ，ハ，ニは温度検知センサーによつて30秒毎に
得た生の温度情報を直接縦軸にとつて表現したグ
ラフであり、第５図イ，ロ，ハ，ニは上記生デー
タを差分法によつて整理することにより差分値を
得、この差分値を縦軸にとつて表現したグラフで
あり、いずれも横軸は時間の経過を示しててい
る。尚第４図イ〜ニにおいて(1)〜(4)の各記号を付
して説明している温度観察結果は、前記(1)〜(4)で
示した各分類の温度変化状態に対応するものであ
り、又第５図イ〜ニに示された現象のうち「ガス
吹抜」とは炉内ガスが耐止壁３の内周面に沿つて
急激に大量通過した現象を言い、「スリツプ」と
は鉄鉱石等の装入物が耐火壁３の内周面に沿つて
急激に荷下りした現象を言う。「Ｏ／Ｃの降下」
とは前記装入物が炉頂の装入ピツチとほぼ同一周
期で荷下りしている正常状態を表現するものであ
る。更に、「停滞層」とは付着物質を含む何らか
の不動層を表現するものである。第４図イ〜ニを
見た場合、温度の変化曲線は一般になだらかであ
る為、変化の有無或は程度の把握が不正確になる
場合もあり得るが、第５図イ〜ニでは縦軸を差分
値としている為、変化の有無或は程度の把握が正
確である。尚第５図イ〜ニは、差分値をCRT画
面に表示したものであり、炉内状況を逐次監視す
ることによつて直ちに操業条件の調整等へフイー
ドバツクすることができる。

又第５図イ〜ニに表現される差分値について、
高炉操業上許容できる上限値及び下限値を設定
し、これらの上限値及び下限値を越える程度・頻
度（単位時間当りの回数・総回数・回復の遅さ
等）をチエツクすることにより、或はこれを越え
ることは許されないという様な上々限及び下々限
を設定して同様のチエツクをすることにより（尚
各チエツク項目毎に制限値を定め制限値との対比
によつて管理するとも自由である）、各内容に応
じた警報を発する様にすれば、操業者は異常の有
無及び程度を直ちに把握することが可能となり、
減風・調湿具合の調整・風温調整等の対策を迅速
にとることができる。第６図は同手法を高炉操業
に適用したときの一例を示す。

本発明は上記の如く構成されているので、竪型
炉における炉内壁表面近傍の状況を温度変化情報
の差分値から迅速且つ正確に把握し、且つそれに
対して速やかな対応をとることが可能となつた。
特に高炉では装入物の荷下りやガスの上昇に関す
る異常を把握することが可能であり、操炉条件の
調整に益するところは極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は測温センサーの一部断面見取図、第２
図は第１図の―線断面図要部、第３図は高炉
炉胸部の断面図、第４図イ〜ニは生の温度情報を
縦軸にとつたグラフ、第５図イ〜ニは温度差分値
を縦軸にとつたグラフ、第６図は差分値の炉内状
況監視法を高炉操業に適用したフロー図である。 ４…高炉壁、５…測温センサー、６…感温点、
７…鉄鉱石層、８…コークス層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測温点を長さ方向に位置を違えて複数配置す
   ると共に、各測温部先端に同一熱伝導性のダミー
   棒を配して長さ方向への熱的均一性を確保し且つ
   各測温点間に介在する絶縁材によつて長さ方向の
   熱伝達を周辺と同等にしてなる多点測温型温度分
   布検知センサーを用いて、竪型炉の内壁表面部近
   傍の温度を測定し、経時的な温度変化を差分法で
   表わすと共に、該差分法によつて表現される温度
   変化が急激上昇をもつて「ガス吹抜」と判定し、
   急激降下をもつて「装入物の急激な荷下がり」と
   判定し、装入ピツチに対応した周期変動をもつて
   「装入物の定常的荷下がり」と判定し、零をもつ
   て「装入物の停滞」と判定することを含むことを
   特徴とする竪型炉の炉内状況監視法。