JPS6126612B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高炉炉体の熱負荷測定方法、特に、
炉体の冷却部に形成された凹溝に耐火材を埋込
み、その底部に熱流計を配置した形式の熱負荷測
定方法に関する。

一般に高温炉の保守および適正な操業を確保す
るために、炉体の熱負荷を測定する必要がある
が、従来このような炉体熱負荷を測定する方法と
して熱流計を炉体鉄皮など外部表面に取付けてこ
の外部表面の温度あるいは熱流束から炉内の熱負
荷を検出する方法がある。しかるに、高炉炉体の
ように炉壁内部に冷却装置をもつ場合、内部の熱
が前記冷却装置によつて吸収されてしまうため、
外部表面では正確な熱負荷の測定が不可能であ
る。このような不具合をなくすために、なるべく
炉体内部の熱負荷を直接測定する方法として従来
冷却水受熱量測定法とよばれる方法がある。これ
は第１図に示すように、炉壁の耐火レンガ層２に
配置された冷却装置３を通る冷却配管５に入口温
度計６と出口温度計７とを設け、1000℃〜2000℃
の高温気体、固体で充満している炉体の内部１か
ら矢印方向へ流れる熱負荷Ｑにより、冷却装置３
内の配管５を通過する冷却水は昇温され、その入
口と出口とで温度差Ti，Toを生じ、これを入口
温度計６と出口温度計７とで検出するとともに、
流量計８で水量を求めると、次式によつて熱負荷
Ｑを測定する方法である。

Ｑ＝Ｗ×Cp×（Ti−To）……(1) ここでＷ：冷却水量（Kg／Hr） Cp：比熱（Kcal／Kg℃） Ｔ：温度（℃） Ｑ：熱負荷（Kcal／Hr） 第２図は冷却装置としてステーブクーラを用い
た場合に高炉シヤフトのプロフイールであつて、
冷却装置３_１、３_２、……３_oは高炉の鉄皮４に
沿つて炉高方向に複数個配置される。各冷却装置
３_１、３_２、……３_oには第１図の拡大図に示す
ような冷却配管および入口、出口温度計、流量計
などが設けられる。各冷却装置３_１、３_２、……
３_oには炉体内部１の状況の変化に応じて炉高方
向にのびた等温曲線即ち熱負荷分布が生ずる。

しかしながら、上述の方法は、炉体における熱
負荷の分布を求めようとする場合測定点の数が多
数に及び、第２図からも分かるように冷却配管の
入口、出口の温度計、各流量計を数多く必要とす
るという欠点がある。また、強制冷却のステーブ
クーラの場合、前記入口、出口の温度差は１℃以
下であり、上述の方法では測定精度が悪い。特
に、温度計を冷却配管の外部露出部分に取付けて
いるために冷却、保温等の外乱を生じ易いという
諸種の欠点がある。上述の熱流計は、冷却装置を
内蔵しない所では耐火物内に埋設することがある
が、一般の高炉炉体では冷却装置があるため、単
純に埋設するのみでは冷却装置の形状によつては
温度分布を生じてしまい、測定値の信頼性が大き
く損なわれることとなる。

本発明は、上述した従来の欠点、不具合をなく
し、熱流計を用いて精度よく高炉炉体の熱負荷を
測定することのできる測定方法を提供することを
目的とする。

本発明に係る熱負荷測定方法は、高炉炉体の冷
却装置の凹溝内の等温曲線が炉体の高さ方向にほ
ぼ平行になるように凹溝の深さと巾および該凹溝
の埋設材の材質を選定し、このような形状の凹溝
内に前記埋設材を配置し、さらに該凹溝の底部中
央で熱流束を測定することを特徴とするものであ
る。

以下、本発明を、図面を参照しながら、実施例
について説明する。

第３図は本発明に係る測定方法を実施するため
の熱負荷測定装置の概略図であつて、冷却装置と
してステーブクーラ３を鉄皮４の内側に設けた例
を示す。ステーブクーラ３は内部を冷却水が冷却
配管５を通つて流れるようになつている。ステー
ブクーラ３の炉内側に向いた面には炉壁内耐火レ
ンガ支持を容易にするために複数個の凹溝１０が
炉高方向に隔置されている。凹溝内には鋳込みレ
ンガ１２がつめ込まれている。符号１１はスタン
ブ材である。本発明に係る装置では或る特定の形
状をした１つの凹溝１０の底部の中央Ａ点に熱流
計１４の検出部を取付けてある。凹溝内に埋込ま
れる鋳込みレンガの熱伝導率λは近以的に一定値
をとると考えると、凹溝の底部において熱流計で
熱流束ｑを測定することにより、炉体の熱負荷 Ｑ（Kcal／Hr）は、 Ｑ＝Ｋ・ｑ……(2) （ただしＫは一義的に鋳込みレンガの熱伝導率
λによつて定められる定数） によつて容易に算出することができる。

かかる熱流計の検出部の取付け位置としては、
前記Ａ点のほかにステーブ突起先端のＢ点あるい
は耐火物レンガ２内のＣ点が考えられるが、耐火
物レンガ２は通常高炉操業開始後１年程度で損耗
脱落するのが普通であり、熱流計の検出部の保護
上前記Ｂ点、Ｃ点は難点がある。またＡ点につい
ても凹溝の形状およびこれに埋込まれる鋳込みレ
ンガの材質によつては、第４図ａ，ｂに示すよう
に冷却能力の強大な物体に囲まれる部分では等温
曲線のゆがみが生じて熱流束ｑの測定上問題とな
る。即ち、第４図ａは凹溝１０の深さが長く、
巾ｄが小さい場合で、その等温曲線は凹溝内で大
きく蛇行し、ステーブにかかつている熱負荷Ｑ
は、埋設材（鋳込みレンガ）内部でｑとΔｑとに
分離されてしまい、熱流計で測定した熱流束ｑと
熱負荷Ｑとの間に(2)式のような一定の関係が存在
しなくなる。

第４図ｂは凹溝１０の深さを巾ｄに比して短
かくした場合の等温曲線の分布を示したものであ
り、第４図ｃは巾ｄを長くし、巾ｄに対する深さ
をさらに短かくした場合の等温曲線を示したも
のである。いずれも第４図ａに比べて等温曲線の
蛇行は著しく改善され、熱流束のΔｑ成分が減少
していることが知れる。特に第４図ｅは凹溝内の
等温曲線が炉体の高さ方向に大略平行になつてい
る。

等温曲線の分布状態は凹溝内の埋設材の熱伝導
率λによつても影響を受ける。即ち熱伝導率λが
大きい程凹溝の深さおよび巾ｄの影響は少なく
なり、λが小さい程，ｄの影響は顕著である。
したがつて熱流計を埋設し、熱流束値を測定して
熱負荷を得ようとする場合、この等温曲線の蛇行
が生じない様な凹溝の形状、埋設材の材質特にそ
の熱伝導率を選定することが必要である。

第５図は、埋設材の材質、凹溝の形状寸法を変
更した数多くの計算により、例えば適用する埋設
材の熱伝導率λに対して、等温曲線の蛇行を生じ
ない、あるいは実用上無視できる程度の蛇行にと
どめることのできる凹溝の深さおよび巾ｄを求
める場合の具体例を示したものである。即ち、第
５図において、凹溝の深さが200mmの場合、埋
設材のλと凹溝の巾ｄとは図中ａで示す曲線にし
たがつて定めることができる。いま、埋設材のλ
がＸ点であれば、γ−Ｘ線と曲線ａの交点Ｙを求
め、しかるのち、β−Ｙ線をα−γ線に延長して
その交点Ｚを得る。これにより、等温曲線のゆが
みを少なくし、測定すべき熱流束ｑが前述の(2)式
のような熱負荷Ｑと比例関係をもつようにするに
は、溝巾ｄは300mm以上でなければならないこと
がわかる。逆に何らかの理由で溝巾ｄが300mmと
固定されている場合は、埋設材の熱伝導率λは図
のＸ点に相当する値以上の値をもつ材質のものを
選定する。あるいはまた、例えば凹溝の深さが
変更できない場合、埋設材のλが12.5だとする
と、溝巾ｄは300mm以上にとる。

第６図は炉壁の耐火レンガ層２（第３図）が浸
蝕などによつて変化した場合の種々の埋設材熱伝
導率λに対する測定熱流束ｑと熱負荷Ｑとの比、
即ちｑ／Ｑ＝１／Ｋの関係を、本発明と本発明に
よらないものとを比較して示したものである。図
中〇印で示す曲線は耐火物レンガ層が200mm減少
した時の曲線、×印は同じく400mm減少時の曲線、
△印は600mmに減少した時の曲線であり、実線の
曲線は本発明のもの、点線の曲線は本発明によら
ないで凹溝底部に熱流計を埋設したものである。
本発明では耐火物レンガの層厚の変化があつても
λと１／Ｋとの一定の関係が保たれるのに対し、
本発明によらないものでは耐火物レンガ層の厚さ
が減少する程等温曲線の蛇行が進むので前述の(2)
式におけるＫの値が耐火物レンガの層厚変化によ
りことごとく変化し、(2)式にしたがつて熱負荷Ｑ
を求めることは困難である。このことは炉内温度
の変化に対しても同様であつて、本発明では炉内
温度が変化しても同様の曲線となるが、本発明を
用いない場合は炉内温度が高くなる程等温曲線の
蛇行が大きくなり、前記Ｋの値が定まらず(2)式に
したがつて熱負荷Ｑを求めることが困難となる。

なお、本実施例では熱伝導率λが12.5の不定形
耐火物を使用した場合を示したが、キヤスタブ
ル、プラスチツク耐火物、耐火モルタルなどの不
定形耐火物を適宜用いてもよいことは勿論であ
る。

以上のごとく本発明によると、凹溝底部におけ
る熱流束の測定値が常に近似的に熱負荷に比例す
るので熱負荷の算出、解折が容易であつて従来の
ように複雑な演算処理を必要としない。また、必
要な熱負荷測定箇所の数だけ熱流計の検出部を設
置すればよく、従来の例えば冷却水受熱量法など
のように測定量が多くならない。さらに本発明で
は必要な測定箇所を自由に選定して熱負荷分布を
直接測定できるので冷却水受熱量法のように温度
等の外乱が入りこまない、など多くの利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の冷却水受熱量法の原理を示した
概略図、第２図は冷却装置としてステーブクーラ
を用いた高炉シヤフトの部分的な概略図、第３図
は本発明に係る測定方法を実施するための熱負荷
測定装置の概略的な縦断面図、第４図ａ，ｂ，ｃ
は種々の凹溝形状に対する等温曲線の分布状態を
示した図、第５図は凹溝の深さ、巾ｄ、および
埋設材の熱伝導率λとの関係を示した図、第６図
は埋設材の熱伝導率に対する測定熱流束と熱負荷
との比を、本発明による場合と本発明によらない
場合とを比較して示した図である。 １……炉体内部、２……耐火物レンガ層、３…
…ステーブクーラ（冷却装置）、４……鉄皮、５
……冷却配管、１０……凹溝、１２……鋳込みレ
ンガ（埋設材）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉炉体の冷却装置に形成された埋設材埋込
   用の凹溝内の等温曲線が炉体の高さ方向にほぼ平
   行になるように該凹溝の深さと巾および該凹溝に
   埋め込まれる耐火性埋設材の材質を選定し、この
   ような形状の凹溝内に前記材質の耐火性埋設材を
   配置し、該凹溝の底部中央で熱流束を測定するこ
   とを特徴とする高炉炉体の熱負荷測定方法。