JP2000212618A - 高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】高炉炉内でのガス流の円周方向不均一および特
定方位での漏水の有無を検知する。 【解決の手段】高炉の炉上部側壁に円周方向に４方向以
上のガスサンプリング孔を設け、当該サンプリング孔か
らサンプリングしたガス組成を分析し、その組成の偏差
より高炉内円周方向のガス流れの強弱および冷却水の炉
内浸水の有無を推定する。 【効果】高炉内円周方向でのガス流アンバランス，ガス
組成偏差により炉漏水方位を検知することにより処理を
迅速に行うことができ、高炉の安定操業が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄用高炉の炉内
ガス流の円周方向バランス検出および冷却水の炉内漏水
を推定する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉は、銑鉄製造手段として熱経済的に
優れたものであるが、その効率を最大限に発揮させるた
めには、炉下部より吹込まれた熱風が炉内コークス等と
反応して発生する所謂ボッシュガスと、炉上部から装入
された鉄鉱石、コークスなどの固体原燃料との熱交換効
率、反応効率を維持する必要がある。熱交換・反応効率
を最大とし、安定な操業を継続するためには、高炉内部
を上昇するガス流れを安定化させること、特に円周方向
で局所的なガスの偏流を発生させないことが重要であ
る。

【０００３】高炉は円筒状の反応装置で、下部に設置さ
れた熱風吹込み用の羽口も数が多いことから通常の状態
であればガス流れの円周方向の不均一は発生しないはず
である。しかし、実際の高炉操業においては、高炉内部
のガス流れは種々の要因によって円周方向の不均一が発
生する。この原因としては特定方位での、レンガの局部
損耗あるいは炉壁での付着物生成、送風羽口から吹込ま
れる微粉炭等の補助燃料の羽口吹込み速度の不均一、炉
頂部から装入する鉱石・コークスの炉頂堆積状況の不均
一などが考えられる。

【０００４】ガス流れの円周方向での不均一が発生した
場合、特定方位でガス流れが弱くなることから、当該方
位での固体の昇温・還元が遅れ炉下部での熱不足が起こ
り、炉況不調を引き起こし兼ねない。また、ガス流れが
強い方位では、炉体レンガが高温のガス流に晒されるこ
とからレンガの損耗が進行する。この様な場合、当該方
位のガス流を抑えるべく、例えば熱風を吹込む羽口にお
いて送風量を絞るなどして強制的にガス流れを抑制する
必要がある。また、ガス流れの不均一が炉体の損耗の円
周方向アンバランスに起因する場合、例えば装入物を減
尺して休風を実施して耐火物の吹付け補修などを実施す
ることにより、炉体プロフィールの維持を図る必要があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した如く、円周方
向でのガス流れ不均一は高炉操業に多大の悪影響を与え
るが、円周方向でのガス流れの分布を直接的に検知する
実用的な手段は無く、例えば炉体各部の熱負荷の増減等
の値から、定性的に推定しているに過ぎない。一方、高
炉炉体の冷却水が炉内に漏水した場合、炉内の熱不足が
発生し高炉の操業が不安定化し、冷え込みの危険も生じ
る。漏水を検知する手段として冷却水量のチェックは勿
論重要な検知手段であるが、高炉の冷却水系統は非常に
複雑で有り、瞬時に破損箇所を特定することは困難であ
る。

【０００６】また、炉頂ガス中の水素濃度を継続的に分
析し、水素濃度が上昇した場合に漏水のチェックを行う
ことも行われているが、炉頂ガスの平均組成の変化では
検出感度が低く、高炉の操業状況によっても水素濃度が
変化するため有効な検出手段にはなり難い。漏水の検出
手段として、本発明者らは既に特開平１０―２１９３２
２号公報において、高炉の円周方向で水素濃度を測定す
る方法を提案しているが、この方法では後述する通り炉
内のガス流れの影響を受けるために漏水の検出精度とし
ては今一歩低い。

【０００７】本発明は、製鉄用高炉の炉上部側壁に円周
方向に所定間隔で穿孔した複数箇所の孔から炉内ガスを
採取しこのガス組成から高炉炉内円周方向のガス流れの
強弱と冷却水の炉内漏水の有無を推定する方法を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、製鉄用高炉の
炉上部側壁の円周方向所定間隔で４個以上のガスサンプ
リング孔を設け、当該サンプリング孔からサンプリング
したガス組成を分析し、前記ガス組成の偏差より高炉内
円周方向のガス流れの強弱および／または冷却水の炉内
漏水の有無を推定する高炉の操業方法である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、炉頂側壁部におい
て円周方向複数箇所での炉内ガスをサンプリングして、
該ガスの組成を測定することにより炉内円周方向ガス流
れの不均一を検出すると共に、漏水が発生した場合の円
周方向位置を特定する方法を見出した。すなわち、炉内
の円周方向の特定方位でガス流れが促進された場合、降
下する固体についてガスの接触量が多いため当該方位上
方の還元ガスの酸化度の上昇量が相対的に小さくなる、
即ち、ガス中の二酸化炭素および水蒸気濃度が低下し、
一酸化炭素および水素濃度が上昇する。従って、これら
のガス組成を連続的に測定することにより円周方向での
ガス流れの強弱を推定することが出来る。好ましくは、
これらのガス成分を全て測定することが望ましいが、水
蒸気濃度を測定するためには、サンプリング配管の保温
などの諸対策を施す必要があるため、水蒸気以外のガス
成分、即ち、一酸化炭素、二酸化炭素、水素濃度のみを
測定してもよい。

【００１０】一方、炉内に炉体を冷却する設備が破損し
て冷却水が炉内に漏水した場合、炉内に侵入した水は高
温の内容物あるいはガスと反応し、水素が発生する。従
って，水素濃度を炉頂側壁に穿孔した孔から測定するこ
とにより、漏水が発生した場合にその方位を特定でき
る。しかし、前述したように炉内のガス流れの変動によ
って水素濃度は変動するため、水素濃度の変化のみで炉
内浸水を判断するのは誤りを生ずる危険があるから、他
のガス成分と合わせて判断を行う。

【００１１】炉頂側壁の円周方向３６０度を等分し、推
定精度を高めるために４ヶ所以上穿孔したが、漏水検知
の上から好ましくは８箇所穿孔し、該孔から炉内ガスを
サンプリングしてガスの組成を解析し、以下の方法によ
りガス流れの変動と炉内漏水を分離して検出する。すな
わち、炉頂側壁の孔からサンプリングしたガス組成は、
浸水が発生していない場合には、ガス中の一酸化炭素ガ
ス利用率、ＣＯ₂／（ＣＯ＋ＣＯ₂）と定義する酸化度と
水素濃度は反比例の関係を有し、ガス流れが強い箇所で
は一酸化炭素の酸化度が低くなり、水素濃度が高くな
る。一方、炉内漏水が発生した場合、水と炉内ガスと反
応して水素ガスが発生し、当該方位の水素濃度が高くな
るが、一酸化炭素はガス濃度が水素、水蒸気に比べ高い
こと、および、二酸化炭素とコークスの反応平衡に規定
されることにより大きく変化はしない。したがって、水
素濃度のみが上昇し一酸化炭素のガス利用率が大きく変
化しない場合は、当該方位において漏水が起こっている
ものと判定できる。

【００１２】例えば具体的な例で説明すると、一酸化炭
素ガス利用率は約４５〜５５％、水素濃度は約３〜６％
の範囲で一般的な高炉の操業状況にあっても変化する。
そのため、これらの測定値を時系列的に比較検出して偏
差を求め、高炉内円周方向のガス流れの強弱や冷却水の
炉内漏水の有無を推定することは十分な精度が得にく
い。そのため本発明は、同一方位の時系列的な偏差では
なく、円周方向の偏差を検知して、且つ一酸化炭素ガス
利用率と水素濃度を両方考慮して、高炉内円周方向のガ
ス流れの強弱を推定し、また冷却水の炉内漏水の方位を
特定するものである。

【００１３】円周方向の偏差は、例えば最も変位の大き
い方位と円周方向全方位の平均値との差や、最も変位の
大きい方位を除く方位の平均値との差等で検知でき、特
にその偏差算出方法を限定するものではない。尚、好ま
しくは高炉の炉内プロフールにより高炉内円周方向のガ
ス流れには癖がある場合が多いのでその偏差分は事前に
考慮し差し引くことが好ましい。

【００１４】高炉内円周方向のガス流れの強弱の推定
は、具体的には、同一方位の一酸化炭素ガス利用率と水
素濃度が他の方位に比べて、一酸化炭素ガス利用率偏差
が低く、且つ水素濃度偏差が高い場合に該方位のガス流
れが強いと推定し、その他の方位が弱いと推定する。ま
た、冷却水の炉内漏水の方位を特定では、特定方位の水
素濃度偏差が大きいに拘らず、該方位の一酸化炭素ガス
濃度偏差が他の方位とあまり変化ない場合に該方位に炉
内漏水が発生していると推定する。

【００１５】本発明の一酸化炭素ガス利用率や水素濃度
の測定周期は特に限定するものではないが、高炉の操業
状況は緩やかに変化し、また、漏水は急激に炉内状況を
変化させるため、数分周期の測定値の数日間平均値を使
用する長期間測定とともに、併せて数分周期そのものを
使用する短期間測定値を両方検出してガス流れの強弱及
び漏水有無を推定することが好ましい。

【００１６】（実施例１）内容積１６５０m³の高炉にお
いて、炉頂装入物ストックラインの５００mm上部の高さ
において、円周方向４５°、１３５°、２２５°、３１
５°の方位に4個所のガス吸引口を設置して炉内ガスを
吸引し、一酸化炭素、二酸化炭素、水素濃度を連続的に
計測した。測定開始後、２０日間経過してから３１５°
方位の一酸化炭素ガス利用率が低下し水素濃度が増加し
た。図１、図２は計測開始後２０日後の円周方向ガス組
成分布の５日間平均測定結果であり、図３、図４はそれ
までの時系列推移である。さらに２日経過した時点で９
０°から１３５°方位で羽口部への未還元鉱石が落下が
確認され、溶銑温度の低下や溶銑成分異常が頻発して炉
況が不安定となった。このことから、この期間において
は３１５°方位に過度のガスが流れたため反対側に位置
する９０°から１３５°方位での通過ガス量が不足して
いたものと推定された。その後、計測を継続し、同じよ
うな現象が発生した場合には燃料であるコークス量を多
めに配合を行ったり、装入物分布の調整により炉況不安
定を回避することができた。

【００１７】（実施例２）実施例１で説明した計測を継
続中に、一酸化炭素のガス利用率が円周方向で大きな差
違がないにもかかわらず、特定方位で水素濃度のみが上
昇する現象が見られた。そのときの1日間平均値の円周
方向ガス組成分布を図５、図６に示す。このとき、当該
方位での漏水の可能性があると判断して冷却水系統の検
査を実施したところ、炉の中段部において炉内への浸水
が発生していることが確認された。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したごとく、高炉炉
上部の円周方向複数箇所のガス組成を分析し、ガス組成
の円周方向間ガス組成偏差からガス流れの強弱及び炉内
漏水方位を検知する高炉の操業方法であるため、該方位
を特定して装入物分布調整による炉況回復処理が精度よ
く迅速に行えるとともに、冷却水の漏洩箇所をより正確
にみつけ、該系統の冷却水停止等の処置が迅速に行え、
炉況不安定を回避することが可能となる。 また、円周方向でのガス組成偏差で検出できるため、漏
水等の急激な炉内状況変化も短周期測定値で迅速に検知
でき、また一酸化ガス利用率偏差と水素濃度偏差を両方
とも考慮してガス流れの強弱および漏水を推定するた
め、従来方法に比べてより精度良い推定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】特定方位のみにガス流が流れた場合の、炉頂円
周方向での一酸化炭素ガス利用率の分布を示した図。

【図２】図１と同一期間及び方位の円周方向水素濃度の
分布を示した図。

【図３】測定開始からの一酸化炭素ガス利用率の時系列
推移図。

【図４】測定開始からの水素濃度の時系列推移図。

【図５】内浸水が発生した場合の、炉頂円周方向での一
酸化炭素ガス利用率の分布を示した図

【図６】図５と同一期間および方位の円周方向水素濃度
の分布を示した図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】製鉄用高炉の炉上部側壁に円周方向所定間
   隔で４個以上のガスサンプリング孔を設け、当該サンプ
   リング孔からサンプリングしたガス組成を分析し、前記
   ガス組成の偏差より高炉内円周方向のガス流れの強弱お
   よび／または冷却水の炉内漏水の有無を推定する高炉の
   操業方法。