JP2005226105A

JP2005226105A - 高炉炉内溶融物レベルの計測方法及び装置

Info

Publication number: JP2005226105A
Application number: JP2004034655A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Ito; 友彦伊藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】操業中の高炉に対して、高い計測精度が得られるようにした高炉炉内の溶融物レベルの計測方法及びその装置を提供する。
【解決手段】高炉の炉壁レンガ１６の外周表面に一端を設置した電極４１ａ〜４１ｄをを、高さ方向に所定距離離して設置し、最下部の電極４１ａと他の電極４１ｂ〜４１ｄとの間に交流電圧を印加し、その交流電圧に起因して発生する高炉の鉄皮１８の表面の電流分布を計測し、その電流分布の変化に基づいて高炉炉内の溶融物レベルを計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉炉内溶融物レベルの計測方法及びその装置に関するものである。

製鉄業において高炉は最上流工程に位置するため、その操業の安定化技術が重要視されている。高炉では炉頂部のベルより原料となる鉄鉱石とともにコークスを投入し、羽口から圧送される熱風により還元され溶銑ができる。溶銑滓は炉底部に貯留され、一定時間間隔毎に出銑口を穿孔し、溶銑が排出される。高炉操業において、炉底部に貯留される溶銑滓のレベルを把握することは、出銑周期を決定し、安定した経済的な操業を行う上で重要である。すなわち、貯銑滓レベルが高くなりすぎると、羽口から圧送される熱風の炉体内における通気性が悪化して炉況が不安定となる。不安定化した炉況を安定させるためには、コークスの投入量を増加したり、熱風量を変化させるなどの処置が必要となり、操業コストの悪化を招く。

しかるに、貯銑滓レベルを把握する手段がなかったため、炉内への原料供給量と出銑量の収支を計算して、炉底部における貯銑滓量を推定しているに過ぎず、大まかな目安にしかなっていなかった。

また、高炉炉内の溶融物レベルの計測の公知例としては、例えば特許文献１に開示されているような方法があった。この特許文献１では、高炉の炉底部付近の炉壁を構成するレンガに、少なくとも１対の電極を所定間隔を設けて取り付け、前記電極により前記レンガの電気抵抗を連続的に測定し、その電気抵抗値の変化により炉底部内の貯銑滓レベルを計測する高炉内の貯銑滓レベル計測方法が提案されている。

また、特許文献２では高炉炉床部内の羽口下部レベルより下方の炉壁レンガ内に、その先端を炉壁内に露出させた電極を垂直方向に少なくとも２個以上配置し、その電極の他端を高炉炉外に取り出して電圧調整機構を介してそれぞれの電極を接続し電気回路を形成して、電圧調整機構から電流を流し、電気回路を流れる電流量を計測することにより、高炉炉内における溶融体のレベルを把握する方法が提案されている。

更に、特許文献３では、高炉炉床部内の羽口下部レベルより下方の炉壁レンガ内に、その先端を炉壁内に露出させた電極を垂直方向に少なくとも２個以上配置し、その電極の他端を高炉炉外に取り出して電圧計を介してそれぞれの電極を接続し電気回路を形成して、高炉炉内の溶融体レベルが変化することにより、溶銑と溶滓の界面で電気化学的に発生する電圧を計測することにより、高炉炉内における溶融体のレベルを把握する方法が提案されている。

特開昭５９−１４０３０９号公報特開２０００−１９２１２３号公報特開２０００−１９２１２４号公報

ところが、特許文献１において電気抵抗を計測する際には、電気抵抗が小さいため電極に大電流を流さざるを得ず、このような大電流を流すと、電流が作る磁場が電極等にノイズとして表れてしまい、その結果、計測精度が低下するという問題点があった。また、後者の特許文献２及び３に示された高炉炉内の溶融体レベル計測方法では、電極を炉壁レンガ内部に埋め込まなければならないため、施工時の安全性等を考慮すると、電極の設置は高炉建設時又は耐火レンガ積み替え改修時に行わなくてはならず、操業中の高炉に対して即座に適用することは非常に困難である。また、高炉建設、耐火レンガ積み替え補修は、莫大なコストがかかり頻繁に行うことは不可能である。このため操業中の高炉に対して、高炉炉内溶融物レベル計測を行うことは困難を極める、という問題点があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、操業中の高炉に対しても高い計測精度が得られるようにした高炉炉内の溶融物レベルの計測方法及びその装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の一つの態様に係る高炉炉内溶融物レベルの計測方法は、高炉の炉壁レンガ部の外周表面に一端を設置した電極を、高さ方向に所定距離離して少なくとも２個設置し、該電極のうち最下部の電極と他の電極との間に所定の電圧を印加し、該電圧に起因して発生する高炉の鉄皮表面の電流分布及び／又は電流密度分布を計測し、該電流分布及び／又は電流密度分布の変化に基づいて高炉炉内の溶融物レベルを計測する。

（２）本発明の他の態様に係る高炉炉内溶融物レベルの計測方法において、前記最下部の電極は炉底レンガの高さに設置される。
（３）本発明の他の態様に係る高炉炉内溶融物レベルの計測方法は、高炉鉄皮表面の電流分布及び／又は電流密度分布は前記電圧をかける２つの電極の中間点において計測する。
（４）本発明の他の態様に係る高炉炉内溶融物レベルの計測方法は、高炉鉄皮表面の電流分布を計測する手段として、高炉鉄皮表面を流れる電流が作る磁場を磁気センサを用いて計測し、該磁場計測値から鉄皮表面に流れる電流量を求める。

（５）本発明の他の態様に係る高炉炉内溶融物レベルの計測装置は、高炉の炉壁レンガ部の外周表面に一端を設置し、高さ方向に所定距離離した少なくとも２個の電極と、該電極のうち最下部の電極と他の電極との間に所定の電圧を印加する電源と、前記電圧に起因して発生する高炉の鉄皮表面の電流分布及び／又は電流密度分布を計測する手段とを備え、前記高炉の鉄皮表面の電流分布及び／又は電流密度分布の変化に基づいて高炉炉内の溶融物レベルを計測する。
（６）本発明の他の態様に係る高炉炉内溶融物レベルの計測装置は、前記最下部の電極は、炉底レンガの位置に設置される。
（７）本発明の他の態様に係る高炉炉内溶融物レベルの計測装置は、前記電源として交流電圧電源を用い、前記電極間に交流電圧を印加する。
（８）本発明の他の態様に係る高炉炉内溶融物レベルの計測装置は高炉鉄皮表面の電流分布を計測する手段として、高炉鉄皮表面を流れる電流が作る磁場を測定する磁気センサを用いる。

炉壁を構成するレンガの電気抵抗値を計測する際には大電流が必要となり、この電流が作る磁場の影響が大きく計測精度が悪くなるが、本発明によれば、大きな電流を流す必要はなく、精度よく計測を行うことが可能である。また、電極から十分離れた位置で計測を行うので、この点からも精度よく計測を行うことが可能である。また、電極先端のカーボンレンガ内への設置は、上述のとおり高炉新設時又は高炉レンガ積み替え補修時にのみ実施可能であり、装置を設置する機会は極端に限られてしまうが、本発明によれば、電極は耐火レンガとスタンプ材の境界面に電極の先端が炉壁レンガ表面に接触させるように設置するため、高炉の休風補修時に容易に設置することが可能であり、また、鉄皮に流れる電流量を抑えて精度よく計測を行うことが可能である。

実施形態１
図１は本発明の実施形態１に係る高炉炉内溶融物レベルの計測装置及びその関連設備の構成を示したブロック図である。図１の高炉１０には原料である鉄鉱石がコークスとともに炉頂から装入されて炉体１１内に供給され、羽口１２から炉体１１内に圧送される熱風により還元されて溶銑３１となる。溶滓３２は炉底部１３に貯留され、一定時間毎に出銑口１４を穿孔し、溶銑３１が排出される。炉底部１３は、炉底レンガ１５及び炉壁レンガ１６から構成されており、この炉壁レンガ１６の外壁は更にスタンプ材１７及び鉄皮１８により覆われている。このスタンプ材１７及び鉄皮１８を貫通して電極４１ａ〜４２ｄが取付けられている。なお、炉壁レンガ１６は高炉炉内溶融物が存在する高さ範囲にあるレンガであり、炉底レンガ１５は高炉炉内溶融物より下部のレンガを示す。

電極４１ａ〜４１ｄの内、電極４１ａは炉底レンガ１５の高さに取り付けれており、電極４１ｂ〜４１ｄは電極４１ａからはそれぞれ所定の距離だけ離れた炉壁レンガ１６側の位置にそれぞれ取付けられている。また、電極４１ａ〜４１ｄは高炉１０の円周の接線に垂直で、かつ鉄皮１８の表面に沿った直線上に設置されており、高炉炉内溶融物レベルの判別が容易になるように配慮されている。また、電極を設置する直線上に羽口１２や出銑口１４などの構造物があると外乱要因となるので、適当に離すことが望ましい。これらの電極４１ａと電極４１ｂ〜４１ｄとに定電圧発生装置（交流電源）４３により定電圧からなる交流電圧を印加して、両者間に電流を流す。電極４１ａと電極４１ｂ〜４１ｄとの間には電流分布検出素子４４ｂ〜４４ｄが取り付けられおり、例えば、電流分布検出素子４４ｂは電極４１ａと電極４１ｂとの中間位置に配置され、同様にして、電流分布検出素子４４ｃは電極４１ａと電極４１ｃとの中間位置に配置され、電流分布検出素子４４ｄは電極４１ａと電極４１ｄとの中間位置に配置される。この電流分布検出素子４４ｂ〜４４ｄとしては、例えば鉄皮１８の表面の電流が作る磁界の分布を検出するホール素子等の磁気センサーを用いる。電流分布検出素子４４ｂ〜４４ｄの出力は、レベル計測器４５に出力されて後述のように電流分布検出素子４４ｂ〜４４ｄの出力の変化に基づいて高炉内溶融物（溶銑３１、溶銑滓３２）のレベルを把握する。

図２は電極４１ａ〜４１ｄの取付け状態を示した断面図である。電極４１ａ〜４１ｄはその外周部が絶縁体４６により覆われた状態で、スタンプ材１７及び鉄皮１８を貫通して取付られている。また、電極４１ａ〜４１ｄの外周部は周囲の導電体に電流が流れ出さないように、絶縁体４６で被覆されている。なお、この絶縁体４６の被覆は、炉壁レンガ１６とスタンプ材１７との境界面に接する部分には施されていない。また、操業に用いている熱電対の指示温度から炉壁レンガ１６の表面温度は高くとも３００℃程度と考え、電極４１ａ〜４１ｄには３００℃以上の融点を持つ導電性を有する物質を使用するものとする。

次に、図１の高炉炉内溶融物レベルの計測装置の動作について説明する。高炉炉内の溶融物である溶銑３１、溶滓３２のレベルは出銑作業を行うことにより徐々に変化し、そのレベルは低下する。このとき最下部の電極４１ａに例えば正電圧、上側の電極４１ｂ〜４１ｄの何れかの電圧を０Ｖとして電気回路を構成すると、電極４１ａから流れ出る電流は高炉炉内の電気抵抗の分布（溶融物・炉底レンガ・スタンプ材・鉄皮）に従って分布することになる。出銑によって高炉炉内溶融物のレベルが変化すると電気抵抗の分布も変化することになり、電流分布も変化する。このとき鉄皮１８の表面の電流分布もまた変化するので、鉄皮１８の表面の電流分布の変化を観察することで、高炉炉内の溶融物レベル計測が可能となる。このとき、鉄皮１８の表面で、電流分布の変化が一番顕著であるのは、電圧を負荷する２つの電極の中間点であり、電極間の中間点で計測を行うのが最適である。なお、この中間点とは、２つの電極間の高さ方向における厳密な中間点である必要はなく、おおよその中間点であればよい。例えば中間点から数１０ｃｍ程度の範囲内にあれば問題なく計測が可能である。電圧をかける電極を、最下部の電極４１ａと、それよりも上のレベルに設置された電極４１ｂ〜４１ｄを任意の高さのものとすると、この電極４１ｂ〜４１ｄの設置レベルよりも上のレベルまで溶銑が満たされていると電極問の中間点では電流密度は最大値を示し、炉内溶融物のレベルの低下に伴って、鉄皮１７の表面の電流密度は低下する。

高炉の出銑作業が行われていない時期に、最下部の電極４１ａと最上部の電極４１ｄに定電圧発生装置４３の出力電圧を印加し、出銑作業の開始とともに、一定の時間間隔で順次、電圧を負荷する電極を下側の電極４１ｃ、４１ｂに切り替え、その電極の中間点での電流分布を電流分布検出素子４４ｂ〜４４ｄにより計測する。出銑作業の開始直後はどの電極４１ｄ、４１ｃ、４１ｂに電圧を印加しても、検出される電流密度は最大値を示し、出銑量が増加するに従って、上部の電極を用いた場合の電流密度は減少していくが、その電極４１ｄ、４１ｃ、４１ｂよりも下部の電極を用いた場合はその電極よりも溶融物のレベルが上にあれば、その電極間の電流密度は最大値を示す（後述の図４参照）。電流分布検出素子４２ｄ〜４２ｂは、その電流分布を検出してレベル計測器４５に出力し、レベル計測器４５はその電流分布に基づいて炉内溶融物のレベルを計測する。

なお、上記の実施形態においては、上部側に３個の電極４１ｄ、４１ｃ、４１ｂを取り付けた例について説明したが、本発明においては、高炉の垂直方向に少なくとも２本の電極を設置し（従って、２本、３本、４本、５本又はそれ以上の任意の本数であってもよい）、そのうち最下部の電極を設置するレベルは炉底レンガ１５の周囲とすればよい。これは、炉内に溶融物が存在するレベルに最下部の電極を設置した場合には、溶融物のレベルの変化による鉄皮表面上における電流分布の変化は小さくなってしまうためである。また、電流分布の検出に対しては電流分布検出素子（磁気センサ）を用いた例について説明したが、鉄皮表面に取り付けた電極４４ｂ〜４４ｄに流れ込む電流量を計測することにより検出してもよい。

また、上記の実施形態においては、電流分布を求めてその変化に基づいて溶融物のレベルを計測する例について説明したが、電流分布に代えて、電流密度分布を検出してそれによって溶融物のレベルを計測するようにしもよいし、或いは、電流分布及び電流密度分布の両方に基づいて計測するようにしてもよい。

図３は本発明の一実施例を示した電極の設置位置の一例を示した模式図である。最下部の電極４１ａは、炉底レンガ１５の周囲設置し、他に３本の電極４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを出銑口１４と羽口１２のレベルの間に１ｍの間隔を持って設置した。電極の中間点となる３点にそれぞれ電流分布検出素子（図１参照）を設置し、電流分布を計測した。さらに、電極４１ａ〜４１ｄは高炉１０の円周の接線に垂直で、且つ鉄皮表面に沿った直線上に設置することで、高炉炉内溶融物レベルの判別が容易になり、更に、電極４１ａ〜４１ｄを設置する直線上に羽口１２や出銑口１４などの構造物があると外乱要因となるので、１−２ｍ程度離すことが望ましい。

図４は図３の条件で、出銑作業の開始時点からの電流密度の変化を示した特性図である。溶融物レベルが電極のレベルよりも上にあるときは出銑が始まっても一定値を示し、溶融物レベルが電極のレベルを下回ると電流密度の大きさは減少しやがて一定値へと近づく。この電流密度の変化を電極のレベルごとに観察することにより溶融物レベルが求められる。

本発明の実施形態１に係る高炉炉内溶融物レベルの計測装置及びその関連設備の構成を示した模式図である。図１の電極の取付け状態を示した模式図である。電極の設置位置の一例を示した模式図である。出銑作業の開始時点からの電流密度の変化を示した特性図である。

符号の説明

１０高炉、１１炉体、１２羽口、１３炉底部、１４出銑口、１５炉底レンガ、１６炉壁レンガ、１７スタンプ材、１８鉄皮、３１溶銑、３２溶滓、４１ａ〜４１ｂ電極、４３定電圧発生装置、４４ｂ〜４４ｄ電流分布検出素子、４５レベル計測器、４６絶縁体。

Claims

高炉の炉壁レンガ部の外周表面に一端を設置した電極を、高さ方向に所定距離離して少なくとも２個設置し、該電極のうち最下部の電極と他の電極との間に所定の電圧を印加し、該電圧に起因して発生する高炉の鉄皮表面の電流分布及び／又は電流密度分布を計測し、該電流分布及び／又は電流密度分布の変化に基づいて高炉炉内の溶融物レベルを計測することを特徴とする高炉炉内溶融物レベルの計測方法。
前記最下部の電極は炉底レンガの高さに設置されることを特徴とする請求項１記載の高炉炉内溶融物レベルの計測方法。
高炉鉄皮表面の電流分布及び／又は電流密度分布は前記電圧をかける２つの電極の中間点において計測することを特徴とする請求項１又は２記載の高炉炉内溶融物レベルの計測方法。
高炉鉄皮表面の電流分布を計測する手段として、高炉鉄皮表面を流れる電流が作る磁場を磁気センサを用いて計測し、該磁場計測値から鉄皮表面に流れる電流量を求めることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高炉炉内溶融物レベルの計測方法。
高炉の炉壁レンガ部の外周表面に一端を設置し、高さ方向に所定距離離した少なくとも２個の電極と、
該電極のうち最下部の電極と他の電極との間に所定の電圧を印加する電源と、
前記電圧に起因して発生する高炉の鉄皮表面の電流分布及び／又は電流密度分布を計測する手段とを備え、
前記高炉の鉄皮表面の電流分布及び／又は電流密度分布の変化に基づいて高炉炉内の溶融物レベルを計測することを特徴とする高炉炉内溶融物レベルの計測装置。
前記最下部の電極は、炉底レンガの位置に設置されることを特徴とする請求項５記載の高炉炉内溶融物レベルの計測装置。
前記電源として交流電圧電源を用い、前記電極間に交流電圧を印加することを特徴とする請求項５又は６記載の高炉炉内溶融物レベルの計測装置。
高炉鉄皮表面の電流分布を計測する手段として、高炉鉄皮表面を流れる電流が作る磁場を測定する磁気センサを用いることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の高炉炉内溶融物レベルの計測装置。