JP2005326204A

JP2005326204A - 高炉出銑温度測定方法

Info

Publication number: JP2005326204A
Application number: JP2004143233A
Authority: JP
Inventors: Masahito Sugiura; 雅人杉浦; Shinroku Matsuzaki; 眞六松崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を簡易にかつ連続的に正確に測温するための高炉出銑温度測定方法を提供する。
【解決手段】高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を放射測温で測定するに際し、波長１μｍ以上であって、溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域を用いて放射測温することを特徴とする高炉出銑温度測定方法である。これにより、溶銑と溶融スラグのいずれの部分を測温しても正確な温度測定結果を得ることができ、高炉の出銑口における溶銑温度を非接触でかつ連続的に測温することが可能になり、高炉の状況を的確に把握することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を測定する高炉出銑温度測定方法に関するものである。

高炉操業において出銑温度は炉内の熱状況を判断する重要な指標の一つである。出銑温度が変動する場合は、熱分布が不均一であることなどが考えられ、好ましくない。このため、高炉の出銑口から流出する溶銑の温度推移を測定するための種々の方法が工夫されている。

高炉の出銑口から、溶銑と溶融スラグが混合された状態で流出し、その後スキンマー装置により溶銑と溶融スラグとが分離され、溶銑は溶銑樋に流されていく。

従来用いられている出銑温度測定方法として第１に、浸漬消耗型熱電対を用いてスキンマー装置において間欠的に溶銑温度を測定する方法が用いられている。測定精度・信頼性の高い測温が可能であるが、使い捨てにする貴金属熱電対プローブのコスト、人手入力の労力等の制約から出銑中数回の間欠的な測定に限られる。また、出銑開始から数十分間は溶銑から樋耐火物への抜熱が大きく、スキンマー装置において測温する溶銑温度は出銑時点の温度より低い値とならざるを得ない。高炉の炉内状況を把握する上では出銑温度そのものが重要であり、スキンマー装置における溶銑温度と出銑口での溶銑温度との差が誤差要因となる。

高温の物質温度を非接触で測温する方法として放射測温を用いることができる。物体の放射率が既知であれば、測定した放射輝度と放射率に基づいて物体の温度を測定することができる。特定波長の放射輝度測定結果とその波長における既知の分光放射率に基づいて測定する方法、あるいは全放射エネルギと全放射率とに基づいて測定する方法がある。

出銑口からの噴出流には溶銑と溶融スラグとが混在しており、溶銑と溶融スラグとでは放射率が異なる。そのため、高炉出銑口において放射測温を行い、溶銑の放射率を用いて溶銑温度を測定しようとした場合、溶融スラグの部分では放射率が異なるため誤った温度が測定されることとなる。

放射率が一定でない対象について放射測温を行う場合においては、放射エネルギーが検出可能である波長範囲内において極力短い波長を用いて測温を行うことにより測温誤差が小さくなることが知られている。この点については、プランクの黒体放射理論から導き出すことができる。そのため、１４００〜１６００℃の出銑温度領域では、波長０．５〜０．９μｍ程度の波長帯域が放射測温に用いられている。

スキンマー装置で溶銑と溶融スラグが分離された以降の溶銑樋において、溶銑温度を放射測温により連続的に測定する方法が知られている。しかし、溶銑樋の部位においても溶銑の上には溶融スラグなどが浮遊しており、この浮遊物が雑音源となって温度測定値の急変などが起こり、正確な温度測定が困難であった。特許文献１においては、溶銑の温度を非接触の温度計で測定する際、溶銑表面状態による特定の測温値パターンを検出分類し、パターンに応じたノイズ除去処理を行うことを特徴とする溶銑温度の検出方法が記載されている。また特許文献２には、高炉出銑樋を流れる溶銑の温度を放射温度計で測定する方法において、溶銑表面に溶銑と放射率の異なる鉱滓が存在する場合、測定データ上、溶銑と鉱滓とを区別することによって、鉱滓による測定誤差を自動的に補正し、精度良く溶銑温度を測定する方法が記載されている。

特許文献３には、出銑口から噴出する溶銑に光ファイバを浸漬して放射測温を行う方法が記載されている。光ファイバ放射温度計に接続された消耗型金属管被覆光ファイバを溶銑噴流中に送り込み、溶銑内部で直接熱放射を受光する。

特許文献４には、スラグのみを流出させて放射測温を行い、別途求めた溶銑温度とスラグ温度との関係に基づき溶銑温度を推定する方法が記載されている。この方法は、混銑車の耐火物容器等に収容された溶銑の温度を測定する方法であって、容器からスラグのみを流し出すことができる場合の測温方法である。高炉の出銑口では溶銑、溶融スラグが混在した状態で流出しており、スラグあるいは溶銑を意図的に選択して流出させることはできないので、出銑口から流出する溶銑の温度を測定するためにはこの方法を適用することはできない。

特開平１−２３３３２９号公報特開平１−１８５４２２号公報特開平８−８２５５３号公報特開２００１−１１５２０８号公報

従来、放射測温によって高炉の溶銑温度を測温する場合においては、溶融スラグによる測定誤差を極力排除する目的で、スキンマー装置で溶銑と溶融スラグを分離した後の溶銑樋における溶銑温度測定が行われていた。しかしこの方法では、出銑口から溶銑樋までの間で溶銑温度が降下し、この温度降下代が一定ではないため、出銑口における溶銑温度を精度良く測定することが困難であった。また、溶銑樋においても溶銑の上に溶融スラグが浮遊しており、たとえ特許文献１、２に記載の方法を用いたとしても、浮遊スラグに起因する温度測定誤差を十分に低減することは困難であった。

特許文献３に記載の方法においては、光ファイバ先端の昇降装置、メジャーロールからなる送り出し機構が必要であり、装置が大がかりになるとともに、出銑口からのガス噴出に起因して溶銑や溶融スラグが飛散することもあり、出銑口付近に置かれる装置の耐久性が懸念される。

本発明は、高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を簡易にかつ連続的に正確に測温するための高炉出銑温度測定方法を提供することを目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を放射測温で測定するに際し、波長１μｍ以上であって、溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域を用いて放射測温することを特徴とする高炉出銑温度測定方法。
（２）高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を放射測温で測定するに際し、波長１μｍ〜１．５μｍの波長帯域を用いて放射測温することを特徴とする高炉出銑温度測定方法。
（３）測定波長帯域における溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率とを予め求めておき、放射測温において用いる分光放射率として溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率の中間の値に固定して放射測温することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉出銑温度測定方法。

本発明は、高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を放射測温で測定するに際し、溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域を用いて放射測温するので、溶銑と溶融スラグのいずれの部分を測温しても正確な温度測定結果を得ることができる。これにより、高炉の出銑口における溶銑温度を非接触でかつ連続的に測温することが可能になり、高炉の状況を的確に把握することが可能になる。

前述のとおり、出銑口からは溶銑と溶融スラグとが混合した状態で噴出する。出銑初期と末期の短時間は溶銑あるいは溶融スラグのみであることもあるが、通常の出銑中は溶銑と溶融スラグが液体として混合された状態で流出している。どのような混合状態にあるのかについては未だ解明されておらず、またオンラインで成分比を求めることもできない。このように出銑口付近では溶銑と溶融スラグとが混合状態にあり、前述のとおり溶銑と溶融スラグとでは放射率が異なる。そのため、放射率として溶銑の放射率を用い、出銑口直近で放射測温を行うと、放射測温観察視野に溶融スラグが存在する瞬間には測定温度が実際の温度より高い方にずれる誤差が生じることとなる。この時、誤差は未知である溶融スラグ混在割合に依存するので、この誤差を把握することはできない。

測定対象の放射率が一定でない場合でも測温誤差を極力小さくするため、前述のとおり、１４００〜１６００℃の出銑温度領域では、波長０．５〜０．９μｍ程度が放射測温に用いられていた。

従来、溶銑と溶融スラグとの波長毎の分光放射率は詳細に調べられていなかった。特に高温溶融状態の高炉スラグの分光放射率の赤外域での波長依存性は知られていなかった。そこで本発明者は、溶銑、高炉溶融スラグのそれぞれの分光放射率を実験によって調査した。その結果、図１に示すように、溶融スラグの分光放射率には波長１．３μｍ付近に極小値があり、ここで溶銑と溶融スラグの分光放射率が最も接近することが明らかになった。この知見に基づき、溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長を用いて放射測温を行うこととすれば、たとえ溶銑と溶融スラグとが混在する対象であっても、測温誤差が少ない放射測温を行うことができる。

図２には、放射率として溶銑の分光放射率を用いて放射測温を行うに際し、測温対象が溶融スラグであった場合の測温誤差について、測温波長毎に評価した結果を示す。溶銑と溶融スラグとの分光放射率の差が最も小さくなる１．３μｍ程度の波長において、測定誤差が最も小さくなることが明らかである。

本発明は第１に、高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を放射測温で測定するに際し、波長１μｍ以上であって、溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域を用いて放射測温することを特徴とする高炉出銑温度測定方法である。

波長を１μｍ以上に限定する理由は、波長１μｍ以上の領域に溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域が存在するからである。溶銑と溶融スラグそれぞれについて、波長１μｍ以上において波長毎の分光放射率を求め、得られた分光放射率のデータに基づいて溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域を用いて放射測温する。これにより、測温観察位置に溶銑があるか溶融スラグがあるかにかかわらず、誤差の少ない測温を行うことができる。

本発明は第２に、高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を放射測温で測定するに際し、波長１μｍ〜１．５μｍの波長帯域を用いて放射測温することを特徴とする高炉出銑温度測定方法である。

前述のとおり、溶銑と溶融スラグとの分光放射率の差が最も小さくなる波長は１．３μｍ程度である。従って、波長１μｍ〜１．５μｍの波長帯域を用いて放射測温することにより、測温観察位置に溶銑があるか溶融スラグがあるかにかかわらず、誤差の少ない測温を行うことができる。放射測温に用いる波長帯域としては、波長１．１〜１．４μｍの波長帯域を用いるとより好ましい。波長１．２〜１．４μｍの波長帯域を用いるとさらに好ましい。

上記第１または第２の発明において、測定波長帯域における溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率とを予め求めておき、放射測温において用いる分光放射率として溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率の中間の値に固定して放射測温することとすると好ましい。溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率の中間の値を分光放射率として用いるので、放射測温観察位置に存在する物体が溶銑であっても溶融スラグであっても、温度測定値として実際の温度に近い値を得ることが可能となる。

本発明において、溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率とを求めるための測定方法としては以下の方法を採用することができる。銑鉄、スラグそれぞれの試料を用意し、高温るつぼで試料を溶解して放射率を実測する。溶解温度は実際の高炉出銑と同等にする。るつぼ温度を一定に保持し、溶融試料の温度を熱電対で測定しつつ、放射計で湯面からの熱放射輝度を観測する。熱電対指示値を真温度とすると、放射輝度から放射率を求めることができる。

本発明は、溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域を用いて放射測温を行うことで、溶銑と溶融スラグが混在する測定対象について放射率起因の測定誤差が最小になり、安定した測温が可能となる。また、放射測温は測温装置を観察箇所から離れた場所に配置することができるので、出銑口付近に装置を設置することなく出銑口付近の温度測定が可能となる。そのため、出銑口付近で生じる溶銑や溶融スラグのスプラッシュによって測定装置が破損される心配がなくなる。また、温度測定位置がスキンマー装置や溶銑樋のように出銑口から離れた位置ではなく、直接出銑口で温度を測定するので、出銑温度を精度良く測定することが可能となる。さらに浸漬消耗型熱電対を用いた測温と異なり、連続測温が可能となる。このため、出銑温度の変化、推移から高炉内部の熱状況を今まで以上に迅速かつ正確に把握できるようになり、高炉操業をより安定させることができる。

操業中の高炉において出銑口付近の溶銑温度を測定する目的で、本発明を適用した。放射温度計として検出波長が狭帯域に限定された放射温度計を使用した。

溶銑と溶融スラグの分光放射率として図１に示す放射率を用いた。図１において、溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域は１．３μｍであったので、測定波長として１．３μｍを用いることとした。放射温度計で用いる分光放射率設定値としては、波長１．３μｍの分光放射率として図１に示す値を用いることとした。溶銑の波長１．３μｍにおける分光放射率は０．４２、溶融スラグの波長１．３μｍにおける分光放射率は０．５４であったので、分光放射率設定値として両者の中間の０．４８を用いることとした。

出銑中に放射温度計を用いて出銑口付近の溶銑温度を連続的に測温した。併せて、スキンマー装置において浸漬消耗型熱電対を用いて間欠的に測温した結果と対比した。図３に結果を示す。出銑の前半３０分程度は、樋の温度が低く出銑口からスキンマー装置までの溶銑温度低下が懸念されたので、浸漬消耗型熱電対による測温は３０分以降から行うこととした。

図３から明らかなように、本発明の高炉出銑温度測定方法によって出銑口付近の溶銑温度を放射測温した測温結果は、スキンマー装置付近で浸漬消耗型熱電対を用いて測定した温度とよく一致することが確認された。また、測定値には雑音成分は見られず、放射測温の観察位置に存在する物質が溶銑か溶融スラグかによって温度測定結果に誤差が発生していないことが見て取れる。さらに、本発明の測定方法を用いることにより、出銑期間中に連続して温度測定結果を得ることができるようになった。

溶銑と溶融スラグとの分光放射率の波長依存性を示す図である。溶銑の分光放射率を用いて溶融スラグの温度測定を行ったときの測温誤差の波長依存性を示す図である。高炉出銑中の溶銑温度について、本発明の出銑口付近における放射測温による測定結果とスキンマー装置における消耗型熱電対による測定結果とを対比する図である。

Claims

高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を放射測温で測定するに際し、波長１μｍ以上であって、溶銑と溶融スラグの分光放射率の差が最も小さくなる波長帯域を用いて放射測温することを特徴とする高炉出銑温度測定方法。
高炉の出銑口から流出する溶銑の温度を放射測温で測定するに際し、波長１μｍ〜１．５μｍの波長帯域を用いて放射測温することを特徴とする高炉出銑温度測定方法。
測定波長帯域における溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率とを予め求めておき、放射測温において用いる分光放射率を溶銑の分光放射率と溶融スラグの分光放射率の中間の値に固定して放射測温することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉出銑温度測定方法。