JP2006257458A - 溶銑樋の損耗予測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 溶銑樋の損耗状態を高精度に特定することができる溶銑樋の損耗予測方法を提供する。
【解決手段】 溶銑樋の少なくとも両側面及び底面の長手方向に複数の光ファイバー温度計を敷設し、これら複数の光ファイバー温度計からリアルタイムで温度を計測する。そして、この計測結果に基づいて前記溶銑樋の長手方向の温度分布の時系列変化と、前記溶銑樋の横断面の温度分布の時系列変化とを演算し、これら長手方向の温度分布の偏り及び横断面の温度分布の偏りを判別する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、溶銑樋の損耗をリアルタイムで予測する溶銑樋の損耗予測方法に関する。

溶銑樋は、高炉から１５００℃を超える高温の溶銑が流れ込むので、樋を形成する鉄皮の内側に耐火物層を設けて樋寿命の延長を図っている。耐火物層は、通常、外側にあって鉄皮を高温度から保護する断熱耐火物層と、この断熱耐火物の内側にあって断熱耐火物を溶銑やスラグの侵食から保護する耐侵食耐火物層とで構成されている。
この溶銑樋は、高温の溶銑と接触する耐侵食耐火物層が経時的に損耗することが避けられず、耐侵食耐火物層が大幅に損耗すると、「樋抜け」と呼ばれる状況で溶銑やスラグが溶銑樋から漏洩する重大事故となり、高炉の出銑も阻害されるという問題が発生する。

そのため、定期的に溶銑樋の使用を停止し、目視で耐侵食耐火物層の損耗箇所や損耗状況を確認し、溶銑樋の補修時期や補修内容等を決めていた。なお、一般的な溶銑樋の補修は、損耗した耐侵食耐火物層に耐侵食耐火物を流し込むキャスタブル施工が行なわれている。
一方、高温の溶銑やスラグが流れて使用している溶銑樋の損耗を、目視で行なわずに連続的に監視する装置や方法も従来から提案されている。

例えば、樋耐火物内に一定間隔をあけて略平行にそれぞれ異なる長手方向位置で切断された複数の金属体を配設し、それら金属体の相互間にその抵抗値が温度依存性のある絶縁物を充填し、複数の金属体のうち任意の２つの金属体間の抵抗値を絶縁物で測定することで、溶銑樋の損耗箇所を特定する装置（例えば、特許文献１）や、樋耐火物内に、保護管に挿入した光ファイバーを埋め込み、ストークス波とアンチストークス波の強度比を利用した温度分布により溶銑樋の損耗箇所を特定する方法（例えば、特許文献２）等が知られている。
特開平０３−２６３７号公報 特開平０８−２７５０６号公報

ところで、溶銑樋が著しく損耗する箇所は、耐侵食耐火物層の底部コーナー部であるが、上述した特許文献１は、金属体の分割数単位でしか溶銑樋の損耗部分を特定することができず、損耗位置や、損耗の状況（損耗が大きいのか、小さいのか）を高精度に特定することができない。また、特許文献２も、光ファイバーのストークス波とアンチストークス波の強度比を利用した温度分布で損耗位置や損耗の大きさを特定しようとしても、耐侵食耐火物層の底部コーナー部等の損耗位置を高精度に特定することができない。

また、特許文献１及び特許文献２は、通常レベルの溶銑樋の使用による経時的な損耗なのか、急峻な侵食により溶銑樋が損耗しているのかを判別することが難しく、若し、急峻な侵食により溶銑樋が損耗している場合には、樋抜けを未然に防止することができない。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、急峻な侵食による溶銑樋の損耗位置及び損耗の状態を高精度に特定することができるとともに、樋抜けに発展しそうな溶銑樋の異常を予測することができる溶銑樋の損耗予測方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の溶銑樋の損耗予測方法は、溶銑樋の少なくとも両側面及び底面の長手方向に複数の光ファイバー温度計を敷設し、これら複数の光ファイバー温度計からリアルタイムで温度を計測し、この計測結果に基づいて前記溶銑樋の長手方向の温度分布の時系列変化と、前記溶銑樋の横断面の温度分布の時系列変化とを演算し、これら長手方向の温度分布の偏り及び横断面の温度分布の偏りを判別することで、前記溶銑樋の損耗を予測することを特徴とする溶銑樋の損耗予測方法である。

ここで、前記複数の光ファイバー温度計で測定した温度結果を、過去の実績データとしてデータベース化するとともに、データベース化した前記過去の実績データを、今まで行なった複数種類の前記溶銑樋の補修タイプ毎に分類し、且つ前記補修タイプ毎に前記溶銑樋を流れた過去の溶銑の通銑量と相関を持たせたデータとし、この過去の実績データと、現在使用している溶銑樋の温度と通銑量とを比較することで、前記溶銑樋の損耗を予測することが好ましい。

本発明の溶銑樋の損耗予測方法によると、溶銑樋の少なくとも両側面及び底面の長手方向に敷設した光ファイバー温度計からリアルタイムで検出した温度に基づいて、前記溶銑樋の長手方向の温度分布の時系列変化及び前記溶銑樋の横断面の温度分布の時系列変化を演算し、これら長手方向の温度分布に大きな偏りがある、或いは横断面の温度分布に大きな偏りがあることを判別すると、急峻な侵食による溶銑樋の損耗位置及び損耗の状態を高精度に特定することができる。

以下、本発明に係る溶銑樋及び損耗予測システムについて、図面を参照しながら説明する。
図１は、溶銑樋２を示す概略的な斜視図であり、図２は、損耗予測システム１２を示すブロック図である。
溶銑樋２は、図１に示すように、鉄皮（図示せず）の内側に配設されている断熱耐火物層４と、この断熱耐火物層４の内側に配設され、溶銑Ｓが流れる樋状の断面を有している耐侵食耐火物層６とを備えている。

この断熱耐火物層４の両側面には、保護管８ａ，８ｂに被覆された２本の光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂが長手方向に延在して敷設されているとともに、断熱耐火物層４の底面に、保護管８ｃに被覆された１本の光ファイバー温度計１０ｃが長手方向に延在して敷設されている。
これら３本の光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、長手方向の多数の測温点ａ１，ａ２，ａ３…、ｂ１，ｂ２，ｂ３…、ｃ１，ｃ２，ｃ３…から検出した温度を、図２に示す温度変換器１４ａ，１４ｂ，１４ｃに出力する。

損耗予測システム１２は、溶銑Ｓが流れている溶銑樋２に対して、光ハイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃから得られた溶銑樋２の温度情報をリアルタイムで監視するシステムであり、移動平均演算部１６と、長手方向温度差分演算部１８と、横断面温度差分演算部２０と、時系列温度差分演算部２２と、これら長手方向温度差分演算部１８、横断面温度差分演算部２０及び時系列温度差分演算部２２の演算結果に基づいて溶銑樋２が損耗しているか否かを判定する損耗判定部２４、この損耗判定部２４の判定結果に基づいて警告を発する急峻損耗警告部２６と、温度実績データ部２８と、出銑安定判定部３０と、温度実績データ部２８と光ハイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃから得られた温度に基づいて溶銑樋が異常であるか否かを判定する溶銑樋異常判定部３２と、溶銑樋異常判定部３２の判定結果に基づいて警告を発する溶銑樋異常警告部３４を備えている。

移動平均演算部１６は、温度変換器１４ａ，１４ｂ，１４ｃから得た光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃの温度データの移動平均化処理を行なう。
長手方向温度差分演算部１８は、移動平均演算部１６から入力した温度データに基づいて、同一時間帯の溶銑樋２の両側面及び底面の長手方向の温度変化を演算する。
横断面温度差分演算部２０は、移動平均演算部１６から入力した温度データに基づいて、同一時間帯における溶銑樋２の横断面ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３…の温度変化を演算する。

時系列温度差分演算部２２は、移動平均演算部１６から入力した温度データに基づいて、同一測温点の時系列変化を演算する。
また、温度実績データ部２８は、光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃで検出した温度を過去の温度データとして蓄積している。
ここで、図３に示すように、出銑開始後、溶銑Ｓに昇温されて定常温度に達する時間帯Ｔ１までの溶銑樋２の温度データが外乱となるので、出銑安定判定部３０は、出銑安定時期が経過した時間帯Ｔ２から、光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃの温度を過去の温度データとして温度実績データ部２８に蓄積する。

また、温度実績データ部２８の過去の温度データは、溶銑の通過量情報手段３４から溶銑樋２を流れる溶銑の量（通銑量）の情報と、溶銑樋補修情報手段３６から今まで行なった溶銑樋２の補修タイプの情報に対応している。したがって、過去の温度データは、現在まで行なった複数種類の溶銑樋２の補修タイプ毎に分類され、且つ各補修の後に溶銑樋２を流れた通銑量と相関を持たせたデータとして蓄積している。

次に、損耗判定部２４が溶銑樋２の損耗状態を判定する処理手順について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
先ず、ステップＳ２において、溶銑樋２の長手方向の温度分布の時系列変化を演算する。
この演算例としては、
Ｙａｉ（ｔ）＝ａｉ（ｔ）−ａｉ−１（ｔ） …（１）
Ｙｂｉ（ｔ）＝ｂｉ（ｔ）−ｂｉ−１（ｔ） …（２）
Ｙｃｉ（ｔ）＝ｃｉ（ｔ）−ｃｉ−１（ｔ） …（３）
の演算を行なう。なお、Ｙａｉ（ｔ），Ｙｂｉ（ｔ），Ｙｃｉ（ｔ）は長手方向の差分値であり、ｉ＝１，２，３…、ｉ−１＝２，３，４…、ｔは所定の時間帯である。

そして、以下の式で示すように、長手方向の差分値Ｙａｉ（ｔ），Ｙｂｉ（ｔ），Ｙｃｉ（ｔ）と、所定の第１温度閾値α１ｉとの比較演算を行なう。
Ｙａｉ（ｔ）＜α１ｉ …（４）
Ｙｂｉ（ｔ）＜α１ｉ …（５）
Ｙｃｉ（ｔ）＜α１ｉ …（６）

また、以下の式で示すように、長手方向の差分値Ｙａｉ（ｔ），Ｙｂｉ（ｔ），Ｙｃｉ（ｔ）の時系列変化と、所定の第１温度閾値α２ｉとの比較演算を行なう。
Ｙａｉ（ｔ）−Ｙａｉ（ｔ−１）＜α２ｉ …（７）
Ｙｂｉ（ｔ）−Ｙｂｉ（ｔ−１）＜α２ｉ …（８）
Ｙｃｉ（ｔ）−Ｙｃｉ（ｔ−１）＜α２ｉ …（９）

次いで、ステップＳ４では、長手方向の差分値Ｙａｉ（ｔ），Ｙｂｉ（ｔ），Ｙｃｉ（ｔ）と所定の第１温度閾値α１ｉとの比較演算、長手方向の差分値Ｙａｉ（ｔ），Ｙｂｉ（ｔ），Ｙｃｉ（ｔ）の時系列変化と所定の第１温度閾値α２ｉとの比較演算に基づいて、溶銑樋２の長手方向の温度分布の偏りを判定する。
例えば、長手方向の差分値Ｙｃｉ（ｔ）が所定の第１温度閾値α１ｉより小さく、長手方向の差分値Ｙｃｉ（ｔ）の時系列変化が所定の第２温度閾値α２ｉより小さい場合には、溶銑樋２の底部の長手方向の温度分布に大きな偏りがあると判定し、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、急峻損耗警告部２６に対して警告を発する指令を出力する。
また、ステップＳ４の判定において溶銑樋２の長手方向の温度分布に偏りがないと判定した場合には、ステップＳ８に移行し、溶銑樋２の横断面の温度分布の時系列変化を演算する。
この演算例としては、以下の式で示すように、所定の横断面（横断面ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３…）の測温点（測温点ａｉ，ｂｉ，ｃｉ）時系列変化と、所定の第３温度閾値Ｋｉとの比較演算を行なう。
（ａｉ（ｔ）−ｂｉ（ｔ））×（ａｉ（ｔ−１）−ｂｉ（ｔ−１））＜ Ｋｉ …（１０）
なお、ｉ＝１，２，３…である。

次いで、ステップＳ１０に移行し、所定の横断面の時系列変化が所定の第３温度閾値Ｋｉより小さい場合には、溶銑樋２の横断面の温度分布に大きな偏りがあると判定し、ステップＳ６に移行する。
また、ステップＳ１０の判定において溶銑樋２の横断面の温度分布に大きな偏りがないと判定した場合には、溶銑樋２の損耗状態を判定する処理を終了する。

次に、溶銑樋異常判定部３２が溶銑樋２の異常を判定する手順について、図５のフローチャート及び図６に示す溶銑樋の温度と通銑量との関係を示すブラフを参照して説明する。
温度実績データ部２８のデータは、前述したように、現在まで行なった複数種類の溶銑樋２の補修タイプ毎に分類され、且つ各補修タイプを行なった後に溶銑樋２を流れた通銑量と過去の温度との相関を持たせた実績データとして蓄積されている。

溶銑樋異常判定部３２は、先ずステップＳ２０において、温度実績データ部２８の実績データから、現在使用している溶銑樋２が行なった補修タイプと同一の補修タイプの過去のデータを参照する。そして、この補修タイプの過去のデータから、過去の温度と通銑量との相関により、図５に示す相関曲線Ｄを求める。この相関曲線Ｄに対して所定のレベル以上で温度が高い領域Ｒ１は、溶銑樋２に樋抜けが発生しやすい異常の温度領域となる。

次いで、ステップＳ２２において、現在、溶銑樋２を流れている溶銑Ｓの通銑量（前回補修からの通銑量）Ｑと、溶銑樋２の代表温度（光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃの所定位置で検出した温度の平均値）Ｔとを演算する。
次いで、ステップＳ２４において、現在の溶銑樋２の代表温度Ｔ及び通銑量Ｑと、図５の相関曲線Ｓとの比較判定を行なう。この判定において、図５に示すように、現在の通線量Ｑの溶銑樋２の代表温度Ｔが、相関曲線Ｄに対して所定のレベル以上で温度が高い領域Ｒ１である場合には、ステップＳ２６に移行し、溶銑樋異常警告部３４に対して警告を発する指令を出力する。
また、ステップＳ２４において、現在の通線量Ｑの溶銑樋２の代表温度Ｔが、図５の相関曲線Ｄより低いレベルであるときには、溶銑樋２は異常な状態では無いと判断して溶銑樋２の異常を判定する処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態では、断熱耐火物層４の両側面に２本の光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂを長手方向に延在して敷設し、断熱耐火物層４の底面に１本の光ファイバー温度計８ｃを長手方向に延在して敷設しているとともに、これら光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃから検出した温度に基づいて、溶銑樋２の長手方向の温度分布の時系列変化及び横断面の温度分布の時系列変化を演算し、長手方向の温度分布の大きな偏り及び横断面の温度分布の大きな偏りを判別することで溶銑樋２の損耗を予測しているので、著しく損耗しやすい耐侵食耐火物層６の底部コーナー部等のように、急峻な侵食による溶銑樋２の損耗位置及び損耗の状態を高精度に特定することができる。

また、現在まで行なった複数種類の溶銑樋２の補修タイプ毎に溶銑樋２を流れた通銑量と過去の温度との相関を持たせた実績データが蓄積されている温度実績データ部２８を使用し、この温度実績データ部２８の過去の温度と通銑量との相関により求めた相関曲線Ｄと、現在使用している溶銑樋２の通線量Ｑの溶銑樋２の代表温度Ｔとを比較しているので、樋抜けに発展しそうな溶銑樋２の異常を早期に予測することができる。
なお、本実施形態では、断熱耐火物層４の両側面及び底面に３本の光ファイバー温度計１０ａ，１０ｂ，１０ｃを敷設したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、損耗が激しい箇所に他の光ファイバー温度計を配置することで、さらに溶銑樋２の損耗位置及び損耗の状態を高精度に特定することができる。

本発明に係る溶銑樋を示す概略的な斜視図である。 本発明に係る損耗予測システムを示すブロック図である。 出銑開始からの溶銑樋の温度変化を示す図である。 本発明に係る溶銑樋の損耗状態を判定する処理手順を示すフローチャートである。 本発明に係る溶銑樋の異常を判定する処理手順を示すフローチャートである。 溶銑樋の温度と通銑量との関係を示すブラフである。

符号の説明

２ 溶銑樋
４ 断熱耐火物層
６ 耐侵食耐火物層
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 光ファイバー温度計
１２ 損耗予測システム
１８ 長手方向温度差分演算部
２０ 横断面温度差分演算部
２２ 時系列温度差分演算部
２４ 損耗判定部
２８ 温度実績データ部（データベース化した過去の実績データ）
３２ 溶銑樋異常判定部
ａ１，ａ２，ａ３… 光ファイバー温度計の測温点
ｂ１，ｂ２，ｂ３… 光ファイバー温度計の測温点
ｃ１，ｃ２，ｃ３… 光ファイバー温度計の測温点

Claims (2)

1. 溶銑樋の少なくとも両側面及び底面の長手方向に複数の光ファイバー温度計を敷設し、これら複数の光ファイバー温度計からリアルタイムで温度を計測し、この計測結果に基づいて前記溶銑樋の長手方向の温度分布の時系列変化と、前記溶銑樋の横断面の温度分布の時系列変化とを演算し、これら長手方向の温度分布の偏り及び横断面の温度分布の偏りを判別することで、前記溶銑樋の損耗を予測することを特徴とする溶銑樋の損耗予測方法。
2. 前記複数の光ファイバー温度計で測定した温度結果を、過去の実績データとしてデータベース化するとともに、データベース化した前記過去の実績データを、今まで行なった複数種類の前記溶銑樋の補修タイプ毎に分類し、且つ前記補修タイプ毎に前記溶銑樋を流れた過去の溶銑の通銑量と相関を持たせたデータとし、この過去の実績データと、現在使用している溶銑樋の温度と通銑量とを比較することで、前記溶銑樋の損耗を予測することを特徴とする請求項１記載の溶銑樋の損耗予測方法。

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