JP2008223120A

JP2008223120A - 高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法

Info

Publication number: JP2008223120A
Application number: JP2007067082A
Authority: JP
Inventors: Morimasa Ichida; 守政一田; Kazuya Kunitomo; 和也国友; Shinroku Matsuzaki; 眞六松崎; Koichi Yokoyama; 浩一横山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】高炉のシャフト上部における炉壁面がマクロ的な損耗状態の前兆を判断できる高炉シャフト上部の炉壁面状態の評価方法の提供。
【解決手段】高炉シャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度を測定し、該高炉シャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度の変化と該高炉シャフト上部炉壁のシャフト角との関係を示す炉壁面評価特性より、高炉シャフト上部炉壁面の状態を評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄用高炉におけるシャフト上部の内張りレンガ、ステーブ等の炉壁面状態を高炉の操業中に評価する高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法に関する。

高炉の炉体をなすシャフト上部の内張りレンガ，ステーブ等の炉壁面の損耗状態をマクロに検知することは、早期のシャフト上部補修を計画的に準備できるため、高炉の高生産安定操業を維持する上で重要である。

そこで、シャフト上部における炉壁面の損耗状態をマクロに検知するために、耐火物の温度、侵食状況を監視する手法が提案されており、主として炉壁の残厚を計測する手法（特許文献１〜４）と、炉体冷却装置の損耗を超音波を用いて測定する手法（特許文献５）が提案されている。

特許文献１〜４に記載の炉壁の残厚計測手法では、予め炉壁にセンサーを埋設しており、特許文献５に記載の測定手法ではステーブの取り付けボルト端部に超音波探触子を接触させている。

また、レーザーレーダ技術を応用した３次元カメラシステム機能を有するセンサーを用いて炉壁プロフィールを測定することも提案されている（特許文献６）。
特開昭５７−１５１８０３号公報特開昭５９−０４１７８３号公報特開昭５９−０９６６００号公報特開昭５８−０８８１０６号公報特開昭６１−２６４１１０号公報特開平１０−２３７５１７号公報

上述した特許文献１〜５に記載の技術は、センサー配置箇所における炉壁の残厚を計測するものであるため、シャフト上部における内張りレンガ，ステーブ等の炉壁の局部的損耗状態に関する情報を入手でき、この情報は設備管理の観点から重要である。しかし、得られた情報は炉壁の残厚であり、高炉操業状態と直接的な相関がないため、この残厚値を以って直ちに高炉の操業状態への影響を評価することはできず、また、安定操業を継続するためにシャフト上部の補修が必要かどうかの判断をするシャフト上部のマクロ的な損耗状況に関する情報としては十分な情報とは言えない。

すなわち、炉壁の残厚情報は、現在の内張りレンガやステーブの厚さを示し、例えば現状の残厚でも高炉操業に支障があるか否かの判断指標とはなり得るが、発生している炉壁の損耗を放置しておくと、大きな補修が将来的に必要となるという損耗状態の前兆を示すものとはなり得ない。

また、特許文献６に記載の技術では、シャフト上部の炉壁プロフィールを測定できるが、この場合も炉壁プロフィールからは大きな補修が将来的に必要となるという損耗状態の前兆を示すものとはなり得ない。

本発明は、このような観点に鑑みなされたもので、高炉のシャフト上部における炉壁面がマクロ的な損耗状態の前兆を判断できる高炉シャフト上部の炉壁面状態の評価方法を提供することを目的とする。

発明者らの高炉の模型などを用いた実験結果によれば、
（ａ）シャフト上部では、炉内装入物粒子はまだ流動しやすい固体状態であり、かつその形状が所定のシャフト角度を有する末広がりであるため、炉中心に比べて炉壁近傍の炉内装入物粒子の降下速度は速くなり易く、シャフト上部の炉壁面の損耗状態は、シャフト下部や炉腹部よりも、炉壁近傍での炉内装入物粒子の降下速度に大きな影響を及ぼすこと、

（ｂ）シャフト上部の内張りレンガやステーブ面等の炉壁面の損耗が進行すると、その近傍の装入物の空隙率が増加して高炉炉壁近傍のガス流が増大し、炉体熱負荷上昇、還元効率の低減、炉下部温度の低下等の高炉操業の不安定化が起きやすくなること、
を知見した。

本発明は、これらの知見を踏まえ、高炉の模型実験などにより予めシャフト上部の炉壁近傍の炉内装入物の相対降下速度と炉壁損耗部表面のシャフト角度との関係（炉壁面評価特性）を求めておき、これを基に、高炉操業時に測定される前記炉内装入物の相対降下速度から現時点さらには将来の炉壁の損耗状態および炉壁損耗に起因するガス流偏流による炉体熱負荷上昇などの影響を踏まえた高炉操業状態の評価を行うことを技術思想とする。

本発明の発明の要旨とするところは以下の通りである。

（１）高炉シャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度を測定し、該高炉シャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度の変化と該高炉シャフト上部炉壁のシャフト角との関係を示す炉壁面評価特性より、高炉シャフト上部炉壁面の状態を評価することを特徴とする高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法。

（２）前記測定した相対降下速度が前記炉壁面評価特性の所定の相対降下速度を超える場合、高炉の操業不安定化をもたらすシャフト上部のマクロ的な炉壁損耗状態の前兆にあると判断することを特徴とする（１）の高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法。

（３）前記炉内装入物の相対降下速度は、炉内装入物堆積層の最上面における高炉シャフト上部の炉壁近傍の第１位置の降下速度と、該第１位置よりも炉中心側の他の１又は複数の第２位置の降下速度とを測定し、第１位置の降下速度を第１位置の降下速度と第２位置の降下速度との平均の降下速度で除した値としたことを特徴とする（１）または（２）の高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法。

（４）前記炉壁面評価特性の所定の相対降下速度は１．１５であることを特徴とする（１）から（３）のいずれかの高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法。

本発明によれば、以下の効果を有する。

高炉操業時のシャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度を測定するだけで、炉壁面評価特性に基づいて現時点さらには将来の高炉操業状態およびシャフト上部における内張りレンガ，ステーブ等の炉壁面状態を評価することができる。

また、操業不安定化をもたらすシャフト上部のマクロ的な炉壁損耗状態の前兆を把握することができるので、早期に高炉操業安定化のためのアクションまたは予定休風時に炉壁の補修作業を簡単に済ませることができ、高炉の長期的な安定操業に寄与できる。

以下本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。

図１は、シャフト上部炉壁のシャフト角と高炉シャフト上部の炉壁近傍における相対降下速度との関係を示す炉壁面評価特性図で、縦軸に相対降下速度、横軸にシャフト上部炉壁のシャフト角度を示す。図２は高炉シャフト上部の概略図で、高炉シャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度の測定方法、および高炉シャフト上部炉壁のシャフト角を示す図である。

高炉シャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度は、以下のようにして測定することができる。

通常の高炉の炉頂部には、鉄鉱石や焼結鉱などの鉄含有原料やコークスなどからなる炉内装入物の装入分布または降下速度を測定するために、マイクロ波式プロフィルメーターやサウンジング式計測装置が設けられている。本発明における炉内装入物の相対降下速度は、これらの装置が用いられるが、以下の説明では、マイクロ波式プロフィルメーターを用いて測定する場合を説明する。

図２において、シャフト部１の炉頂に設置したマイクロ波式プロフィルメーター５により、シャフト部１内における炉内装入物堆積層の最上表面４の照射位置に向けて所定時間間隔を置いてマイクロ波を少なくとも２回以上照射し、照射波と反射波から照射位置までの距離を測定する。照射位置は、炉壁近傍の照射位置ｍ１と、炉壁近傍の照射位置ｍ１よりも中心側の１又は複数の内側照射位置（ｍ２，ｍ３とする）とするのが好ましい。各照射位置ｍ１〜ｍ３までの距離と測定時間間隔から各照射位置ｍ１〜ｍ３における炉内装入物の降下速度を求めることができる。

炉壁近傍の相対降下速度は、炉壁近傍の照射位置ｍ１での降下速度Ｖ１と、下記（１）式により定義される各照射位置ｍ１〜ｍ３での降下速度Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3の面積荷重平均値Ｖａｖから求められる。
Ｖａｖ＝Ｖ1/[（Ｖ1×Ｓ1＋Ｖ2×Ｓ2＋Ｖ3×Ｓ3）/3] ・・・（１）
ここで、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3は各照射位置ｍ１〜ｍ３が代表する装入物表面の面積を示す。炉半径に対する炉中心から炉半径方向の距離の比（以下、相対半径という）で各照射位置ｍ１〜ｍ３をそれぞれｒ１＝０．９５、ｒ２＝０．９＋Ｌ／２、ｒ３＝Ｌ／２とした場合に、Ｓ1＝π×（１^２−０．９^２）、Ｓ2＝π×（０．９^２−Ｌ^２）、Ｓ3＝π×Ｌ^２）で示される。但し、Ｌはｍ２とｍ３の中点である。

図１は、高炉三次元半裁模型実験により得られた高炉シャフト上部の炉壁表面のシャフト角度と炉壁近傍での相対降下速度との関係の一例を示す。

なお、炉壁近傍での相対降下速度は、相対半径が０．９５となる位置で測定されものを示す。

シャフト上部では、炉内装入物粒子はまだ流動しやすい固体状態であり、かつその形状が所定のシャフト角度を有する末広がりであるため、炉中心に比べて炉壁近傍の炉内装入物粒子の降下速度は速くなり易く、シャフト上部の炉壁面の損耗状態は、シャフト下部や炉腹部よりも、炉壁近傍での炉内装入物粒子の降下速度に大きな影響を及ぼす。

一般に高炉の火入れ立ち上げ時のシャフト上部における炉壁表面のシャフト角度（初期シャフト角度Ｐ０）は８０〜８３度に設定されており、この時の炉壁近傍の炉内装入物粒子の相対降下速度は１となり、炉中心の炉内装入物の降下速度と同速度である。上記模型実験による、図１の結果から、炉壁近傍の炉内装入物粒子の相対降下速度は、炉壁面の損耗時のシャフト角度（Ｐｎ）が初期シャフト角度（Ｐ０）よりも小さくなると相対降下速度が増加し、特にシャフト角度が７３度より小さくなる条件で急激に増大する。

これは、高炉シャフト上部の内張りレンガ表面、ステーブ面等の炉壁面の損耗の進行によるシャフト角度の低下に伴い、炉壁近傍への炉内装入物の降下速度が増大することを示唆している。つまり、高炉シャフト上部の炉壁表面のシャフト角度とその近傍での相対降下速度との関係を基に、高炉操業時のシャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度から、現時点での炉壁の損耗程度を検知するだけでなく、将来の炉壁の損耗状態を予測することができる。

また、高炉シャフト上部の内張りレンガ表面、ステーブ面等の炉壁面の損耗により、炉壁損耗部近傍の炉内装入物の空隙率が増加するため、この領域（炉内装入物堆積層の周辺部）のガス流が相対的に増大する。ガス流の炉壁近傍での偏流は、炉体熱負荷上昇、還元効率の低減、炉下部温度の低下等の高炉操業の不安定化を引き起こす原因となる。したがって、高炉シャフト上部の炉壁表面のシャフト角度とその近傍での相対降下速度との関係を基に、高炉操業時のシャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度から、将来起こり得る炉壁の損耗部でのガス流の偏流による、炉体熱負荷上昇、還元効率の低減、炉下部温度の低下等の高炉操業の状態を予測することが可能となる。

図１に示されるように、高炉操業時のシャフト部の炉壁面の近傍の炉内装入物の相対降下速度が１．１５を超える場合には、炉壁の損耗によりシャフト角度が７３度より小さくなり、炉壁損耗部近傍でのガス流の偏流が顕著になり、将来的に炉体熱負荷上昇、還元効率の低減、炉下部温度の低下等の高炉操業の不安定化を起こすことが予想される。

このため、本発明では、高炉操業時のシャフト上部の炉壁面の近傍の炉内装入物の相対降下速度が１．１５を超える場合に、将来の高炉操業の不安定化およびシャフト上部のマクロ的な炉壁損耗状態の前兆にあると判断し、高炉操業安定化のためのアクションまたは炉壁の早期補修を行うことが好ましい。

炉壁の早期補修は、炉壁損耗状態の前兆にあると判断した直後の予定休風時にシャフト上部補修を実施することが好ましい。

本発明によれば、高炉操業時のシャフト上部の炉壁面の近傍の炉内装入物の相対降下速度をもとに将来の高炉操業状態および炉壁損耗状態を予測し、早期に対策を実施することができるため、高生産安定操業を維持することが可能となり、また、還元材比も低下することができる。

本発明の実施例を示すシャフト角度と炉壁近傍における相対降下速度との関係を示す炉壁面評価特性図。高炉シャフト上部の概略図。

符号の説明

１シャフト部
２立ち上げ時の内壁面
３損耗した内壁面
４炉内装入物堆積層の最上表面
５マイクロ波式プロフィルメーター

Claims

高炉シャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度を測定し、該高炉シャフト上部の炉壁近傍における炉内装入物の相対降下速度の変化と該高炉シャフト上部炉壁のシャフト角との関係を示す炉壁面評価特性より、高炉シャフト上部炉壁面の状態を評価することを特徴とする高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法。
前記測定した相対降下速度が前記炉壁面評価特性の所定の相対降下速度を超える場合、高炉の操業不安定化をもたらすシャフト上部のマクロ的な炉壁損耗状態の前兆にあると判断することを特徴とする請求項１に記載の高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法。
前記炉内装入物の相対降下速度は、炉内装入物堆積層の最上面における高炉シャフト上部の炉壁近傍の第１位置の降下速度と、該第１位置よりも炉中心側の他の１又は複数の第２位置の降下速度とを測定し、第１位置の降下速度を第１位置の降下速度と第２位置の降下速度との平均の降下速度で除した値としたことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法。
前記炉壁面評価特性の所定の相対降下速度は１．１５であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高炉シャフト上部の炉壁面状態評価方法。