JP2011236474A - Method for estimating erosion-line on furnace-bottom and structure of furnace-bottom - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炉底の浸食ラインの推定方法および炉底構造に関し、具体的には、高温の金属溶融体を貯留するために内部に耐火物が内張りされた炉の炉底の侵食ラインの推定方法および炉底構造に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for estimating a bottom erosion line and a bottom structure, and more specifically, an estimation of a bottom erosion line of a furnace in which a refractory is lined in order to store a high-temperature metal melt. The present invention relates to a method and a furnace bottom structure.
高炉、電気炉あるいは、これらに類する高温の金属溶融体を貯留するために内部に耐火物が内張りされた炉（以降の説明では「高炉」を例にとる）の炉底耐火物は、溶融銑鉄の流動に晒されており、長期間の操業の過程で徐々に侵食されてゆく。一方、高炉の炉底は、一旦火入れにより操業が開始されると、その後の操業期間に積替などの補修を行うことは、技術的に困難である。このため、高炉の炉底の延命を図るには、侵食の進展を緩和することができる操業を行うことによる対処しか、選択肢がないのが実情である。 Furnace bottom refractories in blast furnaces, electric furnaces, or furnaces lined with refractories to store high-temperature metal melts similar to these (in the following explanation, “blast furnace” is used as an example) It is exposed to the flow of water and gradually erodes in the process of long-term operation. On the other hand, once the operation of the furnace bottom of the blast furnace is started by firing, it is technically difficult to repair such as transshipment during the subsequent operation period. For this reason, in order to extend the life of the bottom of the blast furnace, there is actually no choice but to deal with it by performing operations that can mitigate the progress of erosion.
近年のように、高炉の寿命（操業期間）が２０年以上に及び、あるいは、それ以上の寿命を達成するためには、高炉の炉底の侵食ラインを精度よく推定することや、このような推定結果に基づいて侵食の進展を効果的に緩和できる炉底構造を採用することが、従来にも増して重要になってきている。 As in recent years, the life (operation period) of the blast furnace reaches 20 years or more, or in order to achieve a life longer than that, it is necessary to accurately estimate the erosion line at the bottom of the blast furnace, It has become more important than ever to employ a bottom structure that can effectively mitigate the progress of erosion based on estimation results.
従来から、高炉の炉底の侵食ラインは、実際に稼働している高炉の耐火物の内部に埋め込まれた熱電対の測温値に基づいて、２点間の温度と距離およびその間の炉底レンガの熱伝導度から熱流束を算出し、炉内の稼働面の温度をその材料の損耗限界温度と仮定して、残存厚みを算出する方法によって、推定されている。 Conventionally, the erosion line at the bottom of the blast furnace is based on the temperature and distance between two points and the bottom of the furnace between them based on the thermocouples embedded in the refractory of the blast furnace that is actually in operation. The heat flux is calculated from the thermal conductivity of the brick, and is estimated by a method of calculating the remaining thickness assuming that the temperature of the working surface in the furnace is the wear limit temperature of the material.
また、特許文献１には、炉体の周囲の複数箇所の測温値を制約条件として、境界要素法により伝熱解析を行い、炉底レンガの残存厚みを算出する方法が開示されている。
炉底の侵食ラインのこれらの推定方法は、いずれも、実測した温度データを用いてその時点の炉底の侵食ラインを求め、求められた侵食のデータに基づいてその後の侵食の傾向を推定するものであるので、炉底レンガの侵食がどの程度進展するのかを、火入れによる操業の開始前に予測することはできない。
All of these methods for estimating the bottom erosion line use the measured temperature data to determine the current bottom erosion line and estimate the tendency of subsequent erosion based on the obtained erosion data. Therefore, it is not possible to predict how much the erosion of the bottom brick will progress before the start of operation by burning.
本出願人は、先に特許文献２により、炉底部における溶銑の流動とレンガも含めた領域の伝熱現象およびレンガの損耗条件が明らかであればこれらを記述する数式モデルを構成し、それらを連立して時間進展して解けば、炉底レンガの損耗ラインの時間推移を推定できるとの知見に基づき、炉底全体の物質収支、運動量収支、及び、エネルギー収支を解き、レンガの侵食限界温度に基づき、侵食を判定することによって、火入れによる操業の開始前に炉底浸食ラインを推定できること、また、この方法を用いて、炉底レンガの浸食を可及的少なく抑制できる炉底構造を開示した。 The present applicant previously constructed a mathematical model that describes the flow of molten iron at the bottom of the furnace, the heat transfer phenomenon in the region including the brick, and the wear condition of the brick according to Patent Document 2, and describes them. Based on the knowledge that it is possible to estimate the time transition of the wear line of the bottom brick if it solves with simultaneous progress of time, the material balance, momentum balance and energy balance of the whole bottom of the furnace are solved, and the brick erosion limit temperature Based on the above, it is possible to estimate the bottom erosion line before the start of operation by firing, and to disclose the bottom structure that can suppress the bottom erosion of the bottom brick as much as possible by using this method did.
特許文献２により開示された特許発明に係る方法は、具体的には、（ａ）炉底レンガの初期構造を与え格子を生成させること、（ｂ）レンガで内張りされた炉内に溶融した溶銑を収容したときの物質収支式、運動量収支式および、レンガを含めた全領域のエネルギー収支式に基づいて、炉底部におけるレンガの温度分布と溶銑の流動と温度分布とを算出すること、（ｃ）時間の進展に伴う各格子の温度分布を求めること、（ｄ）その算出された温度分布に基づいて、レンガの限界温度を超えた格子のレンガが損耗したと判定すること、（ｅ）損耗が発生したと判定されたレンガを溶銑に置き換えること、（ｆ）上記（ｃ）〜（ｅ）項の操作を、レンガの損耗が停止するまで繰り返すことによって、炉底レンガの損耗経緯と平衡損耗ラインとを推定すること、から成る炉底の浸食ラインの推定方法である。 Specifically, the method according to the patent invention disclosed by Patent Document 2 includes: (a) generating an initial structure of a bottom brick and generating a lattice; (b) molten iron melted in a brick-lined furnace. Calculating the temperature distribution of bricks, the flow of hot metal, and the temperature distribution in the bottom of the furnace based on the mass balance equation, the momentum balance equation, and the energy balance equation of the entire region including the brick, (c ) Determining the temperature distribution of each grid as time progresses, (d) Determining that the bricks of the grid exceeding the limit temperature of the bricks are worn based on the calculated temperature distribution, (e) Wear (F) Replacing the brick determined to have occurred with hot metal, (f) Repeating the above operations (c) to (e) until the brick wear stops, the background and the wear loss of the bottom brick. Line and Be constant, a method of estimating the furnace bottom erosion lines consisting of.
このように、特許文献２により開示された方法は、炉底レンガの損耗が停止するまで、炉底浸食ラインの算出を繰り返すことによって、炉底レンガの損耗の経緯と平衡損耗ラインとを、火入れによる操業の開始前に予測することが可能になる。 As described above, the method disclosed in Patent Document 2 repeats the calculation of the bottom erosion line until the bottom brick erosion is stopped, so that the background of the bottom brick erosion and the equilibrium wear line are fired. It becomes possible to predict before the start of operation.
ところで、炉底の侵食現象は不可逆過程であり、ある過渡的な侵食状態がその後の侵食現象に影響を及ぼすことを繰り返すことによって、最終的な平衡損耗ラインが決定される。 By the way, the erosion phenomenon of the furnace bottom is an irreversible process, and the final equilibrium wear line is determined by repeating that a certain transient erosion state affects the subsequent erosion phenomenon.
すなわち、炉底の底部に着床している炉芯コークスは、炉底の侵食とともに沈下レベルや形状を変化させ、これにより、炉底における溶銑の流れが変化し、この変化が炉底の侵食に影響する。 In other words, the core coke that is deposited at the bottom of the furnace bottom changes the subsidence level and shape along with the erosion of the furnace bottom, which changes the flow of hot metal at the bottom of the furnace, and this change erodes the bottom of the furnace. Affects.
したがって、炉底の平衡損耗ラインの推定精度をさらに向上するためには、炉底の過渡的な侵食状態に応じて炉芯コークスの沈下レベルや形状を、炉底の侵食の条件として考慮に入れる必要がある。 Therefore, in order to further improve the estimation accuracy of the equilibrium wear line at the bottom of the furnace, the subsidence level and shape of the core coke depending on the transient erosion state of the bottom of the furnace are taken into consideration as conditions for the erosion of the bottom of the furnace. There is a need.
しかし、特許文献２により開示された方法により得られる平衡損耗ラインは、炉底の侵食に伴う炉芯コークスの沈下レベルや形状の変化、さらにはこれらに伴う溶銑の流れの変化を考慮しないため、この分の推定精度の低下は避けられない。 However, the equilibrium wear line obtained by the method disclosed in Patent Document 2 does not take into account changes in the core coke settlement level and shape due to erosion of the furnace bottom, and further changes in the hot metal flow accompanying these, This decrease in estimation accuracy is inevitable.
本発明の目的は、高炉、電気炉あるいは、これらに類する高温の金属溶融体を貯留するために内部に耐火物が内張りされた炉の炉底レンガの平衡損耗ラインを、特許文献２により開示された特許発明よりもさらに精度良く推定する方法と、この方法を用いて設計される、炉底レンガの浸食を可及的少なく抑制することができる炉底構造とを提供することである。 An object of the present invention is disclosed in Patent Document 2 is an equilibrium wear line for a bottom brick of a furnace in which a refractory is lined in order to store a blast furnace, an electric furnace, or a similar high-temperature metal melt. Another object of the present invention is to provide a method for estimating with higher accuracy than the patented invention, and a furnace bottom structure designed by using this method and capable of suppressing erosion of the bottom brick as much as possible.
本発明者等は、種々の実験や高炉の解体調査を重ね、炉底部における溶銑の流動と、炉底レンガも含めた領域の伝熱現象およびレンガの損耗条件に加え、炉芯コークスの沈下レベル（下端レベル、すなわち下端の高さ）や形状（炉芯コークスの下端部の溶銑、または、炉底耐火物との接触する境界の形状）が明らかであれば、これらを記述する数式モデルを構成し、それらを連立して時間進展して解けば、炉底レンガの損耗ラインの時間推移を、特許文献２により開示された特許発明よりもさらに正確に、火入れによる操業の開始前に推定できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。 The present inventors have conducted various experiments and dismantling investigations of the blast furnace, and the core core coke settlement level in addition to the hot metal flow in the furnace bottom, the heat transfer phenomenon in the region including the furnace bottom brick and the brick wear conditions. If the (lower end level, that is, the height of the lower end) and shape (the hot metal at the lower end of the core coke, or the shape of the boundary in contact with the furnace bottom refractory) are clear, a mathematical model describing these is constructed. However, if they are solved by evolving them in time, it is possible to estimate the time transition of the wear line of the bottom brick more accurately than the patented invention disclosed by Patent Document 2 before the start of operation by firing. The present invention was completed through knowledge and further studies.
本発明は、（ｉ）炉底部に内張りされた炉底レンガの初期構造を与え格子を生成させること、（ｉｉ）炉内に溶融した金属溶融体を収容したときの物質収支式、運動量収支式および、炉底レンガを含めた全領域のエネルギー収支式に基づいて、炉底部における炉底レンガの温度分布と、金属溶融体の流動および温度分布とを算出すること、（ｉｉｉ）時間の進展に伴う格子それぞれの温度分布を算出すること、（ｉｖ）算出された温度分布に基づいて、炉底レンガの限界温度を超えた前記格子の炉底レンガを、損耗が発生したと判定すること、（ｖ）損耗が発生したと判定された炉底レンガを金属溶融体に置き換えること、（ｖｉ）炉内の炉芯コークスの下端レベルおよび形状を、操業条件と炉底レンガの損耗状況とから力学的バランスに基づいて算出し、炉内の通液抵抗として反映させること、（ｖｉｉ）（ｉｉ）〜（ｖｉ）項までの操作を、レンガの損耗が停止するまで繰り返して行うことによって、炉底レンガの損耗経緯と平衡損耗ラインとを推定することを特徴とする炉底の浸食ラインの推定方法である。 The present invention includes (i) providing an initial structure of a furnace bottom brick lined on the bottom of the furnace to generate a lattice, and (ii) a material balance equation and a momentum balance equation when a molten metal melt is accommodated in the furnace. And calculating the temperature distribution of the bottom brick at the bottom of the furnace and the flow and temperature distribution of the metal melt based on the energy balance equation of the entire area including the bottom brick, (iii) Calculating the temperature distribution of each of the accompanying grids, (iv) determining, based on the calculated temperature distribution, that the bottom bricks of the grids that have exceeded the limit temperature of the bottom bricks have been worn out, ( v) Replacing the bottom brick, which has been determined to be worn out, with a metal melt, (vi) Dynamically determining the lower end level and shape of the core coke in the furnace from the operating conditions and the state of wear of the bottom brick. Based on balance This is calculated and reflected as the flow resistance in the furnace, and the operations from (vii) (ii) to (vi) are repeated until the brick wear stops, so that the background of the wear of the bottom brick And an equilibrium wear line are estimated.
別の観点からは、本発明は、カーボン質系レンガを外張り材とし、粘度質系レンガを内張り材としてなる炉底構造において、全てをカーボン質系レンガで構成したと仮定し、上記の本発明に係る推定方法により推定された炉底レンガの平衡損耗ラインにおける残存レンガ厚み以下の厚みに設定された外張りとなるカーボン質系レンガと、該カーボン質系レンガの内側に内張りされた粘度質系レンガとを備えることを特徴とする炉底構造である。 From another point of view, the present invention assumes that the above-mentioned book is composed of all carbon-based bricks in a furnace bottom structure in which carbon-based bricks are used as an outer material and viscosity-based bricks are used as an inner material. Carbonaceous brick as an outer layer set to a thickness equal to or less than the residual brick thickness in the equilibrium wear line of the bottom brick estimated by the estimation method according to the invention, and the viscosity lined inside the carbonaceous brick It is a furnace bottom structure provided with a system brick.
本発明によれば、炉底レンガの平衡損耗ラインを、特許文献２により開示された方法以上に高精度で予測することが可能になるとともに、この方法により得られた、炉底レンガの損耗経緯と平衡損耗ラインとに基づいて、炉底レンガの構造を適切に設計することが可能になる。 According to the present invention, the equilibrium wear line of the bottom brick can be predicted with higher accuracy than the method disclosed in Patent Document 2, and the wear history of the bottom brick obtained by this method can be estimated. It is possible to properly design the bottom brick structure based on the balance wear line.
本発明に係る炉底の浸食ラインの推定方法および炉底構造を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。以降の説明では、本発明を高炉の炉底の侵食ラインの推定に適用した場合を例にとる。 A method for estimating a furnace bottom erosion line and a furnace bottom structure according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, the case where the present invention is applied to estimation of the erosion line at the bottom of the blast furnace is taken as an example.
本発明では、高炉の炉底部をその構造体であるレンガ、その内容物である溶銑およびコークス充填層とからなるとする。
そして、溶銑の物質収支式（１）、運動量収支式（２）、およびレンガを含めた全領域のエネルギー収支式（３）は、以下の通りである。
In the present invention, the bottom of the blast furnace is assumed to be composed of bricks as the structure, hot metal as the contents, and a coke packed bed.
And the material balance formula (1) of hot metal, the momentum balance formula (2), and the energy balance formula (3) of the whole area | region including a brick are as follows.
ここで、 here,
である。
ただし、（１）〜（３）式において、Ｕ：速度ベクトル、ρ：密度、ｐ：圧力、μ：粘度、β：体積膨張係数、ｇ：重力加速度、Ｃｐ：比熱、Ｔ：温度、Ｔ０：基準温度、λ：熱伝導度、ε：空隙率、φ：粒子形状係数、ｄｐ：粒子径、 Ｆ：通液抵抗である。
It is.
However, in the formulas (1) to (3), U: velocity vector, ρ: density, p: pressure, μ: viscosity, β: volume expansion coefficient, g: gravitational acceleration, C p : specific heat, T: temperature, T 0 : reference temperature, λ: thermal conductivity, ε: porosity, φ: particle shape factor, d p : particle diameter, F: liquid flow resistance.
（１）〜（３）式を連立して解けば、溶銑の流動と全領域における温度の時間推移を求めることができる。そして、求めた温度に基づいてレンガの損耗を判定しながら時間進展すれば、炉底レンガの損耗進展を記述することが可能となる。 If the equations (1) to (3) are solved simultaneously, the flow of hot metal and the time transition of the temperature in the entire region can be obtained. And if progress is made while judging the wear of the brick based on the obtained temperature, it becomes possible to describe the wear progress of the bottom brick.
図１は、本発明の計算フロー図である。本発明の要素（ｉ）〜（ｖｉｉ）を、図１を参照しながら説明する。
（ｉ）項
まず、図１におけるステップ（以下「Ｓ」と略記する。）１において、高炉の炉底レンガの初期構造を与える。これにより格子の生成を行う。
FIG. 1 is a calculation flow chart of the present invention. Elements (i) to (vii) of the present invention will be described with reference to FIG.
Item (i) First, in step (hereinafter abbreviated as “S”) 1 in FIG. 1, an initial structure of the bottom brick of the blast furnace is given. Thereby, a lattice is generated.
（ｉｉ）項
Ｓ２では、高炉の操業条件と炉底レンガの初期構造に対して、炉芯コークスの沈下レベルおよび形状を剛塑性力学に基づく公知のモデル（ＩＳＩＪ ｉｎｔ．，４９（２００９），４７０頁参照）により計算し、炉底流動における通液抵抗の条件として設定する。ここで、剛塑性力学に基づくモデルの支配方程式を（４）〜（７）に示す。
In the item (ii) S2, a known model (ISIJ int., 49 (2009), 470) based on rigid plastic mechanics is used to determine the subsidence level and shape of the core coke with respect to the operating conditions of the blast furnace and the initial structure of the bottom brick. Page) and set as a condition for the flow resistance in the furnace bottom flow. Here, the governing equations of the model based on rigid plastic mechanics are shown in (4) to (7).
（４）式は連続の式であり、（５）は運動方程式であり、（６）式はＤｒｕｃｋｅｒ−Ｐｒａｇｅｒの降伏条件式であり、さらに、（７）式は構成方程式である。
これらの（４）〜（７）式を用いてＦＥＭ（有限要素法）により、炉内応力分布を計算することによって、炉芯コークスの沈下レベルおよび形状を計算する。上記の方法によれば、ＤＥＭ（離散要素法）を用いるよりも、計算負荷を大きく軽減することが可能である。
Equation (4) is a continuous equation, (5) is an equation of motion, (6) is a Drucker-Prager yield condition equation, and (7) is a constitutive equation.
The subsidence level and shape of the core coke are calculated by calculating the stress distribution in the furnace by FEM (finite element method) using these equations (4) to (7). According to said method, it is possible to reduce a calculation load greatly rather than using DEM (discrete element method).
このように、（ｉｉ）項では、高炉の内部に溶銑を収容したときの物質収支式、運動量収支式および、炉底レンガを含めた全領域のエネルギー収支式に基づいて、炉底レンガの温度分布と、溶銑の流動および温度分布とを算出する。 Thus, in the item (ii), the temperature of the bottom brick is calculated based on the mass balance equation, the momentum balance equation when the molten iron is accommodated in the blast furnace, and the energy balance equation of the entire region including the bottom brick. The distribution and the hot metal flow and temperature distribution are calculated.
（ｉｉｉ）項
Ｓ３では、３つの変数Ｕ，ｐ，Ｔ（速度ベクトル，圧力，温度）の初期条件を設定する。
Ｓ４では、溶銑の流入条件を設定する。
Ｓ５では、時間ｔを、Δｔだけ進展させる。
Ｓ６では、上記（１），（２）式によりｔ＝ｔ＋Δｔにおける速度ベクトルＵおよび圧力ｐを求める。
Ｓ７では、上記（３）式よりｔ＝ｔ＋Δｔにおける温度Ｔを求める。
このように、（ｉｉｉ）項では、時間の進展に伴う各格子の温度分布を算出する。
(Iii) Item In S3, initial conditions of three variables U, p, T (speed vector, pressure, temperature) are set.
In S4, hot metal inflow conditions are set.
In S5, the time t is advanced by Δt.
In S6, the velocity vector U and the pressure p at t = t + Δt are obtained by the above equations (1) and (2).
In S7, the temperature T at t = t + Δt is obtained from the above equation (3).
Thus, in the item (iii), the temperature distribution of each lattice with time progress is calculated.
（ｉｖ）項
Ｓ８では、温度Ｔに基づいてレンガの損耗を判定する。
ここで、カーボン質系レンガの損耗判定は、溶銑への溶解損耗があるため、溶銑の凝固温度である１１５０℃を基準にして行う。一方、粘土質系レンガの損耗判定は、その溶融温度を限界温度に設定して行う。
このように、（ｉｖ）項では、算出された温度分布に基づいて、レンガの限界温度を超えた格子の炉底レンガを、損耗が発生したと判定する。
In (iv) term S8, the wear of the brick is determined based on the temperature T.
Here, the wear judgment of the carbonaceous brick is performed with reference to 1150 ° C., which is the solidification temperature of the hot metal, because there is melt wear to the hot metal. On the other hand, the determination of wear and tear of clayey bricks is performed by setting the melting temperature to the limit temperature.
As described above, in the item (iv), it is determined that wear has occurred on the bottom brick of the lattice that exceeds the limit temperature of the brick based on the calculated temperature distribution.
（ｖ）項
Ｓ９では、限界温度以上の温度に到達した炉底レンガを、溶銑と置き換えることによって損耗した炉底レンガを順次、取り除く。
例えば、Ｓ８で計算により算出された炉底レンガの内部に設定された格子点の温度が、上記の限界温度を越えた場合には、このＳ９において、その計算を行った格子点上の物性［密度、熱伝導度、粘度（但しレンガでは粘度は必要ない）］を溶銑の物性と入れ替えることによって、損耗したと判定された炉底レンガを溶銑と置き換える。
このように、（ｖ）項では、損耗が発生したと判定された炉底レンガを溶銑に置き換える。
In the item (v) S9, the bottom bricks worn out by replacing the bottom bricks that have reached a temperature higher than the limit temperature with hot metal are sequentially removed.
For example, when the temperature of the lattice point set inside the furnace bottom brick calculated by the calculation in S8 exceeds the above limit temperature, the physical properties on the lattice point for which the calculation is performed in S9 [ By replacing the density, thermal conductivity, and viscosity (though the viscosity is not necessary for bricks) with the physical properties of the hot metal, the furnace bottom brick determined to be worn is replaced with hot metal.
As described above, in the item (v), the furnace bottom brick determined to have worn out is replaced with hot metal.
（ｖｉ）項
Ｓ９では、Ｓ８により求めた炉底レンガの損耗状態に基づいて、Ｓ２と同様の方法により炉芯コークスの沈下レベル（下端レベル、すなわち下端の高さ）や形状（炉芯コークスの下端部の溶銑、または、炉底耐火物との接触する境界の形状）を計算し、計算により得られた炉芯コークスの沈下レベルおよび形状を、次ステップの炉底流動における通液抵抗の条件として反映させる。
このように、（ｖｉ）項では、高炉の内部の炉芯コークスの下端レベルおよび形状を、操業条件とレンガ損耗状況とから力学的バランスに基づいて算出し、炉内の通液抵抗として反映させる。
Item (vi) In S9, the core coke settlement level (lower end level, that is, the height of the lower end) and the shape (core coke of the core coke) are determined in the same manner as in S2 based on the wear state of the bottom bricks obtained in S8. Calculate the subsidence level and shape of the core coke obtained from the calculation, and the conditions for the flow resistance in the furnace bottom flow in the next step. Reflect as.
Thus, in the item (vi), the lower end level and shape of the core coke inside the blast furnace are calculated based on the mechanical balance from the operating conditions and the brick wear state, and reflected as the liquid flow resistance in the furnace. .
（ｖｉｉ）項
Ｓ１０では、炉底レンガの損耗が終了したか否かを判定し、終了と判定するまでステップＳ５に戻り計算を進展させる。そして、炉底レンガが損耗しなくなった時点で、平衡侵食に達したと判断する。
(Vii) In section S10, it is determined whether or not the wear of the bottom brick has been completed, and the process returns to step S5 to advance the calculation until it is determined that it has been completed. Then, it is determined that equilibrium erosion has been reached when the furnace bottom brick is no longer worn.
その結果、Ｓ１１で炉底レンガの平衡侵食ラインが求められる。
このように、（ｖｉｉ）項では、（ｉｉ）項から（ｖｉ）項までの操作を、炉底レンガの損耗が停止するまで、繰り返し行うことによって、炉底レンガの損耗経緯と平衡損耗ラインとを推定する。
As a result, an equilibrium erosion line for the bottom brick is obtained in S11.
As described above, in the item (vii), by repeating the operations from the items (ii) to (vi) until the wear of the bottom brick is stopped, the wear history of the bottom brick and the equilibrium wear line are obtained. Is estimated.
本発明によれば、（ｖｉ）項によって炉底の過渡的な侵食状態に応じて炉芯コークスの沈下レベルおよび形状を、炉底の侵食の条件として加味するので、炉底レンガの平衡損耗ラインを、特許文献２により開示された方法以上に高精度で予測することが可能になる。 According to the present invention, the subsidence level and shape of the core coke according to the transient erosion state of the bottom of the furnace is taken into account as a condition of the bottom erosion according to the item (vi). Can be predicted with higher accuracy than the method disclosed in Patent Document 2.
このため、カーボン質系レンガを外張り材とし、粘度質系レンガを内張り材としてなる炉底構造において、全てをカーボン質系レンガで構成したと仮定し、本発明に係る推定方法により推定された炉底レンガの平衡損耗ラインにおける残存レンガ厚み以下の厚みに設定された外張りとなるカーボン質系レンガと、このカーボン質系レンガの内側に内張りされた粘度質系レンガとを備える本発明の炉底構造は、炉底の侵食の進展を緩和できるため、２０年以上あるいはそれ以上の高炉の寿命（操業期間）を与えることが可能である。 For this reason, in the furnace bottom structure in which the carbonaceous brick is used as the outer material and the viscous brick is used as the inner material, it is assumed that the entire material is composed of the carbonaceous brick and estimated by the estimation method according to the present invention. Furnace of the present invention comprising a carbonaceous brick as an outer layer set to a thickness equal to or less than a remaining brick thickness in an equilibrium wear line of the bottom brick, and a viscous brick lined on the inner side of the carbonaceous brick Since the bottom structure can mitigate the progress of erosion of the bottom of the furnace, it can provide a life (operation period) of the blast furnace of 20 years or more.
本発明を、実施例を参照しながら、具体的に説明する。
図２（ａ）は、従来法（特許文献２により開示された方法）による高炉の炉底レンガ１の平衡損耗ラインの推定結果２を示す説明図であり、図２（ｂ）は、本発明法によるこの高炉の炉底レンガ１の平衡損耗ラインの推定結果３を示す説明図である。
The present invention will be specifically described with reference to examples.
FIG. 2A is an explanatory view showing an estimation result 2 of the equilibrium wear line of the
図２（ａ）および図２（ｂ）における着色部の縁をなす線２、３が推定された平衡損耗ラインである。また、図２（ａ）および図２（ｂ）における太い実線が、推定に用いた炉芯コークスの沈下レベル（下端位置）を示す。図２（ａ）に示す従来法では、上述したように炉底の侵食に伴う炉芯コークスの沈下レベルや形状の変化、さらにはこれらに伴う溶銑の流れの変化を考慮していないので、炉芯コークスの沈下レベルは変化しないのに対し、図２（ｂ）に示す本発明法では、これらを考慮するために、炉芯コークスの沈下レベルは時間の経過とともに変化している。 Lines 2 and 3 forming the edge of the colored portion in FIGS. 2A and 2B are estimated wear lines. Moreover, the thick solid line in Fig.2 (a) and FIG.2 (b) shows the settlement level (lower end position) of the core coke used for estimation. In the conventional method shown in FIG. 2 (a), as described above, the change in the core coke settlement level and shape due to the erosion of the furnace bottom, and the change in the hot metal flow accompanying these changes are not considered. While the core coke settlement level does not change, in the method of the present invention shown in FIG. 2 (b), the core coke settlement level changes over time in order to take these into account.
すなわち、図２（ａ）に示す従来法（特許文献２により開示された方法）では、炉芯コークスの沈下レベルは変化しない。図２（ａ）における炉芯コークスの沈下レベルは、炉底煉瓦が存在しないと仮定して算出される。したがって、損耗の無い状態では、溶銑中のすべてに炉芯コークスが充填されていることに対して、図２（ｂ）では、炉壁部には炉芯コークスの下端と炉底煉瓦の間に炉芯コークスが充填されていない、いわゆるコークスフリーゾーンと称される部位を模擬している。これが、炉壁部において煉瓦損耗が進む状況を、従来法より精度よく算出できる理由である。 That is, in the conventional method shown in FIG. 2A (the method disclosed by Patent Document 2), the settlement level of the core coke does not change. The subsidence level of the core coke in FIG. 2A is calculated on the assumption that there is no furnace bottom brick. Therefore, in a state where there is no wear, all of the hot metal is filled with the core coke, whereas in FIG. 2 (b), the furnace wall portion is located between the lower end of the core coke and the bottom brick. A portion called a so-called coke-free zone that is not filled with core coke is simulated. This is the reason why the situation in which brick wear progresses in the furnace wall can be calculated more accurately than in the conventional method.
また、従来法（特許文献２により開示された方法）は、炉芯コークスの沈下レベルの具体的な設定方法を開示していないが、炉壁部に炉芯コークスの下端と炉底煉瓦の間に炉芯コークスが充填されていない状況に着目して、仮に、炉芯コークスの沈下レベルを上方に設定したとしても、煉瓦損耗が進んだ段階では、炉芯コークスの下端と炉底煉瓦の間に炉芯コークスが充填されていない部位が炉底全面に広がることが予想されるため、結局は炉壁部において煉瓦損耗が進む状況を十分表現できない。 In addition, the conventional method (the method disclosed by Patent Document 2) does not disclose a specific method of setting the settlement level of the core coke, but the bottom of the core coke between the bottom of the core coke and the furnace bottom brick is not disclosed. Focusing on the situation where the core coke is not filled in, even if the core coke subsidence level is set upward, if the brick wear is advanced, the gap between the lower end of the core coke and the bottom brick Therefore, it is expected that a portion not filled with the furnace core coke spreads over the entire furnace bottom, so that it is not possible to sufficiently express the situation in which brick wear proceeds in the furnace wall.
図３は、この高炉の稼働停止後における炉底レンガ１のコアボーリング調査より得られた、平衡損耗ラインの実測結果（実測侵食ライン）を示す説明図である。なお、図３では、コアボーリング箇所が実際の炉底侵食ラインに対して上側に偏っていたため、実測侵食ラインの一部の実測結果を示す。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an actual measurement result (measured erosion line) of the equilibrium wear line obtained from a core boring investigation of the
さらに、図４は、この高炉の炉底構造と、配置される炉底レンガ１の種類とを示す説明図である。また、表１には、図４における丸囲み数字１の部位の炉底レンガの物性と、図４における丸囲み数字２の部位の炉底レンガの物性とを示すとともに、表２には評価に用いた高炉の炉底の解析対象時期の操業諸元を示す。
Furthermore, FIG. 4 is explanatory drawing which shows the bottom structure of this blast furnace, and the kind of the
図２（ｂ）に示す本発明法による平衡損耗ラインの推定は、図２（ａ）に示す従来法による推定結果とはその侵食形状が大きく異なり、中心付近のシャモットレンガが残存し、図３に示す稼働停止後のコアボーリング調査の結果とよく符合している。このことから、本発明により、高炉の炉底レンガの平衡損耗ラインにより浸食ラインを、精度良く推定できることがわかる。 The estimation of the equilibrium wear line by the method of the present invention shown in FIG. 2 (b) is greatly different from the estimation result by the conventional method shown in FIG. 2 (a), and the chamotte brick near the center remains. This is in good agreement with the results of the core boring survey after the shutdown shown in. From this, it can be seen that according to the present invention, the erosion line can be accurately estimated from the equilibrium wear line of the bottom brick of the blast furnace.
図５（ａ）は、従来法により炉底レンガの平衡損耗ラインを推定した結果に基づいて設計された炉底構造を示す説明図であり、図５（ｂ）は、本発明法により炉底レンガの平衡損耗ラインを推定した結果に基づいて設計された炉底構造を示す説明図である。 FIG. 5 (a) is an explanatory view showing a furnace bottom structure designed based on the result of estimating the equilibrium wear line of the furnace bottom brick according to the conventional method, and FIG. It is explanatory drawing which shows the furnace bottom structure designed based on the result of having estimated the equilibrium wear line of a brick.
表３には、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す炉底構造それぞれの各部位の炉底レンガ１の物性値をまとめて示すとともに、表４には、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す炉底構造それぞれを有する高炉の基本的な操業諸元を示す。
Table 3 collectively shows physical property values of the
図５（ａ）に示す炉底構造も、図５（ｂ）に示す本発明に係る炉底構造も、丸囲み数字１により示すカーボン質系レンガを外張り材とし、丸囲み数字２により示す粘度質系（セラミック）レンガを内張り材としてなる炉底構造であって、全てをカーボン質系レンガで構成したと仮定し、推定方法により推定された炉底レンガの平衡損耗ライン２、３における残存レンガ厚み以下の厚みに設定された外張りとなるカーボン質系レンガと、このカーボン質系レンガの内側に内張りされた粘度質系レンガとを備える点においては、共通である。 The furnace bottom structure shown in FIG. 5 (a) and the furnace bottom structure according to the present invention shown in FIG. 5 (b) are indicated by a circled numeral 2 with a carbonaceous brick indicated by a circled numeral 1 as an outer covering material. It is assumed that the furnace bottom structure is made of viscous brick (ceramic) brick, and all of it is made of carbonaceous brick, and the residual in the balanced wear lines 2 and 3 of the bottom brick estimated by the estimation method. It is common in the point provided with the carbonaceous brick used as the outer layer set to the thickness below brick thickness, and the viscosity-type brick lined inside this carbonaceous brick.
図６（ａ）は、図５（ａ）に示す炉底構造の炉底レンガの平衡損耗ラインの推定結果を示す説明図であり、図６（ｂ）は、図５（ｂ）に示す炉底構造の炉底レンガの平衡損耗ラインの推定結果を示す説明図である。 6 (a) is an explanatory view showing the estimation result of the equilibrium wear line of the bottom brick of the bottom structure shown in FIG. 5 (a), and FIG. 6 (b) is the furnace shown in FIG. 5 (b). It is explanatory drawing which shows the estimation result of the equilibrium wear line of the bottom brick of a bottom structure.
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、図５（ｂ）に示す本発明に係る炉底構造は、本発明に係る推定方法により推定された平衡損耗ラインを用いるために、縦部分が存在しており、これにより、炉底耐火物の損耗が抑制され、炉底寿命の延長が期待できる。 6 (a) and 6 (b), the furnace bottom structure according to the present invention shown in FIG. 5 (b) uses the equilibrium wear line estimated by the estimation method according to the present invention. There is a vertical portion, which suppresses the wear of the bottom refractory and can be expected to extend the bottom life.
１ 炉底レンガ
２、３ 平衡損耗ラインの推定結果
1 Furnace bottom bricks 2, 3 Estimated results of equilibrium wear lines
Claims (2)
（ｉｉ）炉内に溶融した金属溶融体を収容したときの物質収支式、運動量収支式および、前記炉底レンガを含めた全領域のエネルギー収支式に基づいて、前記炉底部における前記炉底レンガの温度分布と、前記金属溶融体の流動および温度分布とを算出すること、
（ｉｉｉ）時間の進展に伴う前記格子それぞれの温度分布を算出すること、
（ｉｖ）算出された前記温度分布に基づいて、前記炉底レンガの限界温度を超えた前記格子の炉底レンガを、損耗が発生したと判定すること、
（ｖ）前記損耗が発生したと判定された前記炉底レンガを前記金属溶融体に置き換えること、
（ｖｉ）炉内の炉芯コークスの下端レベルおよび形状を、操業条件と前記炉底レンガの損耗状況とから力学的バランスに基づいて算出し、炉内の通液抵抗として反映させること、
（ｖｉｉ）前記（ｉｉ）〜（ｖｉ）項までの操作を、レンガの損耗が停止するまで繰り返して行うことによって、前記炉底レンガの損耗経緯と平衡損耗ラインとを推定すること
を特徴とする炉底の浸食ラインの推定方法。 (I) providing an initial structure of the bottom brick lined at the bottom of the furnace and generating a lattice;
(Ii) Based on the mass balance equation, the momentum balance equation when the molten metal melt is accommodated in the furnace, and the energy balance equation of the entire region including the furnace bottom brick, the bottom brick in the bottom of the furnace Calculating the temperature distribution and the flow and temperature distribution of the metal melt,
(Iii) calculating the temperature distribution of each of the lattices as time progresses;
(Iv) Based on the calculated temperature distribution, determining that the bottom brick of the lattice that has exceeded the limit temperature of the bottom brick, that wear has occurred,
(V) replacing the furnace bottom brick, which has been determined that the wear has occurred, with the metal melt;
(Vi) calculating the lower end level and shape of the core coke in the furnace based on the mechanical balance from the operating conditions and the state of wear of the bottom brick, and reflecting it as liquid flow resistance in the furnace;
(Vii) The operation of the items (ii) to (vi) is repeatedly performed until the brick wear stops, thereby estimating the wear history of the furnace bottom brick and the equilibrium wear line. Method for estimating the bottom erosion line.
該カーボン質系レンガの内側に内張りされた粘度質系レンガと
を備えることを特徴とする炉底構造。 It was estimated by the estimation method according to claim 1 on the assumption that all of the furnace bottom structure using carbonaceous brick as an outer liner and viscosity brick as an inner liner was composed of carbonaceous brick. Carbonaceous bricks that are the outer layer set to a thickness equal to or less than the remaining brick thickness in the equilibrium wear line of the bottom brick,
A furnace bottom structure comprising a viscous brick lined inside the carbonaceous brick.
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