JP2012219352A - 炉壁付着物の評価方法及び高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉壁内部に配設された温度センサの温度データから、炉壁に付着した付着物の生成状況を精度良く評価することが可能な炉壁付着物の評価方法を提供する。
【解決手段】炉壁の内面に発生した付着物の生成状況を評価する炉壁付着物の評価方法であって、前記炉壁の温度を測定して単位時間毎の温度変化Ｘを求め、一定期間における前記温度変化Ｘのデータを集め、前記一定期間における前記温度変化Ｘの平均値μ及び標準偏差σを算出し、確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}を下記の式で算出し、

得られた確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}に基づいて、前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価する。
【選択図】なし

Description

本発明は、炉壁の内面に発生した付着物の生成状況を評価する炉壁付着物の評価方法、及び、この炉壁付着物の評価方法を利用した高炉の操業方法に関するものである。

高炉は、上部から鉄鉱石や焼結鉱等の鉄含有原料とコークスとを層状に装入するとともに、下部の羽口から熱風を吹き込むことにより、装入物（鉄含有原料とコークス）が降下しながら反応する、向流型の反応炉である。
この高炉の操業時においては、炉壁の内面に、例えばアルカリ金属の低融点化合物からなる付着物が生成することになる。炉壁に生成した付着物が厚く成長した場合には、装入物の降下が阻害されてしまい、高炉の操業を安定して行うことができなくなるといった問題があった。

ここで、炉壁の内面に生成した付着物が厚く成長した場合、付着物が断熱材として作用することから、炉壁の温度が低下することになる。そこで、従来は、炉壁の複数の箇所に温度センサを配設し、測定された炉壁温度から付着物の生成状況を評価していた。
しかしながら、炉壁温度は、高炉の操業状態（温度状況）によって大きく変動することから、単に炉壁の温度を測定しただけでは、付着物の生成状況を精度良く評価することができなかった。

そこで、付着物の生成状況を精度良く判断するために、例えば特許文献１〜３においては、炉壁から炉内に向けて突出するように温度センサを配設して、炉内温度（付着物の温度）と炉壁温度とを測定し、これらの温度データから付着物の厚さ等を評価する方法が提案されている。

特公昭６１−００６１２５号公報 特開平０８−０８１７０７号公報 特開２０１０−２２２６５６号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載された発明においては、炉壁の内面から炉内に向けて突出するように温度センサを配設していることから、装入物が降下する際や付着物が炉壁から脱落する際に、温度センサが損傷してしまい、付着物の生成状況を安定して評価することができなかった。また、炉内に向けて温度センサを配設することが困難な場所も多くあるため、高炉の多くの箇所で付着物の生成状況を評価することができなかった。

本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、炉壁内部に配設された温度センサの温度データから、炉壁の内面に発生した付着物の生成状況を精度良く評価することが可能な炉壁付着物の評価方法及びこの炉壁付着物の評価方法を利用した高炉の操業方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る炉壁付着物の評価方法は、炉壁の内面に発生した付着物の生成状況を評価する炉壁付着物の評価方法であって、前記炉壁の温度を測定して単位時間毎の前記炉壁の温度変化Ｘを求め、一定期間における前記温度変化Ｘのデータを集め、前記一定期間における前記温度変化Ｘの平均値μ及び標準偏差σを算出し、確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}を下記の式で算出し、

得られた確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}に基づいて、前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価することを特徴としている。

この構成の炉壁付着物の評価方法においては、炉壁の温度を測定し、この炉壁の温度変化に着目して付着物の生成状況を評価する構成としている。
炉壁に生成した付着物の厚さが薄い場合には、炉内の温度変化に対して炉壁の温度が敏感に反応し、炉壁の温度変化が大きくなる。一方、炉壁に生成した付着物が厚く成長した場合には、炉内の温度変化に対して炉壁の温度が反応しにくくなり、炉壁の温度変化が小さくなる。

そこで、本発明に係る炉壁付着物の評価方法においては、一定期間における単位時間毎の温度変化Ｘのデータを集め、このデータから一定期間における前記温度変化Ｘの平均値μ及び標準偏差σを算出し、確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}を算出している。
この確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}を、温度変化Ｘを横軸としてプロットした場合、一定期間における温度変化Ｘが小さい場合には、温度変化Ｘのばらつきが小さくなり、先尖の形状となる。一方、一定期間における温度変化Ｘが大きい場合には、温度変化Ｘのばらつきが大きくなり、幅広の形状となる。このように、確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}から、炉壁の付着物の生成状況を評価することが可能となる。
したがって、炉壁内部に配設された温度センサの温度データから、炉壁に生成した付着物の生成状況を精度良く評価することができる。

ここで、前記確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}から、下記の式によって評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}を算出し、

得られた評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}に基づいて、前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価することが好ましい。

この評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}は、温度変化Ｘの絶対値と確率密度変数との積を、積分したものであるから、一定期間における温度変化Ｘが小さい場合には評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が小さくなり、一定期間における温度変化Ｘが大きい場合には評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が大きくなる。
よって、この評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}を算出することにより、炉壁に生成した付着物の生成状況を精度良く評価することが可能となる。

また、前記評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の経時変化から、前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価する構成としてもよい。
付着物が徐々に成長していく場合には、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}も徐々に小さくなっていく。また、付着物が脱落した場合には、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が急激に上昇することになる。
このように、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の経時変化から付着物の生成状況を判断することが可能となる。

さらに、前記評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の基準値を設定し、前記評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}と前記基準値との関係から前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価する構成としてもよい。
この場合、予め評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}と炉壁付着物の生成状況との関係を確認して、前記評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の基準値を設定することで、前記評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}と前記基準値との関係から付着物の生成状況を評価することが可能となる。

また、前記単位時間毎の温度変化Ｘは、前記単位時間前までの所定時間内に測定された温度データの平均値から求めてもよい。
炉壁の温度は、炉内の温度状況によって変動することになる。例えば、高炉の場合、鉄含有原料とコークスとが層状に装入されることから、温度測定している炉壁の領域に、コークスが存在する場合には温度が高くなり、鉄鉱石等の鉄含有原料が存在する場合には温度が低くなる。このように、通常の操業において温度が周期的に変化することになる。そこで、前記単位時間前までの所定時間内に測定された温度データの平均値に基づいて前記単位時間毎の温度変化Ｘを求めることにより、上述の通常の操業における周期的な温度変化をキャンセルすることができ、炉壁付着物の生成状況を精度良く評価することが可能となる。

本発明の高炉の操業方法は、上述の炉壁付着物の評価方法によって、高炉の炉壁において前記付着物が成長したと判断された際に、前記高炉内の熱量を増加させて、前記付着物を除去することを特徴としている。
この構成の高炉の操業方法によれば、上述の炉壁付着物の評価方法により、高炉の炉壁における付着物の生成状況を精度良く判断することが可能となる。そこで、付着物が成長した場合には、この付着物を高炉内の熱量を増加して除去することにより、装入物の降下を円滑に行うことができ、高炉の操業の安定化を図ることができる。

このように、本発明によれば、炉壁内部に配設された温度センサの温度データから、炉壁に付着した付着物の生成状況を精度良く評価することが可能な炉壁付着物の評価方法及びこの炉壁付着物の評価方法を利用した高炉の操業方法を提供することができる。

高炉の概略説明図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１に示す高炉の炉壁ステーブの概略説明図である。 本発明の実施形態における炉壁の温度変化Ｘの確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態における評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の経時変化の一例を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態である炉壁付着物の評価方法及び高炉の操業方法について、添付した図を参照して説明する。
高炉１０は、有底筒状をなしており、図１に示すように、上部に位置するシャフト部１１と、このシャフト部１１の下方に連接された朝顔部１２と、朝顔部１２の下方に設けられた羽口１３と、を備えている。なお、朝顔部１２は、図１に示すように、上方から下方に向かうにしたがい漸次縮径する形状をなしている。
高炉１０においては、シャフト部１１上方から鉄鉱石や焼結鉱等の鉄含有原料とコークスとが層状に装入され、下部の羽口１３から熱風が吹き込まれる。そして、鉄含有原料とコークスとが降下しながら反応し、高炉の炉底から溶銑が製出されることになる。

高炉１０の操業においては、炉壁の内面にアルカリ金属を含む低融点化合物からなる付着物が生成することになる。特に、朝顔部１２においては、上述のように上方から下方に向かうにしたがい漸次縮径する形状とされていることから、付着物が成長しやすい傾向にある。

そこで、本実施形態では、この朝顔部１２における付着物の生成状況を把握するために、図１及び図２に示すように、朝顔部１２において円周方向の複数の箇所に温度センサ２５が配設されている。具体的には、４５°間隔で８つの温度センサ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，２５ｇ，２５ｈが配設されている。
また、高炉１０の炉壁には、図３に示すように、内部に冷却水路が設けられたステーブ２０が配設されている。本実施形態では、このステーブ２０の内部に温度センサ２５が埋設されている。

本実施形態に係る炉壁付着物の評価方法においては、このステーブ２０に埋設された温度センサ２５の温度データを用いて、以下の手順で、炉壁における付着物の生成状況を評価する。
まず、温度センサ２５による炉壁（ステーブ２０）の温度データＴを測定して記録する。そして、単位時間毎の炉壁（ステーブ２０）の温度変化Ｘを求める。この単位時間は、例えば１分以上６０分以下の範囲とすることが好ましい。１分未満では、温度変化量が小さく、付着物生成状況の評価精度が低下する懸念が有り、６０分を超えた場合には、操業条件変化の影響を受ける懸念が有るためである。本実施形態では、単位時間を３０分としており、例えば、現在の温度データＴ_１と３０分前の温度データＴ_０との温度差Ｔ_１−Ｔ_０が、単位時間における温度変化Ｘとなる。

ここで、本実施形態では、単位時間前までの所定時間内に測定された温度データＴの平均温度を用いて、温度変化Ｘを求めている。具体的には、単位時間前（３０分前）の温度データＴ_０は、単位時間前の時点から所定時間（例えば１０分間）前までの温度データ、すなわち、４０分前から３０分前までの温度データの平均値としている。また、現在の温度データＴ_１は、現在時点から所定時間（例えば１０分間）前までの温度データ、すなわち、１０分前から現時点までの温度データの平均値としている。なお、この所定時間は、前記単位時間を超えない範囲で設定することが好ましい。

そして、得られた温度変化Ｘのデータを集め、一定期間における温度変化Ｘの平均値μ及び標準偏差σを算出する。この一定期間は、例えば１日間以上３０日間以下の範囲内とすることが好ましい。また、温度変化Ｘのデータ数が、例えば２４個以上１４４０個以下となるように設定することが好ましい。本実施形態では、一定期間を１週間とし、温度変化Ｘのデータ数を３００となるように設定している。

上述のようにして得られた一定期間における温度変化Ｘの平均値μ及び標準偏差σから、下記の式によって確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}を算出する。

また、得られた確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}から、下記の式によって評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}を算出する。

ここで、炉壁の内面に生成した付着物の厚さが薄い場合には、炉内の温度変化に対して炉壁（ステーブ２０）内の温度が敏感に反応することから、温度変化Ｘのばらつきが大きくなる。このため、図４の２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｇ，２５ｈに示すように、確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}のグラフが幅広形状となる。

一方、炉壁の内面に生成した付着物が成長した場合には、炉内の温度変化に対して炉壁（ステーブ２０）内の温度が反応しにくくなり、温度変化Ｘのばらつきが小さくなる、このため、図４の２５ｆに示すように、確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}のグラフが先尖形状となる。

このように、図４に示す結果が得られた場合には、図２の温度センサ２５ｆの位置のＸ＝０における確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}は、他の部位よりも２．８倍程度大きくなっていることから、他の方向から付着物が厚く成長していると判断される。このように、Ｘ＝０における確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}が他の部位と比較して１．５倍以上、好ましくは２倍以上となると、炉内円周方向でアンバランスに付着物が生成していると判断される。

また、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}は、温度変化Ｘの絶対値と確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}との積を、積分したものであるから、温度変化Ｘが小さい場合には評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が小さくなり、温度変化Ｘが大きい場合には評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が大きくなる。
よって、この評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}から、炉壁付着物の生成状況を評価することが可能となる。

例えば、図５に示すように、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の経時変化をグラフ表示すると、Ａ時点から評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が低下していることから、Ａ時点から付着物の成長が促進されていると判断される。そして、Ｂ時点で評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が急激に上昇していることから、Ｂ時点で付着物が剥離したと判断される。

また、予め、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}と炉壁付着物の生成状況とを確認しておき、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の基準値を設定してもよい。例えば、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が１０以下となると付着物によって装入物の降下が阻害されることが確認された場合には、基準値を１０として、この基準値と評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の値との関係から、炉壁付着物の生成状況を評価することが可能となる。図５では、Ｃ時点で、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}が１０以下となっていることから、このＣ時点以降では装入物の降下が阻害される程度に付着物が成長していると判断される。

そして、確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}及び評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}を別々に監視して炉壁の内面への付着物の付着状況を判断してもよいが、前記確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}のデータ（図４）は、前記のように高炉の円周方向のステーブ位置各段における付着物の付着状況の比較であり、データ数も比較的少ないが、経時的な付着物の成長経過を監視するには効率に難がある。また、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}のデータ（図５）は経時的に監視するには好都合であるがデータ数が多い。このことから、本実施形態では、まず、確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}のデータである図４から付着物が成長している炉内位置のステーブ位置を特定し、その特定したステーブ位置における評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}のデータである図５を基にして経時的な付着物の成長状況（付着、脱落）を判断することが好ましい。
このようにして、付着物が成長したことが確認された場合には、高炉１０内の熱量を増加させて、この付着物を除去する作業を実施する。
なお、羽口１３からの送風条件（送風温度、湿度、送風量等）の調整や、高炉１０内に装入するコークス、羽口１３から吹き込む微粉炭等の還元材の投入量を調整することによって、高炉１０内の熱量を増加させることできる。
また、前記各調整は、炉内円周方向の全域から行ってもよいが、付着物が成長している位置の方向のみを調整することが好ましい。

以上のような構成とされた本実施形態である炉壁付着物の評価方法及び高炉の操業方法によれば、炉壁（ステーブ２０）の内部に埋設された温度センサ２５の温度データを用いていることから、炉内に突出する温度センサ等を別途設ける必要がなく、簡易な構成で付着物の生成状況を評価することができる。よって、高炉の多くの箇所において、付着物の生成状況を精度良く評価することが可能となる。
また、温度変化Ｘを統計処理することで得られた確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}及び評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}を用いているので、炉壁付着物の生成状況を精度良く評価することができる。

さらに、炉壁付着物の評価方法によって付着物の成長が確認された場合に、高炉１０内の熱量を増加させることで付着物を除去できるので、装入物の降下が円滑に行われることになり、高炉１０の操業を安定して行うことができる。

以上、本発明の実施形態である炉壁付着物の評価方法及び高炉の操業方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、朝顔部における付着物の生成状況を評価するものとして説明したが、これに限定されることはなく、任意の箇所における炉壁付着物を評価するものであってもよい。

また、円周方向に８つの温度センサを設けたものとして説明したが、温度センサの個数に限定はない。
さらに、単位時間を３０分として説明したが、操業の状況等に応じて単位時間を適宜変更することが好ましい。

また、温度変化Ｘの平均値μ及び標準偏差σを求める一定期間及びデータ数は、上述した実施形態に限定されることはなく、操業の状況に応じて適宜変更することが好ましい。
さらに、評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の基準値の設定についても、本実施形態に限定されることはなく、高炉の操業状況等を考慮して適宜設定することが好ましい。

１０ 高炉
２０ ステーブ
２５ 温度センサ

Claims (6)

1. 炉壁の内面に発生した付着物の生成状況を評価する炉壁付着物の評価方法であって、
   前記炉壁の温度を測定して単位時間毎の前記炉壁の温度変化Ｘを求め、一定期間における前記温度変化Ｘのデータを集め、前記一定期間における前記温度変化Ｘの平均値μ及び標準偏差σを算出し、
   確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}を下記の式で算出し、
   

   

   得られた確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}に基づいて、前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価することを特徴とする炉壁付着物の評価方法。
2. 前記確率密度変数ｆ_{（Ｘ，μ，σ）}から、下記の式によって評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}を算出し、
   

   

   得られた評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}に基づいて、前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価することを特徴とする請求項１に記載の炉壁付着物の評価方法。
3. 前記評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の経時変化から、前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価することを特徴とする請求項２に記載の炉壁付着物の評価方法。
4. 前記評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}の基準値を設定し、前記評価関数Ｓ_{（Ｘ，μ，σ）}と前記基準値との関係から前記炉壁における前記付着物の生成状況を評価することを特徴とする請求項２に記載の炉壁付着物の評価方法。
5. 前記単位時間毎の温度変化Ｘは、前記単位時間前までの所定時間内に測定された温度データの平均値から求めることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の炉壁付着物の評価方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された炉壁付着物の評価方法によって、高炉の炉壁において前記付着物が成長したと判断された際に、
   前記高炉内の熱量を増加させて、前記付着物を除去することを特徴とする高炉の操業方法。

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