JP2016065306A - Furnace bottom structure of blast furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高炉の炉底構造に関し、具体的には、高温の金属溶融体を貯留するため内部に耐火物が内張りされた高炉の炉底耐火物構造に関する。 The present invention relates to a bottom structure of a blast furnace, and more specifically, to a bottom refractory structure of a blast furnace in which a refractory is lined to store a high-temperature metal melt.
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。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. Is. It is not possible to predict how far the bottom brick erosion will progress before the start of operation by fire.
炉底における溶銑の流動、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。本出願人は、このような考えに基づき、先に特許文献2において、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侵食ラインを推定した。そして、炉底レンガの侵食を可及的少なく抑制できる炉底構造を開示した。
If the flow of hot metal at the bottom of the furnace, the heat transfer phenomenon in the region including the brick, and the wear conditions of the brick are clear, a mathematical model describing them will be constructed, and if these are solved in time, The time transition of the wear line of bricks can be estimated. Based on this idea, the present applicant previously solved the material balance, momentum balance, and energy balance of the entire furnace bottom in
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、から成る炉底の侵食ラインの推定方法である。
Specifically, the method according to the patent invention disclosed by
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、炉底侵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
また、本発明者らは特許文献3において、炉底レンガ侵食に伴う炉芯コークスの下端レベル、および、その形状を評価に反映することにより、特許文献2に対して予測精度を向上させる炉底侵食ラインの推定方法を示した。更に特許文献3では、本推定方法を用いて設定された厚みのカーボン質系レンガを外張り材とし、粘土質系レンガを内張り材としてなる炉底構造を示した。
In addition, in the
また、特許文献4では、高炉炉床のセラミック底部ライニングにおいて、カーボン質系レンガを外張り材とし、粘土質系レンガを内張り材としてなる炉底構造が提案されている。
Further,
しかしながら、上述した発明においては、カーボン質系レンガを外張り材とし、粘土質系レンガを内張り材としてなる炉底構造において、特に、側壁部の粘土質系レンガの構造について、設計の指針を与えるものではない。 However, in the above-described invention, a design guideline is given for the structure of the bottom of the clay brick in which the carbonaceous brick is used as the outer material and the clay brick is used as the inner material. It is not a thing.
本発明の目的は、カーボン質系レンガを外張り材とし、酸化物系レンガを内張り材としてなる炉底構造の側壁部において、高炉の立ち上げ操業後も酸化物系レンガの内張り材を残存させてカーボン質系レンガの外張り材を保護できる、酸化物系レンガの内張りの要件を提示することにある。 The object of the present invention is to leave the oxide-based brick lining material after the start-up operation of the blast furnace at the side wall portion of the furnace bottom structure using the carbonaceous brick as the outer material and the oxide-based brick as the lining material. It is to present requirements for the lining of oxide bricks, which can protect the outer material of carbonaceous bricks.
本発明者らは、特許文献3に記載された炉底の侵食ライン推定方法を用いて、カーボン質系レンガを外張り材とし、酸化物系レンガを内張り材としてなる炉底構造の側壁部における平衡損耗ラインを広範な条件で計算した。その結果、内張り材を残存させるための酸化物系レンガの要件を見出した。なお、本発明の酸化物系レンガは、後述するようにいわゆる粘土質系レンガを包含するものである。
The inventors of the present invention have used the method of estimating the bottom erosion line described in
具体的には、高炉の立ち上げ後、炉底で熱平衡に至るまでに、酸化物系レンガが損耗しない酸化物系レンガの熱伝導率の臨界値が存在することを知見した。すなわち、酸化物系レンガの熱伝導率が上記臨界値以下の場合、酸化物系レンガは損耗せず、初期設定の所定厚みで残存する。 Specifically, it was found that there is a critical value of the thermal conductivity of oxide bricks that does not wear the oxide bricks until the thermal equilibrium is reached at the furnace bottom after the blast furnace is started. That is, when the thermal conductivity of the oxide brick is equal to or less than the above critical value, the oxide brick does not wear and remains at a predetermined predetermined thickness.
また、酸化物系レンガの熱伝導率が上記臨界値を超える場合、酸化物系レンガの限界厚みを、カーボン質系レンガの熱伝導率と酸化物系レンガの熱伝導率で規定できることを知見した。酸化物系レンガの限界厚みは、炉底の熱平衡時に酸化物系レンガが損耗してその厚みがゼロになる、カーボン質系レンガが侵食されない限界の厚みである。そして、酸化物系レンガの厚み(高炉の立ち上げ時の初期の厚み)を上記限界厚み以上に設定すると、酸化物系レンガを残存させることができる。 In addition, when the thermal conductivity of the oxide brick exceeds the critical value, it was found that the limit thickness of the oxide brick can be defined by the thermal conductivity of the carbon brick and the thermal conductivity of the oxide brick. . The limit thickness of the oxide brick is a limit thickness at which the oxide brick is worn and becomes zero when the furnace bottom is in thermal equilibrium, and the carbon brick is not eroded. And if the thickness (initial thickness at the time of starting of a blast furnace) of an oxide type brick is set more than the said limit thickness, an oxide type brick can be made to remain.
かかる知見に基づいて、本発明は、板状の炉床部の上に環状の側壁部が設けられた高炉の炉底構造において、前記側壁部は、外張りされたカーボン質系レンガと、当該カーボン質系レンガの内側に内張りされた酸化物系レンガとを備え、前記酸化物系レンガの熱伝導率が臨界熱伝導率以下の場合、当該酸化物系レンガの厚みは所定厚みに設定され、前記酸化物系レンガの熱伝導率が前記臨界熱伝導率より大きい場合、当該酸化物系レンガの厚みは、前記所定厚みより大きく、且つ前記カーボン質系レンガの熱伝導率と前記酸化物系レンガの熱伝導率に基づいて設定されることを特徴としている。 Based on such knowledge, the present invention provides a furnace bottom structure of a blast furnace in which an annular side wall is provided on a plate-shaped hearth, and the side wall includes an outer carbon-based brick, It comprises an oxide brick lined on the inside of the carbonaceous brick, and when the thermal conductivity of the oxide brick is equal to or lower than the critical thermal conductivity, the thickness of the oxide brick is set to a predetermined thickness, When the thermal conductivity of the oxide brick is larger than the critical thermal conductivity, the thickness of the oxide brick is larger than the predetermined thickness, and the thermal conductivity of the carbonaceous brick and the oxide brick. It is characterized in that it is set based on the thermal conductivity.
また、前記酸化物系レンガの熱伝導率が前記臨界熱伝導率より大きい場合、前記カーボン質系レンガが侵食されない前記酸化物系レンガの限界厚みを目的変数とし、前記カーボン質系レンガの熱伝導率と前記酸化物系レンガの熱伝導率を説明変数に含む回帰式を用いて、前記酸化物系レンガの厚みは設定されてもよい。さらに、前記酸化物系レンガの熱伝導率が前記臨界熱伝導率より大きくなるに伴い、当該酸化物系レンガの厚みは大きく設定されてもよい。 In addition, when the thermal conductivity of the oxide brick is larger than the critical thermal conductivity, the critical thickness of the oxide brick that does not erode the carbon brick is set as an objective variable, and the thermal conductivity of the carbon brick. The thickness of the oxide brick may be set using a regression equation that includes the rate and the thermal conductivity of the oxide brick as explanatory variables. Furthermore, as the thermal conductivity of the oxide brick becomes larger than the critical thermal conductivity, the thickness of the oxide brick may be set larger.
また、本発明者らは、前記カーボン質系レンガの熱伝導率が大きくなるに伴い、前記臨界熱伝導率は大きくなることを見出した。 In addition, the present inventors have found that the critical thermal conductivity increases as the thermal conductivity of the carbonaceous brick increases.
なお、前記側壁部の上端位置は、出銑口の下端位置に一致していてもよい。 The upper end position of the side wall portion may coincide with the lower end position of the tap hole.
さらに、本発明者らは、特許文献3に記載された炉底の侵食ライン推定方法を用いて、外張り材となるカーボン質系レンガに対して、内張り材となる粘土質系レンガの敷設領域に関して、広範な条件で平衡損耗ラインを計算した。その結果、カーボン質系レンガと酸化物系レンガを残存させるための酸化物系レンガの敷設領域に関する要件を見出した。具体的には、酸化物系レンガの必要な敷設領域は、側壁部において、平面視における中心角が出銑口の中心を起点として30度以内の領域であることを見出した。
Furthermore, the present inventors use the furnace bottom erosion line estimation method described in
本発明によれば、高炉立ち上げ後の安定稼動状態においても、内張り材の酸化物系レンガを残存させることが可能となり、外張り材のカーボン質系レンガの溶損を防止することができる。さらに、酸化物系レンガの厚みを必要最小限とし、カーボン質系レンガを最大限の炉底構造となるので、冷却能力の最も優れた炉底構造となる。 According to the present invention, it is possible to leave the oxide brick of the lining material even in a stable operation state after the blast furnace is started up, and it is possible to prevent the carbonaceous brick of the outer material from being melted. Further, the thickness of the oxide brick is minimized, and the carbonaceous brick has the maximum furnace bottom structure, so that the furnace bottom structure having the best cooling capacity is obtained.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<1.高炉の炉底構造>
図1は、本実施の形態にかかる高炉の炉底構造を示す説明図である。高炉の炉底10は、炉床部20と側壁部30から構成される。なお、図1中の点線は、炉床部20と側壁部30の境界線を示している。
<1. Blast furnace bottom structure>
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a blast furnace bottom structure according to the present embodiment. A
炉床部20は、炉底10の底面において平板状に設けられている。炉床部20は、炉底盤側に外張りされた外張り材としてのカーボン質系レンガ21と、当該カーボン質系レンガ21の内側に内張りされた内張り材としての酸化物系レンガ22とを備える。
The
側壁部30は、炉床部20の外周部上において環状に設けられている。側壁部30の下端は炉床部20の上面に位置し、側壁部30の上端は出銑口40の下端に位置している。側壁部30は、鉄皮側に外張りされた外張り材としてのカーボン質系レンガ31と、当該カーボン質系レンガ31の内側に内張りされた内張り材としての酸化物系レンガ32とを備える。
The
なお、カーボン質系レンガ21、31は、天然黒鉛、人造黒鉛、コークス、無煙炭などの炭素質材料を主原料とし、それにタール、ピッチなどの結合材を使用して製造したレンガ、および、粘土質原料に黒鉛を配合して製造したレンガの総称である。
The
また、酸化物系レンガ22、32は、例えばASCレンガ(Al2O3−SiC−C)のような酸化物のレンガに加えて、粘土質系レンガも含む。粘土質系レンガは、耐火粘土またはろう石など、これと類似の化学組成をもつ耐火原料を主原料とした耐火レンガの総称である。
The
<2.側壁部の酸化物系レンガの要件>
側壁部30において、高炉の立ち上げ時における酸化物系レンガ32の初期の厚みLceは鉛直方向(図1中のZ軸方向)に一定である。そして、酸化物系レンガ32の厚みLceは、下記(1)式で設定される。
<2. Requirements for oxide bricks on side walls>
In the
k1=1.04-0.0205λca
k2=2.59-0.0869λca+0.00201λca2
k3=2.01-0.0386λca
Lce:酸化物系レンガ32の厚み(m)
λca:カーボン質系レンガ31の熱伝導率(kcal/mh℃)
λce:酸化物系レンガ32の熱伝導率(kcal/mh℃)
但し、max[a, b, c,…]は、a, b, c,…の中の最大の要素をあらわす。
k 1 = 1.04-0.0205λca
k 2 = 2.59-0.0869λca + 0.00201λca 2
k 3 = 2.01-0.0386λca
Lce: thickness of oxide brick 32 (m)
λca: thermal conductivity of carbonaceous brick 31 (kcal / mh ° C.)
λce: thermal conductivity of oxide brick 32 (kcal / mh ° C.)
However, max [a, b, c,...] Represents the maximum element in a, b, c,.
上記(1)式で設定される酸化物系レンガ32の必要要件は、炉底10で熱平衡が達成された時点(高炉の立ち上げ後、安定操業に移行した時点に相当)での酸化物系レンガ32の限界厚みを、種々のケースについて検討した結果から導出したものである。すなわちは、(1)式は、本発明者らが検討して得た、次の2つの知見に基づいて導出された。なお、(1)式の導出の詳細は実施例1で説明する。
The necessary requirement of the
1つ目の知見は、高炉の立ち上げ中に酸化物系レンガ32が損耗しない、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceの臨界熱伝導率λce-criticalが存在することである。すなわち、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが臨界熱伝導率λce-critical以下の場合、酸化物系レンガ32は損耗せず、初期設定の所定厚みで残存する。本実施の形態においては、所定厚みは0.1mであるが、この所定厚みは任意に設定できる。所定厚みは、例えば高炉の実操業に必要な最小限の厚みに設定される。
The first finding is that there is a critical thermal conductivity λce-critical of the thermal conductivity λce of the
2つ目の知見は、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが臨界熱伝導率λce-criticalを超える場合、酸化物系レンガ32の限界厚みを、カーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaおよび酸化物系レンガ32の熱伝導率λceで規定できることである。酸化物系レンガ32の限界厚みは、炉底10の熱平衡時に酸化物系レンガ32が損耗してその厚みがゼロになる、酸化物系レンガ32の初期の厚みの最小値である。そして、酸化物系レンガ32の厚みLceを上記限界厚み以上に設定すると、熱平衡時に酸化物系レンガ32を残存させることができ、カーボン質系レンガ31は侵食されない。
The second finding is that when the thermal conductivity λce of the
以上より、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが臨界熱伝導率λce-critical以下の場合、酸化物系レンガ32の厚みLceの最小値は、(1)式のmax内の右項で設定される。一方、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが臨界熱伝導率λce-criticalより大きい場合、酸化物系レンガ32の厚みLceの最小値は、(1)式のmax内の左項で設定される。
From the above, when the thermal conductivity λce of the
換言すれば、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが小さいと、酸化物系レンガ32の厚みLceを小さくできる。また、後述するように、カーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaが大きくなるに伴い、臨界熱伝導率λce-criticalは大きくなる。このため、カーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaが大きいと、酸化物系レンガ32の厚みLceを小さくできる。
In other words, when the thermal conductivity λce of the
<3.カーボン質系レンガと酸化物系レンガの熱伝導率の調整方法>
一般に高炉の炉底10の側壁部30には、冷却を有効に機能させてその部位を保護する為、熱伝導率の大きいカーボン質系レンガ31を用いる。カーボン質系レンガ31は直接溶銑に接触すると侵食の可能性が増加するため、本発明者らは、溶銑とカーボン質系レンガ31の間に適切な熱伝導率の酸化物系レンガ32を適切な厚みで介在させることで、カーボン質系レンガ31を保護することができることを想起した。この場合でも、冷却保護の観点から、通常、カーボン質系レンガ31を厚く、酸化物系レンガ32を薄くする方が好ましい。
<3. Adjustment method for thermal conductivity of carbonaceous brick and oxide brick>
Generally, a
ここで、カーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaと、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceは、原料、成型方法、焼成方法を変更することにより、制御することが可能である。但し、側壁部30のカーボン質系レンガ31を保護する酸化物系レンガ32には、伝熱量を制御することだけでなく、溶銑、および、溶滓に対する耐食性能も求められる。ここで、溶銑、および、溶滓に対するレンガの耐食性とは、溶銑、および、溶滓による化学的作用に対する耐性であり、レンガの成分を変更することで制御することが可能である。そこで、酸化物系レンガ32には、熱伝導率λceがある程度に小さく、且つ耐食性も高いレンガ、例えばASCレンガ(Al2O3−SiC−C)が用いられる。
Here, the thermal conductivity λca of the
以上、熱伝導率、銑滓に対する耐食性およびコストなどの観点から、熱伝導率λcaの大きいカーボン質系レンガ31と熱伝導率λceの小さい酸化物系レンガ32の組み合わせを適宜選択する。そして、本発明に基づいて酸化物系レンガ32の厚みを決定することにより、カーボン質系レンガ31と酸化物系レンガ32の任意の組み合わせにおいて、酸化物系レンガ32の厚みを必要最小限とすることができる。一方、カーボン質系レンガ31の厚みは最大限確保できるので、冷却能力の最も優れた炉底構造を実現できる。
As described above, the combination of the
<4.側壁部の酸化物系レンガの敷設領域>
上述した酸化物系レンガ32の要件は、出銑口40付近の溶銑流の速度が大きい箇所で必要な要件である。一方、出銑口40から離れた領域では、溶銑流の速度が小さくなるため、その酸化物系レンガ32の要件を緩和することも可能である。そこで、本発明者らは、側壁部30の円周方向における酸化物系レンガ32の要件について検討を行い、当該酸化物系レンガ32の必要な敷設領域を導出するに至った。
<4. Laying area of oxide brick on side wall>
The requirement for the
具体的には、図6及び図7に示すように、酸化物系レンガ32の必要敷設領域は、側壁部30において、平面視における中心角θceが出銑口40の中心40cを起点として水平方向両側に30度以内の領域である。換言すれば、中心角θceが出銑口40の中心40cから30度より大きい領域では、側壁部30において、カーボン質系レンガ31のみを設ければよく、酸化物系レンガ32を設ける必要はない。なお、この酸化物系レンガ32の必要な敷設領域の閾値、すなわち中心角θceが30度である根拠については実施例2で説明する。
Specifically, as shown in FIGS. 6 and 7, the necessary laying region of the oxide-based
かかる場合、必要敷設領域に設けられた酸化物系レンガ32は上述した必要要件を満たしており、高炉立ち上げ後の安定稼動状態においても、内張り材の酸化物系レンガ32を残存させることが可能となり、外張り材のカーボン質系レンガ31の溶損を防止することができる。しかも、高価な酸化物系レンガ32は必要領域のみに敷設されるので、より経済的に高炉の寿命延長が可能となる。
In such a case, the
以下、本発明に至った高炉の炉底における伝熱シミュレーションの結果について説明する。 Hereinafter, the result of the heat transfer simulation at the bottom of the blast furnace that has led to the present invention will be described.
伝熱シミュレーションにおいては、特許文献3に記載された炉底の侵食ライン推定方法を用いた。そして、当該推定方法に基づき、炉容積5500m3級の高炉において、カーボン質系レンガ31を外張り材とし、酸化物系レンガ32を内張り材としてなる炉底10の側壁部30の構造を種々設定した場合に推定される、カーボン質系レンガ31と酸化物系レンガ32の平衡損耗量を評価した。表1はカーボン質系レンガ31の厚みLca酸化物系レンガ32の厚みLceに関する条件を示し、表2は酸化物系レンガ32の熱伝導率λceに関する条件を示し、表3はその他条件を示す。
In the heat transfer simulation, the furnace bottom erosion line estimation method described in
伝熱シミュレーションを行った結果を図2〜図5に示す。図2はカーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaが18.0kcal/mh℃の場合のシミュレーション結果を示し、図3はカーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaが23.0kcal/mh℃の場合のシミュレーション結果を示し、図4はカーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaが28.4kcal/mh℃の場合のシミュレーション結果を示している。
The results of the heat transfer simulation are shown in FIGS. FIG. 2 shows a simulation result when the thermal conductivity λca of the
図2〜図4においては、表2に示したように酸化物系レンガ32の熱伝導率λceを変動させたCase1〜6の6つのグラフ(a)〜(f)がそれぞれ示されている。また、図2〜図4の各グラフ(a)〜(f)において、横軸は表1に示した酸化物系レンガ32の初期の厚みLceであり、縦軸は酸化物系レンガ32の残存厚みである。そして、グラフ中の実線は、炉底10の熱平衡時における酸化物系レンガ32とカーボン質系レンガ31の境界線を示している。
2 to 4, six graphs (a) to (f) of
図2〜図4を参照すると、以下のことが分かった。
(1)ある一定厚みの酸化物系レンガ32があれば、カーボン質系レンガ31を保護できる。
(2)酸化物系レンガ32の初期の厚みLceが過剰に存在しても、熱平衡時において、酸化物系レンガ32はほぼ一定程度にしか残存しない。
(3)酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが大きいほど、当該酸化物系レンガ32は侵食されやすく、酸化物系レンガ32の初期の厚みLceが一定以下しかない場合には、カーボン質系レンガ31まで侵食が進行すると推定される。
(4)酸化物系レンガ32の平衡損耗量はカーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaにも依存し、カーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaが大きいほど酸化物系レンガ32の熱伝導率λceは大きい方へ緩和できる。
Referring to FIGS. 2 to 4, the following was found.
(1) If there is an
(2) Even if the initial thickness Lce of the
(3) The larger the thermal conductivity λce of the
(4) The amount of equilibrium wear of the
図5は、図2〜図4における各グラフをまとめたものである。すなわち、図5の各グラフ(a)〜(c)は、それぞれカーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaを18.0kcal/mh℃、23.0kcal/mh℃、28.4kcal/mh℃に変動させたグラフを示している。また、図5の各グラフ(a)〜(c)において、横軸は酸化物系レンガ32の熱伝導率λceであり、縦軸は酸化物系レンガ32の限界厚み(必要下限厚み)である。
FIG. 5 summarizes each graph in FIGS. That is, in each graph (a) to (c) of FIG. 5, the thermal conductivity λca of the
図5を参照すると、以下のことが分かった。
(1)種々の熱伝導率λcaのカーボン質系レンガ31に対して、酸化物系レンガ32が全く損耗しない、酸化物系レンガ32の臨界熱伝導率λce-criticalが存在する。
(2)臨界熱伝導率λce-critical以下の熱伝導率λceを有する酸化物系レンガ32では、その厚みを実用的な最小値0.1mとできる。
(3)臨界熱伝導率λce-criticalを超える酸化物系レンガ32では、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが大きいほど、酸化物系レンガ32の厚みを大きくする必要がある。
(4)カーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaが大きくなるに伴い、臨界熱伝導率λce-criticalは大きい側に緩和できる。
Referring to FIG. 5, the following was found.
(1) There is a critical thermal conductivity λce-critical of the
(2) The
(3) In the
(4) As the thermal conductivity λca of the
そして、図5で示された関係を定式化すると、上述した(1)式が導出される。すなわち、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが臨界熱伝導率λce-critical以下の場合、酸化物系レンガ32の厚みを0.1mとできる。また、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが臨界熱伝導率λce-criticalより大きい場合、図5のグラフを回帰分析して、酸化物系レンガ32の限界厚みを目的変数とし、カーボン質系レンガ31の熱伝導率λcaと酸化物系レンガ32の熱伝導率λceを説明変数に含む回帰式を導出した。そして、炉底10の熱平衡時においても酸化物系レンガ32を残存させることができる、酸化物系レンガ32の厚みLceの最小値、すなわち(1)式の右辺が導出された。
Then, when the relationship shown in FIG. 5 is formulated, the above-described equation (1) is derived. That is, when the thermal conductivity λce of the
なお、酸化物系レンガ32の熱伝導率λceが臨界熱伝導率λce-criticalより大きい場合の回帰分析の方法は上記に限定されず、種々の回帰式が導出され得る。
Note that the regression analysis method when the thermal conductivity λce of the
次に、上述した酸化物系レンガ32の必要敷設領域に関する伝熱シミュレーションの結果について説明する。
Next, the result of the heat transfer simulation regarding the necessary laying region of the
伝熱シミュレーションにおいては、特許文献3に記載された炉底の侵食ライン推定方法を用いた。そして、当該推定方法に基づき、炉容積5500m3級の高炉において、カーボン質系レンガ31を外張り材とし、酸化物系レンガ32を内張り材としてなる炉底10の側壁部30の構造を種々設定した場合に推定される平衡損耗量を評価した。表4は酸化物系レンガ32の敷設領域に関する条件(敷設領域の中心角θce)を示し、表5はその他条件を示す。ここで、設計における安全を見越して、出銑比3.0t/d.m3相当の出銑量を仮定した。
In the heat transfer simulation, the furnace bottom erosion line estimation method described in
伝熱シミュレーションを行った結果を図8及び図9に示す。図8は、内張り材である酸化物系レンガ32の敷設領域の中心角θceと炉床部20のレンガ21、22の総残存厚みとの関係を示す。なお、図示の総残存厚みは、カーボン質系レンガ21の厚みと酸化物系レンガ22の厚みの合計を示す。図8を参照すると、酸化物系レンガ32の敷設領域の中心角θceが、出銑口40の中心40cを起点として30度より小さくなると、炉床部20のレンガ21、22の残存厚みが小さくなることが分かる。
The results of the heat transfer simulation are shown in FIGS. FIG. 8 shows the relationship between the central angle θce of the laying region of the
図9は、側壁部30の円周方向におけるレンガ31、32の総残存厚みを示す。具体的には、Case1〜6について、出銑口40の中心40cからの位置(図9中では出銑口方位からの角度と記載)における、カーボン質系レンガ31の厚みと酸化物系レンガ32の厚みの合計(総残存厚み)を示す。図9を参照すると、酸化物系レンガ32の敷設領域の中心角θceが、出銑口40の中心40cを起点として30度より小さくなると、側壁部30のレンガ31、32の総残存厚みが小さくなることが分かる。
FIG. 9 shows the total remaining thickness of the
以上の結果より、カーボン質系レンガ31を外張り材とし、酸化物系レンガ32を内張り材としてなる炉底10の側壁部30の構造において、酸化物系レンガ32の必要敷設領域は、平面視における中心角θceが出銑口40の中心40cを起点として水平方向両側に30度以内の領域であることが分かった。
From the above results, in the structure of the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the claims, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. It is understood.
本発明は、高炉の炉底構造において、カーボン質系レンガを外張り材とし、酸化物系レンガを内張り材としてなる側壁部を設置する際に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful when installing a side wall portion in which a carbonaceous brick is used as an outer material and an oxide brick is used as an inner material in a blast furnace bottom structure.
10 炉底
20 炉床部
21 カーボン質系レンガ
22 酸化物系レンガ
30 側壁部
31 カーボン質系レンガ
32 酸化物系レンガ
40 出銑口
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記側壁部は、外張りされたカーボン質系レンガと、当該カーボン質系レンガの内側に内張りされた酸化物系レンガとを備え、
前記酸化物系レンガの熱伝導率が臨界熱伝導率以下の場合、当該酸化物系レンガの厚みは所定厚みに設定され、
前記酸化物系レンガの熱伝導率が前記臨界熱伝導率より大きい場合、当該酸化物系レンガの厚みは、前記所定厚みより大きく、且つ前記カーボン質系レンガの熱伝導率と前記酸化物系レンガの熱伝導率に基づいて設定されることを特徴とする、高炉の炉底構造。 In the blast furnace bottom structure in which an annular side wall is provided on a plate-shaped hearth,
The side wall includes a carbonaceous brick that is lined outside, and an oxide brick that is lined inside the carbonaceous brick,
If the thermal conductivity of the oxide brick is less than or equal to the critical thermal conductivity, the thickness of the oxide brick is set to a predetermined thickness,
When the thermal conductivity of the oxide brick is larger than the critical thermal conductivity, the thickness of the oxide brick is larger than the predetermined thickness, and the thermal conductivity of the carbonaceous brick and the oxide brick. A bottom structure of a blast furnace, which is set based on the thermal conductivity of the blast furnace.
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