JP2017102040A - Operation method for steelmaking furnace - Google Patents

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貴 安孫子
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an operation method for a steelmaking furnace capable of adjusting an operation condition in accordance with an amount of ferrous particles in exhaust gas.SOLUTION: An operation method for a steelmaking furnace which produces dust comprises: a Doppler frequency measuring process S1 which includes the steps to irradiate exhaust gas flowing in a gas duct with microwaves, detect reflective waves reflected on the dust in the exhaust gas and calculate frequency distribution of intensity of the reflective waves; a step S2 to extract, from the frequency distribution, the intensity of the reflective waves having frequency corresponding to ferrous particles in the dust; and a step S3 to adjust an operation condition of a furnace in accordance with the intensity of the reflective waves having the frequency corresponding to the ferrous particles. Given that a propagation angle of the microwaves is expressed as θ, the frequency corresponding to the ferrous particles can be estimated by sinθ components of speeds of the ferrous particles predicted from diameters and density of the ferrous particles which can be generated in the furnace and a flow rate of the exhaust gas.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、製鋼用炉の操業方法に関する。   The present invention relates to a method for operating a steelmaking furnace.

鋼材を製造するために、例えば鉄鉱石から銑鉄(溶銑)を取り出す高炉、酸素を吹き込んで銑鉄を鋼(溶鋼)に転換する転炉、鉄スクラップを溶解して溶鋼を得る電気炉、溶鋼の成分を調整する製錬炉等の多様な製鋼用炉が用いられる。なお、狭義には銑鉄を鋼に転換する工程を製鋼と呼び、銑鉄を得る製銑及び溶鋼の成分調整をする製錬と区別することがあるが、本願発明において「製鋼用炉」との用語は、製銑工程や製錬工程に用いる炉を含む概念として使用する。   In order to manufacture steel materials, for example, a blast furnace that takes pig iron (molten iron) from iron ore, a converter that blows oxygen to convert pig iron to steel (molten steel), an electric furnace that melts iron scrap to obtain molten steel, and components of molten steel A variety of steelmaking furnaces such as smelting furnaces for adjusting the temperature are used. In the narrow sense, the process of converting pig iron to steel is called steelmaking, and may be distinguished from smelting to obtain pig iron and smelting to adjust the composition of the molten steel. In the present invention, the term “steel making furnace” Is used as a concept that includes furnaces used in the ironmaking and smelting processes.

このような製鋼用炉の操業方法、つまり運転状態を最適化する制御方法としては、煙道に排出される排ガス中のダストの量を監視し、ダスト量と運転状態との相関関係から、酸素供給量等の各種のパラメーターを最適化する方法が提案されている(例えば特開2007−071820号公報参照)。   As a method for operating such a steelmaking furnace, that is, a control method for optimizing the operation state, the amount of dust in the exhaust gas discharged to the flue is monitored, and from the correlation between the amount of dust and the operation state, oxygen A method of optimizing various parameters such as supply amount has been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-0771820).

具体的には、上記公報には、炉から煙道に排出される排ガスにマイクロ波を照射して反射波を検出し、排ガス中のダストにより反射された反射波の周波数がドップラー効果によってシフトすることに着目し、反射波強度のドップラー周波数分布の面積を積算することでダスト濃度を算出する方法が記載されている。また、上記公報には、このダスト濃度測定方法により測定したダスト濃度に応じて上吹ランス高さや送酸ガス量(酸素吹き込み量)を制御することが開示されている。   Specifically, in the above publication, the exhaust gas discharged from the furnace to the flue is irradiated with microwaves to detect the reflected wave, and the frequency of the reflected wave reflected by the dust in the exhaust gas is shifted by the Doppler effect. In particular, a method for calculating the dust concentration by integrating the areas of the Doppler frequency distribution of the reflected wave intensity is described. In addition, the above publication discloses that the upper blowing lance height and the amount of oxygen supply gas (oxygen blowing amount) are controlled in accordance with the dust concentration measured by this dust concentration measuring method.

一般的な燃焼炉の排ガス中のダストは、例えばCaO等の灰分の化合物(いわゆる灰)の微粒子が多くを占める。しかしながら、製鋼用炉の排ガス中には、鉄を含む微粒子(鉄系粒子)が比較的多く含まれ、その割合が変化する。製鋼用炉の操業において、排ガス中の鉄系粒子の増加は、製造する鋼の歩留まり低下や、炉口への地金付着に繋がるため、排ガス中のダスト全体ではなく、ダスト中の鉄系粒子の量に応じて運転のパラメーターを調整することで、より生産性を向上できると考えられる。   The dust in the exhaust gas of a general combustion furnace is mainly composed of fine particles of an ash compound (so-called ash) such as CaO. However, the exhaust gas of the steelmaking furnace contains a relatively large amount of fine particles containing iron (iron-based particles), and the ratio changes. In the operation of a steelmaking furnace, the increase in iron-based particles in the exhaust gas leads to a decrease in the yield of the steel to be produced and the adhesion of metal to the furnace mouth, so the iron-based particles in the dust, not the entire dust in the exhaust gas. It is considered that productivity can be further improved by adjusting the operating parameters according to the amount of water.

しかしながら、上記公報に記載されるダスト濃度測定方法では、ダストの総量を把握することはできるが、ダストの種類までを把握することはできない。このため、上記公報に記載されるダスト濃度測定方法を適用しても、鉄系粒子の量に応じて運転条件を調整することはできない。   However, the dust concentration measurement method described in the above publication can grasp the total amount of dust, but cannot grasp the type of dust. For this reason, even if the dust density | concentration measuring method described in the said gazette is applied, an operating condition cannot be adjusted according to the quantity of iron-type particle | grains.

特開2007−071820号公報JP 2007-071820 A

上記不都合に鑑みて、本発明は、排ガス中の鉄系粒子の量に応じて運転条件を調整できる製鋼用炉の操業方法を提供することを課題とする。   In view of the above inconveniences, an object of the present invention is to provide a method for operating a steelmaking furnace in which operating conditions can be adjusted according to the amount of iron-based particles in exhaust gas.

上記課題を解決するためになされた発明は、ダストを発生する製鋼用炉の操業方法であって、煙道を流れる排ガスへマイクロ波を照射する工程、排ガス中のダストによる反射波を検出する工程及び上記反射波の強度の周波数分布を算出する工程を有するドップラー周波数測定工程と、上記周波数分布のうち上記ダスト中の鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度を抽出する工程と、上記鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度に応じて炉の運転条件を調整する工程とを備え、上記鉄系粒子に対応する周波数が、上記マイクロ波の伝播角度をθとし、上記炉で発生し得る鉄系粒子の粒径及び密度並びに排ガスの流速から予測される鉄系粒子の速度のsinθ成分から推定される反射波の周波数であることを特徴とする製鋼用炉の操業方法である。   The invention made to solve the above problems is a method of operating a steelmaking furnace that generates dust, the step of irradiating the exhaust gas flowing through the flue with microwaves, the step of detecting reflected waves due to dust in the exhaust gas And a Doppler frequency measurement step having a step of calculating a frequency distribution of the intensity of the reflected wave, a step of extracting the intensity of the reflected wave having a frequency corresponding to the iron-based particles in the dust, and the iron Adjusting the operating conditions of the furnace according to the intensity of the reflected wave of the frequency corresponding to the system particles, and the frequency corresponding to the iron-based particles is generated in the furnace with the propagation angle of the microwave as θ A method for operating a steelmaking furnace, characterized by the frequency of the reflected wave estimated from the sin θ component of the iron-based particle velocity predicted from the particle size and density of the iron-based particles and the flow rate of the exhaust gas The

当該製鋼用炉の操業方法は、煙道を流れる排ガスへのマイクロ波の照射及び反射波の検出により得られるドップラー周波数の強度分布の中で、鉄系粒子の速度のsinθ成分から推定される反射波の周波数の強度を導出することで、排ガス中の鉄系粒子の量と相関の高い値が得られる。また、当該製鋼用炉の操業方法は、この排ガス中の鉄系粒子の量と相関が高い値に基づいて炉の運転条件を調整するので、歩留まり向上や炉口への地金付着抑制が可能であり、生産性を向上することができる。なお、「伝播角度」とは、排ガスの流れ方向に垂直な方向を基準とするマイクロ波の照射角度を意味する。   The method for operating the steelmaking furnace is the reflection estimated from the sin θ component of the velocity of iron-based particles in the intensity distribution of the Doppler frequency obtained by irradiating the exhaust gas flowing through the flue with microwaves and detecting the reflected waves. By deriving the intensity of the wave frequency, a value highly correlated with the amount of iron-based particles in the exhaust gas can be obtained. In addition, the operation method of the steelmaking furnace adjusts the operating conditions of the furnace based on a value highly correlated with the amount of iron-based particles in the exhaust gas, so it is possible to improve yield and suppress adhesion of metal to the furnace mouth Therefore, productivity can be improved. The “propagation angle” means a microwave irradiation angle with respect to a direction perpendicular to the flow direction of the exhaust gas.

上記鉄系粒子に対応する周波数の推定が、上記ドップラー周波数測定工程と、上記排ガスに含まれるダストのサンプリングによりダストの粒度分布を調査する工程と、上記排ガスの流量及び温度の測定値並びに煙道の断面積から排ガスの流速を算出する工程と、上記ドップラー周波数測定工程で得られる周波数分布のピーク値を、ダストに含まれる粒子の絶対速度のsinθ成分に換算する工程と、上記ダストの粒度分布及び排ガスの流速に基づいて、ダストに含まれ得る粒子の種類毎の絶対速度を算出する工程と、上記粒子の種類毎の絶対速度から、各粒子の種類毎のドップラー効果に寄与する速度成分と伝播角度との関係を導出する工程と、上記関係を用い、上記周波数分布のピーク値を換算した絶対速度のsinθ成分と整合する伝播角度を推定する工程と、上記推定した伝播角度に基づいて、周波数分布における鉄系粒子による反射波の周波数を定める工程とを有する方法によって行われるとよい。   The estimation of the frequency corresponding to the iron-based particles includes the Doppler frequency measurement step, the step of investigating the particle size distribution of the dust by sampling the dust contained in the exhaust gas, the flow rate and temperature measurements of the exhaust gas, and the flue Calculating the flow velocity of the exhaust gas from the cross-sectional area of the above, the step of converting the peak value of the frequency distribution obtained in the Doppler frequency measurement step into the sin θ component of the absolute velocity of the particles contained in the dust, and the particle size distribution of the dust And a step of calculating an absolute velocity for each type of particles that can be included in the dust based on the flow velocity of the exhaust gas, and a velocity component that contributes to the Doppler effect for each particle type from the absolute velocity for each particle type, and The step of deriving the relationship with the propagation angle, and the propagation angle that matches the sin θ component of the absolute velocity converted from the peak value of the frequency distribution using the above relationship. The method may include a step of estimating the degree and a step of determining the frequency of the reflected wave by the iron-based particles in the frequency distribution based on the estimated propagation angle.

このように、上記鉄系粒子に対応する周波数の推定が、上記ドップラー周波数測定工程、粒度分布調査工程、排ガス流速算出工程、sinθ成分換算工程、絶対速度算出工程、関係導出工程、伝播角度推定工程及び周波数決定工程とを有する方法により行われることによって、粒度分布の各ピークと想定されるダストの種類毎の密度との組み合わせから粒子の種類毎の絶対速度を算出する。このため、ドップラー周波数測定工程で得られる周波数分布のピーク値に対応するダストの種類(材質及び粒度)を推定することができる。従って、このようにして推定される鉄系粒子に対応する周波数の強度に基づいて炉の運転条件を調整することで、より確実に生産性を向上することができる。   Thus, the estimation of the frequency corresponding to the iron-based particles is performed by the Doppler frequency measurement step, the particle size distribution investigation step, the exhaust gas flow velocity calculation step, the sin θ component conversion step, the absolute velocity calculation step, the relationship derivation step, and the propagation angle estimation step. And the frequency determining step, the absolute velocity for each particle type is calculated from the combination of each peak of the particle size distribution and the density for each assumed dust type. For this reason, the kind (material and particle size) of the dust corresponding to the peak value of the frequency distribution obtained in the Doppler frequency measurement process can be estimated. Therefore, the productivity can be more reliably improved by adjusting the operating conditions of the furnace based on the intensity of the frequency corresponding to the iron-based particles estimated in this way.

このように、本発明の製鋼用炉の操業方法は、排ガス中の鉄系粒子の量に応じて運転条件を調整できる。   Thus, the operation method of the steelmaking furnace of this invention can adjust an operating condition according to the quantity of the iron-type particle | grains in waste gas.

本発明の一実施形態の製鋼用炉の操業方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the operating method of the steelmaking furnace of one Embodiment of this invention. 図1の製鋼用炉の操業方法に用いる測定装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the measuring apparatus used for the operating method of the steelmaking furnace of FIG. 図1の製鋼用炉の操業方法における事前調査の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the preliminary investigation in the operating method of the steelmaking furnace of FIG. 本発明の製鋼用炉の操業方法の実施例における事前調査で測定したドップラー周波数分布である。It is Doppler frequency distribution measured by the preliminary | backup investigation in the Example of the operating method of the steelmaking furnace of this invention. 図4と同じ事前調査で測定したダストの粒度の頻度分布である。It is the frequency distribution of the particle size of the dust measured by the same preliminary survey as FIG. 図5のダストの粒度の積算分布である。6 is an integrated distribution of the particle size of dust in FIG. 5. 図4と同じ事前調査で導出した粗粒ダストの速度のsinθ成分と伝播角度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sin (theta) component of the speed | rate of the coarse-grained dust derived | led-out by the same prior survey as FIG. 4, and a propagation angle. 図4と同じ事前調査で導出した微粒ダストの速度のsinθ成分と伝播角度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the sin (theta) component of the speed | velocity | rate of the fine-particle dust derived | led-out by the same preliminary investigation as FIG. 4, and a propagation angle. 本発明の製鋼用炉の操業方法の実施例における鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度と酸素吹き込み量との継時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change over time of the intensity | strength of the reflected wave of the frequency corresponding to the iron-type particle | grains in the Example of the operating method of the steelmaking furnace of this invention, and oxygen blowing amount. 本発明の製鋼用炉の操業方法の比較例における鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度と酸素吹き込み量との継時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change over time of the intensity | strength of the reflected wave of the frequency corresponding to the iron-type particle | grains, and the oxygen blowing amount in the comparative example of the operating method of the steelmaking furnace of this invention.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

[製鋼用炉の操業方法]
図1に、本発明の一実施形態に係る製鋼用炉の操業方法の手順を示す。当該製鋼用炉の操業方法は、ダスト(微粒子)を発生する製鋼用炉の運転条件を適切化できる操業方法である。
[Operation method of steelmaking furnace]
In FIG. 1, the procedure of the operating method of the steelmaking furnace which concerns on one Embodiment of this invention is shown. The operation method of the steelmaking furnace is an operation method that can optimize the operating conditions of the steelmaking furnace that generates dust (fine particles).

当該製鋼用炉の操業方法は、例えば高炉、転炉、電気炉、製錬炉等の多様な製鋼用炉に適用できるが、典型的には、ランスからの酸素吹き込みにより溶銑中の不純物を除去する転炉に適用される。転炉では、反応時のCOガス発生やフュームに起因して、鉄系粒子や酸化物等の非鉄系粒子を含むダスト(粉塵)が発生し、排ガスと共に煙道に流出する。   The method for operating the steelmaking furnace can be applied to various steelmaking furnaces such as blast furnaces, converters, electric furnaces, smelting furnaces, etc., but typically impurities in hot metal are removed by blowing oxygen from a lance. Applicable to converters. In the converter, dust (dust) containing non-ferrous particles such as iron-based particles and oxides is generated due to the generation of CO gas and fumes during the reaction, and flows out into the flue together with the exhaust gas.

当該製鋼用炉の操業方法は、図2示すように、不図示の製鋼用炉から排ガスを排出するための煙道1に設けたノズル2に配設され、煙道内に一定周波数のマイクロ波を照射し、煙道内を流れる排ガス中のダストによる反射波の強度を検出するドップラー測定装置3を用いる。このような構成において、ドップラー測定装置3から煙道1内のダストに到達し得るマイクロ波の伝播角度θは、ノズル2の長さ及び内径に略依存する。ただし、この伝播角度θは、マイクロ波が複数回反射してドップラー測定装置3により観測される場合もあるため、厳密にはノズル2の幾何学形状により定められる視野角よりも広角となる。なお、図には、後で詳しく説明するダストの絶対速度vsのドップラー効果に寄与する成分(v・sinθ)を矢印で示している。 As shown in FIG. 2, the operation method of the steelmaking furnace is arranged in a nozzle 2 provided in a flue 1 for discharging exhaust gas from a steelmaking furnace (not shown), and a microwave having a constant frequency is applied to the flue. A Doppler measuring device 3 is used that detects the intensity of the reflected wave due to dust in the exhaust gas that irradiates and flows through the flue. In such a configuration, the propagation angle θ of the microwave that can reach the dust in the flue 1 from the Doppler measurement device 3 substantially depends on the length and the inner diameter of the nozzle 2. However, since the propagation angle θ may be observed by the Doppler measuring apparatus 3 after being reflected a plurality of times, strictly speaking, the propagation angle θ is wider than the viewing angle determined by the geometric shape of the nozzle 2. In the drawing, the component (v s · sin θ) contributing to the Doppler effect of the absolute velocity vs of dust, which will be described in detail later, is indicated by arrows.

当該製鋼用炉の操業方法では、煙道1を流れる排ガス中にマイクロ波を照射したときのダストによる反射波におけるドップラー周波数(照射したマイクロ波の周波数と反射波の周波数との差)の強度分布を測定する工程<ステップS1:ドップラー周波数測定工程>と、このドップラー周波数分布のうちダスト中の鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度を抽出する工程<ステップS2:強度抽出工程>と、抽出した鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度に応じて炉の運転条件を調整する工程<ステップS3:運転条件調整工程>とを備える。   In the operation method of the steelmaking furnace, the intensity distribution of the Doppler frequency (difference between the frequency of the irradiated microwave and the frequency of the reflected wave) in the reflected wave due to dust when the exhaust gas flowing through the flue 1 is irradiated with the microwave. Measuring step <Step S1: Doppler frequency measurement step> and extracting the intensity of the reflected wave having a frequency corresponding to the iron-based particles in the dust from the Doppler frequency distribution <Step S2: intensity extraction step> A step of adjusting the operating conditions of the furnace in accordance with the intensity of the reflected wave having a frequency corresponding to the extracted iron-based particles (step S3: operating condition adjusting step).

<ドップラー周波数測定工程>
ステップS1のドップラー周波数測定工程は、煙道を流れる排ガスへマイクロ波を照射する工程と、排ガス中のダストによる反射波を検出する工程と、上記反射波の強度の周波数分布を算出する工程を有する。
<Doppler frequency measurement process>
The Doppler frequency measurement step of step S1 includes a step of irradiating the exhaust gas flowing through the flue with a microwave, a step of detecting a reflected wave due to dust in the exhaust gas, and a step of calculating a frequency distribution of the intensity of the reflected wave. .

<強度抽出工程>
ステップS2の強度抽出工程では、鉄系粒子に対応する反射波(鉄系粒子がマイクロ波を反射して観測される反射波)として、予め設定される周波数範囲の反射波の強度を抽出する。この強度を抽出する周波数は、マイクロ波の伝播角度をθとし、炉で発生し得る鉄系粒子の粒径及び密度並びに排ガスの流速から予測される鉄系粒子の速度vのsinθ成分(v・sinθ)から推定される反射波の周波数である。
<Strength extraction process>
In the intensity extraction step of step S2, the intensity of the reflected wave in a preset frequency range is extracted as a reflected wave corresponding to the iron-based particle (a reflected wave observed when the iron-based particle reflects the microwave). The frequency at which this intensity is extracted is defined as the sin θ component (v of the iron-based particle velocity v s predicted from the particle size and density of the iron-based particles that can be generated in the furnace and the exhaust gas flow velocity, where θ is the propagation angle of the microwave. The frequency of the reflected wave estimated from ( s · sin θ).

なお、排ガスの流速は、実測値ではなく、炉の通常の運転条件における流速の代表値を用いてもよい。これにより、鉄系粒子に対応する周波数を予め定めておくことができるので、操業時の演算負荷を低減できる。   The exhaust gas flow rate may be a representative value of the flow rate under normal operating conditions of the furnace, instead of the actual measurement value. Thereby, since the frequency corresponding to iron-type particle | grains can be predetermined, the calculation load at the time of operation can be reduced.

この強度抽出工程で強度を抽出する鉄系粒子に対応する反射波の周波数の推定は、後述するように、予め製鋼用炉を運転し、その製鋼用炉において排出される鉄系粒子に対応するドップラー周波数を推定する事前調査を通して行われることが好ましい。   The estimation of the frequency of the reflected wave corresponding to the iron-based particles whose strength is extracted in this intensity extraction step corresponds to the iron-based particles discharged in the steel-making furnace by operating the steel-making furnace in advance, as will be described later. Preferably, this is done through a preliminary survey that estimates the Doppler frequency.

また、反射波の強度抽出は、強度分布において、上記鉄系粒子の速度vのsinθ成分(v・sinθ)から推定される反射波の周波数を含む一定の周波数範囲を抽出することが好ましいが、代表的な強度として一定の周波数範囲内のピーク強度(グラフの極大点の強度)を抽出してもよい。 In addition, the intensity extraction of the reflected wave preferably extracts a certain frequency range including the frequency of the reflected wave estimated from the sin θ component (v s · sin θ) of the iron-based particle velocity v s in the intensity distribution. However, peak intensity (intensity at the maximum point of the graph) within a certain frequency range may be extracted as representative intensity.

<運転条件調整工程>
ステップS3の運転条件調整工程では、鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度に応じて、例えば酸素吹錬時の酸素吹き込み量等の製鋼用炉の運転条件を調整する。具体的には、鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度が過度に上昇した場合には、鉄系粒子の生成を抑制するよう、例えば酸素吹き込み量の低減等の調整をするとよい。
<Operation condition adjustment process>
In the operation condition adjustment step of step S3, the operation conditions of the steelmaking furnace, such as the amount of oxygen blown during oxygen blowing, are adjusted according to the intensity of the reflected wave having a frequency corresponding to the iron-based particles. Specifically, when the intensity of the reflected wave having a frequency corresponding to the iron-based particles is excessively increased, for example, adjustment of reduction of the oxygen blowing amount or the like may be performed so as to suppress generation of the iron-based particles.

<事前調査>
上記事前調査は、図3に示すように、製鋼用炉の事前運転において行われ、上記ステップS1と同じドップラー周波数測定工程(ステップS11:ドップラー周波数測定工程)と、排ガスに含まれるダストのサンプリングによりダストの粒度分布を調査する工程(ステップS12:粒度分布調査工程)と、排ガスの流量及び温度の測定値並びに煙道の断面積から排ガスの流速を算出する工程(ステップS13:流速算出工程)と、ステップS11のドップラー周波数測定工程で得られる周波数分布のピーク値を、ダストに含まれる粒子の絶対速度のsinθ成分に換算する工程(ステップS14:sinθ成分換算工程)と、ダストの粒度分布及び排ガスの流速に基づいて、ダストに含まれ得る粒子の種類毎の絶対速度を算出する工程(ステップS15:絶対速度算出工程)と、粒子の種類毎の絶対速度から、各粒子の種類毎のドップラー効果に寄与する速度成分と伝播角度θとの関係を導出する工程(ステップS16:関係導出工程)と、ステップS16の関係導出工程で導出した関係を用い、ステップS14のsinθ成分換算工程で周波数分布のピーク値を換算した絶対速度のsinθ成分と整合する伝播角度を推定する工程(ステップS17:伝播角度推定工程)と、推定した伝播角度θに基づいて、ステップS11のドップラー周波数測定工程で得た周波数分布における鉄系粒子による反射波の周波数を定める工程(ステップS18:周波数決定工程)とを有するとよい。なお、「事前運転」とは、当該製鋼用炉の操業方法によって運転条件を調整する操業に先立って行う運転を意味し、この事前運転において得られる鋼を製品化するか否かは問わない。
<Preliminary survey>
As shown in FIG. 3, the preliminary survey is performed in the preliminary operation of the steelmaking furnace, and the same Doppler frequency measurement process (Step S11: Doppler frequency measurement process) as in Step S1 and sampling of dust contained in the exhaust gas. A step of investigating the particle size distribution of the dust (step S12: particle size distribution examining step), a step of calculating the flow rate of the exhaust gas from the measured values of the flow rate and temperature of the exhaust gas and the cross-sectional area of the flue (step S13: flow rate calculating step); The step of converting the peak value of the frequency distribution obtained in the Doppler frequency measurement step of Step S11 into the sin θ component of the absolute velocity of the particles contained in the dust (Step S14: sin θ component conversion step), the particle size distribution of the dust, and the exhaust gas The step of calculating the absolute velocity for each type of particles that can be contained in the dust (step S15: Absolute velocity calculation step) and a step of deriving the relationship between the velocity component contributing to the Doppler effect for each particle type and the propagation angle θ from the absolute velocity for each particle type (step S16: relationship derivation step) ) And the relationship derived in the relationship deriving step in step S16, and estimating the propagation angle that matches the sin θ component of the absolute velocity obtained by converting the peak value of the frequency distribution in the sin θ component converting step in step S14 (step S17: A propagation angle estimation step) and a step of determining the frequency of the reflected wave by the iron-based particles in the frequency distribution obtained in the Doppler frequency measurement step of Step S11 based on the estimated propagation angle θ (Step S18: frequency determination step). It is good to have. The “preliminary operation” means an operation that is performed prior to an operation in which the operation conditions are adjusted by the operation method of the steelmaking furnace, and it does not matter whether or not the steel obtained in this preliminary operation is commercialized.

(ドップラー周波数測定工程)
ステップS11のドップラー周波数測定工程では、図1のステップS1のドップラー周波数測定工程と同様に、煙道を流れる排ガスへマイクロ波を照射する工程と、排ガス中のダストによる反射波を検出する工程と、上記反射波の強度の周波数分布を算出する工程とを行うことにより、排ガス中のダストによるドップラー周波数の強度分布を得る。
(Doppler frequency measurement process)
In the Doppler frequency measurement process of Step S11, similarly to the Doppler frequency measurement process of Step S1 of FIG. 1, a process of irradiating the exhaust gas flowing through the flue with microwaves, a process of detecting a reflected wave due to dust in the exhaust gas, The intensity distribution of the Doppler frequency due to the dust in the exhaust gas is obtained by performing the step of calculating the frequency distribution of the intensity of the reflected wave.

(粒度分布調査工程)
ステップS12の粒度分布調査工程では、排ガス中のダストを採取し、その粒度分布を測定する。ダストの採取方法としては、例えば排ガスの流路に設けられる湿式集塵機の集塵水をサンプリングする方法等が挙げられる。また、ダストの粒度分布を測定方法としては、例えばレーザー回折法を適用することができる。また、ダストの粒度分布は、例えば体積を基準とする度数分布として求めてもよい。
(Particle size distribution survey process)
In the particle size distribution investigation step in step S12, dust in the exhaust gas is collected and the particle size distribution is measured. Examples of the dust collection method include a method of sampling the collected water of a wet dust collector provided in the exhaust gas flow path. As a method for measuring the particle size distribution of dust, for example, a laser diffraction method can be applied. The particle size distribution of dust may be obtained as a frequency distribution based on volume, for example.

(流速算出工程)
ステップS13の流速算出工程では、排ガス流量及び排ガス温度を測定し、これらの測定値と煙道断面積とから、煙道内の排ガス速度を算出する。上記排ガス流量は、例えば排ガス流路の絞り機構の差圧を検出することや煙道ベンチュリ流量計を配設することにより算出できる。排ガス速度V[m/s]は、排ガス流量をQ[Nm/s]、排ガス温度T[℃]、煙道内断面積をS[m]とすると、V=Q×(T+273)/273/Sで表わすことができる。排ガス速度Vの計算に用いる排ガス温度としては、ドップラー周波数測定位置近傍に配設した温度計の検出値を用いるか、ドップラー周波数測定位置の前後に配設した複数の温度計の検出値から推測されるドップラー周波数測定位置における温度を用いることができる。
(Flow velocity calculation process)
In the flow velocity calculation step in step S13, the exhaust gas flow rate and the exhaust gas temperature are measured, and the exhaust gas velocity in the flue is calculated from these measured values and the flue cross-sectional area. The exhaust gas flow rate can be calculated, for example, by detecting a differential pressure of a throttling mechanism of the exhaust gas flow path or by installing a flue venturi flow meter. The exhaust gas velocity V [m / s] is V = Q × (T + 273) / 273, where the exhaust gas flow rate is Q [Nm 3 / s], the exhaust gas temperature T [° C.], and the cross-sectional area in the flue is S [m 2 ]. / S. As the exhaust gas temperature used for calculating the exhaust gas velocity V, a detection value of a thermometer arranged in the vicinity of the Doppler frequency measurement position is used, or is estimated from detection values of a plurality of thermometers arranged before and after the Doppler frequency measurement position. The temperature at the Doppler frequency measurement position can be used.

(sinθ成分換算工程)
ステップS14のsinθ成分換算工程では、ドップラー周波数測定工程で得られるドップラー周波数の強度分布のピーク周波数に対応する粒子の絶対速度のドップラー測定装置に対して垂直な方向の成分(sinθ成分)を算出する。
(Sin θ component conversion step)
In the sin θ component conversion step of step S14, a component (sin θ component) in a direction perpendicular to the Doppler measurement device of the absolute velocity of the particle corresponding to the peak frequency of the intensity distribution of the Doppler frequency obtained in the Doppler frequency measurement step is calculated. .

ここで、ドップラー周波数f[Hz]は、粒子の絶対速度をv[m/s]とし、照射するマイクロ波の波長をλ[m]とすると、f=(2v・sinθ)/λの関係が成り立つ。従って、ドップラー周波数fに対応する粒子の絶対速度のsinθ成分は、vsinθ=f・λ/2で表わすことができる。 Here, the Doppler frequency f [Hz] is f = (2v s · sin θ) / λ where the absolute velocity of the particles is v s [m / s] and the wavelength of the microwave to be irradiated is λ [m]. A relationship is established. Therefore, the sin θ component of the absolute velocity of the particle corresponding to the Doppler frequency f can be expressed by v s sin θ = f · λ / 2.

(絶対速度算出工程)
ステップS15の絶対速度算出工程では、粒度分布調査工程で測定した粒度分布のピークに対応する粒子の絶対速度vを、その粒子の材質を製鋼用炉から排出される可能性が高く、かつ比較的密度が大きい鉄系粒子と、比較的密度が小さい非鉄系粒子(例えばCaO、SiO等)と仮定してそれぞれ算出する。
(Absolute speed calculation process)
The absolute velocity calculation process in step S15, the absolute velocity v s of the particles corresponding to the peak of the particle size distribution measured with a particle size distribution survey process, is likely to be discharged the material of the particles from the steelmaking furnace, and comparison The calculation is performed on the assumption that the iron-based particles having a large target density and non-ferrous particles (for example, CaO, SiO 2, etc.) having a relatively low density.

具体的には、粒度分布のピークに対応する粒度(直径)を有し、想定される材質からなる粒子が、静止している排ガス中で重力落下した場合の終端速度を算出し、排ガスの速度から減算することによって、想定される粒子の絶対速度vを算出する。 Specifically, the terminal velocity when particles having a particle size (diameter) corresponding to the peak of the particle size distribution and made of an assumed material drop by gravity in a stationary exhaust gas is calculated, and the exhaust gas velocity is calculated. By subtracting from, the expected absolute velocity of the particles vs is calculated.

粒子の排ガス中での終端速度は、粒度分布のピークに対応する粒子の粒度と、粒子として想定される材質の密度とを用いて、それぞれ算出される。より詳しくは、粒子の終端速度u[m/s]は、粒子の直径をd[m]、粒子の密度をρ[kg/m]、排ガスの密度をρ[kg/m]、排ガスの粘性係数をμ[Pa・s]、重力加速度をg[m/s]、レイノルズ数をRe[無次元数]として、次式で表わすことができる。 The termination velocity of the particles in the exhaust gas is calculated using the particle size of the particles corresponding to the peak of the particle size distribution and the density of the material assumed as the particles. More specifically, the particle termination velocity u s [m / s] includes the particle diameter d [m], the particle density ρ s [kg / m 3 ], and the exhaust gas density ρ f [kg / m 3]. ], The viscosity coefficient of exhaust gas is μ f [Pa · s], the gravitational acceleration is g [m / s 2 ], and the Reynolds number is Re [dimensionless number].

上記鉄系粒子としては、例えば金属鉄(Fe)、酸化鉄(FeO)等が挙げられ、粒子密度を7000kg/mと仮定する。 Examples of the iron-based particles include metallic iron (Fe) and iron oxide (FeO). The particle density is assumed to be 7000 kg / m 3 .

一方、上記非鉄系粒子としては、例えば酸化カルシウム(CaO)、酸化ケイ素(SiO)等が挙げられ、密度を3000kg/mと仮定する。 On the other hand, examples of the non-ferrous particles include calcium oxide (CaO) and silicon oxide (SiO 2 ), and the density is assumed to be 3000 kg / m 3 .

(関係導出工程)
ステップS16の関係導出工程では、絶対速度算出工程で算出した粒子の種類(直径及び材質)毎の絶対速度から、各粒子の伝播角度θとドップラー効果に寄与する速度成分との関係を、例えばグラフに図示することによって特定する。
(Relationship derivation process)
In the relationship deriving step in step S16, the relationship between the propagation angle θ of each particle and the velocity component contributing to the Doppler effect is calculated from the absolute velocity for each particle type (diameter and material) calculated in the absolute velocity calculating step. It specifies by showing in figure.

(伝播角度推定工程)
ステップS17の伝播角度推定工程では、関係導出工程で特定した各粒子の伝播角度θとドップラー効果に寄与する速度成分との関係において、sinθ成分換算工程で算出したドップラー周波数の強度分布のピーク周波数に対応する粒子の絶対速度のsinθ成分と整合する伝播角度θを推定する。具体的には、関係導出工程で作成したグラフ上に、sinθ成分換算工程で強度分布のピーク周波数毎に算出した絶対速度のsinθ成分の値を直線で図示し、各グラフとの交点が得られる伝播角度θを特定する。
(Propagation angle estimation process)
In the propagation angle estimation step of step S17, in the relationship between the propagation angle θ of each particle specified in the relationship derivation step and the velocity component contributing to the Doppler effect, the peak frequency of the intensity distribution of the Doppler frequency calculated in the sin θ component conversion step is used. Estimate the propagation angle θ that matches the sin θ component of the absolute velocity of the corresponding particle. Specifically, on the graph created in the relationship derivation step, the value of the sin θ component of the absolute velocity calculated for each peak frequency of the intensity distribution in the sin θ component conversion step is shown by a straight line, and an intersection with each graph is obtained. The propagation angle θ is specified.

(周波数決定工程)
ステップS18の周波数決定工程では、上記伝播角度推定工程で推定した伝播角度θに基づいて、ドップラー周波数測定工程で得られた強度分布のピーク周波数の中で、鉄系粒子の反射によって得られたものと考えられるピークを特定する。
(Frequency determination process)
In the frequency determination step of step S18, the one obtained by reflection of iron-based particles in the peak frequency of the intensity distribution obtained in the Doppler frequency measurement step based on the propagation angle θ estimated in the propagation angle estimation step. Identify peaks that are considered.

このように、鉄系粒子に対応する周波数の推定を、図3に示すように、ドップラー周波数測定工程と、上記粒度分布調査工程と、上記流速算出工程と、上記sinθ成分換算工程と、上記絶対速度算出工程と、上記関係導出工程と、上記伝播角度推定工程と、上記周波数決定工程とを有する事前調査によって行うことによって、より正確に鉄系粒子に対応する周波数を推定することができる。   Thus, as shown in FIG. 3, the estimation of the frequency corresponding to the iron-based particles is performed using the Doppler frequency measurement step, the particle size distribution investigation step, the flow velocity calculation step, the sin θ component conversion step, and the absolute By performing the preliminary calculation including the velocity calculation step, the relationship derivation step, the propagation angle estimation step, and the frequency determination step, the frequency corresponding to the iron-based particles can be estimated more accurately.

<利点>
上述のように、当該製鋼用炉の操業方法は、ステップS2の強度抽出工程において、ステップS1のドップラー周波数測定工程で測定したドップラー周波数の強度分布の中から、推定される鉄系粒子の速度のsinθ成分に対応する強度を抽出するので、排ガス中の鉄系粒子の量と相関の高い値が得られる。また、当該製鋼用炉の操業方法は、ステップS3の運転条件調整工程において、ステップS2の強度抽出工程で抽出した強度に基づいて炉の運転条件を調整するので、排ガス中の鉄系粒子の望ましくない上昇を抑制することができ、留まり向上や炉口への地金付着抑制によって生産性を向上することができる。
<Advantages>
As described above, in the method of operating a steelmaking furnace, in the intensity extraction process of step S2, the estimated speed of the iron-based particles is estimated from the intensity distribution of the Doppler frequency measured in the Doppler frequency measurement process of Step S1. Since the intensity corresponding to the sin θ component is extracted, a value highly correlated with the amount of iron-based particles in the exhaust gas can be obtained. Moreover, since the operation method of the said steelmaking furnace adjusts the operating condition of a furnace based on the intensity | strength extracted at the intensity | strength extraction process of step S2 in the operating condition adjustment process of step S3, it is desirable of the iron-type particle | grains in waste gas. The rise can be suppressed, and the productivity can be improved by improving the yield and suppressing the adhesion of the metal to the furnace opening.

[その他の実施形態]
上記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、上記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて上記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。
[Other Embodiments]
The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, the components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the present invention. Should.

当該製鋼用炉の操業方法の各工程は、その工程で得られる結果を利用する工程に先んじて行う限り、それらの順番は任意に変更できる。   As long as each process of the operation method of the said steelmaking furnace is performed prior to the process using the result obtained by the process, those orders can be arbitrarily changed.

当該製鋼用炉の操業方法において、鉄系粒子に対応する周波数の推定は、上述の事前調査と異なる方法で、例えば経験的に行ってもよく、他の製鋼用炉のデータに基づいて行ってもよい。   In the operation method of the steelmaking furnace, the estimation of the frequency corresponding to the iron-based particles may be performed by a method different from the above-described preliminary survey, for example, empirically, based on data of other steelmaking furnaces. Also good.

以下、実施例に基づき本発明を詳述するが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is explained in full detail based on an Example, this invention is not interpreted limitedly based on description of this Example.

当該製鋼用炉の操業方法を、転炉における脱炭及び脱りん処理のための酸素吹錬工程に適用し、その効果を確認した。   The operation method of the steelmaking furnace was applied to an oxygen blowing process for decarburization and phosphorus removal treatment in a converter, and the effect was confirmed.

<事前調査>
先ず、転炉で実際の酸素吹錬時に、上述の事前調整を行った。転炉としては、主としてMgO−C製の耐火物から形成される炉壁を有し、標準容量が250tonのものを用いた。
<Preliminary survey>
First, the above-mentioned pre-adjustment was performed at the time of actual oxygen blowing in the converter. As the converter, a converter having a furnace wall mainly made of a refractory made of MgO-C and having a standard capacity of 250 tons was used.

具体的には、溶銑装入量を250t以上270t以下とした。吹錬前の溶銑としては、C濃度が約4質量%、P濃度が0.01質量%以上0.1質量%以下、Si濃度が0.01質量%以上0.6質量%以下のものを用いた。また、溶銑中のスクラップ配合量は40t以下とした。   Specifically, the hot metal charging amount was 250 t or more and 270 t or less. As hot metal before blowing, a C concentration of about 4% by mass, a P concentration of 0.01% to 0.1% by mass, and a Si concentration of 0.01% to 0.6% by mass are used. Using. The amount of scrap blended in the hot metal was 40 t or less.

この脱炭及び脱りん処理では、溶銑に脱りん剤(CaO源)、昇熱剤、塩基度調整剤、耐火物保護材、及び温度調整剤兼鉄源を投入し、転炉の上部から酸素を吹き込むことにより、溶銑中の炭素及びりんを除去した。   In this decarburization and dephosphorization treatment, a dephosphorizing agent (CaO source), a heating agent, a basicity adjusting agent, a refractory protective material, and a temperature adjusting agent / iron source are added to the hot metal, and oxygen is introduced from the top of the converter. Was blown to remove carbon and phosphorus in the hot metal.

脱りん剤としては焼石灰を用いた。昇熱剤としてはFe−Si合金を用いた。塩基度調整剤としては硅石を用いた。耐火物保護剤としては軽焼ドロマイトを用いた。温度調整剤兼鉄源としてはミルスケール及び鉄鋼石を用いた。   Burnt lime was used as a dephosphorizing agent. An Fe—Si alloy was used as the heat raising agent. Meteorite was used as the basicity adjuster. Light fired dolomite was used as a refractory protective agent. Mill scale and iron ore were used as the temperature regulator and iron source.

この転炉に酸素を吹き込むための上吹きランスとしては、ノズル口径が55mm、ノズル傾斜角度が15°、ノズル数が6つであるものを使用した。この上吹きランスによる上吹き条件としては、ランス高さを3.0m以上3.2m以下とし、溶銑の単位質量当たりの吹込酸素流量を2.2Nm/min/t以上2.8Nm/min/t以下とした。 As an upper blowing lance for blowing oxygen into the converter, a nozzle having a nozzle diameter of 55 mm, a nozzle inclination angle of 15 °, and six nozzles was used. As the top blowing conditions by this top blowing lance, the lance height is set to 3.0 m or more and 3.2 m or less, and the blowing oxygen flow rate per unit mass of the molten iron is set to 2.2 Nm 3 / min / t or more and 2.8 Nm 3 / min. / T or less.

また、溶銑を撹拌するために転炉の底部から撹拌用ガスとして、N、Ar又はCOを、流量6Nm/min以上15Nm/min以下(溶銑の単位質量当たりに換算して0.02Nm/min/t以上0.06Nm/min/t以下)で吹き込んだ。 Further, N 2 , Ar or CO is used as a stirring gas from the bottom of the converter to stir the hot metal at a flow rate of 6 Nm 3 / min to 15 Nm 3 / min (0.02 Nm in terms of unit mass of hot metal). 3 / min / t to 0.06 Nm 3 / min / t).

吹錬後の溶銑のC濃度としては、0%超1質量%以下とした。また、吹錬後の溶銑のP濃度としては、0.004質量%以上0.025質量%以下とした。   The C concentration of the hot metal after blowing was set to more than 0% and 1% by mass or less. Moreover, as P concentration of the hot metal after blowing, it was set as 0.004 mass% or more and 0.025 mass% or less.

(ドップラー周波数測定工程)
ドップラー周波数測定工程では、排ガス中のダストによる反射波のドップラー周波数分布を測定するためのドップラー測定装置として、排ガスに照射するマイクロ波の周波数が24.5GHzであるものを使用した。ドップラー測定装置は、煙道に配設したJIS−B2220(2012)の呼び圧力10K、呼び径40Aの配管用鋼管からなるノズルの先端に管用フランジを用いて取り付けた。
(Doppler frequency measurement process)
In the Doppler frequency measurement step, a Doppler measurement device for measuring the Doppler frequency distribution of the reflected wave due to dust in the exhaust gas was used with a microwave frequency of 24.5 GHz applied to the exhaust gas. The Doppler measuring device was attached to the tip of a nozzle made of a steel pipe for piping having a nominal pressure of 10K and a nominal diameter of 40A of JIS-B2220 (2012) disposed in the flue using a pipe flange.

反射波のドップラー周波数分布は、ドップラー測定装置として、エース技研社のマイクロ波粉塵濃度計を使用し、その検出信号をパーソナルコンピューターに取り込んで、ソフトウェア処理することによって周波数50Hz毎の積分値の度数分布を得た。   The Doppler frequency distribution of the reflected wave is a frequency distribution of integrated values for each frequency of 50 Hz by using a microwave dust concentration meter of Ace Giken as a Doppler measurement device, taking the detection signal into a personal computer, and processing the software. Got.

図4に、得られた反射波の強度のドップラー周波数毎の分布を示す。図示するように、得られたドップラー周波数分布は、200Hz、500Hz、700Hz及び1050Hzに反射波の強度のピークを有していた。   FIG. 4 shows the distribution of the intensity of the obtained reflected wave for each Doppler frequency. As shown in the figure, the obtained Doppler frequency distribution had peaks of reflected wave intensity at 200 Hz, 500 Hz, 700 Hz, and 1050 Hz.

(流速算出工程)
上記転炉における酸素吹錬時に、排ガス流量を測定し、ドップラー測定装置の配設位置における排ガス温度を推測し、排ガスの流速を算出した。具体的には、測定された排ガス流量は、20Nm/sであり、ドップラー測定装置の配設位置における温度を1000℃と推定した。この結果、ドップラー測定装置の配設位置における排ガスの流速は、10.4m/sと算出された。
(Flow velocity calculation process)
At the time of oxygen blowing in the converter, the exhaust gas flow rate was measured, the exhaust gas temperature at the position where the Doppler measuring device was installed was estimated, and the exhaust gas flow velocity was calculated. Specifically, the measured exhaust gas flow rate was 20 Nm 3 / s, and the temperature at the installation position of the Doppler measuring apparatus was estimated to be 1000 ° C. As a result, the flow rate of the exhaust gas at the position where the Doppler measuring device was installed was calculated to be 10.4 m / s.

(粒度分布調査工程)
酸素吹錬終了後に、上記酸素吹錬により排出された排ガスと接触し、排ガス中のダストを取り込んだ集塵水を濃縮した集塵水シックナーをサンプリングし、排ガスに含まれるダストの粒度分布を調査した。つまり、採取したサンプルは、酸素吹錬開始から終了までの間に排出されたダスト全体を平均化したものである。
(Particle size distribution survey process)
After completion of oxygen blowing, sampling the dust collection water thickener that is in contact with the exhaust gas discharged by the above oxygen blowing and concentrating the collected dust that has taken in the dust in the exhaust gas, and investigating the particle size distribution of the dust contained in the exhaust gas did. That is, the collected sample is an average of the entire dust discharged from the start to the end of oxygen blowing.

なお、使用した転炉は、排ガスが二段階で集塵水と接触してダストが除去されるようになっており、一段目の集塵設備の集塵水は比較的粒子径の大きい粒子を取り込み、二段目の集塵設備の集塵水は比較的粒子径の小さい粒子を取り込む。ここでは、一段目の集塵設備の集塵水が捕捉したダストを粗粒ダスト、二段目の集塵設備の集塵水が捕捉したダストを微粒ダストと呼ぶ。   In the converter used, the exhaust gas comes into contact with the dust collection water in two stages to remove the dust, and the dust collection water of the first stage dust collection equipment contains particles with a relatively large particle size. The dust collection water in the second stage dust collection facility takes in particles with a relatively small particle size. Here, the dust captured by the dust collection water of the first stage dust collection equipment is called coarse dust, and the dust captured by the dust collection water of the second stage dust collection equipment is called fine dust.

上記粗粒ダスト及び微粒ダストの粒度分布を島津製作所社のレーザ回折式粒子径分布測定装置「SALD−3000S」によって測定した。図5及び図6に、粗粒ダスト及び微粒ダストの体積基準での粒度の頻度分布及び積算分布を示す。   The particle size distribution of the coarse dust and fine dust was measured by a laser diffraction particle size distribution measuring device “SALD-3000S” manufactured by Shimadzu Corporation. 5 and 6 show the frequency distribution and cumulative distribution of the particle size on the volume basis of coarse dust and fine dust.

この粒度の積算分布から、粗粒ダストは、10体積%粒子径が80μm、50体積%粒子径が200μm、90%体積粒子径が350μmと見積もった。一方、微粒ダストは、10体積%粒子径が1.5μm、50体積%粒子径が3μm、90体積%粒子径が10μmと見積もった。   From the cumulative distribution of the particle sizes, the coarse dust was estimated to have a 10% by volume particle size of 80 μm, a 50% by volume particle size of 200 μm, and a 90% volume particle size of 350 μm. On the other hand, the fine dust was estimated to have a 10 volume% particle diameter of 1.5 μm, a 50 volume% particle diameter of 3 μm, and a 90 volume% particle diameter of 10 μm.

(絶対速度算出工程)
先ず、上記粒度分布調査工程で見積もった粒子径の各粒子について、鉄系粒子の一種である鉄粒子(密度7000kg/m)である場合と、非鉄系粒子の一種である酸化カルシウム粒子(密度3000kg/m)である場合とに分けて、それぞれ静止している排ガス中での自由落下による終端速度を算出した。
(Absolute speed calculation process)
First, for each particle having a particle size estimated in the particle size distribution investigation step, a case of iron particles (density 7000 kg / m 3 ) as a kind of iron-based particles and a case of calcium oxide particles (density) as a kind of non-ferrous particles It was divided into the case of 3000 kg / m 3 ), and the terminal velocity due to free fall in the stationary exhaust gas was calculated.

この結果、粗粒ダストの終端速度は、鉄系粒子であると仮定した場合には、粒子径80μmで0.48m/s、粒子径200μmで2.01m/s、粒子径350μmで3.52m/sであった。一方、粗粒ダストの終端速度は、非鉄系粒子であると仮定した場合には、粒子径80μmで0.21m/s、粒子径200μmで1.14m/s、粒子径350μmで2.00m/sであった。また、微粒ダストの終端速度は、鉄系粒子及び非鉄系粒子のいずれの場合でも0.00m/sであった。さらに、粗粒鉄系ダストとして、粒子径750μmのものについても終端速度を算出したところ、7.55m/sであった。   As a result, when it is assumed that the terminal speed of coarse dust is iron-based particles, 0.48 m / s at a particle diameter of 80 μm, 2.01 m / s at a particle diameter of 200 μm, and 3.52 m at a particle diameter of 350 μm. / S. On the other hand, when it is assumed that the terminal speed of coarse dust is non-ferrous particles, the particle size is 0.21 m / s at a particle size of 80 μm, 1.14 m / s at a particle size of 200 μm, and 2.00 m / s at a particle size of 350 μm. s. The terminal speed of fine dust was 0.00 m / s in both cases of iron-based particles and non-ferrous particles. Further, the terminal velocity of the coarse iron-based dust having a particle diameter of 750 μm was calculated to be 7.55 m / s.

これらの終端速度を、上記流速算出工程で算出した排ガスの流速から減じることによって、各粒子の絶対速度を算出した。この結果、鉄系粗粒ダストの各粒子の絶対速度は、粒子径80μmで9.88m/s、粒子径200μmで8.35m/s、粒子径350μmで6.84m/s、粒子径0.75mmで2.81m/sであると算出された。また、非鉄系粗粒ダストの各粒子の絶対速度は、粒子径80μmで10.15m/s、粒子径200μmで9.22m/s、粒子径350μmで8.36m/s、粒子径0.75mmで6.07m/sであると算出された。一方、鉄系及び非鉄系の微粒ダストの各粒子の絶対速度は、いずれも10.36m/sであると算出された。   The absolute velocity of each particle was calculated by subtracting these terminal velocities from the exhaust gas flow velocity calculated in the flow velocity calculation step. As a result, the absolute velocity of each particle of the iron-based coarse dust is 9.88 m / s at a particle size of 80 μm, 8.35 m / s at a particle size of 200 μm, 6.84 m / s at a particle size of 350 μm, and a particle size of 0.8. It was calculated to be 2.81 m / s at 75 mm. The absolute velocity of each particle of non-ferrous coarse dust is 10.15 m / s at a particle size of 80 μm, 9.22 m / s at a particle size of 200 μm, 8.36 m / s at a particle size of 350 μm, and a particle size of 0.75 mm. And calculated to be 6.07 m / s. On the other hand, the absolute velocity of each particle of ferrous and non-ferrous fine dust was calculated to be 10.36 m / s.

(関係導出工程)
絶対速度算出工程で算出した各粒子の速度のドップラー効果に寄与する成分(sinθ成分)を、マイクロ波の伝播角度θを0°から90°まで変化させた場合についてそれぞれ算出した。図7に、鉄系粗粒ダストのドップラー効果に寄与する速度成分と伝播角度との関係を粒子径毎に示し、図8に、非鉄系粗粒ダストのドップラー効果に寄与する速度成分と伝播角度との関係を代表して粒子径350μmについて示し、加えて、絶対速度が略等しい非鉄系の粗粒ダスト並びに鉄系及び非鉄系の微粒ダストのドップラー効果に寄与する速度成分と伝播角度との関係を示す。
(Relationship derivation process)
The component (sin θ component) contributing to the Doppler effect of the velocity of each particle calculated in the absolute velocity calculation step was calculated for each case where the microwave propagation angle θ was changed from 0 ° to 90 °. FIG. 7 shows the relationship between the velocity component contributing to the Doppler effect of iron-based coarse dust and the propagation angle for each particle diameter, and FIG. 8 shows the velocity component and propagation angle contributing to the Doppler effect of non-ferrous coarse dust. In addition, the relationship between the velocity component contributing to the Doppler effect and the propagation angle of non-ferrous coarse dust, and ferrous and non-ferrous fine dust having almost the same absolute velocity is shown. Indicates.

(sinθ成分換算工程)
ドップラー周波数測定工程で得られた反射波のピーク周波数である200Hz、500Hz、700Hz及び1050Hzを、それぞれ粒子の絶対速度のsinθ成分に換算し、これらの換算値を示すラインを図7及び図8に書き加えた。
(Sin θ component conversion step)
The peak frequencies of the reflected waves obtained in the Doppler frequency measurement step, 200 Hz, 500 Hz, 700 Hz, and 1050 Hz, are converted into sin θ components of the absolute velocity of the particles, and lines indicating these converted values are shown in FIGS. 7 and 8. I added.

(伝播角度推定工程)
図7及び図8において、関係導出工程でグラフ化した各粒子の速度成分を示す線とsinθ成分換算工程で書き加えた換算値を示すラインとが交差する点を確認し、伝播角度θが図における網掛け領域であると推定した。なお、今回の装置構成では、ドップラー測定装置に近づく粒子と遠ざかる粒子とが存在する、つまり粒子の位置によってドップラー効果が異なるため、同一種類同一径の粒子により、2つのピーク周波数が観測される。
(Propagation angle estimation process)
7 and 8, a point where the line indicating the velocity component of each particle graphed in the relationship deriving step intersects with the line indicating the converted value added in the sin θ component converting step is confirmed, and the propagation angle θ is shown in FIG. It is estimated that it is a shaded area in. In this device configuration, there are particles approaching the Doppler measurement device and particles moving away, that is, since the Doppler effect differs depending on the position of the particles, two peak frequencies are observed with particles of the same type and the same diameter.

具体的には、図7において、粗粒ダスト(80〜350μm)は、伝播角度約30°の場合がドップラー周波数500Hz又は700Hzに対応し、伝播角度約40°の場合がドップラー周波数700Hz又は1050Hzに対応すると判断される。つまり、この実施形態における伝播角度θの値は、30°及び40°であると推定される。ドップラー周波数の分布には、さらに200Hzのピークが存在するが、集塵水を採取した集塵設備よりも上流側の煙道では比較的大きい鉄系粒子が確認されることから、この200Hzのピークは、粒子径750μmの鉄系粒子に対応すると考えられる。また、図8において、伝播角度30°の場合がドップラー周波数700Hzに対応し、伝播角40°の場合がドップラー周波数1050Hzに対応すると判断される。従って、ドップラー周波数200Hz及び500Hzの反射波が、鉄系粒子のみによるもので、非鉄系粒子の影響を受けないものであると考えて差し支えがないものと判断される。   Specifically, in FIG. 7, coarse dust (80 to 350 μm) corresponds to a Doppler frequency of 500 Hz or 700 Hz when the propagation angle is about 30 °, and a Doppler frequency of 700 Hz or 1050 Hz when the propagation angle is about 40 °. It is judged that it corresponds. That is, the value of the propagation angle θ in this embodiment is estimated to be 30 ° and 40 °. The distribution of Doppler frequency further has a peak of 200 Hz, but relatively large iron-based particles are confirmed in the flue upstream of the dust collection facility from which the collected water was collected. Is considered to correspond to iron-based particles having a particle diameter of 750 μm. Further, in FIG. 8, it is determined that the propagation angle of 30 ° corresponds to the Doppler frequency of 700 Hz, and the propagation angle of 40 ° corresponds to the Doppler frequency of 1050 Hz. Therefore, it can be considered that the reflected waves with the Doppler frequencies of 200 Hz and 500 Hz are due to only the iron-based particles and are not affected by the non-ferrous particles.

(周波数決定工程)
伝播角度推定工程で推定したドップラー伝播角度θを基に、反射波のドップラー周波数分布の中で、炉の運転条件を調整するために参照する周波数範囲を決定した。具体的には、ドップラー周波数50Hz以600Hz以下の反射波を鉄系粒子に対応するものとして、炉の運転条件を調整して酸素吹錬を行った。なお、ドップラー周波数50Hzの反射波は、粒子が排出されない場合にも装置の振動により検出されることが実測により確認されたため除外した。つまり、設備振動が50Hz以下であったため、ドップラー周波数50Hz以下の反射波は、排ガス中のダストに依存するものではないと判断した。
(Frequency determination process)
Based on the Doppler propagation angle θ estimated in the propagation angle estimation step, the frequency range to be referred to in order to adjust the operating condition of the furnace was determined in the Doppler frequency distribution of the reflected wave. Specifically, oxygen blowing was performed by adjusting the operating conditions of the furnace, assuming that reflected waves with a Doppler frequency of 50 Hz to 600 Hz correspond to iron-based particles. The reflected wave having a Doppler frequency of 50 Hz was excluded because it was confirmed by actual measurement that it was detected by vibration of the apparatus even when particles were not discharged. That is, since the equipment vibration was 50 Hz or less, it was determined that the reflected wave having a Doppler frequency of 50 Hz or less does not depend on the dust in the exhaust gas.

<操業>
本発明の製鋼用炉の操業方法の実施例として、上記転炉を用いて酸素吹錬を行う間、上記鉄系粒子に対応する周波数範囲の反射波の強度の積算値(度数分布のグラフ面積)に基づいて酸素吹き込み量を変更する操業を行った。一方、製鋼用炉の操業方法の比較例として、上記実施例と同じ条件で酸素吹錬を行う間、ドップラー周波数分布の全周波数範囲の反射波の強度の積算値に基づいて酸素吹き込み量を変更する操業を行った。なお、ダスト発生時に酸素吹き込み量を低減する操業方法は、従来から行われているものであるため、酸素吹き込み量の調整による作用の詳細な説明は省略する。
<Operation>
As an example of the method for operating a steelmaking furnace of the present invention, while performing oxygen blowing using the converter, the integrated value of the intensity of reflected waves in the frequency range corresponding to the iron-based particles (the graph area of the frequency distribution) ) To change the oxygen blowing amount. On the other hand, as a comparative example of the operation method of the steelmaking furnace, the oxygen blowing amount was changed based on the integrated value of the intensity of the reflected wave in the entire frequency range of the Doppler frequency distribution while performing oxygen blowing under the same conditions as in the above example. The operation to do. Since the operation method for reducing the oxygen blowing amount when dust is generated has been conventionally performed, a detailed description of the action by adjusting the oxygen blowing amount is omitted.

図9に、上記実施例における鉄系ダストに対応する反射波強度の積算値と酸素吹き込み量との変化を示す。また、図10に、上記比較例における全周波数の反射波強度の積算値と酸素吹き込み量との変化に加え、参考のために実施例と同様の鉄系ダストに対応する反射波強度の積算値の変化を示す。   In FIG. 9, the change of the integrated value of reflected wave intensity | strength corresponding to the iron-type dust in the said Example and oxygen blowing amount is shown. Further, in FIG. 10, in addition to the change in the integrated value of the reflected wave intensity at all frequencies and the oxygen blowing amount in the comparative example, the integrated value of the reflected wave intensity corresponding to the iron-based dust similar to the example for reference. Shows changes.

一般論として、例えば図10にも示されているように、運転条件(酸素吹き込み量)を一定に保っていても、ダストの総排出量は、酸素吹錬開始直後に高い値を示すが、精錬工程の終了直前までは徐々に低下する。一方、鉄系ダストの排出量は、酸素吹錬開始直後に上昇してから徐々に低下するが、酸素吹錬開始後400秒から500秒の間に再び上昇する傾向を示す。これに対して、図9に示す操業方法の実施例では、この鉄系粒子の増加傾向を検出して酸素吹き込み量を低減することにより、鉄系粒子の増加を抑制することができたが、図10に示す操業方法の比較例では、この鉄系粒子の増加を抑制することができなかった。   As a general theory, for example, as shown in FIG. 10, even if the operating condition (oxygen blowing amount) is kept constant, the total discharge amount of dust shows a high value immediately after the start of oxygen blowing, It gradually decreases until just before the end of the refining process. On the other hand, the discharge amount of iron-based dust increases immediately after the start of oxygen blowing and then gradually decreases, but shows a tendency to increase again between 400 seconds and 500 seconds after the start of oxygen blowing. On the other hand, in the embodiment of the operation method shown in FIG. 9, the increase in iron-based particles could be suppressed by detecting the increasing tendency of the iron-based particles and reducing the oxygen blowing amount. In the comparative example of the operation method shown in FIG. 10, this increase in iron-based particles could not be suppressed.

このように、本発明に係る製鋼用炉の操業方法は、排ガス中の鉄系粒子を効果的に抑制することができ、歩留まり向上や炉口への地金付着抑制によって製鋼を効率化できることが確認できた。   As described above, the method for operating a steelmaking furnace according to the present invention can effectively suppress iron-based particles in exhaust gas, and can improve steelmaking efficiency by improving yield and suppressing adhesion of metal to the furnace mouth. It could be confirmed.

本発明の製鋼用炉の操業方法は、ダストを発生する製鋼用炉全般に適用可能であるが、特に転炉の操業に好適に適用できる。   The method for operating a steelmaking furnace of the present invention can be applied to all steelmaking furnaces that generate dust, but can be suitably applied particularly to the operation of a converter.

1 煙道
2 ノズル
3 ドップラー測定装置
1 Flue 2 Nozzle 3 Doppler Measuring Device

Claims (2)

ダストを発生する製鋼用炉の操業方法であって、
煙道を流れる排ガスへマイクロ波を照射する工程、排ガス中のダストによる反射波を検出する工程及び上記反射波の強度の周波数分布を算出する工程を有するドップラー周波数測定工程と、
上記周波数分布のうち上記ダスト中の鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度を抽出する工程と、
上記鉄系粒子に対応する周波数の反射波の強度に応じて炉の運転条件を調整する工程とを備え、
上記鉄系粒子に対応する周波数が、上記マイクロ波の伝播角度をθとし、上記炉で発生し得る鉄系粒子の粒径及び密度並びに排ガスの流速から予測される鉄系粒子の速度のsinθ成分から推定される反射波の周波数であることを特徴とする製鋼用炉の操業方法。
A method of operating a steelmaking furnace that generates dust,
A step of irradiating the flue gas flowing through the flue with microwaves, a step of detecting a reflected wave due to dust in the flue gas, and a step of calculating the frequency distribution of the intensity of the reflected wave; and
Extracting the intensity of the reflected wave at a frequency corresponding to the iron-based particles in the dust from the frequency distribution;
Adjusting the operating conditions of the furnace according to the intensity of the reflected wave of the frequency corresponding to the iron-based particles,
The frequency corresponding to the iron-based particles is the sin θ component of the velocity of the iron-based particles predicted from the particle size and density of the iron-based particles that can be generated in the furnace and the flow rate of the exhaust gas, where the propagation angle of the microwave is θ. A method for operating a steelmaking furnace, characterized in that the frequency of the reflected wave is estimated from the above.
上記鉄系粒子に対応する周波数の推定が、
上記ドップラー周波数測定工程と、
上記排ガスに含まれるダストのサンプリングによりダストの粒度分布を調査する工程と、
上記排ガスの流量及び温度の測定値並びに煙道の断面積から排ガスの流速を算出する工程と、
上記ドップラー周波数測定工程で得られる周波数分布のピーク値を、ダストに含まれる粒子の絶対速度のsinθ成分に換算する工程と、
上記ダストの粒度分布及び排ガスの流速に基づいて、ダストに含まれ得る粒子の種類毎の絶対速度を算出する工程と、
上記粒子の種類毎の絶対速度から、各粒子の種類毎のドップラー効果に寄与する速度成分と伝播角度との関係を導出する工程と、
上記関係を用い、上記周波数分布のピーク値を換算した絶対速度のsinθ成分と整合する伝播角度を推定する工程と、
上記推定した伝播角度に基づいて、周波数分布における鉄系粒子による反射波の周波数を定める工程と
を有する方法によって行われる請求項1に記載の製鋼用炉の操業方法。
The estimation of the frequency corresponding to the iron-based particles is
The Doppler frequency measurement step,
Investigating the particle size distribution of the dust by sampling the dust contained in the exhaust gas,
Calculating the flow rate of the exhaust gas from the measured values of the flow rate and temperature of the exhaust gas and the cross-sectional area of the flue;
Converting the peak value of the frequency distribution obtained in the Doppler frequency measurement step into a sin θ component of the absolute velocity of particles contained in dust,
Calculating an absolute velocity for each type of particles that can be contained in the dust based on the particle size distribution of the dust and the flow rate of the exhaust gas;
Deriving the relationship between the velocity component contributing to the Doppler effect for each particle type and the propagation angle from the absolute velocity for each particle type,
Using the above relationship, estimating a propagation angle that matches the sin θ component of the absolute velocity converted from the peak value of the frequency distribution;
The method for operating a steelmaking furnace according to claim 1, wherein the method comprises: determining a frequency of a reflected wave by the iron-based particles in the frequency distribution based on the estimated propagation angle.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023021763A1 (en) * 2021-08-20 2023-02-23 コニカミノルタ株式会社 State detection system and state detection method

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