JP2018119198A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉頂部の設備の破損を防止しつつ高炉内に投入する水量を低減できる高炉操業方法を提供する。【解決手段】高炉炉頂部に設けられた冷却装置から高炉内に水を投入する高炉操業方法であって、高炉炉口部の同一平面に設置された複数の超音波センサを用いて、炉口部平面内の複数の測定点の温度を測定し、冷却装置は、高炉炉頂部の円周方向に沿って設けられ、前記複数の測定点に予め対応つけられた複数の噴霧機を有し、複数の測定点のいずれかの温度が基準値を超えたと判断された場合に、温度が基準値を超えた測定点に対応つけられた噴霧機から前記高炉内に水を投入することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、高温の炉頂ガスによって高炉炉頂部の設備が破損することを防止する、高炉操業方法に関する。

高炉では、炉頂部から鉄鉱石やコークスなどの高炉原料を炉内に装入するとともに、炉下部の羽口から熱風を吹き込み、コークスを燃焼させることで鉄鉱石を溶融・還元し、これにより銑鉄を高炉炉内で製造している。コークスの燃焼で発生する高温のガスは、炉頂部へ向かう。原料装入装置のトラブルなどで高炉原料の装入が滞った場合や、高還元材比・高コークス比操業を行っている場合に、炉頂部へ向かう炉頂ガスの温度が上昇する場合がある。高温の炉頂ガスが炉頂部に到達すると、高炉ガス清浄設備などの炉頂部に設けられている設備が破損するおそれがある。炉頂部に設けられている設備の破損を避けるために、炉頂部に温度センサと高炉内に水を投入する噴霧機とを設け、炉頂ガスの温度が所定の基準値を超えた場合に高炉内に水を投入している。

一方、噴霧機から水を投入し過ぎて高炉原料を冷却し過ぎると、炉下部で溶融した銑鉄及びスラグが凝固して、出銑口から排出しにくくなってしまい、炉冷事故などの操業トラブルが生じるおそれがある。このような問題に対し、特許文献１には、炉頂の周方向に４つの炉頂ガス温度計と、４つの炉頂ガス温度計のそれぞれの間に４つの散水ノズルとを設置し、最初に散水開始温度に達した炉頂温度計の両側の２つの散水ノズルから散水を開始し、それでも炉頂ガス温度計の温度が上昇する場合には、散水する散水ノズルの本数を３本、４本と増やす高炉の炉頂ガス温度の制御方法が開示されている。

特開平１１−２６４００５号公報

固定式温度計は、高炉原料の装入の妨げになることから設置個数および設置位置が限られる。さらに、固定式温度計の場合、炉頂ガスから温度計への伝熱時間がある程度必要であるとともに、固定式温度計が設置されていない部分は原理的に温度を把握できない。特許文献１に開示された高炉の炉頂ガス温度の制御方法では、炉頂ガス温度計を炉頂の炉壁側の周方向の４点に設置して炉頂ガスの温度を測定している。このため、炉壁部を通過する炉頂ガスの温度しか測定できず、炉壁部から離れた位置の炉頂ガス温度を検出できない。また、仮に検出できたとしても、そのときには炉壁部から離れた位置の炉頂ガスの温度はさらに上昇している。このように、特許文献１に開示された方法は、散水開始温度を設定したとしても、炉壁部から離れた位置における炉頂ガスの温度は、散水開始温度よりも非常に高くなっており、当該温度を散水開始温度以下に下げるために多量の散水を行うことになり高炉原料を冷却し過ぎてしまう、という課題があった。本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、炉口部平面内を通過する炉頂ガスの温度を略連続的に測定することで炉頂ガスの温度が基準値を超えたか否かを早期に検出することで炉頂部の設備の破損を防止しつつ高炉に投入する水量を低減させ、これにより、高炉原料の冷却を抑制して炉冷事故などの操業トラブルの発生を抑制させることにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）高炉炉頂部に設けられた冷却装置から高炉内に水を投入する高炉操業方法であって、高炉炉口部の同一平面に設置された複数の超音波センサを用いて炉口部平面内の複数の測定点の温度を測定し、前記冷却装置は、前記高炉炉頂部の円周方向に沿って設けられ、前記複数の測定点に予め対応つけられた複数の噴霧機を有し、前記複数の測定点のいずれかの温度が基準値を超えたと判断された場合に、温度が基準値を超えた測定点に対応つけられた噴霧機から前記高炉内に水を投入することを特徴とする、高炉操業方法。
（２）前記噴霧機は、前記基準値を超えた測定点の温度が前記基準値以下になったと判断されるまで水の投入を継続することを特徴とする、（１）に記載の高炉操業方法。
（３）前記噴霧機は、前記基準値を超えた測定点の温度に対応した水量を前記高炉内に投入することを特徴とする、（１）に記載の高炉操業方法。
（４）前記基準値を超えた測定点が２以上あり、前記２以上の測定点が予め定められた距離内にある場合に、前記２以上の測定点が基準値を超えたと判断することを特徴とする、（１）から（３）の何れか１つに記載の高炉操業方法。
（５）前記予め定められた距離は、前記炉口部平面の単位面積あたりの前記複数の測定点が少ない領域では長くし、前記炉口部平面の単位面積あたりの前記複数の測定点が多い領域では短くすることを特徴とする、（４）に記載の高炉操業方法。
（６）前記複数の測定点の間の温度を補間することで、前記炉口部平面内の温度分布を算出し、前記基準値を超えた温度の温度領域の面積が、前記炉口部平面の面積に対して予め定められた割合以上である場合に、前記温度領域に含まれる測定点の温度が基準値を超えたと判断することを特徴とする、（１）から（３）の何れか１つに記載の高炉操業方法。
（７）前記予め定められた割合は、前記炉口部平面の単位面積あたりの前記複数の測定点が少ない領域では大きくし、前記炉口部平面の単位面積あたりの前記複数の測定点が多い領域では小さくすることを特徴とする、（６）に記載の高炉操業方法。

本発明によれば、超音波センサを用いて炉口部平面内の複数の測定点の温度を略連続的に測定することで炉口部平面を通過する炉頂ガス温度の上昇を早期に検出できる。これにより、炉況が悪化し炉頂ガス温度がさらに上昇する前に水を投入できる。さらに、炉頂ガス温度が上昇した位置も特定できるので、炉頂ガス温度が上昇した位置に水を投入することで炉頂ガス温度を効果的に冷却できる。これらの結果、炉頂部の設備の破損を防止しつつ高炉内に投入する水量を低減することができ、これにより、水投入による高炉原料の冷却が抑制され、炉冷事故などの操業トラブルの発生を抑制できる。

本実施形態に係る高炉操業方法が実施できる冷却システム１０の一例を示す図である。 炉口部平面内の温度分布の一例を示す図である。 冷却装置２２の構成の一例を示す模式図である。 噴霧機等の動作を説明する図である。 炉口部平面内における複数の測定点を示す図である。 炉口部平面内における複数の測定点を示す図である。 炉口部平面内における温度分布を示す図である。

従来、高炉操業においては、高炉の炉頂部に温度センサと冷却装置を設け、炉頂ガスの温度が所定の基準値を超えた場合に、冷却装置から高炉内に水を投入して、高炉の炉頂部に設けられている設備の破損を防止している。本発明者らは、炉口部の同一平面に設置された複数の超音波センサを用いることで、炉口部平面内の複数の測定点の温度を略連続的に測定できることに着目した。すなわち、当該センサを用いることで、炉口部平面を通過する炉頂ガスの温度上昇を早期に検出できるとともに炉頂ガス温度が上昇した位置を特定できるので、炉頂ガス温度が大きく上昇する前に、炉頂ガス温度が上昇している位置に水を投入でき、これにより、炉頂部の設備の破損を防止しつつ高炉内に投入する水量を低減できることを見出して発明を完成させた。以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。

図１は、本実施形態に係る高炉操業方法が実施できる冷却システム１０の一例を示す。冷却システム１０は、高炉４０の炉口部に沿って同一平面上に等間隔で１０個設けられた超音波センサ１２と、処理装置１４と、冷却装置２２とを備える。超音波センサ１２は、超音波を発信する発信機と、発信された超音波を受信する受信機とを有する。また、処理装置１４は、制御部１６と、表示部１８と、格納部２０とを有する。

処理装置１４は、例えば、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータである。制御部１６は、例えば、ＣＰＵ等であって、格納部２０に保存されたプログラムやデータを用いて、冷却システム１０の動作を制御し、所定の演算を実行する。表示部１８は、例えば、ＬＣＤまたはＣＲＴディスプレイ等である。格納部２０は、例えば、更新記録可能なフラッシュメモリ、内蔵あるいはデータ通信端子で接続されたハードディスク、メモリーカード等の情報記録媒体およびその読み書き装置である。格納部２０には、冷却システム１０が有する種々の機能を実現するためのプログラムや、当該プログラム実行中に使用するデータ等が予め格納されている。

高炉操業中において、任意の超音波センサ１２からの超音波を発信し、他の全ての超音波センサ１２で当該超音波を受信する。超音波センサ１２からの超音波の発信は、制御部１６の制御によって、例えば、任意の超音波センサ１２から時計回りに順番に繰り返し実行される。それぞれの超音波センサ１２は、超音波を発信した発信時間、または、当該超音波を受信した受信時間を制御部１６に出力する。

１つの発信時間に対応した９つの受信時間を９つのデータとし、これら９つのデータを１セットのデータとすると、制御部１６は、１０個の超音波センサ１２から１０セットのデータを取得する。制御部１６は、予め、格納部２０に格納されているそれぞれの超音波センサ１２間の距離を読み出し、発信時間、受信時間および超音波センサ１２間の距離を用いて、それぞれの超音波センサ１２間の音速を算出する。音速は、炉口部空間の温度により変化するので、以下の（１）式によりそれぞれの超音波センサ１２間の温度を算出できる。

Ｃ＝３３１．５×（（２７３＋Ｔ）／２７３）・・・（１）
但し、（１）式において、Ｃは、超音波センサ１２間の音速（ｍ／ｓ）であり、Ｔは、超音波センサ１２間の温度（℃）である。なお、（１）式の計算において、より精度を上げるために、炉頂ガスの成分や圧力による補正を加えてもよい。

制御部１６は、超音波センサ１２間の温度を用いて、それぞれの超音波センサ１２を接続した線が交差する複数の測定点の温度を算出する。制御部１６は、例えば、複数の測定点の時間（温度の関数）と複数の測定点までの既知の距離とから算出される時間の和が、それぞれの超音波センサ１２間の受信時間を再現できるように算出する。

超音波センサ１２からの超音波の発信および受信は、精度を保持できる範囲内でなるべく短時間に行うことが好ましい。本実施形態においては、例えば、１つの超音波センサ１２から超音波を４秒間発信しながら他の超音波センサ１２で当該超音波を受信する。その後、２秒間インタバルを置き、他の一つの超音波センサ１２からの超音波の発信とその他の一つの超音波センサ１２以外の超音波センサによる受信を行う、ということを同様に繰り返す。図１に示した例においては、１０個の超音波センサ１２を備えるので、制御部１６は、６０秒ごとに炉口部平面内の複数の測定点の温度を算出することになる。

制御部１６は、炉口部平面内の複数の測定点の温度を算出すると、算出した温度を表示部１８に表示する。これにより、使用者は、炉口部平面内の温度、すなわち、炉口部平面を通過する炉頂ガスの温度を確認できる。また、制御部１６は、上述した動作を繰り返し実行して炉口部平面内の測定点の温度を算出し、表示部１８に表示した炉口部平面内の温度を更新する。このようにして、冷却システム１０は、炉口部平面内の測定点の温度を略連続的に測定する。

本実施形態において、冷却システム１０は、１０個の超音波センサ１２を備える。１つの超音波センサ１２から４秒間発信しながら他の超音波センサ１２で当該超音波を受信し、その後、２秒間インタバルをおくので、制御部１６は、６０秒間で９０個のデータを取得する。しかしながら、９０個のデータのうち、４５個のデータは、同じ超音波センサ１２間を逆に測定した重複するデータになる。すなわち、１回目の測定で得られる１セットのデータには重複するものはないが、２回目以降の測定から１セットのデータに含まれる前の測定と重複するデータが１つずつ増える。

このように、測定を繰り返すごとに重複するデータが増えるので、炉口部平面内の複数の測定点の温度を更新する場合においては、一部前のデータを用いて、３０秒ごとに炉口部平面内の温度を更新することが好ましく、さらには、制御部１６が１セットのデータを取得するごとに、すなわち、６秒ごとに炉口部平面内の温度を更新することがより好ましい。

また、制御部１６は、炉口部平面内の複数の測定点の温度を用いて、炉口部平面内の温度分布を算出し、表示部１８に炉口部平面内の温度分布を表示してもよい。この場合に、制御部１６は、例えば、複数の測定点の間の温度は、その距離に比例して変化するとして測定点間の温度を補間し、炉口部平面内の温度分布を算出する。

図２は、炉口部平面内の温度分布の一例を示す図である。図２に示した温度分布は、安定した高炉操業が行なわれている状態の温度分布である。高炉４０の中心部側に粗いコークスを装入し、炉壁部側に細かい鉱石を多く装入するので、高炉操業が安定している場合においては、図２に示したように、高炉４０の中心部には比較的高温のガスが流れ、炉壁部には比較的低温のガスが流れ、炉中心側と比較して炉壁側の温度が低くなる。また、高炉内へのコークスや鉱石の原料の装入は、円周方向に均等になるように行っているが、装入中における高炉原料の粒径変動等の影響もあって、炉中心軸に対して完全に軸対象なガス流れにはなっていないことがわかる。

次に、冷却装置２２について説明する。図３は、冷却装置２２の構成の一例を示す模式図である。冷却装置２２は、高炉炉頂部の円周方向に沿って設けられた８個の噴霧機２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８（以後、８個の噴霧機２４、２６、２８、３０、３２、３４、３６、３８を単に噴霧機等と記載する場合がある）を有する。本実施形態において、噴霧機２４は、基準線（図３における破線）からの角度θ１が２２．５°となるように設けられており、他の噴霧機は、噴霧機２４から時計回りに４５°間隔で設けられている。これらの噴霧機等は、炉頂部の円周方向のそれぞれの位置から高炉内に水を投入して、炉内に装入された高炉原料を冷却することで炉頂ガス温度を低下させる。なお、噴霧機は、先端にノズルを設置してシャワー状に噴霧してもよいし、筒状の配管から水を散水する形式にしてもよい。

噴霧機等には、それぞれの噴霧機が冷却を行う角度範囲が予め定められている。噴霧機等が冷却を行う角度範囲は、例えば、図３に示す例においては、１つの噴霧機が冷却を行う角度を４５°とし、噴霧機等が設けられている位置を中心にして両側に２２．５°ずつ振り分けて冷却を行う角度範囲を定めてよい。このように噴霧機等が冷却を行う角度範囲を定めると、噴霧機２４が冷却を行う角度範囲は、図３の角度θ１で０°以上４５°未満となる炉口部平面の範囲となり、噴霧機２６が冷却を行う角度範囲は、角度θ１で４５°以上９０°未満となる炉口部平面の範囲となる。同様に、噴霧機２８、３０、３２、３４、３６、３８についても４５°ずつ冷却を行う角度範囲が定められている。

さらに、本実施形態では、噴霧機と、当該噴霧機が冷却を行う角度範囲に含まれる測定点とが予め対応つけられて格納部２０に格納されている。すなわち、炉口部平面における基準線からの角度θ１が０°以上４５°未満となる範囲内に含まれる測定点は、噴霧機２４に対応付けられて格納部２０に格納されており、炉口部平面における基準線からの角度θ１が４５°以上９０°未満となる範囲内に含まれる測定点は、噴霧機２６に対応付けられて格納部２０に格納されている。同様に噴霧機２８、３０、３２、３４、３６、３８についても、冷却を行う角度範囲に含まれる測定点と対応つけられて格納部２０に格納されている。

次に、噴霧機等の動作を説明する。図４は、噴霧機等の動作を説明する図である。制御部１６は、測定点の温度を算出すると、測定点の温度が予め定められた基準値を超えたか否かを判断する。なお、予め定められた基準値は、過去の炉口部平面内の温度実績に基づいて定めてよく、また、制御部１６が基準値を超えたか否かを判断する１時間前からの炉口部平面内の平均温度に基づいて定めてもよい。また、予め定められた基準値は、操業状況に応じて、２００℃から５００℃位で、ベルレス機器温度等の炉頂設備の耐熱仕様の範囲内で適宜定めてよい。制御部１６は、複数の測定点における温度を算出し、いずれかの測定点の算出した温度が基準値を超えたと判断すると、当該基準値を超えた測定点を特定する。制御部１６は、格納部２０を参照して、基準値を超えた測定点に対応つけられた噴霧機を特定し、当該噴霧機から高炉内に水を投入する。

図４に示した例において、測定点４２および測定点４４が基準値を超えた温度が算出された測定点であるとする。測定点４２の基準線からの角度θ２と、測定点４４の基準線からの角度θ３の基準線からの角度は０°以上４５°未満なので、測定点４２および測定点４４は、噴霧機２４に対応つけられている。このため、制御部１６は、測定点４２および測定点４４に対応つけられた噴霧機２４を特定し、噴霧機２４から高炉内に水を投入する。制御部１６は、測定点４２および測定点４４の温度が基準値以下になるまで、噴霧機２４から高炉内への水の投入を継続する。制御部１６は、測定点４２および測定点４４の温度が基準値以下になったと判断した場合に、噴霧機２４から高炉内への水の投入を停止する。

このように、本実施形態に係る高炉操業方法は、超音波センサ１２を用いて、略連続的に炉口部平面内における複数の測定点の温度を測定できるので、炉口部平面を通過する炉頂ガス温度の上昇を早期に検出できる。これにより、炉況が悪化し炉頂ガス温度がさらに上昇する前に高炉内に水を投入して冷却できるので、炉頂部の設備の破損を防止しつつ高炉内に投入する水量を低減できる。さらに、炉頂ガスの温度が上昇している位置をも特定できるので、炉頂ガス温度が上昇している位置に対応した噴霧機から高炉内に水を投入することで炉頂ガス温度を効果的に冷却でき、これにより、高炉内に投入する水量をさらに低減できる。そして、このように、高炉内に投入する水量を低減することで、水投入による高炉原料の冷却を抑制でき、炉冷事故などの操業トラブルの発生を抑制できる。

なお、本実施形態において、制御部１６は、測定点の温度が基準値以下になるまで噴霧機からの水の投入を継続する例を示したが、これに限られない。例えば、格納部２０には、基準値を超えた測定点の温度に対応した水量が格納されており、制御部１６は、基準値を超えた測定点の温度に対応した水量の水を噴霧機から高炉内に投入するとしてもよい。基準値を超えた測定点の温度に対応した噴霧機一つ当たりから噴霧する水量は、設置されている噴霧機の数、炉頂ガス量、炉頂ガス比熱および基準値と基準値を超えた測定点の温度の差に応じて定めてよい。ここで、炉頂ガス量Ｇ［ｋＮｍ^３／ｈ］、炉頂ガスの測定温度から基準値までの低下温度ΔＴ［℃］、投入水量Ｗ［ｔ／ｈ］、設置されている噴霧機の数をＮ［点］とすると下記の（１）式で表すこともできる。この式は、噴霧する常温の水が基準値の温度まで上昇するまでに必要な熱量と測定された温度の炉頂ガスが基準値の温度まで温度降下するまでに必要な熱量とのバランスを示している。

Ｗ＝Ｃ×Ｇ×ΔＴ／Ｎ・・・（１）
但し、上記（１）式において、定数Ｃは、水比熱、水蒸気比熱、水の蒸発潜熱およびＢガス比熱から算出される定数である。

このように噴霧機から水を投入することでも、炉頂部の設備の破損を防止しつつ高炉内に投入する水量を低減できる。なお、噴霧機等は、測定点の温度に対応した水量の水を投入したら、自動的に水の投入を停止する。

また、本実施形態において、測定点と噴霧機とを予め対応つけておき、基準値を超えた温度が算出された測定点に対応つけられた噴霧機を特定し、当該噴霧機から水を高炉内に投入する例を示したが、これに限られない。制御部１６は、基準値を超えた温度が算出された測定点を特定したら、当該測定点の基準線からの角度を算出し、算出した角度と噴霧機等が冷却を行う角度範囲とに基づいて水を高炉内に投入する噴出機を定めてもよい。すなわち、基準値を超えた温度が算出された測定点の角度を含む角度範囲の冷却を行う噴霧機を特定し、当該噴霧機から高炉内に水を投入するとしてもよい。

また、本実施形態において、噴霧機等を炉頂部の円周方向に４５°間隔で設けた例を示したがこれに限られない。炉頂部には種々の設備が設けられており、これらの設備の設置位置と干渉する場合には、噴霧機を周方向に等しい間隔で設けることができない。このため、噴霧機等は、円周方向に等しい間隔で設けなくてもよく、また、冷却を担当する角度範囲の大きさが、それぞれ異なっていてもよい。なお、冷却を行う角度範囲が異なる場合には、噴霧機から投入する水の投入条件を角度範囲に対応させて変更してもよい。但し、噴霧機等から高炉内に投入する水の投入条件を一定にできるので、噴霧機等を円周方向に等しい間隔で設けて、冷却を担当する角度範囲を同じにすることが好ましい。

本実施形態において、制御部１６が測定点の温度が基準値を超えた場合に冷却装置２２を用いて炉頂ガスの冷却を行うが、これに加えて、予め定められた距離内にある２以上の測定点の温度が基準値を超えた場合に冷却装置２２を用いて冷却を行うとしてもよい。１つの測定点の温度が基準値を超えた場合に、冷却装置２２を用いて冷却を行うとすると、何らかの不具合によって１つの測定点の温度が基準値を超えた場合に、炉頂ガスの温度が上昇していないにも関わらず冷却装置２２から水を高炉内に投入してしまい、高炉原料を冷却してしまう。例えば、吹抜けによって炉頂ガス温度が高くなる場合には、近接する２つ以上の測定点の温度が上昇するので、予め定められた距離内にある２以上の測定点の温度が基準値を超えたか否かで判断することで、１つの測定点における何らかの不具合による炉頂ガス温度上昇の誤検知を回避できる。

図５および図６を用いて、予め定められた距離内にある２以上の測定点の温度が基準値を超えた場合に、当該測定点の温度が基準値を超えたと判断する方法について説明する。図５は、炉口部平面内における複数の測定点を示す。図５（ａ）は、炉口部平面全体を示す図であり、図５（ｂ）は、その部分拡大図である。図５（ｂ）において、測定点５０、測定点５２、測定点５４が、温度の基準値を超えた測定点であるとして説明する。

制御部１６は、炉口部平面内の複数の測定点の温度を算出すると、温度が基準値を超えた測定点５０、測定点５２、測定点５４を特定する。制御部１６は、特定した測定点５０、測定点５２、測定点５４のそれぞれから予め定められた距離を半径とした円６０、円６２、円６４を作成する。制御部１６は、作成された円６０、円６２、円６４のいずれかに温度が基準値を超えた他の測定点が少なくとも１つ含まれる、すなわち、予め定められた距離内に温度が基準値を超えた測定点が２以上ある場合に、当該測定点の温度が基準値を超えたと判断する。

図５（ｂ）に示した例においては、測定点５０を中心とした円６０の中に、測定点５２および測定点５４が含まれる。また、測定点５２を中心とした円６２の中に、測定点５０および測定点５４が含まれる。さらに、測定点５４を中心とした円６４の中に、測定点５０および測定点５２が含まれる。このように、図５（ｂ）に示した例においては、測定点５０を中心とした円６０の中に温度が基準値を超えた測定点５２および測定点５４が含まれるので、制御部１６は、測定点５０、測定点５２、測定点５４の温度が基準値を超えたと判断して測定点５０、測定点５２、測定点５４に対応つけられた噴霧機から高炉内に水を投入する。

なお、図５（ｂ）に示した例においては、測定点５０を中心とした円６０の中に、測定点５２および測定点５４が含まれる例を示したが、測定点５０を中心とした円６０の中に、測定点５２が含まれ、測定点５４を含む他の測定点を中心とする円がない場合には制御部１６は、測定点５０と測定点５２の温度が基準値を超えたと判断する。また、仮に、測定点５０を中心とする円６０の中に測定点５２が含まれ、測定点５４が含まれない場合であっても、測定点５２中心とした円６２の中に、測定点５４が含まれる場合には制御部１６は、測定点５０、測定点５２、測定点５４の温度が基準値を超えたと判断する。

図６は、炉口部平面内における複数の測定点を示す。図６（ａ）は、炉口部平面全体を示す図であり、図６（ｂ）は、その部分拡大図である。図６（ｂ）において、測定点５６、測定点５８が、温度の基準値を超えた測定点であるとする。

図６（ｂ）に示した場合において、制御部１６は、図５（ｂ）で説明したように、温度が基準値を超えた測定点５６、測定点５８を特定し、測定点５６、測定点５８のそれぞれから予め定められた距離を半径とした円６６、円６８を作成する。なお、円６６および円６８の半径は、図５（ｂ）における円６０、円６２、円６４の半径と同じである。

図６（ｂ）に示した例においては、測定点５６を中心とした円６６の中に、温度が基準値を超えた測定点５８は含まれない。また、測定点５８を中心とした円６８の中に、温度が基準値を超えた測定点６６は含まれない。このように、図６（ｂ）に示した例においては、予め定められた距離内に温度が基準値を超えた測定点が２以上ないので、制御部１６は、測定点５６、測定点５８の温度は基準値を超えていないと判断する。

このように、本実施形態では、予め定められた距離内に基準値を超えた温度となった測定点が２以上ある場合に、制御部１６は、測定点の温度が基準値を超えたと判断する。これにより、炉頂ガスの温度が上昇していないのに、何らかの不具合で１つの測定点の温度が基準値を超えたとしても、そのことで測定点の温度が基準値を超えたと制御部１６が誤検出することを回避できる。また、何らかの不具合で２以上の測定点の温度が基準値を超えたとしても、それらの測定点が予め定められた距離内になければ、測定点の温度が基準値を超えたと誤検出することがない。

上述したように、吹抜けが発生すると吹抜け部から高温の熱風が吹き上げられ、その高温領域は徐々に広がる。このため、吹抜けによって炉頂ガス温度が上昇する場合には近接した複数の測定点の温度が高温になる。このため、予め定められた距離内の２以上の測定点の温度が基準値を超えた場合に、測定点の温度が基準値を超えたと判断することで、制御部１６は、誤検出を抑制しながら、早期に炉頂ガスの温度の上昇を検出できる。

なお、予め定められた距離は、以下に示す方法で予め定めてよい。本実施形態においては、複数の測定点を中心に円を作成し、当該円に他の測定点が含まれる最小の半径を求める。そして、炉口部平面におけるそれぞれの測定点で求められた最小の半径のうち、最大の値を予め定められた距離としてよい。このように、最大の値を予め定められた距離とすることで、予め定められた距離内に２つの測定点が含まれない状況を回避できる。

また、図１に示したように、超音波センサ１２を１０個設けた場合であって、上述した方法で予め定めた距離を定めると、最小の半径は、炉口部平面の単位面積あたりの測定点が多い炉壁部側の領域では小さい半径となる一方で、炉口部平面の単位面積あたりの測定点が少ない中心部側の領域では大きい半径となる。そのため、上述した方法に従うと、予め定められた距離は、これらの半径のうち最大の値とするので、予め定められた距離としては、炉中心側の領域に対応した大きい半径が採用される。

予め定められた距離を大きい半径にして、炉口部平面の単位面積あたりの測定点が多い炉壁部側の領域における測定点の温度が基準値を超えたか否かを判断すると、半径が大きいので、ある測定点に近接する測定点だけでなく、近接しない他の測定点を含む円になり、近接した２つの測定点の温度上昇に基づいて判断できないおそれが生じる。このため、予め定められた距離を、炉口部平面の単位面積あたりの測定点の数が少ない領域では長くし、炉口部平面の単位面積あたりの測定点の数が多い領域では短くしてもよい。例えば、炉口部平面の単位面積あたりの測定点の数が少ない中心部側の領域と、炉口部平面の単位面積あたりの測定点の数が多い炉壁部側の領域とに分け、これらの領域のそれぞれで上述した方法を用いて予め定められた距離を決定する。このように、炉口部平面の単位面積あたりの測定点の数に基づいて予め定められた距離を決定することで、さらに誤検知を少なくし、高精度に炉頂ガス温度の上昇を検出できる。

また、制御部１６が、温度分布を用いて測定点の温度の上昇を検出する場合においては、温度分布において基準値を超えた温度領域の面積が、炉口部平面の面積に対して予め定められた割合以上である場合に、測定点の温度が基準値を超えたと判断してもよい。図７を用いて、基準値を超えた温度領域の面積が、炉口部平面の面積に対して予め定められた割合以上である場合に測定点の温度が基準値を超えたと判断する方法について説明する。

図７は、炉口部平面内における温度分布を示す。図７において、温度領域７０は、温度が基準値を超えた温度領域であるとする。制御部１６は、炉口部平面内の温度分布を算出すると、温度が基準値を超えた温度領域を特定し、当該温度領域の面積を測定する。

制御部１６は、予め格納された炉口部平面の面積を示すデータを格納部２０から読み出し、炉口部平面の面積に対する温度が基準値を超えた温度領域の割合を算出する。制御部１６は、当該割合が５％以上であった場合に、測定点の温度が基準値を超えたと判断する。なお、５％は、予め定められた割合の一例である。予め定められた割合は、炉口部平面の単位面積あたりの測定点の数によって定めてよく、炉口部平面の単位面積あたりの測定点の数が少ない領域では当該割合を大きくし、炉口部平面の単位面積あたりの測定点の数が多い領域では当該割合を小さくしてよい。

図７に示した例において、温度領域７０の面積は、炉口部平面の面積の６％である。このように、図７に示した例においては、基準値を超えた温度領域７０の面積が５％以上であるので、制御部１６は、測定点の温度が基準値を超えたと判断し、温度領域７０に含まれる測定点の温度が基準値を超えたと判断し、当該測定点に対応つけられた噴霧機から高炉内に水を投入する。一方、温度分布において基準値を超えた温度領域の面積の割合が、炉口部平面の面積の５％未満の場合、制御部１６は、当該温度領域に含まれる測定点の温度が基準値を超えていないと判断する。

炉頂ガスの温度が上昇していないのに、何らかの不具合で局所的に基準値を超えた温度領域が生じたとしても、他の温度領域は基準値を超えないので、基準値を超えた温度領域の面積は狭くなる。本実施形態において、制御部１６は、温度分布における温度が基準値を超えた温度領域であって、当該温度領域の面積が炉口部平面の面積に対して５％以上である場合に、当該温度領域に含まれる測定点の温度が基準値を超えたと判断する。これにより、何らかの不具合で局所的に温度が基準値を超えた部分が生じた場合に、測定点の温度が基準値を超えたと誤検出することを回避でき、高精度に炉頂ガスの温度の上昇を検出できる。

また、本実施形態においては、炉口部周面に超音波センサ１２を設けて炉口部平面内の温度を測定する例を示したが、超音波センサに加えて固定式温度センサを複数設けてもよい。固定式の温度センサを炉口部平面内における複数の測定点がない位置に設けることで、炉口部平面内における温度測定位置を追加できる。これにより、炉口部平面内の温度をより詳細に測定でき、温度測定精度を向上できる。

また、本実施形態においては、冷却システム１０が超音波センサ１２を１０個備える例を示したが、超音波センサ１２の数は１０個に限られず、少なくとも５個以上あればよい。さらに、超音波センサ１２を高炉４０の炉口部に沿って等間隔に設けた例を示したが、これに限られない。超音波センサ１２を接続した線が交差する測定点の数を増やすことを目的として、超音波センサ１２の設置間隔をそれぞれ変えてもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲に限定するものではない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中に示した装置、システムおよび方法における動作の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるものでない限り、任意の順序で実現し得ることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書において、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 冷却システム
１２ 超音波センサ
１４ 処理装置
１６ 制御部
１８ 表示部
２０ 格納部
２２ 冷却装置
２４ 噴霧機
２６ 噴霧機
２８ 噴霧機
３０ 噴霧機
３２ 噴霧機
３４ 噴霧機
３６ 噴霧機
３８ 噴霧機
４０ 高炉
４２ 測定点
４４ 測定点
５０ 測定点
５２ 測定点
５４ 測定点
５６ 測定点
５８ 測定点
６０ 円
６２ 円
６４ 円
６６ 円
６８ 円
７０ 温度領域

Claims (7)

1. 高炉炉頂部に設けられた冷却装置から高炉内に水を投入する高炉操業方法であって、
   高炉炉口部の同一平面に設置された複数の超音波センサを用いて、炉口部平面内の複数の測定点の温度を測定し、
   前記冷却装置は、前記高炉炉頂部の円周方向に沿って設けられ、前記複数の測定点に予め対応つけられた複数の噴霧機を有し、
   前記複数の測定点のいずれかの温度が基準値を超えたと判断された場合に、温度が基準値を超えた測定点に対応つけられた噴霧機から前記高炉内に水を投入することを特徴とする、高炉操業方法。
2. 前記噴霧機は、前記基準値を超えた測定点の温度が前記基準値以下になったと判断されるまで水の投入を継続することを特徴とする、請求項１に記載の高炉操業方法。
3. 前記噴霧機は、前記基準値を超えた測定点の温度に対応した水量を前記高炉内に投入することを特徴とする、請求項１に記載の高炉操業方法。
4. 前記基準値を超えた測定点が２以上あり、前記２以上の測定点が予め定められた距離内にある場合に、前記２以上の測定点が基準値を超えたと判断することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の高炉操業方法。
5. 前記予め定められた距離は、前記炉口部平面の単位面積あたりの前記複数の測定点が少ない領域では長くし、前記炉口部平面の単位面積あたりの前記複数の測定点が多い領域では短くすることを特徴とする、請求項４に記載の高炉操業方法。
6. 前記複数の測定点の間の温度を補間することで、前記炉口部平面内の温度分布を算出し、
   前記基準値を超えた温度の温度領域の面積が、前記炉口部平面の面積に対して予め定められた割合以上である場合に、前記温度領域に含まれる測定点の温度が基準値を超えたと判断することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の高炉操業方法。
7. 前記予め定められた割合は、前記炉口部平面の単位面積あたりの前記複数の測定点が少ない領域では大きくし、前記炉口部平面の単位面積あたりの前記複数の測定点が多い領域では小さくすることを特徴とする、請求項６に記載の高炉操業方法。