JP2018193599A - 装入物降下速度の偏差検出方法および高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装入物の下降速度に円周方向の偏差が生じたことを早期に検出できる装入物降下速度の偏差検出方法を提供する。【解決手段】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て最高温部の位置を特定するとともに炉内の装入物の高さを同一円周上の４点以上の位置で測定し、最高温部の位置が炉中心軸からずれたことを検出し、且つ、最高温部の位置に対応した方向の装入物の高さが他の方向よりも低下した場合に、最高温部の位置に対応した位置の装入物の降下速度に偏差が生じたことを検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、高炉における装入物の降下速度の円周方向の偏差を検出する装入物降下速度の偏差検出方法、および、当該円周方向の偏差が検出された場合において、これを是正する高炉操業方法に関する。

高炉操業では、コークスや鉱石の原料の降下状態が管理されている。高炉の炉下部から一定量の熱風を送ることで、炉上部から装入された原料は炉上部から安定的に降下する。高炉内を降下する間に、原料が段階的に昇温、還元、溶融等の各過程を経ることで、高炉内全体の熱的バランスが保たれている。

高炉内では、堆積した原料の間隙を通り熱風が炉下部から上昇している。堆積した原料の間隙が大きい場合には多くの熱風が上昇し、間隙が小さい場合には相対的に少ない熱風が上昇する。高炉では、通常、炉中心軸側に粒径の大きいコークスが多く装入され、炉壁部側に粒径の小さい鉱石が多く装入されているので、炉中心軸側には、高温の上昇ガス流が形成される。そして、高炉の生産性を高く維持するために、熱風の送風量を増加させて、より多くのコークスを燃焼させ、鉱石の昇温、還元、溶融の促進を図っている。

しかしながら、円周方向におけるコークス消費量のバランスが崩れると、原料の下降速度が円周方向で均一にならず、原料の下降速度に円周方向の偏差が生じる。原料の下降速度に偏差が生じると、原料の堆積面に円周方向で高低差が生じる。原料は、高炉中心を軸として軸対象になるように装入されているが、原料の堆積面に円周方向の高低差が生じると、装入によって形成される鉱石／コークス層厚が円周方向で均一にならず、高温の上昇ガス流が炉中心軸からずれる。

また、原料の下降速度に円周方向の偏差が発生すると、原料の昇温、還元といった過程にも偏差が生じ、高炉内の熱バランスが円周方向でくずれ、これにより、出銑口毎に溶銑温度の異なる出銑口偏差が生じる。出銑口から出銑される溶銑温度には下限値が設けられ、当該下限値を下回らないように管理されている。このため、出銑口偏差が生じると、低温側の溶銑温度が下限値を下回らないように管理されるので、高温側の溶銑温度が高くなり過ぎ、高炉全体の還元材比が上昇する等の不経済の要因になる。

高温の上昇ガス流の炉中心軸からのずれを検出する装置としては、炉口部の径方向に複数の温度計が設置された装置が挙げられる。このような装置では、通常、小〜中型高炉ではある直径１方向、大型高炉ではある直径２方向の温度を、半径方向５〜６個の温度計で測定している。このような装置では、高温の上昇ガス流のずれ方向が、温度計が設置された方向である場合には高温の上昇ガス流のずれが検出できるが、高温の上昇ガス流のずれ方向が、温度計が設置されていない方向である場合には高温の上昇ガス流のずれが検出できないので、検出能力が低いという課題がある。

また、特許文献１には、高炉の炉口部に設けた暗視カメラを用いて、ストックラインの装入物表面の流動部を撮影し、その撮影画像を処理して流動部の重心位置を求め、当該重心位置と炉中心軸とのずれを検出する技術が開示されている。

特開平３−１７２１０号公報

清水正賢、他４名、「高炉の円周方向不均一条件下における固体流れ」、鉄と鋼、第７３年（１９８７）、第１５号 １９９６〜２００３ 野村真、他６名、「ベルレス高炉における円周方向熱レベル偏差と装入物分布偏差との対応」、鉄と鋼、第６８（１９８２）、Ｓ７０２

特許文献１に開示された技術では、暗視カメラでストックラインの装入物表面を撮影して流動部の重心位置を求めているが、高炉の構造上、暗視カメラを炉中心軸上に設置できないので、斜め上方から装入物表面を撮影することになる。装入物は、すり鉢状に中心部が低くなるように装入されているので、斜め上方からでは、暗視カメラに対して手前側の装入物表面が撮影できない。このため、撮影画像を処理して求められた流動部の重心位置の位置精度が低く、流動部の重心位置と炉中心軸とのずれの検出能力が低い、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、装入物の下降速度に円周方向の偏差がどの方向に生じたとしても、その円周方向の偏差を検出できる検出能力の高い装入物降下速度の偏差検出方法を提供することにある。

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て最高温部の位置を特定するとともに炉内の装入物の高さを同一円周上の４点以上の位置で測定し、前記最高温部の位置が炉中心軸からずれたことを検出し、且つ、前記最高温部の位置に対応した方向の前記装入物の高さが他の方向よりも低下した場合に、前記最高温部の位置に対応した位置の前記装入物の降下速度に偏差が生じたことを検出する、装入物降下速度の偏差検出方法。
（２）（１）に記載の装入物降下速度の偏差検出方法によって、前記装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出された場合に、前記最高温部の位置に対応した位置に設けられた羽口から吹き込む微粉炭の量を他の位置よりも多くする、高炉操業方法。
（３）（１）に記載の装入物降下速度の偏差検出方法によって、前記装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出された場合に、前記最高温部の位置に対応した位置に設けられた羽口から吹き込む送風流量を他の位置よりも少なくする、高炉操業方法。
（４）（１）に記載の装入物降下速度の偏差検出方法によって、前記装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出された場合に、前記最高温部の位置に対応した位置に前記装入物を装入する炉頂ホッパーから装入するコークスを他の位置の炉頂ホッパーよりも多くする、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ほぼ連続的に測定できるので、炉口部平面における最高温部の位置を連続的に特定できる。このため、高温の上昇ガス流が炉中心軸からどの方向にずれたとしてもそのずれを検出し、当該最高温部に対応した位置において、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことを検出できる。

炉中心軸に沿って高温の上昇ガス流が形成されている状態のガス温度と高炉の断面を示す模式図である。 炉中心軸からずれた位置に高温の上昇ガス流が形成されている状態のガス温度と高炉の断面を示す模式図である。 本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法が実施できる超音波温度計測システムの一例を示す図である。 炉口部に設置された機械式サウジング計の位置の一例を示す図である。 最高温部が炉中心軸と一致した状態の炉口部平面内の温度分布を示す図である。 最高温部が炉中心軸からずれた状態の炉口部平面内の温度分布を示す図である。 ３つの炉頂ホッパーを有する原料装入装置の上面図と、正面図を示す。

図１は、炉中心軸に沿って高温の上昇ガス流が形成されている状態のガス温度と高炉の断面を示す模式図である。図１（ａ）は、高炉の断面位置とガス温度との関係を示す図であり、図１（ｂ）は、高炉の断面を示す模式図である。

高炉３０のシャフト部では、炉頂から装入された鉱石３２が下方から上昇する高温還元ガスにより昇温、還元されながら下方へ降下している。高炉３０のシャフト部における鉱石３２の降下を安定して実現するには、高炉３０の炉中心軸３６では強い上昇ガス流を形成させ、高炉の円周方向では均一なガス流を形成させることが良いとされている。

このため、図１（ｂ）に示すように、高炉３０の炉中心軸側に鉱石３２より粒径が大きいコークス３４を多く、円周方向側には鉱石３２及びコークス３４を均一に装入して、これらがすり鉢状に中心部が低くなるように装入物分布調整が行なわれている。これにより図１（ａ）に示すように、炉中心軸３６に沿った高温の上昇ガス流が形成される。なお、本実施形態において、装入物とは、高炉炉頂から装入される鉱石およびコークスを意味する。

図２は、炉中心軸からずれた位置に高温の上昇ガス流が形成されている状態のガス温度と高炉の断面を示す模式図である。図２（ａ）は、高炉の断面位置とガス温度との関係を示す図であり、図２（ｂ）は、高炉の断面を示す模式図である。

高炉３０の円周方向に複数設置されている羽口の送風量や微粉炭吹き込み量が、各羽口間で異なった場合や、羽口間のコークス消費量に偏差が生じた場合に、装入物の降下速度にも円周方向の偏差が生じ、装入物の堆積面に高低差が生じる。通常、高炉３０の装入物は、すり鉢状に中心部が低く、堆積角は円周方向で同等になっており、同じ半径位置に落下した装入物が炉中心部へ流れ込む現象は円周方向で一様である。これに対し、装入物の堆積面に高低差が生じると円周方向で堆積角が異なり、同じ半径位置に落下したコークス３４も円周方向で中心部への流れ込み現象が異なり、結果として最もコークス層厚が厚く、堆積面が低くなる箇所が炉中心軸３６からずれる。この状態を示したのが図２（ｂ）である。

上述したように、コークス層厚の厚い箇所には、高温の上昇ガス流が形成されるので、コークス層厚が厚い箇所が炉中心軸３６からずれると、高温の上昇ガス流の位置も炉中心軸３６からずれる。この状態を示したのが図２（ａ）である。このように、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じると、高温の上昇ガス流の位置も炉中心軸３６から円周方向にずれるので、炉口部平面内の温度分布を略連続的に測定できれば、高温の上昇ガス流の炉中心軸３６からのずれを早期に検出でき、これにより、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことを早期に検出できる可能性がある。

一方、吹き抜けが発生しても高温の上昇ガス流が発生する。吹き抜けでは、図２（ｂ）に示すようなコークス層厚が厚く、装入物の堆積面が低くなる箇所が炉中心軸３６からずれることがないので、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたか否かを判断するため、炉内の装入物の堆積面の高さも併せて測定する。そして、高温の上昇ガス流が炉中心軸３６からずれたことが検出され、且つ、高温の上昇ガス流がずれた位置に対応した方向の装入物の堆積面の高さが他の方向よりも低下した場合に、当該位置における装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことを検出する。このように、高温の上昇ガス流の位置と、装入物の堆積面の高さに基づいて円周方向の偏差が生じたことを検出することで、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことを高い精度で検出できることを見出して本発明を完成させた。以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。

図３は、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法が実施できる超音波温度計測システムの一例を示す。超音波温度計測システム１０は、高炉３０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、４つの機械式サウジング計２２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、超音波温度計測システム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、超音波温度計測システム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、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するとともに、炉口部平面内を１００℃毎の温度領域に区分した温度分布を作成し、当該温度分布を表示部１８に表示する。これにより、使用者は、炉口部平面内の温度分布を確認できる。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温度を算出し、表示部１８に表示した炉口部平面内の温度分布を更新する。このようにして、超音波温度計測システム１０は、炉口部平面内の温度分布を略連続的に測定する。

本実施形態において、超音波温度計測システム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、炉口部平面内の温度分布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分布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分布を更新することがより好ましい。

図４は、炉口部に設置された機械式サウジング計の位置の一例を示す図である。４つの機械式サウジング計２２は、例えば、炉口部平面における炉中心軸と、東（Ｗ）西（Ｅ）南（Ｓ）北（Ｎ）の炉周上の点とを結んだ線の中心にそれぞれ設けられ、炉内の装入物の堆積面の高さを同一円周上の４点以上の位置で測定する。なお、機械式サウジング計が設けられる位置は、上記中心に限らず、炉中心軸からそれぞれの機械式サウジング計までの距離が等しくなる同一の円周上であって、炉中心軸と円周方向に隣り合う２つの機械式サウジング計２２とがなす角度が９０°±２０°の範囲内となる位置に設ければよい。

機械式サウジング計２２による測定は、制御部１６の制御によって、予め定められた時間ごとに実行される。機械式サウジング計２２が測定する予め定められた時間は、炉口部平面内の温度分布を更新する時間と同じであることが好ましいが、短時間に炉口部平面内の温度分布が更新される場合には、必ずしも炉口部平面内の温度分布が更新される時間と同じでなくてもよい。

それぞれの機械式サウジング計２２は、装入物の堆積面の高さを測定して、当該装入物の堆積面の高さを示すデータを、機械式サウジング計２２の識別番号とともに制御部１６に出力する。制御部１６は、機械式サウジング計２２から出力された装入物の高さを示すデータを取得すると、これらデータを比較し、装入物の堆積面の高さが最も低いデータを出力した機械式サウジング計２２の識別番号を特定する。格納部２０には、機械式サウジング計２２の識別番号と、当該識別番号が割り振られた機械式サウジング計２２が設置された方向とが対応付けられた表が予め格納されており、制御部１６は、当該表を参照して、装入物の堆積面の高さが最も低いデータを出力した機械式サウジング計２２が設けられた方向、すなわち、装入物の堆積面の高さが他の方向よりも低い方向を特定する。

制御部１６は、炉口部平面内の温度分布を更新するごとに、炉口部平面内の温度分布における最も高い温度領域である最高温部の位置を特定する。制御部１６は、当該位置が炉口部平面内における炉中心軸の位置にあるか否かを判断する。制御部１６は、最高温部の位置が炉中心軸の位置である場合には、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じていないと判断する。

また、特定された最高温部の位置が、最高温部の位置が炉中心軸の位置でない場合であって、最高温部のずれた位置の円周方向の方向と、装入物の堆積面の高さが他の方向よりも低いと特定された方向とが等しい場合に、制御部１６は、最高温部の位置に対応した位置の装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたと判断する。この場合に、制御部１６は、例えば、表示部１８に装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことを表示する。

一方、特定された最高温部の位置が、最高温部の位置が炉中心軸の位置でない場合であっても、最高温部のずれた位置の円周方向の方向と、装入物の堆積面の高さが他の方向よりも低いと特定された方向とが異なる場合には、制御部１６は、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じていないと判断する。

このように、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法は、炉口部平面内の温度分布における最高温部の位置と、同一円周上の４点以上の位置の装入物の堆積面の高さとから装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたか否かを検出する。これにより、炉内の装入物の下降速度に円周方向の偏差がどの方向に生じたとしても、最高温部に対応した位置において装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことを検出できる。また、炉口部平面内全体の温度分布を略連続的に測定でき、最高温部の位置の炉中心軸からのずれを略連続的に検出できるので、炉口部平面内全体で装入物の下降速度の円周方向の偏差を精度よく早期に検出できるようになる。

また、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法によって、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことが検出された場合に、装入物の降下速度に偏差が生じた位置に微粉炭を吹き込む羽口から吹き込まれる微粉炭の量を他の位置よりも多くしてよい。非特許文献１に記載されているように、高炉では、コークス消費量の少ない方向に対向する側の装入物の降下速度が速くなる。この特性を利用し、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じた、すなわち、他の位置よりも装入物の降下速度が速くなった最高温部の位置に吹き込む微粉炭量を増やすことで、当該位置のコークス消費量を少なくすることができる。これにより、最高温部の位置に対向する側の装入物の降下速度を速めることができ、装入物の降下速度の円周方向の偏差を解消できる。

また、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法によって、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことが検出された場合に、装入物の降下速度に偏差が生じた位置に設けられた羽口から吹き込まれる送風流量を他の位置よりも少なくしてもよい。装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じた、すなわち、他の位置よりも装入物の降下速度が速くなった最高温部の位置に吹き込む送風流量を少なくすることで、当該位置のコークス消費量を少なくすることができる。これにより、最高温部の位置に対向する側の装入物の降下速度を速めることができ、装入物の降下速度の円周方向の偏差を解消できる。

さらに、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法によって、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことが検出された場合に、最高温部の位置に対応した位置に原料を装入する炉頂ホッパーへ装入するコークス３４を他の位置の炉頂ホッパーよりも多くして、最高温部の位置に装入されるコークス３４を多くしてもよい。非特許文献２に記載されているように、高炉では、装入物のコークス比を高くすると、鉱石３２が少ないので同じ送風量でも鉱石３２の消費速度が遅くなり、装入物の降下速度も遅くなる。このため、最高温部の位置に装入されるコークス３４を多くして、コークス比を高くすることで最高温部の位置の装入物の降下速度を遅くでき、これにより、装入物の降下速度の円周方向の偏差を解消できる。

以上、説明したように、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法によって、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことを早期に検出できるので、円周偏差の影響が拡大する前に上述した是正手段を実施できる。これにより、早期に円周方向の原料還元状態を均一化させて、安定した高炉操業が実現できる。

次に、図５、図６を用いて、従来技術である炉口部の径方向に温度計が設置された装置を用いた場合と対比しながら、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法を説明する。図５は、最高温部が炉中心軸と一致した状態の炉口部平面内の温度分布を示す図である。図６は、最高温部が炉中心軸からずれた状態の炉口部平面内の温度分布を示す図である。また、図５、図６に示した例では、線（１）、線（２）、線（３）、線（４）上に６個の温度計４０を設け、当該温度計を用いて炉口部空間の温度を測定するとともに、図４に示した位置に４つの機械式サウジング計２２を設け、炉内の装入物の堆積面の高さを同一円周上の４点以上の位置で測定している。

図５（ａ）は、炉口部平面内の温度分布と、温度計４０で測温する測温点の位置を示す図である。また、図５（ｂ）は、温度計４０によって測定された線（１）〜線（４）の温度変化を示すグラフである。

図５に示した例においては、最高温部である５００℃以上の温度領域の位置が炉中心軸と一致している。このため、装入物の降下速度に円周方向の偏差は生じておらず、安定した高炉操業が実施されていることがわかる。この状態では装入物分布調整によって、炉中心軸側の鉱石３２に対するコークス３４の層厚比は高くされており、炉中心軸側には高温のガス流が形成され、炉壁部側には低温のガス流が形成される。この場合においては、図５（ｂ）に示すように、温度計が設置された装置による測定であっても炉中心軸側の炉口部空間の温度が高く、炉壁側の炉口部空間の温度が低いことが線（１）〜線（４）のいずれにおいても確認されている。

図６（ａ）は、炉口部平面内の温度分布と、温度計４０が設けられた位置を示す図である。また、図６（ｂ）は、温度計４０によって測定された線（１）〜線（４）の温度変化を示すグラフである。

図６に示した例においては、最高温部である５００℃以上の温度領域の位置が炉中心軸からＮ方向にずれている。また、機械式サウジング計２２によって測定されたＮ方向の装入物の堆積面の高さが最も低かったとする。このため、制御部１６は、Ｎ方向にずれた最高温部の位置において、装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたと判断する。

一方、温度計が設置された装置では、図６（ｂ）に示すように、それぞれの方向ごとに若干の温度差はあるものの、炉中心軸側の炉口部空間の温度が安定した高炉操業時の温度（図５（ａ））よりも低いということが示されるだけである。炉中心軸側に炉口部空間の温度の低下は、中心流低下によっても起こるので、装入物の降下速度に円周方向の偏差と、周方向の偏差を伴わない中心流低下との判別が困難になる。ここで、中心流低下とは、炉中心軸側の上昇ガス流の勢いが低下する現象であり、鉱石３２の堆積角低下等に起因した炉中心軸側の鉱石層厚増加によって発生すると考えられている。

中心流低下を是正するには、通常、原料の装入パターンを変更し、炉中心軸側に装入されるコークス３４を多くして、炉中心軸側の通気性を向上させる。しかしながら、この対応では、装入物の降下速度の円周方向の偏差を解消できない。装入物の降下速度の円周方向の偏差が発生した場合において、炉中心軸側に装入されるコークス３４を多くすると炉中心軸側のコークス層厚が厚くなり過ぎて炉中心側のガス流が過剰になり、炉全体のガス還元効率が低下して還元材比増加を招く場合がある。

これに対し、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法では、炉口部平面内の温度分布を用いるので、最高温部が炉中心軸からどの方向にずれたとしても当該ずれを検出できる。中心流低下では最高温部の温度は低下するものの、最高温部の位置は炉中心軸からずれないので、最高温部の炉中心軸からのずれに基づいて装入物降下速度の円周方向の偏差を検出することで、装入物降下速度の円周方向の偏差と中心流低下とを容易に判別できるので、従来技術よりも高精度に装入物降下速度の円周方向の偏差を検出できる、といえる。

また、図６に示した例において、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法で装入物の降下速度に円周方向の偏差が生じたことが検出された場合に、最高温部の位置に対応した方向であるＮＥ〜ＮＷ（９０°）方向から微粉炭を吹き込む羽口の微粉炭吹き込み量を、他の方向に設置された羽口よりも多くする。具体的には、ＮＥ〜ＮＷ方向からの微粉炭吹き込み量を５．０質量％増加させ、炉全体の微粉炭吹き込み量が一定になるように、他の方向であるＮＷ〜ＳＷ（９０°）方向、ＳＷ〜ＳＥ（９０°）方向およびＮＥ〜ＳＥ（９０°）方向に設けられた羽口から吹き込む微粉炭吹き込み量をそれぞれ１．７質量％減少させる。これにより、ＮＥ〜ＮＷ方向の装入物の降下速度の円周方向の偏差は解消され、Ｎ方向における装入物の高さの差も解消できる。

コークス消費量に偏差が生じる原因は、炉内の通気抵抗に円周方向の偏差があり、通気抵抗の低い側の羽口の送風量が相対的に多くなり、これによりコークス消費量に偏差が生じたと考えられる。コークス消費量に円周方向の偏差が生じると、装入物降下速度に円周方向の偏差が生じる。このため、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法で、装入物降下速度に円周方向の偏差が生じたことを検出するとともに羽口からの微粉炭の吹き込み量を調整しながら、コークス消費量に偏差がない状態を目指すことが好ましい。一方、羽口から吹き込む微粉炭量に円周方向の偏差をつけると、コークス消費量に円周方向の偏差が生じ、これが装入物降下速度の円周方向の偏差の原因となる。このため、微粉炭吹き込み量に円周方向の偏差をつけた後も、随時、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法を適用しながら、全方向で微粉炭吹き込み量が均一となる状態を目指すのが望ましい。

また、図６に示した例において、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法で装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出された場合に、最高温部の位置に対応した方向であるＮＥ〜ＮＷ方向からの送風量を他の方向よりも少なくしてもよい。送風量を他の方向よりも少なくすることで、ＮＥ〜ＮＷ方向のコークス消費量が少なくなり、ＮＥ〜ＮＷ方向に対向するＳＷ〜ＳＥ方向の装入物の降下速度が速くなる。これにより、ＮＥ〜ＮＷ方向の装入物の降下速度の偏差を解消でき、Ｎ方向における装入物の高さの差も解消できる。

さらに、図６に示した例において、本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法で装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出された場合に、最高温部の位置に対応した位置に原料を装入する炉頂ホッパーから装入するコークス３４を他の位置の炉頂ホッパーよりも多くしてもよい。最高温部の位置に対応した位置に装入するコークス３４を多くすることで、最高温部の位置に対応した装入物の位置のコークス比が高められる。装入物のコークス比を高くすると、鉱石３２が少ないので同じ送風量でも鉱石３２の消費速度が遅くなり、装入物の降下速度も遅くなる。これにより、ＮＥ〜ＮＷ方向の装入物の降下速度の偏差を解消でき、Ｎ方向における装入物の高さの差も解消できる。

次に、図７を用いて、最高温部の位置に対応した位置に装入されるコークス３４を多くする方法の一例について説明する。図７は、３つの炉頂ホッパーを有する原料装入装置の上面図と、正面図を示す。図７（ａ）は、原料装入装置５０の上面図であり、図７（ｂ）は、原料装入装置５０の正面図である。図７に示すように、高炉３０の上部には、３つの炉頂ホッパー５２、５４、５６と、流量調整ゲート５８と、集合ホッパー６０と、分配シュート６２とを有する原料装入装置５０が設けられている。

本実施形態に係る装入物降下速度の偏差検出方法で、炉頂ホッパー５２が設けられている方向において、装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出されたとする。通常は下記表１に示すように、コークス３４と鉱石３２とを交互に、炉頂ホッパー５２、５４、５６の順に投入していたが、下記表２に示すように、炉頂ホッパー５２にコークス３４を投入し、他の炉頂ホッパー５４、５６に鉱石３２を投入し、炉頂ホッパー５２方向に装入される原料のコークス比を増加させた。この結果、炉頂ホッパー５２の位置における装入物の降下速度が低下し、最高温部の位置は、炉中心軸に一致し、装入物の堆積面の高さの差も解消した。

表２に示した例は、炉頂ホッパーの運用により円周方向にコークス比偏差を設ける方法であるが、これに限られず、例えば、コークス３４を炉内に装入する場合に、装入物の降下速度の円周方向の偏差が発生した方向に分配シュート６２が向いた場合に旋廻速度を遅くしてもよい。これにより、降下速度の円周方向の偏差が発生した方向に装入されるコークス３４を相対的に増加させることができ、当該方向のコークス比を高めることができる。

また、炉頂ホッパーから装入物を炉内に装入する際に、降下速度の円周方向の偏差が発生した方向に分配シュート６２が向いたタイミングで炉頂ホッパーの流量調整ゲート５８の開度を調整して装入物の装入速度を制御してもよい。例えば、鉱石３２を炉内に装入する場合に、降下速度の円周方向の偏差が発生した方向のみ流量調整ゲート５８の開度を狭めれば、当該方向の鉱石３２の装入量は相対的に減少し、当該方向のコークス比を高めることができる。そして、降下速度の円周方向の偏差が発生した方向のコークス比を高めることで、装入物の降下速度を遅くすることができ、これにより、装入物の降下速度の円周方向の偏差を解消できる。

なお、本実施形態においては、装入物の堆積面の高さを、機械式サウジング計２２を用いて測定する例を示したが、これに限られない。例えば、マイクロ波等を用いた非接触式の装置を用いて装入物の堆積面の高さを測定してもよい。また、機械式サウジング計の個数も４個以上であって、これらを用いて炉内の装入物の堆積面の高さを同一円周上の４点以上の位置で測定すればよい。また、４個以上の機械式サウジング計２２を用いる場合においては、炉中心軸と円周方向に隣り合う２つの機械式サウジング計２２とがなす角度が３６０°／（機械式サウジング計の個数）±２０°の範囲内になるように機械式サウジング計２２をそれぞれ設置すればよい。

また、本実施形態においては、最高温部が、炉口部平面内の温度分布における最も高い温度領域である例を用いて説明したが、これに限られない。例えば、最高温部は、最も高い温度が算出された測定点であってもよい。この場合に制御部１６は、最も高い温度が算出された測定点の位置を特定し、当該位置が炉口部平面内における炉中心軸の位置にあるか否かを判断する。

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 超音波温度計測システム
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 機械式サウジング計
３０ 高炉
３２ 鉱石
３４ コークス
３６ 炉中心軸
４０ 温度計
５０ 原料装入装置
５２ 炉頂ホッパー
５４ 炉頂ホッパー
５６ 炉頂ホッパー
５８ 流量調整ゲート
６０ 集合ホッパー
６２ 分配シュート

Claims (4)

1. 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て最高温部の位置を特定するとともに炉内の装入物の高さを同一円周上の４点以上の位置で測定し、
   前記最高温部の位置が炉中心軸からずれたことを検出し、且つ、前記最高温部の位置に対応した方向の前記装入物の高さが他の方向よりも低下した場合に、前記最高温部の位置に対応した位置の前記装入物の降下速度に偏差が生じたことを検出する、装入物降下速度の偏差検出方法。
2. 請求項１に記載の装入物降下速度の偏差検出方法によって、前記装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出された場合に、前記最高温部の位置に対応した位置に設けられた羽口から吹き込む微粉炭の量を他の位置よりも多くする、高炉操業方法。
3. 請求項１に記載の装入物降下速度の偏差検出方法によって、前記装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出された場合に、前記最高温部の位置に対応した位置に設けられた羽口から吹き込む送風流量を他の位置よりも少なくする、高炉操業方法。
4. 請求項１に記載の装入物降下速度の偏差検出方法によって、前記装入物の降下速度に偏差が生じたことが検出された場合に、前記最高温部の位置に対応した位置に前記装入物を装入する炉頂ホッパーから装入するコークスを他の位置の炉頂ホッパーよりも多くする、高炉操業方法。