JP2022059579A - 耐火物残存状況推定方法、耐火物残存状況推定装置および金属精錬炉 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)前記加速度センサを用いて底吹きガスによって引き起こされる前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する炉操業時の振動を測定し、
測定された前記振動のうち、底吹きプルームと最近接炉体壁とを振動端とした前記浴面振動fAまたはその倍音fA nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて前記金属精錬炉内の耐火物残存状況を推定すること、
(b)前記加速度センサを用いて底吹きガスおよび上吹きガスによって引き起こされる前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する炉操業時の振動を測定し、
測定された前記振動のうち、上吹きガス衝突部の外周を振動端とした周方向の前記浴面振動fBまたはその倍音fB nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて耐火物残存状況を推定すること、
(c)前記加速度センサを用いて底吹きガスおよび上吹きガスによって引き起こされる前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する炉操業時の振動を測定し、
測定された前記振動のうち、前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動f0またはその倍音f0 nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて耐火物残存状況を推定すること、
(d)前記金属精錬炉の炉体ないし炉体外に設けられた複数の周辺部材に設置した1個以上の前記加速度センサにより、前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する振動を測定すること、
(e)前記金属精錬炉の炉体ないし炉体外に設けられた複数の周辺部材いずれかの箇所のそれぞれ異なる位置、かつ互いに異なる軸方向に設置した2個以上の前記加速度センサにより、前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する振動を測定すること、
などがより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。
図1は、本発明の耐火物残存状況推定方法が適用される金属精錬炉の概略図である。
図1に示すように、本実施形態の金属精錬炉100は、鉄製の炉体101を備えている。具体的には、金属精錬炉100は、炉体101と、炉体101または炉体101外に設けられた複数の周辺部材のいずれかの箇所に取り付けられ、炉操業時の、すなわち炉内溶融物精錬中の炉内溶融物102の浴面振動に起因する振動を測定する加速度センサ105と、加速度センサ105によって測定された振動の強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて耐火物の残存状況を推定する推定装置108とを備えている。炉体101の内壁には、高温の炉内溶融物102から炉体101を保護するために耐火物103が炉体101の内壁に沿って設けられている。
第一の実施形態では、転炉底吹き羽口106からの底吹きガスによる炉内溶鉄(炉内溶融物102)の撹拌中にトラニオン軸141に設置した1個の加速度センサ105によってセンサ設置位置、すなわちトラニオン軸141の振動を測定する。測定された振動のうち、炉内溶鉄(炉内溶融物102)の浴面振動を耐火物103の残存状況の推定に用いる。この際、下記数式1の(1)式に示す、底吹きプルームと最近接炉体壁とを振動端とした炉内溶鉄浴面の固有振動fAおよびその倍音fA nの、強度および周波数の変動に着目する。ここで、底吹きプルームとは、底吹ガスが形成する浴面の盛り上がりの頂点部をいい、最近接炉体壁とは、底吹きプルームから最も近い距離にある炉体壁(炉体の内壁)をいう。また、(1)式中、gは重力加速度、πは円周率、LAは底吹プルームと最近接炉体壁との距離、Hは浴深を表す。炉内の耐火物103の全体的な損耗が進行すると、底吹プルームと最近接炉体壁とを振動端とした固有振動fAおよびその倍音fA nは、強度は増大し、周波数のピーク位置が高周波側にシフトすることから、これを検知することで耐火物103の全体的な損耗の度合を推定することができる。なお、上記実施形態では、浴面振動fAおよびその倍音fA nの両方の強度および周波数の変動を検知する構成としたが、浴面振動fAまたはその倍音fA nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動を検知する構成としてもよい。この場合にも、耐火物103の全体的な損耗の度合を推定することが可能である。
第二の実施形態では、転炉底吹き羽口106からの底吹ガスならびに上吹きランス107からの上吹きガスによる炉内溶鉄(炉内溶融物102)の撹拌中に、トラニオン軸141に設置した1個の加速度センサ105によってセンサ設置位置、すなわちトラニオン軸141の振動を測定する。測定された振動のうち、炉内溶鉄(炉内溶融物102)の浴面振動を測定する。この際、下記数式2の(2)式に示す、上吹きガス衝突部の外周を振動端とした周方向の浴面振動fBおよびその倍音fB nの、強度の変動に着目する。ここで、上吹きガス衝突部とは、火点とも呼び、噴流衝突径、すなわち上吹きガスの衝突による浴面の凹部をいう。また、(2)式中、gは重力加速度、πは円周率、LBは上吹きガス衝突部の直径(噴流衝突径)、Hは浴深を表す。炉内耐火物103の全体的な損耗が進行すると、上吹きガス衝突部の外周と最近接炉体壁とを振動端とした周方向の浴面振動の強度は増大し、周波数はそのピーク位置が低周波側にシフトすることから、これを検知することで耐火物103の全体的な損耗の度合を推定することができる。なお、上記実施形態では、浴面振動fBおよびその倍音fB nの両方の強度および周波数の変動を検知する構成としたが、浴面振動fBまたはその倍音fB nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動を検知する構成としてもよい。この場合にも、耐火物103の全体的な損耗の度合を推定することが可能である。
第三の実施形態では、転炉底吹き羽口106からの底吹ガスならびに上吹きランス107からの上吹きガスによる炉内溶鉄(炉内溶融物102)の撹拌中に、トラニオン軸141に設置した1個の加速度センサ105によってセンサ設置位置、すなわちトラニオン軸141の振動を測定する。測定された振動のうち、炉内溶鉄(炉内溶融物102)の浴面振動を耐火物103の残存状況の推定に用いる。この際、下記数式3の(3)式に示す、炉内溶鉄の浴面振動f0およびその倍音f0 nの、強度および周波数の変動に着目する。ここで、(3)式中、πは円周率、gは重力加速度、κは定数、Dは炉内径、Hは浴深を表す。炉内耐火物103の全体的な損耗が進行すると、炉内溶鉄の浴面振動f0およびその倍音f0 nは、強度は増大し、周波数はそのピーク位置が低周波側にシフトすることから、これを検知することで耐火物103の全体的な損耗の度合を推定することができる。なお、上記実施形態では、浴面振動f0およびその倍音f0 nの両方の強度および周波数の変動を検知する構成としたが、浴面振動f0またはその倍音f0 nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動を検知する構成としてもよい。この場合にも、耐火物103の全体的な損耗の度合を推定することが可能である。
上記の実施の形態以外にも、例えばトラニオン104のトラニオン軸141に2個以上の加速度センサ105を設置する構成としてもよい。2個以上の加速度センサ105をそれぞれ異なる位置、かつ互いに異なる軸方向に設置し、各々の加速度センサ105の測定結果を比較することで、耐火物103の局所的な損耗や脱落の度合及び位置を推定することが可能である。
本発明にかかる耐火物残存状況推定装置は、上記耐火物残存状況推定方法に用いた、好適な装置であって、金属精錬炉100の炉体101ないし炉体101外に設けられた複数の周辺部材のいずれかの箇所に取り付けられ、炉内溶融物精錬中の炉内溶融物102の浴面振動に起因する設置個所の振動を測定する加速度センサ105と、その加速度センサ105によって測定された炉内溶融物102の浴面振動の強度および周波数のうちいずれかの変動に基づいて耐火物103の残存状況を推定する推定装置108と、を有する。
水モデルを用いて、本発明の原理を確認した。ここで、水モデルを用いたのは、下記理由による。溶鋼は水に比べて重いが粘性も大きく、溶鋼と水とは動粘度がほぼ同じである。したがって、相似形の容器を用いることで無次元数であるレイノルズ数を一致させることができる。あわせて、いわゆる、修正フルード数を用いることで、水モデルにより、重力と慣性力および粘性力に関し、溶鋼の流動を再現できることによる。
実施例1と同様、図2に示す水モデル装置200を用い、底吹き羽口206およびトラニオン軸204を有する転炉を模した円筒容器201の内壁に、模擬耐火物203である発泡スチロールを設置した後、溶鉄を模した水202を円筒容器201に入れて底吹きガス及び上吹きガスにて円筒容器201内の撹拌を行った。本実施例では、上吹きランス207として、出口径φ6.6mmのものを用い、浴面からの距離HL=160mmから、上吹きガス流量を300L/minとした噴流271を上記浴面に噴き付けた。また、底吹きガスとして、圧縮空気を15.7L/min吹込み、容器内の撹拌を行う。円筒容器201は内径φ350mm、底吹き羽口206はP.C.D(ピッチ円直径)170mmとなる円周上にφ2mmの孔を4か所設けた。ここで、トラニオン軸204に加速度センサ205を1個設置し振動を測定する。
実施例2の装置、実験条件にて得た振動スペクトルのうち、円筒容器201内の水202の浴面振動(浴面全体の固有振動)f0およびその倍音f0 nは、図4に示すとおり、発泡スチロールの厚さを減少させると、その強度が増大し、周波数のピーク位置が低周波側へシフトすることから、これを検知することで耐火物の残存の有無を推定することができる。以上に着目すれば、円筒容器201内の水202の浴面振動(浴面全体の固有振動)f0およびその倍音f0 nの検知により耐火物の全体的な消耗の度合を推定することができる。
101 炉体
102 炉内溶融物
103 耐火物
104 トラニオン
141 トラニオン軸
105 加速度センサ
151 軸方向
106 転炉底吹き羽口
107 上吹きランス
108 推定装置
200 水モデル装置
201 円筒容器
202 水
203 模擬耐火物(発泡スチロール)
204 トラニオン軸
205 加速度センサ
251 軸方向
206 底吹き羽口
261 気泡
207 上吹きランス
271 噴流
Claims (8)
- 金属精錬炉内の耐火物の残存状況を炉操業中にリアルタイムで推定する耐火物残存状況推定方法であって、
加速度センサを用いて、前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する振動を測定し、
前記振動の強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて耐火物の残存状況を推定する、
耐火物残存状況推定方法。 - 前記加速度センサを用いて底吹きガスによって引き起こされる前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する炉操業時の振動を測定し、
測定された前記振動のうち、底吹きプルームと最近接炉体壁とを振動端とした前記浴面振動fAまたはその倍音fA nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて前記金属精錬炉内の耐火物残存状況を推定する、
請求項1に記載の耐火物残存状況推定方法。 - 前記加速度センサを用いて底吹きガスおよび上吹きガスによって引き起こされる前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する炉操業時の振動を測定し、
測定された前記振動のうち、上吹きガス衝突部の外周を振動端とした周方向の前記浴面振動fBまたはその倍音fB nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて耐火物残存状況を推定する、
請求項1に記載の耐火物残存状況推定方法。 - 前記加速度センサを用いて底吹きガスおよび上吹きガスによって引き起こされる前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する炉操業時の振動を測定し、
測定された前記振動のうち、前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動f0またはその倍音f0 nの、強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて耐火物残存状況を推定する、
請求項1に記載の耐火物残存状況推定方法。 - 前記金属精錬炉の炉体ないし炉体外に設けられた複数の周辺部材に設置した1個以上の前記加速度センサにより、前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する振動を測定する、請求項1~4のいずれか1項に記載の耐火物残存状況推定方法。
- 前記金属精錬炉の炉体ないし炉体外に設けられた複数の周辺部材いずれかの箇所のそれぞれ異なる位置、かつ互いに異なる軸方向に設置した2個以上の前記加速度センサにより、
前記金属精錬炉内溶融物の浴面振動に起因する振動を測定する、請求項1~4のいずれか1項に記載の耐火物残存状況推定方法。 - 金属精錬炉の炉内の耐火物の残存状況を炉操業中にリアルタイムで推定する耐火物残存状況推定装置であって、
金属精錬炉の炉体ないし炉体外に設けられた複数の周辺部材のいずれかの箇所に取り付けられ、炉操業時の炉内溶融物の浴面振動に起因する設置個所の振動を測定する加速度センサと、
前記加速度センサによって測定された前記振動の強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて耐火物の残存状況を推定する推定装置と、
を有する耐火物残存状況推定装置。 - 炉体と、
前記炉体または炉体外に設けられた複数の周辺部材のいずれかの箇所に取り付けられ、炉操業時の炉内溶融物の浴面振動に起因する振動を測定する加速度センサと、
前記加速度センサによって測定された前記振動の強度および周波数のうちいずれか一または二の変動に基づいて耐火物の残存状況を推定する推定装置と、
を有する金属精錬炉。
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