JP2746004B2 - Estimation method of bottom erosion line of blast furnace - Google Patents

Estimation method of bottom erosion line of blast furnace

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JP2746004B2
JP2746004B2 JP25476392A JP25476392A JP2746004B2 JP 2746004 B2 JP2746004 B2 JP 2746004B2 JP 25476392 A JP25476392 A JP 25476392A JP 25476392 A JP25476392 A JP 25476392A JP 2746004 B2 JP2746004 B2 JP 2746004B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、溶鉱炉の炉底侵食ライ
ン推定方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for estimating a bottom erosion line of a blast furnace.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、例えば高炉等の溶鉱炉の寿命は、
炉底の寿命により決定されるといっても過言ではない。
また、炉底損耗が進行して炉底部に穴があくと、炉内の
溶融物が多量に炉外に流出してしまい、大災害につなが
るおそれがある。かかる事態の発生を未然に防止するた
めには、耐火物の炉底侵食ラインを可及的正確に推定す
ることが極めて重要である。
2. Description of the Related Art At present, the life of a blast furnace such as a blast furnace is as follows.
It is no exaggeration to say that it is determined by the life of the hearth.
Further, if the furnace bottom wear progresses and a hole is formed in the furnace bottom, a large amount of melt in the furnace flows out of the furnace, which may lead to a major disaster. In order to prevent such a situation from occurring, it is extremely important to estimate the refractory bottom erosion line as accurately as possible.

【0003】図4は、特開昭60−184606号公報により提
案された従来の炉底侵食ラインの推定方法の内容を示す
フローチャートであり、図5は、高炉炉底の初期状態を
模式的に示す説明図である。図4および図5に示すよう
に、炉底侵食ライン5を推定するには、まず炉底部(耐
火物1、耐火物2および耐火物3)を要素分割してから
有限要素法 (FEM) または境界要素法 (BEM) を用
いて炉底部をモデル化した後境界条件を与えて伝熱解析
し、この解析により得られる、炉底部の各温度センサ4
の設置位置の計算温度と実測温度とを比較する。そし
て、両者の偏差がある値tc超の場合には、推定した侵食
ライン5を変更するために初めに設定した要素分割を変
更して再度伝熱解析を行い、偏差がある値tc以下になる
か否かを調べる。このような処理を偏差がある値tc以下
になるまで繰り返して行い、ある値tc以下になったとき
の解析モデルの侵食ラインを推定ラインとする。なお、
本明細書においては、後述する図8、および図10ないし
図13において、符号1〜符号3は耐火物を示し、符号4
は温度センサを示し、符号5または5' は侵食ラインを
それぞれ示す。
FIG. 4 is a flowchart showing the contents of a conventional method of estimating a bottom erosion line proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-184606, and FIG. 5 schematically shows an initial state of a blast furnace bottom. FIG. As shown in FIGS. 4 and 5, in order to estimate the hearth erosion line 5, first, the furnace bottom (refractory 1, refractory 2, and refractory 3) is divided into elements and then the finite element method (FEM) or After modeling the furnace bottom using the boundary element method (BEM), the boundary conditions are given and the heat transfer analysis is performed.
Compare the calculated temperature of the installation position of the device with the measured temperature. When the difference between the two is greater than a certain value tc, the element division initially set to change the estimated erosion line 5 is changed and the heat transfer analysis is performed again, and the difference becomes equal to or less than the certain value tc. Check whether or not. Such processing is repeatedly performed until the deviation becomes equal to or less than a certain value tc, and the erosion line of the analysis model when the deviation becomes equal to or less than a certain value tc is set as an estimated line. In addition,
In this specification, in FIGS. 8 and 10 to 13 described later, reference numerals 1 to 3 indicate refractories, and reference numeral 4
Denotes a temperature sensor, and reference numeral 5 or 5 'denotes an erosion line, respectively.

【0004】図6は、炉底耐火物の損耗が発生していな
い場合(初期状態)について、有限要素法により要素分
割して炉底侵食ラインを軸対称モデル化した一例を示す
説明図であり、図8は、炉底耐火物の損耗がない場合に
ついて、境界要素法により炉底侵食ラインを軸対称モデ
ル化した一例を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example in which a furnace bottom erosion line is axially symmetrically modeled by dividing the element by the finite element method when the furnace bottom refractory is not worn (initial state). FIG. 8 is an explanatory view showing an example in which the hearth erosion line is axisymmetrically modeled by the boundary element method when there is no wear of the hearth refractory.

【0005】図6に示す有限要素法の場合には、多数の
要素により炉底部が分割されており、各要素の頂点(節
点)の幾つか(丸印部)には温度センサ4が設置されて
いる。一方、図8に示す境界要素法の場合には各要素が
線分として表現され、各要素の両端点が節点である。
In the case of the finite element method shown in FIG. 6, the furnace bottom is divided by a number of elements, and a temperature sensor 4 is provided at some of the vertices (nodes) (circled parts) of each element. ing. On the other hand, in the case of the boundary element method shown in FIG. 8, each element is expressed as a line segment, and both end points of each element are nodes.

【0006】図6に示す有限要素法または図8に示す境
界要素法において、伝熱解析を行うための境界条件は、
ともに 境界A:炉底部冷却条件 境界B:側壁部冷却条件 境界C:断熱あるいはそれに近い条件 境界D:温度一定条件 (例えば銑鉄の融点である1150
℃) として与えられ、境界Dは侵食ラインとなっている。
[0006] In the finite element method shown in FIG. 6 or the boundary element method shown in FIG.
Both Boundary A: Furnace bottom cooling condition Boundary: Side wall cooling condition Boundary C: Insulation or similar conditions Boundary D: Constant temperature condition (for example, 1150 which is the melting point of pig iron
° C) and boundary D is the erosion line.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図7は耐火
物の損耗が進行したために侵食ライン5’が図6に示す
初期状態から変化した場合について、有限要素法におけ
る要素分割状況を示す説明図であるが、同図および図6
を比較して分かるように、図6に示す初期状態の場合と
は要素分割が変更されており、また要素数も変更されて
いる。要素分割を変更しないと、耐火物の損耗による伝
熱状態の変化を正確に計算できないことになり、解析精
度の低下が著しくなるからである。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the state of element division by the finite element method when the erosion line 5 'changes from the initial state shown in FIG. 6 due to the progress of wear of the refractory. 6 and FIG.
As can be understood from the comparison, the element division is changed and the number of elements is changed from the case of the initial state shown in FIG. If the element division is not changed, the change in the heat transfer state due to the wear of the refractory cannot be accurately calculated, and the analysis accuracy is significantly reduced.

【0008】このような要素分割の変更を行うには、専
門知識を備えた解析者を必要とする。ところで、近年で
は有限要素法または境界要素法による伝熱解析の計算自
体はコンピュータの発達に伴い高速化・低コスト化され
るようになってきた。したがって、炉底の侵食ラインを
推定する際には、要素分割の修正作業に要する時間およ
び労力の占める割合が増大するようになってきた。
[0008] To change such element division, an analyst with specialized knowledge is required. By the way, in recent years, the calculation itself of the heat transfer analysis by the finite element method or the boundary element method has been increased in speed and cost with the development of computers. Therefore, when estimating the erosion line at the furnace bottom, the time and labor occupied by the correction work of the element division have been increasing.

【0009】具体的に耐火物の損耗が進行して侵食ライ
ンが変化した場合を考える。図9は、境界要素法におい
て、耐火物の損耗量が比較的少ない(侵食ライン:
5’)ために損耗部に、要素分割上の幾何学的な位相変
化が発生しない場合を示す説明図である。図9に示す場
合には、要素分割の修正は、一部の節点 (図中のaない
しc)の座標を変更するだけで行い得るため極めて容易
である。
Specifically, consider the case where the erosion line changes due to the progress of wear of the refractory. FIG. 9 shows that the amount of wear of the refractory is relatively small in the boundary element method (erosion line:
5 ') is an explanatory diagram showing a case where no geometrical phase change in element division occurs in the wear portion due to 5'). In the case shown in FIG. 9, the modification of the element division can be performed only by changing the coordinates of some of the nodes (a to c in the figure), so that it is very easy.

【0010】しかし、例えば後述する図11、図12または
図13に示すように、耐火物の部分的な著しい損耗や凝固
層の新たな生成のために、損耗部に要素分割上の幾何学
的な位相変化が発生した場合には、初期状態における要
素分割を変更せざるを得ない。したがって、解析者を必
要とし、多大な時間と労力とが必要になってしまう。
However, as shown in FIG. 11, FIG. 12, or FIG. 13, for example, due to the partial remarkable wear of the refractory and the new generation of a solidified layer, the wear portion has a geometrical shape based on element division. When a large phase change occurs, the element division in the initial state must be changed. Therefore, an analyst is required, and a great deal of time and labor is required.

【0011】図10は、境界要素法において、耐火物全体
の損耗量はあまり多くないものの損耗部に部分的に著し
い損耗が生じ、幾何学的な位相変化が生じる場合を示す
説明図である。同図に示す例では解析領域の一部に損耗
により生じた凹領域が存在するが、一般的に境界要素法
では要素領域 (線要素で囲まれた領域) に凹領域を生じ
ると、解析精度が低下することが知られている。したが
って、通常は図11に示すように、凹領域近傍に新たな線
要素6を追加して凹領域を二つの凸領域に分割する。こ
のような凹領域発生の有無の確認と線要素の追加とを行
うには熟練した解析者が必要になる。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a case in which the amount of wear of the entire refractory is not so large, but significant wear occurs partially in the wear portion, resulting in a geometrical phase change in the boundary element method. In the example shown in the figure, there is a concave area caused by wear in a part of the analysis area, but in general in the boundary element method, if a concave area occurs in the element area (the area surrounded by line elements), the analysis accuracy Is known to decrease. Therefore, usually, as shown in FIG. 11, a new line element 6 is added near the concave area to divide the concave area into two convex areas. A skilled analyst is required to confirm whether or not such a concave area is generated and to add a line element.

【0012】図12には、耐火物の損耗がさらに進んで侵
食ライン5’が著しく変化し、損耗部に幾何学的な位相
変化が生じた場合を示す。この場合は図8に示す初期の
要素分割と比較すると、幾何学的な位相が大幅に変化し
ているために要素分割を全体的に新たに設定せざるを得
ず、熟練した解析者を必要とする。
FIG. 12 shows a case where the wear of the refractory further progresses and the erosion line 5 'is remarkably changed, and a geometric phase change occurs in the wear portion. In this case, when compared with the initial element division shown in FIG. 8, the geometric phase has changed so much that the element division has to be newly set as a whole, requiring a skilled analyst. And

【0013】一方、図13には、炉底の溶融物が一部凝固
して損耗部に凝固層7が生成された場合を示す。この場
合、凝固層7は炉壁の一部として要素分割する必要があ
るが、凝固層7は耐火物3とは異なる熱伝導率を有する
ために新たな要素領域を追加する必要がある。この場合
も解析者を必要とする。
On the other hand, FIG. 13 shows a case where the melt at the bottom of the furnace is partially solidified and a solidified layer 7 is formed at the worn portion. In this case, the solidified layer 7 needs to be divided into elements as a part of the furnace wall. However, since the solidified layer 7 has a different thermal conductivity from the refractory 3, a new element region needs to be added. This case also requires an analyst.

【0014】このような解析は日常的に実施されるべき
作業ではあるものの、従来の方法では侵食ラインが変化
したときに解析のための要素分割を修正する複雑な作業
を行っており、解析には専門知識を有する技術者(解析
者)が必要になり、しかも多大な労力と時間とを費やし
ていた。
Although such an analysis is an operation to be performed on a daily basis, the conventional method involves a complicated operation of correcting the element division for the analysis when the erosion line changes. Requires an engineer (analyzer) with specialized knowledge, and has spent a great deal of labor and time.

【0015】以上説明したように、有限要素法であって
も境界要素法であっても、侵食ラインの推定には解析者
を必要とし、かつその解析者によっても要素分割の修正
には多大な労力と時間とを費やしていた。ここに、本発
明の目的は、要素分割の修正作業を簡素化・単純化する
ことにより、侵食ラインの推定において、解析者への依
存度を大幅に低減し、さらには完全自動化を容易にする
ことができる溶鉱炉の炉底侵食ライン推定方法を提供す
ることにある。
As described above, whether the finite element method or the boundary element method is used, an erosion line is estimated by an analyst, and even the analyst requires a great deal of correction to correct the element division. He spent his time and effort. Here, an object of the present invention is to simplify and simplify the modification work of element division, greatly reduce the dependence on an analyst in estimating an erosion line, and further facilitate complete automation. It is an object of the present invention to provide a method for estimating a bottom erosion line of a blast furnace.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】ここに、本発明の要旨と
するところは、溶鉱炉の炉底に設置された複数個の温度
センサーによる実測温度を基に有限要素法を用いて解析
領域を要素分割して得た有限要素モデルによって炉底耐
火物の侵食ラインを推定する方法において、前記解析領
域を溶湯領域にまで拡大するとともに、前記要素分割は
変更せずに、前記有限要素モデルにおける各要素の熱伝
導率を変化させることにより有限要素モデルにおける
侵食ラインを変化させることを特徴とする溶鉱炉の炉底
侵食ライン推定方法である。
Here SUMMARY OF THE INVENTION, it is an aspect of the present invention, by using the finite element method based on the measured temperature by a plurality of temperature sensors installed in the furnace bottom of a blast furnace analysis
A method of estimating the erosion line of the furnace bottom refractory by a finite element model of the region obtained by element division, said analysis territory
While expanding the range up to the melt region, without the element division is changed, characterized by changing the erosion lines in the finite element model by changing the thermal conductivity of each element in the finite element model This is a method for estimating the bottom erosion line of the blast furnace.

【0017】換言すれば、本発明は、溶鉱炉の炉底に設
置された複数個の温度センサーによる実測温度を基に有
限要素シミュレーション(有限要素モデルにおける侵食
ラインを変化させつつ温度センサー位置における温度を
計算させ、この操作を実測温度と計算温度との差がある
許容値以下となるまで繰り返す操作)により溶鉱炉の炉
底耐火物の侵食ラインを推定する方法において、初めに
設定した要素分割を変更する必要が生じた場合に要素分
割は変更せずに各要素の熱伝導率を変更することを特徴
とする溶鉱炉の炉底侵食ライン推定方法である。
In other words, the present invention provides a finite element simulation (based on the temperature at the temperature sensor position while changing the erosion line in the finite element model) based on the measured temperatures of a plurality of temperature sensors installed at the bottom of the blast furnace. In the method of estimating the erosion line of the furnace bottom refractory of the blast furnace by changing the measured temperature and the calculated temperature until the difference between the measured temperature and the calculated temperature is equal to or less than a certain allowable value, the element division initially set is changed. This is a method for estimating a bottom erosion line of a blast furnace, wherein the thermal conductivity of each element is changed without changing the element division when necessary.

【0018】本発明の構成を図1および図2を参照しな
がら説明する。図1、図2は、それぞれ本発明における
要素分割例を示す説明図であり、図1は初期状態を、図
2は耐火物の損耗が進行して侵食ラインが大幅に変化し
た状態をそれぞれ示す。
The configuration of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 1 and 2 are explanatory views showing examples of element division in the present invention. FIG. 1 shows an initial state, and FIG. 2 shows a state in which wear of refractories has progressed and the erosion line has changed significantly. .

【0019】(1)まず、解析すべき全領域を有限要素
法により要素分割する。 有限要素法による要素分割は従来法と同じであるが、本
発明では、図1に示すように、従来よりも解析領域を
湯領域にまで充分に拡げ、凝固層が生成した場合にも解
析領域からはみ出さない程度を解析すべき全領域とす
る。例えば高炉の場合には、炉底底板から出銑口レベル
もしくはそれより若干(1000mm程度)高いレベル
までとする。
(1) First, the entire region to be analyzed is divided into elements by the finite element method. Although elements divided by the finite element method is the same as the conventional method, the present invention, as shown in FIG. 1, the analysis region than conventional solvent
The entire area to be analyzed is such that it is sufficiently expanded to the hot water area, and the extent to which the solidified layer does not protrude from the analysis area even when the solidified layer is formed. For example, in the case of a blast furnace, the level is set from the bottom plate to the tap hole level or a level slightly higher (about 1000 mm).

【0020】(2)境界A (炉底部) および境界B (側壁
部) には、適切な冷却境界条件を与える。境界Aおよび
境界Bそれぞれの境界条件は、従来の有限要素法による
炉底侵食ラインの推定の際と同様の条件とすればよい。
(2) Appropriate cooling boundary conditions are applied to the boundary A (furnace bottom) and the boundary B (sidewall). The boundary condition of each of the boundary A and the boundary B may be the same as that for estimating the hearth erosion line by the conventional finite element method.

【0021】(3)境界Cについては、断熱またはそれに
近い境界条件を与える。境界Cの境界条件は、従来の有
限要素法による炉底侵食ラインの推定の際と同様の条件
とすればよい。
(3) As for the boundary C, adiabatic or a boundary condition close thereto is given. The boundary condition of the boundary C may be the same as that for estimating the hearth erosion line by the conventional finite element method.

【0022】(4)境界D' については温度一定条件を与
える。境界D' の境界条件は、従来の炉底侵食ラインの
推定の際に侵食ラインに与えていた境界条件と同一のも
の (例えば銑鉄の融点:1150℃) を与えればよい。
(4) A constant temperature condition is given for the boundary D '. The boundary condition of the boundary D ′ may be the same as the boundary condition (for example, the melting point of pig iron: 1150 ° C.) given to the erosion line at the time of estimating the conventional furnace bottom erosion line.

【0023】(5)侵食ライン5より高温側 (境界D' 側)
の各要素8 (図1、図2で打点模様を施した領域にお
ける要素) には、例えば鋼の10〜1000倍程度の非常に大
きな熱伝導率を与え、その他の要素については対応する
材質の熱伝導率を与える。
(5) Higher temperature side than erosion line 5 (boundary D 'side)
Each of the elements 8 (elements in the area where the dot pattern is formed in FIGS. 1 and 2) has a very large thermal conductivity of, for example, about 10 to 1000 times that of steel, and the other elements are made of the corresponding material. Gives thermal conductivity.

【0024】(6)このような条件下で有限要素法を用い
て伝熱解析を行うと、熱伝導率を大きく与えた各要素8
の伝熱抵抗は極めて小さくなり、侵食ライン5 (または
5') 上の温度は境界D' と殆ど同じ温度となる。したが
って、侵食ライン5 (または5') 上で境界D' の条件を
与える従来の解析とほとんど同じ解析結果となる。
(6) When the heat transfer analysis is performed using the finite element method under such conditions, each element 8 having a large thermal conductivity is obtained.
Of the erosion line 5 (or
5 ') The upper temperature is almost the same as the boundary D'. Therefore, the analysis result is almost the same as the conventional analysis in which the condition of the boundary D 'is provided on the erosion line 5 (or 5').

【0025】(7)侵食ラインが変化して、初めに設定し
た要素分割を変更する必要が生じた場合、例えば耐火物
損耗が進んだ場合は、その部分の要素の熱伝導率を本来
の物性値に代えて非常に大きな値に変更する。このよう
に変更することにより、損耗を解析上簡単に表現するこ
とができる。また、凝固層が生成した場合は、凝固層が
生成した部分の要素の熱伝導率を非常に大きな値の代わ
りに凝固層自体の物性値を与えればよく、要素分割を変
更する必要はない。
(7) When the erosion line changes and it is necessary to change the initially set element division, for example, when the refractory wear is advanced, the thermal conductivity of the element in that part is changed to the original physical property. Change to a very large value instead of the value. By making such a change, the wear can be easily expressed analytically. When a solidified layer is formed, the thermal conductivity of the element in the portion where the solidified layer is formed may be given the physical property value of the solidified layer itself instead of a very large value, and there is no need to change the element division.

【0026】図2は耐火物の損耗が進んだ場合の要素分
割の一例を示す説明図であるが、要素分割自体は、図1
に示す耐火物の損耗がない状態と全く同じである。この
ように本発明によれば、有限要素法において、例えば耐
火物の著しい損耗により侵食ラインが大きく変化した場
合にも、新たに要素分割を変更することなく、単に各要
素の物性値 (熱伝導率) を変更するだけで侵食ラインを
変更することができる。なお、本発明における「推定」
は、従来法と同様に有限要素法による収束解を求めるこ
とをいう。
FIG. 2 is an explanatory view showing an example of element division when the wear of the refractory has progressed.
This is exactly the same as the condition shown in FIG. As described above, according to the present invention, in the finite element method, even when the erosion line greatly changes due to, for example, remarkable wear of the refractory, the physical property values of each element (heat conduction The erosion line can be changed simply by changing the rate. In the present invention, "estimation"
Means finding a convergent solution by the finite element method as in the conventional method.

【0027】[0027]

【作用】従来から用いられてきた有限要素法や境界要素
法による炉底侵食ラインの推定では、炉底の耐火物およ
び凝固層だけを解析領域として要素分割し、境界条件と
して、炉外側には適切な冷却条件を、炉内側 (つまり侵
食ライン) には一定温度(例えば銑鉄の融点1150℃) を
与えて伝熱解析し、求めた計算温度を実測温度と比較す
ることによりモデル上の侵食ラインを修正して再度同様
の解析を行うという繰り返し計算を行って、計算温度と
実測温度との偏差がある予め決めた値tc以下になった時
点で収束解として、侵食ラインを推定していた。
In the estimation of the bottom erosion line by the finite element method or the boundary element method which has been conventionally used, only the refractory and the solidified layer at the bottom are divided into elements as an analysis region, and the boundary condition is defined on the outside of the furnace as a boundary condition. Appropriate cooling conditions are applied to the inside of the furnace (that is, the erosion line) at a constant temperature (for example, the melting point of pig iron is 1150 ° C), heat transfer analysis is performed, and the calculated temperature is compared with the measured temperature to determine the erosion line on the model. Was corrected, and the same analysis was performed again. The erosion line was estimated as a convergence solution when the deviation between the calculated temperature and the measured temperature became equal to or less than a predetermined value tc.

【0028】しかしながら、このような従来の侵食ライ
ンの推定方法では、耐火物の損耗により侵食ラインが変
化したり、または新たに凝固層が生成したりすると解析
領域が変化するため、従来の有限要素法や境界要素法で
は、これらの変化に応じて要素分割を変化させる必要が
あった。この要素分割の修正は、高度な専門知識を必要
とするために、専門知識を要する解析者が必要であっ
た。
However, in such a conventional method of estimating the erosion line, the analysis area changes when the erosion line changes due to wear of the refractory or a new solidified layer is formed. In the method and the boundary element method, it is necessary to change the element division according to these changes. Since the modification of the element division requires a high level of specialized knowledge, an analyst who requires specialized knowledge is required.

【0029】これに対し、本発明では解析手法としては
従来法と同様に有限要素法を用いるが、本発明では従来
法と異なり、凝固層が生成する範囲をも考慮して充分大
きな解析領域について予め要素分割を行っておき、侵食
ラインより高温側にある全要素の熱伝導率を非常に大き
な値として与えた後、全解析領域の炉内側境界に従来法
と同じように温度一定条件を与える。このように要素分
割および境界条件を与えることにより、図1における境
界D' と侵食ライン5との間の要素、すなわち侵食ライ
ン5より高温側の要素の伝熱抵抗が非常に小さくなるた
め、近似的に侵食ラインにおいて前述の温度一定条件を
与えたのと同じ結果を得ることができる。
On the other hand, in the present invention, a finite element method is used as an analysis method as in the conventional method. After dividing the elements in advance and giving the thermal conductivity of all elements on the higher temperature side than the erosion line as very large values, apply the constant temperature condition to the furnace inner boundary of the entire analysis area as in the conventional method . By giving the element division and the boundary condition in this way, the heat transfer resistance of the element between the boundary D ′ and the erosion line 5 in FIG. In the erosion line, the same result as when the aforementioned constant temperature condition is given can be obtained.

【0030】ここで、図3(a)を参照しながら、本発
明にかかる侵食ラインの推定方法の具体的操作手順につ
いてさらに説明する。 すなわち、図3(a)において侵
食ライン5’の推定は、前回の推定ライン5(初めの場
合には建設時の煉瓦の炉内面)を用いて熱伝導解析を行
い、煉瓦内に埋設されている温度計4の位置の理論温度
を計算する。 次に温度計4の実測温度T とT
を比較する。 前回の推定ラインが現在の侵食ラインと同
じであれば、T =T となる筈である。(現実には|
−T |≦t であればT =T と見做す) ここ
で、もし実測温度T がT より大きい場合には煉瓦の
侵食が進行して侵食ラインが炉外側へ移動したためであ
るので、侵食ライン5を炉外側へ移動させる。新しくで
きた侵食ラインを前回の推定ラインとして上記の手続き
を繰り返す。T =T となったときの侵食ラインが現
在の推定侵食ラインである。 つまり、図3(a)の
(A)の領域の有限要素については侵食ラインの炉内側
(高温側)になるために煉瓦の熱伝導率からそれら10
〜1000倍程度の非常に大きな鋼の熱伝導率に変更
し、一方、(B)の領域の有限要素についてはそのよう
に非常に大きな鋼の熱伝導率から煉瓦の熱伝導率(煉瓦
が消失している場合は凝固層の熱伝導率)に変更する。
実際は、複数の温度計(4−イ、4−ロ、4−ハ・・・
・)について前記の手続きを行う。 例えば、図3(a)
に示すように侵食ライン5を各温度計に対応する部分に
分割(侵食ラインの部分5−イは温度計4−イに対応す
る)し、温度計4−イについてT >T ならば部分5
−イは炉外側へ移動させる。 温度計4−ハについてT
<T ならば侵食ラインの部分5−ハは炉内側へ移動さ
せる。 移動させた侵食ラインの部分をなめらかに結んだ
ものを新しい侵食ライン5’とする。新しい侵食ライン
5’を用いて再度熱伝導解析を行う。 上記の手続きを繰
り返し、全ての温度計についてT =T となったとき
の侵食ライン5が現在の推定侵食ラインである。 本発明
にあっては、有限要素法の物性値を変えることにより侵
食ラインを変えたのと同じ意味を持たせるのである。
火物の損耗が進行して侵食ラインが変化する場合には、
該当する要素の熱伝導率を本来の物性値(熱伝導率)に
代えて非常に大きな値として与えればよく、また、凝固
層が生じた場合は該当する要素の熱伝導率を非常に大き
な値に代えて凝固層自体の物性値を与えればよい。この
ように変化が発生した部分に相当する要素の物性値を変
更するだけで侵食ラインを簡単かつ迅速に変更すること
ができる。
Here, referring to FIG.
The specific operation procedure of the method for estimating the erosion line
And will be further described. That is, in FIG.
Estimation of the food line 5 'is based on the previous estimation line 5 (the first
In this case, heat conduction analysis was conducted using the
The theoretical temperature at the position of the thermometer 4 embedded in the brick
To calculate the T 1. Then the actual temperature T 2 and T 1 of the thermometer 4
Compare. The previous estimation line is the same as the current erosion line
If they are the same, T 1 = T 2 should be satisfied . (In reality |
T 1 -T 2 | if t c T 1 = T 2 and regarded) where
In, if when the measured temperature T 2 is greater than T 1 is the brick
This is because erosion progressed and the erosion line moved outside the furnace.
Therefore, the erosion line 5 is moved to the outside of the furnace. New
The above procedure is based on the estimated erosion line as the previous estimation line.
repeat. The erosion line when T 1 = T 2 is now
This is the estimated erosion line. That is, in FIG.
For the finite element in the area (A), the inside of the furnace of the erosion line
(High temperature side)
Changed to extremely large thermal conductivity of about 1000 times
On the other hand, for the finite element in the area (B),
Very large steel thermal conductivity from brick thermal conductivity (brick
Is changed to the thermal conductivity of the solidified layer).
Actually, a plurality of thermometers (4-a, 4-b, 4-c ...
Perform the above procedure for ()). For example, FIG.
As shown in the figure, the erosion line 5 is
Division (Erosion line part 5-a corresponds to thermometer 4-a)
And if T 2 > T 1 for thermometer 4-a , part 5
-A is moved outside the furnace. For thermometer 4-Ha T 2
<T 1 if part 5-C of the erosion line movement of the to the furnace inside
Let Smoothly connected the moved erosion line
The thing is a new erosion line 5 '. New erosion line
The heat conduction analysis is performed again using 5 ′. Repeat the above procedure
Ri returns, when it becomes T 2 = T 1 for all of the thermometer
Is the current estimated erosion line. The present invention
In the case of, by changing the property value of the finite element method,
It has the same meaning as changing the food line. If the erosion line changes as refractory wear progresses,
The thermal conductivity of the corresponding element may be given as a very large value instead of the original physical property value (thermal conductivity). May be given the physical property value of the solidified layer itself. The erosion line can be easily and quickly changed only by changing the physical property value of the element corresponding to the portion where the change has occurred.

【0031】このように、本発明によれば、従来の推定
方法では複雑な手続きを要するために解析者が必要であ
った要素分割の幾何学的な修正を不要とすることができ
る。これは侵食ライン推定の完全自動化をも可能とする
ものである。
As described above, according to the present invention, it is possible to obviate the need for the analyst to perform geometrical modification of element division, which is required by the conventional estimation method because of the complicated procedure. This also allows for full automation of erosion line estimation.

【0032】なお、本発明においては、侵食ラインは予
め決定した要素分割線を繋いだものとなるため、侵食の
状態および要素の大小によっては侵食部が滑らかになら
ないこともある。しかし、これは要素分割を充分に細か
くすることにより実用上全く問題にならない程度に緩和
できる。さらに、本発明を実施例を参照しながら詳述す
るが、これは本発明の例示でありこれにより本発明が限
定されるものではない。
In the present invention, since the erosion line is formed by connecting predetermined element dividing lines, the eroded portion may not be smooth depending on the state of erosion and the size of the element. However, this can be alleviated to a level that does not pose any problem in practice by making the element division sufficiently fine. Further, the present invention will be described in detail with reference to examples, but this is an exemplification of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

【0033】[0033]

【実施例】図3(b)に示す、既設の大型高炉の炉低侵
食ラインを推定する際に、本発明を適用した。すなわ
ち、凝固層が炉底に形成されても完全に凝固層をも包含
できる程度に、解析すべき全領域を有限要素法により要
素分割する。本発明では炉底底板から出銑口レベルより
若干(1000mm程度)高いレベルまでの範囲につい
て、有限要素法により、2次元軸対称体として要素分割
を行った。
EXAMPLE The present invention was applied when estimating a low erosion line of an existing large blast furnace shown in FIG. 3 (b) . That is, the entire region to be analyzed is divided into elements by the finite element method so that the solidified layer can completely include the solidified layer even if it is formed on the furnace bottom. In the present invention , a two-dimensional axisymmetric body is divided by the finite element method in a range from the furnace bottom plate to a level slightly higher (about 1000 mm) than the tap hole level.

【0034】境界条件を、前述のように境界A (炉底
部) 、境界B (側壁部) 、境界Cおよび境界D' につい
て、与えた。なお、境界A、B、Cの境界条件は、従来
の有限要素法による炉底侵食ラインの推定の際と同様の
条件とし、境界D' については温度一定条件を与えた。
境界D' の境界条件は、従来の炉底侵食ラインの推定の
際に侵食ラインに与えていた境界条件と同一のもの (銑
鉄の融点:1150℃) を与えた。
As described above, the boundary conditions were given for the boundary A (furnace bottom), the boundary B (sidewall), the boundary C, and the boundary D '. The boundary conditions for the boundaries A, B, and C were the same as those used for estimating the hearth erosion line by the conventional finite element method, and the boundary D 'was a constant temperature condition.
The boundary condition of the boundary D ′ was the same as the boundary condition that had been applied to the erosion line when the conventional furnace bottom erosion line was estimated (melting point of pig iron: 1150 ° C.).

【0035】侵食ラインより高温側 (上方側) の各要素
8 (図1、図2で打点模様を施した領域における要素)
には、非常に大きな熱伝導率:40000W/m-Kを与え、その
他の要素については対応する材質の熱伝導率を、耐火物
1:30.0W/m-K 、耐火物2:16.3W/m-K 、耐火物3:1.
7W/m-K、凝固層:14.0W/m-K として与えた。
Each element 8 on the high temperature side (upper side) of the erosion line (element in the area where the dot pattern is given in FIGS. 1 and 2)
Gives a very large thermal conductivity: 40,000 W / mK, and for other elements, the thermal conductivity of the corresponding material, refractory 1: 30.0 W / mK, refractory 2: 16.3 W / mK, refractory 3: 1.
7 W / mK, solidified layer: given as 14.0 W / mK.

【0036】このような条件下で有限要素法を用いて伝
熱解析を行うと、熱伝導率を大きく与えた各要素8の伝
熱抵抗は極めて小さくなり、侵食ライン5 (または5')
上の温度は境界D' と殆ど同じ温度となった。したがっ
て、侵食ライン5 (または5') 上で境界D' の条件を与
える従来の解析法と殆ど同じ解析結果となった。
When a heat transfer analysis is performed using the finite element method under such conditions, the heat transfer resistance of each element 8 having a large thermal conductivity becomes extremely small, and the erosion line 5 (or 5 ')
The upper temperature was almost the same as the boundary D '. Therefore, the analysis result was almost the same as the conventional analysis method in which the condition of the boundary D ′ was provided on the erosion line 5 (or 5 ′).

【0037】侵食ラインを変化させるため、例えば耐火
物の損耗が進んで耐火物の溶損が著しくなった時に、こ
の溶損部の要素の熱伝導率を前述の本来の物性値に代え
て非常に大きな値(40000W/m-K)に変更した。このように
変更することにより、要素分割を新たにやり直すことな
く、簡便に侵食ラインを推定することができた。
In order to change the erosion line, for example, when wear of the refractory progresses and erosion of the refractory becomes remarkable, the thermal conductivity of the element of the eroded portion is replaced with the above-mentioned original physical property value, Was changed to a large value (40000W / mK). By making such a change, the erosion line can be easily estimated without newly performing element division.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
有限要素法における各要素の熱伝導率を変えることのみ
により、要素分割をやり直すことなく、侵食ラインの変
化や凝固層の生成をモデルを用いて表現できる。したが
って、侵食ラインの変更を簡単に行うことができる。し
たがって、侵食ラインの推定に際して、解析者の労力お
よび時間を低減ないしは省略することが可能となる。
As described in detail above, according to the present invention,
Only by changing the thermal conductivity of each element in the finite element method, a change in the erosion line and the generation of a solidified layer can be expressed using a model without redoing the element division. Therefore, the erosion line can be easily changed. Therefore, in estimating the erosion line, the labor and time of the analyst can be reduced or omitted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における要素分割例を示す説明図であ
り、初期状態を示す。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of element division in the present invention, showing an initial state.

【図2】本発明における要素分割例を示す説明図であ
り、耐火物の損耗が進行して侵食ラインが大幅に変化し
た状態を示す。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of element division in the present invention, showing a state in which wear of a refractory has progressed and an erosion line has changed significantly.

【図3】図3(a)と図3(b)は実施例の結果を示す
説明図である。
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams showing the results of the examples.

【図4】特開昭60−184606号公報により提案された従来
の炉底侵食ラインの推定方法の内容を示すフローチャー
トである。
FIG. 4 is a flowchart showing the contents of a conventional method of estimating a furnace bottom erosion line proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-184606.

【図5】高炉炉底の初期状態を模式的に示す説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing an initial state of a blast furnace bottom.

【図6】炉底耐火物の損耗が発生していない場合(初期
状態)について、有限要素法により要素分割して炉底侵
食ラインを軸対称モデル化した一例を示す説明図であ
る。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example in which a furnace bottom erosion line is axisymmetrically modeled by dividing elements by a finite element method when wear of a furnace bottom refractory has not occurred (initial state).

【図7】耐火物の損耗が進行したために侵食ライン5’
が図6に示す初期状態から変化した場合について、有限
要素法における要素分割状況を示す説明図である。
FIG. 7: Erosion line 5 'due to progress of refractory wear
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a state of element division in the finite element method when the state changes from the initial state shown in FIG. 6.

【図8】炉底耐火物の損耗がない場合について、境界要
素法により炉底侵食ラインを軸対称モデル化した一例を
示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an example in which a hearth erosion line is axisymmetrically modeled by the boundary element method when there is no wear of the hearth refractory.

【図9】境界要素法において、耐火物の損耗量が比較的
少ない(侵食ライン:5’)ために損耗部に幾何学的な
位相変化が発生しない場合を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view showing a case in which a geometric phase change does not occur in a worn portion due to a relatively small amount of wear of a refractory (erosion line: 5 ′) in the boundary element method.

【図10】境界要素法において、耐火物の損耗量が多い
ために解析領域に凹領域が発生した場合を示す説明図で
ある。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a case where a concave region occurs in an analysis region due to a large amount of wear of a refractory in the boundary element method.

【図11】凹領域内に新たな要素6を追加して凹領域を
二つの凸領域に分割する例を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example in which a new element 6 is added to a concave area to divide the concave area into two convex areas.

【図12】耐火物の損耗がさらに進んで侵食ライン5’
が変化し、損耗部に幾何学的な位相変化が生じた場合を
示す説明図である。
FIG. 12: The wear of the refractory further progresses and the erosion line 5 ′
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a case where changes have occurred and a geometrical phase change has occurred in a wear portion.

【図13】炉底の溶融物が一部凝固して損耗部に凝固層
が生成された場合を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a case where a melt at a furnace bottom partially solidifies and a solidified layer is generated in a worn portion.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1〜3:耐火物 4:温度センサ 5、5' :侵食ライン 6:新たな要素 7:凝固層 8:要素 1-3: refractory 4: temperature sensor 5, 5 ': erosion line 6: new element 7: solidified layer 8: element

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 溶鉱炉の炉底に設置された複数個の温度
センサーによる実測温度を基に有限要素法を用いて解析
領域を要素分割して得た有限要素モデルによって炉底耐
火物の侵食ラインを推定する方法において、前記解析領
域を溶湯領域にまで拡大するとともに、前記要素分割は
変更せずに、前記有限要素モデルにおける各要素の熱伝
導率を変化させることにより有限要素モデルにおける
侵食ラインを変化させることを特徴とする溶鉱炉の炉底
侵食ライン推定方法。
1. An analysis using a finite element method based on measured temperatures obtained by a plurality of temperature sensors installed at a furnace bottom of a blast furnace.
A method of estimating the erosion line of the furnace bottom refractory by a finite element model of the region obtained by element division, said analysis territory
While expanding the range up to the melt region, without the element division is changed, characterized by changing the erosion lines in the finite element model by changing the thermal conductivity of each element in the finite element model Estimation method of bottom erosion line of blast furnace.
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