JP3385831B2 - 炉底の浸食ラインの推定方法および炉底構造 - Google Patents

炉底の浸食ラインの推定方法および炉底構造

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JP3385831B2 JP31796495A JP31796495A JP3385831B2 JP 3385831 B2 JP3385831 B2 JP 3385831B2 JP 31796495 A JP31796495 A JP 31796495A JP 31796495 A JP31796495 A JP 31796495A JP 3385831 B2 JP3385831 B2 JP 3385831B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高炉、電気炉ある
いは、これに類する高温の金属溶融体を貯留するために
内部に耐火物が内張りされた炉内の炉底の浸食ラインの
推定方法及び炉底構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高炉の炉底の侵食ラインは、実際
に稼働している高炉の耐火物内に埋め込まれた熱電対の
温度を基に、2点間の温度と距離およびその間のレンガ
の熱伝導度から熱流束を算出し、炉内稼働面の温度をそ
の材料の損耗限界温度と仮定して、残存厚みを算出する
方法で推定されている。
【0003】また、特開昭60−184606号公報に見られる
ように、炉体周囲に複数個設けられた測温値を制約条件
として、境界要素法により伝熱解析を行い、レンガ残存
厚みを算出する方法等も知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来の推定方
法は、実測の温度データが必要であり、事前にレンガの
侵食がどの程度進展するかを予測することができない。
【0005】また、炉底構造については、レンガのプロ
フィールに関し、円周方向や高さ方向に滑らかな耐火物
構造とする方法 (特開平6−240322号公報) やレンガ積
みに関し、レンガ積み方向を規定し、熱応力の緩和を行
う方法 (特開昭62−96609 号公報) 等、種々の構造が提
案されている。しかし、上記したように事前にレンガの
損耗を予測する手段が十分でなかったため、レンガ損耗
を完全に制御できるようなレンガ材質の選定や炉底構造
を決定できない。
【0006】特に、高炉においては、従来の典型的な炉
底構造は、図4に示すように、炉内側(内張り)には粘
土質系レンガである耐火レンガ3を、炉外側つまり鉄皮
1側(外張り)にはカーボン質系レンガ2を配して、炉
底侵食の防止と長寿命化を計っている。ここで、重要な
のは、内部に内張りした耐火レンガ3が長期間残存し、
内部の高温溶融体の温度低下を防止するとともに、炉底
レンガの侵食を最小限に止めておくことである。
【0007】本発明は、炉底レンガの平衡損耗ラインを
精度良く推定する方法および炉底レンガの浸食を可及的
少に抑えることができる炉底構造を提供することを課題
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々の実
験を重ね、炉底部における溶銑の流動とレンガも含めた
領域の伝熱現象およびレンガの損耗条件が明らかであれ
ば、これらを記述する数式モデルを構成して、それらを
連立して時間進展して解けば、炉底レンガの損耗ライン
の時間推移を正確に推定できることを知見して本発明を
完成した。
【0009】本発明に係る炉底の浸食ラインの推定方法
は、(i) 炉底レンガの初期構造を与え格子を生成させる
こと、(ii)レンガで内張りされた炉内に溶融した金属溶
融体を収容したときの物質収支式、運動量収支式およ
び、レンガを含めた全領域のエネルギー収支式にもとづ
いて、炉底部におけるレンガの温度分布と金属溶融体の
流動と温度分布とを算出すること、(iii) 時間の進展に
伴う各格子の温度分布を求めること、(iv)その算出され
た温度分布に基づいて、レンガの限界温度を超えた格子
のレンガを損耗したと判定すること、(v) レンガ損耗と
判定されたレンガと溶銑との置き換えを行うこと、上記
(iii) から(v) の操作を、レンガ損耗が停止するまで、
繰り返えすことで炉底レンガの損耗経緯と平衡損耗ライ
ンとを推定することを特徴とする。
【0010】本発明に係る炉底構造は、カーボン質系レ
ンガを外張り材とし、粘土質系レンガを内張り材として
なる炉底構造において、全てをカーボン質系レンガで構
成したと仮定し、上記記載の炉底の浸食ラインの推定方
法により推定された炉底レンガの平衡損耗ラインにおけ
る残存レンガ厚み以下の厚みに設定された外張りとなる
カーボン質系レンガと、該カーボン質系レンガの内側に
内張りされた粘土質系レンガとを備えたことを特徴とす
る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
炉底の浸食ラインの推定方法および炉底構造を図面に基
づいて説明する。
【0012】まず、一実施形態の作用を以下に述べる。
高炉の炉底部をその構造体であるレンガ、その内容物で
ある溶銑およびコークス充填層とからなるとし、溶銑の
物質収支式(1) 、運動量収支(2) 、およびレンガを含め
た全領域のエネルギー収支式(3) は以下の通りである。
【0013】
【数1】
【0014】 U:速度ベクトル、 ρ:密度、 p:圧力、 μ:粘度、 β:体積膨張係数、 g:重力加速度、 Cp :比熱、 T:温度、 To :基準温度、 λ:熱伝導度、 ε:空隙率、 φ:粒子形状係数、 dp :粒子径 上式の(1) 〜(3) を連立して解けば、溶銑の流動と全領
域のおける温度の時間推移を求めることができる。そし
て求めた温度に基づいてレンガの損耗を判定しながら時
間進展すれば、炉底レンガの損耗進展を記述することが
可能となる。その手順を図1に示す。図1では、まずス
テップS1で炉底レンガの初期構造を与える。これによ
り格子の生成を行う。
【0015】ステップS2では、3つの変数U,p,T
(速度ベクトル,圧力,温度)の初期条件を設定する。
ステップS3では、溶銑の流入条件を設定する。ステッ
プS4では時間tをΔtだけ進展させる。
【0016】ステップS5では、上記(1),(2)式
によりt=t+Δtにおける速度ベクトルUおよび圧力
pを求める。ステップS6では、上記(3)式よりt=
t+Δtにおける温度Tを求める。ステップS7では、
温度Tに基づいてレンガの損耗を判定する。
【0017】ここで、レンガの損耗判定は、カーボン質
系レンガの場合、溶銑への溶解損耗があるため、溶銑の
凝固温度である1150℃を基準にして行い、粘土質系レン
ガの場合は、その溶融温度を限界温度に設定する。これ
以上の温度に到達したレンガは、溶銑と置き換えること
によりレンガを順次、取り除く。
【0018】たとえば、このステップ7では計算により
算出されたレンガ内にある格子点温度が、上記の限界温
度を越えたとき、その計算を行った格子点上の物性 [密
度、熱伝導度、粘度 (但しレンガでは粘度は必要ない)]
を溶銑のそれと入れ替えることにより、レンガの損耗判
定と溶銑との置き換えを行う。
【0019】ステップS8では、レンガの損耗が終了し
たか否かを判定し、終了と判定するまでステップS4に
戻り計算を進展させる。そして、ステップS8で最終的
には、レンガが損耗しなくなった時点で、平衡侵食に達
したと判断する。その結果、ステップS9でレンガの平
衡侵食ラインが求められる。
【0020】そして、このとき、すべてのレンガがカー
ボン質系レンガで構成されていたと仮定して、平衡損耗
ラインを求めると、それ以上のレンガ損耗が進展するこ
とがないため、図4において、少なくともその平衡損耗
ラインかそれ以下の厚みをカーボン質系レンガ2の初期
レンガ厚みとして鉄皮1の内側に外張りし、その内側に
粘土質系レンガである耐火レンガ3を内張りにすれば、
カーボン質系レンガ2より耐火性のある耐火レンガ3は
残存することになり、炉底の侵食を少なくすることがで
き、耐火レンガ3を残存させることが可能となる。ここ
に、カーボン質系レンガおよび粘土質系レンガの代表的
な組成と物性値とを以下に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【実施例】本法による炉底レンガの平衡損耗ラインの推
定結果と実際に稼働していた高炉の停止後の解体調査よ
り得られた実測結果との比較を図3に示す。また、この
ときの炉体寸法を図2に、その操業条件を表2に示す。
【0023】図3に示すように、(a)に示す本発明方
法による推定は、(b)に示す実測結果をうまく再現
し、その有用性は明らかである。つまり、本発明方法に
より推定された平衡損耗ラインにより浸食ラインを精度
良く推定できるとともに、推定された平衡消耗ライン厚
みと同じかそれ以下の厚みにカーボン質系レンガの厚み
を設定することで炉内浸食を最小限に止めることができ
る。
【0024】
【表2】
【0025】なお、上記炉体寸法は、図2に示すよう
に、下記の通りであった。 a:レンガ内径(炉中心からレンガ内面までの距離) b:炉頂部内径(出銑孔位置での炉中心からレンガ外面
までの距離) c:炉底部内径(炉底位置での炉中心からレンガ外面ま
での距離) h0:炉頂からレンカ゛ までの距離(出銑孔から底部レンカ゛ 外
面までの距離) h1:炉高さ(出銑孔から底部レンガ内面までの距離)
【0026】
【発明の効果】このように、本発明によれば、炉底レン
ガの平衡損耗ラインが、前もって予測することができ、
炉底レンガを適切に設計することができる。その結果、
炉底レンガの侵食を極力少なくすることができ、耐火レ
ンガを残存させることが可能ととなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】炉底レンガの侵食推移を算出する手順を示すフ
ローチャートである。
【図2】炉体寸法を説明する模式図である。
【図3】本法による炉底レンガの平衡損耗ライン推定結
果と実高炉の稼働停止後のレンガ損耗ライン実測結果と
の比較を示す図である。
【図4】典型的な高炉炉底部の構造を示す図である。
【符号の説明】
1:鉄皮、2:カーボン質系レンガ、3:耐火レンガ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (i) 炉底レンガの初期構造を与え格子を
    生成させること、(ii)レンガで内張りされた炉内に溶融
    した金属溶融体を収容したときの物質収支式、運動量収
    支式および、レンガを含めた全領域のエネルギー収支式
    にもとづいて、炉底部におけるレンガの温度分布と金属
    溶融体の流動と温度分布とを算出すること、(iii) 時間
    の進展に伴う各格子の温度分布を求めること、(iv)その
    算出された温度分布に基づいて、レンガの限界温度を超
    えた格子のレンガを損耗したと判定すること、(v) レン
    ガ損耗と判定されたレンガと溶銑との置き換えを行うこ
    と、上記(iii) から(v) の操作を、レンガ損耗が停止す
    るまで、繰り返えすことで炉底レンガの損耗経緯と平衡
    損耗ラインとを推定すること、から成る炉底の浸食ライ
    ンの推定方法。
  2. 【請求項2】 カーボン質系レンガを外張り材とし、粘
    土質系レンガを内張り材としてなる炉底構造において、 全てをカーボン質系レンガで構成したと仮定し、請求項
    1記載の炉底の浸食ラインの推定方法により推定された
    炉底レンガの平衡損耗ラインにおける残存レンガ厚み以
    下の厚みに設定された外張りとなるカーボン質系レンガ
    と、 該カーボン質系レンガの内側に内張りされた粘土質系レ
    ンガと、 を備えたことを特徴とする炉底構造。
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