JP3624658B2 - 高炉における炉内堆積形状安定性の評価方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉における装入物の堆積形状の安定性の評価方法に関し、高炉操業における、操業安定化のための重要な指針である装入物の堆積形状をほぼ連続的に監視し、その安定性を的確に評価しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−１１３１０８号公報に示されるように、高炉内のガス流分布はコークス及び鉱石の層厚分布によって規定される。層厚分布はベル・ムーバブルアーマ（ＭＡ）装入装置であればＭＡポジション、ベルレス式装入装置であれば装入シュートの傾動パターンによって制御される。いずれも比較的炉壁側へ装入した原料が炉中心側へ流れ込むことによって堆積形状が決まる。しかしながら、装入する原料の物理的な性質、例えば粒度分布、ペレット比、水分、形状係数等に依存する堆積角の変化や、生産量、燃料比、微粉炭比、酸素富化量、ガス利用率等に依存する炉頂の炉内ガス速度によっては、同じＭＡポジションや傾動パターンであっても堆積形状が一定とならず、それに依存する原料層厚分布、ガス流分布が変動し、高炉操業が不安定化しやすい場合がある。
【０００３】
同じＭＡポジションや傾動パターンで操業管理していても、他のいろいろの変動原因により炉内挿入物の堆積形状は変動してしまう。このような堆積形状の変化とそれに依存して変動するガス流分布を測定する方法として、従来は、
（ａ）マイクロ波炉頂プロフィールメーターによる堆積形状測定
（ｂ）サウンジングによる炉壁部層厚測定
（ｃ）炉頂固定ゾンデによる温度分布測定
（ｄ）炉内暗視カメラによる目視観察
などが用いられてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来法による堆積状態の測定にはそれぞれ以下のような問題があった。
（ａ）マイクロ波測定はゾンデのある方向しか測定できず、また測定に時間がかかるため、装入毎に測定することはできない。
【０００５】
（ｂ）サウンジングでは炉壁の極く近傍の層厚しか測定できない。
（ｃ）炉頂固定ゾンデによる温度分布測定は、炉頂平均温度の絶対値は常に変動しているうえ、炉頂機器保守のための水噴霧等による外乱が大きい。
（ｄ）現在の炉口暗視カメラでは見えるのが炉中心流の位置だけであり、その速度の定量化も困難である。
【０００６】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、高炉操業などの竪型炉操業において、操業安定化のための重要な指針である各円周方向での炉内に装入された装入物の堆積形状の安定性を的確に評価しようとするものである。
特開平９−１３１１０号公報には、基準装入物表面からの距離が炉口半径１．５倍以内の位置における炉内圧力と炉頂部空間との差圧ΔＰを直接測定し、原料の通気性を評価する方法が開示されている。本発明の特徴はこの差圧ΔＰの原料装入前後における変化幅のばらつきを用いてさらに各円周方向での炉内に装入された装入物の堆積形状の安定性を判断することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の技術手段は、高炉に装入された原料装入物の堆積形状の安定性を評価する方法であって、基準装入物表面から下方で距離が炉口半径の１．５倍以内の位置における炉内圧力と炉頂部空間での炉内圧力との差圧ΔＰを直接測定し、装入前後での差圧ΔＰｉの変化幅ｄΔＰｉの規格化分散値σｄΔＰｉ／（ΣｄΔＰｉ／ｎ）に基づいて、該規格化分散値が上昇傾向にあるときに炉内へ装入された装入物の堆積形状が不安定であると判断することにある。
【０００８】
ここで基準装入物表面とは、標準的な高炉操業における鉱石又はコークスのそれぞれの１回の原料装入完了時の炉壁に接する部分の原料表面を言う。
本発明において、差圧ΔＰの測定位置として基準装入物表面から下方で距離が炉口半径の１．５倍以内における炉内圧力と炉頂部空間での炉内圧力とに設置する理由は以下の通りである。
【０００９】
図６に高炉の縦断面を模式的に示した。装入原料（鉱石６）は基準装入面１３から炉中心に向かってすり鉢状に傾斜している。この基準装入面１３における高炉の半径をＲとする。高炉の２次元の層構造を考慮したガス流れ、伝熱計算モデルと小型高炉模型により求めた原料粒径と層構造の関係を用いて、炉の高さ方向の圧力損失、および圧力勾配について調べた。基準装入面から下方に差圧計の取付位置を変化させ、圧力損失及び圧力勾配を求め、図７、図８にその結果を示した。図７、図８中、曲線２１は通気抵抗大の原料の圧力損失曲線、曲線２２は通常の原料の圧力損失曲線、曲線２３は通気抵抗大の原料の圧力勾配曲線、曲線２４は通常の原料の圧力勾配曲線である。曲線２１、２３は、安価な細粒原料を使用して、炉頂部での装入物の堆積角が小さくなり装入物の半径方向の分布が平坦化した場合の計算結果である。安価な細粒原料の装入により、高炉上部の通気抵抗が増大する。同時に炉内装入物の表面が平坦化し、炉上部の装入物表面の極く近傍の通気抵抗が増大する。通気抵抗の大きな原料と通常の原料との高炉高さ方向の圧力差の分布は、基準装入面からの距離（深さ寸法）が大きくなるに従って差が小さくなる。これは高炉下部になるに従って、炉内のガス温度が上昇するため、圧力損失に対して、ガスの流速を支配する温度の影響が主要因となるため、装入物自体の炉頂での通気性の圧力損失に対する影響が小さくなることに起因するものである。
【００１０】
図６に示す基準装入面からの距離（深さ方向の寸法）Ｌが、高炉の半径Ｒと等しいレベル位置１４及び１．５Ｒと等しいレベル位置１５を図７、図８に記入した。図７、図８から明らかなように、炉頂部における原料の通気性の差を効果的に検出するには、基準装入物表面から下方の距離（深さ方向の寸法）ＬがＬ≦１．５Ｒを満足する位置に圧力計を設置することが必要である。Ｌ＞１．５Ｒの位置では通常の原料装入の場合と細粒原料を使用した通気抵抗大の原料装入の場合とで圧力勾配の差がほとんどなくなり、区別が困難となるからである。特に、Ｌ≦１．０Ｒではより一層感度よく炉頂部の原料の通気性の差を検出することができる。ここでＬ＝１．５Ｒの距離は通常の高炉操業では概ね、装入物の７層分に相当する。従って炉頂部における原料の通気性を的確に評価するには、装入物表面から７層分以内の炉内厚と炉頂厚の差圧を利用することが重要である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１に炉頂差圧の設備模式図、図２に典型的な差圧変動パターンを示す。
高炉２０の上部空間と装入物の堆積物内の差圧を測定する導圧管１、差圧計２を設置した。旋回シュート８から炉壁近傍に供給されるコークス７、鉱石６は矢印９に示すように、炉心方向流下する。サウンジング装置３、炉頂圧計４、固定ゾンデ温度計５がそれぞれ設けられている。図２はサウンジングレベルと差圧の変化を示すものである。図２中Ｃはコークス、Ｏは鉱石を示す。差圧ΔＰは原料の装入がなければ、原料レベルの降下による表面高さの低下に伴い徐々に減少する。しかし、実際には原料が装入されることにより表面高さが上昇し差圧ΔＰは上昇する。装入回数をｉ、その時の差圧上昇分をｄΔｐｉとすることにより、この差圧変動をパターン化することができる。
【００１２】
図３に固定ゾンデにより測定した炉頂の中心温度と鉱石装入前後のｄΔＰｉの日間平均値の関係を示す。平均ｄΔＰｉが小さいと炉頂中心温度が低いことが発見された。図４、図５はこれを示す模式的高炉断面の説明図である。図５に示すように、炉壁への鉱石６の歩留りが減少し、矢印９で示すように、中心部への鉱石６の移動量が大きく炉中心部の堆積量が増加すると、炉頂中心温度が低下すると共に塊状帯の等圧線１２が図４に比べてフラット化するため、ｄΔＰｉが比較的小さくなる。つまり、平均ｄΔＰｉは装入した鉱石の炉壁への歩留り量と中心部への堆積量のバランスを示す指数である。そしてｄΔＰｉの平均ｄＰｉで（＝ΣｄΔＰｉ／ｎ）で規格化した規格化分散（σｄΔＰｉ／（ΣｄΔＰｉ／ｎ））は炉壁への歩留り量と中心部への堆積量のバランスの変動の指標とすることができる。つまり、装入条件の変更が無いのにもかかわらず、規格化分散が大きいときは装入物の堆積形状が不安定であり、分布制御が十分でないことを示す。
【００１３】
上記で鉱石装入前後での差圧変動について説明したが、コークス装入前後のコークス堆積形状の安定性についても、同様に評価することができる。
【００１４】
【実施例】
内容積４５００ｍ^３ のベルレス式炉頂装入装置を有する高炉において本発明を実施した。高炉の炉口半径は５．２５ｍであり、炉口装入物の上部空間に炉直径方向のガス温度分布を測定する固定ゾンデ（温度測定点１１点）と、炉頂装入物の半径方向の堆積形状を測定するためのマイクロ波炉頂プロフィールメータが設置してある。また、基準装入物堆積面の下方５．２５ｍ（炉口半径の１．０倍）のレベルに微差圧計を設置し、炉頂圧力との差圧を直接測定した。なお、従来操業の期間および、本発明の実施期間は生産量日産８５００ｔ／ｄでほぼ同一とした。
【００１５】
図９は、従来操業の期間と本発明の実施期間での溶銑温度、出銑中Ｓｉ濃度および、上記微差圧計による平均ｄΔＰ（平均差圧の日間平均）、σｄΔＰ（平均差圧の日間分散）、σｄΔＰ／平均ｄΔＰ（平均差圧の日間の規格化分散）をトレンドで示したものである。
従来の操業では、固定ゾンデによる炉頂中心温度の管理と８時間毎のマイクロ波プロフィール計による堆積形状の測定を行い、炉頂での装入物の堆積形状の安定化を図るべく、ベルレスの装入パターンを変更した。しかし、固定ゾンデの中心温度は変動が大きく判断には数日から１週間の平均値を用いなければならない。また、プロフィール計測定も本来は装入毎に測定してその形状の変化から分布の不安定性を評価すべきであるのに、装入スケジュールと作業負荷を考慮すると、１日３回が限度である。そのためプロフィールの変動の評価にもやはり数日間から１週間に渡る計測結果が必要とされる。このため、堆積不安定が原因で発生している通気変動や荷下がり不調に対して適切な対応を迅速にとることができなかった。結果として一時的に大幅な微粉焼結鉱、細粒コークスのカットや減風を行い、炉況が回復したところでそれらを戻してはまた不調に陥るといった操業を繰り返していた。結果として溶銑温度の変動も大きく、どうしても高燃料比、高溶銑温度、高［Ｓｉ］の操業となっていた。
【００１６】
その頃、事前に取り付けていた差圧計により（σｄΔＰｉ）／（Ａｖｅ．ｄΔＰｉ）が高いレベルにあったところから、本発明に基づき（σｄΔＰｉ）／（Ａｖｅ．ｄΔＰｉ）が上昇したら直ちに微粉焼結鉱、細粒コークスのカットやベルレスパターン変更を行うきめ細かい操業を行い、（σｄΔＰｉ）／（Ａｖｅ．ｄΔＰｉ）が再度上昇しないように注意を払いつつ、微粉焼結鉱、細粒コークスカットを調節する操業に切り替えた。その結果、図９に示すように、溶銑温度の変動が解消したため、燃料比を下げて溶銑温度を低下させ、［Ｓｉ］を低減することが可能となった。
【００１７】
本発明の実施により、σｄΔＰｉ／平均ｄΔＰｉが上昇傾向になる時にベルレスの装入パターンの変更アクションを直ちに採ることができるため、平均ｄΔＰｉ、σｄΔＰｉ、σΔＰｉ／平均ｄΔＰｉを安定に維持することができ、溶銑温度、出銑中Ｓｉ濃度のばらつきを低減することができた。これらのばらつきが低減できたため、溶銑温度の低下による品質はずれを回避するための炉熱補償を目的とした燃料比設定を見直すことができ、本発明の実施期間では燃料比を４８６ｋｇ／ｔに低減することができた。
【００１８】
【発明の効果】
本発明により、炉内に装入された装入物の原料装入物表面の堆積形状の不安定を早期に検知することができたため、操業を安定させ溶銑温度を安定に低下させるアクションを直ちに取ることができ、溶銑中のＳｉ濃度を低くすることができた。これにより、下工程での製錬コストを大幅に低減することができ、大きなメリットが得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】炉頂差圧計を示す高炉の縦断面概要図である。
【図２】典型的な差圧変動パターンの模式図である。
【図３】炉頂中心部温度と平均ｄΔＰｉとの関係を示すグラフである。
【図４】原料の堆積の状態と差圧上昇の関係を説明する模式図である。
【図５】原料の堆積の状態と差圧上昇の関係を説明する模式図である。
【図６】高炉の模式的縦断面図である。
【図７】差圧計の取付位置と圧力損失との関係を示すグラフである。
【図８】差圧計の取付位置と圧力勾配との関係を示すグラフである。
【図９】本発明による操業結果例を示すチャートである。
【符号の説明】
１ 導圧管
２ 差圧計
３ サウンジング装置
４ 炉頂圧計
５ 固定ゾンデ温度計
６ 鉱石
７ コークス
８ 旋回シュート
１１ 差圧計
１２ 等圧線
１３ 基準装入面
１４ 炉半径と等しい距離（深さ方向の寸法）
１５ 炉半径の１．５倍の距離（深さ方向の寸法）
２０ 高炉
２１ 通気抵抗大の原料の圧力損失曲線
２２ 通常の原料の圧力損失曲線
２３ 通気抵抗大の原料の圧力勾配曲線
２４ 通常の原料の圧力勾配曲線

Claims (1)

1. 高炉に装入された原料装入物の堆積形状の安定性を評価する方法であって、基準装入物表面から下方で距離が炉口半径の１．５倍以内の位置における炉内圧力と炉頂部空間での炉内圧力との差圧ΔＰを直接測定し、装入前後での差圧ΔＰｉの変化幅ｄΔＰｉの規格化分散値σｄΔＰｉ／（ΣｄΔＰｉ／ｎ）に基づいて、該規格化分散値が上昇傾向にあるときに炉内へ装入された装入物の堆積形状が不安定であると判断することを特徴とする高炉における炉内堆積形状安定性の評価方法。

Images