JP3745538B2

JP3745538B2 - 高炉の操業方法

Info

Publication number: JP3745538B2
Application number: JP18567098A
Authority: JP
Inventors: 武今井; 健一八ケ代
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1998-06-15
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2018-06-15
Also published as: JP2000001709A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の炉底煉瓦及び側壁煉瓦の損耗を防止する高炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉は、長期間にわたり稼働して鉄鉱石を還元して熔銑を製造する。この高炉の稼働中には、内張りした炉底煉瓦及び側壁煉瓦が部分的に損耗され、稼働状況が悪化する場合があり、損耗の程度が大きくなると炉寿命に影響する。
この稼働中における炉底煉瓦及び側壁煉瓦の損耗を管理するために、煉瓦内に温度計を埋設して測定した温度により、炉底煉瓦及び側壁煉瓦の損耗状態の把握が行われている。
しかし、この温度が急激に変化して管理値を超えることがあり、一旦管理値を超えた場合は、炉底煉瓦及び側壁煉瓦の異常な損耗により操業を休止する等の事態を余儀なくされると言う問題があった。
この炉底煉瓦及び側壁煉瓦の異常な損耗あるいは高炉の操業を休止を回避する方法として、例えば、特開平２−１０４６０３号公報に記載されるように、炉底煉瓦に複数の熱電対を埋設すると共に、水冷蛇管を炉底の中心部と周辺部に分けて配設して、前記熱電対の温度に応じて冷却を調整するか、又は、特開平６−１５８１３２号公報に記載されるように、炉底面に埋設する冷却配管の中心部及び周辺部を各ブロックに分割し、炉底煉瓦の温度に応じて、それぞれを独立して冷却する炉底煉瓦及び側壁煉瓦の冷却方法や装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高炉の耐火物の冷却は、炉底煉瓦及び側壁煉瓦に埋設した温度計あるいは熱電対により測定された温度を指標に行うために、炉底に凝固層が生成して炉底煉瓦の温度が低下し、しかも、凝固層の生成により熔銑の対流（環状流れ）が発生してから、炉底煉瓦の緩冷却を行っている。
その結果、炉底煉瓦及び側壁煉瓦の冷却処置の遅れや冷却不足が発生して、熔銑の対流に起因した側壁煉瓦の局部損耗の進行や側壁煉瓦の温度の上昇を招くと言った問題がある。
また、特開平２−１０４６０３号公報のように、炉底煉瓦及び側壁煉瓦に埋設した熱電対の温度から、炉底煉瓦の中心部あるいは周辺部の冷却を調整を行った場合は、既に炉底に凝固層が隆起して熔銑の環状流れが発生している状態から緩冷操業を行うことから、煉瓦及び側壁煉瓦の損耗を確実に防止できない。
また、特開平６−１５８１３２号公報に示すように、冷却配管を炉底面の中心部及び周辺部で各ブロックに分割し、炉底煉瓦の温度に応じて、それぞれを独立して冷却する場合は、炉底部の部位に応じて、強弱の冷却を調整できるが、前述の熱電対の温度から炉底煉瓦の中心部や周辺部の冷却を調整する場合と同様に、既に炉底に凝固層が生成して熔銑の対流が発生してから炉底部の部位に応じて、強弱の冷却を行うので、熔銑の対流に起因した側壁煉瓦の局部損耗を招き、炉底煉瓦及び側壁煉瓦の温度上昇が発生して、これを解消するために操業の休止や減産等が生ずる問題がある。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、炉底煉瓦及び側壁煉瓦が損耗し始める状態を早期に把握して炉底煉瓦の冷却を調整することで、炉底煉瓦及び側壁煉瓦の損耗を確実に防止する高炉の操業方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う請求項１記載の高炉の操業方法は、高炉の炉底煉瓦内に少なくとも二個の温度計を埋設して該温度計の値から、熔銑の対流伝熱係数を求め、該対流伝熱係数から前記炉底煉瓦の冷却を調整する高炉の操業方法において、
前記熔銑の対流伝熱係数を３．０〜７．０ (kcal/m ² ・ hr ・℃ ) とし、前記対流伝熱係数が３．０ (kcal/m ² ・ hr ・℃ ) 未満にならないように、前記炉底煉瓦の冷却を調整する。
【０００６】
【０００７】
請求項２記載の高炉の操業方法は、請求項１記載の高炉の操業方法において、前記炉底煉瓦の冷却は前記炉底煉瓦の中心部と外周部で調整される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明の一実施の形態に係る高炉の操業方法を適用する高炉設備（炉下部）の断面図、図２は同高炉設備の底部の平面図、図３は高炉の炉下部の温度計の位置と熱の伝達を説明する概略図、図４は本発明の実施例と従来例との比較を表すグラフである。
まず、図１に示すように、高炉設備（炉下部）１０は、鉄皮１１と、鉄皮１１の内部に内張りされた側壁煉瓦１２及び炉底煉瓦１３と、炉底煉瓦１３を保持する底板１４と、底板１４と基盤１５との間に直線状に配置された冷却管１６と、冷却管１６に供給する冷却水量を調整する調整弁１７、１８とを備えている。
また、冷却管１６には、底板１４から冷却管１６への抜熱量を調整するための熱抵抗体１９が内部に装着されている。この熱抵抗体１９は、図２に示すように、底板１４の外周から半径方向にＬｍ離れた円の中心側の範囲を示す中心部２０に相当する冷却管１６内に設けており、中心部２０と外周部２１（底板１４において中心部２０を除いた部分）の冷却効率が調整できるようにしている。
なお、図１において、２２は、炉底煉瓦１３の上に生成した凝固層であり、側壁煉瓦１２及び炉底煉瓦１３に付した点線は、側壁煉瓦１２及び炉底煉瓦１３の損耗状態を模擬的に表したものである。また、Ｔ₀ 、Ｔ₁ は、炉底煉瓦１３内に埋設された温度計である。
【０００９】
次に、高炉設備１０を適用した本発明の高炉の操業方法にについて説明する。
高炉設備１０は、正常な場合において、側壁煉瓦１２及び炉底煉瓦１３に異常な損耗がなく、操業も安定した状態を維持できる。
しかし、図１のように、底板１４の不適切な冷却、炉内状況の異常等によって、炉底煉瓦１３の上に凝固層２２が形成される。この凝固層２２が形成されると高炉の底部に熔銑の対流（図１中矢印）が発生して側壁煉瓦１２及び炉底煉瓦１３が図中の点線のように損耗する。
この凝固層２２と凝固層２２に起因する熔銑の対流をなくすために、調整弁１７、１８を開いて、冷却管１６に供給する冷却水量を調整し、かつ底板１４の中心部２０の範囲を熱抵抗体１９によって抜熱を抑制して弱い冷却にし、外周部２１を強い冷却となるように調整することで、前記の凝固層２２を縮小する。
しかし、冷却管１６による底板１４の中心部２０と外周部２１の冷却の強弱の程度、あるいは強弱の冷却を開始する時期が遅れた場合は、如何に冷却の調整を行っても凝固層２２が以前より増して大きくなり、側壁煉瓦１２に向かう対流（熔銑流れ）が強くなって側壁煉瓦１２及び炉底煉瓦１３が異常に損耗される。
従って、適正な時期に冷却を開始するためには、炉底煉瓦１３近傍の熔銑の対流伝熱係数αを求め、この対流伝熱係数αが下降し始める時点を凝固層２２の成長の開始点としこれにより冷却を開始すれば良い。
【００１０】
一方、高炉設備１０の断面は、図３に示すように、底面側から、底板１４、底板１４の上に築造された炉底煉瓦１３（黒鉛煉瓦）と、この上に付着した凝固層２２、さらにこの凝固層２２の表層にある熔銑２３という構成になっているが、この場合の対流熱量Ｑは、熔銑２３から凝固層２２、炉底煉瓦１３に伝熱され、炉底煉瓦１３に埋設した温度計Ｔ₀ 、Ｔ₁ に、それぞれの温度として測定される。ここで、Ｌ₁ は温度計Ｔ₁ の埋設位置から上向き方向の炉底煉瓦厚み、Ｌ_s は凝固層厚みを表す。
そして、温度計Ｔ₀ 、Ｔ₁ の埋設された上下間の距離をＬ₁₀（ｍ）、炉底煉瓦１３（黒鉛煉瓦）の伝熱係数をλ（ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃）として、下記の（１）式により対流熱量Ｑを求めることができる。
Ｑ＝λ／Ｌ₁₀（Ｔ₁ −Ｔ₀ ）・・・・・（１）
更に、熔銑の対流伝熱係数αを求めるには、凝固層２２の融点を１１５０℃、熔銑温度をＴ_p とすると下記の（２）式となる。
Ｑ＝α（Ｔ_p −１１５０）・・・・・（２）
なお、熔銑温度Ｔ_p は、通常１５００℃程度であるが出銑口等から熱電対により直接測定した熔銑温度を用いても良い。
前記（２）式から熔銑２３の対流伝熱係数αを下記の（３）式から求めることができる。
α＝Ｑ／（Ｔ_p −１１５０）・・・・・（３）
そして、求められた熔銑の対流伝熱係数であるα値の時経変化を見ることにより、α（ｋｃａｌ／ｍ² ・ｈｒ・℃）値が略連続して下降すると、その後に炉底煉瓦１３の上で凝固層２２が必ず成長する。この凝固層２２の成長は、図１中に示す矢印の対流（熔銑流れ）を助長して、点線で示すように側壁煉瓦１２及び炉底煉瓦１３が損耗する。
【００１１】
従って、α値が略連続して下降した場合は、底板１４に設けられ、底板１４から炉底耐火物１３を冷却する冷却管１６の調整弁１７、１８の開度を調整して冷却水を増量する。
一方、底板１４（すなわち炉底煉瓦１３）の冷却は、冷却管１６内に装着した熱抵抗体１９を、例えば熱抵抗体１９に連結した紐を引いて底板１４の中心部２０に相当する範囲に移動して底板１４の冷却効率を低くして、この部分を弱い緩慢な冷却に抑える。
また、熱抵抗体１９を設けない底板１４の外周部２１は、増量した冷却水により強冷却を行う。
また、熔銑の対流伝熱係数のα値は、３．０〜７．０(kcal/m ² ・ hr ・℃ ) の範囲となるように、前記中心部２０と外周部２１の冷却の強弱や冷却の範囲を調整する。
この理由は、α値が７．０(kcal/m ² ・ hr ・℃ ) より高くなると側壁煉瓦１２及び炉底煉瓦１３に近傍を流れる熔銑及び炉内の温度が高くなり過ぎて、熱量が必要以上に供給され操業熱量コストが上昇する。
また、α値が３．０(kcal/m ² ・ hr ・℃ ) より低くなると、α値の小さい変化や変動の無い状態であるにも係わらず凝固層２２が急激に増大することから、特に、α値が３．０(kcal/m ² ・ hr ・℃ ) 未満とならないように、中心部２０と外周部２１の冷却を行うとより好ましい結果が得られる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明の高炉の操業方法の実施例について説明する。
高炉の底部の条件として、炉底煉瓦（黒鉛煉瓦）１３の厚みを２．５ｍ（５段積み）にし、温度計Ｔ₀ を底板側から２００ｍｍ、温度計Ｔ₁ を温度計Ｔ₀ から６００ｍｍ上方の位置に埋設した。
更に、半径８．５ｍの底板１４の外周から中心部２０までの距離Ｌを２．５ｍとし、中心部２０に対応する冷却管１６内の範囲に熱抵抗体１９として断熱性セラミックパイプを内装して、弱い緩慢な冷却を行い、外周部２１に対応する冷却管１６内の範囲を強冷却範囲として冷却するドーナツ状の冷却の構成（図２）として冷却調整を行い、全冷却管１６に供給する水量を３５０ｔ／ｈｒとした。
そして、図４に示すように、対流伝熱係数α及び炉底煉瓦温度の推移を連続して測定した。対流伝熱係数αは、測定を開始してから約５０日目から上昇し始め、これに合わせて温度計Ｔ₀ 、Ｔ₁ も上昇し、計算により求めた凝固層２２も減少した状態であり、炉壁煉瓦１２の温度の大きな変化は無かった。
その後、対流伝熱係数αが連続して下降し始め、３．０(kcal/m ² ・ hr ・℃ ) 以下に近くなったので、凝固層２２の成長を抑制するために、中心部２０の冷却をより弱い緩慢な冷却に調整した。
その結果、対流伝熱係数αが略３．５(kcal/m ² ・ hr ・℃ ) 以上に保持され、温度計Ｔ₀ 、Ｔ₁ の温度も安定し、極端な凝固層２２の生成が防止されており、炉壁煉瓦１２の温度の大きな変化（異常な損耗）を回避できた。
【００１３】
これに対して、図４中の点線は、対策を実施しない従来の場合であり、対流伝熱係数αが下降し始め、１２５日程度経過した頃から急激に凝固層が生成し、側壁煉瓦の温度が上昇して側壁煉瓦の異常な損耗が発生した。
【００１４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、炉底煉瓦１３の冷却について、冷却管１６を多重管にして中心部２０を空冷し、外周部２１を水冷にするか、あるいは中心部２０の誘導加熱装置により保熱や加熱をすることができる。
また、熔銑温度を求める方法は、出銑中の熔銑温度を測定するか、あるいは出銑口から熱電対を挿入して直接測定した値を用いることができる。
更に、熱電対等により測定された熔銑温度を指標にして、この熔銑温度が低下する場合に中心部２０の冷却を弱く緩慢にし、外周部２１の冷却を強化する等の冷却の調整を行うこともできる。
また、温度計Ｔ₀ 、Ｔ₁ は、複数の温度計を埋設し、温度計を熱伝対にしても良く、埋設場所も任意の位置にすることができる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１、２記載の高炉の操業方法は、高炉の炉底煉瓦内に少なくとも二個の温度計を埋設して該温度計の値から、熔銑の対流伝熱係数を求め、該対流伝熱係数から前記炉底煉瓦の冷却を調整するので、炉底煉瓦の冷却を適正に調整して炉底煉瓦及び側壁煉瓦の損耗を防止することができる。
【００１６】
また、請求項１記載の高炉の操業方法は、前記熔銑の対流伝熱係数から前記炉底煉瓦方向の熔銑の対流伝熱係数の範囲を決定し、前記炉底煉瓦方向の熔銑の対流伝熱係数が下限値未満とならないように、前記炉底煉瓦の冷却を調整するので、炉底煉瓦及び側壁煉瓦の損耗を安定かつ確実に防止できる。
【００１７】
請求項２記載の高炉の操業方法は、前記炉底煉瓦の冷却を前記炉底煉瓦の中心部とその外周部で調整するので、炉底煉瓦の冷却の範囲を制御して、凝固層の生成を効果的に抑制して煉瓦の損耗の原因を無くして、炉底煉瓦及び側壁煉瓦の損耗をより安定かつ確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高炉の操業方法を適用する高炉設備（炉下部）の断面図である。
【図２】同高炉設備の底部の平面図である。
【図３】高炉の炉下部の温度計の位置と熱伝達を説明する概略図である。
【図４】本発明の実施例と従来例との比較を表すグラフである。
【符号の説明】
１０高炉設備（炉下部）１１鉄皮
１２側壁煉瓦１３炉底煉瓦
１４底板１５基盤
１６冷却管１７調整弁
１８調整弁１９熱抵抗体
２０中心部２１外周部
２２凝固層２３溶銑
Ｔ₀ 温度計Ｔ₁ 温度計

Claims

高炉の炉底煉瓦内に少なくとも二個の温度計を埋設して該温度計の値から、熔銑の対流伝熱係数を求め、該対流伝熱係数から前記炉底煉瓦の冷却を調整する高炉の操業方法において、
前記熔銑の対流伝熱係数を３．０〜７．０ (kcal/m ² ・ hr ・℃ ) とし、前記対流伝熱係数が３．０ (kcal/m ² ・ hr ・℃ ) 未満にならないように、前記炉底煉瓦の冷却を調整することを特徴とする高炉の操業方法。
前記炉底煉瓦の冷却が前記炉底煉瓦の中心部と外周部で調整されることを特徴とする請求項１記載の高炉の操業方法。