JP3745538B2 - 高炉の操業方法 - Google Patents
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Description
【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、Ls 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Tp とすると下記の(2)式となる。
Q=α(Tp −1150) ・・・・・(2)
なお、熔銑温度Tp 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/(Tp −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 (2)
- 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。
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