JP3910347B2

JP3910347B2 - 高炉炉壁付着物厚み測定装置及び高炉の操業方法

Info

Publication number: JP3910347B2
Application number: JP2000226292A
Authority: JP
Inventors: 隆昭奥田; 孝晴大島
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2000-07-27
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: JP2002038210A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉炉体の側壁、特に高熱負荷部の炉壁部の付着物厚み測定装置及びその測定装置を用いた高炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉炉壁においては、鉄皮の内側に内部冷却機構を備えたステーブクーラーを張設して炉壁が構成されている。ステーブクーラーとしては鋳物製のものが採用されており、一般的にステーブクーラーは冷却媒体を循環させる冷却管を内部に配置した鋳鉄製であり、ステーブクーラーの炉内側表面には定型煉瓦が間隔をおいて複数段埋め込まれている。
【０００３】
また、特開平１１−２９３３１２号公報に開示されているように、ステーブクーラーの冷却能力を向上させるため、鋳鉄に替わって銅や銅合金を用いたステーブクーラーも採用されている。従来、これらのステーブクーラーは、高炉本体シャフト部の中上部や羽口部のような比較的負荷の低い低熱負荷部１１には鋳鉄製のステーブクーラーが採用され、高炉の炉腹部のような高熱負荷部１０には銅や銅合金製のステーブクーラーが採用され、ステーブクーラーの冷却能力に応じた使い方が行われている。
【０００４】
低熱負荷部に採用される鋳鉄製のステーブクーラーは、銅及び銅合金製ステーブクーラーに比べて冷却能力が低いため、その炉内に面した部分は比較的高温の状態を保っている。このため、ステーブクーラー表面への付着物の付着は少なく、炉況の変化を察知しやすい状態にある。
【０００５】
高熱負荷部に採用されている銅及び銅合金製のステーブクーラーにおいては、冷却能力が高いことから、ステーブクーラーの温度は通常７０℃程度であり、温度変動も少ないという特徴がある。
【０００６】
このため、高熱負荷部に採用される銅及び銅合金製のステーブクーラーの表面には炉内の溶融物の凝着や鉄鉱石粉からなる付着物が付着し、この付着物が成長してステーブクーラー本体を熱衝撃や磨耗から守るセルフライニング現象が生じる。このセルフライニングによりステーブクーラーの寿命は結果的に延長される。
【０００７】
鋳鉄製ステーブクーラーにおいては、ステーブクーラー自体の温度変動を測定することによって高炉炉内の熱負荷状況を推定することができる。しかし、銅及び銅合金製ステーブクーラーはそれ自体の温度変化が小さいため、上記鋳鉄製ステーブクーラーのようにそれ自体の温度変動を元に炉内の熱負荷状況を推定することができなかった。このため、炉内の状況変化を察知することが遅れ、炉況不調に陥ったり、それを避けるためややもすると高燃料比操業となる傾向があった。
【０００８】
また、炉壁に付着した付着物が鉱石粉等の堆積等により急成長した場合には、炉内物流下降とガス流上昇を阻害し、棚吊り、スリップを誘発し、高炉の生産性を低下させるのみならず、大型付着物が脱落した場合には、羽口を破損し、高炉休風に陥ることが懸念される。
【０００９】
従って、銅及び銅合金製ステーブクーラーを使用して、高炉の安定・低燃料比操業を追求するためには、炉壁付着物の形成状況を常時監視し、層厚が増大する傾向を察知したら直ちに対処することが必要であり、そのための付着物の厚み測定装置の開発が望まれていた。
【００１０】
この付着物測定装置として特開昭５７−５７８０９号公報が開示されている。特開昭５７−５７８０９号公報には、高炉炉壁において、その炉内側まで貫通した貫通孔から温度計を挿入して、その温度計の先端を炉内側に一定長さ突出させ、この温度計によって温度を測定し、この測定値が原料装入周期に対応して周期的に変動する場合のその周期的変動の消滅を検出することにより、炉壁の付着物の有無を検出する技術が提案されている。
【００１１】
また、特開平０５−１３１３号公報には、高炉の炉壁煉瓦を多数区画に分割し、各分割位置に煉瓦層内に熱電対先端の埋め込み深さを異ならせて設けた２個の熱電対温度計を設置し、こられの温度測定値から演算により、付着物厚さを求める装置が提案されている。
【００１２】
また、特開平０８−８１７０７号公報には、高炉炉壁の耐火物厚さ方向に複数の温度測定部を有し、そのうち少なくともひとつが高炉内に突出し、少なくともひとつが耐火物内に位置するように配置して、各温度測定値の時系列的データーを周波数解析し、その解析結果について、所定値以上の周波数成分の変動強度を抽出し、耐火物内に位置する測定部の変動強度に基づいて、各測定部が付着物中にあるか否かを判定する検出方法と装置が提案されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭５７−５７８０９号公報に記載されたような方法では、温度計の先端を炉内に突出させているため、先端が炉内の高温度に曝され、また降下する鉱石やコークスの磨耗を受け、温度計の寿命が短い。また、付着物の厚さは温度計の突出長さ以上になったときわかるだけで付着物の厚さを連続的に測定することができない。
【００１４】
特開平０５−１３１３号公報に記載の装置では炉壁を構成する耐火物内に複数の温度計を埋め込んで付着物厚みを測定するもので、銅及び銅合金製ステーブクーラー方式の場合は炉壁に耐火物を使用しないので、採用することができない。
【００１５】
特開平０８−８１７０７号公報では、高度な信号処理を有する上、炉内に突出する測定部は大きな温度変動するが付着物および耐火物内で急激に小さくなる温度変動の特性を利用して炉壁の付着物厚みを測定するため、炉壁に耐火物を使用しない銅および銅合金製ステーブクーラー方式の炉壁には採用できない。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上に記載した課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
（１）高炉炉壁に付着した付着物厚みを測定する測定装置において、耐熱・耐磨耗性材料よりなる円柱体の一方側の先端を円柱体の軸と斜交する鉛直平面１２で切断して斜切直円柱体１とし、斜切直円柱体１の他方側の面から斜切直円柱体１の軸と平行に複数の細孔６を穿孔し、細孔６に温度計５を挿嵌したことを特徴とする高炉炉壁付着物厚み測定装置。
（２）前記複数の細孔中少なくとも１つは、斜切直円柱体１を貫通した細孔であることを特徴とする上記（１）に記載の高炉炉壁付着物厚み測定装置。
（３）さらに前記斜切直円柱体を貫通した細孔に炉内ガス圧力を測定する圧力計を設置したことを特徴とする上記（２）に記載の高炉炉壁付着物厚み測定装置。
（４）前記高炉炉壁付着物厚み測定装置７を銅又は銅合金製ステーブで構成する炉壁に配設したことを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の高炉炉壁付着物厚み測定装置。
（５）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の高炉炉壁付着物厚み測定装置７を高炉炉体の円周方向及び高さ方向に複数配設し、該高炉炉壁付着物厚み測定装置７で検出する炉内圧力及び炉内ガス温度により炉壁への付着物厚みを測定するとともに高炉の炉内状況を推定することを特徴とする高炉の操業方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の付着物厚み測定装置７を高炉高熱負荷部１０に配置した実施例、図２は本発明の実施例を示す付着物厚み測定装置を示す部分断面図、図３は付着物厚み測定装置７の斜視外観図、図４は細孔６の配置図であって（ａ）は図２のＡ−Ａ矢視図、（ｂ）は別の実施例、図５は本発明の付着物厚み測定装置による温度測定例で高炉炉内が通常状態の場合、図６は本発明の付着物厚み測定装置による温度測定例で付着物が成長しはじめるときの温度変化例である。
【００１８】
図１において、高炉炉体のうち高熱負荷部１０に採用された銅および銅合金製ステーブクーラー２部に本発明の付着物厚み測定装置７を設置したものであり、高炉の高熱負荷部１０に周囲方向に所定の間隔をあけて配置しており、かつ、炉高方向にも複数段（図１では３段）配置している。図１において、低熱負荷部１１には鋳鉄製のステーブクーラー２ａが配置されている。
【００１９】
図２に本発明の付着物厚み測定装置７を設置した取り付け部の詳細を示す。図２において、銅および銅合金製ステーブクーラー２の間に本発明の炉壁構造を採用したものである。図２はその断面図を示し、図３は本発明の付着物厚み測定装置７の斜視外観図を示す。耐熱・耐磨耗性材料よりなる円柱体の一方側の先端を円柱体の軸と斜交する鉛直平面１２で切断して斜切直円柱体１を形成する。この斜切直円柱体１の他方の側の面から複数の細孔６を穿孔する。複数穿孔した細孔６のうち、１つの細孔６−５については斜切直円柱体１を貫通している。この貫通した細孔６−５に圧力計を設置しこの圧力計により炉内圧力を検出するようにしている。残りの細孔（６−１〜６−４）は鉛直平面１２の近くまで穿孔されているが貫通はしていない。斜切直円柱体１の一方の面（鉛直平面１２）が円柱体の軸に対して斜面となっているので、穿孔した細孔６はその穿孔長さが細孔６−４から細孔６−１に向けて順次短くなっている。そしてこの貫通していない細孔６に温度計５を挿嵌する。図２においては細孔６−１及び細孔６−４に温度計５を挿嵌した状況が示されている。このように構成した斜切直円柱体１を炉外から炉内に向けて挿入する。挿入の際、傾斜面（鉛直平面１２）を側方に向けて挿入する。また、細孔６は炉の円周方向に等間隔で穿孔する。このような構成で、付着物厚み測定装置となっている。
【００２０】
斜切直円柱体１に用いる耐熱・耐磨耗性材料としては、セラミックスあるいは耐熱鋳鋼（ＳＣＨ２２等）等を用いることができる。斜切直円柱体１の斜切面を鉛直平面としたのは、鉛直にすることによって付着物厚み測定装置７の上面に炉内容物が堆積しないようにすることができるからである。
【００２１】
図２において付着物４として記載しているように、銅および銅合金製ステーブクーラー２の表面には通常時には付着物４が付着し、付着物厚み測定装置７の先端部は付着物に覆われず炉内容物に接近している。細孔先端部が付着物４に覆われた部位に位置する細孔（図２においては細孔６−１）に配設された温度計５の指示値は低く、温度変動も少ない。一方、細孔先端部が付着物４に覆われず炉内容物に接近している部位の細孔（図２においては細孔６−２〜６−４）に配置された温度計５では炉内の温度変化を敏感に検知する。
【００２２】
図４に細孔６の配置の例を示す。図４（ａ）は図２のＡ−Ａ矢視図であり、細孔６を一列横方向に等間隔で配置したものである。図４（ｂ）は細孔６を斜切直円柱１の円周に配置したものである。複数の付着物厚み測定装置７を炉の円周方向、高さ方向に等間隔で配置できればいずれの方法を用いてもよい。
【００２３】
図５は細孔６−１から細孔６−４に挿嵌した温度計５により測定した温度変化例を示したものである。横軸は時間、縦軸は温度を示す。Ｔ１〜Ｔ４はそれぞれ細孔６−１〜細孔６−４に挿嵌した温度計で測定した測定値である。温度測定値Ｔ１においては温度の時間変動が少なく、Ｔ２では温度変動が大きい。このことから、炉壁に付着した付着物４の炉内側表面位置が細孔６−１の先端部（図２のＬ１）と細孔６−２の先端部（図２のＬ２）の間にあることが推定できる。このように細孔の穿孔長さを予め図２のように設定しておけば、前記した測定値から付着物４の炉内側表面位置はＬ１とＬ２の間にあり、付着物厚みが推定される。
【００２４】
図６は図５と同様に各温度計の温度変化を記録したものであり、炉内付着物が急に成長し始めるときの温度状態を示す。細孔６−３の温度計５および細孔６−４の温度計５の先端位置付近まで炉内付着物が成長すると、図６に示すＴ３およびＴ４の温度が急激に下降し、同時に温度変動が小さくなる。これより、炉内付着物が鉱石粉の付着、堆積により急に成長したことを推定でき、このまま放置すれば、やがて炉内の物流降下を阻害し、ガス流れを阻害し炉況不調を招くことになる。このような大きな付着物４が剥離すると、羽口の破損を誘発して、休風を余儀なくされるだけでなく、対処が遅れると冷え込みの原因となる可能性が懸念される。本発明の付着物厚み測定装置７によって付着物４の成長が検出された際には、迅速に対応を行うことによって休風や冷え込みを未然に防止することができる。
【００２５】
さらに、本発明の付着物厚み測定装置７を高炉炉体の円周方向と高さ方向に複数箇所設置することで、高熱負荷部１０全体の付着物の厚みを監視すると同時に炉内ガス温度と炉内ガス圧力を測定して、炉内ガス温度の異常変化や高さ方向のガス圧力差の異常変動を遅滞なく検知し、迅速に改善することで、高炉の安定操業を維持でき、また、低燃料比を追及して溶銑の製造コストも低減できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の付着物厚み測定装置によって銅または銅合金製ステーブクーラーの表面に成長した付着物の成長の状況を常時監視し、異常成長を敏感に検知できるので、炉内の変動をいち早く推定することができる。また、炉況の変化を遅滞なく検知して迅速に対応できるので、高炉の安定操業を維持でき、さらに、低燃料比を追及して溶銑の製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の付着物厚み測定装置を高炉高熱負荷部に配置した状況を示す高炉の部分断面図である。
【図２】本発明の付着物厚み測定装置を示す部分平面断面図である。
【図３】本発明の付着物厚み測定装置の斜視外観図である。
【図４】本発明の付着物厚み測定装置における細孔の配置図であって（ａ）は図２のＡ−Ａ矢視図、（ｂ）は別の実施例である。
【図５】本発明の付着物厚み測定装置による温度測定例であり、高炉炉内が通常状態の場合である。
【図６】本発明の付着物厚み測定装置による温度測定例であり、付着物が成長しはじめるときの温度変化例である。
【符号の説明】
１斜切直円柱体
２銅または銅合金製ステーブクーラー
２ａ鋳鉄製ステーブクーラー
３鉄皮
４付着物
５温度計
６細孔
７付着物厚み測定装置
８断熱材
１０高熱負荷部
１１低熱負荷部
１２鉛直平面
Ｔ温度測定値

Claims

高炉炉壁に付着した付着物厚みを測定する測定装置において、耐熱・耐磨耗性材料よりなる円柱体の一方側の先端を円柱体の軸と斜交する鉛直平面で切断して斜切直円柱体とし、該斜切直円柱体の他方側の面から該斜切直円柱体の軸と平行に複数の細孔を穿孔し、該細孔に温度計を挿嵌したことを特徴とする高炉炉壁付着物厚み測定装置。
前記複数の細孔中少なくとも１つは、斜切直円柱体を貫通した細孔であることを特徴とする請求項１に記載の高炉炉壁付着物厚み測定装置。
さらに前記斜切直円柱体を貫通した細孔に炉内ガス圧力を測定する圧力計を設置したことを特徴とする請求項２に記載の高炉炉壁付着物厚み測定装置。
前記高炉炉壁付着物厚み測定装置を銅又は銅合金製ステーブで構成する炉壁に配設したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高炉炉壁付着物厚み測定装置。
請求項１乃至３のいずれかに記載の高炉炉壁付着物厚み測定装置を高炉炉体の円周方向及び高さ方向に複数配設し、該高炉炉壁付着物厚み測定装置で検出する炉内圧力及び炉内ガス温度により炉壁への付着物厚みを測定するとともに高炉の炉内状況を推定することを特徴とする高炉の操業方法。