JP4181075B2

JP4181075B2 - 高炉炉床部温度レベルの早期検知方法

Info

Publication number: JP4181075B2
Application number: JP2004078263A
Authority: JP
Inventors: 和也国友; 浩一横山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: JP2005264229A

Description

本発明は、高炉炉床部の温度レベルの変動に伴う操業トラブルを早期に回避し、安定した高炉操業を可能とする高炉炉床部温度レベルの早期検知方法に関するものである。

高炉操業においては、炉内に鉄鉱石、コークス、その他石灰石などの副原料原料を充填し、炉の下部から熱風を吹き込んでコークスを燃焼させ、発生した熱と還元ガスにより鉄鉱石を還元して溶銑を得、炉下部から溶銑及び溶滓として取り出している。コークスの燃焼、鉱石の還元などにより充填物が降下するので、炉上部から上記の原料を装入して、一定の充填物レベルを維持している。

高炉操業では、このような物質収支、熱収支のバランスを保ちながら安定操業をすることが重要である。特に、高炉の炉内温度（熱レベル）は、炉内の反応状況を反映し、溶銑の品質や、コークス比などに影響するため、正確に把握し、適切に制御することが極めて重要である。ところで、この炉内温度は、溶銑温度に顕著に現れることから、溶銑温度は高炉の炉内温度（熱レベル）を明確に反映し得るデータの一つと考えられており、溶銑温度を正確に計測することによって、高炉の炉内温度（熱レベル）を把握している。

この溶銑温度は、出銑口から離れたスキンマーの部位で浸漬型の熱電対により測定されている。しかし、出銑口からスキンマーまでに溶銑温度の低下があるため、例えば、特許文献１には、基端に放射温度計に接続した光ファイバーの先端部を出銑口から流出した溶銑に浸漬し、先端から入射する光によって温度を測定することによって、出銑口により近い位置での溶銑温度を測定する方法が開示されている。

一方、近年、高炉炉底部付近の鉄皮表面の高さ方向の２個所間において電位差が検出され、その電位差は高炉炉内の銑滓レベルと関係あることが知られており、非特許文献１には、炉底部および羽口上部の鉄皮表面を測定点として電位差を測定した結果、出銑の開始、終了のインターバルと測定した電位差の時間的変動との間に相関関係が認められる点が記載されている。

この現象を利用して、特許文献２には、高炉炉底レンガに、高さ方向に間隔をあけて、複数個の電位測定点を設け、電位測定点から高炉炉体外部まで伸びる導線を設け、この導線を用いて電位測定点間の電位差を測定する装置、及びこの測定された電位差に基づいて高炉内の銑滓のレベルを評価する方法が開示されている。

また、特許文献３には、高炉炉体の外壁に、高さ方向に所定間隔をおいて、複数個の検出接点を取り付け、検出接点間の電位差を測定し、この電位差が予め定めた設定値を超えたときに、銑滓生成速度を減少させる操業アクションおよび銑滓排出速度を増加させる操業アクションの少なくとも１つを実施する技術が開示されている。

特開平１０−１７６９５５号公報特開２００３−０３４８０９号公報特開３００３−１５５５０８号公報 Development & Application of New Techniques for Blast Furnace Process Control at SSAB Tunnplant Lulea Works, Ironmaking Conference Proceedings p 271-279, 1995

しかしながら、特許文献１に記載の光ファイバーを用いて溶銑温度を測定する方法では、測定装置自体が高価であり、しかも光ファイバーがすぐに溶損するため、連続的な測定は困難であり、炉床部の温度レベルを早期に検知する方法としては適切とはいえない。また、特許文献２、３に記載の方法では、電位差を指標として銑滓レベルを評価、制御することはできるが、この評価行う上では炉内温度変化はむしろ外乱とされ、高炉操業安定化にとって重要な指標である炉内温度、熱レベルとの関係は明らかにされていない。また、非特許文献１には、電位差と高炉操業に影響する操業諸因子との関係については明らかにされていない。

本発明は、上記の事情に鑑み、高炉炉床部の温度レベルの変動に伴う操業トラブルを早期に回避し、安定した高炉操業を可能とする高炉炉床部温度レベルの早期検知方法を提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。

（１）高炉炉体の外壁（鉄皮）に複数個の電位検出接点を高さ方向に所定間隔を設けて取り付け、前記検出接点間の電位差を測定し、該電位差の所定時間における移動平均値と電位差の現在値とを比較し、この差が所定の値以下となった場合は、高炉炉床部の温度レベルが低下していると判断することを特徴とする高炉炉床部温度レベルの早期検知方法。

（２）前記電位検出接点の少なくとも１個は、高炉炉床レベルに対応する外壁に取り付けられていることを特徴とする（１）に記載の高炉炉床部温度レベルの早期検知方法。

（３）前記移動平均値が４〜２４時間の移動平均値であることを特徴とする（１）または（２）に記載の高炉炉床部温度レベルの早期検知方法。

本発明の方法によれば、消耗型光ファイバー放射温度計等の高価な設備や装置によらず、高炉炉床部の温度低下を早期に予知できるので、これを回避するための適切な対策をより早く講じることができ、高炉の安定した操業を継続することが可能となる。

発明者らは、高炉における溶銑温度と炉底電位差との関係を調査するために、まず、図６に示すように、高炉１の炉床部レベルおよび羽口レベルに相当する位置で、高炉鉄皮２の周方向の対向する４カ所に電位測定点３、４を設け、それぞれ高さ方向の電位差を電圧測定装置５により測定した。電位差演算・監視装置6により、この４つの電位差の平均値を炉底電位差として求めると共に、出銑時の溶銑温度を測定し、炉底電位差と溶銑温度の時間的な推移を追跡した。その結果を図１に示す。図1は、ある時期Ａの数日間における推移を示したものであるが、図１から判るように、炉底電位差は炉内の貯銑滓のレベルにより変化するが、さらに、溶銑温度が急激に低下した場合も炉底電位差が変化する。

すなわち、炉底電位差が急激に低下した数時間後に溶銑温度が下がっていることが判る。このことから、炉底電位差は、貯銑滓量の他に、溶銑温度に反映される炉床部の温度レベルによっても変化することを見出した。

すなわち、溶銑温度が低下する数時間前に炉底電位差が低下していることから、炉底電位差により炉床部の温度レベルの低下を早期に検知できる可能性があることを見出した。

このことをさらに確認するために、炉床カーボン煉瓦の１段目上面に、熱電対を埋め込んで炉床部温度を測定し、上記炉底電位差との関係を1年余にわたって調査した。その結果を図２に示した。

図２から判るように、炉床カーボン煉瓦の温度の変化と炉底電位差の変化はよく対応しており、炉底電位差が炉床カーボン煉瓦の温度変化に先行して変化していることが判る。これらのことから、炉底電位差を把握することによって、炉床部温度レベルの変化を予測することが可能であることが確認できた。

また、図２から、炉底電位差および炉床カーボン煉瓦温度のそれぞれのレベル自体が、3月〜6月にかけての期間では、その前後の期間よりも高くなっており、これらのレベルは長期的にも大きく変化するものであり、一定の値を中心にして変動するものではないことも判る。

ここで、図1とは異なる時期Ｂの数日間における炉底電位差と溶銑温度の時間的な推移を図３に示す。この時期Ｂは、図1の時期Ａに比べて炉底電位差および溶銑温度のレベルが高い時期である。図3においても図1の場合と同様、溶銑温度が急激に低下した場合に炉底電位差が変化し、即ち、炉底電位差が急激に低下した数時間後に溶銑温度が下がっている。炉底電位差により炉床部の温度レベルの低下を早期に検知できる可能性は、これからも確認される。

しかしながら、図１の場合は、炉底電位差が０〜０．１５ｍｖ程低下すると溶銑温度が低下しているが、図３の炉底電位差、溶銑温度レベルが比較的高い期間の場合は、炉底電位差が０．２〜０．４ｍｖに低下した後に溶銑温度が低下しており、炉床温度部レベルが低下する前の炉底電位差の低下レベルがそれぞれ異なっていることが判る。

炉底電位差の低下により炉床部温度レベルの低下を予知するには、炉底電位差がどの程度低下した場合に炉床部温度レベルが、すなわち溶銑温度が顕著に低下するのかという炉底電位差の低下の基準値を明確にする必要があるが、上述のように、炉底電位差の絶対値のレベルが長期的に変動するため、定量的な基準値とするには、この長期的な炉底電位差のレベル変動の影響を排除したものとしなければならない。

発明者らは、このような影響を排除して、炉底電位差から炉床温度レベルを検知できる炉底電位差の基準値を設定できるようにするために検討を加えた。

そこで、現在の炉底電位差から、その直近の数時間の炉底電位差の平均値、すなわち炉底電位差の移動平均値を差し引いた電位差を、補正炉底電位差とし、この補正電位差と溶銑温度と関係を整理した。

図１および図３に示した期間Ａ，Ｂにおける炉底電位差と溶銑温度との関係を上記の補正炉底電位差を用い、補正炉底電位差と溶銑温度との関係としてそれぞれ図４及び図５に示した。なお、移動平均の時間は８時間とした。これらの図から判るように、補正炉底電位差が、一定値以下、例えば図４及び図５では−０．２ｍｖ以下、になった後で、溶銑温度の急激な低下が見られることが判る。

すなわち、移動平均との差として得た補正炉底電位差を用いることにより、炉底電位差、炉床温度レベルの長期的な変動（期間変動）の影響を受けることなく、炉底電位差が一定値以下に低下した場合に、炉床温度レベルの低下を検知することが可能となる。

移動平均値を採る期間は、炉底電位差の長期的な変動動向を勘案して決めればよいが、４〜２４時間とするのが好ましい。４時間未満では、出銑滓のレベル変動に伴う炉底電位差の影響が残るため、炉床部温度レベルの変化の影響を明確に検知できない。一方、２４コークス性状の変化、炉内還元状況の変化、レンガの損耗状況の変化など、時間を超えると貯銑滓レベルや炉床部温度レベル以外の要因、例えば、で直近の炉底電位差が変化している場合に、炉床温度レベルの低下を正しく検知できない可能性が大きくなる。

炉床部温度レベルの変化を検知する補正炉底電位差の基準値は、上記の例では−０．２ｍｖとしたが、この基準値は、上述のように、溶銑温度や炉床温度の実測値と炉底電位差との関係を整理することにより、高炉の構造や操業特性などの特性や変化に応じて設定することができる。

補正炉底電位差を監視し、溶銑温度の低下、すなわち炉床部温度レベルの低下が予想される場合には、還元材比の増加、送風温度の上昇などの通常の増熱アクションを早期に講ずることにより、炉熱の低下や冷え込みなどの操業のトラブルを防止することができる。

炉内容積が３２７３ｍ²の高炉の羽口レベルと、炉底底盤レベルに電位検出接点を設け、両者間の電位差（炉底電位差）を連続的に測定した。各測定時刻における電位差と、各測定時刻に対して８時間の間で求めた移動平均電位差との差を補正炉底電位差として連続的に監視した。

補正炉底電位差の値が−０．２ｍＶ以下となった場合、３〜６時間後に溶銑温度が１４７０℃を下回り、炉底温度の低下が懸念されることが判った。

このため、補正炉底電位差が−０.２ｍＶ以下となった場合には、送風温度を２０℃上昇させるアクションをとったところ、溶銑温度の日内変動の標準偏差が１５℃であったものが、７℃まで小さくなった。

期間Ａにおける炉底電位差と溶銑温度の推移を示す図である。炉底電位差とカーボン煉瓦1段上面温度平均値の推移を示す図である。他の期間Ｂにおける炉底電位差と溶銑温度の推移を示す図である。期間Ａにおける補正炉底電位差と溶銑温度の推移を示す図である。他の期間Ｂにおける補正炉底電位差と溶銑温度の推移を示す図である。本発明における電位測定点の配置の1例を示すものであり、（ａ）は、断面模式図、（ｂ）は平面模式図である。

符号の説明

１…高炉
２…鉄皮
３、４…電位測定点
５…電圧測定装置
６…電位差演算・監視装置
７…煉瓦

Claims

高炉炉体の外壁に複数個の電位検出接点を高さ方向に所定間隔を設けて取り付け、前記検出接点間の電位差を測定し、該電位差の所定時間における移動平均値と電位差の現在値とを比較し、この差が所定の値以下となった場合は、高炉炉床部の温度レベルが低下していると判断することを特徴とする高炉炉床部温度レベルの早期検知方法。
前記電位検出接点の少なくとも１個は、高炉炉床レベルに対応する外壁に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の高炉炉床部温度レベルの早期検知方法。
前記移動平均値が４〜２４時間の移動平均値であることを特徴とする請求項１または２に記載の高炉炉床部温度レベルの早期検知方法。