JP4318614B2 - Blast furnace operation method - Google Patents
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Description
本発明は、高炉の操業方法に関するものである。 The present invention relates to a method for operating a blast furnace.
高炉は、その上部から鉄鉱石および還元剤であるコークス等を装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を行わせ、銑鉄を製造するものである。高炉内で半径方向に適正なガス流速分布が得られるように炉内装入物の粒度を調整し、送風条件を適切に制御することで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応が効率よく進行し、低燃料比で効率よく操業可能となる。
高炉下部の側壁には、周方向に複数の開口すなわち羽口が形成されており、この羽口を介して、熱風炉、熱風管、熱風環状管、熱風支管を経由してきた熱風(蒸気を含んだ空気)を送風するようになっている。さらに、この羽口からは微粉炭を吹き込むようにしている。
The blast furnace is charged with iron ore and coke as a reducing agent from the upper part, and blown with hot air from the lower part to cause a series of reactions such as reduction and melting of the iron ore to produce pig iron. A series of reactions such as iron ore reduction and dissolution can be efficiently performed by adjusting the particle size of the furnace interior so that an appropriate gas flow velocity distribution in the radial direction can be obtained in the blast furnace and appropriately controlling the blowing conditions. It will be possible to operate efficiently with a low fuel ratio.
A plurality of openings or tuyere are formed in the side wall of the lower part of the blast furnace, and hot air (including steam) that passes through the hot stove, hot air pipe, hot air annular pipe, and hot air branch pipe through the tuyere. Air). Furthermore, pulverized coal is blown from this tuyere.
高炉内で羽口前には、羽口からの送風によって、いわゆる「レースウェイ」と呼ばれるコークスが著しく疎な状態で存在する空洞部分が形成されている。この羽口近傍のレースウェイでは高炉に装入されたコークスの大部分と羽口から噴射された微粉炭とが燃焼しており、炉内で必要な還元ガスと鉄鉱石等の溶解および反応に必要な熱の大部分がこの部分から供給されている。すなわち、この微粉炭はレースウエイで燃焼する燃料であると共に鉄鉱石に対する還元剤としての働きを奏するものとなっている。
レースウェイの大きさおよび形状を正確に把握することは困難であるため、従来より、高炉径方向でレースウェイ最深部と羽口との間の距離をレースウェイ深度とし、レースウェイの大きさや形状を代表する値として取り扱ってきている。
Inside the blast furnace, in front of the tuyere, a hollow portion in which coke called so-called “raceway” exists in a significantly sparse state is formed by air blown from the tuyere. In the raceway near the tuyere, most of the coke charged into the blast furnace and pulverized coal injected from the tuyere are combusting, and it is necessary to dissolve and react the necessary reducing gas and iron ore in the furnace. Most of the heat required is supplied from this part. In other words, the pulverized coal is a fuel combusted in a raceway and also serves as a reducing agent for iron ore.
Since it is difficult to accurately determine the size and shape of the raceway, the distance between the deepest part of the raceway and the tuyere in the blast furnace diameter direction is the raceway depth, and the size and shape of the raceway has been used. Has been treated as a representative value.
ところが、これら複数のレースウェイの内、ある特定のレースウェイについては、その形状が様々な原因によりいびつになったり、崩壊したりすることがあった。レースウェイが崩壊した場合、高炉内の溶銑が羽口に流れ込んで羽口破損を起こすこともあり、このような異常な状態を防ぐためには、従来より、レースウェイ崩壊を防ぐような高炉の操業方法が種々考えられてきた。
例えば、特許文献1には、羽口毎に高速度カメラを設置し、レースウェイ内の旋回コークスを撮影することで、その粒径や密度を推定し、かかる推定値を基にレースウェイファクタやペネトレーションファクタを用いてレースウェイ深度を推定し、このレースウェイ深度を基にレースウェイ内への微粉炭等の燃料の吹き込み量を調整することでその崩壊を防止するような技術が開示されている。
For example, in
しかしながら、特許文献1の技術では、燃料吹き込み量を様々に工夫したとしても、制御対象であるレースウェイの大きさや形状、すなわちレースウェイ深度が推定値であるため、適切な燃料吹き込み量の調整はできず、レースウェイのいびつ化や崩壊を防ぐことは困難であった。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、実測したレースウェイの深度をもとに、レースウェイの崩壊を防ぐべく羽口からの燃料吹き込み量を調整することを特徴とする高炉の操業方法を提供することを目的とするものである。
However, in the technique of
Accordingly, in view of the above problems, the present invention provides a method for operating a blast furnace characterized by adjusting the amount of fuel injected from the tuyere to prevent the raceway from collapsing based on the actually measured depth of the raceway. It is intended to provide.
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、下部周方向に複数の羽口が設けられ且つこの羽口の近傍にレースウェイが形成されている高炉の操業方法において、実測したレースウェイの最深部までの距離をもとに、レースウェイの崩壊又は縮小を防ぐべく羽口からの燃料吹き込み量を調整することを特徴とする。
この技術的手段によれば、実測したレースウェイの深度をもとに、羽口からの燃料吹き込み量を調整することで、レースウェイの崩壊又は縮小、延いては羽口破損を防ぐことができるようになる。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
That is, the technical means for solving the problems in the present invention is a method of operating a measured raceway in a blast furnace operating method in which a plurality of tuyere are provided in the lower circumferential direction and a raceway is formed in the vicinity of the tuyere. Based on the distance to the deepest part, the fuel injection amount from the tuyere is adjusted to prevent the raceway from collapsing or shrinking.
According to this technical means, by adjusting the fuel injection amount from the tuyere based on the actually measured depth of the raceway, it is possible to prevent the raceway from collapsing or shrinking, and further to the tuyere damage. It becomes like this.
詳しくは、本願発明者は、図2や図3に示すような、羽口からの燃料吹き込みの有無、羽口からの送風量及びレースウエイの形状変化の関係を見いだしており、燃料吹き込み量を早期に減少または遮断することにより、レースウエイの崩壊を防ぎうることを明らかにしている。したがって、レースウエイ深度を実測しつつ、前記関係を用いることで、対象レースウエイの崩壊や縮小を防ぐことが可能となる。なお、レースウエイ深度が推定値ではなく実測値であるため、効果的且つ確実にレースウエイのいびつ化を防ぐことが可能となる。 Specifically, the inventors of the present application have found the relationship between the presence or absence of fuel injection from the tuyere, the amount of air blown from the tuyere, and the change in the shape of the raceway as shown in FIG. 2 and FIG. It is shown that raceway collapse can be prevented by reducing or blocking early. Therefore, it is possible to prevent the target raceway from collapsing or shrinking by using the above relationship while actually measuring the raceway depth. Since the raceway depth is not an estimated value but an actually measured value, it is possible to effectively and reliably prevent the raceway from becoming distorted.
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記高炉の減風過程で羽口からの送風量を減じる際に、燃料吹き込み量を調整することを特徴とする。
高炉の一時的な休止等に伴い羽口からの送風量を減じる際、すなわち減風工程において、レースウエイの崩壊が起こりやすいことが現場の実績として判明しているが、この技術的手段を用いることで、実測したレースウェイの深度をもとに、羽口からの燃料吹き込み量を調整し、レースウェイの崩壊又は縮小、延いては羽口破損を防止することが可能となる。
Further, the technical means for solving the problems in the present invention is characterized in that the amount of fuel blown is adjusted when the amount of air blown from the tuyere is reduced in the blast furnace air reduction process.
Although it has been found as a track record in the field that raceway collapse is likely to occur when the air flow from the tuyere is reduced due to temporary cessation of the blast furnace, that is, in the wind reduction process, this technical means is used. Thus, the fuel injection amount from the tuyere is adjusted based on the actually measured depth of the raceway, and the raceway can be prevented from collapsing or shrinking, and further, the tuyere breakage.
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記羽口から吹き込まれる燃料は粉炭であって、前記レースウェイ最深部までの距離が減少しつつある際に、羽口からの粉炭吹き込み量を減ずる又は遮断することを特徴とする。
この技術的手段によれば、微粉炭吹き込み量を早期に減少または遮断することにより、レースウエイ深度の減少、すなわちレースウエイの崩壊又は縮小を防ぎうることが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記羽口から吹き込まれる燃料は粉炭であって、前記レースウェイ最深部までの距離を維持するべく必要な粉炭吹き込み量の上限を予め求めておき、この上限量を基にして、羽口からの粉炭吹き込み量を減ずる又は遮断することを特徴とする。
Further, the technical means for solving the problem in the present invention is that the fuel blown from the tuyere is pulverized coal, and when the distance to the deepest part of the raceway is decreasing, the pulverized coal is blown from the tuyere. It is characterized by reducing or blocking the amount.
According to this technical means, it is possible to prevent the raceway depth from being reduced, that is, the raceway from being collapsed or reduced, by reducing or blocking the amount of pulverized coal injection at an early stage.
Further, the technical means for solving the problem in the present invention is that the fuel injected from the tuyere is pulverized coal, and an upper limit of the amount of pulverized coal injection necessary to maintain the distance to the deepest part of the raceway is obtained in advance. In addition, on the basis of the upper limit amount, the amount of pulverized coal blown from the tuyere is reduced or blocked.
この技術的手段によれば、予め求めておいた粉炭吹き込み量の上限量をもとに、羽口からの粉炭吹き込みを減少又はシャットダウンすることで、レースウェイの崩壊又は縮小、延いては羽口破損を防止することが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記レースウェイの深度は、
前記レースウェイの最深部に向けて周波数変調された送信波を羽口を介して送信する送信工程と、前記送信波がレースウェイの最深部で反射することで生じる最深部反射波と、最深部以外で反射することで生じる非最深部反射波とを受信する受信工程と、前記受信工程で得られた各反射波に含まれている所定の円偏向波を選択的に除去する円偏向波選択工程と、前記円偏向波選択工程の出力と前記送信波とを重ね合わせビート波を発生させるビート波発生工程と、前記ビート波内に含まれる非最深部反射波を除去するための帯域除去工程と、前記帯域除去工程の出力をフーリエ変換し、周波数スペクトルを導出するフーリエ変換処理工程と、前記周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部までの距離を算出する距離算出工程とを経て実測されることを特徴とする。
According to this technical means, by reducing or shutting down the pulverized coal injection from the tuyere based on the upper limit of the pulverized coal blowing amount obtained in advance, the raceway collapses or shrinks, and eventually the tuyere It becomes possible to prevent damage.
The technical means for solving the problems in the present invention is that the depth of the raceway is:
A transmission step of transmitting a transmission wave that is frequency-modulated toward the deepest part of the raceway through the tuyere, a deepest part reflected wave that is generated when the transmission wave is reflected at the deepest part of the raceway, and a deepest part A receiving step for receiving a non-deepest part reflected wave generated by reflection at a point other than the above, and a circularly polarized wave selection for selectively removing a predetermined circularly polarized wave included in each reflected wave obtained in the receiving step A beat wave generating step for generating a beat wave by superimposing an output of the circularly polarized wave selecting step and the transmission wave, and a band removing step for removing the non-deepest part reflected wave included in the beat wave And a Fourier transform processing step for deriving a frequency spectrum by performing Fourier transform on the output of the band removal step, and a distance calculating step for calculating a distance from the distribution of the frequency spectrum to the deepest part of the raceway. Is the fact characterized.
この技術的手段によれば、送信工程で、レースウェイの最深部に向けて周波数変調された送信波を羽口を介して送信し、受信工程で、送信波がレースウェイの最深部で反射することで生じる最深部反射波と、最深部以外で反射することで生じる非最深部反射波とを受信し、円偏向波選択工程で、受信工程で得られた各反射波に含まれている所定の円偏向波を選択的に除去し、ビート波発生工程で、円偏向波選択工程の出力と前記送信波とを重ね合わせビート波を発生させ、帯域除去工程で、ビート波内に含まれる非最深部反射波を除去し、フーリエ変換処理工程で、帯域除去工程の出力をフーリエ変換することで周波数スペクトルを導出し、距離算出工程で、周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部までの距離を算出するとにより、レースウェイ深度を実測することが可能となる。 According to this technical means, in the transmission process, a transmission wave that is frequency-modulated toward the deepest part of the raceway is transmitted through the tuyere, and in the reception process, the transmission wave is reflected at the deepest part of the raceway. And a non-deepest part reflected wave generated by reflection at a portion other than the deepest part, and a circular deflection wave selection step, and a predetermined included in each reflected wave obtained in the reception step. The circularly polarized wave is selectively removed, and in the beat wave generating process, the output of the circularly polarized wave selecting process and the transmission wave are superimposed to generate a beat wave, and the non-band included in the beat wave is generated in the band removing process. The reflected wave is removed from the deepest part, the frequency spectrum is derived by Fourier transforming the output of the band removal process in the Fourier transform process, and the distance from the frequency spectrum distribution to the raceway deepest part is calculated in the distance calculation process. Then, It is possible to actually measure the Suwei depth.
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記円偏向波選択工程は、送信波を一定方向に偏向している円偏向波とし、受信工程で得られた反射波から、前記送信波と逆方向に偏向している円偏向波を取り出すことを特徴とする。
この技術的手段によれば、レースウェイ最深部とその他の場所(例えば、熱風支管内壁面)とで2重反射し、円偏向方向が送信波と同一となっている反射波を除去することができ、測定精度を向上させることが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記帯域除去工程は、あらかじめ非最深部反射波の周波数成分を推定しておき、この周波数成分のみを除去する帯域除去フィルターにより、ビート波から前記周波数成分を除去することを特徴とする。
Further, the technical means for solving the problem in the present invention is that the circularly polarized wave selection step is a circularly polarized wave in which the transmission wave is deflected in a certain direction, and the transmission wave is transmitted from the reflected wave obtained in the reception step. A circularly polarized wave deflected in the opposite direction to the wave is extracted.
According to this technical means, it is possible to remove the reflected wave that is double-reflected at the deepest part of the raceway and other places (for example, the inner wall surface of the hot air branch pipe) and whose circular deflection direction is the same as the transmitted wave. Measurement accuracy can be improved.
Further, the technical means for solving the problem in the present invention is that the band removing step estimates the frequency component of the non-deepest part reflected wave in advance and uses a band removing filter that removes only the frequency component to generate a beat wave. The frequency component is removed from the signal.
この技術的手段によれば、レースウェイ最深部以外の場所で反射した非最深部反射波の周波数成分を推定し、この周波数成分のみを除去する帯域除去フィルタにより、ビート波から前記周波数成分を除去することができ、測定精度を向上させることが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記距離算出工程は、ビート波の周波数スペクトルの分布をもとに次式により距離を算出することを特徴とする。
According to this technical means, the frequency component of the non-deepest part reflected wave reflected at a place other than the deepest part of the raceway is estimated, and the frequency component is removed from the beat wave by the band elimination filter that removes only this frequency component. Measurement accuracy can be improved.
Further, the technical means for solving the problems in the present invention is characterized in that the distance calculating step calculates a distance according to the following equation based on the distribution of the frequency spectrum of the beat wave.
ここで、l:羽口〜レースウェイ最深部間距離、t:送信波の往復時間、T:周期、fb:ビート波周波数、F:周波数変調幅、c:送信波の速度である。
この技術的手段によれば、ビート波の周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部までの距離を測定することが可能となる。
また、本発明における課題解決のための技術的手段は、前記送信波はマイクロ波であることを特徴とする。
この技術的手段によれば、送信波がマイクロ波であるため、高温環境や粉塵、水蒸気がが多い環境、輝度の高い環境であっても、それらの影響をほとんど受けることがない。また、送信波の指向性が高いため、細い羽口から送信波を発射することが可能となる。
Here, l: distance between tuyere and raceway deepest part, t: round-trip time of transmission wave, T: period, fb: beat wave frequency, F: frequency modulation width, c: speed of transmission wave.
According to this technical means, it is possible to measure the distance from the frequency spectrum distribution of the beat wave to the deepest part of the raceway.
The technical means for solving the problems in the present invention is characterized in that the transmission wave is a microwave.
According to this technical means, since the transmission wave is a microwave, it is hardly affected even in a high temperature environment, an environment with a lot of dust and water vapor, or an environment with high luminance. In addition, since the directivity of the transmission wave is high, it is possible to emit the transmission wave from a thin tuyere.
なお、課題解決のための最も好ましい技術的手段は、周方向に複数の羽口が設けられ且つこの羽口の近傍にレースウェイが形成されている高炉の操業方法において、前記高炉の減風過程で羽口からの送風量を減じる際に、レースウェイの最深部までの距離を実測し、この実測した距離が減少しつつある際に、レースウェイの崩壊又は縮小を防ぐべく羽口からの粉炭吹き込み量を減ずる又は遮断することを特徴とする。The most preferable technical means for solving the problem is a blast furnace operating method in which a plurality of tuyere are provided in the circumferential direction and a raceway is formed in the vicinity of the tuyere. When reducing the air flow from the tuyere, measure the distance to the deepest part of the raceway, and when this measured distance is decreasing, pulverized coal from the tuyere to prevent the raceway from collapsing or shrinking It is characterized by reducing or blocking the blowing amount.
本発明によれば、実測したレースウェイの深度をもとに、レースウェイの崩壊を防ぐべく羽口からの燃料吹き込み量を調整することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to adjust the fuel injection amount from the tuyere to prevent the raceway from collapsing based on the actually measured depth of the raceway.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図を基に説明する。
高炉は、その上部から鉄鉱石および還元剤であるコークス等を装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を行わせ、銑鉄を製造するものである。
図4に示す如く、高炉1の下部の側壁2には、周方向に複数(数十個)の開口すなわち羽口3が形成されており、この羽口3を介して、熱風炉、熱風管、熱風環状管4、熱風支管5を経由してきた熱風(蒸気を含んだ空気)を吹き込むようになっている。さらに、この羽口3からは、燃料であると共に還元剤として作用する微粉炭を吹き込むようにしている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
The blast furnace is charged with iron ore and coke as a reducing agent from the upper part, and blown with hot air from the lower part to cause a series of reactions such as reduction and melting of the iron ore to produce pig iron.
As shown in FIG. 4, a plurality of (several dozen) openings or
高炉1内で羽口3前には、羽口3からの送風によって、いわゆる「レースウェイ」と呼ばれるコークスが著しく疎な状態で存在する空洞部分6が形成されている。この羽口3近傍のレースウェイ6では高炉1に装入されたコークスの大部分と羽口3から噴射された微粉炭とが燃焼しており、炉内で必要な還元ガスと鉄鉱石等の溶解および反応に必要な熱の大部分がこの部分から供給されている。
レースウェイ6の大きさおよび形状は、高炉1の状況や生産性に対して極めて重大な影響を与えると考えられているものの、操業中において、レースウェイ6の大きさや形状を正確に把握することは困難であるため、高炉1径方向でレースウェイ最深部と羽口3との間の距離をレースウェイ深度とし、レースウェイ6の大きさや形状を代表する値として取り扱ってきている。
In the
Although the size and shape of the
図1は、かかるレースウェイ6の水平断面を示したものである。通常の操業状態においては、一定の大きさや形状を維持しているレースウェイ6であっても、例えば、
(a)レースウェイ6内には、微粉炭が適宜投入されており、コークスだけの状態(オールコークス)ではない。微粉炭が投入されたことにより、一時的に炉内温度が下がることになったり、上方から降下してくるコークス量が減ることになり、そのため、特定のレースウェイ6においてはその大きさや形状がいびつになったり、崩壊したりする。
(b)数ヶ月に一度の高炉1の減風作業(高炉1内へ送風する熱風の量を減ずる作業)にあたり、羽口3からの熱風の送風を減じつつ最終的に停止することがある。その際に、ある特定のレースウェイ6がいびつになったり破壊したりすることがある。
FIG. 1 shows a horizontal cross section of such a
(A) In the
(B) In the
それを解決するために、本願発明者は、数々の実験を重ねることにより、図2、図3に示すようなレースウェイ深度の特性を発見した。
図2は、横軸にレースウェイ面積比、縦軸に偏差率を示したものであり、黒丸のデータはオールコークス状態、白丸のデータは微粉炭吹き込み状態を示したものである。
レースウェイ面積比は、レースウェイ断面積/高炉床断面積であり、この値が大きいほど、レースウェイ6の形状が大きい、換言すれば、多量の熱風が高速で吹き込まれている状態を意味する。
In order to solve this problem, the present inventor has discovered the characteristics of the raceway depth as shown in FIGS.
FIG. 2 shows the raceway area ratio on the horizontal axis and the deviation rate on the vertical axis. The black circle data shows the all coke state, and the white circle data shows the pulverized coal blowing state.
The raceway area ratio is the raceway cross-sectional area / the blast furnace cross-sectional area, and the larger the value, the larger the shape of the
偏差率は、実測レースウェイ深度/計算レースウェイ深度であり、0に近くなるほど、理論値に比べ実際のレースウェイ6の深度が小さくなり、レースウェイ6のいびつ化が進み、羽口破損に到りやすいことを示している。
図中、白丸のグラフの傾きが大きいことから、微粉炭吹き込み状態では、風量が少ない時には、レースウェイ深度が浅く羽口破損が起こり易いことがわかる。
従って、羽口径の小さい羽口3または、熱風の送風速度が小さい場合は、微粉炭吹き込み量を減量させることによってレースウェイ深度の低下を緩和でき、羽口破損を防止できる。
The deviation rate is the measured raceway depth / calculated raceway depth. The closer to 0, the smaller the
In the figure, since the slope of the white circle is large, it can be seen that in the pulverized coal blowing state, when the air volume is small, the raceway depth is shallow and the tuyere breaks easily.
Therefore, when the
図3は、羽口3からの熱風送風量とレースウェイ深度との関係を示したものであり、黒丸は微粉炭吹き込み状態における実測値で、白丸は理論計算値を示したものである。
これから判るように、羽口3からの風量が減少するにつれて、理論値との差が大きく、レースウェイ深度が極端に小さくなっている。すなわち、レースウェイ6の崩壊及び羽口破損が起こりやすい状況となる。実際に、送風量4000Nm3/min近傍で羽口3の破損が起こった例も報告されている。
従って、微粉炭の遮断タイミングを、従来よりも高風量側(例えば、送風量4000Nm3/min以上)に変更することによって、減風時での羽口破損を回避することが可能であると期待できる。
FIG. 3 shows the relationship between the amount of hot air blown from the
As can be seen, as the air volume from the
Therefore, it is expected that the tuyere breakage at the time of wind reduction can be avoided by changing the timing of shutting off the pulverized coal to a higher air volume side than the conventional one (for example, an air flow rate of 4000 Nm 3 / min or more). it can.
これらレースウェイ6に関する特性を考慮した上で、レースウェイ深度と微粉炭吹き込み量との関係を明らかにしておき、その関係を基に、レースウェイ6の崩壊又は縮小を防ぐべく、羽口3からの微粉炭吹き込み量を調整するようにする。
前記問題点(a)を解決するためには、後述のレースウェイ深度の測定装置を用いて、高炉1の周方向に複数設けられた各レースウェイ深度を実測し、図11のようにデータを整理した上で、いびつ化が進行しつつある(深度の浅い)レースウェイ6を把握しておく。
In consideration of the characteristics of these
In order to solve the problem (a), using a raceway depth measurement device, which will be described later, a plurality of raceway depths provided in the circumferential direction of the
図11は、高炉1で羽口3が取り付けられている面の水平断面を模式的に示したものであり、周方向に38個の羽口3が取り付けられていることを示していると共に、各羽口3に対応するレースウエイ6の深度が径方向の距離で示されている。径方向外側にデータ点がプロットされている、すなわちグラフが円形に近いほど、レースウエイ深度が適切であることを示している。逆に径方向内側に近いほど、レースウエイ6の崩壊が進んでいることを意味している。
高炉1の規模が、内容積1500m3の場合、レースウェイ深度は通常、1.0〜2.0mであり、その深さが1.0m以下になるような場合はレースウェイ6のいびつ化や崩壊が進んでいるものと考えられる。特に出銑口近傍のレースウェイ6は、出銑による高炉内状況の変化でレースウェイ6の形状が大きく変化しやすいものとなっている。
FIG. 11 schematically shows a horizontal cross section of the surface where the
When the scale of the
図12は、各レースウェイ深度における、各レースウエイ深度に対する熱風送風量と微粉炭吹き込み量との関係を示したものであり、図2や図3を得るような実験結果から得られるものである。例えば、レースウエイ深度を1.5mで維持したい場合は、L=1.5mの曲線に着目すれば、熱風送風量とそれに対応する微粉炭吹き込み量を得ることができるものとなっている。
L=1.5mの曲線にしたがえば、例えば、送風量6500Nm3/minの時、微粉炭吹き込み量は略60000kg/hrであるが、送風量を5500Nm3/minに減じた際には、微粉炭吹き込み量を略10000kg/hrにするとよい。
FIG. 12 shows the relationship between the hot air blowing amount and the pulverized coal blowing amount with respect to each raceway depth at each raceway depth, and is obtained from the experimental results as shown in FIGS. 2 and 3. . For example, when it is desired to maintain the raceway depth at 1.5 m, if attention is paid to the curve of L = 1.5 m, the hot air blowing amount and the corresponding pulverized coal blowing amount can be obtained.
According to the curve of L = 1.5 m, for example, when the blowing rate is 6500 Nm 3 / min, the pulverized coal blowing rate is approximately 60000 kg / hr, but when the blowing rate is reduced to 5500 Nm 3 / min, The amount of pulverized coal injection is preferably about 10,000 kg / hr.
従って、図11より判明した崩壊の可能性のあるレースウェイ6に対して、図12上で対応するレースウェイ深度の曲線を選び出し、現状の送風量に対する最適微粉炭吹き込み量を求め、その量若しくはそれ以下の量を微粉炭ランス14より吹き込むようにする。こうすることにより、過剰な微粉炭の吹き込みを防止でき、適切なレースウェイ深度を維持することが可能となる。
また、図12のようなレースウエイ深度と微粉炭吹き込み量との関係を用いずに、レースウエイ深度を常に実測しておき、その深度が浅くなりそうな(レースウエイ崩壊に到りそうな)兆候がでる直前に、微粉炭の吹き込み量を減少させるか遮断するようにしてもよい。
Therefore, the raceway depth curve corresponding to FIG. 12 is selected for the
Also, the raceway depth is always measured without using the relationship between the raceway depth and the amount of pulverized coal injection as shown in FIG. 12, and the depth is likely to be shallow (the raceway is likely to collapse). Immediately before the sign appears, the amount of pulverized coal may be reduced or blocked.
また、前記問題点(b)を解決して高炉1を一時的に休止操業するためには、高炉休止過程での減風操作時に、壊れる可能性のあるレースウェイ6、特に羽口径の小さなものに形成されているレースウェイ6の深度を実測しつつ、その距離をもとに、羽口3からの微粉炭吹き込み量を調整するようにする。
すなわち、減風操作時において、後述のレースウェイ深度の測定装置を用いて、高炉1の周方向に複数設けられた各レースウェイ6の深度を刻々実測し、いびつ化が進行しつつある(深度の浅い)レースウェイ6を把握しておく。
In order to solve the problem (b) and temporarily stop the
That is, during the wind-reducing operation, the depth of each
崩壊の起こる可能性のあるレースウェイ6については、いびつ化や崩壊が起こりそうになる前に、図12において、当該レースウェイ深度に対応する曲線を選び出し、現状の送風量に対する最適微粉炭吹き込み量を求め、その量若しくはそれ以下の量を微粉炭ランス14より吹き込むようにする。送風量が4000Nm3/min以下になる前に、微粉炭吹き込みをシャットダウンすることにより、レースウェイ崩壊を確実に防ぐことができるようになる。
前記微粉炭吹き込み減少時には、高炉1全体に吹き込む微粉炭量は一定とする必要があるため、減じた微粉炭量を他の羽口3から補うように投入するようにすることが好ましい。熱風吹き込みの減風速度は、50Nm3/min程度とするがよいことが現場の実績より判明している。
For the
When the pulverized coal blowing is reduced, the amount of pulverized coal to be blown into the
また、図12のようなレースウエイ深度と微粉炭吹き込み量との関係を用いずに、高炉の一時的な休止時の減風過程において、レースウエイ深度を常に実測しておき、その深度が浅くなりそうな(レースウエイ崩壊に到りそうな)兆候がでる直前に、微粉炭の吹き込み量を減少させるか遮断するようにしてもよい。
なお、このような高炉1の操業にあたっては、レースウェイ深度をなるべく高速且つリアルタイムで実測することが不可欠であり、かかるレースウェイ深度を推定値で代替えするような操業方法では、効果的な高炉操業は不可能である。
Further, without using the relationship between the raceway depth and the amount of pulverized coal injection as shown in FIG. 12, the raceway depth is always measured in the process of reducing the wind speed during temporary blast furnace suspension, and the depth is shallow. The amount of pulverized coal blown may be reduced or cut off just before a sign that is likely to occur (the raceway is likely to collapse).
In the operation of such a
図4は、本発明にかかる操業方法で使用するレースウェイ深度の測定装置を示すものであって、測定装置が熱風支管5の基端側に取り付けられている様子を示す断面図である。
この図に示されているように、高炉1の側壁2を形成している炉壁レンガ8に直径数センチの開口が形成され、この開口に円筒状の羽口3がはめ込まれている。羽口3は、高炉1下部の全周にわたってほぼ等間隔で設けられているものであり、この羽口3に熱風支管5が差し込まれるように配置されている。
熱風支管5は、羽口3に差し込まれているブローパイプ10と、このブローパイプ10の基端側で略垂直に突出している下部ベンド11と、それに延設された上部ベンド12とからなり、この上部ベンド12が、熱風環状管4に連結されている。各部材は熱風が通風するように中空となっており、内面13は耐火物でライニングされている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a raceway depth measuring device used in the operation method according to the present invention, in which the measuring device is attached to the proximal end side of the hot
As shown in this figure, an opening having a diameter of several centimeters is formed in a
The hot
前記ブローパイプ10には、高炉1内に還元剤である微粉炭を噴射するための微粉炭ランス14(微粉炭投入用パイプ)が複数設けられていると共に、ブローパイプ10の基端側には開口部15が形成されている。
本測定装置は、図4に示す如く、装置本体17と、それから延びる導波管18と、導波管18の先端に設けられた円柱状のアンテナ19と、前記装置本体17からの出力結果を表示する表示器20とを有している。
アンテナ19は、マイクロ波である送信波を効率よく前方に発射するために、その内部には円錐状の凹部21が形成されており、図10に詳しく示すように、ブローパイプ10の基端側に形成された開口部15に羽口メガネ16が設けられ、この羽口メガネ16に隣接するようにアンテナ19は配置されるものとなっている。なお、当該アンテナ19は、羽口メガネ16に嵌入されるように設けられてもよく、前記ブローパイプ10の基端側に形成された開口部15に直接嵌入するように配置され、羽口3と一体となっていても問題はない。
The
As shown in FIG. 4, the present measuring apparatus shows an output result from the apparatus
The
装置本体17で発生された送信波は、導波管18により導かれ、当該アンテナ19からブローパイプ10及び羽口3の開口を通じてレースウェイ6の最深部7へ向けて発射される。発射された送信波は、レースウェイ最深部7で反射され戻ってきた後、アンテナ19で受信されて導波管18を介して装置本体17へと導かれるようになっている。
装置本体17内では、送信波と、反射波(受信波)とを利用して、羽口3からレースウェイ最深部7までの距離を算出するようにしている。
算出されたレースウェイ深度やそれに関連する情報(例えば、後述する周波数スペクトル等)は、表示器20に出力される。表示器20では、各種情報をグラフィック化して表示することが可能である。
A transmission wave generated in the apparatus
In the apparatus
The calculated raceway depth and information related thereto (for example, a frequency spectrum described later) are output to the
図5は、装置本体17の構成を示したものである。すなわち、本発明にかかる測定装置は、レースウェイ6の最深部7に向けて周波数変調された送信波を送信する送信部23を有しており、この送信部23は、測定に用いるマイクロ波を発生させるマイクロ波発生部24と、前記マイクロ波に周波数変調をかける周波数変調部25と、導波管18と、アンテナ19とを備えている。
また、前記送信波がレースウェイ6の最深部7で反射することで生じる最深部反射波と、最深部7以外で反射することで生じる非最深部反射波とを受信する受信部26を有しており、この受信部26はアンテナ19と導波管18とから構成されている。
FIG. 5 shows the configuration of the apparatus
In addition, a receiving
加えて、受信部26で得られた各反射波に含まれている所定の円偏向波を選択的に除去する円偏向波選択部31と、前記円偏向波選択部31の出力と前記送信波とを重ね合わせビート波を発生させるビート波発生部27と、前記ビート波内に含まれる非最深部反射波を除去するための帯域除去部28と、前記帯域除去工程の出力をフーリエ変換し、周波数スペクトルを導出するフーリエ変換処理部29と、前記周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部7までの距離を算出する距離算出部30とを有している。
この測定装置は、多数設けられている羽口3の複数箇所、あるいは全てに取り付けてよく、1つの測定装置を各羽口3毎に順次移動させつつ計測を行うようにしてもよい。
In addition, a circular deflection
This measuring device may be attached to a plurality of or a plurality of
なお、この測定装置は、高温(900〜1200℃) の熱風支管5の基端側に設置されるため、熱風支管5や高炉1本体からの輻射熱や伝導による熱を受けることになる。しかしながら、羽口3と一体に設けられたアンテナ19と、電子部品等から構成され熱に弱い装置本体17とが、導波管18により隔離される構成となっているため、装置本体17に冷却手段を設けたりする必要がなく、製造コストの低減化が図れるものとなっている。
次に、本計測装置における信号処理について、図5、図6に基づいて説明する。
まず、前記送信部23において、発生させたマイクロ波に周波数変調をかけて送信波とし、この送信波をアンテナ19からブローパイプ10及び羽口3を介して、レースウェイ最深部7に発射する。(送信工程、S61)
詳しくは、ガンダイオード等の半導体素子から構成されるマイクロ波発生部24によりマイクロ波を発生させ、このマイクロ波に周波数変調部25により、のこぎり波となるとように周波数変調をかける。ここで言う周波数変調とは、「時間に比例して周波数が一定の変化をする」ような制御を行うことである。周波数変調をかけられたマイクロ波は周波数変調連続波(FM−CW)となる。
In addition, since this measuring apparatus is installed in the base end side of the hot
Next, signal processing in this measurement apparatus will be described with reference to FIGS.
First, in the
More specifically, a microwave is generated by a
この周波数変調連続波は送信波として、導波管18を介してアンテナ19に導かれ、そこからレースウェイ最深部7に発射されることとなる。
送信波の一部は、後述のビート波を生成するために、サーキュレータ(方向性結合器)によって後述のビート波発生部27に伝送されるようになっている。
送信部23により発射された送信波は、レースウェイ6の最深部7で反射することで生じる最深部反射波と、最深部7以外で反射することで生じる非最深部反射波とになり、受信部26、すなわちアンテナ19で受信され、導波管18により前記サーキュレータに伝送される。(受信工程、S62)
本実施形態では、最深部7以外での送信波の反射としては、ブローパイプ内壁面13、下部ベンドの開口部15、微粉炭ランスの開口部37などからの反射が挙げられる。
This frequency-modulated continuous wave is guided to the
A part of the transmission wave is transmitted to a beat
The transmission wave emitted by the
In the present embodiment, the reflection of the transmitted wave in the portion other than the
サーキュレータを通った各反射波(受信波)は、後述の円偏向波選択部31を経て、ビート波発生部27に導入される。
ビート波発生部27では、送信波と受信波とがミキシングされ、ビート波が生成されることになる。(ビート波発生工程、S64)
ビート波とは、わずかに周波数が異なる2つの波が重なり合った時に、干渉の結果発生するもので、音波の世界でいう「うなり波」のことであり、その周波数は、受信波と送信波との周波数の差であることが知られている。
Each reflected wave (received wave) that has passed through the circulator is introduced into the
In the beat
A beat wave is the result of interference when two waves with slightly different frequencies overlap, and is a “beating wave” in the sonic world. It is known that this is a difference in frequency.
このビート波の周波数が明らかになると、それを用いて、アンテナ19から発射された送信波を反射させた対象物(本実施形態の場合は、レースウェイ最深部7)までの距離を算出することができることが、物理法則から明らかになっている。ゆえに、ビート波は後述の帯域除去部28を経て、フーリエ変換処理部29において、FFT等のアルゴリズムを用いてフーリエ変換され、周波数スペクトルが求められるようになる。(フーリエ変換処理工程、S66)
求められた周波数スペクトルの一例を図8に示す。
When the frequency of the beat wave is clarified, the distance to the object (in this embodiment, the raceway deepest part 7) that reflects the transmission wave emitted from the
An example of the obtained frequency spectrum is shown in FIG.
次に、この周波数スペクトルの分布、例えばピーク値を基に、次式を用いて、レースウェイ最深部7lまでの距離を求めるようにする。(距離算出工程、S67) Next, based on the distribution of the frequency spectrum, for example, the peak value, the distance to the raceway deepest portion 7l is obtained using the following equation. (Distance calculation step, S67)
ここで、l:レースウェイ深度(羽口7〜レースウェイ最深部7間距離)、t:マイクロ波の往復時間、T:周期(周波数掃引時間)、fb:ビート波周波数、F:周波数変調幅、c:光速である。
上述のステップを行うことで、レースウェイ深度を求めることが可能となる。しかしながら、本実施形態の場合は、マイクロ波である送信波を羽口3に設けられたブローパイプ10の中空部を介して発信しているため、最深部7からの反射波である最深部反射波以外に、非最深部7、例えば、下部ベンド11や微粉炭ランス14の開口部36,37等からの反射波である非最深部反射波が受信波の中に含まれることになる。
Where l: raceway depth (distance between
By performing the above-described steps, the raceway depth can be obtained. However, in the case of this embodiment, since the transmission wave which is a microwave is transmitted through the hollow part of the
図8に示した、周波数スペクトルにおいていえば、peak2が最深部反射波に起因するビート波の周波数であって、peak1が非最深部反射波に起因するビート波の周波数である。
そこで、図8の周波数スペクトルをそのまま利用し、そのピーク値(peak1)を求め、距離算出工程により距離を求めても、レースウェイ深度とはならない。
従って、本実施形態では、あらかじめその位置(距離)がわかっている非最深部反射波の周波数成分を推定しておき、この周波数成分のみを除去する帯域除去フィルタ(バンド・エリミネイト・フィルタ又はノッチ・フィルタ)により、ビート波から前記周波数成分を除去する帯域除去工程を備えている。(S65)
詳しくは、図8のpeak1の周波数を有する非最深部反射波を除去するために、図7に示すように、peak1の周波数近傍を遮断し、peak1から離れた周波数帯はよく通過させる特性を有する帯域除去フィルタを用意し、このフィルタにビート波を通すようにしている。この帯域除去フィルタは具体的にはIC等の電子回路で構成されるアナログフィルタである。
In the frequency spectrum shown in FIG. 8,
Therefore, even if the frequency spectrum of FIG. 8 is used as it is, the peak value (peak 1) is obtained, and the distance is obtained by the distance calculating step, the raceway depth is not obtained.
Therefore, in the present embodiment, the frequency component of the non-deepest part reflected wave whose position (distance) is known in advance is estimated, and a band elimination filter (a band elimination filter or a notch filter that removes only this frequency component). A band removing step of removing the frequency component from the beat wave by a filter). (S65)
Specifically, in order to remove the non-deepest part reflected wave having the frequency of
この帯域除去工程を通過した出力波を、前述のフーリエ変換処理工程(S66)に入力した結果は、図9の如くであって、周波数スペクトルのピーク値が、最深部反射波の周波数peak2となり且つ大きく際だっており、距離算出工程を経て、レースウェイ深度が精度よく、求められることになる。
また、本実施形態の場合は、レースウェイ最深部7で反射した反射波が、例えば、ブローパイプ10内側壁2で再度反射し(2重反射し)、距離測定に誤差が生じることを防ぐために、測定装置は、サーキュレータからでた受信波が円偏向波選択部31を通り、その出力がビート波発生部27に入力されるような構成を有している。
The result of inputting the output wave that has passed through the band removal step to the above-described Fourier transform processing step (S66) is as shown in FIG. 9, and the peak value of the frequency spectrum becomes the frequency peak2 of the deepest reflected wave, and The raceway depth is obtained with high accuracy through a distance calculation step.
In the case of this embodiment, in order to prevent the reflected wave reflected by the raceway
この円偏向波選択部31では、図6に示した円偏向波選択工程S63が行われており、以下の信号処理を行うものである。
すなわち、送信波を、電界と磁界の合成ベクトルが右回りに螺旋状に進行していく波(右旋円偏向波)とし、円偏向波選択工程において、送信波と同相の右旋円偏向波の反射波を除去するようにしたものである。換言すれば、逆相の反射波のみを取り出すようにしている。
送信波が右旋円偏向波である場合、レースウェイ最深部7で反射した反射波は前記合成ベクトルが左回りとなる左旋円偏向波になるからである。これは電磁波が一度反射すると、その偏向方向が反転する性質に基づくものである。
In this circularly polarized
That is, the transmission wave is a wave in which the combined vector of the electric field and the magnetic field spirals in a clockwise direction (a right-handed circularly polarized wave). The reflected wave is removed. In other words, only the antiphase reflected wave is taken out.
This is because when the transmission wave is a right-handed circularly polarized wave, the reflected wave reflected by the raceway
この性質を用いると、最深部7で反射した送信波が、更に別の面(例えば、ブローパイプ10の内側面13)で反射した場合には、(送信波)右旋→(反射)左旋→(反射)右旋となり、送信彼と同相になってしまい、前記円偏向波選択部31で確実に除去されるものとなる。
このように、二重反射を起こした反射波を受信しないことで精度の高いレースウェイ深度測定が可能となっているものである。
なお、説明では、送信波の偏向方向を右旋回としたが、左旋回としても何ら問題はない。その際、除去すべき二重反射波の偏向方向も左旋回となる。
When this property is used, when the transmission wave reflected by the
Thus, the raceway depth can be measured with high accuracy by not receiving the reflected wave that causes double reflection.
In the description, the deflection direction of the transmission wave is a right turn, but there is no problem even if it is a left turn. At this time, the deflection direction of the double reflected wave to be removed also turns left.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
すなわち、送信波はマイクロ波に限定されるものではない。例えば、波長が多少異なる極超短波等であってもよい。
また、本実施形態では、周波数スペクトルの分布、すなわち最大ピーク値を基に、レースウェイ最深部までの計測していたが、最大ピーク値の前後に位置する複数のピーク値(極大値)を基にすると、レースウェイ空洞部を旋回しているコークスまでの距離を計測することができるようになり、レースウェイの挙動をより明らかにすることができるようになる。
The present invention is not limited to the above embodiment.
That is, the transmission wave is not limited to the microwave. For example, it may be an ultra high frequency wave having a slightly different wavelength.
Further, in the present embodiment, the frequency spectrum distribution, that is, the measurement up to the deepest part of the raceway is measured based on the maximum peak value. Then, the distance to the coke turning in the raceway cavity can be measured, and the behavior of the raceway can be further clarified.
また、本操業方法の考え方は高炉のみに限定適用されるものではなく、竪型炉であれば適用可能である。
また、レースウェイ深度を求めるために、前述の如く様々な工程S61〜S67を用いて信号処理を行っているが、円偏向波選択工程S63や帯域除去工程S65は、必ずしも必要ではなく、受信波内に含まれるノイズ(レースウェイ最深部7からの反射波以外のもの)の発生状況を鑑み、各工程S63又はS65を適宜設けるようにするとよい。
The concept of this operation method is not limited to blast furnaces, but can be applied to vertical furnaces.
Further, in order to obtain the raceway depth, signal processing is performed using the various steps S61 to S67 as described above, but the circularly polarized wave selection step S63 and the band removal step S65 are not necessarily required, and the received wave In consideration of the state of occurrence of noise (other than the reflected wave from the raceway deepest portion 7) included therein, each step S63 or S65 may be appropriately provided.
1 高炉
3 羽口
6 レースウェイ
7 レースウェイ最深部
23 送信部
26 受信部
27 ビート波発生部
28 帯域除去部
29 フーリエ変換処理部
30 距離算出部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記高炉(1)の減風過程で羽口(3)からの送風量を減じる際に、レースウェイ(6)の最深部(7)までの距離を実測し、この実測した距離が減少しつつある際には、レースウェイ(6)の崩壊又は縮小を防ぐべく羽口(3)からの粉炭吹き込み量を減ずる又は遮断することを特徴とする高炉の操業方法。 In the operation method of the blast furnace in which a plurality of tuyere (3) are provided in the circumferential direction and a raceway (6) is formed in the vicinity of the tuyere (3),
When reducing the air flow from the tuyere (3) in the blast furnace (1) wind reduction process, the distance to the deepest part (7) of the raceway (6) was measured, and this measured distance was decreasing. In some cases, the blast furnace operating method is characterized in that the amount of pulverized coal blown from the tuyere (3) is reduced or blocked to prevent the raceway (6) from collapsing or shrinking.
前記レースウェイ(6)の最深部(7)に向けて周波数変調された送信波を羽口(3)を介して送信する送信工程(S61)と、
前記送信波がレースウェイ(6)の最深部(7)で反射することで生じる最深部反射波と、最深部(7)以外で反射することで生じる非最深部反射波とを受信する受信工程(S62)と、
前記受信工程(S62)で得られた各反射波に含まれている所定の円偏向波を選択的に除去する円偏向波選択工程(S63)と、
前記円偏向波選択工程(S63)の出力と前記送信波とを重ね合わせビート波を発生させるビート波発生工程(S64)と、
前記ビート波内に含まれる非最深部反射波を除去するための帯域除去工程(S65)と、
前記帯域除去工程(S65)の出力をフーリエ変換し、周波数スペクトルを導出するフーリエ変換処理工程(S66)と、
前記周波数スペクトルの分布からレースウェイ最深部(7)までの距離を算出する距離算出工程(S67)とを経て求められることを特徴とする請求項1又は2に記載の高炉の操業方法。 The distance to the deepest part (7) of the raceway (6) is
A transmission step (S61) of transmitting a transmission wave that is frequency-modulated toward the deepest portion (7) of the raceway (6) through the tuyere (3);
Receiving step of receiving the deepest part reflected wave generated by reflecting the transmitted wave at the deepest part (7) of the raceway (6) and the non-deepest part reflected wave generated by reflecting at other than the deepest part (7) (S62),
A circularly polarized wave selection step (S63) for selectively removing a predetermined circularly polarized wave included in each reflected wave obtained in the reception step (S62);
A beat wave generating step (S64) for generating a beat wave by superimposing the output of the circularly polarized wave selecting step (S63) and the transmission wave;
A band removing step (S65) for removing the non-deepest part reflected wave included in the beat wave;
Fourier transform processing step (S66) for Fourier transforming the output of the band removal step (S65) to derive a frequency spectrum;
The blast furnace operating method according to claim 1 or 2 , characterized in that the blast furnace is obtained through a distance calculating step (S67) for calculating a distance from the distribution of the frequency spectrum to the raceway deepest portion (7).
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