JP4869620B2

JP4869620B2 - 熱風炉送風システム

Info

Publication number: JP4869620B2
Application number: JP2005113770A
Authority: JP
Inventors: 俊司松本; 治幸遠山; 茂治若林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2025-04-11
Also published as: JP2006291293A

Description

本発明は、製鉄工場に配設された高炉の熱風炉を通過する送風流量を高精度に計測できる熱風炉送風システムに関するものである。

高炉の熱風炉は、送風機から送られてきた空気を熱して高炉へ送るためのものである。また、複数の熱風炉を切替えて送風することで、高温の熱風を高炉に送ることができる。

図６は、従来の熱風炉送風システムの一例の概略構成を示す模式図である。
従来の熱風炉送風システムは、図６に示すように、４基の熱風炉１，２，３，４と、４基の熱風炉１，２，３，４へ空気を供給するための送風部５と、送風部５に接続された送風本管部６と、送風本管部６に分岐部を介して接続され、４基の熱風炉１，２，３，４へ気体を導くための送風支管部７と、４基の熱風炉１，２，３，４から高炉へ熱せられた気体を導くための熱風送風管部８とを備えている。

また、４基の熱風炉１，２，３，４の前後には、送風部５から送られる空気を切替えるための送風弁１２と熱風弁１３がそれぞれ配設されており、送風弁１２の上流側には、送風部５から送られる空気量を調整するための送風バタ弁１１がそれぞれ配設されている。
また、送風本管部６には、送風部５から送られる空気の流量を測定するための送風本管流量計２１が配設されており、送風支管部７には、４基の熱風炉１，２，３，４を通過する空気の流量を測定するための送風支管流量計３１，３２，３３，３４がそれぞれ配設されている。
さらに、送風本管流量計２１および送風支管流量計３１，３２，３３，３４には、各流量計で発生する信号を処理するためのデータ処理部１４が接続されている。

このような構成からなる従来の熱風炉送風システムでは、送風部５から送られてきた空気が送風本管流量計２１を通過して、４基の熱風炉１，２，３，４で熱風とされた後に、熱風送風菅部８を通過して高炉に送られる。

熱風炉を運転する際に、１つの熱風炉を通して熱風を高炉へ送ること（シングル送風）もできるが、２つの熱風炉を通して熱風を高炉へ送ること（パラレル送風）もできる。シングル送風の場合は、送風本管部６の空気流量を正確に測定することにより、熱風炉を通過する空気量を測定することができる。一方、パラレル送風の場合は、２つの熱風炉を通過する空気量の配分を調整することができるため、送風支管部７の空気流量を正確に測定することにより、熱風炉に蓄熱された熱を効率良く放熱することが可能となる。

熱風炉における送風の気体流量測定では、送風本管部６および送風支管部７の配管の径が大きいため、通常の場合、オリフィス式流量計やアニューバ式流量計を選定するしかない。
しかし、熱風炉の送風本管部６や送風支管部７にオリフィス式流量計やアニューバ式流量計を配設すると、測定部が詰まるおそれがあり、パージ機構、測定部を保守するための装置、および保守デッキが必要となる。さらに、装置を設置した後に測定部が詰まるため、測定部の清掃が必要となるなど、保守に大変手間が掛かるとともに保守コストが上昇するという問題があった。
さらに、各熱風炉入口の送風支管部７は配管径が大きく、かつ直管の長さが短いため、送風支管部７の空気流量を精度よく測定することは難しかった。

なお、特許文献１（特開昭５６−３８４１０号公報）には、上述した例と同様に、送風支管流量計を各熱風炉の入口の送風支管部７に取り付けて、その測定データを使用する方法が記載されている。

図７は、従来の熱風炉送風システムの他の例の概略構成を示す模式図である。
従来の熱風炉送風システムの他の例は、４基の熱風炉１，２，３，４と、４基の熱風炉１，２，３，４へ空気を供給するための送風部５と、送風部５に接続された送風本管部６と、送風本管部６に分岐部を介して接続され、４基の熱風炉１，２，３，４へ気体を導くための送風支管部７と、４基の熱風炉１，２，３，４から高炉へ熱せられた気体を導くための熱風送風管部８とを備えている。

また、４基の熱風炉の前後には、送風部５から送られる空気を切替えるための送風弁１２と熱風弁１３とがそれぞれ配設されており、送風弁１２の上流側には、送風部５から送られる空気量を調整するための送風バタ弁１１がそれぞれ配設されている。
さらに、送風本管部６には、送風部５から送られる空気の流量を測定するための送風本管流量計２１が配設されており、送風本管流量計２１には、送風本管流量計２１で発生する信号を処理するためのデータ処理部１４が接続されている。

このような構成からなる熱風炉の殆どは、送風支管部７の配管径が大きく、かつ直管の長さが短いため、空気流量を正確に測定できないことから、送風本管流量計２１のみを設け、送風支管流量計は設けられていなかった。

上述したように、従来の熱風炉送風システムでは、各熱風炉の入口に配設された送風支管部７において空気流量を精度よく測定することは難しかった。

特開昭５６−３８４１０号公報

本発明は、上述した事情に鑑みて提案されたもので、複数の熱風炉で構成される熱風炉送風システムにおいて、各送風支管部における空気流量を高精度に測定することができる熱風炉送風システムを提供することを目的とする。

本発明の熱風炉送風システムは、上述した課題を解決するため、以下の特徴を有してい
る。
すなわち、本発明の熱風炉送風システムは、製鉄工場の高炉へ熱風を供給する熱風炉送風システムにおいて、シングル送風またはパラレル送風される複数の熱風炉と、該複数の熱風炉へ気体を供給する送風部と、該送風部に接続された送風本管部と、該送風本管部に分岐部を介して接続され、前記各熱風炉へ気体を導く送風支管部と、前記複数の熱風炉から高炉へ熱せられた気体を導く熱風送風管部と、前記送風本管部において、前記送風部と前記分岐部との間、および相異なる前記分岐部間に配設された挿入型熱式マスフローメータからなる、気体の流量を測定する複数の気体流量計と、前記気体流量計それぞれで測定された値を、送風本管部における測定流量と補正流量との関係を示す送風本管流量補正折れ線に基づいて補正して気体流量計それぞれを通過する気体流量を求め、次に、前記各熱風炉の送風状態に基づいて、該求められた気体流量、または該気体流量それぞれの差分を求めて前記各熱風炉へ供給される気体の流量を算出するデータ処理部と、を具備し、該データ処理部は、前記送風部と前記分岐部との間に配設された気体流量計で測定された気体流量ｆ０を基準にし、相異なる前記分岐部間に配設された気体流量計それぞれについて、シングル送風またはパラレル送風される各熱風炉の送風状態に応じた送風管路に基づき、各気体流量計の収集したデータを比較して補正することにより、前記送風本管流量補正折れ線を導出することを特徴とするものである。

本発明の熱風炉送風システムによれば、以下のような効果を得ることができる。
本発明の熱風炉送風システムでは、熱風炉に配設する気体流量計として挿入型熱式マスフローメータを用いることにより、気体流量計を容易に取り付けることができるとともに、空気流量を容易に測定することができる。

また、熱風炉の送風本管部に気体流量計を配設し、送風本管部の気体流量に対して流量補正を行うことにより、従来の熱風炉送風システムと比較して、各熱風炉の送風支管の気体流量を正確に測定することができる。

以下、図面を参照して、本発明の熱風炉送風システムの実施形態を説明する。
本発明の熱風炉送風システムは、図２に示すように、熱風炉の送風の気体流量計として、挿入型熱式マスフローメータを用いている。挿入型熱式マスフローメータは、小型であるため取り付けが簡単であるとともに、パージ機構等の補助装置が不要である。さらに、温圧補正をする必要もない。

熱風炉を４基とした場合には、図１に示すように、送風本管流量計２１，４１，４２，４３は、４基の熱風炉１，２，３，４の入口に配設した送風支管部７に取り付けるのではなく、送風本管部６に取り付けている。このため、従来の熱風炉送風システムにおいて気体流量計を設置していた箇所と比較して、直管の長さを確保することができ、計測の精度を向上することができた。
また、送風本管流量計２１，４１，４２，４３を送風本管部６に取り付けているので、流量補正が可能となり、流量計測を向上することができた。

以下、本発明の熱風炉送風システムに関して、具体的な実施例を用いて詳細に説明する。なお、上述した従来の熱風送風システムの構成部材とほぼ同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して説明を行う。

図１は、実施例１に係る熱風炉送風システムの概略構成を示す模式図、図２は、実施例１に係る熱風炉送風システムに用いる挿入型熱式マスフローメータの概略構成を示す模式図、図３は、送風支管部における気体流量の算出手順を示すフローチャート、図４は、送風本管部における気体流量の補正手順を示すフローチャート、図５は、送風本管部における測定流量と補正流量との関係を示す説明図である。

図２に示すように、実施例１に係る熱風炉送風システムに用いる挿入型熱式マスフローメータ５１は、周囲の温度を測定する周囲温度センサ５２と、周囲温度センサ５２で計測した温度と常に一定温度差となるように制御するための流速センサ（ヒータ）５３とを備えている。

まず、挿入型熱式マスフローメータ５１における測定原理を説明する。
流速センサ（ヒータ）５３の温度が周囲温度に対して常に一定温度差となるように制御すると、流速センサ（ヒータ）５３から奪われる熱量は質量流量と相関があるため、加熱電力量から質量流量を求めることができる。したがって、挿入型熱式マスフローメータ５１では温圧補正が不要となる。

次に、挿入型熱式マスフローメータ５１を配管に取り付ける方法を説明する。
図２に示すように、配管５４にタップ（図示せず）を設け、タップから挿入型熱式マスフローメータ５１を差し込むことで、配管５４に対して挿入型熱式マスフローメータ５１を取り付けることができる。

このように、実施例１に係る熱風炉送風システムでは、配管５４に対して挿入型熱式マスフローメータ５１を容易に取り付けることができるとともに、容易に取り外すことができるため、容易に保守作業を行うことができる。また、測定部が詰まることがないため、パージ機構なども不要である。したがって、従来の熱風炉送風システムと比較して、送風本管部の気体流量および送風支管部の気体流量を簡単に計測することができる。

次に、熱風炉の送風支管部における気体流量を測定するための気体流量計の配置、および送風支管部における気体流量の算出について説明する。
実施例１に係る熱風炉送風システムは、図１に示すように、４基の熱風炉１，２，３，４と、４基の熱風炉１，２，３，４へ空気を供給する送ための送風部５と、送風部５に接続された送風本管部６と、送風本管部６に分岐部を介して接続され、４基の熱風炉１，２，３，４へ気体を導くための送風支管部７と、４基の熱風炉１，２，３，４から高炉へ熱せられた気体を導くための熱風送風管部８とを備えている。

また、４基の熱風炉１，２，３，４の前後には、送風部５から送られる空気を切替えるための送風弁１２と熱風弁１３がそれぞれ配設されており、送風弁１２の上流側には、送風部５から送られる空気量を調整するための送風バタ弁１１がそれぞれ配設されている。
また、送風本管部６には、送風部５から送られる空気の流量を測定するための送風本管流量計２１と、４基の熱風炉１，２，３，４を通過する空気の流量を測定するための送風本管流量計４１，４２，４３がそれぞれ配設されている。
さらに、送風本管流量計２１，４１，４２，４３には、各流量計で発生する信号を処理するためのデータ処理部１４が接続されている。

なお、図１に示す熱風炉送風システムでは、４基の熱風炉を用いているが、熱風炉の数は２基以上あればよい。

実施例１に係る熱風炉送風システムでは、４基の熱風炉１，２，３，４の前後にそれぞれ配設された送風弁１２と熱風弁１３とを開閉することにより、各熱風炉１，２，３，４に空気を送ることができる。

熱風炉１，２，３，４の運転方法として、１基ずつ送風を行うシングル送風と、２基ずつ送風を行うパラレル送風とがある。特に、パラレル送風では、送風弁１２の手前に配設された送風バタ弁１１を用いて、それぞれの熱風炉１，２，３，４に送る空気量を調整することができる。

送風本管流量計２１は、送風部５の出口付近に位置する送風本管部６に設置されている。また、送風本管流量計４１は、送風本管部６と熱風炉１との分岐点以降で熱風炉２の分岐点前に位置する送風本管部６に設置されている。同様に、送風本管流量計４２は、熱風炉２の分岐点以降で熱風炉３の分岐点前の送風本管部６に設置されている。さらに、送風本管流量計４３は、熱風炉３の分岐点以降に位置する送風本管部６に設置されている。
実施例１に係る熱風炉送風システムでは、送風本管流量計２１，４１，４２，４３からの信号をデータ処理部１４に取り込み、４基の熱風炉１，２，３，４を通過する送風支管流量の算出を行う。

次に、図３を参照して、送風支管部における気体流量の算出手順について説明する。なお、図３において、各ステップには「Ｓ」およびこれに続く連続番号を付してある。
以下の説明において、送風本管流量計２１を通過する空気量を送風本管流量ｆ０とし、送風本管流量計４１を通過する空気量を送風本管流量ｆ１とし、送風本管流量計４２を通過する空気量を送風本管流量ｆ２とし、送風本管流量計４３を通過する空気量を送風本管流量ｆ３とする。また、熱風炉１を通過する空気量を送風支管流量ｆ２１とし、熱風炉２を通過する空気量を送風支管流量ｆ２２とし、熱風炉３を通過する空気量を送風支管流量ｆ２３とし、熱風炉４を通過する空気量を送風支管流量ｆ２４とする。

送風支管部における気体流量を算出するには、図３に示すように、まず、ステップ６１において、熱風炉１および熱風炉２が送風状態であるか否かを判断し、熱風炉１および熱風炉２が送風状態である場合にはステップ６２に進み、熱風炉１および熱風炉２が送風状態でない場合にはステップ６３に進む。

ステップ６２では、熱風炉１を通過する送風支管流量ｆ２１、および熱風炉２を通過する送風支管流量ｆ２２を、以下の計算式（１），（２）により求める。
ｆ２１＝ｆ０−ｆ１・・・（１）
ｆ２２＝ｆ１・・・（２）
ステップ６３では、熱風炉２および熱風炉３が送風状態であるか否かを判断し、熱風炉２および熱風炉３が送風状態である場合にはステップ６４に進み、熱風炉２および熱風炉３が送風状態でない場合にはステップ６５に進む。

ステップ６４では、熱風炉２を通過する送風支管流量ｆ２２、および熱風炉３を通過する送風支管流量ｆ２３を、以下の計算式（３），（４）により求める。
ｆ２２＝ｆ１−ｆ２・・・（３）
ｆ２３＝ｆ２・・・（４）
ステップ６５では、熱風炉３および熱風炉４が送風状態であるか否かを判断し、熱風炉３および熱風炉４が送風状態である場合にはステップ６６に進み、熱風炉３および熱風炉４が送風状態でない場合にはステップ６７に進む。

ステップ６６では、熱風炉３を通過する送風支管流量ｆ２３、および熱風炉４を通過する送風支管流量ｆ２４を、以下の計算式（５），（６）により求める。
ｆ２３＝ｆ２−ｆ３・・・（５）
ｆ２４＝ｆ３・・・（６）
ステップ６７では、熱風炉１および熱風炉４が送風状態であるか否かを判断し、熱風炉１および熱風炉４が送風状態である場合にはステップ６８に進み、熱風炉１および熱風炉４が送風状態でない場合には処理を終了する。

ステップ６８では、熱風炉１を通過する送風支管流量ｆ２１、および熱風炉４を通過する送風支管流量ｆ２４を、以下の計算式（７），（８）により求める。
ｆ２１＝ｆ０−ｆ３・・・（７）
ｆ２４＝ｆ３・・・（８）
実施例１に係る熱風炉送風システムでは、熱風炉１から熱風炉４を順番に切り替えているが、その他の順番で熱風炉を切り替えて送風を行う場合にも、前述した考え方を応用することができる。

また、図示しないが、実施例１に係る熱風炉送風システムは、送風本管部６から分岐して熱風送風菅部８に冷風を送るための配管、遮断弁、調節弁を備えており、必要に応じて、前述した計算式により求めた送風支管流量から、所定の空気流量を差し引いて送風支管流量を求めることができる。

次に、図４を参照して、送風本管部における気体流量の補正手順を説明する。なお、図４において、各ステップには「Ｓ」およびこれに続く連続番号を付してある。
送風本管部における測定流量と補正流量とは、図５に示すような関係がある。したがって、送風本管流量（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を補正するには、それぞれに図５に示す送風本管流量補正折れ線を用いて、送風本管流量計４１，４２，４３から出力される送風本管流量（ｆ１、ｆ２、ｆ３）の信号をＸ軸とし、補正した送風本管流量をＹ軸として、送風本管流量を補正することができる。

また、送風本管流量計２１から出力される送風本管流量ｆ０は、直管の長さが充分にあるため正確に計測できると判断し、これを基準に送風本管流量（ｆ１、ｆ２、ｆ３）を補正する。
送風本管部における気体流量を補正するには、図４に示すように、まず、ステップ８１において、熱風炉１および熱風炉２が送風状態であるか否かを判断し、熱風炉１および熱風炉２が送風状態である場合にはステップ８２に進み、熱風炉１および熱風炉２が送風状態でない場合にはステップ８５に進む。

ステップ８２では、送風本管流量ｆ２と送風本管流量ｆ３のデータを収集し、ステップ８３に進む。
ステップ８３では、ステップ８２で収集したデータがｆ２＝ｆ３＝０となっているか否かを判断し、ｆ２＝ｆ３＝０でない場合にはステップ８４に進み、ｆ２＝ｆ３＝０である場合には補正を行わずに処理を終了する。

ステップ８４では、図５に示す補正曲線に基づいてｆ２およびｆ３の値を補正し、処理を終了する。
ステップ８５では、熱風炉２および熱風炉３が送風状態であるか否かを判断し、熱風炉２および熱風炉３が送風状態である場合にはステップ８６に進み、熱風炉２および熱風炉３が送風状態でない場合にはステップ８９に進む。

ステップ８６では、送風本管流量ｆ０、送風本管流量ｆ１、および送風本管流量ｆ３のデータを収集し、ステップ８７に進む。
ステップ８７では、ステップ８６で収集したデータがｆ０＝ｆ１、ｆ３＝０であるか否かを判断し、ｆ０＝ｆ１、ｆ３＝０でない場合にはテップ８８に進み、ｆ０＝ｆ１、ｆ３＝０である場合には補正を行わずに処理を終了する。

ステップ８８では、図５に示す補正曲線に基づいてｆ１およびｆ３の値を補正し、処理を終了する。
ステップ８９では、熱風炉３および熱風炉４が送風状態であるか否かを判断し、熱風炉３および熱風炉４が送風状態である場合にはステップ９０に進み、熱風炉３および熱風炉４が送風状態でない場合にはステップ９３に進む。

ステップ９０では、送風本管流量ｆ０、送風本管流量ｆ１、および送風本管流量ｆ２のデータを収集し、ステップ９１に進む。
ステップ９１では、ステップ９０で収集したデータがｆ０＝ｆ１＝ｆ２であるか否かを判断し、ｆ０＝ｆ１＝ｆ２でない場合にはステップ９２に進み、ｆ０＝ｆ１＝ｆ２である場合には補正を行わずに処理を終了する。

ステップ９２では、図５に示す補正曲線に基づいてｆ１およびｆ２の値を補正し、処理を終了する。
ステップ９３では、熱風炉１および熱風炉４が送風状態であるか否かを判断し、熱風炉１および熱風炉４が送風状態である場合にはステップ９４に進み、熱風炉１および熱風炉４が送風状態でない場合には処理を終了する。

ステップ９４では、送風本管流量ｆ１、送風本管流量ｆ２、および送風本管流量ｆ３のデータを収集し、ステップ９５に進む。
ステップ９５では、ステップ９４で収集したデータがｆ１＝ｆ２＝ｆ３でなければ、ステップ９６に進み、ｆ１＝ｆ２＝ｆ３であれば、補正をしないで処理を終了する。
ステップ９６では、図５に示す補正曲線に基づいてｆ１、ｆ２、およびｆ３の値を補正し、処理を終了する。

上述した送風本管流量の補正処理は、パラレル送風の場合に限って説明しているが、シングル送風の場合には、対応する補正曲線データを用いて送風本管流量（ｆ１、ｆ２、ｆ３）の補正を行うことができる。

本発明の実施例１に係る熱風炉送風システムの概略構成を示す模式図。本発明の実施例１に係る熱風炉送風システムに用いる挿入型熱式マスフローメータの概略構成を示す模式図。送風支管部における気体流量の算出手順を示すフローチャート。送風本管部における気体流量の補正手順を示すフローチャート。送風本管部における測定流量と補正流量との関係を示す説明図。従来の熱風炉送風システムの概略構成を示す模式図。従来の熱風炉送風システムの他の例の概略構成を示す模式図。

符号の説明

１，２，３，４熱風炉
５送風部
６送風本管部
７送風支管部
８熱風送風管部
１１送風バタ弁
１２送風弁
１３熱風弁
１４データ処理部
２１，４１，４２，４３送風本管流量計
３１，３２，３３，３４送風支管流量計
５１挿入型熱式マスフローメータ
５２周囲温度センサ
５３流速センサ（ヒータ）
５４配管

Claims

製鉄工場の高炉へ熱風を供給する熱風炉送風システムにおいて、
シングル送風またはパラレル送風される複数の熱風炉と、
該複数の熱風炉へ気体を供給する送風部と、
該送風部に接続された送風本管部と、
該送風本管部に分岐部を介して接続され、前記各熱風炉へ気体を導く送風支管部と、
前記複数の熱風炉から高炉へ熱せられた気体を導く熱風送風管部と、
前記送風本管部において、前記送風部と前記分岐部との間、および相異なる前記分岐部間に配設された挿入型熱式マスフローメータからなる、気体の流量を測定する複数の気体流量計と、
前記気体流量計それぞれで測定された値を、送風本管部における測定流量と補正流量との関係を示す送風本管流量補正折れ線に基づいて補正して気体流量計それぞれを通過する気体流量を求め、次に、前記各熱風炉の送風状態に基づいて、該求められた気体流量、または該気体流量それぞれの差分を求めて前記各熱風炉へ供給される気体の流量を算出するデータ処理部と、を具備し、
該データ処理部は、前記送風部と前記分岐部との間に配設された気体流量計で測定された気体流量ｆ０を基準にし、相異なる前記分岐部間に配設された気体流量計それぞれについて、シングル送風またはパラレル送風される各熱風炉の送風状態に応じた送風管路に基づき、各気体流量計の収集したデータを比較して補正することにより、前記送風本管流量補正折れ線を導出することを特徴とする熱風炉送風システム。