JP5304725B2

JP5304725B2 - 熱風炉への温度測定装置の取付け方法

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Publication number: JP5304725B2
Application number: JP2010114544A
Authority: JP
Inventors: 基樹本田; 清二吉田; 光昭久恒
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-05-18
Also published as: JP2011242251A

Description

本発明は、高炉に熱風を供給する熱風炉への温度測定装置の取付け方法に関する。

従来、高炉の付帯設備として、高炉に熱風を供給する熱風炉が知られている（例えば、特許文献１参照）。
図４に示すように、熱風炉７０は、蓄熱室７１と燃焼室７２とにより構成され、燃焼、待機、及び送風を１サイクルとして稼働している。この燃焼室７２では、下部の混合ガス供給口７３から吹込まれる高炉ガスとコークス炉ガス（又は他の高カロリーガス）との混合ガスに、下部の空気供給口７４から吹込まれる空気を混合して燃焼させ、その燃焼ガスをドーム７５を介して蓄熱室７１の内部に積まれた蓄熱レンガ７６を通過させ、これに熱を蓄えている。そして、蓄熱室７１の下部供給口７７から冷風空気を導入すると、この冷風空気は、蓄熱レンガ７６の熱を奪って９００〜１３００℃程度に昇温された後、燃焼室７２の熱風出口７８を通って高炉へと送風される。

従って、蓄熱レンガ７６の高さ方向に温度勾配が発生するため、蓄熱レンガ７６を各温度に応じた構成、即ち、常に高温となる上側位置にシリカを主成分とする珪石レンガ７９、その下方にハイアルミナレンガ８０、更にその下方に耐火粘度レンガ８１を、順次配置している。なお、珪石レンガ７９は、５００℃以下で収縮率が著しく変化するため、その下限管理温度を５５０℃としており、その温度を、多段に積上げられた珪石レンガ７９の下端部位置に、熱風炉７０の炉壁８２を貫通して設けられた温度センサー８３で測定している。
しかし、珪石レンガ７９の温度は、熱風炉７０の燃焼時には上昇し、送風時には下降する周期的な変化を繰返しており、蓄熱室７１にあっては、送風から燃焼への切替えの際に、蓄熱室７１を排圧する状態があり、この排圧時に温度センサー８３による測定温度が急激に低下する傾向にあった。

上記した測定温度の低下の原因としては、温度センサー８３の挿入孔とこれを保護する保護管との間等に生じた若干の隙間を、蓄熱室７１の方向に向かって入り込む冷風の流れ、即ち裏風が挙げられる。
温度センサー８３の先端は、測温を行う箇所に配置された珪石レンガ７９、即ちチェッカーレンガの外周面に当接しているが、温度センサー８３の先端部に、上記した裏風が流通することで、実際のチェッカーレンガの温度が下限管理温度以上となっていても、測定値が下限管理温度を下回るという、測定精度の大幅な悪化を招く恐れがあった。

そこで、本発明者らは、特許文献２に記載の熱風炉レンガ温度測定装置を提案した。具体的には、熱風炉の蓄熱室内の蓄熱レンガの外周面に当接する保護管と、この保護管内に挿入され、その先端が蓄熱レンガの外周面に当接する温度センサーと、保護管の先端部内に充填されて蓄熱レンガの外周面と接触し、蓄熱レンガの熱を温度センサーに伝達する伝熱材と、保護管と炉壁レンガとの間に充填した圧入材とを有している。

特開２００５−３２５４４６号公報特開２００７−２５５９５６号公報（図１）

しかしながら、特許文献２に記載の熱風炉レンガ温度測定装置を使用しても、上記した測定精度の悪化を招く場合があった。温度センサーの取付け時には、充圧と排圧の際、裏風が温度センサーの先端部の近傍に流れ込むことを防ぐべく、前記した圧入材を圧入しているが、熱風炉の操業中に発生する炉壁レンガの膨張収縮により、圧入材と炉壁レンガとの間に隙間が発生しており、圧入材自体に亀裂が発生し、この隙間及び亀裂を裏風が通過し、結果として測定精度の悪化を招いていた。その結果、測定精度の向上が図れず、不要な温度センサーの再挿入や圧入材の再圧入等を行わなければならず、メンテナンス性が悪かった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、熱風炉の測温を長期にわたって高精度に維持しながら蓄熱レンガの測温ができる熱風炉への温度測定装置の取付け方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）熱風炉の蓄熱室の炉壁を貫通した挿入孔内に挿入され、その先端が前記蓄熱室内の蓄熱レンガの外周面に当接又は近傍に達する保護管と、該保護管内に挿入され、その先端が前記蓄熱レンガの外周面に当接する温度センサーとを有するレンガ温度測定装置を前記炉壁に設置して、前記蓄熱室内の蓄熱レンガの温度を測定するための熱風炉への温度測定装置の取付け方法において、
前記レンガ温度測定装置を前記蓄熱室の炉壁に設置した後、前記熱風炉が、燃焼、待機、及び送風のサイクルを繰返す操業を開始し、予め設定した時間内ごと又は予め設定したサイクル数内ごとにおける前記温度センサーでの測定ピーク温度を順次求め、前回求めた該測定ピーク温度と今回求めた該測定ピーク温度との変化率が２％以下になった後に、前記保護管と前記挿入孔との空間部にシール材を充填することを特徴とする熱風炉への温度測定装置の取付け方法。

（２）前記シール材の充填時期を、前記熱風炉が前記送風の完了後から前記燃焼に切り替わる時期、又は前記待機の時期とすることを特徴とする（１）記載の熱風炉への温度測定装置の取付け方法。

本発明に係る熱風炉への温度測定装置の取付け方法は、レンガ温度測定装置を蓄熱室の炉壁に設置した後、熱風炉が操業を開始し、予め設定した時間内又はサイクル数内ごとにおける温度センサーでの測定ピーク温度を順次求め、前回求めた測定ピーク温度と今回求めた測定ピーク温度との変化率が２％以下になった後に、保護管と挿入孔との空間部にシール材を充填するので、シール材の充填時期を、炉壁の熱挙動が安定した後、即ち炉壁の膨張収縮による影響が小さくなった後に設定できる。これにより、炉壁の膨張収縮によるシール材の亀裂発生を防止できるので、裏風が保護管先端の周囲に流れ込むことを抑制、更には防止でき、結果として熱風炉の測温を長期にわたって高精度に維持できる。
また、亀裂発生を防止できるので、従来のように、温度センサーの再挿入やシール材の再圧入を行う必要がなくなり、メンテナンス性が向上する。

そして、シール材の充填時期を、熱風炉が送風の完了後から燃焼に切り替わる時期、又は待機の時期、即ち熱風炉に圧力がかかっていない時期とする場合、シール材の充填時における作業性が良好になる。

本発明の一実施の形態に係る熱風炉への温度測定装置の取付け方法を示す説明図である。同熱風炉への温度測定装置の取付け方法により取付けられた温度測定装置の先部の平断面図である。（Ａ）は実施例に係る熱風炉への温度測定装置の取付け方法を使用した場合の蓄熱レンガの温度推移を示す説明図、（Ｂ）は比較例に係る熱風炉への温度測定装置の取付け方法を使用した場合の蓄熱レンガの温度推移を示す説明図である。熱風炉の概略構成を示す縦断面図である。

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、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る熱風炉への温度測定装置の取付け方法は、熱風炉の蓄熱室１０の炉壁１１を貫通した挿入孔１２内に挿入された保護管１３と、この保護管１３内に挿入される温度センサー１４と、保護管１３と挿入孔１２の間の空間部１５に圧入するシール材１６とを有するレンガ温度測定装置１７の熱風炉への取付け方法であり、シール材１６の圧入時期（充填時期）を調整して、炉壁１１を構成する炉壁レンガ（内張りレンガ）１８の膨張収縮により、シール材１６の亀裂発生、更には、シール材１６と炉壁レンガ１８との間の間隙の発生を防止する方法である。以下、詳しく説明する。

まず、高炉の休止時（熱風炉の停止時）に、温度センサー１４を挿入した保護管１３を蓄熱室１０の炉壁１１に取付ける。
蓄熱室１０は、その炉壁１１が、鉄皮１９と、その内壁面に沿って配置された炉壁レンガ１８で構成され、この炉壁レンガ１８の内部に、耐火粘度レンガ、ハイアルミナレンガ、及び珪石レンガを順次積み重ねた蓄熱レンガ７６が配置されている（図４参照）。なお、図１、図２においては、蓄熱レンガ７６を構成する珪石レンガ（その下端部はチェッカーレンガという）のみを示している。

この蓄熱レンガ７６を構成する珪石レンガの下端部の高さ位置に対応する炉壁１１の炉壁レンガ１８には、炉壁レンガ１８を貫通する温度計挿入孔２０が形成されている。また、鉄皮１９には、温度計挿入孔２０と軸心を同一とし、この温度計挿入孔２０より大径の貫通孔２１が形成され、この貫通孔２１内に筒状の温度計挿入ガイド２２が、外側に突出した状態で、フランジ部２３により取付け固定されている。なお、温度計挿入ガイド２２の内径は温度計挿入孔２０の径と同一であり、この温度計挿入ガイド２２の内孔と温度計挿入孔２０とで、挿入孔１２が形成されている。

温度計挿入ガイド２２は、その中間部がフランジ部２３の蓋２４に固着され、その基端が蓋２５により封じられている。この蓋２５の中央部には、保護管１３を挿入するための貫通孔（図示しない）が形成され、保護管１３の基端に固着された蓋２６を、温度計挿入ガイド２２の蓋２５に、パッキン２７を介して密着させることで、温度計挿入ガイド２２と保護管１３との間に、蓄熱室１０内に向けて開放した隙間（空間部１５を構成する）を形成している。
なお、フランジ部２３の本体と蓋２４、及び温度計挿入ガイド２２の蓋２５と保護管１３の蓋２６は、それぞれボルト及びナット（図示しない）で締付けて密封されている。

ここで、保護管１３は、その先端を、蓄熱レンガ７６の外周面に当接させているが、外周面の近傍（例えば、外周面との距離が１０ｍｍ以下の範囲）に配置してもよい。
また、保護管１３の蓋２６の中央部に形成された貫通孔（図示しない）に挿入された温度センサー１４は、その先端が、蓄熱レンガ７６の外周面に当接している。なお、温度センサー１４には、熱電対式の温度センサーを使用しているが、接触させて温度を検出する構成であれば、これに限定されるものではない。

このように、温度センサー１４を蓄熱室１０の炉壁１１に取付けた後、高炉を稼働させると共に、熱風炉の操業、即ち、燃焼、待機、及び送風のサイクルを繰返す操業を開始する。シール材１６の空間部１５内への充填を、従来のように、温度センサー１４の炉壁１１への設置時期に行うと、温度センサー１４の設置位置における炉壁レンガ１８の収縮が大きくなり、この収縮によって、炉壁レンガ１８とシール材１６との間に亀裂が発生して、裏風が流れる。以下、この理由について説明する。

熱風炉の操業（燃焼、待機、及び送風のサイクルで操業）中における炉壁レンガの温度は、その上方が高く、下方が低い状態にある。
しかし、熱風炉への温度センサーの取付けは、熱風炉を休止した状態で行うため、この際には、温度センサーは、炉壁レンガの下方の温度が、熱風炉の操業時期の温度よりも上昇した状態で行われることになる。これは、熱風炉が休止した時期においては、炉壁レンガの温度が高さ方向で均一となるように、炉壁レンガの上方の熱が下方に伝達されることによる。

そして、温度センサーの炉壁への取付けが完了した後、熱風炉の操業を開始すると、燃焼ガスの燃焼により、炉壁レンガの温度は、前記したように上方が高く、下方が低い状態になるようになる。その結果、熱風炉の操業開始後は、下方の炉壁レンガの温度変化（温度低下）が大きくなり、炉壁レンガの収縮が大きくなる。これにより、炉壁レンガの目地が大きく開き、開いた目地を通して裏風が流れるため、蓄熱レンガの実際の温度が下限管理温度（５５０℃）以上であっても、測定値が下限管理温度を下回るという、測定精度の悪化を招く。これは、裏風が保護管の先端周囲に流れ込むと、その周囲（温度センサーが接触している部分）の蓄熱レンガの温度を下げることや、保護管を介して温度センサーの先端の温度を下げることが、影響しているものと考えられる。

しかし、熱風炉の操業を続けるに従って、炉壁レンガの温度は、上記したように、上方が高く、下方が低くなる温度パターンに順次近づき、しかも炉壁レンガの温度上昇変化も修練して、炉壁レンガの目地の開きも収まり、裏風の流通も少なくなる。
そこで、炉壁レンガ１８の熱挙動が安定した後、即ち炉壁レンガ１８の膨張収縮による影響が小さくなった後に、温度計挿入ガイド２２の基側に設けられたシール材注入口２８を介して、温度計挿入孔２０及び温度計挿入ガイド２２と、保護管１３との間の空間部１５内に、シール材１６を充填する。ここで、シール材１６には、Ａｌ_２Ｏ_３とＳｉＯ_２を主成分（９０〜９５質量％）とする断熱性不定形耐火物を使用できる。

上記したシール材１６の空間部１５内への充填時期は、具体的には、予め設定した時間内ごと又は予め設定したサイクル数内ごとにおける温度センサー１４での測定ピーク温度を順次求め、前回求めた測定ピーク温度と今回求めた測定ピーク温度と（連続する測定ピーク温度）の変化率が２％以下になった後に行う。
ここで、温度センサー１４での測定ピーク温度とは、温度変動の際の上端温度、即ち熱風炉の燃焼完了時の蓄熱レンガ７６の温度である。

また、予め設定した時間とは、操業変動に伴う測定誤差等を考慮すれば、例えば、１０時間以上３０時間以下程度である。
そして、予め設定したサイクル数とは、例えば、２サイクル（好ましくは、３サイクル）以上２０サイクル以下程度である。このように、サイクル数の下限値を規定したのは、熱風炉が操業を開始すると、最初の測定ピーク温度が次のサイクルの測定ピーク温度より低くなっていることによる。

なお、１サイクル中の燃焼と送風の時間は、それぞれ、例えば、０．５〜１．５時間程度であり、待機の時間は、例えば、３〜１０分程度である。
そして、上記した範囲内で、前回求めた測定ピーク温度と今回求めた測定ピーク温度との変化率が２％を超える（変化率が−２％未満又は＋２％超の）場合、炉壁レンガの膨張収縮による影響が大きくなり、シール材に亀裂が発生する恐れがある。なお、変化率は、以下の式により求まる。
変化率（％）＝｛（前回求めた測定ピーク温度）−（今回求めた測定ピーク温度）｝／（今回求めた測定ピーク温度）×１００

このため、前回求めた測定ピーク温度と今回求めた測定ピーク温度との変化率を±２％以下、好ましくは、±１．７％以下、更には±１．５％以下とする。
一方、変化率の下限値については、蓄熱レンガの膨張収縮による影響が小さければ問題ないため（変化率：０％）、特に規定しなかったが、例えば、操業変動や、測定開始時期の遅延防止等の観点から、例えば、変化率の下限値を０．５％程度に設定することもできる。

その結果、空間部内へのシール材の充填前は、裏風に伴う温度の低下幅が大きかったが、シール材の充填後は、裏風に伴う温度の低下幅を小さくでき（例えば、１０℃程度）、その影響がほとんどなくなる。このような状況下で、高炉の操業を行うことで、高炉の操業開始から１００日後でも、温度の振れ幅を伝熱材の圧入前と比較して小さくでき、また、振れ幅の下限温度も管理温度（５５０℃）以上で推移させることができる。

なお、シール材１６は、図１に示すように、温度計挿入ガイド２２の基側に設けられ、挿入孔１２と保護管１３との空間部１５と連通するシール材注入口２８から、空間部１５内に圧入により充填する。このとき、図２に示すように、シール材１６は空間部１５内に充填され、蓄熱レンガ７６の外周面に接触し、保護管１３の先部外周が覆われるように、空間部１５内に充填している。しかし、少なくとも挿入孔１２と保護管１３との間を充填できれば、これに限定されるものではなく、例えば、蓄熱レンガ７６の外周面に接触することなく、炉壁レンガ１８の内周面と同一レベルまで充填することもできる。

また、シール材１６の充填時期は、前記した時期であれば、特に限定されるものではないが、シール材１６の圧入時の際の作業性を考慮すれば、熱風炉の送風の完了後から燃焼に切り替わる時期、又は待機の時期とすることが好ましい。なお、熱風炉の燃焼完了後、送風を開始する前まで、即ち待機時期は、熱風炉の充圧（高炉炉内と同程度まで加圧）を行い、送風の完了後から、燃焼に切り替わるまでは、熱風炉の排圧（大気圧に戻す）を行っている。

そして、保護管１３の外周には、図２に示すように、断熱材である断熱ウール２９を巻付けることが、保護管１３を通じて温度センサー１４に温度変化が生じるのを抑制できるので好ましい。
更に、保護管１３と温度センサー１４との間であって、温度センサー１４の先部周囲には、蓄熱レンガ７６の外周面と接触して蓄熱レンガ７６の熱を温度センサー１４に伝達できるように、伝熱材３０の充填を行うことが好ましい。この伝熱材３０としては、例えば、カーボン系のモルタル等のような不定形耐火物を使用できる。また、伝熱材３０を充填する場合は、温度計挿入ガイド２２に保護管１３を挿入するに際して、この保護管１３の先部に、伝熱材３０を詰めた状態で行う。

以上の方法により、炉壁レンガ１８の収縮がほとんど無くなって、炉壁レンガ１８とシール材１６の間に亀裂が発生しなくなり、裏風の流通がなくなる。従って、蓄熱レンガ７６の表面温度の測温を長期にわたって高精度に維持しながら蓄熱レンガ７６の測温ができる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
まず、図３（Ａ）に、本発明を適用した実施例を示す。
ここで、シール材の充填は、高炉の休止時に温度センサーを挿入した保護管を蓄熱室の炉壁に取付けてから、６日経過した時点で行った。なお、温度センサーでの測定ピーク温度は、予め設定した時間内、即ち２４時間内ごとに順次求め、シール材の充填時期を、前日に求めたピーク温度と当日に求めたピーク温度、即ち一日あたりの変化率が＋１．０％（２％以下）になった時点とした。この変化率（％）は、以下の式により求めた。
変化率（％）＝｛（前日のピーク温度）−（当日のピーク温度）｝／（当日のピーク温度）×１００

その結果、珪石レンガの測温精度は、３８０日程度、良好な状態を維持できた。これは、３８０日を経過した後は、熱風炉は以前と同様な操業を継続しているのに、徐々に測定値（特に１サイクル内の最低値＝送風時）が低下したため、裏風の流入が始まったと判断したことによる。

次に、図３（Ｂ）に比較例を示す。
シール材の充填は、高炉の休止時に温度センサーを挿入した保護管を蓄熱室の炉壁に取付けてから、６日経過した時点で行った。ここで、温度センサーでの測定ピーク温度は、上記した実施例と同様、２４時間内ごとに順次求めたが、シール材の充填時期は、一日あたりの変化率が−２．１％（−２％未満）になった時点とした。
その結果、珪石レンガの測温精度は、４０日後に悪化した。これは、炉壁レンガの収縮が大きい時期にシール材を充填したため、この炉壁レンガの収縮により、炉壁レンガの温度計挿入孔の内面とシール材との密着状態が急速に悪化して、４０日程度で裏風が通過するようになったことに起因するものと推定される。

以上のことから、本発明の熱風炉への温度測定装置の取付け方法を適用することで、熱風炉の測温を長期にわたって高精度に維持できることを確認できた。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の熱風炉への温度測定装置の取付け方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、温度センサーが挿入された保護管を蓄熱室に取付けた場合について説明したが、蓄熱室に保護管を取付けた後、この保護管内に温度センサーを挿入してもよい。

１０：蓄熱室、１１：炉壁、１２：挿入孔、１３：保護管、１４：温度センサー、１５：空間部、１６：シール材、１７：レンガ温度測定装置、１８：炉壁レンガ、１９：鉄皮、２０：温度計挿入孔、２１：貫通孔、２２：温度計挿入ガイド、２３：フランジ部、２４〜２６：蓋、２７：パッキン、２８：シール材注入口、２９：断熱ウール、３０：伝熱材、７６：蓄熱レンガ

Claims

熱風炉の蓄熱室の炉壁を貫通した挿入孔内に挿入され、その先端が前記蓄熱室内の蓄熱レンガの外周面に当接又は近傍に達する保護管と、該保護管内に挿入され、その先端が前記蓄熱レンガの外周面に当接する温度センサーとを有するレンガ温度測定装置を前記炉壁に設置して、前記蓄熱室内の蓄熱レンガの温度を測定するための熱風炉への温度測定装置の取付け方法において、
前記レンガ温度測定装置を前記蓄熱室の炉壁に設置した後、前記熱風炉が、燃焼、待機、及び送風のサイクルを繰返す操業を開始し、予め設定した時間内ごと又は予め設定したサイクル数内ごとにおける前記温度センサーでの測定ピーク温度を順次求め、前回求めた該測定ピーク温度と今回求めた該測定ピーク温度との変化率が２％以下になった後に、前記保護管と前記挿入孔との空間部にシール材を充填することを特徴とする熱風炉への温度測定装置の取付け方法。
請求項１記載の熱風炉への温度測定装置の取付け方法において、前記シール材の充填時期を、前記熱風炉が前記送風の完了後から前記燃焼に切り替わる時期、又は前記待機の時期とすることを特徴とする熱風炉への温度測定装置の取付け方法。