JPH03183720A - 冷鉄源溶解法における二次燃焼率検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、冷鉄源溶解法において操業の制御に重要な指
標となる二次燃焼率の検出方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、特開昭５７−１６４９０８号公報、特公昭５６−
８０８５号公報に、上吹酸素ランスを有すると共に炉底
に三重管ノズルを有し、溶融鉄の存在する転炉内に含鉄
桧材を供給し、上記三重管ノズルの内管よりＮ２ガスと
共に微粉炭を、内管と中間管の間より酸素を、中間管と
外管との間より冷却用ＬＰＧガスを吹き込むと共に上吹
酸素ランスより酸素を供給して含鉄桧材を溶解し溶融鉄
を得る冷鉄源溶解法が提供されている。

上記冷鉄源溶解法においては、高二次燃焼率で操業する
のが、生産性、原単位の点で効果的である。

この二次燃焼率を検出するには、従来、上記冷鉄源溶解
転炉の転炉排ガス回収系の煙道において、煙道排カス（
７）ｆｉｔ　度、Ｃ０１ＣＯ□、Ｉｈ、Ｎｉ２度を測定
する必要があった。それら濃度を測定するため質量分析
計、ガスクロマトグラフィー装置等の高価な機器を用い
る必要があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記煙道排ガスの湿度、■２、Ｈ２置濃度の
測定を省略して、例えば赤外吸収型ＣＯ濃度計、赤外吸
収型ＣＯ□濃度計等の安価な機器を用い、二次燃焼率を
検出することができる冷鉄源熔解法における二次燃焼率
検出方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は次の通りである。

」二次酸素ランスを有すると共に炉底に三重管ノズルを
有し、溶融鉄の存在する転炉内に含鉄桧材を供給し、上
記三重管ノズルの内管よりＮ２ガスと共に微粉炭を、内
管と中間管の間より酸素を、中間管と外管との間より冷
却用ＬＰＧガスを吹き込むと共に上吹酸素ランスより酸
素を供給して含鉄桧材を溶解し溶融鉄を得る冷鉄源溶解
法において、上記転炉排ガス回収系の煙道排ガスのＣＯ
濃度（％Ｃｏ）　、ｃｏｘ濃度（％Ｃｏｔ）、ドライ標
準状態換算風Ｍ　（Ｑ）を測定すると共に底吹Ｎ２ガス
量（ＱＮ２）、ＬＰＧガス１ｔ（ＧｔｒＧ）、微粉炭重
量（ＱＣ）を測定し、第（１）式に基づき炉内に底吹き
される水素骨の総流量（１１１２）を演算し、第（２）
弐に基づき煙道排ガスの０２濃度（％Ｈ２）を演算し、
第（３）式に基づき煙道排ガスのＮｔｉｆｆ度（％Ｎ、
）を演算し、第（４）式に基づき炉内に底吹きされる窒
素分の総流量（ＩＮ２）を演算し、第（５）式に基づき
二次燃焼率（ＰＣＲ）を演算することを特徴とする冷鉄
源溶解法における二次燃焼率検出方法。

ＩＨｚ＝４ＱｔｐＧ＋Ｑｃ（ＸＬｃ／２＋ＸＨｚＯｃ／
１８）　ｘ２２．４／１００　（１）”１．ＮＺ＝（１
００−’！、Ｃ０−ＥＣ０２−ＥＨ２）　　（３）ＩＮ
ｚ＝ＱＮｚ＋Ｏｃ　　（ＸＮｚｃ／２Ｂ）Ｘ２２．４／
１００　　（４）但し　”ＸＨｔｃ　　’底吹微粉炭中
の水素重量％ｚ１１□０．：底吹微粉炭中の水分重量％
χＮｚｃ　　：底吹微粉炭中の窒素重量％Ｋ　　：シフ
ト反応平衡定数 以下、本発明について詳細に説明する。

上記溶解転炉における二次燃焼率（ＰＣＲ）第（６）式
で定義される。

は、 但し　匡　：炉内ＣＯガス発生量 更■：炉内ＣＯＺガス発生量 ｈ　：炉内Ｈ，ガス発生量 Ｌｌ：炉内０２０ガス発生量 しかしながら炉内ガスを連続的に安定して採取、分析す
ることは困難である。そこで転炉排ガス回収系の煙道で
転炉排ガス（以下、煙道排ガスという）を連続的に採取
、分析してその分析値を用いて二次燃焼率を演算し検出
する方法が従来採用されている。

以下、その演算式について述べる。

炉内発生ガスは炉孔で、多少空気を巻き込み一部燃焼し
て煙道を流れるが、この炉孔燃焼前後の物質バランス、
即ち０バランス、Ｃバランス、Ｈバランスは第（７）、
（８〉、（９）式で示される。

２ＣＯｔ＋ＣＯ＋、ｊｊｄ＝２ＣＯｚ＋ＣＯ＋ＨｚＯ−
２０ｚ　　　　（７）匣＋史）ｚ＝　ＣＯ＋　ＣＯｚ　
　　　　　　　　　（８）２ｎｄ＋　２ｈ＝　２　Ｈｚ
　Ｏ＋　２　Ｈｚ　　　　　　　　　（９）但しＣＯ２
：炉孔燃焼後煙道排ガスのＣ（ｈガス流量ＣＯ：炉孔燃
焼後煙道排ガスのＣＯガス流量Ｈｔ：炉孔燃焼後煙道排
ガスのＮ２ガス流量１１□０：炉孔燃焼後煙道排ガスの
ＵＺＯガス流量０、：炉孔で巻き込まれる空気中酸素の
流量またＮｔバランスについては、空気中Ｎｔは７８％
とすれば、第（１０）式で示される。

ＩＮｚ＋Ｑｍｉｒ・０．７８＝Ｎｔ（１０）ＩＮ２・Ｏ
Ｎ□十〇、（χＮｚｃ／２Ｂ）Ｘ２２．４／１００　　
　　　　　（４）但しＩＮ、　：炉内に底吹きされる窒
素分の総流量＝（底吹Ｎ２ガス流量＋底吹微粉炭中のＮ
！分の標準状態換算ガス流り ＱＮ□：底吹Ｎ２ガス流量 Ｏｃ：底吹微粉炭重量 ％Ｎ２．：底吹微粉炭中Ｎ７重量％ ｌｒ　’炉孔に巻き込まれる空気流量 Ｎ２：炉孔燃焼後煙道Ｎ２ガス流量 第（１０）式を変形すると、 ０□、・（Ｎ、−ＩＮ、）１０．７８　　　　　　　　
（１１）炉孔より巻き込まれる酸素量は、第（１１）式
より、空気中酸素は２１％とすれば ０ｚ＝０．２１　ｘ　Ｑ、　ｉ　、＝　（Ｎｔ−ＩＮ２
）　ｘ　Ｏ，２１１０，７８第（６）、（７）、（８）
、（９）、（１２）式より（１２） 第（１２）式は煙道排ガスのドライ標準状態換算風量を
Ｑとすれば 但し　ｘｃｏｔ　：炉孔燃焼後煙道排ガスのＣＯ！濃度
ＺＣＯ：炉孔燃焼後煙道排ガスのＣＯ濃度χＨ２：炉孔
燃焼後煙道排ガスのＨ３濃度χＮ２：炉孔燃焼後煙道排
ガスのＮ８濃度なお第（１４〉式中のＨ，０は従来水分
計を用いて絶対湿度ＨｚＯ（ｇ／Ｎｓ＋３）を測定し、
第（１５）式で求める。

１ｈＯ＝ＱＸＨｚＯｘ２２．４／１８　　　　　　　　
　（１５）従来、二次燃焼率は、第（１４）式を演算し
て検出されている。即ち、水分計を用いて絶対湿度Ｈ，
０（ｇ／Ｎｍ’）を測定し、第（１５）式を用いてＨｔ
Ｏガス流量を演算し、煙道排ガスのドライ標準状態換算
流量Ｑ、測定値ＱＨ２ｓ　ＱＣ、分析値％ＮｔＣを第（
４）式に代入して炉内に底吹きされる窒素分の総流量■
Ｎ２を演算すると共に質量分析計、ガスクロマトグラフ
ィー装置等を用いてＸＣＯ□、ＸＣＯ、χ■２、ＩＮ２
を測定し、第（１４）式に代入することにより行なわれ
ている。

本発明は上記湿度、Ｎ２、Ｈ２置濃度測定を行なうこと
なく二次燃焼率を検出するものであり、その方法は以下
の通りである。

炉内に吹き込まれる水素分の総流１１１Ｈ，は第（１）
式％式％ （１） 中の０２分の標準状態換算ガス流量 なおＬＰＧはＣ３Ｈ，であるからＮ２に換算すれば４倍
の体積になる。

また煙道中水素分の総流量０Ｈｆｆｉは第（１６）式で
示すことができる。

ｏＨ＊＝０４Ｈｚ／１００＋ＨｚＯ（１６）上記ＯＨ，
と上記Ｉｎアとはバランスしているので第（１７）式が
成り立つ。

■旧・ＯＨｚ　　（１７） 第（１６）、（１７）式より、Ｈ，Ｏは第（１８）式で
表せる。

ＨｚＯ＝１）１ｔ−Ｑ・χｌｈ／１００　　（１８）第
（１８）式を第（１４〉式に代入すると、第（５）式が
得られる。

冷鉄源溶解転炉の転炉排ガス回収系では、ガス回収初期
、末期を除き、酸素は無視できる濃度であり、炉孔等よ
り侵入する空気中のＡｒも僅かであるので、第（３）式
〇Ｎｔ濃度計算式が成立する。

χＮｚ□　（１００４ＣＯ−χＣＯｒχＩｈ）　　（３
）即ち、二次燃焼率を求めるに最低必要な煙道排ガス酸
分は、Ｃ０１Ｃ０８、Ｈ！濃度である。このようなガス
濃度を測定するために、赤外吸収型ＣＯ濃度計、赤外吸
収型ＣＯｔ濃度計、熱伝導型ｏｚｆｉ度計を変針ること
が考えられるが、ガス成分が４元素であるので、熱伝導
型Ｈ２置濃度計では極めて複雑な換算を必要とし、実用
的でない。

しかるに煙道排ガス中では第（１９）式で示されるシフ
ト反応が、はぼ平衡に達するまで進んでおり、第（２０
）式に示される平面式が成立する。

ＣＯ＋ｆ（ｚＯ＝ｃＯｚ＋Ｈｚ　　（１９）Ｋ＝（ＸＣ
Ｏ・ＸＮ２０）／（χＣ（ｈ−χ１ｌ２）　　（２０）
但しχＣＯ：煙道排ガス中のＣＯＩ度 χＨ２０：煙道排ガス中のＮ２０濃 ２１１！　　：煙道排ガス中の■２濃度Ｋ　：シフト反
応平衡定数 上記シフト反応平衡定数には定数として求めておくこと
ができる。

例えば定数には、公知の第（２１）式を用いて排ガス温
度Ｔ（”Ｃ）を与えることにより求めることができる。

ｊｏｇＫ＝−２２２６／（Ｔ＋２７３）−０．０００３
９０９（Ｔ＋２７３９）＋２．４５０６　（２１）第（
２０）式より！ＩｈＱは、第（２２）弐となる。

インプットとアウトプットの水素骨はバランスしている
ので第（２３）式が成立する。

１）１！＝Ｑ（χＨｚＯ＋Ｘ）ｌ２）／１００　　（２
３）第（２３）式に第（２２）式を代入し、変形すると
第（２）式が得られる。

第（２）式に演算値Ｉ■２、煙道排ガスのドライ標準状
態換算風量Ｑ、測定（ｌ！ｚＣＯ１χＣＯ２を代入すれ
ば、ＸＮ２が求まる。ＺＨ．が求まれば、第（３）式に
よりＸＮ２が求まる。第（１）　、（２）　、（３）　
、（４）式で求めたＪＨｚ　、ＺＨｚ　、’ＸＮｚ　、
ＩＮｚ　及ヒＭＭ排：ｌｆ　ス（Ｄ　Ｆ　ライ標準状態
換算風量Ｑ、測定値ｚｃｏ　、ｘｃｏ□を第（５）弐に
代入すればＰＣＲが求まる。【Ｎ２は測定値ＱＬＦＧ　
−、　Ｑ（と分析値χＬＣ５ＸＩｂＯｃを第（１）式に
代入することで求まる。ＩＮＫは測定値ＱＮ□、Ｑ，と
分析値ＸＮｚｃを第（４）式に代入することで求まる。

（実施例） 第１図は本発明を実施する装置例を示したものであり、
１は溶解転炉、２は溶解転炉の炉底に設けた三重管ノズ
ル、３は上吹酸素ランス、４は溶解転炉の排ガス回収系
の煙道、２４は上吹酸素ランス３に酸素を供給する上吹
酸素配管、２５は三重管ノズル２の内管と中間管との間
のリング状間隙に酸素を供給する底吹酸素配管、２６は
三重管ノズル２の中間管と外管との間のリング状間隙に
ＬＰＧを供給する底吹ＬＰＧ配管、２７は＠粉炭のキャ
リヤーガスとなる底吹Ｎ２ガス配管、２８は微粉炭イン
ジェクションタンク１６からＮ２ガス配管に供給される
微粉炭をＮ２ガスをキャリヤーガスとして三重管ノズル
２の内管に供給する底吹微粉炭供給配管である。

１１は上吹酸素配管２４に設けたオリフィス６の差圧発
信器、１２は底吹Ｎｚガス配管２７に設けたオリフィス
７の差圧発信器、１３は底吹酸素配管２５に設けたオリ
フィス８の差圧発信器、１４は底吹Ｌ　Ｐ　Ｃ；配管２
６に設けたオリフィス９の差圧発信器、１８は微粉炭イ
ンジェクションタンク１６に設けたロードセル１７の秤
量値発信器、Ｎｏは煙道４に設けたベンチュリー５の圧
力発信器、１５は煙道４に設けた排ガス温度針である。

２９は排ガス温度計１５の上流の煙道に設けたベンチュ
リースクラバーである。

２２はランス３、スクラバー２９間の煙道排ガスのＣＯ
濃度（ＸＣＯ）を測定する赤外吸収型ＣＯ濃度計、２３
はランス３、スクラバー２９間の煙道排ガスのＣＯｔ濃
度（ｚｃｏ２）を測定する赤外吸収型ＣＯｔ濃度計であ
る。

２０は濃度計２２のＸＣＯを２秒毎に読み取り１０秒毎
の平均値をＺＣＯとし、濃度計２３のχＣＯｔを２秒毎
に読み取り１０秒毎の平均値をχＣＯｔとし、圧力発信
器１０の動圧、静圧および排ガス温度計の排ガス温度及
び赤外吸収型ｃｏｔ　１変針２３のχＣＯｔを２秒毎に
読み取り、排ガス温度、圧力、成分を補正したドライ標
準状態換算風量の１０秒毎の平均値を演算に用いるＱと
し、差圧発信器Ｉ４の差圧を２秒毎に読み取り、１０秒
毎の平均値をＱＬＰＧとし、秤量値発信器１８の秤量値
を１０秒毎に読み取り、前回読み取り値との差をＯｃと
し、予め設定したχｈ６、χ１ｈＯｃ−Ｘｔｂｃ％Ｋに
基づき第（１）。

（２）　、　（３）　、　（４）式により底吹きされる
水素分の総流ｆｉ（ｒｏｔ）、１１１濃度（ＫＨ２）、
Ｈ２置濃度（ＸＮｔ）、底吹キサれる窒素分の総流１ｔ
（ＩＮｔ）を１０秒毎に演算し、ついで第（５）式に基
づき二次燃焼率（ＰＣＲ）を１０秒毎に演算し、これら
の演算結果を表示装置２１に出力する計算機である。

上記２秒毎に測定する煙道排ガスのドライ標準状態換算
風量Ｑは、下記の第（２４）〜（２９）式で演算測定し
た。

軽量で比率も少ない水素は無視し、ドライ標準状態の排
ガス密度（ρ。）は ρ。＝４４／２２．４ＸχＣ０２／１００＋２８／２２
．４（１−χＣＯ□／１００）　（２４）ベンチュリス
クラバー２９後の実ガスは水蒸気飽和であるから、標準
状態で水蒸気分圧分だけガス成分は少なく、水分分が付
は加わるから、但し　Ｐｗ（ｍｍＨｇ）　：飽和蒸気圧
（排ガス温度で決まる定数） 実ガス温度、圧力に標準状態密度より換算すると但し　
ｔ（”Ｃ）：排ガス温度（排ガス温度計１５で測定） ｐ　（ｍ＋＋＋ａｑ）　：静圧（圧力発信器１０で測定
）ベンチュリー５の定数（Ｃ）、ベンチュリー５の断面
積（Ａ）であれば、実ガス流量（ａｔ）は、Ｑｔ＝Ｃ−
Ａ　・（２ｇＡＰ）　”’　　　　　　　（２７）但し
　ｇ　：重力加速度（定数） ΔＰ：動圧（圧力発信器ｌＯで測定） 標準状態流量（口、）はマスバランスよりＯＩ−ロ２×
ρ２　／ρ、　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　（２８）更にドライ換算すると 第１図に示すように上吹酸素ランス３、排ガス回収系を
有し、炉底に三重管ノズル２を６本配置した１００Ｔ溶
解転炉１を用いて、下記の条件で含鉄冷材を溶解した。

種湯　　　　　：６０Ｔ 初装人冷鉄　　：２８Ｔ 追装入粒状銑鉄：２８Ｔ 底吹酸素　　　：　４４００　Ｎｍ”　／Ｈｒ底吹微粉
炭　　：　４００〜６００ｋｇ／ｍｉｎ底吹Ｌ　Ｐ　Ｇ
　　　：　４４Ｎｍ’　／ＨｒＸ　６本上底吹合計送酸
：　２４００　ＯＮｍ’　／Ｈｒランス高さ　　＝３．
５〜４ｍ コノ溶解過程１７）Ｈ，ｉｌ１度（ＸＮｇ）、ＮＺｍ度
（ＩＮｔ）、二次燃焼率（ＰＣＲ）を第１図の検出装置
によって検出した。なおＸ１１．、、ＸＨｚＯｃ、χＮ
！ｃ、　Ｋは１．０７．２．０４．０．２１　、１．２
４２７３に設定した。上記には第（２１）式の排ガス温
度Ｔ＝９００″Ｃを与えることで得たものであり、Ｔと
して９００°Ｃとしたのはシフト反応が９００°Ｃ未満
では遅くなるため煙道排ガスは９００°Ｃの平衡関係で
分析されると仮定した。またＸ１ｌｚｃ、％Ｈ！Ｏｃ、
　％Ｎ、Ｃは底吹微粉炭の分析を行なって設定した。

同時に、検出精度の比較のために第１図に破線で示すよ
うに煙道排ガス■２、Ｎ、濃度を測定する単収束型質量
分析計１９を設けてＨｇ、　ＮＺ濃度測定値を２秒毎に
読み取り１０秒毎の平均値をＸＨｚ、ＸＮｚとし、コノ
測定値ＸＨｔ　、ＸＮｇを用い、第（１）、（４）、（
５）式を使用して二次燃焼率を求めた。

第２図及び第３図は本発明法による推定水素濃度及び推
定窒素濃度と質量分析計による測定水素濃度及び測定窒
素濃度の対比結果を示し、第４図は本発明法の推定水素
濃度及び推定窒素濃度による二次燃焼率と質量分析計の
測定水素濃度及び測定窒素濃度による二次燃焼率の対比
結果を示す。

第２〜４図より本発明法によれば、ＫＨｚ　、　ＺＮｔ
を測定することなく、これらを測定したと同等の精度で
二次燃焼率を検出できることが明らかである。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば、冷鉄源溶解法にお
いて、煙道排ガスの湿度、Ｈ，、Ｎ、濃度の測定を省略
して、例えば赤外吸収型ＣＯ濃度計、赤外吸収型ＣＯ，
濃度計等の安価な機器を用い、二次燃焼率を検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する二次燃焼率検出装置例の説明
図、第２図は本発明法による推定水素濃度と質量分析計
による測定水素濃度の対比図、第３図は本発明法による
推定窒素濃度と質量分析計による測定窒素濃度の対比図
、第４図は本発明法の推定水素濃度及び推定窒素濃度に
よる二次燃焼率とｆ量分析計の測定水素濃度及び測定窒
素濃度による二次燃焼率の対比図である。 ■は溶解転炉 ２は三重管ノズル ３は上吹酸素ランス ４は煙道 ５はヘンチュリー ６はオリフィス ７はオリフィス ８はオリフィス ９はオリフィス １０は圧力発信器 １１は差圧発信器 １２は差圧発信器 １３は差圧発信器 １４は差圧発信器 １５は排ガス温度計 ｌ　６　は微粉炭インシェクシ旨ンタンク１７はロード
セル １８は秤量値発信器 １９は単収束型質量分析計 ２０は計算機 ２１は表示装置 ２２は赤外吸収型ＣＯ濃度計 ２３は赤外吸収型Ｃ０ｔｆＩＡ度計 ２４は上吹酸素配管 ２５は底吹酸素配管 ２６は底吹ＬＰＧ配管 ２７は底吹Ｎ２ガス配管 ２８は底吹微粉炭供給配管 ２９　はペンチエリ−スクラバー 第 図 第 図 第４ 図 水素、ｆｌ淋１定二次１連をや（％） 第 ３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　上吹酸素ランスを有すると共に炉底に三重管ノズルを
   有し、溶融鉄の存在する転炉内に含鉄冷材を供給し、上
   記三重管ノズルの内管よりＮ＿２ガスと共に微粉炭を、
   内管と中間管の間より酸素を、中間管と外管との間より
   冷却用ＬＰＧガスを吹き込むと共に上吹酸素ランスより
   酸素を供給して含鉄冷材を溶解し溶融鉄を得る冷鉄源溶
   解法において、上記転炉排ガス回収系の煙道排ガスのＣ
   Ｏ濃度（％ＣＯ）、ＣＯ＿２濃度（％ＣＯ＿２）、ドラ
   イ標準状態換算風量（Ｑ）を測定すると共に底吹Ｎ＿２
   ガス量（Ｑ＿Ｎ＿２）、ＬＰＧガス量（Ｑ＿Ｌ＿Ｐ＿Ｇ
   ）、微粉炭重量（Ｑ＿Ｃ）を測定し、第（１）式に基づ
   き炉内に底吹きされる水素分の総流量（ＩＨ＿２）を演
   算し、第（２）式に基づき煙道排ガスのＨ＿２置濃度（
   ％Ｈ＿２）を演算し、第（３）式に基づき煙道排ガスの
   Ｎ＿２濃度（％Ｎ＿２）を演算し、第（４）式に基づき
   炉内に底吹きされる窒素分の総流量（ＩＮ＿２）を演算
   し、第（５）式に基づき二次燃焼率（ＰＣＲ）を演算す
   ることを特徴とする冷鉄源溶解法における二次燃焼率検
   出方法。 ＩＨ＿２＝４Ｑ＿Ｌ＿Ｐ＿Ｇ＋Ｑ＿Ｃ（％Ｈ＿２＿Ｃ／
   ２＋％Ｈ＿２Ｏ＿Ｃ／１８）×２２．４／１００（１）
   ％Ｈ＿２＝｛ＩＨ＿２／Ｑ（Ｋ・％ＣＯ＿２／％ＣＯ＋
   １）｝×１００（２）％Ｎ＿２＝（１００−％ＣＯ−％
   ＣＯ＿２−％Ｈ＿２）（３）ＩＮ＿２＝Ｑ＿Ｎ＿２＋Ｑ
   ＿Ｃ（％Ｎ＿２＿Ｃ／２８）×２２．４／１００（４）
   ▲数式、化学式、表等があります▼（５） 但し％Ｈ＿２＿Ｃ：底吹微粉炭中の水素重量％％Ｈ＿２
   Ｏ＿Ｃ：底吹微粉炭中の水分重量％％Ｎ＿２＿Ｃ：底吹
   微粉炭中の窒素重量％ Ｋ：シフト反応平衡定数