JPH07179917A - Method for measuring combustion temperature of blowing fuel in blast furnace and method for diagnosing combustion of fuel - Google Patents

Method for measuring combustion temperature of blowing fuel in blast furnace and method for diagnosing combustion of fuel

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Publication number
JPH07179917A
JPH07179917A JP31019793A JP31019793A JPH07179917A JP H07179917 A JPH07179917 A JP H07179917A JP 31019793 A JP31019793 A JP 31019793A JP 31019793 A JP31019793 A JP 31019793A JP H07179917 A JPH07179917 A JP H07179917A
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JP
Japan
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optical fiber
fuel
combustion
temperature
tuyere
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Application number
JP31019793A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuichi Yamakawa
裕一 山川
Tatsuro Ariyama
達郎 有山
Michitaka Satou
道貴 佐藤
Tsutomu Kawamura
努 河村
Yoshiro Yamada
善郎 山田
Zenkichi Yamanaka
善吉 山中
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a method for measuring the combustion temp. of blowing fuel in a blast furnace, by which the combustion temp. of the blowing fuel in a blow pipe can instantaneously and continuously be measured. CONSTITUTION:A tuyere sonde 6 having a measuring hole at the tip lower part side is inserted into the blow pipe 3 from the rear side of a tuyere. An optical fiber 7 covered with a metallic pipe is inserted into the tuyere sonde 6 and the tip end part of the optical fiber 7 is faced to the measuring hole and, in the case the tip end part of the optical fiber 7 erodes, radiation beam emitted from the combustion flame 11 of the blowing fuel is detected with the tip end part of the optical fiber while gradually feeding the optical fiber 7 to the measuring hole side. Further, the combustion temp. of the fuel is continuously measured by a brightness temp. computing element 9 connected to the rear end side of the optical fiber 7 based on the radiation beam detected with the tip end part of the optical fiber 7.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は羽口より燃料を多量に吹
込み所要コークスを代替させようとする高炉操業におけ
る、高炉内への吹込み燃料の燃焼温度測定方法及び吹込
み燃料の燃焼状態を診断する吹込み燃料の燃焼診断方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring a combustion temperature of a fuel injected into a blast furnace and a combustion state of the injected fuel in a blast furnace operation in which a large amount of fuel is injected from a tuyere to substitute a required coke. The present invention relates to a method for diagnosing combustion of injected fuel for diagnosing.

【0002】[0002]

【従来の技術】高炉の主要燃料として用いられているコ
ークスは一般に原料炭によって製造されるが、原料炭は
ボイラーなどで燃料として使用されている一般炭より産
地が限定され、また価格も高い。このため、従来から羽
口より重油などの液体燃料や天然ガス等のような気体燃
料を補助燃料として吹込み、コークスの所要量を減らす
操業方法が行われてきた。そして、日本では天然ガスの
入手が困難であるという事情から、重油の吹込みが一般
的であった。
Coke, which is used as a main fuel in a blast furnace, is generally produced from coking coal. However, coking coal has a limited production area and a higher price than steam coal used as fuel in boilers and the like. For this reason, conventionally, a method of operation has been performed in which a liquid fuel such as heavy oil or a gaseous fuel such as natural gas is blown from the tuyere as an auxiliary fuel to reduce the required amount of coke. In Japan, it is common to inject heavy oil because it is difficult to obtain natural gas.

【0003】しかし、1980年代になると石油価格が
上昇したために重油の吹込みは経済的でなくなり、これ
らの補助燃料吹込みは実施されなくなった。かわりに補
助燃料として一般炭を所定の粒度、例えば74μm以下
の割合を80%にまで微粉砕し、羽口より直接吹込む方
法が実施されるようになった。この方法は古くから石炭
の入手が容易な製鉄所で実施されてきた技術であるが、
1980年代以降では入手が容易な一般炭を直接、高炉
の燃料として使用でき、経済的に効果が大きいため多く
の製鉄所で行われるようになった。また、同時にコーク
ス比を低減でき、コークス炉の負荷を減らしコークス炉
操業に伴う環境問題を軽減できることから現在さらに注
目されている。このような背景により微粉炭吹込みはよ
り多量吹込みへと指向しており、例えば、150kg/
t(銑鉄1t当たり吹込量が150kg)以上の微粉炭
吹込みも行われている。
However, in the 1980s, the injection of heavy oil became uneconomical because the oil price increased, and these auxiliary fuel injections were not carried out. Instead, a method has been implemented in which steam coal as auxiliary fuel is pulverized to a predetermined particle size, for example, a proportion of 74 μm or less to 80% and directly blown from tuyere. This method is a technology that has been practiced at steel mills where coal is easily available for a long time,
Since the 1980s, steam coal, which is easily available, can be used directly as fuel for blast furnaces, and it has become economically effective, so it has been used in many steelworks. At the same time, the coke ratio can be reduced, the load on the coke oven can be reduced, and the environmental problems associated with the operation of the coke oven can be reduced. Due to such a background, the injection of pulverized coal is directed toward the injection of a large amount, for example, 150 kg /
Pulverized coal injection of t or more (150 kg injection amount per 1 t of pig iron) is also performed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に微粉炭の多量吹
込みを行なおうとすると、微粉炭/酸素の比(kg/N
3 )が大きくなり、微粉炭の燃焼性が低下する。その
ため高炉でのコークスを置き換える割合、すなわち置換
率が低下し、微粉炭を吹き込む効果が減少する。また微
粉炭は通常、熱風中に吹き込まれて、羽口先端のレース
ウェイと呼ばれる燃焼空間を通過して高炉内に入るが、
レースウェイ内には多量のコークスが混入してくるた
め、熱風中の酸素は急激に減少する。従って、酸素が存
在する燃焼可能空間は小さく、また羽口内のガス流速は
一般に200m/sときわめて高速であるため、吹き込
まれた微粉炭が燃焼可能空間に存在する時間は非常に短
く約20msである。この燃焼空間で燃え切らない微粉
炭は高炉内で熱源として利用されずに炉内に蓄積し、炉
内の通気性を阻害し、高炉の操業を不安定にする要因に
なると共に、炉外に排出されると燃料費の増加につなが
るため好ましくない。
Generally, when trying to inject a large amount of pulverized coal, the ratio of pulverized coal / oxygen (kg / N
m 3 ) becomes large, and the combustibility of pulverized coal decreases. Therefore, the rate of replacing coke in the blast furnace, that is, the rate of replacement is reduced, and the effect of blowing pulverized coal is reduced. In addition, pulverized coal is usually blown into hot air and passes through a combustion space called a raceway at the tip of the tuyere into the blast furnace,
Since a large amount of coke is mixed in the raceway, the oxygen in the hot air rapidly decreases. Therefore, the combustible space in which oxygen exists is small, and the gas flow velocity in the tuyere is generally as high as 200 m / s. Therefore, the time during which the injected pulverized coal exists in the combustible space is very short, about 20 ms. is there. Pulverized coal that does not burn out in this combustion space is not used as a heat source in the blast furnace and accumulates in the furnace, obstructing air permeability in the furnace and making the operation of the blast furnace unstable, as well as outside the furnace. If it is discharged, the fuel cost will increase, which is not preferable.

【0005】したがって、ブローパイプ及びこれに続く
レースウェイ内における燃焼性を向上させまたは制御す
ることは重要であり、この燃焼性をあらわす指標とし
て、温度情報(炉内温度分布又は推移)を得ること、及
びこの温度情報に基づいて燃焼状態を診断することはき
わめて有意義である。しかし、これまで高炉の送風羽口
に続くブローパイプより吹き込まれた燃料及び炉内の正
確な温度を、瞬時かつ連続的に測定する手段がなかっ
た。また、羽口より吹込まれた燃料の燃焼状態の診断
は、高炉の送風羽口に続くブローパイプに羽口後方より
ゾンデを挿入し、ゾンデにより炉内の燃料をサンプリン
グし、それを分析することによって行っていたため、判
断に非常に手間と時間を要するという問題点があった。
Therefore, it is important to improve or control the combustibility in the blow pipe and the raceway that follows it, and obtain temperature information (in-furnace temperature distribution or transition) as an index representing this combustibility. , And diagnosing the combustion state based on this temperature information is extremely meaningful. However, until now, there has been no means for instantaneously and continuously measuring the fuel blown from the blow pipe following the air blowing tuyere of the blast furnace and the accurate temperature inside the furnace. To diagnose the combustion state of the fuel injected from the tuyere, insert a sonde into the blow pipe following the blast furnace tuyere from the rear of the tuyere, sample the fuel in the furnace with the sonde, and analyze it. However, there is a problem in that it takes a lot of time and effort to make a decision because it has been done.

【0006】特開昭60−24307号公報に開示され
た発明はブローパイプ内に設置したパイプに光学繊維を
設置し、当該光学繊維を溶損させないようパイプ内に冷
却ガスを送りながら、炉内の温度測定を行っているが、
吹込み燃料のような高温場の測定を行う場合には溶損は
避けられず、吹込み燃料の温度測定には利用できない。
また、同公報のものは炉内の温度測定を行うために光学
繊維を炉内方向に指向させているので、吹込み燃料の温
度を測定しようとしても炉内の輝度を拾う可能性が大き
く、吹込み燃料の温度のみを測定するには適当でない。
The invention disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-24307 is to install an optical fiber in a pipe installed in a blow pipe, and send a cooling gas into the pipe so as to prevent the optical fiber from being melted and damaged. I am measuring the temperature of
Melt damage is unavoidable when measuring high temperature fields such as blown fuel, and cannot be used to measure the temperature of blown fuel.
Further, in the publication, since the optical fiber is directed in the furnace direction to measure the temperature in the furnace, there is a high possibility that the brightness in the furnace is picked up even if the temperature of the injected fuel is measured. Not suitable for measuring only the temperature of blown fuel.

【0007】また、特開昭61−44113号公報には
高炉の送風羽口前の燃焼帯検知方法に関する技術が開示
されている。しかし、同公報のものは羽口のぞき窓の外
側に光センサを設置し、この羽口のぞき窓を介して炉内
の温度を測定しているので、この技術を吹込み燃料の温
度測定に利用したとしても燃料吹込みランスの後方から
吹込み燃料の燃焼状態を測定することになり、燃料が吹
き込まれた直後の未燃状態を検出したり、あるいは、炉
内の輝度を測定する可能性が大きく、燃焼状態にある燃
料の温度を正確に測定するのは難しい。すなわち、従来
技術では吹込み燃料の燃焼温度等を連続的に検出して、
その燃焼状態を診断することができず、このような技術
の開発が待たれていた。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-44113 discloses a technique relating to a method for detecting a combustion zone before the tuyere of a blast furnace. However, in the publication, an optical sensor is installed outside the tuyere peep window, and the temperature inside the furnace is measured through this tuyere peep window, so this technique is used to measure the temperature of blown fuel. Even if it does, the combustion state of the injected fuel will be measured from the rear of the fuel injection lance, and it is possible to detect the unburned state immediately after the fuel is injected or measure the brightness inside the furnace. Accurately measuring the temperature of a large, burning fuel is difficult. That is, in the conventional technology, the combustion temperature of the injected fuel is continuously detected,
The combustion state could not be diagnosed, and the development of such a technology was awaited.

【0008】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、羽口から高炉内に燃料を吹き込む高炉
操業において、ブローパイプ及びレースウェイ内におけ
る吹込み燃料の燃焼温度及び炉内温度を、瞬時かつ連続
的に測定することができる、高炉内への燃料吹込みにお
ける燃焼温度の測定方法及び該方法を用いた吹込み燃料
の燃焼診断方法を提供することを目的としたものであ
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and in a blast furnace operation in which fuel is blown into the blast furnace from tuyere, the combustion temperature of the blown fuel in the blow pipe and the raceway and the temperature in the furnace are set. It is an object of the present invention to provide a method for measuring a combustion temperature in fuel injection into a blast furnace, which can be measured instantaneously and continuously, and a combustion diagnosis method for injected fuel using the method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係る高炉におけ
る吹込み燃料の燃焼温度測定方法は、先端下部側に測定
孔を有する羽口ゾンデを羽口後方からブローパイプ内に
挿入し、前記羽口ゾンデに金属管被覆された光ファイバ
ーを挿入して該光ファイバーの先端部を前記測定孔に臨
ませると共に、該光ファイバーの先端部が溶損した場合
には逐次光ファイバーを前記測定孔側に送り込みなが
ら、前記光ファイバーの先端部によって吹込み燃料の燃
焼火炎が発する放射光を検知し、前記光ファイバーの先
端部によって検知された放射光に基づいて、前記光ファ
イバーの後端側に接続された温度検出装置によって燃料
の燃焼温度を継続的に測定するようにしたものである。
According to the method for measuring the combustion temperature of injected fuel in a blast furnace according to the present invention, a tuyere sonde having a measurement hole at the lower end of the tip is inserted into the blow pipe from behind the tuyere, While inserting the optical fiber coated with a metal tube into the mouthsonde to expose the tip of the optical fiber to the measurement hole, when the tip of the optical fiber is melted, while sequentially feeding the optical fiber to the measurement hole side, The radiant light emitted by the combustion flame of the blown fuel is detected by the tip of the optical fiber, and based on the radiant light detected by the tip of the optical fiber, the fuel is detected by the temperature detecting device connected to the rear end of the optical fiber. The combustion temperature of is continuously measured.

【0010】また、本発明にかかる高炉における吹込み
燃料の燃焼診断方法は、先端下部側に測定孔を有する羽
口ゾンデを羽口後方からブローパイプ内に挿入し、前記
羽口ゾンデに金属管被覆された光ファイバーを挿入して
該光ファイバーの先端部を前記測定孔に臨ませると共
に、該光ファイバーの先端部が溶損した場合には逐次光
ファイバーを前記測定孔側に送り込みながら、前記光フ
ァイバーの先端部によって吹込み燃料の燃焼火炎が発す
る放射光を検知し、前記光ファイバーの先端部によって
検知された放射光に基づいて、前記光ファイバーの後端
側に接続された輝度・温度検出装置によって燃料の燃焼
輝度又は温度を継続的に測定し、測定された燃焼輝度又
は温度から燃料の燃焼性を診断するようにしたものであ
る。
In the method for diagnosing combustion of injected fuel in a blast furnace according to the present invention, a tuyere sonde having a measurement hole at the lower end of the tip is inserted into the blow pipe from behind the tuyere, and a metal pipe is attached to the tuyere sonde. The coated optical fiber is inserted so that the tip of the optical fiber faces the measurement hole, and when the tip of the optical fiber is melted, the tip of the optical fiber is sequentially fed to the measurement hole side while sequentially feeding the optical fiber to the measurement hole. The radiant light emitted by the combustion flame of the injected fuel is detected by the radiant light detected by the tip of the optical fiber, and the luminosity of the fuel is detected by the brightness / temperature detecting device connected to the rear end of the optical fiber. Alternatively, the temperature is continuously measured, and the combustibility of the fuel is diagnosed from the measured combustion brightness or temperature.

【0011】[0011]

【作用】本発明においては、羽口ゾンデに挿入した金属
管被覆された光ファイバーによってブローパイプ内にお
ける吹込み燃料の燃焼放射光を検出するに際して、光フ
ァイバーが溶損した場合は逐次光ファイバーを送り込む
ので、連続的に放射光を検出でき連続的な温度測定を行
うことができる。また、連続的に放射光を検出すること
によって、燃焼状態を把握することが可能となり、しか
も燃焼放射光を検出して、検出された放射光に基づいて
燃焼状態を診断するので、診断結果を瞬時に得ることが
できる。
In the present invention, when the combustion radiant light of the blown fuel in the blow pipe is detected by the optical fiber coated with the metal tube inserted in the tuyere probe, when the optical fiber is melted, the optical fibers are sequentially fed. The synchrotron radiation can be continuously detected and the temperature can be continuously measured. In addition, by continuously detecting the synchrotron radiation, it is possible to grasp the combustion state. Moreover, the combustion synchrotron radiation is detected, and the combustion state is diagnosed based on the detected synchrotron radiation. You can get it instantly.

【0012】[0012]

【実施例】図1は本発明の一実施例を説明する説明図、
図2は図1の一部を拡大して示す拡大図である。以下、
本発明の実施例を図1,2に基づいて説明する。図にお
いて、1は高炉炉体、2は送風支管、3は送風支管2に
続くブローパイプ、4は羽口、5は吹込み燃料が供給さ
れるはランス、6はブローパイプ3内に挿入された中空
の羽口ゾンデである。7は後述する光ファイバー供給ド
ラム8に巻かれ、一端が羽口ゾンデ6内に挿通された金
属管被覆された光ファイバー、8は光ファイバー7を逐
次供給する光ファイバー供給ドラム、9は光ファイバー
から送られる放射光を温度に変換する輝度温度演算機、
10はコンピュータである。11は吹込まれた燃料の火
炎、12はレースウェイ、13はコークスの充填層であ
る。なお、光ファイバー7、光ファイバー供給ドラム8
及び輝度温度演算機9とで放射温度計を構成している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory view for explaining one embodiment of the present invention,
FIG. 2 is an enlarged view showing a part of FIG. 1 in an enlarged manner. Less than,
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the figure, 1 is a blast furnace furnace body, 2 is a blast branch pipe, 3 is a blow pipe following the blast branch pipe 2, 4 is a tuyere, 5 is a lance to which blown-in fuel is supplied, and 6 is inserted in the blow pipe 3. It is a hollow tuyere sonde. Reference numeral 7 denotes an optical fiber supply drum 8 to be described later, one end of which is inserted into the tuyere sonde 6 and covered with a metal tube. Brightness temperature calculator that converts
10 is a computer. Reference numeral 11 is a flame of injected fuel, 12 is a raceway, and 13 is a packed layer of coke. The optical fiber 7 and the optical fiber supply drum 8
And the brightness temperature calculator 9 constitute a radiation thermometer.

【0013】次に、本発明に係る燃料の燃焼温度測定方
法について説明する。まず、燃料の燃焼により生成する
火炎11の中にブローパイプ3の後方から羽口ゾンデ6
を挿入し、この羽口ゾンデ6に挿通された光ファイバー
7を羽口ゾンデ6の先端部に設けた測定孔から火炎11
中に送り込むことにより、火炎11が発する放射光を検
出する。火炎11の温度は2000〜2500℃になる
ため、火炎11の中に送り込まれた光ファイバー7は、
被覆金属管と共に瞬時に溶損するが、応答速度が非常に
速いので、火炎11中に送り込まれてから溶損するまで
の間に火炎11からの放射光をとらえて入射する。入射
した放射光は、光ファイバー7を通って輝度温度演算機
9に導かれ電気信号に変換されたのち温度に換算され、
コンピュータ10により指数化、データ処理される。な
お、光ファイバー供給ドラム8により連続的に光ファイ
バー7を送り込めば、連続的な温度測定を行うことがで
きる。
Next, the fuel combustion temperature measuring method according to the present invention will be described. First, the tuyere sonde 6 from the rear of the blow pipe 3 into the flame 11 generated by the combustion of fuel.
And insert the optical fiber 7 inserted through the tuyere probe 6 into the flame 11 through the measurement hole provided at the tip of the tuyere probe 6.
Radiant light emitted by the flame 11 is detected by sending the flame 11 into the inside. Since the temperature of the flame 11 is 2000 to 2500 ° C., the optical fiber 7 sent into the flame 11 is
Although it melts instantly together with the coated metal tube, it has a very high response speed, and therefore radiates light emitted from the flame 11 during the period from being sent into the flame 11 until melting. The incident radiant light is guided to the brightness temperature calculator 9 through the optical fiber 7, converted into an electric signal, and then converted into a temperature,
The computer 10 performs indexing and data processing. If the optical fiber 7 is continuously fed by the optical fiber supply drum 8, continuous temperature measurement can be performed.

【0014】ブローパイプ3内の燃料の流れは非常に速
いため、この燃料の温度を正確に検出するには、応答速
度が非常に速く、視野が限定できる検出器を用いる必要
がある。応答速度が遅く視野が広い検出器の場合、測定
対象が大きくなりすぎてしまい、燃焼の変化をとらえる
ことが出来ず、平均化された情報しか得られないからで
ある。また、ブローパイプ内での燃料の温度は非常に高
温になるためその対策も必要である。以上の理由から、
温度測定に一般的によく用いられる熱電対は応答速度が
遅く、高温では溶損してしまうため本願の測定には適さ
ない。そこで、本実施例に使用した光ファイバー7は耐
腐食性を有する石英製GI50/125ファイバーを、
例えばステンレスの如き金属管被覆(または紫外線硬化
樹脂被覆)したもの、また、輝度温度演算機9は検出素
子がSi(波長0.9μm、又は測定対象が複数でその
面積比率が影響する場合は二色温度計)のもので、測定
温度範囲は200〜3000℃である。また、応答速度
は0.5m秒以下、視野がNA=0.2であり、高温の
高速流体の温度測定に適したものである。
Since the flow of fuel in the blow pipe 3 is very fast, it is necessary to use a detector having a very fast response speed and a limited field of view in order to accurately detect the temperature of this fuel. This is because in the case of a detector having a slow response speed and a wide field of view, the measurement target becomes too large, the change in combustion cannot be detected, and only averaged information can be obtained. Further, the temperature of the fuel in the blow pipe becomes extremely high, and it is necessary to take measures against it. For the above reasons,
Thermocouples, which are commonly used for temperature measurement, have a slow response speed and are melted at high temperatures, so they are not suitable for the measurement of the present application. Therefore, the optical fiber 7 used in this example is a GI50 / 125 fiber made of quartz having corrosion resistance,
For example, a metal tube coating (or an ultraviolet curing resin coating) such as stainless steel is used, and the brightness temperature calculator 9 has two elements if the detection element is Si (wavelength 0.9 μm or there are a plurality of measurement targets and the area ratio thereof affects. (Color thermometer), and the measurement temperature range is 200 to 3000 ° C. Further, the response speed is 0.5 msec or less, and the field of view is NA = 0.2, which is suitable for measuring the temperature of a high-temperature high-speed fluid.

【0015】さらに、本発明の特徴をあげると、先ず、
非接触で放射物体(気体、液体、固体)の温度を測定で
きるということである。また、本発明に係る光ファイバ
ー7は金属管被覆により強度が大きいので、光ファイバ
ー自体に損傷を与えることがなく、羽口4の後方から安
定して送り込むことができる。しかも、炉外の光ファイ
バー供給ドラム8に数十回の測定にも充分な長さの光フ
ァイバー7を収容できるので、連続的な測定が可能であ
り、水冷された羽口ゾンデ6より逐次新しい光ファイバ
ー7を送り込むため、長時間高温雰囲気下での耐久性を
考慮する必要もない。
Further, the characteristics of the present invention are as follows.
This means that the temperature of a radiant object (gas, liquid, solid) can be measured without contact. Moreover, since the optical fiber 7 according to the present invention has a large strength due to the metal tube coating, it can be stably fed from the rear of the tuyere 4 without damaging the optical fiber itself. Moreover, since the optical fiber 7 having a length sufficient for several tens of measurements can be accommodated in the optical fiber supply drum 8 outside the furnace, continuous measurement is possible, and new optical fibers 7 are successively added from the water-cooled tuyere probe 6. Therefore, it is not necessary to consider durability under high temperature atmosphere for a long time.

【0016】図2に基づいて羽口ゾンデ6をさらに詳細
に説明すると、羽口ゾンデ6の先端部の下部側にには光
ファイバー7を送り出す測定孔14が設けられている。
この測定孔14は羽口ゾンデ6をレースウェイ12及び
コークス充填層13内へ挿入する際、小粒のコークスや
コークス粉あるいは未燃燃料等による測定孔14の閉塞
を防止するため及び、炉内の放射光の影響を受けずに、
吹込み燃料の燃焼火炎が発する放射光のみを検出するた
めに羽口ゾンデ6の軸方向に対して直角に開口したもの
である。なお、上方から滴下してくる溶銑滓による閉塞
を防ぐため、下方に開口させるのが好ましい。
The tuyere probe 6 will be described in more detail with reference to FIG. 2. A measurement hole 14 for feeding the optical fiber 7 is provided on the lower side of the tip of the tuyere probe 6.
This measurement hole 14 is for preventing the measurement hole 14 from being blocked by small coke, coke powder, unburned fuel, etc. when the tuyere sonde 6 is inserted into the raceway 12 and the coke packed layer 13 and in the furnace. Without being affected by synchrotron radiation,
The opening is formed at a right angle to the axial direction of the tuyere sonde 6 in order to detect only the radiant light emitted by the combustion flame of the blown fuel. In addition, in order to prevent blockage due to molten pig iron dropping from above, it is preferable to open downward.

【0017】本発明の効果を実証するため、実炉におい
て次のような燃焼温度測定試験を実施した。図1のブロ
ーパイプ3の上流方向からは熱風がながれていて、ブロ
ーパイプ3内のガス流速は105m/s、また、羽口4
の先端のガス流速は200m/sである。その他の諸条
件は表1に示すとおりである。なお、本試験においては
測定孔14が吹込みランス5の先端部から下流側へ90
0mmの位置に配置されるように羽口ゾンデ6を挿入し
ている。そして、羽口ゾンデ6内に光ファイバー7を送
り込み、光ファイバー7が溶損するまでの間に燃焼して
いる燃料の放射光をとらえてその温度を測定したもので
ある。
In order to demonstrate the effect of the present invention, the following combustion temperature measurement test was carried out in an actual furnace. Hot air is flowing from the upstream direction of the blow pipe 3 in FIG. 1, the gas flow velocity in the blow pipe 3 is 105 m / s, and the tuyere 4
The gas flow velocity at the tip of is 200 m / s. Other conditions are shown in Table 1. In addition, in this test, the measurement hole 14 was moved from the tip of the blowing lance 5 to the downstream side by 90 degrees.
The tuyere probe 6 is inserted so as to be placed at a position of 0 mm. Then, the optical fiber 7 is fed into the tuyere sonde 6, and the temperature is measured by capturing the emitted light of the burning fuel until the optical fiber 7 is melted.

【0018】[0018]

【表1】 [Table 1]

【0019】表1の試験条件(A)における燃焼温度測
定結果を図3に示す。図3の縦軸は温度(℃)、横軸は
チャート紙の長さ(cm)をそれぞれ示している。な
お、測定信号の応答が分かりやすいように、温度ピーク
の立ち上がりはリアルタイムで、立下がりは応答を1秒
遅らせ、チャートスピードを60cm/minに設定し
た結果を示すものである。図3から分かるように、本発
明によれば燃料の燃焼場のような2000℃を越える高
温場でも連続的な温度測定が可能であり、測定結果も瞬
時に得られるのである。
FIG. 3 shows the results of combustion temperature measurement under the test condition (A) shown in Table 1. The vertical axis of FIG. 3 represents the temperature (° C.), and the horizontal axis represents the length (cm) of the chart paper. For the sake of easy understanding of the response of the measurement signal, the rise of the temperature peak is real time, the fall is the response delayed by 1 second, and the chart speed is set to 60 cm / min. As can be seen from FIG. 3, according to the present invention, continuous temperature measurement is possible even in a high temperature field exceeding 2000 ° C. such as a fuel combustion field, and the measurement result can be obtained instantly.

【0020】次に、測定孔14の位置を吹込みランス5
の先端部から下流側へ移動させ、複数の位置で温度測定
を行った。図4はその結果を示すものであり、縦軸は温
度(℃)、横軸は測定孔14のランス5の先端部からの
距離(mm)をそれぞれ示している。また、図4中
(A)、(B)はそれぞれ表1の試験条件(A)(燃料
を吹込んだとき)と同じく表1の試験条件(B)(燃料
を吹込まないとき)を示している。試験の結果、図4に
示すように、燃料を吹込まないとき(B)に比べて、燃
料を吹込んだとき(A)には、羽口先900mmで微粉
炭のソルーションロス反応による炉内温度低下が認めら
れた。また、レースウェイ奥のコークス充填層13では
温度が低下することがわかり、本発明により燃料吹込み
時の炉内温度分布を測定できることが確認された。な
お、燃料を吹込まない場合には上述と同様な方法により
炉内温度を測定できることは言うまでもない。
Next, the position of the measuring hole 14 is blown into the blowing lance 5.
The temperature was measured at a plurality of positions by moving it from the tip to the downstream side. FIG. 4 shows the results, in which the vertical axis shows the temperature (° C.) and the horizontal axis shows the distance (mm) from the tip of the lance 5 of the measuring hole 14, respectively. Further, (A) and (B) in FIG. 4 respectively show the test conditions (A) (when fuel is injected) in Table 1 and the test conditions (B) (when fuel is not injected) in Table 1 as well. ing. As a result of the test, as shown in FIG. 4, as compared with the case where the fuel was not injected (B), the temperature inside the furnace when the fuel was injected (A) was 900 mm at the tuyere tip due to the solution loss reaction of the pulverized coal. A decrease was observed. Further, it was found that the temperature decreased in the coke packed layer 13 at the inner side of the raceway, and it was confirmed that the present invention can measure the temperature distribution in the furnace at the time of fuel injection. Needless to say, when the fuel is not blown in, the furnace temperature can be measured by the same method as described above.

【0021】次に、上記の吹込み燃料の燃焼温度測定方
法によって測定された測定結果に基づいて燃料の燃焼状
態を診断する燃焼診断方法について説明する。なお、本
実施例ではランス先端から300mmの位置に測定孔1
4がくるように羽口ゾンデ6を挿入して燃焼温度を測定
した。測定された温度は、温度の最高値を基準として、
数m秒間隔での平均値や各測定値の差として指数化さ
れ、その指数から燃焼性を判断する。燃料の燃焼状態が
良好な場合には燃焼温度が高く、平均の指数も大きい。
また、この場合は高い温度を持続するため差分の指数は
小さい。一方、燃焼状態が良好ではない場合は逐次検出
される燃焼温度が低く、測定値が高温になる頻度が少な
いので、平均の指数も小さく、差分の指数は大きい。本
発明では、燃料の燃焼率を前述の指数を用いて次のよう
に定義した。 燃焼率指数(%)=指数平均値(α)/指数最高値
(β)*100 この燃焼率指数の情報をフィードバックし、操業条件を
調節し、燃焼性が良好の状態を維持または向上させるの
である。
Next, a combustion diagnosis method for diagnosing the combustion state of the fuel based on the measurement result measured by the above-mentioned method for measuring the combustion temperature of the injected fuel will be described. In this embodiment, the measurement hole 1 is placed at a position 300 mm from the tip of the lance.
The tuyere sonde 6 was inserted so that 4 came, and the combustion temperature was measured. The measured temperature is based on the highest temperature value,
It is indexed as an average value or a difference between measured values at intervals of several milliseconds, and the flammability is judged from the index. When the combustion state of the fuel is good, the combustion temperature is high and the average index is large.
Further, in this case, since the high temperature is maintained, the difference index is small. On the other hand, when the combustion state is not good, the combustion temperature detected successively is low and the measured value rarely becomes high in temperature, so the average index is small and the difference index is large. In the present invention, the burning rate of fuel is defined as follows using the above-mentioned index. Combustion rate index (%) = exponential average value (α) / exponential maximum value (β) * 100 Information on this combustion rate index is fed back to adjust the operating conditions to maintain or improve the state of good combustibility. is there.

【0022】なお、上記の説明では光ファイバー7によ
って検出される放射光の輝度を温度に変換した場合につ
いて説明したが、温度に変換せずに測定された輝度に基
づいて上述の式により燃焼率指数(%)を求めてもよ
い。放射光の強度と燃料の燃焼状態との関係は、例えば
小沼(燃焼研究、(1979).vo150.P26)
の文献にみられるように燃焼工学の分野ではよく研究さ
れており、相関関係が確かめられている。
In the above description, the brightness of the radiant light detected by the optical fiber 7 is converted into temperature. However, the burning rate index is calculated by the above formula based on the brightness measured without being converted into temperature. (%) May be obtained. The relationship between the intensity of synchrotron radiation and the combustion state of fuel is, for example, Onuma (Combustion Research, (1979) .vo150.P26).
Well-studied in the field of combustion engineering as seen in the literature, and the correlation has been confirmed.

【0023】本発明の効果を実証するために、まず燃焼
温度測定実験を実施した。また、本実験の諸条件は表2
に示す通りである。
In order to demonstrate the effect of the present invention, first, a combustion temperature measurement experiment was conducted. The conditions of this experiment are shown in Table 2.
As shown in.

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】図5は表2の実験条件における燃焼温度測
定結果を示したグラフである。表2に於けるケース
(A)は通常操業における条件であり、ケース(B)は
燃料の燃焼率を上げるために酸素富化を行った場合の条
件である。図5に示すように酸素濃度が高いケース
(B)の場合の方が、測定された指数は大きく、時間変
動も小さい。このことからケース(B)の場合の方が、
燃料の燃焼状態が良好で、その状態が持続していること
が分かる。
FIG. 5 is a graph showing the combustion temperature measurement results under the experimental conditions shown in Table 2. Case (A) in Table 2 is a condition in normal operation, and case (B) is a condition when oxygen enrichment is performed to increase the combustion rate of fuel. As shown in FIG. 5, in the case of high oxygen concentration (B), the measured index is larger and the time variation is smaller. From this, in case (B),
It can be seen that the combustion state of the fuel is good and that state is persistent.

【0026】表3に上記実験によって得られた燃焼率指
数と、サンプリングした燃料を化学分析した結果を基に
計算した燃焼率(分析値)を示す。
Table 3 shows the combustion rate index obtained by the above experiment and the combustion rate (analytical value) calculated based on the result of chemical analysis of the sampled fuel.

【0027】[0027]

【表3】 [Table 3]

【0028】なお、分析による燃焼率は、下式によって
定義され、燃料中の灰分(Ash)が燃焼前後で一定と
いう仮定の下における可熱分の重量減少率をいう。 燃焼率(%)=100 *[1−[100-Ash(燃料)]*
Ash(原燃料)]/[100-Ash(原燃料)]*As
h(燃料) 表3に示すように、化学分析による結果(分析値)と上
述した本実施例の結果とはよく対応しており、このこと
から、本発明により燃料の燃焼性が測定できることが確
認された。
The burn rate by analysis is defined by the following equation and means the weight loss rate of the heatable content under the assumption that the ash content (Ash) in the fuel is constant before and after combustion. Burning rate (%) = 100 * [1- [100-Ash (fuel)] *
Ash (raw fuel)] / [100-Ash (raw fuel)] * As
h (Fuel) As shown in Table 3, the result (analytical value) by the chemical analysis and the result of the above-mentioned embodiment correspond well, and from this fact, the combustibility of the fuel can be measured by the present invention. confirmed.

【0029】図6は上述した本実施例により燃焼率指数
を測定し、この測定結果に基づいて操業を行った操業試
験結果のグラフである。なお、ここで用いている通気抵
抗指数は高炉の圧力損失に関係した指数で、操業指標と
して使用されている。図6のグラフから次のようなこと
が分かる。すなわち、燃料の吹込み量を200kg/t
に増やしたところ、図中のケース(イ)のように燃料の
燃焼率指数が低い状態が続き、未燃の燃料の生成量が増
え、それが炉内に蓄積し、炉内の通気抵抗が大きくなっ
た。そこで、燃焼率指数が上がるように酸素富化を行っ
たところ、図中のケース(ロ)に示すように炉内の通気
抵抗が減少し、操業が安定した。
FIG. 6 is a graph of an operation test result in which the burning rate index was measured by the above-described embodiment and the operation was performed based on the measurement result. The ventilation resistance index used here is an index related to the pressure loss of the blast furnace and is used as an operation index. The following can be seen from the graph of FIG. That is, the injection amount of fuel is 200 kg / t.
However, as shown in case (a) in the figure, the fuel combustion rate index continues to be low, and the amount of unburned fuel produced increases, which accumulates in the furnace and the ventilation resistance in the furnace increases. It got bigger. Therefore, when oxygen enrichment was performed so that the burning rate index increased, the ventilation resistance in the furnace decreased as shown in case (b) in the figure, and the operation became stable.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、羽口ゾン
デに挿入した金属管被覆された光ファイバーによってブ
ローパイプ内における吹込み燃料の燃焼放射光を検出す
るに際して、光ファイバーが溶損した場合は逐次光ファ
イバーを送り込むようにしたので、燃料の燃焼放射光を
連続的に検出でき、燃焼温度を連続的に測定できる。
As described above, according to the present invention, when the combustion radiant light of the blown fuel in the blow pipe is detected by the optical fiber covered with the metal tube inserted in the tuyere probe, the optical fiber is melted Since the optical fiber is sequentially fed, the combustion radiant light of the fuel can be continuously detected, and the combustion temperature can be continuously measured.

【0031】また、連続的に放射光を検出して、検出さ
れた放射光に基づいて燃焼状態を診断するので、診断結
果を正確かつ瞬時に得ることができる。さらに、この診
断結果に基づいて操業条件を制御することによって、通
気抵抗の上がらない高炉操業を容易に実現することがで
きる。
Further, since the emitted light is continuously detected and the combustion state is diagnosed on the basis of the detected emitted light, the diagnosis result can be obtained accurately and instantaneously. Further, by controlling the operating conditions based on the result of this diagnosis, it is possible to easily realize the blast furnace operation in which the ventilation resistance is not increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を説明する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of the present invention.

【図2】図1の一部を拡大して示す拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view showing a part of FIG. 1 in an enlarged manner.

【図3】実施例における燃焼温度測定結果を示すグラフ
である。
FIG. 3 is a graph showing a combustion temperature measurement result in an example.

【図4】他の実施例における燃焼温度測定結果を示すグ
ラフである。
FIG. 4 is a graph showing a measurement result of combustion temperature in another example.

【図5】表1の実験条件における燃焼温度測定結果を示
したグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the measurement results of combustion temperature under the experimental conditions of Table 1.

【図6】本実施例により燃焼率指数を測定し、この測定
結果に基づいて操業を行った操業試験結果のグラフであ
る。
FIG. 6 is a graph of an operation test result in which a combustion rate index is measured according to the present example and an operation is performed based on the measurement result.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高炉本体 2 送風支管 3 ブローパイプ 4 羽口 5 ランス 6 羽口ゾンデ 7 光ファイバー 8 光ファイバー供給ドラム 9 輝度温度演算機 10 コンピュータ 14 測定孔 1 Blast furnace main body 2 Blower branch pipe 3 Blow pipe 4 Tuyere 5 Lance 6 Tuyere sonde 7 Optical fiber 8 Optical fiber supply drum 9 Brightness temperature calculator 10 Computer 14 Measuring hole

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 努 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 山田 善郎 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 山中 善吉 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Tsutomu Kawamura 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan Steel Pipe Co., Ltd. (72) Yoshiro Yamada 1-2-1 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Date Inside the Steel Pipe Co., Ltd. (72) Inventor Yoshiyoshi Yamanaka 1-2-1, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nihon Steel Pipe Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 先端下部側に測定孔を有する羽口ゾンデ
を羽口後方からブローパイプ内に挿入し、 前記羽口ゾンデに金属管被覆された光ファイバーを挿入
して該光ファイバーの先端部を前記測定孔に臨ませると
共に、該光ファイバーの先端部が溶損した場合には逐次
光ファイバーを前記測定孔側に送り込みながら、前記光
ファイバーの先端部によって吹込み燃料の燃焼火炎が発
する放射光を検知し、 前記光ファイバーの先端部によって検知された放射光に
基づいて、前記光ファイバーの後端側に接続された温度
検出装置によって燃料の燃焼温度を継続的に測定するこ
とを特徴とする高炉における吹込み燃料の燃焼温度測定
方法。
1. A tuyere probe having a measurement hole at the lower end of the tip is inserted into the blow pipe from the rear of the tuyere, and an optical fiber coated with a metal tube is inserted into the tuyere probe to attach the tip of the optical fiber to the tip. While facing the measurement hole, when the tip of the optical fiber is melted, while sequentially feeding the optical fiber to the measurement hole side, the radiant light emitted by the combustion flame of the blown fuel is detected by the tip of the optical fiber, Based on the radiant light detected by the tip of the optical fiber, the combustion temperature of the fuel is continuously measured by a temperature detecting device connected to the rear end of the optical fiber. Combustion temperature measurement method.
【請求項2】 高炉の羽口に続くブローパイプ内におけ
る吹込み燃料の燃焼状態を診断する燃焼診断方法であっ
て、 先端下部側に測定孔を有する羽口ゾンデを羽口後方から
ブローパイプ内に挿入し、 前記羽口ゾンデに金属管被覆された光ファイバーを挿入
して該光ファイバーの先端部を前記測定孔に臨ませると
共に、該光ファイバーの先端部が溶損した場合には逐次
光ファイバーを前記測定孔側に送り込みながら、前記光
ファイバーの先端部によって吹込み燃料の燃焼火炎が発
する放射光を検知し、 前記光ファイバーの先端部によって検知された放射光に
基づいて、前記光ファイバーの後端側に接続された輝度
・温度検出装置によって燃料の燃焼輝度又は温度を継続
的に測定し、測定された燃焼輝度又は温度から燃料の燃
焼性を診断することを特徴とする吹込み燃料の燃焼診断
方法。
2. A combustion diagnosis method for diagnosing a combustion state of injected fuel in a blow pipe following a tuyere of a blast furnace, wherein a tuyere sonde having a measurement hole at a lower end of the tip is provided in the blow pipe from behind the tuyere. And insert a metal tube-coated optical fiber into the tuyere probe to expose the tip of the optical fiber to the measurement hole, and if the tip of the optical fiber is melted, measure the optical fiber sequentially. While feeding to the hole side, the radiant light emitted by the combustion flame of the blown fuel is detected by the tip of the optical fiber, and based on the radiant light detected by the tip of the optical fiber, it is connected to the rear end side of the optical fiber. Continuously measuring the combustion brightness or temperature of the fuel with the brightness / temperature detection device, and diagnosing the combustibility of the fuel from the measured combustion brightness or temperature. A method for diagnosing combustion of blown fuel, comprising:
JP31019793A 1993-11-15 1993-12-10 Method for measuring combustion temperature of blowing fuel in blast furnace and method for diagnosing combustion of fuel Pending JPH07179917A (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5-284969 1993-11-15
JP28496993 1993-11-15

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JP31019793A Pending JPH07179917A (en) 1993-11-15 1993-12-10 Method for measuring combustion temperature of blowing fuel in blast furnace and method for diagnosing combustion of fuel

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JP (1) JPH07179917A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017110259A (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Jfeスチール株式会社 Combustion state measuring method, and combustion state measuring system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017110259A (en) * 2015-12-16 2017-06-22 Jfeスチール株式会社 Combustion state measuring method, and combustion state measuring system

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