JPH0726134B2 - 溶鉱炉炉底部の測温方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶鉱炉炉底部の測温方法に関し、特に溶鉱炉
等高温溶融物を内部に有し、内部を直接監視できない炉
の耐火物の侵食状況およびその耐火物の侵食面上に消長
する凝固層の分布状況を精度良く推定し、操業安定化と
炉寿命の延長を図る管理手段の精度を高める測定方法に
関する。なお本発明において溶鉱炉とは高炉、電気炉ま
たはガラス溶融炉など、炉内に高温溶融物を収容して反
応を推進させる炉を一括して呼称する。

〔従来の技術〕

以下溶鉱炉の代表例として高炉について説明する。

高炉の操業を安定化し、炉寿命の延長を実現するために
は、高炉炉底部の管理が重要な要素となっていることは
公知の事実であり、全世界の高炉操業者はこの点に力を
注いでいる。すなわち、炉底耐火物の侵食状況を常時把
握し、短期的、長期的な保護対策を迅速かつ的確に実施
し、また同時に該保護対策に由来し、耐火物侵食面上に
生成、消滅を繰返す、溶銑、コークス、れんが破片、そ
の他の装入物の混合した凝固層の分布状況を常時把握し
て、耐火物保護対策の定量化を図るとともに凝固層厚や
層厚分布の制御を行うことが重要な課題となっている。

上記課題を実行可能とするためには、炉底内部のオンラ
インによるモニタリングが前提となる。このため発明者
らは特開昭60−184606号に示すように、境界要素法なる
新しい数値計算法を応用し、従来技術では成し得なかっ
た、侵食凝固層ラインの自動推定および該ラインのオン
ラインモニタリングによる複数高炉の炉底の短期的、長
期的な保護対策の実施とそれによる操業の安定化そして
炉底耐火物の侵食進行などの異常時における即応といっ
た炉体管理、および炉寿命の延長を実現した。

ここにおいて当然のことながら上述の新規の方法は高炉
炉底各部において十分な数の測温センサが設置されてお
り、かつ正確な測温データが得られることを前提として
いる。

しかし、実現には測温センサの数は少なく、炉底部のあ
るひとつの子午線断面上にあるセンサの数は、多くて９
個程度である。少し以前に建設された高炉では、炉底底
面には唯一点のセンサしか設置されていないというよう
な状況である。また、まとまって測温センサが設置され
ている炉底耐火物の子午線断面の数も少なく、せいぜい
４断面程度である。この理由は、多くの断面に多くの測
温センサを設置すれば、当然のことながら、センサや測
定値の集録装置の維持管理労力は莫大なものとなり、結
局は管理不良となって設置されていても使用されないと
いうような事態が発生していたことによる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような状況のもとで、発明者らは特願昭61−079460
号に示すような全く新規な測温方法を発明した。

上記発明によれば、測温センサや測温データの集録装置
を増加させることなく、炉底部子午線断面境界上におけ
る任意の時刻の連続的な温度分布を容易に得ることがで
き、特開昭60−184606号に示す方法と組合せることによ
って、炉内状況の推定精度を飛躍的に向上させることが
できる。また、センサの交換が非常に容易となり、かつ
センサの数も増加しないため、センサの保守、管理の労
力が減少し、ひいては全センサの測定値の信頼性を向上
させることができる。

第１図に上記発明方法および本発明方法の適用されるス
テーブ冷却装置９を有する高炉炉底部の構造の概略を示
す。炉底は一般に炭素、酸化珪素、酸化アルミニウム、
炭化珪素等を主成分とする種々の耐火物２によって構成
されており、それらを保護するために炉底側壁部と炉底
底盤10下に冷却装置９が備えられている。

測温装置11は、第１図は示す如く、炉底側壁部の耐火物
２と冷却装置９の間、および炉底底盤10真上の耐火物２
の中に埋設され、１本あるいは複数本の測温センサ12、
該センサ12の巻取り装置13および該センサ12を導通させ
る通路14から成り立っている。また必要に応じ、測温セ
ンサ12の移動方向を変えて案内する装置15（例えば滑
車）を装備する。測温装置11は遠隔自動操作され、任意
の時刻の炉底側壁、底面部の温度を、それぞれの位置に
ついて連続的な温度分布として採取することができる。
すなわち、測温センサ12は巻取り装置13によって巻取り
あるいは巻戻しされ、通路14内を自由に移動し、センサ
12は通路14内各部の温度すなわち、各部の耐火物の温度
を捕え、炉底部耐火物２の任意の子午線断面上で、炉底
底面では炉底中心から側壁鉄皮部、あるいは対向する側
壁鉄皮部から側壁鉄皮部まで、そして炉底側壁では羽口
８直下から炉底底盤10までの、任意の時刻の連続温度分
布を測定することができる。

第２図は散水冷却装置９を有する高炉炉底部に上記発明
方法および本発明方法を実施するための装置を設置した
例を示す概略図であり、第１図における場合と同様に、
任意の子午線断面の境界における連続的な温度分布を検
知することができる。

第６図に上記発明方法が適用される測温センサ感温部16
の詳細を示す。第６図は温度センサ通路14として内径5m
m外径10mmのステンレス鋼製の配管を用い、JIS規定のシ
ース式Ｋ型熱電対（外径3.2mm）から成る測温センサ12
（長さ25m）の中間に感温部16を備えたものを装入した
例を示す。通路14は耐火物２の中に埋め込まれている。

測温センサ12は両端の巻取り装置13により巻取り、巻戻
しがなされ、感温部16は配管14内を左右に自由に摺動し
各部の温度をとらえることができる。

一般に測温センサの通路14としては長期使用を考慮して
耐腐食性の大きいステンレス鋼管が用いられ、また、測
温センサ12としてはJIS規定のシース型の熱電対が用い
られることが多い。このシース材質も同様にステンレス
製が一般的である。

ステンレスの熱伝導率は25〜30Kcal/mh℃であり、測温
装置を埋設する際耐火物２との間隙の充填に一般的に使
用されるカーボン質スタンプ材の熱伝導率は10〜12Kcal
/mh℃であって、その比は２〜３程度になっている。こ
のため、ステンレス部の熱流束が大となり耐火物２の温
度分布と測温装置内の温度分布が異り、正確に耐火物２
の温度を捕えることができないことになる。この状況を
模式的に第５図に示す。

第５図に示す例では、センサ感温部16の位置での耐火物
２の温度は約165℃であるにも拘らずセンサ通路14の熱
流束による結果、実際に検出できる温度は約100℃とな
る。破線矢印で熱流方向を示している。

このように、耐火物２の熱伝導率よりもセンサ12やセン
サ通路14の熱伝導率の方が高ければ、計測温度は実際よ
りも低くなる。この傾向は局部的な温度上昇がある場合
さらに顕著となり、測温装置の本来の目的の１つである
局部的な異常侵食を正確に捕えることが困難となる。

前述のように、任意の時刻の連続温度分布の測定を可能
にした特願昭61−079460号に示す方法をもってしても、
それを実現する測温装置に改良がなければ、その本来の
目的は達成されない。すなわち、該測温装置の測温セン
サ12やセンサ通路14の材質の熱伝導率が周囲の耐火物２
と異なれば、該測温装置内部と耐火物内部の温度分布が
異なり耐火物内の真の温度分布を捕えることはできな
い。

本発明はこのような状況に鑑み、測温装置に改善を加え
ることによって、任意の時刻の耐火物内部の温度分布を
より正確に連続的に捕えることを目的とし、本測温装置
によって得られたデータを特開昭60−184606号に示す方
法と組合せることによってその真価を発揮し、炉内状況
の推定精度を一段と向上させるものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、発明者らは、高炉炉底部の任
意の子午線断面上で、炉底底面には炉底中心から側壁鉄
皮部あるいは対向する側壁鉄皮部から側壁鉄皮部まで、
そして炉底側壁には羽口直下から炉底底盤まで、耐火物
と熱伝導率が略等しいセラミック管からなる測温センサ
の通路を耐火物内に内在させ、その通路は両端を炉外に
開口させておき、この通路内に両端部を断熱処理した測
温センサ移動自在に挿通し、これを任意に移動させて炉
底部の炉子午線に沿う連続的な温度分布を測定する方法
を開発した。

また一例として、測温センサの各通路をセラミック管お
よび熱の良導体である金属管とを長手方向に交互に配設
して構成し、良導体位置で温度を測定する方法を開発し
た。

〔作用〕

本発明の目的は、任意の時刻の耐火物内部の温度分布を
より正確に連続的に捕えることである。これを達成する
ためには以下の条件が満足されればよい。

センサ通路14を耐火物２と熱伝導率が略等しいセラミ
ック材質とする。すなわち、その熱伝導率を埋設する位
置の耐火物２と等しくして通路材質に基づく熱流束の変
化を防止する。当然のことながら、これにより測温装置
と耐火物２は熱的に同一となり、同一の温度分布がセン
サ通路14側で得られることになる。また測温センサ12に
おいてもセンサ通路14と同様な現象を生じ第５図に示す
ような熱流を生じるから、第３図に示すように測温セン
サ12の感温部16の移動方向に熱の絶縁物24を配設し、感
温部16を断熱処理する。従ってセンサ通路14と同様感温
部16も測定条件が一様に揃いその結果正確な測温データ
が得られることになる。

なお、第３図は、測温装置を構成する測温センサとセン
サを挿通させる通路14の材料の熱伝導率を該測温装置を
埋設する周囲の耐火物の熱伝導率と等しくした場合の温
度分布を示す模式図である。また第５図は、耐火物内と
測温装置内の温度分布が異なることを示す模式図であ
る。

測温装置の１例として、第４図に示すように感温部16
の両端を熱の絶縁物24で断熱し、かつセンサ12を挿通さ
せる通路14の構造を熱の良導体と不良導体とを交互に組
合せた。これにより、測温装置を通しての熱の移動が阻
止され、感温部16がセンサ通路14の良導体部にあるとき
耐火物の温度が正確に捕えられ、離散的ではあるがほぼ
連続的に耐火物２の温度分布が得られることになる。

すなわち、センサ通路14に、該通路14の長手方向に金属
管とセラミック管を交互に配設し、熱伝導速度の早い金
属部で測温するため、あたかも炉底耐火物の通路に面し
ている側に測温センサを備えたと同等の温度検出機能を
備えたことになる。

さらに本発明によれば、測温センサや測温データの収録
装置の数を増加させることなく、炉底部子午線断面境界
上における任意の時刻の連続的な温度分布を容易に得る
ことができ、炉内状況の推定精度を飛躍的に向上させる
ことができる。また、センサの交換が非常に容易とな
り、かつセンサの数も増加しないため、センサの保守、
管理の労力が減少し、ひいては全センサの測定値の信頼
性を向上させることができる。

〔実施例〕

一般に、測温装置の材質にはその耐腐食性を考慮しステ
ンレス鋼が使用される。この場合、測温装置の熱伝導率
は該装置が埋設される部分の耐火物の熱伝導率に比較
し、２〜３倍大きく、ステンレス部の熱流束が大とな
る。このため、耐火物２と測温装置内の温度分布が、第
５図に示すように、異なり、正確に耐火物の温度を捕え
ることができない。

本発明を好適に実施できる測温装置11は、その材質をセ
ラミックとし該材質の熱伝導率を、測温装置11の周囲の
耐火物２の熱伝導率と同一とすることを特徴とする。こ
のようにすれば、本装置11と耐火物２は熱的に同一とな
り、第３図に示す如く同一の温度分布、すなわち正確な
測温データが得られることになる。

また、上記の目的は、測温装置内の測温センサの移動方
向の熱流を阻止することを併用することによって達成さ
れる。すなわち、測温装置11のある一部が断熱されれ
ば、装置内部を通して該部分から熱が出入りしなくなる
ので、該部分の温度は周囲耐火物２の温度と等しくな
る。また、測温装置11の他の実施例を第４図し示す。測
温センサ12はその感温部16の両端が熱の絶縁物24で熱的
に絶縁されていることは、第３図例と同様であるがセン
サ12を挿通させるセンサ通路14の構造は熱の良導体例え
ば銅やアルミニウムと不良導体例えばセラミックスとを
交互に組み合わせたものとなっており、装置内部を通し
た熱流が阻止される構造となっている。本測温装置によ
れば、第４図に示すように、感温部16が熱の良導体22に
接触する時、良導体22は不良導体23で挟まれて熱伝導は
感温部16方向のみとなり、また、感温部16も断熱されて
いるため感温部16の移動方向への熱流がなくなる。その
結果、感温部16の指示温度は感温部16の位置の耐火物温
度と一致し、正確に炉底部の温度を捕えることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明方法により、任意の時刻の溶鉱炉炉底部の温度分
布を連続的に精度よく把握することができるため、炉底
内部の状態の推定精度は大幅に向上し、耐火物の保護や
それによる炉寿命の延長、および適切な出銑滓作業など
高炉操業の安定化に図り知れない効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明方法に係る高炉炉底部の断面図
で、第１図はステーブ冷却装置を備えた高炉での測温通
路の設置位置の概略を示し、第２図は、散水冷却装置を
備えた高炉での測温通路の設置位置の概略を示す。第３
図、第４図は本発明方法を好適に実施できる測温装置で
あり、第３図は、測温装置を構成する測温センサとセン
サを挿通させる通路の材料の熱伝導率を該測温装置を埋
設する周囲の耐火物の熱伝導率と等しくした場合の温度
分布を示す模式図、第４図は、測温装置を構成する測温
センサの感温部の両端を熱的に絶縁し、かつセンサを挿
通させる通路の構造を熱の良導体と不良導体とを交互に
組み合わせたものとした場合の温度分布を示す模式図、
第５図は耐火物内と測温装置内の温度分布が異なること
を示す模式図、第６図は、従来例の測温方法に用いるセ
ンサ感温部の詳細を示す説明図である。 １……対称軸、２……炉底耐火物 ３……等温線、５……出銑口レベル ８……羽口レベル、９……冷却装置 10……炉底底盤、11……測温装置 12……測温センサ 13……巻取り装置 14……測温センサ通路 15……測温センサの移動方向を変える装置 16……測温センサ感温部 21……高炉外壁鉄皮 22……熱の良導体、23……熱の不良導体 24……熱の絶縁物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶鉱炉炉底部に測温センサを導入し、炉
   底、炉壁を含む温度を測定する溶鉱炉炉底部の測定方法
   において、 溶鉱炉炉底部耐火物内に溶鉱炉の子午線断面に沿い前記
   耐火物と熱伝導率が等しいセラミック管からなる測温セ
   ンサの通路をその通路両端を炉外に開口させて内在さ
   せ、該通路内に両端部を断熱処理した測温センサを移動
   自在に挿通し、該通路の両端より通路内部の該測温セン
   サを移動させて炉底部の炉子午線に沿う連続的な温度分
   布を測定することを特徴とする溶鉱炉炉底部の測温方
   法。
2. 【請求項２】測温センサの各通路をセラミック管および
   熱の良導体である金属管とを長手方向に交互に配設して
   構成し、該金属管位置で測温することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の溶鉱炉炉底部の測温方法。