JPH10140218A - 高炉炉底管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴｉＯ_２源使用によるコスト悪化や溶銑滓品
質悪化の問題を発生することなく、また新しい設備を必
要とせずに、操業上の手段のみで炉底耐火物の損耗を効
果的に防止し得る手段を提供する。 【解決手段】 高炉に配設したゾンデから得られるガス
温度及びガス組成の実測値から数学的モデルにより推定
される融着帯レベルに管理値を設定し、融着帯レベルが
該管理値内にあって、高炉炉底部に設置された温度計に
より測定される炉底温度および炉底側壁部温度が予め設
定されている管理値内におさまるように、炉壁近傍にお
ける融着帯レベルを装入物制御手段等により制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高炉炉底部の延
命技術に係り、炉底耐火物の損耗を軽減し炉底部の寿命
を延ばすための高炉炉底管理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の炉底耐火物は、長期間の操業によ
り侵食、摩耗等による損耗を受け、高炉寿命律速の要因
の一つである。この炉底耐火物の損耗の原因の一つに高
炉炉内に存在する融着帯より滴下する溶銑との接触によ
る侵食、摩耗がある。すなわち、高炉炉内に存在する融
着帯より滴下する溶銑は、下部コークス層の粒子間を伝
いながら炉床に向って滴下するが、その際滴下する途中
で高温ガスと熱交換が行われて温度が上昇する。したが
って、滴下溶銑温度は滴下距離が長いほどすなわち融着
帯レベルが高いほど高くなり、融着帯レベルが低いほど
低下する。そのため、炉壁近傍の融着帯レベルが高くな
りすぎると炉壁部滴下溶銑温度が上昇し、この高温の滴
下溶銑の接触により炉底側壁煉瓦は損耗される。また、
逆に融着帯レベルが低すぎると滴下溶銑温度が下がりす
ぎ炉況不安定を引起こす可能性がある。

【０００３】この炉底耐火物の損耗を防止または軽減す
るための対策としては、従来種々の方法が実施されてお
り、その中で特に侵食の進行が著しい炉底側壁部等の局
所的な侵食抑制技術としては、従来以下に示す方法が知
られている。

【０００４】 炉底散水量による制御。 羽口よりＴｉ０_２源を吹込む方法。 特定羽口の送風空気量を減少させる方法。 送風支管に設けた熱風制御弁により羽口送風量を調
整する方法。

【０００５】上記の方法は、炉底側壁鉄皮の冷却水量
を増加し、鉄皮からの抜熱量を増大する方法である。た
だしこの方法は、散水量調整のための作業負荷が増大す
るのみならず、炉底側壁煉瓦の侵食を抑制する効果が顕
著に現れないといった問題がある。の方法としては、
炉底温度計の測温、監視により炉底煉瓦侵食が検知され
た方位近傍の羽口より粉状のＴｉ０_２源を吹込んで炉底
煉瓦を保護する方法が知られている（特開昭６０−２２
８６１１号公報、特開平２−２０５６０８号公報等参
照）。すなわち、この方法は、Ｔｉ０_２源を吹込むこと
によって溶銑滓の粘性を悪化させて煉瓦表面に凝固させ
る方法である。しかしこの方法は、炉底全体の損耗に対
してはほぼ全羽口からの吹込みを実施することになり非
効率的である。また、炉内溶銑滓の排出不良をもたらし
炉況の悪化を招くとともに、炉前作業負荷の増大を招
く。さらに、Ｔｉ０_２源であるイルメナイト、メチルが
高価であるためコストが高くつく。の方法としては、
炉体温度上昇方位の羽口の送風空気量を減少させ、滴下
溶銑量を減少させることによって炉底煉瓦の侵食を抑制
する方法が知られている（特公昭５９−１０９６８号公
報参照）。この方法の具体例としては、特定羽口にＮ_２
を混入して酸素濃度を低下させる方法と、羽口径を縮小
または羽口を遮閉する方法が示されている。この特定羽
口の送風空気量を減少させる方法は、炉底煉瓦の侵食抑
制効果が顕著に現れる点では優れているが、羽口にＮ_２
を混入させるための設備費が高くつくことや、羽口径変
更、遮閉のためには休風を行わなければならないといっ
た問題点がある。の方法としては、炉底温度上昇方位
の羽口の送風流量を熱風制御弁により調整（減少）し、
炉底煉瓦侵食を抑制する方法が知られている（特開昭６
０−２４３２０７号公報参照）。この方法は、前記の
方法と同様の効果が顕著に現れるが、各羽口に熱風制御
弁を設置しなければならないため莫大な設備費がかかる
という問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来技術の実情に鑑みてなされたもので、前記したよ
うなＴｉ０_２源使用によるコスト悪化や溶銑滓品質悪化
の問題を発生することなく、また新しい設備を必要とせ
ずに、操業上の手段のみで炉底耐火物の損耗を効果的に
防止し得る高炉炉底管理方法を提案しようとするもので
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る高炉炉底
管理方法は、高炉炉底部および側壁部温度計の指示値と
融着帯レベルにより管理する方法であり、その要旨は、
高炉の炉上部に挿通したゾンデから得られるガス温度お
よびガス組成の実測値から数学的モデルにより推定され
る融着帯レベルに管理値を設定し、融着帯レベルが該管
理値内にあって、高炉炉底部に設置された温度計により
測定される炉底温度および炉底側壁部温度が予め設定さ
れている管理値内におさまるように、炉壁近傍における
融着帯レベルを制御することを特徴とするものである。

【０００８】高炉の炉底部および炉底側壁煉瓦中には、
通常、円周方向および半径方向に複数の温度計が配設さ
れており、これらの温度計を利用して炉底侵食状況を把
握している。すなわち、炉底部の煉瓦の侵食が進行して
いる場合は炉底部での温度計測値が上昇するので、炉底
部の侵食進行状況の判断はこの温度計測値から容易に判
断できることから、炉底部および炉底側壁部の温度計測
値に予め設定されている上限管理値内におさまるように
管理している。具体的には、炉底側壁煉瓦内に挿通した
異なる長さの温度計の実測値の差分が６０℃以下になる
ように管理している。

【０００９】また、高炉炉底側壁煉瓦は、前記したごと
く炉壁近傍で滴下した溶銑により溶損されるため、炉壁
近傍での融着帯レベルを制御することは炉底側壁煉瓦の
損耗抑制につながる。したがって、この発明では前記高
炉の炉底部および炉底側壁部温度計の指示値だけでな
く、融着帯レベルにも管理値を設定し、炉底温度および
炉底側壁部温度が予め設定されている管理値内におさま
るように、炉壁近傍における融着帯レベルを制御する方
法をとったのである。

【００１０】融着帯レベルを推定する方法としては、
「鉄と鋼」６５（１９７９）Ｐ１５４４等に記載されて
いる数学的モデルを用い、「鉄と鋼」６４（１９７８）
Ｓ４７等のように炉頂ゾンデ測定値から推定する方法
（特開昭６２−７７４１３号公報等参照）を用いること
ができる。以下に、融着帯レベルを推定する方法に用い
られる数学的モデルについて説明する。

【００１１】このモデルは、炉頂ゾンデにより計測され
た半径方向各位置における（ａ）ガス温度分布、（ｂ）
ガス組成分布（ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、Ｎ_２）を用いて、
半径方向各位置におけるＯ／Ｃ、ガス流量、溶解分布等
を計算するものであり、次の仮定を設けている。 仮定−１：高炉内を炉頂ゾンデ計測位置に対応させ、縦
割り分割し、各ゾーン間に物質および熱の移動はないと
する。 仮定−２：高炉内を高さ方向に３分割し、予熱帯、熱保
存帯、およびソリューションロス帯とする。各帯内では
以下の反応が生じているとする。 ａ．予熱帯：装入物が１０００℃まで加熱される。 ｂ．熱保存帯：装入物温度は１０００℃で一定、鉱石の
間接還元が進行する。 ｃ．ソリューションロス帯：装入物が１０００℃から１
４００℃まで加熱される。 ＦｅＯ＋Ｃ→Ｆｅ＋ＣＯ すなわち直接還元が進行す
る。 仮定−３：羽口から吹込まれた送風ガス（重油、含湿
分）はコークスと反応し、いわゆるボッシュガスとなっ
て、半径方向一定の組成と温度で、各縦割り各ゾーンに
入る。

【００１２】（１）総括量の計算 （ａ）与えられた鉱石組成（Ｆｅ_２Ｏ_３、あるいはＴ・
Ｆｅ、ＦｅＯ、Ｓｉ０_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ）、Ｏ／
Ｃから鉱石中被還元酸素分率［０００］、スラグ化物質
分率［Ｙｓｌｇ］を計算 ０００＝４８／１６０ＹＦＯ３＋１６／７２ＹＦｅＯ Ｙｓｌｇ＝（ＳＡｌ＋ＳＣａ＋ＳＳｉ）／（ＳＦＯ３＋
ＳＦｅＯ＋ＳＡｌ＋ＳＣａ＋ＳＳｉ） （ｂ）送風条件データから、ボッシュガス量［Ｂ］、ボ
ッシュガス組成［ＢＣＯ、ＢＨ_２、ＢＮ_２］を計算

【００１３】（２）物流比とＯ／Ｃの計算 （ａ）鉱石流量／ガス流量比［ＲＯ（ｉ）］の計算 各縦割りゾーンで、酸素バランス計算から次のように求
める。 装入物から出る酸素：ＷＯ（ｉ）＊０００ ボッシュガス中酸素：Ｆ（ｉ）＊ＢＮ_２／ＸＮ_２（Ｉ）
＊ＢＣＯ 炉頂ガス中酸素 ：Ｆ（ｉ）・｛ＸＣＯ（ｉ）＋２＊
ＸＣＯ_２（ｉ）＋ＸＩＩ_２Ｏ（ｉ）｝ ただし、ＸＩＩ_２Ｏ（ｉ）＝ＢＩＩ_２・ＸＮ_２（ｉ）／
ＢＮ_２ーＸＩＩ_２（ｉ） 次に、装入物から出る酸素とボッシュガス中酸素＝炉頂
ガス中酸素の関係から、鉱石流量とガス流量の比、ＲＯ
（ｉ）が求められる。 （ｂ）コークス流量／ガス流量比［ＲＣ（ｉ）］の計算 各縦割りゾーンについて、炉頂サンプラーレベルとソル
ロス帯下端レベルとの間の総括熱収支計算から、次のよ
うに求める。 ＲＣ（ｉ）＝（［炉頂鉱石持込潜熱＋顕熱］ー［炉頂ガ
ス持出潜熱＋顕熱］ー［炉頂〜ソルロス帯コークス消失
顕熱量］ー［ソルロス下端鉱石潜熱＋顕熱］＋［ソルロ
ス下端ガス持込潜熱＋顕熱］）÷（ソルロス下端コーク
ス熱容量ー炉頂コークス熱容量） （ｃ）Ｏ／Ｃ分布［ＯＣ（ｉ）］の計算 したがって、Ｏ／Ｃ分布は各縦割りゾーンにおける酸素
バランスと、熱バランスから求めることができる。 ＯＣ（ｉ）＝ＲＯ（ｉ）／ＲＣ（ｉ）

【００１４】（３）半径方向物流量の計算 各縦割りゾーンの物流の絶対値は、荷下がり速度かガス
流量を与えることによってすべてを決めることができ
る。ここでは、半径方向の荷下がり速度分布を直線近似
する仮定の下に、Ｖｒｒ値を用いて次のように計算して
いる。荷下がり速度分布を［Ｖ（ｉ）］を、直線近似し
た下式の表現を用いると、 Ｖ（ｉ）＝ａ＋ｂｒ（ｉ） …… ａ、ｂ：定数 ｒ（ｉ）：炉内位置、ｉは定点Ｎｏ 断面平均荷下がり速度［Ｖ］は、 Ｖ＝１／Ｓ Ｖ（ｒ）２πｒｄｒ …… ＝ａ＋２／３ｂＲ Ｓ：炉口断面積 Ｒ：炉口半径 一方、Ｖｒｒの定義より 、よりａ、ｂについて解くと

【００１５】（４）融着帯形状の計算 以上の結果、各縦割りゾーンでのガス、鉱石、コークス
流量が求められたので、予熱帯、熱保存帯、ソリューシ
ョンロス帯出入口のガス、および固体の顕熱、さらに各
領域内での反応量がわかり、粒径、空隙率、Ｏ／Ｃ分布
から熱交換係数（ＨＰ）および反応速度係数（ＲＫ）が
得られる。 （ａ）予熱帯長さ［Ｘ１（ｉ）］、ソルロス帯長さ［Ｘ
３（ｉ）］の計算 予熱帯、ソルロス帯、それぞれの入口、出口の装入物と
ガスの温度から装入物・ガス間の熱交換によってその間
のヒートパターンが形成されるものとして、それに要す
る熱交換距離を算出すると次式を得る。 ここで、Ｕ１（ｉ）、Ｕ３（ｉ）：予熱帯、ソルロス帯
の熱流比 Ｒｅ：レイノルズ数 ＲＧ（ｉ）：ガス密度（ｋｇ／ｍ^３） Ｇ（ｉ）：ガス質量線速度（ｋｇ／ｍｉｎ）

【００１６】（ｂ）熱保存帯長さ［Ｘ２（ｉ）］の計算 熱保存帯では、ガス還元反応速度［ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ
＋ＣＯ_２］から、その長さを求める。すなわち、ガス還
元反応はＣＯガス濃度［Ｘｃｏ］に比例して進行するも
のとすると、次の微分方程式が立てられる。 ここで、ＲＫ：還元反応速度定数 これを積分してＺについて解き、Ｚ＝０を熱保存帯上端
レベル、Ｚ＝Ｘ２（ｉ）を熱保存帯下端レベルにとる
と、 ここで、Ｘｃｏ^（３）：熱保存帯下端ＣＯ濃度 Ｘｃｏ^（２）：熱保存帯上端ＣＯ濃度 そこで、鉱石が溶け落ちる位置（融着帯）をソルロス帯
下端と考えれば、この位置はＸ１（ｉ）＋Ｘ２（ｉ）＋
Ｘ３（ｉ）で与えられることになり、軟化融着帯幅は概
ねＸ３（ｉ）に対応する。

【００１７】この発明では上記のモデルにより推定され
る融着帯レベルに管理値を設定し、この管理値内にあっ
て、炉底温度および炉底側壁部温度が予め設定されてい
る温度すなわち炉底側壁煉瓦内に挿通した異なる長さの
温度計の実測値の差分が６０℃以下になるように、炉壁
側の融着帯レベルを制御する方法である。炉壁近傍融着
帯の適正レベルとしては、羽口レベルから６〜１０ｍの
範囲である。すなわち、この発明は炉壁近傍融着帯レベ
ルが羽口レベルから６〜１０ｍの範囲に入るように、炉
壁側の融着帯レベルを制御することによって、炉底温度
および炉底側壁部温度を炉底側壁煉瓦内に挿通した異な
る長さの温度計の実測値の差分が６０℃以下になるよう
に管理する方法である。なお、炉壁側の融着帯レベルの
制御手段としては、装入物分布制御手段の他、送風温度
の変更、羽口から吹込む補助燃料量の変更、酸素富化量
の変更等の手段がある。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１はこの発明方法を実施するた
めの全体装置構成例を示す概略図で、１は高炉、２は炉
底、３は羽口、４はゾンデ、５は温度計、６は融着帯、
７は原料堆積層、８はガス温度測定機構、９はガス濃度
測定機構、１０は融着帯レベル演算装置、１１は装入物
分布設定機構、１２は装入物分布制御機構、１３は炉底
温度計測・監視装置である。

【００１９】ゾンデ４は、高炉１の炉上部に水平に挿入
され、ガス温度測定機構８およびガス濃度測定機構９に
接続されている。温度計５は、長さの異なる２本一対の
温度計で構成されており、炉底側壁煉瓦の円周方向およ
び上下方向に配設されている。融着帯レベル演算装置１
０は、前記ガス温度測定機構８およびガス濃度測定機構
９からの測定値から融着帯６のレベルを推定し、その推
定値が予め設定された管理値すなわち炉壁近傍融着帯レ
ベルが羽口レベルから６〜１０ｍの範囲にあるか否かを
判定する装置である。装入物分布設定機構１１は、前記
融着帯レベル演算装置１０からの出力により鉱石、コー
クス比の分布を設定する設定機構（Ｏ／Ｃ分布設定機
構）である。

【００２０】この発明方法の実施に際しては、高炉１の
炉上部に水平に挿入された１個または複数個のゾンデ４
により得られたガス温度およびＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２、Ｈ
_２Ｏ、Ｎ_２等のガス濃度がそれぞれガス温度測定機構８
およびガス濃度測定機構９を経て融着帯レベルを推定す
るための演算装置１０に送られ、該装置により融着帯レ
ベルの推定が行われる。一方、高炉炉底部２に配設され
た長さの異なる２本一対の温度計５により計測される温
度値は、炉底温度計測・監視装置１３により常時監視さ
れている。

【００２１】演算装置１０により推定された融着帯レベ
ルが予め設定された管理値（炉壁近傍融着帯レベルが羽
口レベルから６〜１０ｍの範囲にある）内にあって、高
炉炉底部に設置された温度計により測定される炉底温度
および炉底側壁部温度が予め設定されている管理値（炉
底側壁煉瓦内に挿通した異なる長さの温度計の実測値の
差分が６０℃以下）を外れている場合は、前記融着帯レ
ベルの推定値と炉底温度の実測値に基づき、装入物分布
設定機構１１によって鉱石、コークスの装入量分析の態
様が決定され、その結果装入物分布制御装置が動作し、
炉壁近傍融着帯レベルが羽口レベルから６〜１０ｍの範
囲内で、炉底側壁煉瓦内に挿通した異なる長さの温度計
の実測値の差分が６０℃以下になるように炉頂における
装入物の半径方向の層厚分布が制御されて炉壁近傍にお
ける融着帯のレベル制御が行われる。これにより、高炉
炉底および炉底側壁煉瓦の侵食が抑制される。

【００２２】

【実施例】実高炉（内容積５０５０ｍ^３）に本発明法を
適用した結果を図２に示す。すなわち、本実施例では、
８日より炉底側壁煉瓦温度が上昇しはじめ、炉壁近傍の
融着帯レベルが上昇している。これは、送風温度を低下
させたことにより炉壁部熱流比が増加したためである。
なお、熱流比は下記式により算出される。 熱流比＝降下装入物の熱容量／上昇ガスの熱容量

【００２３】一般に熱流比が増加する、すなわち降下装
入物量が増加もしくは上昇ガス温度が低下することによ
って、装入鉱石を溶融するのに必要とする熱を炉内の高
温ガスと熱交換するのに要する距離、すなわち融着帯レ
ベルが上昇する。そこで、１４日よりモード強度上昇す
なわち装入鉱石外振りの装入分布制御アクションをと
り、炉壁近傍での融着帯高さを降下させた結果、炉底側
壁煉瓦温度の上昇が抑制され、下降へと導くことができ
た（図中矢印で示す）。

【００２４】なお、炉底側壁煉瓦温度の上昇を抑制する
のに例えばＴｉＯ_２源を高炉内に吹込む方法を用いる場
合は、炉底側壁煉瓦温度がある基準値を超えた時にＴｉ
Ｏ_２源を高炉内に装入して炉底温度の上昇を抑制する。
しかし、この方法では前記したごとく、Ｔｉ０_２源使用
によるコスト悪化や溶銑滓品質悪化の問題が発生するの
で好ましくない。それに対し、本発明法ではＴｉＯ_２源
を高炉内に装入することなく炉底温度の上昇を抑制する
ことができるので、Ｔｉ０_２源使用によるコスト悪化、
溶銑滓品質悪化を招くことがない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したごとく、この発明方法は高
炉炉底の複数の温度計の指示値だけでなく、高炉に設置
したゾンデから得られるガス温度およびガス組成の実測
値から高炉数学的モデルを用いて推定する融着帯レベル
をもう一つの指標とし、炉壁近傍における融着帯レベル
を制御することによって高炉炉底温度を管理する方法で
るから、Ｔｉ０_２源使用によるコスト悪化、溶銑滓品質
悪化を招くことなく、また、設備の増設を必要とするこ
となく、既設の装入物分布制御手段等により炉底煉瓦の
侵食を抑制できる結果、炉底保護コストが安価につき大
なる経済的効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法を実施するための全体装置構成例
を示す概略図である。

【図２】この発明の実施例における炉底側壁煉瓦温度、
炉壁近傍融着帯レベル、モード強度、送風温度の推移
と、Ｔｉ０_２装入量を示す図である。

【符号の説明】 １ 高炉 ２ 炉底 ３ 羽口 ４ ゾンデ ５ 温度計 ６ 融着帯 ７ 原料堆積層 ８ ガス温度測定機構 ９ ガス濃度測定機構 １０ 融着帯レベル演算装置 １１ 装入物分布設定機構 １２ 装入物分布制御機構 １３ 炉底温度計測・監視装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の炉上部に挿通したゾンデから得ら
   れるガス温度およびガス組成の実測値から数学的モデル
   により推定される融着帯レベルに管理値を設定し、融着
   帯レベルが該管理値内にあって、高炉炉底部に設置され
   た温度計により測定される炉底温度および炉底側壁部温
   度が予め設定されている管理値内におさまるように、炉
   壁近傍における融着帯レベルを制御することを特徴とす
   る高炉炉底管理方法。