JPS5933162B2 - 高炉操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高炉寿命の延長特に炉底耐火物の寿命延長を
図るための高炉操業方法に関する。

高炉の建設には膨大な費用を必要とするため、高炉寿命
の延長は重要な問題となっている。

従来、高炉の寿命は、炉体冷却装置の損耗によるもの、
あるいは炉底耐人物の損耗によるものがその大半であっ
たが、近年、炉体冷却装置の改善、冷却方式の改善ある
いは高炉操業技術の進歩等により、冷却装置を要因とす
る高炉寿命の問題は減少している。

そこで炉底耐大物寿命の延長がクローズアップされてき
ているが、いままでのところ有効な手段は開発されてお
らず、従来通り炉底鉄皮温度が炉底耐火物の損耗に起因
して上昇してくると寿命到来とされている。

本発明は、炉底耐火物の損耗を停止させ、これによって
高炉寿命を飛躍的に延長させ得る高炉操業方法を提供す
ることを目的とする。

本発明は、炉底耐大物の損耗を防止するには炉内耐火物
表面に溶銑凝固層を生成させればよい、という基本的知
見に基いたものであって、炉内耐火物内面に形成される
溶銑凝固層の厚さの変化を、炉外壁における熱流束から
推定し、所定の厚さ以下になると高炉を休風せしめて前
記凝固層を成長させる。

一般に、休風は定期的な設備修理の時、あるいは突発的
な事故の時などに行なうものであり、正常時には１回の
休風から次の休風に至る期間も３〜６箇月と長いのが普
通である。

このような操業では炉内耐火物は溶融物との接触により
侵蝕が進む。

本発明は凝固層を積極的に利用し、熱流束が所定の値に
達した時点で休風を行なって耐火物内壁に凝固層を成長
させ、以後送風と休風とを繰返すことにより凝固層で耐
火物の侵蝕を防止し、炉寿命の延長を図るようにしたも
のである。

次に、炉外壁の鉄皮面における熱流束と凝固層との関係
について述べる。

第１図は、熱流計４を取付けた高炉炉底部分の概略的な
断面図である。

炉底耐火物１は、炉底下面を冷却管２で空冷され、側壁
鉄皮６を散水管３で水冷されている。

出銑口の位置は符号１０で示される。

５は溶銑、８は凝固層である。熱流計４は出銑口下部の
鉄皮表面に設置されており、炉内から鉄皮へ向って流れ
る熱流束を測定している。

熱流束は、単位時間当りの温度変化、即ち温度勾配から
求められる。

この鉄皮表面における熱流束測定によって、炉内の状況
例えば炉内耐火物残厚あるいは耐火物内面に形成される
凝固層の厚みを推定するのである。

第２図は炉内の耐火物残厚と炉内温度分布との関係を示
した模式図である。

鉄皮６の表面は散水冷却によってほぼ一定の温度に保た
れているので、耐火物１が侵蝕されその残厚が１３，１
２，１１と変化すると、温度分布はそれぞれ図中のＴ３
． Ｔ２． Ｔ１の線で示すように変化して鉄皮表面に
向う程低くなる。

γ、？’、７“はそれぞれの耐火物表面位置を表わして
いる。

熱流計４で検出される熱流束は、各々の耐火物残厚に対
してその温度分布線の傾きに対応する。

図示の例で残厚１３，１２．ｌ、の耐火物１に対して鉄
皮表面の熱流束Ｑ３．Ｑ２．Ｑ１は、Ｑ３〈Ｑ２〈Ｑｌ
であって残厚が小さくなるにしたがって熱流束は犬とな
る。

この模型からみると、１つの高炉において耐火物が一度
損耗したのち、新たに形成されない以上、耐火物は漸次
侵蝕され、測定熱流束はその損耗に応じて増加の一途を
たどるはずである。

しかしながら、実際には熱流束を連続測定してみると、
必ずしもそのようにはならない。

第３図は高炉の操業経過日数に対する測定熱流束の推移
を示したものである。

図中Ｂ箇所は休風を行なった日である。休風と休風との
間では熱流束は増加するものの、その熱流束は各休風の
後はとんど同一のレベルにまで低下している。

これは休風によって炉内溶銑温度が低下し、耐火物内側
に溶銑の凝固層が生じるためである。

一旦生じた凝固層も送風によって再び消失するが、送風
再開後、凝固層が消失するまでは暫くの間（第３国人区
間）熱流束は変化せずに推移し、凝固層の消失とともに
再び熱流束は上昇基調をたどるのが明瞭に示される。

第４図は凝固層の生成さ熱流束の変動の関係を模式的に
示したものである。

図中実線のａ線は休風により溶銑が静止したときの温度
分布、破線す線は送風により溶銑が流動して凝固層が消
失したときの温度分布である。

休風時、溶銑が静止することによって、溶融溶銑温度１
５５０℃であったものが凝固温度の１１５０℃に下がる
と、凝固層８を形成するため、その分温度勾配（熱流束
）はａ線の如＜、Ｊ・となって測定される。

一方、操業中即ち溶銑が流動状態にある場合は、面」大
物１の断熱および鉄皮散水冷却効果で炉内は若干の温度
低下を示しつつも、炉内から鉄皮面への温度勾配は、ｂ
線の如く、犬となって測定される。

このように耐火物１の厚みが同一であっても、熱流計４
の測定値は溶銑の挙動即ち、凝固層の生成有無で異なっ
てくる。

次に、上述の測定熱流束から実際の凝固層厚みを推定す
る具体例を説明する。

第５図は凝固層厚さが変化する場合の耐火物厚さと熱流
束との関係を示した図であり、横軸に耐火物厚さく７７
１）をとり、縦軸に測定熱流束（Ｋｃａｌ／ ｍ”ｈｒ
）をとっである。

図中、曲線Ｘは、耐火物内面温度が溶銑の凝固温度１１
５０℃に等しい場合の、耐火物厚さと測定熱流束の関係
を、一般に用いられている伝熱計算で求めたものであり
、炉内温度分布は前述した第４図の模式図のｂ線で示さ
れる。

したがって成る熱流束に対応するＸ線上の「耐火物厚さ
」には、凝固層の厚さ分が含まれている。

ここではこれを「耐火物相当厚さ」と称することにする
。

熱流束を測定することにより、前記耐火物相当厚さの内
面温度が１１５０℃のときの該耐火物相当厚み、即ち曲
線Ｘが求められる。

一方、曲線Ｙは、溶銑が静止していると仮定したときの
熱流束と耐火物厚さとの関係を示したものであって、有
限要素法軸対称二次元プログラムを使用し、溶銑内熱伝
導をも考慮して炉底伝熱解析を行ない、炉底からのある
高さレベルにおける特性曲線を描いたものである。

このＹ曲線は、第４図のａ線の温度分布に対応する。

いま、休風終了直後の溶銑が静止していると考えられる
時の測定熱流束の指示が１０．０００Ｋｃａｌ／ｍ”ｈ
ｒであるとすると、Ｙ曲線上の２４点から耐火物厚さは
０．４ｍと推定される。

そのときの凝固層の厚さは、凝固温度１１５０℃の内面
温度をもつ耐火物相当厚さがＸ曲線のＰ、′からｉ、ｏ
ｍとなるので、その差し即ち０．６ｍが凝固層厚さとな
る。

その後高炉操業中に熱流束指示が上昇し、１７０．００
０Ｋｃａｌ／ｍｈｒになったとすると、このときの凝固
層厚さは、これに対応する耐火物相当厚さが０．２ｍ（
Ｘ曲線上のＰ２′点）となるので前述と同様にしてＬ２
＝０．２ｍとなる。

このようにして本発明では、炉底のこの位置においては
、例えば凝固層厚さが零となる時点即ち図中のＰ３に相
当する熱流束２５、０００ Ｋｃａｌ／ｍｈｒとなる時
をもって注意警報点とし、休風に入る。

ただし、警報点は必ずしも凝固層厚みが零になる点にす
る必要はなく、任意に設定してよい。

上述の例は炉底の成る箇所における測定結果であるが、
凝固層の生成状況は炉底の位置によって異なる。

したがって、本発明では炉底の複数箇所で熱流束を測定
してそれぞれ第５図のような関係を求め、それぞれの位
置の凝固層厚さの変化を推定し、所定の厚さ以下の凝固
層位置に対応する羽目のみを休風するようにしてもよい
。

１回の休風時間も各位置で所望の凝固層生成量に応じて
定める。

休風時間と凝固層生成量との間には、実験の結果、第６
図のような関係があり、これによって例えば０．６ｍの
凝固層を形成させるには約１５時間の休風を行なえばよ
いことになる。

以上の如く、本発明によれば、熱流計を出銑口下部に配
置し、熱流束の連続測定を行なって凝固層厚みが所定の
値以下になると操業を休Ｉ」二する、いわゆる休風を行
ない、炉底内壁に凝固層を生成せしめ、所定の時間経過
後送風を開始し、このような操業を繰返えすことにより
、高炉炉命を飛躍的に延長させることが可能となり設備
コストを大巾に軽減させることができる。

なお、上述の実施例では、熱流計による連続測定の指示
値を用いているが、熱電対なと他の温度指示値によって
も同様の目的を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高炉炉底部分の概略的な断面図、第２図は炉内
の耐火物残厚と炉内温度分布との関係を模式的に示した
図、第３図は高炉の操業経過日数に対する測定熱流束の
推移を示した図、第４図は凝固層の生成と熱流束の変動
の関係を模式的に示した図、第５図は凝固層厚さが変化
する場合の耐火物厚さと測定熱流束との関係を示した図
、第６図は休風時間と凝固層生成量との関係を示した図
である。 １・・・・・・炉底耐火物、３・・・・・・散水管、４
・・・・・・熱流計、５・・・・・・溶銑、６・・・・
・・鉄皮、８・・・・・・凝固層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉体の熱流束を測定することによって炉内耐火物内
   面に形成される溶銑凝固層の厚さの変化を推測し、所定
   の厚さ以下になると高炉を休風せしめて前記凝固層を成
   長させ、以後このようにして送風と休風とを繰り返えし
   ながら前記凝固層で耐火物の侵蝕を防止しつつ操業する
   ことを特徴とする高炉操業方法。 ２ 炉底の複数箇所で溶銑凝固層厚さの変化を推定し、
   所定の厚さ以下の凝固層位置に対応する羽口のみを休風
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した
   高炉操業方法。