JPS6011169A - 竪型炉における炉壁表面ガス流の強さ推定方法 - 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】 本発明は竪型炉、例えば高炉の録業における炉内ガス流
分布の推定方法に関し、詳しくは高炉の羽口上部から炉
胞部上位に亘っての炉壁表面ガス流強さを長期間安定し
て推定し得る方法に関するものである。

高炉の最終目的は、良質の銑鉄を安定的に、能率良く、
しかも低コストで大量に生産することである。この目的
に沿って、与えられた原・燃料条件及び設備条件のもと
に、原・燃料装入、溶融物抽出、送風、炉頂ガス制御等
の諸操作を行なって炉内反応を制御している。これらの
制御を行なうに当っては炉内状況を適確に把握すること
が大前提であるにもかかわらず、高炉内は一種のブラッ
クボックスであシ、炉内状況を動的に把握することは円
錐なこととされていた。本発明は炉内を上昇するガスの
実態、特に炉壁表面のガス流強さを高棺度に推定把握す
る方法に関するもので、それによって原・燃料装入や送
風制御の強化を図ろうとするものである。

高炉羽口から吹込寸れた熱風はレースウェイにおいて燃
料を燃焼させ、還元性ガスとなって朝顔部から炉胸部を
経て炉口部に至る間に鉄鉱石の還元を進めつつ自らは所
定の変化を受けて、最終的には炉頂から排出される。即
ち熱風中の０２やＨ２０成分はコークスや重油等と反応
してＣＯやＨ２に変化すると共に朝顔部から炉胸部を通
過する間にＣＯ７やＨ２Ｏに変化しながら色々な炉内ガ
ス流分布を形成する。この炉内ガス流は高炉の中心部付
近を流れるいわゆる中心ガス流と高炉内壁表面（表面近
侮を含む）に沿って流れる炉壁表面ガス流（以下周辺ガ
ス流と称す）とに大別して捉えることができる。一般的
に、中心ガス流が過多になると通気性の面で余裕ができ
、炉壁への熱負荷も軽減できるが、ガスの利用率は悪く
なり、燃料比が上昇する傾向が現われる。一方、周辺ガ
ス流が過多になるとガスの利用率は高くなるが、通気性
が悪化し、炉壁への熱負荷も大きくなる傾向が現われる
。そこで実操業においては、これら両者の兼ね合いを考
慮して炉内ガス流分布の制御が行なわれている。

ところで仁のようなガス流分布の制御は、通常炉口部で
の周辺ガス流強さを温度基準で実測（中心流の実測でも
ある）し、その円周方向の偏シ具合及び中心ガス流との
比率に応じてコークス、鉱石類の装入物の装入制御（方
向及び分配量の制御）することによシ行なっている。し
かし炉内反応に直接影響するのは朝顔部から炉胸部中位
にかけてのガス流分布であるから、当該位置での周辺ガ
ス流の実測デ〜りをも制御要素とする方が好ましいこと
は言うまでも々い。これまでにも炉胸部中位〜下位に検
出端を取付けて、炉内の周辺ガス流強さを実測する試み
がなされたが、検出端に対する薇負荷があまシ厳し過ぎ
て信頼できるデータを安定して収集できる寸でには至っ
ていない。

又炉況管理として特に問題となるのが炉壁熱負荷であっ
て、高炉操柔の安全性且つ安定性を維持する上で炉壁の
損耗状況を知り、補修時期を把握するととは勿論必要で
あるが、同時に炉壁を冷却しｆｃｂ　ミルク状耐火物を
注入するととによって損耗を積極的に防止することも必
要である。この場合冷却効果を高める為には、壁内の温
度変動だけでなく周辺ガス流分布を知り、その状況をも
加味し六冷却制御を行なうことが好ましい。それは、壁
内の温度変動は周辺ガス流分布よシもかなシ遅れて伝播
するので、この壁内温度変動のみに頼って制御したので
は必ずしも十分な冷却効率が得られないからである。そ
こでこの様な見地からしても炉壁熱負荷の比較的厳しい
部位、即ち朝顔部から炉胸部にかけての周辺ガス流強さ
の実測がめられている。

本発明はこうした状況下になされたものであり、羽口上
部特に朝顔部から炉胸部に亘っての周辺ガス流強さを長
期間に亘って正確に推定することによシ炉内ガス制御の
精度を高めて炉内反応性を向上せしめると共に、炉壁熱
負荷等の炉況管理を一層効率良く行なうことができる様
な周辺ガス流強さの推定方法の提供を目的とするもので
ある。

しかして本発明に係る周辺ガス流強さの推定方法とは、
壁厚方向に３以上の感温部を有し、壁厚方向の異なる位
置での温度を検知する測温センサーを、竪型炉の周方向
耐火壁中に適当数埋設し、各測温センサーによシ得られ
た炉壁内の温度変動信号と炉内の温度変動信号との相関
々係から耐火壁の現在内面位置を推定し、該推定内面位
置に相当する炉内側壁温及び該推定内面位置から比較的
近い測温センサー上の一点に相当する炉外側壁温を夫々
求め、更に前記推定内面位置と前記比較的近い測温セン
サー上の一点の間を流れる熱流を各測温センサーについ
て算出し、その平均値の経時的変化をもって炉壁表面ガ
ス流強さの定量的な経時的変化を推定する点に要旨を有
するものである。

以下図面を参照しながら本発明方法の構成及び作用効果
を説明するが、理解の便を考慮して溝成要件毎にｊＩ■
を追って説明する。即ち本発明方法では、まず、 （］）壁壁方向に３以上の感温部を有し、壁厚方向の異
なる位置での温度を検知する測温センサーを、高炉の耐
火壁中の周方向に適当数埋設し、各測温センサーによシ
温度情報を得る。即ち第１図は本発明方法を高炉の炉胞
部中位に適用した場合の概略説明図で、Ｂは本発明に使
用する測温センサー（以下単にセンサーという）を示し
、該センサーＢは鉄皮Ｃ及びスタンプ層りを貫いて耐火
壁Ｗのほぼ内面に及ぶ位置まで又は貫通する様に高炉の
周方向に適当数埋設されている。又センサーとしては壁
厚方向に少なくとも３以上の感温部を有するものであれ
ば型式、構造を特に問われないが。

この様なセンサーの好ましい一例としてのセンサーＢに
ついて説明する。即ち第２図は該センサーＢの一部破断
斜視図を示し、又第３図は第２図の展開断面相当図を示
している。これらの図において１は外套シース管でセン
サーＢ全体の検眼部材としての役割を果す。２ａはシー
ス型熱電対で、更に該熱電対２ａには熱電効果を示す１
対の金門線４，４′が挿通され、その先端はシース内に
おいて測温接点即ち感温部ｐ、ｌ　ｐ２１・・・Ｐ、（
以下代表的に言うときはＰと表記する）を構成する。

そしてこれらの感温部Ｐは長さ方向の異なる位置を占め
る様に構成され、図では炉内側（！側）がら鉄皮側（０
側）へかけてほぼ等ピッチで長さ方向の位置を変更して
Ｐ、　、Ｉ）２．・・・Ｐ、３を設けている。

更に感温部Ｐの先端には、シース型熱電対２ａと全く同
一素材からなるシース型熱電対２ｂをダミーとして接続
する（図中０６は接続部を示す）。

又３は外套シースｇ１内に充填されてなる耐火性の絶縁
材であって、熱しよう乱の影響をできるだけ抑えるため
に耐火壁特性に合った熱伝導率を有するものを使用する
。従ってこの様なセンサーＢにおける各感温部Ｐでの測
温性能は精度的にも耐久度的にも十分信頼のおけるもの
といえる。尚本出願人の提案に係る実開昭５７−８１５
３１号のセンサーを使用すれば耐火壁の損耗にかかわら
ず長期間安全に使用することができる。

（２）各感温部よシ得られた炉壁内の温度変動信号と炉
内の温度変動信号との相関々係から耐火壁（付着物を含
む）の現在内面位置即ち壁厚Ａｗを把握する： 炉壁内に測温センサーを埋設して壁厚方向での異なる位
置における温度を測定し、その温度情報に基づいて耐火
壁の内面位置を推定すること等については、従来からも
幾つかの提案がなされているが、本発明者等の開発に係
る下記方法（仮称ニドリガーレスポンス解析法：特公昭
５７−５１４４４号）は、極めて高循度に内面位置を推
定し得る方法であシ、特に好ましいのは、本発明におい
てもこの方法を利用することとした。

即ち第４図はトリガーレスポンス解析法の説明図で、Ｐ
ｏ　ｔＰ、　ｌ　Ｐｓ　ｒ・・・はセンサーＢの測温点
を示し、’ｌ’ｏＨＴＩ）　Ｔ２　ＨＴ３　ｒ・・・は
各測温点において検知されている温度を示すが、本方法
においては、各測温点における検知温度のＲ対仏を利用
せず、下記の様に解析する。即ち第４図の下方に示すグ
ラフは、縦軸に温度、横イ］ハに時間をとったもので、
曲線Ｔ１は測温点Ｐ、における検知温度の時間的変化、
曲線Ｔ　２は測温点Ｐ２における検知温度の時間的変化
（以下同様・・・）を表わす。そして図示した温度変化
は、ｌｉｔ　７１Ｑ［Ｉの右外側に示したＴ。

点での温度変化（瞬間的上昇）に対応する変化で、１０
点での温度変化はトリガー信号として検知される。

従ってトリガー信号として検知された時を横軸の零点と
し、各測温点における刻々の温度変化を追跡していくと
、各点での検知温度がピークを示す時刻は、鉄皮Ｃ側は
ど遅く表われる。この遅れを遅れ時間と称する。

そして各測温点の間隔は、センサー埋め込み時に設計さ
れる通りであるから、４．４　、Ａ！４及びｌ、は既知
であ択又高炉操柔の最初Ｎ：　ｌ　、も承知できている
。Ｔ、の変化は直接センサーによって検知することもで
きるし、該温度変化の発生時刻とトリガー信号として検
知される他の検出端との時刻の差を予じめ承知しておけ
ば、以下に説明する解析における零点補正を行なってお
くことができる、。さて第５図中のカーブ〔Ｘ〕は、上
記の如く零点補正を行表った結果得られたもので、Ｐｏ
ＩＰ、　、Ｐ２．・・・は夫々の測温点を示し、各測温
点で実測された遅れ時間をプロットして得たものである
。そしてカーブ〔Ｘ〕の横軸との交点Ｐｘは、この場合
零点であって、Ｐｏ点は耐火壁の内面位置に相当するこ
とが分かる。

さて操炉を続行して耐火壁の損耗が進み、Ｐ。

点のみならず２１点を越えて損耗してきたとするとＰ２
〜Ｐ、の各点の横軸位置をカーブ〔Ｘ〕の場合と同じに
とシつつ遅れ時間をプロンｌ−したのがカーブ（Ｙ）の
実線部分であって、２２点から先を＊ｉ’ｊ線にて外挿
し、横軸との交点Ｐｙを得る。とのｐｙ点は遅れ時間が
零の点に相当し、耐火壁の最内面がどの位置にあるかを
推知することができる。そして損耗が更に進み、損耗が
進んだ分、Ｐ８〜Ｐ３点と耐火壁最内面との距離が短か
くなっているので、それら各点における遅れ時間が短く
なってカーブ〔Ｚ〕は更に右下方向へシフトシてくる。

そしてこの場合も鎖線で示す如く外挿ずれば、現在時点
での零点（即ち最内面位費）を１１Ｌ知することが可能
になる。

（３）（２１により推定された壁内面位置Ａｗに相当す
る壁温Ｔｗをめる：即ち第６図において横軸（壁厚を表
わす）の１ｗ点に相当する点（温度ＴＶ）としてＴ２〜
Ｔ６　測温点を用いたｎ次式曲線を外挿してめるか、も
しくは、２１点の測温情報でも良い。さらには、壁内面
位置の状態によっては次の様にしてもよい。即ち第７図
に示す様に壁内面位置１ｗ′に相当するｎ次式外挿曲線
上の点を読むことによシ壁温Ｔ　ｗ’は一応推定できる
が、近似曲線は実測点Ｐ２に近づ＜ｌ”ｉどその近似率
は高くなるので、図示の如く、僅かにＰ２点害りの’ｌ
”　ｗ”値を採用することも可能である。

（４）上記壁内面位置ｌＷに比較的近い感温部位置Ａｓ
に相当する壁温Ｔｓを決定する：即ち第６，７図におい
てｌｓとしては例えばＰ２又はＰ３とし、夫々対応する
壁温Ｔｓがｎ次式曲想上の実測点′ｒ２又はＴ３として
決まる。但しＰ２又はＰ３から離れた任６の点Ｐ’２又
はｐ’３（ｃついてｎ次式を内挿することによシ推定温
度Ｔ′２又はＴ′３をめてもよい。

（５）壁温ＴｗとＴ　ｓＯ間を流れる熱流Ｑｗｓを次式
０式より計算する： （６）上記（１）〜（５）の計算操作を周方向に取付け
られたセンサーの全てについて行ない、（Ｑｗｓ）＋　
、（Ｑｗｓ）２゜・・・・・・をめる。

この様にして得られ、＋、　ｉ／、流（Ｑｗｓ）＋、（
Ｑｗｓ）２．−の変化と実際の炉内ガス単動との対応性
を検討した所、下記する様に定性的に一致することが分
かり、上記（１）〜（６）の計算操作を骨子とする本発
明が周辺ガス流の推定方法としてすぐれたものであるこ
とが確認された。即ち炉内ガス挙動の実測に当っては、
これまで炉口部にいわゆるスキンフロ一温度計を周方向
に適当数取付けてこれらの温度計により検知された各ス
キンフロ一温度の単独値又は平均値の経時的変化を把握
することによシ、その推定を行なっている。そこで本発
明者等も熱流（Ｑｗｓ）、、（Ｑｗｓ）２．・・・につ
いての平均値、即ちキンフロ一温度の経時的変化との対
応性を調べた。

第８図はスキンフロ一温度の経時的変化を示すグラフ、
第９図は熱流平均値の経時的変化を示すグラフであり、
両者の経時的変化の挙動は定性的に一致していることが
分かる。従って前述の熱流平ｎ 均値−Σ（Ｑｗｓ）ｎの経時的変化を捉えることｎ　ｎ
＝＝１ により、炉胸部上位から下方位の周辺ガス流を長期間正
確に推定することができるという確信を得た。

又第り段図は、前述の（３）のｉｔ算操作の段階で各セ
ンサーについてめられた、壁内面位置（ｎｗ）＋　。

（ｎｗ）２．”・に相当する壁温（ＴＶ）Ｉ　１（ＴＶ
）２　＋　・□・の平均値、即ち一！−”Ｆ−（Ｔｗ）
ｎの経時的変化を示ｎ　ｎ＝ｔ すグラフであるが、この経時的変化も第８図に示すスキ
ンフロ一温度の経時的変化と定性的に一致することが確
認された。ただこの場合は耐火壁の炉内側における直接
的な熱の動き即ち熱流の変化が考慮されていないので、
その分オｎ度上の問題があるが、操炉状況によっては上
記内壁温度平均値の経時的変化をもって周辺ガス流を推
定し、そのｔｔｊＸ定値を炉内ガス制御に役立たぜるこ
とも可能である。

上記では平均値による制御を述べたが、平均値がスキン
フロ一温度とよく対応しているといりことから、周方向
の各測定値を個々に捉えて制御すれば周方向における偏
流ｐ解消にも資することが可能であシ、操炉管理の粒度
向上に資するところは極めて大きい。

尚上記実施はあくまで代表例であって本発明を限定する
性質のものではなく、前述の趣旨に沿う範囲内で適当に
変更して実１店することも本発明の技術的範囲に含まれ
ることは言うまでもない。例えば測温センサーの型式、
種数、取付位置、取付個数等を適当に変更することは全
て自由である。

更に上述の説明では竪型炉として高炉に主眼をおいたが
、これに限定されないことは言うまでもなく、要するに
操業に行なうに渦って炉内ガス流の状況を把握する必要
のあらゆる竪型炉、特に高温竪型炉に対して良好に適用
され得るものである。

間正確に推定できることとなり、炉内ガス制御の精度を
高めて炉内反応性を向上せしめると共に、炉壁熱負荷等
の炉況を一層効率良く管理しつつ竪型炉の操業を行なえ
る様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を８炉の炉杓部中位に適用した場合
の概略説明図、第２図ｄ：本発明方法を実施するために
使用した測温センサーの一部破断斜祝図、第３図は第２
図の展開断面相当図、第４図は耐火壁内面の温度変化を
示す説明図、第５図は耐火物内壁側からの距離と遅れ時
間の関係を示すグラフ、第６，７図は損耗しつつある壁
内面位置に相当する壁温の推定図、第８図はスキンフロ
一温度平均値の経時的変化を示すグラフ、第９図は；７
１〜流平均値の経時的変化を示すグラフ、第１０図は壁
内面位置に相当する各壁温の平均値の経時的変化を示す
グラフである。 Ｂ・・・測温センサー　Ｗ・・・耐火壁Ｐ、〜Ｐ６・・
・感温部 出願人　株式会社神戸製缶所 第４図 時間 炉外側　炉内側 第５図 （Ｐｘ、Ｐｒ、Ｐｚは人々の時点における零点）炉外側
−一一一一一炉内側

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 壁厚方向に３以上の感温部を有し、壁厚方向の異なる位
   置での温度を検知する測温センサーを、竪型炉の耐火壁
   中の周方向に適当数埋設し、測温センサーにより得られ
   た炉壁内の温度変動信号と炉内の温度変動信号の相開々
   係から耐火壁の現在内面位置を推定し、該推定内面位置
   に相尚する炉内側壁温及び該推定内面位置から比較的近
   い測温センサー上の一点に相尚する炉外側壁温をめ、前
   記推定内面位置と前記比較的近い測温センサー上の一点
   の間を流れる熱流を各測温センサーについて算出し、そ
   の経時的変化をもって炉壁表面ガス流の経時的変化を推
   定することを特徴とする竪型炉における炉壁表面ガス流
   の強さ推定方法。