JPS6059510B2 - 耐火物の内張りされたバッチ操業型高熱容器の内張り耐火壁損耗状況把握方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属溶湯或は高温ガスをバッチ操業型で取
り扱う耐火物内張り高熱容器（炉、鍋、運搬車等を含む
）の耐火壁損耗状況把握方法に関し、詳細には、バッチ
操業の特徴である容器内温・度の急変を利用して耐火壁
内の温度変化との相関を解析することからなる損耗状況
把握方法に関するものである。

尚本明細書では、精練炉の代表格として転炉をとりあげ
、転炉を中心として説明を展関するが、その他の精練炉
、或は溶解炉等の様な金属溶湯容器、更には均熱炉や熱
風炉の如く高温ガスを扱う容器類においても同様に利用
することができる。転炉操業においては、スクラップを
用いることもあるが、予熱された転炉中に溶銑が装入さ
れ、酸素上吹き、酸素下吹き、或は上・下吹きの併用に
よつて精練が行なわれ、必要により精練中若しくは一時
中断してサンプリングを行ない、目的とする溶鋼が得ら
れた段階若しくは目的への的中を予測して精練を停止し
、排滓次いで出鋼する。

この一連の操業区間を１チャージと考えてバッチ的に繰
り返している。従つて各チャージ毎に炉内温度は低温→
高温→低温と変動し、サンプリング等に当つて精練を一
時的に中断したり再関したりする場合には、高温域とい
えども相当の温度変化が生じており、決して一定不変の
高温という訳ではない。転炉鉄皮は、炉内におけるこの
様な激しい温度変化、更には吹練に伴なう冶金反応によ
る熱的及機械的刺激、スクラップや溶銑の投入衝撃等か
ら保護する為に相当厚さの耐火物が内張りされている。

しかし上述の様な激しい環境は耐火物自体をも損耗させ
ており、チャージ数の充進につれて耐火物の損耗が進行
すると鉄皮の保護効果がなくなり、溶鋼漏出等の事故に
つながる恐れが生じる。従つて転炉耐火物の損耗状況を
把握し、時期をみて補修又は全面張り替えすることが必
要である。その為転炉耐火物の残厚測定技術について色
々な提案がなされ、目視による判断、下吹き転炉等にお
いて羽口ノズルから測定金棒を挿入する方法、．更には
レーザを用いる光学的測量方法等が行なわれているが、
精度や作業性等において問題があると共に、転炉操業中
の測定が不可能であり、生産性に悪影響を与えるという
本質的な欠陥があつた。本発明はこの様な事情に着目し
てなされたものであつて、バッチ操業型高熱容器では、
溶鉱炉の様な連続処理炉と違つて、短時間のうちにかな
り大きい温度変化を生じるという事実を利用し、この温
度変化と耐火壁内の温度変化との相関を解析・すれば耐
火壁の損耗状況をオンラインで把握できるのではないか
と考え、種々検討を重ねた結果本発明の完成に到達した
。即ち本発明はバッチ操業型高熱容器における耐火壁の
損耗状況を、操業中の温度変化を利用して把握し得る方
法の提供を目的とするもので、その構成は、該容器内に
おける温度変化信号を検知すると共に、内張り耐火壁の
壁厚方向の異なる点における温度を測定し、前記温度変
化信号と各測温信号との間における相関性の夫々の時間
的遅れと、各測温点の炉心からの半径方向の距離との関
係を解析することにより、耐火壁の現況内面位置を把握
する点に要旨を有するものである。ノ 即ちバッチ操業
型高熱容器における特徴点（温度変化の激しさ）を功み
に利用したものであつて、連続処理容器との違いを有効
に活用している。

第１図及び第２図は本発明の原理を示す説明図・で、図
中の各記号は、１：耐火物、２：最初の内面、２″：損
耗面、３：外面、４：スタンプ、５：鉄皮、６：測温セ
ンサー、Ａ上：測温点を夫々示す。

まず第１図において内面２（Ｘ＝０）側で炉内温度がＴ
。で示す様に変化すると、これ”に伴なつて熱量Ｑが耐
火物内へ流入し、内面２から距離Ｘｉ入つた地点におい
てもτｉで示す時間の遅れ（以下遅れ時間という）をお
いて、Ｔ１の様な温度変化を生じる。ｔは時間の進行、
０は温度の高さを示す。又内面２から距離Ｘ，入つた地
点では更に遅れて（遅れ時間＝τｊ）Ｔ２で示す様な温
度変化を生じる。即ち炉内て発生した熱的変化によつて
耐火物１内に熱波の伝播が発生する場合、内面２に近い
程遅れ時間が少なく、内面２では遂に零になることを利
用するものであつて、具体的には、第２図に示す様な測
温センサー６を耐火物１内に埋め込んで使用する。本セ
ンサー６は、壁厚方向の異なつた位置Ａ上に熱電対又は
抵抗温度計を配置したものを用いるが、センサーの構成
によつて本発明が制限されることはない。転炉の操業開
始時点では、耐火物１の内面は健全であり、鎖線２で示
す位置にある為、測温点Ａは耐火物１内にあつて測温機
能を発揮するが、操業の進行につれて実線２″で示す位
置まで損耗されてくると、測温点Ａは熱によつて損傷を
受け、Ａ点での測温は不可能になる。しかしＢ上点は健
全であり、第１図の様にして、ＴＢ，ＴＣ，τＤ，τ。
の各遅れ時間後に、炉内温度変化（第１図のＴＯ）に対
応した温度変化を示し、夫々測温される。そして最初の
内面２からの距離（センサー埋設時に設定した値であつ
て、既知である）ＸＢ，ＸＣ，ＸＤ，ＸＥを横軸にとり
、対応する遅れ時間を縦軸にプロットすると、第２図の
下側に示した曲線が得られる。そしてこの曲線を鎖線で
示す様に外挿して横軸との交点（Ｏ印）を求めると、こ
れが第２図上方に２″で示した現状内面位置に相当する
。即ちＢ上点の温度変化を測定することによつて耐火物
の現状内面位置が把握される。尚第２図の距離ＸＢ・・
・は最初の内面位置からの距離で示したが、本質的には
炉心からの距離と考えることができる。この方法の利点
を整理すると下記の通りである。

（１）測温値の絶対値を使わず、温度の変動を信号とし
て用いているので、測温センサーが劣化して測温精度が
悪くなつても、測定結果に影響を生じることはない。

（２）温度変化信号と測温信号の間の相互相関係数から
遅れ時間を計算するので、耐火物の物性を知る必要がな
い。

従つて耐火物が劣化して物性の変化があつても測定結果
に影響を生じることはない。（３）内面側の温度を仮定
する必要がなく、測定結果の信頼性が高い。

次に本発明の具体的実施手順に沿つて説明する。

第３図ａは転炉１０の底面に酸素又は不活性ガス等の吹
き込みノズル８を設けて下吹きを行ない、ランス９から
の酸素上吹きと併用している状態を示す断面説明図で、
一点鎖線で囲む部分を拡大して示すのが第３図ｂである
。

ノズル８の近傍には測温センサー６が埋設されており、
第２図の手順に従つて遅れ時間と半径方向の距離との関
係を解析することによつて、現状内面線２″の位置を推
定し、損耗量Ｓを知る。尚同図に示す２″からも理解で
きる様に、転炉耐火物の損耗は、全面的に一様に進行す
るものではなく、ノズル８の近傍においてもつとも顕著
に進行する。これは吹き込み部近傍においてもつとも激
しい冶金反応が起こり、且つ吹き上げの反動として生ず
るバックアタック現象によつて、耐火物１が溶湯による
激しいたたき効果を受けるからであろうと思われる。従
つてノズル近傍において本発明の適用を行なえば、転炉
耐火物におけるもつとも損耗され易い部分の補修時期を
知ることができ、その時点において他の部分を観察して
必要な部分のみ補修を行なうという極めて実際的な対策
を行なうことができる。第４図は実転炉における本発明
の適用例を示すチャートであり、５本の曲線は各測温点
におけるアウトプットを示す。

即ち上方の曲線ほど転炉の内面に近いことを意味し、バ
ーナー等による転炉の予熱の後、溶銑の装入を行なうと
同時に吹練を開始すると、耐火壁内の温度が急上昇して
いる。これは耐火壁が溶銑によつて加熱されると共に、
吹練の進行によつて溶銑が攪拌され、溶銑自身の温度が
上昇すると共に耐火壁には高温の溶銑が接触し、これに
よつて溶銑から耐火壁への熱流入量が増大するからであ
る。しかし炉内面の温度による影響は、耐火壁の外側へ
いく程弱くなつており、一番下側の曲線は余り大きい影
響を受けていない。他方一番上側の曲線は大きい影響を
受けており、吹練を一時中止して調質を行なつたときは
、炉内温度（溶湯温度）の影響によつて温度が低下し、
吹練の再開によつて温度が急上昇している。そして吹練
が完結して出鋼が行なわれると温度は急降し、第１回目
のチャージが終了する。尚第２回目のチャージにおいて
溶銑を装入すると、再び温度の急上昇が見られ、第１回
目のチャージと同様の経過を辿る。尚下側の曲線はチャ
ージの進行につれて蓄熱量が徐々に増大していくが、全
体として最上方側の曲線における温度曲線に対応した変
化を示している。この様な温度変動から任意の１チャー
ジ分を抜き出し、本発明による解析を加えたのが第５図
である。

まず第５図ａは、上記の５測温点における温度の変動出
力を時系列的に示したもので、横軸に精練経過時間、縦
軸に測温信号をとつている。即ち最上方曲線において最
高温度を示した時間は、下方の曲線へいくに従つて図面
の右方向へ移動しており、ある時間遅れて温度の対応を
示していることが分かる。第５図ｂは、最上方の温度を
炉内温度に近接させ、２番目以降の温度を測温信号とし
て両者間の相関係数を解析した結果を示すグラフで、得
られた相関係数のピーク値はいずれも０．９以上と極め
て高い値を示し、各測温点における測温信号が、炉内に
おける温度変動と相似して表われていることが分かる。
これら相関係数のピーク位置（遅れ時間として、約０．
１，０．２８，０．５，０．７時間）に基づいて、先端
測温点から各測温点への温度変動の伝播遅れ時間をプロ
ットしたのが第５図ｃであり、この曲線を外挿して横軸
との交点を求めると、遅れ時間が零の位置、即ち現時点
におる耐火壁内面位置を推定することが可能になる。上
述した様に、転炉操業の１チャージ分における温度変動
を測定し、遅れ時間と測温位置との相関を解析すれば、
耐火物の内面位置を極めて高い精度で把握することがで
きたが、上記説明によつて理解できる様に、更に他の手
法を駆使することもできる。

即ち上記した如く相関係数はいずれの位置をとつても極
めて高い値を示した。従つて１チャージ全体（バッチ操
業区間の全域）に亘る解析をしなくとも、その間におけ
る特徴的温度変化部分をとらえ、当該温度変化が耐火物
内面の各測温点に表われてくる遅れ時間を測定すれぱ、
それによつて遅れ時間と測温位置との相関解析を行なう
ことが可能になる。この様な特徴的温度変化部分として
は、溶銑装入から吹練開始に至る時期、調質の為に吹練
を中断する時期、出鋼時期等を利用することができる。
尚上述の様な時期は、炉内の温度をわざわざ測定又は推
知しなくとも、温度が極小値を示すということは十分に
予測される。−特に溶銑装入時及び出鋼時における上記
予測は絶対に正しい。従つてこの場合は各測温点におけ
る温度が極小値を示す遅れ時間を測定することによつて
直ちに上述の如き相関解析を行なつても、耐火物の現状
内面位置を推知することがてきる。以上述べた如く、チ
ャージ毎に、又は任意のチャージにおいて、チャージ全
体の温度変化、又はチャージ内における特徴的温度変化
、更には単なる操業項目（チャージの始点若しくは終点
）を知ると共に、耐火物内の壁厚方向における測温を行
なつて対応温度変化が表われる迄の遅れ時間を測定し、
これらの相関解析によつて耐火壁の損耗状況が把握され
ることとなつた。この様な効果は転炉操業に限らず、電
気炉、熱風炉、均熱炉等のあらゆるバッチ操業型高熱容
器においても享受できるところである。尚均熱炉や熱風
炉の様に金属溶湯を扱わないものにあつては、熱風の吹
き込みから完全放出を１チャージと考えればよい。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の原理を示す説明図、第３図は転炉
への適用状況を示す説明図、第４図は転炉操業における
出力例を示すチャート、第５図は解析の手順を示す説明
図である。 １・・・・・・耐火物、２・・・・・・内面、５・・・
・・・鉄皮、６・・・・・・測温センサー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐火物の内張りされたバッチ操業型高熱容器の耐火
   壁損耗状況を把握するに当り、容器内の温度変化信号を
   検知すると共に、上記耐火壁々厚方向の異なる点におけ
   る温度を測定し、前記温度変化信号と各測温信号との間
   における相関性の夫々の時間的遅れと、各測温点の炉心
   からの半径方向の距離との関係を解析することにより、
   耐火壁の現状内面位置を把握することを特徴とする、耐
   火物の内張りされたバッチ操業型高熱容器の内張り耐火
   壁損耗状況把握方法。 ２ 特許請求の範囲第１項において、バッチ操業型高熱
   容器が金属溶湯処理炉である耐火壁損耗状況把握方法。 ３ 特許請求の範囲第２項において、金属溶湯処理炉が
   精練炉である耐火壁損耗状況把握方法。４ 特許請求の
   範囲第３項において、精練炉が転炉である耐火壁損耗状
   況把握方法。 ５ 特許請求の範囲第１〜４項のいずれかにおいて、バ
   ッチ操業区間の全温度変化状況を温度変化信号として検
   知し、これに対応する耐火壁内の測温信号との相関解析
   に基づいて耐火壁内面位置を把握する耐火壁損耗状況把
   握方法。 ６ 特許請求の範囲第１〜４項のいずれかにおいて、バ
   ッチ操業区間中における特徴的温度変化部分について温
   度変化信号を測定し、これに対応する耐火壁内の測温信
   号との相関解析に基づいて耐火壁内面位置を把握する耐
   火壁損耗状況把握方法。 ７ 特許請求の範囲第６項において、特徴的温度変化部
   分が金属溶湯或は高温ガスの装入前後の区間及び／又は
   金属溶湯或は高温ガスの排出前後の区間である耐火壁損
   耗状況把握方法。 ８ 特許請求の範囲第１〜４項のいずれかにおいて、金
   属溶湯或は高温ガスの装入又は排出をもつて温度変化の
   発生と捉え、これに対応する耐火壁内の測温信号との相
   関解析に基づいて耐火壁内面位置を把握する耐火壁損耗
   状況把握方法。