JPS6137328B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6137328B2
JPS6137328B2 JP59037475A JP3747584A JPS6137328B2 JP S6137328 B2 JPS6137328 B2 JP S6137328B2 JP 59037475 A JP59037475 A JP 59037475A JP 3747584 A JP3747584 A JP 3747584A JP S6137328 B2 JPS6137328 B2 JP S6137328B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
furnace
temperature
refractory
hearth
erosion
Prior art date
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Expired
Application number
JP59037475A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60184606A (ja
Inventor
Fumiaki Yoshikawa
Masatoshi Ichinomya
Seiji Taguchi
Shozo Kyohara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP59037475A priority Critical patent/JPS60184606A/ja
Publication of JPS60184606A publication Critical patent/JPS60184606A/ja
Publication of JPS6137328B2 publication Critical patent/JPS6137328B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00Blast furnaces
    • C21B7/04Blast furnaces with special refractories
    • C21B7/06Linings for furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00Blast furnaces
    • C21B7/10Cooling; Devices therefor
    • C21B7/106Cooling of the furnace bottom

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)
  • Blast Furnaces (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(技術分野) 高炉、電気炉又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
て溶融炉と呼ぶことと定義し、該炉の寿命および
操業状況を反映する炉底の現状を、操業期間中、
不断にかつ的確な推定の更新の下で、正確に把握
し、適切な対応を準備することについての開発成
果をここに提案するものである。 (背景技術) 高炉を典型例としてその炉底耐火物の侵食状況
にあわせ、該耐火物の侵食面上にて消長する凝固
層の分布状況を迅速かつ正確に推定し、炉底の現
状を連続的に把握することが近年の高生産性を追
求した高炉の大型化や操業条件の苛酷化に由来し
て炉底耐火物の消耗が速められ炉寿命の短縮の傾
向の強い現状の下で重要であり、とくに最近のよ
うに低経済成長の状況下における高炉操業では、
安定操業を行ない炉寿命を延長して銑鉄単価を切
り下げることが重要な課題となつている。 すなわち高炉の安定操業と寿命の延長のために
は高炉操業中、炉底の状況を常時把握し、いやし
くも侵食についての保護対策を迅速かつ的確に取
ることが不可欠である。 また、同時に該保護対策の実行や操業条件の変
動によつて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も常時把握し、
耐火物保護対策の定量化、凝固層厚や層厚分布の
制御を行なうことも必須の重要課題である。 (従来技術と問題点) 炉底耐火物の侵食ラインや耐火物侵食面上に消
長する凝固層の層厚分布ライン、即ち、凝固層ラ
イン(以下、まとめて「侵食 凝固層ライン」と
言う)を推定するために、高炉の炉底部に熱電対
を複数配設し炉底部の伝熱計算が行なわれる。従
来、炉底部の侵食凝固層ラインの推定には炉底各
部の熱電対で検出された実測温度および単なる一
次元伝熱計算、あるいは二次元伝熱計算として有
限要素法が用いられて来た。 炉底コーナ部の侵食凝固層ラインの推定は単な
る測温や一次元の伝熱計算によつては元来不可能
で、高炉炉底を炉のたて軸を対称軸とする軸対称
体(単に「軸対称体」という)と簡略化しても二
次元伝熱計算が不可欠である。 この二次元伝熱計算には一般に有限要素法が用
いられて来たが、これは非常に時間を要する面倒
な作業である。有限要素法や差分法など一般の領
域法では軸対称問題の場合、第1図に示す如く対
称軸を1として、斜線で示した例えばθ=0の子
午線断面2を要素分割し、それぞれの要素で熱伝
導方程式を満足するように変数(温度)を決定す
る。 従つて、侵食ラインの推定にはまず、第2図に
示す如く温度実測位置での炉底の子午線断面2を
考え、適当に侵食凝固層ライン5を仮定し、第2
図の子午線断面2の領域を要素分割し、各部の温
度を計算する。 一般に侵食凝固層ライン5は鉄−炭素系の共融
温度(約1150℃)の等温線に一致すると考えられ
ているので、侵食凝固層ライン5上での境界条件
にはこの温度1150℃を与え、他の境果には炉底冷
却条件をそれぞれ与える。第2図にはこれによつ
て得られた計算結果の一例を示し、各等温線7を
与えている。 次に炉底埋設温度計6の位置での計算値と実測
値とを比較する。それらの差がある温度範囲、例
えば10℃より大きいならば、侵食凝固層ライン5
を少し移動させ新しい計算領域2を再度分割して
上述の操作を繰り返す。 すべての炉底温度計6の位置で計算値と実測値
が、ある温度範囲内で一致するまでこれを繰り返
し、侵食凝固層ライン5を決定する。 この方法によれば炉底温度計6のある時点の実
測値から一つの侵食凝固層ライン5を推定するの
に(技術者1人)×(半日)×(1週間)という多大
の工程を要する。言うまでもなくこの計算には電
子計算機が必要で、また毎回の入力データも非常
に多く、かなり大型の計算機が不可欠である。 さらに侵食凝固層ライン5を自動的に移動さ
せ、内部要素の分割も自動化して入力することは
不可能でないにしてもそれを実行するアルゴリズ
ムは複雑となり、また毎回温度計6位置以外の内
部の不必要な温度計算も加わり大きな計算コスト
を要する。 このように従来の有限要素法などの領域法を用
いて炉底の侵食凝固層ライン5を推定するには多
大の時間を要したのであり、そのため、炉底温度
上昇など異常時に際し、すばやく炉底侵食状況を
推定し、迅速かつ的確な炉底保護対策を取ること
は非常に困難な上、また、凝固層厚分布を常時把
握し、耐火物保護対策を時機を逸せず行ない、操
業が安定するように層厚分布を制御すると言つた
ことは不可能である。 まして、製鉄所には一般に複数の高炉が設置さ
れているのでそれらの高炉のすべてについてそれ
ぞれ炉底状況を常時把握し長期的な保護対策を取
り操業の安定化を図ると共に、異常時に即応する
といつた炉体管理は不可能であつたのである。 (発想の端緒) このような状況のもとで発明者は、最近盛んに
研究され始めて来た境界要素法なる数値計算法に
よつて軸対称問題が二次元問題から一次元問題に
変換されることに着目した。すなわち、第3図に
示す如く子午線断面2の境界線4(例えば、θ=
0の子午線断面と軸対称領域の境界面との交線)
を要素分割し、各要素(すなわち線分)9上で熱
伝導方程式に対応する境界積分方程式を満足させ
ればよく、第4図に境界要素法によつて得られた
炉底の伝熱計算の一例と各等温線7を示す。 第4図からわかるように境界要素法では境界線
4のみ(ただし、れんがの種類が異なる場合には
それらの境界線を含めて)を要素分割して計算す
れば、伝熱問題を解くことができ、内部の温度も
得られた境界上の変数値、すなわち温度と熱流束
の値を用いて求めることができる。 境界要素法ではこのような領域内部、即ち炉底
部れんが8の要素分割は不用となり、炉底れんが
8の侵食凝固層ライン5の推定の自動化が可能に
なる。 侵食凝固層ライン5の推定のプロセスは上述の
有限要素法の場合と同じであるが、境界要素法を
応用することにより、侵食凝固層ライン5の移動
ごとの内部の要素分割が不要となり、また内部温
度の計算も炉底埋設温度計6の位置のみで行なえ
ばよく不要な計算は一切なくなる。 この計算法を適用することによつて1〜2分の
計算時間で1ケースの解(真の侵食ライン:後述
する第6図の11の位置;真の凝固層ライン:後
述する第12図の14の位置)が得られるため、
工数や計算コストの削減は言うまでもなく、製鉄
所内の全高炉につき統一的な炉底管理はもちろん
のこと炉底温度上昇など異常時に対するアクシヨ
ンの迅速化が可能となり高炉寿命延長など多大の
利益を上げることができる。 (発明の目的) 以上のベたところを要約してこの発明の目的は 境界要素法の活用によつて伝熱問題の次元を
ひとつ下げて、軸対称問題を一次元問題に帰着
させ、 かくして高炉炉底の侵食凝固層ラインの推定
にこれを利用して容易に自動化できることから
炉体のオン・ライン管理ひいては炉寿命の延長
を図る、 ことのできる、溶鉱炉の炉底監視法を確立すると
ころにある。 (発明の構成) この発明は境界要素法を用い溶鉱炉の炉底部分
の温度をもとに炉底を監視しつつ炉操業を行うに
際し、以下の手順を該炉の操業期間中逐次に採
り、炉底耐火物の侵食形状ならびに炉底耐火物上
に生成した炉内溶融物の凝固層形状を常時に監視
することから成る溶鉱炉の炉底監視法である。 (a) 炉底耐火物及び/又は炉底耐火物の外表面に
配設した複数の測温センサーにより、炉底温度
を測定すること。 (b) (a)に従い、炉の操業推移を通した最高温度へ
の到達を検出すること。 (c) (b)の検出温度から境界要素法を用いて炉底に
つき、炉のたて軸を対称軸とする軸対称体とし
て伝熱解析を行い、炉底耐火物の侵食形状を予
測すること。 (d) ついで(b)に従う検出温度よりも炉底温度が低
い範囲での(a)による温度の測定を継続するこ
と。 (e) (d)で測定した温度と、(c)で予測した炉底耐火
物の侵食形状とをもとに境界要素法を用いて炉
底につき、炉のたて軸を対称軸とする軸対称体
として伝熱解析を行い、侵食された炉底耐火物
上に生成した炉内溶融物の凝固形状を予測する
こと。 (f) その後(b)に従い新たな最高温度が検出された
ならば再び(c)と同様にして新たに炉底耐火物の
侵食形状を予測し、引続いて(d)及び(e)を繰返す
こと。 以上の全過程は、より具体的には、次の段階に
対応している。 高炉炉底部耐火物内および/または耐火物外
表面に複数の測温センサーを予め埋設してお
く。 高炉炉底部を炉の中心軸を対称軸とする軸対
称体とし、の測温センサーによつて炉底耐火
物の対称軸を含む任意の縦方向断面(子午線断
面)内の異なる部位の温度を測定する。 の温度センサーが高炉操業推移を通した最
高温度を示したある一時点での各センサーの温
度値を用い、境界要素法を用いる数値計算法に
よつて高炉炉底部を炉の中心軸を対称軸とする
軸対称体として炉底部の伝熱解析を行なつて各
センサーの位置での計算値を求め、測温値と計
算値との差が予め与えられた値より小さくなる
ように3水準の直交表を利用した多変数逐次近
似法単独で、あるいはこの方法によつて探索の
初期値を決定し、探索範囲を縮小した上でたと
えば改訂準ニユートン法などの最適化手法即ち
多変数探索法を用いることによつて炉底部耐火
物の侵食ライン(鉄−炭素系の共融温度1150℃
等温線)を決定する。 その後に、の測温値が前時点の最高温度値
より低下した場合、前時点で求めた炉底耐火物
の侵食面上に凝固層が生長したと考えられるこ
とから、この分布ライン、即ち、凝固層ライン
(鉄−炭素系の共融温度1150℃等温線)をと
同様の方法で決定する。 以上の各段階を反覆することにより高炉の火
入れから吹卸しの全期間にわたつて炉底の耐火
物の侵食ラインと耐火物侵食面上に消長する凝
固層の分布ラインとを逐次推定する。 さて以下に、境界要素法の計算原理と、これを
応用して高炉の炉底における侵食凝固層ラインを
推定し、複数高炉の炉体管理、ひいては操業の安
定化を図る手順について具体的に述べる。 ちなみに、境界要素法については、他に境界積
分法、境界積分方程式法、特異点解法、グリーン
関数法、周辺積分有限要素法など種々の名前がつ
けられているが、計算原理、すなわち、場の支配
微分方程式を境界上の積分方程式に帰着させ、こ
れを有限要素法なる数値解法と類似の方法により
離散化、要素分割して値を求めるということにお
いてすべて同一のものであり、ここで言う境界要
素法とはそれらをすべて含むものである。 計算原理 境界要素法による軸対称ポテンシヤル問題(定
常伝熱問題)の定式化、離散化および解法につい
て述べる。 (1) 定式化 第5図に示すような軸対称領域Ωを考え、そ
の境界面をΓ(=Γ+Γ+Γ)とする。
ポテンシヤル問題の支配方程式と境界条件は次
のように表わされる。
【表】 〓 〓 〓〓
〓〓
σ σ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 境界要素法を用い、溶鉱炉の炉底部分の温度
    をもとに炉底を監視しつつ炉操業を行うに際し、
    以下の手順を該炉の操業期間中逐次に採り、炉底
    耐火物の侵食形状ならびに炉底耐火物上に生成し
    た炉内溶融物の凝固層形状を常時に監視すること
    を特徴とする溶鉱炉の炉底監視法。 (a) 炉底耐火物及び/又は炉底耐火物の外表面に
    配設した複数の測温センサーにより、炉底温度
    を測定すること。 (b) (a)に従い、炉の操業推移を通した最高温度へ
    の到達を検出すること。 (c) (b)の検出温度から境界要素法を用いて炉底に
    つき、炉のたて軸を対称軸とする軸対称体とし
    て伝熱解析を行い、炉底耐火物の侵食形状を予
    測すること。 (d) ついで(b)に従う検出温度よりも炉底温度が低
    い範囲での(a)による温度の測定、を継続するこ
    と。 (e) (d)で測定した温度と、(c)で予測した炉底耐火
    物の侵食形状とをもとに境界要素法を用いて炉
    底につき、炉のたて軸を対称軸とする軸対称体
    として伝熱解析を行い、侵食された炉底耐火物
    上に生成した炉内溶融物の凝固層形状を予測す
    ること。 (f) その後(b)に従い新たな最高温度が検出された
    ならば再び(c)と同様にして新たに炉底耐火物の
    侵食形状を予測し、引続いて(d)及び(e)を繰返す
    こと。
JP59037475A 1984-02-29 1984-02-29 溶鉱炉の炉底監視法 Granted JPS60184606A (ja)

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JPS60184606A JPS60184606A (ja) 1985-09-20
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0680166B2 (ja) * 1986-06-23 1994-10-12 新日本製鐵株式会社 高炉操業方法
JPH075947B2 (ja) * 1987-05-28 1995-01-25 新日本製鐵株式会社 高炉炉底部の管理方法
JP4548040B2 (ja) * 2004-08-19 2010-09-22 旭硝子株式会社 炉材侵食量算出方法及び炉材侵食量算出プログラム

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