JPS63100315A - 高熱炉耐火壁の損耗状況把握方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属溶湯等を取り扱う耐火壁内張り高熱炉の耐
火壁損耗状況把握方法に関し、詳細には所望位置の耐火
壁損耗状況を経済的に把握しひいては高熱炉全体に亘っ
て耐火壁損耗状況を把握することによって高熱炉の操業
安定性を向上させようとするものである。尚木明細書で
は代表的な高熱炉として高炉をとりあげ説明するが、そ
の他各種精錬炉（転炉、溶銑予備処理炉、ＶＯＤ炉等）
、溶解炉、取鍋等の様に金属溶湯を扱う高熱炉、更には
均熱炉や熱風炉の如く高温ガスを扱う高熱炉においても
同様に利用することができる。

［従来の技術］ 高炉は鉄鉱石等の酸化鉄原料とコークス等の固体遷元剤
の高温冶金反応炉であり、厚い耐火物層とこれを取り囲
む鉄皮とから構成されている。そして高炉内部は極めて
高温であり、又鉄鉱石やコークスの落下衝恩や摩擦を間
断なく受けているので、耐火壁は各所で浸食され、ある
いは脱落し、その都度鉄皮を穿孔して耐火剤の注入補修
を行なっている。しかし耐火壁の損耗状況は正確に検知
できていないのが実情で、従来は、例えば鉄皮か赤くな
るのを見て承知するという原始的手段を頓りにする様な
場合すらあった。その為耐火壁の現状厚さを理論的に把
握しようとする研究も広く行なわれ、種々の方法が提案
されている。

本出願人も耐火壁損耗状況把握方法について研究を重ね
ており、先５特公昭！＋７−５１４４５号等を提案して
いる。即ち該方法は、長平方向に３点以上の感温部を設
けた温度検知センサー（以下多点型温度検知センサーと
いう）を高炉耐火壁に埋設して壁厚方向の異なる点にお
ける温度を測定し得る様に準備しておき、センサー埋設
位置の高炉耐火壁内に炉内状況に応じた基準浸食ライン
を想定して該ラインにおける基準温度を推定し、該基準
温度と上記埋設センサーによる実測温度との温度差を、
予めオフラインで求めた浸食ライン差と上記温度差を関
係づける温度補正係数を用いてオンラインてマトリック
ス演算により浸食差に変換して耐火壁の損耗位置を把持
するものであり、これにより温度検知センサー設誼位置
における耐火壁損耗位置を炉内温度に関係なく高精度に
把握することができる様になって国内及び国外の高炉に
利用されている。

上記先願発明に係る耐火壁損耗位置測定方法をさらに詳
細に説明すると下記の通りである。

第２図は該方法の説明図で、１は耐火壁の底部を示して
おり、θ１．θ２．θ３．θ４．θ５゜θ６．・・・・
・・θ、−５，θＮ−２，０１０等の如く壁厚方向の温
度を実測する。この測温については、耐火壁内において
壁厚方向に可及的多くのポイントで測温し得るものが望
まれる。その様な測温体としては、当用願人の出願に係
る実願昭５４−４８５５号に示した温度分布検知センサ
ーが最適であるが、既に公知の他の多点検温センサーや
今後開発されるであろう様なセンサーを使用し得ること
も当然であり、これらの測温手段如何は本発明を制限し
ない。こうして（Ｎ−１）１所の温度が測定されると、
この実・測温度を θ！ θ２ θＮ−１ と表示する。

他方該溶鉱炉の歴史、炉況、操炉条件等を勘案して耐火
物の浸食進行程度を予測し、基準浸食ラインＮｓを想定
する。そして本ラインＮｓに基づいて逆設定される基準
温度を θ１・Ｏ θ２．０ θＮ−１＋０ と表示する。

そして実測温度が上記基準と異なる場合の浸食ラインは
、前記基準浸食ラインとは異なるはずである。そこで実
測温度の基準値からのずれ量と、浸食ラインの基準値か
らのずれ量を関係づけるものとして、温度補正係数を定
める。この係数は熱伝導率を予め想定し、且つ２次元の
熱流を考慮してオフラインで定めるものであり、次の如
く表示される。

ＡＩ、ｌ　Ａ１．２　ＡＩ、３・・・・・・・・・ＡＩ
、ＭＡ　２＋ｌ　Ａ　２＋２・・・・・・・・・・・・
・・・・・・Ａ２．ＭＡ３１、・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・Ａ３．ＭＡＮ−ＬＡ
Ｎ−１２・・・・・・・・・・・・・・・ＡＮ−１＋、
他方前記の基準浸食ラインＮｓと実際浸食ラインＮｒの
関係について第３図の如く表わされる。

即ち炉内の適当なポイントｐの座標を（Ｘｏ。

２０）とすると、１，２，３．・・・・・・、Ｊ、・・
・・・・。

Ｍの各方向への浸食量は、図面に示した特定の面内にお
いて、（ｒ□、。）、（ｒ２．。）。

（ｒ３．。）、・・・・・・、（ｒＪ、。）、・・・・
・・。

（ｒＭ、。）と示され、夫々の基準と実際の差は、Δｒ
ｌ、Δｒ２・・・・・・等と表わさ°れる。

従ってここに示された関係を用いてΔｒ１・・・・・・
等を求めるには、次式で示す様なマトリックス演算を行
なう。

Δｒｌ　＝Ａ　Ｉ＋１　　”　　（θ１−０１．。）”
　Ａ　２　＋　１　　・　（θ２−０２．。）＋・・・
・ＩＬｌｌ・・・・脅・・・・・・・・・・・・・令・
争Φ◆・・・＋ＡＮ−１，１（θＮ−１−θＮ−１，。

）＋Ａ　Ｎ　＋　１ Δｒ２　”Ａ１．Ｍ　　”　　（θ１−０１．。）＋Ａ
２．Ｍ　　・　（θ、−０２．。）＋　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・瞭・・◆・・・・
・＋ＡＮ−１．ｈｌ　　（θＮ−１−θＮ−１，。）”
　Ａ　Ｎ　＋　Ｍ こうしてΔｒ　ｌ　＋・・・・・・、ΔｒＭが求まると
、前記基準ラインをこのずれ値で補正し、 ｒｌ・０＋Δｒ１ ｒＭ＋ｏ＋Δｒ）４ 等と引算して実際の侵食ラインを得ることができる。尚
基準浸食ラインは炉況その他に応じて適当に線引きし直
すことがあるのは言う迄もない。

以上の如く高炉の縦方向への特定切断面について実際の
浸食ラインが求まるので、他の切断面についても同様の
解析を行なえば、３次元的な浸食の姿を知ることができ
る。尚上記の説明は、高炉の底部まわりを中心に述べた
ものであるが、この様な１法は炉腹部における損耗状況
の把握にも応用できる。

［発明が解決しようとする問題点コ しかるに上記提案方法は、多点型温度検知センサー設置
位置の耐火壁損耗位置あるいは耐火壁厚さを知ることが
できるだけで高炉全域の耐火壁損耗状況を知ろうとする
と上記温度検知センサーを全域に亘って万遇なく設置し
なければならない。

しかし最近の大型高炉では直径１０数ｍにも及ぶものが
あり、高炉全域に亘って上記温度検知センサーを設置し
ようとするとその設置数は膨大な数となり、多額の費用
がかかる。その為、高炉耐火壁の損耗状況を局部的にし
か解析できておらなかったのである。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、所望位置の耐火壁損耗状況を経済的に把握し、ひいて
は高炉全域の耐火壁損耗状況を知ることによって高炉安
定操業を確保しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ しかして本発明の高熱炉耐火壁損耗状況把握方法とは、
長手方向の３点以上に感温部を設けた温度検知センサー
を高熱炉耐火壁内であって高熱炉の縦方向断面内に埋設
し、該温度検知センサーによって高熱炉の任意の縦方向
断面内の前記センサー埋設方向の２以上の位置の温度を
検知すると共に、前記断面内に炉の状況に応じた基準浸
食ラインを想定して該ラインにおける基準温度を推定し
、該基準温度と前記実測温度との温度差を予めオフライ
ンで求めておき、前記基準浸食ラインと実際の浸食ライ
ンとの浸食差と上記温度差を関係づける温度補正係数を
用いて前記浸食差をオンラインにて算出することによっ
て耐火壁の前記センサー埋設方向厚さ文を求め、且つ 各感温部で検知された測温結果に基づいて相互に隣接す
る感温部間の熱流速を算出して耐火壁の前記センサー埋
設方向への熱流Ｑを求め、上記温度検知センサーにおけ
る最外表面側感温部の測温値Ｔｓ及び前記耐火壁の熱伝
導度λとの相関関係式（１）を決定する一方、 Ｔｓ＝ｆ　（ｕ、Ｑ、λ）・・・・・・（１）上記温度
検知センサー埋設位置とは異なった別の位置に、長手方
向の２点に感温部を有する２点検出型温度検知センサー
を埋設して求めた最外表面側感温部の測温値Ｔｓ’　、
壁厚方向への熱流Ｑ′、及び耐火壁の熱伝導度λ′のデ
ータを用いて上記（１）式を解くことにより、該２点型
温度検知センサー埋設位置におけ〜る耐火壁厚さ１°を
算出する点に要旨を有するものである。

［作用コ 本発明においては、前述の多点型温度検知センサーを高
炉耐火壁に１箇所以上（経済的に許容される数置下）設
置する。そして埋設位置の各点における耐火壁厚さ１を
前述の手法によって求める。

一方官亥多点型温度検知センサーによって得られたデー
タを解析することにより各センサー設置位貨における熱
流Ｑを求める。即ち多点型温度検知センサーの各測温点
間の距１１ｉｕｉは設計された通りであるので、各測温
点で得られた測温データを下記（２）式の設定演算式に
従フて処理すると各熱流Ｑｉを算出することができる。

但し添字ｉ、ｊは炉内側から数えて夫々ｉ番目及びｊ番
目であることを意味し、又 Ｑｉ：ｉ番目感温部とｊ番目感温部間の熱流（ＫｃａＪ
２　／ｍ’　・ｈ　　） Ｔｉ：ｉ番目感温部での測温値（℃） Ｔｊ：ｉ番目感温部での測温値（’Ｃ）Ｄｉ：ｉ番目感
温部とｊ番目感温部間の距だ（ｍ） λＢ：センサーの熱伝導率（Ｋｃａｌ　／ｍ−ｈｒ”Ｃ
）Ｆ：耐火壁１の熱伝導率λｌとセンサーの熱伝導率λ
Ｂとの比重の関数で、熱しよう乱の大きさを表わす。

さらに上記センサーにおける最外表面側感温部の測温値
Ｔｓを上記センサーによフて知ることができ、且つ耐火
壁１の熱伝導率λ、も既知である。

ここで測温値Ｔｓを決定する要因を考えてみると、耐火
壁損耗位置に存在する耐火物表面（付着層を含めた表面
）の温度は高炉内温度であり、一応一定とすることがで
きるので、高炉内の熱が鉄皮まで伝帳してくる耐火物層
の厚さ１．熱流Ｑ。

熱伝導率λを知ることができれば耐火壁最外表面側感温
部の温度Ｔｓを知ることができる。即ちＴｓは１．Ｑ、
　λの関数として表わすことができ、その関係は下記（
３）式で表わされることになる。

Ｔｓ＝ｆ　（Ｊ２．Ｑ、　　λ、　　ａ　）　−・−・
−（３）しかして上記関数式（３）の変数Ｔｓ、ｊ２．
Ｑ。

λは多点型温度検知センサーの測定データから全て導き
出すことができるので、当該データを用いて（３）式を
解くことにより（３）２式を決定する（係数を求める）
ことができる。

ａ＝ｇ　（Ｔｓ、Ｑ、λ、　ｆ　）　−−−−・−（３
）　’そして得られた係数を用いると（３）式から耐火
壁厚さｌに関する関数式−下記（４）式を得ることがで
きる。

ｊ２＝ｆ−’（Ｔｓ、Ｑ、　　λ）　−・−・・−（４
）他方本発明においては、多点型温度検知センサーより
安価な、長手方向の２点に感温部を有する２点検出型温
度検知センサー（以下２点型温度検知センサーという）
を高炉耐火壁の各所に向けて多数設置する。そして各２
点型温度検知センサーによる測温データを基に当該設置
点における熱流Ｑを算出する。尚２点型温度検知センサ
ーによって耐火壁最外表面側感温部の測温Ｔｓを知るこ
とができ、又耐火壁の熱伝導率λも推定することができ
る。

この様に耐火壁厚さｌを求める関数式（４）における変
数Ｔｓ、Ｑ、λは２点型温度検知センサーの設置によっ
て得ることができる。従って得られた各データを用いて
（４）式を解くことにより当該２点型温度検知センサー
設置点における耐火壁厚さ１を知ることができる。。

即ち本発明においては高価な多点型温度検知センサーを
少なくとも１箇所設置しさえすれば、他の測温点には安
価な２点型温度検知センサーを設置するだけでよく、多
点型温度検知センサーの測温データにより決定した関数
式（４）に２点型温度検知センサーの測温データを代入
することにより２点型温度検知センサー設置点における
耐火壁厚さを求めることができ、耐火壁損耗状況を経済
的に把握することができる。そして得られた耐火壁損耗
状況を総合判断することにより高炉全体の耐天壁プロフ
ィールを求めることができ、高炉の操業安定化に資する
ことができる。尚多点型温度検知センサーは高価である
ので設置数は少ない方が望ましいが、耐火壁厚さを求め
る関数式（４）の精度を高める為には数カ所設置するこ
とが望まれる。

［実施例］ 第１図（水平方向に切断した高炉の斜視説明図）に示す
様に、高炉耐火壁の東西南北の４点Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに多
点型温度検知センサーを埋込む一方、　ａ　ｌ（ゝａ　
ｌｒｌ、　　ａ　２　Ｉ””　ａ　２ｎ＋　””　ａ　
ｍｌ″ａ　＠ｎの各点に２点型温度検知センサーを埋設
した。

Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄにおいて夫々基準浸食ラインを設定し、
多点型温度検知センサーにより得られた測温データを前
記先願発明方法により処理して耐火壁厚さ１を求めた。

また上記測温データを（２）式に示される演算処理に付
してＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄにおける熱流Ｑを求めた。モしてＡ
、Ｂ、Ｃ，Ｄにおける熱伝導率λ及び鉄皮側耐火壁温度
Ｔｓは夫々知ることができるので結局Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの
各点においては夫々下記のようなデータ列を得ることが
できる。

ｔ＝１　　ｔ＝２　　ｔ＝３ ここでＴｓ、Ｉｔ、Ｑ、λの間には前記（３）式で示さ
れる関数関係が成立し、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ断面では上記の
如＜Ｔｓ、１１．Ｑ、　λが既知であるので（１）式の
関数形を同定することができる（下記定数ａ、ｂ、ｃ、
ｄを決定することができる）。

ｆ　（ｉ　Ｑ、λ）＝ａ−２５・Ｑｃ・λ６・・・・・
・（５） 尚定数決定には最小自乗法を用いた。

次いで（５）式を（４）式に相当する関数式即ち耐火壁
厚さｌに関する関数式に変換すると、λ＝ｆ””（Ｔｓ
、　　Ｑ、　　λ） となる。

これに対し、ａｌｌ〜ａｌｌＩｎの各点においては２点
型温度検知センサーにより、熱流Ｑ′、センサーにおけ
る最外表面側感温部の測温値Ｔｓ’及び耐火壁の熱伝導
度λ°が得られるのでこれらのデータを用いて上記関数
式（６）を解くことにより夫々のセンサー設置位置にお
ける耐火壁厚さ℃゛を得ることができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、任意の位置におけ
る耐火壁厚さ２を経済的に且つ精度良く得ることができ
る。そして複数点における算出結果を総合することによ
って高炉全体の耐火壁プロフィールを得ることができ高
炉の操業安定性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方法を示す為の斜視説明図、第
２．３図は耐火壁厚さを求める先願発明方法の概略説明
図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 長手方向の３点以上に感温部を設けた温度検知センサー
   を高熱炉耐火壁内であって高熱炉の縦方向断面内に埋設
   し、該温度検知センサーによって高熱炉の任意の縦方向
   断面内の前記センサー埋設方向の２以上の位置の温度を
   検知すると共に、前記断面内に炉の状況に応じた基準浸
   食ラインを想定して該ラインにおける基準温度を推定し
   、該基準温度と前記実測温度との温度差を予めオフライ
   ンで求めておき、前記基準浸食ラインと実際の浸食ライ
   ンとの浸食差と上記温度差を関係づける温度補正係数を
   用いて前記浸食差をオンラインにて算出することによっ
   て耐火壁の前記センサー埋設方向厚さｌを求め、且つ 各感温部で検知された測温結果に基づいて相互に隣接す
   る感温部間の熱流束を算出して耐火壁の前記センサー埋
   設方向への熱流Ｑを求め、 上記温度検知センサーにおける最外表面側感温部の測温
   値Ｔｓ及び前記耐火壁の熱伝導度λとの相関関係式（１
   ）を決定する一方、 Ｔｓ＝ｆ（ｌ、Ｑ、λ）・・・・・・（１）上記温度検
   知センサー埋設位置とは異なった別の位置に、長手方向
   の２点に感温部を有する２点検出型温度検知センサーを
   埋設して求めた最外表面側感温部の測温値Ｔｓ′、壁厚
   方向への熱流Ｑ′、及び耐火壁の熱伝導度λ′のデータ
   を用いて上記（１）式を解くことにより、該２点型温度
   検知センサー埋設位置における耐火壁厚さｌ′を算出す
   ることを特徴とする高熱炉耐火壁の損耗状況把握方法。