JPS6354588A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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とる。

［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還元剤
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撃や摩擦を間
断なく受けているので、耐火壁は各所で侵食され、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、例えば鉄皮が赤くな
るのを見て承知するという原始的手段を頼りにする様な
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、先に特公昭５７−５１４４４号等を提案してい
る。即ち該方法は、長手方向に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、高炉々内現象に
よる温度変化信号と各測温点における測温信号との時間
的遅れを策定し、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損耗位置を把握
するものであり、これにより温度検知センサー設置位置
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は耐火物、２は鉄皮を示
しＡは耐火物１の内面側で温度Ｔ。、Ｂ−Ｆは耐火物内
へ厚さ方向に挿入・埋込みされた多点型温度検知センサ
ーの各測温点、Ｔ、〜Ｔ５は各測温点における検知温度
を示す。

第２図の下方に示すグラフは、縦軸に温度、横軸に時間
をとったもので、曲線Ｔ、は測温点Ｂにおける検知温度
の時間的変化、曲線Ｔ２は測温点Ｃ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、縦軸の左外側に示したＡ点での温
度変化（瞬間的」１昇）Ｔｏに対応する変化で、Ａ点で
の温度変化の最高温度は、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＋−す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２
側はど遅く表われる。この遅れを、遅れ時間と称してい
る。

モ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、Ｊ２２　、　ＩＩｓ　、　Ｉｌ４
及びＡ、は既知であり、又高炉操業の最初はｆ！、Ｉも
承知できている。従って耐火物が破損する以前の初期段
階においては、Ｔｏの変化は直接センサーによって検知
することもできるのて、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時刻と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２図中のカーブ［Ｘ］は、上
記の如く零点補正を行なった結果得られたもので、Ａ、
Ｂ、Ｃ，・・・・・・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７
点であって、Ａ点は耐火壁の内面位置に相当すること、
或はＦ点は該内面からみて相当に動れており、その理論
値か、 （ｆＬ＋）”　（Ｊ２２）＋　（ｆ！、３）＋　（４、
）＋　（Ｉｌ、ｓ）で表わされること等が判る。

さて操炉を続行して耐火壁の損耗が進み、Ａ点のみなら
ずＢ点を越えて損耗してきたとすると、Ａ、Ｂ両点での
測温が不可能になり、Ｃ−Ｆの各点においてのみ測温が
可能である。そして各点の横軸位置をカーブ［Ｘ］の場
合と同じにとりつつ遅れ時間をプロットしたのがカーブ
［Ｙ］の実線部分であって、０点から先を鎖線にて外挿
し、横軸との交点ｐｙを得る。このｐｙ点は遅れ時間が
零の点に相当し、Ａ点やＢ点での測温か不可能であって
も耐火壁の最内面がどの位置にあるかを推知することか
できる。そして損耗が更に進み、０点での測温が不可能
になったとしても、Ｄ点、Ｅ点及びＦ点での測温は従来
通り可能である。そして損耗が進んだ分、Ｄ−Ｆ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＋−する遅れ時間が短くなってカーブ［Ｚ］は更
に右下方向ヘシフトしてくる。そしてこの場合も鎖線で
示す如く外挿すれば、現在時点での零点（即ち最内面位
置）を推知することが可能になる。上記の解析は遅れ時
間をアナログ的に検知して行なう場合であり、これによ
って損耗状況が把握されるが、おくれ時間をデジタル的
に求めるときの計算方式は下記に示す通りである。尚下
式においてＳ−トリガー信号 Ｔ：センサーによる検知温度 Ｔ、：第２図に示したＢ点での検知温度１、ｎ：経過時
間 Δτ；遅れ時間 φ　ニドリガー信号と遅れ時間の相関係数であり、トリ
ガー信号ＳとＴ１との相関計算は、 （ｎ−０〜Ｍ） で行なわれる。この結果に基づいてφＳＴＩ　（ｎ）の
停留点計算を行なうことができる。この計算方法の一例
は下記の通りであり、今ｊｌ＝ｌｌｏの点を停留点とす
れば Ｍｉｎ　　ｌ　　φ　ＳＴ＋　（ｎ）−φ　５Ｔ１（ｎ
　　−１）１＝１φＳＴ＋　（ｎｏ）−φＳＴ＋　（ｎ
ｏ　　１）　１であり、この結果 Δで１；Δｔ−ｎ。

（但し、Δｔはサンプリングの時間々隔）となる。

従ってＴ。とＴ１の間の遅れ時間Δτ１がΔτ、−Δτ
０ によって求まる（但しΔｔｏは前述の７点補正量である
）。以下同様にしてΔτ２．Δτ３・・・・・・か求ま
り第３図のＢ〜Ｆ点が定まる。そして各点を通る曲線を
回帰によって求め、得られた曲線を外挿し縦軸が墨点に
なる所を求めて損耗位置を把握する。この様にして耐火
壁損耗位置、即ちそのときの耐火壁厚さを知ることがで
きるのである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに上記提案方法は、多点型温度検知センザー設置
位置の耐火壁損耗位置あるいは耐火壁厚さを知ることか
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遍なく設置し
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
を高熱炉耐火壁の厚み方向に埋設し、炉内の温度変化信
号と各感温部における測温信号との時間的遅れと、各感
温部の炉心からの圧出「どの関係から該温度検知センサ
ー埋設位置における耐火壁厚さＡを求めると共に、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壁厚方向への熱流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人との相関関係式（１
）を決定する一方、 Ｔｓ＝ｆ　（Ｉｔ、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点に感温部をイテする２点検出型温度検知
センサーを埋設して求めた当該２点検出型温度検知セン
サーにおける最外表面側感温部の測温値Ｔｓ’　、壁厚
方向への熱流Ｑ゛。

及び耐火壁の熱伝導度λ゛を用いて上記（１）式を解く
ことにより、該２点検出型温度検知センサー埋設位置に
おける耐火壁厚さ℃°を算出する点に要旨を有するもの
である。

〔作用〕

本発明においては、前述の多点型温度検知センザーを高
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℃を
前述の手法によって求める。

一方該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置における熱流
Ｑを求める。即ち多点型温度検知センサーの各測温点間
の距離ｉｌ　Ｉ−ｆｌ　ｓ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
演算式に従って処理すると各熱流Ｑｌ−Ｑ５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（Ｋｃａｕ
／ｍ２・ｈ　） Ｔｉ：ｉ番目感温部での測温値（１） Ｔｊ＋ｊ番目感温部での測温値（’Ｃ）Ｄｉ：ｉ番目感
温部とｊ番目感温部間の距離（ｍ） λｂ　：センサーの熱伝導率（ＫｃａｆＬ／ｍ−ｈ＋”
ｔ：　）Ｆ：耐火壁１の熱伝導率λ１とセンサーの熱伝
導率λｂ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って知ることができ、且つ耐火
壁１の熱伝導率λ１も既知である。

ここて測温値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（イ」着層を含めた表
面）の温度は高炉内温度であり、−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Ａ、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ｕ、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　　（、ｆｌ、Ｑ、　　λ、　　ａ　）　　・
”　・＝　（３）［但しａは係数］ 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）Ｊ式を決定する（係数を求める）
ことができる。

ａ＝ｇ　（Ｔｓ、Ｑ、　　λ、　ｕ　）　−・・−・・
（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に関する関数式に変換すると下記（４）式
を得ることができる。

ｕ＝ｆす（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
平方向の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の測温Ｔｓ及び、耐天壁の熱伝導
率λも知ることができる。

この様に耐火壁厚さＡ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Ａ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火壁プロフ
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（横断面説明図）に示す様に、高炉耐火壁１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、〜ａ８の各点に２点型温度検知セン
サーを設置した。

多点型温度検知センサーにより得られた測温データを、
前記先願発明の方法により処理して耐火壁厚さβを、ま
た前記（２）式に従かい演算を行なうことにより熱流Ｑ
を求め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　　を工３ こ１．２のデータ列に対して前記（３）式に相当する関
数式（近似式）を立てると（５）式が得られる。

Ｚｊ＝ａ、Ｘ’　＋ａ２ＸＹ＋ａ３Ｙ２＋ａ４　Ｘ＋ａ
５Ｙ＋ａ６　　　　”””（５）（但しＸ、　ＹＣＱ、
ｆｌ、、　　λ；ＺｅＴｓ；ｊ＝＋〜３） （５）式に上記データ列を入力し最小自乗法により係数
ａｋ　（ｋ＝１〜６）を夫々決定する。

次いで（６）式により更に近似を行ない、Ｗｕ＝ｂ、Ｚ
ｊ２＋ｂ２ＺｊＺｊ’　＋ｂ３　Ｚｊ２＋ｂ４Ｚｊ　＋
ｂ、ｚｌ　ｊ　十す、−・−（ａ）（但しＷ　６Ｔ　ｓ
　；　Ｉｔ　＝　１〜３　）最小自乗法により係数ｂＫ
　（ｋ＝１〜６）を決定する。この様にして得られた（
６）式を（３）式に相当する関数式とする。

これに対し、ａ１〜ａ８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４次式を解く
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
Ａ“を得ることかできる。

［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ｋ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かでき高
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図は本発明実施例を示す横断面説明図、第２図は先
願発明方法の原理を示す説明図、第３図は遅れ時間と耐
火物内壁側からの距離との関係を示すグラフである。

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
   を高熱炉耐火壁の厚み方向に埋設し、炉内の温度変化信
   号と各感温部における測温信号との時間的遅れと、各感
   温部の炉心からの距離との関係から該温度検知センサー
   埋設位置における耐火壁厚さｌを求めると共に、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壁厚方向への熱流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
   埋設して求めた当該２点検出型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′、壁厚方向への熱流
   Ｑ′、及び耐火壁の熱伝導度λ′を用いて上記（１）式
   を解くことにより、該２点検出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。