TWI468521B - 高爐爐床狀況之判斷方法 - Google Patents

Description

高爐爐床狀況之判斷方法

本揭露是有關於一種高爐爐床狀況之判斷方法，且特別是有關於一種利用爐壁溫度來判斷高爐爐床狀況之方法。

高爐冶煉係一種將鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料根據爐況來從爐頂裝料裝置分批送入高爐，並使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層架構。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐床中，並分別從鐵口和渣口放出。

在高爐冶煉的過程中，高爐爐床以及爐底碳磚會受到鐵渣流動之沖刷、化學熔蝕等作用而逐漸損耗，進而影響高爐的使用壽命。因此，業者無不致力於發展爐床狀況的監測技術，以減少爐床損耗的機會。然而，目前的爐床狀況監測技術不但需要複雜的系統設備，而且常常發生誤判的情形，因此需要一種較為準確的爐床狀況判斷方法，以確實地監測高爐爐床的狀況。

本發明之一方面是在提供於一種高爐爐床狀況之判斷方法，以供高爐操作人員監測高爐爐床之狀況，並提早採取適當的措施來避免高爐爐床受到嚴重的損害。

根據本發明之一實施例，在此高爐爐床狀況之判斷方法中，首先利用溫度偵測裝置來量測高爐之第一爐壁位置和第二爐壁位置的溫度，以獲得二爐壁溫度值，其中第一爐壁位置與爐壁邊緣之距離係小於第二爐壁位置與爐壁邊緣之距離，而此爐壁邊緣為高爐之內壁邊緣。然後，計算此二爐壁溫度值之爐壁溫度差值。接著，進行爐床狀況判斷步驟，以利用爐壁溫度值之一者以及爐壁溫度差值相對於此爐壁溫度值之溫度差值變化趨勢來判斷高爐爐床是否發生異常狀況，其中此異常狀況為間隙產生狀況、爐壁過度耗損狀況以及爐壁過度結垢狀況之其中一者。

由上述說明可知，本發明實施例之高爐爐床狀況判斷方法係利用爐壁溫度與爐壁溫度差值的變化趨勢來判斷高爐爐床是否發生異常狀況，而且本發明實施例之高爐爐床狀況判斷方法不但可判斷出高爐爐床的殘厚減少，還可判斷出高爐爐壁搗固材出現間隙以及高爐爐壁結垢等狀況，以使高爐操作人員能確實了解高爐爐床的狀況並採取適當的處理措施。

請同時參照第1圖和第1A圖，第1圖係繪示根據本發明實施例之高爐冶煉系統100的結構示意圖，第1A圖係繪示第1圖中之虛框中的高爐爐體放大結構示意圖。高爐冶煉系統100包含高爐爐體110、溫度偵測裝置120以及電腦系統130。高爐爐體110的爐壁包含金屬外殼112、搗固材114以及耐火材116，其中搗固材114係設置於金屬外殼112與耐火材116之間。在本實施例中，耐火材116之材質可為碳化矽磚或耐火黏土磚，但本發明之實施例並不受限於此。

溫度偵測裝置120係設置於爐床之爐壁中，以量測爐床爐壁之耐火材116中A點和B點的溫度。在本發明之實施例中，溫度偵測裝置120包含兩熱電偶，此兩熱電偶係分別插入至耐火材116中A點和B點的位置，以量測其溫度，然而本發明之實施例並不受限於此。

在第1A圖中，位置A與爐壁邊緣E(高爐內側邊緣)間之距離係以D1來標示，位置B與爐壁邊緣E(高爐內側邊緣)間之距離係以D2來標示，而距離D1係小於距離D2。另外，在本實施例中，位置A和位置B所形成之虛擬直線係垂直於爐壁邊緣E，但本發明之實施例並不受限於此。

電腦系統130係利用有線或無線之方式來電性連接至溫度偵測裝置124，以利用位置A和位置B的溫度值來判斷出高爐爐床狀況，並告知高爐操作人員目前高爐爐床的狀況。在本實施例中，電腦系統130為高爐之程控電腦，但本發明之實施例並不受限於此。

請參照第2圖，其係繪示根據本發明實施例之高爐爐床狀況之判斷方法200的流程示意圖。在高爐爐床狀況之判斷方法200中，首先進行溫度偵測步驟210，以利用溫度偵測裝置124來量測爐壁位置A和爐壁位置B之溫度值，而獲得二個爐壁溫度值TA和TB，其中溫度值TA係代表爐壁位置A之溫度值，而溫度值TB係代表爐壁位置B之溫度值TB。然後，進行溫度差值計算步驟220，以利用電腦系統130來計算此二爐壁溫度值之差值。接著，進行爐床狀況判斷步驟230，以利用爐壁位置A和爐壁位置B中之一者的溫度值以及爐壁溫度差值相對於此溫度值之變化趨勢來判斷高爐爐床是否發生異常狀況。

請參照第3圖和第4圖，第3圖係繪示根據本發明實施例之爐床狀況判斷步驟230的流程示意圖，第4圖係繪示根據本發明實施例之爐床狀況指標相對於溫度值TB之變化趨勢的曲線示意圖。在爐床狀況判斷步驟230中，首先進行指標計算步驟232，以計算爐壁溫度差值與爐壁溫度值之一者(例如爐壁位置B的溫度值TB)之比值，以獲得爐床狀況指標GI，其中GI可表示如下：

GI=TB/(TA-TB)

接著，進行趨勢計算步驟234，以計算爐床狀況指標GI相對於溫度值TB的變化趨勢。如第3圖所示，若高爐當前溫度狀態係位於起始點O，當溫度值TB增加時，爐床狀況指標GI可隨著溫度值TB增加或減少，並形成趨勢曲線Q1或Q2。類似地，當溫度值TB減少時，爐床狀況指標GI可隨著溫度值TB增加或減少，並形成趨勢曲線Q3或Q4。

然後，進行判斷步驟236，以根據該爐床狀況指標GI之變化趨勢和預設之變化閥值來判斷高爐爐床是否發生異常狀況。例如，當爐床狀況指標GI隨著溫度值TB增加而增加(趨勢曲線Q1)，且爐床狀況指標GI的變化值超過預設的閥值時，判斷目前高爐爐壁中的搗固材114有間隙發生，而此為異常狀態。故，進行警告步驟238a來發出警告訊息，以通知高爐操作人員搗固材114有間隙發生，而高爐操作人員可據此來採取適當的處理措施。

又例如，當爐床狀況指標GI隨著溫度值TB增加而減少(趨勢曲線Q2)，且爐床狀況指標GI的變化值超過預設的閥值時，判斷目前高爐爐壁的厚度減少(耐火材116過度耗損)，而此為異常狀態。故，進行警告步驟238b來發出警告訊息，以通知高爐操作人員高爐爐壁的厚度減少，而高爐操作人員可據此採取適當的處理措施，例如灌漿填補。

又例如，當爐床狀況指標GI隨著溫度值TB減少而增加(趨勢曲線Q3)，且爐床狀況指標GI的變化值超過預設的閥值時，判斷目前高爐爐壁上有過多的結垢，而此為異常狀態。故，進行警告步驟238c來發出警告訊息，以通知高爐操作人員高爐爐壁上有過多的結垢，而高爐操作人員可據此採取適當的處理措施。

在本發明之實施例中，爐床狀況指標GI所對應的變化閥值可隨著趨勢曲線的不同而有所不同。例如，當爐床狀況指標GI的變化趨勢曲線為Q1時，爐床狀況指標GI可對應至一預設變化閥值，而當爐床狀況指標GI的變化趨勢曲線為Q2時，爐床狀況指標GI可對應至另一預設變化閥值，如此本發明實施例之高爐爐床狀況之判斷方法200可更精確地判斷爐床是否出現異常狀況。

另外，當爐床狀況指標GI也有可能隨著溫度值TB減少而減少(趨勢曲線Q4)，此變化趨勢代表高爐的冰水機正在對爐壁進行冷卻動作。由於冰水機的開啟為正常操作，因此，當爐床狀況指標GI的變化趨勢為曲線Q4時，並不將其視為異常狀態。

值得注意的是，雖然上述實施例之爐床狀況指標GI係以TB/(TA-TB)來表示，但在本發明之其他實施例中，爐床狀況指標GI亦可以TA/(TA-TB)、(TA-TB)/TB等方式來表示，而當爐床狀況指標GI的表示方式改變後，各趨勢曲線所對應的異常狀況也可能會跟著改變，但本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者應可根據上述說明來得知各趨勢曲線所對應的異常狀況。

綜合以上所述，本發明實施例之高爐爐床狀況之判斷方法係建立爐床狀況指標GI，並利用爐床狀況指標GI與高爐爐壁(爐床爐壁)的溫度變化關係來判斷目前爐床是否有異常狀況發生。本發明實施例之電腦系統130亦可將爐床狀況指標GI的變化趨勢畫成圖形，並藉由爐床狀況指標GI在各取樣點的移動距離來做到半定量的分析，以供高爐操作人員適時採取正確的因應措施來保護高爐，使高爐的使用壽命能被有效地延長。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．高爐冶煉系統

110．．．高爐爐體

112．．．金屬外殼

120．．．溫度偵測裝置

130．．．電腦系統

114．．．搗固材

116．．．耐火材

200．．．爐床狀況判斷方法

210．．．溫度偵測步驟

220．．．溫度差值計算步驟

230．．．爐床狀況判斷步驟

232．．．指標計算步驟

234．．．趨勢計算步驟

236．．．判斷步驟

238a~238c．．．警告步驟

A、B．．．溫度量測點

D1、D2．．．溫度量測點距離

E．．．爐壁邊緣

Q1~Q4．．．趨勢曲線

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，上文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖係繪示根據本發明實施例之高爐冶煉系統的結構示意圖。

第1A圖係繪示第1圖之虛框中的高爐爐體放大結構示意圖。

第2圖係繪示根據本發明實施例之高爐爐床狀況之判斷方法的流程示意圖。

第3圖係繪示根據本發明實施例之爐床狀況判斷步驟的流程示意圖。

第4圖係繪示根據本發明實施例之爐床狀況指標相對於溫度值之變化趨勢的曲線示意圖。

200．．．爐床狀況判斷方法

210．．．溫度偵測步驟

220．．．溫度差值計算步驟

230．．．爐床狀況判斷步驟

Claims (9)

1. 一種高爐爐床狀況之判斷方法，包含：利用一溫度偵測裝置來量測該高爐之一第一爐壁位置和一第二爐壁位置之溫度，以獲得二爐壁溫度值，其中該第一爐壁位置與該爐壁之一爐壁邊緣之距離係小於該第二爐壁位置與該爐壁邊緣之距離，該爐壁邊緣為該高爐之內壁邊緣；計算該些爐壁溫度值之一爐壁溫度差值；以及進行一爐床狀況判斷步驟，以利用該些爐壁溫度值之一者以及該爐壁溫度差值相對於該些爐壁溫度值之該者之一溫度差值變化趨勢來判斷該高爐爐床是否發生一異常狀況，其中該異常狀況為一間隙產生狀況、一爐壁過度耗損狀況以及一爐壁過度結垢狀況之其中一者，該爐床狀況判斷步驟包含：計算該爐壁溫度差值與該些爐壁溫度值之該者之一比值，以獲得一爐床狀況指標；進行一趨勢計算步驟，以計算該爐床狀況指標相對於該些爐壁溫度值之該者之一指標變化趨勢；以及進行一判斷步驟，以根據該爐床狀況指標之該指標變化趨勢和一變化閥值來判斷該高爐爐床是否發生該異常狀況。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高爐爐床狀況之判斷方法，其中該爐壁包含一耐火材，而該第一爐壁位置和該第二爐壁位置係位於該耐火材中。
3. 如申請專利範圍第2項所述之高爐爐床狀況之判斷方法，其中該爐壁更包含一搗固材和一金屬外殼，而該搗固材係位於該耐火材和該金屬外殼之間。
4. 如申請專利範圍第3項所述之高爐爐床狀況之判斷方法，其中該耐火材為碳化矽磚或耐火黏土磚。
5. 如申請專利範圍第3項所述之高爐爐床狀況之判斷方法，其中該判斷步驟包含：當該爐床狀況指標隨著該些爐壁溫度值之該者上升而上升，且該爐床狀況指標之一變化值大於該變化閥值時，判斷該異常狀況發生，且該異常狀況為該間隙產生狀況，其中該間隙產生狀況為該搗固材產生間隙之狀況。
6. 如申請專利範圍第3項所述之高爐爐床狀況之判斷方法，其中該判斷步驟包含：當該爐床狀況指標隨著該些爐壁溫度值之該者上升而下降，且該爐床狀況指標之一變化值大於該變化閥值時，判斷該異常狀況發生，且該異常狀況為該爐壁過度耗損狀況。
7. 如申請專利範圍第3項所述之高爐爐床狀況之判斷方法，其中該判斷步驟包含：當該爐床狀況指標隨著該些爐壁溫度值之該者下降而上升，且該爐床狀況指標之一變化值大於該變化閥值時，判斷該異常狀況發生，且該異常狀況為該爐壁過度結垢狀 況。
8. 如申請專利範圍第1項所述之高爐爐床狀況之判斷方法，其中該些爐壁溫度值之該者係對應至該第二爐壁位置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之高爐爐床狀況之判斷方法，其中該第一爐壁位置和該第二爐壁位置所形成之一虛擬直線係垂直於該爐壁邊緣。