TWI648406B - 監測高爐固化殘銑去化狀態的方法及電腦程式產品 - Google Patents

Abstract

一種監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，包含步驟：收集一高爐之一爐殼於至少一高度的數個等高位置的數個周向應變，該數個等高位置位於該高爐內部之一殘銑的厚度範圍內；收集鄰近該數個等高位置的數個耐火磚溫度；及依據該數個周向應變的一代表值及該數個耐火磚溫度的一代表值判定數個狀態，其中若該等代表值同時呈現上升趨勢，則判定進入一開爐狀態；於該開爐狀態中，若該等代表值分別呈現相反趨勢，則判定進入一開始去銑狀態；於該開始去銑狀態中，若該等代表值同時呈現相同趨勢，則判定進入一去銑完成狀態。

Description

監測高爐固化殘銑去化狀態的方法及電腦程式產品

本發明係關於一種物質狀態監測方法，特別是關於一種監測高爐固化殘銑去化狀態的方法及電腦程式產品。

在鋼鐵產業中，由於高爐(blast furnace)冶煉技術具有經濟指標良好、工藝簡單、生產量大、勞動生產效率高及能耗低等優點，故以這種技術生產的鋼鐵佔世界鋼鐵總產量的絕大部分。如第1圖所示，一高爐9以鋼板作一爐殼91，該爐殼91內砌有一耐火磚層92(即耐火性爐襯)。通常，高爐一個爐代的壽命通常長達10年以上，在長期使用的過程中，爐體設備、結構難免會有損壞，必須將待修復/補強的部位與作業時程相配合，安排短期休風或長期停爐等處理期程。

舉例而言，若將該高爐9進行停爐維修，不論停爐之前是否有進行殘銑(鐵)排放作業，該高爐9之爐底通常都會殘留一些鐵液(即殘銑T)。停爐後，液態的殘銑T會逐漸冷卻而固化收縮，使該殘銑T周圍及內部會出現空隙(未繪示)。待重新點火開爐後，該殘銑T上方新生成的鐵液會先流入並填滿這些空隙，所以仍為固化狀態的殘銑T受熱膨脹時就直接向外推擠該高爐9的爐壁(即耐火磚層92與爐殼91)，造成該爐殼91的周向應力與變形量增加，而該耐火磚層92於周向的縫隙也會增加，有可能危及高爐整體安全性。

因此，為了避免上述情況，習用殘銑去化方法通常以爆破方式，使固化的殘銑T破裂成碎塊，再將碎塊使用機具清除與搬運。然而，爆破工程不但危險性極高，也會傷及爐底的耐火磚層92；而且，爆破清除作業也會延長停爐時間，增加營運成本。

有鑑於此，有必要提供一種有別以往的殘銑去化狀態監測方法，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，可於開爐後即時監測殘銑附近的爐殼周向應變及耐火磚溫度，以便調整爐操，進而使固化的殘銑逐漸熔化，提升殘銑去化過程的安全性及便利性。

本發明之次要目的在於提供一種電腦程式產品，可執行如上所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法。

為達上述之目的，本發明提供一種監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，可包含步驟：收集一高爐之一爐殼於至少一高度的數個等高位置的數個周向應變，該數個等高位置位於該高爐內部之一殘銑的厚度範圍內；收集鄰近該數個等高位置的數個耐火磚溫度；及依據該數個周向應變的一代表值及該數個耐火磚溫度的一代表值判定數個狀態，其中若該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值同時呈現上升趨勢，則判定進入一開爐狀態；於該開爐狀態中，若該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值分別呈現相反趨勢，則判定進入一開始去銑狀態；於該開始去銑狀態中，若該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值同時呈現相同趨勢，則判定進入一去銑完成狀態。

在本發明之一實施例中，該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值呈相反趨勢可為：該數個周向應變的代表值呈一下降趨勢，該數個耐火磚溫度的代表值呈一上升趨勢。

在本發明之一實施例中，該數個周向應變可由設於該數個等高位置的數個應變計測量而被收集。

在本發明之一實施例中，該數個耐火磚溫度可由設於鄰近該數個等高位置的數個溫度計測量而被收集。

在本發明之一實施例中，該數個應變計及該數個溫度計可分別電性連接一控制單元，該控制單元可依據該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值各自的變化趨勢判定是否進入該開爐狀態、該開 始去銑狀態或該去銑完成狀態。

在本發明之一實施例中，該控制單元可電連接一輸出單元，該輸出單元依據該開爐狀態、該開始去銑狀態或該去銑完成狀態分別對應輸出一個警示訊息。

在本發明之一實施例中，該輸出單元可為一顯示裝置或一播音裝置。

為達上述之目的，本發明另提供一種電腦程式產品，可經由一電腦載入該電腦程式產品並執行後，該電腦能夠執行如上所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法。

1‧‧‧應變計

1a‧‧‧應變計

1b‧‧‧應變計

2‧‧‧溫度計

3‧‧‧處理單元

4‧‧‧輸出單元

9‧‧‧高爐

91‧‧‧爐殼

92‧‧‧耐火磚

P1~P4‧‧‧階段

T‧‧‧殘銑

S1‧‧‧感知步驟

S2‧‧‧判別步驟

HL1-100‧‧‧溫度計編號

HL2-100‧‧‧溫度計編號

第1圖：習用高爐中的殘銑示意圖。

第2圖：本發明實施例之系統示意圖。

第3a圖：本發明實施例之數個應變計於一高度之水平分佈示意圖。

第3b圖：本發明實施例之數個應變計於另一高度之水平分佈示意圖。

第4圖：本發明實施例之方法流程示意圖。

第5圖：本發明實施例之實驗結果示意圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參閱第2圖所示，其係本發明實施例之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法所應用的系統示意圖。其中，該監測系統可包含數個應變計1、數個溫度計2及一處理單元3。

在一實施例中，如第2圖所示，該應變計1至少可為習知具有應變量測知功能的電子元件，如：單軸、雙軸或三軸應變規等，該應變 計1還可具備溫度校正之功能，如：在上述應變規旁加設一感溫元件，用以校正該應變規輸出之數值等，惟不以此為限。

此外，該等應變計1可設置於一高爐9之一爐殼91(如外表面)於至少一高度的數個等高位置(即在至少一高度上的數個徑向不同之位置)，如：單一高度上的數個等高位置，該數個等高位置可為等角分佈或依實際量測需求而設置等；另，該等應變計1亦可同時設置於數個高度的等高位置，如第2圖所示，應變計1a與1b設置的二高度不同，惟不以此為限，在此實施例中，該數個等高位置可位於該高爐內部之一殘銑T的厚度範圍內，例如：該殘銑T的整體厚度的上緣、下緣或其間的約略位置。

舉例而言，如第3a及3b圖所示，該應變計1a或1b可適當分佈於該殘銑周圍的爐殼91不同高度上的數個位置，例如：用以測知於該爐殼的兩個高度的數個周向應變。藉此，可得知該爐殼91受到內部物體向外推擠的變化程度，有利於監控該爐殼91所受的周向應變或應力是否仍在合限範圍內，並可將該周向應變作為後續去化殘銑時控制爐操的依據。

在一實施例中，如第2圖所示，該溫度計2至少可為習知適用於測量耐火磚溫度的電子元件，該等溫度計2可設置於鄰近該數個等高位置處，亦即，位於該數個周向應變周圍之位置，例如：相同或接近上述周向應變被收集的高度之位置，以相同高度為例，如第2圖所示，該等溫度計2可設於上述應變計1旁的耐火磚(如碳磚或高鋁磚等)92內，且該等溫度計2伸入該耐火磚92內的深度可為相同，惟不以此為限，用以測知該殘銑T與該爐殼91之間的一耐火磚92在該爐殼91相同距離處的溫度。藉此，可得知最接近上述周向應變於被收集高度附近的耐火磚92的固定深度處的溫度變化，作為後續去化殘銑時控制爐操的依據。

在一實施例中，該處理單元3至少可為習知具有資料處理功能的裝置，如：各式電腦系統等，該處理單元3可整合於一鋼鐵冶煉作業的中控系統，該處理單元3可電性連接該應變計1及溫度計2，該處理單元3亦可整合一資料庫系統(圖未繪示)，用以儲存資料，該處理單元3亦可電性連接一輸出單元4，例如：顯示裝置或播音裝置等，用以輸出資料，該處理單元3可執行一監測邏輯(如電腦軟體或硬體電路等)，用以實施該監測高 爐固化殘銑去化狀態的方法實施例，舉例說明如下，惟不以此為限。

請參閱第4圖所示，其係本發明實施例之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法之流程示意圖。其中，該方法實施例可包含一感知步驟S1及一判別步驟S2，該感知步驟S1與判別步驟S2的執行順序可為一管線化(pipelining)方式，例如：首先，僅執行步驟S1：後續，同時執行步驟S1及S2；最終，僅執行步驟S2，其係所屬技術中具有通常知識者可以理解，在此容不贅述。請一併參閱第2圖所示。

該感知步驟S1，可收集一高爐9之一爐殼91於至少一高度的數個等高位置的數個周向應變，該數個等高位置位於該高爐9內部之一殘銑T的厚度範圍內；另收集鄰近該數個等高位置的數個耐火磚溫度，如：相同或接近該數個周向應變被收集的高度之位置，惟不以此為限。

在一實施例中，該數個周向應變可由設於該數個等高位置的數個應變計1測量而被收集。藉此，可以達到對周向應變即時自動收集大數據，以便進行後續殘銑去化監控作業。

在一實施例中，該數個耐火磚溫度可由設於相同或接近該數個周向應變被收集的高度之位置的數個溫度計2測量而被收集。藉此，可以達到對溫度值即時自動收集大數據，以便進行後續殘銑去化監控作業。

該判別步驟S2，可依據該至少一高度的數個等高位置的數個周向應變的一代表值及該數個耐火磚溫度的一代表值判定數個狀態。

舉例而言，該代表值可為具代表性之單一數據或多個數據之平均值，如：至少一高度上的數個周向應變的平均值及耐火磚溫度的平均值等，惟不以此為限。以兩個高度的平均值為例作為實施態樣說明，若該兩個高度上的周向應變平均值及耐火磚溫度的平均值可同時呈現上升趨勢，則判定進入一開爐狀態；於該開爐狀態中，若該兩個高度上的周向應變的平均值及耐火磚溫度的平均值可分別呈現相反趨勢，則判定進入一開始去銑狀態；於該開始去銑狀態中，若該兩個高度上的周向應變的平均值及耐火磚溫度的平均值可同時呈現相同趨勢，則判定進入一去銑完成狀態。

在一實施例中，該控制單元3可依據該等周向應變及耐火磚溫度各自的變化趨勢判定是否進入該開爐狀態、該開始去銑狀態或該去銑 完成狀態，例如：可依據單一或兩個高度上的周向應變的平均值及耐火磚溫度的平均值各自的變化趨勢判定是否進入該開爐狀態、該開始去銑狀態或該去銑完成狀態；以兩個高度為例，該兩個高度上的周向應變的平均值及耐火磚溫度的平均值呈相反趨勢可為：該兩個高度上的周向應變的平均值可呈一下降趨勢，該兩個高度上的耐火磚溫度的平均值可呈一上升趨勢。藉此，可以達到自動監控後續殘銑去化作業的功效。其中，上述開爐狀態、開始去銑狀態或去銑完成狀態亦可由其他方式完成，如：人工作業等，惟不以此為限。

在一實施例中，可依據該開爐狀態、該開始去銑狀態或該去銑完成狀態分別對應輸出一個警示訊息，例如：該警示訊息可由該輸出單元4進行輸出，如：產生不同畫面、色彩、閃爍、燈光或聲音等，惟不以此為限。以下係以兩個高度上測知的數據進行實驗說明，各該高度上的數個周向應變、耐火磚溫度分別取平均值後進行描繪。

請參閱第5圖所示，其係本發明上述實施例的實驗結果示意圖，其中，第5圖的上方曲線為如第3a、3b圖中的兩個高度上的周向應變的平均值記錄歷程曲線，如：以第2圖之應變計1a、1b測知)；第5圖的下方曲線為接近該周向應變被收集的兩個高度的溫度計2的溫度的平均值紀錄歷程曲線，如：以深入耐火磚100毫米的兩個高度上的溫度計編號HL1-100、HL2-100測知。圖中橫軸可依時間分為四個階段P1~P4，各階段可供調控一爐操作業方式，如：調節用於開爐、停爐等作業的熱風量(壓)及投料量，舉例說明如下，惟不以此為限。

請再參閱第5圖所示，在該階段P1中，於5/16日開爐後，溫度逐漸升高，同時，由於高爐中的固化殘銑不斷受熱膨脹而擠壓爐殼，在該階段P1的爐殼周向應變亦逐漸增加，因此，該階段P1的爐殼周向應變與耐火磚溫度呈正相關，可作為判定進入該開爐狀態的依據。

請再參閱第5圖所示，在該階段P2中，除一短暫停爐的時間點(約7/15)外，於其他時間中溫度上升、應變量下降，由於加熱中的固化殘銑開始受熱熔化，使得受熱膨脹而擠壓爐殼的力道逐漸減弱，表示固化的殘銑確實正在逐步去化，在該階段P2的爐殼周向應變與耐火磚溫度分別 呈現相反趨勢，可作為判定進入該開始去銑狀態的依據。

請再參閱第5圖所示，在該階段P3、P4中，由於固化殘銑大多已受熱熔化，此時殘存的固化殘銑對爐壁擠壓的影響應已甚微，由圖可知，在階段P3中的耐火磚溫度與周向應變皆呈下降趨勢，到階段P4中，耐火磚溫度與周向應變皆呈緩步上升趨勢，表示固態殘銑應已去化完成，或至少在固化殘銑與耐火磚層之間已熔出相當間隙，對爐壁結構已無危害，在該階段P3、P4的爐殼周向應變與耐火磚溫度同時呈現相同趨勢，可作為判定進入該去銑完成狀態的依據。

另外，根據本發明上述實施例，上述監測高爐固化殘銑去化狀態的方法實施例可實現為一電腦程式產品，可利用程式語言(如：C或Java等)撰寫而成，該電腦程式產品可儲存於一電腦可讀取之儲存裝置，如：光碟片等，當一電腦載入該儲存裝置中的電腦程式產品，即可依據該電腦程式產品執行該監測高爐固化殘銑去化狀態的方法實施例。

藉此，本發明上述實施例，僅需利用應變計及溫度計，即可監測高爐固化殘銑去化狀態，在重新開爐後，在不同階段配合調控所需爐操作業，使固化殘銑逐漸熔化，待確定該殘銑不會對爐壁造成危害後，即可調整為配合生產需求的爐操參數。在此過程中，依據溫度及應變量趨勢，可利用該處理單元自動且即時地判讀目前狀態(如：開爐狀態、開始去銑狀態或去銑完成狀態)，可以達到簡單而立即實施於使用高爐場所的功效。

相對於習用以爆破去化殘銑的方法，本發明上述實施例可以達成免除爆破施工的危險性，無須爆破施工的時程，且可以達成降低去化成本等功效。

再者，本發明上述實施例所需的感測器數量少，安裝容易且不會傷及既有爐壁結構，可與中控系統自動整合以同步調整爐操及判讀狀態，可以達成去化過程自動化的功效。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，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。

Claims (8)

1. 一種監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，包含步驟：收集一高爐之一爐殼於至少一高度的數個等高位置的數個周向應變，該數個等高位置位於該高爐內部之一殘銑的厚度範圍內；收集鄰近該數個等高位置的數個耐火磚溫度；及依據該數個周向應變的一代表值及該數個耐火磚溫度的一代表值判定數個狀態，其中若該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值同時呈現上升趨勢，則判定進入一開爐狀態；於該開爐狀態中，若該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值分別呈現相反趨勢，則判定進入一開始去銑狀態；於該開始去銑狀態中，若該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值同時呈現相同趨勢，則判定進入一去銑完成狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，其中該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值呈相反趨勢係為：該數個周向應變的代表值呈一下降趨勢，該數個耐火磚溫度的代表值呈一上升趨勢。
3. 如申請專利範圍第1項所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，其中該數個周向應變係由設於該數個等高位置的數個應變計測量而被收集。
4. 如申請專利範圍第3項所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，其中該數個耐火磚溫度係由設於鄰近該數個等高位置的數個溫度計測量而被收集。
5. 如申請專利範圍第4項所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，其中該數個應變計及該數個溫度計分別電性連接一控制單元，該控制單元依據該數個周向應變的代表值及該數個耐火磚溫度的代表值各自的變化趨勢判定是否進入該開爐狀態、該開始去銑狀態或該去銑完成狀態。
6. 如申請專利範圍第5項所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，其中該控制單元電連接一輸出單元，該輸出單元依據該開爐狀態、該開始去銑狀態或該去銑完成狀態分別對應輸出一個警示訊息。
7. 如申請專利範圍第6項所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法，其中該輸出單元為一顯示裝置或一播音裝置。
8. 一種電腦程式產品，經由一電腦載入該電腦程式產品並執行後，該電腦能夠執行如申請專利範圍第1項所述之監測高爐固化殘銑去化狀態的方法。