TWI820544B - 供給熱量推定方法、供給熱量推定裝置及高爐之操作方法 - Google Patents

供給熱量推定方法、供給熱量推定裝置及高爐之操作方法 Download PDF

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Abstract

本發明之供給熱量推定方法係根據供給至高爐內之熱量及高爐內之熔鐵之製造速度來推定供給至高爐內之生鐵之熱量的供給熱量推定方法，其包含推定步驟，該推定步驟係推定爐內通過氣體的帶出顯熱之變化及利用藉由爐內通過氣體預熱之原料供給的帶入顯熱之變化，考慮推定出之帶出顯熱及帶入顯熱之變化而推定供給至高爐內之生鐵之熱量。

Description

供給熱量推定方法、供給熱量推定裝置及高爐之操作方法
本發明係關於一種推定供給至高爐內之生鐵之熱量的供給熱量推定方法、供給熱量推定裝置及高爐之操作方法。
一般而言，為了穩定地操作高爐，必須將熔鐵溫度維持為既定範圍內。詳細而言，若熔鐵溫度處於低位，則熔鐵及與熔鐵一起產生之熔渣之黏性上升，而熔鐵或熔渣難以自出鐵口排出。另一方面，若熔鐵溫度處於高位，則熔鐵中之Si濃度上升而熔鐵之黏性上升，故而熔鐵黏在風口而使風口熔損之風險變高。因此，為了穩定地操作高爐，必須抑制熔鐵溫度之變動。根據此種背景，提出了推定供給至高爐內之熱量或熔鐵溫度之各種方法。具體而言，於專利文獻1中揭示有一種高爐之爐熱控制方法，其特徵在於：根據自對應於目標熔鐵溫度之爐熱指數基準水準起之當前時間點之爐熱指數位移量、自對應於目標熔鐵溫度之爐頂之卸載速度基準水準起之當前時間點之卸載速度位移量、及兩個位移量對熔鐵溫度之影響時間來依次推定特定時間後之熔鐵溫度，基於該推定結果以減小熔鐵溫度變動之方式進行爐熱控制操作。又，於專利文獻2中揭示有一種方法，其係對高爐縱方向之氣體進行取樣，根據該測定結果推定礦石類之反應速度，使用其值經由模型推定爐內情況，推定高爐下部等之熱狀態，且記載有藉由使用模型之計算值而使習知之高爐下部熱收支之計算精度提高。又，於專利文獻3中揭示有一種手段，其係經由模型推定自高爐排出之熔鐵之溫度，並且考慮自高爐上部排出之氣體組成等而變更模型中使用之主要的反應速度，藉此謀求爐內反應速度之計算精度提高。又，於專利文獻4及專利文獻5中揭示有一種高爐之熔鐵溫度預測方法，其係基於包括：包含高爐中之送風溫度、送風濕度、送風量、粉煤吹入量及富氧量中之至少任一者之吹風條件資料之實績值；至少包含碳溶損量之干擾因素資料之實績值；及熔鐵溫度之實績值的操作資料，對將來之熔鐵溫度進行預測的高爐之熔鐵溫度預測方法，其特徵在於，具備：資料蓄積步驟，其係蓄積操作資料；穩定狀態預測模型構築步驟，其係構築根據由資料蓄積步驟蓄積之穩定狀態時之操作資料預測穩定狀態時之熔鐵溫度的穩定狀態預測模型；非穩定狀態預測模型構築步驟，其係使穩定狀態預測模型低次元化者，構築根據由資料蓄積步驟蓄積之非穩定狀態時之操作資料預測非穩定狀態時之熔鐵溫度的非穩定狀態預測模型；以及熔鐵溫度預測步驟，其係根據所構築之穩定狀態預測模型及非穩定狀態預測熔鐵溫度。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平2-115311號公報 專利文獻2：日本專利特公昭49-20693號公報 專利文獻3：日本專利特開平10-144265號公報 專利文獻4：日本專利特開2008-144265號公報 專利文獻5：日本專利特開2018-145520號公報
(發明所欲解決之問題)
熔鐵溫度大幅度變動之可能性較高之時序為，藉由向高爐內之送風量等操作度變化而製造之熔鐵之量變化，且相對於供給至高爐內之熱量而生鐵之量變化之時。然而，專利文獻1所記載之方法由於未考慮由認為藉由操作度之增減而變化之送風顯熱所致之帶出顯熱等因素，故而無法於使操作度大幅度變化時精度良好地推定供給至生鐵之熱量。另一方面，於專利文獻2、3所記載之方法中，於未進行爐內之氣體取樣之時序使操作度大幅度變化之情況下無法使反應速度之變化反映於模型，而存在爐熱之預測精度降低之可能性。又，於專利文獻4及專利文獻5所記載之方法中，認為於已進行過去未蓄積之操作變化時熔鐵溫度之推定精度降低。又，如此於熔鐵溫度之推定精度較低之情況下，成為過剩之熱供給之情況亦較多，擔心設備故障。又，自削減二氧化碳排出量之趨勢而言，屬於碳源之還原材料之過剩使用亦欠佳。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種於操作度大幅度變化時亦能夠精度良好地推定供給至高爐內之生鐵之熱量的供給熱量推定方法及供給熱量推定裝置。又，本發明之另一目的在於提供一種於操作度大幅度變化時亦能夠將供給至高爐內之生鐵之熱量適當地保持且能夠將熔鐵溫度精度良好地控制為既定範圍內的高爐之操作方法。 (解決問題之技術手段)
本發明之供給熱量推定方法係根據供給至高爐內之熱量及高爐內之熔鐵之製造速度來推定供給至高爐內之生鐵之熱量的供給熱量推定方法，且包含推定步驟，該推定步驟係推定爐內通過氣體的帶出顯熱之變化及利用藉由上述爐內通過氣體預熱之原料供給的帶入顯熱之變化，考慮推定出之帶出顯熱及帶入顯熱之變化而推定供給至高爐內之生鐵之熱量。
再者，上述推定步驟可包含推定存在於上述高爐中之爐芯焦炭所保持之熱量，考慮推定出之爐芯焦炭所保持之熱量而推定供給至高爐內之生鐵之熱量的步驟。
本發明之供給熱量推定裝置係根據供給至高爐內之熱量及高爐內之熔鐵之製造速度來推定供給至高爐內之生鐵之熱量的供給熱量推定裝置，且具備推定手段，該推定手段係推定爐內通過氣體的帶出顯熱之變化及利用藉由上述爐內通過氣體預熱之原料供給的帶入顯熱之變化，考慮推定出之帶出顯熱及帶入顯熱之變化而推定供給至高爐內之生鐵的熱量。
再者，上述推定手段可推定存在於上述高爐中之爐芯焦炭所保持之熱量，考慮推定出之爐芯焦炭所保持之熱量而推定供給至高爐內之生鐵之熱量。
本發明之高爐之操作方法係包含基於藉由本發明之供給熱量推定方法所推定出之供給至高爐內之生鐵之熱量而控制供給至高爐內之熱量的步驟。 (對照先前技術之功效)
根據本發明之供給熱量推定方法及供給熱量推定裝置，於操作度大幅度變化時亦可精度良好地推定供給至高爐內之生鐵之熱量。又，根據本發明之高爐之操作方法，於操作度大幅度變化時亦可將供給至高爐內之生鐵之熱量適當地保持且可將熔鐵溫度精度良好地控制為既定範圍內。
以下，參照圖式，針對應用有本發明之供給熱量推定方法及供給熱量推定裝置之屬於本發明之一實施形態之爐熱控制裝置之構成及動作進行說明。
[構成] 首先，參照圖1，針對屬於本發明之一實施形態之爐熱控制裝置之構成進行說明。圖1係表示屬於本發明之一實施形態之爐熱控制裝置之構成的方塊圖。如圖1所示，屬於本發明之一實施形態之爐熱控制裝置1係由電腦等資訊處理裝置構成，藉由控制自設置於高爐2之下部之風口供給至高爐2內之融體的熱量而將高爐2內製造之熔鐵之溫度控制為既定範圍內。
具有此種構成之爐熱控制裝置1係藉由執行以下所示之爐熱控制處理，而於高爐2之操作度大幅度變化時亦精度良好地推定供給至高爐2內之生鐵之熱量，使用推定結果將供給至高爐2內之生鐵之熱量適當地保持且將熔鐵溫度精度良好地控制為既定範圍內。以下，參照圖2，針對屬於本發明之一實施形態之爐熱控制處理之流程進行說明。
[爐熱控制處理] 圖2係表示屬於本發明之一實施形態之爐熱控制處理之流程的流程圖。圖2所示之流程圖係於爐熱控制處理之執行命令輸入至爐熱控制裝置1之時序開始，爐熱控制處理除了藉由習知以來進行之高爐內之反應熱收支(反應產生熱、反應吸熱)、送風顯熱及熱損耗(自爐體之除熱量等)等而推定供給至高爐內之熱量的步驟S1之處理以外，還追加進行步驟S2、步驟S3、較佳為步驟S4之處理，綜合實施該等處理後進入至推定供給熱量的步驟S5之處理。藉由高爐內之反應熱收支(反應產生熱、反應吸熱)、送風顯熱及熱損耗(自爐體之除熱量等)等而推定供給至高爐內之熱量的步驟S1之處理係自習知以來便進行，將此時之供給熱量設為Q 0。關於步驟S1之處理之較佳之例子將於下文敍述。
於步驟S2之處理中，爐熱控制裝置1係推定自高爐2之下部通往上部之氣體(爐內通過氣體)向高爐2之上部帶出之顯熱(氣體帶出顯熱)Q 7。具體而言，氣體帶出顯熱Q 7(MJ/t－p：係每1噸生鐵(pig iron)之熱量。以下，於記載為t－p之情況下，表示生鐵噸數)可藉由將於風口前燃燒之氣體之推定溫度與表示高爐爐下部上端溫度之基準溫度的溫度差乘以氣體之比熱而算出，且由以下所示之數式(1)表示。藉此，步驟S2之處理完成，進入至步驟S5之處理。
[數1]
此處，C i表示氣體種i(氮、一氧化碳、氫)之比熱(MJ/m 3/℃)，V i表示波希氣體(Bosch gas)中之氣體種i之流量(m 3(s.t.p)/min)(m 3(s.t.p)：0℃，1 atm(大氣壓)之體積)，TFT表示理論燃燒溫度(℃)，T base表示基準溫度(℃)(800～1200℃，較佳為900～1000℃)，Pig表示造鐵速度(t－p/min)，α表示藉由高爐2而變更之影響係數。該等值例如可自經由電氣通信線路而連接於爐熱控制裝置1之製程電腦等上位電腦3取得。
於步驟S3之處理中，爐熱控制裝置1係推定自高爐2之上部供給至下部之原料向高爐2之下部帶入之顯熱(原料帶入顯熱)Q 8。具體而言，原料帶入顯熱Q 8(MJ/t－p)可如以下之數式(2)所示藉由將融合帶下端之原料溫度T 1(＝1450～1500℃)與基準溫度T base之溫度差乘以原料之比熱而算出。藉此，步驟S3之處理完成，進入至步驟S5之處理。
[數2]
此處，C j表示原料j(焦炭、生鐵、熔渣)之比熱(MJ/kg/℃)，R j表示原料j之原單位(kg/t－p)，T 1表示融合帶下端之原料溫度(℃)，T base表示基準溫度(℃)，β表示藉由高爐2而變更之影響係數。該等值例如可自上位電腦3取得。
於步驟S4之處理中，爐熱控制裝置1係推定高爐2之下部所存在之爐芯焦炭所保持之熱量(焦炭保持熱量)Q 9。具體而言，焦炭保持熱量Q 9(MJ/t－p)可藉由相對於自每1 t熔鐵之焦炭原單位減去燃燒消耗量及作為灰塵排出之碳量所得的值乘以基準溫度與理論燃燒溫度之差及焦炭之比熱C coke而求出，且由以下所示之數式(3)表示。藉此，步驟S4之處理完成，進入至步驟S5之處理。再者，亦可省略該步驟S4之處理。
[數3]
此處，C coke表示焦炭之比熱(MJ/kg/℃)，TFT表示理論燃燒溫度(℃)，T base表示基準溫度(℃)，CR表示焦炭比(kg/t－p)，CR burn表示風口前燃燒碳比(送風氧與藉由調濕於風口前消耗之氧量)(kg/t－p)，PCR表示粉煤比(kg/t－p)，C inPC表示粉煤中之碳比率，C sol表示碳溶損比(kg/t－p)，Dust表示灰塵比(kg/t－p)，C indust表示灰塵中之碳比率，γ與δ表示藉由高爐2而變更之影響係數。該等值例如可自上位電腦3取得。
於步驟S5之處理中，爐熱控制裝置1係使用在步驟S1之處理中推定出之供給熱量Q 0、在步驟S2～S4之處理中推定出之氣體帶出顯熱Q 7、原料帶入顯熱Q 8及焦炭保持熱量Q 9推定供給至高爐2內之生鐵之熱量。具體而言，爐熱控制裝置1係藉由對以下所示之數式(4)代入在步驟S1中推定出之供給熱量Q 0、在步驟S2～S4之處理中推定出之氣體帶出顯熱Q 7、原料帶入顯熱Q 8及焦炭保持熱量Q 9，而算出與供給至高爐2內之生鐵之熱量對應之爐熱指數T Q(MJ/t－p)。藉此，步驟S5之處理完成，進入至步驟S6之處理。再者，於省略了步驟S4之處理之情況下，焦炭保持熱量Q 9之值係設為0。
[數4]
此處，Q 0表示藉由高爐內之反應熱收支(反應產生熱、反應吸熱)、送風顯熱及熱損耗(自爐體之除熱量等)等供給至高爐內之熱量，能夠應用習知之供給熱量推定中普遍採用之推定方法，但作為較佳之形態，可列舉數式(5)。
[數5]
此處，Q 1表示風口處焦炭之燃燒熱(MJ/t－p)。燃燒熱Q 1可藉由將根據每單位時間自風口送風至高爐之氧之量算出之焦炭之燃燒所產生的發熱量除以該單位時間製造之熔鐵鐵量而算出。
又，Q 2表示藉由自風口之送風投入至高爐之送風顯熱(MJ/t－p)。送風顯熱Q 2可藉由根據每單位時間之送風量與送風溫度之測定值求出每單位時間藉由送風投入至高爐之熱量，將該值除以該單位時間製造之熔鐵鐵量而算出。
又，Q 3表示溶損反應熱(MJ/t－p)。該值例如可如專利文獻1所記載般藉由根據爐頂氣體成分值求出碳溶損量而算出該反應熱。溶損反應熱Q 3可藉由將該溶損反應熱除以該單位時間製造之熔鐵鐵量而算出。
又，Q 4表示送風中主要包含之濕分之分解熱(MJ/t－p)。分解熱Q 4可藉由將根據送風濕分之計測值求出之分解熱除以該單位時間製造之熔鐵鐵量而算出。
又，Q 5表示自爐體之熱損耗(例如，冷卻水之除熱量)(MJ/t－p)。作為熱損耗，於算出冷卻水之除熱量之情況下，除熱量Q 5可藉由根據冷卻水之水量與高爐爐體之冷卻水之入側及出側之溫度差算出冷卻水之每單位時間之除熱量，將已算出之除熱量除以該單位時間製造之熔鐵鐵量而算出。
又，Q 6表示單位時間自風口吹入之還原材料之分解熱(MJ/t－p)。分解熱Q 6可藉由將分解熱除以該單位時間製造之熔鐵鐵量而算出。
於步驟S6之處理中，爐熱控制裝置1係基於在步驟S5之處理中推定出之供給至高爐2內之生鐵之熱量而控制自風口供給至高爐2內之熱量，藉此，將供給至高爐2內之生鐵之熱量適當地保持且將熔鐵溫度控制為既定範圍內。藉此，步驟S6之處理完成，一系列之爐熱控制處理結束。
根據以上之說明可明確，於屬於本發明之一實施形態之爐熱控制處理中，爐熱控制裝置1係推定爐內通過氣體向高爐上部的帶出顯熱之變化及利用藉由爐內通過氣體預熱之原料供給至高爐下部的帶入顯熱之變化，考慮推定出之帶出顯熱及帶入顯熱之變化而推定供給至高爐內之生鐵之熱量，故而於向高爐內之送風量等操作度大幅度變化時亦可精度良好地推定供給至高爐內之生鐵之熱量。又，藉此，於操作度大幅度變化時亦可將供給至高爐內之生鐵之熱量適當地保持且將熔鐵溫度精度良好地控制為既定範圍內。
[實施例] 使用圖3對應用本案發明之情況下之效果具體地進行說明。於圖3中，橫軸取時間，作為操作條件，表示於送風量大幅度變化之狀態下，利用習知之方法推定出之爐熱指數與應用本案發明推定出之爐熱指數之經時變化。圖3(a)中，作為操作條件，利用將送風量之基礎值設為1.0時之送風量比表示送風量之實績值之經時變化。圖3(b)中，利用將基礎值設為0℃時之相對值表示熔鐵溫度之實績值之經時變化。圖3(c)中，利用將氣體除熱之基礎值設為0(MJ/t－p)時的相對值表示氣體除熱之推定值(Q 7)之經時變化。圖3(d)中，利用將爐熱指數之基礎值設為0(MJ/t－p)時之相對值表示推定出之向高爐內之供給熱量(爐熱指數)之經時變化。於習知例(比較例)中表示使用上述Q 1～Q 6之值推定出之結果，於本發明例中表示使用Q 1～Q 9之值推定出之結果。於僅使用上述Q 1～Q 6之值管理向高爐內之供給熱量之情況下，由於未考慮由認為會根據操作度之變化而變化之送風顯熱所致之帶出顯熱等，故而於將操作度大幅度變化時無法精度良好地推定出供給至高爐內之熱量。具體而言，如圖3(a)～(c)所示，於藉由送風量減少而使熔鐵溫度降低且爐內通過氣體之帶出顯熱(氣體除熱)增加之情況下，如圖3(d)所示基於Q 1～Q 6之值之習知之爐熱指數(比較例)增加，又，大幅度變動。因此，於根據習知之爐熱指數操作高爐之情況下，無法執行會降低之熔鐵溫度之傳熱之判斷，存在伴隨熔鐵溫度之降低而產生熔鐵之排出不良的可能性。相對於此，本發明之爐熱指數(本發明例)由於考慮藉由送風而增減之熱量，故而伴隨熔鐵溫度之降低而減少，又，變動亦較小。因此，於根據本發明之爐熱指數操作高爐之情況下，可將熔鐵溫度精度良好地控制為既定範圍內。又，收集更多之資料，圖4表示將於送風量大幅度減少之更多時序下之習知之爐熱指數(利用Q 1～Q 6推定)、與本發明之爐熱指數(利用Q 1～Q 9推定)與實際之熔鐵溫度(與基準熔鐵溫度之差)進行對比的結果。如圖4所示，於本發明之爐熱指數中，與習知之爐熱指數進行比較，可確認於爐熱指數與熔鐵溫度(與基準熔鐵溫度之差)之間具有固定之相關關係。又，表1表示將考慮各因素時之推定熔鐵溫度與實績熔鐵溫度之差之標準偏差彙總者。與作為習 知之爐熱指數僅使用Q 1～Q 6推定爐熱指數之情況進行比較，可知藉由於推定中追加Q 7與Q 8而提高了推定精度(本發明例1)，藉由於推定中進而增加Q 9(本發明例2)，而提高了推定精度。藉此，可知藉由使用本發明之爐熱指數，可將供給至高爐內之生鐵之熱量適當地保持且將熔鐵溫度精度良好地控制為既定範圍內。
[表1]
(表1)
   比較例 本發明例1 本發明例2
考慮之指數 Q1〜Q6 Q1〜Q8 Q1〜Q9
實績熔鐵溫度相對於推定熔鐵溫度之標準偏差 39.4 15.9 14.5
以上，針對應用了由本發明者等人完成之發明之實施形態進行了說明，但形成本實施形態之本發明之揭示之一部分的記述及圖式並不限定本發明。亦即，基於本實施形態由業者等完成之其他實施形態、實施例及運用技術等全部包含於本發明之範疇。 (產業上之可利用性)
根據本發明，可提供一種於操作度大幅度變化時亦能夠精度良好地推定供給至高爐內之生鐵之熱量的供給熱量推定方法及供給熱量推定裝置。又，根據本發明，可提供一種於操作度大幅度變化時亦能夠將供給至高爐內之生鐵之熱量適當地保持且將熔鐵溫度精度良好地控制為既定範圍內的高爐之操作方法。
1:爐熱控制裝置 2:高爐 3:上位電腦
圖1係表示屬於本發明之一實施形態之爐熱控制裝置之構成的方塊圖。 圖2係表示屬於本發明之一實施形態之爐熱控制處理之流程的流程圖。 圖3(a)至(d)係表示伴隨送風量之變化之習知指數與本發明之爐熱指數之變化之一例的圖。 圖4係表示習知指數及本發明之爐熱指數與基準熔鐵溫度之溫度差之關係之一例的圖。

Claims (5)

  1. 一種供給熱量推定方法，其係根據供給至高爐內之熱量及高爐內之熔鐵之製造速度來推定供給至高爐內之生鐵之熱量的供給熱量推定方法，且包含推定步驟，該推定步驟係推定爐內通過氣體的帶出顯熱之變化及利用藉由上述爐內通過氣體預熱之原料供給的帶入顯熱之變化，考慮推定出之帶出顯熱及帶入顯熱之變化而推定供給至高爐內之生鐵的熱量；上述推定步驟中，上述帶出顯熱係藉由將於上述高爐的風口前燃燒之氣體之推定溫度與表示高爐爐下部上端溫度之基準溫度的溫度差乘以上述爐內通過氣體之比熱而算出。
  2. 如請求項1之供給熱量推定方法，其中，上述推定步驟係包含推定存在於上述高爐中之爐芯焦炭所保持之熱量，考慮推定出之爐芯焦炭所保持之熱量而推定供給至高爐內之生鐵之熱量的步驟。
  3. 一種供給熱量推定裝置，其係根據供給至高爐內之熱量及高爐內之熔鐵之製造速度來推定供給至高爐內之生鐵之熱量的供給熱量推定裝置，且具備推定手段，該推定手段係推定爐內通過氣體的帶出顯熱之變化及利用藉由上述爐內通過氣體預熱之原料供給的帶入顯熱之變化，考慮推定出之帶出顯熱及帶入顯熱之變化而推定供給至高爐內之生鐵的熱量；上述推定手段中，上述帶出顯熱係藉由將於上述高爐的風口前燃燒之氣體之推定溫度與表示高爐爐下部上端溫度之基準溫度的溫度差乘以上述爐內通過氣體之比熱而算出。
  4. 如請求項3之供給熱量推定裝置，其中，上述推定手段係推定存在於上述高爐中之爐芯焦炭所保持之熱量，考慮推定出之爐芯焦炭所保持之熱量而推定供給至高爐內之生鐵的熱量。
  5. 一種高爐之操作方法，其包含基於藉由請求項1或2之供給熱量推定方法所推定出之供給至高爐內之生鐵之熱量而控制供給至高爐內之熱量的步驟。
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