WO2022201717A1 - 溶銑滓高さ検出方法および溶銑滓高さ検出装置 - Google Patents

溶銑滓高さ検出方法および溶銑滓高さ検出装置 Download PDF

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    • G01F23/296—Acoustic waves
    • G01F23/2961—Acoustic waves for discrete levels

Definitions

  • the present invention relates to a blast furnace molten iron slag height detection method and a molten iron slag height detection device.
  • iron ore and other main raw materials and coke as a reducing agent are alternately charged from the top of the furnace, and heated air is blown from the tuyeres at the bottom of the furnace.
  • the charged iron ore is melted and reduced in the furnace to become hot metal, which is discharged from the taphole installed at the bottom of the furnace together with slag, which is the molten product of the gangue.
  • Hot metal and slag are constantly discharged from one of the tapping holes provided in the blast furnace while being alternately used. .
  • Specific examples of adverse effects include increased pressure loss in the furnace, molten iron slag reaching the height of the tuyere and damaging the tuyere, and molten iron slag flowing backward from the tuyere to the blowpipe direction, making it impossible to blow air. Things are mentioned.
  • molten iron slag reaching the height of the tuyere and damaging the tuyere
  • molten iron slag flowing backward from the tuyere to the blowpipe direction making it impossible to blow air. Things are mentioned.
  • tapping slag the weight measurement result of hot metal slag tapped from the tapping hole
  • amount of slag to be produced calculated from the amount of raw material charged are calculated in balance.
  • the height of hot metal slag is controlled.
  • the weight measurement result of tapped slag can be obtained only at tapping cycles of 2 to 3 hours, information on the height of molten slag can be obtained only at this time interval. Therefore, it is extremely important to obtain more immediate information on the height of hot metal slag for stable operation of the blast furnace.
  • Patent Document 1 As a technique for measuring the height of molten iron slag, for example, in Patent Document 1, a transmitter is installed on the furnace wall of a blast furnace, an elastic wave is emitted from the transmitter, and the height of the molten slag in the blast furnace is determined based on the reflected echo. Techniques for detecting slackness are disclosed. Further, Patent Document 2 discloses a technique for measuring the height of molten iron slag by applying a signal current from four electrodes installed on the wall of a blast furnace and detecting a voltage response to the signal current.
  • Patent Documents 1 and 2 both require a transmitter that emits elastic waves and an electrode that applies a signal current in addition to a measuring device that receives signals from inside the furnace.
  • facilities such as blow pipes for blowing air, hole opening machines, hot metal gutter cover cranes, etc. are concentrated.
  • the furnace body in the lower part of the blast furnace generates a great deal of dust and radiant heat during the tapping operation, it is necessary to have an extra device for transmitting signals in addition to the measuring device.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a molten iron slag height detection method capable of obtaining the molten iron slag height without using a device for transmitting a signal to a blast furnace. and to provide a hot metal slag height detection device.
  • Means for solving the above problems are as follows.
  • a molten iron slag height detection device for detecting the height of molten iron slag in a blast furnace, comprising: a vibration meter provided on the furnace wall at the bottom of the blast furnace for measuring the vibration strength of the furnace wall; The vibration intensity is frequency-analyzed to calculate the vibration intensity in a predetermined frequency band, and the molten iron slag height of the blast furnace is calculated using the corresponding relationship between the vibration intensity in the predetermined frequency band and the molten iron slag height.
  • a molten iron slag height detection device comprising: an arithmetic device for calculating
  • the molten iron slag height detection method and the molten iron slag height detection device detect the molten iron slag height of the blast furnace by measuring the vibration intensity of the vibration generated by the blast furnace itself during operation.
  • the molten iron slag height detection method can be detected without using a device for transmitting a signal to the blast furnace. It is possible to suppress the difficulty of conservation of
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an experimental model used to confirm the relationship between the vibration of the furnace wall and the height of molten iron slag in the lower part of the blast furnace; A waveform of vibration intensity that appears in a frequency band of 600 Hz to 1000 Hz is shown. It is a graph which shows the relationship between vibration peak intensity and liquid level height. 5 is a graph showing transitions of vibration peak intensity and molten iron slag balance for each number of times of tapping. 4 is a graph showing the relationship between the normalized vibration peak intensity and the normalized hot metal slag balance.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the lower part of a blast furnace 10.
  • Iron ore and coke which are raw materials, are charged alternately and in layers from the top of the blast furnace 10 into the furnace wall 12, and from the tuyeres 14 provided in the lower part of the furnace wall 12, hot air that is an oxygen-containing gas and A reducing material such as pulverized coal is injected.
  • Carbon contained in coke and pulverized coal is burned by the oxygen-containing gas blown from the tuyeres 14, thereby generating high-temperature reducing gas.
  • the hot reducing gas melts and reduces the iron ore to produce hot metal.
  • the high-temperature reducing gas used for melting and reducing the iron ore is then discharged from the furnace top as furnace top gas.
  • the produced molten iron and molten iron slag 18 composed of slag by-produced during the production of the molten iron are stored in the bottom of the furnace and discharged from tapping holes 16 provided in the lower part of the blast furnace 10 .
  • the present inventors focused on the fluctuation of the blast pressure affected by the height of the molten iron slag 18 and the vibration of a specific frequency band caused by the collision of coke on the furnace wall 12 in the raceway, and the vibration intensity
  • the present invention has been completed by finding that the change in the height of the hot metal slag 18 can be detected by detecting .
  • the molten iron slag height detection device 20 is used to detect the height of the molten iron slag 18 stored at the bottom of the furnace.
  • the molten iron slag height detection device 20 has a vibrometer 22 and an arithmetic device 24 .
  • a vibration meter 22 is provided in the hearth portion of the furnace wall 12 in the lower part of the furnace to measure the vibration intensity of the furnace wall 12 and output it to the arithmetic unit 24 .
  • the vibrometer 22 is, for example, a piezoelectric element. Note that the vibration meter 22 is not limited to a piezoelectric element, and a laser rangefinder may be used to measure the displacement of the furnace wall 12.
  • a coil or the like may be used to electromagnetically measure vibration. may be used to measure vibration mechanically.
  • a piezoelectric element that can be directly installed on the furnace wall 12 and has few moving parts.
  • the computing device 24 is a general-purpose computer such as a personal computer having a computing section such as a CPU and a storage section such as a memory.
  • the computing device 24 frequency-analyzes the vibration intensity obtained from the vibrometer 22, and calculates the vibration intensity in a predetermined frequency band. Further, the computing device 24 stores in advance a regression equation showing the correspondence relationship between the vibration intensity of the frequency band and the height of the hot metal slag.
  • the hot metal slag height is obtained using In this manner, the molten iron slag height detection method according to the present embodiment detects the molten iron slag height in the blast furnace without using a device that transmits a signal to the blast furnace 10 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an experimental model 30 used to confirm the relationship between the vibration of the furnace wall 12 in the lower part of the blast furnace and the height of molten iron slag.
  • the experimental model 30 has a container 32 , two blower tuyeres 36 , a liquid inlet hole 44 , a piezoelectric element 40 and a data logger 42 .
  • the container 32 imitates a part of the lower part of the blast furnace 10, and is an acrylic container with a height of 950 mm, a depth of 120 mm, a top width of 460 mm, and a bottom width of 380 mm.
  • the top of container 32 was left open for filling with filler particles 34 .
  • Two blower tuyeres 36 were provided on the sides of the container 32 at a height of 185 mm from the bottom.
  • One liquid inflow hole 44 was provided at the bottom of the container 32 and at the center of gravity of the bottom surface.
  • a flow control valve 38 is installed upstream of the blower tuyere 36 so that the amount of air blown from the blower tuyere 36 can be adjusted.
  • a piezoelectric element 40 is installed between the two blower tuyeres 36, the vibration is converted into an electric signal by the piezoelectric element 40, and the electric signal is collected and recorded by the data logger 42, so that the change in the vibration intensity over time is obtained. was measured.
  • the container 32 was filled with high-density polyethylene pellets (specific gravity 0.922) with a diameter of 3.4 mm as the filling particles 34, and the container 32 was filled with water from the liquid inflow hole 44 to a predetermined height.
  • an experiment was conducted by blowing air from the blower tuyeres 36 at a predetermined airflow rate. Experimental conditions are shown in Table 1 below.
  • FIG. 3 shows waveforms of vibration intensity appearing in a frequency band of 600 Hz to 1000 Hz.
  • the horizontal axis is frequency (Hz) and the vertical axis is vibration intensity (m/s 2 ).
  • this waveform has a broad peak in the frequency band of 800 Hz to 900 Hz, so the relationship between the peak intensity of the peak and the liquid level was confirmed.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between vibration peak intensity and liquid level.
  • the horizontal axis of FIG. 4 is the liquid level (mm), and the vertical axis is the intensity (m/s 2 ) of the vibration peak appearing in the frequency band of 800 Hz to 900 Hz.
  • the intensity of the vibration peak decreased as the liquid level increased, confirming a linear negative correlation between the liquid level height and the vibration peak intensity.
  • the height of molten iron slag in a blast furnace can also be detected using the vibration generated by the blast furnace.
  • a piezoelectric vibration meter was installed on the furnace wall shell between the tuyeres, and the frequency characteristics were analyzed from the measurement results.
  • a vibration peak having a peak at a frequency of approximately 900 Hz appeared, and the vibration peak intensity was compared with the molten iron slag balance.
  • the hot metal slag balance means a value obtained by subtracting the tapped slag amount in terms of volume from the amount of ironmaking slag in terms of volume.
  • a hot metal slag balance of "0" means that the amount of ironmaking slag is equal to the amount of tapping slag.
  • the hot metal slag balance is a positive value, it means that the amount of tapped slag is less than the amount of slag produced, so the slag height is high.
  • the hot metal slag balance is a negative value, it means that the amount of tapped slag is larger than the amount of slag produced, so the slag height is low.
  • the amount of ironmaking slag is a calculated value obtained from the oxygen balance of the blast furnace per unit time, the ratio of oxygen contained in iron oxide in the raw material charged from the top of the furnace, and the ratio of gangue in the charged raw material. was used. Specifically, the pig iron production amount was calculated using the following formula (1), the slag production amount was calculated using the following formula (2), and the iron production slag amount was calculated by adding these values.
  • Wp is the amount of pig iron (t/hour)
  • Ws is the amount of slag ( t /hour).
  • N top is the amount of oxygen atoms per unit time in the top gas (mol/hour)
  • N tuy is the amount of oxygen atoms per unit blown from the tuyeres (mol/hour).
  • R Fe/O is the average number of iron atoms (-) per oxygen atom in the iron oxide in the raw material charged from the furnace top
  • M Fe is the molar mass of iron (t/mol)
  • R FeHM is the mass fraction (-) of iron in hot metal
  • R G/Fe is the mass of charged gangue per ton of hot metal (t/hot metal). Note that (-) indicates dimensionlessness.
  • N top is obtained by analyzing the components of the furnace top gas.
  • N tuy can be obtained by analyzing the components of the blast gas blown from the tuyeres.
  • R Fe/O and R G/Fe can be obtained by analyzing the composition of raw materials charged from the top of the furnace.
  • R FeHM is obtained by component analysis of hot metal tapped from the tap hole.
  • Fig. 5 is a graph showing changes in vibration peak intensity and hot metal slag balance for each number of times of tapping.
  • the horizontal axis represents the tapping number (times)
  • the left vertical axis represents the normalized vibration peak intensity (-)
  • the right vertical axis represents the normalized hot metal slag balance (-).
  • Both the normalized vibration peak intensity and the normalized hot metal balance are the maximum absolute values of the vibration peak intensity and the hot metal balance during the target period, and are normalized values obtained by dividing the vibration peak intensity and the hot metal balance. .
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the normalized vibration peak intensity and the normalized molten iron slag balance.
  • the horizontal axis of FIG. 6 is the normalized vibration peak intensity (-), and the vertical axis is the normalized molten iron slag balance (-).
  • FIG. 6 it was confirmed that there is a linear negative correlation between the normalized vibration peak intensity and the normalized molten iron slag balance, as in FIG. That is, it was confirmed that the vibration intensity in a specific frequency band among the vibrations generated from the furnace body in the lower part of the blast furnace has a linear negative correlation with the molten iron slag height.
  • the vibration intensity of the frequency band specified during the operation of the blast furnace is measured, and the measured vibration intensity and the regression equation obtained in advance are used to determine the molten iron in the blast furnace. Find the slag height.
  • the height of molten iron slag in the blast furnace can be obtained without using a device that transmits signals to the blast furnace, and as a result, it becomes difficult to arrange the equipment in the lower part of the blast furnace and to maintain the equipment. becoming suppressed.
  • the hot metal slag height can be calculated by
  • the molten iron slag height is calculated as described above, so it is possible to obtain a regression equation that shows the correspondence between the vibration intensity of the frequency band and the molten iron slag height at any time.
  • the calculation accuracy of the molten iron height calculated from the reference molten iron slag height and the molten iron slag balance decreases as the blast furnace operation continues from the time when the reference molten iron slag height is obtained.

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Abstract

高炉に信号を送信する装置を用いることなく高炉の溶銑滓高さを求めることができる溶銑滓高さの検出方法を提供する。　溶銑滓高さ検出方法の検出方法であって、高炉炉下部の炉壁の振動強度を測定し、振動強度の周波数を解析して溶銑滓高さの変動に相関のある周波数帯の強度を算出し、算出した周波数帯の強度を用いて高炉の溶銑滓高さを求める。

Description

溶銑滓高さ検出方法および溶銑滓高さ検出装置
　本発明は、高炉の溶銑滓高さ検出方法および溶銑滓高さ検出装置に関する。
　高炉操業では、炉頂から鉄鉱石をはじめとした主原料とそれらの還元材としてのコークスが交互に装入され、炉下部の羽口と呼ばれる送風口から熱された空気が送風される。装入された鉄鉱石は、炉内で溶融、還元されて溶銑となり、脈石分の溶融物であるスラグとともに炉下部に設置された出銑孔より排出される。
　溶銑とスラグ（以後、これらをまとめて「溶銑滓」と記載する。）とは、高炉に複数設けられた出銑孔を交代で使用されながら、いずれかの出銑孔から常時排出されている。これは、高炉内に滞留する溶銑滓の量が増加すると、高炉操業に悪影響を及ぼすからである。悪影響の具体例としては、炉内圧損が上昇すること、羽口の高さまで溶銑滓が達して羽口が破損すること、羽口からブローパイプ方向に溶銑滓が逆流して送風不能状態に陥ること、が挙げられる。特に羽口周縁部にトラブルが発生すると長期の休風を余儀なくされ、炉冷事故に至る場合もある。このため、溶銑滓の液面高さである溶銑滓高さを適切に管理することは高炉を安定的に操業するうえで非常に重要である。
　高炉操業では、出銑孔から出銑された溶銑滓（以下、出銑滓と記す。）の重量測定結果と、原料装入量から計算される造銑滓量とのバランス計算を行うことで溶銑滓高さを管理している。しかしながら、２～３時間おきの出銑周期でしか出銑滓の重量測定結果が得られないため、この時間間隔でしか溶銑滓高さの情報が得られない。このため、溶銑滓高さに関するより即時性の高い情報を得ることは、高炉の安定操業に向けて極めて重要である。
　溶銑滓高さを測定する技術として、例えば、特許文献１には、高炉の炉壁に送信子を設置し、当該送信子から弾性波を照射し、その反射エコーに基づいて高炉の溶銑滓高さを検出する技術が開示されている。また、特許文献２には、高炉炉壁に設置された４本の電極から信号電流を印加し、当該信号電流に対する電圧の応答を検出することで溶銑滓高さを計測する技術が開示されている。
特開平１０－１８５６５４号公報 特開２０１０－１３８４３７号公報
　しかしながら、特許文献１、２に開示された技術では、いずれも炉内からの信号を受信する測定装置のほかに弾性波を照射する送信子や、信号電流を印加する電極が必要になる。溶銑滓が貯留される高炉の炉下部は、送風用のブローパイプや、開孔機、溶銑樋カバークレーン等の設備が密集している。さらに、高炉の炉下部の炉本体は、出銑作業に伴う発塵、輻射熱も甚大であることから、測定装置とは別に信号を送信するための装置が余分に必要なことは、高炉の炉下部に、これら装置の配置が困難になるとともに装置の保全も困難になる、という課題があった。本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、高炉に信号を送信する装置を用いることなく溶銑滓高さを求めることができる溶銑滓高さ検出方法および溶銑滓高さ検出装置を提供することである。
　上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）高炉の溶銑滓高さを検出する溶銑滓高さ検出方法であって、高炉炉下部の炉壁の振動強度を測定し、前記振動強度の周波数を解析して溶銑滓高さの変動に相関のある周波数帯の振動強度を算出し、算出した周波数帯の強度を用いて高炉の溶銑滓高さを求める、溶銑滓高さ検出方法。
（２）前記周波数帯の振動強度と前記溶銑滓高さとの対応関係を予め求めておき、前記算出した周波数帯の振動強度と前記対応関係とを用いて高炉の溶銑滓高さを求める、（１）に記載の溶銑滓高さ検出方法。
（３）高炉を休風させるごとに前記対応関係を求める、（２）に記載の溶銑滓高さ検出方法。
（４）高炉の溶銑滓高さを検出する溶銑滓高さ検出装置であって、高炉炉下部の炉壁に設けられ、前記炉壁の振動強度を測定する振動計と、前記振動計によって測定された振動強度を周波数解析して予め定められた周波数帯の振動強度を算出し、前記予め定められた周波数帯の振動強度と溶銑滓高さとの対応関係を用いて前記高炉の溶銑滓高さを算出する演算装置と、を有する、溶銑滓高さ検出装置。
　本発明に係る溶銑滓高さ検出方法および溶銑滓高さ検出装置では、操業中の高炉それ自体が発する振動の振動強度を測定することで高炉の溶銑滓高さを検出する。このように、本発明に係る溶銑滓高さ検出方法では高炉に信号を送信するための装置を用いることなく高炉の溶銑滓高さ検出できるので、装置の配置が困難になること、および、装置の保全が困難になることを抑制できる。
高炉の炉下部付近の断面模式図である。 高炉炉下部における炉壁の振動と溶銑滓高さとの関係を確認するのに使用した実験模型を示す模式図である。 ６００Ｈｚ～１０００Ｈｚの周波数帯に現れた振動強度の波形を示す。 振動ピーク強度と液面高さとの関係を示すグラフである。 振動ピーク強度および溶銑滓バランスの出銑回数ごとの推移を示すグラフである。 規格化振動ピーク強度と規格化溶銑滓バランスとの関係を示すグラフである。
　以下、本発明を発明の実施形態を通じて説明する。図１は、高炉１０の炉下部付近の断面模式図である。高炉１０の炉頂から原料である鉄鉱石とコークスとが炉壁１２内に交互かつ層状に装入されるとともに、炉壁１２の炉下部に設けられる羽口１４から酸素含有ガスである熱風と微粉炭等の還元材とが吹込まれる。羽口１４から吹込まれる酸素含有ガスによってコークスや微粉炭に含まれる炭素が燃焼し、これにより、高温還元ガスが発生する。当該高温還元ガスにより鉄鉱石が溶融、還元されて溶銑が製造される。鉄鉱石の溶融、還元に使用された高温還元ガスは、その後、炉頂から炉頂ガスとして排出される。製造された溶銑および溶銑の製造の際に副生されるスラグからなる溶銑滓１８は、炉底部に貯留されるとともに、高炉１０の炉下部に複数設けられた出銑孔１６から排出される。
　溶銑滓１８が滞留している高炉１０の炉下部では、送風や冷却水の圧力変動や、炉内原料の降下、羽口先レースウェイにおいて旋回しているコークスの炉壁１２の内壁への衝突などに伴い、炉壁１２は微弱に振動している。これら振動の原因のうち、送風圧力や、レースウェイ形状は、溶銑滓１８の高さの変動により変化する。本発明者らは、溶銑滓１８の高さに影響を受ける送風圧力の変動や、レースウェイ中のコークスの炉壁１２への衝突に起因する特定の周波数帯の振動に着目し、その振動強度を検出することで、溶銑滓１８の高さの変化を検出できることを見出して本発明を完成させた。
　本実施形態に係る溶銑滓高さ検出方法では、溶銑滓高さ検出装置２０を用いて炉底部に貯留される溶銑滓１８の高さを検出する。溶銑滓高さ検出装置２０は、振動計２２と演算装置２４とを有する。振動計２２は炉下部であって炉壁１２のハース部に設けられ、炉壁１２の振動強度を測定して演算装置２４に出力する。振動計２２は例えば、圧電素子である。なお、振動計２２は圧電素子に限らず、レーザー距離計を用いて炉壁１２の変位を測定してもよく、コイル等を用いて電磁的に振動を測定してもよく、さらに、バネ等を用いて機械的に振動を測定してもよい。但し、高炉１０のハース部は、厳しい粉塵環境であるので、炉壁１２に直接設置でき、かつ、可動部の少ない圧電素子を用いることが好ましい。
　演算装置２４は、ＣＰＵ等の演算部とメモリ等の格納部を有するパソコン等の汎用コンピュータである。演算装置２４は、振動計２２から取得した振動強度を周波数解析し、予め定められた周波数帯における振動強度を算出する。また、演算装置２４には、当該周波数帯の振動強度と溶銑滓高さとの対応関係を示す回帰式が予め格納されており、演算装置２４は、算出した振動強度と上記対応関係を示す回帰式とを用いて溶銑滓高さを求める。このようにして、本実施形態に係る溶銑滓高さ検出方法では、高炉１０に信号を送信する装置を用いることなく高炉の溶銑滓高さを検出している。
　次に、高炉１０が発する振動を用いて高炉１０の溶銑滓高さを検出できることを確認した実験について説明する。図２は、高炉炉下部における炉壁１２の振動と溶銑滓高さとの関係を確認するのに使用した実験模型３０を示す模式図である。実験模型３０は、容器３２と、２つの送風羽口３６と、液体流入孔４４と、圧電素子４０と、データロガー４２とを有する。
　容器３２は、高炉１０の炉下部の一部を模したもので、高さ９５０ｍｍ、奥行１２０ｍｍ、上端幅４６０ｍｍ、底面幅３８０ｍｍのアクリル製容器である。容器３２の上部は充填粒子３４を充填するために開放させた。２つの送風羽口３６は、容器３２の側面であって、底面から１８５ｍｍの高さに設けた。液体流入孔４４は、容器３２の底部であって底面の重心位置に１つ設けた。送風羽口３６の上流には流調弁３８を設置し、送風羽口３６からの空気の吹込み量を調整できるようにした。２つの送風羽口３６の間に圧電素子４０を設置し、圧電素子４０にて振動を電気信号に変換し、当該電気信号をデータロガー４２にて収集、記録することで、振動強度の時間変化を測定した。
　実験では、容器３２内には直径３．４ｍｍの高密度ポリエチレンペレット（比重０．９２２）を充填粒子３４として充填し、液体流入孔４４から容器３２内に所定の高さまで水を充填した。この状態で、送風羽口３６から既定の送風量で空気を吹込んで実験を行った。実験条件を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　充填粒子３４も水も充填していない実験Ｎｏ１と、充填粒子３４を充填し、液面高さを５水準で変更した実験Ｎｏ２～６とを実施した。実験で測定された振動を周波数解析した所、８００Ｈｚ～９００Ｈｚの周波数帯に現れるブロードのピークと、充填粒子３４の有無とに相関が見られた。
　図３は、６００Ｈｚ～１０００Ｈｚの周波数帯に現れた振動強度の波形を示す。図３において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は振動強度（ｍ／ｓ２）である。図３に示すように、この波形は８００Ｈｚ～９００Ｈｚの周波数帯にブロードのピークを有するので、当該ピークのピーク強度と液面高さとの関係を確認した。
　図４は、振動ピーク強度と液面高さとの関係を示すグラフである。図４の横軸は液面高さ（ｍｍ）であり、縦軸は８００Ｈｚ～９００Ｈｚの周波数帯に現れた振動ピークの強度（ｍ／ｓ２）である。図４に示すように、液面が高くなるとともに振動ピークの強度は低下し、液面高さと振動ピーク強度とには直線的な負の相関関係が確認された。
　実験中に容器３２内に形成されたレースウェイを観察した所、液面高さの変化によりレースウェイにおける充填粒子３４の旋回挙動が変化しており、９００Ｈｚの振動はレースウェイにおける充填粒子３４の旋回に起因する振動であると推定された。液面高さの変化によってレースウェイ形状も変化するので、レースウェイ形状の変化により充填粒子３４の旋回挙動も変化し、この結果、液面高さの影響が９００Ｈｚの振動ピーク強度にも表れたものと考えられる。
　上記実験結果が得られたことから、実高炉においても同様に高炉が発する振動を用いて高炉の溶銑滓高さを検出できることの確認を行った。５０００ｍ３級の炉内容積の高炉において、羽口間の炉壁鉄皮に圧電式振動計を設置し、その測定結果から周波数特性を解析した。その結果、周波数にしておよそ９００Ｈｚの位置に頂点を持つ振動ピークが現れたため、その振動ピーク強度と溶銑滓バランスとを比較した。溶銑滓バランスとは、体積換算での造銑滓量から体積換算での出銑滓量を減じた値を意味する。溶銑滓バランスが「０」とは、造銑滓量と出銑滓量とが等しいことを意味する。溶銑滓バランスが正の値のときは出銑滓量が造銑滓量よりも少ないことを意味するので溶銑滓高さは高くなる。一方、溶銑滓バランスが負の値のときは出銑滓量が造銑滓量よりも多いことを意味するので溶銑滓高さは低くなる。
　造銑滓量は、単位時間当たりの高炉の酸素収支と、炉頂から装入される原料中の酸化鉄における含有酸素の割合と、装入原料中の脈石分の割合から求めた計算値を用いた。具体的には下記（１）式を用いて造銑鉄量を算出し、下記（２）式を用いて造滓量を算出し、これらを合算することで造銑滓量を算出した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　上記（１）式および（２）式において、Ｗｐは造銑鉄量（ｔ／時間）であり、Ｗｓは造滓量（ｔ／時間）である。また、Ｎｔｏｐは炉頂ガス中の単位時間あたりの酸素原子の物質量（ｍｏｌ／時間）であり、Ｎｔｕｙは羽口から吹込まれる単位当たりの酸素原子の物質量（ｍｏｌ／時間）であり、ＲＦｅ／Ｏは、炉頂から装入される原料中の酸化鉄における酸素原子１個当たりの鉄原子の平均個数（－）であり、ＭＦｅは鉄のモル質量（ｔ／ｍоｌ）であり、ＲＦｅＨＭは溶銑中の鉄の質量分率（－）であり、ＲＧ／Ｆｅは溶銑１ｔ当たりの装入脈石分の質量（ｔ／溶銑）である。なお、（－）は無次元であることを示す。
　Ｎｔｏｐは炉頂ガスを成分分析することで求められる。Ｎｔｕｙは羽口から吹込む送風ガスを成分分析することで求められる。ＲＦｅ／ＯおよびＲＧ／Ｆｅは炉頂から装入される原料を成分分析することで求められる。ＲＦｅＨＭは出銑孔から出銑される溶銑を成分分析することで求められる。
　図５は、振動ピーク強度および溶銑滓バランスの出銑回数ごとの推移を示すグラフである。図５の横軸は出銑回数（回）であり、左縦軸は規格化振動ピーク強度（－）であり、右縦軸は規格化溶銑滓バランス（－）である。規格化振動ピーク強度および規格化溶銑滓バランスは、いずれも対象期間の振動ピーク強度や溶銑滓バランスの絶対値の最大値で、振動ピーク強度や溶銑滓バランスを除して規格化した値である。図５に示すように、振動ピーク強度が大きくなると溶銑滓バランスが負になるといった一定の負の相関があることが確認された。
　図６は、規格化振動ピーク強度と規格化溶銑滓バランスとの関係を示すグラフである。図６の横軸は規格化振動ピーク強度（－）であり、縦軸は規格化溶銑滓バランス（－）である。図６に示すように、規格化振動ピーク強度と規格化溶銑滓バランスとの間には、図４と同様に直線的な負の相関関係があることが確認された。すなわち、高炉炉下部の炉本体から発する振動のうち、特定の周波数帯の振動強度は溶銑滓高さと直線的な負の相関関係があることが確認された。
　これらの結果から、まず、高炉の溶銑滓高さを変動させながら高炉炉下部の炉壁の振動強度を測定し、振動強度を周波数解析して溶銑滓高さの変動に相関のある周波数帯を特定するとともに、周波数帯の振動強度と溶銑滓高さとの対応関係を示す回帰式を予め求めておく。なお、レースウェイ形状は、ボッシュガス流量やコークスの調和平均粒径や見掛け密度に影響されるので、これら条件ごとに当該回帰式を求めておくことが好ましい。
　そして、溶銑滓高さを測定する際には、高炉の操業中に特定された周波数帯の振動強度を測定し、測定された振動強度と予め求めておいた回帰式とを用いて高炉の溶銑滓高さを求める。これにより、高炉に信号を送信する装置を用いることなく高炉の溶銑滓高さを求めることができ、この結果、高炉炉下部の装置の配置が困難になること、および、装置の保全が困難になることが抑制される。
　また、周波数帯の振動強度と溶銑滓高さとの対応関係を示す回帰式は、高炉を休風させるごとに求めることが好ましい。溶銑滓バランスでは、溶銑滓の液面高さの変化は把握できるものの高炉内における溶銑滓高さは把握できない。一方、高炉を休風させる際には、所定の溶銑滓高さになるまで溶銑滓が排出されるので、休風後の高炉操業においては、当該高さを基準にして溶銑滓バランスを算出することで溶銑滓高さを算出できる。
　高炉操業においては、上述のようにして溶銑滓高さを算出しているので、いつでも周波数帯の振動強度と溶銑滓高さとの対応関係を示す回帰式を求めることができる。しかしながら、基準となる溶銑滓高さと溶銑滓バランスから算出される溶銑高さの算出精度は、基準となる溶銑滓高さが求められたときから高炉操業が継続されていくに従って低下する。このため、周波数帯の振動強度と溶銑滓高さとの対応関係を示す回帰式は、高炉を休風させるごとに求めることが好ましい。これにより、高い溶銑滓高さの検出精度が維持できるようになる。
　１０　高炉
　１２　炉壁
　１４　羽口
　１６　出銑孔
　１８　溶銑滓
　２０　溶銑滓高さ検出装置
　２２　振動計
　２４　演算装置
　３０　実験模型
　３２　容器
　３４　充填粒子
　３６　送風羽口
　３８　流調弁
　４０　圧電素子
　４２　データロガー
　４４　液体流入孔

Claims (4)

  1. 　高炉の溶銑滓高さを検出する溶銑滓高さ検出方法であって、
    　高炉炉下部の炉壁の振動強度を測定し、
    　前記振動強度の周波数を解析して溶銑滓高さの変動に相関のある周波数帯の振動強度を算出し、
    　算出した周波数帯の強度を用いて高炉の溶銑滓高さを求める、溶銑滓高さ検出方法。
  2. 　前記周波数帯の振動強度と前記溶銑滓高さとの対応関係を予め求めておき、
    　前記算出した周波数帯の振動強度と前記対応関係とを用いて高炉の溶銑滓高さを求める、請求項１に記載の溶銑滓高さ検出方法。
  3. 　高炉を休風させるごとに前記対応関係を求める、請求項２に記載の溶銑滓高さ検出方法。
  4. 　高炉の溶銑滓高さを検出する溶銑滓高さ検出装置であって、
    　高炉炉下部の炉壁に設けられ、前記炉壁の振動強度を測定する振動計と、
    　前記振動計によって測定された振動強度を周波数解析して予め定められた周波数帯の振動強度を算出し、前記予め定められた周波数帯の振動強度と溶銑滓高さとの対応関係を用いて前記高炉の溶銑滓高さを算出する演算装置と、
    　を有する、溶銑滓高さ検出装置。
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