JP3129706B2 - 高炉炉芯部への衝撃波導入方法 - Google Patents
高炉炉芯部への衝撃波導入方法Info
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- JP3129706B2 JP3129706B2 JP10352328A JP35232898A JP3129706B2 JP 3129706 B2 JP3129706 B2 JP 3129706B2 JP 10352328 A JP10352328 A JP 10352328A JP 35232898 A JP35232898 A JP 35232898A JP 3129706 B2 JP3129706 B2 JP 3129706B2
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- furnace
- shock wave
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の炉床部に形
成されている、主としてコークス粒子の堆積物からなる
炉芯部の温度、通気性を間接的に測定する際の高炉炉芯
部への衝撃波導入方法に関する。
成されている、主としてコークス粒子の堆積物からなる
炉芯部の温度、通気性を間接的に測定する際の高炉炉芯
部への衝撃波導入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高炉操業をいかにうまく制御して安定さ
せるかは製鉄業における重要課題であり、高炉炉体には
種々の検出端が配備されている。しかしながら、高炉の
炉床部の湯溜まりから上方、融着帯より下方に、主とし
てコークス粒子が堆積して形成する炉芯部の検出端はそ
の重要さにもかかわらず、シャフト部ゾンデほど広く利
用されていないのが現状である。
せるかは製鉄業における重要課題であり、高炉炉体には
種々の検出端が配備されている。しかしながら、高炉の
炉床部の湯溜まりから上方、融着帯より下方に、主とし
てコークス粒子が堆積して形成する炉芯部の検出端はそ
の重要さにもかかわらず、シャフト部ゾンデほど広く利
用されていないのが現状である。
【０００３】例えば、特開昭６１−２５７４０５号、特
開昭６３−２１０２０８号で提案されているように、高
炉羽口部から、画像処理と連結したグラスファイバーを
内蔵した、冷却機構付のプローブを炉芯部に直接挿入し
測温する方法、あるいは、炉芯へのゾンデ挿入抵抗を検
知する方法等の直接測定法がある。また、特開昭５５−
１０４４１２号で提案されているように、高炉の外周に
放射線の走査器と検出群を配置し炉内状況を連続的に監
視する方法、間接測定法が知られている。
開昭６３−２１０２０８号で提案されているように、高
炉羽口部から、画像処理と連結したグラスファイバーを
内蔵した、冷却機構付のプローブを炉芯部に直接挿入し
測温する方法、あるいは、炉芯へのゾンデ挿入抵抗を検
知する方法等の直接測定法がある。また、特開昭５５−
１０４４１２号で提案されているように、高炉の外周に
放射線の走査器と検出群を配置し炉内状況を連続的に監
視する方法、間接測定法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の直接測定法に係
わる炉芯ゾンデは羽口部より、炉内高温部であるレース
ウエイを通過させて炉芯部へゾンデを直接挿入する方法
であるため、装置、装備特に、シール機構が大ががりと
なり、また、測定作業自体にも危険が伴うことから、炉
円周方向に数十個配置されている任意の羽口から簡易に
測定することは不可能であった。
わる炉芯ゾンデは羽口部より、炉内高温部であるレース
ウエイを通過させて炉芯部へゾンデを直接挿入する方法
であるため、装置、装備特に、シール機構が大ががりと
なり、また、測定作業自体にも危険が伴うことから、炉
円周方向に数十個配置されている任意の羽口から簡易に
測定することは不可能であった。
【０００５】また、間接測定法に係わる放射線走査法は
鋳床まわりに対する放射線の遮蔽に装備を要する。
鋳床まわりに対する放射線の遮蔽に装備を要する。
【０００６】高炉炉況は刻々と変化するものであり、リ
アルタイムに炉芯部を検出すると同時に円周方向のバラ
ンスも検出することが望まれている。
アルタイムに炉芯部を検出すると同時に円周方向のバラ
ンスも検出することが望まれている。
【０００７】本発明はかかる問題点に鑑み、上記炉芯部
へゾンデ等の検出端を直接挿入することなく、かつ、高
炉周囲に外乱を与えることなく、炉芯の全体あるいは局
部の温度、通気性を間接的に測定する際の高炉炉芯部へ
の衝撃波導入方法を提供するものである。
へゾンデ等の検出端を直接挿入することなく、かつ、高
炉周囲に外乱を与えることなく、炉芯の全体あるいは局
部の温度、通気性を間接的に測定する際の高炉炉芯部へ
の衝撃波導入方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨とす
るところは、 （１）高炉炉外で瞬間的な爆発燃焼で発生させた衝撃波
を導波管を介して高炉内に導き、炉芯部を伝播した衝撃
波を受信センサーで受信し、これらの衝撃波の伝播速
度、または減衰率から、高炉の炉床部の主としてコーク
ス粒子が堆積して形成される炉芯部の温度、または通気
性を計測するに際して、羽口に設置されている微粉炭吹
き込みバーナーの一部を前記導波管とすることを特徴と
する炉芯部の計測に用いる衝撃波を高炉炉内に導く方
法。 （２）高炉炉外で発生させた衝撃波を高炉炉内に導く場
合に、微粉炭流路を遮断して微粉炭吹き込みを中断する
ことを特徴とする上記（１）項記載の炉芯部の計測に用
いる衝撃波を高炉炉内に導く方法。である。
るところは、 （１）高炉炉外で瞬間的な爆発燃焼で発生させた衝撃波
を導波管を介して高炉内に導き、炉芯部を伝播した衝撃
波を受信センサーで受信し、これらの衝撃波の伝播速
度、または減衰率から、高炉の炉床部の主としてコーク
ス粒子が堆積して形成される炉芯部の温度、または通気
性を計測するに際して、羽口に設置されている微粉炭吹
き込みバーナーの一部を前記導波管とすることを特徴と
する炉芯部の計測に用いる衝撃波を高炉炉内に導く方
法。 （２）高炉炉外で発生させた衝撃波を高炉炉内に導く場
合に、微粉炭流路を遮断して微粉炭吹き込みを中断する
ことを特徴とする上記（１）項記載の炉芯部の計測に用
いる衝撃波を高炉炉内に導く方法。である。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例装置を示す
図面を参照しながら具体的に説明する。
図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１０】操業中の高炉においては種々の振動が発生
し、伝播しており、しかも１０ｍを超す炉床径の内部を
伝播させるには通常の超音波では減衰が大きすぎてうま
く測定できない。そこで本発明は実験の結果、衝撃波に
着目した。
し、伝播しており、しかも１０ｍを超す炉床径の内部を
伝播させるには通常の超音波では減衰が大きすぎてうま
く測定できない。そこで本発明は実験の結果、衝撃波に
着目した。
【００１１】本発明でいう衝撃波とは一般に言われてい
る、縮む媒質中を伝播する強い圧縮波であって、具体的
には例えば、ガス状燃料等の瞬間的な燃焼、あるいは火
薬等の瞬間的な燃焼を利用して発生させる衝撃波が採用
できる。
る、縮む媒質中を伝播する強い圧縮波であって、具体的
には例えば、ガス状燃料等の瞬間的な燃焼、あるいは火
薬等の瞬間的な燃焼を利用して発生させる衝撃波が採用
できる。
【００１２】第１図及び第２図に示すように、上記衝撃
波は高炉３の炉外に設けた衝撃波発生装置１で発生させ
る。この衝撃波発生装置１は特定間隔で断続的に衝撃波
を発生することができる。この衝撃波は該発生装置１に
連結した導波管２を通して高炉３の炉床部に、主として
コークス粒子の堆積物で形成されている炉芯部に指向し
て炉壁４から炉内に供給する。上記衝撃波発生装置１と
導波管２の接続態様としては、第１図に示すように一つ
の導波管２に一つの上記衝撃波発生装置１を接続する方
式、あるいは第２図に示すように、間欠的に衝撃波を発
生するパルスジェネレータ１２に複数、例えば、４本の
導波管２を接続する方式がある。後者の複数の導波管２
を接続する方式であると、各導波管２の長さに差異を設
けることができ、炉内への衝撃波の供給タイミングをづ
らすことができる。上記導波管２の先端は上記したよう
に炉芯部に指向させて炉壁４に設ける。この導波管２の
特徴的な設置態様としては、羽口５に設置されている例
えば、微粉炭吹き込み用バーナ６の一部を流用すること
ができる。この方式によって発生させた衝撃波を炉内に
供給させる場合は、微粉炭吹き込みを中断し、微粉炭流
路の遮断弁７を閉じておくことにより衝撃波が羽口５前
方へ伝播するのを促進する。尚、微粉炭吹き込み用バー
ナ等流用手段を設置していない羽口５の場合は、専用の
衝撃波導波管２を微粉炭吹き込み用バーナと同様の設置
態様で配置するものである。
波は高炉３の炉外に設けた衝撃波発生装置１で発生させ
る。この衝撃波発生装置１は特定間隔で断続的に衝撃波
を発生することができる。この衝撃波は該発生装置１に
連結した導波管２を通して高炉３の炉床部に、主として
コークス粒子の堆積物で形成されている炉芯部に指向し
て炉壁４から炉内に供給する。上記衝撃波発生装置１と
導波管２の接続態様としては、第１図に示すように一つ
の導波管２に一つの上記衝撃波発生装置１を接続する方
式、あるいは第２図に示すように、間欠的に衝撃波を発
生するパルスジェネレータ１２に複数、例えば、４本の
導波管２を接続する方式がある。後者の複数の導波管２
を接続する方式であると、各導波管２の長さに差異を設
けることができ、炉内への衝撃波の供給タイミングをづ
らすことができる。上記導波管２の先端は上記したよう
に炉芯部に指向させて炉壁４に設ける。この導波管２の
特徴的な設置態様としては、羽口５に設置されている例
えば、微粉炭吹き込み用バーナ６の一部を流用すること
ができる。この方式によって発生させた衝撃波を炉内に
供給させる場合は、微粉炭吹き込みを中断し、微粉炭流
路の遮断弁７を閉じておくことにより衝撃波が羽口５前
方へ伝播するのを促進する。尚、微粉炭吹き込み用バー
ナ等流用手段を設置していない羽口５の場合は、専用の
衝撃波導波管２を微粉炭吹き込み用バーナと同様の設置
態様で配置するものである。
【００１３】この導波管２設置個数は炉円周方向、等間
隔に少なくとも３個設あるいは炉内円周方向十字状位置
４点ａ，ｂ，ｃ，ｄにそれぞれ設置すればよい。導波管
２の設置個数が増加すると後述する測定精度が高まるも
のである。
隔に少なくとも３個設あるいは炉内円周方向十字状位置
４点ａ，ｂ，ｃ，ｄにそれぞれ設置すればよい。導波管
２の設置個数が増加すると後述する測定精度が高まるも
のである。
【００１４】上記導波管２の設置レベルとほぼ同レベル
の炉壁４には、炉内円周方向に複数の受信センサー８を
配置する。この受信センサー８は音波を検知する手段で
構成されており、例えば、感圧素子が使用できる。該受
信センサー８の設置位置としては種々の態様を適用する
ことができ、例えば、炉床炉壁４の炉内側に設置する場
合は、耐熱対策を考慮して、炉周方向に等間隔に複数設
置されている羽口５の水冷ジャケット部の先端部に内蔵
する方式、あるいは、受信センサー８を内蔵した水冷ブ
ローブ（図示せず）を羽口５あるいは炉壁４に設置する
方式が採用できる。上記受信センサー８を炉床炉壁４の
炉外側に設置する場合は、羽口５の後端に配置してある
ブローパイプ部あるいは最後端の覗き窓部に受信センサ
ー８を臨ませる方式が採用でき、この場合は羽口５とか
ブローパイプが受信用導波管として機能する。
の炉壁４には、炉内円周方向に複数の受信センサー８を
配置する。この受信センサー８は音波を検知する手段で
構成されており、例えば、感圧素子が使用できる。該受
信センサー８の設置位置としては種々の態様を適用する
ことができ、例えば、炉床炉壁４の炉内側に設置する場
合は、耐熱対策を考慮して、炉周方向に等間隔に複数設
置されている羽口５の水冷ジャケット部の先端部に内蔵
する方式、あるいは、受信センサー８を内蔵した水冷ブ
ローブ（図示せず）を羽口５あるいは炉壁４に設置する
方式が採用できる。上記受信センサー８を炉床炉壁４の
炉外側に設置する場合は、羽口５の後端に配置してある
ブローパイプ部あるいは最後端の覗き窓部に受信センサ
ー８を臨ませる方式が採用でき、この場合は羽口５とか
ブローパイプが受信用導波管として機能する。
【００１５】上記受信センサー８の設置個数は前記導波
管２に対向する炉壁部に少なくとも８個設置してあれば
測定精度として許容できる。
管２に対向する炉壁部に少なくとも８個設置してあれば
測定精度として許容できる。
【００１６】上記衝撃波発生装置１で発生させた衝撃波
を導波管２を介して炉壁部から炉内に供給すると、衝撃
波を発射した導波管２に直近の受信センサー８は発射と
同時に衝撃波を受信する、また炉周方向に配置されてい
る他の受信センサー８はその部位に対応した遅れ時間後
の衝撃波を受信する。第２図に示すように、各羽口５に
設けた導波管２及び受信センサー８を用い、衝撃波発射
から受信までの間の最大遅れ時間後に他の部位にある導
波管２を介して衝撃波を炉内に供給し、受信するという
操作を巡回して行なうことにより、特定の導波管２から
方向性を持って発射された衝撃波の波及効果の比較的弱
い帯域（衝撃波発射導波管の両側部域）を次回の操作で
補完するので、炉芯部の円周方向の複数点を測定するこ
とができる。
を導波管２を介して炉壁部から炉内に供給すると、衝撃
波を発射した導波管２に直近の受信センサー８は発射と
同時に衝撃波を受信する、また炉周方向に配置されてい
る他の受信センサー８はその部位に対応した遅れ時間後
の衝撃波を受信する。第２図に示すように、各羽口５に
設けた導波管２及び受信センサー８を用い、衝撃波発射
から受信までの間の最大遅れ時間後に他の部位にある導
波管２を介して衝撃波を炉内に供給し、受信するという
操作を巡回して行なうことにより、特定の導波管２から
方向性を持って発射された衝撃波の波及効果の比較的弱
い帯域（衝撃波発射導波管の両側部域）を次回の操作で
補完するので、炉芯部の円周方向の複数点を測定するこ
とができる。
【００１７】上記操作によって受信された衝撃波は増幅
器９で増幅され、受信波形として記録計１０に記録さ
れ、後述する求めんとする温度、通気性に合致した演算
をする演算表示器１１に印加される。
器９で増幅され、受信波形として記録計１０に記録さ
れ、後述する求めんとする温度、通気性に合致した演算
をする演算表示器１１に印加される。
【００１８】演算表示器１１に印加された各受信波はＣ
Ｔスキャニング手法でデータ処理する。具体的には総和
法、コンボリューション法、最小二乗法等があるが、円
周方向に得られるデータ数があまり多くないので最小二
乗法が適している。
Ｔスキャニング手法でデータ処理する。具体的には総和
法、コンボリューション法、最小二乗法等があるが、円
周方向に得られるデータ数があまり多くないので最小二
乗法が適している。
【００１９】例えば、炉芯部の温度分布を求める場合、
一般に気体中の音速ｖは次式で与えられる。
一般に気体中の音速ｖは次式で与えられる。
【００２０】
【数１】
【００２１】ここで、κは比熱比、Ｒはガス定数、Ｔは
ガス温度である。伝播距離が既知であれば伝播時間より
ガス温度を知ることができる。
ガス温度である。伝播距離が既知であれば伝播時間より
ガス温度を知ることができる。
【００２２】ＣＴにおける各投影データは、送信点Ａか
ら受信点Ｂを区間ｎに分割し、その区間内では伝播速度
が一定であると仮定すると、送信から受信までの伝播時
間τ ABは次式で表される。
ら受信点Ｂを区間ｎに分割し、その区間内では伝播速度
が一定であると仮定すると、送信から受信までの伝播時
間τ ABは次式で表される。
【００２３】
【数２】
【００２４】ここで、ｌi：区間ｉの伝播距離、Ｔi：区
間ｉの温度、ｖ（Ｔi）：区間ｉの伝播速度、ｕi：区間
ｉの気体速度である。
間ｉの温度、ｖ（Ｔi）：区間ｉの伝播速度、ｕi：区間
ｉの気体速度である。
【００２５】逆に、送信点Ｂから受信点Ａへの伝播時間
をＺBAとし、羽口先端部は別として、高炉の炉芯部での
ｕiはｖiに比べて十分小さいと仮定すれば（２）式よ
り、
をＺBAとし、羽口先端部は別として、高炉の炉芯部での
ｕiはｖiに比べて十分小さいと仮定すれば（２）式よ
り、
【００２６】
【数３】
【００２７】
【数４】
【００２８】で表される。
【００２９】（３）式より炉芯部の温度分布を表す方程
式は次のような多次元連立方程式となる。
式は次のような多次元連立方程式となる。
【００３０】
【数５】
【００３１】（５）式において、ベクトルｂは伝播時間
の計測値、行列Ａは区間ｉにおける距離、ベクトルＹは
区間ｉのＶiの逆数で温度Ｔiと（１）式の関係がある。
の計測値、行列Ａは区間ｉにおける距離、ベクトルＹは
区間ｉのＶiの逆数で温度Ｔiと（１）式の関係がある。
【００３２】ｎ個以上のデータ数があれば（５）式に基
づくと、最小二乗法では下記（６）式が最小になるベク
トルＹを求め、これより温度分布Ｔiを求めることがで
きる。
づくと、最小二乗法では下記（６）式が最小になるベク
トルＹを求め、これより温度分布Ｔiを求めることがで
きる。
【００３３】
【数６】
【００３４】尚、前記したように高炉内には種々の雑音
が発生しており、受信波形にノズルが混入するが、炉芯
部の温度変化の周期は長いので前記した測定操作を周期
的に繰り返し、得られた受信波形を加算することでＳ／
Ｎ比を上げることができる。パルスゼネレータ１２によ
って、周期的かつ順番に衝撃波を発生させるのが好まし
い。
が発生しており、受信波形にノズルが混入するが、炉芯
部の温度変化の周期は長いので前記した測定操作を周期
的に繰り返し、得られた受信波形を加算することでＳ／
Ｎ比を上げることができる。パルスゼネレータ１２によ
って、周期的かつ順番に衝撃波を発生させるのが好まし
い。
【００３５】温度の演算事例に基づいて説明したが、通
気性に対応した衝撃波の減衰率をもとめる場合は特性値
に対応した理論式を展開することは言うまでもない。
気性に対応した衝撃波の減衰率をもとめる場合は特性値
に対応した理論式を展開することは言うまでもない。
【００３６】
【実施例】本発明方法を用いて実験用高炉の炉芯温度分
布を測定した結果を第３図に示す。ガス燃料を瞬間的に
燃焼する方式で発生した衝撃波は高炉円周方向の十字状
位置４点の羽口５から順次３秒間隔で炉内に供給すると
共に１５個の羽口５に内蔵した受信センサー８で受信す
る操作を１０回繰り返した。得られた受信波形を演算処
理して炉芯内部温度を求めた結果である。
布を測定した結果を第３図に示す。ガス燃料を瞬間的に
燃焼する方式で発生した衝撃波は高炉円周方向の十字状
位置４点の羽口５から順次３秒間隔で炉内に供給すると
共に１５個の羽口５に内蔵した受信センサー８で受信す
る操作を１０回繰り返した。得られた受信波形を演算処
理して炉芯内部温度を求めた結果である。
【００３７】
【発明の効果】本発明によると、高炉操業中に短時間に
炉芯部の温度分布等を間接的に測定できるので、測定し
た物理特性情報を操業に直ちに反映させ、その結果を再
度測定することでモニタリングできるので、安定した操
業維持が可能となる。
炉芯部の温度分布等を間接的に測定できるので、測定し
た物理特性情報を操業に直ちに反映させ、その結果を再
度測定することでモニタリングできるので、安定した操
業維持が可能となる。
【図１】本発明に係わる装置例の縦断面説明図である。
【図２】本発明の概要を示す水平断面説明図である。
【図３】実験炉における炉芯部の温度分布を示したモデ
ル図である。
ル図である。
１…衝撃波発生装置、２…導波管 ３…高炉、４…炉壁 ５…羽口 ６…微粉炭吹き込みバーナ ７…遮断弁、８…受信センサー ９…増幅器、１０…記録器 １１…演算表示器、１２…パルスゼネレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−72114（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−131906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−22189（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−83708（ＪＰ，Ａ) 日本機械学会論文集、第53巻、第489 号、1610−1614頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C21B 7/24 305 C21B 7/00 310 F27D 21/00 G01K 11/24 F27B 1/28 G01F 23/28
Claims (2)
- 【請求項１】 高炉炉外で瞬間的な爆発燃焼で発生させ
た衝撃波を導波管を介して高炉内に導き、炉芯部を伝播
した衝撃波を受信センサーで受信し、これらの衝撃波の
伝播速度、または減衰率から、高炉の炉床部の主として
コークス粒子が堆積して形成される炉芯部の温度、また
は通気性を計測するに際して、羽口に設置されている微
粉炭吹き込みバーナーの一部を前記導波管とすることを
特徴とする炉芯部の計測に用いる衝撃波を高炉炉内に導
く方法。 - 【請求項２】 高炉炉外で発生させた衝撃波を高炉炉内
に導く場合に、微粉炭流路を遮断して微粉炭吹き込みを
中断することを特徴とする請求項１記載の炉芯部の計測
に用いる衝撃波を高炉炉内に導く方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10352328A JP3129706B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 高炉炉芯部への衝撃波導入方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10352328A JP3129706B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 高炉炉芯部への衝撃波導入方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2040764A Division JPH0826376B2 (ja) | 1990-02-21 | 1990-02-21 | 高炉炉芯部の計測方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11286709A JPH11286709A (ja) | 1999-10-19 |
| JP3129706B2 true JP3129706B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=18423313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10352328A Expired - Fee Related JP3129706B2 (ja) | 1998-12-11 | 1998-12-11 | 高炉炉芯部への衝撃波導入方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3129706B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101190670B1 (ko) | 2010-02-26 | 2012-10-15 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 전기로 내부의 상황분석장치 |
-
1998
- 1998-12-11 JP JP10352328A patent/JP3129706B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本機械学会論文集、第５３巻、第４８９号、１６１０−１６１４頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11286709A (ja) | 1999-10-19 |
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