JP7626935B2 - Dust generation rate estimation device and dust generation rate estimation method - Google Patents
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Description
本開示はダスト発生速度推定装置及びダスト発生速度推定方法に関する。 This disclosure relates to a dust generation rate estimation device and a dust generation rate estimation method.
高炉から得られた溶鉄は転炉において精錬される。転炉での精錬過程では脱炭、脱珪等の処理が行われ、これらの進行に応じてメインランスの高さや、送酸速度、副原料の投入量などが制御される。このような転炉の制御において、従来から、転炉の燃焼火炎の発光スペクトルを利用する技術が知られている。 The molten iron obtained from the blast furnace is refined in a converter. In the refining process in the converter, processes such as decarburization and desiliconization are carried out, and the height of the main lance, the oxygen supply rate, the amount of auxiliary materials added, etc. are controlled according to the progress of these processes. In controlling such converters, a technology that utilizes the emission spectrum of the converter combustion flame has been known for some time.
特許文献1、2は、高精度で精錬過程の脱炭等を推定するために、転炉排ガス煙道内に発光を分析し、煙道内の排ガス及びダストの成分濃度を算出する転炉排ガスの分析方法を開示している。 Patent documents 1 and 2 disclose a method for analyzing converter exhaust gas in which light emission is analyzed in the converter exhaust gas flue and the component concentrations of the exhaust gas and dust in the flue are calculated in order to estimate decarburization and other processes during the refining process with high accuracy.
特許文献3は、対象物が発する光を分光情報として取得するイメージング分光装置と、対象物の2次元領域の画像を撮影する2次元撮像装置と、2次元撮像装置によって撮影された画像に基づいてイメージング分光装置が分光情報を取得する範囲を決定する演算装置と、を備える分光特性測定装置を開示している。また、特許文献3には、この技術を利用して、精錬炉から発生する火炎の分光特性を測定し、精錬炉の制御を行うことが記載されている。 Patent Document 3 discloses a spectroscopic characteristic measuring device that includes an imaging spectroscopic device that acquires the light emitted by an object as spectroscopic information, a two-dimensional imaging device that captures an image of a two-dimensional area of the object, and a calculation device that determines the range from which the imaging spectroscopic device acquires spectroscopic information based on the image captured by the two-dimensional imaging device. Patent Document 3 also describes using this technology to measure the spectroscopic characteristics of a flame generated from a refining furnace and to control the refining furnace.
特許文献4、5は、転炉の炉口から吹き出る炉口燃焼火炎の発光スペクトルを測定し、測定される580~620nmの範囲の波長における発光強度の時間変化を算出し、算出した発光強度の時間変化に基づいて炉内の状況変化を推定し、当該炉内の状況変化の推定に基づいて脱珪反応の終了時点や溶融鉄の炭素濃度を推定する技術を開示している。 Patent documents 4 and 5 disclose a technique for measuring the emission spectrum of the furnace-mouth combustion flame blowing out from the furnace mouth of a converter, calculating the change over time in emission intensity at wavelengths in the measured range of 580 to 620 nm, estimating changes in conditions inside the furnace based on the calculated changes over time in emission intensity, and estimating the end point of the desiliconization reaction and the carbon concentration of molten iron based on the estimated changes in conditions inside the furnace.
特許文献6は、転炉の炉口部の光学特性についての情報を含む実績情報に基づいて、溶湯中炭素濃度を推定する技術を開示している。 Patent Document 6 discloses a technique for estimating the carbon concentration in molten metal based on performance information, including information about the optical characteristics of the throat of a converter.
ところで、転炉吹錬中に発生するダストの量は溶鉄全体の1%~数%にのぼるため、転炉操業において、ダストの発生量を低減することはコスト削減に直結する。しかしながら、これまでに提案されたダスト発生速度推定手段は、人手をかけてダスト量をサンプリングする手法や、集塵水や排ガス配管などでダスト量を連続的に測定する手法であり、通常の操業時に立ち入る頻度が少ないエリアにおいて、部品の定期的な交換や部品を取り外しての清掃を含むメンテナンスが必要であった。そのため、常時稼働させる転炉において、このような手間の大きい手法を常時行うことは困難であった。また、特許文献1~6の技術は、ダスト量(ダスト発生速度)を推定するものではなかった。 Incidentally, the amount of dust generated during converter blowing amounts to 1% to several percent of the total molten iron, so reducing the amount of dust generated during converter operation directly leads to cost reduction. However, the dust generation rate estimation methods proposed so far have involved manually sampling the dust amount or continuously measuring the dust amount using dust collection water or exhaust gas piping, and required maintenance including periodic replacement of parts and removal and cleaning of parts in areas that are infrequently visited during normal operation. For this reason, it was difficult to constantly carry out such a labor-intensive method in a converter that is constantly in operation. Furthermore, the techniques in Patent Documents 1 to 6 were not designed to estimate the dust amount (dust generation rate).
そこで本開示の目的は、上記実情を鑑み、常時稼働が可能であり、メンテナンス負荷が小さく、かつ、高い精度でダスト発生速度を推定することができるダスト発生速度推定装置及びダスト発生速度推定方法を提供することである。 In view of the above, the objective of the present disclosure is to provide a dust generation rate estimation device and a dust generation rate estimation method that can operate continuously, have a small maintenance load, and estimate the dust generation rate with high accuracy.
本開示は、上記課題を解決するための一つの手段として、精錬炉の操業において発生するダストの発生速度を推定する装置であって、精錬炉の開口部で発生する燃焼火炎を含み、かつ、長さの異なる光路を複数設定し、前記光路における注目波長における輻射スペクトルの分光輝度を光路ごとに取得する分光輝度取得部と、分光輝度取得部が分光輝度を取得した時における燃焼火炎の温度を光路ごとに推定する燃焼火炎温度推定部と、推定された燃焼火炎の温度における注目波長の黒体輻射輝度を光路ごとに算出する黒体輻射輝度演算部と、分光輝度測定部により取得された分光輝度及び黒体輻射輝度演算部により算出された黒体輻射輝度の比率から分光放射率を光路ごとに算出する分光放射率演算部と、算出された分光放射率のうち2つを選択し、これらの比率である分光放射率比率を算出する分光放射率比率演算部と、予め求めておいた分光放射率比率とダスト発生速度との関係式に基づいて、ダストの発生速度を推定するダスト発生速度推定部と、を備える、ダスト発生速度推定装置を提供する。 The present disclosure provides, as one means for solving the above problem, an apparatus for estimating the generation rate of dust generated during the operation of a refining furnace, which includes a combustion flame generated at the opening of the refining furnace, and includes a spectral radiance acquisition unit that sets a plurality of optical paths of different lengths, and acquires the spectral radiance of the radiation spectrum at a wavelength of interest in each of the optical paths for each optical path, a combustion flame temperature estimation unit that estimates the temperature of the combustion flame at the time the spectral radiance acquisition unit acquires the spectral radiance for each optical path, and a blackbody radiance of the wavelength of interest at the estimated combustion flame temperature is calculated based on the optical path. The dust generation speed estimation device includes a blackbody radiation luminance calculation unit that calculates the spectral emissivity for each optical path from the ratio of the spectral luminance acquired by the spectral luminance measurement unit and the blackbody radiance calculated by the blackbody radiation luminance calculation unit, a spectral emissivity ratio calculation unit that selects two of the calculated spectral emissivities and calculates the spectral emissivity ratio, which is the ratio between them, and a dust generation speed estimation unit that estimates the dust generation speed based on a relational equation between the spectral emissivity ratio and the dust generation speed that has been obtained in advance.
上記ダスト発生速度推定装置において、光路は、該光路の延長線上に精錬炉のランスが含まれる光路と、光路の延長線上に精錬炉のランスが含まれない光路とを含むものであってもよい。 In the above dust generation rate estimation device, the optical path may include an optical path that includes the lance of the refining furnace on the extension line of the optical path, and an optical path that does not include the lance of the refining furnace on the extension line of the optical path.
本開示は、上記課題を解決するための一つの手段として、上記のダスト発生速度推定装置により推定されたダスト発生速度に基づいて精錬炉の制御を行う、精錬炉を提供する。 As one means for solving the above problem, the present disclosure provides a refining furnace that controls the refining furnace based on the dust generation rate estimated by the above dust generation rate estimation device.
本開示は、上記課題を解決するための一つの手段として、精錬炉の操業において発生するダストの発生速度を推定する方法であって、精錬炉の開口部で発生する燃焼火炎を含み、かつ、長さの異なる光路を複数設定し、該光路における注目波長における輻射スペクトルの分光輝度を光路ごとに取得する分光輝度取得工程と、分光輝度取得工程において分光輝度を取得した時における燃焼火炎の温度を光路ごとに推定する燃焼火炎温度推定工程と、推定された燃焼火炎の温度における注目波長の黒体輻射輝度を光路ごとに算出する黒体輻射輝度演算工程と、分光輝度測定工程において取得された分光輝度及び黒体輻射輝度演算工程において算出された黒体輻射輝度の比率から分光放射率を光路ごとに算出する分光放射率演算工程と、算出された分光放射率のうち2つを選択し、これらの比率である分光放射率比率を算出する分光放射率比率演算工程と、予め求めておいた分光放射率比率とダスト発生速度との関係式に基づいて、ダストの発生速度を推定するダスト発生速度推定工程と、を備える、ダスト発生速度推定方法を提供する。 The present disclosure provides, as one means for solving the above problem, a method for estimating the generation rate of dust generated during the operation of a refining furnace, which includes a combustion flame generated at the opening of the refining furnace, and includes a spectral radiance acquisition process for setting a plurality of optical paths of different lengths, and acquiring the spectral radiance of the radiation spectrum at a wavelength of interest in each optical path, a combustion flame temperature estimation process for estimating, for each optical path, the temperature of the combustion flame when the spectral radiance was acquired in the spectral radiance acquisition process, and a blackbody radiance of the wavelength of interest at the estimated combustion flame temperature, for each optical path. The method includes a blackbody radiation luminance calculation step of calculating the spectral emissivity for each optical path from the ratio of the spectral luminance acquired in the spectral luminance measurement step and the blackbody radiance calculated in the blackbody radiation luminance calculation step, a spectral emissivity ratio calculation step of selecting two of the calculated spectral emissivities and calculating the spectral emissivity ratio, which is the ratio between them, and a dust generation rate estimation step of estimating the dust generation rate based on a relational expression between the spectral emissivity ratio and the dust generation rate that has been obtained in advance.
上記ダスト発生速度推定方法において、光路は、光路の延長線上に精錬炉のランスが含まれる光路と、光路の延長線上に精錬炉のランスが含まれない光路とを含むものであってもよい。 In the above dust generation rate estimation method, the light path may include a light path that includes the lance of the refining furnace on the extension line of the light path, and a light path that does not include the lance of the refining furnace on the extension line of the light path.
本開示は、上記課題を解決するための一つの手段として、上記のダスト発生速度推定方法により推定されたダスト発生速度に基づいて精錬炉の制御を行う、精錬炉の制御方法を提供する。 As one means for solving the above problem, the present disclosure provides a method for controlling a refining furnace, which controls the refining furnace based on the dust generation rate estimated by the above dust generation rate estimation method.
本開示によれば、常時稼働が可能であり、メンテナンス負荷が小さく、かつ、高い精度でダスト発生速度を推定することができる。 According to the present disclosure, continuous operation is possible, the maintenance load is small, and the dust generation rate can be estimated with high accuracy.
本発明者らは、精錬炉の開口部(炉口フレーム)に発生する燃焼火炎を分光器で分光測定したところ、輻射スペクトルが主であることを確認した。この輻射スペクトルの注目波長における測定輝度とPlanckの法則により計算される黒体輻射輝度との比率から、分光放射率を算出することができる。測定領域内に発光物が全く含まれなければ分光放射率の測定値は0となる一方、測定領域内が発光物で見た目上埋め尽くされていれば面発光と等しくなり、分光放射率の測定値は発光物の性質としての分光放射率に一致する。このように、測定される分光放射率は測定領域内における発光物(炉口燃焼火炎の場合、ダスト)の濃度に依存するものであるため、本発明者らは、分光放射率に基づいて、精錬炉におけるダストの発生速度が推定可能であると着想した。そして、本発明者らは当該着想の成否を確認するために、試験転炉を用いて、燃焼火炎の輻射スペクトルから算出された分光放射率とフィルターから採取したダスト発生量との関係を評価したところ、分光放射率とダスト発生量との間に良い相関があることを確認した。 The inventors of the present invention measured the combustion flame generated at the opening (furnace port frame) of the refining furnace with a spectroscope and confirmed that the radiation spectrum was the main component. The spectral emissivity can be calculated from the ratio of the measured luminance at the wavelength of interest of this radiation spectrum to the blackbody radiance calculated by Planck's law. If no luminous material is included in the measurement area, the measured value of the spectral emissivity is 0, while if the measurement area is seemingly filled with luminous materials, it is equivalent to surface emission, and the measured value of the spectral emissivity coincides with the spectral emissivity as a property of the luminous material. In this way, since the measured spectral emissivity depends on the concentration of the luminous material (dust in the case of the furnace port combustion flame) in the measurement area, the inventors of the present invention came up with the idea that the generation rate of dust in the refining furnace can be estimated based on the spectral emissivity. To confirm the success of this idea, the inventors used a test converter to evaluate the relationship between the spectral emissivity calculated from the radiation spectrum of the combustion flame and the amount of dust generated collected from a filter, and confirmed that there was a good correlation between the spectral emissivity and the amount of dust generated.
一方で、分光放射率に基づくダスト発生速度の推定方法では、分光輝度の測定結果に影響を及ぼす因子を排除することが難しいことも知見した。例えば、(A)ダストを構成する粒子の種類や表面の状態が及ぼす分光放射率への影響や、(B)光路(集光部~炉口)上に浮遊するダストや水蒸気の影響、(C)光学系の補正因子(レンズの透過率や光ファイバー特性)による影響である。 On the other hand, we also found that it is difficult to eliminate factors that affect the measurement results of spectral radiance when estimating dust generation rate based on spectral emissivity. For example, (A) the effect on spectral emissivity of the type of particles that make up the dust and their surface condition, (B) the effect of dust and water vapor floating on the light path (from the focusing part to the furnace opening), and (C) the effect of correction factors of the optical system (lens transmittance and optical fiber characteristics).
そこで本発明者らは、実効的な光路長が異なる複数の測定点から得られる分光放射率の比を取ることで、これらの影響を排除し、推定精度を向上させることができることを知見した。本開示のダスト発生速度推定装置及びダスト発生速度推定方法はこのような知見に基づいて発明されたものである。以下、本開示のダスト発生速度推定装置及びダスト発生速度推定方法についてそれぞれ説明する。 The inventors have discovered that by taking the ratio of the spectral emissivity obtained from multiple measurement points with different effective optical path lengths, it is possible to eliminate these effects and improve the estimation accuracy. The dust generation rate estimation device and dust generation rate estimation method disclosed herein were invented based on this discovery. Below, the dust generation rate estimation device and dust generation rate estimation method disclosed herein will each be described.
[ダスト発生速度評価装置]
本開示のダスト発生速度評価装置について、一実施形態であるダスト発生速度評価装置100(以下において、「装置100」ということがある)を用いて説明する。図1に装置100の模式図を示した。
[Dust generation rate evaluation device]
The dust generation rate evaluation device of the present disclosure will be described using a dust generation rate evaluation device 100 (hereinafter, sometimes referred to as "device 100") as one embodiment. A schematic diagram of the device 100 is shown in FIG.
装置100は、精錬炉1の操業において発生するダストの発生速度を推定する装置であって、分光輝度取得部10と、ダスト発生速度を推定するための演算を行う演算部20を備える。 The device 100 is a device that estimates the dust generation rate generated during the operation of the refining furnace 1, and includes a spectral radiance acquisition unit 10 and a calculation unit 20 that performs calculations to estimate the dust generation rate.
分光輝度取得部10は精錬炉1の開口部2で発生する燃焼火炎を含み、かつ、長さの異なる光路を複数設定し、該光路における注目波長における輻射スペクトルの分光輝度を光路ごとに取得するものである。設定される光路の数は2つのみでもよい。 The spectral radiance acquisition unit 10 includes a combustion flame generated at the opening 2 of the refining furnace 1, and sets multiple light paths of different lengths to acquire the spectral radiance of the radiation spectrum at the wavelength of interest for each light path. The number of light paths set may be only two.
分光輝度取得部10は、光取得部11と分光器12を備えるものであり、光取得部11と分光器12との間は光ファイバー等により接続されている。このような分光輝度取得部10は公知の構成である。 The spectral radiance acquisition unit 10 includes a light acquisition unit 11 and a spectrometer 12, and the light acquisition unit 11 and the spectrometer 12 are connected by an optical fiber or the like. Such a spectral radiance acquisition unit 10 has a known configuration.
分光輝度取得部10は光路長の異なる複数の光路から注目波長における輻射スペクトルの分光輝度をそれぞれ取得するものであるため、光取得部11及び分光器12を複数備えるものであってもよい。図1では、光取得部11及び分光器12をそれぞれ2つずつ備える分光輝度取得部10を示している。これにより、光路ごとの注目波長の分光輝度を同時に測定することができる。一方で、光取得部11及び分光器12の数が1つである場合、光路ごとに分光輝度を順次測定することになるが、その測定間隔はできるだけ短くする必要がある。例えば、10秒以内である。分光輝度を順次測定する方法としては、複数の光路を機械的又は電子的に切り替える方法や、ステージを使用して分光輝度取得部10(又は光取得部11)を動かして測定する方法がある。 The spectral radiance acquisition unit 10 may include a plurality of light acquisition units 11 and spectrometers 12 since it acquires the spectral radiance of the radiation spectrum at the wavelength of interest from a plurality of light paths with different optical path lengths. FIG. 1 shows the spectral radiance acquisition unit 10 including two light acquisition units 11 and two spectrometers 12. This allows the spectral radiance of the wavelength of interest for each light path to be measured simultaneously. On the other hand, when there is only one light acquisition unit 11 and one spectrometer 12, the spectral radiance is measured sequentially for each light path, but the measurement interval needs to be as short as possible. For example, within 10 seconds. Methods for measuring the spectral radiance sequentially include a method of mechanically or electronically switching between a plurality of light paths, and a method of measuring by moving the spectral radiance acquisition unit 10 (or the light acquisition unit 11) using a stage.
光取得部11は精錬炉の開口部2で発生する燃焼火炎の発光を取得できる位置に配置されていればよい。また光取得部11に集光レンズを用いて測定範囲を明確化することにより、分光輝度の取得精度を向上することができる。 The light acquisition unit 11 only needs to be positioned in a position where it can acquire the light emitted by the combustion flame generated at the opening 2 of the refining furnace. In addition, by using a focusing lens in the light acquisition unit 11 to clarify the measurement range, the accuracy of acquiring the spectral radiance can be improved.
分光輝度取得部10は精錬炉1の開口部2で発生する燃焼火炎から注目波長における輻射スペクトルの分光輝度を取得するものであり、通常、これらの情報を含む分光スペクトルを取得する。そして、分光輝度取得部10は分光輝度情報を演算部20に送信する。取得する分光スペクトルの波長範囲は、例えば350nm~1000nmである。 The spectral radiance acquisition unit 10 acquires the spectral radiance of the radiation spectrum at a wavelength of interest from the combustion flame generated at the opening 2 of the refining furnace 1, and typically acquires a spectral spectrum that includes this information. The spectral radiance acquisition unit 10 then transmits the spectral radiance information to the calculation unit 20. The wavelength range of the acquired spectral spectrum is, for example, 350 nm to 1000 nm.
ここで、注目波長における輻射スペクトルについて説明する。燃焼火炎の発光から得られる分光スペクトルには輻射スペクトルや分子発光スペクトル、原子発光スペクトル等が含まれている。このうち、輻射スペクトルを含み、かつ、分子発光スペクトル及び原子発光スペクトルを含まない波長を選定する。例えば、輻射スペクトルのみを含む波長を選定する。このように選定された波長が注目波長である。例えば、FeOの生成及び消失に起因する分子発光スペクトル580nm~620nmや、Naの原子発光スペクトル589nm、Kの原子発光スペクトル767nm~770nmは、注目波長として好ましくない。ただし、分光器の波長分解能が高ければ上記領域でも分子発光や原子発光の影響を除外することも可能である。 Here, the radiation spectrum at the wavelength of interest will be explained. The spectroscopic spectrum obtained from the emission of a combustion flame includes the radiation spectrum, molecular emission spectrum, atomic emission spectrum, etc. Among these, a wavelength that includes the radiation spectrum but does not include the molecular emission spectrum or atomic emission spectrum is selected. For example, a wavelength that includes only the radiation spectrum is selected. The wavelength selected in this way is the wavelength of interest. For example, the molecular emission spectrum of 580 nm to 620 nm caused by the production and disappearance of FeO, the atomic emission spectrum of 589 nm of Na, and the atomic emission spectrum of 767 nm to 770 nm of K are not preferable wavelengths of interest. However, if the wavelength resolution of the spectrometer is high, it is possible to eliminate the effects of molecular emission and atomic emission even in the above ranges.
また、分光輝度取得部10において設定される光路の選定について説明する。原則として、精錬炉1の開口部2で発生する燃焼火炎を含み、かつ、長さの異なる光路であれば、何れの光路を選定してもよい。しかし、選定した光路の光路長にほとんど差がない場合、後述する分光放射率比率が1に近い値となり、それから算出されるダスト発生速度は精度が低くなる虞がある。また、転炉炉口の燃焼火炎中において、ダスト濃度(空間中に占める体積比率)は全体に均一とは考え難いことを考慮する必要がある。単純に考えれば、炉口の中心に近づくほどダストは高濃度、縁に近づくほどダストは低濃度であることが予想される。そこで、選定する光路としては、光路の延長線上に精錬炉1のランス3が含まれる光路(実効光路長:炉径の1/2)と、光路の延長線上に精錬炉1のランス3が含まれない光路とを選定することが好ましい。より好ましくは、光路の延長線上に精錬炉1のランス3が含まれる光路と、該光路をわずかにずらし、光路の延長線上に精錬炉1のランス3が含まれないが、ランス3に近接する光路(実効光路長:炉径~0.8×炉径、好ましくは実効光路長:炉径~0.9×炉径、より好ましくは実効光路長:炉径)と、を選定することである。これにより、光路差を有しつつ、ダスト濃度が実質的に同じ個所を測定することができる。 The selection of the optical path set in the spectral brightness acquisition unit 10 will be described below. In principle, any optical path may be selected as long as it includes the combustion flame generated at the opening 2 of the refining furnace 1 and has a different length. However, if there is almost no difference in the optical path length of the selected optical path, the spectral emissivity ratio described later will be close to 1, and the dust generation rate calculated from it may be less accurate. In addition, it is necessary to consider that the dust concentration (volume ratio in the space) in the combustion flame of the converter furnace mouth is unlikely to be uniform throughout. Simply put, it is expected that the dust concentration is higher closer to the center of the furnace mouth and lower closer to the edge. Therefore, it is preferable to select an optical path that includes the lance 3 of the refining furnace 1 on the extension line of the optical path (effective optical path length: 1/2 of the furnace diameter) and an optical path that does not include the lance 3 of the refining furnace 1 on the extension line of the optical path. More preferably, an optical path that includes the lance 3 of the refining furnace 1 on the extension line of the optical path and an optical path that is slightly shifted from the optical path and does not include the lance 3 of the refining furnace 1 on the extension line of the optical path but is close to the lance 3 (effective optical path length: furnace diameter to 0.8 x furnace diameter, preferably effective optical path length: furnace diameter to 0.9 x furnace diameter, more preferably effective optical path length: furnace diameter) are selected. This makes it possible to measure locations with substantially the same dust concentration while having an optical path difference.
なお、本開示において、分光輝度取得部10は図1の形態に限定されない。例えば、バンドパスフィルター等の光学素子を用いて特定の波長の分光輝度を取得することができる光センサーを用いてもよい。 In this disclosure, the spectral luminance acquisition unit 10 is not limited to the form shown in FIG. 1. For example, a light sensor that can acquire the spectral luminance of a specific wavelength using an optical element such as a bandpass filter may be used.
演算部20は分光輝度取得部10から送信された注目波長の分光輝度に基づいて、精錬炉の操業において発生するダストの発生速度を推定するものである。演算部20は、CPU、RAM、ROM、所定のインターフェース等を備える、公知のコンピュータである。 The calculation unit 20 estimates the dust generation rate generated during the operation of the refining furnace based on the spectral luminance of the wavelength of interest transmitted from the spectral luminance acquisition unit 10. The calculation unit 20 is a known computer equipped with a CPU, RAM, ROM, a specified interface, etc.
演算部20は、分光輝度取得部10が分光輝度を取得した時における燃焼火炎の温度を光路ごとに推定する燃焼火炎温度推定部と、推定された燃焼火炎の温度における注目波長の黒体輻射輝度を光路ごとに算出する黒体輻射輝度演算部と、分光輝度測定部により取得された分光輝度及び黒体輻射輝度演算部により算出された黒体輻射輝度の比率から分光放射率を光路ごとに算出する分光放射率演算部と、算出された分光放射率のうち2つを選択し、これらの比率である分光放射率比率を算出する分光放射率比率演算部と、予め求めておいた分光放射率比率とダスト発生速度との関係式に基づいて、ダストの発生速度を推定するダスト発生速度推定部と、を備える。 The calculation unit 20 includes a combustion flame temperature estimation unit that estimates the temperature of the combustion flame for each optical path when the spectral radiance acquisition unit 10 acquires the spectral radiance, a blackbody radiation radiance calculation unit that calculates the blackbody radiance of the wavelength of interest at the estimated combustion flame temperature for each optical path, a spectral emissivity calculation unit that calculates the spectral emissivity for each optical path from the ratio of the spectral radiance acquired by the spectral radiance measurement unit and the blackbody radiance calculated by the blackbody radiation radiance calculation unit, a spectral emissivity ratio calculation unit that selects two of the calculated spectral emissivities and calculates the spectral emissivity ratio, which is the ratio between them, and a dust generation speed estimation unit that estimates the dust generation speed based on a relational equation between the spectral emissivity ratio and the dust generation speed that has been obtained in advance.
燃焼火炎温度推定部は、分光輝度取得部10が分光輝度を取得した時における燃焼火炎の温度を光路ごとに推定するである。光路ごとに燃焼火炎の温度を推定する理由は、燃焼火炎温度(輻射温度)は空間的にばらつくためである。分光輝度取得部10が分光スペクトルを得ている場合、その分光スペクトルから二色温度計の原理を用いて燃焼火炎の温度を推定することができる。また、別途、放射温度計を用いて燃焼火炎の温度を測定してもよい。この場合、分光輝度取得部10が分光輝度を取得した時と同時に燃焼火炎の温度を測定する必要がある。同時とは、完全に同時でなくてもよい。例えば誤差1秒以内であれば許容される。好ましくは分光スペクトルから二色温度計の原理を用いて燃焼火炎の温度を推定することである。 The combustion flame temperature estimation unit estimates the temperature of the combustion flame for each optical path when the spectral luminance acquisition unit 10 acquires the spectral luminance. The reason for estimating the temperature of the combustion flame for each optical path is that the combustion flame temperature (radiation temperature) varies spatially. When the spectral luminance acquisition unit 10 acquires a spectral spectrum, the temperature of the combustion flame can be estimated from the spectral spectrum using the principle of a two-color thermometer. The temperature of the combustion flame may also be measured separately using a radiation thermometer. In this case, it is necessary to measure the temperature of the combustion flame simultaneously with the time when the spectral luminance acquisition unit 10 acquires the spectral luminance. Simultaneous does not have to be completely simultaneous. For example, an error of within 1 second is acceptable. Preferably, the temperature of the combustion flame is estimated from the spectral spectrum using the principle of a two-color thermometer.
黒体輻射輝度演算部は、推定された燃焼火炎の温度における注目波長の黒体輻射輝度を光路ごとに算出するものである。注目波長の黒体輻射輝度はPlanckの法則を用いることにより算出することができる。 The blackbody radiation luminance calculation unit calculates the blackbody radiation luminance of the wavelength of interest at the estimated combustion flame temperature for each optical path. The blackbody radiation luminance of the wavelength of interest can be calculated using Planck's law.
分光放射率演算部は、分光輝度測定部により取得された分光輝度(M0)及び黒体輻射輝度演算部により算出された黒体輻射輝度(MB)の比率から分光放射率(M0/MB)を光路ごとに算出するものである。 The spectral emissivity calculation unit calculates the spectral emissivity (M 0 /M B ) for each optical path from the ratio between the spectral radiance (M 0 ) acquired by the spectral radiance measurement unit and the blackbody radiance (M B ) calculated by the blackbody radiance calculation unit.
ここで、「分光放射率」とは、分光放射率の絶対的な値及び分光放射率に比例する値の両方を包含する概念である。分光放射率に比例する値を用いたとしても、ダストの発生速度の評価に与える影響が少ないからである。分光放射率に比例する値とは、分光放射率の絶対的な値と測定系に依存する所定の係数との積である。具体的には、注目波長における「黒体輻射の分光輝度」の温度依存係数(相対値)の理論式をPlanckの法則に従って計算し、その理論式に「測定した輻射温度(燃焼火炎温度)」を代入することで得られた温度依存係数で「測定で得られた分光輝度」を割れば、分光放射率に比例する値を取得できる。ただし、測定系に依存する係数を予め黒体炉を用いて求め、分光放射率の絶対的な値を得ることにより、評価精度が向上する。例えば、予め装置100と同一の構成の装置を用いて、標準黒体炉における減衰率等を求めておくことにより、分光放射率の絶対的な値を得ることができる。 Here, the term "spectral emissivity" is a concept that includes both the absolute value of the spectral emissivity and a value proportional to the spectral emissivity. This is because using a value proportional to the spectral emissivity has little effect on the evaluation of the dust generation rate. The value proportional to the spectral emissivity is the product of the absolute value of the spectral emissivity and a predetermined coefficient that depends on the measurement system. Specifically, the theoretical formula of the temperature-dependent coefficient (relative value) of the "spectral luminance of blackbody radiation" at the wavelength of interest is calculated according to Planck's law, and the "spectral luminance obtained by measurement" is divided by the temperature-dependent coefficient obtained by substituting the "measured radiation temperature (combustion flame temperature)" into the theoretical formula, thereby obtaining a value proportional to the spectral emissivity. However, the evaluation accuracy is improved by obtaining the coefficient that depends on the measurement system in advance using a blackbody furnace and obtaining the absolute value of the spectral emissivity. For example, the absolute value of the spectral emissivity can be obtained by previously obtaining the attenuation rate in a standard blackbody furnace using an apparatus with the same configuration as the apparatus 100.
分光放射率比率演算部は、算出された分光放射率のうち2つを選択し、これらの比率である分光放射率比率を算出するものである。 The spectral emissivity ratio calculation unit selects two of the calculated spectral emissivities and calculates the spectral emissivity ratio, which is the ratio between them.
ダスト発生速度推定部は、予め求めておいた分光放射率比率とダスト発生速度との関係式に基づいて、ダストの発生速度を推定するものである。 The dust generation speed estimation unit estimates the dust generation speed based on a relational expression between the spectral emissivity ratio and the dust generation speed that has been calculated in advance.
分光放射率演算部により算出された分光放射率は、集光範囲内の平均の分光放射率である。分光放射率は、分光輝度取得部10により注目波長の分光輝度を取得した際における集光範囲内に占める発光体(ダスト)の量を示すものであり、ダスト量が多ければ分光放射率が大きくなり、ダスト量が小さければ分光放射率は小さくなる。光路長が長ければ集光範囲内に占める発光体の量が増えるため分光放射率は大きくなる一方、光路長が短ければ分光放射率は小さくなる関係があり、前後のダスト同士の重なりが無視できる場合、光路長と測定される分光放射率は比例する。一方で、空間に占めるダストの体積割合が大きくなると、ダスト同士の重なりが無視できなくなり、測定される分光放射率とダスト発生速度は比例しなくなる。このように、比例関係からの外れ度合い、すなわち非線形性の大きさは、ダストの体積割合に相関する。 The spectral emissivity calculated by the spectral emissivity calculation unit is the average spectral emissivity within the light collection range. The spectral emissivity indicates the amount of luminous body (dust) occupying the light collection range when the spectral luminance of the wavelength of interest is acquired by the spectral brightness acquisition unit 10. If the amount of dust is large, the spectral emissivity increases, and if the amount of dust is small, the spectral emissivity decreases. If the optical path length is long, the amount of luminous body occupying the light collection range increases, so the spectral emissivity increases, while if the optical path length is short, the spectral emissivity decreases. If the overlap between dust particles in front and behind can be ignored, the optical path length and the measured spectral emissivity are proportional. On the other hand, if the volume ratio of dust particles in the space increases, the overlap between dust particles cannot be ignored, and the measured spectral emissivity and the dust generation speed are no longer proportional. In this way, the degree of deviation from the proportional relationship, that is, the magnitude of nonlinearity, correlates with the volume ratio of dust.
ダスト同士の重なりが無視できるかは、集光範囲の奥行(光路長)にも依存する。奥行が長く、集光範囲に存在するダスト量が多いほど、ダスト同士の重なりの影響は強くなるためである。そこで、装置100では、集光範囲の奥行が異なる複数個所の分光輝度を測定し、奥行の比と比較することで、ダスト同士の重なりの影響の大きさを測定可能である。そして、2つの光路に基づく分光放射率比率を算出し、これからダスト発生速度を推定している。このように、ダスト同士の重なりに基づくダスト発生速度の非線形性を用いて、分光放射率比率を算出している。これにより上記した(A)ダストを構成する粒子の種類や表面の状態が及ぼす分光放射率への影響や、(B)光路(集光部~炉口)上に浮遊するダストや水蒸気の影響を排除するものである。また、(C)光学系の補正因子(レンズの透過率や光ファイバー特性)による影響も排除することできる。 Whether dust particles can be ignored depends on the depth (optical path length) of the focusing range. This is because the longer the depth and the greater the amount of dust particles in the focusing range, the stronger the influence of dust particles overlapping. Therefore, in the device 100, the spectral luminance is measured at multiple points in the focusing range with different depths, and the effect of dust particles overlapping can be measured by comparing the depth ratio. Then, the spectral emissivity ratio based on the two optical paths is calculated, and the dust generation rate is estimated from this. In this way, the spectral emissivity ratio is calculated using the nonlinearity of the dust generation rate based on the dust particles overlapping. This eliminates the above-mentioned (A) influence on the spectral emissivity of the type of particles that make up the dust and the surface condition, and (B) the influence of dust and water vapor floating on the optical path (from the focusing part to the furnace mouth). In addition, it is also possible to eliminate the influence of (C) the correction factors of the optical system (lens transmittance and optical fiber characteristics).
複数の類似した光路を選択すると、上記した(A)ダストを構成する粒子の種類や表面の状態が及ぼす分光放射率への影響や、(B)光路(集光部~炉口)上に浮遊するダストや水蒸気の影響は各光路で等しいとみなせるため、比をとることで(A)、(B)の因子を排除することができる。さらに、分光輝度取得部10、光取得部11に用いる機器構成を同一とすることで(C)の因子を排除することができ、これにより、測定系の詳細な補正が不要となる。また、分光輝度取得部10、光取得部11を同一の機器構成としなくても、既知の光学特性を持つ機器を組み合わせて構成すれば、測定系の詳細な補正が不要となる。 When multiple similar optical paths are selected, the above-mentioned (A) effects on the spectral emissivity of the type of particles constituting the dust and the surface condition, and (B) effects of dust and water vapor floating on the optical path (from the focusing unit to the furnace opening) can be considered to be equal for each optical path, so factors (A) and (B) can be eliminated by taking the ratio. Furthermore, by using the same equipment configuration for the spectral radiance acquisition unit 10 and the light acquisition unit 11, factor (C) can be eliminated, making detailed corrections to the measurement system unnecessary. Furthermore, even if the spectral radiance acquisition unit 10 and the light acquisition unit 11 do not have to be of the same equipment configuration, detailed corrections to the measurement system can be eliminated by configuring them by combining equipment with known optical properties.
上記した通り、分光放射率比率からダスト発生速度を推定する際、予め求めておいた分光放射率比率とダスト発生速度との関係式を用いる。このような実験式(関係式)は、実験的に又はシミュレーションにより求めることができる。例えば、分光放射率比率と精錬炉1の炉径・炉口付近のガス通過速度とを変数とした実験式を用いてもよい。ガス通過速度は上吹き・底吹き送酸量に基づくガス発生速度(ガス発生量)と同等であるため、当該実験式においてガス発生速度を変数として用いてもよい。 As described above, when estimating the dust generation rate from the spectral emissivity ratio, a relational equation between the spectral emissivity ratio and the dust generation rate that has been determined in advance is used. Such an empirical equation (relational equation) can be determined experimentally or by simulation. For example, an empirical equation may be used in which the spectral emissivity ratio and the gas passage rate near the furnace diameter and the furnace mouth of the refining furnace 1 are variables. Since the gas passage rate is equivalent to the gas generation rate (gas generation amount) based on the amount of oxygen blown from the top and bottom, the gas generation rate may be used as a variable in the empirical equation.
一方で、ダスト発生速度が低く空間中のダスト濃度が小さい領域では、分光放射率は光路長の長さのみに比例するため、ダストの空間濃度を求めることはできない。また、空間中のダスト濃度が大きすぎると、集光範囲全体にダストが存在する形となって飽和してしまう(均一な面発光とほぼ同等になる)。そのため、光路ごとの分光放射率の比率はほぼ1となり変化しなくなる。このように、本開示の手法は中間的なダスト濃度領域に有効なものである。 On the other hand, in areas where the dust generation rate is low and the dust concentration in space is small, the spectral emissivity is proportional only to the optical path length, so the spatial concentration of dust cannot be determined. Furthermore, if the dust concentration in space is too high, dust will be present throughout the entire light collection range, resulting in saturation (almost equivalent to uniform surface emission). As a result, the ratio of the spectral emissivity for each optical path will be approximately 1 and will not change. In this way, the method disclosed herein is effective for areas of intermediate dust concentrations.
中間的なダスト濃度領域は、炉の大きさ、送酸条件を含む各種吹錬条件のみならず、ダストの性状、粒子径分布等にも依存するため、操作可能な条件のみで決定できず、炉ごとに固有の値になると考えられる。そのため、中間的なダスト濃度領域を特定することは困難であり、実際に測定して実験式を作る必要がある。本発明者らは、少なくとも炉径が0.5m以上6.5m以下の範囲であり、かつダスト濃度が1g/m3以上200g/m3以下の領域で本開示の手法が有効であることを知見した。 The intermediate dust concentration range depends not only on the size of the furnace and various blowing conditions including the oxygen supply conditions, but also on the dust properties, particle size distribution, etc., and is therefore considered to be unique to each furnace and cannot be determined only by the operable conditions. Therefore, it is difficult to specify the intermediate dust concentration range, and it is necessary to actually measure and create an empirical formula. The inventors have found that the method of the present disclosure is effective at least in the range of furnace diameters of 0.5 m to 6.5 m and dust concentrations of 1 g/ m3 to 200 g/ m3 .
ここで、分光放射率比率の範囲について説明する。分光放射率比率に用いた2つの分光放射率に係るそれぞれの光路を光路A、光路Bとし、光路の長い方を光路Aとしたとき、分光放射率比率は光路A、Bの長さの比率(B/A)~1未満の範囲となる。好ましくは1未満であって、B/A~B/A+(1-B/A)×0.9の範囲である。当該範囲内に含まれる分光放射率比率に基づいてダスト発生速度を推定することにより、精度よくダスト発生速度を推定することができる。 The range of the spectral emissivity ratio will now be explained. When the optical paths associated with the two spectral emissivities used in the spectral emissivity ratio are optical path A and optical path B, and the longer optical path is optical path A, the spectral emissivity ratio falls within the range from the ratio of the lengths of optical paths A and B (B/A) to less than 1. It is preferably less than 1, and falls within the range of B/A to B/A + (1 - B/A) x 0.9. By estimating the dust generation rate based on the spectral emissivity ratio falling within this range, the dust generation rate can be estimated with high accuracy.
以上、一実施形態である装置100を用いて本開示のダスト発生速度推定装置について説明した。本開示のダスト発生速度推定装置は、燃焼火炎の所定の波長の分光輝度を取得し、その分光輝度に基づいてダスト発生速度を推定するものである。従って、従来のダスト発生速度推定手法とは異なり、常時稼働が可能な構成である。また、本開示のダスト発生速度推定装置は、精錬炉の開口部で発生する燃焼火炎の発光を取得できる位置に測定装置が配置されていればよいため設置位置の自由度が高く、操業者が容易にアクセスできる位置に設置可能である。本開示のダスト発生速度推定装置は、燃焼火炎の分光輝度を取得する部分(光取得部)のみをメンテナンスすればよく、取り外す必要もないため、メンテナンス負荷も小さい。例えば、光取得部付近のダストをエアダスター等で吹き飛ばす程度で良く、必要なメンテナンス頻度は約1回/日以下に低減できる。また、光取得部にダストが付着・堆積しないように工夫することで、例えば1回/月以下などさらなる頻度低減も可能である。従って、従来手法と比較して大幅にメンテナンス負荷を小さくすることができる。さらに、本開示のダスト発生速度推定装置は、注目波長における輻射スペクトルの分光輝度に基づく分光放射率を複数取得し、これらから分光放射率比率を算出している。本発明者らは、ガス発生速度が高い領域(中間的なダスト濃度領域)において、分光放射率比率とダスト発生速度との間には高い相関があることを見出している。従って、分光放射率比率を用いることにより、高い精度でダスト発生速度を推定することができる。以上、本開示のダスト発生速度推定装置によれば、常時稼働が可能であり、メンテナンス負荷が小さく、かつ、高い精度でダスト発生速度を推定することができる。 The dust generation rate estimation device of the present disclosure has been described above using the device 100, which is one embodiment. The dust generation rate estimation device of the present disclosure acquires the spectral luminance of a predetermined wavelength of the combustion flame and estimates the dust generation rate based on the spectral luminance. Therefore, unlike conventional dust generation rate estimation methods, it is configured to be able to operate continuously. In addition, the dust generation rate estimation device of the present disclosure has a high degree of freedom in terms of installation location, as long as the measurement device is placed in a position where the light emission of the combustion flame generated at the opening of the refining furnace can be acquired, and can be installed in a position that is easily accessible by the operator. The dust generation rate estimation device of the present disclosure only requires maintenance of the part that acquires the spectral luminance of the combustion flame (light acquisition part), and does not need to be removed, so the maintenance load is small. For example, it is sufficient to blow off the dust near the light acquisition part with an air duster, etc., and the required maintenance frequency can be reduced to about once per day or less. In addition, by devising a way to prevent dust from adhering to or accumulating on the light acquisition part, it is possible to further reduce the frequency, for example, to once per month or less. Therefore, the maintenance load can be significantly reduced compared to conventional methods. Furthermore, the dust generation rate estimation device of the present disclosure obtains multiple spectral emissivities based on the spectral luminance of the radiation spectrum at the wavelength of interest, and calculates the spectral emissivity ratio from these. The inventors have found that in regions where the gas generation rate is high (regions of intermediate dust concentration), there is a high correlation between the spectral emissivity ratio and the dust generation rate. Therefore, by using the spectral emissivity ratio, the dust generation rate can be estimated with high accuracy. As described above, the dust generation rate estimation device of the present disclosure can operate continuously, has a small maintenance load, and can estimate the dust generation rate with high accuracy.
[精錬炉]
本開示の精錬炉は、本開示のダスト発生速度推定装置により推定されたダスト発生速度に基づいて精錬炉の制御を行うものである。精錬炉とは溶鉄を精錬する炉であり、例えば、転炉である。精錬炉の制御とは、例えばダスト発生速度を低減するように精錬炉の制御を行うことである。具体的な手段としては、例えば精錬炉のランスの高さを変更することや、上吹き・底吹き送酸量を変更すること、副原料の投入タイミングや投入速度を変更すること等を挙げることができる。本開示の精錬炉によれば、ダスト発生量を低減することが可能である。
[Refining furnace]
The refining furnace of the present disclosure controls the refining furnace based on the dust generation rate estimated by the dust generation rate estimation device of the present disclosure. The refining furnace is a furnace for refining molten iron, such as a converter. The control of the refining furnace means, for example, controlling the refining furnace so as to reduce the dust generation rate. Specific means include, for example, changing the height of the lance of the refining furnace, changing the amount of oxygen blown from the top and bottom, and changing the timing and rate of feeding auxiliary materials. The refining furnace of the present disclosure makes it possible to reduce the amount of dust generation.
[ダスト発生速度評価方法]
本開示のダスト発生速度推定方法は、精錬炉の操業において発生するダストの発生速度を推定する方法であって、精錬炉の開口部で発生する燃焼火炎を含み、かつ、長さの異なる光路を複数設定し、該光路における注目波長における輻射スペクトルの分光輝度を光路ごとに取得する分光輝度取得工程と、分光輝度取得工程において分光輝度を取得した時における燃焼火炎の温度を光路ごとに推定する燃焼火炎温度推定工程と、推定された燃焼火炎の温度における注目波長の黒体輻射輝度を光路ごとに算出する黒体輻射輝度演算工程と、分光輝度測定工程において取得された分光輝度及び黒体輻射輝度演算工程において算出された黒体輻射輝度の比率から分光放射率を光路ごとに算出する分光放射率演算工程と、算出された分光放射率のうち2つを選択し、これらの比率である分光放射率比率を算出する分光放射率比率演算工程と、予め求めておいた分光放射率比率とダスト発生速度との関係式に基づいて、ダストの発生速度を推定するダスト発生速度推定工程と、を備える。本開示のダスト発生速度推定方法の内容は、本開示のダスト発生速度推定装置において説明したため、ここでは説明を省略する。
[Dust generation rate evaluation method]
The dust generation rate estimation method disclosed herein is a method for estimating the generation rate of dust generated during the operation of a refining furnace, and includes a spectral radiance acquisition process for setting a plurality of light paths of different lengths, including a combustion flame generated at an opening of the refining furnace, and acquiring, for each light path, the spectral radiance of a radiation spectrum at a wavelength of interest in the light path; a combustion flame temperature estimation process for estimating, for each light path, the temperature of the combustion flame when the spectral radiance was acquired in the spectral radiance acquisition process; a blackbody radiance calculation process for calculating, for each light path, the blackbody radiance at the wavelength of interest at the estimated combustion flame temperature; a spectral emissivity calculation process for calculating, for each light path, a spectral emissivity from the ratio of the spectral radiance acquired in the spectral radiance measurement process and the blackbody radiance calculated in the blackbody radiance calculation process; a spectral emissivity ratio calculation process for selecting two of the calculated spectral emissivities and calculating a spectral emissivity ratio, which is the ratio between the spectral emissivity ratio and the dust generation rate; and a dust generation rate estimation process for estimating the dust generation rate based on a relational equation between the spectral emissivity ratio and the dust generation rate that has been determined in advance. The details of the dust generation rate estimation method of the present disclosure have been explained in the dust generation rate estimation device of the present disclosure, so explanation thereof will be omitted here.
[精錬炉の制御方法]
本開示の精錬炉の制御方法は、本開示のダスト発生速度推定方法により推定されたダスト発生速度に基づいて精錬炉の制御を行うものである。本開示の精錬炉の制御方法の内容は、本開示の精錬炉において説明したため、ここでは説明を省略する。
[Method of controlling a refining furnace]
The refining furnace control method of the present disclosure controls the refining furnace based on the dust generation rate estimated by the dust generation rate estimation method of the present disclosure. The contents of the refining furnace control method of the present disclosure have been described in the refining furnace of the present disclosure, so description thereof will be omitted here.
以下、本開示について、実施例を用いてさらに説明する。 The present disclosure will be further explained below using examples.
[実施例1]
2t規模の小型転炉を用いてダスト発生速度を推定した。光路は(1)~(3)の光路を用いた(図2参照)。
(1)光路の延長線上にランスが含まれないが、ランスに近接する光路(実効光路長:炉径)
(2)光路の延長線上にランスが含まれる光路(実効光路長:炉径の1/2)
(3)光路の延長線上にランスが含まれない光路(実効光路長:炉径の1/4)
なお、(1)の実効光路長は厳密には炉径と同じ長さではないが、計算を簡易にするために炉径と同じ長さであるとみなしている。
[Example 1]
The dust generation rate was estimated using a small 2-ton converter. The light paths (1) to (3) were used (see Figure 2).
(1) The lance is not included in the extension of the optical path, but the optical path is close to the lance (effective optical path length: furnace diameter)
(2) An optical path including the lance on the extension line of the optical path (effective optical path length: 1/2 of the furnace diameter)
(3) An optical path that does not include the lance on the extension line of the optical path (effective optical path length: 1/4 of the furnace diameter)
Although the effective optical path length in (1) is not exactly the same as the furnace diameter, it is considered to be the same as the furnace diameter to simplify the calculation.
ここで、分光輝度取得部にはすべて同一の光学系(集光レンズ等)を用いた。また、分光輝度取得部は、注目波長700nmの分光輝度を取得した。燃焼火炎の温度は波長700nmと900nmの輝度比に基づく二色温度計の原理を用いて推定した。そして、算出した分光輝度と黒体輻射輝度の比率から、光路ごとに分光放射率を算出し、分光放射率比率(2)/(1)、(3)/(1)を算出した。さらに、転炉の排ガスを一定時間間隔でサンプリングしてフィルターに通してダストを採取した。 Here, the same optical system (collecting lens, etc.) was used for all the spectral radiance acquisition sections. The spectral radiance acquisition section also acquired the spectral radiance at the wavelength of interest of 700 nm. The temperature of the combustion flame was estimated using the principle of a two-color thermometer based on the radiance ratio of wavelengths of 700 nm and 900 nm. The spectral emissivity was then calculated for each optical path from the ratio of the calculated spectral radiance to the blackbody radiation radiance, and the spectral emissivity ratios (2)/(1) and (3)/(1) were calculated. Furthermore, the converter exhaust gas was sampled at regular intervals and passed through a filter to collect dust.
図3に分光放射率比率と単位時間当たりのフィルター採取量との関係を示した。同図において、○印は分光放射率比率(2)/(1)、×印は分光放射率比率(3)/(1)を表わす。また、図4に、分光放射率比率(2)/(1)から推定した単位時間当たりのフィルター採取量と、実際の単位時間当たりのフィルター採取量との関係を示した。ここで、分光放射率比率から単位時間当たりのフィルター採取量への換算は図3の近似直線の式を用いた。 Figure 3 shows the relationship between the spectral emissivity ratio and the amount of filters collected per unit time. In the figure, circles represent the spectral emissivity ratio (2)/(1), and crosses represent the spectral emissivity ratio (3)/(1). Figure 4 shows the relationship between the amount of filters collected per unit time estimated from the spectral emissivity ratio (2)/(1) and the actual amount of filters collected per unit time. Here, the conversion from the spectral emissivity ratio to the amount of filters collected per unit time was made using the equation for the approximate straight line in Figure 3.
図3より、分光放射率比率とフィルター採取量との間には、いずれも強い相関があることが確認できた。また、図4より、分光放射率比率から推定したフィルター採取量と、実際のフィルター採取量との間にも強い相関があることが確認できた。単位時間当たりのフィルター採取量はダスト発生速度に相関するものである。従って、本開示によれば、高い精度でダスト発生速度を推定可能であることが分かった。 Figure 3 confirms that there is a strong correlation between the spectral emissivity ratio and the filter collection amount. Also, Figure 4 confirms that there is a strong correlation between the filter collection amount estimated from the spectral emissivity ratio and the actual filter collection amount. The filter collection amount per unit time correlates with the dust generation rate. Therefore, it has been found that the present disclosure makes it possible to estimate the dust generation rate with high accuracy.
[実施例2]
300t規模の転炉を用いてダスト発生速度を評価し、その評価に基づいて転炉の操業を制御した。光路は上記の(1)、(2)を用いた。ここで、分光輝度取得部にはすべて同一の光学系(集光レンズ等)を用いた。また、分光輝度取得部は、注目波長700nmの分光輝度を取得した。燃焼火炎の温度は波長700nmと900nmの輝度比に基づく二色温度計の原理を用いて推定した。そして、算出した分光輝度と黒体輻射輝度の比率から、光路ごとに分光放射率を算出し、分光放射率比率(2)/(1)を算出した。実測ダスト発生速度(インデックス値)は、集塵水から採取されたダスト量から算出した。
[Example 2]
The dust generation rate was evaluated using a 300 ton converter, and the operation of the converter was controlled based on the evaluation. The optical paths (1) and (2) were used. Here, the same optical system (condenser lens, etc.) was used for all the spectral radiance acquisition units. The spectral radiance acquisition unit acquired the spectral radiance at the wavelength of interest of 700 nm. The temperature of the combustion flame was estimated using the principle of a two-color thermometer based on the radiance ratio of wavelengths of 700 nm and 900 nm. Then, the spectral emissivity was calculated for each optical path from the ratio of the calculated spectral radiance to the blackbody radiation radiance, and the spectral emissivity ratio (2)/(1) was calculated. The actual dust generation rate (index value) was calculated from the amount of dust collected from the dust collection water.
ここで、集塵水から採取されたダスト量とは、集塵水を所定間隔でサンプリングした際の「サンプリングした集塵水中に含まれるダスト重量とサンプリング水量の比」である。このようなダスト量は、例えば「JIS K 0102 14.1 懸濁物質」を改良した濾過分析により取得することができる。通常、上記の「JIS K 0102 14.1 懸濁物質」では適量を濾過機に注ぎ入れるものであるが、幅広い粒径分布を持つダストでは代表性が得られないため、採取したサンプルを全量濾過して、ダスト量を得ている。 The amount of dust collected from the dust collection water is the ratio of the weight of dust contained in the sampled dust collection water to the amount of sampled water when the dust collection water is sampled at a specified interval. This amount of dust can be obtained, for example, by a filtration analysis that improves on "JIS K 0102 14.1 Suspended solids." Normally, in the above-mentioned "JIS K 0102 14.1 Suspended solids," an appropriate amount is poured into a filter, but since representativeness cannot be obtained for dust with a wide particle size distribution, the entire sample collected is filtered to obtain the dust amount.
図5に、分光放射率比率及び実測ダスト発生速度(インデックス値)と経過時間との関係を示した。ここで、図5の2分の時点で、ダスト発生速度を低減するように、転炉の操業(ランス高さ及び送酸速度)を制御した。 Figure 5 shows the relationship between the spectral emissivity ratio and the measured dust generation rate (index value) and the elapsed time. Here, at the 2 minute point in Figure 5, the converter operation (lance height and oxygen flow rate) was controlled to reduce the dust generation rate.
図5より、分光放射率比率の経時変化を観察しながら、操縦者が転炉の操業を制御することにより、ダスト発生速度を低減することができることが確認できた。 Figure 5 confirms that the dust generation rate can be reduced by the operator controlling the operation of the converter while observing the change over time in the spectral emissivity ratio.
1 精錬炉
2 開口部
3 ランス
10 分光輝度取得部
11 光取得部
12 分光器
20 演算部
100 ダスト発生速度評価装置
Reference Signs List 1 Refining furnace 2 Opening 3 Lance 10 Spectral radiance acquisition unit 11 Light acquisition unit 12 Spectrometer 20 Calculation unit 100 Dust generation rate evaluation device
Claims (6)
前記精錬炉の開口部で発生する燃焼火炎を含み、かつ、長さの異なる光路を複数設定し、前記光路における注目波長における輻射スペクトルの分光輝度を前記光路ごとに取得する分光輝度取得部と、
前記分光輝度取得部が前記分光輝度を取得した時における前記燃焼火炎の温度を前記光路ごとに推定する燃焼火炎温度推定部と、
推定された前記燃焼火炎の温度における前記注目波長の黒体輻射輝度を前記光路ごとに算出する黒体輻射輝度演算部と、
前記分光輝度取得部により取得された分光輝度及び前記黒体輻射輝度演算部により算出された黒体輻射輝度の比率から分光放射率を前記光路ごとに算出する分光放射率演算部と、
算出された分光放射率のうち2つを選択し、これらの比率である分光放射率比率を算出する分光放射率比率演算部と、
予め求めておいた分光放射率比率とダスト発生速度との関係式に基づいて、前記ダストの発生速度を推定するダスト発生速度推定部と、
を備える、ダスト発生速度推定装置。 An apparatus for estimating the generation rate of dust generated during the operation of a refining furnace,
A spectral radiance acquisition unit that includes a combustion flame generated at an opening of the refining furnace, sets a plurality of optical paths having different lengths, and acquires the spectral radiance of a radiation spectrum at a wavelength of interest in each of the optical paths;
a combustion flame temperature estimation unit that estimates a temperature of the combustion flame for each optical path when the spectral radiance acquisition unit acquires the spectral radiance;
a blackbody radiation luminance calculation unit that calculates a blackbody radiation luminance of the wavelength of interest at the estimated temperature of the combustion flame for each optical path;
a spectral emissivity calculation unit that calculates a spectral emissivity for each of the optical paths from a ratio of the spectral radiance acquired by the spectral radiance acquisition unit and the blackbody radiance calculated by the blackbody radiance calculation unit;
a spectral emissivity ratio calculation unit that selects two of the calculated spectral emissivities and calculates a spectral emissivity ratio, which is a ratio between the two;
a dust generation rate estimation unit that estimates the dust generation rate based on a relational expression between a spectral emissivity ratio and a dust generation rate that has been obtained in advance;
A dust generation rate estimation device comprising:
前記精錬炉の開口部で発生する燃焼火炎を含み、かつ、長さの異なる光路を複数設定し、該光路における注目波長における輻射スペクトルの分光輝度を前記光路ごとに取得する分光輝度取得工程と、
前記分光輝度取得工程において前記分光輝度を取得した時における前記燃焼火炎の温度を前記光路ごとに推定する燃焼火炎温度推定工程と、
推定された前記燃焼火炎の温度における前記注目波長の黒体輻射輝度を前記光路ごとに算出する黒体輻射輝度演算工程と、
前記分光輝度取得工程において取得された分光輝度及び前記黒体輻射輝度演算工程において算出された黒体輻射輝度の比率から分光放射率を前記光路ごとに算出する分光放射率演算工程と、
算出された分光放射率のうち2つを選択し、これらの比率である分光放射率比率を算出する分光放射率比率演算工程と、
予め求めておいた分光放射率比率とダスト発生速度との関係式に基づいて、前記ダストの発生速度を推定するダスト発生速度推定工程と、
を備える、ダスト発生速度推定方法。 A method for estimating the dust generation rate generated in the operation of a smelting furnace, comprising:
A spectral radiance acquisition step of setting a plurality of optical paths having different lengths, including a combustion flame generated at an opening of the refining furnace, and acquiring the spectral radiance of the radiation spectrum at a wavelength of interest in each of the optical paths;
a combustion flame temperature estimating step of estimating a temperature of the combustion flame for each optical path at the time when the spectral radiance is acquired in the spectral radiance acquiring step;
a blackbody radiation luminance calculation step of calculating a blackbody radiation luminance of the wavelength of interest at the estimated temperature of the combustion flame for each optical path;
a spectral emissivity calculation step of calculating a spectral emissivity for each of the optical paths from a ratio of the spectral radiance acquired in the spectral radiance acquisition step and the blackbody radiance calculated in the blackbody radiance calculation step;
a spectral emissivity ratio calculation step of selecting two of the calculated spectral emissivities and calculating a spectral emissivity ratio, which is a ratio between the two;
a dust generation rate estimation step of estimating the dust generation rate based on a relational expression between a spectral emissivity ratio and a dust generation rate that has been obtained in advance;
A dust generation rate estimation method comprising:
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