JPS6032682B2 - 高炉等の炉内状況測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉等の炉内状況測定方法に係り、具体的には
、高炉またはシャフト炉（以下、高炉等という）内の装
入物の温度、ガス圧力測定およびガスサンプル採取等の
炉内状況測定を行なうために、炉壁からほぼ水平に挿入
された水冷ランスを、炉内の滞留時間を所定値に制限す
るような移動速度で移動させつつ、炉内状況を測定する
方法に係る。

一般に、高炉等の炉内状況の測定には炉壁から略々水平
に水袷ランスを挿入し、このランスを介して頚。

温、圧力測定、ガス試料採取等を行っている。この場合
、炉内を降下する装入物の荷重によりランスは変形し易
く、これを防止するために、通常、外径２０仇吻以上の
大径のものが用いられているため、炉内の鉱石層とコー
クス層とから成る層状構造が乱され、高炉採集上に大き
な支障となつている。すなわち、ランスは水冷され、そ
の中の熱電対の応答遅れのために、通常炉内の半径方向
において４〜１０ケ所でランスを一時停止し、その各停
止部分において温度を測定し、かつガスサンプルを採取
する。

このため、１回の測定に５分以上の時間がかかり、しか
も、ランスが大径であることから、高炉操業上問題があ
る。更に詳しく説明すると、炉内に挿入するランスの外
径が大きいことは、その測定装置、つまり、ゾンデの製
作費が高くなるほか、以下の通りの悪影響を高炉操業に
与える。

一般に高炉には、その炉項から、鉱石とコークスを交互
に袋入し、炉内において鉱石層とコークス層とが交互に
積み重なった層状構造が形成される。

この層状構造は、鉱石層が軟化、融着する際に通気性が
悪化しても、炉内ガスがコークス層を通過することによ
り、高炉全体の通気性は悪化しないという利点を持って
いる。したがって、層状構造を維持し、層状構造を乱さ
ないことが、高炉操業上重要である。然るに、炉内に形
成される鉱石層とコークス層との夫々の厚さは、通常、
炉の半径方向でやや異なっているが、平均して、炉項に
菱入されたとき６０仇蚊〜８０仇吻程度である。

また、炉の断面積は下方に向って拡大しているため、各
層の厚さは炉内で菱入物が降下するにつれて減少し、炉
の断面積が最大となる炉腹部では、炉項部での約半分の
値、つまり、３００〜４０仇舷程度になる。また、一方
において菱入物の降下速度は炉頂部で１分間に約１０仇
肋程度であり、炉腹部では１分間に５仇奴程度であり、
上記の如くランスの炉内の滞在時間が長く、大径である
と、ランスの挿入によって炉内装入物の層状構造が著し
く乱される。例えば第１図は、内容積４５００あの高炉
で、袋入面から２．９机下にランスを挿入して炉内状況
を測定した場合に、炉内ガス温度の測定と、ガスサンプ
ルの採取とを行なった前後の炉頂ガス分析値の記録チャ
ートであり、第１図においてａはＮ２（％）、ｂはＣ０
２（％）、ｃはＣ○（％）を示す。

このチャートにおいて符号Ａで示すランスによる測定の
前後ではガス分析値が変化し、この事からも明らかな通
り、従来例によって測定すると、それにより高炉操業に
悪影響が与えられる。本発明は上記欠点の解決を目的と
し、具体的には、炉内に装入されたランスによって、炉
内の層構造の乱れを最４・限に止め、操業に悪影響を与
えないよう、炉内状況を測定する方法を提案する。

以下、本発明方法について詳しく説明する。まず、高炉
等の炉墜から略々水平にランスを挿入し、このランスは
炉内装入物層の厚さ、その下降速度等に関連させて、次
の‘１’ならびに【２ー式を満足させるよう移動させ、
この移動の闇に炉内温度や圧力測定、ガス試料の採集等
を行なう。０．５ｘＬ＞（ｄ十ｖ・ｔ） ……【
１）ｖ・ｔ＜０．１ ・・・・・
・（２）なお、上記【１｝式ならびに‘２｝式において
、Ｌｏ、ｄ、ｖ、ｔは次の通りである。

Ｌ：鉱石層、コークス層のうち薄い菱入物層の厚さ（ｍ
）ｄ：ランスの外径（ｍ） ｖ：炉内の装入物の降下速度（仇／秒） ｔ：ランスの滞在時間（秒） このように、炉内において滞在時間（ｔ）に制限される
移動速度のもとで継続的にランスを移動させ、この間に
炉内状況、つまり、棚温、ガス試料採集等を行なうと、
装入物の層状構造をみだすことなく測定でき、ランスの
外径（ｄ）も小さくすることができる。

一般に炉内の装入物層構造を乱さないためには、ランス
の外釜（ｄ）をできる限り小さく構成し、ランスが炉内
に滞留する時間（ｔ）を少なくすることが好ましい。

このランスの外径（ｄ）、炉内滞留時間（ｔ）、菱入物
の降下速度（ｖ）により、ランスの挿入により影響を受
ける層の厚さ（Ｌ）は、次の関係式で示される。Ｌ：ｄ
＋ｖ●ｔ たとえば、ｄ＝０．３肌、ｖ＝０．００１６７風／秒、
ｔ＝３０現砂とすると、Ｌ＝０．８肌が得られ、この値
を炉内の菱入物層の厚さと比較することにより、ランス
装入の影響が判断できる。

つまり、層の厚さ（Ｌ）が４・さくなれば、ランス挿入
が層横造に及ぼす影響は小さくなり、実質的に層構造に
及ぼす影響が操業上許容しうる範囲となり、とくに、こ
の厚さ（Ｌ）の大きさは、炉内の鉱石層またはコークス
層のうちの薄い厚さ（Ｌ）の１′２以下、更に、１′３
をとることにより、ほぼその影響をなくすことができて
好ましい。

然るに、この条件を満たすためには、まず、ランスの外
径（ｄ）を小さくする必要があるが、ランスの外径（ｄ
）を小さくすると、ランスの強度が低下し、ラソスは所
謂片特はりの如く炉墜近傍でその片側のみで支持される
ため、ランスに永久歪が発生するおそれがある。この点
が従来例のランスが大蓬である理由であり、大径に構成
するのは、菱入物の荷重を支持するに十分なランス強度
を得られるからである。この点につき、本発明者は、高
炉内の菱入物からランスにかかる荷重の性質に関して考
察を行ない、これに基づき、ランスが炉内に滞留する時
間を制限したところ、ランスにかかる荷重を大中に減少
させることができることがわかった。

例えば、第２図ａならびにｂは炉内における袋入物によ
ってランスの荷重状態を示す説明図で、とくに、第２図
ａは、炉内装入物７が静止した状態にあるときに、その
装入物７の中に炉壁６からランス３を挿入した状態を示
す。

この場合、ランス３は支点１ならびに２で炉外で支持さ
れ、所謂片特はりの状態にあって装入物中のランスには
その上下から下方、上向の等しい袋入物の荷重４，５か
ら成る等分布荷重が作用しているため、ランスにかかる
荷重は無視できるほど４・さく、この場合はランスの強
度を問題にすることはない。これに対し、第２図ｂは袋
入物７が速度（ｖ）で時間（ｔ）だけ移動したときのラ
ンスの状態を示し、このときは、菱入物７の降下によっ
てランス３には上向きの荷重５は減少するため、ランス
３には上方から下向き荷重４がかかり、上下の荷重４，
５のバランスが失なわれる。この場合、ランス７にかか
る荷重は袋入物７の移動量ｖ・ｔとランス３の垂直方向
の下向き移動量により決まる、すなわち、ランス３が装
入物７とともに下向きに移動すれば、その下向き荷重は
零でありランス３が移動せず、装入物７のみが下向きに
移動すると、ランス３には上方から下向き荷重４がかか
り、逆にランス３の下向き移動量が装入物の下向き移動
量より大きいとランス３には下方から上向きの荷重がか
かる。いま、袋入物７の移動量ｖ・ｔが少ない間を考え
ると、炉壁６に近い領域では、ランス３の移動量は支点
２により制限されるため４・さく、したがって、ランス
には下向きの荷重４がかかる。したがって、この下向き
荷重４により、ランス３は下方に曲げられるため、ラン
ス３の先端付近は、装入物７よりランス３の方が移動量
が増し、上向きの荷重５がかかる。またランス３が炉内
に滞留する時間（ｔ）が長くなると、下向き荷重４が増
加し、上向き荷重５が減少するため、ランス３全体にか
かる下向き荷重４が増加する。要するに、炉内において
ランス３にかかる下向きならびに上向きの荷重４，５は
、ランスの炉内滞留時間（ｔ）と、炉内での装入物降下
速度（ｖ）に依存し、両者の積（ｖ・ｔ）を小さくすれ
ば、ランスにかかる荷重を小さくでき、ランス３外径を
小さくしても測定できる。この知見を前提とし、本発明
者はランスのくり返しの使用可能な移動量（ｖ・ｔ）の
限界を実験により、求めたところ、０．１（仇）である
ことがわかった。また、以上｛１｝ならびに■で示す条
件を満足させて、ランス３を水平レベルに沿って移動さ
せて測定するには、通常、炉頂近傍での炉内滞留時間（
ｔ）は６０秒以内に制限するのが好ましく、このような
条件で精度良い温度等の測定を行なうためには、従来例
の如く熱電対式のものではなく、固体または液体からの
幅射光を利用しかつその応答速度が遠い光学式温度計等
を用いるのが好ましい。

すなわち、第３図は本発明方法を実施する測定装置の一
例の配置図であって、第３図において符号３はランス、
６は炉壁を示し、炉壁６のうちで、６ａは耐火物、６ｂ
はステーブ、６ｃはシェルであって、ランス３は駆動装
置８により水平方向に駆動される。

このランス３には仕切弁９ならびにフレキシブルジョイ
ト１０が設けられ、更にガスシール機構１１によって封
鎖されている。またランス３の構造の詳細は第４図に示
す通りであって、その中には冷却管１２が設けられ、こ
の冷却管１２の一端１２ａから冷却水は導入され、この
冷却水はランス先端３ａで折返して排水口１３から排出
され、この径路を通る冷却水によりランス３は冷却され
る。また炉内の温度は、炉内の装入物からの幅射光線を
ランス３に取付けた測定窓１４から受光し、その光線は
光学ファイバー１５を通じて例えば２色温度計１６に伝
達して測定する。また、炉内の圧力の測定ならびにガス
サンプルの採取は、ランスに取り付けた開口部１７を介
して行なって、その圧力やガス試料は導圧管１８を通し
て、それぞれ圧力測定装置１９ならびにガスサンプリン
グ装置２０に送って圧力測定や試料採集を行なう。なお
、上記のところでは一つの導圧管しか示されていないが
、圧力測定とガスサンプリングとを同時に行なう場合に
は更にもう一組開□部と導圧管を設けるのが好ましい。
また、上記の如くランスを移動させて測定する場合、そ
の移動方向を切換える以外は途中で止めることなくラン
スは連続的に移動させることが必要である。すなわち、
ランスを炉内において滞留する間に途中で停止させると
、装入物降下による荷重が静止摩擦によりランスに伝達
される場合に比べて著しく大きな荷重がランスに加えら
れることになる。この事は、ランスが炉内で相当長時間
停止したのちに移動を開始すると、その荷重は、ランス
の移動開始とともに瞬時に、移動開始前の半分以下にな
ることからもわかる。従って、ランスの運転は挿入から
ぬき出し‘こ切換える時、一時的に停止する以外は連続
的に行なうのが好ましく、連続的に移動させると、ラン
スにかかる荷重は低減でき、小径ランスであっても、十
分に測定を行なうことができる。以上詳しく説明した通
り、本発明方法は炉内装入物の下降速度と関連させてラ
ンスを移動して炉内状況を測定するものであって、本発
明方法によれば、炉内の装入物の層構造に操業上問題と
なるような乱れを起こすことなく、炉内の温度、圧力の
測定、ガスサンプリングが可能となる。

また、その測定装置は小型化でき、設備費も低下する。
なお、本発明方法は主として高炉に用いられるが、これ
以外にシャフト炉、キュポラなどにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高炉炉項ガスの各組成ガスの分析楢を測定した
場合のその変化状況を示すグラフ、第２図ａならびにｂ
は、炉内におけるランスに対する菱入物からの荷重の作
用状態の説明図、第３図は本発明を実施する測定装置の
一例の配置図、第４図は、そのランスの一部を断面で示
す正面図である。 符号１，２・・・・・・支点、３・・・・・・ランス、
４，５．．・・・・荷重、６・・・・・・炉壁、７・・
・・・・装入物、８・・・・・・駆動装置、９…・・・
仕切弁、１０・…・・フレキシブルジョイント、１１・
・・・・・ガスシール機構、１２・・・・・・冷却管、
１３…・・・排水口、１４・…・・測定窓、１５・・・
・・・光学ファイバー、１６…・・・２色温度計、１７
・・・…関口部、１８……導圧管、１９……圧力測定装
置、２０・・・・・・ガスサンプリング装置。 第１図第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高炉等の炉壁からその炉内装入物中に外径（ｄｍ）
   のランスをほぼ平行に挿入し、このランスを、炉内の滞
   留時間（ｔ秒）が６０秒以内でかつ（１）式ならびに（
   ２）式の条件を満足するよう、０．５Ｌ＿０＞（ｄ＋Ｖ
   ・ｔ）……（１）Ｖ・ｔ＜０．１……（２） ただし、Ｌ＿０は炉内に交互に形成される鉱石層、コ
   ークス層のうち薄い層の厚さ（ｍ）、 Ｖは炉内におけ
   る装入物の降下速度（ｍ／秒）継続的に往復動させ、そ
   の間に測温、ガス試料採取等の炉内状況を測定すること
   を特徴とする高炉等の炉内状況測定方法。