JPS6041682B2 - 還元溶解炉内における熱レベル測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、還元溶解炉内における熱レベル測定方法及び
装置に関するものである。

一般に高炉、シャフト炉等の還元溶解炉は炉頂よりコー
クスおよび生鉱石、ペレット、焼結鉱等（以下鉱石と称
す）の酸化物を装入し、一方炉下部の羽口から熱風を送
風してコークスを燃焼させ、発生した高温の還元性炉内
ガス（以下炉内ガスと称す）によつて鉱石を還元し銑鉄
として溶解する装置である。

したがつて炉内に装入された鉱石は、炉内を降下するに
伴ない炉下部から上昇する高温の炉内ガスと接触し温度
が上昇すると共に還元され、さらに炉下部て高温の炉内
ガスと接触して溶融、滴下する過程をたどる。

かかる炉内での鉱石の変化過程は、その部分の鉱石温度
およびガス温度に密接に関連し、ほゞ次のようなΞつの
ゾーンを形成する。即ち第１図に示すように炉頂から装
入された装、入物が炉下部の羽口先で燃焼し消費される
コークスと、還元されて溶融滴下する鉱石の消耗速度の
大小にしたがつて順次炉内を降下する際、下部から上昇
してくる高温の炉内ガスと接触して比較的ゆるやかに温
度が上昇して装入物面より８〜９ｗＬフ付近でほゞ１０
０Ｏ゜Ｃに達する第１のゾーンおよび第１のゾーンより
下方で温度変化が非常に少なく、ほゞ恒温状態のまま装
入物面から１８〜１９ＴｒＬ付近まで続く第２のゾーン
、さらに第２のゾーンから急激に温度が上昇して還元さ
れた鉱石の溶解温度５１４０００Ｃ以上になる第３のゾ
ーンである。

一般に第１のゾーンを予熱ゾーン、第２のゾーンを恒温
ゾーン、第３のゾーンを溶融ゾーンと称している。】
−予熱ゾーンでは、鉱石、コークス等に含まれる水分が
蒸発すると共に主として次の還元反応が生じている。

また恒温ゾーンでは主に次の還元反応が生じている。

また溶融ゾーンでは鉱石の軟化、収縮、溶融、滴下現象
と同時に次の還元反応が生じている。

一般に炉内で鉱石が還元される割合は、予熱ゾーンで１
０〜２０％、恒温ゾーンで５０〜６０％、溶融ゾーンで
２５〜３５％であることが知られている。したがつて鉱
石が最も多く還元される恒温ゾーンがどのレベルにある
かを知ることが高炉、シャフト炉等の還元溶解炉の効率
を把握する上で重要なポイントになつている。従来、か
かる恒温ゾーンの測定は、炉頂部より温度計を内蔵した
垂直型ゾンデを炉内に挿入することで行なつていた。

しかしながら従来の方法では、炉高方向での温度分布を
間けつ的に把握するにとどまつていた。

即ち、第２図に示したように従来法による炉内の温度測
定は測定毎に温度分布が異なつており、従つて炉内の温
度分布を確実に把握するためには、測定頻度を増加させ
なければならないという問題があつた。しかも第２図か
ら明かなように、予熱ゾーンから恒温ゾーンに変化する
境界点（第１図、第２図に示すＲ点、以後Ｒ点と称す）
の位！置、および温度がその時々の操業状況の変化に伴
なつて大きく変動しており、単に垂直ゾンデを炉内の定
点に固定して連続的に測温するだけではＲ点や恒温ゾー
ンの温度の変化を把握することは困難であつた。
ｃ本発明はこのような従来
法の問題点を解消して、Ｒ点の位置を正確に測定し、Ｒ
点の変位及び恒温ゾーンの温度を連続して測定する方法
および装置を提供するものであつて、（１）先端部に温
度検出端を複数個段設したゾンデ４を還元溶解炉の上方
から炉内装入物中へ挿入し、前記複数個の温度検出端で
炉内温度を測定すると共に温度検出端間の温度差に基づ
きゾンデの昇降を行つてゾンデ先端部を炉内における予
熱ゾーンと恒温ゾーンの境界点に位置せしめ、ゾンデの
昇降量からゾンデ先端部の位置を検出して炉内における
予熱ゾーンと恒温ゾーンの境界点の位置を測定すること
を特徴とする還元溶解炉内における熱レベル測定方法及
び（２）先端部に温度検出端を有し還元溶解炉の上方か
ら炉内の装入物中へ挿入して炉内の温度を測定する昇降
可能なゾンデにおいて、ゾンデ先端部に０．１〜３．０
ｍの範囲内て定めた間隔をおいて複数個段設した温度検
出端と、これらの温度検出端から得られる測定値の差と
予め定めた設定値とを比較してゾンデの昇降指令を発す
る制御装置と、ゾンデの昇降量からゾンデ先端部位置を
検知する検知装置と、前記測温値及びゾンデ先端部位置
を表示する表示装置とからなる還元溶解炉内における熱
レベル測定装置を要旨とするものである。

以下図面に基つき本発明を説明する。

第３図は本発明の実施例を示す高炉の断面図である。

本発明は、第３図に示すように高炉１の炉頂部から炉内
の装入物２中へ垂直に挿入し、内蔵させた温度計により
炉内の装入物２の温度を測定するこれ自体は、例えば特
公昭４７−４３７２１号公報に開示されているゾンデ４
を用い、炉内における恒温ゾーンが炉内高さ方向で温度
の変化が少なく、かつ長く続いて存在していることに着
目してなされたものであり、ゾンデ４の先端部に複数個
の温度検出端をＸ，Ｙ，Ｚのように所定の間隔１をおい
て段設し、それぞれの温度検出端Ｘ，Ｙ，Ｚで検出した
測温値を制御装置１６へ入力してここで後述するロジッ
クでそれぞれの測温値の差と設定値を比較し、その結果
に基づいて制御装置１６からの指令によりモーター１２
を駆動してワイヤードラム１３を正転、又は逆転させワ
イヤーローブ１１により吊設したゾンデ４の昇降を行い
、ゾンデ４の先端部を炉内の予熱ゾーンと恒温ゾーンの
境界点Ｒに位置させて、この境界点Ｒの位置を正確に測
定し、恒温ゾーンの温度はもとより前記境界点Ｒの経時
変位を連続的に測定せんとするものである。

本発明に係る温度検出端Ｘ，Ｙ，Ｚは熱電対であつてよ
く、熱電対で検出した測温値はゾンデ４の内部を経て該
ゾンデ４の上部から導線１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃにより
炉外へ取出し熱電温度変換器１５を介し測温信号を制御
装置１６へ送る。

図中７はガスシール装置、６はゾンデ切断検知器、５は
バルブ、３はベル、９はゾンデ吊設金具、１０はワイヤ
ーシープを示す。次に本発明に係る制御装置１６の機能
を第４図を参照して説明する。

制御装置１６内には予め設定温度ｂとＴｍを与えておく
。

設定温度ωは恒温ゾーン内における温度のバラツキの上
限値として１０〜５０おＣの範囲内で設定した値、Ｔｍ
は溶融ゾーンの開始点であり、１１００〜１２０００Ｃ
の範囲内で設定しておくのが望ましい。ゾンデ４の先端
部がＲ点より上方にあつてゾンデ４を炉内へ降下する場
合は、モーター１２を逆回転させてワイヤーローブ１１
を緩める。

この状態でゾンデ４は炉内の装入物の降下と共に炉内へ
垂直に挿入されるので、ワイヤードラム１３の回転数及
ひ回転角度を検知装置１４で検知し炉頂装入物表面から
ゾンデ４先端部までの間の距離を求め、その値を制御装
置１６を介して表示装置１８へ送りここで連続的に記録
する。一方、ゾンデ４の先端部に段設した測度検出端Ｘ
，Ｙ，Ｚから得られる測温値Ｔｘ，ｔｙ，ｔｚは制御装
置１６内で温度差Ｔｘ−Ｔｙ（５ｔｙ−Ｔｚを以下のよ
うに設定値ｂと比較し、（１），（２）式を共に満足す
る楊合に、ゾンデ４の先端部が温度変化の大きな予熱ゾ
ーンにあることを示すのでゾンデ４の降下を継続する。

測温値Ｔｘと温度差汲−Ｔｙ，ｔｙ−Ｔｚは制御器１６
から表示装置１８へ送り連続的に記録する。ゾンデ４の
降下により、 となつた場合は、温度検出端Ｘが恒温ゾーンに入り温度
検出端Ｚは予熱ゾーンにあることを示すので、この場合
は中間点のＹの位置に前記Ｒ点があると判断し、モータ
ー１２の回転を停止しゾンデのの位置をこの状態に維持
し、温度検出端Ｘ，Ｙ，Ｚによる測温を継続しＲ点の監
視を継続する。

そして、炉内状況によりＲ点が下方へ移動した楊合には
、上記（１），（２）式を満足する状態となるので、ゾ
ンデ４を再び降下させ、前記（３），（２）式を同時に
満足する状態となつたとき垂直ゾンデをその位置で固定
する。この時のＲ点の位置及び恒温ゾーンの温度状は表
示装置１８で連続的に記録されている。また、Ｒ点が上
方へ移動したときは、２ｙレＢｉレν

Ｖ工１を共に満足する状態とな
り、温度検出端Ｘ，Ｙ共恒温ゾーンに入つたことを示す
ので、この場合はゾンデ４を上昇させ同様に前記（３）
，（４）式を共に満足する位置で固定すればよい。

本発明において、ゾンデの先端部が溶融ゾーンに達する
事態が生じるとゾンデ４が損傷する危険がある。

従つて、測温値■は設定値Ｔｍと常に比較し、欲〈Ｔｍ
の条件を満足していることを確認しながらゾンデの昇降
操作を行う必要があり、Ｔｘ≧Ｔｍとなつた際は、たＳ
゛ちにゾンデを上昇させなければならない。その他異常
時にもゾンデを上昇させる。本発明に係る温度検出端Ｘ
とＹ，Ｙ（５Ｚとの間隔１は０．１〜３．０７ＴＬ望ま
しくは０．３〜１．０７ＴＩ．の範囲内とするのが有効
である。

この範囲内では、ｌが小さい程精度よくＲ点の測定を行
うことができるが、０．１ｍ未満になるとゾソデの昇降
回数が大となつて実用的でなく、又３．０７ＴＬ．を超
えると測定精度の低下が著しくなる。１を０．３〜１．
０ｍの範囲内とすると作業性が良好で精度よくＲ点の測
定ができるので特に好ましい。

また、本発明に係る設定温度ｂは１０〜５０℃の範囲が
望ましいと説明したが、この温度は小さい程Ｒ点の測定
精度は向上するが１０゜Ｃ未満になると恒温ゾーン内に
おける温度のバラツキや測温値のバラツキの範囲に近づ
くので誤動作を惹起しやすく、又５０℃を超えるとＲ点
の測定精度が低下するので望ましくない。

本発明に係る表示装置１８はＲ点の位置、温度差、Ｒ点
の温度を記録するとして説明したが、オシロスコープに
表示させたり、前記条件式を満足）しない場合に、その
旨を表示させたり、あるいは警報を発するようにするこ
とも可能である。

以上は温度検出端を３個段設した場合について述べたも
のであるが、２個であつてもよい。即ち、Ｘ，Ｙの二つ
の温度検出端の場合は、のときゾンデを降下させ、 のときゾンデを上昇させてＲ点が温度検出端ＸとＹの間
にあるようにゾンデを昇降させることによりＲ点の測定
が可能である。

この場合ゾンデは常に上昇又は降下させていなければな
らないが、設定温度槓の中に更にその中心点を挟み狭い
範囲の設定温度範囲ちを別に設けこの設定温度範囲ｔ１
内にＲ点ぐ存在しているときはゾンデの昇降を行わない
ようにすると精度のよい測定が行えかつゾンデを常に移
動しなければならないという問題を解決できる。温度検
出端は４個以上段設してもそれに見合う効果は得られず
経済的ではない。

恒温ゾーンと溶融ゾーンとの境界点は、第２図に例示し
たとおり上下の位置変化は少ない。

従つて恒温ゾーンと溶融ゾーンとの境界点を固定点と考
えると、本発明方法により測定したＲ点の位置から恒温
ゾーンの広がりを求めることができる。また、本発明方
法によりＲ点を測定した後ゾンデ４を更に降下させて恒
温ゾーンと溶融ゾーンとの境界点の位置を測定すること
もできる。この場合ゾンデの先端部が設定温度Ｔｍにな
つた時、この位置を境界点としてもよいし、Ｔｍを低目
に設；定することによりゾンデ先端部の溶損を防止する
手段を構じた上で、前記温度差Ｔｌ，Ｔ２に基づき本発
明方法により求めてもよい。実施例 ゾンデの最先端に１個の温度検出端を設け、更３にこの
検出端から０．４７ＴＬ間隔で２個の温度検出端を設け
て、高炉の炉頂から炉内へこのゾンデを挿入しＲ点の位
置を測定した。

この時の設定値ｂは３０℃、Ｔｍは１１００℃とした。
測定結果を第５図に示す。
３第５図に示すように、チャートスター
ト時からＡ点までの間は温度検出端Ｘによる測温値Ｔｘ
とＹによる測温値Ｔｙとの差Ｔ１、及びＴｙと検出端Ｚ
による測温値Ｔｚとの差Ｔ２は共に３０℃未満であり、
Ｒ点は炉頂装入物表面から９．０Ｔｒ１．付近て安定し
ていたが、Ａ点でＴ１がＴＯレベルより高くなりしかも
ＴｘがＴｍより低いことからＲ点が低下したと判定し、
ゾンデを装入物の降下に合わせて降下させた。そしてＢ
点で再びＴ１がｂレベル以下となつてＲ点に到達したの
でゾンデの降下を停止し炉頂）装入物表面から約１１．
０ＴＬの位置て保持した。同様にＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆ点でそ
れぞれＴ１およびＴ２の温度変化によつてＲ点の変化を
検知し、この変化に応じてゾンデの降下、上昇をくり返
しながらＲ点を連続して測定し、Ｒ点と恒温ゾーンの温
度の経．時変化を精度よく測定できた。このように、本
発明によればＲ点の位置及び変位をきわめて正確にしか
も連続して測定することができ、このＲ点の変化から炉
内状況の変化を適確に把握でき、恒温ゾーンの温度及び
経時変化も測定できるので炉内の熱レベルが正確に測定
でき、高炉等還元溶解炉の操業管理上きわめて大きな効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は高炉内温度分布の説明図、第２図は従来法にお
ける高炉内温度分布測定例を示す図、第３図は本発明の
実施例を示す構成図、第４図は本発明方法を説明するフ
ローチャート、第５図は本発明の実施例を示す測定チャ
ートである。 １・・・・・・高炉、２・・・・・・装入物、４・・・
・・・ゾンデ、６・・・・ゾンデ切断検知器、７・・・
・・・ガスシール装置、９・・・・・吊設金具、１０・
・・・ワイヤーシーブ、１１・・ワイヤーローブ、１２
・・・・・・モーター、１３・・・・ワイヤードラム、
１４・・・・・・ゾンデ位置の検知装置、１５・・・・
・・熱電温度変換器、１６・・・・・・制御装置、１８
・・・・・・表示装置、Ｘ，Ｙ，Ｚ・・・・・・温度検
出端。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 先端部に温度検出端を複数個段設したゾンデを還元
   溶解炉の上方から炉内装入物中へ挿入し、前記複数個の
   温度検出端で炉内温度を測定すると共に温度検出端間の
   温度差に基づき、ゾンデの昇降を行つてゾンデ先端部を
   炉内における予熱ゾーンと恒温ゾーンの境界点に位置せ
   しめ、ゾンデの昇降量からゾンデ先端部の位置を検出し
   て、炉内における予熱ゾーンと恒温ゾーンの境界点の位
   置を測定することを特徴とする還元溶解炉内における熱
   レベル測定方法。 ２ 先端部に温度検出端を有し還元溶解炉の上方から炉
   内の装入物中へ挿入して炉内の温度を測定する昇降可能
   なゾンデにおいて、ゾンデ先端部に０．１〜３．０ｍの
   範囲内で定めた間隔をおいて複数個段設した温度検出端
   と、これらの温度検出端から得られる測定値の差と予め
   定めた設定値とを比較してゾンデの昇降指令を発する制
   御装置と、ゾンデの昇降量からゾンデ先端部位置を検知
   する検知装置と、前記測温値及びゾンデ先端部位置を表
   示する表示装置とからなる還元溶解炉内における熱レベ
   ル測定装置。