JPS6246604B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉炉況を安定維持するための高炉炉
況の検出方法に関するものである。

従来、炉況を安定維持する高炉操業方法とし
て、炉頂ガスのCO、CO₂濃度を検知し、炉全体
のガス利用率ηCO＝CO₂／（CO＋CO₂）を算出
すると共に、炉内装入原料直上又は炉内の装入原
料層の上部で炉径方向のCO、CO₂濃度分布を検
知し、炉径方向のガス利用率ηCO＝CO／（CO
＋CO₂）分布を算出し、上記炉頂ガスのガス利用
率が最大となる炉径方向ガス利用率分布を定め、
そのガス利用率分布になる様にOre／Coke（以
下Ｏ／Ｃとする。）分布を調整する高炉操業方法
がある。

しかしながら、この従来法では炉況を安定維持
することができなかつた。この原因は、従来法に
おいて炉頂又は炉内上層部で検知するガス分布
は、炉内の総反応の結果であり、炉高方向のどの
レベルでどのような反応が起きているかは検知で
きない点にある。

即ち従来法は、炉高方向の炉内状況を検知でき
ず、炉況と関係の深い炉高方向の炉内状況を把握
せずに操業していることにある。

本発明者等は、第４，５図に示す垂直パイプ４
の下端内部に温度計例えばシース型熱電対５を設
けた垂直ゾンデ６を、第１及び第２図に示す如
く、高炉炉頂部鉄皮１を、貫通して設けた垂直ゾ
ンデガイドパイプ２の上端部の炉頂ガス遮断弁９
上の垂直ゾンデ昇降案内装置３でガイドして、昇
降可能に配設して、ゾンデ６の下端をストツクラ
イン（以下SLという）７下２ｍ付近まで装入し
て、炉内原料８とともに自然降下せしめて、熱電
対５が融着帯上面レベルの温度を検知すると降下
を停止せしめ、かつ上記自然降下過程の熱電対５
の検出温度を記録することを繰り返し実施した。
なお検出温度の記録は、第４図図示の熱電対５に
電気的に接続されたターミナル１５を介して、電
気信号を記録したものである。

また下端が融着帯上面レベルに達した垂直ゾン
テ６は、そのまま高炉１０の休風時まで吊り保持
して、休風時に高炉櫓１１に設けたウインチ１２
で、下端をゾンテ６のフツク１３にかけたワイヤ
ー１４を巻き上げて、炉内から抽出する。抽出さ
れたゾンデ６の熱電対５が破損し、又はこの熱電
対５とターミナル１５との接続線（図示せず）が
断線しているので、次の測定時は新品のゾンデ６
を使用して行なつた。即ち、炉壁部炉高方向のガ
ス温度分布及び融着帯上面レベルの検知を間欠的
に実施した。

なお第４図において、１６はパージ用不活性ガ
ス吹込管、１７はサンプリング用ガス吸引管、第
４，５図において、１８はパイプ４下端に設けた
パイプ４内への原料の侵入防止材である。

更に第３図は、第２図の昇降案内装置３の詳細
構造を示す断面図であり、１９は上、下両端にフ
ランジ２０，２０を有する単管で、２１及び２２
は、単管１９内に装入したリング状パツキン及び
カラーであり、２３は上端にフランジ２４を有す
る単管で、単管２３を単管１９内へ装入して、単
管１９の上部フランジ２０とフランジ２４とをボ
ルトナツト２５で連結して、パツキン２１及びカ
ラー２２を固定している。なお第４図図示のゾン
デのストツパー２６は、上記ボルトナツト２５と
当接し、ゾンデの下降を機械的にストツプせしめ
るものである。

第６図は、前述の第１〜５図に示す垂直ゾンデ
装置による炉半径方向炉壁部の炉高方向ガス温度
分布の測定結果を例示したものであり、図中の２
７，２８，２９は異なる日時のガス温度分布を示
す。上記ガス温度分布２７，２８，２９は、SL
下22、20、19ｍ位置が融着帯上面レベルであるこ
とを示す。

本発明者等は、上記炉壁部融着帯上面レベル及
び炉壁部炉高方向のガス温度分布の検知を、間欠
的に繰り返し行なう過程において、炉壁部におけ
る炉高方向の炉内状況並びに融着帯上面レベル
と、炉況との関係について鋭意検討を重ねた結
果、次のことを知見した。

(1) 炉半径方向炉壁部、詳しくは炉芯を相対半径
０とした場合、相対半径0.85〜0.95の範囲の炉
高方向ガス流線に沿つた炉高方向のガス温度分
布から検知でき、しかも炉内ガス温度ｔが500
℃ｔ≦800℃で、かつガス流れ方向における
単位距離dh当りのガス温度変化量dt、即ちガ
ス温度変化率 ｄｔ／ｄｈが、ｄｔ／ｄｈ≒０、又はｄｔ／ｄｈ＞０
、（ｄｔ／ｄｈ≧−20℃） である炉高方向長さで定義する低温保存帯長さ
が、高炉操業条件（原料装入条件及び送風条
件）が一定でも、検知不可能な外乱により変化
すると共に、上記保存帯長さが高炉操業の安
定、詳しくはスリツプ、ドロツプ回数、風圧変
動、銑中〔Si〕％変動と極めて関係が深く、前
記の如く、本発明者等が行なつてきた垂直ゾン
デによるガス温度分布にもとづく低温保存帯長
さの間欠的検知では、適正長に低温保存帯長さ
を制御する制御遅れが生じて、棚、スリツプの
発生、溶銑品質の変動等の炉況不調を解消でき
ず、炉況を安定維持して高炉操業するために
は、常時連続して低温保存帯長さを検知する必
要があること。

(2) 低温保存帯長さは、炉壁部炉高方向特定位
置、即ち炉芯を相対半径０とするとき、相対半
径0.85〜0.95の範囲のSL下７〜９ｍ位置のガス
温度と強相関があり、その位置のガス温度を連
続測定すれば、低温保存帯長さを連続的に検知
できること。

(3) 低温保存帯長さは、原料装入条件（Ｏ／Ｃ分
布）の調整（操作）により調節できること。

(4) 相対半径0.85〜0.95の範囲の融着帯上面レベ
ルは、高炉の安定詳しくは銑中〔Si〕％絶対レ
ベルと関係が深く、上記レベルが、SL下18〜
20ｍ位置で、上記銑中〔Si〕％絶対レベルが低
位安定する。上記融着帯上面レベルは、同一の
高炉操業条件では、銑中〔Si〕％を目標値に維
持するために、原料装入条件（Ｏ／Ｃ分布）の
操作を必要とする程には変化せず、同一操業条
件下でのコークス及び又は鉱石類の水分変動に
もとづく銑中〔Si〕％の目標値からの変動は、
送風条件（送風湿分、送風温度）の操作で目標
銑中〔Si〕％にすることができる。また原料装
入条件を変更して、融着帯上面レベルが変動す
るまでに２〜３日の時間遅れがある。

(5) 上記(1)〜(4)から、炉壁部融着帯レベルの検知
は、原料装入条件（Ｏ／Ｃ分布）が変更された
とき、例えば低温保存帯長さを、炉況を安定維
持する適正長に制御するために、原料装入条件
を操作したとき、詳しくはその操作から２〜３
日後に検知すれば、銑中〔Si〕％レベルを目標
値に制御するための融着帯上面レベル制御が可
能であること。また、原料装入条件変更時以外
には、銑中〔Si〕％が目標値より高い時（送風
条件で修正できる偏作があるとき）に、融着帯
レベルを検知すれば、銑中〔Si〕％を目標値に
維持しかつ、融着帯上面レベルを適正レベルに
修正できること。

本発明は、上記(1)〜(4)の知見にもとづき、炉況
を安定維持して、かつ高品質（低Si％）の溶銑を
得るための垂直ゾンデによる高炉炉況の検出方法
を提供するものである。

以下本発明について詳細に説明する。

はじめに垂直ゾンデによる低温保存帯長さの検
知方法、詳しくは垂直ゾンデによる炉壁部SL7〜
９ｍ位置の検出ガス温度によつて、低温保存帯長
さが検知できる点について説明する。

第１〜５図図示の垂直ゾンデ装置によつて検出
した第６図の炉壁部炉高方向の炉内ガス温度分布
から、低温保存帯長さは次の様にして検知でき
る。(1)横軸がガス温度、縦軸がストツクライン
（SL）下距離の第６図のガス温度分布２７，２
８，２９を、例えば第７図下段に示す如く、横軸
がガス流れ方向距離ｈ〔ｍ〕で、縦軸がガス温度
ｔ〔℃〕で、かつガス温度ｔが、500℃≦ｔ≦800
℃の領域のガス温度分布図とする。(2)次いで第７
図下段の500℃≦ｔ≦800℃のガス温度分布２７，
２８，２９から、第７図上段に示す如く、ガス流
れ方向のガス温度変化率ｄｔ／ｄｈ〔℃／ｍ〕に変換す る。(3)次いでガス温度変化率ｄｔ／ｄｈ〔℃／ｍ〕が
、 ｄｔ／ｄｈ≒０又はｄｔ／ｄｈ＞０で、詳しくはｄｔ／
ｄｈ≧−20〔℃／ ｍ〕であるガス流れ方向距離の総計を低温保存帯
長さとする。例えば第６，７図に示すガス温度分
布２７，２８，２９では、各々低温保存帯長さ
は、６、３、１〔ｍ〕となつている。

そして本発明者等は、数多くの垂直ゾンデによ
る前記の測定結果から、第８図に例示する様に、
低温保存帯長さと炉高方向特定位置、即ち炉壁部
SL下７〜９ｍ位置のガス温度とが強相関を示す
ことを見い出した。

この特定位置の決定は次の様に行なつたもので
ある。第１〜５図図示の垂直ゾンデ装置により、
第６図の如き炉壁部炉高方向のガス温度分布を求
めると共に、この温度分布にもとづいて、前記手
段で低温保存長さを求めて、低温保存帯内の特定
点のガス温度と低温保存帯長さとの相関を、特定
点をパラメーターとして求めて、最も相関の高い
特定点を選定した。

なお第８図は、炉壁部ストツクライン下８ｍ部
のガス温度と、低温保存帯長さとの間には、強相
関があることを示すものであるが、炉壁部SL下
７〜９ｍ部のガス温度が、低温保存帯長さと強相
関を示すことも確認した。

従つて低温保存帯長さは、垂直ゾンデの温度計
が、ストツクライン下７〜９ｍ位置にあるよう
に、垂直ゾンデを位置せしめて、この温度計の検
出ガス温度を連続的に検知することにより、上記
SL下７〜９ｍ部のガス温度と、低温保存帯長さ
との相関図又は相関式を用いて、低温保存帯長さ
を連続的に検知できるものである。

次に、低温保存帯長さと炉況との関係について
説明する。

第９，１０図は、第８図図示の如く低温保存帯
長さと強相関を示すSL下8m部のガス温度と風圧
変動、銑中〔Si〕変動の関係を示す。第９，１０
図は、炉壁部炉高方向SL下８ｍ部のガス温度が
低下して、第８図に示す如く低温保存帯長さが長
くなると、炉上部での間接還元が進まないため、
炉下部へ未還元鉱石が多量に降下して、風圧変
動、溶銑品質変動を増大させることを示してい
る。

上記低温保存帯長さと炉況変動との関係は、炉
内装入物分布の変動によつて、次の様に説明する
ことができる。即ち、高炉の半径方向全体又は特
定位置のＯ／Ｃを変化させると、半径方向全体又
は特定位置の熱流比が変化して、炉高方向の温度
分布が変化する。熱流比が低い場合は、低温保存
帯長さは短いが、燃料比を低下させて半径方向全
体的にＯ／Ｃが上昇した場合、及び装入物分布調
整により、半径方向の特定位置のＯ／Ｃを上げた
場合には、Ｏ／Ｃが上つた置の熱流比が上昇す
る。

この結果シヤフト上部のガス温度が低下して、
低温保存帯長さが長くなる。低温保存帯では、間
接還元はほとんど起らないため、低温保存率が長
いと、鉱石の還元が進まないままシヤフト下部へ
達する。シヤフト下部における鉱石の還元は大部
分直接還元であるから、この場合は直接還元量が
増大する。

以上の様に、意図的に或は外乱により、半径方
向全体又は特定位置のＯ／Ｃが上つた場合には、
半径方向全体又は特定位置において、低温保存帯
が長くなつてシヤフト下部では直接還元が増大す
る。

直接還元は吸熱反応のため、大量に発生すると
炉下部の保有熱が減少し、融着体の肥大化、溶
銑、溶滓の流動性悪化など、高炉操業に好ましく
ない現象が生じ、棚、スリツプ等の荷下り変動、
溶銑品質変動を増大させる。例えば第１１図は、
低温保存帯長さとドロツプとスリツプの発生回数
との関係を示したものである。

以上述べたことから明らかな様に、低温保存帯
長さの検知を連続しておこなえば、即ち垂直ゾン
デを、ゾンデの温度計がストツクライン下７〜９
ｍ位置あるように位置せしめて、この位置のガス
温度を連続的に検知し、このガス温度と低温保存
帯長さとの相関関係にもとづいて、低温保存帯長
さを連続検知すれば、原料装入条件（Ｏ／Ｃ分
布）調節による低温保存帯長さの制御をタイムラ
グなく行なうことができ、高炉炉況を安定維持す
ることができる。

そこで本発明では、ゾンデの温度計がストツク
ライン下７〜９ｍ位置にあるように垂直ゾンデを
位置せしめて、この温度計の検出ガス温度にもと
づいて、低温保存帯長さを連続的に検知するもの
である。

次に、垂直ゾンデにより検知できる炉壁部融着
帯上面レベルと炉況、即ち溶銑中〔Si〕％絶対レ
ベルとの関係について説明する。

第１２図は、前記第１〜５図図示の垂直ゾンデ
装置を用いて、炉高方向温度分布で、温度が900
℃〜1100℃の領域で、温度が急激に上昇するSL
下特定位置として検知したところの融着帯上面レ
ベルと、溶銑中〔Si〕％と関係を示したものであ
る。なお第１２図縦軸の銑中〔Si〕％は、融着帯
上面レベル測定前後２日間、即ち４日平均値を示
す。

この第１２図から明らかなように、炉壁部、融
着帯上面レベルは、銑中〔Si〕％の絶対レベルと
関係が深く、上記レベルがSL下18〜20ｍ位置に
あるとき、上記銑中〔Si〕％の絶対レベルが低位
安定する。又、本発明者等の調査結果によると、
融着帯上面レベルは、同一高炉操業条件下では、
銑中〔Si〕％を目標値に維持するために、原料装
入条件（Ｏ／Ｃ分布）の操作を必要とする程には
変化せず、同一操業条件下でのコークス及び又は
鉱石類の水分変動にもとづく銑中〔Si〕％の目標
値からの変動は、送風条件（送風湿分、送風温
度）の操作で吸収できる。また原料装入条件
（Ｏ／Ｃ分布）を変更して、融着帯上面レベルが
変動するまでに２〜３日のタイムラグがある。

従つて炉況の安定維持のために、原料装入条件
の変更によるＯ／Ｃ分布調節後、２〜３日後に、
融着帯上面レベルを検知すれば、即ち低温保存帯
長さを検知しているゾンデを、炉内装入原料とと
もに自然降下せしめて、この降下過程の温度計の
検出ガス温度にもとづいて、炉壁部融着帯上面レ
ベルを検知すれば、融着帯レベル検知直前の低温
保存帯長さは検知されているから、例えば融着帯
上面レベルが上方にある場合で、かつ低温保存帯
長さが適正範囲内で短い場合には、低温保存帯長
さを適正範囲で長くすると共に、銑中〔Si〕％レ
ベルを下げるために、融着帯上面レベルを下方に
下げる操作、即ち原料装入条件（Ｏ／Ｃ分布）変
更を行なうことができる。この結果、炉況を安定
維持しつつ、低〔Si〕レベルの溶銑を得ることが
できる。

そこで本発明では、原料装入条件変更時には、
ゾンデ内の温度計が、ストツクライン下７〜９ｍ
位置にあるゾンデを炉内装入原料とともに自然降
下せしめて、この降下過程の温度計の検出ガス温
度にもとづいて、炉壁部融着帯上面レベルを検知
するものである。

またその原料装入条件変更後の炉況、或は融着
帯上面レベル検知後で、装入条件を変更しない場
合の炉況（低温保存帯長さ）を、連続検知すると
共に、垂直ゾンデの寿命を延長するために本発明
では、融着帯上面レベル検知後、垂直ゾンデを引
き上げて、温度計をストツクライン下７〜９ｍ位
置に復帰せしめるものである。

以下本発明の垂直ゾンデによる高炉炉況の検出
方法を、第１〜５図図示の垂直ゾンデ装置例にも
とづき詳細に説明する。

第４，５図の垂直ゾンデ６を、第１図のワイヤ
ー１４で吊り保持し、ゾンデ下端を第３図図示の
昇降案内装置３に装入し、しかるのち第２図図示
の炉頂ガス遮断弁９を開き、ガイドパイプ２内を
降下せしめて、ゾンデ下端をSL７面上に位置せ
しめる。

次いでゾンデ下端をSL７面下１〜２ｍ附近ま
で装入する。そして炉内原料８とともに、垂直ゾ
ンデ６を自然降下せしめ、ゾンデ６の熱電対５が
SL下７〜９ｍの特定位置、例えば８ｍ位置に到
達すると、ワイヤー１４を緊張せしめて、ゾンデ
６をその位置に吊り保持する。

そしてゾンデ６のターミナル１５を介して、炉
内ガス温度に対応する熱電対５の出力信号、連続
測定記録すると共に、この検出ガス温度にもとづ
いて、低温保存帯長さを連続測定、記録する。

そして原料装入条件変更によるＯ／Ｃ分布調節
が行なわれると、その変更から２〜３日後に、ワ
イヤー１４の緊張を解除して、ゾンデ６を炉内原
料８とともに自然降下せしめて、その降下過程中
はゾンデ６のターミナル１５を介して、SL下８
ｍよりも下方の各位置の炉内ガス温度に対応する
熱電対５の出力信号を連続測定してチヤートに記
録して、900℃〜1100℃の温度域で、急激な温度
上昇が見られると、ワイヤー１４をウインチ１２
で巻き上げて、ゾンデ６をひきあげる。そしてゾ
ンデ６の熱電対５をSL下８ｍ位置に復帰せしめ
る。

ゾンデ６が上昇復帰すると、前記低温保存帯長
さの連続測定、記録を再開するものである。なお
炉壁部融着帯上面レベルの検知は、例えばガス温
度分布を記録したチヤートで、上記急激な温度上
昇が認められた時点までのゾンデ６（パイプ４）
の下降量にもとづいて、検知するものである。

以上詳述した様に、本発明は単一の垂直ゾンデ
で、即ち低コストで炉況と密接な関係を示す低温
保存帯長さを略連続的に検知することができると
共に、原料装入条件、溶銑品質と密接な関係を示
す融着帯上面レベルを、原料装入条件変更時に検
知することができるから、炉況を安定維持してか
つ高品質（低〔Si〕レベル）の溶銑を得る高炉操
業を行なう上で、極めて有用なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体説明図、第２図は第１図
の部分説明図、第３図は第１図の他の部分説明
図、第４図は高炉の垂直ゾンデ装置の説明図、第
５図は第４図の断面図、第６図は垂直ゾンデによ
る炉高方向ガス温度分布の測定結果例を示す図
表、第７図は炉高方向ガス温度分布の図表、第８
図はストツクライン下８ｍ部のガス温度と低温保
存帯長さとの相関関係図表、第９図はストツクラ
イン下８ｍ部のガス温度と風圧変動の図表、第１
０図は同しく溶中〔Si〕％変動との関係説明図
表、第１１図は低温保存帯長さをドロツプ・スリ
ツプ回数との関係説明図表、第１２図は炉壁部融
着帯上面レベルと銑中〔Si〕％との関係の説明図
表である。 １：高炉炉頂鉄皮、２：ガイドパイプ、３：垂
直ゾンデ昇降案内装置、４：垂直パイプ、５：熱
電対、６：垂直ゾンデ、７：ストツクライン
（SL）、８：炉内原料、９：炉頂ガス遮断弁、１
０：高炉、１１：高炉櫓、１２：ウインチ、１
３：フツク、１４：ワイヤー、１５：ターミナ
ル、１６：パージ用不活性ガス吹込管、１７：サ
ンプリング用ガス吸引管、１８：原料侵入防止
材、１９：単管、２０：フランジ、２１：リング
状パツキン、２２：カラー、２３：単管、２４：
フランジ、２５：ボルト・ナツト、２６：ストツ
パー、２７，２８，２９：炉高方向ガス温度分
布。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 垂直パイプの下端部内部に温度計を内接した
   垂直ゾンデを、高炉炉頂部鉄皮を貫通して、炉半
   径方向炉壁部炉内を昇降可能に配設し、通常上記
   ゾンデの温度計でストツクライン下７〜９ｍ位置
   のガス温度を検知して、炉壁部塊状帯の低温保存
   帯長さを連続的に検知すると共に、原料装入条件
   変更時には、上記ゾンデを炉内装入原料とともに
   自然降下せしめて、この降下過程の温度計の検出
   ガス温度にもとづいて炉壁部融着帯上面レベルを
   検知し、検知後、垂直ゾンデを引き上げて、温度
   計をストツクライン下７〜９ｍ位置に復帰せしめ
   て、上記低温保存帯長さを連続的に検知すること
   を特徴とする垂直ゾンデによる高炉炉況の検出方
   法。