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JPS6361367B2 - - Google Patents
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JPS6361367B2 - - Google Patents

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JPS6361367B2
JPS6361367B2 JP21773485A JP21773485A JPS6361367B2 JP S6361367 B2 JPS6361367 B2 JP S6361367B2 JP 21773485 A JP21773485 A JP 21773485A JP 21773485 A JP21773485 A JP 21773485A JP S6361367 B2 JPS6361367 B2 JP S6361367B2
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cohesive zone
temperature
gas
blast furnace
distribution
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  • Blast Furnaces (AREA)
  • Manufacture Of Iron (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高炉により生産される銑鉄の品質な
らびに生産量の変動に伴う炉内状況の変化に対し
ても安定な軟化融着帯を形成し、円滑な高炉操業
を行うための融着帯位置の制御方法に関するもの
である。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention forms a stable softened cohesive zone even when conditions inside the furnace change due to fluctuations in the quality and production volume of pig iron produced in a blast furnace. The present invention also relates to a method for controlling the position of the cohesive zone for smooth blast furnace operation.

(従来の技術) 一般に高炉内に装入された鉄鉱石は還元を受け
ながら高温に達し、軟化収縮をはじめ、さらに降
下し、高温領域に入ると溶け落ちるが、この軟化
開始から溶け落ちるまでの半溶融状態の鉱石層の
一連の並びを融着帯と定義している。
(Prior art) Generally, iron ore charged in a blast furnace reaches a high temperature while undergoing reduction, begins to soften and shrink, then further descends and melts when it enters a high temperature region. A series of semi-molten ore layers is defined as a cohesive zone.

この融着帯は、ガスの流通抵抗が非常に高いた
めに、高炉全体からみて融着帯のある部分はガス
流れの抵抗部分と見做される。従つて半径方向か
ら見た融着帯の形状をどのように制御するかが高
炉の安定性、生産性に大きく作用する。
Since this cohesive zone has very high gas flow resistance, the part of the blast furnace where the cohesive zone is located is considered to be a part that resists gas flow. Therefore, how to control the shape of the cohesive zone viewed from the radial direction has a large effect on the stability and productivity of the blast furnace.

このように融着帯の形状を制御するためには、
その形状を知らなければならないが、直接観察す
ることは不可能である。そこで近年、高炉内にゾ
ンデを挿入し、得られた種々の測定データを用い
て融着帯の形状を推定することが試みられてい
る。例えば「鉄と鋼」67(1981)S69あるいは
「鉄と鋼」69(1983)S5には、TDR法あるいは
TDR溶融帯センサーと称する高炉内に挿入した
可撓性の電導性ケーブルに電圧パルスを送り、溶
融帯でケーブルが溶けたときに発生した反射波が
戻るまでのケーブルの長さから溶融体の位置を測
定する方法が示されている。また熱電対を挿入し
た可撓性の垂直ゾンデを炉の半径方向に数本同時
に挿入し、温度パターンを追跡して融着帯形状を
判定する方法もある。
In order to control the shape of the cohesive zone in this way,
Its shape must be known, but it is impossible to observe it directly. Therefore, in recent years, attempts have been made to insert a sonde into a blast furnace and estimate the shape of the cohesive zone using various measurement data obtained. For example, "Tetsu to Hagane" 67 (1981) S69 or "Tetsu to Hagane" 69 (1983) S5 includes the TDR method or
Voltage pulses are sent to a flexible conductive cable inserted into the blast furnace called the TDR molten zone sensor, and the position of the molten material is determined by the length of the cable until the reflected wave that is generated when the cable melts in the molten zone returns. A method for measuring is shown. Another method is to simultaneously insert several flexible vertical probes with thermocouples in the radial direction of the furnace and track the temperature pattern to determine the shape of the cohesive zone.

しかし高炉内はシヤフト部の傾斜の影響で上部
と下部とで装入物の降下速度が異なる。例えば炉
の上部では降下速度が7m/時であるものが炉腹
部では4m/時に低下する。従つて可撓性のケー
ブルを使用する上記のような場合、ケーブルは炉
上部で装入物に噛み込まれ、同一粒子とともに降
下するが、先端と噛み込み位置とでは降下速度が
異なるためにゾンデにたわみを生じ、先端の位置
の精度に問題を生じてしまう。
However, inside the blast furnace, the descending speed of the charge differs between the upper and lower parts due to the slope of the shaft. For example, the descending speed is 7 m/hour in the upper part of the furnace, but it decreases to 4 m/hour in the lower part of the furnace. Therefore, in the above case where a flexible cable is used, the cable is bitten by the charge at the top of the furnace and descends with the same particles, but since the falling speed is different between the tip and the biting position, the sonde This causes a problem with the accuracy of the tip position.

また「鉄と鋼」66(1980)S685には高炉のシヤ
フト部に水平に設置された上部と下部の2本のゾ
ンデのガス温度、ガス組成の情報を用いて融着帯
形状を推定するシステムが開示されている。この
方法は実測値と計算値の整合性をとりつつ固体温
度1050℃、ガス中のCO2が0の線を融着帯の上側
形状と定義して溶融帯形状の推定を行つている。
しかしこの方法は水平ゾンデの位置が実際の融着
帯よりもかなり上部の低温度領域にあるためにそ
の位置より大きく離れた下部の融着帯形状の推定
にはかなりの誤差を生じる可能性がある。
In addition, "Tetsu to Hagane" 66 (1980) S685 is a system that estimates the shape of the cohesive zone using information on the gas temperature and gas composition of two sondes, the upper and lower ones installed horizontally on the shaft of a blast furnace. is disclosed. This method estimates the shape of the molten zone by defining the line where the solid temperature is 1050°C and the CO 2 in the gas is 0 as the upper shape of the cohesive zone while maintaining consistency between the measured values and calculated values.
However, with this method, since the position of the horizontal sonde is located in a low-temperature region well above the actual cohesive zone, there is a possibility that a considerable error may occur in estimating the shape of the cohesive zone at the bottom, which is far away from that position. be.

また、これらのセンサーを用いた方法に共通す
る問題点は、融着帯の上側形状の推定は可能であ
るが、下側形状の推定が不可能あるいは正確に行
えないことである。
Furthermore, a common problem with the methods using these sensors is that although it is possible to estimate the upper shape of the cohesive zone, it is impossible or impossible to estimate the lower shape.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明は上記のような問題、すなわち融着帯の
位置、特に下側形状の推定が不可能あるいは不正
確になるという問題点を解決したものである。
(Problems to be Solved by the Invention) The present invention solves the above-mentioned problem, that is, it is impossible or inaccurate to estimate the position of the cohesive zone, especially the lower shape.

(問題点を解決するための手段) ところで、融着帯は、軟化開始温度Tmsと溶
け落ち温度Tmdとの間にある鉱石層であるが、
TmsとTmdは一定ではなく、鉱石の種類、そこ
に到達するまでの鉱石の還元率によつて異なる。
すなわち還元率が低い場合には低温で軟化し、低
温で溶け落ちることが明らかになつている。従つ
てゾンデによつて得られた温度情報だけから融着
帯の位置を決定することができず、還元状況を表
わすガス濃度の情報も考慮した推定システムが必
要となる。またゾンデが融着帯の上側と下側を同
時に貫通した場合には融着帯の位置は精度良く決
まるが、それ以外の場合には近傍の温度分布、還
元率分布を何等かの方法で推定する必要がある。
(Means for solving the problem) By the way, the cohesive zone is an ore layer between the softening start temperature Tms and the melting temperature Tmd,
Tms and Tmd are not constant and vary depending on the type of ore and the reduction rate of the ore until reaching it.
In other words, it has become clear that when the reduction rate is low, the material softens at low temperatures and melts off at low temperatures. Therefore, the position of the cohesive zone cannot be determined solely from the temperature information obtained by the sonde, and an estimation system is required that also takes into consideration information on the gas concentration representing the reduction situation. Furthermore, if the sonde penetrates both the upper and lower sides of the cohesive zone at the same time, the position of the cohesive zone can be determined accurately, but in other cases, the temperature distribution and reduction rate distribution in the vicinity must be estimated using some method. There is a need to.

本発明はこのような融着帯の位置の推定および
それに基づく融着帯の制御を高炉の操業条件に適
合するように行わせるものである。
The present invention allows estimation of the position of the cohesive zone and control of the cohesive zone based on the estimation to suit the operating conditions of the blast furnace.

すなわち本発明は、高炉の炉腹部あるいはそれ
以下の部分から炉内に1個または複数個のゾンデ
を挿通し、該ゾンデから得られるガス・固体温
度、ガス組成の実測値から融着帯の上側および下
側の位置を求めるとともに、該融着帯の位置が高
炉操業上最適な位置を占めるように、高炉の半径
方向の鉱石層厚とコークス層厚の比の分布を制御
することを特徴とするものである。以下図面によ
り本発明方法を詳細に説明する。
That is, the present invention involves inserting one or more sondes into the blast furnace from the belly or lower part of the blast furnace, and determining the upper side of the cohesive zone from the actual measured values of gas/solid temperature and gas composition obtained from the sondes. and the lower position of the cohesive zone, and the distribution of the ratio of the ore layer thickness and coke layer thickness in the radial direction of the blast furnace is controlled so that the position of the cohesive zone occupies an optimal position for blast furnace operation. It is something to do. The method of the present invention will be explained in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の説明図で、1は高炉、2はそ
の炉腹部、3は炉腹部から炉内に挿入したゾンデ
で、ガス濃度測定機構10およびガス・固体温度
測定機構11と接続する。4は融着帯、5はその
上側、6は下側である。7は炉頂から装入された
コークス層7、8は鉱石層、9は羽口である。1
2は前記ガス濃度測定機構10およびガス・固体
温度測定機構11からの測定値から融着帯形状を
推定するための演算装置、13は該演算装置12
からの出力により鉱石、コークス比の分布を設定
する設定機構(以下O/C分布設定機構という)、
14は設定機構13により作動を制御される原料
装入制御装置である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of the present invention, in which 1 is a blast furnace, 2 is a blast furnace, and 3 is a sonde inserted into the furnace from the furnace belly, which is connected to a gas concentration measuring mechanism 10 and a gas/solid temperature measuring mechanism 11. . 4 is a cohesive zone, 5 is an upper side thereof, and 6 is a lower side thereof. 7 is a coke layer 7 charged from the top of the furnace, 8 is an ore layer, and 9 is a tuyere. 1
2 is an arithmetic device for estimating the cohesive zone shape from the measured values from the gas concentration measuring mechanism 10 and the gas/solid temperature measuring mechanism 11; 13 is the arithmetic device 12;
a setting mechanism (hereinafter referred to as O/C distribution setting mechanism) that sets the distribution of ore and coke ratio according to the output from the
14 is a raw material charging control device whose operation is controlled by the setting mechanism 13.

本発明方法により融着帯の位置を制御するに
は、高炉1の炉腹部2あるいはそれ以下の任意の
高さに水平あるいは傾斜させて1個または複数個
のゾンデ3を炉内に挿入する。このゾンデは挿入
された軌跡の任意の位置におけるガス・固体温度
およびCO,CO2,H2,H2O,N2等のガス濃度を
測定できるので、これらの測定結果は、ガス濃度
測定機構10、ガス・固体温度測定機構11を経
て融着帯形状を推定するための演算装置12に送
られ、該装置により後述する融着帯形状の推定が
行われる。さらにその結果に基づきO/C分布設
定機構13によつて鉱石、コークスの装入量分析
の態様が決定され、その結果原料装入制御装置が
動作し、炉頂における装入物の半径方向の層厚分
布が制御される。従つて現時点の操業条件に最も
適合した能率の良い融着帯形状を作り、円滑な高
炉操業を実現させることができる。
In order to control the position of the cohesive zone according to the method of the present invention, one or more probes 3 are inserted into the blast furnace 1 horizontally or inclined at any height below the belly 2 of the blast furnace 1 . This sonde can measure the gas/solid temperature and the concentration of gases such as CO, CO 2 , H 2 , H 2 O, N 2, etc. at any position on the inserted trajectory, so these measurement results can be obtained from the gas concentration measurement mechanism. 10, it is sent to a calculation device 12 for estimating the cohesive zone shape via the gas/solid temperature measuring mechanism 11, and the cohesive zone shape is estimated by the device, which will be described later. Further, based on the results, the O/C distribution setting mechanism 13 determines the mode of analysis of the charge amount of ore and coke, and as a result, the raw material charging control device operates, and the radial direction of the charge at the top of the furnace is controlled. Layer thickness distribution is controlled. Therefore, it is possible to create an efficient cohesive zone shape that best suits the current operating conditions and realize smooth blast furnace operation.

次に本発明における融着帯位置の推定方法につ
いて説明する。最初に融着帯近傍の温度分布・還
元率分布を推定する方法について説明する。
Next, a method for estimating the cohesive zone position in the present invention will be explained. First, a method for estimating the temperature distribution and reduction rate distribution near the cohesive zone will be explained.

まず高炉内の高さ方向、半径方向を、一辺が
DLの微小長さの正方格子で分割する。各格子点
上ではガスの流速u、化学反応による反応量kc、
還元率RR、固体の降下速度Us、ガス濃度F、ガ
ス温度Tg、固体温度Tsが計算されるしくみを有
している。
First, the height direction and radial direction inside the blast furnace are
Divide into a square lattice with a minute length of DL. On each grid point, the gas flow rate u, the reaction amount kc due to chemical reaction,
It has a mechanism for calculating the reduction rate RR, solid descent rate Us, gas concentration F, gas temperature Tg, and solid temperature Ts.

ガス温度Tgと固体温度Tsは熱収支から次の様
に表わすことができる。
The gas temperature Tg and solid temperature Ts can be expressed from the heat balance as follows.

蓄熱速度=バルクの流れによる(入熱−出熱)
速度+温度勾配にもとづく伝熱速度+反応熱に
よる発熱(又は吸熱)速度+他相から(また他
相への)伝熱速度+熱損失 と表現できる。これから、モデルを定常状態と考
え 蓄熱速度=0 として求めた伝熱の基礎式(1)と(2)を用い ガス温度の基礎式 −{(Cg+TgdCg/dTg)(Ggr∂Tg/∂r+Ggz∂T
g/∂z)}+〔kg(∂2Tg/∂r2 +∂2Tg/∂Z2+1/r ∂Tg/∂r)+∂kg/∂T
g{(∂Tg/∂r)2+(∂Tg/∂z)2}〕 −Qr(1−η)−ha(Tg−Ts)=0 ……(1) 固体温度の基礎式 −{(Cs+TsdCs/dTs)(Gsr∂Ts/∂r+Gsz∂T
s/∂Z)}+{ker(∂2Ts/∂r2+1/r ∂Ts/∂r)
+∂ker/∂Ts(∂Ts/∂r)2+kez∂2Ts/∂Z2
+∂kez/∂Ts(∂Ts/∂Z)2} −Qr〓+ha(Tg−Ts)=0 ……(2) T:温度(℃)、C:比熱(Kcal/Kg℃)、
G:質量速度(Kg/m2・s)、k:熱伝導率、
ke:有効熱伝導率(kcal/m・s・℃)r:半
径方向距離m、Z:高さ方向距離(m)、ha:熱
伝達係数(kcal/m2・s・℃) 添字 “g”:ガス“s”:固体“r”:半径方
向“Z”:高さ方向 ガス濃度分布Fに関する基礎方程式は位置の関
数として物質収支から(3)〜(7)式のように表わされ
る。
Heat storage rate = due to bulk flow (heat input - heat output)
It can be expressed as speed + heat transfer rate based on temperature gradient + exothermic (or endothermic) rate due to reaction heat + heat transfer rate from (and to) other phases + heat loss. From now on, assuming that the model is in a steady state, and using the basic equations (1) and (2) of heat transfer obtained with heat storage rate = 0, we will use the basic equations of gas temperature - {(Cg + TgdCg / dTg) (Ggr∂Tg / ∂r + Ggz∂T
g/∂z)}+[kg(∂ 2 Tg/∂r 2 +∂ 2 Tg/∂Z 2 +1/r ∂Tg/∂r)+∂kg/∂T
g{(∂Tg/∂r) 2 + (∂Tg/∂z) 2 }] −Qr(1−η)−ha(Tg−Ts)=0 ……(1) Basic equation of solid temperature −{( Cs+TsdCs/dTs)(Gsr∂Ts/∂r+Gsz∂T
s/∂Z)}+{ker(∂ 2 Ts/∂r 2 +1/r ∂Ts/∂r)
+∂ker/∂Ts(∂Ts/∂r) 2 +kez∂ 2 Ts/∂Z 2
+∂kez/∂Ts(∂Ts/∂Z) 2 } −Qr〓+ha(Tg−Ts)=0 ……(2) T: Temperature (℃), C: Specific heat (Kcal/Kg℃),
G: mass velocity (Kg/ m2・s), k: thermal conductivity,
ke: Effective thermal conductivity (kcal/m・s・℃) r: Radial distance m, Z: Height distance (m), ha: Heat transfer coefficient (kcal/m 2・s・℃) Subscript “g ”: gas “s”: solid “r”: radial direction “Z”: height direction The basic equation regarding the gas concentration distribution F is expressed as a function of position as shown in equations (3) to (7) from the mass balance.

CO;∂FCO/∂rGr+∂FCO/∂zGz−G(FRCO−FCO・TFR
)/(TVML+dTVML)=0……(3) CO2;∂FCO2/∂rGr+∂FCO2/∂zGz−G(FRCO2−FCO2
・TFR)/(TVML+dTVML)=0……(4) H2;∂FH2/∂rGr+∂FH2/∂zGz−G(FRH2−FH2・TFR
)/(TVML+dTVML)=0……(5) H2O;∂FH2O/∂rGr+∂FH2O/∂zGz−G(FRH2O−FH2O
・TFR)/(TVML+dTVML)=0……(6) N2;∂FN2/∂rGr+∂FN2/∂zGz−G(FRN2−FN2・TFR
)/(TVML+dTVML)=0……(7) Gr,Gz,Gは計算されたガスの質量速度のr
方向、z方向の成分と絶対値、FCO〜FN2
MOL分率で表わしたガス濃度である。
CO;∂FCO/∂rGr+∂FCO/∂zGz−G(FRCO−FCO・TFR
) / (TVML + dTVML) = 0... (3) CO 2 ; ∂FCO 2 / ∂rGr + ∂FCO 2 / ∂zGz−G(FRCO 2 −FCO 2
・TFR) / (TVML + dTVML) = 0... (4) H 2 ; ∂FH 2 / ∂rGr + ∂FH 2 / ∂zGz−G (FRH 2 −FH 2・TFR
)/(TVML+dTVML)=0……(5) H 2 O; ∂FH 2 O/∂rGr+∂FH 2 O/∂zGz−G(FRH 2 O−FH 2 O
・TFR)/(TVML+dTVML)=0……(6) N 2 ;∂FN 2 /∂rGr+∂FN 2 /∂zGz−G(FRN 2 −FN 2・TFR
)/(TVML+dTVML)=0...(7) Gr, Gz, G are the calculated gas mass velocity r
The direction, z-direction component and absolute value, FCO~FN 2 are
It is the gas concentration expressed in MOL fraction.

FRCO〜FRN2;反応による単位体積当りのガ
ス量の増分(mol/m3 bed・s) TFR;反応による単位体積当りの全(Total)
ガス量の増分(mol/m3 bed・s) TVML;ガスの全MOL流量(mol/m2・s) dTVML;ガスの全MOL流量の増分(mol/
m2・s) 次に各位置における還元率は固体の流下速度
Usr,Uszと流下方向に関係する。鉄鉱石の還元
は各還元段階毎にヘマタイトからマグネタイト
(RR1)、マグネタイトからウスタイト(RR2)、
ウスタイトから鉄(RR3)の還元率として(8)〜
(10)式で表わされる。
FRCO~FRN2: Increment in gas amount per unit volume due to reaction (mol/m 3 bed・s) TFR: Total amount per unit volume due to reaction
Increment in gas volume (mol/m 3 bed・s) TVML; Total MOL flow rate of gas (mol/m 2・s) dTVML; Increment in total MOL flow rate of gas (mol/m 2・s)
m2・s) Next, the reduction rate at each position is the solid flow rate.
It is related to Usr, Usz and the flow direction. The reduction of iron ore changes from hematite to magnetite (RR1), from magnetite to wustite (RR2), and at each reduction stage.
As the reduction rate of iron (RR3) from wustite (8) ~
It is expressed by equation (10).

∂RR1/∂rUsr+∂RR1/∂zUsz −V1/W0・d01=0 ……(8) ∂RR2/∂rUsr+∂RR2/∂zUsz −V2/W0・d02=0 ……(9) ∂RR3/∂rUsr+∂RR3/∂zUsz −V3/W0・d03=0 ……(10) Usr,Uszは固体流れモデルから求まる各位置
の固体の速度成分(m/s)である。V1〜V4
1コ粒子の各段階毎の反応速度(mol CO/s・
コ、mol H2/s・コ)である。
∂RR 1 /∂rUsr+∂RR 1 /∂zUsz −V 1 /W 0・d 01 =0 ……(8) ∂RR 2 /∂rUsr+∂RR 2 /∂zUsz −V 2 /W 0・d 02 = 0 ... (9) ∂RR 3 / ∂rUsr + ∂RR 3 / ∂zUsz −V 3 /W 0・d 03 = 0 ... (10) Usr and Usz are the velocity components of the solid at each position found from the solid flow model (m/s). V 1 to V 4 are the reaction rates (mol CO/s・
, mol H 2 /s·ko).

W0は一粒子の重量(g/コ)、d01〜d04は各還
元段階の鉱石の被還元酸素量(gmolO2/g)で
ある。鉱石の全還元率(RR)は(11)式で表わされ
る。
W 0 is the weight of one particle (g/co), and d 01 to d 04 are the amount of oxygen to be reduced in the ore at each reduction stage (gmolO 2 /g). The total reduction rate (RR) of ore is expressed by equation (11).

RR=0.111RR1+0.1871RR2 +0.7017RR3 ……(11) 各位置における還元率の計算は炉頂より固体の
流下方向に沿つて(8)〜(11)式を積分することにより
求められる。
RR=0.111RR1+0.1871RR2 +0.7017RR3...(11) The reduction rate at each position is calculated by integrating equations (8) to (11) along the direction of solid flow from the top of the furnace.

たとえば格子点上のある点のガス・固体温度は
u,RR,Us,kc,Fなどによつて影響を受ける
から、これらは連立させて計算される。
For example, since the gas/solid temperature at a certain point on a grid point is affected by u, RR, Us, kc, F, etc., these are calculated simultaneously.

ゾンデによつて測定された温度情報、ガス濃度
情報を入力条件として利用してこの実測値に最適
な(誤差を最小にする)近傍の温度分布、ガス濃
度分布を得る計算方法は次の通りである。
The following calculation method uses the temperature information and gas concentration information measured by the sonde as input conditions to obtain the optimal temperature distribution and gas concentration distribution in the vicinity of the actual measured values (minimizes the error). be.

1 まず対象とするゾンデを選択する。これは炉
腹部以下に設置された単数あるいは複数個のゾ
ンデである。
1 First, select the target sonde. This is one or more sondes installed below the belly of the reactor.

2 各ゾンデの炉内計測点に最も近い格子点を決
める。
2 Determine the grid point closest to the in-furnace measurement point of each sonde.

3 各格子点上の温度は熱伝導、粒子流体間の対
流伝熱、反応熱、顕熱変化等を考慮した局所の
熱収支から展開される微分方程式を差分に変換
し、緩和法を用いた繰り返しの収束計算によつ
て解かれるが、格子点が計測点と一致したとき
に微分方程式系の計算ではなしに実測値を与え
る。他の格子点では熱収支の計算を行なつてい
るから、実測温度の影響が繰返しのたびにしだ
いに周囲に拡がり、最終的には実測点近傍では
熱収支を考慮し、なおかつ実測値に最も適合し
たガス・固体温度分布に収束させることができ
る。
3 The temperature at each grid point is determined by converting the differential equation developed from the local heat balance that takes into account heat conduction, convective heat transfer between particle fluids, reaction heat, sensible heat changes, etc. into differences, and using the relaxation method. It is solved by repeated convergence calculations, but when the grid points coincide with the measurement points, actual measured values are given instead of calculations using a system of differential equations. Since the heat balance is calculated at other grid points, the influence of the measured temperature gradually spreads to the surrounding area each time it is repeated, and in the end, the heat balance is taken into account near the actual measurement point, and the actual value is the most It is possible to converge to a suitable gas/solid temperature distribution.

次に推定したガス・固体温度分布、還元率分布
から融着帯の位置を推定する方法について説明す
る。最初に説明したように、融着帯とは鉱石が軟
化収縮している領域として定義される。鉱石が軟
化収縮を起こす条件は第5図に示すように固体温
度、層還元率と鉱石の種類によつて決まる。層還
元率と鉱石の種類とから軟化開始温度Tmsと溶
け落ち温度Tmdが決まる。融着帯の近傍の格子
点上の温度が与えられたとき、その温度が両者の
間にあるかどうかを判定し、もし間に有れば融着
帯と定義することが出来る。
Next, a method for estimating the position of the cohesive zone from the estimated gas/solid temperature distribution and reduction rate distribution will be explained. As explained at the beginning, the cohesive zone is defined as the area where the ore softens and contracts. The conditions under which the ore undergoes softening and shrinkage are determined by the solid temperature, layer reduction rate, and type of ore, as shown in Figure 5. The softening start temperature Tms and the melting temperature Tmd are determined by the layer reduction rate and the type of ore. When the temperature on a grid point near the cohesive zone is given, it is determined whether the temperature is between the two, and if it is between the two, it can be defined as a cohesive zone.

焼結鉱に関する軟化開始温度Tmsは還元率RR
の関数として(12)式のように表わすことができる。
The softening start temperature Tms for sintered ore is the reduction rate RR
can be expressed as a function of (12).

Tms=1140−153.6RR+244.7RR2 ……(12) また焼結鉱の溶け落ち温度Tmdは(13),(14)式
で表わされる。
Tms=1140−153.6RR+244.7RR 2 ...(12) Also, the burn-through temperature Tmd of sintered ore is expressed by equations (13) and (14).

Tmd=129RR+1291(0<RR<0.7) ……(13) Tmd=230×(RR−0.7)+1381 (RR>0.7) ……(14) もし、融着帯であれば格子点上の温度と軟化開
始温度の差から融着帯の収縮率が計算される。焼
結鉱の収縮率SRは格子点(I,J)の固体温度
Tsと軟化開始温度Tmsと基準温度T0(=1000℃)
で表わされる無次元温度Tの関数として表わされ
る。
Tmd=129RR+1291 (0<RR<0.7) ...(13) Tmd=230×(RR−0.7)+1381 (RR>0.7) ...(14) If it is a cohesive zone, the temperature on the lattice point and the softening The shrinkage rate of the cohesive zone is calculated from the difference in starting temperatures. The shrinkage rate S R of sintered ore is the solid temperature of the lattice point (I, J)
Ts, softening start temperature Tms and reference temperature T 0 (=1000℃)
It is expressed as a function of the dimensionless temperature T expressed by .

無次元温度Tは T=(Ts−Tms)/T0 ……(15) 収縮率SRは SR=0.02−0.251T+26.7T2−12.1T3 ……(16) このようにして融着帯近傍のすべての格子点に
おいて融着帯の判定、温度、収縮率の計算がなさ
れるから、現在の融着帯の分布を推定することが
可能である。
The dimensionless temperature T is T = (Ts - Tms) / T 0 ...... (15) The shrinkage rate S R is S R = 0.02 - 0.251T + 26.7T 2 -12.1T 3 ... (16) In this way, welding Since the cohesive zone is determined, the temperature, and the shrinkage rate are calculated at all grid points near the zone, it is possible to estimate the current distribution of the cohesive zone.

実際、融着帯の形状推定は実測点が融着帯に近
ければ近いほど推定精度が向上することは言うま
でもない。
In fact, it goes without saying that the accuracy of estimating the shape of the cohesive zone improves as the actual measurement point approaches the cohesive zone.

つぎに融着帯形状を制御するO/C分布の制御
方法について説明する。O/C分布が融着帯形状
に影響を及ぼす理由はガスの通気性、ガス顕熱の
伝達性、反応の進行度、被還元酸素の量の半径方
向の分布によつて説明される。
Next, a method of controlling the O/C distribution to control the shape of the cohesive zone will be explained. The reason why the O/C distribution influences the cohesive zone shape is explained by the gas permeability, the transferability of gas sensible heat, the degree of progress of the reaction, and the radial distribution of the amount of oxygen to be reduced.

鉱石層はコークス層にくらべて粒子径および層
の空間率が小さいので高炉の半径方向のうちで鉱
石層厚が相対的に厚い部分ではガスの通気性は悪
く、そのためその部分を流れるガス流速、ガス流
量が低下する。ガス流量の低下はいろいろな面に
影響を及ぼす。伝熱に関して単位断面積を流れる
ガス顕熱量の低下、固体への伝熱性の悪化をもた
らす。反応に関しては、鉱石を還元するのに充分
なガス量が供給されないために還元ガスの濃度が
低下し、還元推進力が弱まることから、還元率の
相対的低下をもたらす。
The particle size and void ratio of the ore layer are smaller than that of the coke layer, so the gas permeability is poor in the radial direction of the blast furnace where the ore layer is relatively thick, so the gas flow rate through that area is low. Gas flow rate decreases. A decrease in gas flow rate affects various aspects. Regarding heat transfer, this results in a decrease in the amount of sensible heat of the gas flowing through a unit cross-sectional area, and a deterioration in heat transfer to solids. Regarding the reaction, since a sufficient amount of gas is not supplied to reduce the ore, the concentration of the reducing gas decreases, and the driving force for reduction weakens, resulting in a relative decrease in the reduction rate.

以上のことから半径方向でO/Cの高い部分は
還元率の低下、ガス・固体温度の低下をもたら
す。
From the above, a portion with high O/C in the radial direction brings about a decrease in the reduction rate and a decrease in gas/solid temperature.

したがつてたとえば中心部で高い融着帯を実現
するためには炉下部の中心部に充分な熱を供給す
ることが必要である。そのためには炉中心部にガ
スの供給を増す操作すなわち中心部のO/Cを小
さくすることが必要である。また周辺部で高い融
着帯を実現するためには同様な理由から周辺部の
O/Cを小さくする操作をすればよい。
Therefore, for example, in order to achieve a high cohesive zone in the center, it is necessary to supply sufficient heat to the center of the lower part of the furnace. For this purpose, it is necessary to increase the supply of gas to the center of the furnace, that is, to reduce the O/C in the center. Furthermore, in order to realize a high cohesive zone in the peripheral area, the O/C in the peripheral area may be reduced for the same reason.

(実施例) 以下この発明の実施例を示す。(Example) Examples of this invention will be shown below.

第2図Bは高炉の炉腹部から25゜の角度で炉内
に4mまで挿入することができる炉腹部ゾンデに
フアイバースコープを搭載し、各位置における炉
内状況を直接観察したものである。図中のトンネ
ルの部分は融着帯に相当する。このケースでは融
着帯を貫通しているケースである。
Figure 2B shows a direct observation of the conditions inside the blast furnace at each position using a fiberscope mounted on a blast furnace probe that can be inserted up to 4 m into the blast furnace at an angle of 25 degrees. The tunnel portion in the figure corresponds to the cohesive zone. In this case, the cohesive zone has been penetrated.

第2図Aは与えられたO/C分布で計算によつ
て推定した融着帯形状とトンネル部の位置との比
較を示している。フアイバースコープによる直接
観察と推定結果とは良好な一致を示している。
FIG. 2A shows a comparison between the cohesive zone shape estimated by calculation with the given O/C distribution and the position of the tunnel portion. Direct observation using a fiberscope and the estimation results show good agreement.

第3図は炉腹部ゾンデによつて得られた各部の
温度を入力条件にしてその近傍の温度を推定した
例である。この図では同時に炉腹より上部に取り
付けられたゾンデの情報も入力している。黒塗り
の位置は実測値を示している。第2図Aの融着帯
形状はこの温度分布がもとになつており、周囲の
温度もこの実測値によつてほぼ妥当な値に収束し
ていることがわかる。
FIG. 3 is an example of estimating the temperature in the vicinity using the temperature of each part obtained by the furnace belly sonde as an input condition. In this figure, information on the sonde installed above the reactor belly is also entered at the same time. Black positions indicate actual measured values. The shape of the cohesive zone shown in FIG. 2A is based on this temperature distribution, and it can be seen that the surrounding temperature also converges to an approximately appropriate value based on this measured value.

第4図のaは中心に低いO/Cのもとで操業し
た時の実測したO/C分布(層厚分布)と炉腹部
ゾンデから測定された固体温度情報をもとにして
推定した融着帯形状である。この場合中心部で鉱
石層が薄い分だけ周辺部が厚くなつており、その
結果、融着帯の周辺部が燃焼帯に入りこむという
悪い状況を示している。炉腹部において測定され
た温度も相対的に低く不安定な炉況であつた。
Figure 4 a shows the melting temperature estimated based on the actually measured O/C distribution (layer thickness distribution) during operation under low O/C and the solid temperature information measured from the furnace belly sonde. It is in the shape of a belt. In this case, as the ore layer is thinner in the center, it is thicker at the periphery, and as a result, the periphery of the cohesive zone enters the combustion zone, presenting a bad situation. The temperature measured in the belly of the reactor was also relatively low and the reactor conditions were unstable.

これに対し、O/C分布の適正な制御により半
径方向のO/Cの層厚分布を比較的均一にした第
4図bではガス流分布の均一な炉況が実現し炉腹
部ゾンデの実測固体温度も上昇し、狙つた融着帯
形状を実現することが出来た。
On the other hand, in Figure 4b, where the O/C layer thickness distribution in the radial direction is made relatively uniform by appropriate control of the O/C distribution, a furnace condition with a uniform gas flow distribution is achieved, and the actual measurement of the furnace belly sonde The solid temperature also increased, and we were able to achieve the desired cohesive zone shape.

(発明の効果) 融着帯の形状安定効果は熔銑中のSiの低下、ま
たSi濃度のばらつきに現れる。この発明により、
熔銑中のSi=0.1%の減少を示し、また炉況の安
定効果により高炉の燃料比3Kg/tpigの減少をも
たらした。
(Effects of the Invention) The effect of stabilizing the shape of the cohesive zone appears in the reduction of Si in the hot metal and in the variation in Si concentration. With this invention,
This showed a decrease of 0.1% in Si in the molten pig iron, and the effect of stabilizing the furnace conditions led to a decrease in the blast furnace fuel ratio of 3Kg/tpig.

なお、きめ細かいO/C分布の制御による安定
した融着帯形状の管理によつて増産、減産に移行
する不安定な局面においても安定した高炉操業を
維持することが出来た。
Furthermore, by managing the stable cohesive zone shape through fine-grained O/C distribution control, it was possible to maintain stable blast furnace operation even in the unstable situation of increasing or decreasing production.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は信号の処理フロー、制御の方法等本発
明の全体構成を示す説明図、第2図は本発明の実
施例を示し、第2図Aは実施した高炉の炉腹部に
設置されたゾンデの位置とフアイバースコープに
よつて観察された融着帯の位置および本発明によ
つて推定した融着帯形状を示す図、第2図Bはフ
アイバースコープによつて観察された炉装入物の
分布状態と観察位置との対比を示す説明図、第3
図は本発明によつて計算された炉内各位置におけ
るガス温度と実測値において測定されたガス温度
を示すグラフ、第4図は本発明によつてO/C分
布を制御し、炉腹部に設置されたゾンデの計測情
報を用いて推定したあとの二種類の融着帯形状を
比較して示す図、第5図は本発明における融着帯
形状推定方法を示す説明図である。
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of the present invention, including signal processing flow and control method, Fig. 2 shows an embodiment of the present invention, and Fig. 2A shows the structure installed in the belly of the blast furnace in which the present invention was implemented. A diagram showing the position of the sonde, the position of the cohesive zone observed by the fiberscope, and the shape of the cohesive zone estimated by the present invention. Figure 2B shows the furnace charge observed by the fiberscope. Explanatory diagram showing the comparison between the distribution state and observation position, Part 3
The figure is a graph showing the gas temperature at each position in the furnace calculated by the present invention and the gas temperature measured at the actual value. A diagram showing a comparison of two types of cohesive zone shapes estimated using measurement information of the installed sonde, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing a cohesive zone shape estimation method in the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 高炉の炉腹部あるいはそれ以下の部分から炉
内に1個または複数個のゾンデを挿通し、該ゾン
デから得られるガス・固体温度、ガス組成の実測
値から融着帯の上側および下側の位置を求めると
ともに、該融着帯の位置が高炉操業上最適な位置
を占めるように、高炉の半径方向の鉱石層厚とコ
ークス層厚の比の分布および粒度分布を制御する
ことを特徴とする高炉融着帯位置の制御方法。
1. Insert one or more sondes into the blast furnace from the belly or lower part of the furnace, and use the measured values of gas/solid temperature and gas composition obtained from the sondes to determine the upper and lower sides of the cohesive zone. The method is characterized by determining the position and controlling the distribution of the ratio of the ore layer thickness to the coke layer thickness in the radial direction of the blast furnace and the particle size distribution so that the position of the cohesive zone occupies an optimal position for blast furnace operation. A method for controlling the position of the cohesive zone in a blast furnace.
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