JPH0447003B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は装入物流動化検知方法およびその装置
に関し、高炉の操業上重要な装入物の安定な降下
に対する阻害現象である流動化を検知する技術で
あり、シヤフト炉を用いた冶金用炉に適用でき
る。

〔従来の技術〕

高炉操業にとつて安定な装入物降下は欠くこと
のできない条件である。高炉内のガス流速が小さ
い間は、ガス装入物を浮上させる浮力は装入物の
自重より小さく、装入物の降下に何ら影響を与え
ない。ガスによる装入物の浮力はガス流速の1.7
乗に比例して増大するためガス流速が増加するに
つれ急激に増加する。ガスによる浮力が装入物の
自重に打ち勝つようになると装入物が流動化を開
始し、円滑な装入物降下が望めなくなる。

このような流動化を検知するため、従来はシヤ
フト部に取付けられた圧力計の測定値が用いられ
ていた（特公昭53−19217）。

この検知方法は高炉の高さ方向のある一定区間
の圧力損失〓Ｐ／〓Ｌとその間の装入物の自重と
の比を求め、この比が１以上となつたら流動化状
態にあると判断する方法である。装入物が均一
で、かつ圧力損失が高炉の高さ方向に一定である
場合にはこの従来法でも正確に検知できる。

しかし、高炉内には通常通気抵抗の異なる鉱
石、コークスが層状に装入され、半径方向にも粒
径（通気抵抗）が異なるため、圧力損失と自重と
の比が１以下であつても炉内装入物は局部的に流
動化を開始する。したがつて、実際の流動化検知
には、圧力損失と自重との比が１以下のある基準
値を越えたら流動化と判定している。すなわち炉
内おける流動化という現象を従来は圧力損失の大
きさから間接的に求めていたことになる。基準値
の設定は装入物降下状態と圧力損失の関係を操業
データから求めて経験的に定められている。しか
し通常は圧力損失と降下状態の間には明確な対応
が認められず、またこの関係の中には流動化以外
の他の因子の影響も含まれてくるという欠点を有
していいた。一方、高炉装入物内に電極を２本入
れ、その間の抵抗を測定する方法は、特開昭52−
14447、あるいは特開昭53−18408に示されてい
る。主として鉱石、コークスの電気気抵抗の差を
利用して各層の層厚や降下速度を求める技術であ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は高炉内装入物の流動化状態を、上述の
ような圧力損失のような間接的な方法ではなく、
装入物内に挿入した電極によつて直接検知し、炉
内における局部的な流動化を早期に発見、改善す
ることを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

流動化という現象を直接捕えるためには高炉内
の流動化の特徴を利用する必要がある。発明者ら
は模型実験により種々検討した結果、高炉のよう
に粗粒で、しかも層高が高い層において流動化し
た場合には、スラツキング状態となる事を見出し
た。スラツキング状態とは大きな空隙が周期的に
発生、上昇、消滅を繰り返す状態である。

本発明は流動化のこの特徴を、層内に挿入した
電極間の電気抵抗の変化により捕えることを特徴
的技術手段とするものである。すなわち本発明方
法は高炉内に特定の１対の電極を挿入し、この電
極間の電気抵抗の変化を解析し、この解析値と基
準値とを比較することによつて炉内装入物の流動
化現象の発生を判定する。そのためには、 (1) 炉内の状態の変化を明確に捕えることのでき
る、ある限度以上の大きさの電極を用い、 (2) 得られた電気信号を処理して流動化の特徴を
抽出して流動化を判定すること、 が必要となつてくる。

本発明では、流動化に伴う層構造の周期的な変
化を電気抵抗で捕える。このため十分に大きな接
地用電極と、一定の大きさの検知用電極とを組合
せてその電極間の電気抵抗を測定する。

第１図は本発明方法を好適に実施することので
きる第１の本発明の装置の実施例のブロツク図で
ある。

検知用電極１と接地用電極３とは絶縁体２を介
して一体に形成してあり、炉壁から炉内に容易に
挿入できるように例えば棒状の測定端子を形成し
ている。

この検知用電極１と接地用電極３との間に直流
電圧を負荷し、両端子間の抵抗を測定する抵抗測
定器１０が結線されている。炉内に挿入された検
知用電極１と接地用電極３との間には、図示しな
いコークスや鉱石などから成る導電性のある粒子
が抵抗をもつた電気回路を形成している。これら
の粒子と十分な接触を保つために検知用電極の露
出面の広さは後述のように一定値以上となつてい
る。

抵抗測定器１０が測定した抵抗値は周波数解析
装置１１に入力される。周波数解析装置としては
公知の装置を用いればよい。この周波数解析装置
１１は入力された電気抵抗の変化をスペクトル解
析する。そのスペクトル解析された出力の0.05〜
５Hzの間に存在する電気抵抗波形のエネルギー密
度の高値を流動化判定装置１２が検出し、流動化
状態を把握する。

本発明方法を好適に実施することのできる第２
の本発明装置は、上記第１の装置の周波数解析装
置の代りにパルス発生装置を備え、流動化判定装
置はこのパルスを解析して判定する。すなわち、
パルス発生装置は抵抗測定装置１０の測定値を入
力として受入れ、電気抵抗が一定以上の高値とな
つた値をパルスとして出力する。流動化判定装置
はこのパルスが例えば３回／分以上となつたとき
流動化の生起を判定する。

上記第１、第２の本発明の装置において検知用
電極１が炉内装入物と好適な接触を保ち、本発明
装置の測定精度を確保するためには、検知用電極
１が一定以上の表面積を有する必要があり、高炉
装入物の導電性粒体の調和平均径の0.5〜10倍の
直径および露出長さを有する丸棒であると優れた
効果を示す。

第２図ａには、通常状態のコークス層の電気抵
抗の変化を、第２図ｂには流動化時の電気抵抗の
変化を、第２図ｃには不十分な大きさの電極を用
いた場合の電気抵抗変化をそれぞれ示す。

〔作用〕

次に本発明方法およびその装置の作用について
第２図乃至第５図を用いて説明する。

炉内のコークス層が通常状態にある場合、すな
わち、流動化していないときは、第２図ａに示さ
れるように検知用電極と接地用電極との間はコー
クスによつて電気的に導通しており、あるレベル
の電気抵抗を定常的に示している。しかしコーク
ス層が流動化すると第２図ｂに示すように、間欠
的に極めて高い抵抗値のピークを示すようにな
る。電極の大きさが不十分なときは、第２図ｃの
ような抵抗変化を示し、通常状態が流動状態かの
判定はできない。

第２図ａ，ｂの２つの状態を明確に区別しうる
電極の大きさを求めるため検知用電極の長さ、コ
ークスの径を種々変更して実験したところ第３図
の関係があることがわかつた。第３図中白丸は第
２図ａ，ｂの２つの状態を区別できる場合を示し
ている。流動化を検知するには検知用電極の大き
さ、あるいは太さとしてコークス径の0.5倍から
10倍の範囲が適当である。さらに、コークス径の
１〜５倍の範囲が最も望ましいことが明らかにな
つた。0.5倍未満の寸法の電極ではコークス層の
電気抵抗が安定的に測定できず、10倍よりも大き
な電極では周期性が現われない。第２図ｂのよう
な周期的な電気抵抗の変化は流動化時特有のもの
であり、鉱石層、混合層の電気抵抗変化と容易に
見分けがつく。このことを電気信号処理により定
量的に評価する方法および装置としては以下の２
つがある。

(1) 電気信号のスペクトル解析装置を用いて解析
を行うと第４図のようなスペクトルが得られ
る。第４図に示されるように、高炉内装入物が
流動化した時は、0.05〜５Hzの間に特徴的なピ
ークが現われる。このピークの現われる周波数
は流動化領域の径により異なり、第５図に示さ
れるような関係にある。通常の高炉の大きさを
考えると0.05〜５Hzという範囲のピークを対象
にすれば良いことがわかる。また、この第５図
より周波数が小さい方が大きい方より流動化領
域の径が大きいことが分る。この間のスペクト
ルのピークを基準となる値と比較することによ
り高炉内の装入物の流動化を定量的に判定する
ことができる。

(2) 電気信号を処理するもう一つの方法はスペク
トル解析を行なわずに、電極間の抵抗の高値に
応じてパルスを出力し、この周期的な信号を直
接計数し、、その係数値を基準値と比較するこ
とにより炉内のコークスの流動化を定量的に判
定する。

〔実施例〕

実施例 １ 本発明に係る電極を水平ゾンデと呼ばれる高炉
内半径方向の測定棒にセツトして本発明を実施し
た例を第６図に示す。先端部が検知用電極１であ
り、接地用電極３はこの場合測定棒自体となつて
いる。検知用電極１の径は炉内のコークスの調和
平均径20mmの1.5倍の30mm、長さは2.5倍の50mmと
している。検知用電極１の根元には、接地電極３
との短絡を防止するための耐火物２を溶射してあ
る。絶縁処理をしたシース電線７により接地電極
との短絡を防止しながら、炉外の電気抵抗測定装
置１０に接続している。コークス粉による電極間
の短絡を防止するためゾンデ内にはN₂パージ５
をしている。

このゾンデをシヤフト部の炉中心と炉壁周辺に
挿入し流動化検知を行なつた例を第７図に示す。

この場合には、周波数スペクトルのピークは
0.5Hz近傍に現われたので、このピークの推移を
示している。送風量増加以前は、中心部周辺部と
もに0.05〜５Hz間にはピーク値が現われていな
い。送風量を増加したところ中心では、0.5Hz近
傍にピークが現われ、ピーク値も急激に大きくな
つた。一方周辺部ではそのままピークは現われて
いない。中心部のピークはその後送風量の減少に
より消減した。波形解析装置にノイズ防止のため
一定のバイアスをもたせた基準値を設定したとこ
ろ、自動的に中心部の流動化を明確に検知するこ
とができた。

実施例 ２ 第８図には、スペクトル解析を行なわず、周期
的な信号を直接計数することにより流動化検知を
行つた結果について示す。電極、および電気抵抗
の測定装置は、第６図に示した実施例と同じもの
を用い、周波数解析装置のかわりに、一定の抵抗
値以上になつた時パルスを発生するパルス発生装
置およびパルスを計数し、基準回数と比較する判
定装置を取付けた。

第８図に抵抗値の実測値および、実測値に対し
て50〓を基準値として出力したパルスを示す。
10sec間に15回のパルスが出ていて、このうち１
回を除いて流動化時特有のピーク値に対応してい
る。第９図には長時間パルスを計数した結果の推
移を示す。測定開始後10時間後に測定回数が急激
に増加し、炉内が流動化したことを検知してい
る。

第２図ａに示されるように通常の場合のベース
線のコークスの電気抵抗は数〓から10〓程度であ
る。これに対し、流動化により生ずる電気抵抗の
変化は、コークス層の電気抵抗と、絶縁状態の抵
抗（数Ｍ〓）との間を周期的に変化する。前述の
スペクトル解析からも分るように、この周期は
0.05〜５Hzの間にある。したがつて、コークス層
の電気抵抗に一定の定数（例えば20程度）を乗じ
た値を基準抵抗値とし、この基準値を越えて抵抗
が変化する回数を計数する。周期が0.05〜５Hzと
いうことは最小３回／分以上計数されると流動化
と判定できることを示している。つまりコークス
層の抵抗値に一定の値を乗じた基準抵抗値を定
め、単位時間内にこの基準抵抗値以上となつた回
数を計数し、その値を３回／分以上の基準回数と
比較することにより炉内の流動化を検知すること
ができる。この方法はパルス発生装置によつて実
現することができ、上記１の方法のように波形解
析装置により安価となる利点がある。

以上の説明では高炉について述べたが、本発明
は、導電体が充填された移動層型の反応器、例え
ばコークス充填層を用いた鉄の直接還元やFe−
Crの還元装置の流動化の検知に適用することが
できる。また、シヤフト炉を用いた直接還元炉の
炉下部（金属鉄が出る領域）の流動化の検知にも
適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、従来の方法および装置では不
可能だつた高炉内における 流動化の直接検知 局部的流動化の検知 が可能となつた。篭流動化検知により早期に流動
化防止アクシヨンをとることが可能となり、高炉
操業のトラブルを未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置構成を示すブロツク図、
第２図は電気抵抗波形の種類を示すグラフ、第３
図は適正な電極の大きさを示すグラフ、第４図は
周波数解析例のグラフ、第５図はピーク位置と流
動化域の大きさを示すグラフ、第６図は実施例の
ブロツク図、第７図は流動化検知例のグラフ、第
８図は実施例のチヤート、第９図は実施例のグラ
フである。 １……検知用電極、２……絶縁体、３……接地
用電極、４……給排水、５……N₂パージ、６…
…シリンダー、７……シース電線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高炉内に挿入した１対の電極間の電気抵抗の
   変化を解析し、該解析値から炉内装入物の流動化
   現象を判定することを特徴とする装入物流動化検
   知方法。 ２ 検知用電極および接地用電極を絶縁体を介し
   て一体に形成した炉内挿入測定端子と、該測定端
   子に直流電圧を負荷して電気抵抗を測定する装置
   と、該電気抵抗の変化をスペクトル解析する周波
   数解析装置と、その0.05〜５Hz間に存在する電気
   抵抗波形のエネルギー密度の高値を検出する流動
   化判定装置とから成ることを特徴とする装入物流
   動化検知装置。 ３ 検知用電極が高炉装入物の導電性粒体の調和
   平均径の0.5〜10倍の直径および長さである特許
   請求の範囲第２項に記載の流動化検知装置。 ４ 検知用電極および接地用電極を絶縁体を介し
   て一体に形成した炉内挿入測定端子と、該測定端
   子に直流電圧を負荷して電気抵抗を測定する装置
   と、電気抵抗の高値となつた値をパルスに変換し
   て出力するパルス発生装置と、このパルスが３
   回／分以上となつたときに流動化を判定する流動
   化判定装置とからなることを特徴とする装入物流
   動化検知装置。 ５ 検知用電極が高炉装入物の導電性粒体の調和
   平均径の0.5〜10倍の直径および長さである特許
   請求の範囲第４項に記載の流動化検知装置。