(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回シュートを用いて高炉への原料装入を行なう際に、高炉炉壁の振動を測定し、
該振動の周波数解析を行ない、前記原料の前記高炉炉壁への衝突有時振動加速度と衝突無時振動加速度との比が２以上となる周波数帯域である特定周波数帯域を決定した後、
該特定周波数帯域での振動加速度のピーク値を検出することで炉壁への装入原料の衝突を検知することを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項２】
予め装入原料が炉壁に衝突する旋回シュートの傾動角の最小値を検出し、
前記旋回シュートの傾動角の上限値を前記最小値未満の値に設定して、前記装入原料の落下位置を調整することを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方法。
【請求項３】
２００〜２０００Ｈｚの範囲の一部または全部の周波数帯域を特定周波数帯域として振動加速度の時間変化を求めることにより、衝突の有無を検知することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内の装入物落下位置検知に関し、これに基づく装入物の分布制御を行う高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
旋回シュートを有するベルレス装入装置を使用して、高炉の炉頂から原料を装入するに際し、炉壁に原料が衝突しないように、旋回シュートの傾動角はハード的、またはソフト的に上限値を設定する等の措置が採られている。炉壁に原料が衝突することによる、炉壁の磨耗を防止するためである。
【０００３】
しかしながら、原料の配合比率、粒度、水分等の性状により、同じ傾動角で原料装入を行なっても飛距離は変化し、実際の原料落下地点は変化する。そのため、傾動角の上限は、実際に原料が炉壁に衝突する角度に対し、十分な余裕をみて設定されている。
【０００４】
これまで、旋回シュートを使用して装入を行なう場合の落下原料の挙動を把握する方法としては、高炉炉口部に複数のマイクロ波距離計を設置し、距離計の設置位置と検出距離に基づき、高炉内円周方向及び半径方向の原料落下位置を検出することを特徴とするベルレス装入装置からの原料落下位置の検出方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
またその他に、周波数を利用して炉内状況を推定する方法として、炉壁に複数箇所穴を開けて音響検出器を設置し、炉内の音響を検出して、その周波数分布及び音圧分布の経時変化より炉壁近傍の炉内のガス流れの状況及び炉壁内面への付着物の生成状況を検知する手法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１１１５０４号公報
【特許文献２】特開昭５９−１７３２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載のマイクロ波距離計を用いる方法では、炉壁近傍に原料を装入する際に装入原料と炉壁との衝突を検知することはできない。また特許文献２に記載の方法でも、装入原料と炉壁との衝突を検知することは困難である。したがって、上記のように旋回シュートの傾動角に十分な余裕を有する上限を設けて、原料の炉壁の衝突を防止する必要があることになる。
【０００８】
一方で、高炉の安定操業と省エネルギー化のためには、炉壁近傍のガス流速を維持して炉壁に付着物が成長することを抑制すると共に、炉中間部においては、ガス流速を鉄鉱石の還元に必要な最低限まで低下させ、ガス利用率を最大限に向上させることが重要である。
【０００９】
しかしながら、上記のように旋回シュートの傾動角の上限が設定されていることにより、原料を定常的に炉壁の近傍（例えば、炉壁から１ｍ以内程度）に落下することができないため、炉壁側のガス流速を維持するために必要な、炉壁近傍の鉱石とコークスの質量比（以下、「Ｏ／Ｃ」と記載する。）を調整するためには、炉壁から離れた位置で原料を落下させることによって生じる堆積形状により間接的に行なわざるを得ない。
【００１０】
そのため、炉壁近傍だけではなく、炉中間部のＯ／Ｃにも影響を与えることとなり、結果として、炉壁近傍のＯ／Ｃを低下させた場合、炉中間部のガス利用率の悪化を伴い、還元材比が増加、ＣＯ2排出量の増加という問題を生じる場合がある。
【００１１】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、炉壁近傍に原料を装入する際に装入原料と炉壁との衝突を検知可能とし、これにより炉壁近傍へ旋回シュートから直接原料の装入を行なうことで、炉体を保護しつつ炉壁近傍の原料堆積状況の改善を可能とする高炉操業方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）旋回シュートを用いて高炉への原料装入を行なう際に、高炉炉壁の振動を測定し、該振動の周波数解析を行ない、前記原料の前記高炉炉壁への衝突の有無により前記振動の振動加速度に差が生じる周波数である特定周波数を決定した後、該特定周波数での振動加速度のピーク値を検出することで炉壁への装入原料の衝突を検知することを特徴とする高炉の操業方法。
（２）予め装入原料が炉壁に衝突する旋回シュートの傾動角の最小値を検出し、前記旋回シュートの傾動角の上限値を設定して、前記装入原料の落下位置を調整することを特徴とする（１）に記載の高炉の操業方法。
（３）２００〜２０００Ｈｚの範囲の一部または全部の周波数帯域を特定周波数として振動加速度の時間変化を求めることにより、衝突の有無を検知することを特徴とする（１）または（２）に記載の高炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、装入原料と炉壁との衝突を従来よりも高精度に検知可能であり、炉壁への原料衝突による損耗を防止しつつ、従来よりもより炉壁近傍に旋回シュートから原料を装入することが可能となる。これにより高炉内の原料の堆積状況が改善されて、ガス利用率が向上し、還元材比低減やＣＯ2排出量の削減が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略図。
【図２】振動加速度の時間変化（装入原料の衝突無）。
【図３】振動加速度の時間変化（装入原料の衝突有）。
【図４】周波数解析の結果を示すグラフ。
【図５】炉壁周辺におけるコークス層を示す模式図。
【図６】２００〜７００Ｈｚの周波数帯域（特定周波数）のみの振動加速度の時間変化（装入原料の衝突無）。
【図７】２００〜７００Ｈｚの周波数帯域（特定周波数）のみの振動加速度の時間変化（装入原料の衝突有）。
【図８】炉壁の振動の測定位置を示す高炉上部の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明では、高炉の炉壁の振動を測定することで、装入原料と炉壁との衝突を検知する。炉壁の振動は、振動計を用いて測定することができる。振動計を用いて得られた振動の信号（一般的には振動の加速度）を解析した結果、炉壁の振動で得られた振動成分のうち装入原料の炉壁への衝突によるものと、装入原料が原料堆積面に落下した際に炉壁に伝わる振動等の他の要因による振動とを、振動周波数の違いにより識別することができる。そして、旋回シュートから炉内に装入された原料が炉壁に衝突したことを精度良く直接的に検出することができる。
【００１６】
従来のマイクロ波距離計や音響計測の技術では原料の衝突を精度良く直接的に検知することは困難であったが、以下の実施例で説明するように、本発明者らが振動計により炉壁の振動加速度を測定し、周波数解析を行なったところ、装入原料の炉壁への衝突により、ある特定の周波数での振動加速度に顕著な差が現れることを見い出すことができ、これにより本発明を完成した。原料の高炉炉壁への衝突の有無により振動加速度に差が生じる特定の範囲の周波数を、以下「特定周波数」と記載する。特定周波数における振動加速度の差は大きいほど好ましいが、検出精度の点では、衝突有時の振動加速度／衝突無時の振動加速度の比が２以上の差があれば十分であり、衝突有時の振動加速度／衝突無時の振動加速度の比が３以上の差がある周波数を特定周波数として用いることが好ましい。
【００１７】
具体的には高炉の鉄皮外面に振動計の測定部である振動ピックアップ（振動を検出して電気信号に変換するセンサ）を設置して、装入原料を最も炉内の壁側に装入している最中の振動の時間変化を計測する。装入原料が炉壁に直接衝突した場合には装入原料が炉壁に直接衝突しない場合と比較して特定周波数の振動加速度が大きくなる。特定周波数の振動加速度ピークが基準値より大きくなった場合に装入原料が炉壁に直接衝突したと判断することができる。基準値は、装入原料が炉壁に直接衝突しない場合の特定周波数の振動加速度ピーク強度より大きい値で衝突の判断有無が検出できる様に、適宜定めればよい。
【００１８】
装入原料が高頻度で炉壁に直接衝突することは設備保護の観点から避けるべきであり、衝突しない最大の傾動角を設定することが好ましい。
【００１９】
したがって、装入原料が炉壁に直接衝突した際の傾動角よりも小さい値を旋回シュートの傾動角の最大値に設定する。
【００２０】
特定周波数は操業を行なう高炉によって変化するので、予め試験を行って求めておくことが望ましい。通常用いられる大型高炉では、特定周波数は２００〜２０００Ｈｚの範囲にある。この範囲の一部または全部の周波数帯域を特定周波数と決定して特定周波数のみに限定した振動加速度の時間変化を求め、ピーク値を検出することにより、衝突の有無を明確に検知できる。
【００２１】
高炉に装入された原料の最上部（原料堆積面）は、装入原料の荷下がりにより下降し、装入原料の新規装入により上昇する。実操業では、高炉に原料が装入されるタイミング（降下距離）を逐次調整して原料堆積面がほぼ一定の高さレベルになるように調整しており、その基準面をストックラインと称している。ストックラインは高炉の設計段階で定められており、操業中において不変である。
【００２２】
振動計の測定部である振動ピックアップは高炉の原料装入基準レベル（ストックライン）付近の鉄皮外面に設置することが好ましく、冷却用のステーブの無い、剛性の高い部位に設置することが好ましい。また、円周方向に等間隔で、４〜１６ヶ所設置することが好ましい。
【００２３】
例えば、図８においてストックラインは１０で示す位置である。下記の実施例で示すように、振動計でストックラインの上方０．８ｍから、下方２．３ｍの範囲に振動ピックアップを設置することで炉壁への原料衝突の検出が可能であったが、振動ピックアップの設置位置はストックラインの上方１．５ｍ〜下方３．０ｍの範囲とすることが好ましく、さらに、１１ａ、１１ｂで示すような原料堆積面の上下動を勘案して、複数の高さ位置に設置することがより好ましい。
【００２４】
上記の方法で炉壁への装入原料の衝突が検知できるが、特定周波数は装入原料の種類（例えば、コークス、塊鉱石、焼結鉱、ペレットなど）により、最適な範囲が異なり、また、装入原料の種類により旋回シュートからの落下軌跡が異なるので、予め、装入原料の種類毎に振動計で計測しながら旋回シュートの傾動角を装入原料が炉壁に衝突するまで（振動計で測定される振動加速度が増大するまで）徐々に増加させ、原料が炉壁に衝突する最小の傾動角を求めて、操業時の傾動角を調整することが好ましい。また、操業中に傾動角の最大時における振動加速度が増大した場合は、装入原料が炉壁に衝突していることを示すものであるから、操業時の傾動角を小さい側に調整することが好ましい。また、定期的に、振動計で測定しながら旋回シュートの傾動角を装入原料が炉壁に衝突するまで増加させ、原料が炉壁に衝突する最小の傾動角を求めて操業時の傾動角を調整することが好ましい。
【００２５】
以上の本発明方法を用いることで、原料、特に粒径が大きいコークスを炉壁の近傍に装入する際に、炉壁から１ｍ以内にまで直接装入することが可能となるので、コークス層厚をより正確に制御して、炉壁近傍のガス流速を狭い範囲でシャープに高めることができ、ガス利用率を炉壁部分で低下させ、局所的に炉内側にガスを廻して中心方向のガス利用率を上昇させる。これにより製銑工程における還元材比低減、ＣＯ2排出量の削減が可能となる。
【００２６】
図１を用いて本発明の一実施形態を説明する。図１は高炉上部の縦断面の概略図であり、高炉１の上部に設置されたベルレス装入装置の旋回シュート２は傾動角θで回転しながら原料３を高炉内に装入する。高炉１の鉄皮外面に設置した振動ピックアップ４により高炉炉壁の振動を検出し、検知部５により周波数解析を行ない、原料の炉壁への衝突を検知する。６は傾動角設定器であり、検知部５での解析結果を受けて、傾動角θの最大値を原料が炉壁に衝突しない最大の値として、旋回シュート２の傾動角θの制御を行なう。
【実施例１】
【００２７】
図１に示すものと同様の設備を有する出銑比２．３ｔ／ｍ3／日の高炉（溶鉱炉）において、旋回シュートの傾動角を変化させて原料（コークス）の装入を行ない、その際の高炉炉壁の振動測定を行なった。
【００２８】
振動計は、図８に示すようにストックライン１０を基準として４つの高さ位置、ストックライン上方０．８ｍ（ＳＬ＋０．８ｍ）、ストックライン上方０．３ｍ（ＳＬ＋０．３ｍ）、ストックライン下方１．４ｍ（ＳＬ−１．４ｍ）、ストックライン下方２．３ｍ（ＳＬ−２．３ｍ）に、円周方向に４点ずつ（９０度毎）、合計１６個設置した。ストックライン上方０．８ｍ、ストックライン下方２．３ｍは、予備試験において、最も振動計の感応性が良好であった高さ位置である。
【００２９】
振動計の感応性は、高炉炉壁の構造が高さ方向に一様であれば、設置高さ位置とコークスが衝突する位置の距離が近い方が良いはずであるが、現実には、高炉炉壁に構造的に振動が伝わりにくい部位が存在するので、高炉に合わせて適切な設置位置を見つければ良い。
【００３０】
操業中においては原料面の高さは逐次変動するため、ストックライン上方０．８ｍとストックライン下方２．３ｍの振動計の間を補完するために、ストックライン上方０．３ｍ、ストックライン下方１．４ｍにも振動計を設置した。尚、以下に示す結果は振動計をストックライン下方１．４ｍ位置に設置した場合である。
【００３１】
炉壁への原料の衝突の無い場合の振動加速度の時間変化を図２に、衝突時の振動加速度の時間変化を図３に示す。尚、衝突の有無は、落下軌跡のシミュレーションで確認した。
【００３２】
旋回シュートによる原料の装入は、約６秒で１旋回する設定で実施したため、約６秒毎に振動のピークが測定された。装入原料が炉壁に衝突した図３は装入原料が炉壁に衝突しなかった図２に比べ、概ね大きな振動加速度となっているが、振動加速度の値が時間変化しているため、衝突の有無を閾値の設定により判断できる程には振動加速度の値に差は無かった。
【００３３】
図２、図３の周波数解析を行なった結果を図４に併せて示す。図４において、ａが炉壁への装入原料の衝突の無い場合、ｂが装入原料の衝突がある場合である。装入原料の衝突があるｂは、装入原料の衝突の無いａよりも、周波数２００〜２０００Ｈｚの間では、他の周波数帯に比べ振動加速度が２〜１０倍大きいことが分かる。
【００３４】
図６、７は周波数フィルターを用いて図２、３の測定結果の２００〜７００Ｈｚの周波数帯域（特定周波数）のみに限定して振動加速度の時間変化を出力したものである。図６の振動加速度ピーク値は最大でも０．２ｍ／ｓ2であるが、図７の振動加速度ピーク値は最小でも０．４ｍ／ｓ2である。従って、閾値を０．３ｍ／ｓ2とすることで炉壁への装入原料の衝突を検出することができる。
【００３５】
上記の測定の結果を用い、これまで装入原料の炉壁への衝突を確実に避けるために従来は５４度としていた旋回シュートの傾動角の上限値の設定を緩和し、傾動角５４度から１単位量上げた５５度を上限値として設定して、コークス層厚が炉周辺部で所定の厚さになるように制御性を高めた装入を行った。このようにして装入されたコークス層の炉壁周辺での模式図を図５に示す。炉壁７周辺において局所的なコークス８の層厚部を設けることが可能となり、これまで制御が困難であった炉壁から１ｍの範囲においても、原料の層厚をコントロールすることが可能となった。５５度以上の傾動角では衝突の可能性が高まるが、振動が検知できることにより、上限値を逐次見直すことが可能となった。
【００３６】
その結果、ガス利用率が全体として０．２％向上し、４８７．５ｋｇ/ｔ―ｐだった還元材比は４８６．５ｋｇ/ｔ―ｐに低下した。したがって、還元材比を１．０ｋｇ／ｔ−ｐ削減することができた。またＣＯ2排出量も３．２ｋｇ／ｔ−ｐ低下した。
【符号の説明】
【００３７】
１    高炉
２    旋回シュート
３    原料
４    振動ピックアップ
５    検知部
６    傾動角設定器
７    炉壁
８    コークス
９    鉱石
１０    ストックライン
１１（１１ａ、１１ｂ）    原料堆積面
θ    傾動角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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