(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の羽口に接続した送風管と、
中央部に微粉炭が通過する微粉炭通過路が形成されると共にその微粉炭通過路の外周側に支燃性ガスが通過する支燃性ガス通過路が形成され、先端部が上記送風管内に配置された微粉炭吹き込みランスと、を使用し、
上記微粉炭吹き込みランスによって、支燃性ガスと共に微粉炭を上記羽口から高炉内に吹き込む高炉の微粉炭吹き込み方法において、
上記送風管への送風圧力をＰｂ、上記支燃性ガス通過路への支燃性ガスの圧力をＰｘ、上記送風管への送風流速をＶｂ、上記支燃性ガス通過路への支燃性ガスの流速をＶｘとした場合に、
上記流速Ｖｂから求めた送風管の圧損ΔＰｂと、上記流速Ｖｘから求めた支燃性ガス通過路の圧損ΔＰｘとの差である圧損差（ΔＰｂ−ΔＰｘ）と、上記送風圧力Ｐｂと支燃性ガスの圧力Ｐｘとの差である圧力差（Ｐｂ−Ｐｘ）との偏差が、予め設定した許容圧力よりも大きい場合に、上記支燃性ガスの吹き込み異常と判定することを特徴とする高炉の微粉炭吹き込み方法。
【請求項２】
下記式を満足する場合に、上記支燃性ガスの吹き込み異常と判定することを特徴とする請求項１に記載した高炉の微粉炭吹き込み方法。
｜（Ｐｂ−Ｐｘ）−（ｋｂ・Ｖｂ２  −ｋｘ・Ｖｘ２）｜  ＞許容圧力
ここで、ｋｂ、ｋｘは、予め求めた圧損に関する係数である。
【請求項３】
高炉の羽口に接続した送風管と、
中央部に微粉炭が通過する微粉炭通過路が形成されると共にその微粉炭通過路の外周側に支燃性ガスが通過する支燃性ガス通過路が形成され、先端部が上記送風管内に配置された微粉炭吹き込みランスと、を使用し、上記微粉炭吹き込みランスによって、支燃性ガスと共に微粉炭を上記羽口から高炉内に吹き込む高炉操業における、上記支燃性ガスの吹き込みの異常を検出する装置であって、
上記送風管への送風圧力Ｐｂを検出する送風圧力検出部と、
上記支燃性ガス通過路への支燃性ガスの圧力Ｐｘを検出する支燃性ガス圧力検出部と、
上記送風管への送風流速Ｖｂを求める送風流速取得部と、
上記支燃性ガス通過路への支燃性ガスの流速Ｖｘを求める支燃性ガス流速取得部と、
上記送風流速取得部が検出した送風流速Ｖｂから送風管の圧損ΔＰｂを求める第１圧損算出部と、
上記支燃性ガス流速取得部が検出した支燃性ガスの流速Ｖｘから支燃性ガス通過路の圧損ΔＰｘを求める第２圧損算出部と、
上記送風管の圧損ΔＰｂと支燃性ガス通過路の圧損ΔＰｘとの差である圧損差（ΔＰｂ−ΔＰｘ）と、上記送風圧力Ｐｂと支燃性ガスの圧力Ｐｘとの差である圧力差（Ｐｂ−Ｐｘ）との偏差が、予め設定した許容圧力よりも大きい場合に、上記支燃性ガスの吹き込み異常と判定する異常判定部と、
を備えることを特徴とする支燃性ガスの吹き込み異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽口から微粉炭を吹き込む高炉操業に関する技術であって、特に、ランスによって微粉炭と共に吹き込まれる酸素ガスその他の支燃性ガスの吹き込み異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が問題となっており、製鉄業においても排出ＣＯ２の抑制は重要な課題となっている。高炉操業では、コークス及び羽口から吹き込む微粉炭を還元材として使用しており、コークスよりも、できるだけ微粉炭を使用することが、排出ＣＯ２の抑制につながると共に操業コストが安価となる。
そして、上記羽口からの微粉炭吹き込み技術としては、例えば特許文献１〜３に記載に記載の技術がある。これらの技術は、２重管ランスを使用し、２重管ランスの内側管から微粉炭を吹き込むと共に、内側管と外側管との間の通路から酸素ガスを吹き込む技術である。このような２重管ランスを使用することで、単管ランスで微粉炭を吹き込む場合に比べ、燃焼効率を高くすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０７４４６７号公報
【特許文献２】韓国特許公開公報２００２−０００４７３５９
【特許文献３】特開平６−１００９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
２重管ランスの内側管と外側管との間に形成される支燃性ガス通過路は、内側管と外側管の隙間が数ミリと狭くかつ搬送路が長いために、圧損が高くなる傾向にある。そして、支燃性ガス通過路の詰まり等の異常によって、ランスから吹き出される酸素ガスの圧力が羽口先の炉内圧力よりも低くなった場合には、酸素ガスを炉内に送れない可能性があるという問題があったり、逆に炉内の熱風がランス側に逆流する可能性もある。このため、支燃性ガス通過路を通じて送る酸素ガス圧力等によって、正常に酸素ガスが吹き込まれているか否かを監視する必要がある。
【０００５】
しかし、炉内の羽口付近の圧力を精度良く求めることは困難である。このため、炉内圧力の検出値を使用することなく、酸素ガス吹き込みの異常を判定できることが望まれる。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、炉内圧力を使用することなく支燃性ガスの吹き込み異常を精度良く判定することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、高炉の羽口に接続した送風管と、中央部に微粉炭が通過する微粉炭通過路が形成されると共にその微粉炭通過路の外周側に支燃性ガスが通過する支燃性ガス通過路が形成され、先端部が上記送風管内に配置された微粉炭吹き込みランスと、を使用し、上記微粉炭吹き込みランスによって、支燃性ガスと共に微粉炭を上記羽口から高炉内に吹き込む高炉の微粉炭吹き込み方法において、
上記送風管への送風圧力をＰｂ、上記支燃性ガス通過路への支燃性ガスの圧力をＰｘ、上記送風管への送風流速をＶｂ、上記支燃性ガス通過路への支燃性ガスの流速をＶｘとした場合に、上記流速Ｖｂから求めた送風管の圧損ΔＰｂと、上記流速Ｖｘから求めた支燃性ガス通過路の圧損ΔＰｘとの差である圧損差（ΔＰｂ−ΔＰｘ）と、上記送風圧力Ｐｂと支燃性ガスの圧力Ｐｘとの差である圧力差（Ｐｂ−Ｐｘ）との偏差が、予め設定した許容圧力よりも大きい場合に、上記支燃性ガスの吹き込み異常と判定することを特徴とする。
【０００７】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、下記式を満足する場合に、上記支燃性ガスの吹き込み異常と判定することを特徴とする。
｜（Ｐｂ−Ｐｘ）−（ｋｂ・Ｖｂ２  −ｋｘ・Ｖｘ２）｜＞許容圧力
ここで、ｋｂ、ｋｘは、予め求めた圧損に関する係数である。
次に、請求項３に記載した発明は、高炉の羽口に接続した送風管と、中央部に微粉炭が通過する微粉炭通過路が形成されると共にその微粉炭通過路の外周側に支燃性ガスが通過する支燃性ガス通過路が形成され、先端部が上記送風管内に配置された微粉炭吹き込みランスと、を使用し、上記微粉炭吹き込みランスによって、支燃性ガスと共に微粉炭を上記羽口から高炉内に吹き込む高炉操業における、上記支燃性ガスの吹き込みの異常を検出する装置であって、
上記送風管への送風圧力Ｐｂを検出する送風圧力検出部と、上記支燃性ガス通過路への支燃性ガスの圧力Ｐｘを検出する支燃性ガス圧力検出部と、上記送風管への送風流速Ｖｂを求める送風流速取得部と、上記支燃性ガス通過路への支燃性ガスの流速Ｖｘを求める支燃性ガス流速取得部と、
上記送風流速取得部が検出した送風流速Ｖｂから送風管の圧損ΔＰｂを求める第１圧損算出部と、上記支燃性ガス流速取得部が検出した支燃性ガスの流速Ｖｘから支燃性ガス通過路の圧損ΔＰｘを求める第２圧損算出部と、上記送風管の圧損ΔＰｂと支燃性ガス通過路の圧損ΔＰｘとの差である圧損差（ΔＰｂ−ΔＰｘ）と、上記送風圧力Ｐｂと支燃性ガスの圧力Ｐｘとの差である圧力差（Ｐｂ−Ｐｘ）との偏差が、予め設定した許容圧力よりも大きい場合に、上記支燃性ガスの吹き込み異常と判定する異常判定部と、
を備えることを特徴とする支燃性ガスの吹き込み異常検出装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、炉内圧力を使用することなく、簡易に、羽口からの支燃性ガスの吹き込み異常を精度良く判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る高炉操業を説明する概念図である。
【図２】送風管及びランスへの配管構成の例を説明する概念図である。
【図３】異常検出装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】圧力ＶｂとＶｘとの関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、本実施形態では、支燃性ガスとして酸素ガスを例に挙げて説明する。支燃性ガスは、純酸素ガスに限定されず、酸素ガス富化空気など他の公知の支燃性ガスであっても適用可能である。
図１は、高炉操業における高炉１への微粉炭吹き込みを説明するための全体概要図である。
【００１１】
図１に示すように、高炉１の下部には複数の羽口３が形成されていて、各羽口３には、それぞれ熱風を炉内に向けて圧送するための送風管２の先端部が接続されている。また、送風管２内を通じて羽口３から炉内に微粉炭及び支燃性ガスを吹き込むための２重管ランス４を有する。本実施形態では、１つの送風管２に対し２つの２重管ランス４が配設される場合を例示しているが、１つの送風管２に対し１本若しくは３本以上の２重管ランス４が配設されていても良い。但し、１つの送風管２に対するランス４の本数が多くなるほど、ランス１本当たりの吹き込み量を少なく設定可能となる。
【００１２】
上記送風管２には、不図示の熱風炉からの熱風が供給される。その送風管２には、図２に示すように、送風管２を流れる熱風の流量を調整する流量調整弁（不図示）、送風管２への圧力を検出する圧力計１１、送風管２を流れる熱風の流量を検出する流量計１０が介装されている。圧力計１１及び流量計１０は、検出結果を後述の異常検出装置に出力する。
上記２重管ランス４は、微粉炭吹き込みランスを構成する。この２重管ランス４は、図２に示すように、同心状に配置された内側管と外側管とを備え、内側管内の空間が微粉炭通過路４Ａを形成すると共に、内側管と外側管との間の空間に、支燃性ガス通過路４Ｂが形成される。
【００１３】
そして各２重管ランス４の先端部は、図２に示すように、送風管２の先端部分（羽口３側に近い側）を貫通して当該送風管２内に配置されている。その２重管ランス４の先端部の軸線は、先端に行くほど羽口３に近付くように斜めに配置されることで、羽口３側に向けてランス先端部から微粉炭及び酸素ガスが吹き出し可能となっている。なお、本実施形態の２重管ランス４は、図２に示すように、その先端部が羽口３内に位置するように設定されている。
上記２重管ランス４の微粉炭通過路４Ａには、不図示の微粉炭タンクからの微粉炭が圧送され、圧送された微粉炭が内側管内に形成された微粉炭通過路４Ａの先端から噴射可能となっている。
【００１４】
また２重管ランス４の支燃性ガス通過路４Ｂの入口は、図２に示すように、高圧酸素ガスタンク１２に接続され、該高圧酸素ガスタンク１２から支燃性ガス通過路４Ｂに酸素ガスが圧送される。高圧酸素ガスタンク１２と支燃性ガス通過路４Ｂとを接続する管路１３には、高圧酸素ガスタンク１２側（上流側）から流量調整弁１４、遮断弁１５、流量計１６、圧力計１７、逆止弁１８が介装されている。流量計１６及び圧力計１７は、検出結果を異常検出装置２０に出力する。
【００１５】
ここで、羽口３の熱風送風方向先方のコークス堆積層には、レースウエイ５と呼ばれる燃焼空間が存在し、主として、この燃焼空間で還元材の燃焼、ガス化が行われる。ランス４から羽口３を通過し、レースウエイ５内に吹込まれた微粉炭は、コークスと共に、その揮発分と固定炭素が燃焼する。そして、揮発分が放出されて残った、一般にチャーと呼ばれる炭素と灰分の集合体は、レースウエイから未燃チャーとして排出される。羽口３の熱風送風方向先方における熱風速度は、例えば約２００ｍ／ｓｅｃであり、ランス４の先端からレースウエイ５内における酸素ガスの存在領域は、例えば約０．３〜０．５ｍとされている。また、２重管ランス４から微粉炭を吹き込むと共にその外周から酸素ガスを吹き込んだ場合、ランス近傍で微粉炭と酸素ガスとの混合が促進され、より早期から微粉炭の燃焼が開始するものと考えられ、これによりランスに近い位置で燃焼温度が更に上昇する。
【００１６】
次に、異常検出装置２０の処理について説明する。
異常検出装置２０は、送風管２に設けられた圧力計１１及び流量計１０からの検出結果、及び支燃性ガス通過路４Ｂに設けられた圧力計１７及び流量計１６からの検出結果に基づき、支燃性ガスである酸素ガスの吹き込み異常を検出する。なお、流量計１０、１６の検出結果の代わりに、各流路の流量を調整する流量調整弁の制御量を流量情報として取得しても良い。
ここで、圧力計１１が検出した送風管２への送風圧力をＰｂ、圧力計１７が検出した支燃性ガス通過路４Ｂへの支燃性ガスの圧力をＰｘ、上記送風管２への送風流速をＶｂ、上記支燃性ガス通過路４Ｂへの支燃性ガスの流速をＶｘとする。流速Ｖｂ、Ｖｘは、流量を微分処理することで求めることが出来る。
【００１７】
異常検出装置２０は、検出情報入力部２０Ａ、送風流速取得部２０Ｂ、支燃性ガス流速取得部２０Ｃ、第１圧損算出部２０Ｄ、第２圧損算出部２０Ｅ、異常判定部２０Ｆを備える。
検出情報入力部２０Ａは、上述のように、各圧力計１１及び流量計１０からの検出結果を入力する。
送風流速取得部２０Ｂは、送風管２への送風流量から、送風管２への送風流速Ｖｂを求める。
支燃性ガス流速取得部２０Ｃは、上記支燃性ガス通過路４Ｂへの支燃性ガスの流量から、上記支燃性ガスの流速Ｖｘを求める。
【００１８】
第１圧損算出部２０Ｄは、下記（１）式によって、送風流速Ｖｂから送風管２の圧損ΔＰｂを求める。
ΔＰｂ  ＝ｋｂ・Ｖｂ２  ・・・（１）
ここで、圧力損失は流速の２乗に比例する。このため、上記（１）式のように、圧力損失は、「Ｖｂ２」に圧損係数ｋｂを乗算することで求めることが出来る。圧損係数ｋｂは、実験その他によって予め求めておく。
【００１９】
第２圧損算出部２０Ｅは、下記（２）式によって、支燃性ガスの流速Ｖｘから送風管２の圧損ΔＰｘを求める。
ΔＰｘ  ＝ｋｘ・Ｖｘ２  ・・・（２）
ここで、圧力損失は流速の２乗に比例する。このため、上記（２）式のように、圧力損失は、「Ｖｂｘ」に圧損係数ｋｘを乗算することで求めることが出来る。圧損係数ｋｘは、実験その他によって予め求めておく。
【００２０】
異常判定部２０Ｆは、上記送風管２の圧損ΔＰｂと支燃性ガス通過路４Ｂの圧損ΔＰｘとの差である圧損差（ΔＰｂ−ΔＰｘ）と、上記送風圧力Ｐｂと支燃性ガスの圧力Ｐｘとの差である圧力差（Ｐｂ−Ｐｘ）との偏差が、予め設定した許容圧力ΔＶよりも大きいか否かを判定する。そして、異常判定部２０Ｆは、偏差が、予め設定した許容圧力ΔＶよりも大きい場合に、上記支燃性ガスの吹き込み異常と判定する。
ここで、支燃性ガスの吹き込み異常と判定される原因としては、例えば支燃性ガス通過路４Ｂが狭くなって、支燃性ガス通過路４Ｂに圧力異常が発生した場合である。
【００２１】
異常判定部２０Ｆは、下記（３）式を満たす場合に支燃性ガスの吹き込み異常と判定することになる。
｜（Ｐｂ−Ｐｘ）−（ｋｂ・Ｖｂ２  −ｋｘ・Ｖｘ２）｜＞  ΔＶ    ・・・（３）
ここで、ｋｂ、ｋｘは、予め求めた圧損に関する係数である。
【００２２】
次に、この（３）式の妥当性について説明する。
ここで、羽口先圧力をＰｆと定義した場合、送風管２の圧力検知位置から先端部までの圧力損失ΔＰｂは、次の（４）式で表現出来る。
ΔＰｂ  ＝Ｐｂ  −Ｐｆ  ＝ｋｂ・Ｖｂ２      ・・・（４）
同様に支燃性ガス通過路４Ｂのランス入口からランス先端までの圧力損失ΔＰｘは、次の（５）式で表現出来る。
ΔＰｘ  ＝Ｐｘ  −Ｐｆ  ＝ｋｘ・Ｖｘ２      ・・・（５）
【００２３】
そして、（４）式から（５）式を引くと、羽口３先圧力Ｐｆの項が消えて、次の（６）式となる。
Ｐｂ−Ｐｘ  ＝ｋｂ・Ｖｂ２−ｋｘ・Ｖｘ２      ・・・（６）
そして、何も誤差要因がなければ、（Ｐｂ−Ｐｘ）−（ｋｂ・Ｖｂ２−ｋｘ・Ｖｘ２）はゼロとなるはずであるが、誤差要因を考慮して、（Ｐｂ−Ｐｘ）と（ｋｂ・Ｖｂ２−ｋｘ・Ｖｘ２）との偏差が、計算誤差や圧力計、流量変動などの誤差分を考慮して求めた許容圧以下であれば、支燃性ガスの吹き込みに異常が無いものとみなす。
ここで、係数ｋｂ、ｋｘは、上記（３）式について、操業データを使用して回帰分析して求める。
【００２４】
使用した操業データは省略するが、特定の高炉１において、実際の操業データを使用して回帰分析したところ、次のようになった。
ΔＰｂ＝０．００２４６４・Ｖｂ２
ΔＰｘ＝０．０５６９９１・Ｖｘ２
この例では、ｋｂ＝０．００２４６４、ｋｘ＝０．０５６９９１となる。
このとき、実際に送風管２の上流側（圧力検知位置）と先端部の圧力をそれぞれ実験で求めて、圧損の係数を算出したところ、０．０５０〜０．０５７の範囲の値であり、上記ｋｘ＝０．０５６９９１は、ほぼ正しい値と判断出来る。同様に、係数ｋｂについても妥当な値が上記回帰分析で求める事が出来る。
ここで、上記許容圧力ΔＶは、例えば４０ｋＰａに設定する。この許容圧力ΔＶの値は、回帰分析の計算誤差を最大１６ｋＰａ年、圧力計１１の誤差を４ｋＰａとし、送風圧力の変動誤差が０．５％とあるとして２０ｋＰａだけ見込み、その合計値である４０ｋＰａを許容圧力ΔＶとした。
【００２５】
この例の場合には、下記（７）式を満足する場合には、支燃性ガス通過路４Ｂの圧力異常が無く、支燃性ガスの吹き込みに異常が無いと判定することができる。逆に、この式を満足しない場合に、支燃性ガス通過路４Ｂの圧力異常があって、支燃性ガスの吹き込みに異常があると判定することが出来る。
｜（Ｐｂ−Ｐｘ）−（ｋｂ・Ｖｂ２  −ｋｘ・Ｖｘ２）｜  ≦  ４０  （ｋＰａ）
・・・（７）
異常判定部２０Ｆが、支燃性ガスの吹き込みの異常と判定したら、オペレータに対し異常通知処理を行うと共に、例えば、支燃性ガス通過路４Ｂに設けた遮断弁を閉じたり、支燃性ガスに代えて不活性ガスを一時的に供給する等の処理を行う。
ここで、上記異常判定は、各ランスの支燃性ガス通路毎に支燃性ガスの吹き込み異常を判断する。
【００２６】
（動作その他）
図４は、実際の高炉操業における、送風管２の送風圧力、支燃性ガス通過路４Ｂへの圧力、支燃性ガス通過路４Ｂに供給される流量から算出した酸素ガスの吹き込み流速についての時系列データである。
この図４のデータは、高炉操業に問題が無く、支燃性ガスの吹き込みに異常が無いと推定されるときのデータであるが、支燃性ガスを吹き込む熱風側の送風圧力の方が、支燃性ガス通過路４Ｂへの圧力よりも高い場合がある。このため、送風管２の送風圧力と支燃性ガス通過路４Ｂへの圧力とを単純に比較するだけでは、支燃性ガスの吹き込みに異常があるかどうか容易に判定することが出来ない。
【００２７】
また、炉内の羽口３近傍の圧力も容易に取得することが出来ないと言う事情がある。
これに対し、本実施形態では、上述のように、送風管２への送風圧力及び流速、支燃性ガス通過路４Ｂへの圧力及び流速に基づき、上記（３）式によって簡易且つ精度良く、支燃性ガス通過路４Ｂの圧力異常等に起因する、支燃性ガスの吹き込み異常を判定することが出来る。
なお、流速は管内を流れる流量から求めることが出来るので、送風管２への送風圧力及び単位時間当たりの流量、支燃性ガス通過路４Ｂへの圧力及び単位時間当たりの流速に基づき、異常判定していることと同義である。
【００２８】
ここで、本実施形態では、「中央部に微粉炭が通過する微粉炭通過路４Ａが形成されると共にその微粉炭通過路４Ａの外周側に支燃性ガスが通過する支燃性ガス通過路４Ｂが形成され、先端部が上記送風管２内に配置された微粉炭吹き込みランス」として、２重管ランス４を例示したが、微粉炭吹き込みランスは、２重管構造でなくても構わない。３重管構造であっても良いし、微粉炭通過路４Ａとなる管路の外側に非同心状に配置された別の管路で支燃性ガス通過路４Ｂが形成されるなどのランス構造であっても構わない。また本発明は、２重管ランス４の構造自体についても特に限定は無い。
【符号の説明】
【００２９】
１     高炉
２     送風管
３     羽口
４     ２重管ランス
４Ａ   微粉炭通過路
４Ｂ   支燃性ガス通過路
５     レースウエイ
１０   流量計
１１   圧力計
１２   高圧酸素ガスタンク
１３   管路
１４   流量調整弁
１５   遮断弁
１６   流量計
１７   圧力計
１８   逆止弁
２０   異常検出装置
２０Ａ 検出情報入力部
２０Ｂ 送風流速取得部
２０Ｃ 支燃性ガス流速取得部
２０Ｄ 圧損算出部
２０Ｅ 圧損算出部
２０Ｆ 異常判定部
【図１】
0005949125.tif 000002
【図２】
0005949125.tif 000003
【図３】
0005949125.tif 000004
【図４】
0005949125.tif 000005