(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯と、
没液位置および非没液位置の間で可動のランスとを含み、該ランスは下端部および上端部を有し、該下端部は前記溶湯中へ前記没液位置に下降するように構成され、さらに、
前記ランスに装着され、前記没液位置において該ランスの１つ以上の動き、または該ランスに加わる１つ以上の力を検出するように構成された検出装置を含むトップサブマージランシング注入反応炉システムにおいて、前記検出された動きまたは力は前記溶湯における運転状態を示すことを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ランスは、前記没液位置および非没液位置の間に該ランスを配置するように動作可能な昇降装置に装着され、該ランスは、該昇降装置における該ランスの下端部と該ランスの上端部の間の位置に装着され、前記検出装置は、前記ランスの上端部の近位に装着されていることを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、前記検出装置は配向センサことを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項４】
請求項１または２に記載のシステムにおいて、前記検出装置は、加速度計、ジャイロスコープおよび磁力計のうちの１つ以上を含むことを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシステムにおいて、該システムはさらに、複数の検出信号を受信するように構成された受信器を含むことを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記受信器は、前記検出信号を解析して少なくとも前記ランスの動きの大きさおよび方向を判定するように構成された処理手段を含むことを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項７】
請求項５に記載のシステムにおいて、前記受信器は、遠隔配置された基地局と通信可能に接続され、該基地局は、信号を解析して少なくとも前記ランスの動きの大きさおよび方向を判定するように構成された処理手段を含むことを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項８】
請求項６または７に記載のシステムにおいて、前記処理手段は、前記検出信号の機能として前記溶湯の運転状態を可視的に示す出力を生成することを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記出力は１つ以上のグラフ表示の形をとり、少なくとも２次元における前記ランスの変位の可視表示を出力することを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システム。
【請求項１０】
トップサブマージランシング注入反応炉システムの溶湯における運転状態の判定方法において、該方法は、
ランスに装着された検出装置を用意する工程と、
少なくともランスの下端部を前記溶湯内に没液位置へ向かって下降させる工程と、
前記没液位置においてランスに加わる動きおよび／または力に応動して１つ以上の検出信号を生成する工程と、
該検出信号を受信器へ送る工程と、
前記検出信号を処理して、少なくとも前記ランスの動きの大きさおよび方向または該ランスに加わる力を判定する工程とを含み、
該ランスの動きの大きさおよび方向または該ランスに加わる力は、前記溶湯における運転状態を示すことを特徴とするトップサブマージランシング注入反応炉システムの溶湯における運転状態の判定方法。
【請求項１１】
請求項10に記載の方法において、前記検出信号を処理して、少なくとも前記ランスの動きの大きさおよび方向を判定する工程は、Ｘ、ＹおよびＺ軸における該ランスの変位を判定することを含むことを特徴とする溶湯における運転状態の判定方法。
【請求項１２】
請求項10または11に記載の方法において、前記検出信号を処理して、少なくとも前記ランスの動きの大きさおよび方向を判定する工程は、該ランスの加速度を判定することを含むことを特徴とする溶湯における運転状態の判定方法。
【請求項１３】
請求項10または11に記載の方法において、前記検出信号を処理して、少なくとも前記ランスの動きの大きさおよび方向を判定する工程は、該ランスの回転運動を判定することを含むことを特徴とする溶湯における運転状態の判定方法。
【請求項１４】
請求項10または11に記載の方法において、前記検出信号を処理して、少なくとも前記ランスの動きの大きさおよび方向を判定する工程は、振動および／または歪みを判定することを含むことを特徴とする溶湯における運転状態の判定方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
溶湯製錬または他の乾式冶金運転は、溶湯と酸素含有ガス源の間の相互作用が必要であるが、ガス源についてはいくつかの異なる装置を利用している。一般に、これらの運転は、溶融マット／金属への直接注入を伴う。これは、ベッセマー型炉におけるような底部吹込み羽口、またはパース・スミス型転炉におけるような側部吹込み羽口によるものでよい。または、ガスの注入は、ランスを使って頂部吹込みまたはサブマージ注入のいずれかを行なうものでよい。頂部吹込みランス注入の例は、KALDOおよびBOP製鋼プラントであり、これは、溶湯の上方から純酸素を吹き込んで溶融鉄から鋼を製造するものである。頂部吹込みランス注入の他の例は、三菱銅プロセスがあり、これは、ランスによって酸素富化空気などの酸素含有ガスの噴流を生じさせて、溶湯の頂部表面に当射して浸透させ、それぞれ銅マットを製造し、また転換するものである。サブマージランス注入の場合、ランスの下端部を没液して、溶湯のスラグ層の上方からでなく内部で注入が生ずるようにし、トップサブマージランシング(TSL)注入を行なう。
【０００２】
頂部吹込みおよびTSL注入の両方とも、ランスは強く優勢な溶湯温度に露呈される。三菱銅プロセスにおける頂部吹込みは比較的小型の鋼ランスを多数使用し、その内側管は直径約50 mm、外側管は直径約100 mmである。内側管はほぼ炉ルーフの高さ、反応領域の十分上方で終端している。外側管は回転可能で、炉ルーフにおいて水冷カラーに固着しないようにしてあるが、炉の気体空間内で下方に延伸し、その下端部が溶湯の上面の上方約500〜800 mmに位置している。空気に載せた原料微小粒子を内側管に通して吹き込み、また酸素富化空気を管の間の環状部に吹き込む。溶湯表面の上方に外側管の下端部との空間があり、ここを通るガスによってランスがいくらか冷却されるにも拘らず、外側管は１日あたり約400 mm焼失する。したがって外側管は、必要に応じて徐々に下降させ、新たな区分管を消耗外管の頂部に取り付ける。
【０００３】
TSL注入に用いられるランスは、上述の三菱プロセスにおけるような頂部吹込み用よりはるかに大きい。TSLランスは通常、以下に前提とするように少なくとも内側管および外側管を有するが、内側管および外側管と同心の少なくとも１つの他の管を有する場合がある。典型的な大型のTSLランスは、外側管が直径200ないし500 mm以上である。また、ランスも非常に長く、TSL反応炉のルーフを通って下方に延伸し、高さが約10ないし15 mのことがあり、そのため外側管の下端部は、約300 mm以上の深さまで溶湯の溶融スラグ相に没液するが、外側管の外側面に形成されて保持され内部の注入ガス流の冷却作用により固化したスラグの被覆によって保護されている。内側管は、ほぼ外側管と同じ高さ、すなわち外側管の下端部の上方約1000 mmまでの高さより高いところで終端することがある。そこで、外側管の下端部のみを没液させることもあり得る。
【０００４】
TSLランスの内側管は、精鉱、フラックスおよび還元剤などの原料を供給して溶湯のスラグ層に注入するのに使用され、または燃料用に使用されることがある。空気または酸素富化空気などの酸素含有ガスは、管の間の環状部を通って供給される。溶湯のスラグ層内でサブマージ注入が始まると、酸素含有ガス、および燃料油、粉炭または炭化水素ガスなどの燃料がランスに供給され、その結果の酸素／燃料混合物が着火して火炎噴流が発生し、これがスラグ中に当射する。これによって、スラグが溶湯内で搖動し、大きな溶湯の動きが生ずる。この溶湯の動きは、ランスを介したガスまたは他の材料の注入と相まって、誘起された力に起因するランスの動きを生ずる。トップサブマージランスが遭遇するこの動きの範囲は、溶湯に生ずるプロセス運転に関する重要な情報を提供するポテンシャルを有している。
【０００５】
従来のやり方によれば、ランスは操作者によって操作され、操作者は、ランス先端部をどの高さに配置すべきかを判断し、ランスに取り付けた昇降装置を使って溶湯に対してランスを上昇または下降させることで、これを操作する。このような装置は、ランストロリーと称するランス用支持体またはガイドを有することがあり、ランストロリーは、ケーブルによってホイストに接続され、これによってモータ制御系は、槽内部でのランス先端部の溶湯に対する位置を決めることができる。ランス高表示は、ランス胴体から駆動される摺動ワイヤ給送器で制御可能であるが、これを用いて反応炉内部におけるランスの下端部の位置の表示を行なう。操作者は、ランスの動き等に関する手操作監視をするように指示され、早晩、ランスの動きのどの範囲が溶湯における最適状態または準最適状態を示すのかを直感的に認識するようになる。例えば、操作者は、ランスの動きを目視でモニタすることで、溶湯内にランスを配置することができる。ランスの動きの度合いは、操作者がいくつか経験することで利用することができ、ランスの先端部が溶湯に没液される深さを推定する。
【０００６】
資料、作業、材料、装置、文献等の参照を含む本願に記載の発明の背景の検討は、本発明の状況の説明を企図している。これは、言及した事項のいずれかが特許請求の範囲の優先日現在で特許の領域において公開され、公知であり、または共通の知見の一部であることを認めたり示唆したりするものとして受け止めるべきでない。
【０００７】
溶融スラグ溶湯における運転状態をモニタするセンサを１つ以上設けることが望ましい場合もあろう。
【０００８】
国際公開公報第2011/106023号公報は、炉搖動推定およびランス最適化システムを提示している。
【０００９】
国際公開公報第2014/167532号公報は、トップサブマージ注入ランス装置における溶湯の温度測定装置を提示している。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の態様によれば、トップサブマージランシング注入反応炉システムの溶湯における運転状態を判定する次のような検出装置が提供される。すなわちこの検出装置は、少なくともランスの下端部が溶湯における没液位置に配置され、検出装置はランスに装着され、ランスの１つ以上の動きまたはランスに加わる１つ以上の力を検出するように構成され、検出された動きまたは力は溶湯における運転状態を示す。
【００１１】
適した検出装置の例には、一般には配向センサ、より具体的には加速度計、ジャイロスコープおよび／または磁力計のうちの１つ以上がある。加速度計は例えば、ランスの動きの大きさおよび方向、様々な方向におけるランスの加速度および／またはランスに加わるＧ力を検出することによってランスの配向を検出するのに使用できる。このような配向センサは、単独で、または組み合わせて、検出装置に必要な機能を提供してもよい。
【００１２】
溶湯搖動は一般に反応炉内部の正常運転状態と考えられ、また溶湯搖動によって通常はランスの不定運動が生ずるので、溶湯における運転状態の評価は、ランスの動きパターンに基づくことができる。例えば、ランスの動きは、溶湯付近のランスを含む反応炉内のランス位置、スラグ高、スラグ粘性の変動、溶湯温度等を含む可変状態によって左右される。ランスの動きパターンが望ましくない運転状態を示し、ランスが溶湯中に深く没液しすぎているか、または全く没液していないか、またはスラグの粘性が強すぎるかする場合、この判定は、反応炉システム内の運転状態を調整するのに使用してもよく、その場合、最終目的は運転の効率を改善することである。
【００１３】
ある実施例では、検出装置はランスの下端部より遠位に装着される。この構成により検出装置は、検出装置を実用上溶湯から離して配置することによって、すなわち運転中、溶湯に没液することになるランスの下端部ではなく、ランストロリーおよびホイストなどの昇降装置が装着される可能性のある方のランスの端部に向けて検出装置を装着することによって、溶湯における状態から検出装置が保護される。
【００１４】
検出装置は、複数の検出信号が送られる受信器に無線接続または固定的に有線接続してもよい。受信器は、検出信号を解析して少なくともランスの動きの大きさおよび方向を判定するように構成された処理手段を有してもよい。または、遠隔配置された基地局に処理機能の一部もしくはすべてを設けてもよい。
【００１５】
処理手段は、トップサブマージランシング注入反応炉システムの操作者に対して溶湯における運転状態を検出信号の機能として可視的に表示する出力を生成してもよい。ある実施例では、この出力は、少なくとも２次元における何らかのランスの変位の可視表示を行なう１つ以上のグラフ表示の形をとってもよい。好ましくは、ランスの変位を３次元、すなわちＸ、ＹおよびＺ面で表示する。グラフ表示は、動きマップの形をとってもよく、またはバーチャート等の形をとり得るものである。他の実施例では、可視表示は、例えば、溶湯における望ましい状態、望ましくない状態または中立状態を表示するものとして操作者が認識する数値表示またはカラー表示の形をとってもよい。
【００１６】
本発明の他の態様によれば、次のようなトップサブマージランシング注入反応炉システムが提供される。すなわち本システムは、溶湯と、没液位置および非没液位置の間に可動可能なランスとを含み、ランスは下端部および上端部を有し、下端部は溶湯中へ没液位置まで下降するように構成され、本システムはさらに、ランスに装着されランスの１つ以上の動きまたはランスに加わる１つ以上の力を検出するように構成された検出装置を含み、検出された動きまたは力は溶湯における運転状態を示す。
【００１７】
実施例において、ランスは、没液位置および非没液位置の間にランスを配置する昇降装置に装着されている。ランスは、好ましくは、昇降装置のランスの下端部とランスの上端部の間の位置に装着されている。さらに、検出装置は、好ましくはランスの上端部の近位に装着され、検出装置を溶湯の状態に露呈させないように保護する。
【００１８】
適切な検出装置は、一般には配向センサを有し、より具体的には加速度計、ジャイロスコープおよび／または磁力計のうちの１つ以上を有している。特定の実施例において、検知装置は慣性測定装置(IMU)である。
【００１９】
トップサブマージランシング注入反応炉システムはさらに、検出装置から送られた複数の検出信号を受信するように構成された受信器を含んでもよい。受信器は、検出信号を解析するように構成された処理手段を含んでもよく、または、この機能を基地局などの遠隔装置に設けてもよい。
【００２０】
処理手段は、検出信号の機能として溶湯の運転状態を可視的に示す出力を生成してもよい。ある特定の実施例において、処理手段の生成する出力は、少なくとも２次元におけるランスの変位の可視表示を与える１つ以上のグラフ表示を含んでもよい。好ましくは、３次元についてランスの変位をプロットする。
【００２１】
本発明のさらに他の態様によれば、トップサブマージランシング注入反応炉システムの溶湯における運転状態を判定する次のような方法が提供される。すなわち本方法は、ランスに装着された検出装置を用意する工程と、少なくともランスの下端部を溶湯内に没液位置に向かって下降させる工程と、ランスの動きおよび／またはランスに加わる力に応動して１つ以上の検出信号を生成する工程と、検出信号を受信器に送る工程と、検出信号を処理して、少なくともランスの動きの大きさおよび方向またはランスに加わる力を判定する工程とを含み、ランスの動きまたはランスに加わる力は溶湯における運転状態を示す。
【００２２】
本方法のある形態において、受信器は、検出信号の機能として溶湯の運転状態に関するデータを導出する処理手段を含んでいる。
【００２３】
本方法の他の形態において、受信器は基地局と通信可能に接続され、基地局は、検出信号の機能として溶湯の運転状態に関するデータを導出する処理手段を有する。
【００２４】
ランスの１つ以上の動きを検出する工程は、好ましくは、Ｘ、ＹおよびＺ軸におけるランスの変位を判定することを含む。
【００２５】
ランスの１つ以上の動きまたはランスに加わる１つ以上の力を検出する工程は、ランスの加速度の測定、ランスの回転運動の測定、ならびに／または振動および／もしくは歪みの測定のうちの１つ以上を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
ここで添付図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。図示の実施例は例に過ぎず、添付の請求項に定義された発明の範囲を限定するものと解釈すべきでないことを理解されたい。
【図１】従来技術によるトップサブマージランスを含む溶湯融解炉の部分切欠き概略図である。
【図２】従来技術によるトップサブマージランスを示す概略図である。
【図３】本発明の検出装置を設けたトップサブマージ注入ランスを示す概略図である。
【図４Ａ】溶湯の外に取り出したランスを示す概略図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示す概略図による溶湯からランスを取り出した際のＸ、ＹおよびＺ軸におけるランスの変位を対応して示すグラフ表示である。
【図５Ａ】溶湯の表面の直ぐ上に位置するランスを示す概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す概略図による溶湯の表面の直ぐ上にランスが位置する際のＸ、ＹおよびＺ軸におけるランスの変位を対応して示すグラフ表示である。
【図６Ａ】溶湯に対するランスの正常運転位置を示す概略図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示す概略図による溶湯でランスが正常運転位置にあるときのＸ、ＹおよびＺ軸におけるランスの変位を対応して示すグラフ表示である。
【図７Ａ】溶湯における異常運転状態に露呈されたランスを示す概略図である。
【図７Ｂ】図７Ａによる溶湯における異常運転状態にランスが露呈されたときのＸ、ＹおよびＺ軸におけるランスの変位を対応して示すグラフ表示である。
【図８】本発明の実施例によるトップサブマージランシング注入反応炉システムの溶湯における運転状態の判定方法を示すフロー図である。
【詳細な説明】
【００２７】
まず図１を参照すると、トップサブマージランシング注入反応炉システム100の例が示されている。反応炉102は、頂端部が傾斜ルーフ106で閉鎖された円筒状シェル104を有し、ルーフからオフガスボイラ／熱交換器110へ向かって上方にオフテーク煙道108が突出している。図１では、シェル104の一部が除去されて反応炉102の内部が見えているが、シェル104は、湯出し口以外はその全高にわたって周縁部が連続している。ルーフ106は入口112を有し、これを通ってトップサブマージ注入ランス114が下方に延伸し、こうしてランス115の下端部を溶湯116に没液させる。反応炉102は、ルーフ106を通って開口した供給口118も有し、必要な乾式製錬運転の原料を溶湯116に投入することができるとともに、バーナ(燃焼器)口120も有して反応炉の過熱が必要な場合はバーナ(燃焼器)122を挿入することができる。ランス114はコネクタ124を有し、これによってランス114を接続して燃料／還元剤および酸素含有ガスの供給源を分けることができ、ランス114を通ってこれらの材料を分けて通すことができ、またランスの下部出口端で混合して燃焼混合物を供給することができる。燃料・酸素混合物の燃焼によって、ランス115の下部出口端の溶湯116内に燃焼領域が発生するとともに、溶湯116内に強い擾乱が発生し、供給口118から投入された原料が溶湯内に分散して必要な乾式製錬反応を内部に生じさせる。
【００２８】
ランス114は図２に示すが、これは、本発明の検出装置を設ける一例としてのトップサブマージ注入ランス114の下端部の概略図である。ランス114は、外側管202と、内側管204と、管202おおび204の間にある中間管206とを有している。管202、204および206は実質的に断面が円形であり、実質的に同心状に配置されている。管202および206の間に画成された環状通路208によって空気が供給され、管204および206の間に画成された通路210によって酸素を供給することができる。管204で画成された内孔212によって燃料／還元剤を供給することができる。図示のように、管204および206はランス114の全長に比べて短い距離で管202の下端部にて終端して混合室214を形成し、ここで燃料／還元剤、空気および酸素が混合して管202の下端部での燃料の効率的な燃焼が促進する。ランス114の長さは、商業運転では約25メートルまで、また外径は約0.5メートルまであってよい。ランス114のパイロットプラント版では、わずかに長さが約4メートルで外径が約0.075メートルでよい。
【００２９】
ここで図３を参照すると、溶湯における運転状態を判定する検出装置の一例が図２のランスと組み合わせて示されている。検出装置302は、ランス114の直径に対して拡大して図示されている。検出装置302は、ランス114に装着され、ランスの動き、および／または重力加速度などのランスに加わる力を３次元で、すなわち実質的に水平面(Ｘ軸312およびＹ軸314)で、ならびに実質的に垂直面(Ｚ軸316)で検出する。検出は、好ましくはランシング注入反応炉システム100(図１を参照)の運転中連続して行なうが、検出を所定の時間間隔で行なえるようにプログラムして次に検出する信号のチェック点ないし比較点を設けることが考えられる。検出装置302で検出した動きは、溶湯116(図１を参照)における運転状態を示すものであるが、これについては以下の段落で詳述する。
【００３０】
トップサブマージランシング注入炉の内部は見えないので、溶湯における何らかの運転状態を操作者が実際に把握することは非常に困難なことがある。典型的には、操作者は、ランスが特定の状態に応動して稼働する様子を経験で知ることになる。酸素含有ガスおよび燃料を溶湯に注入すると、溶湯内でスラグが搖動することになる。この搖動すなわち溶湯の動きは、ランス自体を通して注入されたガスまたは他の材料で誘起された力と相まって、ランスの様々な不定運動を生ずる。したがって、この動きの大きさおよび方向は、少なくとも部分的に溶湯に没液したランスの力および／または加速度(図３における各軸上の「Ｇ」として表わされる)とともに、溶湯における運転状態の信頼性のある指標である。
【００３１】
例えば、図３に示すように、検出装置302はランス114の下端部304より遠位に装着される。この配置は、検出装置302を離して溶湯116(図１を参照)における状態に露呈させないようにするものである。ランス先端部310、すなわちランス304の下端部の先端に生ずるどのような動きも、実質的にランス306の上端部に伝わる。そこで、検出装置302は、ランス114の下端部304から遠位に装着して溶湯に下端部を没液させ、溶湯における運転状態についての有用な指標をなおも出力することができる。
【００３２】
ランス114は、昇降装置(図示せず)にランス上の位置308で装着ないしは固定され、この位置は、ランスの下端部304と上端部306の中間にある。ランス114は、この中間位置308に位置が固定されているにすぎないので、ランス先端部310に作用する力に起因するどのような動きも、ランスの全長を通って伝搬することになる。ランス114を昇降装置自体に装着することによって物理的抑制力源が生ずるが、これは、ランス114に他の箇所で接続された別の物理的抑制力によっても生じ得るものであり、ランス先端部310に加わる動きまたは力の伝達は、いずれにしてもトップサブマージランス114が運転中に遭遇する実質的な力に起因して生ずることになる。
【００３３】
検出装置302で測定可能な動きおよび／または力の範囲には、少なくとも、３次元までの、すなわちＸ、ＹおよびＺ面における変位、加速度力、回転運動、および振動または歪みが含まれる。ランスの少なくとも２次元における変位、例えばＸおよびＹ面変位の測定は、溶湯の搖動に起因する変位の信頼性のある指標である。第３の次元における変位、例えば正常な流体スラグの下への注入に起因するＺ面の動きは、運転状態の更なる指標である。
【００３４】
この提案したランスの動きの範囲は、配向センサ、加速度計、ジャイロスコープまたは磁力計などの様々な個別のセンサのうちの１つ以上を含む検出装置によって検出可能である。または、様々なセンサの機能を慣性測定装置(IMU)の形をとる単一の検出装置にて提供可能である。
【００３５】
本検出装置は、検出装置の送る複数の検出信号を受信するように構成された受信器に接続されている。受信器が処理手段を有する場合、検出信号は受信器によって解析され、少なくともランスの動きの大きさおよび方向を判定する。または、受信器が処理手段を有さない場合は、この機能は遠隔の基地局に設けてもよい。いずれにせよ、処理手段は検出信号を解析して出力を生成し、溶湯の運転状態を可視的に表示する。この出力は、トップサブマージランス注入反応炉の操作者が容易に理解可能な形をとっている。例えば、この出力は、１つ以上のグラフ表示として提供され、これによって少なくとも２次元でランスの変位の可視表示を行なうことができる。以下に図４Ｂ、図５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂを参照して、このようなグラフ表示の例を説明する。
【００３６】
データ取得、蓄積および信号処理などの他の機能は、受信器に組み込んでもよい。または、これらの機能の一部もしくはすべてを基地局などの遠隔装置に設けてもよい。
【００３７】
受信器は、無線通信網経由で基地局に無線接続してもよく、このような無線通信網には、Bluetooth、WiFi、Zig-Beeもしくは無線LANなど、または3Gもしくは4G通信網などの無線WAN、または随時利用可能となる他の無線通信網などがある。または、受信器は、受信局もしくは遠隔基地局に固定的に有線接続してもよい。理想的には、受信器に送られたデータは実時間処理されるが、受信器からデータをバッチ処理で取得して順次オフラインで処理してもよいことも、考えられよう。検出データの実時間処理は、現在の運転状態に適した操作手順の実時間モニタリングおよび適用をサポートする。
【００３８】
ここで図４Ａおよび図４Ｂを参照すると、本発明の検出装置を使用して検出可能な運転状態の第１の例が示されている。まず図４Ａを参照すると、ランスは「溶湯外」にあり、すなわちランス先端部310が溶湯116に没液せず、搖動し、すなわち溶湯が動いてもなんの力も加わらない。この状態では、図４Ｂに対応して示す出力すなわちグラフ表示400は、予想されるようにＸ、ＹまたはＺ軸にランスの変位がないことを示している。「溶湯外」状態は明らかに望ましくないが、それは、ランス114から注入されたガスまたは他の材料が溶湯116に直接注入されないためのみならず、これによってランス先端部310に余計な摩耗が生じ、正常運転状態でランス先端部に形成される固化したスラグの被覆によって保護されることがないためでもある。
【００３９】
ここで図５Ａを参照すると、「頂部噴流」状態が概略的に示され、ランス114の位置が溶湯116に没液する直前にある。ランス先端部310は、溶湯116の表面の直上に位置している。この状態は、「溶湯外」状態と同様の理由で望ましくない。すなわち、ガスまたは他の材料が溶湯116に直接注入されず、ランス先端部310が早く摩耗することになる。「頂部噴流」状態は、例えば図５Ｂに示すようなグラフ表示500によって表示される。このグラフ表示500は、ランスのＸ、ＹおよびＺ面において相対的に同質の動きを示し、この場合、３次元における動きの範囲も大きさも同程度である。この動きのパターンは、搖動すなわち溶湯の動きがランスに限定的に加わることから生ずる。
【００４０】
ここで図６Ａを参照すると、正常すなわち望ましい運転状態が示され、ランス114が溶湯116の最適な深さに没液し、溶湯内のスラグが流体である。そのような望ましい運転状態では、ランス114の動きのパターンは、図６Ｂに示すグラフ表示600で分かるように典型的にはＸ、ＹおよびＺ面におけるランスの変位に対していくらか凹凸を呈する。この同じような大きさのランス変位の凹凸パターンは、ランス先端部が最適な深さに没液した状態で流体スラグによって促進される正常な溶湯搖動に起因している。
【００４１】
ここで図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、異常運転状態の例が示され、ランス114が溶湯116内に深く没液しすぎている。図７Ｂに示すその結果のグラフ表示700は、Ｘ、ＹおよびＺ面における不規則なランスの変位を示している。さらに、変位の大きさは当然、ランダムである。同じようなグラフ表示を生ずる恐れのある他の要因には、予期し得ない溶湯搖動を生ずるほどスラグの粘性が強すぎる場合があり、これがまた、溶湯温度が低すぎることを示すことがある。
【００４２】
正常な加速度の力も測定でき、これは、誘起された波動すなわち溶湯搖動などの現象に起因して溶湯との相互作用によって生ずるものである。
【００４３】
検出装置を較正しておけば、正常運転状態を定期的または連続的に較正状態と比較して、操作者は、検出された異常状態に対応して対して反応炉の運転パラメータを調整することができる。例えば、本装置は、望ましくない運転状態を検出すると可視、可聴または触感警報を発生するように構成してもよい。可視警報は、各図を参照して説明したようにグラフ表示の形をとってもよい。例えば、グラフ表示における円は、操作者にさらに明確に示すように符号化したカラー表示でもよく、ある方向におけるランスの動きが例えば「赤領域」にはいる場合、これは溶湯内における望ましくない状態を示し、復旧作業を行なうべきことを示す。これに対して、例えばグラフ表示が「青領域」内に留まれば、これは、溶湯内の状態が望ましいことを示し、「黄領域」にあれば、その状態に注視すべきことを示すものである。または、可視警報を数値符号化もしくはカラー符号化表示、例えば単純な緑色光、黄色光もしくは赤色光に単純化し、溶湯内が望ましい状態、中立状態もしくは望ましくない状態にあることを表示してもよい。どの形の警報をとるにしても、反応炉の望ましくない状態を操作者に実時間で知らせ、時宜を得た方法で是正措置をとることができることを企図している。
【００４４】
ここで図８を参照すると、以下に説明するようなトップサブマージランシング注入反応炉システムの溶湯における運転状態を判定する方法800を示すフロー図が示されている。本方法は、ランスに装着された検出装置を用意する工程810を含む。工程820において、少なくともランスの下端部を溶湯内へ没液位置に向かって配置すなわち下降させる。工程830において、ランスの動きに応じた検出信号が発生し、工程840で受信器に送られる。工程850において検出信号を処理し、少なくともランスの動きの大きさおよび方向を判定する。工程860において、ランスの動きの大きさおよび方向は、溶湯における１つ以上の運転状態を表わしている。本方法を繰り返して、検出信号が連続的か、もしくは規則的のいずれかで、またはランダムな時間間隔でも発生して、溶湯における運転状態を逐次モニタするようにする。
【００４５】
本発明の検出装置は、トップサブマージランシング注入反応炉の運転に対して様々な長所および利点を与える。ランス自体の機能は、検出装置によって溶湯における状態を示すセンサとして動作する。ランスの動きを測定することによって、様々な反応炉運転特性を取得して、測定し、記録し、記録し、また望ましいもしくは最適なプラント運転状態と比較することができ、最適以下の検出状態に対して時宜を得た方法で是正措置をとることができる。したがって、反応炉の効率を最適化することができる。
【００４６】
用語「含む」、「含まれる」または「備える」が本明細書(特許請求の範囲を含む)で使用される場合、これらは、その記載されている事項、対象、工程または要素の存在を特定するものと解すべきであり、他に１つ以上の事項、対象、工程もしくは要素、またはそれらの集合が存在することを排除するものではない。
【００４７】
本発明を限られた数の実施例に関連して説明したが、当業者に明らかなように、上述の説明に鑑み多くの代替え、変更および変形が可能である。したがって、本発明は、このような上述した発明の精神および範囲内に含まれる可能性のあるような代替え、変更および変形をすべて包含するものである。
【図１】
0006499293.tif 000002
【図２】
0006499293.tif 000003
【図３】
0006499293.tif 000004
【図４Ａ】
0006499293.tif 000005
【図４Ｂ】
0006499293.tif 000006
【図５Ａ】
0006499293.tif 000007
【図５Ｂ】
0006499293.tif 000008
【図６Ａ】
0006499293.tif 000009
【図６Ｂ】
0006499293.tif 000010
【図７Ａ】
0006499293.tif 000011
【図７Ｂ】
0006499293.tif 000012
【図８】
0006499293.tif 000013