(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランスを有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運転状態に関するデータを収集し解析するシステムにおいて、前記ランスの下端部は、前記トップサブマージランシング注入反応炉システムの運転中、溶湯に没液され、前記ランスは少なくとも内側管および外側管を有し、該システムは、
(a)運転状態の指標を検出して検出データ信号を生成するように構成された少なくとも２つのセンサを含み、各センサはセンサタイプが異なり、該少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つはランスベースのセンサであり、
(b)該システムはさらに、複数の検出データ信号を受信して前記運転状態の少なくとも２つの指標に関する前記検出データ信号を解析し、運転状態の現況を判定するように構成された中央処理装置を含み、
前記ランスベースのセンサは、前記ランスに装着され、および／または該ランスと前記トップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用を検出するように構成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の運転状態に関するデータの収集および解析システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ランスベースのセンサは、該ランスと前記トップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用をランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗に関する指標として検出するように構成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の運転状態に関するデータの収集および解析システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記ランスベースのセンサは、該ランスと前記トップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用を該機械的相互作用の直接測定値を検出することによって検出するように構成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の運転状態に関するデータの収集および解析システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のシステムにおいて、前記中央処理装置は、前記運転状態の現況を最適運転状態と比較して、１つ以上のプロセス制御について現在の運転状態を前記最適運転状態へ移行させる調整が必要か否かを判定するように構成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の運転状態に関するデータの収集および解析システム。
【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、前記運転状態の現況に関するフィードバックを前記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与え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の運転状態に関するデータの収集および解析システム。
【請求項６】
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、前記運転状態の現況に関するフィードバックを前記サブマージランシング注入反応炉システムに関連するプロセス制御装置に与え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の運転状態に関するデータの収集および解析システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記中央処理装置は、前記プロセス制御装置と直接通信して１つ以上のプロセス制御を調整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の運転状態に関するデータの収集および解析システム。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のシステムにおいて、該システムは、それぞれ運転状態指標を検出して検出データ信号を生成するように構成された少なくとも３つのセンサ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の運転状態に関するデータの収集および解析システム。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに記載のシステムにおいて、前記少なくとも２つのセンサは、下記のセンサタイプ、すなわち圧力、動き、音、温度および画像のうちの少なくとも２つから選択され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の運転状態に関するデータの収集システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つは、前記運転状態の下記の指標、すなわち溶湯温度、ランスの動き、ランス位置またはランス没液度のうちの少なくとも１つの直接測定を行なうように構成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の運転状態に関するデータの収集システム。
【請求項１１】
請求項１ないし10のいずれかに記載のシステムにおいて、該システムによって表示される前記運転状態は、溶湯温度、スラグ状態、ランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗のうちの１つ以上に関するものであ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の運転状態に関するデータの収集システム。
【請求項１２】
ランスを有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運転状態に関するデータの収集および解析方法において、前記ランスの下端部は、前記トップサブマージランシング注入反応炉システムの運転中、溶湯に没液され、前記ランスは少なくとも内側管および外側管を有し、該方法は、
(a)前記トップサブマージランシング注入反応炉システムの運転中、運転状態の指標を検出して検出データ信号を生成するように構成された少なくとも２つのセンサを用意する工程を含み、各センサはセンサタイプが異なり、該少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つはランスベースのセンサであり、さらに、
(b)前記少なくとも２つのセンサの生成した検出データ信号を中央処理装置に送る工程と、
(c)運転状態の少なくとも２つの指標に関する前記検出データ信号を解析して運転状態の現況を判定する工程とを含み、
前記ランスベースのセンサは、前記ランスに装着され、および／または該ランスと前記トップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用を検出するように構成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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項１３】
請求項12に記載の方法において、前記ランスベースのセンサは、前記ランスと前記トップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用をランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗に関する指標として検出するように構成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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項１４】
請求項12または13に記載の方法において、前記ランスベースのセンサは、前記ランスと前記トップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用をランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗に関する指標として検出するように構成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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項１５】
請求項12ないし14のいずれかに記載の方法において、該方法はさらに、前記運転状態の現況を最適運転状態と比較して、１つ以上のプロセス制御について現在の運転状態を前記最適運転状態へ移行させる調整が必要か否かを判定する工程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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項１６】
請求項12ないし15のいずれかに記載の方法において、該方法はさらに、前記運転状態の現況に関するフィードバックを前記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与える工程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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項１７】
請求項12ないし15のいずれかに記載の方法において、該方法はさらに、前記運転状態の現況に関するフィードバックを前記サブマージランシング注入反応炉システムに関連するプロセス制御装置に与える工程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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項１８】
請求項12ないし17のいずれかに記載の方法において、前記少なくとも２つのセンサは、以下のセンサタイプ、すなわち圧力、動き、音、温度および画像のうちの少なくとも２つから選択され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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項１９】
請求項12ないし17のいずれかに記載の方法において、前記トップサブマージランシング注入反応炉システムにて少なくとも２つのセンサを用意する工程は、少なくとも３つのセンサを用意すること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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項２０】
請求項12ないし19のいずれかに記載の方法において、前記少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つは、前記運転状態の以下の指標、すなわち溶湯温度、ランスの動き、ランス位置またはランス没液度のうちの少なくとも１つの直接測定を行なうように構成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の運転状態に関するデータの収集および解析方法。
【請求項２１】
請求項12ないし20のいずれかに記載の方法において、該方法によって示される前記運転状態は、溶湯温度、スラグ状態、ランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗のうちの１つ以上に関するものであ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の運転状態に関するデータの収集方法。
【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】
トップサブマージランシング注入反応炉の内部は見えないので、操作者が反応炉内部の運転状態を実際にいくらかでも把握することは、困難であろう。反応炉の運転に関するデータは、熱電対、流量計などの装置等を含む標準的な範囲の装置を用いて収集され、これらの装置は、典型的には反応炉筐体内またはライニング上に載置される。反応炉内部の極端に非生体的環境の結果、運転状態のモニタに使用されるどんな機器も高価であり、頻繁な保守および／または交換を必要とすることは、避けられない。
【０００６】
標準装置を使用した運転状態の従来のモニタ方法は、単独の方法および／または線形な方法で収集データを使用する傾向にあった。例えば、溶融スラグ溶湯の温度は熱電対を用いて測定しても、温度測定は単独の読取り値を使用し、反応炉内部で生じている事象を変えようとしていた。この方法は、様々な運転状態を左右し、および／または示す各要因間の本質的な相互作用を無視し、プラント操作者が反応炉内部の運転状態に関する正確な診断を行なうことを困難にしている。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の態様によれば、ランスを有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運転状態に関するデータの収集および解析システムが提供され、ランスの下端部は、トップサブマージランシング注入反応炉システムの運転中、溶湯に没液され、本システムは、
(a)運転状態の指標を検出して検出データ信号を生成するように構成された少なくとも２つのセンサを含み、各センサはセンサタイプが異なり、少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つはランスベースのセンサであり、
(b)本システムはさらに、複数の検出データ信号を受信して運転状態の少なくとも２つの指標に関する検出データ信号を解析し、運転状態の現況を判定する中央処理装置を含む。
【００１０】
様々な低価格センサを含む様々なセンサの組合せを利用して本発明を実現することができる。例えば、温度センサ、圧力センサ、動きセンサ、位置センサ、音および／または画像センサが利用可能である。本発明の関係では、少なくとも２つのセンサはタイプが異なり、運転状態の様々ではあるがおそらく相補的でもある指標を検出するのに使用可能なことが必要である。さらに、少なくともこれらのセンサのうちの１つはランスベースのセンサである。例えば、第１のセンサを使用してランスの動きを検出し、センサ信号がランスが動いていないことを示すと、例えば反応炉内のランスの位置を検出する第２のセンサタイプからデータを収集して診断を確定させることは、有用である。例えば、位置センサがランスが溶湯に没液していないことを示すと、２つの別々に検出した信号を組み合わせて解析し、現在の運転状態の正確な診断を行なうことができ、これは、単一のセンサタイプを使用して収集したデータでは、おそらく出来ないことである。
【００１１】
提示した例では、ランス動き検出器およびランス位置検出器の両方でランスベースのセンサを構成し、その場合、ランス動き検出器をランスに装着してその動きを検出し、ランス位置検出器は、ランスとトップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用を検出するように構成されている。しかし、運転状態の状況は、もし少なくとも２つのセンサのうちの１つがランスベースのセンサであれば、判定可能であることが理解されよう。
【００１２】
ランスベースのセンサは、ランスとトップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用をランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗に関する指標として検出するように構成してもよい。さらに、ランスベースのセンサは、機械的相互作用の直接測定値を検出することによって機械的相互作用を検出するように構成してもよい。
【００１３】
特定の実施例では、中央処理装置は、運転状態の現況を最適運転状態と比較して、１つ以上のプロセス制御について現在の運転状態を最適運転状態へ移行させる調整が必要か否かを判定する。
【００１４】
運転状態の現況に関するフィードバックを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与えてもよい。すなわち操作者には、プロセス制御を手動調整して現在の運転状態を最適運転状態へ移行させる１つ以上の命令を与えてもよい。
【００１５】
または、運転状態の現況に関するフィードバックをサブマージランシング注入反応炉システムに関連するプロセス制御装置に直接与えてもよい。この実施例では、プロセス制御装置は、プロセス制御を自動調整して現在の運転状態を最適運転状態へ移行させる命令が与えられる。例えば、１組のセンサが溶湯におけるスラグ状態が望ましくない、すなわち低すぎる溶湯温度によって濃すぎて粘性が高いと判定すると、操作者またはプロセス制御装置に対する命令は、溶湯温度を高めて現在の運転状態をより流動的なスラグへ変えようとするであろう。
【００１６】
特定の実施例では、少なくとも３つの異なるタイプのセンサを設けて様々な運転状態を検出可能とする。
【００１７】
センサは、圧力、動き、音、温度および画像センサを含む様々なセンサタイプから選択してもよい。例えば動きセンサは、一般には配向センサを、より具体的には加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、慣性測定装置等を含んでよい。そのようなランスベースのセンサは、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、ならびに／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。位置センサは、炉床に対するランスの位置を測定するポジションエンコーダの形をとってもよく、またランスに装着してもしなくてもよい。音および画像センサは、例えばスチルカメラまたはビデオカメラの形でよいが、スラグ粘性に関する有用なデータ、例えば、溶融した飛散パターンの発生する音に起因するものを出力することができる。同様に、最適運転状態に特徴的となり得るある特性音周波数がある。例えば発泡周波数が記録されない場合、これは、ランス先端部が溶湯に没液していない指標であり、これは、１つ以上の他のタイプのセンサの生成するデータ信号で裏付けられることがある。
【００１８】
例えば画像および音センサなどの上述のセンサタイプのいくつかは、単に特定の運転状態を表示するものであるが、他のセンサタイプは、運転状態の直接測定を行なうことができる。そのようなセンサタイプには、溶湯温度、ランスの動き、ランス位置またはランス没液度を測定するセンサがある。少なくともこれらのセンサタイプの１つは、好ましくは運転状態に関するデータの収集システムに設ける。
【００１９】
検出信号の表わす運転状態は、溶湯温度、スラグ状態、ランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗のうちの１つ以上に関するものでよい。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、ランスを有するトップサブマージランシング注入反応炉システムにおける運転状態に関するデータの収集および解析方法が提供され、ランスの下端部は、トップサブマージランシング注入反応炉システムの運転中、溶湯に没液され、本方法は、
(a)トップサブマージランシング注入反応炉システムの運転中、運転状態の指標を検出して検出データ信号を生成するように構成された少なくとも２つのセンサを用意する工程を含み、各センサはセンサタイプが異なり、少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つはランスベースのセンサであり、
(b)本方法はさらに、少なくとも２つのセンサの生成した検出データ信号を中央処理装置に送る工程と、
(c)運転状態の少なくとも２つの指標に関する検出データ信号を解析して運転状態の現況を判定する工程とを含む。
【００２１】
ランスベースのセンサは、ランスに装着し、および／またはランスとトップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用を検出するように構成してもよい。ランスベースのセンサはさらに、ランスとトップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用をランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗に関する指標として検出するように構成してもよい。ランスとトップサブマージランシング注入反応炉システムとの機械的相互作用は、ランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗に関する指標を検出してもよい。
【００２２】
本方法はさらに、運転状態の現況を最適運転状態と比較して、１つ以上のプロセス制御について現在の運転状態を最適運転状態へ移行させる調整が必要か否かを判定する工程を含んでもよい。
【００２３】
他の実施例では、本方法はさらに、運転状態の現況に関するフィードバックを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与える工程を含む。
【００２４】
または、本方法はさらに、運転状態の現況に関するフィードバックをサブマージランシング注入反応炉システムに関連するプロセス制御装置に与える工程を含む。
【００２５】
本発明のある形態において、少なくとも２つのセンサは、以下のセンサタイプ、すなわち圧力、動き、音、温度および画像から選択される。
【００２６】
任意的に、トップサブマージランシング注入反応炉システムにおける少なくとも２つのセンサを用意する工程は、少なくとも３つのセンサを用意することを含む。
【００２７】
好ましくは、少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つは、以下の運転状態の指標、すなわち溶湯温度、ランスの動き、ランス位置またはランス没液度のうちの少なくとも１つの直接測定を行なうように構成されている。
【００２８】
本方法の示す運転状態は、溶湯温度、スラグ状態、ランス位置、ランス没液度またはランスの摩耗のうちの１つ以上に関するものでよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
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】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における運転状態に関するデータの収集および処理システムを示す概略図である。
【図３】様々なセンサタイプの間の相互関係を本発明の実施例による様々な運転状態の指標として表で示す図である。
【図４】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における運転状態に関するデータの収集および処理方法を示すフロー図である。
【詳細な説明】
【００３０】
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。
【００３１】
図１に示すようにトップサブマージランシング注入反応炉システム100は、典型的には操作者によって操作され、操作者は、ランスに取り付けた昇降装置126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反応炉102内のランスの位置114を操作する。操作者は、ランスの位置およびランスの動きに関する様々な手動観測を行ない、これを繰り返すことで、操作者は、反応炉における最適運転状態を示すランスの動きの範囲、および反応炉内部の準最適運転状態を示すランスの動きの範囲の直感的認識が広がるようになる。
【００３２】
ここで図２を参照すると、本発明のシステムは、個々の観測結果が反応炉内部の運転状態とどのように関係しているか、および操作者は準最適とする運転状態に適切に対応するにはどのようにすべきかに関して、操作者の改善されたガイダンスの手段を提供するものである。システム200が設けられ、トップサブマージランシング注入反応炉システム100における運転状態に関するデータを収集し、処理し、解析する。図１に示すように、トップサブマージランシング(以下、「TSL」とも称する)注入反応炉システム100はランス114を有し、その下端部115は、TSL注入反応炉システムの運転中は溶湯116に没液されている。図２を参照すると、システム200は少なくとも２つのセンサ210を有し、少なくとも２つのセンサのそれぞれはセンサタイプが異なり、少なくとも２つのセンサのうちの少なくとも１つはランスベースのセンサである。各センサ210は、運転状態の指標を検出し検出データ信号を生成するように構成されている。中央処理装置220は検出データ信号を受信する。そこで中央処理装置220は検出データ信号を処理して解析し、運転状態の現況を判定する。
【００３３】
任意ではあるが、図２に示すように、中央処理装置220はプロセス制御装置230に直接接続されている。その場合、運転状態の現況に関するフィードバックを直接、中央処理装置220からプロセス制御装置230に送る。この直接フィードバックは、プロセス制御装置230の命令に変換され、現在の運転状態を最適運転状態に向けて調整する方向で反応炉のプロセス制御を調整することができる。
【００３４】
または、中央処理装置220がプロセス制御装置230に直接接続されていない場合は、現在の運転状態に関するフィードバックは、運転状態の改善に向けて、反応炉のプロセス制御に対して行なう調整の指示とともに操作者へ提供してもよい。その場合、必要な調整は、操作者が通常の方法で手動で行なう。
【００３５】
図示のように本システムは、少なくとも２つのセンサを用い、それぞれはセンサタイプが異なっている。両センサのうちの少なくとも一方はランスベースのセンサであり、これは、例えばランス動き検出器としてランスに装着されるか、またはランスとトップサブマージランシング注入反応炉システムの機械的相互作用を検出するように、例えばランス位置検出器として構成され、これは、必ずしもランス自体に装着する必要はないが、反応炉に対するランスの位置を検出する。これらのセンサは、広範な低価格センサから選択される。適切な温度センサの例は、ランスベースのセンサでもあるが、国際出願PCT/IB2014/060638に記載されている。そのようなセンサは溶湯温度の直接測定が可能であり、これによって反応炉内部に生ずる多数の運転状態を示すことができ、これはスラグの状態、すなわち流動性または粘性を含むものである。
【００３６】
圧力センサを使用し、例えば、ランスを介して注入される流体の何らかの限流または閉塞を測定する。圧力センサまたは送信器をいずれかの流体給送路の適切な位置に装着してもよく、またはランス降下箇所すなわちランス先端部付近に装着されたランスベースのセンサであってもよい。つまり、酸素、空気または燃料をランスに供給する何らかの供給路内の圧力は、いずれの特定の箇所でも測定できる。当該特定の箇所の圧力読取り値が変化すると、一般には限流または閉塞が生じていることを示す。１つの明らかな限流または閉塞が発生するのは、降下箇所が溶融スラグ表面より下にあるときに広がる静圧ヘッドに起因してランスが溶湯の上方から没液位置に動く場合である。これは、流体流路の当該箇所で取得した圧力ヘッドまたは背圧読取り値の差を意味し、ランスの運転中に発生することがあるランス没液および他の潜在的な閉塞または限流の指標であることがある。背圧の増加がランス没液または流体流路における他の何らかの限流に起因するか否かは、高い精度でさらに容易に判定されるが、それは、少なくとも１つの他のセンサの読取り値と組み合わせた場合であり、このようなセンサは、例えば、ランス位置検出器、またはランス動き検出器などであり、これは、ランス先端部が溶融スラグ溶湯に没液したか否かの指標でもある。
【００３７】
酸素含有ガスおよび燃料を溶湯へ注入すると、スラグは溶湯内で揺動する。搖動すなわち溶湯の動きは、ランス自体に注入されたガスまたは他の材料によって誘起された力と相まって、ランスの様々な不定運動を起こす。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させたランス力および／または加速度とともに、溶湯における運転状態の信頼性のある指標である。これらの動きおよび力は、１つ以上の動きセンサによって検出され、これらのセンサは、配向センサ、磁力計、ジャイロスコープおよび加速度計、または「トップサブマージランス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検出装置」と題する係属中の特許出願に開示されたような慣性測定装置の形をとるものでよい。
【００３８】
ランスについて測定可能な他の運転状態はランス位置およびランス没液度である。ランス位置とは、炉床の頂部表面に対するランス先端部位置の想定測定値であり、ランス没液度とは、溶湯表面に対するランス先端部位置の実際の測定値である。
【００３９】
ランス位置は、位置センサによって測定可能であり、位置センサは、ランスホイスト機構(ランス反応炉内部でランスを昇降するための)、またはランスガイドもしくはトロリーに取り付けられている。このような位置センサは、ポジションエンコーダとして設けることができる。なお、ランス反応炉内におけるランスの実際の位置は、この測定値から推定できるにすぎないが、これは、ランスを新しくする度に較正を行ない、炉床の頂部に対するランスランス先端部位置を推定しなければならないためである。したがって、例えば、先端部が使用中に摩耗してランスの長さが変わると、炉床に対するランス先端の実際の位置も変化することになる。ランスの位置が分かっても、一般には、ランス没液度の測定値を得るには不十分であるが、これは、溶湯の深さを知る必要があるためである。さらに、溶湯の深さは、炉床上の材料の積滞等によって変化することがある。
【００４０】
ランス没液度の測定値は、例えばランス位置測定値を溶湯高の手動測定値とともに用いて演算によって求めることができる。没液度の推定測定値は、音センサを用いて識別可能であり、測定した音声周波数のシフトが上部の溶湯とランスの没液動作位置の間で観測されると、ランスの没液した箇所を判定することができる。この箇所から先へランスを所定の距離だけ下降させることができ、したがって没液度の程度が分かる。同様に、先に述べたように背圧の測定値を使用して、ランスが没液した箇所を判定することができる。
【００４１】
TSL運転から生ずる音の測定はまた、効果的な測定値ともなり得る。典型的なTSLランスの注入速度は低いので、「気泡」周波数は約3Hzが特徴的と考えられる。簡単に言えば、これは、注入流体が気泡を形成し、ランス下降端で毎秒約３回放出されたことを意味している。これらによって、測定可能な特徴的気泡音が生ずる。その最も単純な形では、発泡音が全く検出されなければ、ランスが溶湯に没液していないと判断することができる。発泡音の特性および周波数は、スラグ状態に応じて変化する。さらに、反応炉内で発生する飛散パターンは、静止画像または動画像で撮影可能である。最適運転状態を表わす正常な飛散の両および大きさが既知であれば、飛散の量および大きさの変化量を状態の変化の指標として用いることができる。例えば、飛散が見られない場合、ランスは溶湯中にも、また溶湯の表面付近にもない。ランス先端部がわすかに没液すると、飛散は非常に細かくなる。スラグの粘性が非常に高いと、飛散したスラグは板状、糸状または細流状の飛散を形成しやすい。これらの飛散形状の変形例は、画像分析によって容易に識別される。
【００４２】
様々なセンサタイプを用いて想定および／または検証可能な様々な運転状態に留意しながら、本発明のシステムおよび方法を例を挙げて説明する。
【００４３】
例えば、第１の単純な例では、ランス動き検出器を使用してランスが正常な状態または異常な状態で動いているかを示し、ランスの動きが検出されなければ、ランスは、溶融スラグ溶湯の外にあって液没せず動作している可能性が高い。この診断は、ランス位置またはランス没液度測定を用いて検証可能である。しかし、そのような単純な場合、ランス操作者は一般に、ランスの動きがないことのみで問題点を認識し修正することになる。その場合、ランス動き検出器およびランス位置検出器の両方でランスベースのセンサを構成している。
【００４４】
第２のより複雑な例では、３つの異なるタイプのセンサ、つまりランス動き検出器、ランス位置検出器および温度センサで発生したデータ信号を用いて、不良運転状態を判定することができる。その場合、ランス動き検出器は異常運転状態を示す過剰な動きを測定する。それだけでこのデータは、プロセス因子に関する多数の問題点、または反応炉内部の機械的相互作用に伴う問題点のうちのひとつを示すものとなり得る。そこで、３つのセンサタイプをすべて使用して収集されたデータを用いて以下の解析を行なって、広範囲の診断を得る。すなわち、
１．ランス動き検出器は正常より高い動き度を呈する異常な動き状態を検出し、
２．ランス位置指標はランスが正しい位置にあることを示し、および
３．溶湯温度は低い温度状態を示す。
【００４５】
この場合、ランス動き検出器およびランス位置検出器の両方でランスベースのセンサを構成している。温度センサはランスベースのセンサでよいが、必ずしもその必要はない。推奨される対応作業は、例えばランスを通しての燃料投入速度を増すことによって反応炉システムへのエネルギー入力を増やすものとなる。
【００４６】
第２の例では、溶湯温度表示単独で解決策が得られるように考えられるかもしれない。しかし、第３の例は、溶湯温度も低い状況で同じ３つのセンサを使用する。この例では以下の指標が生ずる。すなわち、
１．溶湯温度が低いとして表示され、
２．ランスは、炉に対して正しい位置にあると表示され、および
３．ランス動き検出器はランスに動きがないことを示す。
【００４７】
この場合、組み合わせたセンサ情報は、ランス先端部が摩耗してランスが溶湯に没液しない箇所に達しでその上方にあることを示している。この例では、対応作業は、ランスをランス先端部の修理のため保守位置から除去し、さらに燃料を追加するやり方では、問題点を解決し最適運転状態に復旧させることにはならないであろう。
【００４８】
第４の例では、音測定、ランス位置、ランス背圧および溶湯温度のセンサを使用する。これらのセンサの使用は以下のものを示す。すなわち、
１．音は異常運転を示し、
２．ランス位置は正しく、
３．溶湯温度は正しい範囲にあり、
４．ランス背圧は異常で、高い読取り値を示す。
【００４９】
この例では、少なくともランス位置検出器およびランス背圧センサはランスベースのセンサを構成している。この診断は、スラグの化学反応が適切な範囲になく、スラグの化学反応の修正による調整が必要であるというものである。
【００５０】
以下の例は、異なるタイプの少なくとも２つのセンサの生成したデータ信号を解析し、その場合、これら２つのセンサのうちの少なくとも一方がランスベースのセンサであり、このような解析は、様々なセンサからの信号の操作者による分析に依存する場合より優れていることを示している。そのような総合的なアプローチによって、操作の一貫性と運転の効率を左右するプロセス変化または機械的変化に対するより迅速な対応とが達成される。
【００５１】
ここで図３を参照すると、様々なセンサタイプ間のあり得る相互作用の例がいくつか示されている。各センサは、用途に応じて分類可能である。好ましくは、最低個数の低価格センサの解析を組み合わせて低価格動作およびより安定したプラント運転を可能としている。
【００５２】
ここで図４を参照すると、フロー図が示され、これは、ランスを有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運転状態に関するデータを収集し解析する方法400を示し、ランスの下端部は、トップサブマージランシング注入反応炉システムの運転中は溶湯中に没液するものである。410において、本方法は、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少なくとも２つのセンサを用意する工程を含み、各センサは異なるセンサタイプであり、２つのセンサのうちの少なくとも一方はランスベースのセンサであり、各センサは、トップサブマージランシング注入反応炉システムの運転中、少なくとも１つの運転状態指標を検出するように構成されている。工程420において、本方法は、少なくとも２つのセンサの生成した検出データ信号を中央処理装置へ送る工程を含む。工程430において、少なくとも２つの運転状態指標に関する検出データ信号を解析して、運転状態の現況を判定する。
【００５３】
本方法はさらに、運転状態の現況を最適運転状態と比較し、１つ以上のプロセス制御に対して現在の運転状態を最適運転状態へ移行させる調整が必要か否かを判定する工程を含んでもよい。
【００５４】
本発明のシステムは、比較的低価格のセンサを用いてトップサブマージランス注入反応炉の低コストで、より一貫した運転を行なうものである。様々な運転要因を判定する検出信号を中央処理装置へ送って処理および解析を行なうことによって、専用アルゴリズムを使用したエキスパートシステムモジュールで検出信号を解析し、改善された診断を出力することができ、この診断を使用して操作者の作業をガイドし、または直接プラント制御装置に指示して適切な調整を行なうことができる。これによって、交代要員間のより一貫し安定したプラント運転と反応炉のより効率的な運転が可能となる。
【００５５】
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】
0006503069.tif 000002
【図２】
0006503069.tif 000003
【図３】
0006503069.tif 000004
【図４】
0006503069.tif 000005