(57)【要約】【課題】短時間にかつ正確に高炉内ガスのガス利用率を計測することができる、高炉内ガスのガス利用率計測方法および装置を提供することを課題とする。【解決手段】高炉炉頂部に設置したガス導出管から高炉下部から吹き上がってくる高炉排出ガスを導出し、前記ガス導出管で形成される流路途中において、一酸化炭素および二酸化炭素の吸収波長に一致する波長の電磁波を送受信し、該送受信信号のスペクトル解析を行い、前記吸収波長に対応する周波数の信号強度の変化から一酸化炭素および二酸化炭素の濃度を算出し、算出した一酸化炭素および二酸化炭素の濃度に基づき、高炉排出ガスのガス利用率を求める。【選択図】図２
2013019706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉頂部に設置したガス導出管から高炉下部から吹き上がってくる高炉排出ガスを導出し、
前記ガス導出管で形成される流路途中において、一酸化炭素および二酸化炭素の吸収波長に一致する波長の電磁波を送受信し、
該送受信信号のスペクトル解析を行い、前記吸収波長に対応する周波数の信号強度の変化から一酸化炭素および二酸化炭素の濃度を算出し、
算出した一酸化炭素および二酸化炭素の濃度に基づき、高炉排出ガスのガス利用率を求めることを特徴とする高炉内ガスのガス利用率計測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の高炉内ガスのガス利用率計測方法において、
一酸化炭素および二酸化炭素の濃度は、下記（１）式に基づき算出し、
高炉排出ガスのガス利用率は、下記（２）式に基づき求めることを特徴とする高炉内ガスのガス利用率計測方法。
【数１】
2013019706.tif 000007
【数２】
2013019706.tif 000008
【請求項３】
高炉下部から吹き上がってくる高炉排出ガスを導出する、高炉炉頂部に設置したガス導出管と、
一酸化炭素および二酸化炭素の吸収波長に一致する波長の電磁波を送受信する、前記ガス導出管で形成される流路途中に設置した電磁波送信手段および電磁波受信手段と、
該電磁波送信手段および電磁波受信手段からの送受信信号のスペクトル解析を行うスペクトル解析手段と、
前記吸収波長に対応する周波数の信号強度の変化から一酸化炭素および二酸化炭素の濃度を算出し、算出した一酸化炭素および二酸化炭素の濃度に基づき高炉排出ガスのガス利用率を求める、信号演算手段とを具備することを特徴とする高炉内ガスのガス利用率計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉炉頂部における炉内ガスのガス利用率を計測する、高炉内ガスのガス利用率計測方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼の生産設備である高炉では、炉頂から鉄鉱石、焼結鉱、コークスなどの原料を装入し、炉下部に設けられた羽口から熱風を吹き込み、鉄鉱石、焼結鉱とコークスの還元反応によって、銑鉄を生産し、炉底部に溜まった銑鉄およびスラグは出銑孔から順次排出される。
【０００３】
炉頂部では、所定の平均粒径をもった所定量の装入原料が所定の位置に積層されるように旋回シュートの動きが制御されている。このとき、装入された原料の上面をストックラインと呼ぶ。装入された原料は炉下部での反応が進むにつれ、炉底部に溜まった溶銑が出銑孔から順次排出されるため徐々にストックラインが下がっていき、その上から新たな原料が装入され、新たなストックラインを形成する。
【０００４】
高炉の操業においては、銑鉄を１ｔ生産するのに必要な還元材としてのコークスの量（コークス比）が重要な因子であり、効率的な還元反応が行えるように原料装入を行ってコークス比を小さくできれば二酸化炭素排出量を抑制することができる。高炉ではコークス比をできるだけ減らすような原料の装入方法が取られているものの、二酸化炭素の排出抑制のためにさらなるコークス比の削減が求められている。
【０００５】
高炉で効率よく銑鉄を生産するためには、炉下部での還元反応が炉の中心に近い部分だけでなく、炉の周辺部（炉壁に近い部分）でも反応が起こることが要求される。羽口から吹き込まれる熱風は炉の中心方向に向けて吹き込まれるため、炉壁に近い部分では炉外に熱を放出してしまい炉の中心に近い部分よりも反応性が低下していると考えられる。そこで、羽口から吹き込まれた熱風が、周辺へも十分行き渡るように装入物の装入方法を制御し、装入後の原料の積層状況に適切な分布を持たせることでコークス比を抑制した上で効率的に高炉操業を行うことが可能となる。なお、逆に周辺へのガス流が多くなるのも操業上問題となる。
【０００６】
装入物分布状況が適切なものであるか否かを確認する方法として、高炉の炉下部から吹き上がってくるガス中の一酸化炭素や二酸化炭素の比（ガス利用率）を計測する方法(例えば、特許文献１)がある。炉底部から吹き上がってくるガスのガス利用率を計測することにより原料の装入方法が適切かどうか、また炉内での還元反応が適切に進行しているかどうかを判断することが可能となる。さらには、炉況が不安定となった場合には、ガス利用率が大きく低下することが知られている。
【０００７】
炉底部から吹き上がってくるガスのガス利用率を演算するにあたっては、ガス中の一酸化炭素や二酸化炭素の濃度計測が必要である。例えば、特許文献２には、高炉内ガスのサンプリング装置、サンプリングしたガス中の二酸化炭素の濃度による融着帯位置の判定について開示されている。
【０００８】
これまでは、高炉炉頂においてガスをサンプリングし、サンプリングされたガスを分析装置まで導入し、ガスクロマトグラフィによってガス中のCO、CO2成分を定量分析し、この分析結果に基づきガス利用率を算出してプロセスコンピュータに送信・記録していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−１１７２０８号公報
【特許文献２】特開２００６−２４９５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したガス利用率計測方法では、分析装置が精密機器のため粉塵などが多い高炉炉体から遠ざけ、専用の部屋を設けて測定を行っている。ガスのサンプリングを行う場所から分析装置まではガス管によって搬送されるが、距離が長く、またガスクロマトグラフィによる分析にも時間がかかる。ある瞬間にサンプリングされたガスの分析が終了するまでには、数10分程度の時間を要している。このようにガス利用率をリアルタイムに計測できていないため、装入物分布の効果の確認や、炉況悪化を検知するのに時間がかかってしまうという問題があった。
【００１１】
なお、炉内で二酸化炭素濃度を直接測定するとした場合には、高炉内部では粉塵が密度濃く飛散しているため、二酸化炭素の吸収スペクトルがある赤外線領域の電磁波は反射されてしまい十分な精度が得られないと考えられる。また、原料からの輻射熱も測定に大きく影響すると考えられる。
【００１２】
本発明では、これら従来技術の問題点に鑑み、短時間にかつ正確に高炉内ガスのガス利用率を計測することができる、高炉内ガスのガス利用率計測方法および装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、以下の発明によって解決できる。
【００１４】
［１］  高炉炉頂部に設置したガス導出管から高炉下部から吹き上がってくる高炉排出ガスを導出し、
前記ガス導出管で形成される流路途中において、一酸化炭素および二酸化炭素の吸収波長に一致する波長の電磁波を送受信し、
該送受信信号のスペクトル解析を行い、前記吸収波長に対応する周波数の信号強度の変化から一酸化炭素および二酸化炭素の濃度を算出し、
算出した一酸化炭素および二酸化炭素の濃度に基づき、高炉排出ガスのガス利用率を求めることを特徴とする高炉内ガスのガス利用率計測方法。
【００１５】
［２］  上記［１］に記載の高炉内ガスのガス利用率計測方法において、
一酸化炭素および二酸化炭素の濃度は、下記（１）式に基づき算出し、
高炉排出ガスのガス利用率は、下記（２）式に基づき求めることを特徴とする高炉内ガスのガス利用率計測方法。
【００１６】
【数１】
2013019706.tif 000003
【００１７】
【数２】
2013019706.tif 000004
【００１８】
［３］  高炉下部から吹き上がってくる高炉排出ガスを導出する、高炉炉頂部に設置したガス導出管と、
一酸化炭素および二酸化炭素の吸収波長に一致する波長の電磁波を送受信する、前記ガス導出管で形成される流路途中に設置した電磁波送信手段および電磁波受信手段と、
該電磁波送信手段および電磁波受信手段からの送受信信号のスペクトル解析を行うスペクトル解析手段と、
前記吸収波長に対応する周波数の信号強度の変化から一酸化炭素および二酸化炭素の濃度を算出し、算出した一酸化炭素および二酸化炭素の濃度に基づき高炉排出ガスのガス利用率を求める、信号演算手段とを具備することを特徴とする高炉内ガスのガス利用率計測装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、装入原料の粒子間を上昇してきた高炉内ガスのガス利用率をリアルタイムに計測できるので、結果を操業への反映を短時間のうちに行うことができる。また、波長の長い電磁波を用いるので、高炉内部の粉塵飛散があっても精度よく計測が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を実施するための１実施形態を示す図である。
【図２】本実施例における装置構成例を示す図である。
【図３】一酸化炭素ガスおよび二酸化炭素ガスの送受信波スペクトルの一例を示す図である。
【図４】本発明によるガス利用率計測結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
高炉の炉頂ガスの内、COガスでは回転遷移による吸収が、CO2ガスでは振動遷移による吸収が発生し、遠赤外領域よりも長い波長の電磁波をそれぞれ吸収する。例えば、COガスでは周波数115GHzに吸収スペクトルが、CO2ガスでは波数（周波数）667cm-1、1388cm-1、2349cm-1に吸収スペクトルがあることが知られている。
【００２２】
図１は、本発明を実施するための１実施形態を示す図である。１は旋回シュート、２は鉄鉱石、３はコークス、４は高炉排出ガス、５はガス導出管、６は電磁波送信手段、および７は電磁波受信手段をそれぞれ表している。
【００２３】
高炉炉頂部から旋回シュート１により、主な原料である鉄鉱石２およびコークス３が高炉炉内に積層するように装入されている様子を模式的に示している。高炉の炉壁上にガス導出管５を接続し、ここに高炉の炉下部から吹き上がってくる高炉排出ガス４を導き入れる。
【００２４】
ガス導出管の抵抗による圧損が大きく十分にガス導出ができない場合は、管径を大きくする、または、ポンプで管にガスを導入することが考えられる。また、既存のゾンデなどを使用することも可能である。そして、管の材質は、金属にしておくことで効率的な信号伝搬が行えるのでより正確な測定が行える。
【００２５】
ガス導出管５で形成される流路途中に、一酸化炭素測定用と二酸化炭素測定用に電磁波送信手段６と電磁波受信手段７をそれぞれ一対設ける。なお、一酸化炭素測定用の電磁波送受信手段としてはホーンアンテナ、そして二酸化炭素測定用の電磁波送受信手段としては赤外線送受信手段を用いるのがよい。
【００２６】
発生信号と受信信号には、以下の（１）式で示されるランベルト-ベール則が成り立つ。
【００２７】
【数１】
2013019706.tif 000005
【００２８】
（１）式で一酸化炭素ガスおよび二酸化炭素ガスの濃度が求められれば、これらを用いて（２）式でガス利用率が演算される。
【００２９】
【数２】
2013019706.tif 000006
【実施例】
【００３０】
図２は、本実施例における装置構成例を示す図である。図中の８は信号発生手段、９はスペクトル解析手段、１０は信号演算手段、および１１は記録手段をそれぞれ表し、１〜７の符号は図１と同じである。
【００３１】
ガス導出管５の途中に、一酸化炭素ガスおよび二酸化炭素ガス用に、それぞれ電磁波送信手段６と電磁波受信手段７を設置した。簡単のため、それぞれの電磁波送信手段と電磁波受信手段は、一直線上になるように設置したが、管を分岐させ並列に配置して測定を行っても、問題はない。
【００３２】
一酸化炭素ガスおよび二酸化炭素ガス用それぞれ電磁波送信手段６には、信号発生手段８がそれぞれ接続され、この信号発生手段では一酸化炭素の吸収周波数である115GHzの正弦波、および二酸化炭素の吸収波数（周波数）667cm-1、1388cm-1、2349cm-1の正弦波をそれぞれ信号生成する。
【００３３】
信号発生手段８および電磁波受信手段７からの発生信号と受信信号は、スペクトル解析手段９に送られ、ここでそれぞれの信号強度が解析され、解析された信号強は信号演算手段１０に送られ、前述の（１）および（２）式にてガス利用率が演算される。そして、演算されたガス利用率は、記録手段１１で記録される。
【００３４】
図３は、一酸化炭素ガスおよび二酸化炭素ガスの送受信波スペクトルの一例を示す図である。どちらのガスも送信信号に対して、気体分子による吸収によって受信信号は小さくなっている。
【００３５】
また、図４は、本発明によるガス利用率計測結果の一例を示す図である。２４時間にわたるガス利用率の時間推移例を示しており、これまで数10分程度の時間を要していたのに対して、本発明では数秒で処理が済みほぼリアルタイムでの計測が可能となった。また、これまでの離散的な計測結果と比べても遜色のない測定精度であることも確認できた。これにより、操業への反映を短時間のうちに適切に行うことができた。
【符号の説明】
【００３６】
１    旋回シュート
２    鉄鉱石
３    コークス
４    高炉排出ガス
５    ガス導出管
６    電磁波送信手段
７    電磁波受信手段
８    信号発生手段
９    スペクトル解析手段
１０    信号演算手段
１１    記録手段
【図２】
2013019706.tif 000009
【図３】
2013019706.tif 000010
【図４】
2013019706.tif 000011
【図１】
2013019706.tif 000012