(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の操業中に、同一の出銑口を使用している状態において、出銑口とのなす角度が（１）７５〜１０５度にある羽口、（２）１５０〜１８０度にある羽口および、（３）（２）と同一の羽口または１５０〜１８０度にある（２）と別の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の３箇所から順次、トレーサー物質を炉内に打ち込んで出銑された溶銑中のトレーサー物質の濃度を検出する操作を繰り返し、そのトレーサー物質打ち込みから検出濃度のピークまでの時間の順位により高炉炉芯の浮沈状態が▲１▼全面着床、▲２▼一部分浮上、▲３▼全面浮上のどのパターンかを推定する高炉炉芯状況推定方法。
【請求項２】
高炉の操業中に、同一の出銑口を使用している状態において、出銑口とのなす角度が（１）７５〜１０５度にある羽口、（２）１５０〜１８０度にある羽口および、（３）（２）と同一の羽口または１５０〜１８０度にある（２）と別の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の３箇所から、それぞれ異なるトレーサー物質を炉内に打ち込んで出銑された溶銑中のトレーサー物質の濃度を検出する操作を行い、そのトレーサー物質打ち込みから検出濃度のピークまでの時間の順位により高炉炉芯の浮沈状態が▲１▼全面着床、▲２▼一部分浮上、▲３▼全面浮上のどのパターンかを推定する高炉炉芯状況推定方法。
【請求項３】
高炉の操業中に、同一の出銑口を使用している状態において、出銑口とのなす角度が（１）７５〜１０５度にある羽口、（２）１５０〜１８０度にある羽口および、（３）（２）と同一の羽口または１５０〜１８０度にある（２）と別の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の３箇所のうち、２箇所は同じトレーサー物質、残りの１箇所はそれとは異なるトレーサー物質を、同時に同じトレーサー物質が２箇所から打ち込まれないように２回に分けて、炉内に打ち込んで出銑された溶銑中のトレーサー物質の濃度を検出する操作を行い、そのトレーサー物質打ち込みから検出濃度のピークまでの時間の順位により高炉炉芯の浮沈状態が▲１▼全面着床、▲２▼一部分浮上、▲３▼全面浮上のどのパターンかを推定する高炉炉芯状況推定方法。
【請求項４】
トレーサー物質が放射性同位元素であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高炉炉芯状況推定方法。
【請求項５】
出銑口とのなす角度が（１）７５〜１０５度にある羽口、（２）１５０〜１８０度にある羽口および、（３）（２）と同一の羽口または１５０〜１８０度にある（２）と別の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の３箇所から打ち込んだトレーサー物質の打ち込みから検出濃度のピークまでの時間をそれぞれｔa ，ｔb ，ｔc とするとき、
▲１▼ｔa ＜ｔb ＜ｔc の時、全面が着床して空隙が存在しない
▲２▼ｔa ＜ｔb ≧ｔc の時、炉芯の一部が浮上している
▲３▼ｔa ≧ｔb       の時、炉芯全体が炉底面から浮上している
と推定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高炉炉芯状況推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の炉芯状態を検知推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高炉の寿命は、多くの高炉において炉床部の耐火物の浸食が最大の支配要因であり、炉床部の耐火物の浸食には溶銑の流れが大きな影響を及ぼすので、局所的に溶銑流が集中して熱負荷が高くならないように操業管理されている。
操業中の高炉炉内の炉床部分には、炉芯と呼ばれるコークスの充填領域が存在し、その充填コークスの空隙部分には鉱石の還元・溶融によって生じた溶銑・溶滓がたまっている。
【０００３】
溶銑の流れは炉体の浸食プロフィルや浸食面上に生成した凝固層の形状・炉芯の下端形状・炉芯内の通液性などによって異なる。
例えば炉芯が完全に沈下して炉底に着いているときに比べ、炉芯全体が浮上して炉底との間に狭い隙間ができているときは、この隙間を溶銑が多く流れ、また、炉芯の中心部が炉底に接触して周辺部が浮いて隙間があるときは、この周辺部の隙間を通って出銑口へ向かう環状の流れができる。
【０００４】
炉底レンガには通常カーボンを主成分とする耐火物が使われているが、溶銑が多く流れる部分に相当する炉底あるいは炉床側壁部の耐火物は熱負荷を多く受ける。通常の高炉操業における操業管理は、炉床部の溶銑流を直接測定することができないため、炉底あるいは炉床側壁部の耐火物に埋設した温度計により耐火物の温度変化を監視し、温度が上昇した場合に、羽口から溶銑凝固層の生成を促進するチタン含有粉体を吹き込んだり、冷却を制御したりして温度上昇を抑制する操業アクションを採る。
【０００５】
炉床部の溶銑の流束分布を直接測定する方法はないが、流れの状態を検知する手段としては、例えば羽口から放射性元素を打ち込んで出銑口で放射強度を測定する方法が特開昭６２−１４６２０６号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常行われている耐火物の温度を監視する方法は、耐火物や溶銑凝固層の熱伝導率等の物性値を仮定して耐火物の浸食位置あるいは凝固層の生成ラインを推定する方法であり、それ自身精度よい推定が困難である上に、炉内の溶銑流れは推定できない。
また、特開昭６２−１４６２０６号公報に記載の方法は、高炉休風直後の湯流れの状態から炉底中心部の不活性部分の多少を判断しようとするものであり、測定時期と推定する炉内状況が限定されている。
【０００７】
しかるに、炉床部の溶銑流を推定することは局所的に溶銑流が集中して耐火物が浸食されるのを防ぐように操業管理する上で重要であり、溶銑流は炉芯下端の炉底面からの浮沈状態に大きく影響される。従って、本発明は、高炉の炉芯の浮沈状態を精度良く検知推定することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高炉操業時の炉床部の溶銑流れについて、模型実験による検討を行った結果、炉床部における溶銑流れは、炉芯下端の位置と形状により大きな影響を受けることを見出した。
炉芯と炉底面の位置関係としては、図１に模式的に示すように▲１▼炉芯全面が着床して空隙が存在しない場合（１−ａ図）、▲２▼炉芯の一部分が浮上している場合（１−ｂ図）、▲３▼炉芯全体が炉底面から浮上している場合（１−ｃ図）に分類できる。
【０００９】
炉芯の浮沈は湯溜まりの溶銑の浮力と上部からの炉内容物の荷重のバランスによって決まるが、近年の大型高炉では、炉内の半径方向によって荷重が異なり、壁面との応力や送風ガスによりレースウェイが形成される炉壁部の方が中心部よりも荷重が小さく、炉芯が浮上しやすい条件にあると考えられる。従って、上記▲２▼の炉芯の一部分が浮上しているというのは、炉芯中央部が着床して周辺部が浮上しているのが普通である。本発明者らは模型実験により、上記▲１▼▲２▼▲３▼の場合の湯流れについて調べた。
【００１０】
すなわち、図２に示すごとく円筒形水槽７に粒径約４ｍｍのポリプロピレン粒子を充填し、水槽上部に置いた水滴分散器８より水を滴下させて、１か所の排水口１２から排水した。
流れを調べるために、水滴分散器８に設けた穴１１を通して着色液をトレーサーとして投入し、排水口部分に設けた透過光強度測定器１３により着色液の通過を検出し、トレーサー投入から検出のピークまでの時間を測定した。
【００１１】
トレーサー投入位置として図３に示すＡ（排水口との角度９０度の周辺部）、Ｂ（排水口との角度１８０度の周辺−中央の中間部）、Ｃ（排水口との角度１８０度の周辺部）を、排水口からの水平距離がＡ，Ｂ，Ｃの順に大きくなるように選択し、炉芯形状として上記▲１▼▲２▼▲３▼を実験条件として作った。
各位置からの投入トレーサーの検出時間は、Ａ，Ｂ，Ｃから投入したトレーサーの検出時間をそれぞれｔA ，ｔB ，ｔC とすると、
▲１▼炉芯全面が着床して空隙が存在しない場合は  ｔA ＜ｔB ＜ｔC
▲２▼炉芯の周辺部が浮上している場合は          ｔA ＜ｔB ≧ｔC
▲３▼炉芯全体が炉底面から浮上している場合は    ｔA ≧ｔB
のようになった。
【００１２】
この結果は次のように解釈できる。▲１▼炉芯全面が着床して空隙が存在しない場合（図１−ａ）は、流れは充填層中を排水口へ向かって集中していくので、排水口までの距離が近いところほど速く、トレーサー投入位置が排水口から遠いほど時間がかかる。
▲２▼炉芯の周辺部が浮上している場合（図１−ｂ）は、この浮上領域に速い流れができ、Ｃから投入したトレーサーはこの速い流れの領域を経由するので排水口には速く到達するが、Ｂから投入したトレーサーは流れの遅い充填層を経由するので時間がかかる。
▲３▼炉芯全体が炉底面から浮上している場合（図１−ｃ）は、炉底の浮上領域に速い流れができ、Ｂから投入したトレーサーもこの領域経由となる。Ａから投入したトレーサーは充填層を通り抜ける距離が最も長く、排水口までの到達時間がかかる。
【００１３】
本発明は、上記炉底面と炉芯下端の位置関係による炉床部溶銑流れのパターンの違いを利用して、複数の位置から高炉炉内に打ち込んだ放射性元素等のトレーサーが、排出するまでの時間の大小から高炉炉芯の浮沈状態を推定しようとするものである。その推定結果は炉床部耐火物の損耗を防ぐための操業制御の判断に用いることができる。
【００１４】
すなわち、本発明の要旨とするところは、［１］高炉の操業中に、同一の出銑口を使用している状態において、出銑口とのなす角度が（１）７５〜１０５度にある羽口、（２）１５０〜１８０度にある羽口および、（３）（２）と同一の羽口または１５０〜１８０度にある（２）と別の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の３箇所から順次、トレーサー物質を炉内に打ち込んで出銑された溶銑中のトレーサー物質の濃度を検出する操作を繰り返し、そのトレーサー物質打ち込みから検出濃度のピークまでの時間の順位により高炉炉芯の浮沈状態が▲１▼全面着床、▲２▼一部分浮上、▲３▼全面浮上のどのパターンかを推定する高炉炉芯状況推定方法。
【００１５】
［２］高炉の操業中に、同一の出銑口を使用している状態において、出銑口とのなす角度が（１）７５〜１０５度にある羽口、（２）１５０〜１８０度にある羽口および、（３）（２）と同一の羽口または１５０〜１８０度にある（２）と別の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の３箇所から、それぞれ異なるトレーサー物質を炉内に打ち込んで出銑された溶銑中のトレーサー物質の濃度を検出する操作を行い、そのトレーサー物質打ち込みから検出濃度のピークまでの時間の順位により高炉炉芯の浮沈状態が▲１▼全面着床、▲２▼一部分浮上、▲３▼全面浮上のどのパターンかを推定する高炉炉芯状況推定方法。
【００１６】
［３］高炉の操業中に、同一の出銑口を使用している状態において、出銑口とのなす角度が（１）７５〜１０５度にある羽口、（２）１５０〜１８０度にある羽口および、（３）（２）と同一の羽口または１５０〜１８０度にある（２）と別の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の３箇所のうち、２箇所は同じトレーサー物質、残りの１箇所はそれとは異なるトレーサー物質を、同時に同じトレーサー物質が２箇所から打ち込まれないように２回に分けて、炉内に打ち込んで出銑された溶銑中のトレーサー物質の濃度を検出する操作を行い、そのトレーサー物質打ち込みから検出濃度のピークまでの時間の順位により高炉炉芯の浮沈状態が▲１▼全面着床、▲２▼一部分浮上、▲３▼全面浮上のどのパターンかを推定する高炉炉芯状況推定方法。
【００１７】
［４］トレーサー物質が放射性同位元素であることを特徴とする［１］または［２］または［３］のいずれかに記載の高炉炉芯状況推定方法。
【００１８】
［５］出銑口とのなす角度が（１）７５〜１０５度にある羽口、（２）１５０〜１８０度にある羽口および、（３）（２）と同一の羽口または１５０〜１８０度にある（２）と別の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の３箇所から打ち込んだトレーサー物質の打ち込みから検出濃度のピークまでの時間をそれぞれｔa ，ｔb ，ｔc とするとき、
▲１▼ｔa ＜ｔb ＜ｔc の時、全面が着床して空隙が存在しない
▲２▼ｔa ＜ｔb ≧ｔc の時、炉芯の一部が浮上している
▲３▼ｔa ≧ｔb       の時、炉芯全体が炉底面から浮上している
と推定することを特徴とする［１］〜［４］のいずれかに記載の高炉炉芯状況推定方法にある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実際の高炉の操業においては、複数の出銑口を数時間ごとに切り替えながら操業している。本発明を実施するにあたっては、同じ出銑口を使用している状態で３回のトレーサー打ち込み・計測を行うことが必要である。いずれの回も同じトレーサー物質を使用する場合、トレーサーの打ち込みからトレーサー濃度の検出までを、信号の重複を避けるため、１回ごとに分離して測定する必要がある。
出銑時間が３回の測定をするのに十分でなければ、２回以上の出銑時に分けて同じ出銑口を使用している状態で測定を行う。異なる２種類または３種類のトレーサー物質を用いて信号を分離して計測することができるならば、同一時刻に２つまたは３つの測定が行われていてもよい。また、羽口からトレーサー物質を打ち込むには送風操業中に打ち込み可能な設備、羽口から炉内に挿入したパイプの先端からトレーサー物質を炉内に打ち込むに際しては、送風操業中に羽口からパイプを挿入できる設備を必要とする。
【００２０】
前記模型実験とのアナロジーから、トレーサー物質を打ち込む羽口の位置は、可能な限り（ａ）出銑口に対し約９０度の位置にある羽口、（ｂ）出銑口に対し約１８０度の位置にある羽口から炉内に挿入したパイプの先端、（ｃ）出銑口に対し約１８０度の位置にある羽口（（ｂ）と同じ羽口が好ましい）を選ぶことが望ましい。
かつ、出銑口からの距離の大小がａ＜ｂ＜ｃとなるように（ｂ）におけるパイプの先端の位置を決める。
【００２１】
このようにして測定したトレーサーの打ち込みから出銑口までの到達時間の大小関係から、前記模型実験で得られた結果を利用して、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）から打ち込んだトレーサーの検出時間をそれぞれｔa ，ｔb ，ｔc とすると、
▲１▼ｔa ＜ｔb ＜ｔc の時、全面が着床して空隙が存在しない
▲２▼ｔa ＜ｔb ≧ｔc の時、炉芯の一部が浮上している
▲３▼ｔa ≧ｔb       の時、炉芯全体が炉底面から浮上している
と推定する。なお、トレーサー物質としては例えばＣｏ60，Ｆｅ57，Ａｕ198 等を使うことができる。
【００２２】
【実施例】
図４は出銑口４本、羽口３０本を有する内容積３５００ｍ3 の高炉の炉床部の水平断面図であり、図５は同じ高炉の羽口レベルの断面図で、羽口の位置を示したものである。
また、図６は本発明の方法を実施した際のトレーサー物質打ち込みの位置を示す。この高炉は適宜４本の出銑口を切り替えながら操業していたが、ある時期においては角度１８０度の相対位置にある１号出銑口１４と３号出銑口１６を切り替えて操業していた。この時期において本発明の方法を実施した。
【００２３】
まず、１号出銑口を使用している状態でこの出銑口と角度９０度の位置に存するＮｏ．２３羽口１８から放射性同位元素としてＣｏ60を打ち込み、１号出銑口の後方の樋で溶銑の放射性強度を測定した。放射性強度は図７（ａ）のように測定され、強度のピークは打ち込み後３．５時間に現れた。
この後３号出銑口に切り替えて出銑を行い、再度１号出銑口に切り替えた後、１号出銑口と角度１７４度の位置に存し、送風中にパイプを挿入できる設備を備えたＮｏ．１６羽口１９からＣｏ60を打ち込み、１号出銑口の後方の樋で溶銑の放射性強度を測定した。放射性強度は図７（ｃ）のように測定され、強度のピークは打ち込み後３．０時間に現れた。
【００２４】
この後再び３号出銑口に切り替えて出銑を行い、再度１号出銑口に切り替えたところで今度は前の測定と同じ１号出銑口と角度１７４度の位置に存するＮｏ．１６羽口１９から内径９０ｍｍ、外径１１０ｍｍのパイプを炉内に２．５ｍ挿入してその先端からＣｏ60を打ち込み、１号出銑口の後方の樋で溶銑の放射性強度を測定した。放射性強度は図７（ｂ）のように測定され、強度のピークは打ち込み後５．２時間に現れた。
この結果は本発明の判定方法から、ｔa ＝３．５時間、ｔb ＝５．２時間、ｔc ＝３．０時間すなわちｔa ＜ｔb ≧ｔc となり、炉芯の一部が浮上していると推定された。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、高炉炉床部の湯流れ挙動に大きく影響する炉芯の浮沈状態を検知するために、高炉の操業中に、出銑口とのなす角度が異なる２箇所の羽口および、１箇所の羽口から炉内に挿入したパイプの先端の合計３箇所から、それぞれトレーサー物質を炉内に打ち込んで出銑口された溶銑中のトレーサー濃度を検出する測定を行い、そのトレーサー物質打ち込みから検出濃度のピークまでの時間の順位により高炉炉芯の浮沈状態を▲１▼全面着床、▲２▼一部分浮上、▲３▼全面浮上の各パターンに分類して推定することができる。
従って、本発明は炉芯浮沈状態から炉床部の湯流れ状態を推定し、炉床部耐火物への負荷が大きい周辺部環状流を作りやすい炉芯一部浮上と判定された場合に、耐火物溶損を防ぐための装入物制御、冷却制御、羽口からのチタン吹き込み等のアクションを速やかに取り、耐火物の浸食を抑制して高炉寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉炉床部の炉芯状態を分類した図
【図２】高炉炉床部模型実験装置
【図３】高炉炉床部模型実験装置におけるトレーサー投入位置
【図４】高炉炉床部水平断面図（出銑口レベル）
【図５】高炉炉床部水平断面図（羽口レベル）
【図６】トレーサー打ち込みを行った位置を示す図
【図７】各位置から放射性元素を打ち込んだ後の出銑口後方の放射性強度の推移を示したもので、（ａ）はＮｏ．２３羽口から、（ｂ）はＮｏ．１６羽口から挿入したパイプの先端から、（ｃ）はＮｏ．１６羽口から夫々放射性元素を打ち込んだ後の出銑口後方の放射性強度の推移を示す図
【符号の説明】
１  高炉炉体
２  羽口
３  出銑口
４  レースウェイ
５  炉芯コークス充填層
６  コークフリー領域
７  実験水槽
８  液滴分散器
９  充填粒子層
１０  液面レベル
１１  トレーサー投入口
１２  排水口
１３  トレーサー検出器
１４  １号出銑口
１５  ２号出銑口
１６  ３号出銑口
１７  ４号出銑口
１８  Ｎｏ．２３羽口
１９  Ｎｏ．１６羽口
２０  Ｎｏ．１６羽口より挿入したパイプの先端からのトレーサー打ち込み位置
【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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