(57)【要約】【課題】処理物の容器からガスを導入し、ガスの状態を多様に検出することができるガス処理装置及び操業方法を提供する。【解決手段】本発明は、処理物の容器を貫通することができ、容器内に露出されることができる開口が形成される筒体と、容器からガスを導入するように、開口にそれぞれ接続された複数の導入管と、導入管にそれぞれ設置される第１の検出器と、導入管にそれぞれ接続された第２の検出器と、導入管にそれぞれ接続されたガス精製器と、ガス精製器に接続される第３の検出器と、第１の検出器及び第２の検出器で検出されたガスの温度及び流速を利用して、複数の位置別ガスの熱量を算出可能であり、第３の検出器で検出されたガスの成分検出結果を利用して、複数の位置別ガスの利用率を算出可能な算出部とを含むガス処理装置及びこれを利用した操業方法であって、処理物の容器からガスを導入して効果的に精製し、様々なガス状態を検出することができるガス処理装置及びこれを利用した操業方法が提示される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス処理装置であって、
処理物の容器を貫通し、容器内に露出される開口が形成される筒体と、
前記容器からガスを導入するように、前記開口にそれぞれ接続される導入管と、
前記導入管にそれぞれ設置され、ガスの温度を検出できる第１の検出器と、
前記導入管にそれぞれ接続され、ガスの流速を検出できる第２の検出器とを含むことを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
前記導入管にそれぞれ接続され、内部に収容された水を利用して前記導入管から導入されるガスを精製するガス精製器と、
前記ガス精製器に接続され、精製されたガスの成分を検出可能な第３の検出器とを含むことを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項３】
検出されたガスの温度及び流速を利用して、複数の位置別ガスの熱量を算出可能であり、精製されたガスの成分検出結果を利用して複数の位置別ガスの利用率を算出可能な算出部と、
算出されたガスの熱量及び利用率を用いて前記容器を利用した操業の処理物の位置別の装入条件を決定する判断部とを含むことを特徴とする請求項２に記載のガス処理装置。
【請求項４】
前記導入管にパージガスを供給できるように設置されるガス供給器を含むことを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項５】
前記第２の検出器は、前記導入管を流れるガスの圧力を利用して流速を検出することを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項６】
前記ガス精製器は、端部が前記水に浸るように位置するガス入口及び前記水から離隔されるように位置するガス出口を備えることを特徴とする請求項２に記載のガス処理装置。
【請求項７】
前記ガス精製器は、精製されたガスの出入り及び保存が可能なように形成され、前記ガス出口と前記第３の検出器に接続される保存部を備えることを特徴とする請求項６に記載のガス処理装置。
【請求項８】
前記容器は、高炉を含み、
前記ガスは、飽和蒸気成分を有する高炉ガスを含むことを特徴とする請求項２に記載のガス処理装置。
【請求項９】
操業方法であって、
処理物の容器内に処理物を用意するステップと、
前記容器内の複数の位置からガスを導入するステップと、
複数の位置から導入されるガスの温度をそれぞれ検出するステップと、
複数の位置から導入されるガスの流速をそれぞれ検出するステップとを含むことを特徴とする操業方法。
【請求項１０】
複数の位置から導入されるガスを水の入ったガス精製器にそれぞれ経由させて精製するステップと、
精製されたガス別に成分を検出するステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の操業方法。
【請求項１１】
検出されたガスの温度及び流速を利用して複数の位置別ガスの熱量を算出し、ガスの成分検出結果を利用して複数の位置別ガスの利用率を算出するステップと、
算出されたガスの熱量及び利用率を用いて、処理物の位置別の装入条件を決定するステップとを含むことを特徴とする請求項１０に記載の操業方法。
【請求項１２】
前記処理物の位置別の装入条件を決定するステップは、
算出されたガスの熱量と基準熱量とを対比して、対比結果によって該当位置に装入される処理物の粒度条件を決定するステップと、
算出されたガスの利用率と基準利用率とを対比して、対比結果によって該当位置に装入される処理物の粒度条件及び成分含有量の条件を決定するステップとを含むことを特徴とする請求項１１に記載の操業方法。
【請求項１３】
前記ガスを精製するステップは、前記ガスを前記水に直接通過させるステップと、
前記水を脱出したガスを収集するステップとを含むことを特徴とする請求項１０に記載の操業方法。
【請求項１４】
前記ガスを前記水に直接通過させるステップにおいて、前記ガスの温度を露点以下の温度に冷却させてガスから凝縮水を分離させ、分離された凝縮水で水を補充することを特徴とする請求項１１に記載の操業方法。
【請求項１５】
前記精製されたガス別に成分を検出するステップにおいて、前記精製されたガスをそれぞれ一時的に保存して、一時的に保存されたガス別に成分を検出し、前記ガスを導入するステップにおいて、前記容器内に挿入された導入管を利用して複数の位置別にガスを導入し、前記ガスの温度、流速及び成分を検出する前または後に前記導入管内にパージガスを供給することを特徴とすることを特徴とする請求項１０に記載の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス処理装置及びこれを利用した操業方法に係り、より詳しくは、処理物の容器からガスを導入して効果的に精製し、様々なガス状態を検出することができるガス処理装置及びこれを利用した操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、溶銑を生産するための高温、高圧の反応器である。高炉で溶銑を製造する一連の過程を、例えば高炉操業または高炉プロセスという。その過程は、以下の通りである。高炉に高炉装入物、例えば鉄鉱石、焼結鉱及びコークスを装入する。この後、高炉下部に熱風と微粉炭を吹き入れて、コークスと微粉炭を熱風で燃焼させて還元ガスを発生させる。そして、還元ガスを高炉上部に移動させ、還元ガスで鉄鉱石と焼結鉱の鉄成分を還元及び溶融させて溶銑を生産する。
このような過程で溶銑を生産する場合、プロセス効率を高めるためには還元ガスが鉄鉱石と焼結鉱に十分に接触しなければならない。このとき、還元ガスが鉄鉱石と焼結鉱に十分に接触するためには高炉装入物の装入状態が健全でなければならない。
高炉装入物の装入状態が健全であることは、還元ガスと溶銑の流れが円滑になるように高炉装入物の充填層に空隙がよく確保されたことを意味する。充填層状態が健全でなければ還元ガスの偏流が発生する。
【０００３】
高炉内部は、一つの接続された空間であるため、圧力（ｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の差が発生することができない環境である。したがって、従来は高炉内部の複数の位置で温度変化を検出して、温度が高くなるとガスの流れが集中されることと類推し、これを基に、高炉内部のガス量分布を類推し、ガス量分布に基づいてプロセス効率を評価し、評価結果を用いて高炉装入物の装入状態（「装入分布」とも呼ばれる）を調整した。
しかし、高炉プロセスが実行される間、融着台（高炉装入物の鉄成分が溶融される高炉内部の所定の領域であり、一定の温度を有する領域である）の位置及び形状が随時に変わって、融着台を通過するガスの流量と温度が変化する。そして、鉄成分の還元熱などの化学的熱量変化がガスの流れとは関係なく高炉内の温度変化を生じさせることができる。即ち、高炉内部の温度変化は、ガス量分布を保障することができず、したがって、高炉内部のガス量分布を正確に類推することができなく、プロセス効率の評価が不正確であり、高炉装入物の装入状態を正確に調整することができない。
一方、高炉装入物の装入状態が健全ではなくて、還元ガスの偏流が発生すると、還元ガスが鉄成分の還元に十分に使用されず高炉を抜けていくため、高炉から排出されたガスの還元ガス割合が高い。したがって、従来は高炉内部のガスをサンプリングして成分を検出し、ガス中の還元ガスの割合に基づいて高炉プロセスの効率を評価し、評価結果に基づいて高炉装入物の装入状態を調整した。
【０００４】
しかし、高炉での溶銑の製造中に、鉄鉱石及びコークスが分化して多量の粉塵が発生する。多量の粉塵はガスに混入され、高炉の炉頂を通してガスと一緒に排出される。多量の粉塵が含まれたガスは、成分検出が難しい。サイクロン及び多重フィルタを用いてガスを精製することもできるが、この場合、フィルタのメンテナンスに応じて業務が加重される問題点があり、粉塵量の増加時、サイクロン及びフィルタが本来の機能を果たさないという問題点がある。また、フィルタの状態が良好に維持されなければ、粉塵によってフィルタが詰まってフィルタの性能が低下され、精製されたガス量が不足する問題点がある。
一方、ガス中の還元ガスの割合をガス利用率で定量化することができるが、従来は高炉内の温度変化に基づいて、ガス利用率の分布を推定し、これに基づいてプロセス効率を評価しその結果によって高炉装入物の装入状態を調整する方式も使用した。しかし、ガス利用率は、単に高炉内部の温度やガス量分布に比例していない。例えば、ガス利用率は、融着台の位置及び形状の変化、融着台の通気性の条件に応じたガス量変化、高炉の半径方向に対する鉄鉱石の分布、高炉装入物を通過するガス量、及び高炉内部の温度分布などと複雑な関係を持つ。
【０００５】
例えば、大きな粒度のコークスが装入されて通気性の良い高炉内部の中心は、多量のガスが排出され、温度が高く測定されるが、鉄鉱石がほとんどないため、ガス利用率が低い。一方、小さな粒度の焼結鉱が装入されて通気性の悪い高炉内部の壁側は、少量のガスが排出され、温度が低く測定され、ガス利用率も低い。即ち、温度分布とガス利用率を一対一で対応することではないので、高炉内部の温度分布を用いて高炉内部のガス利用率の分布を正確に推定することは難しい。したがって、プロセス効率の正確な評価が難しく、高炉装入物の装入状態をどのように調整すれば、最適のプロセス効率を示すことができるかを知ることができない。
本発明の背景となる技術は、下記の特許文献に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＫＲ１０−２００３−０００６１２３  Ａ号公報
【特許文献２】ＫＲ１０−２００２−００８８４７５  Ａ号公報
【特許文献３】ＣＮ２０１４−１０３７２９５７１  Ａ号公報
【特許文献４】特開２０１３−０１９７０６号公報
【特許文献５】特許２５０６４８５号公報
【特許文献６】ＫＲ１０−１３２３６８８  Ｂ１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、処理物の容器からガスを導入し、ガスの状態を多様に検出することができるガス処理装置及び操業方法を提供する。
本発明は、処理物の容器の半径方向に離隔された複数の位置からガスを導入することができるガス処理装置及び操業方法を提供する。
本発明は、処理物の容器の半径方向の位置別にガスの温度、速度及び成分をすべて検出することができるガス処理装置及び操業方法を提供する。
本発明は、ガスの温度、速度及び成分を利用して処理物の位置別の装入条件を決定することができるガス処理装置及び操業方法を提供する。
本発明は、ガスの成分を検出する前にガスを効率的に精製することができるガス処理装置及び操業方法を提供する。
本発明は、ガスの精製のための構造及びこの運用方式を簡素化されることができるガス処理装置及び操業方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態に係るガス処理装置は、処理物の容器を貫通することができ、前記容器内に露出されることができる開口が形成される筒体と、前記容器からガスを導入するように、前記開口にそれぞれ接続される導入管と、前記導入管にそれぞれ設置され、ガスの温度を検出することができる第１の検出器と、前記導入管にそれぞれ接続され、ガスの流速を検出することができる第２の検出器とを含むことを特徴とする。
【０００９】
前記導入管にそれぞれ接続され、内部に収容された水を利用して前記導入管から導入されるガスを精製するガス精製器と、前記ガス精製器に接続され、精製されたガスの成分を検出可能な第３の検出器とを含むことができることを特徴とする。
【００１０】
検出されたガスの温度及び流速を利用して、複数の位置別ガスの熱量を算出可能であり、精製されたガスの成分検出結果を利用して複数の位置別ガスの利用率を算出可能な算出部と、及び算出されたガスの熱量及び利用率を用いて前記容器を利用した操業の処理物の位置別の装入条件を決定する判断部とを含むことことを特徴とする。
【００１１】
前記導入管にパージガスを供給できるように設置されるガス供給器を含むことことを特徴とする。
【００１２】
前記第２の検出器は、前記導入管を流れるガスの圧力を利用して流速を検出することことを特徴とする。
【００１３】
前記ガス精製器は、端部が前記水に浸るように位置するガス入口及び前記水から離隔されるように位置するガス出口を備えることを特徴とする。
【００１４】
前記ガス精製器は、精製されたガスの出入り及び保存が可能なように形成され、前記ガス出口と前記第３の検出器に接続される保存部を備えることを特徴とする。
【００１５】
前記容器は、高炉を含み、前記ガスは、飽和蒸気成分を有する高炉ガスを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る操業方法は、処理物の容器内に処理物を用意するステップと、前記容器内の複数の位置からガスを導入するステップと、複数の位置から導入されるガスの温度をそれぞれ検出するステップと、及び複数の位置から導入されるガスの流速をそれぞれ検出するステップとを含むことを特徴とする。
【００１７】
複数の位置から導入されるガスを水の入ったガス精製器にそれぞれ経由させて精製するステップと、精製されたガス別に成分を検出するステップとを含むことを特徴とする。
【００１８】
検出されたガスの温度及び流速を利用して複数の位置別ガスの熱量を算出し、ガスの成分検出結果を利用して複数の位置別ガスの利用率を算出するステップと、算出されたガスの熱量及び利用率を用いて、処理物の位置別の装入条件を決定するステップとを含むことを特徴とする。
【００１９】
前記処理物の位置別の装入条件を決定するステップは、算出されたガスの熱量と基準熱量とを対比して、対比結果によって該当位置に装入される処理物の粒度条件を決定するステップと、算出されたガスの利用率と基準利用率とを対比して、対比結果によって該当位置に装入される処理物の粒度条件及び成分含有量の条件を決定するステップとを含むことを特徴とする。
【００２０】
前記ガスを精製するステップは、前記ガスを前記水に直接通過させるステップと、前記水を脱出したガスを収集するステップとを含むことを特徴とする。
【００２１】
前記ガスを前記水に直接通過させるステップにおいて、前記ガスの温度を露点以下の温度に冷却させてガスから凝縮水を分離させ、分離された凝縮水で水を補充することを特徴とする。
【００２２】
前記精製されたガス別に成分を検出するステップにおいて、前記精製されたガスをそれぞれ一時的に保存して、一時的に保存されたガス別に成分を検出し、前記ガスを導入するステップにおいて、前記容器内に挿入された導入管を利用して複数の位置別にガスを導入し、前記ガスの温度、流速及び成分を検出する前または後に前記導入管内にパージガスを供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、処理物の容器からガスを導入し、ガス状態を多様に検出することができる。このとき、容器の半径方向の複数の位置でガスを導入して、容器の位置別にガスの温度、速度及び成分をすべて検出することができる。また、容器の半径方向の位置別に検出されたガスの温度、速度及び成分を複合的に利用して処理物プロセスの効率を評価し、その結果に基づいて、処理物の位置別の装入条件を決定し、決定された条件によって処理物の装入状態を調整することができる。したがって、処理物プロセスの効率を向上させることができる。
例えば、高炉プロセスに適用されると、半径方向に離隔された高炉上部の複数の位置からガスを導入して、各位置に対するガスの温度、速度及び成分を検出した後、検出された結果から各位置に対するガスの熱量及び利用率を算出し、プロセス効率を評価することができる。また、評価結果に基づいて、高炉装入物の装入状態を正確に判断し、高炉内部の各位置に対するガスの熱量及び利用率が所望の値を持つように高炉装入物の位置別の装入条件を正確に決定することができる。この後、決定された条件によって高炉装入物の装入状態を調整し、高炉装入物の性状（性質及び状態）を高炉内部の各位置別に制御することができる。これから、高炉プロセスの効率及び高炉プロセスで製造される溶銑の品質を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、ガスの成分を検出する前ガスを効率的に精製することができ、ガスの精製のための構造及びこの運用方式を簡素化させることができる。
例えば高炉プロセスに適用されると、ガスの成分検出のために、高炉から導入するガスを水の入ったガス精製器に経由させた後、成分分析器に供給する。このとき、ガス精製器内の水にガスを直接に通過させて、ガスに含まれる不純物を除去することができる。したがって、不純物の量が急激に増加しても、これをガス精製器内の水が十分に耐えるため、ガスの精製効率を最適化し、精製品質を常に高く維持することができる。即ち、ガスを清浄に精製した後、清浄なガスを成分分析器に円滑に供給して、ガスの成分検出結果が正確になることができる。この後、検出結果に基づいて、高炉プロセスの効率を正確に評価することができ、高炉装入物の位置別の装入条件を最適に設計することができる。また、ガスの導入が開始された以後、ガス精製器に追加的に必要な水を、ガスに含まれる過熱蒸気で全部補充することができる。したがって、ガス精製器の設置構造及び運用方式を簡素化させて、作業者の業務負担を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例に係る処理物の容器にガス処理装置が装着されている様子を図示した概略図である。
【図２】本発明の実施例に係るガス処理装置の一部を図示した概略図である。
【図３】本発明の実施例に係るガス処理装置の残りの部分を図示した概略図である。
【図４】本発明の実施例に係るガス精製器を図示した概略図である。
【図５】本発明の実施例と変形例に係るガス精製器の一部を図示した概略図である。
【図６】本発明の実施例に係るガス処理装置を利用して獲得した処理物の容器内のガス温度及びガス利用率の分布を例示するグラフである。
【図７】本発明の実施例に係る操業方法において、処理物の容器に装入された処理物の性状を制御する方式を説明するための状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。しかし、本発明は、以下で開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で具現される。ただ、本発明の実施例は、本発明の開示が完全になるようにし、該当分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に教えるために提供するものである。本発明の実施例を説明するために、図面は誇張することができ、図面上の同一の符号は同一の要素を指す。
本発明の実施例に係るガス処理装置及びこれを利用した操業方法は、処理物の容器の半径方向に離隔された複数の位置からガスを導入することができ、また、処理物の容器の半径方向の位置別にガスの状態を多様に検出することができる技術的な特徴を提示する。さらに、本発明の実施例に係るガス処理装置及びこれを利用した操業方法は、処理物の容器からガスを導入して効果的に精製し、様々なガス状態を検出することができる技術的特徴を提示する。
高炉プロセスに基づいて、本発明の実施例に係るガス処理装置及びこれを利用した操業方法を詳細に説明する。
もちろん、本発明の実施例に係るガス処理装置及びこれを利用した操業方法は、複数の産業分野の各種処理物の容器を利用した処理物プロセスにおいて、処理物の容器からガスを導入して様々な状態を検出することに多様に適用されることができる。
【００２７】
図１は、本発明の実施例に係る処理物の容器にガス処理装置が装着されている様子を図示した概略図である。
以下、図１を参照して、本発明の実施例に係る処理物の容器を説明する。
本発明の実施例に係る処理物の容器（以下、「容器１０」）は、処理物を内部に装入させて処理可能な容器として、例えば、製鉄所の高炉を含む。容器１０は、本体１１、送風機１２、熱風供給部１３、出銑口１４及び湯面高測定器１５を含む。本体１１は、内部に空間が形成される円筒状の鉄皮である。鉄皮の内部面には、耐火物壁体が構築される。本体１１は、上部に装入口が備えられ、装入口を介して、本体１１内に処理物を装入することができる。本体１１は、下部に送風機１２が放射状に形成され、送風機１２は、熱風供給部１３に接続される。
熱風供給部１３は、本体１１の下部を囲んで、リング状に形成される。送風機１２より低い高さで、本体１１の下部を貫通して、複数の出銑口１４が形成される。湯面高測定器１５は、送風機１２と複数の出銑口１４との間で、本体１１の下部に形成される。湯面高測定器１５は、本体１１に伝達される応力や電流を利用して本体１１の下部に保存された溶銑の湯面高さを測定する。容器１０は、高炉のほかにも、様々な処理物の容器を含む。
【００２８】
以下、容器１０を利用した処理プロセス、即ち、高炉プロセスを説明する。
本体１１の内部に処理物を装入する。ここで、処理物は、鉄鉱石、焼結鉱及びコークスなどの高炉装入物である。そして、送風機１２を介して、本体１１の下部に熱風と微粉炭を吹き込む。コークスと微粉炭を熱風を利用して燃焼させて本体１１の下部に還元ガスを生成する。還元ガスは、一酸化炭素ガス及び水素ガスを含む。還元ガスを本体１１の上部に移動させ、鉄鉱石と焼結鉱に接触させる。還元ガスを利用して鉄鉱石と焼結鉱の鉄成分を還元及び溶融させて溶銑を生産する。溶銑を本体１１の下部に保存する。この後、一定時間が経過すると、出銑口１４を開放して溶銑を出銑する。
高炉プロセスの効率を高めるためには容器１０の下部で生成された還元ガスが容器１０の上部に円滑に移動しながら、処理物とよく接触しなければならない。還元ガスが処理物とよく接触するためには処理物の装入状態が健全でなければならない。
【００２９】
処理物の装入状態の一例を説明する。容器１０の中心を通る上下方向の中心軸（図示せず）を中心に、容器１０の中心部近くに通気性を確保するために、対立のコークスが主に装入される。容器１０の周辺部（「小粒部」とも呼ばれる）には、高温の還元ガスから本体１１を保護するために、小粒の焼結鉱が主に装入される。そして、中心部と周辺部との間の中間部には、対立の鉄鉱石及び対立の焼結鉱が主に装入される。処理物は、上記のように装入されて定型化された通気性を有する。このような処理物の装入状態で、還元ガスによる鉄成分の還元反応は中間部で活発に起こる。
図２は、本発明の実施例に係るガス処理装置の一部を図示した概略図であるが、詳細には、高炉の炉頂に挿入されたガス処理装置２００の様子を図示した概略図である。図６の（ａ）は、本発明の実施例に係るガス処理装置を利用して高炉プロセス中に獲得した容器内のガス温度分布を例示するグラフである。このとき、図面のケース１は、高炉プロセス中の一時点の半径方向温度分布であり、ケース２は、一時点以後、他時点の半径方向の温度分布である。
図２及び図６（ａ）に示す通り、容器１０の半径方向ｒを基準にして、中心部近くの温度が最も高く、周辺部近くの温度が最も低い。中心部近くの温度が最も高い原因は、中心部に対立のコークスだけ装入するコークス中心装入を実施するため、燃焼台（高炉装入物中、コークスが燃焼される高炉内部の所定の領域）で発生した高温の還元ガスが、中心部に多量に排出されるからである。周辺部近くの温度が最も低い原因は、次の通りである。周辺部近く、特に、本体１１の内壁側には、５ｍｍ乃至１０ｍｍ程度の小粒の焼結鉱が装入されるため、通気抵抗が比較的に大きくて、高温の還元ガスが少量排出されるからである。
【００３０】
したがって、容器１０の半径方向ｒの温度分布の様子は、中心部の温度が高く、周辺部の温度が低い形態を備える。しかし、容器１０の半径方向ｒに通気性の一定であるパターンを有する。高炉装入物の溜まる形態、例えば、高炉装入物の装入厚さ及び高炉装入物内の鉄鉱石と焼結鉱とコークスとの混合程度に応じて、即ち、装入された処理物の分布形態によって半径方向ｒに様々な通気性の変化がある。それに応じて、容器１０の半径方向ｒにガス速度と温度が異なる。
本発明の実施例によれば、高炉プロセスの効率を高めるために、高炉プロセスを実行する間、本体１１の炉頂を通じて排出される高炉ガス（以下、「ガス」）の様々な状態を検出し、検出結果を複合的に活用して、半径方向ｒの位置別プロセス効率を評価することができる。また、評価結果をもとに、処理物の位置別の装入条件を決定することができる。このとき、本発明の実施例に係るガス処理装置２００を利用してこのような一連の過程を実行することができる。一方、処理物の位置別の装入条件を決定すると、それによって、現在実行中である高炉プロセスで高炉装入物の装入状態を調整することができる。
【００３１】
図３は、本発明の実施例に係るガス処理装置の残りの部分を図示した概略図である。即ち、図３は、高炉の外部に位置するガス処理装置の部分を図示した概略図である。
図１乃至図３を参照して、本発明の実施例に係るガス処理装置２００を説明する。
本発明の実施例に係るガス処理装置２００は、本体１１の上部を貫通するように装着される。ガス処理装置２００は、半径方向ｒに装着されることができ、その数は、少なくとも一つ以上である。ガス処理装置２００が複数である場合、放射状に配置される。ガス処理装置２００を利用して本体１１内で半径方向に離隔された複数の位置を流れるガスの様々な状態を一度に検出することができる。
本発明の実施例に係るガス処理装置２００は、容器１０を貫通することができ、容器１０内に露出されることができる開口２１１が形成された筒体２１０と、容器１０からガスを導入するように、開口２１１にそれぞれ接続される導入管２２０と、導入管２２０にそれぞれ設置され、ガスの温度を検出することができる第１の検出器２３０と、導入管２２０にそれぞれ接続され、ガスの流速を検出することができる第２の検出器２４０とを含む。
筒体２１０は、半径方向ｒに延長され、容器１０の上部を半径方向ｒに貫通して着脱可能に装着され、少なくとも一側が容器１０の内部に位置する。筒体２１０の一側には開口２１１が形成される。開口２１１は、容器１０内に露出される。開口２１１は、容器１０内の複数の位置からガスを導入する。開口２１１は、筒体２１０の外周面を貫通し、半径方向ｒに互いに離隔される。
【００３２】
筒体２１０は、導入管２２０を保護することができる。そして、筒体２１０は、容器１０内の半径方向ｒの複数の位置に導入管２２０の入口を位置させ、半径方向ｒに導入管２２０の入口に整列させる。容器１０で開口２１１へのガスの流入は、容器１０と導入管２２０の圧力との差によって、高圧である容器１０から低圧である導入管２２０に自然に実現することができる。
導入管２２０は、容器１０からガスを導入するように、開口２１１にそれぞれ接続される。導入管２２０の数は、開口２１１の数と同じであり、例えば、六つである。そこで、導入管２２０は、容器１０の内部の六つの位置でガスを導入することができる。もちろん、数は、多様である。導入管２２０は、筒体２１０の他側を貫通して、筒体２１０の内部に延長され、開口２１１にそれぞれ装着される。導入管２２０の入口側は、筒体２１０の内部に位置する。導入管２１０の出口側は、筒体２１０の外部に位置しながら、容器１０の外部に位置する。
導入管２２０の入口は、筒体２１０の外周面に沿って半径方向ｒに離隔され、開口２１１を介して容器１０の内部に露出される。導入管２２０のうち少なくとも一つは、上述した上下方向の中心軸に入口が上下方向に整列される。
ガスは、容器１０の内部で開口２１１を通過した後、導入管２２０の入口に流入され、導入管２２０の内部に沿って流動し、導入管２２０の出口に排出される。このとき、容器１０の半径方向の各位置別のガスが導入管２２０にそれぞれ導入される。一方、導入管２２０の出口は、後述するガス精製器２５０に接続される。
【００３３】
第１の検出器２３０は、導入管２２０にそれぞれ設置される。第１の検出器２３０は、導入管２２０の内部を流れるガスの温度を検出する。第１の検出器２３０は、例えば、熱電対であり、その他にも各種の温度検出器である。第１の検出器２３０は、導入管２２０の内部に設置されるが、入口側に近く設置される。第１の検出器２３０は、後述する算出部２８０に接続される。第１の検出器２３０は、容器１０の半径方向の位置別に導入されたガスの温度値を算出部２８０に出力することができる。
第２の検出器２４０は、導入管２２０にそれぞれ接続される。第２の検出器２４０は、ガスの流速を検出することができる。このとき、第２の検出器２４０は、導入管２２０に導入されてその内部を流れるガスの圧力を利用して流速を検出することができる。具体的に、第２の検出器２４０は、ピトー管を使用してガスの流速を直接に検出することができる。
第２の検出器２４０は、ピトー管２４１、動圧計２４２、定圧管２４３、定圧計２４４及び流速検出器（図示せず）を含む。ピトー管２４１は、導入管２２０の出口側の所定の位置を貫通して、導入管２２０の内部に設置される。ピトー管２４１の一側端部２４１は、導入管２２０の入口内に位置する。ここで、一側端部２４１と導入管２２０の入口及び開口２１１は、それぞれ同軸整列される。ピトー管２４１の他側端部は、導入管２２０の外部に位置する。動圧計２４２は、ピトー管２４１の他側端部に装着される。定圧管２４３は、導入管２２０の出口側の外周面を貫通して装着される。定圧管２４３の入口は、導入管２２０の内周面に接する。定圧管２４３の出口に定圧計２４４が接続される。ピトー管２４１は、１／８インチの直径で形成されたピトー管である。流速検出器は、動圧計２４２及び定圧計２４４に接続される。流速検出器は、ガスの動圧検出値と定圧検出値を利用してガスの流速を検出する。流速検出器は、算出部２８０に接続される。流速検出器は、容器１０の半径方向の位置別に導入されたガスの流速値を算出部２８０に出力することができる。
一方、流速検出器は、ガスの流速値を以下の数１を利用して検出する。
数１  Ｖ＝ｃ［２ｇ×（Ｐｄ÷ρ）］１／２
このとき、Ｖは、流速値であり、ｃは、ピトー管の定数であり、ｇは、重力加速度であり、Ｐｄは、定圧と動圧の圧力差であり、ρは、ガス密度である。即ち、流速検出器は、定圧と動圧の圧力差を利用して該当位置別流速値を検出することができる。
【００３４】
図４は、本発明の実施例に係るガス精製器を図示した概略図であり、図５の（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施例と変形例に係るガス精製器の一部を図示した概略図である。
図１乃至図５に示す通り、本発明の実施例に係るガス処理装置２００は、導入管２２０にそれぞれ接続され、内部に収容された水を利用して導入管２２０から導入されるガスを精製するガス精製器２５０と、ガス精製器２５０に接続され、精製されたガスの成分を検出可能な第３の検出器２６０とを含む。
ガスの成分を検出して、ガス利用率（以下、数２を参照）を求めると、高炉装入物の装入状態を診断することができ、プロセス効率を評価することができる。
数２．ガス利用率＝（ＣＯ２含有量）／｛（ＣＯ含有量）＋（ＣＯ２含有量）｝
ガス利用率が１に近いほど還元ガスによる還元反応が円滑で、高炉装入物の装入状態が健全であることを意味する。
したがって、高炉プロセスを実行する間、ガスの成分検出を必要不可欠に実施しなければならない。しかし、ガスは、不純物、例えば、粉塵を多量に含むため、成分検出を正確に実行することができない。
例えば、赤外線を利用してガスの成分を検出する場合、不純物がノイズとして作用する。不純物を除去してガスを清浄にした後、成分を検出して正確で安定的な結果を得る。一方、還元ガスは、一酸化炭素と水素を含むが、その中で、水素は還元ガスとして使用されて水（Ｈ２Ｏ）を生成する。
【００３５】
水は、本体１１内の高温によって気化されて、飽和蒸気状態でガス（以下、「ガスｇ」と呼ぶ）に必ず含まれる。特に、高炉の場合、還元ガスの５乃至１０％が水素であるため、飽和蒸気ｖを円滑に供給して受け取ることができ、この場合、ガス精製器２５０が外部から水ｗの補充を受け取らなくてもよい。
即ち、ガス処理装置２００は、容器１０から導入されるガスｇに含まれる飽和蒸気ｖを活用してガスｇを精製することができる。このとき、ガスｇを精製することは、ガスｇから不純物を除去することを意味する。
一方、導入管２２０は、内部を露点より高い温度で保温するように、その長さが定められる。ここで、露点の代わりに飽和温度または凝縮温度を基準として使用しても構わない。飽和温度や凝縮温度を使用して、導入管２２０を通過中のガスｇに混入された飽和蒸気ｖの凝縮が始まる温度より高い温度を定義することができれば、どれを基準にしても構わない。
導入管２２０の長さが長くなるほど、導入管２２０内のガスｇの温度が低下するため、導入管２２０の延長長さを定めるとき、例えば、導入管２２０の入口側の温度とガスｇと導入管２２０との間の熱伝達係数などを考慮して、導入管２２０の出口側で導入管２２０の内部温度が露点より高くなるように長さを定める。導入管２２０の内部で飽和蒸気ｖが気体状態を維持すると、不純物が導入管２２０の内壁に付着されることが防止されて、円滑な気体ｇの流動を確保することができる。
また、ガス精製器２５０に接する導入管２２０の出口側で、導入管２２０の内部の温度が露点より高い温度で露点に近接するように、導入管２２０の長さが定めると、ガスｇがガス精製器２５０に流入された後、露点以下に急に冷却されながら、飽和蒸気ｖが凝縮水に相変化することができる。
【００３６】
導入管２２０の内部を露点より高い温度で保温するように、導入管２２０に保温機構（図示せず）が備えられることもある。このとき、保温機構は、断熱材や熱線や熱電素子など多様であるが、これを特に限定する必要がない。保温機構を利用して検出管２２０に流入されたガスｇを露点より高い温度で保温することができる。そこで、検出管２２０内に凝縮水が発生せず、不純物の付着が防止される。一方、導入管２２０が、それ自体で断熱材を含むこともできる。導入管２２０の出口側には導入管制御弁２５１ｇが設置される。
ガス精製器２５０は、導入管２２０と同じ数で用意される。例えば、六つのガス精製器２５０が用意される。ガス精製器２５０は、導入管２２０にそれぞれ接続され、導入管２２０を介して容器１０からガスｇを導入することができる。ガス精製器２５０は、内部に収容された水ｗを利用して、ガスｇを精製することができる。
ガス精製器２５０は、端部が水ｗに浸るように位置するガス入口２５１ｄ、及び水ｗから離隔されるように位置するガス出口２５１ｆを備えることができる。このとき、ガス入口２５１ｄを介して、ガスｇが水ｗに噴射され、ガスｇのバブリングによって水ｗとガスｇが活発に接触すると、ガスｇに混入された不純物が水ｗに捕集されて除去される。不純物が除去されたガスｇは、所定時間後、水ｗを通過して、水面に脱出し、ガス出口２５１ｆに排出される。このとき、ガスｇに含まれる飽和蒸気ｖは、凝縮水になって水ｗに残留する。
【００３７】
ガス精製器２５０は、精製部２５１、保存部２５２及び燃焼部２５３を含む。精製部２５１の数は、導入管２２０の数と同じである。
精製部２５１は、内部に水ｗが収容された精製容器と、精製容器の内部に形成され、一端部が導入管２２０に接続され、他端部が水ｗに浸るように位置し、ガスｇが通過する流入管２５１ｃと、水ｗから離隔され、精製容器を貫通する排出管２５１ｅとを含む。流入管２５１ｃの他端部がガス入口２５１ｄである、排出管２５１ｅの両端部中に精製容器の内部に位置する一端部がガス出口２５１ｆである。
精製容器は、内部に水ｗが収容され、流入管２５１ｃの他端部が位置する第１の精製容器２５１ａと、及び第１の精製容器２５１ａの上部に接続され、排出管２５１ｅの貫通される第２の精製容器２５１ｂとを含む。第１の精製容器２５１ａは、水槽の役割を果たし、第１の精製容器２５１ａで、ガスｇが水ｗにバブリングされて精製される。第２の精製容器２５１ｂは、水ｗを脱出したガスｇを捕集する役割をする。
流入管２５１ｃは、第２の精製容器２５１ｂを上下に横切って延長され、他端部が水ｗに浸る。流入管２５１ｃは、ガスｇを水ｗの中に案内する役割と共に、ガスｇの温度を露点以下に冷却させる役割をする。流入管２５１ｃ内で飽和蒸気ｖが凝縮水に相変化する。このため、流入管２５１ｃの内部を露点以下に冷却させるように流入管２５１ｃの長さが定められる。
【００３８】
流入管２５１ｃの長さは、図５の（ａ）に図示されたように、水ｗの上側に位置する空冷の長さＤ１と水ｗに浸る水冷の長さＤ２のうち少なくともいずれかを別に定めることができる。空冷の長さＤ１が水冷の長さＤ２よりも長く設定し、逆に設定することができ、もちろん、両方の長さが同じに設定することもできる。これは、流入管２５１ｃの上部でのガスｇの温度と流入管２５１ｃの各部分別ガスｇの冷却程度に応じて定められる。
その変形例として、図５（ｂ）のように、流入管２５１ｃの形状が曲管型でもよい。流入管２５１ｃを通るガスｇの圧力が凝縮水による不純物付着を考慮しなくても構わないほど高い場合、冷却効率を良くするために、流入管２５１ｃの形状が曲管型になることもある。参考として、図５（ａ）の構造を直管型とすれば、この時、凝縮水の排水が容易で、ガスｇの流入が円滑になる。
一方、流入管２５１ｃには、冷却機構（図示せず）が備えられることもある。冷却機構は、冷却ピンやヒートポンプや熱電素子など多様であり、この種類を限定しない。
精製部２５１は、第１の精製容器２５１ａの一側に装着される水位感知センサ２５１ｉ及び第１の精製容器２５１ａの他側に接続される排水口２５１ｊを含む。飽和蒸気ｖが凝縮されて水ｗが補充されると、水位が高くなる。このとき、第１の精製容器２５１ａの内部に適正水位が維持されるように水位感知センサ２５１ｉで水ｗの水位を感知して、排水口２５１ｊの排水弁（図示せず）を開閉し、水位を調節する。
排出管２５１ｅの他端部は、精製容器の外側に延長され、保存部２５２に接続される。排出管２５１ｅには、排出弁２５１ｈが装着される。
ガス精製器２５０は、第１の精製容器２５１ａの内部で水ｗに浸るように配置される分散部材（図示せず）と、水ｗでガスｇのバブリングを利用して分散部材を振動させ回転させるように形成される流動機構（図示せず）とをさらに含む。
【００３９】
例えば、分散部材は、複数の貫通孔を有する分散板であるか、複数のプロペラを有するインペラである。分散部材が分散板であれば、分散板はガスｇのバブリング領域に所定の方向に配置され、流動機構に支持される。このとき、流動機構は、分散板と第１の精製容器２５１ａまたは流入管２５１ｃに接続するスプリングであるか、水ｗの水面に配置され、分散板に接続される部位である。ガスｇは、バブリング中に分散板を通過し、小さいサイズで分散される。分散部材がインペラであれば、流動機構は、ベアリングである。このとき、流入管２５１ｃを囲んでベアリングが装着され、ベアリングにインペラが装着される。インペラは、バブリングによって回転し、ガスｇのバブルを小さく破砕することができる。分散部材と流動機構は、構造が多様であり、ガスｇのバブルを小さく破砕することを満足する様々な構造である。
精製部２５１は、例えば、ビショフまたは湿式スクラバーのような水処理装置より設置構造が簡単であり、運用方式が容易である利点がある。精製部２５１は、ガスｇを精製する間に、ガスｇに含まれる飽和蒸気ｖから発生する凝縮水を収容して、水を永久的に補充することができるため、水の追加的な供給に必要な設置空間が必要なく、設置空間をより小さく長所がある。また、定期的に水を交換してくれなくても凝縮水によって水ｗが常に追加されながら、水ｗが自主的に浄化される長所があり、水ｗの精製効率を高く維持することができる。このとき、水ｗの水位調節は、排水口２５１ｊによって調節する。一方、上述した水処理装置は継続的に水を供給しなければならないので、それに対応する設置空間がさらに必要である。
【００４０】
保存部２５２は、精製されたガスｇの出入り及び保存が可能に形成され、ガス出口２５１ｆと第３の検出器２６０に接続される。保存部２５２は、精製部２５１の数と同じ数で形成される。保存部２５２は、ガスｇを一時的に保存してから、第３の検出器２６０に供給する役割をする。
保存部２５２は、内部空間が備えられるガスチャンバ２５２ａと、ガスチャンバ２５２ａの内部に移動可能に設置されるシリンダ２５２ｂと、シリンダ２５２ｂのヘッド部とガスチャンバ２５２ａとの間に配置され、排出管２５１ｅの他端部が貫通し、ガスｇの保存程度によって膨張及び収縮する保存部材２５２ｃと、シリンダ２５２ｂのロッド側からガスチャンバ２５２ａに装着され、シリンダ２５２ｂを移動させて保存部材２５２ｃの膨張及び収縮を強制調節するシリンダ駆動機２５２ｄと、一端がガスチャンバ２５２ａを貫通して保存部材２５２ｃに連通し、他端が第３の検出器２６０に接続される供給管２５２ｅと、及び供給管２５２ｅに装着される供給弁２５２ｆとを含む。保存部材２５２ｃは、ダイアフラムまたは弾性膜である。
保存部２５２は、精製部２５１と第３の検出器２６０とを接続する。保存部２５２は、保存部材２５２ｃにガスｇを保存してから、必要時に検出器２５０にガスｇを供給する。排出弁２５１ｅが開放されると、精製されたガスｇが保存部材２５２ｃに流入され、シリンダ駆動機２５２ｄがシリンダ２５２ｂのヘッドを後退させて保存部材２５２ｃの膨張を誘導する。このとき、供給弁２５２ｆは遮断された状態である。この後、所定の時点で、供給弁２５２ｆを開放し、ガスｇを第３の検出器２６０に供給する。このとき、排出弁２５１ｅは、開放されたり遮断された状態であり、シリンダ駆動機２５２ｄがシリンダ２５２ｂのヘッドの後退状態を維持したり、シリンダ２５２ｂのヘッドを前進させて保存部材２５２ｃの収縮を誘導する。保存部２５２によって、複数の位置で導入されたガスを同時に精製して保管することが可能である。
【００４１】
供給弁２５２ｆの下流側で供給管２５２ｅを貫通して、非常管２５２ｇが装着され、非常管２５２ｇに非常弁２５２ｈが装着される。非常管２５２ｇの端部に燃焼器２５３が装着される。高炉プロセスが終了し必要によりガスｇを外気に排出する必要がある場合、非常弁２５２ｈを開放して非常管２５２ｇにガスｇを誘導し、燃焼器２５３を作動させて外気に排出されるガスｇを燃焼させて除去する。シリンダ駆動機２５２ｄと供給弁２５２ｅと非常弁２５２ｈと燃焼器２５３は、ガス精製器用コントローラ（図示せず）によって制御される。
ガス精製器用コントローラは、保存部２５２が第３の検出器２６０に交互にガスｇを供給するように保存部２５２に備えられた弁の作動を制御する。例えば、ガス精製器用コントローラは、供給弁２５２ｆに交互に作動するように制御し、保存部２５２は、一つの第３の検出器２６０に交互にガスｇを供給する。一つの第３の検出器２６０を持って導入管２２０から導入される複数の位置別ガスの成分を順次に検出することができる。
第３の検出器２６０は、ガス精製器２５０に接続される。詳細には、第３の検出器２６０に保存部２５２がそれぞれ接続され、第３の検出器２６０は、保存部２５２を介して精製部２５１に接続される。第３の検出器２６０は、精製されたガスの成分を検出可能である。
【００４２】
第３の検出器２６０は、ガスの成分を検出することができるように、赤外線成分分析器を含む。赤外線成分分析器は、供給を受け取ったガスｇの成分を検出し、各成分の成分含有量、体積分率、質量分率またはモル分率などを多様に分析することができる。赤外線成分分析器で検出された値は、ガス利用率を算出することに使用される。詳細には、第３の検出器２６０は、精製されたガスｇをサンプリングして、ガスｇに含まれた一酸化炭素及び二酸化炭素の含有量を体積分率、質量分率またはモル分率などの形態で多様に検出することができる。
本発明の実施例に係るガス処理装置２００は、検出されたガス温度及び検出されたガス流速を利用して複数の位置別ガスの熱量を算出可能であり、また、精製されたガスの成分検出結果を利用して複数の位置別ガスの利用率を算出可能な算出部２８０及び算出されたガスの熱量及び利用率を用いて容器１０を利用した操業の処理物の位置別の装入条件を決定する判断部（図示せず）を含むことができる。
算出部２８０は、導入管２２０を流れるガスの温度及び流速を利用して導入管２２０を流れるガスの熱量をそれぞれ算出し、導入管２２０を流れるガスの成分を利用してガスの利用率を算出することができる。
【００４３】
算出部２８０は、ガスの熱量を下記の数３を利用して求めることができる。
数３．ガスの熱量＝ガスの流速値×該当位置に対応する処理物の装入面積（または、該当位置に対応するガスの流動面積）×ガスの温度
前記のように、ガスの流速値、流動面積及び温度を利用して該当位置別ガスの熱量を算出することができる。このとき、流動面積は、例えば、容器１０の半径方向ｒの複数の位置で容器１０の上下方向中心軸を中心に、円周を描いて容器１０の内部空間を複数の区間に分け、分けられた区間の面積を流動面積に定めることができる。複数の区間は、同心円を形成して配置され、ガスの温度が測定される各位置にそれぞれ一対一に対応する。
算出部２８０は、ガスの利用率を上述した関係式２を利用して求める。ガス利用率を容器１０の下部から生成された還元ガスが鉄成分を還元させた程度を数値化したものである。
算出されたガスの熱量及び利用率は、容器１０を利用したプロセスで処理物の装入条件を定めることに使用される。即ち、ガスの熱量及び利用率に基づいて、それぞれの位置にどのような条件で処理物を装入するか、最適の操業効率を表すか知ることができるので、容器１０を利用したプロセスを実行する際に、迅速かつ正確に最適の処理物装入分布調整案を求めることができる。これを判断部で実行する。即ち、判断部を利用して、ガスの熱量及び利用率をに基づいて処理物の容器を利用したプロセス（「操業」とも呼ばれる）で処理物の装入条件を決定することができる。
【００４４】
本発明の実施例に係るガス処理装置２００は、導入管２２０にパージガスを供給できるように設置されるガス供給器２７０を含む。
ガス供給器２７０は、導入管２２０の内部にダストが堆積することを防止し、第１の検出器２３０と第２の検出器２４０とを洗浄する役割をする。
ガス供給器２７０は、パージガス供給管２７１、供給支管２７２、第１の弁２７３、第２の弁２７４及びメイン弁２７５を含む。供給管２７１は、パージガスが流入されるメイン管として、パージガス容器（図示せず）からパージガスを供給される。供給分管２７２は、複数個備えられ、導入管２２０と供給管２７１に接続する。第１の弁２７３は、供給分管２７２に装着される。また、第２の弁２７４は、導入管２２０に装着されるが、供給分管２７２から導入管２２０の出口側に離隔される位置に装着される。メイン弁２７５は、パージガス流れの上流側から供給管２７１に装着される。また、メイン弁２７５から供給分管２７２側に離隔されて供給管２７１に自動弁が装着される。自動弁は、非常時に供給管２７１を速やかに遮断することができる。
第１の弁２７３と第２の弁２７４は、開閉が互いに逆に制御される。第１の弁２７３が開放されると、第２の弁２７４が遮断され、第１の弁２７３が遮断されると、第２の弁２７４が開放される。このような弁の作動は、パージガス供給用コントローラ（図示せず）によって制御される。パージガス供給用コントローラは、導入管２２０の内部にガスとパージガスが交互に流れるように第１の弁２７３及び第２の弁２７４を制御して、ガス供給器２７０が第１の検出器２３０、第２の検出器２４０及び第３の検出器２６０と交互に作動するように制御する。一方、第１の検出器２３０、第２の検出器２４０及び第３の検出器２６０は、一緒にまたは同時に作動する。
【００４５】
パージガス供給用コントローラの制御方式を以下で説明する。パージガス供給用コントローラが第１の検出器２３０、第２の検出器２４０及び第３の検出器２６０の作動を停止させながら、第１の弁２７３を開放し、第２の弁２７４を遮断する。そこで、導入管２２０の内部にパージガスを噴射して洗浄を実行することができる。この後、パージガス供給用コントローラが第１の弁２７３を遮断してパージガス噴射を停止し、第２の弁２７４を開放させながら、第１の検出器２３０、第２の検出器２４０及び第３の検出器２６０の作動を再開する。これを一定時間の間隔で繰り返す。したがって、一定時間の間隔で導入管２２０の内部を洗浄することができる。例えば、１５分間ガスを導入した後、１回洗浄し、再び１５分間ガスを導入することを繰り返して、導入管２２０内にダストが付着されることを防止することができる。
図６（ｂ）は、本発明の実施例に係るガス処理装置を利用して獲得した処理物の容器内のガス利用率の分布を例示するグラフである。このとき、図面のケース１は、高炉プロセス中の一時点の半径方向のガス利用率分布であり、ケース２は、一時点以後、他時点の半径方向のガス利用率分布である。図７は、本発明の実施例に係る操業方法において処理物の容器に装入された処理物の性状を制御する方式を説明するための状態図である。
図１乃至図７を参照して、本発明の実施例に係る操業方法を詳細に説明する。このとき、前述のガス処理装置の説明と重複する内容は、簡単に説明したり、省略する。
本発明の実施例に係る操業方法は、処理物の容器内に処理物を用意するステップと、容器内の複数の位置からガスを導入するステップと、複数の位置から導入されるガスの温度をそれぞれ検出するステップと、及び複数の位置から導入されるガスの流速をそれぞれ検出するステップを含む。
【００４６】
容器１０内に処理物を用意する。高炉に高炉装入物を装入する。容器１０は、溶銑を生産するための高炉を含み、処理物は、高炉装入物を含むことができる。図７に示す通り、高炉装入物は、粒度によって小粒鉱及び大粒鉱に区分される。
中心部に大粒コークスが主に装入され、中間部に大粒鉱（大粒焼結鉱及び大粒鉄鉱石を含む）が主に装入される。また、小粒部に小粒鉱（小粒焼結鉱及び小粒鉄鉱石を含む）が主に装入される。
例えば、小粒部に１０ｍｍ以下の粒度の小粒鉱が装入され、中間部に１０ｍｍ乃至２５ｍｍの粒度の大粒鉱が装入され、中心部に５０ｍｍ乃至６０ｍｍの大粒コークスが装入されることができる。上記のような装入分布により、操業初期に容器内のガス類流れが図面の上部に示された矢印のように分布する。
この後、容器１０の下部に熱風を注入して処理物を処理する。例えば送風機１２を介して容器１０の下部に熱風と微粉炭を注入する。熱風により、コークスと微粉炭が燃焼され、還元ガスが生成し、還元ガスが容器１０の上部に移動しながら、鉄鉱石と焼結鉱に接触して、これらを還元及び溶融させて溶銑を生産する。
このとき、容器１０の炉頂に筒体２１０を挿入し、上下方向中心軸を中心に半径方向ｒに整列させる。この後、導入管２２０を介して、容器１０内の複数の位置からガスを導入する。即ち、処理物を処理する過程中に、容器１０の炉頂を介してガスｇが排出されるが、容器１０の上部に装着された筒体２１０を利用して容器１０からガスｇを導入する。このとき、ガスｇは、飽和蒸気ｖを含み、不純物が混入されている。
ガスｇを導入する間に、ガスｇの温度を露点より高く保温する。これは、筒体２１０とガス精製器２５０に接続する導入管２２０の内部で凝縮水が生成することを防止するためである。
ガスを導入するステップにおいて筒体２１０によって、容器１０内に挿入された導入管２２０を利用して複数の位置別にガスを導入する。ここで、複数の位置は、半径方向ｒに対する複数の位置である。
【００４７】
第１の検出器２３０を利用して複数の位置から導入されるガスの温度をそれぞれ検出する。また、第２の検出器２５０を利用して複数の位置から導入されるガスの流速をそれぞれ検出する。ここで、複数の位置は、半径方向ｒに対する複数の位置である。一方、図６（ａ）、（ｂ）及び図７を見ると、中心部より小粒部側の温度が低く、ガス利用率が高く、流速が小さいことが分かる。
本発明の実施例に係る操業方法は、容器内の複数の位置からガスを導入するステップ後に、複数の位置から導入されるガスを水の入ったガス精製器にそれぞれ経由させて精製するステップと、精製されたガス別に成分を検出するステップとを含む。このとき、精製ステップ、温度検出ステップ及び流速検出ステップは、一緒にまたは同時に実行され、これらの順序は特に限定しない。
複数の位置から導入されるガスｇを水ｗが入れられたガス精製器２５０にそれぞれ経由させて精製する。ガスを精製するステップは、ガスｇを水ｗに直接通過させるステップと、水ｗを脱出したガスｇを収集するステップとを含むことができる。不純物を水ｗにすべて捕集されて除去される。
一方、ガスｇを水ｗに直接通過させるステップにおいて、ガスｇの温度を露点以下の温度に冷却させて、ガスｇから凝縮水を分離させ、分離された凝縮水をガス精製器２５０に収容して水ｗを補充することができる。
このとき、水ｗの水位が高くなり、水位感知センサ２５１ｉと排水口２５１ｊを利用して水ｗの水位を適切に調節することができる。凝縮水を利用して水ｗを継続的に浄化するので、ガス精製器２５０の精製効率を高い効率で維持することができ、ガス精製器２５０の運用方式がかなり安定で、単純化できる。
【００４８】
精製されたガス別に成分を検出する。精製されたガス別に成分を検出するステップにおいて、精製されたガスを保存部２５２にそれぞれ一時的に保存した後、第３の検出器２６０に供給して一時的に保存されたガス別に成分を検出する。成分の検出結果は、半径方向ｒの複数の位置別に検出される。
ガスｇを導入する時、半径方向ｒの複数の位置のガスをそれぞれ導入するため、ガスｇを経由させるステップとガスｇを一時的に保存するステップは、複数の位置で導入された各ガス別に実行される。このとき、精製部２５１を経由したガスを保存部２５２に一時的に保存する。この後、ガスを第３の検出器２６０に供給する時、一時的に保存されたそれぞれのガスを第３の検出器２６０に交互に供給する。したがって、精製部２５１と保存部２５２が一つの第３の検出器２６０に複数の位置のガスを交互に安定的に供給することができる。
一方、ガス供給器２７０を利用してガスの温度、流速及び成分を検出する前または後に導入管２２０にパージガスを供給し、洗浄を定期的に実行する。
後続して、位置別のガス熱量及び利用率を算出した後、これに基づいて、高炉装入物の装入状態の健全かどうかを判断し、装入方式を調節することができる。即ち、半径方向ｒの各位置で高炉装入物の装入状態が健全かどうかを判断し、各位置で最適のプロセス効率を示すように、高炉プロセスを実行する際に、迅速かつ正確に最適の処理物装入分布調整案を求めることができる。
したがって、処理物の成分別、位置別の装入厚さや通気性変化などによるガスの流速、温度及び成分などの複数の要素を考慮して装入条件を調節し、操業効率を定量評価することができる。特に、容器１０の半径方向ｒに複数の位置で検出されるガスの流速と成分に基づいて、操業効率の改善のために、装入条件を調節しなければならない半径方向ｒの位置を迅速に把握した後、該当位置の装入条件を決定して、速やかに措置することができる。これを以下で説明する。
【００４９】
本発明の実施例に係る操業方法は、温度検出ステップ、流速検出ステップ及び成分検出ステップ以後に、検出されたガスの温度及び流速を利用して複数の位置別ガスの熱量を算出し、ガスの成分検出結果を利用して複数の位置別ガスの利用率を算出するステップと、算出されたガスの熱量及び利用率を用いて、処理物の位置別の装入条件を決定するステップとを含む。
検出されたガスの温度及び流速を利用して複数の位置別ガスの熱量を算出する。そして、ガスの成分検出結果を利用して複数の位置別ガスの利用率を算出する。
算出されたガスの熱量及び利用率を用いて、処理物の位置別の装入条件を決定する。処理物の位置別の装入条件を決定するステップは、算出されたガスの熱量と基準熱量とを対比して、対比結果によって該当位置に装入される処理物の粒度条件を決定するステップを含む。
例えば、容器１０の半径方向ｒの一位置から導入されたガスの熱量が基準熱量値の範囲に含まれる場合、該当位置の処理物の装入条件をそのまま維持する。前記一位置から導入されたガスの熱量が基準熱量値の範囲未満である場合、該当位置の処理物の装入条件中、小粒鉱の装入量を比較的に減らしながら、大粒鉱の装入量を比較的に増やすように処理物の装入条件を定める。前記一位置から導入されたガスの熱量が基準熱量値の範囲を超えた場合、該当位置の処理物の装入条件中の小粒鉱の装入量を比較的に増やしながら大粒鉱の装入量比較的に減らすように処理物の装入条件を定める。
即ち、容器の半径方向に一位置に対応するガスの熱量が基準熱量値の範囲より大きい場合、該当位置に対応する容器の半径方向の一区間でガス流速が減少するように処理物の装入条件を調節する。
【００５０】
また、上述した一位置で対応するガス熱量が基準熱量値の範囲より小さい場合、該当位置に対応する容器の半径方向の一区間でガス流速が増加するように処理物の装入条件を調節する。
これらの装入条件の決定により、該当位置に対応する半径方向の一区間で通気性を確保して、ガスが円滑に通過されることができる装入条件を定めることができる。例えば、ガスの流速が必要以上に増加または減少すると、ガスの一酸化炭素成分が処理物の鉄成分に反応する頻度が減るが、上記の制御によって適切なガス流速を確保することにより、実施例ではガスと処理物を良く反応させることができる。
即ち、ガスの熱量と基準熱量の対比結果に従って、容器１０の半径方向に小粒焼結鉱、大粒焼結鉱及び大粒塊鉱の装入量の分布の最適条件を決定することができる。該当位置が容器の中心に位置する場合、中心コークス（または、大粒コークス）の装入量の最適条件を決定することができる。
各位置における基準熱量値の範囲は、処理物の具体的な組成または高炉容積、所望の溶銑の仕様に応じて多様に定められることがあり、それぞれの操業ごとに異なるため、以下では、これを具体的に例示しない。
処理物の位置別の装入条件を決定するステップは、算出されたガスの利用率と基準利用率とを対比して、対比結果によって該当位置に装入される処理物の粒度条件及び成分含有量の条件を決定するステップを含む。
容器１０の半径方向に一位置から導入されたガスのガス利用率が所望の利用率値より低い場合、ガス利用率が高くなるように処理物の装入条件を決定することができる。ガス利用率は、ガスの温度、流量、反応面積及び時間が複合的に作用して決定されるもので、それぞれが互いに複合的に結合されて、互いに影響を与える。
例えば、ガスの利用率を増加させるための一つの方法として、ガスの流量を増やすことがある。このとき、ガスの流量を増やすために、装入物の粒度を増加させると、ガスが通過する時間が短くようになり、これが再びガスの利用率に影響を与える。即ち、一々の要素がガス利用率に独立的に作用することではなく、複雑な関係を結んでいる。
【００５１】
したがって、処理物の粒度条件及び成分含有量の条件を決定するステップは、例えば、試行錯誤（ｔｒｙ  ａｎｄ  ｅｒｒｏｒ）法で決定するステップであり、処理物の粒度条件が最適分布点を持ちながら装入物の性状（ＤＲＩ、ＣＢＰ、ペレット及び定粒鉱など）が最適化されるように試行錯誤法で処理物の粒度条件を定めることができる。ガスの利用率は、大きいほどプロセス効率が良いものであり、例えば５０％から６０％の水準を維持するように処理物粒度条件を定めることができる。もちろん、６０％以上になるように処理物粒度条件を定めることもできる。
例えば、容器１０の半径方向ｒに一位置から導入されたガスのガス利用率が所望の利用率値（例えば、、０．５乃至０．６）よりも低い場合、該当位置に対応する区間に鉄鉱石の装入量を増やすように処理物の装入条件を定めることができ、鉄鉱石の粒度を小さくするように処理物の装入条件を定めることができる。即ち、小粒焼結鉱をもっと装入することができる。
このとき、該当位置で小粒焼結鉱の装入量を増やしていくと、ガスの利用率が増加することができるが、このとき、小粒焼結鉱によって該当位置に対応する区間の通気性が低下されながら、ガスの流速が減少して、ガスと処理物の反応頻度が一定水準以上低くなると、ガスの利用率が再び減少する点があり、これをリアルタイムで把握し、ガスの利用率がピークに達するときの処理物の装入条件を決定することができる。
【００５２】
このような装入条件の制御は、各要素別に複合的に実行されることができ、このとき、ガスの利用率を各位置でリアルタイムに算出しながら、装入条件の制御結果を迅速にフィードバックすることができるので、最適の処理物の装入条件を求めることができる。
上記のステップで処理物の装入条件を決定すると、この後、これを操業に反映して処理物の装入を制御しながら操業を継続して実行することができる。
本発明の上述した実施例によれば、操業効率を高めるために処理物の装入分布調整という操業措置をとる場合には、高炉の半径方向に複数の位置でガスの温度、圧力及び成分を検出し、これを複合的に利用して最適の操業措置を迅速かつ正確に決定することができる。
即ち、高炉操業で高炉半径方向に六つの地点でガスの流速、温度及び成分を測定して、操業効率を高めるための材料を提供することができる。このように、ガスの流速、温度及び成分をすべて利用することによって小粒焼結鉱の装入位置と装入量を決定することができ、半径方向の区間別に効果的なガス流れの制御が可能である。
例えば、中心部のガス流れを制御することができる。そこで、鉄成分の還元に使用されず中心部を介して処理物の上側に排出されるガスを減らすことができる。即ち、中心部に装入されるコークスの装入量を６トンから３トン変更しながら、高炉の小粒部、中間部及び中心部のガス利用率及び流速の増減を知ることができ、中間部に大粒鉱をもっと装入するか、または小粒部に小粒焼結鉱をもっと装入するかなどを容易に決定することができる。
また、ガス処理装置２００から小粒部からのガス流速が小さく、温度が低く、ガス利用率が低いと判断された場合には、高炉中心部のコークス装入量をわずかに減少させる措置を取り、小粒部の小粒焼結鉱装入量を減少させる。したがって、中心部のガス流量と温度は若干減少し、中間部で変化がなく、小粒部でガス流量及び温度がわずかに増加することになる。このように装入条件の変化に伴う措置の結果がガス処理装置によって、ガスの流量、温度及び成分情報に迅速に獲得されることで、措置の範囲が明確に特定でき、これらの測定結果に基づいて半径方向の位置別制御が効果的に実行される。
【００５３】
一方、高炉で操業効率を向上させるということは、少ない還元剤比で大領の溶銑を製造することを目的とする。これらの目標を達成するために必要不可欠な事項は、高炉内部のガス流れを均等に分布させてガス利用率を高めるものである。
高炉は、常に半径方向にガスの温度と成分及び速度に差があって、ガス利用率が中心部と周辺部の間にかなりの違いがある。また、焼結鉱の軟化溶融特性は、融着台の位置と形状を変更させるので、このような変化によって急激にガス利用率の変動が起きて、それにしたがって、半径方向の各位置別にガスの熱量及び利用率変化を正確に算出し、これを高炉装入物の分布調整にフィードバックすることにより、迅速に措置をとり、その結果を評価することが必要である。
したがって、本発明の実施例に係るガス処理装置２００を利用して処理物の容器を利用した操業時、高炉の半径方向にガスの流速、温度及び成分を検出して、各位置別ガスの熱量及び利用率を知ると、所望の地点で通気性や処理物の粒度または処理物の性状などの変更をすることができ、操業効率を高めることができる。特に、高炉操業の場合、操業安定化の微粘結炭の増使用技術において、微粘結炭の増使用時、融着台位置の把握が容易で、最適な高炉操業条件を導出することができる。
このように、高炉の半径方向に分析されたガス流速及び利用率から操業効率性を評価し、これに基づいて高炉装入物の分布調整を行い、迅速かつ正確に操業効率性の最も良い装入物分布調整案を求めることができるようになる。また、高炉装入物の性状や混合方法変化にしたがって、その操業効率性に対する評価を求めることができるので、装入物の効用性を正確に評価することができる。即ち、装入物中のペレットや定粒鉱の場合、高炉半径方向に中間部にのみ装入し、周辺部や中心部に装入しなくなる。このとき、高炉半径方向に各位置別のガス利用率を分析して、その性状による影響を正確に評価することができる。詳細には、中間部でガス流速とガス利用率をすべて求めてペレットや定粒鉱の性状による通気性とガス利用率等操業効率に与える影響を正確に評価することが容易である。また、高炉で主に使用するナットコークスの混合方法によるガス利用率増加に対する評価も容易にすることができ、使用量や使用場所を決定するのに有用に利用できる長所がある。
【００５４】
一方、ガスの採取が開始された以降から、ガス精製器に追加的に必要な水をガスに含まれる過熱蒸気で全部補充することができる。即ち、ガスを水に直接に通過させ、ガスを露点以下に冷却させて、ガスに含まれる過熱蒸気を液体状態に相変化させて、相変化された凝縮水をガス精製器内に収容する方式で、ガス精製器の水を常時補充しながら、補充された水を使用して、ガスを精製することができる。したがって、装置の作動が開始されると、ガス精製器に必要な水をガスから永久的に補充することができる。即ち、ガス精製器がガスから永久的に水を補充しながら、ガスを精製することができる。これから、ガス精製器の設置構造と運用方式を簡素化させることができ、作業者の業務負担を減らすことができる。
本発明の前記実施例は、本発明の説明のためのものであり、本発明の制限のためのものではない。本発明の前記実施例に開示された構成と方法は、互いに結合し、交差して、様々な形態に変形されるものであり、このような変形も本発明の範囲で提供されていることを周知しなければならない。即ち、本発明は、請求の範囲及びこれと均等な技術的思想の範囲内で、異なる多様な形態で具現されるものであり、本発明が該当する技術分野での業者は、本発明の技術的思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解することができるだろう。
【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（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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