JP2007031040A - 微粉炭分配流量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 分配支管内を流れる微粉炭の量を、瞬時に精度よく検出して、微粉炭吹込量を制御することにより、高炉の羽口回りの熱分布を安定化し、円滑かつ安定な高炉操業の継続に寄与する分配制御装置を提供する。
【解決手段】 微粉炭気送流を、逆円錐形の下部中央から導入し、円形天井壁の中央部に衝突せしめて、半径方向に放射線状に分流させ、周壁内周面に所定高さ及び間隔で配置した開口部に連結する羽口と同数の分配支管に分配する微粉炭量を、上記開口部に装着した制御管を周壁に対し進退させることにより制御する微粉炭分配流量制御装置において、分配支管に、静電容量式微粉炭流量計を取り付け、上記流量計の測定信号に基づいて制御管の進退を制御し、微粉炭を羽口と同数の分配支管に均等に、又は、各送風支管流量に対応して分配制御する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、微粉炭分配装置において、分配支管に分配する微粉炭の量を分配支管毎に制御する装置に関するものである。

従来から、高炉操業においては、コークス比を低減するため、羽口から微粉炭を吹き込む操業が行われている。微粉炭は、通常、図１に示す送給・分配経路に従って羽口９に到達し、熱風ともに高炉１２内に吹き込まれる。

即ち、まず、微粉炭は、微粉炭貯蔵槽（図示なし）から送給されて加圧タンク１に貯留された後、弁２の開放により微粉炭気送流となって、気送支管３、気送本管４を経て分配器５へ送給される。なお、微粉炭気送流は、途中、加温空気供給器６から希釈器７を経て供給される加温空気により希釈される。

そして、微粉炭は、分配器５において、先端を羽口９内に置く分配支管８に分配、送給され、最終的に、送風本管１１から送風支管１０を経て吹き込まれる熱風とともに、羽口９から高炉１２内に吹き込まれる。

分配器５は、従来、基本的には、図２に示すように、逆円錐形の下部中央に設け直管Ｄ1、直管Ｄ2に続いて設けた周壁Ｄ4、及び、該周壁Ｄ4の所定高さ位置の内周面に所定間隔をもって、羽口と同数個設けた分配支管８から構成されている。

本来、分配装置は、微粉炭気流を各分配支管に均等に分配することにより、微粉炭を各羽口から炉内に均等に吹き込み、高炉の炉周方向における熱管理を円滑に行い、かつ、熱分布を安定させるものである。

分配装置の微粉炭均等分配機能を維持するためには、まず、分配器の形状・構造精度や、据付精度を高める必要があるが、これら精度の向上には限度があり、また、分配器内壁の磨耗、開口部や接続部の磨耗変形、さらに、炉内圧力の変動等により、早期に、不均等な分配態様となってしまい、高炉操業を長期にわたって円滑かつ安定に継続するのが難しかった。

それ故、これまで、微粉炭の均等分配を図る技術が幾つか提案されている（特許文献１〜３、参照）。

特許文献１には、図３に示すように、図２に示す基本構造を前提に、分配支管８の開口部に、補助管１３’を進退可能に装着した分配装置が開示されている。

なお、図３に示す分配装置において、気送本管内を搬送されて、直管Ｄ2から分配器内に導入された微粉炭気送流は、直管Ｄ1の直上に設けられた案内管Ｄ2に案内されて、さらに上昇し、円形天井壁Ｄ3の中央部に衝突して、半径方向に放射線状に分流し各分配支管８に分配される。

この分配の際、上記分配装置においては、分配支管の出口側圧力と分配装置の内部圧力との差圧を検出し、この検出圧力と基準圧力との比較で、補助管の進退を制御して、分配支管に送給される微粉炭の量を制御する。

しかし、実際に、上記出口側圧力及び内部圧力を精度よく測定することは難しく、また、この差圧は、空気搬送による差圧と微粉炭搬送による差圧の合計であるため、結局、特許文献１開示の分配装置は、微粉炭量の制御精度の点で問題があり、必ずしも、円滑かつ安定な高炉操業の継続に寄与するものではない。

特許文献２には、分配支管に、系外から付加気体を導入する装置と微粉炭流量検出装置を併設し、分配支管に導入する付加気体の量を制御し、目標とする微粉炭分配率を達成する分配制御装置が開示されている。

しかし、特許文献２に、分配支管内を流れる微粉炭の量を検出する具体的手法は開示されておらず、この点で、上記分配制御装置は、現実的には各支管微粉炭流量制御が不可能である。

また、特許文献３には、分配支管の開口部に、前部断面形状が半円状又は斜切円状の補助管を、回転可能に装着した分配装置が開示されている。

上記分配装置は、予め求めた補助管の回転角度と微粉炭の分配率比の関係に基づいて、補助管の回転角度を調整し、微粉炭吹込量を制御するものであるが、上記分配制御装置は、現実的には各支管微粉炭流量制御が不可能である。

このように、分配支管内を流れる微粉炭の量を、瞬時に精度よく検出して、微粉炭吹込量を制御し、円滑かつ安定な高炉操業の継続に寄与する分配制御装置は提案されていない。

特開昭５８−６９６２０号公報 特開昭６１−７１３８号公報 特開昭６１−２０６７３６号公報

本発明は、上記現状に鑑み、分配支管内を流れる微粉炭の量を、瞬時に精度よく検出して、微粉炭吹込量を制御することにより、高炉の羽口回りの熱分布を安定化し、円滑かつ安定な高炉操業の継続に寄与する分配制御装置を提供することを課題とする。

微粉炭吹込量を精度よく制御するためには、分配支管内を流れる微粉炭気送流に存在する微粉炭量を、瞬時に高精度で測定する必要がある。

本発明者は、電圧を印加した電極間を粉体が通過すると、粉体量に比例して静電容量が変化することに着目した。

電流値＝電圧×静電容量変化 であるから、電圧を一定にしておけば、電極間を通過する粉体量の変化を、静電容量の変化を介して、電流値の変化として検出することができる。本発明者は、この検出原理に基づいて、静電容量式微粉炭流量計を設計し、分配支管に取り付け、分配支管内を流れる微粉炭気送流に存在する微粉炭量を測定した。

その結果、静電容量式微粉炭流量計を用いれば、分配支管内を流れる微粉炭気送流に存在する微粉炭量を、瞬時に高精度で測定できることを知見した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１） 微粉炭気送流を、逆円錐形の下部中央に連結した気送本管から導入し、円形天井壁の中央部に衝突せしめて、半径方向に放射線状に分流させ、周壁内周面に所定高さ及び間隔で配置した開口部に連結する羽口と同数の分配支管に分配する微粉炭量を、上記開口部に装着した制御管を周壁に対し進退させることにより制御する微粉炭分配流量制御装置において、
分配支管に、静電容量式微粉炭流量計を取り付け、
上記流量計の測定信号に基づいて制御管の進退を制御し、微粉炭を羽口と同数の分配支管に均等に、又は、各送風支管流量に対応して分配制御する
ことを特徴とする微粉炭分配流量制御装置。

（２） 前記静電容量式微粉炭流量計の測定信号に基づいて制御管の進退量を演算し、該演算値に基づいて、制御管を周壁に対し進退させる制御管位置制御装置を制御する演算制御装置を備えることを特徴とする前記（１）に記載の微粉炭分配流量制御装置。

（３） 前記演算制御装置による制御管の進退量を演算において、羽口に送風する送風支管に取り付けた送風流量計の測定信号を用いることを特徴とする前記（２）に記載の微粉炭分配流量制御装置。

（４） 前記気送本管に静電容量式微粉炭流量計を取り付け、該静電容量式微粉炭流量計で測定した微粉炭の全量に係る測定信号を、前記演算制御装置による制御管の進退量の演算に用いることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の微粉炭分配流量制御装置。

本発明によれば、分配支管内を流れる微粉炭の量を、瞬時に精度よく検出して、微粉炭吹込量を制御することができるので、高炉の羽口回りにおける熱分布が安定し、円滑かつ安定な高炉操業を継続することができる。その結果、高炉操業において、コークス比及び溶銑原価が低減する。

本発明を、図面に基づいて説明する。

図４に、本発明の微粉炭分配流量制御装置を配置した微粉炭の送給・分配経路を示す。基本的には、図１に示す送給・分配経路と同じであるが、図４に示す本発明の送給・分配経路においては、分配支管８の途中に、静電容量式微粉炭流量計１６が取り付けられている。

この静電容量式微粉炭流量計１６により、分配支管８内を流れる微粉炭気送流中に存在する微粉炭の量を、分配支管毎に、瞬時に精度よく測定できる。なお、静電容量式微粉炭流量計を取り付ける分配支管の部分は、微粉炭が付着しないよう、セラミックスで構成する。

分配支管毎に測定された測定信号は、演算制御装置に送られ、そこで、分配支管毎に制御管の進退量が演算される。演算値は、制御管を進退せしめる制御管位置制御装置に送られ、制御管の位置が制御される。

ここで、図５に、制御管位置制御装置の一態様を示す。この制御管位置制御装置１４は、演算制御装置１５（図４、参照）からの制御信号を受けて電動駆動装置１９を駆動し、該装置と分配支管８にシール装置１８により進退自在に取り付けた制御管１３を、分配器５の周壁に対し、０〜１００ｍｍの範囲で素早く進退させ、各分配支管８に分配する微粉炭量を調整する。

図５に示す制御管位置制御装置では、応答性のよい電動駆動装置１９を用いたが、応答性がよければ、これに限られるものではない。ソレノイド方式の駆動装置でもよい。

演算制御装置にて、分配支管毎に制御管の進退量を演算する場合、図４に示すように、送風支管１０に取り付けた送風流量計１７で測定した信号を演算に取り入れてもよい。この信号を取り入れて制御管の進退量を演算することにより、制御管の進退制御を、各送風支管流量に応じた操業状態をより反映して行うことが可能となる。

ここで、制御管の突出し量（分配器の周壁面から制御管の先端までの距離）と、微粉炭流量との関係を実測した一結果を図６に示す。図６の縦軸には、突出し量＝０の時の微粉炭流量を１とする相対比で微粉炭流量を示した。

制御管を分配装置の周壁面より中心に向けて突き出す量を増加すれば、微粉炭量は漸減する。そして、突出し量を１００ｍｍ以上にすると、微粉炭流量は、逆に漸増する。従って、微粉炭量の増減制御を容易に行うためには、制御管の突出し量を、０〜１００ｍｍの範囲内に抑えることが好ましい。

本発明の微粉炭分配流量制御装置による微粉炭流量の均等分配について、以下に説明する。

制御管を分配器の周壁面から所定量突き出して、突出し量と微粉炭流量との関係を求める。微粉炭流量の測定においては、制御管の突出し量を、“５ｍｍ程度”づつ変化させることが好ましい。

制御管を周壁面から１００ｍｍ突き出した場合における微粉炭流量の低下代を１００％とした場合において、微粉炭流量が５０％低下する突出し量（位置）を基準量（基準位置）とする。

この基準量（基準位置）から制御管先端までの距離と基準位置での微粉炭流量を１とした時の微粉炭流量比との関係を算出する。

次に、基準位置から制御管の距離と微粉炭流量との関係を高次元で近似する。そして、得られた近似式より、基準位置から約１ｍｍ毎の位置と、その位置での微粉炭流量を示した表を作成する。

次に、制御管を基準位置に固定した時の各分配支管における微粉炭流量を、静電容量式微粉炭流量計により測定し、均等分配時の流量を１とした微粉炭流量比を、分配支管毎に算出する。

先に作成した表より、分配支管毎の微粉炭流量比の逆数に、制御管の突出し量を見出す。そして、この突出し量を分配支管毎に与えれば、微粉炭の均等分配がなされることになる。

図７に、制御管の突出し量と微粉炭流量の関係が図６に示す場合において、各分配支管における微粉炭流量比に対して、上記方法で算出した突出し量を示す。基準位置は、分配装置の周壁内面から３０ｍｍの位置とした。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
図８に、微粉炭分配流量制御装置による制御管の突出し量を全部の分配支管につき３０ｍｍとし、微粉炭流量の等分量を１．０とした時の各分配支管における微粉炭流量を示す。微粉炭流量は、炉内円周方向において、かなりの程度、不均一である。

そこで、微粉炭流量の均等化を図るため、本発明の微粉炭分配流量制御装置により、制御管の突出し量の制御を行った。この制御幅を、図９に示し、制御後の各分配支管における微粉炭流量を図１０に示す。

各分配支管における微粉炭流量の不均一が大幅に改善され、全分配支管における微粉炭流量の不均一程度を示すσは、０．１６から０．０４に低減した。

この結果、高炉における装入物の円周方向での降下速度の不均一が低減し、これによって、炉内円周方向における鉱石量とコークス量の比率の不均一が低減した。

これらの好影響により、鉱石の昇温、還元の炉内円周方向における不均一が減少し、つまり、鉱石の昇温、還元の遅延が解消され、高炉操業が安定した。その結果、微粉炭比が５ｋｇ／ｔ上昇し、コークス比が５ｋｇ／ｔ低減し、溶銑の製造コストが低減した。

表１に、微粉炭分配流量制御装置による制御管の突き出し量の制御前後における操業指標を示す。

前述したように、本発明によれば、高炉の羽口回りにおける熱分布が安定し、円滑かつ安定な高炉操業を継続することができる。したがって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。

通常の微粉炭送給・分配経路を示す図である。 分配器の基本構造を示す図である。 従来の分配装置を示す図である。 本発明の微粉炭分配流量制御装置を配置した微粉炭の送給・分配経路を示す図である。 本発明に係る制御管位置制御装置の一態様を示す図である。 制御管の突出し量と、微粉炭流量との関係の実測例を示す図である。 各分配支管における微粉炭流量比と突出し量の関係を示す図である。 制御管の突出し量を３０ｍｍとし、微粉炭流量の等分量を１．０とした時の各分配支管における微粉炭流量を示す図である。 本発明の微粉炭分配流量制御装置による制御管の突出し量の制御幅を示す図である。 本発明の微粉炭分配流量制御装置により制御管の突出し量を制御した後の各分配支管における微粉炭流量を示す図である。

符号の説明

１ 加圧タンク
２ 弁
３ 気送支管
４ 気送本管
５ 分配器
６ 加温空気供給器
７ 希釈器
８ 分配支管
９ 羽口
１０ 送風支管
１１ 送風本管
１２ 高炉
１３’ 補助管
１３ 制御管
１４ 制御管位置制御装置
１５ 演算制御装置
１６ 静電容量式微粉炭流量計
１７ 送風流量計
１８ シール装置
Ｄ1 直管
Ｄ2 案内管
Ｄ3 円形天井壁
Ｄ4 周壁

Claims (4)

1. 微粉炭気送流を、逆円錐形の下部中央に連結した気送本管から導入し、円形天井壁の中央部に衝突せしめて、半径方向に放射線状に分流させ、周壁内周面に所定高さ及び間隔で配置した開口部に連結する羽口と同数の分配支管に分配する微粉炭量を、上記開口部に装着した制御管を周壁に対し進退させることにより制御する微粉炭分配流量制御装置において、
   分配支管に、静電容量式微粉炭流量計を取り付け、
   上記流量計の測定信号に基づいて制御管の進退を制御し、微粉炭を羽口と同数の分配支管に均等に、又は、各送風支管流量に対応して分配制御する
   ことを特徴とする微粉炭分配流量制御装置。
2. 前記静電容量式微粉炭流量計の測定信号に基づいて制御管の進退量を演算し、該演算値に基づいて、制御管を周壁に対し進退させる制御管位置制御装置を制御する演算制御装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の微粉炭分配流量制御装置。
3. 前記演算制御装置による制御管の進退量を演算において、羽口に送風する送風支管に取り付けた送風流量計の測定信号を用いることを特徴とする請求項２に記載の微粉炭分配流量制御装置。
4. 前記気送本管に静電容量式微粉炭流量計を取り付け、該静電容量式微粉炭流量計で測定した微粉炭の全量に係る測定信号を、前記演算制御装置による制御管の進退量の演算に用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の微粉炭分配流量制御装置。
   

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