液体、熔融物液面高度检测方法及装置及立式炉操作方法与流程

1.本发明涉及液体的液面高度的检测方法及检测装置、立式炉中的熔融物的液面高度的检测方法及检测装置以及立式炉的操作方法。


背景技术：

2.例如，在高炉这样的立式炉中，从炉顶向高炉内装入成为原料的铁矿石及焦炭并且从设置于炉下部的风口吹入热风。焦炭通过从风口吹入的热风而燃烧，生成高温的还原气体。铁矿石被该高温的还原气体熔融、还原而制造铁水。铁水及在铁水制造时副生的熔渣(以后，有时记载为“炉渣”)向炉底部积存，以恒定周期从出铁孔排出。
3.在这样的高炉操作中，掌握积存于高炉的炉底部的铁水、炉渣之类的熔融物的残留量、熔融物的液面高度对于决定出铁周期、稳定地进行经济性的操作是重要的。若熔融物的残留量变多而熔融物的液面高度过高，则有时送风压力的变动变大而无法维持稳定的操作状态。而且，若熔融物的液面高度上升至风口附近，则产生由炉渣引起的风口阻塞，在最坏的情况下，变得不能操作。要想使熔融物的液面高度过高而变得不稳定的高炉稳定化，需要使从炉顶的焦炭的装入量增加或者使从风口向炉内吹入的热风量变化等处置，招致高炉的操作成本的增大。
4.作为取得熔融物的残留量的技术，在专利文献1中公开了以下的方法：在高炉侧面设置电极，通过使电流向该电极流动来测定电压，基于测定出的电压来计测熔融物的液面高度。在专利文献2中公开了以下的方法：将从出铁孔排出的铁水渣流利用相机拍摄，根据其影像来算出铁水渣的排出速度，基于该排出速度来推定高炉内的熔融物的残留量。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2006-176805号公报
8.专利文献2：日本特开2017-160498号公报
9.非专利文献
10.非专利文献1：杉山喬，其他3名，“高炉滴下帯
における
液流
れの
解析”，鉄
と
鋼，第73年(1987)，第15号，p2044-2051(杉山乔其他3名，“高炉滴下带中的液体流动的解析”，铁与钢)
11.非专利文献2：“鉄鋼物性値便覧”製鉄編(2006年)，日本鉄鋼協会，p437(“钢铁物性值便览”制铁编(2006年)，日本铁钢协会)
12.非专利文献3：柏原佑介，其他4名，“未消失混合小塊
コークスが
高炉下部通気性
におよぼす
影響”，鉄
と
鋼，vοl.102(2016)，no.12，p661-668(柏原佑介，其他4名，“未消失混合小块焦炭对高炉下部通气性的影响”，铁与钢)
13.非专利文献4：野内泰平，其他2名，“高炉炉床
の
排滓性
に
及
ぼす
操業
と
出銑方法
の
影響”，鉄
と
鋼，vοl.92(2006)，no.12，p269-274(野内泰平，其他2名，“操作和出铁方法对高炉炉床的排渣性的影响”)


技术实现要素：

14.发明所要解决的课题
15.然而，专利文献1及专利文献2所公开的方法都需要将用于测定由高炉内的熔融物引起的电阻、电位或排出的出铁渣流的速度的特殊的传感器、相机设置于产生粉尘等的环境。因而，要想实施这些方法，除了花费导入特殊的传感器、相机之类的设备的初始费用之外，也花费对这些设备进行维持管理的维护费用。另一方面，通过利用铁水渣的制造量与从出铁孔的排出量的物质收支来检测熔融物的残留量、将该残留量除以炉底部的空隙率，能够不使用特殊的传感器、相机地检测熔融物的液面高度。然而，尽管向炉底部填充的焦炭的状态不一样，却将炉底部的空隙率视为恒定来检测熔融物的液面高度，因此存在无法以高的精度检测熔融物的液面高度之类的课题。本发明鉴于这样的以往技术的课题而完成，其目的在于提供能够根据熔融物的残留量而以高的精度检测熔融物的液面高度的熔融物的液面高度的检测方法及检测装置以及使用该检测方法的立式炉的操作方法。另外，本发明的其他的目的在于提供不限于立式炉而能够将通过向内部填充固体而形成了固体填充构造的容器内的液体的液面高度以高的精度检测的液体的液面高度的检测方法及检测装置。
16.用于解决课题的手段
17.用于解决上述课题的手段如下。
18.[1]一种液体的液面高度的检测方法，是将在通过向内部填充固体而形成了固体填充构造的容器内以向所述固体填充构造的至少一部分的空隙浸入的状态收容的液体从设置于所述容器的下部的排出孔排出后残留于所述容器的底部的液体的液面高度的检测方法，其中，算出所述固体填充构造的空隙率，使用算出的所述空隙率和排出结束后的所述液体的残留量来检测排出结束后的所述液体的液面高度。
[0019]
[2]根据[1]所述的液体的液面高度的检测方法，使用从所述排出孔的所述液体的排出结束时的所述液体的液面的倾斜角来算出所述固体填充构造的空隙率。
[0020]
[3]一种熔融物的液面高度的检测方法，是在从立式炉的炉下部吹入含氧气体、通过使碳燃烧而使高温还原气体产生、将从所述立式炉的炉顶装入且在所述立式炉内形成固体填充构造的铁源原料利用所述高温还原气体熔融并还原而制造熔融物、使所述熔融物从所述立式炉的出铁孔排出的立式炉中，在所述熔融物的排出结束后残留于所述立式炉的炉底部的熔融物的液面高度的检测方法，其中，算出所述固体填充构造的空隙率，使用算出的所述空隙率和排出结束后的所述熔融物的残留量来检测排出结束后的所述熔融物的液面高度。
[0021]
[4]根据[3]所述的熔融物的液面高度的检测方法，使用从所述出铁孔的所述熔融物的排出结束时的所述熔融物的液面的倾斜角来算出所述固体填充构造的空隙率。
[0022]
[5]根据[3]或[4]所述的熔融物的液面高度的检测方法，使用根据排出的所述熔融物的成分浓度和所述熔融物的温度而算出的熔融物的粘度来算出所述空隙率。
[0023]
[6]根据[3]～[5]中任一项所述的熔融物的液面高度的检测方法，使用根据所述熔融物的排出量、排出时间及初始排出速度而算出的所述熔融物的排出结束时的排出速度来算出所述空隙率。
[0024]
[7]一种立式炉的操作方法，在由[3]～[6]中任一项所述的熔融物的液面高度的检测方法检测到的所述液面高度超过了预先确定的阈值的情况下，实施使所述熔融物的制
造速度减小的操作动作及使所述熔融物排出的操作动作中的至少1个。
[0025]
[8]一种液体的液面高度的检测装置，是将在通过向内部填充固体而形成了固体填充构造的容器内以向所述固体填充构造的至少一部分的空隙浸入的状态收容的液体从设置于所述容器的下部的排出孔排出后残留于所述容器的底部的液体的液面高度的检测装置，其中，具备液面高度检测部，该液面高度检测部算出所述固体填充构造的空隙率，使用算出的所述空隙率和排出结束后的所述液体的残留量来检测排出结束后的所述液体的液面高度。
[0026]
[9]根据[8]所述的液体的液面高度的检测装置，所述液面高度检测部使用从所述排出孔的所述液体的排出结束时的所述液体的液面的倾斜角来算出所述固体填充构造的空隙率。
[0027]
[10]一种熔融物的液面高度的检测装置，是在从立式炉的炉下部吹入含氧气体、通过使碳燃烧而使高温还原气体产生、将从所述立式炉的炉顶装入且在所述立式炉内形成固体填充构造的铁源原料利用所述高温还原气体熔融并还原而制造熔融物、使所述熔融物从所述立式炉的出铁孔排出的立式炉中，在所述熔融物的排出结束后残留于所述立式炉的炉底部的熔融物的液面高度的检测装置，其中，具备液面高度检测部，该液面高度检测部算出所述固体填充构造的空隙率，使用算出的所述空隙率和排出结束后的所述熔融物的残留量来检测排出结束后的所述熔融物的液面高度。
[0028]
[11]根据[10]所述的熔融物的液面高度的检测装置，所述液面高度检测部使用从所述出铁孔的所述熔融物的排出结束时的所述熔融物的液面的倾斜角来算出所述固体填充构造的空隙率。
[0029]
[12]根据[10]或[11]所述的熔融物的液面高度的检测装置，所述液面高度检测部使用根据排出的所述熔融物的成分浓度和所述熔融物的温度而算出的熔融物的粘度来算出所述空隙率。
[0030]
[13]根据[10]～[12]中任一项所述的熔融物的液面高度的检测装置，所述液面高度检测部使用根据所述熔融物的排出量、排出时间及初始排出速度而算出的所述熔融物的排出结束时的排出速度来算出所述空隙率。
[0031]
发明效果
[0032]
在本发明涉及的熔融物的液面高度及检测装置的检测方法中，在熔融物的排出结束时算出固体填充层的空隙率，使用该空隙率来检测熔融物的液面高度，因此能够根据熔融物的残留量而以高的精度检测熔融物的液面高度。由此，能够高精度地实施基于熔融物的液面高度的操作动作，能够与以往相比避免立式炉的故障，能够实现稳定的立式炉的操作。
附图说明
[0033]
图1是高炉的炉底部附近的剖面示意图。
[0034]
图2是排出结束时的高炉的炉底部附近的剖面示意图。
[0035]
图3是液面高度的检测装置的框图。
[0036]
图4是示出实施例的结果的曲线图。
具体实施方式
[0037]
以下，通过发明的实施方式来说明本发明。在本实施方式中，使用高炉作为立式炉，说明该高炉中的熔融物的液面高度的检测方法及检测装置的实施方式。不过，本发明涉及的熔融物的液面高度的检测方法及检测装置不限于高炉，只要是从炉顶向炉内装入铁源原料及焦炭、从炉下部吹入含氧气体而制造熔融物、从出铁孔排出熔融物的立式炉就能够应用。
[0038]
图1是高炉20的炉底部附近的剖面示意图。从高炉20的炉顶向炉主体10内交替且呈层状地装入作为原料的铁矿石和焦炭，并且从设置于炉主体10的炉下部的风口12吹入作为含氧气体的热风和粉煤等还原材。焦炭、粉煤中包含的碳通过从风口12吹入的含氧气体而燃烧，由此，产生高温还原气体。铁矿石被该高温还原气体熔融、还原而制造铁水。在铁矿石的熔融、还原中使用后的高温还原气体之后从炉顶作为炉顶气体而排出。制造的铁水及在铁水的制造时副生的炉渣向炉底部积存，以规定的周期从出铁孔18排出。在本实施方式中，将铁水及炉渣合起来记载为熔融物16。铁矿石是铁源原料的一例。
[0039]
在炉主体10的炉底部形成填充从炉顶装入的焦炭而成的固体填充构造14。在炉主体10的炉底部积存的熔融物16向该固体填充构造14的间隙填充。在熔融物16从出铁孔18排出的情况下，若从出铁孔18的排出速度比熔融物16的制造速度快，则炉底部的熔融物16的残留量逐渐变少。若熔融物16的残留量变少而熔融物16的液面高度下降至成为与出铁孔18相同的高度，则从炉内开始喷出高温还原气体。若从出铁孔18开始喷出高温还原气体，则从出铁孔18的熔融物16的排出变得困难。因而，打开其他的出铁孔并且关闭高温还原气体开始喷出的出铁孔18，由此，使熔融物16从炉主体10持续地排出。
[0040]
图2是排出结束时的高炉20的炉底部附近的剖面示意图。如图2所示，熔融物16的液面因根据固体填充构造14和熔融物16的粘性等而产生的通液阻力，在熔融物流的上游侧和下游侧产生压力差，因该压力差而朝向出铁孔18倾斜。在本实施方式涉及的熔融物的液面高度的检测方法及检测装置中，根据熔融物16的排出结束时的熔融物16的液面的倾斜角来算出炉底部的固体填充构造的空隙率，使用该空隙率来检测排出结束后的熔融物16的液面高度。这样，通过在熔融物16的排出结束时算出固体填充构造的空隙率，能够以高的精度检测熔融物的液面高度。
[0041]
在图3中示出本实施方式涉及的熔融物的液面高度的检测装置30的结构。如图3所示，熔融物的液面高度的检测装置30具备算出固体填充构造14的空隙率且检测排出结束后的熔融物16的液面高度的液面高度检测部31。液面高度检测部31由包括处理信息的cpu(中央运算处理装置)及存储装置的通用计算机等构成，进行后述的计算。熔融物的液面高度的检测装置30还具备预先保存在后述的计算中使用的各种数值的数据库32。
[0042]
关于由熔融物的液面高度的检测装置30的液面高度检测部31进行的排出结束后的熔融物16的液面高度的检测方法，以下进行说明。
[0043]
关于出铁孔18的高度与出铁结束时的熔融物16的液面高度z的高低差zf、炉床直径dh及熔融物16的液面的倾斜角θ，下述(1)式成立。
[0044]
[数1]
[0045]
[0046]
在上述(1)式中，zf是出铁孔18的高度与排出结束时的熔融物16的液面高度z的高低差(m)。k是实验性地求出的无量纲任意常数(-)。无量纲任意常数k通过非专利文献4所记载的方法而求出。例如，在一般的高炉的情况下k＝7.0。dh是炉床直径(m)。μ是熔融物16的粘度(pa
·
s)。ρ是熔融物16的密度(kg/m3)。g是重力加速度(9.8m/s2)。dp是固体填充构造14的粒径(m)。ε是固体填充构造14的空隙率(-)。vf是排出结束时的熔融物16的排出速度(m3/sec)。s是炉床截面积(m2)。需要说明的是，(-)意味着为无量纲。
[0047]
熔融物16的液面高度z通过下述(2)式而求出。
[0048]
[数2]
[0049][0050]
在上述(2)式中，z是熔融物16的液面高度(m)。v是熔融物16的量(kg)。ρ是熔融物16的密度(g/m3)。s是炉床截面积(m2)。ε
ave
是固体填充构造14的平均空隙率(-)。
[0051]
熔融物16的粘度μ及密度ρ是铁水及炉渣的粘度及密度，但在本实施方式中使用粘性高、对压力损失的影响大的炉渣的密度及粘度。熔融物16的粘度μ可以为恒定值(0.25～0.35pa
·
s)，但也可以使用根据cao、mgo、al2o3、sio2、feo等的成分浓度和温度来算出的非专利文献1所记载的方法来算出。另外，在利用非专利文献1所记载的方法来推定熔融物的粘度时，熔融物温度可以使用将排出的熔融物的温度利用热电偶等温度计41测定而得到的值。熔融物16的密度ρ可以使用恒定值(过去的实绩值)，但也可以使用非专利文献2所记载的方法而使用熔融炉渣中的feo的重量比率来算出。
[0052]
固体填充构造14的粒径d
p
在从立式炉的炉顶装入焦炭的情况下，可以使用从炉顶装入的焦炭的平均粒径。也可以如非专利文献3所记载的那样，使用考虑了从炉上部装入的焦炭的初始粒径分布和在焦炭向炉下部下降之前粒径分布因化学反应、物理冲击等而变化的影响的焦炭粒径。炉床截面积s根据立式炉的炉底径而求出。作为平均空隙率ε
ave
，在首次检测液面高度时使用空隙率ε的初始值0.4，以后使用利用上述(1)式而算出的空隙率。
[0053]
接着，说明排出结束时的熔融物16的排出速度vf的算出方法。排出结束时的熔融物16的排出速度vf使用下述(3)式而求出。
[0054]
[数3]
[0055]
v＝v0+a
×
t
…
(3)
[0056]
在上述(3)式中，v是熔融物16的排出速度(m3/sec)。v0是熔融物16的初始排出速度(m3/sec)。t是排出时间(sec)。a是排出加速度(m3/sec2)。这样，在本实施方式中，将熔融物16的排出速度vf使用熔融物16的排出加速度a、排出时间t及初始排出速度v0而算出。
[0057]
另外，以排出时间t排出的熔融物的排出量m(kg)通过下述(4)式而算出。
[0058][0059]
在上述(4)式中，m是熔融物16的排出量(kg)。t是排出时间(sec)。a是排出加速度(m3/sec2)。v0是初始排出速度(m3/sec)。ρ是熔融物16的密度(kg/m3)。
[0060]
接着，关于算出上述(4)式中的初始排出速度v0的方法进行说明。根据伯努利定律，分别求出根据出铁孔附近的熔融物16所具有的能量与排出的熔融物16所具有的能量之
差而算出的压力损失及根据达西-魏斯巴赫公式而算出的出铁孔内的压力损失。假设这些压力损失相等，导出下述(5)式。
[0061]
[数5]
[0062][0063]
在上述(5)式中，p
i-ο
是立式炉的炉内压与大气压的压力差(atm)。ρ是熔融物16的密度(kg/m3)。g是重力加速度(9.8m/sec2)。zs是排出开始时的熔融物16的高度与出铁孔18的出口侧的高度之差(m)。d
th
是出铁孔18的口径(m)。λ是出铁孔18的内壁的摩擦系数(-)。l
th
是出铁孔深度(m)。出铁孔深度是在从出铁孔18排出熔融物16时通过的耐火物长度(m)。v0是初始排出速度(m3/sec)。
[0064]
出铁孔18的内壁的摩擦系数λ使用swamee-jain公式而通过下述(6)式来求出。
[0065]
[数6]
[0066][0067]
在上述(6)式中，λ是出铁孔18的内壁的摩擦系数(-)。e是出铁孔内壁粗糙度(m)。d
th
是出铁孔18的口径(m)。ρ是熔融物16的密度(kg/m3)。v0是初始排出速度(m3/sec)。s
dh
是出铁孔18的截面积。μ是熔融物16的粘度(pa
·
s)。
[0068]
立式炉的炉内压由设置于风口12内的压力计42求出。大气压可以使用一般的值。排出开始时的熔融物16的高度通过将排出开始时的熔融物16的残留量v向上述(2)式代入而求出。需要说明的是，计算开始时的熔融物16的高度通过将初始残留量v0向上述(2)式代入而算出。高炉内的熔融物16通常被认为从出铁孔向上推移1-2m，因此，以使熔融物16的高度成为1～2m的方式，根据炉主体10的容量而算出初始残留量v0。出铁孔18的出口侧的高度通过计测出铁孔18的位置而求出。出铁孔18使用钻头而开孔，因此出铁孔18的口径d
th
通过测定钻头的直径而求出。另外，出铁孔深度l
th
通过测定出铁孔18开孔时的钻头的侵入长度而求出。
[0069]
出铁孔内壁粗糙度e因开孔方法、泥材、从出铁开始起的经过时间等而变化，但根据操作解析而确认了使用0.0001～0.01m的范围内的值是妥当的。出铁孔18的截面积s
dh
使用出铁孔18的口径d
th
而使用下述(7)式求出。
[0070]sdh
＝(d
th
/2)2×
π
…
(7)
[0071]
通过解上述(5)、(6)式，能够求出初始排出速度v0。能够使用该v0、由排出量测定器43测定出的熔融物16的排出量m的实测值、由排出时间测定器44测定出的该熔融物16的排出时间t的实测值及上述(4)来求出排出加速度a。若能够求出初始排出速度v0和排出加速度a，则能够使用上述(3)式来算出熔融物16的排出速度vf。
[0072]
另外，熔融物16的残留量能够通过计算熔融物16的制造量与熔融物的排出量之差来算出。关于熔融物16的制造量，可以使用利用下述(8)式算出的熔融物16的制造速度pv来算出熔融物的制造量。
[0073]
[数7]
[0074][0075]
在上述(8)式中，pv是熔融物的制造速度(kg/sec)。tv是炉顶气体的流量(nm3/sec)。fo是炉顶气体中的o原子的物质量浓度(mol/nm3)。bv是从风口12吹入的热风的流量(nm3/sec)。eo是热风中的氧的体积分数(-)。om(-)是原料中还原对象物每1mol当的氧原子的原子数相对于金属原子的原子数的比。mm是金属原子的原子量(g/mol)。
[0076]
炉顶气体的流量tv通过下述(9)式而算出。
[0077]
tv＝bv
×en
/fn…
(9)
[0078]
在上述(9)式中，tv是炉顶气体的流量(nm3/sec)。bv是从风口12吹入的热风的流量(nm3/sec)。en是热风中的氮的体积分数(-)。fn是炉顶气体中的氮的体积分数(-)。
[0079]
炉顶气体中的o原子的物质量浓度fo及氮的体积分数fn通过将炉顶气体利用炉顶气体分析器45以气相色谱法、红外光谱法进行分析而求出。从全部的风口12吹入的热风的流量bv由设置于各风口12的流量计46求出。
[0080]
热风中的氧的体积分数eo能够通过下述(10)式来算出。热风中的氮的体积分数en能够通过下述(11)式来算出。
[0081]eo
＝(x
×
0.21+y)/(x+y)
…
(10)
[0082]en
＝(x
×
0.79)/(x+y)
…
(11)
[0083]
在上述(10)、(11)式中，x是空气的吹入流量(nm3/sec)。y是氧的吹入流量(nm3/sec)。
[0084]
另外，也可以考虑空气中的湿分，将热风中的氧的体积分数eo及热风中的氮的体积分数en通过下述(12)、(13)式来算出。
[0085]eo
＝(x
×
0.21+y)/[x+y+x
×
(z/18)
×
22.4]
…
(12)
[0086]en
＝(x
×
0.79)/[x+y+x
×
(z/18)
×
22.4]
…
(13)
[0087]
在上述(12)、(13)式中，x是空气的吹入流量(nm3/sec)。y是氧的吹入流量(nm3/sec)。z是空气中的湿分(kg/m3)。空气中的湿分z通过将空气利用湿度计47进行测定而求出。
[0088]
关于原料中还原对象物每1mol的氧原子的原子数相对于金属原子的原子数的比om，通过化学分析来测定原料的成分浓度，根据该成分浓度来求出比om。熔融物16由熔融金属与其以外的炉渣的混合物构成。因而，优选对通过上述(8)式而算出的熔融物16的制造速度pv加上炉渣的制造速度。在该情况下，炉渣的制造速度通过根据原料的成分浓度算出熔融氧化物相对于熔融金属的质量比且将该质量比与熔融金属的制造速度相乘而求出。
[0089]
熔融物16的排出速度v使用上述(3)式而算出。根据这样求出的熔融物16的制造速度pv与熔融物16的排出速度v之差，能够检测在炉主体10的炉底部积存的熔融物16的残留量。具体而言，使用下述(14)式来检测任意的时间t(sec)的熔融物16的残留量。
[0090]
[数8]
[0091][0092]
在上述(14)式中，v是熔融物16的残留量(kg)。v0是熔融物16的初始残留量(kg)。pv是熔融物16的制造速度(kg/sec)。v是熔融物16的排出速度(m3/sec)。ρ是熔融物16的密
度(kg/m3)。初始残留量v0是根据炉主体10的容量而设定的恒定值。如上所述，高炉内的熔融物16通常被认为从出铁孔向上推移1-2m，因此，以使熔融物16的高度成为1～2m的方式，根据炉主体10的容量而设定初始残留量v0。通过使用上述(12)式，能够检测任意的时间t(sec)的熔融物16的残留量v。
[0093]
这样，在本实施方式涉及的熔融物的液面高度检测方法及检测装置中，在熔融物的排出结束时算出固体填充层的空隙率，使用该空隙率来检测熔融物的液面高度，因此能够根据熔融物的残留量而以高的精度检测熔融物的液面高度。由此，能够高精度地实施基于熔融物的液面高度的操作动作，因此能够与以往相比避免立式炉的故障，能够实现稳定的立式炉的操作。
[0094]
另外，在使用上述(2)式而检测到的熔融物16的液面高度超过了预先确定的阈值的情况下，优选实施使熔融物16的制造速度减小的操作动作。由此，能够避免熔融物16的液面高度过剩地变高，避免气体通气性的恶化、由炉渣引起的风口阻塞之类的故障的产生。使熔融物16的制造速度减小的动作例如是降低从风口12吹入的热风量。也可以取代实施使熔融物16的制造速度减小的操作动作，或者与使熔融物16的制造速度减小的操作动作一起，实施使熔融物16的排出速度增加的操作动作。
[0095]
在上述例子中，说明了使用熔融物的制造速度pv、熔融物的排出速度v及上述(14)式来求出熔融物16的残留量的方法，但不限于此。熔融物16的制造量也可以根据从炉顶的原料的装入量和原料的成分浓度而算出。另外，熔融物16的排出量也可以通过测定收容铁水的鱼雷罐车的重量变化和从炉渣制造的水渣量来算出。并且，可以通过取该熔融物16的制造量与熔融物16的排出量之差来算出熔融物16的残留量。
[0096]
另外，能够将上述的熔融物的液面高度的检测方法及检测装置局部变更，不限于高炉、立式炉，检测收容于在内部形成了固体填充构造的所有容器内的液体的液面高度。即，能够检测将在容器内以向固体填充构造的至少一部分的空隙浸入的状态收容的液体从设置于容器的下部的排出孔排出后残留于容器的底部的液体的液面高度。
[0097]
具体而言，本实施方式涉及的液体的液面高度的检测装置30以与上述的熔融物的液面高度的检测装置30同样的方法，算出固体填充构造的空隙率。并且，使用算出的空隙率和排出结束后的液体的残留量来检测排出结束后的液体的液面高度。
[0098]
本实施方式涉及的液体的液面高度的检测方法及检测装置不限于高炉工艺，能够应用于在内部形成了固体填充构造的所有容器内以向固体填充构造的至少一部分的空隙浸入的状态收容的所有工艺。
[0099]
实施例
[0100]
接着，说明实施例。在本实施例中的发明例中，在熔融物的每次排出结束时根据熔融物的残留量而算出了熔融物的倾斜角，根据该熔融物的倾斜角而算出了固体填充构造的平均空隙率ε
ave
。熔融物的残留量使用高炉操作中的操作条件、各测定值及上述(14)式而在熔融物的排出结束时算出。并且，使用该熔融物的残留量和算出的平均空隙率ε
ave
而检测了熔融物的液面高度。另一方面，在比较例中，将空隙率固定为0.42，使用该空隙率和上述熔融物的残留量而检测了熔融物的液面高度。
[0101]
检测了上述熔融物的残留量，并且算出了高炉操作中的通气阻力指数k。通气阻力指数k是用于评价立式炉的通气性的一般的指标，是通过下述(15)式而算出的值。
[0102]
[数9]
[0103][0104]
在上述(15)式中，pb是从风口吹入的热风的送风压力(atm)。p
t
是炉顶气体的排出压力(atm)。bv是来自全部的风口的热风的送风量(nm3/sec)。
[0105]
通气阻力指数比kr是在将作为对象的立式炉的平均的通气阻力指数设为k
ave
时通过下述(16)式而算出的值。
[0106]
[数10]
[0107][0108]
图4是示出实施例的结果的曲线图。图4(a)示出平均空隙率ε
ave
(-)的变动。平均空隙率ε
ave
(-)是ε的1天的移动平均值。图4(b)示出熔融物的残留量(m3)的变动。图4(c)示出熔融物的液面高度(m)的变动，白方块描点是使用图4(a)所示的空隙率而检测到的液面高度，是发明例。黑方块描点是使用空隙率0.42而检测到的液面高度，是比较例。而且，图4(c)的虚线表示熔融物液面高度的管理值，点线表示风口的高度。即，以避免熔融物的液面高度到达风口位置的方式，将比风口的高度低的位置作为熔融物液面高度的管理值。图4(d)示出通气阻力指数比(-)的变动。
[0109]
如图4(a)所示，直到经过30小时为止，固体填充构造的空隙率持续下降，之后上升。通过该空隙率的下降，在示出熔融物的液面高度的图4(c)中，使用了图4(a)的空隙率的发明例的白方块描点比使空隙率为恒定值(0.42)的比较例的黑方块描点高。其结果，对于白方块描点，在18小时经过后熔融物的液面高度超过了管理值，因此实施了使铁水的制造速度下降的操作动作。由此，在20小时经过后，熔融物的残留量开始减少，熔融物的液面高度也与此对应地变低。
[0110]
如图4(d)所示，通气阻力指数比随着熔融物量的增加及熔融部液面高度的上升而上升。通气阻力指数比的上升意味着炉内通气性的下降，因此，若通气阻力指数比上升，则高炉操作变得不稳定。然而，由于在18小时经过后实施使铁水的制造速度下降的操作动作而减少了熔融物量，所以通气阻力指数比也下降，实现了稳定的高炉的操作。
[0111]
另一方面，在使空隙率为恒定值(0.42)的情况下，在18小时经过后且21小时经过前，熔融物的残留量大幅增加，熔融物的液面高度可能会到达风口位置。即使假设熔融物的液面高度未到达风口位置，通气阻力指数比也大幅上升，高炉操作变得不稳定，因此未能实现稳定的高炉的操作。
[0112]
这样，在本实施方式涉及的熔融物的液面高度的检测方法及检测装置中，在熔融物的排出结束时算出固体填充构造的空隙率，使用该空隙率来检测熔融物的液面高度。由此，能够根据熔融物的残留量而以高的精度检测熔融物的液面高度。其结果，可知：能够高精度地实施基于熔融物的液面高度的操作动作，因此能够与以往相比避免立式炉的故障，能够实现稳定的立式炉的操作。
[0113]
附图标记说明
[0114]
10炉主体
[0115]
12风口
[0116]
14固体填充构造
[0117]
16熔融物(液体)
[0118]
18出铁孔(排出孔)
[0119]
20高炉(容器)
[0120]
30液面高度的检测装置
[0121]
31液面高度检测部
[0122]
32数据库
[0123]
41熔融物温度计
[0124]
42风口压力计
[0125]
43排出量测定器
[0126]
44排出时间测定器
[0127]
45炉顶气体分析器
[0128]
46风口流量计
[0129]
47湿度计。

技术特征：
1.一种液体的液面高度的检测方法，是将在通过向内部填充固体而形成了固体填充构造的容器内以向所述固体填充构造的至少一部分的空隙浸入的状态收容的液体从设置于所述容器的下部的排出孔排出后残留于所述容器的底部的液体的液面高度的检测方法，其中，算出所述固体填充构造的空隙率，使用算出的所述空隙率和排出结束后的所述液体的残留量来检测排出结束后的所述液体的液面高度。2.根据权利要求1所述的液体的液面高度的检测方法，使用从所述排出孔的所述液体的排出结束时的所述液体的液面的倾斜角来算出所述固体填充构造的空隙率。3.一种熔融物的液面高度的检测方法，是在从立式炉的炉下部吹入含氧气体、通过使碳燃烧而使高温还原气体产生、将从所述立式炉的炉顶装入且在所述立式炉内形成固体填充构造的铁源原料利用所述高温还原气体熔融并还原而制造熔融物、使所述熔融物从所述立式炉的出铁孔排出的立式炉中，在所述熔融物的排出结束后残留于所述立式炉的炉底部的熔融物的液面高度的检测方法，其中，算出所述固体填充构造的空隙率，使用算出的所述空隙率和排出结束后的所述熔融物的残留量来检测排出结束后的所述熔融物的液面高度。4.根据权利要求3所述的熔融物的液面高度的检测方法，使用从所述出铁孔的所述熔融物的排出结束时的所述熔融物的液面的倾斜角来算出所述固体填充构造的空隙率。5.根据权利要求3或4所述的熔融物的液面高度的检测方法，使用根据排出的所述熔融物的成分浓度和所述熔融物的温度而算出的熔融物的粘度来算出所述空隙率。6.根据权利要求3～5中任一项所述的熔融物的液面高度的检测方法，使用根据所述熔融物的排出量、排出时间及初始排出速度而算出的所述熔融物的排出结束时的排出速度来算出所述空隙率。7.一种立式炉的操作方法，在由权利要求3～6中任一项所述的熔融物的液面高度的检测方法检测到的所述液面高度超过了预先确定的阈值的情况下，实施使所述熔融物的制造速度减小的操作动作及使所述熔融物排出的操作动作中的至少1个。8.一种液体的液面高度的检测装置，是将在通过向内部填充固体而形成了固体填充构造的容器内以向所述固体填充构造的至少一部分的空隙浸入的状态收容的液体从设置于所述容器的下部的排出孔排出后残留于所述容器的底部的液体的液面高度的检测装置，其中，具备液面高度检测部，该液面高度检测部算出所述固体填充构造的空隙率，使用算出的所述空隙率和排出结束后的所述液体的残留量来检测排出结束后的所述液体的液面高度。
9.根据权利要求8所述的液体的液面高度的检测装置，所述液面高度检测部使用从所述排出孔的所述液体的排出结束时的所述液体的液面的倾斜角来算出所述固体填充构造的空隙率。10.一种熔融物的液面高度的检测装置，是在从立式炉的炉下部吹入含氧气体、通过使碳燃烧而使高温还原气体产生、将从所述立式炉的炉顶装入且在所述立式炉内形成固体填充构造的铁源原料利用所述高温还原气体熔融并还原而制造熔融物、使所述熔融物从所述立式炉的出铁孔排出的立式炉中，在所述熔融物的排出结束后残留于所述立式炉的炉底部的熔融物的液面高度的检测装置，其中，具备液面高度检测部，该液面高度检测部算出所述固体填充构造的空隙率，使用算出的所述空隙率和排出结束后的所述熔融物的残留量来检测排出结束后的所述熔融物的液面高度。11.根据权利要求10所述的熔融物的液面高度的检测装置，所述液面高度检测部使用从所述出铁孔的所述熔融物的排出结束时的所述熔融物的液面的倾斜角来算出所述固体填充构造的空隙率。12.根据权利要求10或11所述的熔融物的液面高度的检测装置，所述液面高度检测部使用根据排出的所述熔融物的成分浓度和所述熔融物的温度而算出的熔融物的粘度来算出所述空隙率。13.根据权利要求10～12中任一项所述的熔融物的液面高度的检测装置，所述液面高度检测部使用根据所述熔融物的排出量、排出时间及初始排出速度而算出的所述熔融物的排出结束时的排出速度来算出所述空隙率。

技术总结
提供能够根据熔融物的残留量而以高的精度检测熔融物的液面高度的熔融物的液面高度的检测方法及使用该检测方法的立式炉的操作方法。是在从立式炉的炉下部吹入含氧气体、通过使碳燃烧而使高温还原气体产生、将从立式炉的炉顶装入且在立式炉内形成固体填充构造的铁源原料利用高温还原气体熔融并还原而制造熔融物、使熔融物从立式炉的出铁孔排出的立式炉中，在熔融物的排出结束后残留于炉底部的熔融物的液面高度的检测方法，其中，算出固体填充构造的空隙率，使用算出的空隙率和排出结束后的熔融物的残留量来检测熔融物的排出结束后的熔融物的液面高度。后的熔融物的液面高度。后的熔融物的液面高度。


技术研发人员：川尻雄基 山本哲也 市川和平 野内泰平
受保护的技术使用者：杰富意钢铁株式会社
技术研发日：2022.01.13
技术公布日：2023/9/23