JP2000345220A - ベルレス高炉における原料装入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】新規な設備が不要である上に、旋回シュートの
駆動モータへの過負荷がなく、かつ高炉の円周方向の装
入物分布の偏差制御を精度良くできること。 【解決手段】旋回シュートを目標位置にセットして設定
角度に傾斜させたのち、シール弁と流量調整ゲートをそ
れぞれ開く。旋回シュートは、設定されている旋回停止
時間Ｔｏ中は旋回動作が停止する。このため、その時間
中は、１回の装入原料の一部が、その目標位置に対応す
る高炉内の円周方向の位置に装入される。その旋回停止
時間Ｔｏが経過すると、旋回シュートが旋回動作を開始
するので、その開始から停止までの期間は、１回の装入
原料の残りが、高炉内の円周方向に均等に装入されてい
く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、旋回シュートを旋
回させて高炉内に原料を装入するベルレス高炉における
原料装入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業においては、高炉炉頂部での半
径方向における粒度分布、およびコークスと鉱石との装
入物分布等を適正に制御して、鉱石の還元・溶解を安定
にする必要がある。高炉は軸対称形をなしており、操業
の安定にはガス流分布、熱流比分布を高炉の円周方法に
均一にする必要がある。しかし、実際の高炉内空間は、
付着物の生成や耐火物の損耗などに起因して、必ずしも
軸対称とはいえない場合が一般的である。また、高炉の
円周方向に数１０本配置された羽口についても、その送
風量や補助燃料の吹き込み量が等しいとはいえない。

【０００３】そのため、高炉の炉頂における装入物分布
や粒径の分布についても、単純な軸対称ではなく高炉内
状況や送風条件に対応して、高炉の円周方向において偏
差を形成させることが望ましい。ところで、ベルレス高
炉において、その円周方向の装入物分布を制御する方法
としては、以下に示すようなものが知られている。

【０００４】まず、特公平１−２８０８６号公報に記載
の発明（以下、第１の従来技術という）は、旋回シュー
トを一定方向に所望の速度で旋回させておき、円周方向
の任意に設定された角度範囲においてのみ、流量調整ゲ
ート（開閉弁）を開状態または閉状態にするものであ
る。次に、特公昭６２−３２２４２号公報に記載の発明
（以下、第２の従来技術という）は、高炉シャフト部の
円周方向の温度分布または熱負荷分布を測定し、熱負荷
の低い側では旋回シュートの旋回角速度を大きくし、熱
負荷の高い側ではその旋回角度を小さくして装入物の堆
積形状の最凸部を変化させることによって、高炉内のガ
ス流れ分布を制御し、円周バランスの安定を図るように
したものである。

【０００５】さらに、特開平８−２４６０１１号公報に
記載の発明（以下、第３の従来技術という）は、炉頂ホ
ッパから原料を排出し、原料貯溜室に一時貯溜させ、原
料貯溜室の下部に開口位置および開口面積が調整可能な
排出ゲートを設け、高炉内容物の高炉内降下が均一にな
るように、排出ゲートの開口位置および開口面積を調整
するようにしたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、第１の従来
技術では、流量調整ゲートから原料が排出され、高炉内
堆積原料面へ落下するまでに時間を要するため、原料を
装入する円周方向の角度範囲の設定は、その原料の落下
時間を見込んで設定しなければならない。原料の落下時
間は、原料の種類、原料の性状、旋回シュートの傾動角
度や摩耗度合いなどにより変化するため、落下位置精度
が低下するという不都合がある。

【０００７】特に、旋回シュートの傾動角度は、高炉の
操業状態に応じて変更するほか、原料の装入中でも旋回
回数ごとに変化させることで半径方向の装入物分布制御
を行っており、変更頻度は高い。また、炉頂バンカーか
ら原料を排出しているときに流量調整ゲートを開閉する
ため、ゲート刃先の摩耗が激しくなるばかりでなく、原
料に噛み込みによる設備トラブルを発生させる原因とも
なる。

【０００８】また、第２の従来技術では、旋回シュート
の加減速により円周方向の装入物分布を制御するために
前述の原料の落下時間が短くなり、良好な制御精度が得
られる。しかし、旋回回数ごとに旋回シュートを加減速
するため、旋回シュート駆動モータなどが過負荷とな
り、これを解決するためには駆動モータの容量を大きく
するなどの対策が必要となる。

【０００９】さらに、第３の従来技術では、新たな設備
を必要とするため、設備費用や保全費用が掛かるという
不都合がある。そこで、本発明は、上記の点に鑑み、新
規な設備が不要である上に、旋回シュートの駆動モータ
への過負荷がなく、かつ高炉の円周方向の装入物分布の
偏差制御を精度良くできるようにしたベルレス高炉にお
ける原料装入方法を提供することをその目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、本発
明の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
旋回シュートを旋回させて高炉内に原料を装入するベル
レス高炉における原料装入方法において、原料の装入開
始時、原料の装入途中、および原料の装入終了時のうち
の少なくとも１つのタイミングで、旋回シュートの旋回
動作を所定時間だけ停止させるようにしたことを特徴と
するものである。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載のベルレス高炉における原料装入方法において、
前記旋回シュートの停止時間と、その停止位置とを任意
に設定できるようにしたことを特徴とするものである。
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求
項２に記載のベルレス高炉における原料装入方法におい
て、前記高炉内への原料装入の目標時間は、前記旋回シ
ュートの停止時間を考慮して決めるようにしたことを特
徴とするものである。

【００１２】このように本発明では、原料の装入開始
時、原料の装入途中、、および原料の装入終了時のうち
の少なくとも１つのタイミングで、旋回シュートの旋回
動作を所定時間だけ停止させるようにした。このため、
新規な機械的な設備が不要である上に、旋回シュートの
駆動モータへの過負荷がなく、かつ高炉の円周方向にお
ける装入物分布の偏差制御を精度良くできる。

【００１３】また、本発明において、旋回シュートの停
止時間と、その停止位置とを任意に設定することがで
き、この場合には、装入物分布の偏差制御において、任
意の制御ができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照して説明する。本発明の方法が適用
されるベルレス高炉の原料装入装置の構成例について、
図１の模式図を参照して説明する。この原料装入装置
は、図１に示すように高炉１の上部に設置され、原料２
を貯溜する複数の炉頂バンカ３〜５が並列に配置された
パラレルバンカー型である。炉頂バンカ３〜５の各排出
口は、垂直シュート６内に位置するようになっている。
また、炉頂バンカ３〜５の各排出口には、その各排出口
を開閉する各シール弁７〜９と、開度により原料の流量
を調整する各流量調整ゲート１０〜１２とがそれぞれ設
けられている。

【００１５】炉頂バンカ３〜５内に貯溜される原料は、
その排出口から垂直シュート６に落下したのち、垂直シ
ュート６の排出口から排出されて旋回シュート１３に収
容されるようになっている。旋回シュート１３は、その
傾斜角度が任意に設定できるとともに、その設定された
傾斜角を維持した状態で駆動モータ（図示せず）により
旋回できるようになっている。

【００１６】なお、この原料装入装置は、複数の炉頂バ
ンカ３〜５を並列に配置したパラレルバンカ型である
が、炉頂バンカの数が異なっても良い。また、これに代
えて複数の炉頂バンカを上下方向に配置した垂直型でも
良い。このような構成からなる原料装入装置は、図２に
示す制御装置２１により後述のように各部が制御される
ので、その制御系の構成例について、図２を参照して説
明する。

【００１７】制御装置２１の入力側には、旋回シュート
１３の旋回位置（旋回角度）を検出する旋回シュート位
置検出器２２と、後述の旋回停止時間Ｔｏなどの制御に
必要な各種のデータを設定するデータ設定器２３とが少
なくとも接続されている。また、制御装置２１の出力側
には、その制御対称であるシール弁９、流量調節ゲート
１２、および旋回シュート１３が少なくとも接続されて
いる。

【００１８】なお、図２では、制御装置２１の制御対象
であるシール弁７、８、流量調節ゲート１１、１２は省
略されている。次に、以上のような構成からなる原料装
入装置を用いた高炉への原料の装入方法について、図面
を参照して説明する。まず、この実施形態に係る方法と
従来からの方法との差異を明確にするために、従来から
の方法の概要について図３のフローチャートを参照して
説明する。

【００１９】この従来方法では、原料を装入するタイミ
ングが検出されると、旋回シュート１３が所定の傾斜角
度になる（ステップＳ１）。次に、旋回シュート１３の
旋回の開始、シール弁９の開動作、および流量調整ゲー
ト１２の開動作の各動作が順次行われる（ステップＳ２
〜Ｓ４）。この結果、炉頂バンカ５内の原料２が、旋回
シュート１３内に落下し、この落下した原料２は旋回シ
ュート１３の旋回動作により高炉１内に装入されてい
く。

【００２０】この原料の装入中には、炉頂バンカ５内の
原料２が空の状態になったか否かが判定される（ステッ
プＳ５）。この結果、炉頂バンカ５内の原料２が空の状
態になったことが判定されると、流量調整ゲート１２の
閉動作、シール弁９の閉動作、および旋回シュート１３
の旋回停止の各動作が順次行われる（ステップＳ６〜Ｓ
８）。

【００２１】ここで、第１の従来技術は、上記のように
原料の装入中に、旋回シュート１３の設定旋回角度を検
出し、その角度を検出したときに流量調節ゲートを開閉
するものである。また、第２の従来技術は、上記のよう
に原料の装入中に、旋回シュート１３の旋回速度を変化
させるものである。次に、この実施形態に係る方法を、
図２の制御装置２１の制御により実施する場合につい
て、図４のフローチャートを参照して説明する。

【００２２】まず、ステップＳ１１では、旋回シュート
１３を予め設定されている目標位置にセットさせる。こ
こで、目標位置とは、データ設定器２３により設定でき
る旋回シュート１３の所望の旋回方向の位置（旋回角
度）である。この目標位置は、高炉１内の円周方向の位
置であって、装入原料を部分的に多く偏在させたい位置
に対応する。

【００２３】旋回シュート１３の目標位置へのセットが
終了すると、次のステップＳ１２では、旋回シュート１
３が予め設定されている傾斜角度に設定される。その
後、ステップＳ１３でシール弁９を開かれ、ステップＳ
１４で流量調整ゲート１２が所定の開度となる。流量調
整ゲート１２が開くと、この時点でタイマ（図示せず）
が計数を開始し、次のステップＳ１５では、そのタイマ
の計数時間が、予め設定されている旋回停止時間Ｔｏを
経過したか否かが判定される。ここで、旋回停止時間Ｔ
ｏとは、原料の装入開始時に旋回シュート１３の旋回を
停止させておくための時間であり、データ設定器２３に
より任意に設定可能である。

【００２４】このように、旋回停止時間Ｔｏ中は、旋回
シュート１３が目標位置に停止状態となるので、装入初
期の原料は、旋回シュート１３が停止状態で高炉１内に
装入される。従って、炉頂バンカ５からの１回の装入原
料の一部が、その目標位置に対応する高炉１内の円周方
向の所望の位置に装入される。その後、ステップＳ１５
において、タイマの計数時間が旋回停止時間Ｔｏを経過
したことが判定されると、次のステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、旋回シュート駆動モータ（図示せ
ず）の駆動が開始され、これにより旋回シュート１３の
旋回動作が開始される。旋回シュート１３は、旋回の開
始後、設定旋回速度まで加速され、加速終了後は一定の
速度で旋回するように制御される。

【００２５】このように、旋回停止時間Ｔｏの経過後か
らは旋回シュート１３が旋回を開始するので、その開始
から停止までの期間は、１回の装入原料の残りが、高炉
１内の円周方向に均等に装入されていく。原料の装入中
には、炉頂バンカ５内の原料２が空の状態になったか否
かが判定される（ステップＳ１７）。この判定は、例え
ば炉頂バンカ５の排出口に設けられ、原料が空になった
ことを検出する原料空状態検出器（図示せず）からのデ
ータにより行う。ステップＳ１７において、炉頂バンカ
５内の原料２が空の状態になったことが判定されると、
流量調整ゲート１２の閉動作、シール弁９の閉動作、お
よび旋回シュート１３の旋回停止の各動作が順次行われ
る（ステップＳ１８〜Ｓ２０）。

【００２６】このような一連の制御処理により、高炉内
の円周方向における装入物分布に偏差を持たせることが
できる。そして、高炉内の円周方向の所望の位置に原料
を多く偏在させたい場合には、その所望の位置を目標位
置としてデータ設定器２３で設定すれば良い。また、そ
の目標位置に装入する原料の所望の量は、その所望の量
に応じた旋回停止時間Ｔｏをデータ設定器２３で設定す
れば良い。

【００２７】ところで、この実施形態にかかる原料の装
入方法では、原料の装入中に旋回シュート１３を停止さ
せるので、目標旋回数（１回分の原料を装入する場合
に、旋回シュート１３が旋回する回数）が従来方法と同
じでも、目標装入時間（原料の装入に要する時間）を従
来方法に比べて長くする必要がある。一般的な公知技術
では、目標装入時間に応じて流量調整ゲート１２の開度
を所定の演算で求め、荷切れ精度（目標旋回数に対する
実績旋回数の精度）を確保している。

【００２８】そこで、この実施形態に係る方法の場合に
は、その演算に用いる目標装入時間Ｔは、設定旋回停止
時間をＴｏ、旋回シュート１３の加速度をα〔ｄｅｇ／
ｓｅｃ² 〕、設定旋回速度をω〔ｄｅｇ／ｓｅｃ〕、目
標旋回数をＮとすると、次の（１）式となる。 Ｔ＝Ｎ×（３６０／ω）＋２×（ω／α）＋Ｔｏ …（１） （１）式の右辺の第１項は、設定旋回速度ωが一定で目
標回転数Ｎだけ旋回するのに要する時間で、その第２項
は、旋回シュートが停止から設定旋回速度ωまで加速す
るのに必要な時間である。

【００２９】以上説明したように、この実施形態に係る
方法では、上記のような制御により原料の装入を行うの
で、既存の設備を利用でき特に新規な機械的は機器や設
備を必要としない。また、旋回シュート１３の旋回角度
により目標の原料装入箇所を決め、旋回シュートを停止
させた状態で原料を装入するようにしたので、原料の落
下時間の変化に対する装入箇所の変動が少なく、位置に
対する制御精度が良い。さらに、旋回シュート１３の起
動は１回の原料の装入につき１回のみであるので、旋回
シュート駆動モータに対する負荷が軽減される。

【００３０】ところで、上述の実施形態に係る方法は、
原料の高炉１への装入開始直後に、旋回シュート１３を
旋回停止時間Ｔｏだけ停止するものである。しかし、旋
回シュート１３の旋回停止のタイミングを、炉頂バンカ
５内の原料２が空状態になる直前、または原料を高炉１
内に装入中の所定のタイミング、例えば旋回シュート１
３が所定の旋回数になったときとし、この各タイミング
時に、旋回シュート１３を旋回停止時間Ｔｏだけ停止さ
せるようにしても良く、これらの場合にも上記と同様な
効果が得られる。

【００３１】ここで、炉頂バンカ５内の原料２が空状態
になる直前に旋回シュート１３を停止させる方法では、
目標装入時間Ｔを（１）式のように長くしておき、旋回
シュート１３を停止させるタイミングは、目標旋回数Ｎ
に到達する直前の減速に必要な角度分の手前、すなわち
（２×ω２／α’）〔ｄｅｇ〕手前とする。なお、α’
は、減速時の加速度（正数、ｄｅｇ／ｓｅｃ² ）であ
る。そして、旋回停止時間Ｔｏを調整することで、その
停止位置に装入される原料の量を増減できる。

【００３２】また、原料を高炉１内に装入中の所定の旋
回数目に旋回シュート１３を停止させる方法では、旋回
シュート１３を減速させる動作が加わるので、目標装入
時間Ｔを次の（２）式とし、（１）式と比較して減速に
必要な時間（２×ω／α’）の分だけ長くする。 Ｔ＝Ｎ×（３６０／ω）＋２×（ω／α）＋（２×ω／α’）＋Ｔｏ…（２） そして、旋回停止時間Ｔｏを調整することで、その停止
位置に装入される原料の量を増減できる。

【００３３】次に、同一条件の下で、この実施形態に係
る方法（原料の装入開始後に旋回シュート１３を旋回さ
せる場合）、第１の従来技術に係る方法、および第２の
従来技術に係る方法について以下のような比較試験を行
ったので、それについて以下に述べる。ここで、第１の
従来技術に係る方法とは、旋回シュート１３を一定方向
に所望の速度で旋回させておき、円周方向の任意に設定
された角度範囲においてのみ流量調整ゲート１２を開閉
させる場合である。また、第２の従来技術に係る方法と
は、原料の装入中に、連続的に旋回シュート１３の旋回
速度を加減速させる場合である。

【００３４】まず、旋回シュート１３を駆動する旋回シ
ュート駆動モータに流れる電流を、各方法について測定
した結果を図５に示す。同図（Ａ）は第１の従来技術に
係る方法の場合、同図（Ｂ）は第２の従来技術に係る方
法の場合、同図（Ｃ）はこの実施形態に係る方法の場合
である。図５から、この実施形態に係る方法は、第２の
従来技術に係る方法に比べて旋回シュート駆動モータに
流れる電流の平均値が小さく、第１の従来技術に係る方
法と同等であることがわかる。

【００３５】次に、旋回シュート１３の傾動角度（傾斜
角度）に対する円周方向の原料装入分布の変化を、各方
法について測定した結果を図６に示す。同図（Ａ）は第
１の従来技術に係る方法の場合、同図（Ｂ）は第２の従
来技術に係る方法の場合、同図（Ｃ）はこの実施形態に
係る方法の場合である。図６から、第１の従来技術に係
る方法では、傾動角度により原料の落下速度が変化する
ために原料が多く堆積する箇所が変化するのに対し、第
２の従来技術に係る方法、およびこの実施形態に係る方
法では、その箇所が一定に保たれていることがわかる。

【００３６】従って、以上の測定結果によれば、この実
施形態に係る方法では、従来、不都合であった旋回シュ
ート駆動モータの過負荷と、傾動角度の変更時における
円周方向の装入物分布の制御精度を同時に解決できるこ
とが確認された。次に、原料の装入開始後に旋回シュー
トの旋回を開始させた場合について、旋回停止時間Ｔｏ
を変化させた場合の円周方法の装入物分布の変化を、模
型実験により求めたのでその結果を図７に示す。

【００３７】図７の横軸は旋回停止時間Ｔｏであり、そ
の縦軸は｛（最大層厚）−（最小層厚）｝／（平均層
厚）で表される円周方法の装入物分布偏差である。この
図７から、旋回停止時間Ｔｏの変化によりその偏差が増
減できるので、旋回停止時間Ｔｏを変更することによ
り、高炉内の円周方向の装入物分布の偏差を制御できる
ことがわかる。

【００３８】図８は、旋回停止期間中の旋回シュートの
旋回角度（旋回位置）を変化させた場合に、これに対応
する原料が最大層厚となる円周方向の角度を測定した結
果を示す。この結果から、旋回シュートの旋回角度と原
料が最大層厚となる円周方向の角度とがほぼ一致するの
で、旋回シュートの旋回角度を任意に設定することによ
り、高炉内の円周方向の原料の最大層厚の位置を任意と
することができる。

【００３９】次に、この実施形態による円周方向の装入
物分布の制御の効果を、内容積が４５００ｍ³ のベルレ
ス式炉頂装入装置を持つ高炉において確認した。図９
は、鉱石の高炉への装入時に、溶銑温度の高い出銑口の
方向に旋回シュートを停止させてこの実施形態の方法に
より原料装入を実施した場合の測定例であり、旋回停止
時間Ｔｏを変化させたときの、溶銑温度偏差ΔＴと、溶
銑中の濃度偏差Δ［Ｓｉ］の変化の様子とを、時間（日
数）に対して測定した結果のグラフである。このグラフ
から、この実施形態に係る方法によれば、溶銑性状の偏
差を解消できることが分かる。

【００４０】なお、上記の説明では、旋回シュート１３
を停止させるのは、旋回シュート１３の起動時、炉頂バ
ンク５内の原料が空状態になる直前、または原料の装入
中における旋回シュート１３の所定の旋回回数目として
説明したが、これらのうちの複数の各タイミングにおい
て、旋回シュート１３を複数回停止させるようにしても
良い。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
原料の装入開始時、原料の装入途中、、および原料の装
入終了時のうちの少なくとも１つのタイミングで、旋回
シュートの旋回動作を所定時間だけ停止させるようにし
た。このため、新規な機械的な設備が不要である上に、
旋回シュートの駆動モータへの過負荷がなく、かつ高炉
の円周方向における装入物分布の偏差制御を精度良くで
きる。

【００４２】また、本発明によれば、旋回シュートの停
止時間と、その停止位置とを任意に設定できるようにし
たので、この場合には、装入物分布の偏差制御におい
て、任意の制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法が適用されるベルレス高炉の原料
装入装置の一例を模式的に示す図である。

【図２】その原料装入装置の制御系の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】従来の方法による原料の装入方法を示すフロー
チャートである。

【図４】この実施形態に係る原料の装入方法を示すフロ
ーチャートである。

【図５】従来方法とこの実施形態の方法とを実施した場
合に、旋回シュートの駆動モータに流れる電流の比較例
を示す図である。

【図６】旋回シュートの傾動角度に対する円周方向の原
料装入分布の変化を、各方法について測定した結果を示
す図である。

【図７】旋回停止時間Ｔｏを変化させた場合の円周方法
の装入物分布の変化を、模型実験により求めた結果を示
す図である。

【図８】旋回停止期間中の旋回シュートの旋回角度を変
化させた場合に、これに対応する原料が最大層厚となる
円周方向の角度を測定した結果を示す図である。

【図９】この実施形態による円周方向の装入物分布の制
御の効果を示す図である。

【符号の説明】

１ 高炉 ２ 原料 ３〜５ 炉頂バンカ ７〜９ シール弁 １０〜１２ 流量調節弁 １３ 旋回シュート ２１ 制御装置 ２２ 旋回シュート位置検出器 ２３ データ設定器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 旋回シュートを旋回させて高炉内に原料
   を装入するベルレス高炉における原料装入方法におい
   て、 原料の装入開始時、原料の装入途中、および原料の装入
   終了時のうちの少なくとも１つのタイミングで、旋回シ
   ュートの旋回動作を所定時間だけ停止させるようにした
   ことを特徴とするベルレス高炉における原料装入方法。
2. 【請求項２】 前記旋回シュートの停止時間と、その停
   止位置とを任意に設定できるようにしたことを特徴とす
   る請求項１に記載のベルレス高炉における原料装入方
   法。
3. 【請求項３】 前記高炉内への原料装入の目標時間は、
   前記旋回シュートの停止時間を考慮して決めるようにし
   たことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベ
   ルレス高炉における原料装入方法。