JPH0811805B2 - ベルレス式高炉の原料装入方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はベルレス式高炉の原料装入方法に関するもの
であり、より詳細には、炉内における装入原料の堆積
角、半径方向の鉱石とコークスの重量比（以下「O/C」
と略記する）分布、半径方向の粒径分布等のいわゆる装
入物分布の制御性を向上させることを目的とした原料装
入方法に関するものである。

（従来の技術） 高炉操業においては、高炉炉頂部における装入物のO/
C、粒径等の半径方向の分布の適正に制御して、炉内に
おける半径方向のガス流分布、熱流比分布を所定の範囲
に維持し、鉱石の還元・溶解を安定に行なう必要があ
る。

従来のベルレス式高炉の原料装入方法を第５図を用い
て説明する。第５図はベルレス式高炉の炉頂部の原料装
入装置の概略図を示すものであり、高炉１の炉頂部へベ
ルトコンベア２によって搬送された原料３は、上部ゲー
ト弁４、上部シール弁５を介して一旦炉頂バンカー６内
に貯蔵され、高炉内の装入物が荷下がりして補給すべき
所定のストックレベル７に到達すると、装入物流量調整
用の下部ゲート弁８および下部シール弁９を開操作し、
炉頂バンカー６内の原料を垂直シュート10および分配シ
ュート11を介して炉内に装入するのである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら従来の原料装入方法では半径方向のO/C
分布および半径方向の粒径分布の制御性が不充分であっ
た。

まず、半径方向のO/C分布の制御性に関する欠点に
は、鉱石装入時に形成される混合層形成量の変動、
原料の堆積角の変動、等によって半径方向のO/C分布が
変動し易いことがあげられる。以下、その各々について
詳述する。

鉱石装入時に形成される混合層形成量の変動について 従来の原料装入方法においては、分配シュートの傾動
角度（第５図中のθ：分配シュートの底面と高炉の炉軸
とのなす角度）を所定の角度から順次減少させて、原料
を炉内の炉壁部から順次中心部へ装入していた（第５図
中に示す矢印が分配シュートの動きを示している。）。
従って、ほとんどの場合、装入後の原料の表面形状は第
５図に示すようなＶ型かあるいはＭ型の形状を成してお
り、いずれも斜面を形成していた。このためコークス層
の上に鉱石を装入した場合、鉱石落下位置近傍のコーク
ス層の表層部の一部が鉱石の衝撃エネルギーによって削
りとられて炉中心方向に移動し、炉中心部に広範囲にわ
たる鉱石とコークスの混合層を形成して堆積するのであ
る。

ベルレス装入法における混合層形成に関して本発明者
のうちの３名等は実物大模型を用いた研究を報告してい
る（「鉄と鋼」第71巻、1985年、175頁）。この混合層
測定例を第６図に示す。図中、破線は鉱石装入前のコー
クス層の表面形状であり、実線は鉱石装入後のコークス
層の表面形状を示す。中心部近傍には、炉壁部の鉱石落
下位置近傍に存在していたコークスが移動されて、コー
クス単味層と鉱石とコークスの混合層が広範囲に形成さ
れている。このように、コークス層が斜面を形成してい
ると、鉱石装入時にコークス層の表面形状が変化し、半
径方向のO/C分布は、鉱石装入前後の原料の表面形状か
ら計算されるO/C分布とは大きく異なる。更に混合層形
成量は分配シュート傾動角度のスケジュールや装入量な
どの制御可能な因子以外にも、原料の粒度構成変動や炉
内ガス流分布変動によるコークス層表面形状変動などの
外乱因子の影響を受ける。従って、従来の斜面を形成さ
せるベルレス装入法では半径方向のO/C分布の制御性は
不充分だったのである。

原料の堆積角の変動について 斜面の形成による半径方向O/C分布に及ぼす第２の問
題点は、装入原料の堆積角の変動によって半径方向のO/
C分布が変動し易いことである。すなわち、斜面を形成
している場合、炉内のガス流分布の変動によって原料の
表層形状が容易に変化するため、同一の分配シュートの
傾動角度スケジュール、同一の原料装入量すなわち同一
装入条件で炉内に原料を装入したとしても、半径方向の
O/C分布は変動し易いのである。

次に、半径方向の粒径分布の制御性に関する次点を述
べる。

従来装入法においては、分布シュートの傾動角度を大
から小へ順次減少させて斜面を形成せしめている為、炉
内に装入された原料はこの斜面で再分級されながら堆積
する結果、斜面の上流側すなわち炉壁部に細粒が、斜面
の下流側すなわち中心部に粗粒が偏析して堆積すること
に基づくものである。すなわち、従来装入法においては
斜面での再分級によって最終的な半径方向の粒径分布が
決定される。このために半径方向のガス流分布変動や半
径方向の荷下がり速度分布変動によって斜面の形状が変
動すると半径方向の粒径分布も大きく変動するのであ
る。更に、装入原料の粒度構成が変動した場合、斜面で
の再分級によってその変動が増長されるという欠点もも
っている。

このように分配シュートの傾動角度を大から小へ順次
減少させる従来のベルレス式高炉の原料装入方法にあっ
ては半径方向のO/C分布および粒度分布の制御性が不充
分であった。

本発明は、上記した問題点を解消し、炉内における半
径方向のO/C分布、粒径分布等のいわゆる装入物分布の
制御性の向上を図れるベルレス式高炉の原料装入方法を
提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ベルレス式高炉に原料を装入する方法にお
いて、炉中心部から炉側壁方向に向かって原料を装入す
べく分配シュートの傾動角度を制御すると共に、装入後
の前記原料表面の堆積角度が０度を超えかつ20度を超え
ないように前記分配シュートの傾動角度、各傾動角度に
おける旋回数、下部ゲート弁開度のうちの少なくとも一
つを制御し、かつ、分配シュートの傾動角度が30度以下
の場合には下部ゲート弁開度と分配シュートに供給する
原料落下幅を減少せしめることを要旨とするベルレス式
高炉の原料装入方法である。

すなわち本発明の特徴は、原料を炉中心部から炉壁
部にむかって順次装入すること、装入後の原料の表面
の堆積角を０度を超えかつ20度を超えないようにするこ
と、炉中心部付近に原料を装入する際には原料の炉内
への装入速度を低下させると共に、原料の落下幅を減少
することであり、しかる後に半径方向のO/C分布および
半径方向の粒径分布を自在に制御しようとするものであ
る。

先ず、第１の条件である炉中心部から炉壁部に向かっ
て装入することを達成するために、分配シュートの傾動
角度を小から大に順次増加するスケジュールを設定す
る。第１図中に示す矢印が分配シュート傾動角度の動き
を示している。なお、第１図中第５図と同一番号は同一
部分あるいは相当部分を示し説明を省略する。

次に、第２の条件である装入後の堆積角を０度を超え
かつ20度を超えないようにすることを達成するために、
分配シュートの傾動角度、各傾動角度における旋回数、
下部ゲート弁開度のうちの少なくとも一つを任意設定可
能とするのである。

ここで、装入後の原料の表面の堆積角を０度を超えか
つ20度を超えないようにした理由について説明する。

本発明者等は炉外において実物大模型を製作し、コー
クス層の堆積角を種々変更して鉱石装入（試験は全量焼
結鉱で実施した）を行ない、混合層形成量および半径方
向の粒径分布を測定した。その結果の一例を第２図およ
び第３図に示す。第２図はコークス層の堆積角と、中心
部のコークス層の層厚増加（コークス単味層の層厚増加
＋1/2×混合層厚増加）の関係を示す図であり、同図よ
り明らかな如くコークス層堆積角は20度を境にして、そ
れを超えた場合には鉱石装入による中心部のコークス層
厚増加が顕著であるが、それ以下では実用上無視しうる
ことが判明した。すなわち、半径方向のO/C分布制御性
の向上のためには装入後の原料の堆積角を20度を超えな
いようにすることが必要なのである。

第３図は、コークス層の堆積角と中心部の鉱石の粒径
の関係を示す図であり、コークス堆積角は20度を境にし
て、それを超えた場合には斜面での再分級によって中心
部の鉱石粒径の増加が顕著であるが、それ以下では鉱石
粒径の増加は実用上無視しうるほど小さいことが明らか
である。

その理由は、斜面の堆積角が充分小さく、装入時に当
該旋回に対応する装入物の山が形成されても、原料が斜
面を移動しないためと考えられる。すなわち、半径方向
の粒径分布制御性の向上のためには、装入後の原料の堆
積角が20度を超えないようにすることが必要なのであ
る。原料の堆積角を０度にするためには、分配シュート
の傾動角度、各傾動角度における旋回数を限定する必要
があり、高炉の種々の目的に応じた装入物分布制御を自
在に実施することは困難である。そこで、本発明では０
度を除いたのである。

次に第３の条件を達成するため、先ず原料の炉内への
装入速度の低下は下部ゲート弁８の開度を減少させて行
ない、原料の落下幅を減少するため、新たに第１図に示
すように垂直シュート部に原料落下状態の制御装置12を
設置する。

ここで、分配シュートの傾動角度が30度以下の場合、
すなわち炉中心部付近に原料を装入する場合に原料の炉
内への装入速度を低下させる目的について述べる。原料
の炉内への装入速度が一定に維持される場合、分配シュ
ートの傾動角度が30度以下になり、炉内に装入される原
料の堆積位置が炉壁から無次元半径方向位置I/R（I:炉
壁から原料落下位置までの水平距離、R:炉半径）で0.6
以上となり、当該部分の原料が装入される面積が少なく
なって単位時間当りの原料層厚増加量は、炉壁に原料を
装入する場合の２倍以上に増加する。

従って、中心部付近の原料層厚を高精度に制御するた
めには、分配シュートの傾動角度の制御だけでは不充分
なのであり、下部ゲート弁開度を減少させて原料の炉内
への装入速度を低下させて炉内の堆積原料の層厚増加速
度を減少させ、炉内のO/C分布制御性を向上させるので
ある。

次に、分配シュートの傾動角度が30度以下の場合に原
料の落下幅を減少させる目的について述べる。

分配シュートの傾動角度θが下記式を満足する範囲迄
低下すると、原料の一部は分配シュートに装入されずに
直接炉内に装入される。このため、分配シュートに装入
された原料の堆積位置と、直接炉内に装入された原料の
堆積位置とが異なって原料の炉内の堆積範囲が拡がり、
原料の堆積層厚制御が困難となるのである。θの限界値
は高炉によって異なるが、20度前後の値である。

但し、l:分配シュート長さ（ｍ） d:垂直シュート径（ｍ） h:分配シュート支点から分配シュート底面にお
ろした垂線の長さ（ｍ） 本発明では、原料の落下状態を制御するため、垂直シ
ュート部に原料落下状態の制御装置12を設置する。しか
して、その目的は分配シュートに供給される原料の落下
幅を減少させるためであり、この目的を達成できる装置
であれば型式は問わない。例えば特開昭50−74504号公
報に開示されているような絞り機構や特開昭53−102804
〜６号公報、特開昭53−12808号公報、更には特開昭53
−120606号公報に開示されているものでも良いのであ
る。

ところで、本発明方法では分配シュートの傾動角度を
順次大きくしてゆく方法を採用しているのであるが、こ
れはいかに当業者といえども容易に発明できるものでは
ない。

すなわち、分配シュートの傾動角度を順次小さくして
ゆく従来法にあっては、分配シュート荷重および分配シ
ュート上の原料荷重によって生じるモーメントの方向
と、分配シュートの傾動方向が同一であるため、傾動モ
ータにかかる軸トルクが小さく、従って、モータの定格
トルク許容範囲内である。これに対し、分配シュートの
傾動角度を順次大きくしてゆく方法を採用する本発明方
法では、分配シュート荷重および分配シュート上の原料
の荷重によって生じるモーメントの方向と分配シュート
の傾動方向が逆である。従って傾動モータにかかる軸ト
ルクが大きく、モータの定格トルクを超えることが予想
されたため、分配シュートの傾動角度を順次大きくして
ゆく本発明の如き発明がなされていなかったのである。

しかし、本発明をするにあたり、分配シュートの傾動
角度を順次大きくしていく場合のモータ軸の必要トルク
を実測したところ第４図に示すように従来のモータ容量
を20％程度増加すれば常用する分配シュート傾動角度範
囲において、分配シュートの傾動角度を順次大きくして
いけることが判明した。

（作用） 本発明は、ベルレス式高炉に原料を装入する方法にお
いて、炉中心部から炉側壁方向に向かって原料を装入す
べく分配シュートの傾動角度を制御すると共に、装入後
の前記原料表面の堆積角度が０度を超えかつ20度を超え
ないように前記分配シュートの傾動角度、各傾動角度に
おける旋回数、下部ゲート弁開度のうちの少なくとも一
つを制御し、かつ、分配シュートの傾動角度が30度以下
の場合には下部ゲート弁開度と分配シュートに供給する
原料落下幅を減少せしめるものである為、炉内における
半径方向のO/C分布や粒径分布を精度よく制御できる。

（実 施 例） 本発明の効果を確認するため、炉外において前述の実
物大模型を用いて装入物分布試験を実施した。試験に使
用した装入原料は実際の高炉で使用している原料を使用
した。従って、装入原料の粒度構成は実際の高炉で使用
する場合と同様の変動をした。また、試験における原料
の装入条件は、荷下がりがないことおよび送風がないこ
とを除けば実際の高炉と同一の条件であり、半径方向の
O/C分布おび粒径分布は装入後の原料をエポキシ系樹脂
で固化して装置外にとりだし、計測した。

本発明を適用すれば、装入原料の粒度構成の変動があ
る場合であっても半径方向O/C分布、粒系分布を精度良
く制御できる。例えば従来装入法をＣ（1122334455667
7）、Ｏ（11223344556677）と表記する。（ ）内は分
配シュートの傾動角度の大きさ（ノッチ）と順序を示し
ており、数字の小さい方が分配シュートの傾動角度が大
きく設定してある。旋回数は14旋回であった。

次に、本発明の比較例として分配シュートの傾動角度
を小から大に制御し、かつ、装入後の原料堆積角が20度
を超えないように分配シュートの傾動角度および各傾動
角度における旋回数を制御するが、分配シュートの傾動
角度が30度以下の場合にも下部ゲート弁開度を一定のま
ま保持し、かつ、原料落下状態の制御装置を使用しない
もので行った結果を示す。すなわち、この比較例では従
来装入法と同一の半径方向O/C分布を得るために、Ｃ（1
09987654322111）、Ｏ（109887766554321）の装入スケ
ジュールを選定した。

一方、本発明装入法では分配シュートの傾動ノッチ10
において下部ゲート弁開度を100％から80％に低下さ
せ、原料落下状態の制御装置として特開昭50−74504号
公報に開示されている装置を用いて80％開度に設定し
た。このため装入スケジュールはＣ（1010998765432211
1）、Ｏ（10109887766554321）であり、旋回数は15であ
った。

上記した各装入方法について５回宛の装入試験を実施
し、中心部におけるO/Cおよび粒径の変動を測定した。
その結果を下記表に示す。

通常の高炉原料の粒度構成変動条件下において、従来
装入法における中心部のO/Cのバラツキ（標準偏差）は
0.5と非常に大きい。これに対して比較法では0.1と大き
く減少している。

しかし、本発明法では、下部ゲート弁開度の低下およ
び原料落下状態の制御装置の使用によってバラツキは更
にその1/2に減少しており、高炉内の半径方向O/C分布の
制御性の向上が達成できた。これと同じく、中心部の粒
径のバラツキも、本発明法によって大きく減少してお
り、半径方向の粒径分布制御性の向上も達成できた。

なお、実炉における中心部のO/Cの実測に代えて、シ
ャフト上部に設置してあるシャフトガスサンプラーによ
るガス温度およびガス組成の計測値から数式モデルを用
いてO/Cを推定する方法で代用してもよい。

また、中心部の粒径は、光ファイバーを用いた光学的
計測法などで測定する。

次に例えば下部ゲート弁開度は下限が50％より大きす
ぎると原料の炉内装入時間が長くなり、炉内装入物の降
下速度に追従できなくなるため、面積にして100〜50％
の範囲で可変とすればよい。

また、原料落下幅は極力狭くした方が制御性は良い
が、垂直シュート部の長さに制約があることおよび制御
装置の摩耗が増加することから、原料落下幅は垂直シュ
ート径の50％を下限とすることが望ましい。

但し、上記制約は高炉毎に異なるので上記記述に限定
するものでないことは勿論である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、ベルレス式高炉に原料
を装入する方法において、炉中心部から炉側壁方向に向
かって原料を装入すべく分配シュートの傾動角度を制御
すると共に、装入後の前記原料表面の堆積角度が０度を
超えかつ20度を超えないように前記分配シュートの傾動
角度、各傾動角度における旋回数、下部ゲート弁開度の
うちの少なくとも一つを制御し、かつ、分配シュートの
傾動角度が30度以下の場合には下部ゲート弁開度と分配
シュートに供給する原料落下幅を減少せしめるものであ
る為、炉内における半径方向のO/C分布や粒径分布を精
度よく制御でき、高炉の安定操業に大なる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の説明図、第２図はコークス層の堆
積角と炉中心部のコークス層の層厚増加量との関係図、
第３図はコークス層の堆積角と炉中心部の鉱石粒径との
関係図、第４図は分配シュートの傾動角度とモータ軸ト
ルクとの関係図、第５図は従来方法の説明図、第６図は
従来方法における混合層の形成状況の説明図である。 １は高炉、８は下部ゲート弁、10は垂直シュート、11は
分配シュート、12は制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 網永 洋一 茨城県鹿島郡鹿島町大字光３番地 住友金 属工業株式会社鹿島製鉄所内 (72)発明者 中村 義久 大阪府大阪市東区北浜５丁目15番地 住友 金属工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−74504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−66806（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−47506（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−208404（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベルレス式高炉に原料を装入する方法にお
   いて、炉中心部から炉側壁方向に向かって原料を装入す
   べく分配シュートの傾動角度を制御すると共に、装入後
   の前記原料表面の堆積角度が０度を超えかつ20度を超え
   ないように前記分配シュートの傾動角度、各傾動角度に
   おける旋回数、下部ゲート弁開度のうちの少なくとも一
   つを制御し、かつ、分配シュートの傾動角度が30度以下
   の場合には下部ゲート弁開度と分配シュートに供給する
   原料落下幅を減少せしめることを特徴とするベルレス式
   高炉の原料装入方法。