JPH11236610A - ベル式高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 シンプルな設備によって確実に円周方向の
ガス流偏差をなくし、それにより高炉内の円周方向での
鉱石還元・溶解を安定化させ、出銑口間の溶銑品質偏差
をなくす。 【解決手段】 ベル式高炉の炉頂に配設された複数の固
定ホッパ４から旋回シュート７を介してベルホッパ８上
に原料を供給するベル式高炉の操業方法において、円周
方向の溶銑品質偏差に応じて、各固定ホッパに投入する
原料の重量比を変更する、あるいはさらに、旋回シュー
トの旋回方向を変更する。円周方向の溶銑品質偏差を、
円周方向に配設された出銑口間の溶銑温度偏差とし、各
固定ホッパに投入する原料の重量比を変更するにあた
り、溶銑温度の低い出銑口の反対側にある固定ホッパに
投入する鉱石を減量しコークスを増量することが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベル式高炉の操業
方法に関し、詳しくは、ベル式装入装置を有する高炉の
炉内原料堆積状態を円周方向で適正化するのに好適なベ
ル式高炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業においては、高炉炉頂部での原
料の粒度と層厚比率（ＬＯ／ＬＣ；鉱石層厚／コークス
層厚）を半径方向、円周方向で適正に分布させること
で、炉内のガス流分布を適正に維持し、鉱石の還元・溶
解を安定化させることが望ましい。特に、円周方向のガ
ス流分布を均一化し、それによって炉床へ流下する溶銑
の品質を円周方向に均一化し、円周方向に配設された各
出銑口から抽出される溶銑の品質を一定のレベルに保つ
ことが望ましい。

【０００３】高炉はもともと鉛直軸に関して軸対称に構
築されており、送風羽口を円周方向に可能なかぎり密に
配置する等により、円周方向のガス流分布の均一化が図
られてきた。また、炉頂部でも円周方向での原料の粒度
分布、層厚比率分布を一定化するための装入装置が工夫
されてきた。例えば、炉頂のベル式装入装置は、原料が
複数の固定ホッパから旋回シュートを介してベル上へ配
送され、所定の操作で大ベル上に移送され、大ベル周縁
から円周方向の偏りなく炉内に落下するように構成され
ている。

【０００４】しかし、かかる設備設計上の対策をもって
しても、実際の高炉炉内では、炉壁付着物の生成、炉壁
耐火物の損耗、あるいは装入原料の粒度構成や水分、空
隙率の変動などの外乱により円周方向のガス流分布が乱
され、また、各送風羽口からの送風量や補助燃料吹き込
み量なども不可避的にばらついて円周方向のガス流分布
の均一性を損なうために、円周方向のガス流偏差の発生
を完全に予防するのは難しい。

【０００５】円周方向でのガス流偏差が発生すると、ガ
ス流の多い円周方向では装入物の降下が速くなる。その
ため生成する溶銑量に対して熱供給が不足傾向となるの
で、ガス流の少ない円周方向と比較して、溶銑温度が低
下し、溶銑中〔Si〕濃度が低下する。従って高炉内に生
成し、滴下する溶銑、溶滓の成分が円周方向により異な
るという状態になる。このとき、炉床部で溶銑、溶滓の
水平方向への通液性を阻害するような領域があると、各
出銑口から排出される溶銑、溶滓はその出銑口の近傍に
滴下するもののみとなるので、各出銑口から排出される
溶銑成分、温度が異なるといった溶銑品質偏差が生じる
原因となる。このため、出銑口毎の溶銑品質偏差をなく
すには円周方向でのガス流偏差を解消して、高炉内に滴
下する溶銑、溶滓を均一にすることが望ましいのであ
る。

【０００６】よって、円周方向にガス流偏差が生じた場
合に速やかにこれを解消する方法の開発に力点が置かれ
ており、例えば、特開平１−259109号公報では、ベル式
高炉にて固定ホッパから旋回シュートを介して小ベルホ
ッパに原料を装入する際、旋回シュートの円周方向の装
入開始位置（方位）および／または旋回シュートの流量
調節弁開度を制御して、原料の円周方向の堆積量分布を
制御する方法が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、実際の高炉
操業においては、原料装入量は目標生産量や目標燃料比
の変更などにより日々変化し、また、装入量を一定にし
ていても原料の粒度構成、水分、空隙率などが刻々と変
動するために、原料が旋回シュートからベル上に到達す
るまでの所要時間及び装入に要する旋回数は変化する。
したがって、前記特開平１−259109号公報記載の方法を
適用しようとすると、装入開始時および終了時の実方位
の計測ならびに固定ホッパからの原料排出速度の計測ま
たは高精度推定を行ったうえで、それらのデータに基づ
いて装入開始方位および流量調節弁を自動制御するとい
う複雑な制御システムが必要となって大がかりな設備改
造を要し、しかも、かかる計測を高炉炉頂といった粉塵
や風雨に曝される場所で実施しなければならないといっ
た問題もあり、コスト的にも設備の信頼性の上からも実
用化はかなり難しい。

【０００８】本発明の目的は、かかる従来技術の問題点
を解消し、シンプルな設備によって確実に円周方向のガ
ス流偏差をなくし、それにより高炉内の円周方向での鉱
石還元・溶解を安定化させ、出銑口間の溶銑品質偏差を
なくすことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】まず、本発明の基礎とな
った模擬実験結果を説明する。本発明者らは、複数の固
定ホッパ間の原料貯留量とベル上の円周方向の原料重量
比との間に強い相関があれば、それを利用して前記目的
を達成可能であると洞察し、図３、図４に示すベル式高
炉炉頂模型を用いて次の模擬実験を行った。

【００１０】この模型は、サージホッパ10から切り出し
た原料をベルトコンベア１により運搬し、分配板９でベ
ルトコンベア１払出し端の直下に置かれたヘッドシュー
ト３，３への原料投入比を変更することにより固定ホッ
パ４，４への原料投入量を変更できるようになってい
る。なお、分配板９は図１に示すように、ヘッドシュー
ト３，３の原料受入口間に設けた軸の回りに傾動自在に
取り付け、その傾き角を変えればベルトコンベア１から
両ヘッドシュート３，３への原料12の投入比が変わるよ
うに構成した。

【００１１】固定ホッパ４内に堆積した原料は、固定ホ
ッパ４下部の固定ホッパゲート５を開くことにより固定
シュート６内に落下し、固定シュート６の下方に設置し
た旋回シュート７を介して排出される。旋回シュート７
の下方には、図４に示すように、円形のサンプリングボ
ックス11を円周方向に１２分割してその中心が固定シュ
ート６の中心軸を通るように配置し、排出された原料12
を受けて円周方向各部位の原料排出量を定量できるよう
にした。なお、図５に示すように、模型ではベルトコン
ベア１の搬送方向を南向きにとり、固定ホッパ４，４を
東西に配置し、サンプリングボックス11を一分割線がベ
ルトコンベア１の搬送方向に平行になるように配置し、
各分割部分には北向きの分割線の西側部分から反時計回
り（図５では左回り、北→西→南→東→北の順）に符号
ａ〜ｌを付した。

【００１２】この模型を用いた模擬実験において、分配
板９の傾き角を調節して固定ホッパ４，４のうち一方の
みに原料を貯留し、旋回シュート７を時計回りに旋回さ
せて得られた円周方向の原料排出量の重量比を図６に示
す。図６より、東の固定ホッパ４（東ホッパ）に原料を
貯留させると、西側（分割部分ｂ〜ｅ）の重量比が増加
し、西の固定ホッパ４（西ホッパ）に原料を貯留させる
と、東側（分割ｈ〜ｋ）の重量比が増加する。また、旋
回シュート７を反時計回りに旋回させて得られた円周方
向の原料排出量の重量比を図７に示す。この場合も時計
回りの場合とほぼ同じ傾向であり、東ホッパに原料を貯
留させると、西側（分割部分ｃ〜ｆ）の重量比が増加
し、西ホッパに原料を貯留させると、東側（分割部分ｉ
〜ｌ）の重量比が増加する。そして、時計回りでも反時
計回りでも、さらに、重量比がピークとなる方位は、固
定ホッパの対向方位ではなくそこからさらに旋回方向の
前方（進み側）に約１／12周分ずれている。

【００１３】このように、ベルホッパ上の円周方向の原
料重量比は、複数の固定ホッパ間の原料貯留量比と強い
相関関係をもち、また、旋回シュートの旋回方向にも規
則性をもって左右されるという極めて重要な知見が得ら
れた。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたもの
である。すなわち、本発明は、ベル式高炉の炉頂に配設
された複数の固定ホッパから旋回シュートを介してベル
ホッパ上に原料を供給するベル式高炉の操業方法におい
て、円周方向の溶銑品質偏差に応じて、各固定ホッパに
投入する原料の重量比を変更する、あるいはさらに、旋
回シュートの旋回方向を変更することを特徴とするベル
式高炉の操業方法である。

【００１４】本発明では、円周方向の溶銑品質偏差を、
円周方向に配設された出銑口間の溶銑温度偏差とし、各
固定ホッパに投入する原料の重量比を変更するにあた
り、溶銑温度の低い出銑口の反対側にある固定ホッパに
投入する鉱石を減量しコークスを増量することが好まし
い。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明によれば、ベル式高炉の炉
頂に配設された複数の固定ホッパから旋回シュートを介
してベルホッパ上に原料を供給するベル式高炉の操業方
法において、円周方向の溶銑品質偏差に応じて、各固定
ホッパに投入する原料の重量比を変更するようにし、あ
るいはさらに、旋回シュートの旋回方向を変更するよう
にしたので、前記模擬実験で得られた円周方向の原料配
分傾向に基づいて、ベル上の円周方向の原料重量比をシ
ンプルな設備（図１の分配板９、および図４の旋回シュ
ート７を駆動するモータ等の図示しない旋回駆動装置）
で制御できるようになり、従って炉内円周方向のガス流
分布の乱れを速やかに是正でき、その結果、円周方向の
溶銑品質偏差を目標範囲に抑えることが可能になる。

【００１６】図２は、本発明の実施に好適なベル式高炉
の炉頂部を示す模式図であり、１はベルトコンベア、２
は旋回シュート吊ロッド、３はヘッドシュート、４は固
定ホッパ、５は固定ホッパゲート、６は固定シュート、
７は旋回シュート、８はベルホッパである。ヘッドシュ
ート３，３の上端開口部間には図１に示した模型と同型
の分配板９が装備されている。なお、図２には、固定ホ
ッパを２個もつ場合を例示したが、固定ホッパを３個以
上有するベル式高炉においては、分配板の代わりに複数
の分岐をもつ分配シュートなど適宜の手段を設けること
により、投入原料の固定ホッパ間での重量比を自在に変
更することができる。

【００１７】また、本発明では、円周方向の溶銑品質偏
差としては、円周方向に配設された出銑口間の溶銑温度
偏差を採用し、各固定ホッパに投入する原料の重量比を
変更するにあたり、溶銑温度の低い出銑口の反対側（反
低温溶銑側すなわち高温溶銑側）にある固定ホッパに投
入する鉱石を減量しコークスを増量することが好まし
い。この措置により、ベルホッパ上では低温溶銑側とな
っている部位の層厚比率ＬＯ／ＬＣが低下し、その結果
炉内の低温溶銑側では鉱石の量が減るため鉱石の還元・
溶融に必要な熱量が低減するという因果的過程が促進さ
れて、低温溶銑側出銑口の溶銑温度を高温側へとより確
実に修正・制御することができる。

【００１８】

【実施例】炉頂部に図２に示した形態のベル式装入装置
を有する内容積4500ｍ³ のベル式高炉に本発明を実施
し、実施例とした。該高炉には、図９に示すように一対
の固定ホッパが東西に配置され、この固定ホッパへの原
料投入機構は図２に示した通りであるが、本発明実施以
前（従来法での操業時）には、分配板が図１に示したよ
うな傾動自在型のものではなく、ベルトコンベア（搬送
方向：北→南）からの排出原料を常に２等分する不動型
のものであり、また、旋回シュートの旋回方向は時計回
りに限定されていたが、本発明の実施にあたり改造工事
を行い、不動型であった分配板を図１に示した傾動自在
型にすると共に、旋回シュートを旋回方向切換型として
反時計回りにも旋回できるようした。なお、この高炉に
は４本の出銑口＃１〜＃４が、北東、東南、南西、西北
の位置にそれぞれ設けられており、通常は東西各１本ず
つを交互に使用し、休止の出銑口に対しては樋補修など
のメンテナンスが行われている。

【００１９】図８は、従来法と本発明とを比較した操業
因子（溶銑温度（ａ）、出銑Si（溶銑中Si濃度）
（ｂ）、減風回数（ｃ））のトレンドである。なお、使
用出銑口は＃１、＃３であり、各操業因子は１日の平均
または実績である。図８より、従来法では、東西の出銑
口間で溶銑温度に10℃程度の偏差が生じており、また、
溶銑中Si濃度が0.45〜0.50％と高めに推移していた。炉
内の通気も不安定で炉内圧損の上昇などに起因して減風
が１日に１〜３回は生じていた。これに対し、第21〜23
日にかけて前記改造工事を行い、本発明に従って、分配
板の傾き角を調整して溶銑温度の高い東出銑口と同じ側
（溶銑温度の低い西出銑口と反対側）の固定ホッパ（東
固定ホッパ）へのコークス配分を増やし、同時に鉱石の
配分量を減少させたところ、炉内西側のコークス比が上
昇し、西側の溶銑温度が東側とほぼ一致し、東西の出銑
口間の溶銑温度偏差が解消された。なお、旋回シュート
の旋回方向は時計回り（図９では右回り）とした。

【００２０】さらに、従来では西側の溶銑温度が低かっ
たためにこれを管理値である1450℃以上に維持すべく炉
内全体を高コークス比とする必要があって溶銑中Si濃度
が0.45〜0.50％と高めに推移していたのであるが、本発
明の実施に伴い炉内西側のコークス比が実質的に上昇し
たことから炉内全体のコークス比を下げた操業形態が可
能となり、そのため溶銑中Si濃度も0.4 ％程度の低値で
推移させることができた。また、炉内鉱石の還元・溶融
が東西で均一になったため炉内ガス流も安定化し、減風
回数も大幅に低減した。

【００２１】さらに、第45日以降で西出銑口を＃３から
＃４に切り換えたところ、図８に折れ線Ａで示すように
再度溶銑温度に偏差が生じた。そこで本発明に従い、旋
回シュートの旋回方向を反時計回り（図９では左回り）
に切り換え、ベルホッパ上の西北部における原料の層厚
比率ＬＯ／ＬＣを下げたところ、折れ線Ｂで示すように
東西の出銑口＃１、＃４間の溶銑温度偏差を有効に解消
させることができた。

【００２２】

【発明の効果】かくして本発明によれば、従来のベル式
装入装置に大きな設備変更を施すことなくシンプルな設
備で確実に高炉円周方向の炉内ガス流偏差を解消でき、
従って出銑口間の溶銑の温度変動を小さく抑えることが
でき、ひいては溶銑温度および溶銑中Si濃度を従来より
も下げることができ、下工程での製錬コストを大幅に削
減できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】分配板の機能を示す説明図である。

【図２】本発明の実施に好適なベル式高炉の炉頂部を示
す模式図である。

【図３】ベル式高炉炉頂模型を示す側面図である。

【図４】ベル式高炉炉頂模型による模擬実験の説明図で
ある。

【図５】ベル式高炉炉頂模型の配置を示す平面図であ
る。

【図６】模擬実験結果の一例を示すグラフである。

【図７】模擬実験結果の一例を示すグラフである。

【図８】従来法と本発明とを比較した操業因子（溶銑温
度（ａ）、出銑Si（溶銑中Si濃度）（ｂ）、減風回数
（ｃ））のトレンドである。

【図９】本発明を実施したベル式高炉の概略平面図であ
る。

【符号の説明】

１ ベルトコンベア ２ 旋回シュート吊ロッド ３ ヘッドシュート ４ 固定ホッパ ５ 固定ホッパゲート ６ 固定シュート ７ 旋回シュート ８ ベルホッパ ９ 分配板 10 サージホッパ 11 サンプリングボックス 12 原料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡壁 史朗 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 武田 幹治 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベル式高炉の炉頂に配設された複数の固
   定ホッパから旋回シュートを介してベルホッパ上に原料
   を供給するベル式高炉の操業方法において、円周方向の
   溶銑品質偏差に応じて、各固定ホッパに投入する原料の
   重量比を変更することを特徴とするベル式高炉の操業方
   法。
2. 【請求項２】 さらに、旋回シュートの旋回方向を変更
   することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 円周方向の溶銑品質偏差を、円周方向に
   配設された出銑口間の溶銑温度偏差とし、各固定ホッパ
   に投入する原料の重量比を変更するにあたり、溶銑温度
   の低い出銑口の反対側にある固定ホッパに投入する鉱石
   を減量しコークスを増量することを特徴とする請求項１
   または２に記載の方法。