JPS60224708A - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉への原料装入方法に関し、さらに詳しくは
、炉頂ホッパ２個、垂直シュート、旋回シュートおよび
旋回シュート駆動装置からなるベルレス装入装置を有す
る高炉において、炉周方向装入物分布を均一化するため
の原料装入方法に関する。

最近の高炉操業技術の進歩は炉内半径方向の装入物分布
制御技術の向上に負うところが大きい。

さらに一層の操業安定化と省エネルギを図るには、半径
方向ばかりでなく、現在適切な方法が確立されていない
炉周方向での装入物分布制御法を確立し、炉周方向の熱
流比分布を制御できるようにする必要がある。

炉周方向の熱流比分布が適正であるかどうかは、 （１）高炉の高さ方向の同一レベルで炉周方向に複数個
設置された同種のセンサ、例えばサウンジング装置やス
テーブ温度計などの指示値の炉周方向偏差、 （２）炉周方向に複数個配置された出銑口間での溶銑お
よび溶滓の組成と温度の偏差、 などの指標を用いて判定している。

これらの炉周方向偏差が許容範囲を越えると操業は不安
定になり、さらに極端な状態では炉床冷え込みの原因と
なる。そのため炉周方向の熱流比に偏差があるとき炉熱
レベルの低い側の炉周方向でも溶銑温度や（Ｓｉ）を常
に所定信置−Ｌに保てるように高炉全体としてのコーク
ス比を余分に高めて操業するのが一般的であり、省エネ
ルギ指向を損なう。

炉周方向偏差の増大はタップ毎の溶銑の組成変動および
温度変動の増大をもたらし、後続の溶銑予備処理や製鋼
工程でのコスト上昇要因となる。

そのほか、高炉の設備にも悪影響をおよぼす。例えば、
特定炉周方向での炉壁れんが損傷およびステーブや羽目
の破損、炉壁材着物の生成および脱落の原因となる。従
って、高炉の寿命延長のためにも、炉周方向偏差を回避
しなければならない。

高炉では、鉱石とコークスの固相と還元ガスの気相が自
流接触しつつ、伝熱と化学反応が起り、その進行状況に
応じた温度分布が形成される。この３次元的炉内温度分
布が軸対称であるのが好ましい、しかし実際には種々の
原因により軸対称性がくずれる。その原因のうち、重要
なものは次の２つである。

（ａ）原料装入時における炉周方向装入物分布の不均一
性 （ｂ）炉内での装入物降下速度の炉周方向不均一性 この２つの要因が総合されて熱波比の炉周方向偏差とな
り、温度分布の非対称性を生む、その結果が上記のよう
な炉周方向偏差として検知されるのである。

本発明は上記原因（ａ）を防止し、その効果によりＬ記
原因（ｂ）への好結果を意図するもので、ベルレス装入
装置を有する高炉を対象としている。

第１図に示すベルレス装入装置をイーする高炉において
、２個の炉頂ホッパのそれぞれに装入する原料種類を鉱
石とコークスとを変更すると、装入前後の装入面レベル
の差としてまる鉱石とコークスの層厚２゜、魁から計算
される層厚比ム／ムは第４図に示すようにト記炉頂ホッ
パ装入物の変更に伴って逆転する。すなわち炉周方向に
かなり大きな層厚分布偏差が生じており、原料装入量が
炉周方向で不均一になっていることが推察される。

まずその原因について述べる。

第１図に示すように原料は、炉頂ホッパｌａ。

ｌｂから流量調節弁２ａ、２ｂによって原料排出速度を
ほぼ一定に制御されつつ排出され、垂直シュート３を経
て、旋回シュート４によって、炉内に装入される。その
際、装入物の落下流５の中心が旋回シュートの旋回軸６
と旋回シュート内面との交点７に合致することが望まし
い。しかし実隙の装置では、垂直シュート３の口径断面
寸法はその高炉で予想される最大出銑量に相当する原料
排出量の場合にも流量調節弁や垂直シュート内で原料が
閉塞することなく円滑に流れるように、余裕をみて設計
されているので、垂直シュート３の【」径断面を全て原
料が満たして流れることはなく、第１図に見られる如く
左側の炉頂ホッパ１ａから原料が排出されるときには、
落下流５は垂直シュート３の右側の壁に沿って偏流し、
落ド流５が旋回シュート４に乗る点７ａは旋回シュート
４の旋回軸６からずれている。

原料装入は、装入スケジュールに従って、２個の炉頂ホ
ッパから交互に１パツチずつ原料を排出して行う。

ｌパッチの原料排出中に旋回シュート４は数回以上旋回
し原料を炉周方向に分配するが、その内の任意の１旋回
についてみると１点７ａを旋回シュート４に固定した座
標軸からみた場合、旋回シュート４の旋回につれ、点７
ａの位置は点７を中心として変化し、旋回シュートの１
旋回で元のイ装置にもどる。第１図において旋回シュー
ト４が炉頂ホッパｌａの方向に正中したとき、すなわち
第１図に示すＬの位置にあるとき、点７ａから旋回シュ
ート出口までの距８１１　ｄ　ｌは旋回シュートの１旋
回中における最大値となり、旋回シュートが逆方向の位
置すなわち第１図に示すＲのイぐ置にあるときはこの距
離ｄ２は最短の値となる。旋回シュートの方向がＬの位
置にあるときを００として時計回りの方向すなわち旋回
シュート４の正旋回方向に旋回シュート４の位置として
回転角ξをとると、点７ａから旋回シュート出口までの
距離ｄは回転角ξに対して第２図に示す余弦曲線となる
。第１図、第２図において上記距離ｄがｄ、からｄ２へ
と減少していく局面では旋回シュート４を流ドする原料
を落ド流５が追いかけるかのようになり、その時間帯で
は点７ａにおける旋回シュート４上の原料容積が平均値
より大きくなって、見かけの装入速度が大きくなるのに
対し、距離ｄがｄ２からｄｌへと逆に増す時間帯では、
落下流が旋回シュートの上端の方へと後退することにな
り、見かけの装入速度は平均装入速度以下となる。原料
が装入面に落下するときの炉周方向位置を高炉の中心角
ζで表わすこととする。ただし炉周方向中心角ζは旋回
シュートの回転角ξと全く同じにとる。

例えば、ξ＝９００のとき、点７ａで原料容積が最大と
なり、ζ＝１８０’で原料が装入面に達するとすれば、
このとき層厚が最大となる。一方この場合ξ＝２７０°
、ζ＝３６０°で層厚は最小となる。このような現象は
炉頂ホッパｌａから原料を排出した場合に生ずる。今、
炉頂ホッパ１ａに鉱石が装入されていたとすれば、次の
バッチのコークスは炉頂ホッパ１ｂから排出され、偏流
の方向およびこと層厚との関係は鉱石の場合と中心角で
ほぼ１８００ずれて現れることになる。

第３図はこの状況を図示したもので、横軸に高炉中心角
ζをとり、縦軸には、鉱石およびコークスの１パンチ分
が炉周方向に均一に装入されたと想定した場合の鉱石お
よびコークスのそれぞれの平均層厚ム、恥を用いて１局
所的な層厚２゜、　Ｑｃをそれぞれ無次元化して示しで
ある。以下に、ｙｏＺム／あるいはＱｃ　／　Ｉｃを無
次元装入量Ｖと呼ぶことにする。第３図から鉱石の多い
炉周方向は逆にコークスが少なく、一方、鉱石の少ない
炉周方向ではコークスが多い、第３図の例では（Ｑｏ／
９．ｅ）／（Ｌ／ｒ、）は平均値に対し、±１３％の範
囲で変化している。

これをコークス比に換算すると平均コークス比４６０　
ｋ　ｇ／ＴＨＭの全量コークス操業として、その変動は
±６０ｋｇ／ＴＨＭに相当し、重大な問題である。

に記のような炉周方向の（ｉｏ／ｉｃ）　／　（Ｌ／し
）の分布変化を解消するために、ｎを整数として２ｎ八
ツチ毎に鉱石とコークスの炉頂ホッパを変更するいわゆ
るバンカ振替を行って、２ｎチヤージを平均すれば、全
体として均一化されたようにする方法がよく用いられる
。この場合その効果を上げるにはｎを小さくする必要が
ある。しかしバンカ振替の機会を増加させると、その間
、装入の待ち時間を必要とするので、ストックラインの
変更による半径方向装入物分布の不安定化といった別の
問題が生じ、得策ではない。

本発明者は以トの事実に立って、ベルレス装入装置を有
する高炉において、炉周方向の装入物層の層厚分布を均
一に制御するための原料装入方法を検討し、本発明を完
成するに至った。

本発明は上記の従来法の欠点を避け、なおかつ、１パツ
チ毎に層厚の円周方向分布を均一化するために炉内への
、瞬間的な装入量の経時変化を制御することに特徴をも
つ原料装入方法を提供するものである。すなわち炉頂バ
ンカーの原料流量調節弁（以下、流調弁と略称する）の
弁開度が可変のベルレス装入装置において、高炉炉内円
層方向での装入物分布を制御する場合に、流調弁開度θ
（度）が基準とする平均開度０本　（度）を中心として
、その」１下に旋回シュートの一旋回毎に繰返す周期関
数となるように流調弁の開度を変更しつつ、原料装入を
行うことにより炉内円周方向に均等に原料を装入するこ
とを特徴とする高炉への原料装入方法である。

」−述のように旋回シュート４が定速旋回するときの無
次元装入量分布は中心角ζに対して１を中心とした正弦
曲線で近似できる。この変化する分布を相殺して均一化
するには、装入量が最大となる角度関係にある原料が流
調弁を通過するときに流調弁の開度を最小にし、逆に装
入量が最小となる角度関係にある原料が流調弁を通過す
るときに弁開度が最大となるように、弁開度を連続的な
周期関数によって変化させればよい。

その結果、垂直シュート内での偏流と旋回シュートの不
変速度旋回によって生じる装入量の時間的変化が流調弁
での実質装入量の時間的変化によって相殺され、炉周方
向装入分布を均一化することができる。

これを式に表すと ０＝Ｂ　ｓ　ｉ　ｎ　（（πＮω本／３０）×（τ−Δ
τ））＋０＊ ・・・・・・（１） ここに。

θ：任意時刻で（秒）における流調弁開度（瞬間値）（
度） θ零：平均装入量を与える流調弁開度（度）Ｂ：　（θ
−θ本）の振幅（度） Ｎ０本：旋回シュートの旋回速度（ｒｐｍ）Δτ：位相
ずれ（秒） τ：時刻（秒） である。ただし、旋回シュートの旋回速度Ｎ０本は一定
とする。

に記（１）式において、問題となるのは１−記（１）式
の振幅Ｂと位相ずれΔでの決定方法であり、まず振幅Ｂ
について述べる。

流調弁開度θをＬ記（１）式のように時間的に変化させ
る目的は炉頂ホッパからの原料排出速度Ｑ　（ｍ’／　
ｓ　ｅ　ｃ）を制御することにあるので、原料排出速度
Ｑと流調弁開度θとの関係をめておくことが必要である
。第５図は通常の原料排出速度Ｑが鉱石、コークスとも
に０．２ｍ’／ｓｅｃである小型高炉における流調弁の
流量特性を示す、第５図より原料排出速度Ｑと流調弁開
度θとの関係は（２）式のような２次式で近似できる。

Ｑ＝ａθ２　・・・・・・（２） ここに、ａは定数で、鉱石とコークスに対してそれぞれ
１．５３Ｘ　１０−４　、１．１８Ｘ　ｌ　Ｏ”４が得
られる。

ここで平均原料排出速度を９本とすると、上記（２）式
は下記（３）式となる。

龜＝ｂ０２　・・・・・・　（３） ここに、寥＝Ｑ／Ｑ本、ｂ＝ａ／Ｑ本である。

前記（１）式の振幅Ｂを決めるについては、位相ずれΔ
τは考慮する必要がないので、（１）式％式％） とおいた後これを（３）式に代入し、次の（４）式の関
係を用いると（５）式が得られる。

ｂ　（０本）２＝１　・・・・・・（４）＞＝ＣＢ１０
本）２５ｉｎ２　ｙ ＋　（２Ｈ２Ｏ本）ｓｉｎｙ＋１ ・・・・・・（５） １−記（５）式の第１項は第２項、第３項に比べて小さ
いので無視できる。故に、 龜中（２Ｂ／θ本）ｓｉｎｙ＋１ ・・・・・・（６） −・実弟３図において、不変速度旋回による無次元装入
量分布■は正弦曲線で無理なく近似でき、その最大値Ｖ
ｍａｘと最小値７層ｉｎとを用いて（７）式で表わすこ
とができる。

Ｖ　−（（Ｖｍａｘ　−Ｖａｉｎ　）／　２　）Ｘｓｉ
ｎＹ＋１　・・・・・・　（７）従って、無次元装入量
分布Ｖの炉周方向分布を（１）式で相殺するための条件
の１つは、（８）式となる。

龜Ｖ−１・・・・・・（８） 前記（６）（７）式を（８）式に代入し、（５）式から
（６）式を得たと同様に、微少な２次項を無視すると（
９）式が得られる。

Ｂ　＝　（（Ｖ＋ｓａｘ　−Ｖａｉｎ　）　／　４１　
”０本・・・・・・（９） この（９）式のＢの値を標準的な値という意味でＢｓｔ
とする。

原料排出速度Ｑと流調弁開度Ｏとの関係は第５図に見ら
れるように、前記（２）式からずれている部分が多く、
かつ、本発明では原料排出速度Ｑの範囲として ０．８Ｑ本＜Ｑ＜１．２Ｑ本 をとれば充分であるので、原料排出速度Ｑと流調弁開度
θとの関係として第６図のような１次式を用いる方が精
度もよい、前記（３）式に相当する式として下記（１ｏ
）式を用いて、上記と同じようにＢｓｔをめると（１１
）式となる。

象＝αＯ−β　・旧・・（１０） Ｂ　ｓ　ｔ　＝　（Ｖｍａｘ　−Ｖａｉｎ　）　／　２
　ａ＝　（（Ｖｍａｚ　−Ｖ＋ｍｉｎ　）　／２（１＋
β））　・０本 ・・・・・・（１１） 一方、位相差Δτは、装入面トで無次元装入量分布がＶ
＋ｉａｚあるいはＶ■１ｎとなる原料が流調弁を通ると
き０が最小あるいは最小になるように決めればよく、こ
れらの振幅Ｂと位相差Δτとを操作することにより、炉
周方向装入量分布の均一化を達成することができる。

しかし、実際には、不変速度旋回による無次元装入量分
布■は完全な正弦曲線ではなく歪んでいる。これは、第
１図において、点７ａがら旋回シュート４出口までの距
１１１１ｄの増減により旋回シュート４上で原料が受け
る加速の程度が異なる結果、旋回シュート４出口での原
料の速度が変化するためである。これに対応するには振
１！ＩＱＢの選択をＢｓｔを中心とした範囲で行うこと
により、実用的な意味での無次元装入量分布の炉周方向
均一化が得られる。

次に実施例として第３図の鉱石の場合を例にとり、流調
弁弁開度の制御により、シュートの不変速度旋回で生じ
る炉周方向装入量分布を第６図に示すＱと０との関係に
基づいて相殺した例を第７図、第８図により説明する。

平均原料排出速度９本＝　０．２ｍ”／　ｓ　ｅ　ｃＷ
均流調弁開度θ本−３６，３゜ 無次元最大装入量■腸ａｘ＝１．０７ 無次元最小装入量ｖ＋ｉｎ　＝　０．９３旋回速度Ｎω
本＝８ｒｐｍ （ｉｏ）式の定数 α＝０．０５２（１／度） β＝０．８７７（−） よりＢｓｔ＝２．７１（度）よなる。

Ｂ　＝　Ｂ　ｓｔとして、　（πＮω本Δτ／３０）を
Ｏから２π（＝０）まで変化させてゆくと、第７図に示
すように、はぼ３π／２、すなわちΔで＝　４５／Ｎω
本 で無次元装入１ｖは最も均一となる。このとき、 Ｖｍａｘ　−Ｖａｉｎ　＝　０．０４ となり不変速度旋回で流調弁弁開度を一定にした場合の
約邪に低減する。

ざらにΔτ＝４５／Ｎω本としてＢを ＢｓｔｆＯ，４Ｂｓｔ の範囲で変更すると、無次元装入量■の変化は第８図の
ようになり、さらに、 ０．８Ｂｓｔ≦Ｂ≦Ｂｓｔ において Ｖｍａｘ　−Ｖａｉｎ　＝　０．０３ という最も均一な炉周方向装入量分布を得ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

ｐＪＳ１図はペルレス装入装置と原料の流れを示す高炉
の部分断面図、第２図は原料が旋回シュート４に乗る点
からシュート出口までの距離の変化を示すグラフ、第３
図は無次元装入量の炉周方向分布を示すグラフ、第４図
はバンカー振替により高炉内の層厚比が逆転する状況を
示すグラフ、１１５図は流量調節弁の全弁開度範囲での
弁開度と原料排出速度との関係を示すグラフ、第６図は
樟準的な原料排出速度付近での流量調節弁開度と原料排
出速度との関係を示すグラフ、第７図は流量調節弁開度
制御時における弁開度の位相ずれと無次元装入量の炉周
方向分布との関係を示すグラフ、第８図は流量調節弁開
度制御時における弁開度振幅と無次元装入量の炉周方向
分布との関係を示すグラフである。 ｌａ、ｌｂ・・・炉頂ホッパ ２ａ　、２ｂ・・・流量調節弁 ３・・・垂直シュート ４・・・旋回シュート ５・・・原料の落下流 ６・・・旋回シュートの回転軸 ７・・・旋回シュートの回転軸と旋回シュートの底面と
の交点 ７ａ・・・原料落ド流の中心線と旋回シュートの底面と
の交点 ８ａ　、８ｂ・・・サウンジング装置 出願人　川崎製鉄株式会社 代　理　人　弁理士　小　杉　佳　男 Ｊｆ理士　齋藤和則 第２図 第３図 イ（劃 第４図 月１Ｂ−Ｊ− １Ｖ１２３４５６７８９１０１１１２ 第５図 友量訓節ｌ腺ｅ（友） 第６図 うｔｔｘＩｉＩｓ弁開Ｐｌｅ（ＩＩ） 第７図 ’ｆ（塵） 第８図 ＜　Ｃ度）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｌ　旋回シュートを用いるベルレス高炉にＷ、料を装入
   するに際し、流量調節弁の開度θ（度）を、旋回シュー
   トの旋回に伴なう流量調節弁の開度θ（度）と基準開度
   ０本　（度）との差の振幅Ｂ（＝θ−θ本）（度）と、
   位相ずれΔτ（秒）とをもち、旋回シュートの旋回と同
   一周期で変化するの周期関数によって変化させると共に
   、前記周期関数の振幅Ｂ（度）と位相ずれにΔτ（秒）
   とを操作することにより、炉内円周方向の原料装入分布
   を均一にすることを特徴とする高炉への原料装入方法。