JP2001049312A

JP2001049312A - ベルレス高炉における原料装入方法

Info

Publication number: JP2001049312A
Application number: JP21865199A
Authority: JP
Inventors: Yasuhei Nouchi; 泰平野内; Takeshi Sato; 健佐藤; Shiro Watakabe; 史郎渡壁; Kanji Takeda; 幹治武田; Hideyuki Kamano; 秀行鎌野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2001-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ベルレス高炉における原料装入方
法に関し、特に炉内の安定したガス流分布を形成し、安
定操業を達成することのできる原料装入方法に関する。【解決手段】ベルレス高炉における旋回シュートの傾
動角の変更方向を原料装入の途中で逆にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベルレス高炉にお
ける原料装入方法に関し、特に炉内の安定したガス流分
布を形成し、安定操業を達成することのできる原料装入
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉では、原料である鉱石およびコーク
スが炉の上方から交互に装入されて炉内に層状に充填さ
れる。そして、炉の下方から吹き込まれる送風が層状に
充填されたコークスを燃焼して発生する高温還元性ガス
が、炉内に充填された原料の間隙を上昇しながら、原料
の昇温や、鉱石の還元をおこなうことで、銑鉄を製造し
ている。

【０００３】炉内に充填された原料は、コークスの燃焼
や鉱石の還元、溶融によって消費されていくため、炉頂
の装入物表面は下方へ徐々に降下していく。その分、炉
頂から新たに鉱石とコークスを交互に装入することで、
炉内の原料を常時ほぼ一定の高さに維持し、連続的に銑
鉄を生産する。このような鉱石あるいはコークスの装入
をチャージと呼ぶ。各チャージにおいて装入する鉱石、
コークスの量は、それぞれ所定の量となるように制御す
るが、鉱石とコークスの量比を変更することで鉱石を還
元溶融するのに費やすコークス量を変更することがで
き、銑鉄生産量に対する消費熱量を可変とすることがで
きる。

【０００４】高炉の生産性を上げるためには、上述のよ
うに炉内の上昇ガス流量を適切な状態に維持し、炉内の
原料の消費を炉内の半径方向および円周方向で適切な状
態に保ち、原料の降下を連続的にすることが必要であ
る。高炉は軸対称形状であるので、一般的に炉内の上昇
ガス流量分布も軸対称となる。半径方向で見て、炉中心
部で上昇ガス流量を多くし、炉壁側へ行くほどガス流を
少なくするような炉内ガス流量分布を形成することで、
安定な原料の降下が実現される。

【０００５】ここで、ベルレス高炉では、図１に示すよ
うに旋回シュート３を介して鉱石、コークス等の原料５
を高炉１の炉内へ装入する。旋回シュート３には、炉頂
バンカ４から原料５が供給され、旋回シュート３が旋回
しながら傾動して１チャージ分の原料装入が行われる。
ここで、２は高炉１の炉壁である。旋回シュートは、図
２において示すように高炉の中心軸に対してθで示す傾
動角を逐次変化させながら旋回し、原料を炉頂堆積面上
へ装入していく。

【０００６】傾動角は、例えば表１に示すように離散的
な数値をノッチNo. として対応させ、各ノッチNo. にお
いて何回旋回させるかをあらかじめ決めておくことで、
毎回同じ傾動パターンでの原料装入を可能とすることが
できる。

【０００７】

【表１】

【０００８】このようなベルレス装入装置の利点は、１
チャージの原料を何旋回で装入するかを制御すること
で、１旋回での原料の装入量をほぼ一定に制御できる点
にある。そして、前記の一連のノッチNo. のノッチ順を
傾動角パターンとして設定し、各ノッチNo. での旋回数
を調整することで、炉半径方向での原料の堆積量を調整
することができ、高炉の炉半径方向のガス流分布をきめ
細かく調整することが可能である。

【０００９】つまり、図２に示すように高炉半径方向の
任意の場所での鉱石層5aとコークス層5bの各層厚Ｌ_O、
Ｌ_Cから決まる層厚比Ｌ_O／Ｌ_Cを自由に調整すること
ができるのである。一般に、鉱石の粒径はコークスの粒
径に比べると比較的小さい。そのため、この層厚比が大
きいほど鉱石層が厚く、全体として粒径の小さい領域の
割合が大きくなるため、ガス流が抑制されることにな
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、高炉内の装
入物分布に基づくガス流の分布制御を行う場合であって
も、炉壁部におけるガス流の制御は、他の領域における
ガス流の制御とは異なった目的を有している。高炉の、
炉壁部を除く他の領域においては、鉱石原料の間接還元
率や通気性といった観点から制御がなされるのに対し、
炉壁部近傍のガス流は、炉壁に付着している付着物の厚
みの制御にとって非常に重要となる。

【００１１】特開平9-53106 号公報に示されているよう
に、炉壁付着物の厚さを適正に維持するためには、高炉
の燃料比、生産量、原料品質といった様々な操業変動に
よらず炉壁温度を一定に保つようにすることが必要であ
り、他の領域とは独立に炉壁ガス流を制御する必要があ
る。炉壁付着物の厚さを適正に維持し、炉壁付着物の過
度な成長を防止するためには、炉壁近傍での層厚比Ｌ_O
／Ｌ_Cを小さくしておき、比較的強いガス流を維持する
ことが一般的に行われている。

【００１２】軸対称の高炉においては、この炉壁部近傍
の層厚比を円周方向においてできるだけ均一にする必要
がある。炉壁部近傍の層厚比に円周方向で継続的に偏差
が発生すると、層厚比の小さい方位では過度なガス速度
上昇が起きることになる。そして、それに伴い、間接還
元率が低下し、燃料比の増大をもたらす。一方、層厚比
の大きい方位では、ガス流が弱いため炉壁付着物の過度
な成長が生じる。そして、その成長した付着物が脱落し
て炉床へ落下すると、直接還元等の急激な吸熱反応が生
じるため、炉床熱が急減し、それに伴う出銑滓不良を引
き起こすことになる。

【００１３】従来、ベルレス高炉において、上記のよう
な炉壁部近傍での円周方向の層厚比偏差を防止する方法
として、特公昭62-42962号公報に開示されているよう
に、旋回シュートの切り出し開始方位、旋回方向、使用
炉頂バンカ等の組み合わせを順次変化させる方法が行わ
れてきた。旋回シュートを炉壁側から炉中心側に傾動さ
せて原料を装入する順傾動方式では、炉壁側へ装入され
る原料は装入初期に炉頂バンカから排出される原料であ
り、その排出タイミングは炉頂バンカの下部ゲートを開
けた時点を基に正確に把握できる。

【００１４】したがって、装入開始時の旋回シュートの
切り出し開始方位は所定の方向に合わせることができ、
前記した傾動角パターンの制御によって、炉壁部の原料
の層厚は精度よく制御することができる。しかし、旋回
シュートを炉中心側から炉壁側へ傾動させる逆傾動方式
では、一回の装入の末期に原料が炉壁部へ装入される。
このとき、原料の装入速度は下部ゲートの開口面積や原
料の粒径分布、水分などで微妙に変化するため、10旋回
を超える装入における原料の切り出し完了（以下荷切れ
ともいう）が１旋回程度変動することは避けられない。
その結果、逆傾動方式の場合には、同じ傾動角パターン
を使用していても、炉壁部の鉱石層厚は炉円周方向で微
妙に変化してしまう。このため、装入末期では装入され
る原料の流量が不安定となり、前記特公昭62-42962号公
報の技術では炉壁部近傍での円周方向の層厚比偏差の防
止はできなかった。

【００１５】原料の装入末期に至っても原料の流量を一
定に保つ手段としては、特開昭50-100767 号公報に示さ
れるように、炉頂バンカ排出口に設置されている流量調
整ゲート（ＦＣＧ）の開度を学習制御によって制御する
ことが提案されている。しかしながら、原料の性状（粒
径、湿度、処理鉱比など）はチャージごとに変化してい
る。また、原料の装入末期では、炉頂バンカ内の原料が
少量となるため原料の装入速度が０に近づいていく特性
があり、装入の初期から末期まで一定の装入速度で保持
することは不可能であった。このため、装入末期ではど
うしても層厚が小さくなってしまう。

【００１６】原料装入方法を実験的に順傾動から逆傾動
に変更した場合のチャージ毎の炉壁部近傍での層厚比を
図５のグラフに示す。図５において、サウンジングとは
高炉内の炉頂堆積物表面のレベルを、重錘を下げて測定
する装置であり、原料装入の前後で重錘を下げて測定し
たレベルの差を計算することで、その装入した原料のサ
ウンジング測定位置での層厚を得ることができる。ここ
では炉内の東西方向でそれぞれ炉壁から500mm 内側の位
置で原料装入毎の層厚を測定し、各チャージでの鉱石層
厚とコークス層厚の比をＬ_O／Ｌ_Cとして表した。

【００１７】順傾動では、原料の荷切れが炉壁部での層
厚比に影響しないため、安定した推移を示している。そ
れに対し、逆傾動では荷切れがダイレクトに炉壁部での
層厚比に影響するため、層厚比が非常に不安定となって
いる。このため、逆傾動方式の原料の装入では、炉壁部
近傍のガス流が円周方向で変動し、不均一性が大きくな
って、操業の安定性、燃料比、溶銑品質等のすべてにわ
たって問題となり、逆傾動方式の装入を継続的に実機に
導入することは困難であった。

【００１８】また、図８（ａ）に模式的に示すように、
炉頂バンカ４に高炉原料が装入されると、バンカ下部の
排出口近傍には小粒径の粒塊6cが溜まり、壁面部に大粒
径の粒塊6aが転がって堆積する。また、両者の中間には
中粒径の粒塊6bが溜まることとなり、炉頂バンカの中心
から壁面方向に向けて、小径から大径へと粒塊分布が形
成されることになる。そして、炉頂バンカに装入された
高炉原料は、排出口直上にある原料が先に排出され、順
次排出口から遠い部分の原料が排出されるという挙動を
示す。そのため、炉頂バンカからは、まず小粒径の粒塊
が排出され、次に中粒径、そして大粒径の粒塊が排出さ
れ、最後に炉頂バンカの壁近傍に溜まった細かい粉状の
原料が排出される。排出される高炉原料の粒径分布を図
８（ｂ）に示す。図示のように、まず、平均粒径より小
さい粒径の粒塊が排出され、排出される粒塊の粒径が徐
々に大きくなっていき、最後に細かい粉状の原料が一気
に排出される。

【００１９】このため、旋回シュートを用いた順傾動の
装入では、傾動の最後となる炉中心部へ粉状の原料を装
入することになり、炉中心部でのガス流を阻害し、好適
な炉内ガス流分布を得ることができなくなるという問題
もある。本発明は、上記のような問題を解決し、好適な
炉内ガス分布を可能としたベルレス高炉における原料装
入方法を提供し、高炉の安定操業を実現することを目的
とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記に示すよ
うなベルレス高炉における原料装入方法を提供すること
で、上記課題を解決した。 (1) 旋回シュートの傾動角の変更方向を原料装入の途中
で逆にする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) 旋回シュートを旋回させ、所定量の原料を所定の旋
回数で装入するに際し、各旋回での傾動角を炉中心軸に
対して小さい値から順次大きくしていく逆傾動装入にお
いて、最終の１〜４旋回をその直前の傾動角よりも小さ
くすることを特徴とするベルレス高炉における原料装入
方法。 (3) 旋回シュートを旋回させ、所定量の原料を所定の旋
回数で装入するに際し、各旋回での傾動角を炉中心軸に
対して大きい値から順次小さくしていく順傾動装入にお
いて、最終の１〜４旋回をその直前の傾動角よりも大き
くすることを特徴とするベルレス高炉における原料装入
方法。 (4) 前記旋回シュートの先端に補助シュートを付設し、
該補助シュートで旋回シュートから投下した原料の落下
方向を下方に矯正するようにした上記(1) 〜(3)に記載
のベルレス高炉における原料装入方法。

【００２１】

【発明の実施の形態】図３に、逆傾動装入における装入
シュート３の旋回毎の高炉原料５の堆積形状を模式的に
示す。図３は、原料が鉱石の場合を示しており、その層
厚はＬ_Oである。また、原料がコークスの場合も同様の
装入が行われ、その場合は層厚をＬ_Cで示す。

【００２２】まず、図１に示す高炉の要部断面に基づい
て、旋回シュート３を逆傾動とした場合の本発明の適用
について説明する。操業上重要となる炉壁部での層厚比
の決定方法について説明すると、原料が炉壁部に流れ込
み、炉壁部における層厚比の決定に影響を与えるのは、
旋回シュートの最終の１旋回だけでなく、一般的に、そ
の前の数旋回についても影響を与える。この流れ込み量
は、旋回シュートの各旋回での原料落下位置と炉壁まで
の距離によって決定される。つまり、炉壁部での層厚比
を最適にするには、旋回シュートでの原料装入が完了す
る最後の数旋回での装入量と落下位置を同時に安定させ
ることが必要である。

【００２３】つまり、原料落下位置の円周方向での均一
性が保たれていたとしても、原料の堆積量、すなわち、
装入量が変動していては円周方向での層厚比の均一性を
十分に保つことはできない。例えば、従来技術として説
明したＦＣＧの開度の学習流量制御では、装入末期を除
いて、この学習制御による原料装入の速度制御を十分な
精度で行うことができる。しかし、原料装入末期での制
御には、非常に大きな困難が伴う。そのため、その装入
末期を除いた期間の旋回で炉壁部の層厚を制御すること
が実現できれば炉壁部の層厚比を格段に安定させること
が可能となる。

【００２４】具体的な装入手段としては、旋回シュート
を炉中心側から炉壁側に向けて傾動させて装入を行う逆
傾動装入において、原料装入速度が不安定となる装入末
期の前段階で炉壁部近傍までの原料装入を行い、その後
傾動方向を炉中心側に変更して原料の落下位置を炉壁か
ら離すようにすることが有効である。旋回シュートでの
原料装入が完了する最後の数旋回とは、最後の１旋回だ
けとしてもよいが、最終の１〜４旋回とすることで装入
を更に安定させることができ好適である。

【００２５】本発明は、旋回シュートの傾動角の傾動方
向を原料装入の途中で逆にすることを特徴とするもので
あり、特に、逆傾動装入において、最終の１〜４旋回を
その直前の傾動角よりも小さくするようにして装入を行
うことを特徴とする。ここで、原料落下位置は基本的に
は旋回シュートの傾動角度によって決定されるが、原料
装入の末期となり原料装入速度が変化してくると、シュ
ート先端部での初速度が変化し、原料の落下位置が変化
する。原料の落下流は、旋回シュート上でコリオリ力に
よる蛇行した流れを形成しており、このコリオリ力が原
料の装入速度とともに変動するため、シュート先端部か
らの原料の投射角も変化してしまい落下位置が変わるこ
とになる。

【００２６】しかし、特開平9-235604号公報に既に開示
しているように、図９に例を示す旋回シュート３先端部
に原料落下角度を垂直に補正する反撥板13と横方向の運
動を防止するサイドプレート12により構成される構造
物、すなわち、補助シュート10を設置することで、原料
落下位置の変動を大幅に抑制することができる。これ
は、原料流が補助シュート10に衝突することで原料流の
落下方位が補助シュート10の方向にほぼ固定されるため
である。なお、11は連結ピンである。

【００２７】以上のことから、本発明のベルレス高炉に
おける原料装入方法においては、旋回シュートの先端部
に補助シュートを設け、旋回シュートから投下した原料
の落下方向を下方に矯正することにより、炉壁部での原
料装入量と原料落下位置の円周方向均一性を大幅に改善
できる。なお、上述した装入の末期に傾動方向を逆転さ
せることを、旋回シュートを炉壁側から炉中心側に向か
って傾動させる順傾動装入に適用し、炉中心部の層厚比
やテラス長さを安定させることも可能である。

【００２８】ここで、テラス長さとは、図４に示すＴ_L
を指し、積層された原料５が炉壁２の壁面から水平に平
坦となっている部分をテラスと呼び、その平坦部の炉壁
からの長さをいう。テラス長さは、炉体の大きさに応じ
て最適値があり、そのばらつきが小さいほど安定した操
業が可能となる。また、順傾動装入において、原料装入
の末期に傾動方向を逆にするようにしたことで、装入の
末期に一気に装入される粉状の原料が炉中心部に堆積す
ることがなく、ガス流分布の更なる安定を実現すること
ができる。

【００２９】

【実施例】実施例として内容積5153ｍ³の高炉におい
て、本発明の原料装入方法を適用した。以下に、本発明
の適用による改善効果を説明する。まず、逆傾動装入に
おいて、旋回シュートの傾動パターンを変更し、炉壁部
近傍の層厚比を一定に維持したまま最終の２旋回をその
直前の傾動角よりも小さくして装入を行うようにした。
これを本発明例１として、以下説明する。

【００３０】図６は、旋回シュートの先端部に補助シュ
ートを設置して逆傾動装入を行った場合の層厚比Ｌ_O／
Ｌ_Cのばらつきを示している。20チャージ目までは、単
に逆傾動で原料装入を行った場合を示している。21チャ
ージ目から本発明例１を適用したが、本発明の適用によ
って層厚比のばらつきが大幅に縮小することが確認でき
た。

【００３１】また、図６と、既に説明した図５の逆傾動
の場合とを比較すると、補助シュートを適用することに
よって旋回シュートからの原料落下位置の変動を縮小す
ることができ、層厚比のばらつきも大きく減少している
ことが確認できる。ここで、本発明例１を更に適用する
ことで層厚比のばらつきをもう一段縮小させることがで
きるのである。

【００３２】すなわち、旋回シュートの逆傾動装入に本
発明例１を適用することが効果的であること、更に、本
発明例１を適用した場合に、旋回シュートの先端部に補
助シュートを設置することが更に好適であることを確認
することができた。次に、順傾動装入において旋回シュ
ートの傾動パターンを変更し、最終の２旋回をその直前
の傾動角よりも大きくして装入を行うようにした。これ
を本発明例２として、以下説明する。

【００３３】図７に、順傾動装入の場合のテラス長さ測
定結果を示す。テラス長さの測定は、マイクロ波式プロ
フィールメータを用いて行った。図７において、従来の
順傾動装入の場合は、テラスの炉中心側の位置の近傍で
装入が完了することになる。そのため、テラス長がばら
つく原因となっていた。しかし、本発明例２の適用によ
って、原料の荷切れ時の装入がテラスの炉中心側の位置
より炉壁側に行われるようになり、荷切れ変動のテラス
長への影響が消滅し、その変動を抑制できることが確認
できた。

【００３４】

【発明の効果】本発明によって、逆傾動装入時に問題と
なっていた炉壁部近傍でのガス流、すなわち、炉壁流の
円周方向偏差を防止することができた。また、炉壁流を
適正、かつ、円周方向に均一に維持することができるよ
うになり、炉壁への付着物の過度な成長や局所的なガス
利用率の低下を防止することができた。この結果、操業
の安定と燃料比の低減を実現することができた。

【００３５】更に、順傾働装入においても、テラス長さ
のばらつきを安定させることができるようになり、炉中
心部への原料の流れ込み量が安定するようになった。こ
のことからも、操業の安定を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】高炉の要部断面図である。

【図２】旋回シュートでの高炉への原料装入を説明する
要部断面図である。

【図３】逆傾動装入における原料の積層状態を示す高炉
の要部断面図である。

【図４】順傾動装入における原料の積層状態とテラス長
さ（Ｔ_L）を説明する高炉の要部断面図である。

【図５】順傾動装入と逆傾動装入の炉壁部における層厚
比のばらつきを比較するグラフである。

【図６】逆傾動装入において、本発明例１を適用した効
果を示すグラフである。

【図７】順傾動装入において、本発明例２を適用した効
果を示すグラフである。

【図８】炉頂バンカ内の原料の分布を模式的に示す断面
図（ａ）と、原料を装入する際の粒径分布を示すグラフ
（ｂ）である。

【図９】旋回シュート先端に取り付ける補助シュートの
概略図である。

【符号の説明】

１高炉２炉壁３旋回シュート４炉頂バンカ５高炉原料 5a コークス 5b 鉄鉱石 6a 大粒径の原料粒塊 6b 中粒径の原料粒塊 6c 小粒径の原料粒塊 10 補助シュート 11 連結ピン 12 サイドプレート 13 反撥板 θ 旋回シュート角度Ｌ_O 鉄鉱石層厚Ｌ_C コークス層厚Ｌ_O／Ｌ_C 層厚比Ｔ_L テラス長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡壁史郎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 (72)発明者鎌野秀行千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内Ｆターム(参考） 4K012 BA08 BC09 4K015 GB04 GB05 GB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】旋回シュートの傾動角の変更方向を原料
装入の途中で逆にすることを特徴とするベルレス高炉に
おける原料装入方法。
【請求項２】旋回シュートを旋回させ、所定量の原料
を所定の旋回数で装入するに際し、各旋回での傾動角を
炉中心軸に対して小さい値から順次大きくしていく逆傾
動装入において、最終の１〜４旋回をその直前の傾動角
よりも小さくすることを特徴とするベルレス高炉におけ
る原料装入方法。
【請求項３】旋回シュートを旋回させ、所定量の原料
を所定の旋回数で装入するに際し、各旋回での傾動角を
炉中心軸に対して大きい値から順次小さくしていく順傾
動装入において、最終の１〜４旋回をその直前の傾動角
よりも大きくすることを特徴とするベルレス高炉におけ
る原料装入方法。
【請求項４】前記旋回シュートの先端に補助シュート
を付設し、該補助シュートで旋回シュートから投下する
原料の落下方向を下方に矯正するようにした請求項１〜
３に記載のベルレス高炉における原料装入方法。