JP2002302706A

JP2002302706A - 高炉原料の炉内装入方法

Info

Publication number: JP2002302706A
Application number: JP2001107056A
Authority: JP
Inventors: Iwao Okochi; 巌大河内; Akio Shimomura; 昭夫下村
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-04-05
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】ベル−ムーバブルアーマー式高炉における原
料の炉内装入方法に関し、特に炉半径方向の装入物分布
及び円周方向バランスを適切にする。【解決手段】巻き下ホッパー槽３から切り出された所
定原料の所定量についてトラッキングをし、このトラッ
キングをされた所定原料を大ベルホッパー１０の最下部
に装入すると共に、アーマープレートの位置を調節して
当該最下部に装入された所定原料を、炉半径方向の目標
領域に円周方向のバランスをとりつつ落下装入する。所
定原料を、目標の粒度分布の原料とする。炉半径方向の
目標領域を、炉壁近傍領域とし、しかも上記所定原料を
コークスとし、その所定原料の所定量を構成するもの
を、コークスの特定粒度部分とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ベル−ムーバブ
ルアーマー式高炉における原料の炉内装入方法に関し、
特に炉半径方向の装入物分布及び円周方向バランスを適
切にするための原料装入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ベル−ムーバブルアーマー式高
炉への原料の装入は、炉頂に設けられた例えば、最上段
の旋回ベルホッパーとその下２〜３段のベルホッパーと
からなる炉頂装入装置に貯留された装入原料を、生産量
に応じて高炉炉内に落下装入することにより行なう。高
炉内に装入された原料は、炉内において固体・気体・液
体の向流する高温移動層を形成することになるので、こ
の反応形態を安定して望ましい状態に維持し、安定した
高炉操業を行なうためには、原料の装入段階で装入物の
分布を適切に制御することが重要である。ベル−ムーバ
ブルアーマー式高炉においては、焼結鉱、塊鉱石、コー
クス等の装入原燃料（以下、原料という）を、最下段の
ベル（大ベル）ホッパーから交互に切り出すと共に、炉
口周壁部の円周方向に多数設けられたムーバブルアーマ
ーのストロークを調整し、アーマープレートに衝突・反
射させるすることにより、炉内の下層原料装入物表面上
に落下、堆積させる。

【０００３】大ベルホッパーから切り出された装入原料
は、炉壁側から炉中心部の方向に向かって滑るように流
れ込み、原料装入物の表面形状はろ中心部に向かって傾
斜した鉱石層とコークス層とが交互に形成される。こう
して形成される装入原料の炉内における堆積分布の制御
においては、鉱石層の厚さ（Ｌ_O）とコークス層の厚さ
（Ｌ_C）との比（Ｌ_O／Ｌ_C）、並びに、鉱石及びコーク
スの粒度についての、炉内半径方向と炉円周方向に対す
る分布の制御が、炉内の通気・通液性の支配要因として
極めて重要である。更に、最近の高炉への微粉炭吹込み
操業においては、微粉炭吹込み量が増加するにつれて炉
内におけるＬ_O／Ｌ_Cが大きくなるので通気・通液性が悪
くなる傾向があり、炉内における装入原料の分布制御
は、ますますその重要性が増している。

【０００４】このように、高炉操業における炉内の装入
物分布としては、炉内の半径方向及び円周方向、並びに
装入物層厚方向の、各原料の性状と分布を適切に調節す
ることにより、高炉操業成績の向上や高炉の炉体寿命の
延長を図ることができる。

【０００５】上述した背景において、ベル−ムーバブル
アーマー式高炉においては、地上に設置された複数の巻
き下ホッパー槽内に貯留された原料を、装入ベルトコン
ベアで炉頂まで巻き上げる。原料はコークスと鉱石とに
分けられ、各々が複数種からなり、巻き下ホッパー槽
は、例えば鉱石なら１５〜２５槽程度設けられ、複数ロ
ットのコークス及び多数銘柄の鉱石が貯留されている。
そして、コークスは１バッチを性状が異なる複数種のコ
ークスを配合することもあり、一方、鉱石は１バッチを
複数銘柄の鉱石を切り出して配合する。原料の装入モー
ドは、例えば、コークスが２バッチ、次いで鉱石が３バ
ッチ切り出され、順次装入コンベアベルトで巻上げら
れ、装入原料の１チャージが構成される（以下、このよ
うな装入モードを、「１Ｃ、２Ｃ、１Ｏ、２Ｏ、３Ｏ」
と表記する）。炉頂に巻上げられた原料を、旋回ホッパ
ー等の混合装置で、バッチ毎に又は複数バッチにまたが
って均一に混合し、下段のベルホッパーに装入し、次い
で炉内へ落下装入する。炉内への装入に際しては、ムー
バブルアーマーの後退限から前進限までのストローク設
定により、あるいは前進限から後退限までのストローク
設定により、大ベルからの落下原料をムーバブルアーマ
ーの衝突板（アーマープレート）で衝突・反射させて装
入する。従って、例えば、コークスの装入バッチ「２
Ｃ」の炉内半径方向の原料装入位置は、アーマープレー
トの後退限（炉壁側への限界位置）時における炉壁近傍
部分から、アーマープレートの前進限時における炉半径
方向中間部までに制約される。そして、「２Ｃ」の炉内
分布は図５に模式的に例示するように、炉壁１から炉中
心２側に若干離れた位置にコークスのピークが形成さ
れ、以後炉中心側に傾斜したコークス層の表面形状とな
る。次に、鉱石の装入バッチ「１Ｏ」が同様に装入され
ると、下層（ここでは「２Ｃ」）のコークス層は、「１
Ｏ」の装入により領域Ａの表層部が削りとられて傾斜面
に沿って炉中心側に移動する。特に、炉壁近傍の下層の
コークス層（図５中、斜線部領域Ｂ）の厚さが、円周方
向で局部的に薄くなると、ガス流が不安定になり易くな
る。従って、斜線部領域Ｂの厚さを一定厚さ以上に確保
することが重要である。このように、炉壁近傍の中間部
のコークス層厚さが薄くなった後に所定の厚さを維持す
るために、「２Ｃ」の装入時に、炉壁近傍（図５中、斜
線部領域Ｂ）のコークス歩留を高めておけばよいが、従
来の装入方法では困難である。

【０００６】このように、従来のベル−ムーバブルアー
マー方式による原料装入の仕方では、１つのバッチ内
の単一ロット若しくは銘柄、又は複数ロット若しくは銘
柄の原料のみを、炉の径方向の特定領域、例えば炉壁近
傍に分布させるような制御はできない。また、そのよう
な制御をしようとする場合、炉内の円周方向のバランス
を制御することは困難であり、例えば、当該単一又は複
数ロット若しくは銘柄のものの一部が、円周方向の特定
領域に偏在するといったことを無くすことができない。
また、装入原料の粒径分布についての炉半径方向に対
する制御も困難である。従って、高炉での高微粉炭吹込
み比操業や高出銑比操業等、炉内の通気・通液性の向上
を必要とする操業が制約される。

【０００７】このような問題に対して、下記技術が提案
されている。

【０００８】特開平５−１７９３２１号公報には、アー
マープレートよりも炉内側の前面近傍に鉛直のすだれ状
のスクリーンを設け、高炉の大ベルから落下してくるコ
ークスをこのスクリーンで受けることにより、スクリー
ンを通過しない粗粒のコークスを炉の内側に落下させ
る、コークス粒度分布の偏析強化方法が記載されている
（「先行技術１」という）。

【０００９】特開平５−３３９６０９号公報には、高炉
内へ装入物を装入する際に、落下する装入物にガスを吹
き付けて装入物の落下軌跡を制御する方法が開示されて
いる（「先行技術２」という）。

【００１０】特開平７−１４６０８０号公報には、炉頂
に設けられた上段装入ホッパー内部に原料の粒度偏析を
制御するための制御板あるいは回転分配器等を設けて、
炉中心部対応位置の炭材粒径が大きい分布を形成させ、
更に下段装入ホッパーの円周部下部に３本以上の鉛直装
入管を設け、このような装入装置により炭材の粒度偏析
分布装入を行なう方法を開示している「先行技術３」と
いう）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述した先行技術１〜
３によれば、いずれも各々の所期目的は達成される。し
かしながら、設備のメンテナンスにコストがかかったり
（先行技術１、先行技術３）、あるいはエンジニアリン
グに困難性があったりする（先行技術２）。

【００１２】この発明の課題は、従来の既設ベル−ムー
バブルアーマー装入装置を大きく改造することなく、
（イ）バッチ内の特定のロット又は特定の銘柄の原料の
みを、径方向の特定の領域に分布させると共に、（ロ）
装入原料の粒径分布についての炉半径方向に対する制御
をすることができ、かつ、（ハ）その装入原料の炉内円
周方向バランスをとることができるような、高炉への原
料装入方法を創案することにある。こうしてこの発明の
目的は、炉内の通気・通液性を向上させて、特に、微粉
炭の高吹込み比操業においても、高炉の生産性の向上と
安定操業を確保することができる高炉用原料の炉内装入
方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記課題
を解決するために鋭意試験研究を行なった。

【００１４】内容積４３００ｍ³級のベル式大型高炉を
用い、下記操作により、所定の装入原料部分を、目標と
する炉半径方向位置に落下させ、且つ当該原料の円周方
向バランスを制御することができることに着眼した。即
ち、高炉の炉頂装入設備最下段の大ベルホッパーの最下
部に装入された原料は、その後に大ベルホッパーに装入
された原料よりも常に先に当該大ベルホッパーから排出
されるという原理に着眼すると共に、巻き下ホッパー槽
内の原料を、装入ベルトコンベアで炉頂装入装置まで巻
き上げるときに、所定の原料バッチの内、当該装入ベル
トコンベアの先頭領域に切り出される所定の原料部分に
ついて、装入ベルトコンベア上から大ベルホッパーへ装
入されるに至るまでの間をトラッキングすることによ
り、これを大ベルホッパー内の最下部に装入することが
できることに着眼した。この原料装入操作の方法におい
て、上記所定の原料部分として、例えば、所定の１バッ
チ分のコークスの内、目標粒度を有するコークス部分を
対象とする。更に、ムーバブルアーマーの操作におい
て、アーマープレートの炉半径方向位置を適切に調節す
ることにより、上記目標粒度のコークスの炉内落下位置
を制御することができる。

【００１５】この発明は、上記知見に基づきなされたも
のであり、その要旨は次の通りである。請求項１記載の
発明に係る高炉原料の炉内装入方法は、高炉の原料装入
において、高炉の巻き下ホッパー槽から切り出された所
定原料の所定量についてトラッキングをし、そのトラッ
キングをされた当該所定原料を大ベルホッパーの最下部
に装入し、アーマープレートの位置を調節して当該最下
部に装入された当該所定原料を、炉半径方向の目標領域
に炉円周方向バランスをとりつつ落下装入することにあ
る。

【００１６】請求項２記載の発明に係る高炉原料の炉内
装入方法は、請求項１記載の発明において、上記所定原
料が、目標の粒度分布を有する原料であることに特徴を
有するものである。

【００１７】請求項３記載の発明に係る高炉原料の炉内
装入方法は、請求項１又は２記載の発明において、上記
炉半径方向の目標領域が、炉壁近傍領域であり、しかも
上記所定原料はコークスであって、上記所定原料の所定
量を構成するものは、特定粒度のコークスであることに
特徴を有するものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を、内
容積４３００ｍ³級のベル式大型高炉を用いた場合の例
で説明する。

【００１９】図１に、地上の巻き下ホッパー槽から高炉
炉頂の原料装入装置に原料を装入する工程を説明する模
式図を示す。巻き下ホッパー槽３は、コークス用として
３槽、鉱石その他用として２０槽が設けられており、コ
ークスは異なるロットの石炭が、また鉱石は異なる銘柄
の鉱石が、各槽に貯留されている。コークスは、すべて
同一ロットでもよいが、この場合はロットにより粒度分
布等性状が異なっており、それぞれ別の巻き下ホッパー
槽に入っている。高炉への原料の装入モードは、ここで
は「１Ｃ、２Ｃ、１Ｏ、２Ｏ、３Ｏ」（Ｃ：コークスバ
ッチ、Ｏ：鉱石バッチ）で１チャージを構成する。コー
クスあるいは鉱石の１バッチは、それぞれ複数のロット
あるいは複数の銘柄が、巻下ホッパーの各槽３から所定
量ずつ、装入ベルトコンベア４上に切り出される。図１
においては、装入ベルトコンベア４上に、コークス５の
１バッチ分が上流側先頭から順に、ロットＡ、ロット
Ｂ、次いでロットＣがそれぞれ所定量ずつ切り出され、
炉頂装入装置６に向けて巻き上げられつつある状態が示
されている。同図において炉頂装入装置６は、ベル方式
であり、最上段から順に、旋回ベルホッパー７、小ベル
ホッパー８、中ベルホッパー９及び大ベルホッパー１０
からなっており、装入ベルトコンベア４で巻き上げられ
たコークス５は、先ず旋回ベルホッパー７に装入され
る。大ベルホッパー１０で仕切られたその下方の高炉炉
頂圧力は２．５ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力で高炉操業が行
なわれるので、コークスを各上方ベルホッパーからその
直下のベルホッパーへ排出するときには、均排圧をして
順次下方のベルホッパーに排出し、最後に大ベルホッパ
ー１０に排出する。

【００２０】こうして上記先頭のコークスロットＡを大
ベルホッパー１０の最下部にくるように、しかも大ベル
ホッパー１０の円周方向に対して均等量が貯留されるよ
うにする。このようにロットＡのコークスを大ベルホッ
パー１０内に貯留するために、装入ベルトコンベア４上
のコークスロットＡについてトラッキングをする。即
ち、巻き下ホッパー槽３から切り出されるコークスロッ
トＡの排出量を把握し、装入ベルトコンベア４上の長さ
をトラッキングし、旋回ベルホッパー７への装入所要時
間（α秒とする）を求める。一方、旋回ベルホッパー７
の旋回ホッパー７ｂの回転周期（Ｔ秒／回転とする）
を、α／Ｔの値が整数となるように調節する。こうし
て、高炉の巻き下ホッパー槽３から切り出された所定の
原料であるコークスロットＡの所定量を、大ベルホッパ
ー１０の最下部に装入し、次いで大ベル１０ａを開口し
てコークスロットＡを排出、落下させる。その際、アー
マープレートの位置を調節して、コークスロットＡの全
量を、炉半径方向の目標領域に円周方向の量的バランス
をとりつつ落下装入する。

【００２１】上記コークスの高炉装入において、ロット
Ａのコークスとして、例えば、粒度分布が細粒のコーク
スを選定し、且つ装入時のアーマープレートの位置を後
退限（最も炉壁側）に設定して、大ベル１０ａから排出
されるコークスがアーマープレートに衝突しないように
して、そのコークスの落下位置を炉壁近傍にすることに
より、細粒コークスを、図５中の斜線部領域Ｂに示した
ような炉壁近傍部分に集中的に装入することができる。
同図中の斜線部領域Ａのように、炉壁近傍における炉中
心側から炉壁側に向かって傾斜しているコークスの装入
表面形状を呈する領域においては、当該領域に次の原
料、特に鉱石（コークスよりも嵩比重が大きいもの）が
落下装入されても、これによって下層のコークス表層部
が削りとられて、炉中心側に押し流されることは殆どな
い。従って、径方向炉壁部に細粒コークスを分布させる
ことができる。また、当該細粒コークスの円周方向の量
的バランスも良好となる。

【００２２】上記では、ロットＡのコークスを所定量、
径方向に関しては炉壁近傍に集中的に、且つ円周方向バ
ランスを良好な状態で装入する方法を説明したが、径方
向に関しては、アーマープレートの位置設定を調節する
ことにより、炉壁近傍に限定されず、その他の特定領域
にロットＡのコークスを集中的に装入することもでき
る。そのときも、円周方向の量的バランスを良好に維持
することができる。また、装入対象原料として、コーク
スに限定されることなく、特定銘柄の鉄鉱石について
も、上述したロットＡのコークスに準じて、その装入分
布を制御することができる。

【００２３】

【実施例】本発明に係る高炉用原料の炉内装入方法を、
実施例により更に説明する。

【００２４】内容積４３００ｍ³級のベル式大型高炉に
おいて次の試験を行なった。図１に例示した工程によ
り、巻き下ホッパー槽３に貯留された原料を、炉頂装入
装置６まで巻き上げて装入し、大ベルホッパー１０から
高炉に装入した。この試験では、細粒コークスを炉壁近
傍領域に分布するように制御する装入分布試験を行なっ
た。そこで、コークスロットを細粒分布のコークスロッ
トＡと、粗粒分布のコークスロットＢ及びＣとの２つに
大別した。表１に、コークスロットＡ、Ｂ及びＣのコー
クス粒度分布を例示する。

【００２５】

【表１】

【００２６】原料の装入モードを「１Ｃ、２Ｃ、１Ｏ、
２Ｏ、３Ｏ」の５バッチ１チャージにて行なった。コー
クスバッチ「１Ｃ」及び「２Ｃ」はいずれも１５ｔ、鉱
石バッチ「１Ｏ」及び「２Ｏ」はいずれも６０ｔ、「３
Ｏ」は３０ｔで構成した。コークスバッチ「１Ｃ」とし
て、図２に示すように、コークス巻き下ホッパー槽１１
から、ロットＡのコークス６ｔを先頭にし、続いてロッ
トＢ及びＣのコークスを合計２４ｔ切出して装入ベルト
コンベア４上に載せ、炉頂装入装置６まで一定速度で巻
き上げた。先頭のコークスロットＡをトラッキングし、
旋回ベルホッパー７への装入所要時間αは、装入ベルト
コンベア４の移動速度から２１秒であることを把握し、
旋回ホッパー７ｂの回転周期Ｔを７秒／回転として、α
／Ｔ＝３と整数になるように旋回ホッパー７ｂの回転速
度を調節した。

【００２７】ロットＢ及びＣのコークスはロットＡのコ
ークスに続けて旋回ホッパー７へ装入した。次いで、順
次大ベルホッパー１０まで降ろして貯留し、コークスバ
ッチ「１Ｃ」の内、ロットＡのコークス部分を大ベルホ
ッパー１０の最下部にくるように、また、円周方向につ
いてもロットＡのコークス量が均等になるようにした。
次いで大ベル１０ａを開口してロットＡのコークスを排
出、落下させた。その際、図３に示すように、アーマー
プレート１６の位置を後退限に設定して、落下装入され
るロットＡのコークス１３がアーマープレート１６に衝
突しないようにして、直接、炉壁１近傍の下層原料１７
の表面上へ落下装入されるように調整した。ロットＡの
コークス１３を大ベルホッパー１０から全量排出した時
点で、図４に示すように、アーマープレート１６を炉中
心２側へ移動させつつ、ロットＢ＋Ｃのコークスを引き
続き大ベル１０ａから排出し、このアーマープレート１
６に衝突させながら炉径方向中間部に落下装入した。

【００２８】コークスバッチ「２Ｃ」についても、コー
クスロットＡ並びにＢ及びＣのコークス巻き下ホッパー
槽１１からの切出しから、大ベルホッパー１０の最下部
への貯留、これに次ぐアーマープレート１６の位置設定
と大ベル１０ａの開口操作等、コークスバッチ「１Ｃ」
に対する操作に準じて行なった。

【００２９】次に、鉱石バッチ「１Ｏ」、「２Ｏ」及び
「３Ｏ」については、鉱石巻き下ホッパー槽１２からの
切出しから、大ベルホッパー１０への貯留、これに次ぐ
アーマープレート１６の位置設定と大ベル１０ａの開口
操作等までにおいて、特定銘柄鉱石の装入分布を制御す
るためのトラッキングの実施は行なわなかった。

【００３０】上記実炉試験における炉径方向についての
コークスの粒度分布を推定するために、実炉の１／１０
モデルの試験装置を用いて、炉径方向についてのコーク
スの粒度分布を測定した。その結果を表２に示す。な
お、比較試験として、原料の装入モード及び原料の種類
と量を上記実施例におけるものと同一にし、ロットＡの
コークスについてのトラッキングを行なわない、通常操
業における原料装入方法を実施した場合について、実施
例と同じ方法で炉径方向についてのコークスの粒度分布
を推定して、表２に併記した。

【００３１】

【表２】

【００３２】実施例によれば、炉壁部において、細粒コ
ークスが分布し、その粒径のバラツキも比較例に比べて
小さくなっている。

【００３３】実施例及び比較例の操業中に、シャフト上
部の炉壁における円周方向１０箇所における炉壁温度を
測定した。表３に、各々の位置における温度の経時変化
の平均温度と各位置における平均温度のバラツキを示
す。

【００３４】

【表３】

【００３５】実施例によれば、炉壁の円周方向の平均温
度間の差が小さく、また各位置における温度の変動も小
さくなり、改善されている。また、表４に、この試験に
関する主な操業成績を示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】実施例によれば、微粉炭の高吹込み比操業
において、炉内通気・通液性を改善すると共に、高生産
率操業が安定して行なわれた。

【００３８】このように、本発明の原料装入方法によれ
ば、炉の径方向の粒度分布を制御することができ、同時
に、炉円周方向の装入原料の分布バランスも改善され、
高炉の微粉炭高吹込み比操業が安定することがわかる。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、炉
半径方向の装入物分布の適切化と円周方向バランスとを
同時に行なうことができる。従って、炉径方向の装入物
の粒度分布の適正化、特に、炉壁近傍に細粒コークスを
分布させることも可能となり、微粉炭の高吹込み比操業
においても、安定した高炉操業を継続することが可能で
ある。このような高炉原料の炉内装入方法を提供するこ
とができ、工業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】巻き下ホッパー槽から高炉炉頂の原料装入装置
に原料を装入する工程を説明する模式図である。

【図２】実施例において、地上の巻き下ホッパー槽から
切り出した特定ロットのコークスを、装入ベルトコンベ
ア上でトラッキングする状態を説明する装置の縦断面図
である。

【図３】実施例における特定ロットのコークスを炉壁近
傍に装入する操作方法を説明する、装入関連装置の縦断
面図である。

【図４】実施例における特定ロットに続く別ロットのコ
ークスを径方向中間部に装入する操作方法を説明する、
装入関連装置の縦断面図である。

【図５】通常の装入方法による径方向の装入物分布の一
般的形状を示す図である。

【符号の説明】

１炉壁２炉中心３巻き下ホッパー槽４装入ベルトコンベア５コークス６炉頂装入装置７旋回ベルホッパー７ａ旋回ベル７ｂ旋回ホッパー８小ベルホッパー８ａ小ベル８ｂホッパー９中ベルホッパー９ａ中ベル８ｂホッパー１０大ベルホッパー１０ａ大ベル１０ｂホッパー１１コークス巻き下ホッパー槽１２鉱石巻き下ホッパー槽１３ロットＡコークス１４ロットＢコークス１５ロットＣコークス１６アーマープレート１７下層原料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K012 BA01 BA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高炉の巻き下ホッパー槽から切り出され
た所定原料の所定量についてトラッキングをし、このト
ラッキングをされた当該所定原料を大ベルホッパーの最
下部に装入すると共に、アーマープレートの位置を調節
して当該最下部に装入された当該所定原料を、炉半径方
向の目標領域に円周方向のバランスをとりつつ落下装入
することを特徴とする、高炉原料の炉内装入方法。
【請求項２】前記所定原料は、目標の粒度分布を有す
る原料であることを特徴とする、請求項１記載の高炉原
料の炉内装入方法。
【請求項３】前記炉半径方向の目標領域は、炉壁近傍
領域であり、しかも前記所定原料はコークスであって、
前記所定原料の所定量を構成するものは、コークスの特
定粒度部分であることを特徴とする、請求項１又は２記
載の高炉原料の炉内装入方法。