JP2005154867A - 竪型炉への原料装入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】上部と下部に二連のホッパを備えた原料装入装置を用いて竪型炉に炉頂から原料を装入する原料装入方法であって、既存の設備を利用して低コストで、炉内に装入される原料の粒度分布の発生を抑制して、長期的に安定して炉内に原料を装入することが可能な、竪型炉への原料装入方法を提供すること。
【解決手段】複数のポートにより連結された上部ホッパと下部ホッパとを用いて、前記上部ホッパ内の原料を前記ポートの開閉により該ポートを経由して前記下部ホッパ内に移送し、該下部ホッパ内の原料を竪型炉に装入する原料装入方法であって、上部ホッパ内の原料を下部ホッパ内に移送する際に、前記複数のポートを時間差を設けて順次開放することを特徴とする竪型炉への原料装入方法を用いる。竪型炉に装入される原料の粒度をモニターして、複数のポートの開放順序と開放の時間差とをフィードバック制御することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉等の竪型炉への原料装入方法に関する。

高炉等の竪型炉に炉頂から原料を装入するための、上部と下部に二連のホッパを備えた原料装入装置が知られている。上部のホッパから下部のホッパにポート等を経由して材料を供給することで、下部ホッパの材料切れを防止して、竪型炉への材料の安定供給を可能にしている。また、ホッパの中心が炉心上にあることで、炉内の径方向での装入原料の偏心が防止される（例えば、特許文献１参照。）。

上部のホッパは材料の安定供給のためには容量が大きいことが望ましく、原料の受け入れ量を増やすために、通常上部のホッパでは旋回シュートを用いてホッパの側壁側へ材料を供給している。上部のホッパ内に供給された材料は、細粒は転がりにくく、粗粒は転がりやすいため、図３に示すような粒度分布を生じる。図３は上部のホッパ１から下部のホッパ２へと材料を供給するためのポート３が４つある場合の原料装入装置４の断面図であり、ポート３は上部のホッパ１底部に円周方向に等間隔に配置されている。上部のホッパ１内に粗粒５、中粒６、細粒７で示されるような粒度分布が生じると、材料がポート３を経由して下部のホッパ２に落下する際、同様に粗粒ほど転がりやすいため、さらに偏析が助長される（図３の下部ホッパ２内の粗粒５、中粒６、細粒７の分布を参照）。下部ポート２内の材料が下部に粗粒が多く、上部に細粒が多い状態でシュート等を用いて、例えば竪型炉の炉壁側から中心側へと材料を装入すると、炉壁側には粗粒が、中心部には細粒が装入されて、炉内の原料の粒度分布の炉内位置による不均一が発生し、炉内のガス流分布を原料装入量だけで制御することが困難となる。

また、上部と下部に二連のホッパを備えた原料装入装置を用いると、炉高が高くなる傾向となり、原料のホッパへの投入を既存の設備を用いて行う等の理由で原料装入装置の高さを制限すると、上部ホッパおよび下部ホッパの径を大きくしてホッパの容量を確保する必要が生じる。しかしホッパの径が大きくなると、原料が転がる距離も長くなり、ホッパ内の原料の粒度分布の発生がより顕著になるという問題もある。

上記のような原料装入装置を用いた場合の原料装入における装入原料分布のアンバランスを解消するために、上部ホッパに原料を装入する段階でホッパ内での原料の量的分布および粒度分布を制御し、さらにこの制御された原料を下部ホッパ内に装入して排出する際に原料流れをマスフロー化する原料装入方法が知られている。具体的には回転シュートを有する上部ホッパーに傾動自在の分布制御板を配置し、下部ホッパーはホッパの壁面の傾斜を急傾斜とすることにより原料流れをマスフロー化する原料装入装置を用いるものである（例えば、特許文献２参照。）。
特開昭５８−５８２１１号公報 特開昭６１−２０２０８０号公報

しかし、特許文献２の方法および装置を用いる場合は、下部のホッパーの壁面の傾斜を急傾斜とする必要があり、装置が高さ方向に大型化して、従来設備が利用できなくなる場合があり、原料の原料装入装置への装入も困難であり、コスト高となるという欠点がある。

また、上部のホッパに原料を装入する際に分布制御板等を用いて原料の流れを変えることで、上部ホッパ内の偏析を緩和する効果はあるが、分布制御板の磨耗により粒度分布を長期にわたって安定的に制御することが困難であり、設備コストの上昇を招く。

さらに、上部のホッパーから下部のホッパーに原料を装入する際に、細粒は転がりにくく、粗粒は転がりやすいために、現実的な壁面の傾斜を有する下部ホッパを用いる場合には、下部のホッパ内に、やはりある程度の粒度分布が生じてしまい、結局炉に装入する際に粒度分布が発生するという問題がある。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、上部と下部に二連のホッパを備えた原料装入装置を用いて竪型炉に炉頂から原料を装入する原料装入方法であって、既存の設備を利用して低コストで、炉内に装入される原料の粒度分布の発生を抑制して、長期的に安定して炉内に原料を装入することが可能な、竪型炉への原料装入方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）複数のポートにより連結された上部ホッパと下部ホッパとを用いて、前記上部ホッパ内の原料を前記ポートの開閉により該ポートを経由して前記下部ホッパ内に移送し、該下部ホッパ内の原料を竪型炉に装入する原料装入方法であって、上部ホッパ内の原料を下部ホッパ内に移送する際に、前記複数のポートを時間差を設けて順次開放することを特徴とする竪型炉への原料装入方法。
（２）竪型炉に装入される原料の粒度をモニターして、複数のポートの開放順序と開放の時間差とをフィードバック制御することを特徴とする（１）に記載の竪型炉への原料装入方法。

本発明によれば、上部と下部に二連のホッパを備えた既存の原料装入装置をそのまま利用して、炉内に装入される原料の粒度分布の発生を抑制できる。このため炉内のガス流れの制御が容易となり、より効率的に炉の操業が行える。

本発明で用いる竪型炉への原料装入装置は、少なくとも上部ホッパと下部ホッパとの２つのホッパが複数のポートにより連結されて、上部ホッパ内の原料をポートの開放によりポートを通じて下部ホッパに移送し、下部ホッパより原料を竪型炉の炉頂から炉内に装入するものである。本発明を高炉に適用する場合には、上記のような装置で、垂直２段式ベルレス装入装置と呼ばれる既設設備を用いることが好適である。

図１はこのような装置の一実施形態であり上部ホッパ１の底面部と、下部ホッパ２の頂部が４つのポート３により連結されている場合である。上部ホッパ１の上部には旋回シュート８が設置され、装入ベルトコンベア９等を用いて上部ホッパ１の頂部の投入口１０より装入された原料を上部ホッパ１の側壁方向に角度を付けて投入する。ポート３はシール弁等の機構により開閉可能なゲート部を有する。下部ホッパ２は原料を内部に移送後にホッパ内部の圧力を炉内の圧力と同程度まで上昇させた後、下部の排出口１１を開いて旋回および回転する分配シュート１２等を用いて高炉１３内への装入位置を制御しながら原料を装入する。

図１の装置を用いる場合の本発明の一実施形態を説明する。装入ベルトコンベア９を用いて上部ホッパ１の頂部の投入口１０より装入された原料は旋回シュート８により上部ホッパ１の側壁方向に角度を付けて投入される。装入された原料はホッパ内で堆積する際に斜面を生じて転がりが発生し、転がりやすい粗粒５が上部ホッパ１の下部に多く分布した状態となり、偏析が発生する（図１の上部ホッパ１内に模式的に示した、粗粒５、中粒６、細粒７の分布状態を参照）。ポート３を開くと、上部ホッパ１内の原料が下部ホッパ２に落下して移送される。この際に４つあるポート３を順次開放する。すなわち、４つのポートを全て同時に開放するのではなく、少なくとも１つのポートは他のポートが閉じている時に開放状態とする。図１には、紙面に向かって右側のポートの一つを先に開放状態として、引き続いて左側のポートの一つを開放状態とした場合の、下部ホッパ２内の装入原料の粒度分布が模式的に示されている。上部ホッパ１の底部の粗粒の多い原料部分がすべて下部ホッパ２の底部に装入されることがなくなり、一つのポート３から粗粒部分に引き続いて細粒部分が下部ホッパ２に装入され、次に異なるポート３を開くことで細粒部分の上に粗粒部分が装入され引き続いて細粒部分が装入される。さらに右側の未開放のポート３を開放状態とし、引き続いて左側の未開放ポート３を開放状態として、上部ホッパ１内の原料を全て下部ホッパ２に移送する。このようにポート３の開放タイミングを非同調とすることで、上部ホッパ１内の偏析状態が下部ホッパ内で助長されることを防止して、下部ホッパ２内の粒度分布を非常に小さくすることができる。４つのポート３は、一つづつ時間差を設けて開放状態とすることもできるが、２つづつを一組として同時開放として、各組の間で時間差を設けて開放状態とすることもできる。２つづつを一組とする場合には、対角線位置にあるポートを一組とすることが好ましい。ポートを時間差を設けて開放状態とする際には、１つのポートからの原料の落下が完全に終わらないうちに次のポートを開放状態とすることもできる。ポートの開放タイミング（ポートを開放する際の時間差）により粒度分布が変化する。各ポートを開放する際の時間差が小さければ原料の装入時間がトータルで短くなるので、必要な粒度分布と操業時間との兼ね合いで、ポートの開放順序や開放タイミングを適宜設定することができる。したがって、上部ホッパに装入される原料の偏析の度合いに応じて、ポートの開放順序や開放間隔を変更することが望ましい。

上部ホッパ１内の原料を下部ホッパ２内に移送後に、ポートを閉じて、下部ホッパ２内部の圧力を高炉内の圧力と同程度まで上昇させた後、下部の排出口１１を開いて分配シュート１２により高炉１３内へ原料を装入する。高炉１３へ原料を装入する際には、分配シュート１２の垂直方向に対する角度（傾動角）を調整して旋回させることで、装入する原料の質量を調整しながら炉壁側にも炉中心部にも装入可能である。通常は、まず炉壁側に原料を装入し、分配シュート１２を旋回しながら傾動角を段階的に変更し、後半には炉の中心部に装入する。このため、本発明方法を用いない従来技術の装入方法では、最初に粗粒が排出され、段階的に粒径の小さいものが排出される傾向であり、高炉内では、炉壁側が粗粒、中心に細粒の原料が装入される。本発明を用いることで、高炉等の竪型炉へ装入している間の排出原料の粒度変化が緩やかになり、炉壁側での極端な粗粒の偏析が防止でき、竪型炉内のガス流分布の制御性が向上する。

特に、原料装入装置に投入する原料が、粒度の異なる複数種類の原料を用いる場合、粗粒の原料、細粒の原料の順番で原料を原料装入装置に投入すると、粗粒と細粒の偏析がより著しくなる傾向となる。原料を原料装入装置に投入する順番は、設備的に容易に変更できない場合があるため、このような場合に本発明を用いると特に効果的である。粒度の異なる複数種類の原料を用いる場合とは、例えば高炉に焼結鉱、塊鉄鉱石、小中塊コークス等を装入する場合である。

さらに、竪型炉に装入される原料の粒度をモニターして、複数のポートの開放順序と開放の時間差（各ポートの開放間隔）とをフィードバック制御することが望ましい。原料装入装置の下部の排出口付近に粒度測定装置を設置して竪型炉に装入される原料の粒度をモニターし、ポートを同時開放か、順次開放かを選択したり、順次開放の場合は、例えば４つのポートのうち２つづつを同時開放する等、原料の粒度分布に応じて適宜選択して炉内に装入される粒度分布を最適化することが可能である。粒度測定は、例えばマイクロ波減衰法等を用いることができる。

図１に示すものと同様の設備を用いて高炉に原料装入を行った。高炉への鉱石およびコークスの装入パターン（旋回シュートの旋回数とシュート角の変化量）は同一として、４つのポートを同時に開放した場合（原料の装入時間約１０秒：比較例）と、４つのポートを任意の順番で１０秒の間隔で順次開放した場合（原料の装入時間合計約４０秒：本発明例）について、高炉内の半径方向の各位置におけるガス流分布を測定した。ガス流分布は、炉内の各半径位置でのＣＯとＣＯ₂量を測定して、ＣＯ₂／（ＣＯ＋ＣＯ₂）％で示した。測定結果を図２に示す。また、それぞれの装入方法を用いた場合について、還元材比とガス利用率（高炉発生ガスＣＯ₂／（高炉発生ガスＣＯ＋高炉発生ガスＣＯ₂））を求めた。本発明例と比較例の還元材比とガス利用率を表１に示す。

比較例では粗粒が炉壁付近に局所的に装入されることにより、炉壁流が発達し、還元に寄与しないガスを大量に放散し、高炉の反応効率を悪化させた。原料の装入条件を変更することなくこの問題を解決するためには、例えば炉壁側に鉱石が多くなるように装入することが考えられるが、原料の降下不順や、溶融鉄の滴下不順による羽口破損等の高炉の下部での不安定化を助長するので、根本的な解決方法ではない。

一方、本発明方法を用いれば、比較例と同一の装入パターンで鉱石とコークスを装入しても、炉壁側の粗粒の割合が減少するので、炉壁流は緩和され、その分反応効率（ガス利用率）が向上し、還元材比が低減可能となった。

本発明で用いる原料装入装置の一実施形態を示す概略図。 高炉内の各半径位置でのＣＯ₂／（ＣＯ＋ＣＯ₂）のグラフ。 従来の原料装入装置の粒度分布を示す概略図。

符号の説明

１ 上部ホッパ
２ 下部ホッパ
３ ポート
４ 原料装入装置
５ 粗粒
６ 中粒
７ 細粒
８ 旋回シュート
９ 装入ベルトコンベア
１０ 投入口
１１ 排出口
１２ 分配シュート
１３ 高炉

Claims (2)

1. 複数のポートにより連結された上部ホッパと下部ホッパとを用いて、前記上部ホッパ内の原料を前記ポートの開閉により該ポートを経由して前記下部ホッパ内に移送し、該下部ホッパ内の原料を竪型炉に装入する原料装入方法であって、上部ホッパ内の原料を下部ホッパ内に移送する際に、前記複数のポートを時間差を設けて順次開放することを特徴とする竪型炉への原料装入方法。
2. 竪型炉に装入される原料の粒度をモニターして、複数のポートの開放順序と開放の時間差とをフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の竪型炉への原料装入方法。

Images