JP2008095206A - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 銘柄や安息角度の異なる特定銘柄原料を、高炉炉内の半径方向に濃度分布を持たせて装入し得る高炉への原料装入方法を提供する。
【解決手段】 高炉炉内にコークスと原料とを交互に層をなすように装入するに際し、先に装入したコークスの炉頂での炉径方向の堆積形状に対応させて高炉炉頂部に設置されたファネルフローとなる原料ホッパーから特定銘柄原料を高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記炉径方向の堆積形状に対応する原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置に装入して高炉へ装入する。
【選択図】なし

Description

本発明は、高炉への原料装入方法に関し、詳細には高炉の炉頂部に設置されているファネルフローとなる原料ホッパーを用いて、鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの原料の二種類以上を炉内に装入する場合において、それらの配合割合の特異な特定銘柄原料を特定時期に効率よく原料ホッパーから高炉内へ排出、装入する高炉への原料装入方法であって、先に高炉内に装入されているコークスの特性（半径方向形状、層厚、堆積角度等）に対応させて原料を装入する方法に関するものである。

高炉で使用される原料は、鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの外、石灰石などの副原料があり、これらを個々に、さらには粒度などによって更に細かく種別してそれぞれの原料ホッパーに装入、貯蔵される。このように種別されている原料を高炉へ装入する場合は、高炉の操業条件の安定化、生産される銑鉄の品質の安定化などのため、それぞれの原料を所要配合量ずつ原料ホッパーからベルトコンベア上に切り出し高炉の装入バッチ毎の量にして集合ホッパーに予め装入するとともに、コークスと集合ホッパーから切り出した原料とを交互に炉頂より高炉炉内に装入しつつ高炉操業が行われる。

ところで、高炉操業においては、高炉の操業条件の安定化等のため操業中においても細かな原料装入の調整、例えば焼結鉱やペレットなどの配合割合を変えた特定銘柄原料を特定時期に炉内に装入し、炉内ガスの流れを調整するなどといったことを行う必要があるが、このような場合、上記の高炉への原料装入方法では、鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの配合割合は原料ホッパーから切り出された時点で決められており、また集合ホッパーから切り出され、ベルトコンベア更にはベルレス式高炉のように炉頂部に設置されている原料投入用の固定ホッパーあるいはベル式高炉のようにベルバンカを介して炉内に装入する時点では鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの混合度合いが高まり、このため、炉内の所望位置に例えばペレットやブリケット等の配合割合が相対的に少ないなどの特定銘柄原料を装入するといったことを特定時期にタイミングよく行うことはできない。

そこで、本発明者等は、上記の問題点を改善するため調査研究を重ね、先に、炉頂部に設置されている原料投入用の固定ホッパー等の原料ホッパーを用い鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの原料の二種類以上を炉内に装入する場合において、それらの配合割合の特異な特定銘柄原料を特定時期に効率よく前記原料ホッパーから高炉内へ排出、装入する高炉への原料装入方法を開発し提供した（特許文献１参照）。

一方、高炉への原料装入による装入物（原料）としては、性状の大きく異なるペレットと焼結鉱が主として使用され、従来の高炉への装入物分布制御方式ではこれら原料の銘柄まで分布させ制御して高炉炉内へ装入することが難しいため、ベルト上や原料堆積ホッパ内で他鉱石と事前に均一に混合させそれを高炉炉内に装入することで制御している。

また、従来、高炉への原料装入による装入物分布制御は、主として通気性の悪い鉱石の層厚と通気性の良いコークスの層厚の比を炉径方向で分布制御するために行われ、この分布制御により高炉炉内のガス流れ分布を調整している。前記層厚の比を制御するための重要な条件に、鉱石の堆積角度があるが、ペレットと焼結鉱のように安息角度が大きく異なる原料（ペレットの安息角度：２７度、焼結鉱の安息角度：３６度）を使用する場合には、堆積角度が不安定になりやすいため、従来は上記同様に事前に均一混合することにより一定に制御しようとしてきた。
特願２０００−３７０１号公報

本発明は、上記の実状に基づいてなしたものであって、その目的は、銘柄や安息角度の異なる特定銘柄原料を、高炉炉内の半径方向に濃度分布を持たせて、あるいは堆積角度（層厚）を調整して装入し得る高炉への原料装入方法を提供するものである。

上記の目的を達成するため、本発明（請求項１）に係る高炉への原料装入方法は、高炉炉内にコークスと原料とを交互に層をなすように装入するに際し、先に装入したコークスの炉頂での炉径方向の堆積形状に対応させて高炉炉頂部に設置されたファネルフローとなる原料ホッパーから特定銘柄原料を高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記炉径方向の堆積形状に対応する原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置に装入して高炉へ装入するものである。

上記の目的を達成するため、本発明（請求項２）に係る高炉への原料装入方法は、高炉炉内にコークスと原料とを交互に層をなすように装入するに際し、先に装入したコークスの炉頂での堆積角度に対応させて高炉炉頂部に設置されたファネルフローとなる原料ホッパーから特定銘柄原料を高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記堆積角度に対応する原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置に装入して高炉へ装入するものである。

ところで、本発明者等は、先の特許文献１において、次の如き高炉への原料装入方法を提案している。すなわち、その提案の高炉への原料装入方法は、高炉の炉頂部に設置されファネルフローの排出特性を備える原料ホッパーを用いて鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの原料の二種類以上を高炉炉内に装入する場合において、予め前記原料ホッパーにおける原料積載高さ位置とファネルフローの特性とを把握し、その把握された原料積載高さ位置とファネルフローの特性との関係より、特定銘柄原料を特定時期に高炉へ装入すべく原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置に装入して前記原料ホッパーから高炉炉内へ排出、装入するものである。

上記ファネルフローでの原料排出は、ホッパー形状や粒子の物理性状（形状、比重等）により多少差があるが、ホッパー下部の排出口直上部が優先的に排出され、原料の上部表面に漏斗状（ファネル状）の穴が開き、穴周辺の原料上部表面が内部に崩壊しながら穴が拡大し、ホッパー内部壁に達した後、壁に沿って上部から下部に原料が排出される。図１は、その排出順を模式的に示すもので符号(1)〜(5)（なお、図中では○付き数字を使用）の順に排出される。なお、図において、１は原料ホッパー、２はホッパー傾斜壁、３はホッパー胴部、４は原料、５はホッパー内の原料表面位置を示す。また、αはホッパー壁の傾斜角度であって、（切出される原料の安息角／２＋４５度）より小さい角度に形成され、これによりファネルフローが得られる。

而して、原料ホッパー内の原料は、図１のように排出されるので、排出したい時期の原料ホッパー内の位置に特定銘柄原料が来るように原料を装入することで、鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの原料の二種類以上の配合割合の特異な特定銘柄原料を特定時期に効率よく原料ホッパーから高炉内へ排出、装入することができると考えた。

そこで、このことを実験により確認した。原料として平均粒径に殆ど差がない焼結鉱７５％、ペレット２５％の実験銘柄原料を用い、原料ホッパーとして、ホッパー壁傾斜角度α＝５０°を持つホッパーで実験を行った。

実験は、図２に示すように、原料ホッパー６に焼結鉱７を装入するとともに、先ず上記実験銘柄をＡの位置（直胴部中間）に装入した。そして排出すると同時に切り出し時間の経過時間に対する排出されてくるペレットの混合割合を実測した。この要領で、順次Ｂの位置（直胴部下部）、Ｃの位置（直胴部境上）、Ｄの位置（コーン部３／４）、Ｅの位置（コーン部１／４）に実験銘柄を装入して同様に実測した。その結果を図３に示す。なお、図３の横軸の切り出し時間は切り出し完了までの時間を１．００とし無次元化して示す。

図３から明らかなように、原料ホッパー内の実験銘柄原料の装入（積載）高さ位置によって排出されてくるペレットの混合割合が変化し、コーン部のＥやＤの位置では切り出し初期と終わり頃に多くのペレットが排出され、またＡの位置では、初期にコーン部の中心が排出し穴ができた後にすり鉢状に排出するため、切り出し初期は少ないが中心に穴が開いた時から排出が始まることが分かる。このことは、原料ホッパー内で上記図１に示す(1)から(5)の流れ、すなわちファネルフローとなって原料が排出されることが分かる。

そして、上記のようにして把握された原料ホッパーにおけるファネルフローの排出特性を基に、更に調査、研究を重ねた結果、原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置を変えて原料を高炉内に装入する場合、先に装入されているコークスの炉内半径方向の堆積形状によって、特定銘柄原料の炉径方向の分布が変化することを見出した（請求項１）。すなわち、上記と同様の要領で、原料として平均粒径に殆ど差がない焼結鉱７５％、ペレット２５％の実験銘柄（特定銘柄）原料を用い、原料ホッパーとして、ホッパー壁傾斜角度α＝５０°を持つホッパーで実験を行ったところ、図４に示す結果が得られた。

なお、上記実験では、図２におけるＡの位置（直胴部中間）、Ｂの位置（直胴部下部）又はＤの位置（コーン部３／４）の各位置に実験銘柄（特定銘柄）であるペレットを装入する一方、先に装入したコークス層の炉頂での炉径方向の堆積形状をＶ型装入時（炉壁から炉中心に向かって一様な傾斜を有する堆積形状）とＭ型装入時（炉壁寄りにピークを有した後、炉中心に向かって一様な傾斜を有する堆積形状）の二形状を対象に、実験高炉へ装入した。そして、このときの炉内半径方向のペレットの混合割合を実測した。図４ａはＶ型装入時、図４ｂはＭ型装入時の場合である。

上記図４ａからは、コークスがＶ型装入の場合、Ａの位置では炉中心側に特定銘柄が多く堆積し、Ｂの位置では炉中心側の堆積がやや減少し、その分炉壁側の堆積がやや増加し、Ｄの位置ではかなり平均化してくることが分かる。
また、上記図４ｂからは、コークスがＭ型装入の場合、Ａの位置では炉壁側で多く、コークスのピーク高さ位置で堆積が少なく、Ｂの位置では炉壁側でやや減少し、コークスのピーク高さ位置でやや増加し、Ｄの位置ではかなり平均化してくることが分かる。

次に、上記のようにして把握された原料ホッパーにおけるファネルフローの排出特性を基に、更に調査、研究を重ねた結果、先に装入されているコークスの炉内堆積角度に対して原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置を変えて原料を高炉内に装入すると、特定銘柄原料の堆積角度（層厚）が変化することを見出した（請求項２）。すなわち、上記と同様の要領で、原料として平均粒径に殆ど差がない焼結鉱７５％、ペレット２５％の実験銘柄（特定銘柄）原料を用い、原料ホッパーとして、ホッパー壁傾斜角度α＝５０°を持つホッパーで実験を行ったところ、図５に示す結果が得られた。

なお、上記実験では、図２におけるＡの位置（直胴部中間）、Ｂの位置（直胴部下部）、Ｃの位置（直胴部境上）又はＤの位置（コーン部３／４）の各位置に実験銘柄（特定銘柄）であるペレットを装入する一方、先に装入したコークス層の炉頂での堆積角度を同じにして、実験高炉へ装入した。そして、このときの傾斜部（炉中心と炉壁との間の中央部）におけるペレット濃度（混合割合）と傾斜角度（堆積角度）との関係を実測した。その実測結果を図５に示すとともに傾斜角度の回帰線を求めた。なお、図５における破線は、比較のために示す焼結鉱とペレットを従来通り事前に均一混合して装入した場合の堆積角度である。

上記実測結果は、Ａの位置でペレット濃度：２１．６％、傾斜角度：３５．１度、Ｂの位置でペレット濃度：２３．９％、傾斜角度：３４．４度、Ｃの位置でペレット濃度：２６．１％、傾斜角度：３３．１度、Ｄの位置でペレット濃度：２７．９％、傾斜角度：３３．３度である。これらの実測結果及び上記図５から、本発明に係る原料の装入方法の方が、従来の均一混合に比べて傾斜部における原料の堆積角度を大きく変化させ得ることが分かる。従って、ファネルフローの排出特性を備える原料ホッパー内の特定銘柄原料の装入位置を制御することで、原料の堆積角度を制御することができる。

以上説明したように、本発明（請求項１）に係る高炉への原料装入方法によれば、銘柄や安息角度の異なる特定銘柄原料を、先に装入したコークスの炉頂での炉径方向（炉中心から炉壁の間）の堆積形状に対応させて高炉炉内の炉径方向に濃度分布を持たせて装入することができる。

また、本発明（請求項２）に係る高炉への原料装入方法によれば、銘柄や安息角度の異なる特定銘柄原料を、先に装入したコークスの炉頂での堆積角度に対応させて堆積角度（層厚）を調整して装入することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図６は、本発明に係る原料装入方法を適用するベルレス高炉の炉頂部の概要図である。ベルレス高炉８の炉頂部９には、固定の原料ホッパー１０、コークス用のホッパー１１及び旋回シュート１２を備えており、原料ホッパー１０とコークス用ホッパー１１から交互に切り出して原料とコークスは旋回シュート１２により炉内に装入される。このとき、装入原料は旋回シュート１２により、一般に外周部から中心部へ旋回しながら炉内に装入されるので、原料ホッパー１０から排出順通りに炉径方向（外周部から中心部）の原料分布が生じる。なお、図６には原料ホッパー１０とコークス用ホッパー１１を左右に分けて設置したように描いているが、操業中の原料ＯとコークスＣの炉内への装入順（例えばＯ↓Ｏ↓Ｃ↓等）によっては原料ホッパー１０にコークスが、またコークス用ホッパー１１側に原料が装入されることがある。

上記ベルレス高炉８を用いて特定銘柄原料を、先に装入したコークスの炉頂での炉径方向の堆積形状に対応させて(1)無次元半径０．８付近に、及び(2)無次元半径０．１付近にそれぞれ効率よく装入する場合の、請求項１の実施要領について説明する。なお、このときの特定銘柄原料はペレットでその配合割合は２５％である。

上記(1)の特定銘柄原料を無次元半径０．８付近に効率よく装入する場合は、図４（特に図４ｂ）の結果から、先に装入するコークスの炉頂での炉径方向の堆積形状をＭ型堆積形状にする一方、原料ホッパー１０のコーン部高さ３／４の位置付近（図２のＤの位置）に特定銘柄原料をベルトコンベアを介して装入し、切り出す。これにより、特定銘柄原料は、炉内の無次元半径０．８付近の装入位置に制御されて装入される。また、(2)の特定銘柄原料を無次元半径０．１付近に効率よく装入する場合は、同様に図４（特に図４ａ）の結果から、先に装入するコークスの炉頂での炉径方向の堆積形状をＶ型堆積形状にする一方、原料ホッパー１０のコーン部高さ３／４の位置付近（図２のＤの位置）に特定銘柄原料をベルトコンベアを介して装入し、切り出す。これにより、特定銘柄原料は、炉内の無次元半径０．１付近の装入位置に制御されて装入される。

上記のように、同一配合割合の特定銘柄原料であっても、先に装入したコークスの炉頂での炉径方向の堆積形状に対応させて、その特定銘柄原料を、ファネルフローとなる排出特性を備える原料ホッパー１０の同じ原料装入高さ位置に装入して高炉炉内に装入することにより、その特定銘柄原料の半径方向の銘柄分布を制御して装入することができる。

また、上記ベルレス高炉８を用いて特定銘柄原料を、先に装入したコークスの炉頂での堆積角度に対応させて堆積角度（層厚）を３５度あるいは３３度に変えて効率よく装入する場合の、請求項２の実施要領について説明する。なお、このときの特定銘柄原料はペレットでその配合率は２５％である。

上記特定銘柄原料を堆積角度３５度付近を形成するように装入する場合は、図５の結果から、原料ホッパー１０の直胴部中間の位置付近（図２のＡの位置）に特定銘柄原料をベルトコンベアを介して装入し、切り出す。また、特定銘柄原料を堆積角度３３度付近を形成するように効率よく装入する場合は、同様に図５の結果から、原料ホッパー１０のコーン部高さ３／４の位置付近（図２のＤの位置）に特定銘柄原料をベルトコンベアを介して装入し、切り出す。この様にして切出し実験高炉内に装入したときの炉中心から炉壁までの原料の層厚の変化を測定した。その測定結果を図７（横軸を無次元半径、縦軸を無次元層厚）に示す。なお、図７に先に装入したコークス層の炉中心から炉壁までの堆積形状を併せて示す。

図７から理解されるように、特定銘柄原料（ペレット）を原料ホッパー１０のＡの位置とＤの位置に装入した場合とで、傾斜部での堆積角度がＡの位置では３５度、Ｄの位置では３３度に変り、それと共にコークスの傾斜部から炉中心までの層厚が変り、Ａの位置の方がＤの位置よりも傾斜部で層厚が厚く、中心付近で層厚が薄く制御できる。

なお、上記例では、ベルレス高炉を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ベル式高炉に対しても適用できる。

原料ホッパー内におけるファネルフローによる原料の排出順を示す模式図である。 原料ホッパー内の特定銘柄原料の装入位置を示す模式図である。 原料ホッパー内の特定銘柄原料の装入位置と切り出し後の経過時間に対する排出されてくるペレットの混合割合との関係を示すグラフ図である。 原料ホッパー内の特定銘柄原料（ペレット）の積載高さ位置を変えて高炉炉内に装入した場合の、特定銘柄原料の経過方向の配合割合を示すグラフ図であって、ａは先に装入されたコークスがＶ型装入の場合、ｂは先に装入されたコークスがＭ型装入の場合である。 先に装入したコークス層の炉頂での堆積角度を同じにして、原料ホッパー内の特定銘柄原料（ペレット）の積載高さ位置を変えて高炉炉内に装入した場合の、傾斜部（炉中心と炉壁との間の中央部）におけるペレット濃度（混合割合）と傾斜角度（堆積角度）との関係を示す図である。 本発明に係る原料装入方法を適用するベルレス高炉の炉頂部の概要図である。 先に装入したコークス層の炉頂での堆積角度を同じにして、原料ホッパー内の特定銘柄原料（ペレット）の積載高さ位置を変えて高炉炉内に装入した場合の、炉中心から炉壁までの特定銘柄原料の層厚の変化を示す図である。

符号の説明

１：原料ホッパー ２：ホッパー傾斜壁 ３：ホッパー胴部
４：原料 ５：ホッパー内の原料表面位置
６：原料ホッパー ７：焼結鉱 ８：ベルレス高炉
９：炉頂部 １０：炉頂部原料ホッパー
１１：炉頂部コークス用ホッパー １２：旋回シュート
Ａ〜Ｅ：実験銘柄の装入位置
(1)〜(5)：ファネルフローとなって流れ出す原料の位置
α：ホッパー傾斜壁の傾斜角度

Claims (2)

1. 高炉炉内にコークスと原料とを交互に層をなすように装入するに際し、先に装入したコークスの炉頂での炉径方向の堆積形状に対応させて高炉炉頂部に設置されたファネルフローとなる原料ホッパーから特定銘柄原料を高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記炉径方向の堆積形状に対応する原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置に装入して高炉へ装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。
2. 高炉炉内にコークスと原料とを交互に層をなすように装入するに際し、先に装入したコークスの炉頂での堆積角度に対応させて高炉炉頂部に設置されたファネルフローとなる原料ホッパーから特定銘柄原料を高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記堆積角度に対応する原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置に装入して高炉へ装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。

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