JP2008202081A - ベルレス高炉の原料装入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単数または複数のポートにより連結された上部ホッパーと下部ホッパーとを備えたセンターフィード型の原料装入装置を用いて高炉へ原料を装入する際に、排出される原料の粒度分布を的確に制御することが可能なベルレス高炉の原料装入装置を提供すること。
【解決手段】ポート４により連結された上部ホッパー１と下部ホッパー６とを用いて、上部ホッパー１内の原料をポート４の開閉によりポート４を経由して下部ホッパー６内に移送し、下部ホッパー６内の原料を高炉に装入する原料装入装置であって、上部ホッパー１および／または下部ホッパー６内に、ホッパーを水平断面で放射状にｎ等分（ｎ≧２）する垂直仕切り板１０を設置することを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置を用いる。垂直仕切り板１０により仕切られた水平断面での各空間内において、ポート４が等価に配置されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、炉頂に原料ホッパーが上下２段に配置されたセンターフィード型ベルレス炉頂装入装置を有するベルレス高炉への原料装入装置に関する。

高炉の原料装入装置としては、ベル式のものが広く採用されていたが、ベル式のものに代わり炉内に旋回シュートを設けたベルを有さない形式の炉頂装入装置が開発され使用されており、ベルレス装入装置と呼ばれている。

ベルレス装入装置には、原料ホッパーが並列に設置された「並列ホッパー型」と、原料ホッパーが上、下二段に設置されており、上部のホッパーから下部のホッパーへポート等を経由して材料を供給する「センターフィード型」があることが知られている。センターフィード型のベルレス装入装置の一例を図４に示す。

一般的にセンターフィード型のベルレス装入装置は、並列ホッパー型の装置に比べて、構造的に簡素であるため設備投資額が安く、また、装入物を炉内に装入する際の円周方向偏差が少なく、ほぼ均一に分配できるという利点がある（例えば、特許文献１参照。）。

一方、センターフィード型ベルレス装置のように上部と下部に二連のホッパー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、既存の設備を流用する等の理由で装置の高さを従来装置並に抑えるためには、上部、下部の２連のホッパー径を大きくして内容積を確保する必要がある。

しかしながら、上部、下部の２連のホッパー径を大きくすることにより、上部ホッパーへの原料の受け入れ時、もしくは上部ホッパーから下部ホッパーへの原料装入の際に、各ホッパー内で粗粒と細粒が偏析する傾向が助長される。これはホッパー内に堆積している原料の斜面上での分級効果によるものであり、細粒原料に比べて粗粒原料の方が転がりやすい性質があるためホッパー内に粒度偏析が発生する。

最終的に下部ホッパー内で偏析した原料は、シュート等を用いて炉内に装入する際に、ホッパー中央部分が優先的に排出されていくファンネルフロー現象により、装入の初期から中期にかけて粒径大となり、末期で粒径小となるような排出原料粒度分布となる。

高炉は安定操業のために炉内ガス流制御が重要であり、シャープな中心流および適度な炉壁流を指向するが、このような排出粒度分布となる原料を回転シュートを用いて、例えば高炉の炉壁側から中心側へと順々に装入すると、炉壁から中間部にかけて粗粒原料、中心部に細粒原料が堆積することになる。その結果、中心にガスが流れにくくなり、炉壁に過度のガスが流れて、高炉の安定操業に大きな支障となる。また、炉内半径方向の原料粒度分布が不均一化するために、炉内のガス流分布を原料装入量のみで制御することが困難となる。

上記のようなセンターフィード型ベルレス装入装置を用いた場合の、原料装入時の排出原料粒度分布の不均一性を解消するために、下部ホッパー内に中空円筒を配置することにより、高炉内へ排出する際の排出粒径分布の変化を「フラットパターン、粒径変化無し」にする技術（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）や、上部ホッパー、下部ホッパーを繋ぐポートが複数個ある場合には、各ポートを開くタイミングに時間差を設けることで排出粒度分布を制御する技術（例えば、特許文献４参照。）がある。
特開昭５８−５８２１１号公報 特開昭６１−１５７６０４号公報 特開平６−３３１２２号公報 特開２００５−１５４８６７号公報

特許文献２〜４の技術は優れた技術であるが、特許文献２に記載の方法では少なくとも下部ホッパー内の中空円筒を上下動させる装置、中空円筒の上端開口部を閉じるための構造、中空円筒上端開口部を閉じるための装置が必要であり、ホッパー内構造が非常に複雑になり、メンテナンス上も問題となる。

特許文献３においては、上記構造の簡略化を狙ったものであるが、上部ホッパー、下部ホッパーを繋ぐポートが１個の場合にのみ有効な手段であり、複数のポートを持つ原料装入装置においては有効性に欠ける。

またポートを複数持つ原料装入装置における特許文献４に記載の方法は各ポートを開くタイミングを変更して排出粒径を制御する技術であり、設備の大きな改造も必要なく非常に優れた技術であるが、排出粒度分布のさらなる均一化が望まれる。各ポートを開くタイミングに時間差を設けることで、例えば図５に示すような排出粒度分布が得られるが、この場合は排出末期に原料が細粒化するのは防止しきれていない。また、ポートを開く順序をずらすことにより上部ホッパーから下部ホッパーへの原料装入時間が全体として増加するため、操業度が上昇して原料装入時間を短縮したいような場合にはこの技術の利用は望ましくない。

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、単数または複数のポートにより連結された上部ホッパーと下部ホッパーとを備えたセンターフィード型の原料装入装置を用いて高炉へ原料を装入する際に、排出される原料の粒度分布を的確に制御することが可能なベルレス高炉の原料装入装置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）ポートにより連結された上部ホッパーと下部ホッパーとを用いて、前記上部ホッパー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ー内に移送し、前記下部ホッパー内の原料を高炉に装入する原料装入装置であって、前記上部ホッパーおよび／または前記下部ホッパー内に、該ホッパーを水平断面で放射状にｎ等分（ｎ≧２）する垂直仕切り板を設置することを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
（２）垂直仕切り板により仕切られた水平断面での各空間内において、ポートが等価に配置されていることを特徴とする（１）に記載のベルレス高炉の原料装入装置。

本発明によれば、上下２連の原料ホッパーを備えた既存の原料装入装置において、簡易な構造で、低コストで、上部ホッパーおよび下部ホッパーからの排出をファンネルフローからマスフローに変更することにより、炉内に装入される原料の排出粒度分布が均一化可能となる。これにより、炉内のガス流れの制御を容易とし、より効率的な高炉の操業が可能となる。

本発明で用いる高炉への原料装入装置は、上部ホッパーと下部ホッパーとの２連のホッパーが単数または複数のポート（管）により連結されて、上部ホッパー内の原料をポートの開放により管を通じて下部ホッパーへ移送する際に、上部ホッパーおよび／または前記下部ホッパー内に、ホッパーを水平断面で放射状にｎ等分（ｎ≧２）する垂直仕切り板を設置するものである。垂直仕切り板によりホッパー内を分割することで、ホッパー内に積層により形成される山を小さくすることが可能となり、また、仕切り板がない場合に発生するホッパーの中央部分が優先的に排出されていく現象が緩和され、ホッパー内に積層された状態に近い山形状のまま排出できる。上部ホッパーのみ、または下部ホッパーのみに垂直仕切り板を設置することでも効果はあるが、両方に設置することがより効果的である。両方に仕切り板を設置する際には、上部ホッパーと下部ホッパーでの仕切り板を異なる数とすることもできる。

垂直仕切り板の設置位置は、垂直仕切り板に仕切られた水平断面での各空間内（以下、「各空間内」という。）において、ポートが等価に配置されている位置とすることが好ましい。ポートが各空間内において偏った位置にあると、各空間内に形成される山の大きさが不均一となり、大きい山の形成された空間からはファンネルフローで原料が排出される可能性があるので好ましくない。また、ポートが等価に配置されれば、ポートの数とｎ等分する数ｎとは必ずしも同じである必要はない。ここで、ポートが等価に配置されるとは、各空間内において装入原料がほぼ等量装入される状態になっていれば良い。すなわち、各空間内に等しい数のポートが配置されている場合や、ポートが垂直仕切り板の直上にあって両空間内に装入原料が配分されることによって各空間内に装入原料がそれぞれほぼ等量装入される場合も含まれる。なお、ポートは各空間内のほぼ中央位置に配置されるのが好ましいが、必ずしもそれに限定されない。

垂直仕切り板によるホッパーの分割数は、ポートの数との関係で適宜設定可能であるが、垂直仕切り板があまり多いと、マスフローに近くなる一方で棚つり等の問題が発生するので、現実的にホッパーを水平断面で放射状にｎ等分（ｎ≧２）するｎ数は、ｎ＝２〜８とすることが好ましい。

図１はこのような本発明装置の一実施形態であり、上部ホッパーの底面部と下部ホッパーの頂上部が4つのポートにより連結されている場合の（ａ）縦断面の概略図、（ｂ）上から見た概略図である。上部ホッパー１の頂部には旋回シュート２が設置され、装入ベルトコンベア等を用いて上部ホッパー１の頂部投入口から装入された原料を上部ホッパー１内の側壁方向へ装入する。ポート４はシール弁等の機構により開閉可能なゲート部５を有する。下部ホッパー６は原料を内部に移送後にホッパー内圧力を炉内圧力と同程度まで上昇させた後、下部排出口７を開いて旋回および回転する分配シュート等を用いて高炉内へ装入位置を制御しながら原料を装入する。そして、上部ホッパー１と、下部ホッパー６内には垂直仕切り板１０が設置されている。図１（ｂ）において、垂直仕切り板１０はホッパーを放射状に４等分し、分割された各空間のほぼ中央位置に、ポートが等価に配置されている。

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。上部ホッパー１の頂部投入口より装入された原料は旋回シュート２により上部ホッパー１側壁方向に投入される。装入された原料は上部ホッパー１内で堆積する際に斜面を生じて転がりが発生し、転がり易い粗粒程上部ホッパー１周辺部に多く分布する状況となり、偏析が発生する。ポート４を開くと上部ホッパー１内の原料が下部ホッパー６へ落下して移送されるが、この際には垂直仕切り板の効果により、ホッパーの中央部と外周部の原料が平均的に落下するため偏析が緩和される。

上部ホッパー１内の原料を下部ホッパー６内に移送後はポート４のゲート部５を閉じ、下部ホッパー６内の圧力を高炉内の圧力と同程度まで上昇後、下部の排出口７を開いて分配シュートにより高炉内へ原料を装入する。下部ホッパー内でも上部ホッパーと同様の現象が生じ、偏析は緩和される。高炉内へ原料を装入する際は、分配シュートの垂直方向に対する角度（傾動角）を調整して旋回することによって装入する原料の質量を調整しながら炉壁周辺にも炉中心部へも装入が可能である。通常は炉壁周辺に原料を装入し、分配シュートを旋回させながら傾動角を段階的に変更していき、後半は炉中心部に装入する。このため、垂直仕切り板１０を設置しない従来技術の装入方法では、排出初期に比較的粗粒、排出末期に細粒が排出されるため、炉壁周辺に粗粒、中心部に細粒が装入されることにより、炉壁周辺流が強くなりヒートロスの増加、また中心流が潰れることにより高炉内の通気が悪化するというデメリットがある。垂直仕切り板１０を設置することで、炉内に装入される原料の排出粒度分布が平均化する。

図１に示す装置と同様の、上部ホッパーと下部ホッパーを連結する４つのポートを有し、上下のホッパーを４等分する垂直仕切り板を有する原料装入装置を用いて、原料の装入試験を行ない、排出原料の粒度分布を２回測定した。結果を図２に示す。なお、図２において斜線で示す範囲は、垂直仕切り板を設置しない、下部ホッパー内に中空円筒を入れる従来技術による場合の粒径の変動域である。また、参考例として、垂直仕切り板を設置せずに、下部ホッパー内の上部ホッパーからの各原料落下位置に反発板を設置した場合の排出原料の粒度分布を図３に示す。

図２によれば、垂直仕切り板の設置により、全体的にフラットな排出粒径分布が形成されることが分かる。

本発明の原料装入装置の一実施形態を示す概略図（ａ）縦断面図、（ｂ）上視図。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（本発明例）。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（参考例）。 センターフィード型のベルレス装入装置の一例を示す図。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（従来例）。

符号の説明

１ 上部ホッパー
２ 旋回シュート
３ 装入ベルトコンベア
４ ポート
５ ゲート部
６ 下部ホッパー
７ 下部排出口
８ 分配シュート
９ 高炉
１０ 垂直仕切り板

Claims (2)

1. ポートにより連結された上部ホッパーと下部ホッパーとを用いて、前記上部ホッパー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ー内に移送し、前記下部ホッパー内の原料を高炉に装入する原料装入装置であって、前記上部ホッパーおよび／または前記下部ホッパー内に、該ホッパーを水平断面で放射状にｎ等分（ｎ≧２）する垂直仕切り板を設置することを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
2. 垂直仕切り板により仕切られた水平断面での各空間内において、ポートが等価に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のベルレス高炉の原料装入装置。

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