JP2017061715A - 高炉炉頂装入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直シュートから高炉内に流れる原燃料の流束の位置を、垂直シュート内の原燃料流通路における中心を含む領域に位置させるとともに、原燃料が垂直シュート内に堆積するのを抑制することが可能な高炉炉頂装入装置を提供すること。
【解決手段】高炉上部に配置され、集合シュート５から高炉内に原燃料を供給する原燃料流通路６０が形成された筒状の垂直シュート６を備えた高炉炉頂装入装置であって、前記垂直シュート６は、落下する原燃料の流束を前記原燃料流通路の内方に移動させる原燃料流束位置調整部６１を備え、前記原燃料流束位置調整部６１は、鉛直方向から見て、前記原燃料流通路６０の内方に向かって突出する流束調整凸部６１０を有していることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、垂直シュートを介して高炉内に原燃料を装入する高炉炉頂装入装置に関する。

周知のように、高炉炉内に焼結鉱、コークス等の原燃料を装入する手段として、例えば、炉頂ホッパーと、集合シュートと、垂直シュートと、旋回シュートとを備えた高炉炉頂装入装置が知られている。

炉頂ホッパーは、一般的に集合シュートの上部に配置されていて、装入１回分の原燃料を一時的に貯留している。
このように、複数の炉頂ホッパーを備えた高炉炉頂装入装置は、原燃料が集合シュートから垂直シュートに落下する際に、原燃料が水平方向の速度成分を持って排出され、原燃料が垂直シュート中心からから偏って旋回シュートに落下する。そのため、旋回シュートから排出される際に原燃料の炉内落下位置に円周方向偏差が生じることが知られている。

このような旋回シュートから排出する際に生じる円周方向偏差を抑制するうえでは、垂直シュート内の原燃料の流通路を小さくして、原燃料が落下する位置を限定することが有効である。しかしながら、流通路を小さくすると、原燃料が垂直シュート内に過剰に堆積しやすくなるという問題がある。

このように、原燃料が過剰に垂直シュート内に堆積すると垂直シュートが閉塞され、高炉が操業不能となる虞があるので、垂直シュートの内径は原燃料の流量に対して余裕を持って設計することが一般的である。

そこで、垂直シュートの内径を小さくすることなく、垂直シュート内を落下する原燃料の流束が所望の位置（例えば、垂直シュートの中央）から偏るのを抑制する種々の技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

例えば、特許文献１の発明は、集合シュート内に分流突起を形成することによって原燃料を分散させ、垂直シュート内において、原燃料の流束が所望の位置から偏るのを防止するものである。

また、特許文献２、及び特許文献３に記載の発明は、垂直シュートの上部に可動式装置を設置して、この可動式装置を制御することにより、原燃料の流束が所望の位置から偏るのを抑制するものである。

特許第３７９９９８７号公報 特許第２９２１７７７号公報 特許第３７７７６５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、集合シュート内に原燃料の滞留を発生させる可能性があるという特徴がある。
集合シュート内には、シール弁駆動装置や原燃料の流れを検知するための振動センサー等、種々の付帯機器が設置されているのが一般的である。したがって、原燃料が滞留すると、これら付帯機器の動作を妨げられることとなるので、集合シュート内に原燃料を滞留させることは好ましくない。

また、特許文献２、特許文献３に記載の発明は、原燃料が垂直シュート内に堆積することを抑制できる点では有効であるものの、高炉の上部に可動式装置を設置するスペースを必要とし、設備投資費用の増大や可動式装置の運転にともなうランニングコストの増大を招くという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、垂直シュートから高炉内に流れる原燃料の流束の位置を、垂直シュート内の原燃料流通路における中心を含む領域に位置させるとともに、原燃料が垂直シュート内に堆積するのを抑制することが可能な高炉炉頂装入装置を提供することを目的とする。

本発明の発明者らは、落下する原燃料の流束を垂直シュート内の中心を含む領域に位置させつつ原燃料が垂直シュート内に堆積するのを抑制可能な高炉炉頂装入装置について鋭意研究した結果、以下の知見を得た。
（１）原燃料の大部分は垂直シュートの上部に衝突する。垂直シュート内面が平滑である場合、原燃料は垂直シュート内面に沿って落下する。そのため、原燃料が垂直シュート内に偏る。
（２）垂直シュート内に鉛直方向から見て垂直シュートの原燃料流通路の内方側に突出する流束調整凸部を形成することにより、垂直シュート内を落下する原燃料が流束調整凸部と接触して原燃料が原燃料流通路内に分散し、原燃料の流束の偏りを抑制することができ、さらに原燃料が垂直シュート内に堆積するのを抑制できる。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、高炉上部に配置され、集合シュートから高炉内に原燃料を供給する原燃料流通路が形成された筒状の垂直シュートを備えた高炉炉頂装入装置であって、前記垂直シュートは、落下する原燃料の流束を前記原燃料流通路の内方に移動させる原燃料流束位置調整部を備え、前記原燃料流束位置調整部は、鉛直方向から見て、前記原燃料流通路の内方に向かって突出する流束調整凸部を有していることを特徴とする。

この発明に係る高炉炉頂装入装置によれば、垂直シュートが、落下する原燃料を原燃料流通路の内方に移動させる原燃料流束位置調整部を備え、原燃料流束位置調整部が鉛直方向から見て原燃料流通路の内方に向かって突出する流束調整凸部を有しているので、落下する原燃料が流束調整凸部と接触して分散することにより、垂直シュートから高炉内に流れる原燃料の流束の偏りを抑制することができる。
また、流束調整凸部と接触した原燃料が原燃料流通路の内方に移動して垂直シュートの内周面から離間するとともに、原燃料流通路が流束調整凸部の下方で拡がっていて、落下する原燃料が垂直シュート内周面と接触しにくくなるので、原燃料が垂直シュート内に引っ掛かって堆積することが抑制される。
その結果、垂直シュートから高炉内に流れる原燃料の流束の偏りを抑制するとともに、原燃料が垂直シュート内に堆積するのを抑制することができる。

この明細書において、垂直シュートの内周面とは、例えば、垂直シュートの上側開口部と下側開口部の対応する部位を接続する線分の集合により定義することができ、下側開口部の対応する部位とは、上側開口部の内周縁と下側開口部の内周縁を、鉛直方向から見た（必要な場合は、透視した）ときに、下側開口部の内周縁のうち上側開口部の内周縁との距離が最短となる部位をいう。
なお、原燃料流束位置調整部が、原燃料流通路のうち上側開口部又は下側開口部を含む場合には、垂直シュートにおいて、原燃料流束位置調整部を含まない範囲の内周面を延長して定義するものとする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高炉炉頂装入装置であって、前記流束調整凸部は、上下方向に複数段に形成されていることを特徴とする。

この発明に係る高炉炉頂装入装置によれば、流束調整凸部が上下方向に複数段に形成されているので、原燃料が種々の落下角度（鉛直方向に対する傾斜角度）で垂直シュートに落下してきても、大半の原燃料を原燃料流通路の内方に移動させて、原燃料の流束を効率的に原燃料流通路の内方に位置させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の高炉炉頂装入装置であって、前記流束調整凸部は、前記垂直シュートの内周面の全周にわたって形成されていることを特徴とする。

この発明に係る高炉炉頂装入装置によれば、流束調整凸部は、前記垂直シュートの内周面の全周にわたって形成されているので、集合シュートから垂直シュートに流れる原燃料の原燃料流通路の周方向における向きに関わらず、原燃料の流束を原燃料流通路の内方に向かって効率的に移動させることができる。
その結果、複数のホッパーから集合シュートに流れた原燃料が垂直シュートに種々の方向から流れても、原燃料の流束を原燃料流通路の目標とする所定位置に効率的に移動させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の高炉炉頂装入装置であって、前記原燃料流通路は、鉛直方向から見て円形に形成され、前記流束調整凸部は、前記垂直シュートの内周面から前記原燃料流通路の中心に向かって等しい幅に形成されていることを特徴とする。

この発明に係る高炉炉頂装入装置によれば、原燃料流通路が鉛直方向から見て円形に形成され、流束調整凸部が垂直シュートの内周面から原燃料流通路の中心に向かって等しい幅に形成されているので、原燃料の流束を原燃料流通路の中心に向かって効率的に移動させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高炉炉頂装入装置であって、前記流束調整凸部の前記原燃料流通路を含む鉛直方向の断面は、前記垂直シュートの内周面側から前記原燃料流通路の内方に向かうにしたがって鉛直方向寸法が漸次短くなることを特徴とする。

この発明に係る高炉炉頂装入装置によれば、流束調整凸部の原燃料流通路を含む鉛直方向の断面が、垂直シュートの内周面側から原燃料流通路の内方に向かうにしたがって鉛直方向寸法が漸次短く形成されているので、流束調整凸部の先端側の鉛直方向における開口間隔が大きくなる。その結果、流束調整凸部同士の間に原燃料が引っ掛かって堆積するのが抑制される。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の高炉炉頂装入装置であって、前記流束調整凸部の前記原燃料流通路を含む鉛直方向の断面は、前記垂直シュートの内周面側から前記原燃料流通路の内方に向かうにしたがって鉛直方向下方に傾斜する傾斜面を有していることを特徴とする。

この発明に係る高炉炉頂装入装置によれば、垂直シュート内を流れる原燃料の流束を原燃料流通路の内方に位置させるとともに、原燃料が垂直シュート内に堆積するのを抑制することができる。

この発明に係る高炉炉頂装入装置によれば、垂直シュートから高炉内に流れる原燃料の流束を、垂直シュート内の原燃料流通路の中心を含む領域に位置させるとともに、原燃料が垂直シュート内に堆積するのを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る高炉炉頂装入装置の概略構成の一例を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る高炉炉頂装入装置の要部詳細の一例を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図である。 本発明の第３実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図である。 本発明の第４実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図である。 本発明の第５実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図である。 本発明の第６実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図である。 本発明の第７実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図である。 本発明の実施例１に係る垂直シュートの原燃料流束位置調整部を説明する概略構成図である。 本発明の実施例１に係る垂直シュート内におけるコークスの挙動及び垂直シュートの下側開口部におけるコークスの流量分布を説明する図である。 本発明の実施例１に係る垂直シュートの効果を流量分布に基づいて説明する図である。 本発明の実施例２に係る垂直シュートの原燃料流束位置調整部を説明する概略構成図である。 本発明の実施例２に係る垂直シュート内におけるコークスの挙動及び垂直シュートの下側開口部におけるコークスの流量分布を説明する図である。 本発明の実施例２に係る垂直シュートの効果を流量分布に基づいて説明する図である。

＜第１実施形態＞
以下、図１から図３を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、第１実施形態に係る高炉の概略構成を説明する図であり、符号１は高炉を、符号２は高炉本体を、符号３は高炉炉頂装入装置を示している。また、図２は、高炉炉頂装入装置２０の要部詳細の一例を説明する概略構成図である。

高炉１は、図１に示すように、例えば、高炉本体２と、高炉炉頂装入装置３とを備えている。

高炉本体２は、例えば、下方が拡径された略円筒形状に形成されていて、上部に原燃料装入口が開口されている。
そして、高炉炉頂装入装置３によって、原燃料装入口を介して高炉本体２の特定範囲に原燃料Ｍが層状に装入され、装入された原燃料Ｍが高炉本体２内で反応して銑鉄が生成されるようになっている。

高炉炉頂装入装置３は、図２に示すように、例えば、複数の炉頂ホッパー４と、集合シュート５と、垂直シュート６と、旋回シュート７とを備えている。
そして、高炉炉頂装入装置３は、複数の炉頂ホッパー４のそれぞれに貯留された原燃料Ｍを、集合シュート５、垂直シュート６、旋回シュート７を介して高炉本体２内に装入するようになっている。

炉頂ホッパー４は、高炉炉頂装入装置３の上部に並んで配置されていて、それぞれ対応する原燃料Ｍが貯留されている。
また、炉頂ホッパー４の下部には原燃料排出口４１が形成されていて、原燃料排出口４１は流量調整弁４２によって開閉可能とされている。
そして、流量調整弁４２によって原燃料排出口４１の開口量を調整して、原燃料排出口４１から排出される原燃料Ｍの流量を調整するようになっている。

集合シュート５は、炉頂ホッパー４の下方に配置されていて、例えば、高炉本体２の中心軸線Ｏ１を含む断面が、外周から内周に向かうにしたがって下方に傾斜する複数の傾斜面を接続して形成され、上方に開口する凹形状とされている。
また、集合シュート５の下部には開口部５１が形成されていて、開口部５１には鉛直方向下方に伸びる垂直シュート６が接続されている。

そして、垂直シュート６の下方には旋回シュート７が配置されていて、旋回シュート７は、中心軸線Ｏ１周りに矢印Ｔ１方向に旋回可能、かつ傾動軸Ｏ２周りに矢印Ｔ２方向に傾動可能とされ、垂直シュート６から供給された原燃料Ｍを高炉本体２の内部にバランスよく配置するようになっている。

垂直シュート６は、図２に示すように、集合シュート５の開口部５１に接続されていて、内方に鉛直方向から見て断面円形とされ鉛直方向下方に伸びる原燃料流通路６０が形成されている。

また、垂直シュート６は、例えば、原燃料流通路６０の長手方向の一部に形成された原燃料流束位置調整部６１を備えている。
原燃料流束位置調整部６１は、図２に示すように、例えば、垂直シュート６の内周面６０Ｓに周方向に形成された複数の流束調整凸部６１０を備えていて、流束調整凸部６１０は垂直シュート６の長手方向に複数段に配置されている。

また、流束調整凸部６１０は、図２、図３に示すように、中心軸線Ｏ１を含む断面において、例えば、隣接する流束調整凸部６１０の間に位置される底部６１１と、流束調整凸部６１０の最も内方に位置される頂部６１２と、流束調整凸部６１０の上部に位置され底部６１１から頂部６１２に向かって下方に傾斜する上側傾斜面６１３と、流束調整凸部６１０の下部に位置され底部６１１から頂部６１２に向かって上方に傾斜する下側傾斜面６１４とを備えていて、底部６１１（内周面６０Ｓ側）から流束調整凸部６１０の最も内方（例えば、中心軸線Ｏ１）に近づくにつれて、鉛直方向の寸法が漸次短くなる略三角形の山形に形成されている。

また、第１実施形態においては、例えば、概ね３０ｍｍ〜５０ｍｍとされる一般的な原燃料Ｍを対象としている。
そして、図３に示すように、隣接する流束調整凸部６１０同士の鉛直方向におけるピッチＬ６１は１００ｍｍ〜５００ｍｍ、底部６１１から頂部６１２までの高さ寸法Ｈ６１は５０ｍｍ以上に設定することが好適である。また、第１実施形態では、隣接する流束調整凸部６１０の頂部６１２同士の間に形成される開口寸法Ｋ６１は５０ｍｍ〜５００ｍｍである。
ピッチＬ６１を１００ｍｍ以上とするのは、原燃料Ｍが流束調整凸部６１０と接触し易く、かつ開口部に引っ掛かって堆積することが抑制される開口部（Ｋ６１＝５０ｍｍ〜５００ｍｍ）を容易に確保できる点で好適だからである。
また、ピッチＬ６１の上限に制約はないが、垂直シュート６内において、垂直シュート６の上側開口部から約１０００〜１５００ｍｍの範囲が、落下する原燃料Ｍが流束調整凸部６１０と接触する範囲とされるので、例えば、垂直シュート６の上側開口部から約１５００ｍｍの範囲を原燃料流束位置調整部６１とした場合に、この範囲に複数の流束調整凸部６１０を配置するには、ピッチＬ６１を５００ｍｍ以内とすることが好適だからである。

また、流束調整凸部６１０同士のピッチＬ６１、高さ寸法Ｈ６１、開口寸法Ｋ６１については、上記寸法に限定されることなく、垂直シュート６を通過する原燃料Ｍの種類、大きさ、性状に応じて適宜選択することが可能である。
また、流束調整凸部６１０は、図３に示すように、例えば、の底部６１１及び頂部６１２が垂直シュート６の内周面６０Ｓ（６０Ｓ１）よりも原燃料流通路６０の内方に位置されてもよいし、底部６１１が内周面６０Ｓ（６０Ｓ２）上に位置され、又は頂部６１２が内周面６０Ｓ（６０Ｓ３）上に位置される構成としてもよい。
また、内周面６０Ｓが頂部６１２より内周側（図３における符号６０Ｓ３よりも内周側）に内周面６０Ｓが形成されてもよい。

第１実施形態に係る高炉炉頂装入装置３によれば、垂直シュート６が原燃料流束位置調整部６１を備え、原燃料流束位置調整部６１が原燃料流通路６０の内方に突出する流束調整凸部６１０を有しているので、流束調整凸部６１０と接触した原燃料流Ｍが原燃料流通路６０内に分散することにより、原燃料流の偏りを抑制することができる。

また、第１実施形態に係る高炉炉頂装入装置３によれば、流束調整凸部６１０と接触した原燃料Ｍが原燃料流通路６０の内方に移動して、垂直シュート６の内周面６０Ｓから離間する。また、流束調整凸部６１０の下方で原燃料流通路６０が拡がり、原燃料Ｍが垂直シュート６の内周面６０Ｓと接触しにくいので、原燃料Ｍが垂直シュート６内に堆積するのが抑制される。

その結果、垂直シュート６から高炉本体２内に流れる原燃料Ｍの流束の偏りを抑制するとともに、原燃料Ｍが垂直シュート６内に引っ掛かって堆積するのを抑制することができる。

また、第１実施形態に係る高炉炉頂装入装置３によれば、流束調整凸部６１０が上下方向に複数段に形成されているので、原燃料Ｍが種々の落下角度（鉛直方向に対する傾斜角度）で垂直シュート６に落下してきても、大半の原燃料Ｍを原燃料流通路６０内に分散させ、偏りを抑制することができる。

また、第１実施形態に係る高炉炉頂装入装置３によれば、流束調整凸部６１０が垂直シュート６の内周面６０Ｓの全周にわたって形成されているので、集合シュート５から垂直シュート６に対する原燃料Ｍの流れる向きに関わらず、原燃料Ｍの流束を原燃料流通路６０の内方に効率的に移動させることができる。

また、第１実施形態に係る高炉炉頂装入装置３によれば、鉛直方向から見て、原燃料流通路６０が円形に形成され、流束調整凸部６１１が垂直シュート６の内周面６０Ｓから原燃料流通路の中心に向かって等しい幅に形成されているので、垂直シュート６に流れ込む原燃料Ｍの原燃料流通路６０における周方向の向きに関わらず、原燃料Ｍの流束の偏りを抑制することができる。

また、第１実施形態に係る高炉炉頂装入装置３によれば、流束調整凸部６１０の中心軸線Ｏ１を含む鉛直方向の断面が、垂直シュート６の内周面６０Ｓから原燃料流通路６０の内方に向かうにしたがってピッチ（鉛直方向寸法）Ｌ６１が漸次短くなる略三角形状の山形に形成されているので、流束調整凸部６１０の先端側の鉛直方向における開口寸法Ｋ６１を大きく確保することができる。
また、流束調整凸部６１０が略三角形状の山形に形成されているので、耐久性及び耐摩耗性を向上することができる。
その結果、流束調整凸部６１０同士の間に原燃料Ｍが引っ掛かって堆積するのを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る原燃料流束位置調整部について説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図であり、図４において符号６２は垂直シュート６の原燃料流束位置調整部を示している。
第２の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、垂直シュート６が、原燃料流束位置調整部６１に代えて原燃料流束位置調整部６２を備えている点であり、その他は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

原燃料流束位置調整部６２は、例えば、原燃料流通路６０の長手方向の一部（例えば、上側開口部から１５００ｍｍの範囲）に形成されている。
原燃料流束位置調整部６２は、図４に示すように、例えば、垂直シュート６の内周面６０Ｓに周方向に形成された複数の流束調整凸部６２０を備えていて、流束調整凸部６２０は垂直シュート６の長手方向に複数段に配置されている。

また、流束調整凸部６２０は、図４に示すように、中心軸線Ｏ１を含む断面において、例えば、隣接する流束調整凸部６２０の間に位置され中心軸線Ｏ１を中心として鉛直方向に沿って形成された円筒底面６２１Ｓ（底部６２１）と、流束調整凸部６２０の最も内方に位置され中心軸線Ｏ１を中心として鉛直方向に沿って形成された円筒頂面６２２Ｓ（頂部６２２）と、流束調整凸部６２０の上部に位置され底部６２１から頂部６２２に向かって直角に形成された上側面６２３と、流束調整凸部６２０の下部に位置され底部６２１から頂部６２２に向かって直角に形成された下側面６２４とを備え、略矩形の流束調整凸部６２０が間隔をあけて形成されている。

また、第２実施形態と同様の原燃料を対象とする場合に、図４に示すように、例えば、隣接する流束調整凸部６２０同士の鉛直方向におけるピッチＬ６２が１００ｍｍ〜５００ｍｍ、底部６２１から頂部６２２までの高さ寸法Ｈ６２が５０ｍｍとされている。
また、隣接する流束調整凸部６２０の頂部６２２同士の鉛直方向における開口寸法Ｋ６２はピッチＬ６２から円筒頂面６２２Ｓの長さを引いた寸法であり、例えば、１００ｍｍ〜５００ｍｍとすることが好適である。

また、流束調整凸部６２０同士のピッチＬ６２、高さ寸法Ｈ６２、開口寸法Ｋ６２については、上記寸法に限定されることなく、垂直シュート６を通過する原燃料Ｍの種類、大きさ、性状に応じて適宜選択することが可能である。
また、流束調整凸部６２０は、図４に示すように、例えば、底部６２１及び頂部６２２が垂直シュート６の内周面６０Ｓ（６０Ｓ１）よりも原燃料流通路６０の内方に位置されてもよいし、底部６２１が内周面６０Ｓ（６０Ｓ２）上に位置され、又は頂部６２２が内周面６０Ｓ（６０Ｓ３）上に位置される構成としてもよい。
また、内周面６０Ｓが頂部６１２より内周側（図４における符号６０Ｓ３よりも内周側）に内周面６０Ｓが形成されてもよい。

＜第３実施形態＞
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態に係る原燃料流束位置調整部について説明する。図５は、本発明の第３実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図であり、図５において符号６３は垂直シュート６の原燃料流束位置調整部を示している。
第３の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、垂直シュート６が、原燃料流束位置調整部６１に代えて原燃料流束位置調整部６３を備えている点であり、その他は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

原燃料流束位置調整部６３は、例えば、原燃料流通路６０の長手方向の一部（例えば、上側開口部から１５００ｍｍの範囲）に形成されている。
原燃料流束位置調整部６３は、図５に示すように、例えば、垂直シュート６の内周面６０Ｓに周方向に形成された複数の流束調整凸部６３０を備えていて、流束調整凸部６３０は垂直シュート６の長手方向に複数段に配置されている。

また、流束調整凸部６３０は、図５に示すように、中心軸線Ｏ１を含む断面において、例えば、隣接する流束調整凸部６３０の間に位置され中心軸線Ｏ１を中心として鉛直方向に沿って形成された円筒底面６３１Ｓ（底部６３１）と、流束調整凸部６３０の最も内方に位置され中心軸線Ｏ１を中心として鉛直方向に沿って形成された円筒頂面６３２Ｓ（頂部６３２）と、流束調整凸部６３０の上部に位置され底部６３１から頂部６３２に向かって下方に傾斜する上側傾斜面６３３と、流束調整凸部６３０の下部に位置され底部６３１から頂部６３２に向かって直角に形成された下側面６３４とを備え、略台形の流束調整凸部６３０が間隔をあけて形成されている。

また、第１実施形態と同様の原燃料を対象とする場合に、図５に示すように、例えば、隣接する流束調整凸部６３０同士の鉛直方向におけるピッチＬ６３が１００ｍｍ〜５００ｍｍ、底部６３１から頂部６３２までの高さ寸法Ｈ６３が５０ｍｍとされている。
また、隣接する流束調整凸部６３０の頂部６３２同士の鉛直方向における開口寸法Ｋ６３はピッチＬ６３から円筒頂面６３２Ｓの長さを引いた寸法であり、１００ｍｍ〜５００ｍｍとすることが好適である。

また、流束調整凸部６３０同士のピッチＬ６２、高さ寸法Ｈ６３、開口寸法Ｋ６３については、上記寸法に限定されることなく、垂直シュート６を通過する原燃料Ｍの種類、大きさ、性状に応じて適宜選択することが可能である。
また、流束調整凸部６３０は、図５に示すように、例えば、底部６３１及び頂部６３２が垂直シュート６の内周面６０Ｓ（６０Ｓ１）よりも原燃料流通路６０の内方に位置されてもよいし、底部６３１が内周面６０Ｓ（６０Ｓ２）上に位置され、又は頂部６３２が内周面６０Ｓ（６０Ｓ３）上に位置される構成としてもよい。
また、内周面６０Ｓが頂部６１２より内周側（図５における符号６０Ｓ３よりも内周側）に内周面６０Ｓが形成されてもよい。

＜第４実施形態＞
次に、図６を参照して、本発明の第４実施形態に係る原燃料流束位置調整部について説明する。図６は、本発明の第４実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図であり、図６において符号６４は垂直シュート６の原燃料流束位置調整部を示している。
第４の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、垂直シュート６が、原燃料流束位置調整部６１に代えて原燃料流束位置調整部６４を備えている点であり、その他は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

原燃料流束位置調整部６４は、例えば、原燃料流通路６０の長手方向の一部（例えば、上側開口部から１５００ｍｍの範囲）に形成されている。
原燃料流束位置調整部６４は、図６に示すように、例えば、垂直シュート６の内周面６０Ｓに周方向に形成された複数の流束調整凸部６４０を備えていて、流束調整凸部６４０は垂直シュート６の長手方向に複数段に配置されている。

また、流束調整凸部６４０は、図６に示すように、中心軸線Ｏ１を含む断面において、例えば、隣接する流束調整凸部６４０の間に位置され中心軸線Ｏ１を中心として鉛直方向に沿って形成された円筒底面６４１Ｓ（底部６４１）と、流束調整凸部６３０の最も内方に位置され中心軸線Ｏ１を中心として鉛直方向に沿って形成された円筒頂面６４２Ｓ（頂部６４２）と、流束調整凸部６４０の上部に位置され底部６４１から頂部６４２に向かって下方に傾斜する上側傾斜面６４３と、流束調整凸部６４０の下部に位置され底部６４１から頂部６４２に向かって上方に傾斜する下側傾斜面６４４とを備え、略切頭三角形の流束調整凸部６４０が間隔をあけて形成されている。

また、第１実施形態と同様の原燃料を対象とする場合に、図６に示すように、例えば、隣接する流束調整凸部６４０同士の鉛直方向におけるピッチＬ６４が１００ｍｍ〜５００ｍｍ、底部６４１から頂部６４２までの高さ寸法Ｈ６４が５０ｍｍとされている。
また、隣接する流束調整凸部６４０の頂部６３２同士の鉛直方向における開口寸法Ｋ６４はピッチＬ６４から円筒頂面６４２Ｓの長さを引いた寸法であり、例えば、１００ｍｍ〜５００ｍｍとすることが好適である。

また、流束調整凸部６４０同士のピッチＬ６４、高さ寸法Ｈ６４、開口寸法Ｋ６４については、上記寸法に限定されることなく、垂直シュート６を通過する原燃料Ｍの種類、大きさ、性状に応じて適宜選択することが可能である。
また、流束調整凸部６４０は、図６に示すように、例えば、底部６４１及び頂部６４２が垂直シュート６の内周面６０Ｓ（６０Ｓ１）よりも原燃料流通路６０の内方に位置されてもよいし、底部６４１が内周面６０Ｓ（６０Ｓ２）上に位置され、又は頂部６４２が内周面６０Ｓ（６０Ｓ３）上に位置される構成としてもよい。
また、内周面６０Ｓが頂部６１２より内周側（図６における符号６０Ｓ３よりも内周側）に内周面６０Ｓが形成されてもよい。

＜第５実施形態＞
次に、図７を参照して、本発明の第５実施形態に係る原燃料流束位置調整部について説明する。図７は、本発明の第５実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図であり、図７において符号６５は垂直シュート６の原燃料流束位置調整部を示している。
第５の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、垂直シュート６が、原燃料流束位置調整部６１に代えて原燃料流束位置調整部６５を備えている点であり、その他は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

原燃料流束位置調整部６５は、例えば、原燃料流通路６０の長手方向の一部（例えば、上側開口部から１５００ｍｍの範囲）に形成されている。
原燃料流束位置調整部６５は、図７に示すように、例えば、垂直シュート６の内周面６０Ｓに周方向に形成された複数の流束調整凸部６５０を備えていて、流束調整凸部６５０は垂直シュート６の長手方向に複数段に配置されている。

また、流束調整凸部６５０は、図７に示すように、中心軸線Ｏ１を含む断面において、例えば、隣接する流束調整凸部６５０の間に位置される底部６５１と、流束調整凸部６３０の最も内方に位置される頂部６５２と、流束調整凸部６５０の上部に位置され中心軸線Ｏ１を中心として底部６５１から頂部６５２に向かって形成された略円弧状の上側曲面６５３と、流束調整凸部６５０の下部に位置され中心軸線Ｏ１を中心としれ底部６５１から頂部６５２に向かって形成された略円弧状の曲面を有する下側曲面６５４とを備え、略切頭三角形の流束調整凸部６５０が間隔をあけて形成されている。

また、第１実施形態と同様の原燃料を対象とする場合に、図７に示すように、例えば、隣接する流束調整凸部６４０同士の鉛直方向におけるピッチＬ６５が１００ｍｍ〜５００ｍｍ、底部６５１から頂部６５２までの高さ寸法Ｈ６５が５０ｍｍとされている。
また、隣接する流束調整凸部６５０の頂部６５２同士の間に形成される鉛直方向における開口部の開口寸法Ｋ６５はピッチＬ６５から頂部６５２近傍の鉛直方向に近接した曲線で構成される長さを引いた寸法であり、例えば、１００ｍｍ〜５００ｍｍとすることが好適である。なお、曲線パターンが定義されると開口寸法Ｋ６５は一義的に定まることから、ピッチＬ６５により設定してもよい。

また、流束調整凸部６５０同士のピッチＬ６５、高さ寸法Ｈ６５、開口寸法Ｋ６５については、上記寸法に限定されることなく、垂直シュート６を通過する原燃料Ｍの種類、大きさ、性状に応じて適宜選択することが可能である。
また、流束調整凸部６５０は、図７に示すように、例えば、底部６５１及び頂部６５２が垂直シュート６の内周面６０Ｓ（６０Ｓ１）よりも原燃料流通路６０の内方に位置されてもよいし、底部６５１が内周面６０Ｓ（６０Ｓ２）上に位置され、又は頂部６５２が内周面６０Ｓ（６０Ｓ３）上に位置される構成としてもよい。
また、内周面６０Ｓが頂部６１２より内周側（図７における符号６０Ｓ３よりも内周側）に内周面６０Ｓが形成されてもよい。

＜第６実施形態＞
次に、図８を参照して、本発明の第６実施形態に係る原燃料流束位置調整部について説明する。図８は、本発明の第６実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図であり、図８において符号６６は垂直シュート６の原燃料流束位置調整部を示している。
第６の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、垂直シュート６が、原燃料流束位置調整部６１に代えて原燃料流束位置調整部６６を備えている点であり、その他は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

原燃料流束位置調整部６６は、図８に示すように、例えば、原燃料流通路６０の長手方向の一部に形成され、垂直シュート６の内周面６０Ｓに周方向に形成され、通信軸線Ｏ１を含む鉛直方向における断面が略矩形とされた一つの流束調整凸部６６０を備えている。

＜第７実施形態＞
次に、図９を参照して、本発明の第７実施形態に係る原燃料流束位置調整部について説明する。図９は、本発明の第７実施形態に係る原燃料流束位置調整部の概略構成を説明する概略構成図であり、図９において符号６７は垂直シュート６の原燃料流束位置調整部を示している。
第７の実施形態が、第１の実施形態と異なるのは、垂直シュート６が、原燃料流束位置調整部６１に代えて原燃料流束位置調整部６７を備えている点であり、その他は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

原燃料流束位置調整部６７は、図８に示すように、例えば、原燃料流通路６０の長手方向の一部に形成され、垂直シュート６の内周面６０Ｓに周方向に形成され、通信軸線Ｏ１を含む鉛直方向における断面が略三角形の山形とされた一つの流束調整凸部６７０を備えている。

＜実施例１＞
次に、図１０〜図１２を参照して、本発明の実施例について説明する。
図１０は、本発明の実施例１に係る垂直シュートの原燃料流束位置調整部を説明する概略構成図である。
実施例１は、比較例１、比較例２、発明例１、発明例２を用いて、表１に示した３０〜５５ｍｍのコークスを原燃料として効果を検証した。

実施例１における比較例１、比較例２、発明例１、発明例２に係る垂直シュート６は、図１０に示すとおりである。
比較例１、比較例２では、流束調整凸部を備えていない垂直シュート６を用いて、発明例１、発明例２では、それぞれ流束調整凸部Ｊ１、Ｊ２を備えた垂直シュート６を用いた。なお、それぞれの水直シュート６は、鉛直方向に沿ってストレートな円筒形状とされ、内径、及び流束調整凸部の高さ（径方向寸法）、及び鉛直方向の位置は、図１０、表２に示すとおりである。

実施例１では、ＤＥＭ（例えば、特開２０１２−０３７９３７参照）を用いたシミュレーションによって、集中シュート５及び垂直シュート６内におけるコークスの挙動及び垂直シュート６の下側開口部における原燃料分布を解析した。
なお、コークスは、図１１の左側に位置する炉頂ホッパーから集中シュートに供給するものとした。

シミュレーションによる解析では、集中シュート５及び垂直シュート６内におけるコークスの挙動は、図１１に示すとおりである。
図１１は、実施例１に係る垂直シュート内におけるコークスの挙動及び垂直シュートの下側開口部におけるコークスの原燃料流量分布を示す図である。図１１において、上側の図はコークスの挙動（流れ）を濃淡により示しており、下側の図は、垂直シュートの下側開口部におけるコークスの流量分布を濃淡により示した。

比較例１、比較例２では、コークスの流束は原燃料流通路６０の外周側（右側）に偏って垂直シュート６の内周面に衝突し、図１１の下側に示すように、コークスの原燃料流量分布は垂直シュート６の原燃料流通路６０の右側に集中する。
一方、発明例１、発明例２に係る流束調整凸部Ｊ１、Ｊ２を備えた垂直シュート６では、図１１に示すように、コークスの流束が原燃料流通路６０の内周側に移動することが確認された。

以下、図１２、表２を参照して、実施例１の効果について説明する。
図１２は、図１１に示したコークスの流量分布に基づいて、コークスの原燃料流束の主流位置を示す図である。
図１２において、横軸は原燃料流通路６０の中心をゼロとした場合の中心からの偏りを距離（ｍｍ）を示したものであり、縦軸はコークスの流量を示している。
また、表２には、垂直シュートにおけるコークスの流束の主流位置を、原燃料流通路６０の中心からの偏り（ｍｍ）により示した。

発明例１、発明例２によると、図１２、表２に示すように、コークスの流束の位置が比較例１、比較例２に比べて、大幅に原燃料流通路の内方（中央寄り）に移動することが確認できた。
なお、実施例１、２の原料導水径（凸部内の径）はいずれも８００ｍｍであるが、垂直シュート全体の径を８００ｍｍとした比較例１に比べて偏りが抑制されている。
したがって、発明例１、発明例２における原燃料の流束位置の偏り抑制は、導水径の縮小によるものではなく、流束調整凸部を設けたことによる原燃料の分散によるものであるといえる。

＜実施例２＞
次に、図１３〜図１５を参照して、本発明の実施例２について説明する。
実施例２は、鉛直方向に複数段の流束調整凸部を形成した場合の効果を検証する実施例である。
図１３は、比較例３、発明例３、発明例４、発明例５を用いて、表１に示した３０〜５５ｍｍのコークスを原燃料として効果を検証した。

実施例２における比較例３、発明例３、発明例４、発明例５に係る垂直シュート６は、図１３に示すとおりである。
比較例３は、流束調整凸部を備えていない垂直シュート６を用いて、発明例３、発明例４、発明例５では、それぞれ流束調整凸部Ｊ４、Ｊ５、Ｊ６を備えた垂直シュート６を用いた。なお、それぞれの水直シュート６は、鉛直方向に沿ってストレートな円筒形状とされ、内径、及び流束調整凸部の高さ（径方向寸法）、及び鉛直方向の位置は、図１３、表３に示すとおりである。

実施例２では、ＤＥＭを用いたシミュレーションによって、集中シュート５及び垂直シュート６内におけるコークスの挙動及び垂直シュート６の下側開口部における原燃料分布を解析した。
なお、コークスは、図１４の左側に位置する炉頂ホッパーから集中シュートに供給するものとした。

シミュレーションによる解析では、集中シュート５及び垂直シュート６内におけるコークスの挙動は、図１４に示すとおりである。
図１４は、実施例２に係る垂直シュート内におけるコークスの挙動及び垂直シュートの下側開口部におけるコークスの原燃料流量分布を示す図である。図１４において、上側の図はコークスの挙動（流れ）を濃淡により示しており、下側の図は、垂直シュートの下側開口部におけるコークスの流量分布を濃淡により示した。

比較例３では、コークスの流束は原燃料流通路６０の外周側（右側）に偏って垂直シュート６の内周面に衝突し、図１１の下側に示すように、コークスの原燃料流量分布は垂直シュート６の原燃料流通路６０の右側に集中する。
一方、発明例３、発明例４、発明例５に係る流束調整凸部Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５を備えた垂直シュート６では、図１４に示すように、コークスの流束が原燃料流通路６０の内周側に移動することが確認された。

以下、図１５、表３を参照して、実施例２の効果について説明する。
図１５は、図１４に示したコークスの流量分布に基づいて、コークスの原燃料流束の主流位置を示す図である。
図１５において、横軸は原燃料流通路６０の中心をゼロとした場合の中心から距離を示しており、縦軸はコークスの流量を示している。
また、表３には、垂直シュートにおけるコークスの流束の主流位置を、原燃料流通路６０中心からの偏り（図１５と同様）により示した。

発明例３、発明例４、発明例５によると、図１５、表３に示すように、コークスの流束の位置が比較例３に比べて大幅に原燃料流通路の内方（中央寄り）に移動することが確認できた。
また、流束調整凸部の鉛直方向ピッチがそれぞれ２００ｍｍ、４００ｍｍの発明例４、発明例５を、流束調整凸部の鉛直方向ピッチが１００ｍｍの発明例３と比較すると、発明例４、発明例５が発明例３よりもコークスの流束の偏りを抑制する効果が大きいことが分かった。
さらに、発明例４、発明例５を比較すると、有意な差異があるとはいえず、流束調整凸部の鉛直方向ピッチが２００ｍｍであれば、偏りを抑制する効果が充分に確保可能であることが確認できた。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。

例えば、上記実施形態においては、垂直シュート６が鉛直方向に沿って見たときに内方が円形に形成されている場合について説明したが、例えば、六角形、八角形等の多角形であってもよい。

また、上記実施の形態においては、垂直シュート６の内方に形成される原燃料流通路６０が、流束調整凸部を除いた状態で上方から下方にわたって鉛直方向に沿ってストレートである場合について説明したが、例えば、原燃料流通路６０の断面が垂直シュートの上方から下方に向かって縮小され、又は拡大されるテーパ形状を有する構成とすることもできる。

また、上記実施の形態においては、垂直シュート６の内周面６０Ｓに周方向全周にわたって流束調整凸部を形成する場合について説明したが、例えば、原燃料Ｍの流束を原燃料流通路６０の中心からずれた位置に形成する場合に、内周面６０Ｓの周方向の一部に流束調整凸部を形成してもよい。

また、流束調整凸部の原燃料流通路６０を含む断面は、上記実施形態に限定されるものではなく、流束調整凸部の原燃料流通路６０を含む断面形状については任意に設定することができる。

また、流束調整凸部を、一段とするか複数段とするかは任意に設定することが可能であり、複数段の流束調整凸部を設ける場合に、各段の流束調整凸部を異なる形状、寸法に設定してもよい。

また、垂直シュート６の鉛直方向における原燃料流束位置調整部を設ける位置、及び範囲は、原燃料Ｍに応じて適宜設置することが可能である。

この発明に係る高炉炉頂装入装置によれば、垂直シュート内を流れる原燃料の流束を原燃料流通路の中心を含む領域に位置させるとともに、原燃料が垂直シュート内に堆積するのを抑制することができるので産業上利用可能である。

Ｍ 原燃料
Ｏ１ 中心軸線（鉛直方向）
１ 高炉
２ 高炉本体
３ 高炉炉頂装入装置
４ 炉頂ホッパー
５ 集合シュート
６ 垂直シュート
７ 旋回シュート
６０ 原燃料流通路
６０Ｓ 内周面
６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７ 原燃料流束位置調整部
６１０、６２０、６３０、６４０、６５０、６６０、６７０ 流束調整凸部

Claims (6)

1. 高炉上部に配置され、集合シュートから高炉内に原燃料を供給する原燃料流通路が形成された筒状の垂直シュートを備えた高炉炉頂装入装置であって、
   前記垂直シュートは、落下する原燃料の流束を前記原燃料流通路の内方に移動させる原燃料流束位置調整部を備え、
   前記原燃料流束位置調整部は、
   鉛直方向から見て、前記原燃料流通路の内方に向かって突出する流束調整凸部を有していることを特徴とする高炉炉頂装入装置。
2. 請求項１に記載の高炉炉頂装入装置であって、
   前記流束調整凸部は、
   上下方向に複数段に形成されていることを特徴とする高炉炉頂装入装置。
3. 請求項１又は２に記載の高炉炉頂装入装置であって、
   前記流束調整凸部は、
   前記垂直シュートの内周面の全周にわたって形成されていることを特徴とする高炉炉頂装入装置。
4. 請求項３に記載の高炉炉頂装入装置であって、
   前記原燃料流通路は、鉛直方向から見て円形に形成され、
   前記流束調整凸部は、前記垂直シュートの内周面から前記原燃料流通路の中心に向かって等しい幅に形成されていることを特徴とする高炉炉頂装入装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の高炉炉頂装入装置であって、
   前記流束調整凸部の前記原燃料流通路を含む鉛直方向の断面は、前記垂直シュートの内周面側から前記原燃料流通路の内方に向かうにしたがって鉛直方向寸法が漸次短くなることを特徴とする高炉炉頂装入装置。
6. 請求項５に記載の高炉炉頂装入装置であって、
   前記流束調整凸部の前記原燃料流通路を含む鉛直方向の断面は、前記垂直シュートの内周面側から前記原燃料流通路の内方に向かうにしたがって鉛直方向下方に傾斜する傾斜面を有していることを特徴とする高炉炉頂装入装置。