JP2020094230A - ベルレス式高炉の原料装入方法及び原料搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焼結鉱及び異種装入物を炉頂ホッパーから炉内に装入する際に、異種装入物（Ｄ２／Ｐ０．４＞１．３５）の装入タイミングが後半に偏ることを防止する。【解決手段】炉頂ホッパーに堆積した以下の条件式（１）を満足する焼結鉱及び異種装入物を鉱石ダンプとして高炉に装入するベルレス式高炉の原料装入方法であって、前記炉頂ホッパーにおいて、前記焼結鉱の全てを含む第１の堆積層の上に前記異種装入物のみからなる第２の堆積層を堆積させることを特徴とするベルレス式高炉の原料装入方法。Ｄ２／Ｐ０．４＞１．３５・・・・・・・・・・・（１）ここで、Ｄ＝（異種装入物の平均粒径）／（焼結鉱の平均粒径）、Ｐ＝（異種装入物の見かけ密度）／（焼結鉱の見かけ密度）である。【選択図】図２

Description

本発明は、ベルレス式高炉への原料装入方法に関し、特に、小塊コークス等の異種装入物を含む鉱石層を形成するための原料装入方法等に関する。

近年、環境問題を意識した高炉操業が求められており、低コークス比と、高炉の安定操業とを実現可能な原料装入方法が求められている。ここで、高炉の安定操業を実現するためには、炉内ガスの通気性を確保することが重要となる。

高炉では、鉱石とコークスとを交互に装入することで、炉内に鉱石層とコークス層とを交互に積層させる装入方法が採用されている。さらに近年では、コークス層と、焼結鉱よりも粒子径が大きく、密度が小さい異種装入物（例えば、小塊コークス、非焼成含炭塊成鉱、フェロコークス）を含む鉱石リッチな鉱石層とを炉内に交互に積層させる原料装入方法も知られている。

ここで、焼結鉱と異種装入物の一例である小塊コークスとを混合した混合原料を炉頂ホッパーから排出する時の挙動について図１５を参照しながら説明する。図１５（ａ）は、装入コンベアを介して、炉頂ホッパー８０に混合原料が装入された直後の様子を示しており、図１５（ｂ）は炉頂ホッパー８０から不図示の高炉に向かって原料排出が開始された直後の様子を示している。

図１５（ａ）に示すように、炉頂ホッパー８０に混合原料を一次貯留する際に、小塊コークスより粒子径が小さく密度の大きい焼結鉱は、炉頂ホッパー８０の中央部近傍に堆積する。その一方で、粒子径が大きく密度が小さい小塊コークスは、周辺に転げ落ちたり、焼結鉱にはじき飛ばされたりすることによって、炉頂ホッパー８０の壁部近傍に堆積する。

図１５（ｂ）に示すように、炉頂ホッパー８０から混合原料を排出する際は、ファンネルフローにより、排出ゲート直上の炉頂ホッパー８０の中央部における焼結鉱から優先的に排出され、炉頂ホッパー８０の壁部近傍の小塊コークスは焼結鉱に遅れて排出される。小塊コークスの排出が後半に偏ると、鉱石層内の上部に多くの小塊コークスが堆積するため、小塊コークスを鉱石層の層内部や下層に混合させることができない。そのため、小塊コークスを有効活用することができず、鉱石の還元率を向上させることができない。

上述の課題を解決する方法として、以下の条件式（Ａ）を満足する異種装入物と、焼結鉱とを混合してベルレス式高炉に装入する原料装入方法が知られている（特許文献１参照）。
０．６５≦Ｄ^２／Ｐ^０．４≦１．３５・・・・・・（Ａ）
ただし、Ｄ＝（異種装入物の平均粒径）／（焼結鉱の平均粒径）、Ｐ＝（異種装入物の見かけ密度）／（焼結鉱の見かけ密度）である。
言い換えると、特許文献１には、Ｄ^２／Ｐ^０．４が１．３５超になると、異種装入物が炉頂ホッパー８０の壁部近傍に偏析しやすくなることが示唆されている。本発明は、焼結鉱よりも粒子径が大きい、及び／又は、密度が小さい異種装入物のうち、特許文献１に定義されるＤ^２／Ｐ^０．４が１．３５超である異種装入物を対象とする。

特許文献２には、貯留ホッパーの下部に鉱石とコークスとを同時に充填した混合物層を形成し、この混合物層の上に、残りの鉱石とコークスとを別々にかつ交互に装入する方法が開示されている。

特許第６１０２４６２号公報 特許第６１５２７１４号公報

図１６は、特許文献２の装入方法にしたがって、小塊コークスからなる小塊コークス層の上に鉱石（例えば焼結鉱）を装入したときの小塊コークスの挙動を示している。小塊コークスは、その安息角にしたがって中央が隆起するように堆積しており、このコークス層の上に鉱石が装入されると、密度の小さい小塊コークスが壁側に押し込まれる。したがって、炉頂ホッパーから高炉に排出される小塊コークスの排出タイミングが後半に偏るため、鉱石の還元率を十分に向上させることができない。

本願発明は、焼結鉱及び異種装入物を炉頂ホッパーから炉内に装入する際に、異種装入物（Ｄ^２／Ｐ^０．４＞１．３５）の装入タイミングが後半に偏ることを防止する。

上記課題を解決するために、本願発明は、一つの観点として、旋回シュートに高炉原料を落下供給する炉頂ホッパーに堆積した以下の条件式（１）を満足する焼結鉱及び異種装入物を高炉に装入するベルレス式高炉の原料装入方法であって、前記炉頂ホッパーにおいて、前記焼結鉱の全てを含む第１の堆積層の上に前記異種装入物のみからなる第２の堆積層を堆積させることを特徴とする。
Ｄ^２／Ｐ^０．４＞１．３５・・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｄ＝（異種装入物の平均粒径）／（焼結鉱の平均粒径）、Ｐ＝（異種装入物の見かけ密度）／（焼結鉱の見かけ密度）である。

本願発明は、別の観点として、以下の条件式（１）を満足する焼結鉱及び異種装入物を、装入コンベアを介して単段の炉頂ホッパーに搬送するベルレス式高炉の原料搬送方法であって、前記装入コンベアに、前記焼結鉱からなる鉱石帯を堆積させるとともに、この鉱石帯よりも搬送方向後方に前記異種装入物からなる異種装入物帯を堆積させて、前記焼結鉱及び前記異種装入物を搬送することを特徴とする。
Ｄ^２／Ｐ^０．４＞１．３５・・・・・・・・・・・（１）
ここで、Ｄ＝（異種装入物の平均粒径）／（焼結鉱の平均粒径）、Ｐ＝（異種装入物の見かけ密度）／（焼結鉱の見かけ密度）である。

本願発明によれば、焼結鉱及び異種装入物を炉頂ホッパーから炉内に装入するときに、異種装入物（Ｄ^２／Ｐ^０．４＞１．３５）の排出タイミングが後半に偏ることを防止できる。

原料装入装置と原料搬送方法（第１実施形態）の概略図である。 炉頂ホッパーにおける高炉原料の堆積形状を示している（第１実施形態）。 堆積した高炉原料の排出順序を示している（第１実施形態）。 原料装入装置と原料搬送方法（第２実施形態）の概略図である。 炉頂ホッパーにおける高炉原料の堆積形状を示している（第２実施形態）。 炉頂ホッパーにおける高炉原料の堆積形状を示している（第３実施形態）。 筒状体の配設状況を示す平面図である。 変形例の筒状体が配設された炉頂ホッパーにおける高炉原料の堆積形状を示している。 原料装入装置と原料搬送方法（第４実施形態）の概略図である。 原料装入装置と原料搬送方法（第４実施形態の変形例）の概略図である。 原料装入装置と原料搬送方法（第５実施形態）の概略図である。 原料装入装置と原料搬送方法（第５実施形態の変形例）の概略図である。 炉内に装入される小塊コークスのサンプリング結果を示したグラフである（実施例１）。 炉内に堆積した小塊コークスのサンプリング結果を示したグラフである（実施例１）。 炉内に装入される小塊コークスのサンプリング結果を示したグラフである（実施例２）。 焼結鉱及び小塊コークスの混合原料を炉頂ホッパーから排出する時の挙動を示している。 小塊コークス層の上に鉱石を装入したときの小塊コークスの挙動を示している。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の原料装入方法に用いられるベルレス式原料装入装置の一部の概略図である。白抜きの矢印は、装入コンベアから炉頂ホッパーに装入される高炉原料の搬送方向を示している。原料装入装置１００は、装入コンベア１０によって炉頂に運び上げられた高炉原料を一時的に貯留する単段の炉頂ホッパー２０（言い換えると、単段ホッパー）を備えている。

炉頂ホッパー２０は、直胴部２１と、直胴部２１の下端部に連接したテーパ部２２と、テーパ部２２の下端部に連接したホッパー排出口２３と、ホッパー排出口２３を開閉する排出ゲート２４とを含む、同芯型のホッパーである。同芯型のホッパーは、直胴部２１及びホッパー排出口２３の中心軸（Ｘ軸）が互いに略一致している。ただし、本願発明が適用可能なホッパーは、図１等に示す構成のホッパーに限定されない。

直胴部２１は、内径寸法が一定であり、直胴部２１の上方には装入コンベア１０の終端部が位置している。テーパ部２２は、下方に進むにしたがって内径寸法が縮径するように構成されている。

装入コンベア１０には、焼結鉱からなる鉱石帯Ａ１と、小塊コークスからなるコークス帯Ａ２とが堆積しており、これらの焼結鉱及び小塊コークスはそれぞれ、図示しない鉱石槽及びコークス槽から切り出されることにより装入コンベア１０上に落下供給される。コークス帯Ａ２は、鉱石帯Ａ１よりも搬送方向後方（すなわち搬送方向上流側）に堆積している。「搬送方向後方」であるから、搬送方向において鉱石帯Ａ１とコークス帯Ａ２との間に隙間があってもよいし、互いに接触していてもよい（他の実施形態も同様である）。ただし、隙間が小さくなるほど、装入コンベア１０上に堆積した高炉原料の先頭から後端までの距離が短くなるため、原料の搬送時間を短くすることができる。装入コンベア１０の終端部に到達した高炉原料は、炉頂ホッパー２０のホッパー排出口２３に向かって落下装入される。

炉頂ホッパー２０に装入された焼結鉱及び小塊コークスは、炉内に鉱石層を形成するための鉱石ダンプとして不図示の旋回シュートを介して炉内に装入される。炉内に形成される鉱石層は、１回の鉱石ダンプで形成してもよいし、複数回の鉱石ダンプで形成してもよい（他の実施形態及び変形例においても同様である）。

複数回の鉱石ダンプで鉱石層を形成する場合、必ずしも全ての鉱石ダンプが本発明の装入方法である必要はない。例えば、鉱石層を２回の鉱石ダンプで形成する場合、一方の鉱石ダンプを本発明の装入方法によって装入し、他方の鉱石ダンプを本発明とは異なる装入方法（例えば、小塊コークス混合なし）によって装入してもよい。また、両方の鉱石ダンプを本発明の装入方法によって装入してもよい。

溶銑１トンあたりの小塊コークスの混合量（原単位）は、特に限定しないが、例えば１０〜７５ｋｇ／ｔｐとすることができる。つまり、装入コンベア１０に堆積させる小塊コークスは、上述の原単位を考慮して、適宜の値に設定することができる。

ここで、コークス炉で乾留されたコークスには粒度分布があり、一般的には、粒度の比較的大きいコークスがコークス層を形成するために用いられる。本発明の小塊コークスは、コークス層の形成に用いられない、篩下に落ちる比較的粒度の小さいコークス（例えば、粒子径が１０〜４０ｍｍ程度）であり、以下の条件式（１）を満足する。
Ｄ^２／Ｐ^０．４＞１．３５・・・・・・（１）
ただし、Ｄ＝（小塊コークスの平均粒径）／（焼結鉱の平均粒径）、Ｐ＝（小塊コークスの見かけ密度）／（焼結鉱の見かけ密度）である。
なお、これらの粒径及び密度は、装入コンベア１０に載せる前に予め測定することができる。平均粒径は、質量平均径（重量平均径）又は体積平均径であり、これらの値は、粒子の密度や形状が一定の条件下において互いに等しい。

上述の構成において、装入コンベア１０が回転動作すると、装入コンベア１０の終端部から炉頂ホッパー２０に向かって鉱石帯Ａ１が落下し、鉱石帯Ａ１が落下した後にコークス帯Ａ２が落下する。図２は、これらの鉱石帯Ａ１及びコークス帯Ａ２が炉頂ホッパー２０に落下した後の堆積形状を示している。同図に示すように、ホッパー排出口２３を含む下層側に焼結鉱からなる第１の堆積層Ｂ１が形成され、第１の堆積層Ｂ１の上に小塊コークスからなる第２の堆積層Ｂ２が形成される。

図３に、図２に示す第１の堆積層Ｂ１を複数の領域に分割し、各分割領域に排出順序を示す番号を付したものを示す。この排出順序は、ＤＥＭ（Distinct Element Method）を用いたシミュレーションにより推定した。具体的には、実炉の炉頂ホッパーを１／３に縮尺したホッパー内に、粒径が１０〜２０ｍｍの焼結鉱を５０００ｋｇ装入し、装入した焼結鉱が静止した後、排出ゲートを開き、排出挙動をシミュレートした。

同図に示すように、最初は、炉頂ホッパー２０の壁部近傍を避けた位置に堆積した中央側の焼結鉱が、下側から順に排出されるため、第１の堆積層Ｂ１は中央側から窪んでいく。したがって、第１の堆積層Ｂ１の上に小塊コークスを堆積させておくことにより、排出時間の中盤に、小塊コークスを排出することができる。これにより、鉱石層の表層よりも下方の鉱石層内に小塊コークスを混合することができる。排出時間の中盤とは、例えば、排出開始から排出終了までの時間を１.０としたときの０．４〜０．７程度の時間帯をいう。

ここで、第２の堆積層Ｂ２の下面の角度α及び上面の角度βはそれぞれ、焼結鉱の安息角及び小塊コークスの安息角に従う。小塊コークスは、焼結鉱よりも安息角が大きいため、第２の堆積層Ｂ２の厚みは、中央側（言い換えると、ホッパー排出口２３の直上）がより大きくなる。したがって、図２及び図３に示す堆積形状によれば、排出時間の中盤に、より多くの小塊コークスを排出することができる。

（第２実施形態）
図４は、本実施形態の原料装入方法に用いられるベルレス式原料装入装置の一部の概略図である。白抜きの矢印は、装入コンベアから炉頂ホッパーに装入される高炉原料の搬送方向を示している。第１実施形態と機能が共通する要素には、同一符号を付している。装入コンベア１０には、焼結鉱からなる鉱石帯Ａ１と、小塊コークスからなるコークス帯Ａ２−１と、小塊コークスからなるコークス帯Ａ２−２とが堆積している。コークス帯Ａ２−１は、鉱石帯Ａ１よりも搬送方向後方に位置する。コークス帯Ａ２−２は、鉱石帯Ａ１の先頭に積層されている。鉱石帯Ａ１の先頭とは、鉱石帯Ａ１のうち、装入コンベア１０の終端部に近い側の端部をいい、搬送方向前方側（すなわち搬送方向下流側）の端部とも同義である。

上述の構成において、装入コンベア１０が回転動作すると、装入コンベア１０の終端部から炉頂ホッパー２０に向かって鉱石帯Ａ１及びコークス帯Ａ２−２が落下し、全ての鉱石帯Ａ１が落下した後にコークス帯Ａ２−１が落下する。図５は、これらの鉱石帯Ａ１、コークス帯Ａ２−１，Ａ２−２が炉頂ホッパー２０に落下した後の堆積形状を示している。同図に示すように、ホッパー排出口２３を含む下層側に焼結鉱を主体とする第１の堆積層Ｂ１が形成され、第１の堆積層Ｂ１の上に小塊コークスからなる第２の堆積層Ｂ２が形成される。また、第１の堆積層Ｂ１のうち、ホッパー排出口２３を含んで上下に延びるホッパー中央領域（以下、第１の堆積層Ｂ１−１と称する場合がある）には焼結鉱及び小塊コークスの混合物が堆積し、前記ホッパー中央領域を除いた領域（以下、第１の堆積層Ｂ１−２と称する場合がある）には焼結鉱が堆積する。ホッパー中央領域は、ホッパー排出口２３内側の領域及びその上方にテーパ状に広がる領域（並びに、後述する筒状体が配設されている場合においては筒状体内側の領域）からなり、ホッパー中央領域の下端は排出ゲート２４である。

ここで、焼結鉱及び小塊コークスの混合物が堆積した第１の堆積層Ｂ１−１は、図３における番号「１」〜「２」の領域に含まれており、これにより、初期の装入タイミングから小塊コークスを炉内に装入することができる。すなわち、排出ゲート２４を開くと、最初に焼結鉱及び小塊コークスの混合物を炉内に装入することができる。また、第１実施形態と同様に、排出時間の中盤に、第２の堆積層Ｂ２を形成する小塊コークスを排出することができる。初期の装入タイミングとは、堆積層Ｂ１−１に堆積した高炉原料の量などによるが、例えば、排出開始から排出終了までの時間を１.０としたときの０．０〜０．４程度の時間帯をいう。

ここで、第１の堆積層Ｂ１−１の径方向における最大幅をＳ、ホッパー排出口２３の口径をＴとしたとき、好ましくは、Ｔ≦Ｓ≦１．７Ｔである。最大幅Ｓが口径Ｔの１．７倍超になると、焼結鉱及び小塊コークスの混合物の一部が、炉内装入タイミングの遅い壁部近傍（具体的には、図３の番号「５」〜「１０」）に流れ込み、鉱石層内に混合される小塊コークスが減少するおそれがある。最大幅Ｓが口径Ｔの１．０倍未満になると、ホッパー排出口２３の近傍に堆積する小塊コークスの量が不足する。

したがって、最大幅Ｓに応じた第１の堆積層Ｂ１−１の体積を予め算出しておき、この算出した体積に基づき、最初に装入される小塊コークス及び焼結鉱の量（つまり、コークス帯Ａ２−２及びこの下に積層される鉱石帯Ａ１の体積）を決定することが望ましい。

（第３実施形態）
本実施形態は、第２実施形態の変形例であり、炉頂ホッパーの内部に筒状体が配設されている点で第２実施形態と相違する。図６は、図５に対応しており、炉頂ホッパーに堆積される高炉原料の堆積形状を示している。図７は、筒状体の配設状況を示す平面図である。

筒状体２５は、金属で構成されており、上下が開口した円筒部２５ａと、円筒部２５ａの外周面に多数配設された外殻ライナー２５ｂと、円筒部２５ａの内周面に多数配設された内殻ライナー２５ｃとを含む。これらの外殻ライナー２５ｂ及び内殻ライナー２５ｃによって円筒部２５ａの周面を覆うことにより、落下供給される原料による筒状体２５の摺動摩耗等を抑制することができる。外殻ライナー２５ｂ及び内殻ライナー２５ｃには、例えば耐火物れんがを用いることができる。外殻ライナー２５ｂ及び内殻ライナー２５ｃは、例えば溶接やボルト止めにより円筒部２５ａに固定することができる。

筒状体２５は、焼結鉱及び小塊コークスの混合物が堆積するホッパー中央領域に配設されており、十字状に配設された径方向に延びる支持梁２５ｄにより炉頂ホッパー２０の内面（例えばテーパ部２２の内面）に吊持されている。すなわち、外殻ライナー２５ｂの周方向における四か所に取り付けられた支持梁２５ｄを炉頂ホッパー２０の内面に固定することにより、筒状体２５は吊持されている。なお、支持梁２５ｄの本数は特に限定しないが、略等間隔に配置することが好ましい。炉頂ホッパー２０及び筒状体２５の中心軸は、互いに略一致させることが望ましい。

上述の構成によれば、炉頂ホッパー２０に最初に装入される焼結鉱及び小塊コークスの混合物（つまり、コークス帯Ａ２−２及びこの下に積層された鉱石帯Ａ１の混合物）を筒状体２５の内部に堆積させることができる。ここで、筒状体２５がない場合、混合物の一部はテーパ部２２に向かって流れ込む。言い換えると、混合物の一部が排出の遅い領域に流れ込むため、初期に装入される小塊コークスの装入量が減少する。

上述のホッパー中央領域に筒状体２５を配設することにより、排出タイミングの早い領域に混合物を留めておくことができるため、初期に装入される小塊コークスの装入量を増やすことができる。

上述の実施形態では、筒状体２５を円筒形状に形成したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、図８に図示するように、下端よりも上端の径が大きい截頭錐体形状（コーン状）の筒状体２６を用いることもできる。ここで、截頭錐体とは、錐体の頭部を底面に平行な面で切断した後の頭部を除いた残部の形状のことであり、例えば、円錐台、角錐台が含まれる。

コーン状の筒状体２６は、円筒状の筒状体２５よりも上端の受原料面積が大きいため、最初に装入される焼結鉱及び小塊コークスを、排出ゲート２４直上の排出タイミングの早い領域に、より多く堆積させることができる。

（第４実施形態）
本実施形態は、第１実施形態の変形例である。図９は、本実施形態の原料装入方法に用いられるベルレス式原料装入装置の一部の概略図である。白抜きの矢印は、装入コンベアから炉頂ホッパーに装入される高炉原料の搬送方向を示している。第１実施形態と機能が共通する要素には、同一符号を付している。装入コンベア１０には、焼結鉱からなる鉱石帯Ａ１と、小塊コークスからなるコークス帯Ａ２−３と、小塊コークスからなるコークス帯Ａ２−４とが堆積している。コークス帯Ａ２−３は、鉱石帯Ａ１よりも搬送方向後方に堆積されている。コークス帯Ａ２−４は、鉱石帯Ａ１の後端に積層されている。鉱石帯Ａ１の後端とは、鉱石帯Ａ１のうち、装入コンベア１０の終端部から遠い側の端部をいい、搬送方向後方側（搬送方向上流側）の端部とも同義である。

つまり、本実施形態では、第１実施形態のコークス帯Ａ２をコークス帯Ａ２−３及びＡ２−４に分割して、装入コンベア１０に積載している。そのため、装入コンベア１０に堆積した高炉原料の搬送方向における全長が第１実施形態よりも短くできる。これにより、第１実施形態の構成よりも、高炉原料の搬送時間を短くすることができる。

ここで、第２実施形態の堆積方法を本実施形態に適用してもよい。具体的には、図１０に図示するように、小塊コークスをコークス帯Ａ２−２、Ａ２−３及びＡ２−４に分割し、コークス帯Ａ２−２を鉱石帯Ａ１の先頭に積層し、コークス帯Ａ２−４を鉱石帯Ａ１の後端に積層し、コークス帯Ａ２−３を鉱石帯Ａ１よりも搬送方向後方に堆積させてもよい。

（第５実施形態）
図１１（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の原料装入方法に用いられるベルレス式原料装入装置の一部の概略図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の変形例である。原料装入装置は、互いに同軸（Ｘ軸）に配置された下段炉頂ホッパー２０及び上段炉頂ホッパー３０を含むセンターフィード型の垂直二段ホッパーである。不図示の旋回シュートに高炉原料を供給する下段炉頂ホッパー２０の基本的な構成は、第１実施形態の炉頂ホッパー２０と同じであるから、詳細な説明を省略する。

上段炉頂ホッパー３０は、直胴部３１と、直胴部３１の下端部に連接したテーパ部３２と、テーパ部３２の下端部に連接したホッパー排出口３３と、ホッパー排出口３３を開閉する排出ゲート３４とを含む。上段炉頂ホッパー３０の上方には、装入コンベア１０の終端部が位置しており、装入コンベア１０によって搬送された高炉原料が上段炉頂ホッパー３０に装入されるようになっている。図１１（ａ）及び（ｂ）に示す垂直二段ホッパーを用いる場合においても、下段炉頂ホッパー２０内における高炉原料の堆積形状を第２実施形態又は第１実施形態のようにすることにより、本発明に係る原料装入方法が適用できる。例えば、図１１（ａ）において、装入コンベア１０には、焼結鉱からなる鉱石帯Ａ１が堆積しており、鉱石帯Ａ１の先頭にコークス帯Ａ２−５、鉱石帯Ａ１の中間部やや後ろよりにコークス帯Ａ２−６がそれぞれ積層されている。

上述の構成において、装入コンベア１０が回転動作すると、装入コンベア１０の終端部から上段炉頂ホッパー３０に向かって鉱石帯Ａ１及びコークス帯Ａ２−５が落下する。鉱石帯Ａ１及びコークス帯Ａ２−５は上下に積層されているため、焼結鉱及び小塊コークスは混合状態で上段炉頂ホッパー３０に装入される。また、コークス帯Ａ２−５に遅れて、コークス帯Ａ２−６の小塊コークスも焼結鉱との混合状態で上段炉頂ホッパー３０に装入される。

ここで、コークス帯Ａ２−５の小塊コークスは、焼結鉱と混合した状態でホッパー排出口３３の近傍に堆積する。一方、コークス帯Ａ２−６の小塊コークスは、焼結鉱よりも粒子径が大きく、密度が小さいため、直胴部３１の壁際に偏析する。したがって、上段炉頂ホッパー３０の排出ゲート３４を開くと、最初に混合原料が排出され、その後鉱石原料が排出され、最後に小塊コークスが排出される。その結果、下段炉頂ホッパー２０には、第２実施形態と同様に、ホッパー排出口２３近傍に混合原料が堆積した焼結鉱を主体とする第１の堆積層Ｂ１と、第１の堆積層Ｂ１の上に小塊コークスからなる第２の堆積層Ｂ２とが形成される。

図１１（ｂ）に示す変形例では、装入コンベア１０に焼結鉱からなる鉱石帯Ａ１が堆積しており、鉱石帯Ａ１の先頭にコークス帯Ａ２−５が積層されている。この例においては、図示された装入コンベア１０上の鉱石帯Ａ１及びコークス帯Ａ２−５を全て上段炉頂ホッパー３０から下段炉頂ホッパー２０に排出した後、いったん排出ゲート３４を閉じて、上段炉頂ホッパー３０に小塊コークスを貯留する。上段炉頂ホッパー３０に小塊コークスを貯留した後、再び排出ゲート３４を開いて上段炉頂ホッパー３０から下段炉頂ホッパー２０に小塊コークスを装入すればよい。さらに、図１１（ａ）において、先頭に積層されたコークス帯Ａ２−５を除いて搬送することにより第１実施形態と同様の堆積状態が形成される。

（変形例１）
上述の実施形態では、異種装入物として小塊コークスを使用したが、本発明はこれに限るものではなく、他の異種装入物を用いることもできる。他の異種装入物として、例えば、非焼成含炭塊成鉱、フェロコークス、ペレット及び塊鉱石を用いることができる。すなわち、これらの原料及び小塊コークスの群から選ばれる一種又は二種以上の異種装入物を用いることができる。他の異種装入物のうち、上述の式（１）を満足するものを対象とする点は、小塊コークスの場合と同様である。ペレット及び塊鉱石は還元性が悪いため、排出初期に装入して、鉱石層内の下部に堆積させることにより、還元力の強いガスを用いて還元することができる。これにより、還元率の低下を抑制することができる。非焼成含炭塊成鉱は、これに含まれる炭素がガス化して還元ガスが生成されるため、排出初期に装入して、鉱石層内の下部に堆積させることにより、焼結鉱の還元を促進することができる。

二種以上の異種装入物を使用する場合には、個々の異種装入物が上述の式（１）を満足する必要がある。複数の異種装入物を鉱石層に混合する場合、個々の異種装入物が式（１）を満足していれば、異種装入物同士を一種の異種装入物とみなして本発明を適用すればよい。搬送方法としては、鉱石帯の上に異種装入物の混合物帯を積層してもよいし、鉱石帯の上に各異種装入物を複数積層してもよい。なお、上述の実施形態では、炉頂ホッパーにおける第１の堆積層Ｂ１（又はＢ１−２）が焼結鉱のみからなる例を示したが、本発明はこれに限定されない。第１の堆積層Ｂ１（又はＢ１−２）を形成する原料は主として焼結鉱を含み、混合原料中の焼結鉱の質量割合は例えば５割以上でよい。なおまた、炉頂ホッパーにおいて、第１の堆積層Ｂ１は焼結鉱の全てを含み、かつ、第２の堆積層は異種装入物のみからなり、第２の堆積層の上にさらに焼結鉱が装入されることはない。第２の堆積層の上にさらに焼結鉱を堆積させると、図１６に示すのと同様に、異種装入物が炉頂ホッパーの壁側に流れ込んでしまい、炉頂ホッパーから高炉に排出される異種装入物の排出タイミングが後半に偏ってしまうためである。

実施例を示して本発明について、具体的に説明する。

実際の高炉を模擬した１／３縮尺模型実験装置を用いて、以下の実験を行った。使用した焼結鉱の平均粒子径は７．８ｍｍ、密度は３．０ｇ/ｃｍ^３であった。異種装入物として小塊コークスを使用した。小塊コークスの平均粒子径は９．９ｍｍ、密度は１．０ｇ/ｃｍ^３であった。つまり、焼結鉱に対する小塊コークスの粒子径比は１．２７であり、密度比は０．３３であり、Ｄ^２／Ｐ^０．４は２．５１であった。使用した焼結鉱の重量は４５００ｋｇ、小塊コークスの重量は２００ｋｇであった。これは、鉱石層を１ダンプで形成する場合に、溶銑１トンあたりの小塊コークスの混合量（原単位）を約７１ｋｇ／ｔｐとすることに等しい。また、実施例のダンプの後に小塊コークスを混合しない焼結鉱を例えば１３００ｋｇ装入して、２ダンプ装入により鉱石層を形成する場合に、前記の原単位を約５５ｋｇ／ｔｐとすることに等しい。

図９に示す配置にしたがって、小塊コークス及び焼結鉱を装入コンベア上に積層した。具体的には、搬送方向における鉱石帯Ａ１の長さを１００％としたとき、３５％相当のコークス帯Ａ２−４を積層し、１５％相当のコークス帯Ａ２−３を堆積させた。

炉頂ホッパーに小塊コークス及び焼結鉱を堆積させた後、排出ゲート２４を開き、炉内に装入される小塊コークス及び焼結鉱をサンプリングして、炉頂ホッパーからの排出量の経時的変化を調べた。図１２は、小塊コークスのサンプリング結果を示しており、縦軸は小塊コークスの無次元排出量を示し、横軸は無次元時間を示している。小塊コークスの無次元排出量は、炉頂ホッパーに堆積した小塊コークスの全量（サンプリングした全量）を１.００として表している。無次元時間は、炉頂ホッパーに堆積された原料の排出開始から排出終了までの時間を１.０として表している。図１２に示すように、排出時間の中盤に小塊コークスが多く装入されていることがわかった。

図１３は、炉内に装入された小塊コークスを炉高方向における複数の位置でサンプリングしたサンプリング結果であり、縦軸は無次元深さを示し、横軸は無次元堆積量を示している。無次元深さは、鉱石層の層厚を１.０として表している。無次元堆積量は、炉頂ホッパーに堆積した小塊コークスの全量（サンプリングした全量）を１．０として表している。図１３に示す比較例は、上述の小塊コークスを鉱石帯Ａ１の先頭を避けた位置（具体的には、鉱石帯Ａ１の先頭から後端を１．０としたときの０．３〜０．６）に積層させて搬送した結果である。図１３に示すように、比較例では鉱石層の表面に小塊コークスが多く堆積し、実施例では鉱石層の内部に小塊コークスが多く堆積していることがわかった。なお、このサンプリングは、１／３縮尺模型実験装置の中心から壁まで幅２０ｃｍの領域に対し、深さ５ｃｍ毎に堆積物を掘り起こし、回収物をふるい分けて行った。

実施例１と同様の原料及び実験装置を用いて、以下の実験を行った。図４に示す配置にしたがって、小塊コークス及び焼結鉱を装入コンベア上に積層した。具体的には、搬送方向における鉱石帯Ａ１の長さを１００％としたとき、１５％相当のコークス帯Ａ２−２を積層し、３０％相当のコークス帯Ａ２−１を堆積させた。また、本実施例では、炉頂ホッパーの内部に図８に示す截頭錐体形状（コーン状）の筒状体２６を設置した。

炉頂ホッパーに小塊コークス及び焼結鉱を堆積させた後、排出ゲート２４を開き、炉内に装入される小塊コークス及び焼結鉱をサンプリングして、炉頂ホッパーからの排出量の経時的変化を調べた。図１４は、小塊コークスのサンプリング結果を示しており、図１２と同様に、縦軸は小塊コークスの無次元排出量を示し、横軸は無次元時間を示している。図１４に示すように、小塊コークスが初期段階から排出されており、排出時間内における小塊コークスの排出量のバラツキが小さかった。

１０ 装入コンベア
２０ 炉頂ホッパー
２１ 直胴部
２２ テーパ部
２３ ホッパー排出口
２４ 排出ゲート
２５，２６ 筒状体
Ａ１ 鉱石帯
Ａ２，Ａ２−１，Ａ２−２，Ａ２−３，Ａ２−４ Ａ２−５ Ａ２−６ コークス帯

Claims (9)

1. 旋回シュートに高炉原料を落下供給する炉頂ホッパーに堆積した以下の条件式（１）を満足する焼結鉱及び異種装入物を高炉に装入するベルレス式高炉の原料装入方法であって、
   前記炉頂ホッパーにおいて、前記焼結鉱の全てを含む第１の堆積層の上に前記異種装入物のみからなる第２の堆積層を堆積させることを特徴とするベルレス式高炉の原料装入方法。
   Ｄ^２／Ｐ^０．４＞１．３５・・・・・・・・・・・（１）
   ここで、Ｄ＝（異種装入物の平均粒径）／（焼結鉱の平均粒径）、Ｐ＝（異種装入物の見かけ密度）／（焼結鉱の見かけ密度）である。
2. 前記第１の堆積層における、前記炉頂ホッパーの排出口を含んで上下に延びるホッパー中央領域に、前記焼結鉱及び前記異種装入物の混合物を堆積させることを特徴とする請求項１に記載のベルレス式高炉の原料装入方法。
3. 前記ホッパー中央領域に、上下に開口を有する筒状体を配設することを特徴とする請求項２に記載のベルレス式高炉の原料装入方法。
4. 前記異種原料は、小塊コークスであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のベルレス式高炉の原料装入方法。
5. 前記炉頂ホッパーは、単段ホッパー又は垂直二段ホッパーの下段ホッパーであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載のベルレス式高炉の原料装入方法。
6. 以下の条件式（１）を満足する焼結鉱及び異種装入物を、装入コンベアを介して単段の炉頂ホッパーに搬送するベルレス式高炉の原料搬送方法であって、
   前記装入コンベアに、前記焼結鉱からなる鉱石帯を堆積させるとともに、この鉱石帯よりも搬送方向後方に前記異種装入物からなる異種装入物帯を堆積させて、前記焼結鉱及び前記異種装入物を搬送することを特徴とするベルレス式高炉の原料搬送方法。
   Ｄ^２／Ｐ^０．４＞１．３５・・・・・・・・・・・（１）
   ここで、Ｄ＝（異種装入物の平均粒径）／（焼結鉱の平均粒径）、Ｐ＝（異種装入物の見かけ密度）／（焼結鉱の見かけ密度）である。
7. さらに、前記鉱石帯における搬送方向後端部に前記異種装入物を積層することを特徴とする請求項６に記載のベルレス式高炉の原料搬送方法。
8. さらに、前記鉱石帯における搬送方向先頭部に前記異種装入物を積層することを特徴とする請求項６又は７に記載のベルレス式高炉の原料搬送方法。
9. 前記異種原料は、小塊コークスであることを特徴とする請求項６乃至８のうちいずれか一つに記載のベルレス式高炉の原料搬送方法。