JP2885546B2 - 高炉炉頂装入装置並びに装入方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉の炉頂装入装置な
らびに装入方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】代表的な移動層型高温反応炉である高炉
では、一般的に１０ｔ以上のコークスと鉱石が１単位と
して交互に装入される。このため、高炉内ではコークス
と鉱石が層状に交互堆積する。コークスは炉下部の送風
羽口から送風される高温の空気と反応して鉱石還元用の
一酸化炭素と熱を供給する役割をもつが、同時にシャフ
ト部で反応ガスをスムーズに流すための通気保持機能も
担っている。従って、通気性の良好な操業をうるため
に、コークスの炉径方向での堆積層厚さ分布が適正に保
持される必要がある。従来から、コークスの堆積層厚さ
分布を適正に調整するためにベル式高炉ではムーバブル
アマープレートが設置され、ベルレス式高炉では傾動可
能な旋回型のシュートが設置されている。炉内頂部での
コークスや鉱石の炉径方向での堆積層厚さ分布の調整は
コークスや鉱石の落下位置を上記のアマープレートもし
くは旋回シュートの設定位置を変えることによってなさ
れる。

【０００３】高炉では、一般に炉の中心部領域にコーク
スを多く堆積させて、この領域に強いガス流れをつくる
操業がなされている。これは加熱された空気が炉下部周
辺に設置された送風羽口から入るため送風羽口先で発生
した高温の反応ガスが炉の中心部領域に充分に到達しな
いことから、炉の中心部領域に通気性の良いコークスを
多く堆積させて反応ガスの炉中心部への浸透を計る必要
があることによる。

【０００４】最近は、高炉内でのコークス消費量を低減
するために、送風羽口への微粉炭多量吹き込みがなされ
つつある。コークス消費量が減少すると、炉頂部からの
コークス装入量が減少するので炉頂部での鉱石とコーク
スの炉径方向での堆積層厚分布が大きく影響を受ける。

【０００５】微粉炭の吹き込み量を１００ｋｇ／ｔ−ｐ
ｉｇ ｉｒｏｎから２００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ ｉｒｏｎ
に増すと炉頂部での鉱石／コークスの重量比は４．２か
ら５．５の程度まで上昇する。炉頂部での鉱石／コーク
スの重量比が大きくなると、一層炉頂中心部領域へのコ
ークス投入量を多くして強い中心ガス流れを確保する必
要が生じる。しかし、一回当りのコークス装入量（コー
クスベースと呼ぶ）が減少しているので、従来から保有
しているアマープレートもしくは旋回シュートでそれぞ
れの設定位置を調整しても炉径方向のコークス層厚分布
を適正に保持することが困難となってきている。また、
これらの装入調整装置は主に炉頂周辺部のコークスと鉱
石の堆積層厚を調整するために設けられたもので炉中心
部の狭い領域（炉軸から０．５〜１ｍの範囲）に少量の
コークスを投入する機能については劣っている。従っ
て、高炉のコークス消費量が大きく低減した場合には強
い中心ガス流れを確保することが上述した従来の調整装
置のみでは非常に困難となる。また、高炉のコークス消
費量を大きく低減させた場合に、一回に装入される鉱石
の量（オアベースと呼ぶ）は多くなり、このために鉱石
の堆積層厚は大となる。鉱石層の堆積角度（２８〜３２
°）はコークス層の堆積角度（３４〜３６°）よりも小
さいので、鉱石の装入量が多い程炉中心部での鉱石堆積
層厚の増加が顕著となる。ペレットのように堆積角度
（２４〜２６°）が小さい場合にはこの層厚増が一層進
む。従って、コークス消費量の減少は単にコークス層の
堆積層厚を減少させるだけでなく、鉱石の炉中心部での
堆積層厚も増加させるため、強い中心ガス流れの保持が
難しくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高炉では一般にコーク
スや鉱石は各々に一定量分割して炉内に装入される。コ
ークスの分割した量をそれぞれＣ１，Ｃ２で表し、鉱石
の分割した量をそれぞれＯ１，Ｏ２で表すと、その標準
的な装入シーケンスはＣ１↓Ｃ２↓Ｏ１↓Ｏ２↓となる
（↓は高炉内への投入を示す）。Ｃ１↓Ｏ１↓Ｃ２↓Ｏ
２↓の装入シーケンスも考えられるが炉頂までのコーク
スと鉱石の輸送系統の切り替え時間が大幅に増え、高炉
生産性に大きな制約を与えるのでこの装入シーケンスは
使用されない。

【０００７】炉中心部領域の狭い領域（炉軸から０．５
〜１ｍの範囲）に少量のコークス（０．５〜１ｔ，コー
クスベースの２〜５％）を装入するには、Ｃ１↓Ｃ２↓
の後もしくはＯ１↓の後（Ｏ１↓とＯ２↓の間）が有効
とされている。特に、後者のＯ１↓後に少量のコークス
を投入することは炉中心部で過大となり易い鉱石層厚を
抑えるのに有効とされている。前者のＣ１↓Ｃ２↓後に
少量のコークスを炉中心部に投入することは炉頂部に堆
積しているコークス層が次に投入される鉱石によって崩
されて堆積コークス量の数％程度が炉中心部に流れ込む
ので少量コークスを新たに炉中心部に装入しても意味は
少ない。従って、少量のコークスを別途に精度よく炉中
心部に装入したいのはＯ１↓の後、即ち鉱石堆積層の上
面である。Ｏ１↓の後、即ちＯ１↓とＯ２↓の間に少量
のコークスを入れようとしても、炉頂ホッパー内にはＯ
２↓の鉱石が入っているので現状の装入装置の内では少
量のコークスの装入は不可能である。Ｏ１↓とＯ２↓の
間に少量コークスを装入するシーケンスも机上では考え
られるが、１ｔ前後の少量のコークスを他の大量の鉱
石、コークスと同じように時間をかけて輸送・装入する
ことは、高炉の生産性に多大な悪影響を及ぼすので現実
には考えられない。また、操作している間に炉頂部の装
入物堆積レベルが下がり過ぎて堆積レベルを一定に保持
することができない。

【０００８】炉中心部の狭い領域に少量のコークスを投
入するために、従来の装入装置系とは独立に新たにコー
クスを炉内に導入する装入装置を設けることが考えられ
る。しかし、この装置でも、従来の装入装置系統と新た
に設けた装入装置系統とで切り替えに時間を必要とする
ので、高炉の生産性に制約を与える。

【０００９】従って、従来の装入装置を活用し、この装
置内に新たな機能を附加することにより、炉中心部の狭
い領域に容易に少量のコークス（もしくは鉱石）を投入
出来ることが最も望ましい。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の傾動可
能な旋回シュートを有するベルレス装入装置に適用する
ための少量のコークスを炉中心部の狭い領域に投入する
ための装置並びにその装入方法に関するものである。

【００１１】ベルレス装入装置の旋回シュートは傾動角
度を小さくすることにより炉中心部側に装入物を投入す
ることができる機能を従来から保有している。この操作
は炉頂の装入ホッパー内に貯留された装入物を切り出す
途上でその一部を炉中心部側に旋回シュートの傾動角を
小さくして投入するもので、上記のＣ１↓Ｃ２↓の後に
少量のコークスを装入するには有効な方法である。しか
し、Ｏ１↓とＯ２↓の間にコークスを装入しようとする
と、炉頂ホッパー内にはＯ２の鉱石が入っているので少
量のコークスは切り出せない。本発明はこれを可能とす
る装置並びに方法である。

【００１２】以下に本発明について詳細に説明する。

【００１３】図８に従来の傾動可能な旋回シュートを有
するベルレス装入装置を示す。従来の装入装置ではコン
ベア１で交互に輸送されてきたコークス及び鉱石がシュ
ート２を経て炉頂部上段ホッパー３に装入される。この
場合、下段ホッパー４とをつなぐガスシール用仕切り弁
５は閉とし、炉内ガスの流出を防止しておく。上段ホッ
パー３への装入が終了すると仕切り弁５を開き、装入物
を下段ホッパー４に装入する。装入が完了すると仕切り
弁５を閉じ、下段ホッパー４の圧力を炉頂圧と同じにな
るように均圧弁６を開いて均圧にする。炉頂部の装入物
堆積高さを検知するレベル計７の信号を得て流量調節弁
８を開いて一定の流量で炉内に装入する。装入開始と共
に旋回シュート９を旋回させながら所定の位置に逐次傾
動させ、炉径方向に所定形状の鉱石とコークスの堆積層
１０，１１を形成させる。この操作はコークスと鉱石に
ついて交互になされる。少量のコークスを同様の操作で
装入しようとすれば多くの時間が余分に必要となり、ま
た、操作している間に炉内の装入物堆積レベルが下がり
過ぎて堆積レベルを保持することができない。

【００１４】

【作用及び実施例】本発明はこれらの問題を改善するも
ので以下に実施例により詳細に説明する。図１に本発明
によるベルレス装入装置の１例を示す。下段ホッパー４
の内に１ｔ程度（高炉の規模で若干異なる）のコークス
が入る貯留用容器１２を設けることを特徴とする。貯留
用容器の上部と下部には遮断弁１３と１４が組み込まれ
ている。少量コークスの入排出の推移と弁操作を図２に
示す。コークスＣ２を下段ホッパー４に装入するときに
そのコークスの一部を貯留用容器１２の遮断弁１３を開
いて貯留する。貯留するコークス量の調整は遮断弁１３
の開度で行う。コークスＣ２が所定の操作で高炉内に装
入されてもこの貯留用容器内のコークスは切り出さな
い。コークスＣ２の後に下段ホッパー４に入る鉱石が高
炉内に装入され、下段ホッパー内のＯ１の鉱石が殆ど残
存しなくなった時点で貯留用容器の遮断弁１４を開き容
器内のコークスを排出させてＯ１の鉱石の最後尾になる
ように炉内に装入する。このコークスが炉内で落下する
時点では旋回シュートの傾動位置（対垂直方向）を最も
小さくして炉中心部領域に堆積させる。遮断弁１４の開
信号は旋回シュートの旋回数がＯ１の高炉内への装入に
必要な数（通常は１０〜１５旋回、旋回時間は７．５秒
／１旋回）に達する時間を基準とし、それから旋回シュ
ートの傾動角がゼロ即ち旋回シュートが垂直となるに必
要な時間とコークスが旋回シュート面に達する時間、更
には遮断弁開に必要な時間を加味して旋回シュートの駆
動信号とタイマーとの組合せで与えられる。コークスの
排出が終われば、遮断弁１３，１４を閉じる。

【００１５】又他の実施例として貯留用容器の上部と下
部に遮断弁１３，１４を設ける代わりに図３に示す如く
下段ホッパー内に一点支持によってスイングする半円形
状の仕切り板１５を設け、この仕切り板をエアもしくは
油駆動のシリンダー１６でホッパー内軸側と壁側に移動
させる構造のものも有効である。この場合、一点支持の
位置は仕切り板上端とし、シリンダーと仕切り板とのジ
ョイント位置は仕切り板下端近傍とする。また、図４に
少量コークスの入排出の推移とシリンダー操作を示す。
コークスＣ２を下段ホッパー４に装入するときにシリン
ダーと仕切り板とのジョイント位置を軸側に押し出し、
仕切り板がホッパー壁面と同じ面で垂直になるようにし
てＣ２のコークスの一部を仕切り板で囲われた内に受け
入れる。貯留するコークス量を少なくしたい時はジョイ
ント位置を壁側に引き仕切り板で囲われた内容積を小さ
くする。一旦コークスが貯留されれば、仕切り板の上端
を遮閉しなくとも次に下段ホッパーに入るＯ１の鉱石に
よって当該コークスの貯留が阻害されることはない。下
段ホッパー４に入ったＯ１の鉱石が高炉内に装入され、
下段ホッパー内の鉱石が殆ど残存しなくなった時点でシ
リンダー１５をホッパー内軸側に更に押しだして仕切り
板で囲われた内のコークスを排出途上の鉱石の最後尾に
なるように高炉内に投入する。このコークスが炉内で落
下する時点では旋回シュートの傾動位置（対垂直方向）
を最も小さくして炉中心部領域に堆積させる。投入が終
了しても、シリンダーと仕切り板とのジョイント位置は
そのままにして、次のＯ２が下段ホッパー内に装入され
ても仕切り板で囲われた内に鉱石が滞留しないように開
放した状態としておく。シリンダーと仕切り板とのジョ
イント位置を仕切り板がホッパー壁面と同じ面で垂直と
なる元の位置に戻すのは次のシーケンスのＣ２が下段ホ
ッパー内に投入される直前である。

【００１６】貯留用容器構造方式であれ、仕切り板構造
方式であれ少量のコークスをＯ１とＯ２の間で装入する
機能は同じである。なお、Ｃ２のあとに少量のコークス
を投入したい場合にも上記の方法が適用できる。この場
合も上記のＯ１の鉱石の場合に行ったのと同じ操作をＣ
２の代わりにＣ１のコークスをＯ１の時の操作と同じに
行えばよい。

【００１７】次に本発明の装入装置並びに装入方法に
て、高炉内の装入物分布を形成させた例を述べる。装入
条件は次の通りである。

【００１８】炉頂径： ８ｍ 装入方式： Ｃ１Ｃ２Ｏ１Ｏ２ 装入量： Ｃ１＝１０ｔ，Ｃ２＝１０ｔ，Ｏ１＝２０
ｔ，Ｏ２＝２０ｔ Ｏ１とＯ２の間に装入するコークス量： ０．５ｔ シュート旋回角度と旋回数（鉱石Ｏ１の条件）： 旋回角度 50.0 48.2 46.5 42.3 38.8 32.5 旋回数 2 2 3 3 2 1 鉱石Ｏ１及びその上に装入した少量のコークスの堆積形
状を図５に示す。少量のコークスが炉中心部領域の１ｍ
範囲に堆積しているのがわかる。比較のために、少量の
コークスをＯ１の鉱石に混合して装入した場合、下部ホ
ッパー内で少量のコークスをＯ１の鉱石層上に散布した
場合と本発明法の場合の炉半径方向での少量コークスの
堆積量分布を図６にしめす。明らかに本発明法の場合に
は少量のコークスが炉軸の狭い領域に精度よく堆積して
いる。本発明法の適用によって得られる高炉シャフト上
部の炉半径方向でのガス利用率分布（ＣＯ₂／（ＣＯ₂＋
ＣＯ））を図７に示す。併せて、少量コークスを炉中心
部領域に装入しない従来の装入方式での利用率分布を示
す。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように本発明法の適用に
より、炉中心部領域での利用率分布が狭い範囲で低くな
っており強い中心ガス流が生じることが分かる。この強
い中心ガス流の形成によって装入降下状況が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明による実施例ベルレス装入装置
の構造図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は本発明ベル
レス装入装置における少量コークスの入排出の推移と弁
操作を示す図。

【図３】（ａ）は貯留用容器としての半円形状の仕切り
板の構造図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図。

【図４】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は半円形状の
仕切り板設置時の少量コークスの入排出の推移と弁操作
を示す構造図。

【図５】本発明法により装入した少量コークスの堆積形
状を示す図。

【図６】本発明法および従来法による炉半径方向での少
量コークスの堆積量分布の比較図。

【図７】本発明法および従来法による高炉シャフト上部
の炉半径方向でのガス利用率分布の比較図。

【図８】従来の傾動可能な旋回シュートを有するベルレ
ス装入装置の構造図。

【符号の説明】

１…コンベア ２…シュート ３…上段ホッパー ４…下段ホッパー ５…仕切り弁 ６…均圧弁 ７…レベル計 ８…流量調節弁 ９…旋回シュート １０…鉱石堆積層 １１…コークス堆積層 １２…コークス貯留
用容器 １３…遮断弁 １４…遮断弁 １５…仕切り板

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉のベルレス式装入装置において、炉
   頂部中心領域に１ｔ程度の少量コークスを装入するため
   のコークス貯留用容器を炉頂部の下段装入ホッパーの内
   側に設けることを特徴とする高炉炉頂装入装置。
2. 【請求項２】 請求項１における貯留用容器をもちい
   て、鉱石を２分割して装入し、炉内頂部で堆積させる場
   合に１番目と２番目の鉱石堆積層の間に少量のコークス
   を装入する形で炉中心領域に堆積させることを特徴とす
   る高炉炉頂装入方法。
3. 【請求項３】 少量のコークスを貯留用容器から切り出
   すための作動信号を、少量コークスの装入前に装入され
   る鉱石に必要な旋回シュートの旋回時間を基準として与
   えることを特徴とする請求項２の高炉炉頂装入方法。