JP3102279B2 - ベルレス高炉における装入原料の粒度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はベルレス高炉における装
入原料の粒度制御装置、特に原料排出粒度特性が排出初
期に大きく中心部のガス流が強くなる傾向にある、装入
能力の劣る垂直２段型のベルレス高炉における装入コー
クスの粒径制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉を安定にしかも効率良く操業するに
は、炉内を上昇するガス流分布を適正に制御し、還元ガ
スの有効利用を図りつつ炉内の通気性を低下させること
が重要である。このためには高炉内の塊状態・融着帯・
炉芯の通気性を改善することが重要であり、それにより
高出銑比操業・劣質原料の多量使用が可能となる。

【０００３】高炉への原料装入方法は一般的に鉱石とコ
ークスを交互に装入している。コークス装入時における
通気性低減に対する対策方法としては、ベル高炉につい
ては、特公昭６４−９３７３号公報において実公昭６１
−４２８９６号公報のシュートを用いたコークスの中心
装入方法が提案されている。ベルレス高炉については、
特開平３−２３２９１２号公報、特開平３−２３２９１
３号公報、特開平４−６２０４号公報等において提案さ
れている装入方法がある。

【０００４】特公昭６４−９３７３号公報に提案されて
いる装入方法は、主にベル高炉について述べたものであ
り、各チャージにおけるコークスを時系列的に少なくと
も２系列に分け、総装入コークスの大部分を鉱石層を全
て覆うように装入し、残りの当該チャージの８〜１．５
％を中心部に装入することを特徴としている。特開平３
−２３２９１２号公報においては、ベルレス高炉では、
通気性確保のためには通常コークスでは１５％〜２０％
のコークスを炉中心部に装入すれば、燃料比低減等の効
果がある旨の記載がある。また、この公報には、前者
（特公昭６４−９３７３号公報）の発明との差は、ベル
レス高炉とベル高炉におけるホッパーからの原料排出挙
動の違いによるものであり、ベルレス高炉はベル高炉に
較べてホッパーからの原料排出速度が小さいため、鉱石
装入時に下部のコークス層の中心部への崩れが少ないた
め中心流の確保が困難であり、特に、装入物表面をフラ
ットにした場合はその傾向が大きく、そのためベル高炉
より多量のコークスを中心部に装入する必要がある旨の
記載がある。

【０００５】特開平３−２３２９１３号公報には、高品
質のコークスを（ＣＳＲ＋１５・粒径＋２０ｍｍ）を中
心部に装入すれば、毎チャージでなくても、４〜６チャ
ージに１回の中心装入でも効果がある旨の記載がある。
特開平４−６２０４号公報は３つ以上のホッパーを用い
たベルレス装入装置によりコークス中心装入を行ってい
るものであり、コークスを２種類の粒径（中心部コーク
ス−Ｄ・散布コースク−ｄ）に分け、散布コークスを半
径方向に装入する直前又は直後に、中心部コークスを炉
中心部に装入し、その後、鉱石中にコークスを混合した
原料を装入することを特徴としている。この方法を実施
することにより溶融帯の通気性が向上し、操業が安定す
ると報告している。また、中心装入用コークスの粒径・
品質を向上させることにより、更にその効果は改善する
旨の記載がある。更に、鉱石装入時における通気性低減
に対する対策方法としては、粒径を２種類に分け高炉半
径方向に分離して装入する方法が実施されている。特
に、溶銑コスト低減のために、最近では１〜３ｍｍの小
塊焼結も使用しており、通常の塊焼結（１０ｍｍ〜２０
ｍｍ）と分離し、高炉の周辺部に装入している。以上の
従来の技術において高出銑比操業下で劣質原料を多量に
使用する場合には、一般に、中心部に高品質の大塊コー
クスを供給し、周辺部に小塊焼結を効率良く装入するこ
とが望ましいと考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
装入方法による高炉中心ガス流の確保を通常のコークス
ホッパー設備で且つ装入能力の劣る垂直２段階のベルレ
ス高炉で実施した場合以下のような問題点がある。 （１）特開昭６２−２９０８０９号公報、特開昭Ｈ３−
２３２９１３号公報及び特開平４−６２０４号公報に
は、通気性のよい高品質のコークスを中心に装入するこ
とにより更に良い操業成績が得られるという趣旨の記載
がある。また、ベルレス高炉については、コークスの中
心部への装入は実公告６１−４２８９６号公報に示すシ
ュートを用いなくても、特開平３−２３２９１２号公
報、特開平３−２３２９１３号公報、及び特開平４−６
２０４号公報のように、分配シュートの傾動角度を所定
の角度に設定することにより装入は可能である。しかし
ながら、これらの発明には通気性の良い高品質コークス
の具体的スペック及びその供給方法についての開示がな
い。

【０００７】一般的に通気性確保のためには、高品質
（高強度、低飯能）且つ粒径が大きいコークスが必要と
されるが、コークス炉から窯出しされるコークス流径は
バラツキがあり、時系列的にも変動があることを考える
と、高炉側のコークスホッパー内では大きな粒径偏析が
生じる。また、中心装入用コークスの使用量は少量であ
ることも考慮すると節目の大きなグリズリーを設置した
だけでは、通常より大きな粒径のコークスは中心に装入
できるものの、安定した大きな粒径を装入することは不
可能である。また、他のコークス品質の性状を示すもの
として、冷間強度（ＤＩ １５／３０・１５０／・１
５）、熱間強度（ＣＳＲ）があるが、通常コークス、中
心コークスの部位毎でのこれらのスペックについても不
明確であり、定量的に明確にする必要がある。

【０００８】（２）コースクの中心部への装入について
は、実公昭６１−４２８９６号公報に示すシュートを用
いなくても、特開平３−２３２９１２号公報、特開平３
−２３２９１３号公報、及び特開平４−６２０４号公報
のように、分配シュートの傾動角度を所定の角度に設定
することにより装入することは可能である。しかしなが
ら、装入能力の劣る垂直２段階ホッパーにおいて、中心
部に品質のよい大粒のコークスを周辺部に小塊焼結を毎
チャージ装入することは、装入能力に余裕のある減産下
はともかく、高出銑操業下においてはこの方法は不可能
である。現在高炉の基数は集約されており、一般に、大
型高炉では１００００Ｔ／Ｄ程度の出銑量は必要であ
る。また、原料コスト低廉化により微粉炭吹込みも一般
的であり、現状では微粉炭比８０〜１００Ｋｇ／Ｔであ
る。また、１回に装入するコークス量により層厚も決定
され、その層厚の適性域を考慮すると、装入回数は１５
０回程度必要となる。特開平４−６２０４号公報には、
３並列ホッパー型ベルレス高炉の装入能力が記載されて
いるが、４ダンプ１チャージの場合の装入能力は１７０
回とコークス中心装入の毎ＣＨ（チャージ）装入は可能
である。しかし、４ダンプ１チャージの場合の装入能力
が１１７回しか持たない垂直２段型ホッパーにおいて
は、コークス中心装入の毎ＣＨ装入は不可能であった。

【０００９】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、垂直２段型のベルレス高炉の中心部に装
入するコークスの粒径を高精度に制御することを可能に
したベルレス高炉における装入原料の粒度制御装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るベルレス高
炉における装入原料の粒度制御装置は、装入ベルトコン
ベア上のコークスを撮像する撮像手段と、撮像手段から
の画像信号をフーリエ変換してコークスの平均粒径を求
める画像処理手段と、コークビンの下に一列に並べて傾
斜して配置され、下流側ほど粗く形成された複数個の振
動櫛ユニットからなる上段振動櫛、及び上段振動櫛の下
に上段振動櫛の沿って配置され、画像処理手段の出力に
応じて移動制御される下段振動櫛からなる粒度制御グリ
ズリーとを有し、高炉の中心に装入されるコークスの粒
径を経時的に所定の範囲に維持する。

【００１１】

【作用】本発明において、高炉の中心部にコークスを装
入するとき、装入ベルトコンベア上のコークスが撮像手
段により撮像されて画像信号が得られる。画像処理手段
は撮像手段からの画像信号をフーリエ変換してコークス
の平均粒径を求める。この平均粒径に対応した信号が下
段振動櫛に供給され、下段振動櫛は平均粒径に応じて前
後に移動制御される。従って、上段振動櫛にて分類され
て落下してきたコークスは下段振動櫛によって更に分類
され、所望の粒径のコークスのみが選別され、それが搬
送されて高炉の中心部に装入される。従って、高炉の中
心部のコークスの粒径を経時的に所定の範囲に維持し、
大塊のコークスを中心部に装入する際に、コークスの粒
径のばらつきを小さくすることができ、高炉中心部の通
気性を、従来のコークスポッパン設備で且つ垂直２段型
のベルレス高炉においても十分確保することができる。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るベルレス高炉
における装入原料の粒度制御装置の構成を示したブロッ
ク図である。垂直２段型のベルレス高炉１０に装入され
る原料（コークス）はベルトコンベア２０により搬送さ
れるが、その搬送途中において画像処理装置２０のＩＴ
Ｖ２１により撮像されてその粒径が計測される。その計
測された粒径に基いて粒度制御グリズリー４０が制御さ
れ、高炉１０に装入されるコークスの粒径が調整され
る。このようにして、コークスの粒径を調整することに
より、高炉の中心部に装入するコークスの粒径が安定し
たものとなる。

【００１３】図２は画像処理装置３０における処理過程
を示したブロック図である。ＩＴＶ３１により画像信号
を得た（Ｓ３１）後にそれを２値化処理する（Ｓ３
２）。そして、輝度むらを除去した後にフーリェ変換し
（Ｓ３３）、パワー最大の周波数に基いて粒度指数を求
める（Ｓ３４）。この粒度指数に基いて平均粒径を求め
る（Ｓ３５）。他方、サンプリングによっても実際に粒
径を計測し（Ｓ３６）、その計測値により平均粒径の算
出の際の比例定数を校正する。この測定をオンラインで
測定するために、ベルトコンベア２０上のコークスの積
載の有無を判定するシステムも取り入れている。なお、
この画像処理装置２０は特開昭６３−２９０９４３号公
報にその詳細が記載されている。

【００１４】図３は上記にて算出された粒度指数と実際
の平均粒径との関係を示した特性図である。図より明ら
かなように、両者の間には直線的な相関関係があり、算
出された粒度指数は有用であることが分かる。

【００１５】図４は粒度制御グリズリー４０の構成を示
した模式図である。コークホッパー４１のホッパーゲー
ト４２の下部には上段振動櫛４３及び下段振動櫛４４が
配設されている。上段振動櫛４３は、節目範囲が異なる
４つ以上のグリズリーから構成され、上流から順々に大
きな節目のグリズリーが配列されている。下段振動櫛４
４は流れ方向に移動可能な上段振動櫛４３より細かい節
目のグリズリーが配列され、そのグリズリーを加振装置
４５により振動を加えつつ、ストロークシリンダー４６
により前後に動かすことにより粒度の制御が可能になっ
ている。その前後の移動量は上記の原料粒径に応じて調
整される。

【００１６】図５は上段振動櫛４３に２７／３２、３７
／５３、４２／５８、５２／６８ｍｍのグリズリーを設
置し、下段振動櫛４４に２５／３５ｍｍのグリズリーを
設置した場合のテスト結果を示す特性図である。このテ
スト結果においては、その粒径制御幅は３０ｍｍ〜６０
ｍｍとなっている。

【００１７】ところで、垂直２段型のベルレス高炉は装
入物分布の円周バランス特性が並列型ホッパーより優れ
ているが、装入能力が劣っている。このような垂直２段
型のベルレス高炉において原料を装入する場合に、高出
銑比操業を維持しつつコスト低減につながるように、上
記制御方法を効率的に実施する方法を次に説明する。装
入能力が劣る垂直２段型のベルレス高炉において、コー
クスを大塊（通常塊の＋１０ｍｍ）・通常塊（４５ｍｍ
〜５５ｍｍ）・中塊（１５ｍｍ〜２５ｍｍ）の３種類に
分け、焼結鉱については、通常塊（１０ｍｍ〜２０ｍ
ｍ）・小塊（１ｍｍ〜３ｍｍ）に分け、装入方法を次の
ようにする。 １チャージ ＣＣ（通常塊）↓Ｃ（大塊）↓ＯＯ（通常）↓ ２チャージ ＣＣ（通常塊）↓ＯＯ（通常＋中塊コークス）↓Ｏｓ（小塊） Ｃ（大塊）↓については炉中心部に、Ｏｓ（小塊）↓に
ついては周辺部に装入し、中塊コークスは鉱石に混合
し、排出後期に炉内に装入することにより、炉芯部に歩
留まらせるように装入する。Ｃ（大塊）↓については前
述した粒度制御グリズリー４０を使用することにより、
通常塊より１０〜２０ｍｍ大きい粒径で且つ変動の少な
いコークス得られ、中心装入を行っていないチャージの
鉱石中に中塊コースクを混合することにより、ソリュー
ションロスによるコークスの劣化は優先的に中塊コーク
スで起きるため、中心装入用コークスの劣化は防止でき
るので、図１の制御装置により粒度が大粒に制御された
コークスを使用した場合には、中心装入は２チャージに
１回でも当該チャージのコークス総重量の８％〜１５％
の装入で、通常の制御されていないコークスを使用した
場合と較べると通気性は良くなる。

【００１８】図６は図１の制御装置により粒度が大粒に
制御されたトレーサーコークス（通常塊の＋１０ｍｍ）
を中心部に全体の１０％使用した場合の炉芯ゾンデのサ
ンプリングデータを示す特性図である。この図より２Ｃ
Ｈに１回、わずか１０％程度の装入量でも、中塊コース
クの優先的ソリューションロスにより、中心部に挿入さ
れたコークスは、炉芯部全体の６０〜８０％占めること
が分かる。このことから、図１の制御装置による粒度制
御・中塊コークスの使用は通気性の改善に、大きく寄与
していることが明かとなっている。

【００１９】次に、中心部のコークス品質を向上させる
ことにより、更に小粒Ｓｒ、低品位コークス等の劣質原
料の多量使用できる方法について述べる。コークス品質
は通常、冷間強度（Ｄ１ ３０／１５・１５０／１
５）、熱間強度（ＣＳＲ）等の指標で管理されている。
これらは、基本的にコークス操業（炉温）、石炭配合で
制御することができる。冷間強度については、反射率、
流動性、トナート質といった個々の石炭もつ性状からの
配合制御やコークス炉での乾溜時間等で管理されてい
る。また、熱間強度（ＣＳＲ）に関しては、コークスの
反応性（ＣＲＩ）、コークス炉の温度で整理される。Ｃ
ＲＩは、配合炭のアルカリ含有量や、反射率の分散状況
により整理される。これらのＤＩ、ＣＳＲといったコー
クスの品質管理指標と高炉操業との関係については、高
炉内コークス挙動調査で明確にした。

【００２０】図７はＣＳＲの高炉操業への影響を示した
特性図である。挿入時には高ＣＳＲのコークスの方が炉
芯コークス粒径は大きく、操業成績もよいことがわか
る。すなわち、高ＣＳＲコークス使用の効果は炉下部通
気性の改善によるものと考えられる。これらから、全体
コークスの高品質化を図らなくても、中心コークスの高
品位化（粒径アップ、ＣＳＲ向上、ＤＩ向上）により、
前述の理由により、２ＣＨに１回挿入でも、炉芯コーク
スの６０〜８０％が高品位のコークスに置換されるた
め、炉下部通気性の観点からは、周辺部でのコークス品
質は低下、或いは小粒Ｓｒの多量使用が可能となる。

【００２１】次に、垂直２段ベルト高炉において図１の
制御装置を実施した場合の詳細について説明する。原料
はコークスについては、大塊（通常塊の＋１０ｍｍ）・
通常塊（４５ｍｍ〜５５ｍｍ）・中塊（１５ｍｍ〜２５
ｍｍ）の３種類に分け、焼結については、通常塊（１０
ｍｍ〜２０ｍｍ）・小塊（１ｍｍ〜３ｍｍ）に分け下記
の挿入を行う。 １チャージ ＣＣ（通常塊）↓Ｃ（大塊）↓ＯＯ（通常）↓ ２チャージ ＣＣ（通常塊）↓ＯＯ（通常＋中塊コークス）↓Ｏｓ（小塊）

【００２２】図８はその時の炉内の挿入物分布の堆積挙
動を示した説明図である。１チャージ目のＣＣ（通常
塊）は図に示すように、その挿入表面が再現性のあるフ
ラット分布になるように装入する。次のＣ（大塊）は画
像処理装置３０と制御グリズリー４０を用いて、通常塊
の＋１０ｍｍに制御されたコークスを中心部に装入す
る。また、ＯＯ（通常）についてもその装入表面はフラ
ットになるように装入する。２チャージ目のＣＣ（通常
塊）も装入表面はフラットになるように装入する。次の
ＯＯ（通常＋中塊コークス）も挿入表面はフラットにな
るように装入する。中塊コークスは、下分バンカーから
の排出後期に中塊コークスが排出するように原料貯蔵ホ
ッパーから混合して切り出し、炉中心部に中塊コークス
が歩留まるようにする。ソリューションロスによるコー
スクの劣化はこの中塊コークスに優先的におこるかつ低
反応性のため中心装入用コークスの劣化防止できる。ま
た、最後のＯｓ（小塊）は周辺に装入し、全体として装
入表面はフラットになるようにする。

【００２３】次に、垂直２段型のベルレス高炉の１１０
００Ｔ／Ｄ操業下で行った例について説明する。下記に
装入方法及び装入量を示す。 １チャージ ＣＣ（通常塊）↓Ｃ（大塊）↓ＯＯ（通常）↓ ３３．２Ｔ ３．７Ｔ １４７．７Ｔ ２チャージ ＣＣ（通常塊）↓ＯＯ（通常＋中塊コークス）↓Ｏｓ（小塊） ３６．９Ｔ １２７．７Ｔ（＋中塊３．２Ｔ） ２０．０Ｔ ここでは、通常コークスは４５〜５５ｍｍ・中心装入用
コークスは＋１０ｍｍ・中塊コークスは１５〜２５ｍｍ
のものを用いた。通常焼結は１０ｍｍ〜２０ｍｍ、小塊
焼結は１〜３ｍｍのものを用いた。画像処理装置３０と
粒度制御グリズリー４０とを用いることにより、中心部
に装入するコークスの粒径変化は±２ｍｍとなった。１
１０００Ｔ／Ｄでは必要装入回数は１３５回であり、ま
た、上記の３ダンプ１チャージの装入能力は１５０回で
あり、本実施例を導入することにより、垂直２段型のベ
ルレス高炉でも通気性のよいコークスの中心装入が可能
となる。

【００２４】図９は上記の場合の制御結果を示すコーク
ス粒径の特性図である。この例におては、中心部に装入
されるコークスの粒径変化は±２ｍｍであった。出銑量
が１１００Ｔ／Ｄの場合には、必要装入回数は１３５回
であり、また、上記の３ダンプ１チャージの装入能力は
１５０回であり、本実施例の装入方法を適用することに
より、垂直２段型のベルレス高炉でも通気性のよいコー
クスの中心装入が可能になっている。

【００２５】図１０は中心コークスの品位を変えた場合
の効果を示した特性図であり、ＣＳＲと小粒Ｓｒ配合率
との関係が示されている。ＣＳＲが悪化すると高炉内の
通気性が確保できないため、炉況が不安定となり小粒焼
結鉱が使用できなくなる。しかし、中心コークスのみＣ
ＳＲを＋１０とすると、小粒焼結鉱の使用量は全コーク
スのＣＳＲが高い時期と同程度使用可能になる。但し、
それ以上高めても更なる効果は望めない。

【００２６】図１１はその効果をコークス品質及び小粒
焼結鉱の使用量に分けて定量的に示した図である。

【００２７】次に、本発明に至るまでの種々の装入方法
とその効果について説明する。 ケース１：ＣＣ（通常塊）↓ＯＯ（通常塊） ケース２：ＣＣ（通常塊）↓Ｃ（通常塊）↓ＯＯ（通常塊） ／ＣＣ（通常塊）↓ＯＯ（通常塊）↓Ｏｓ（小塊） ケース３：ＣＣ（通常塊）↓Ｃ（大塊）↓ＯＯ（通常塊） ／ＣＣ（通常塊）↓ＯＯ（通常塊＋中塊コークス）↓Ｏｓ（小塊） ケース４^＊：ＣＣ（通常塊）↓Ｃ（大塊）↓ＯＯ（通常塊） ／ＣＣ（通常塊）↓ＯＯ（通常塊＋中塊コークス）↓Ｏｓ（小塊） （^＊画像処理装置＋粒度制御グリズリーの適用）

【００２８】ケース１においては１１００Ｔ／Ｄの出銑
量を確保するためには通気性の維持のために、通常塊コ
ークスを５５ｍｍ、通常塊焼結を１５ｍｍに維持する必
要があった。ケース２においては粒径２ｍｍの小粒焼結
の配合が１％まで可能となった。ケース３では通常塊焼
結を１２ｍｍに小粒焼結の配合が２％まで可能となっ
た。画像処理装置３０及び粒度制御グリース４０を導入
したケース４では、通常塊コークスを５０ｍｍ、通常塊
焼結を１２ｍｍに、小粒焼結の配合が６．７％（Ｏｓで
２０Ｔ）まで可能となり、更に、通常塊コークスのドラ
ム強度を０．０３低減することも可能になっている。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、コークス
を撮像してその画像信号に基いて平均粒径を求め、そし
て、その平均粒径に応じ下段振動櫛を前後に移動制御し
てコークスにふるいをかけて選別し、所望の粒径のコー
クスのみが選別されて高炉の中心部に装入されるように
したので、高炉の中心部のコークスの粒径が経時的に所
定の範囲に維持され、中心部に大塊のコークスの粒径の
ばらつきを小さく供給することができ、高炉中心部の通
気性を、従来のコークスポッパー設備で且つ垂直２段型
のベルレス高炉においても十分確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るベルレス高炉における
装入原料粒度の制御装置の構成を示したブロック図であ
る。

【図２】図１の画像処理装置における処理過程を示した
ブロック図である。

【図３】図１の画像処理装置により算出された粒度指数
と実際の粒径との関係を示した特性図である。

【図４】図１の粒度制御グリズリーの構成を示した模式
図である。

【図５】図１の粒度制御グリズリーのテスト結果を示す
特性図である。

【図６】図１の実施例における炉芯ゾンデのサンプリン
グデータを示した特性図である。

【図７】ＣＳＲの高炉操業への影響を示した特性図であ
る。

【図８】図１の実施例における炉内の装入分布の堆積挙
動を示した説明図である。

【図９】図１の実施例における制御結果を示すコークス
粒径の特性図である。

【図１０】中心コークスの品位を変えた場合の効果を示
した特性図である。

【図１１】図１０の効果をコークス品位及び小粒焼結鉱
の使用量に分けて定量的に示した図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 装入ベルトコンベア上のコークスを撮像
   する撮像手段と、撮像手段からの画像信号をフーリエ変
   換してコークスの平均粒径を求める画像処理手段と、コ
   ークビンの下に一列に並べて傾斜して配置され、下流側
   ほど粗く形成された複数個の振動櫛ユニットからなる上
   段振動櫛、及び前記上段振動櫛の下に該上段振動櫛に沿
   って配置され、前記画像処理手段の出力に応じて移動制
   御される下段振動櫛からなる粒度制御グリズリーとを有
   し、高炉の中心に装入されるコークスの粒径を経時的に
   所定の範囲に維持することを特徴とするベルレス高炉に
   おける装入原料の粒度制御装置。