JP4308878B2 - 竪型炉 - Google Patents

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Description

本発明は、炉頂の上方に、性状の異なる原燃料を区分して装入する装入装置を備え、かつ、炉頂部に、区分して装入された原燃料の堆積領域を区画する直円筒を備える竪型炉に関する。
従来から、鉄屑、鋳物屑、銑鉄等の鉄源を、竪型炉(キュポラ)で溶解し、銑鉄を製造することが行われている。この種の竪型炉では、還元をしないので、羽口部で、還元ガスを製造する必要がなく、コークスを燃焼して、原燃料の昇熱又は溶解に必要な熱源を確保する。
通常、竪型炉では、混合して装入した原燃料(鉄源とコークス)を、燃焼効率:ηCO(=CO2/(CO+CO2)40〜50%で溶解する。このηCOが40〜50%程度のガスを得るため、通常、粒径:100〜150mm程度の鋳物用大径コークスを使用し、コークス燃焼後のソルーションロス反応を抑制する。
しかし、鋳物用大径コークスは高価であるので、近年、燃料コストを削減するため、高炉用コークスのような小径コークスを使用することが試みられている。
ただし、小径コークスを用いると、吸熱反応であるソルーションロス反応が進行して、コークスの燃焼効率ηCOが低下し、その結果、鉄源の溶解に必要な熱量が不足して、操業が不安定となることは避けられない。
一方、近年、竪型炉で、自己還元性鉱塊、及び、鉄屑を主原料とし、自己還元性鉱塊を還元しつつ、鉄屑を溶解する操業を行うようになってきた。
例えば、非特許文献1には、還元機能も必要とする竪型炉において、送風温度600℃以下で、羽口先に、レースウエイを形成しないで操業を行ったことが報告されている。また、特許文献1で、小径コークス、及び、多量の自己還元性鉱塊を使用し、高い燃焼効率ηCOの下で鉄屑を溶解する、複雑な炉体構造の溶解炉が提案されている。
しかし、竪型炉において、自己還元性鉱塊及び鉄屑を主原料とし、小径の固体燃料(小径コークス、高炉コークス)を多量に使用して、自己還元性鉱塊を還元しつつ、鉄屑を溶解する操業を行う場合、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、操業を、長期間、効率よく安定的に行うことは技術的に難しく、従来から、技術課題として認識されていた。
そこで、特許文献2には、還元が必要な鉄源、溶解だけでよい鉄源、及び、固体燃料を竪型炉に装入し、炉壁に設けた羽口から、常温又は600℃以下の酸素富化空気を送風して、還元と溶解を行う操業方法において、鉄源の平均金属化率に基づいて、還元と溶解に最適なηCO(ガス利用率)を求め、排ガスのηCOを、装入物の炉内高さを調節して、最適範囲に制御する操業方法が提案されている。
しかし、上記操業方法においては、還元が必要な鉄源と、溶解だけでよい鉄源の配合割合が変化する都度、最適なηCO(ガス利用率)を求める必要があり、鉄源の配合割合が制約される。
また、上記操業方法においては、炉上部から、金属化率の高い鉄源を固体燃料と混合して炉中心部に装入し、金属化率が低い鉄源を固体燃料と混合して炉周辺部に装入するが、装入の際、炉下部のコークスベッドの高さを調節する必要がある。
さらに、炉中心部に、固体燃料と鉄源を混合して装入する際、固体燃料中のCと鉄源中のFeの重量比を0.01〜0.05にする必要があり、また、炉中心部に対する炉周辺部の装入レベル(ストックレベル)を、鉄源の平均金属化率に応じて変える必要がある。
このように、特許文献2提案の操業方法は、制御要因が多く、実操業には採用し難い操業方法である。
また、特許文献3及び特許文献4には、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、操業を、長期間、効率よく安定的に行うことを目的とし、それぞれ、原燃料装入方法及び原燃料装入装置が提案されている。
特許文献3提案の原燃料装入方法は、自己還元性鉱塊、ダスト塊成鉱、鉄屑等の鉄源、小粒固体燃料等の原燃料を竪型炉に装入する時、鉄源/固体燃料の重量比等を、装入チャージ毎に変更するとともに、炉周辺部と炉中心部に区分して装入することを特徴とするが、原燃料の装入時、鉄源/固体燃料の重量比等を、装入チャージ毎に変更するためには、煩雑な手順を踏む必要があり、実操業に、必ずしも好適なものではない。
特許文献3には、原燃料を装入する際、装入ガイドを用い、炉周辺部と炉中心部に区分して装入する装入態様が記載されている(図3、参照)が、装入した原燃料は、既存の原燃料の上に堆積する時、炉周辺部又は炉中心部に流動し、必ずしも、所定の領域に堆積せず、所期の効果が得られない場合がある。
また、特許文献4提案の原燃料装入装置は、円錐体ベルと、半径方向に複数に分割され、下部がテーパー状に縮径されて、底部に排出口を備える、水平移動自在の原燃料ガイド部材を備え、原燃料を炉中央部と炉周辺部に選択的に装入するガイド装置からなるが、ガイド装置を通過した原燃料が、既存の原燃料の上に堆積する時、炉周辺部又は炉中心部に流動し、必ずしも、所定の領域に堆積せず、所期の効果が得られない場合がある。
結局、従来の原燃料装入方法及び原燃料装入装置においては、単に、区分した原燃料を装入するだけのものであるので、区分した原燃料が、所定の領域に堆積しない。その結果、還元と溶解を行う竪型炉の操業において、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、操業を、長期間、効率よく安定的に行うことが困難となる。
特表平01−501401号公報 特開平10−036906号公報 特開平09−203584号公報 特許3586355号公報 Gokselら、Transactions of the American Foundrymen's Society Vol 85 AFSDes Plaines. III. (1977). p.327-332
本発明は、原燃料の装入態様が、還元と溶解を行う竪型炉の操業に影響を及ぼすことに鑑み、炉頂から、性状に応じて原燃料を区分して装入するとともに、装入した原燃料を、狙いどおり、所定の領域に堆積させることを課題とする。
そして、上記課題を解決する手段を見いだし、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができる竪型炉を提供することを目的とする。
本発明者は、炉頂部周壁にガス吸引口を備え、ガス吸引口より上の炉内域の原燃料で、炉頂部を封止して操業する竪型炉において、上記課題を解決する原燃料の装入手段を検討するに際し、前述したように、原燃料の装入態様のみに着目した手段では、課題の解決に至らないことに鑑み、原燃料を堆積する炉頂部の構造をも含めて、鋭意検討した。
その結果、(i)炉頂部の封止帯に、原燃料の堆積領域を区画する鋼製直円筒を設け、かつ、(ii)炉頂の上方に、上記鋼製直円筒と協働し、性状の異なる原燃料を、該鋼製直円筒の内外に区分して装入する原燃料装入装置を配置して、区分した原燃料を、上記鋼製直円筒の内外に、適宜、装入すれば、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができることが判明した。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
(1)炉頂部周壁にガス吸引口を備え、ガス吸引口より上の炉内域の原燃料に堆積させ、その堆積で、炉頂部を封止する封止帯を形成して操業する竪型炉において、
(i)上記炉頂部を封止する封止帯に、原燃料の堆積領域を区画する鋼製直円筒を備え、かつ、
(ii)炉頂の上方に、(ii-1)上記鋼製直円筒の開口を閉鎖する底面を有する円錐状誘導部材、(ii-2)上記鋼製直円筒の開口と直通する底部開口を有する逆円錐状誘導部材、及び、(ii-3)上記円錐状誘導部材又は上記逆円錐状誘導部材を、上記鋼製直円筒の直上に着脱する着脱機構を備え、上記鋼製直円筒と協働し、性状の異なる原燃料を、該鋼製直円筒の内外に区分して装入する原燃料装入装置を備えたことを特徴とする竪型炉。
)前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側に設定した支点を中心に、垂直面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に移動させる回転機構を備えることを特徴とする前記()に記載の竪型炉。
)前記回転機構において、支点を挟んで、円錐状誘導部及び逆円錐状誘導部材の反対側に、該ガイド部材の重量に釣り合う錘を備えることを特徴とする前記()に記載の竪型炉。
)前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側又は片側に設定した支点を中心に、水平面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に回転移動させる回転機構を備えることを特徴とする前記()に記載の竪型炉。
)前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、両端に載置した長尺構造部材を、炉頂を挟んで、水平面内で往復動させる往復動機構を備えることを特徴とする前記()に記載の竪型炉。
)前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を載置した台車を、炉頂を挟んで、往復動させる往復動機構を備えることを特徴とする前記()に記載の竪型炉。
)前記炉頂部に、鋼製直円筒の内外の原燃料レベルを測定するレベル測定装置を備えたことを特徴とする前記(1)〜()のいずれかに記載の竪型炉。
)前記鋼製直円筒が、炉頂開口部の内壁に設置した支持部材に載置されていることを特徴とする前記(1)〜()のいずれかに記載の竪型炉。
)前記鋼製直円筒の開口面積と炉頂内壁と鋼製直円筒間の面積の比が、性状の異なる原燃料の装入量比に応じて設定されていることを特徴とする前記(1)〜()のいずれかに記載の竪型炉。
10)前記鋼製直円筒の開口面積と炉頂内壁と直円筒間の面積の比が、1/2であることを特徴とする前記()に記載の竪型炉。
11)前記鋼製直円筒が、ステンレス鋼製であることを特徴とする前記(1)〜(10)のいずれかに記載の竪型炉。
本発明によれば、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができる竪型炉を提供することができる。
本発明について、図面に基づいて説明する。
図1に、原燃料が炉内に装入されていない状態の本発明に係る竪型炉(本発明炉)の一態様を示す。竪型炉1は、基本的に、下部に上段羽口6a及び下段羽口6bを備える炉本体2、炉本体2の上部に設けたガス吸引部4、及び、ガス吸引部4内に貫通して設けられ、内部に収容する原燃料(図示なし)で炉本体1の上部を封止する炉頂部3から構成されている。
なお、炉頂部3は、鉄皮で構成するが、ガス吸引部4の中に挿入されている部分の外側は、耐火物で覆われている。
羽口は、基本的には、図1に示すように、炉の高さ方向に、上段羽口6a及び下段羽口6bの2段を設けるが、上段羽口6aは、炉下部に充填されたコークスベッド20の表面直上の高さ位置に設け、下段羽口6bは、コークスベッド20内の高さ位置に設ける。
羽口径は、羽口先でレースウエイを作らないよう、高炉に比べて送風速度が遅くなるように設定する。なお、本発明は、2段の羽口に限られるものではなく、送風条件により、1段の羽口で行うことも可能である。
上段羽口6a及び下段羽口6bの2段の羽口から送風する場合は、下段羽口6bから、室温又は600℃以下の空気を吹き込んで、主として、コークスを燃焼させるとともに、上段羽口6aから、室温の空気を吹き込んで、一部燃焼ガス(CO2)とコークスのソルーションロス反応(吸熱)で生成したCOガスを燃焼させ、コークスのソルーションロス反応(吸熱)による鉄源の溶融熱量の低下を補償することを行う。
なお、1段の羽口送風する場合は、羽口を、下段羽口6bと同じ高さ位置に設け、コークスの燃焼を促進し、鉄源の溶融熱量を高めるために、下段羽口6bから吹き込む室温又は600℃以下の空気に酸素を富化し、酸素濃度を高めることが必要となる。
一方、図1に示す2段の羽口から送風する場合は、上段羽口6aからの送風により、熱量を補償することができるので、下段羽口6bから吹き込む室温又は600℃以下の空気に酸素を富化し、コークスの燃焼を促進し、鉄源の溶融熱量を高めることは、必ずしも必要としない。
竪型炉1で還元又は溶解する原燃料は、それぞれの原料ホッパー(図示なし)から切り出され、それぞれ、秤量器(図示なし)で秤量された後、装入装置であるバケット9内に収容され、炉頂部3の上方に運ばれてきて、バケット9を介して、竪型炉1の炉頂部3から、竪型炉1の下部に形成したコークスベッド8の上に、固体燃料と鉄源が層状又は混合状態となるように装入される。
燃料としては、小径の炭素質の固体燃料を使用するが、主として、小径のコークス(高炉コークス)を多量に使用する。原料としては、ホットブリケット還元鉄(MBI)、直接還元鉄(DRI)、鉄屑、型銑等の、溶解のみが必要な鉄源と、自己還元性鉱塊(含C塊成鉱)、金属化率の低い還元鉄等の、還元が必要な鉄源を併用する。
本発明炉においては、炉頂部3の内側に、下端が、ガス吸引部4の上端近くまで伸びている鋼製直円筒7が、直円筒支持部材8で支持されていて、この鋼製直円筒7の内外に、異なる性状の原燃料が堆積する。
本発明炉においては、炉頂部の内側に、鋼製直円筒が取り付けられている点が、操業を、長時間、効率よく安定的に行うための構造的特徴である。なお、鋼製直円筒は、耐磨耗性に優れたステンレス鋼製のものが好ましい。
鋼製直円筒の開口面積は、鋼製直円筒7の内外に区分して装入する原燃料の量比に応じ設定する。
鋼製直円筒は、図1に示すように、炉頂部3の内側に、直円筒支持部材8で取り付けられているので、適宜、交換することが可能である。
そして、本発明炉においては、小径のコークス(高炉コークス)を多量に使用しても、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うために、原燃料を性状に応じて区分して、鋼製直円筒の内外に装入し、堆積させる。
具体的には、溶解のみが必要な鉄源、又は、該鉄源と固体燃料(以下「溶解原燃料」ということがある。)を、鋼製直円筒7の内に装入して、堆積させ、一方、還元が必要な鉄源、又は、該鉄源と固体燃料(以下「還元原燃料」ということがある。)を、炉頂部内周と鋼製直円筒7の間に装入し、堆積させる。
図1には、炉頂部3の内側に取り付けた鋼製直円筒7と協働して、溶解原燃料を、鋼製直円筒7の内部に装入する逆円錐状誘導部材10を示した。
逆円錐状誘導部材10は、図に示すように、底部に、鋼製直円筒7の径と略同じ径の開口を備えているので、バケット9に収容されている溶解原燃料は、逆円錐状誘導部材10の底部開口を通過して、鋼製直円筒7の内部に装入され、堆積する。
図1には、還元原燃料を、炉頂部内周と鋼製直円筒7の間に装入するために用いる円錐状誘導部材11が、退避位置に退避している状態を示したが、操業中、逆円錐状誘導部材10及び円錐状誘導部材11は、原燃料装入スケジュールに従い、着脱機構により、退避位置から、鋼製直円筒7の上方に定置される。
円錐状誘導部材11は、炉頂内に収まる大きさの底部を備えていて、その中央に、底面が、鋼製直円筒7の径と略同じ径の円錐状の底部が形成され、その周囲に、原燃料が通る開口が形成されている。
図2に、油圧機構を備える着脱機構を駆動して、逆円錐状誘導部材、又は、円錐状誘導部材を、鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示す。図2(a)は、逆円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示し、図2(b)は、円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示す。
図2(a)及び(b)において、作業床の上に設けた基台18の上に、逆円錐状誘導部材10及び円錐状誘導部材11を保持する誘導部材保持枠14の回転軸15を固定する回転軸固定部材16、一端が誘導部材保持枠14の回転軸15近傍に連結された油圧機構12、及び、逆円錐状誘導部材10又は円錐状誘導部材11を鋼製直円筒7の上部に定置する時、誘導部材保持枠14の両端を支持する支持部材17が、配置されている。
なお、誘導部材保持枠14の一方の端部には、油圧機構12による誘導部材保持枠14の回転を円滑に行うための錘13が取り付けられている。
図2(a)は、逆円錐状誘導部材10が、炉頂部3において、鋼製直円筒7の上方に定置され、円錐状誘導部材11が、退避位置に退避し、バケット(図示なし)の底部を開放し、溶解原燃料Xを、鋼製直円筒7の内部に装入している状態を示している。
所要量の溶解原燃料Xの装入が終了すると、油圧機構12を駆動し、図2(b)に示すように、逆円錐状誘導部材10を、退避位置に退避させ、円錐状誘導部材11を、鋼製直円筒7の上方に定置し、還元原燃料Yを収容するバケット(図示なし)の底部を開放し、還元原燃料Yの装入を開始する。
油圧機構12は、油圧機構制御装置(図示なし)により制御されるように構成されているので、原燃料の装入スケジュールに従い、油圧機構12を駆動し、操業開始時、及び、操業中、異なる性状の原燃料(溶解原燃料X及び還元原燃料Y)を、それぞれ、所定の領域(鋼製直円筒7の内外)に装入する。この点が、本発明炉の特徴である。
なお、図2には、着脱機構として、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側に設定した回転軸(支点)を中心に、垂直面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に移動させ、定置する回転機構を示したが、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材の定置、退避は、この回転機構に限られるものではない。
回転機構は、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側又は片側に設定した支点を中心に、水平面内で、退避位置から直円筒の直上に回転移動させる回転機構でもよい。
また、着脱機構は、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、両端に載置した長尺構造部材を、炉頂を挟んで、水平面内で往復動させる往復動機構を備えものでもよいし、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を載置した台車を、炉頂を挟んで、往復動させる往復動機構を備えるものでもよい。
図3に、操業中の竪型炉の内部における、溶解原燃料X及び還元原燃料Yの堆積状態を示す。本発明炉においては、ガス吸引部の上方に位置する炉頂部3に原燃料を堆積させ、その堆積で、炉頂部に、炉頂を封止する封止帯を形成(これを「マテリアルシール」という。)して操業する。
竪型炉1の炉頂部の上方から装入した原燃料中の鉄源は、炉内を降下する間に、羽口から吹き込む空気中の酸素によるコークス(C)の燃焼熱により溶解されるとともに、鉄源中に一部含有されている酸化鉄は、還元ガス(CO)、又は、固体炭素(C)又は溶銑中炭素(C)で還元され、さらに、コークスベッド20を降下して、炉底部に溜まる。
炉底部の炉底底盤の上面の高さレベルには、炉外に設けられた貯銑滓部22と連通する連結管23が備えられ、炉内の炉底部に溜まった溶銑滓は、連結管23を通って、炉外の貯銑滓部22に流れ、溶銑滓の上層部の溶滓(スラグ)と下層部の溶銑に分離した後、下層部の溶銑は、出銑口21から取り出される。
なお、鉄源の溶解及び一部還元が行われる溶融還元領域は、主として、コークスベッド8の表面から、上方に、約1〜2.5m程度の炉高さ方向の範囲(バケット7内に収容された原燃料の約1〜2.5チャージに相当する)に形成される。
竪型炉に原燃料を、性状に応じて区分し、所定の領域に装入しても、既存の堆積原燃料との衝突で、他の領域に流動したり、また、炉内を降下する過程で混じり合って降下すると、還元原燃料を還元することができなかったり、また、棚吊りを起こして通気性が悪化し、溶解原燃料が充分に溶解しないという事態を招くことがある。
本発明炉において、鋼製直円筒7の内外に、区分して装入された溶解原燃料Xと還元原燃料Yは、鋼製直円筒7の内外において、相互に混じり合うことなく堆積するので、操業中、相互に混じり合うことなく降下する。即ち、鋼製直円筒7の内外において、溶解原燃料Xと還元原燃料Yが、それぞれ、相互に干渉することなく降下流を形成する。
溶解原燃料Xと還元原燃料Yは、鋼製直円筒7を通過した後に接触し、ここで、多少の混合が生じるにしても、それぞれの降下流が持続し、本発明炉の炉本体2の内部においては、中央部に、溶解原燃料Xが堆積し、その周囲に、還元原燃料Yが堆積しているという、極めて整然とした原燃料堆積状態が実現する。この点が、本発明炉における最大の特徴である。
竪型炉の操業においては、通常、下段羽口6bから、600℃以下の空気(酸素を富化することがある)を吹き込み、C+O2→2COで、還元性ガスを生成して、還元原燃料Xを還元し、さらに、上段羽口6aから、常温の空気を吹き込み、2CO+O2→2CO2の発熱反応で、溶解原燃料Xを溶解するのに必要な熱量を確保して、溶解原燃料Xを溶解する。
なお、当然のことながら、操業中、溶解原燃料Xと還元原燃料Yの降下に伴い、鋼製直円筒内外の原燃料の堆積高さ(ストックレベル)は、それぞれ低下する。このため、炉頂部3を封止しながら、安定した原燃料の溶融を行うために、炉頂部3に取り付けたレベル計(図示なし)で計測し、原燃料の堆積高さレベル(ストックレベル)を所定のレベルに維持するように、原燃料の装入タイミングを制御する。
本発明炉においては、前述したように、炉内において、極めて整然とした原燃料堆積状態が実現しているので、小径コークスを大量に使用しても、還元ガスによる還元効率、及び、反応熱による溶解効率が飛躍的に向上し、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができる。
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
(実施例1)
発明例として、表1に示す原燃料の配合条件で、鉄源と固体燃料(コークス)を使用して操業するにあたり、表2に示す原料配合パターンを、原燃料A1−A1−A2の装入サイクルで、図1に示す竪型炉の炉頂から装入し、7日間の操業を継続した場合の炉頂排ガスのガス利用率(ηCO)、炉頂排ガス温度(℃)、炉内圧力(hPa)、送風圧力(kPa)、減風回数(回)、休風回数(回)、生産率(T/H)を測定した。即ち、鉄源を、A1−A1−A2の3チャージ1サイクルで、配合の平均比率が、表1に示す高金属化率鉄源70%、低金属化率鉄源30%の比率になるように装入して操業した。
また、比較例として、従来の竪型炉を用いて、表2に示すBの原料配合パターンを連続して、図1に示す竪型炉も装入し、7日間の操業を継続した場合における炉頂排ガスのガス利用率(ηCO)、炉頂排ガス温度(℃)、炉内圧力(hPa)、送風圧力(kPa)、減風回数(回)、休風回数(回)、生産率(T/H)を、発明例と同様に、測定した。即ち、鉄源を、区分装入せずに、高金属化率鉄源70%、低金属化率鉄源30%の配合比率で繰り返し装入して操業し、上記操業因子を測定した。
それらの結果を、表3に示す。
なお、炉頂排ガスのガス利用率ηCO(TOP)は、
ηCO(TOP)=排ガス中のCO2含有量[vol%]/(排ガス中のCO含有量[vol%]+排ガス中のCO2含有量[vol%])
で定義される。
また、平均金属化率Mは、
M=鉄源中の金属鉄(M.Fe)(質量%)/鉄源中のトータル鉄(T.Fe)(質量%)
で定義される。
Figure 0004308878
Figure 0004308878
Figure 0004308878
表3に示すように、本発明の区分装入装置を使用し、中心及び周辺部に装入する原燃料の配合を変え、中心部に、還元を必要とせず個体サイズの大きいスクラップを多く装入し、周辺部に、還元が必要で個体サイズが小さいダストペレットを装入した発明例1においては、高炉用コークスを100質量%配合した固体燃料を用いて鉄源を溶融する際、平均炉内風圧を安定操業レベルに保ち、風圧の上昇による減風及び休風の回数を最小限に抑えて、期間を通しての生産性を高く維持して、溶銑を製造することができた。
一方、表3に示す比較例1及び2は、本発明の区分装入装置を使用せずに、装入1チャージ当りのスクラップとダストペレットが、発明例1の1サイクルの平均値と同等となるように装入した操業例である。
発明例1と同等の送風条件で操業した比較例1においては、平均炉内風圧が高い操業となり、風圧の上昇により操業が不安定となり、減風又は休風をせざるを得ない状況が高頻度で発生し、期間を通しての生産性が低下した。
平均炉内風圧を下げて、より安定な操業を指向した比較例2においては、発明例1より、時間当りの送風量を低下させて操業せざるを得なかったため、比較例1に比べ、風圧の上昇により操業が不安定となり、減風又は休風せざるを得ない頻度は低下したものの、溶解速度の低下により、期間を通しての生産性は、発明例1よりかなり低いレベルにある。
このように、本発明を適用すれば、固体燃料として安価な高炉用コークスを多量に使用し、還元を必要としかつ個体サイズが小さいダストペレットのような原料を高い配合比率で使用して操業する際、炉内風圧を安定操業レベルに保ち、減風や休風を極力回避して、高い生産性を維持しつつ、安定して銑鉄を製造することができる。
前述したように、本発明によれば、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができる竪型炉を提供することができる。したがって、本発明は、鉄鋼製造産業において利用可能性が大きいものである。
本発明に係る竪型炉(本発明炉)の一態様を示す図である。 着脱機構を駆動して、逆円錐状誘導部材又は円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示す図である。(a)は、逆円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示し、(b)は、円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示す。 竪型炉内の原燃料の堆積状態を模式的に示す図である。
符号の説明
1 竪型炉
2 炉本体
3 炉頂部
4 ガス吸引部
5 ガス吸引口
6a 上段羽口
6b 下段羽口
7 鋼製直内筒
8 直円筒支持部材
9 バケット
10 逆円錐状誘導部材
11 円錐状誘導部材
12 油圧機構
13 錘
14 誘導部材保持枠
15 回転軸
16 回転軸固定部材
17 支持部材
18 基台
20 コークスベッド
21 出銑口
22 貯銑滓部
23 連結管
X 溶解のみが必要な鉄源、又は、該鉄源と固体燃料(溶解原燃料)
Y 還元が必要な鉄源、又は、該鉄源と固体燃料(還元原燃料)

Claims (11)

  1. 炉頂部周壁にガス吸引口を備え、ガス吸引口より上の炉内域の原燃料に堆積させ、その堆積で、炉頂部を封止する封止帯を形成して操業する竪型炉において、
    (i)上記炉頂部を封止する封止帯に、原燃料の堆積領域を区画する鋼製直円筒を備え、かつ、
    (ii)炉頂の上方に、(ii-1)上記鋼製直円筒の開口を閉鎖する底面を有する円錐状誘導部材、(ii-2)上記鋼製直円筒の開口と直通する底部開口を有する逆円錐状誘導部材、及び、(ii-3)上記円錐状誘導部材又は上記逆円錐状誘導部材を、上記鋼製直円筒の直上に着脱する着脱機構を備え、上記鋼製直円筒と協働し、性状の異なる原燃料を、該鋼製直円筒の内外に区分して装入する原燃料装入装置を備えたことを特徴とする竪型炉。
  2. 前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側に設定した支点を中心に、垂直面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に移動させる回転機構を備えることを特徴とする請求項に記載の竪型炉。
  3. 前記回転機構において、支点を挟んで、円錐状誘導部及び逆円錐状誘導部材の反対側に、該ガイド部材の重量に釣り合う錘を備えることを特徴とする請求項に記載の竪型炉。
  4. 前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側又は片側に設定した支点を中心に、水平面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に回転移動させる回転機構を備えることを特徴とする請求項に記載の竪型炉。
  5. 前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、両端に載置した長尺構造部材を、炉頂を挟んで、水平面内で往復動させる往復動機構を備えることを特徴とする請求項1に記載の竪型炉。
  6. 前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を載置した台車を、炉頂を挟んで、往復動させる往復動機構を備えることを特徴とする請求項に記載の竪型炉。
  7. 前記炉頂部に、鋼製直円筒の内外の原燃料レベルを測定するレベル測定装置を備えたことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の竪型炉。
  8. 前記鋼製直円筒が、炉頂開口部の内壁に設置した支持部材に載置されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の竪型炉。
  9. 前記鋼製直円筒の開口面積と炉頂内壁と鋼製直円筒間の面積の比が、性状の異なる原燃料の装入量比に応じて設定されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の竪型炉。
  10. 前記鋼製直円筒の開口面積と炉頂内壁と直円筒間の面積の比が、1/2であることを特徴とする請求項に記載の竪型炉。
  11. 前記鋼製直円筒が、ステンレス鋼製であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の竪型炉。
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