JP4935529B2 - ベルレス高炉の原料装入装置および装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、ベルレス高炉において、炉内へ原料を装入するに際し、原料貯留バンカーから原料を細粒、粗粒の順で排出させることにより、通気性を良好に維持して安定した高炉操業を行うことができるベルレス高炉の原料装入装置および装入方法に関する。

高炉では、鉄源である鉱石と還元材であるコークス（これら鉱石とコークスを総称して「原料」という）が、炉頂に設けられた装入装置によって交互に積み重ねられ、層状に装入される。一方、炉下部に設けられた羽口から送風される加熱空気によって羽口前のコークスが燃焼消費され、前記装入物が炉頂から徐々に炉内を降下しながら、上昇するガスにより加熱・還元され、鉱石は溶融して銑鉄となり、炉下部から排出される。実際の操業では、羽口から前記加熱空気とともに微粉炭を吹込むなど種々の操業形態が採用されるが、炉頂からの原料装入と羽口からの送風により向流で連続的に操業を行うことが基本になっている。

高炉操業において、鉱石の還元反応を効率よく行い、かつ炉内を上昇するガスの通気抵抗を低位に抑制することは重要であり、これら高炉内の反応効率や通気抵抗を制御するために、高炉炉頂部における鉱石層厚やコークス層厚の制御、及びコークスや鉱石の粒径等の半径方向の分布制御、すなわち装入物分布制御が行われる。

ところで、近年の高炉では、炉頂部に設ける原料装入装置として、ベル式装入装置に代わり、装入物の分布制御の自由度がより大きな旋回シュートを備えたベルレス式装入装置が多く採用されている。その理由は、ベルレス式装入装置による装入方法では、原料貯留バンカー（以下、単に「バンカー」ともいう）から旋回シュートを介して高炉内に原料を装入するのであるが、旋回シュートの回転数及び鉛直方向に対する傾斜角度を変更することによって、ベル式装入装置による装入に比べて多様な装入物分布制御が可能だからである。なお、ベルレス式装入装置を備えた高炉は「ベルレス高炉」とも略称される。

高炉を安定にしかも効率よく操業するには、通常は、炉内の周辺部に細粒を配置させ、中心部に向かって徐々に粒径が増加する半径方向の原料粒度分布が望ましい。ベルレス高炉の場合、一般に、旋回シュートを回転させながら、旋回シュートの鉛直方向に対する傾斜を周辺部から中心方向に向かって傾動させて装入するので、原料貯留バンカーから旋回シュートへの原料排出の際、その初期には細粒を排出し、時間の経過とともに徐々に粒径が増加するパターンを採用する必要がある。

高炉内への原料排出時の粒径の経時変化を制御するための一つの手段として、原料貯留バンカー内に構造物を設置し、バンカー内における原料の堆積状態を制御する方法が、従来から種々研究開発され、提案されてきた。例えば、特許文献１〜特許文献４には、バンカーからの原料排出時の粒径の経時変化を一定に制御する方法が、開示されている。

すなわち、特許文献１では、バンカー内に設置した整流板の位置を調整し、排出粒子の粒径の経時変化を減少させることにより、高炉のガス利用率を増加させた実施例が示されている。

特許文献２、特許文献３、特許文献４は、いずれもバンカー内部に整流板や中空円筒などの整流筒を設置し、原料の粒径や、鉱石類の粒径、形状によるバンカー内での偏析を抑制し、バンカーから排出される粒子の粒径を一定に制御する整流板、あるいは高炉原料装入方法が開示されている。

これに対し、高炉内への原料排出時の粒径を一定に保つだけではなく、排出粒子の粒径の経時変化を任意に変化させることにより、旋回シュートの傾動角度の制御と相俟って炉内粒度分布を制御する方法が特許文献５や特許文献６に開示されている。

特許文献５には、貯留ホッパー（原料貯留バンカー）内の上部に傾斜角度が変更可能な反射板を設けることにより、原料排出時の粒径の経時変化を自在に制御する方法が記載されている。この反射板は２枚構造で板間のすきま（スリット）が変えられるようになっており、原料を衝突させないケースや、部分的に衝突させて原料の山を２つ作り、排出粒径の経時変化を一定とするケースなど、選択の自由度が大きい。

特許文献６では、特許文献５と同様な反射板を使用して、旋回シュートを通常とは反対の方向、すなわち炉の中心から周辺部に向かって傾動させて装入する場合にも、炉内の周辺部に細粒を配置させ、中心部に向かって徐々に粒径が増加する半径方向粒度分布を達成できることが示されている。この場合は、炉頂バンカーからの原料排出時の粒径の経時変化を制御するに際して、通常とは逆に、最初に粗粒が排出され、時間の経過とともに徐々に粒径が低下するようにしている。

特開昭５６−１０８８０８号公報 実開６０−１４５１２４号公報 特開昭６０−４３４１４号公報 特開昭６１−１５７６０４号公報 特開昭６１−２２３１１３号公報 特開２０００−１７８６２４号公報

前述のように、高炉を安定にしかも効率よく操業するには、炉内の周辺部に細粒を配置させ、中心部に向かって徐々に粒径を増加させる原料粒度分布が望ましい。ベルレス高炉の場合、一般に、旋回シュートを介して炉内の周辺部から中心方向に向かって原料を装入するので、前記の望ましい原料粒度分布にするためには、バンカーから旋回シュートへの原料装入は、初期には細粒を排出し、時間の経過とともに徐々に粒径が増加するように行うことが必要になる。

このような観点からみると、前掲の特許文献５に開示されているように、原料貯留バンカーの投入シュートの下方に反射板を設置して原料の落下軌跡を制御することにより、バンカー内の原料の山の粒度偏析を強化して（大きくして）、排出時における原料粒径の経時変化を強化する、すなわち、最初に細粒を排出させ、その後、粒径を単調増加させることが有効である。しかし、その場合、以下のような問題がある。

この反射板は、平面の板、あるいは湾曲した板であるため、原料が衝突した後、板の面に沿って下方に流れるだけでなく、反発により横方向にも散らばるため、原料貯留バンカー内の粒度偏析が抑制され、大きな粒度偏析が得られにくいという問題がある。

また、板面に沿って下方に流れ落ちた原料は放物線を描いて落下するが、この落下軌跡は水平成分が大きいため、原料の堆積レベルによって、落下位置が半径方向で変化して原料貯留バンカー内の粒度偏析が抑制され、同時に、水平成分が大きいために、原料がバンカー内壁に衝突して壁面が磨耗するという問題がある。

本発明は、このような問題を解決し、原料貯留バンカーおよび旋回シュートを介して原料を炉内へ装入するベルレス高炉において、原料貯留バンカー内に原料を堆積させる際に、その粒度偏析をできるだけ大きくすることができる原料装入装置、およびこの装入装置を使用して原料を炉内へ装入する原料装入方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するにあたり、原料が反射板に衝突した後、横方向にも散らばるという問題点を解決するため、長方形の反射板の両側部および上端（後端部）に板面に対して垂直な壁を取り付けて、開口部を上方に向けた箱型とするとともに、下端（先端部）の原料排出口を板面の幅よりも狭く絞った形状の偏析制御箱を考案した。

また、反射板面に沿って下方に流れ落ちる原料排出速度の水平成分を小さくして、落下軌跡を放物線から鉛直線に近づけるために、両側部とさらに上端部に設けた垂直な壁の高さを充分な高さにして、原料を一旦偏析制御箱内に貯留させ、排出口からこぼれ落ちる構造とした。

さらに、先端部排出口幅および側壁高さをそれぞれコークス平均粒径で除した相対排出口幅および相対側壁高さを指標として導入し、原料貯留バンカー内に堆積させる原料の粒度偏析をできるだけ大きくする上で、それら指標が示すべき適正な範囲を定めた。

本発明は、このような偏析制御箱を用い、その適正な使用条件を検討した結果なされたもので、その要旨は、下記（１）のベルレス高炉の原料装入装置、およびこの装置を用いる（２）のベルレス高炉の原料装入方法にある。

（１）炉頂部に原料貯留バンカーを備え、その下方に設けられた旋回シュートを介して原料を炉内へ装入するベルレス高炉の原料装入装置であって、前記原料貯留バンカー内の上部に、該バンカー内に装入される原料の落下位置を制御する傾動可能に構成された偏析制御箱が設けられ、この偏析制御箱は、先端の原料排出口を除く外周部に側壁を有し、原料排出口が絞り形状をなし、下記（ｉ）式で表される相対排出口幅が６．５〜１２であり、かつ、下記（ii）式で表される相対側壁高さが６〜１２であることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。

相対排出口幅＝先端部排出口幅／コークス平均粒径 ・・・（ｉ）
相対側壁高さ＝側壁高さ／コークス平均粒径 ・・・（ii）
前記の偏析制御箱の相対排出口幅、相対側壁高さの算定に必要となるコークスの「平均粒径」とは、質量基準で表した粒径分布（積算分布）において、篩上または篩下の粒子が５０％となる粒径をいう。

また、「原料排出口が絞り形状をなす」とは、後述する図１〜図３に示すように、偏析制御箱の排出口の幅が、制御箱の中央付近における幅に比べて狭められた形状を呈していることをいう。

このベルレス高炉の原料装入装置において、偏析制御箱の傾斜角度の変更範囲は、鉛直方向に対して３７゜以上８０゜以下であることが望ましい。

（２）原料を、前記（１）に記載の偏析制御箱を介して原料貯留バンカーに装入し貯留した後、旋回シュートを介して炉内に装入することを特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。

このベルレス高炉の原料装入方法において、前記（１）に記載の偏析制御箱の傾斜角度を鉛直方向に対して３７゜以上８０゜以下とし、原料を、該偏析制御箱を介して原料貯留バンカーに装入し貯留した後、炉内に装入することが望ましい。

本発明のベルレス高炉の原料装入装置を使用すれば、原料貯留バンカー内に原料を堆積させる際に、その粒度偏析を確実に大きくすることができる。したがって、バンカーから旋回シュートへの原料装入時に、初期には細粒を排出し、時間の経過とともに徐々に粒径が増加するように行うことが可能となる。本発明のベルレス高炉の原料装入方法は、この原料装入装置を使用する装入方法であり、バンカーから排出された原料を、旋回シュートを介して、炉内の周辺部に細粒を配置させ、中心部に向かって徐々に粒径が増加する原料粒度分布とすることができる。

本発明の原料装入装置または装入方法によれば、上記のように炉内装入物分布の制御ができるので、高炉を安定にしかも効率よく操業することが可能となる。

本発明のベルレス高炉の原料装入装置は、前記のように、原料貯留バンカー内の上部に、該バンカー内に装入される原料の落下位置を制御する傾動可能に構成された偏析制御箱が設けられ、この偏析制御箱は、先端の原料排出口を除く外周部に側壁を有し、原料排出口が絞り形状をなし、下記（ｉ）式で表される相対排出口幅が６．５〜１２であり、かつ、下記（ii）式で表される相対側壁高さが６〜１２である原料装入装置である。

相対排出口幅＝先端部排出口幅／コークス平均粒径 ・・・（ｉ）
相対側壁高さ＝側壁高さ／コークス平均粒径 ・・・（ii）
この原料装入装置においては、偏析制御箱の傾斜角度の変更範囲を、鉛直方向に対して３７゜以上８０゜以下であることが望ましい。

この本発明のベルレス高炉の原料装入装置において、原料貯留バンカー内の上部に偏析制御箱を設けるのは、従来の、例えば前掲の特許文献５に記載される反射板では、バンカー内に装入される原料がこれに衝突した際に、反発により横方向にも散らばって、原料貯留バンカー内の粒度偏析が抑制されるのを避けるためである。

本発明の原料装入装置の特徴は、この偏析制御箱の形状を、相対排出口幅および相対側壁高さを指標として適正に定めたことにある。

以下に、その検討経緯、およびその結果として得られた本発明の最良の実施形態について、図面を参照して説明する。

本発明者らは、原料貯留バンカー内に原料を装入して堆積させる際の原料粒度偏析をできるだけ大きくするため、バンカー内の上部に設置する構造物として、例えば、図１から図３に例示するような偏析制御箱を考案し、実高炉の凡そ１／５スケールの縮尺模型を作製して偏析制御箱の効果を調査した。

図１に示した偏析制御箱は、先端（図面上で、下端を指す）の原料排出口を除く外周部に側壁を有し、原料排出口が絞り形状をなしている。この例では、底板が平板ではなく、同図中に破線で示した部位で上方に傾斜している（但し、先端部側では平板）。符号ａは偏析制御箱の傾斜角度、符号ｂは前記（ｉ）式に含まれる先端部排出口幅、符号ｃは同じく前記（ｉ）式に含まれる側壁高さである。

図２に示した偏析制御箱は、底板が平板で、先端の原料排出口が幅広の後端部から直線的に絞られた形状をなしている。また、図３に示した偏析制御箱は、図２に示した偏析制御箱において、底板が曲面をなす（この場合は、円弧状の）制御箱である。なお、図２、図３において、符号ａ〜ｃの意味は図１の場合と同じである。

偏析制御箱の効果の調査において使用する原料粒子サイズは、実高炉で用いる原料の粒度構成の１／５のものとし、鉱石類では、粒径範囲が１〜１５ｍｍで、平均粒径が４．０ｍｍのものを、また、コークスは、粒径範囲が５〜１８ｍｍで、平均粒径が１０．５ｍｍのものを使用した。

また、本発明で使用する偏析制御箱を実炉に取り付けた場合に偏析制御箱に供給される原料の供給流量（供給速度）は、鉱石の場合、４７５ｋｇ／ｓであるが、模型の偏析制御箱における供給速度は、相似則により縮尺比率の３乗に比例するので、実高炉での供給速度の（１／５）³倍である３．８ｋｇ／ｓとした。

まず、偏析制御箱の詳細な形状を評価する前に、偏析制御箱の傾斜角度の適正な範囲について、模型を用いた実験を行い、評価した。

この実験では、長さ３４５ｍｍ、幅２２０ｍｍの長方形の板の両側部と上端部の外周に高さ７８ｍｍの側壁を取り付けたものを偏析制御箱として用いた。板の下端（先端部）には側壁を取り付けず、その部分を排出口とした。

最初に、偏析制御箱の傾斜角度を鉛直方向に対して４５゜に設定した。この偏析制御箱の中心部に垂直に鉱石を投入すると、鉱石は偏析制御箱に滞留しながら、底板に沿って下方に向かって流れ、排出口から放物線を描いて落下する。この状態から、傾斜角度を浅く、すなわち、鉛直方向側に傾けていくと、角度３７゜付近から、投入した鉱石は偏析制御箱への衝突時に、一旦バウンドして、落下軌跡を広げながら落下していくようになる。鉱石の一部は、両側部の側板を乗り越えて、横側からも落下する。

したがって、鉱石の落下流を、横方向に散乱させずに、狭い範囲に集中させて排出口から落下させ、粒度偏析を強化するためには、偏析制御箱の傾斜角度は鉛直方向に対して３７゜以上とすることが望ましい。

また、偏析制御箱の傾斜角度を４５゜から、深く、すなわち水平方向に傾けていくと、傾斜角度が８０°を超えたところで、箱の上部に原料が山積み状に滞留し、先端開口部からだけでなく、外周部全体からこぼれ落ちるようになる。そのため、粒度偏析はやはり小さくなる。したがって、偏析制御箱の傾斜角度の望ましい上限値は、鉛直方向に対して８０°であることが判明した。

本発明の原料装入装置において、偏析制御箱の傾斜角度の変更範囲を、鉛直方向に対して３７゜以上８０゜以下であることが望ましいとしたのは、前述の検討結果によるものである。

次に、前述の偏析制御箱の傾斜角度の実験で用いた偏析制御箱の先端部排出口を絞った構造の偏析制御箱を使用して、相対排出口幅の適正範囲を定めるための実験を行った。実験に用いた偏析制御箱の形状は、底板が平板であることを除いて、前記図１に示した偏析制御箱と同形である。相対排出口幅は、評価の指標として導入したもので、下記（ｉ）式で表される。これを指標としたのは、相対排出口幅の適正範囲を定めるにあたってのコークス平均粒径の影響が大きく、この相対排出口幅を用いることにより適正範囲を設定できるからである。なお、先端部排出口幅、コークス平均粒径はいずれもｍｍ単位での数値を用いる。

相対排出口幅＝先端部排出口幅／コークス平均粒径 ・・・（ｉ）
実験に際しては、先端部排出口の幅ｂを、５２．５〜２１０ｍｍの範囲で変更した。これは、コークス平均粒径（前記のとおり、１０．５ｍｍ）の５倍から２０倍に相当する。また、偏析制御箱の外周部の側壁の高さｃは７８ｍｍである。

この実験では、偏析制御箱の傾斜角度を６０゜一定の条件で、鉱石を装入した。装入された原料は、偏析制御箱に衝突した後、一旦貯留され、床面に落下し堆積する。原料装入が終了した後、バンカー内における原料の堆積形状と、堆積頂点（堆積した原料の最高部）を含む各点における原料の粒度構成を測定した。

ここで、原料貯留バンカー内の粒度偏析の度合いを示す指標としては、各測定点において得られた原料の粒度構成から算出した平均粒径の標準偏差を用いた。この指標を粒度偏析指数σと名付ける。σは下記（iii）式で表される。粒度偏析指数σが大きいほど、各測定点における原料の平均粒径のバラツキが大きく、バンカー内の原料の粒度偏析が大きいといえる。

図４は、バンカー内の原料堆積状況、バンカー内の粒度偏析、バンカーからの排出時における平均粒径の経時変化および高炉内原料堆積状況を、前記の粒度偏析指数σが大きい場合と小さい場合を対比して模式的に示す図である。それぞれ図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）に示す。同図中のＡは粒度偏析指数σが大きい場合、Ｂは小さい場合を表す。

図４（ａ）に示すように、バンカー内の原料堆積状況は、粒度偏析指数σが大きいＡでは、粗粒原料と細粒原料の偏析が大きいのに対し、σが小さいＢでは粒度偏析が小さくなっている。このバンカー内の粒度偏析は、図４（ｂ）に示すように、バンカー内頂点からの直径方向距離を横軸に、原料の平均粒径を縦軸にとった勾配で表すと、粒度偏析指数σが大きいＡの方がＢよりも勾配が大きくなっている。

図４（ｃ）はバンカーからの排出時における原料の平均粒径の経時変化を示す図である。粒度偏析指数σが大きいＡの方がバンカー内での粒度偏析が大きいので、バンカー下部排出口に向かうファンネルフローによって排出された原料の平均粒径の経時変化を示す勾配は、Ａの方がＢの場合よりも大きくなる。この（ｃ）図は前記（ｂ）図と同じ傾向を示しており、（ｂ）図に示したバンカー内の粒度偏析がバンカーから排出される原料にそのまま引き継がれる。

図４（ｄ）は高炉内原料堆積状況を模式的に示している。バンカーから排出された原料は、一般に矢印で示すように炉内の周辺部から中心部に向かって傾動する旋回シュートを介して装入されるので、周辺部では細粒が堆積し、中心部にかけて粗粒が増加して半径方向の粒度偏析が顕著になる。粒度偏析が大きいＡにおいて、その傾向が明瞭に現れており、その結果、炉内充填層全体の通気抵抗が低下して、高炉の通気性が改善される。

本発明者らは、ベルレス装入物分布シミュレータおよび高炉総合反応数値シミュレータを用いて、バンカー内の粒度偏析指数σが、バンカーから排出される粒子（原料）の粒径の経時変化（以下、単に「排出粒径経時変化」ともいう）を介して、高炉通気性に及ぼす影響を評価した。

図５は、原料貯留バンカー内の粒度偏析指数σが排出粒径経時変化の標準偏差および高炉通気性に及ぼす影響を示す図である。「排出粒径経時変化の標準偏差」とは、バンカーから排出される粒子（原料）の粒径の経時変化の標準偏差、すなわち、排出される原料の排出の各時点における平均粒径の標準偏差である（以下、単に「排出粒径の標準偏差」ともいう）。排出粒径の標準偏差が大きいということは、バンカーから排出される原料の粒度偏析が大きいことを意味する。

図５に示すように、粒度偏析指数σが増加すると排出粒径の標準偏差が増大する（図５上図）。すなわち、バンカーから排出される原料の粒度偏析が大きくなる。前述のように、バンカーからの原料の排出はファンネルフローとなるので、バンカーから、初期には細粒の原料が、時間の経過とともに徐々に粒径が増加した粗粒の原料が、旋回シュートに排出されることとなる。炉内への原料の装入は、旋回シュートを介して周辺部から中心部に向かって行われるので、炉内の周辺部に細粒が配置され、中心部に向かって徐々に粒径が増加する原料が装入された望ましい原料粒度分布となり、その結果、高炉通気抵抗が大幅に低下し、高炉圧力損失が低下する（図５下図）。

高炉通気抵抗を下げるためには、粒度偏析指数σが０．２以上であることが望ましく、また、バンカーからの排出粒径の標準偏差は１．０ｍｍ以上であることが望ましい。

相対排出口幅の適正範囲を定めるにあたっては、上述の粒度偏析指数σを評価の指標として用いた。

図６は、先端部排出口を絞った構造の、すなわち、先端部排出口の幅ｂを、５２．５〜２１０ｍｍの範囲で変更した（相対排出口幅で表すと、変更幅は５〜２０となる）偏析制御箱を使用して行った実験の結果を示す図で、相対排出口幅と粒度偏析指数σの関係を示す図である。

先端部排出口を絞り、相対排出口幅を狭くすると、粒度偏析指数σは増加し、バンカー内粒度偏析が強化される。これは、先端部排出口を絞ることによって偏析制御箱上の原料の滞留量が増加し、偏析制御箱の排出口から排出される原料幅も狭くなり、幅方向に広がることなく落下するため、バンカー内に堆積した原料の粒度偏析が大きくなることによるものである。

この図６に示した結果から、相対排出口幅が１２以下であれば粒度偏析指数σは０．２以上となることが判る。その結果、前記図５に示したように、高炉通気抵抗が低下する。

一方、コークスについてもほぼ同様の結果が得られたが、相対排出口幅が６．５よりも狭くなると、排出口部でコークスの詰まりが生じ、偏析制御箱としての機能を果たさなくなる。したがって、相対排出口幅の下限値は６．５である。

更に、偏析制御箱の相対側壁高さの適正範囲を定めるための実験を行った。相対側壁高さは評価の指標として導入したもので、下記（ii）式で表される。これを指標としたのは、相対排出口幅と同様、相対側壁高さの適正範囲を定めるにあたり、コークス平均粒径の影響が大きいからである。この相対側壁高さを用いることにより前記適正範囲を定めることができる。

相対側壁高さ＝側壁高さ／コークス平均粒径 ・・・（ii）
実験に際しては、表１に示すように、相対側壁高さを、０、３、６、９、１２または１５と変更し、相対排出口幅は８、傾斜角度は６０゜に固定して鉱石を装入した。原料装入が終了した後、前述の相対排出口幅の適正範囲を定めるための実験と同様に、バンカー内における原料の堆積形状と、堆積頂点を含む各点の粒度構成を測定した。

実験の結果を表１に併せて示す。表１の「評価」の欄の○印は、粒度偏析指数σが０．２以上で、良好であることを、×印は、粒度偏析指数σが０．２未満で不良であることを表す。▲印は、粒度偏析指数σは０．２以上であるが、効果が飽和しており、また、偏析制御箱に堆積する原料が多すぎ、制御箱に過大な重量が掛かるので望ましくないことを意味する。

表１に示したように、相対側壁高さが３以下では、標準偏析指数σは、０．１３〜０．１４と、０．２０以下であった。相対側壁高さが６では、標準偏析指数σは０．２０となり、相対側壁高さが９以上と充分高くなると、標準偏析指数σは０．２３以上となって、偏析が強化される。ただし、相対側壁高さが１５まで高くなると効果が飽和する上、偏析制御箱に堆積する原料の質量が増加するため、強度上、好ましくない。

したがって、相対側壁高さは、６〜１２とすることが必要である。

以上述べた検討の結果から、本発明の原料装入装置では、偏析制御箱の相対排出口幅が６．５〜１２であり、相対側壁高さが６〜１２であると、その効果が発揮されることが判明した。更に、偏析制御箱の傾斜角度は３７°以上８０゜以下とすることが望ましく、これらの条件を満たした偏析制御箱が設けられた原料装入装置、および、この偏析制御箱を介して原料をバンカーに装入し貯留した後、旋回シュートにより炉内に装入する原料装入方法が、本発明の最良の実施形態である。

本発明の原料装入装置において、偏析制御箱の材質、形状については特に限定されない。材質は、従来、整流板、整流筒、反射板等に使用されている材質であれば、いずれも使用できる。また、偏析制御箱の形状は、前記の規定（すなわち、相対排出口幅、相対側壁高さ）を満たすものであればよく、例えば、前記図１〜図３に例示した形状の偏析制御箱が好適である。なお、偏析制御箱の全体の大きさについては、原料貯留バンカーの規模に応じて、偏析制御箱の前述の機能が発揮される程度の大きさのものであるように配慮すればよい。

偏析制御箱を保持し、傾斜させる機構についても、従来、反射板等の保持、傾斜に使用されている機構を流用することができる。例えば、偏析制御箱を傾斜させる軸については、反射板等の傾斜に使用されている軸（固定軸）を使用し、この固定軸を中心として偏析制御箱を傾斜させる構造とすればよい。

本発明のベルレス高炉の原料装入方法は、原料を、本発明の原料装入装置の偏析制御箱を介して原料貯留バンカーに装入し貯留した後、旋回シュートを介して炉内に装入することを特徴とする原料装入方法である。

本発明の原料装入装置の偏析制御箱は、前述のように規定された偏析制御箱であり、原料を、この偏析制御箱を介して原料貯留バンカーに装入し貯留するので、バンカー内の原料の粒度偏析が大きくなり、バンカーから旋回シュートに排出される原料は、初期には細粒で、時間の経過とともに徐々に粒径が増加した粗粒となる。炉内への原料の装入は、旋回シュートを介して周辺部から中心部に向かって行われるので、炉内の周辺部に細粒が配置され、中心部に向かって徐々に粒径が増加する原料が装入された望ましい原料粒度分布とすることができる。

この本発明のベルレス高炉の原料装入方法において、更に、偏析制御箱の傾斜角度を鉛直方向に対して３７゜以上８０゜以下とすれば、前述のように、バンカー内の原料の粒度偏析の強化をより確実に行えるので望ましい。

本発明の効果を確認するため、偏析制御箱を取り付けた縮尺１／５の原料貯留バンカーを用いて、バンカーから排出される原料の平均粒径を排出の各時点で測定し、その標準偏差、すなわち、前述の「排出粒径経時変化の標準偏差」を求めた。

表２に示すように、偏析制御箱の相対排出口幅を８、１２または１６に、また、相対側壁高さを３または９に変更した。偏析制御箱の傾斜角度は６０゜で一定とした。

図７に、バンカーから原料の排出を開始した後の経過時間とその各時点における排出原料の平均粒径の測定結果を示す。なお、経過時間については、排出開始から終了までの所要時間を１として、それに対する比率で示している。

図７に示したように、従来例、比較例、実施例のいずれにおいても、排出開始からの時間の経過とともに平均粒径が増大しており、粒度偏析が強化されている。しかし、実施例１および２において、勾配がより大きく、粒度偏析の強化が顕著に現れている。なお、この図７は、前記図４（ｃ）に模式的に示した図に対応する図である。

表２には、排出粒径経時変化の標準偏差を示した。前記図５に示したように、排出粒径の標準偏差は１．０ｍｍ以上が望ましい。

比較例１と実施例１は、相対排出口幅を８として、相対側壁高さを変更した場合であるが、相対側壁高さが小さい比較例１では、排出粒径の標準偏差は０．５３ｍｍで、実施例１（１．０５ｍｍ）のほぼ半分であった。

比較例２と実施例２は、相対排出口幅を１２として、相対側壁高さを変更した場合で、相対側壁高さが小さい比較例２では、同様に、排出粒径の標準偏差は、実施例２のほぼ半分であった。

また、比較例３は、相対側壁高さを９と高くして、相対排出口幅を１６と拡大した場合であるが、排出粒径の標準偏差は、０．７４ｍｍと小さかった。これは、原料が先端排出口から広がって落下したため、原料貯留バンカー内の粒度偏析が抑制され、排出粒径の標準偏差も小さくなったことによるものと判断される。

本発明のベルレス高炉の原料装入装置は、所定の条件を満たす偏析制御箱を具備する原料装入装置で、これを使用すれば、原料貯留バンカー内に原料を堆積させる際に、確実にその粒度偏析を大きくすることができ、バンカーから旋回シュートへの原料装入時に、初期には細粒を排出し、時間の経過とともに徐々に粒径が増加するように排出を行うことができる。

本発明のベルレス高炉の原料装入方法は、この原料装入装置を使用する装入方法であり、バンカーから排出された原料を、旋回シュートを介して、炉内の周辺部に細粒を配置させ、中心部に向かって徐々に粒径が増加する原料粒度分布とすることができるので、高炉を安定にしかも効率よく操業することが可能となる。

したがって、本発明の原料装入装置および装入方法は、ベルレス高炉の操業に有効に利用することができる。

本発明のベルレス高炉の原料装入装置で使用する偏析制御箱の外観を模式的に例示する図である。 本発明のベルレス高炉の原料装入装置で使用する偏析制御箱の他の例の外観を模式的に示す図である。 本発明のベルレス高炉の原料装入装置で使用する偏析制御箱の更に他の例の外観を模式的に示す図である。 原料貯留バンカー内の原料堆積状況、バンカー内の粒度偏析、バンカーからの排出時における粒径の経時変化および高炉内原料堆積状況を、粒度偏析指数σが大きい場合と小さい場合を対比して模式的に示す図である。 原料貯留バンカー内の粒度偏析指数が排出粒径の標準偏差および高炉通気性に及ぼす影響を示す図である。 相対排出口幅と粒度偏析指数σの関係を示す図である。 原料貯留バンカーから原料排出開始後の経過時間とその各時点における排出原料の平均粒径を示す図である。

Claims (4)

1. 炉頂部に原料貯留バンカーを備え、その下方に設けられた旋回シュートを介して原料を炉内へ装入するベルレス高炉の原料装入装置であって、
   前記原料貯留バンカー内の上部に、該バンカー内に装入される原料の落下位置を制御する傾動可能に構成された偏析制御箱が設けられ、
   この偏析制御箱は、先端の原料排出口を除く外周部に側壁を有し、原料排出口が絞り形状をなし、下記（ｉ）式で表される相対排出口幅が６．５〜１２であり、かつ、下記（ii）式で表される相対側壁高さが６〜１２であることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
   相対排出口幅＝先端部排出口幅／コークス平均粒径 ・・・（ｉ）
   相対側壁高さ＝側壁高さ／コークス平均粒径 ・・・（ii）
2. 偏析制御箱の傾斜角度の変更範囲が、鉛直方向に対して３７゜以上８０゜以下であることを特徴とする請求項１に記載のベルレス高炉の原料装入装置。
3. 原料を、請求項１に記載の偏析制御箱を介して原料貯留バンカーに装入し貯留した後、旋回シュートを介して炉内に装入することを特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。
4. 請求項１に記載の偏析制御箱の傾斜角度を鉛直方向に対して３７゜以上８０゜以下とし、原料を、該偏析制御箱を介して原料貯留バンカーに装入し貯留した後、炉内に装入することを特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。

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