JP5082489B2 - ベルレス高炉の原料装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、炉頂に原料ホッパーが上下２段に配置されたセンターフィード型ベルレス炉頂装入装置を有するベルレス高炉への原料装入装置および原料装入方法に関する。

高炉の原料装入装置としては、ベル式のものが広く採用されているが、ベル式のものに代わり炉内に旋回シュートを設けたベルを有さない形式の炉頂装入装置が開発され使用されており、ベルレス装入装置と呼ばれている。

ベルレス装入装置には、炉頂ホッパーが並列に設置された「並列ホッパー型」と、原料ホッパーが上、下二段に設置されており、上部のホッパーから下部のホッパーへポート等を経由して材料を供給する「センターフィード型」があることが知られている。センターフィード型のベルレス装入装置の一例を図７に示す。

一般的にセンターフィード型のベルレス装入装置は、並列ホッパー型の装置に比べて、構造的に簡素であるため設備投資額が安く、また、装入物を炉内に装入する際の円周方向偏差が少なく、ほぼ均一に分配できるという利点がある（例えば、特許文献１参照。）。

一方、センターフィード型ベルレス装置のように上部と下部に二連のホッパーを備えた原料装入装置を用いると炉高が高くなる傾向となり、既存の設備を流用する等の理由で装置の高さを従来装置並に抑えるためには、上部、下部の二連のホッパー径を大きくして内容積を確保する必要がある。

しかしながら、上部、下部の二連のホッパー径を大きくすることにより、上部ホッパーへの原料の受け入れ時、もしくは上部ホッパーから下部ホッパーへの原料装入の際に、各ホッパー内で粗粒と細粒が偏析する傾向が助長される。これはホッパー内に堆積している原料の斜面上での分級効果によるものであり、細粒原料に比べて粗粒原料の方が転がりやすい性質があるためホッパー内に粒度偏析が発生する。

最終的に下部ホッパー内で偏析した原料は、シュート等を用いて炉内に装入する際に、装入の初期から中期にかけて粒径大となり、末期で粒径小となるような排出原料粒度分布となる。

高炉は安定操業のために通気管理が重要であり、シャープな中心流および適度な炉壁流を指向するが、このような排出粒度分布となる原料を回転シュートを用いて、例えば高炉の炉壁側から中心側へと順々に装入すると、炉壁から中間部にかけて粗粒原料、中心部に細粒原料が堆積することになる。その結果、中心にガスが流れにくくなり、炉壁に過度のガスが流れて、高炉の安定操業に大きな支障となる。また、炉内半径方向の原料粒度分布が不均一化するために、炉内のガス流分布を原料装入量のみで制御することが困難となる。

上記のようなセンターフィード型ベルレス装入装置を用いた場合の、原料装入時の排出原料粒度分布の不均一性を解消するために、下部ホッパー内に中空円筒を配置することにより、高炉内へ排出する際の排出粒径分布の変化を「フラットパターン、粒径変化無し」にする技術（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）や、上部ホッパー、下部ホッパーを繋ぐポートが複数個ある場合には、各ポートを開くタイミングに時間差を設けることで排出粒度分布を制御する技術（例えば、特許文献４参照。）がある。
特開昭５８−５８２１１号公報 特開昭６１−１５７６０４号公報 特開平６−３３１２２号公報 特開２００５−１５４８６７号公報

特許文献２〜４の技術は優れた技術であるが、特許文献２に記載の方法では少なくとも下部ホッパー内の中空円筒を上下動させる装置、中空円筒の上端開口部を閉じるための構造、中空円筒上端開口部を閉じるための装置が必要であり、ホッパー内構造が非常に複雑になり、メンテナンス上も問題となる。

特許文献３においては、上記構造の簡略化を狙ったものであるが、上部ホッパー、下部ホッパーを繋ぐポートが１個の場合にのみ有効な手段であり、複数のポートを持つ原料装入装置においては有効性に欠ける。

またポートを複数持つ原料装入装置における特許文献４に記載の方法は各ポートを開くタイミングを変更して排出粒径を制御する技術であり、設備の大きな改造も必要ない優れた技術であるが、末期の細粒化が若干改善されているのみで全体としての排出粒度分布に大きな変化はなく、末期に細粒化される傾向は同様であるため、さらなる改善が望まれる。また、ポートを開く順序をずらすことにより上部ホッパーから下部ホッパーへの原料装入時間が全体として増加するため、操業度が上昇して原料装入時間を短縮したいような場合にはこの技術の利用は望ましくない。

また、上記の従来技術では、上部ホッパーからの原料の直撃による下部ホッパーのライナー磨耗が激しいため、下部ホッパーのメンテナンス頻度が高いという問題もある。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、単数または複数のポートにより連結された上部ホッパーと下部ホッパーとを備えたセンターフィード型の原料装入装置を用いて高炉へ原料を装入する際に、排出される原料の粒度分布を的確に制御するとともに、下部ホッパーのライナー磨耗を防止可能なベルレス高炉の原料装入装置および原料装入方法を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
旋回シュートが頂部に設置されている上部ホッパーと、複数のポートにより、前記上部ホッパーに連結された下部ホッパーと、を備え、前記下部ホッパー内の前記上部ホッパーからの原料落下位置に、複数の反発板が設置されているベルレス高炉の原料装入装置を用いて、予め、前記複数の反発板の高さを、前記上部ホッパー内の原料を前記下部ホッパー内に移送する際に、前半に移送した原料で埋まる位置に調整しておき、原料を、前記旋回シュートにより前記上部ホッパー内の側壁方向へ投入し、前記上部ホッパー内の原料を前記ポートの開閉により該ポートを経由して前記下部ホッパー内に移送し、前記下部ホッパー内に移送した原料を高炉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。

本発明によれば、ポートの数に関わらず、ポートにより連結された２連の上下ホッパーを備えた既存の原料装入装置において、下部ホッパー内のポート下部に反発板を設置する簡易な構造で、低コストで、上部ホッパーから下部ホッパーへの原料装入時に直撃によるライナー磨耗を防止し下部ホッパーの長寿命化を可能にすると共に、その反発板設置高さを調節することにより、下部ホッパー内の原料堆積形状の制御が可能であり、炉内に装入される原料の排出粒度分布を適切に制御可能となる。これにより、下部ホッパーのメンテナンス頻度を抑え、かつ炉内のガス流れの制御を容易とし、より効率的な高炉の操業が可能となる。

本発明で用いる高炉への原料装入装置は、少なくとも上部ホッパーと下部ホッパーとの２連のホッパーが単数または複数のポート（管）により連結されて、上部ホッパー内の原料をポートの開放により管を通じて下部ホッパーへ移送する際に、下部ホッパー内の、上部ホッパー出側に設置した反発板により、原料の下部ホッパーへの直撃を防止すると共に、下部ホッパー内での原料堆積形状を制御し、さらに下部ホッパーから高炉内に原料を装入するものであり、垂直２段式ベルレス装入装置と呼ばれる既設設備を改造して用いることが好適である。このような改造は低コストで実施することができるので、稼動中の設備に容易に適用可能である。もちろん新規に設備を建造する際に、本発明装置を設置することもできる。

図１はこのような本発明装置の一実施形態であり、上部ホッパーの底面部と下部ホッパーの頂上部が4つのポートにより連結されている場合の縦断面の概略図である。上部ホッパー１の頂部には旋回シュート２が設置され、装入ベルトコンベア３等を用いて上部ホッパー１の頂部投入口から装入された原料を上部ホッパー１内の側壁方向へ装入する。ポート４はシール弁等の機構により開閉可能なゲート部５を有する。下部ホッパー６は原料を内部に移送後にホッパー内圧力を炉内圧力と同程度まで上昇させた後、下部排出口７を開いて旋回および回転する分配シュート８等を用いて高炉９内へ装入位置を制御しながら原料を装入する。そして、本発明では下部ホッパー６内の、各ポート４からの原料の落下位置に反発板１０を設置する。図１において、下部ホッパー６内の点線は上部ホッパー１から下部ホッパー６へ原料を装入後の原料レベルを示している。反発板１０の設置位置は、適宜設定可能であり、例えば、１０ａまたは１０ｂまたは１０ｃとすることができる。１０ａは原料装入後も埋没しない上方位置に反発板を設置した場合、１０ｂは原料の装入後半に埋没する中間位置に設置した場合、１０ｃは原料の装入前半に埋没する下方位置に設置した場合である。

図１の装置を用いる場合の本発明の一実施形態を説明する。装入ベルトコンベア３を用いて上部ホッパー１の頂部投入口より装入された原料は旋回シュート２により上部ホッパー１側壁方向に投入される。装入された原料は上部ホッパー１内で堆積する際に斜面を生じて転がりが発生し、転がり易い粗粒程上部ホッパー１周辺部に多く分布する状況となり、偏析が発生する。ポート４を開くと上部ホッパー１内の原料が下部ホッパー６へ落下して移送されるが、この際に上部ホッパー１と下部ホッパー６を連結するポート４の上部ホッパー出側下に設置した反発板１０の高さを調節することにより、下部ホッパーへ落下する原料の堆積形状を制御することができる。ここで、上部ホッパー出側下に設置する反発板１０は、ポート４の断面積以上の大きさがあれば特に形状に制限は無いが、四角や丸等の板形状であることが望ましい。

上部ホッパー１内の原料を下部ホッパー６内に移送後はポート４のゲート部５を閉じ、下部ホッパー６内の圧力を高炉９内の圧力と同程度まで上昇後、下部の排出口７を開いて分配シュート８により高炉９内へ原料を装入する。高炉９内へ原料を装入する際は、分配シュート８の垂直方向に対する角度（傾動角）を調整して旋回することによって装入する原料の質量を調整しながら炉壁周辺にも炉中心部へも装入が可能である。通常は炉壁周辺に原料を装入し、分配シュートを旋回させながら傾動角を段階的に変更していき、後半は炉中心部に装入する。このため、反発板１０を設置しない従来技術の装入方法では、排出初期に比較的粗粒、排出末期に細粒が排出されるため、炉壁周辺に粗粒、中心部に細粒が装入されることにより、炉壁周辺流が強くなりヒートロスの増加、また中心流が潰れることにより高炉内の通気が悪化するというデメリットがある。反発板１０を設置することで、上部ホッパー１から下部ホッパー６への原料装入時に、原料の直撃による下部ホッパー６の内壁のライナー磨耗を防止して、下部ホッパーを長寿命化できると共に、反発板１０の設置高さの調節により、下部ホッパー６内の原料堆積形状の制御が可能であり、これにより炉内に装入される原料の排出粒度分布が制御可能となる。

下部ホッパー６の内壁のライナー磨耗を防止するためには、反発板１０の存在は必須であるが、下部ホッパー６内の原料堆積形状制御のためには、必ずしも落下原料の全てを受ける必要はなく、下部バンカーに原料を全て装入した際にも、原料内に埋まらない位置に設置する必要はない。下部バンカー内に一定量の原料が装入されて、落下原料の下部バンカーへの直撃が避けられる状態となれば、反発板１０は落下原料内に埋没しても差し支えなく、反発板１０を低い位置に設置した方が、原料装入初期のライナー磨耗防止効果は高い。反発板１０の最適な高さ位置は、使用するホッパーの容量と操業状況に応じた装入原料の質量、嵩密度に応じて変化するので、目的とする排出粒度分布が達成される最適高さを決定するために、あらかじめ反発板１０の設置高さとライナー磨耗量、高炉への排出粒度分布との関係を調べて、操業条件に応じた最適な反発板１０設置高さを決定することが好ましい。操業条件にもよるが、通常の上部ホッパーと下部ホッパーとを備えたセンターフィード型の原料装入装置の場合、下部ホッパーの比較的低い位置に反発板を設置して、下部ホッパーの底面全体に原料が堆積した段階で、反発板が原料内に埋没する高さとすることが好ましい。

反発板１０の設置により上部ホッパーから下部ホッパーへ原料を移送する際の下部ホッパーのライナーへの直撃を回避することができ、ライナー磨耗量が減少するため、高炉の定期休風時の、原料装入装置の保守作業としては反発板１０の交換を実施するのみでよく、休風時の作業性、作業時間とも改善される効果もある。

図１に示す装置と同様の、上部ホッパーと下部ホッパーを連結するポートの上部ホッパー出側下に反発板を設置した設備を用いて、反発板の設置高さを3水準に変更し、高炉に原料装入を行う際に排出原料の粒度分布を測定した。反発板を上方位置（装入する原料で埋もれない高さ）に設置した場合の結果を図２、反発板を下方位置（装入前半に原料で埋もれる高さ）に設置した場合の結果を図３に示す。反発板を上方位置と下方位置との中間位置（装入後半に原料で埋もれる高さ）に設置した場合の結果を図４、比較例として反発板を設置しない場合の結果を図５に示す。また上記条件毎の下部ホッパー内のポート直下部のライナーの損耗具合を、交換や捕集が必要な目安の損耗量を１として相対値で図６に示す。

図２によれば、反発板上方位置への設置により、排出中期に粒径大、末期低下、図３によれば、反発板下方位置への設置で全体的にフラットな排出粒径分布、図４によれば、反発板の中間位置への設置により、末期に粒径やや低下、図５によれば、反発板を設置しない場合には、初期粒径大、末期粒径低下という傾向が確認できる。従って、本実施例においては、反発板の下方位置への設置が最も効果的であることがわかる。なお、図２のような反発板上方位置への設置の場合に、分配シュート８を用いて装入原料を高炉内に装入するにあたっては、初期に炉内中心部に装入し徐々に炉周辺部へ装入する方法（いわゆる逆傾動）が、高炉内の装入物分布のために好ましい。

以上、図２〜４の結果より、反発板の設置高さ変更により排出粒径が変化すること、図６の結果より反発板の設置によりライナー磨耗量が大幅に減少することが分かる。

本発明の原料装入装置の一実施形態を示す概略図。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（本発明例）。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（本発明例）。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（本発明例）。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（比較例）。 下部ホッパー内のライナーの損耗具合を示すグラフ。 センターフィード型のベルレス装入装置の一例を示す図。

符号の説明

１ 上部ホッパー
２ 旋回シュート
３ 装入ベルトコンベア
４ ポート
５ ゲート部
６ 下部ホッパー
７ 下部排出口
８ 分配シュート
９ 高炉
１０ 反発板
１０ａ 上方位置
１０ｂ 中間位置
１０ｃ 下方位置

Claims (1)

1. 旋回シュートが頂部に設置されている上部ホッパーと、
   複数のポートにより、前記上部ホッパーに連結された下部ホッパーと、を備え、
   前記下部ホッパー内の前記上部ホッパーからの原料落下位置に、複数の反発板が設置されているベルレス高炉の原料装入装置を用いて、
   予め、前記複数の反発板の高さを、前記上部ホッパー内の原料を前記下部ホッパー内に移送する際に、前半に移送した原料で埋まる位置に調整しておき、
   原料を、前記旋回シュートにより前記上部ホッパー内の側壁方向へ投入し、
   前記上部ホッパー内の原料を前記ポートの開閉により該ポートを経由して前記下部ホッパー内に移送し、
   前記下部ホッパー内に移送した原料を高炉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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