JP5082513B2 - ベルレス高炉の原料装入装置および原料装入方法 - 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たが、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、原料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３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２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２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炉内ガス流制御が重要であり、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く非常に優れた技術であるが、排出粒度分布のさらなる均一化が望まれる。各ポートを開くタイミングに時間差を設けることで、例えば図４に示すような排出粒度分布が得られるが、この場合は排出末期に原料が細粒化するのは防止しきれていない。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。

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、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ことが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。
（１）、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用いて、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の原料を高炉に装入する原料装入装置であって、傾斜板が、前記下部ホッパー内の前記上部ホッパーからの各原料落下位置に、設置され、前記傾斜板が、前記傾斜板上に落下した原料が高炉の中心方向に落下する方向の傾斜を有しており、前記傾斜板の傾斜角度が原料の安息角以上であることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
（２）、（１）に記載の原料装入装置を用い、傾斜板の傾斜角度を調整することで、前記原料装入装置から排出される原料の粒度分布を制御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、複数の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傾斜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、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が制御可能となる。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、前記下部ホッパー内の前記上部ホッパーからの各原料落下位置に傾斜板を設置し、傾斜板が傾斜板上に落下した原料が高炉の中心方向に落下する方向の傾斜を有していることで、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（ａ）縦断面の概略図、（ｂ）上から見た概略図である。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等を用いて高炉内へ装入位置を制御しながら原料を装入する。そして、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傾斜板１０を設置する。傾斜板１０は下部ホッパー６内に梁等を渡して、その上に設置することができる。

傾斜板１０の傾斜角度は、傾斜板上に落下した原料が高炉の中心方向に落下する方向である、高炉中心側への傾斜とする。傾斜板の傾斜角度が、原料の安息角以下となると、傾斜板に落下した原料がホッパー側壁方向へ落下するため、好ましくない。

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。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。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傾斜板１０の角度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傾斜板１０は、ポート４の傾斜板上への投影面積以上の大きさのものが必要である。

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により高炉内へ原料を装入する。高炉内へ原料を装入する際は、分配シュート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、傾斜板１０を設置しない従来技術の装入方法では、図４に示すように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。傾斜板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、傾斜板１０の設置角度の調節により、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。

傾斜板１０が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されると、常に落下原料を中心向きに落下させる効果が持続するが、原料装入初期のライナー磨耗防止効果が小さくなる。一方で、傾斜板１０の設置位置を下げて、傾斜板１０が下部バンカーに原料を装入した際に、原料内に埋まる位置に設置されると、原料装入初期のライナー磨耗防止効果は高いが、原料装入後期には傾斜板としての効果が減少する。従って、あらかじめ傾斜板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傾斜板設置高さを決定することが好ましい。また、傾斜板１０の設置高さは、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、目的とする排出粒度分布が達成される最適高さが存在するので、この点でも事前に調査を行い、最適角度とともに、最適高さを決定しておくことが望ましい。

また傾斜板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傾斜板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４つのポートの上部ホッパー出側下に、４５°の角度でホッパー中心向きに傾斜させた４枚の傾斜板を設置した設備を用いて、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。結果を図２に示す。なお、図２において斜線で示す範囲は、図４に示す従来技術による場合の粒径の変動域である。

図２によれば、傾斜板の設置により、従来技術に比べて全体的にフラットな排出粒径分布が形成されることが分かる。

本発明の原料装入装置の一実施形態を示す概略図（ａ）縦断面図、（ｂ）上視図。 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）。 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。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（従来例）。

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 傾斜板

Claims (2)

1. 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用いて、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の原料を高炉に装入する原料装入装置であって、
   傾斜板が、前記下部ホッパー内の前記上部ホッパーからの各原料落下位置に、設置され、
   前記傾斜板が、前記傾斜板上に落下した原料が高炉の中心方向に落下する方向の傾斜を有しており、前記傾斜板の傾斜角度が原料の安息角以上であることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
2. 請求項１に記載の原料装入装置を用い、傾斜板の傾斜角度を調整することで、前記原料装入装置から排出される原料の粒度分布を制御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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