JP5130749B2 - 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６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、全体としては排出粒度分布にばらつきが残り、図４に示すとおり、排出末期に原料が細粒化する傾向が残るため、さらなる均一化が望まれる。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、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。
（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、
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前記ポートと同数の反発板が設置され、
該反発板が、原料の安息角以下で傾斜するかまたは水平な反発板本体と、該反発板本体上からの原料の落下を防止する側壁と、を有し、該側壁の一部に下部ホッパーの中心向きに原料を落下させるための開口部が形成されることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
（２）、前記反発板は、上部と一側面のみが開口しており、かつ、原料が下部ホッパーの中心部に落下した状態を形成させるように設置されていることを特徴とする（１）に記載のベルレス高炉の原料装入装置。
（３）、下部ホッパーの水平断面において前記下部ホッパー内に放射状に設置した梁の上に、反発板が設置されることを特徴とする（１）または（２）に記載のベルレス高炉の原料装入装置。
（４）、（１）ないし（３）のいずれかに記載の装置を用い、反発板上に上部ホッパーより落下する原料を堆積させて、該堆積した原料の一部を前記反発板の開口部より落下させることで下部ホッパー内に堆積する原料の粒度分布を制御し、該粒度分布を制御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、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、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ポート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からの各原料落下位置にポートと同数の反発板を設置する。この反発板は、板上からの原料の落下を防止する側壁を有し、側壁の一部に下部ホッパーの中心向きに原料を落下させるための開口部が形成されている。反発板の存在により、下部ホッパーのライナーの磨耗を防止して、下部ホッパー内での原料堆積形状を制御することができる。下部ホッパー内で粒度分布を制御された原料は、さらに下部ホッパーから高炉内に装入される。

このような装置としては、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。

板上からの原料の落下を防止する側壁を有し、側壁の一部に下部ホッパーの中心向きに原料を落下させるための開口部が形成されている反発板の形状は、特に限定するものではないが、反発板上に落下した原料が開口部から以外はこぼれ落ちない構造であることが好ましい。こぼれ落ちる場合であっても、一定の粒度分布制御効果は得られるが、開口部のみから原料が落下する方が効果が高い。反発板の大きさは、少なくとも落下してきた原料が堆積する部分の面積が、ポート径の投影面積以上であることが望ましく、落下してきた原料が、全て反発板の側壁内に入ることが好ましい。反発板が必要以上に大きいと、多量の原料が反発板上に保持されて原料の装入に支障をきたす場合がある。側壁の高さは、反発板上の原料が側壁部分からこぼれない程度の充分な高さとすることが好ましく、側壁を有する反発板をホッパー内に設置可能な程度の高さとする。開口部の大きさは、原料の装入量や、下部ホッパーに堆積される原料の粒度分布に応じて設定することが好ましい。開口部の向きや大きさが調整可能な可変式の構造とすることが好ましい。

上記の本発明の原料装入装置を用い、反発板上に上部ホッパーより落下する原料を堆積させて、堆積した原料の一部を反発板の開口部より落下させることで下部ホッパー内に堆積する原料の粒度分布を制御し、粒度分布を制御した原料を高炉に装入することができる。反発板上に落下した原料は、ある程度まではそのまま堆積するが、安息角を超える角度の斜面が形成されると崩れ落ち、開口部より下部ホッパーに落下する。新たに落下してくる原料は堆積した原料の上に落下するため、反発板の磨耗を防止することができる。

反発板としては、箱型形状、球状、円柱形状、三角柱形状、ｎ角形状（ｎ≧４）の上部が開口している形状等が考えられる。このような反発板の一実施形態を図１に示す。

図１において、（ａ）は反発板の上方からの斜視図、（ｂ−１）は落下した原料が反発板上に堆積した状態の斜視図、（ｂ−２）はその側面図である。箱型の反発板は、反発板本体１０ａ、側壁１０ｂ、１０ｃ、１０ｄから形成され、側壁の無い部分１０ｅが開口部である。この開口部１０ｅがホッパーの中心を向くように設置することで、落下原料を反発板本体１０ａ上に一時的に保持し、中心向きに落下させることができる。図１（ｂ）において、太矢印は原料流れ方向を示し、反発板本体１０ａ上に堆積した原料がその安息角に応じて原料堆積面１１を形成し、原料堆積面１１上に落下した原料は原料堆積面１１に従って、ホッパー中心向きに落下する。図１において、側壁１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの高さは、装置上問題の無い範囲でできるだけ高く設定する方が、開口部１０ｅ以外からの原料こぼれが減少し、効果が大きい。なお、図１においては、反発板本体１０ａが水平な場合が例示されているが、反発板本体１０ａを傾斜させた状態でも良い。その場合は、外側を高くした傾斜とするのが好ましい。但し、傾斜が大きくなり過ぎると発明の効果が小さくなるので、原料の安息角に応じた原料堆積面１１程度を上限とする。

反発板は、下部ホッパー内に適宜梁等を設置して、各ポートからの原料落下位置に設置すればよいが、下部ホッパーの水平断面において下部ホッパー内に放射状に設置した梁の上に設置することが好ましい。梁の上面には落下してきた原料を保持する、窪みを形成することが好ましい。窪み部分に堆積した原料により、梁の磨耗を防止することができる。また、梁を設置することなく、例えば、下部ホッパーの側壁から支柱などで支える構造とすることも可能である。

図２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、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、板上からの原料の落下を防止する側壁を有し、側壁の一部に下部ホッパーの中心向きに原料を落下させるための開口部を形成した反発板１０を設置する。図３は、図２の下部ホッパー部分の上視図であり、反発板１０の開口部１０ｅがホッパーの中心向きに設置されている様子を示している。

図２、３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を連結する各ポート４の上部ホッパー出側下に設置した反発板１０により、下部ホッパーへの原料の直撃を防止し、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、側壁からの原料の落下を防止し、開口部から下部ホッパーの中心向きに原料を落下させる構造であるため、一つのポートから、下部ホッパーの中心部に原料が落下した状態に近い粒度分布を形成することができる。尚、中心向きとは、ポートから直接原料が落下する位置よりも、下部ホッパーの中心に近い位置に原料が落下することを意味する。

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を設置しない図４のような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、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。

反発板１０は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れば、常に落下原料の流れ方向を変える効果が持続するため好ましい。あらかじめ反発板１０の設置高さと、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設置高さを決定することが好ましい。反発板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、嵩密度等に応じても変化する。

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２、３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上部と１側面が開口した立方体の箱型形状の反発板を４つ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。反発板の開口部は、ホッパーの中心向きとした。反発板は、下部ホッパー内に十字状に梁を設置し、その上に設置した。従来技術を用いた場合の下部ホッパーからの排出粒度分布を図４に、反発板を設置した場合の下部ホッパーからの排出粒度粒度分布を図５に示す。図５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５によれば、反発板の設置により従来技術に比較し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。また、排出粒径０．９〜１．２の範囲に注目すると、排出末期粒径が拡大傾向にあるため、高炉内の原料分布は、シャープな中心流、適度な周辺流を形成する粒度分布となり、高炉の操業がより安定化する。

また、本発明装置を用いた場合は、上部バンカーからの落下原料が下部バンカーの内壁を直撃することが無く、また設置した反発板自体も構造的に非常に損耗が少ないため、原料装入装置のメンテナンス頻度が低下した。

本発明で用いる反発板の一実施形態の概略図。（ａ）上方からの斜視図、（ｂ−１）原料が反発板上に堆積した状態の斜視図、（ｂ−２）側面図 本発明の原料装入装置の一実施形態を示す概略図。 図２の下部の上視図。 原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（従来例）。 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）。 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 反発板本体
１０ｂ、ｃ、ｄ 側壁
１０ｅ 開口部
１１ 原料堆積面

Claims (4)

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、
   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前記ポートと同数の反発板が設置され、
   該反発板が、原料の安息角以下で傾斜するかまたは水平な反発板本体と、該反発板本体上からの原料の落下を防止する側壁と、を有し、該側壁の一部に下部ホッパーの中心向きに原料を落下させるための開口部が形成されることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
2. 前記反発板は、上部と一側面のみが開口しており、かつ、原料が下部ホッパーの中心部に落下した状態を形成させるように設置されてい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. 下部ホッパーの水平断面において前記下部ホッパー内に放射状に設置した梁の上に、反発板が設置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のベルレス高炉の原料装入装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の装置を用い、反発板上に上部ホッパーより落下する原料を堆積させて、該堆積した原料の一部を前記反発板の開口部より落下させることで下部ホッパー内に堆積する原料の粒度分布を制御し、該粒度分布を制御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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