JP5369951B2 - 中継ホッパーへの原料装入用シュート - Google Patents

Description

本発明は、高炉炉頂の上部に配置される炉頂バンカーまで原料を搬送して装入するベルトコンベアに原料を排出する中継ホッパーへの原料装入用シュートに関するものであり、特に中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析の抑制を目的としたものである。

ベルレス式高炉装入装置では、鉄源としての鉱石や還元材としてのコークス（以下、鉱石やコークスを総称して「原料」と称する。）は、炉頂バンカーでの一時貯蔵と排出を経て、高炉炉頂から旋回シュートを介して高炉炉内に装入される。

その際、炉頂バンカーから排出される原料の粒度偏析状態は、高炉内における装入物分布を介して炉内通気性や炉内半径方向ガス流分布に影響を及ぼす。

ところで、ベルトコンベアを使用して炉頂バンカーに原料を装入する場合に、当該ベルトコンベアの上流に中継ホッパーを設置することがある。この場合、図６に示すように、ベルトコンベア１により各原料槽から搬送された原料２は、シュート３を介して中継ホッパー４内に一時貯蔵された後、ベルトコンベア５に排出され、炉頂バンカーへ搬送される。

以下、中継ホッパー４に原料を装入するベルトコンベア１を「中継ホッパーへの原料装入ベルトコンベア１」と、炉頂バンカーに原料を装入するベルトコンベア５を、「炉頂バンカーへの原料装入ベルトコンベア５」と称する。

高炉では、炉内の通気性を確保するため、一般には炉中心部のガス流速が強い操業状態が指向される。しかしながら、炉内のガス流分布は、装入される鉱石とコークスの重量比率、層厚、粒径の炉内半径方向分布によって決定されるので、所望の炉内ガス流分布を得るには、これらの装入物の条件を調整する必要がある。

ベルレス式高炉装入装置は、旋回シュートを傾動させながら旋回して原料を炉内に装入する。ここで、傾動とは、旋回シュートの中心軸と高炉垂直方向の中心軸とのなす角度を、変更することをいう。

通常、旋回シュートは、装入開始時は炉壁側の方向に、次第に炉中心側へ傾動するように操作される。従って、炉中心部のガス流速が強い操業状態を指向して、原料の炉内半径方向分布を制御する場合は、装入開始時（炉壁側）に細粒を、装入末期（炉中心部）にかけて粗粒を排出するよう、炉頂バンカーから排出される原料の粒度偏析を制御することが望ましい。

例えば特許文献１では、炉頂バンカー内に、原料の落下方向を変更する傾動自在な可動板を設けて、炉頂バンカー内に堆積する原料の粒径偏析を制御する装置が開示されている。

しかしながら、炉頂バンカーの上流に中継ホッパーを配置したベルレス高炉の原料搬送系統の場合は、炉頂バンカーの偏析状態はその上流にある中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析の影響を受ける。従って、所望のガス流分布を得るには、炉頂バンカーと同時に中継ホッパー内における粒度偏析をも制御する必要がある。

そこで、特許文献２では、ベルトコンベアから中継ホッパーに落下する原料をベルト幅方向に２分割し、その落下位置が中継ホッパーの中心軸に対して対称となるように原料流を調整するシュートを取り付けたものが開示されている。

しかしながら、特許文献２で開示された装置を使用した場合、２分割された原料が中継ホッパーの壁近傍にそれぞれ堆積山を形成することになる。従って、各堆積山の頂点近傍には細粒、山裾となる壁側にかけて粗粒、さらに両堆積山の山裾となる中継ホッパー中央部に粗粒が多くなるので、中継ホッパー内の粒度偏析状態が複雑になってその制御が困難となる。

この特許文献２における問題点を解決することを目的とした中継ホッパー内の偏析防止装置が特許文献３に開示されている。この偏析防止装置は、中継ホッパーへの原料搬送系のベルトコンベア端部に混合板を漏斗状に設けて溝状排出口を形成したシュートを設け、このシュートの搬送端部と対向する混合板の上方に反発板を設けることで、中継ホッパー内の粒度偏析を抑制するものである。

この特許文献３では、ベルトコンベアと中継ホッパーの幅寸法についての具体的な記載はないが、その図１のようにベルトコンベアと中継ホッパーの幅が同程度である場合は中継ホッパーの幅全域に峰続きの堆積山が形成され、粒度偏析は抑制されると考えられる。

しかしながら、一般的には、ベルトコンベアに対して中継ホッパーの幅は十分に大きいので（例えば２．５倍から５倍程度）、中継ホッパーの幅全域に峰続きの堆積山が形成されることはなく、十分な粒度偏析抑制効果を得ることができない。

一方、ベルトコンベアから中継ホッパーに原料を装入する際に、堆積した原料の山の頂点を中継ホッパーの中央付近に形成させるために、中継ホッパーの上部に漏斗状のシュートを設ける場合がある。

この場合、原料装入ベルトコンベアから中継ホッパーに供給される原料は、図７に示すように、漏斗状のシュート３の斜面３ａに沿って流れるために、鉛直方向と水平方向の速度成分を持つことになる。

漏斗状のシュート３の下部が、図７に示すように、直管３ｂである場合は、シュート３の斜面３ａを離脱した原料は直管３ｂの内壁に衝突した際に水平方向の速度成分が打ち消されて鉛直方向に落下し、原料の山の頂点は中継ホッパーの中央付近となる。

これにより、原料の山の頂点が中継ホッパーの中央付近以外に形成されることや、頂点が変動することを回避することはできる。しかしながら、原料の堆積頂点は一部であるので、特許文献３で開示された技術と同様、十分な粒度偏析抑制効果を得ることができない。

特開２０００−１７８６２４号公報 特公平１−０３０８８６号公報 特開平６−００９０６３号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来の技術では、中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析を十分に抑制することができないという点である。

本発明の中継ホッパーへの原料装入用シュートは、
中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析を十分に抑制するために、
ベルレス高炉への原料の搬送に際し、炉頂バンカーへの原料装入ベルトコンベアの上流に設置される中継ホッパーの上部に設けられた原料装入用シュートであって、
漏斗状斜面の下部に直管を設けた前記シュートの下部に、さらに末広がりの逆漏斗状部を連続して設けると共に、この逆漏斗状部の内壁に、原料の水平方向の速度成分を打ち消す反発板を設置したことを主要な特徴としている。

本発明の中継ホッパーへの原料装入用シュートは、直管の下部に末広がりの逆漏斗状部を連続して設けると共に、この逆漏斗状部の内壁に原料の水平方向の速度成分を打ち消す反発板を設置するので、中継ホッパーに装入される原料の落下位置が分散される。

本発明では、中継ホッパーに装入する原料の落下位置が分散されるので、中継ホッパー内の原料堆積角が小さくなって、原料排出時の粒度偏析が小さくなる。これにより、炉頂バンカーにおいては排出原料の粒度偏析が大きくなって、高炉の通気性確保に対して有利な原料装入条件となる。

本発明の中継ホッパーへの原料装入用シュートの要部を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明のシュートと従来のシュートを使用した場合の、中継ホッパー内の原料堆積プロフィールを示した図である。 図２に示した堆積山よりサンプリングした原料粒径を示した図である。 中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析状態をモデル計算にて予測した図である。 炉頂バンカーから排出される原料の粒度偏析状態をモデル計算にて予測した図である。 中継ホッパーの概略構成を示す図である。 従来の垂直シュートの要部を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は平面図である。

本発明では、中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析を十分に抑制するという目的を、直管の下部に末広がりの逆漏斗状部を連続して設けると共に、この逆漏斗状部の内壁に原料の水平方向の速度成分を打ち消す反発板を設置することによって実現した。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１を用いて説明する。
１１は炉頂バンカーへの原料装入ベルトコンベアの上流に設置された本発明の中継ホッパーへの原料装入用シュートであり、漏斗状斜面１１ａの下部に設けられた直管１１ｂの下部に、さらに以下の構成要素を連続して配置している。

１１ｃは前記直管１１ｂの下部に連続して設けられた末広がりの逆漏斗状部１１ｃで、この逆漏斗状部１１ｃの内壁に原料の水平方向の速度成分を打ち消す反発板１１ｄを、例えば円周方向の均等位置に複数個設置している。

このような構成の本発明のシュート１１では、斜面１１ａのなす角度をθ、直管１１ｂの内径をDa、長さをLa、逆漏斗状部１１ｃの下端の内径をDbとした場合（図１参照）、下記の数式１で表す関係が成立するようにしておくことが望ましい。

本発明では、逆漏斗状部１１ｃの長さLbと、逆漏斗状部１１ｃの先端の内径Dbは、中継ホッパー４のサイズに応じて調整すればよい。また、逆漏斗状部１１ｃの内壁に設置した反発板１１ｄが形成する円の内径Dc（図１参照）は、原料粒径に応じて調整する必要がある。この内径Dcを小さくしすぎると、反発板１１ｄより上方に位置する直管１１ｂ部に原料が一時滞留し、水平方向の速度成分が完全に打ち消された後に鉛直に落下することになって、本発明の効果が得られなくなるためである。

中継ホッパーへの原料装入ベルトコンベアから供給される原料は、シュートの斜面に沿って流れるために鉛直方向と水平方向の速度成分を持つ。図７に示す形状の従来のシュート３の場合、斜面３ａを離脱した原料は、直管３ｂの内壁に衝突することで水平方向の速度成分が打ち消されて鉛直方向に落下する。

これに対して、本発明では、図１に示すように、直管１１ｂの下部に連続して逆漏斗状部１１ｃを設けるので、斜面１１ａを離脱した原料は、直管１１ｂの内壁に衝突せずに逆漏斗状部１１ｃに至る。従って、水平方向の速度成分が打ち消されることなく中継ホッパー４に装入される。また、一部の原料は、逆漏斗状部１１ｃに設けた反発板１１ｄへの衝突による分散と原料同士の衝突により混合され、水平方向の速度成分が打ち消されて鉛直方向に落下する。

このように本発明では、直管１１ｂの下部に連続して設けた末広がりの逆漏斗状部１１ｃと、その内壁に設けた反発板１１ｄの効果により、図７に示した従来のシュート３では一局に集中する中継ホッパーへの原料落下位置を分散することができる。

これにより、図１に示した本発明のシュート１１を介して中継ホッパー４に装入された原料が形成する堆積山はなだらかになり、堆積山表面を原料が転がることによって生じる偏析効果が小さくなる。従って、中継ホッパー４から炉頂バンカーへの装入ベルトコンベア５に排出される原料の粒度偏析が小さくなる。

次に、本発明の効果を模型実験にて検証した結果について説明する。
図１に示した本発明のシュート１１と、図７に示した従来のシュート３を用いて中継ホッパー４に原料を装入した後の堆積プロフィールを図２に示す。

従来のシュートによって原料を装入した後に形成した原料堆積山の高さと水平距離で基準化すると、本発明のシュートを使用した場合は、形成された原料堆積山は原料落下点の分散効果により低くなだらかになり堆積角が低下した。

図２に示した堆積山よりサンプリングした原料粒径を図３に示したが、本発明のシュートを使用した場合は、従来のシュートを使用した場合に比べて、堆積山斜面上の粒度偏析が抑制されていることがわかる。

次に、前記の模型実験結果に基づき、実高炉における本発明の効果をモデル計算にて予測した。

模型実験での中継ホッパー内の粒度偏析状態と、実高炉の中継ホッパーへの銘柄毎の装入順序を入力条件とした際の、中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析状態を図４に示す。さらに、中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析状態を入力条件とした際の炉頂バンカーから排出される原料の粒度偏析状態を図５に示す。

図４より、本発明のシュートを使用した場合は、従来のシュートを使用した場合に比べて、中継ホッパーから排出される原料の粒度偏析を抑制できることが分かる。

従って、本発明のシュートを使用すれば、炉頂バンカーから排出される原料の粒度偏析は、図５に示すように、従来のシュートを使用した場合に比べて大きくなることが分かる。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば逆漏斗状部１１ｃの内壁に設ける反発板１１ｄは、必ずしも円周方向に等間隔に設けなくても良い。

以上の本発明は、中継ホッパーの上部に設けるシュートに限らず、原料を一時貯蔵した後に排出する原料の粒度偏析を抑制したい原料槽の上部に設置するものであれば、どのような原料槽に設けるシュートでも良い。

１ 中継ホッパーへの原料装入ベルトコンベア
２ 原料
４ 中継ホッパー
５ 炉頂バンカーへの原料装入ベルトコンベア
１１ シュート
１１ａ 斜面
１１ｂ 直管
１１ｃ 逆漏斗上部
１１ｄ 反発板

Claims (2)

1. ベルレス高炉への原料の搬送に際し、炉頂バンカーへの原料装入ベルトコンベアの上流に設置される中継ホッパーの上部に設けられた原料装入用シュートであって、
   漏斗状斜面の下部に直管を設けた前記シュートの下部に、さらに末広がりの逆漏斗状部を連続して設けると共に、この逆漏斗状部の内壁に、原料の水平方向の速度成分を打ち消す反発板を設置したことを特徴とする中継ホッパーへの原料装入用シュート。
2. 前記シュートの、
   漏斗状斜面のなす角度をθ、
   直管部分の内径をDa、長さをLa、
   逆漏斗状部の下端の内径をDbとした場合、下記の２つの式に示す関係が成立することを特徴とする請求項１に記載の中継ホッパーへの原料装入用シュート。
   Da＜Db
   La≦Da×tanθ

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