JP5493885B2 - 高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート - Google Patents

Description

本発明は、高炉用ベルレス炉頂装入装置の旋回シュートと、該旋回シュートを介して原料を装入する高炉操業方法に関するものである。

高炉操業は、高炉炉頂部より、鉄鉱石、焼結鉱、ペレット等の鉄原料と、コークスを交互に装入し、炉下部の羽口より熱風を吹き込んで行う。炉内では、羽口先端部分で、コークスと熱風の反応でＣＯガスが生じ、ＣＯを含む高温の炉内ガスが、降下する鉄原料を、加熱し、還元、溶融する。溶融物は、滴下中、コークスで還元されて湯溜り部に溜り、適時、出銑口より炉外に排出される。

鉄原料は、溶融滴下する直前には、軟化融着状態で、コークスを内包して融着帯を形成している。このように、高炉内においては、炉頂部から装入した鉄原料は、上から順に、塊の状態の塊状帯、軟化融着状態の融着帯、及び、溶融滴下状態の滴下帯と、その状態を変化させ、炉下部の羽口先端部で生成した炉内ガスは、前記滴下帯、前記融着帯、前記塊状帯を順次通って、炉頂部から炉外に排出される。

高炉炉内の通気抵抗は、融着帯で最も大きく、次いで、塊状帯であり、滴下帯で最も小さくなっている。したがって、高炉炉内の融着帯の形状が変化すれば、炉内の通気性及びガス利用率が異なったものとなるので、高炉炉内における融着帯の形状は、高炉の安定操業を維持するうえで、特に重要である。

このように、高炉内での融着帯の制御は重要であり、融着帯の位置、形状を制御する方法が、これまで幾つか開示されている（例えば、特許文献１及び２、参照）。

特許文献１には、高炉の炉腹部又はそれ以下の部分に装入した、１個又は複数個のゾンデから得られるガス体及び固体温度、ガス組成の実測値から融着帯の上側及び下側の位置を求め、該位置が最適位置となるように、高炉の半径方向の鉄鉱石層厚とコークス層厚の比（Ｏ／Ｃ）の分布及び粒度分布を制御する方法が開示されている。

また、特許文献２には、ガスサンプリング装置を用いて高炉下部の一定高さ位置におけるＣＯ₂濃度を連続的に測定しつつ監視して、融着帯の位置を判定し、該判定位置に基づいて、溶銑温度を所望の範囲に維持すべく操業条件を決定する高炉操業方法が開示されている。

このように、高炉を安定に操業するためには、炉頂部半径方向の原料分布、即ち、粒度分布や、コークスと鉄原料の層厚分布を適正に制御する必要がある。また、高炉操業においては、常に変化する炉況に対応して、炉頂での原料分布を、柔軟かつ高精度に制御し、最適な炉半径方向分布とすることが重要である。

近年の高炉においては、原料分布制御の自由度がより大きい旋回シュートを備えたベルレス式炉頂装入装置が採用されていて、旋回シュートの旋回方向、旋回速度、及び／又は、傾斜角度を調整することにより、多様な原料装入制御が行われている（例えば、特許文献３〜１１、参照）。

また、旋回シュートによる原料装入制御の制御性を高めるため、旋回シュート本体を改善する提案が幾つかなされている（例えば、特許文献１２〜１４、参照）。

特許文献１２には、上部が開放された溝型断面を持つシュート本体の先端部に、落下方向に対し、シュート先端より下向きに溝幅より広幅で一定の角度の傾斜をもって固定される平面の反射板を有する旋回シュートが提案されている。

特許文献１２の旋回シュートは、これまでの旋回シュートに比べて、薄くて広幅な原料落下流を形成することができるので、装入後の原料の再偏析が少なく、炉内に堆積した原料の傾斜面に、次の原料を投入しても、堆積層を崩す現象が生じ難い。特許文献１２の旋回シュートは、原料分布の安定化と高炉操業の安定化を図ることができるものである。

特許文献１３には、先端部上面に、離間して、旋回シュート上を滑り落ちる装入物の上層流にのみ衝突するコーン型の反発板を設け、旋回シュートから投入される原料の落下方向を鉛直下方に変更する旋回シュートが提案されている。

特許文献１３の旋回シュートは、小型で重量の小さい反発板を先端部に設けたものであり、基本的には、全原料を鉛直下方に落下させて、高精度で安定した原料分布制御を達成しようとするものである。

特許文献１４には、上部が開放され平坦な底板を有する台形型断面形状の旋回シュート本体の先端部に、旋回シュート本体の底板の幅よりも広幅で、平面形状の反発板を、原料の落下方向に対し下向きで、かつ、旋回シュート本体の上面に対して一定の角度をもって固定した旋回シュートが提案されている。

特許文献１４の旋回シュートは、原料群全体の水平移動速度分力を、反発板との衝突で大幅に小さくして、高精度な装入物分布制御を狙ったものである。

特公昭６３−６１３６７号公報 特開２００６−２４９５０１号公報 特開平１１−２０９８０６号公報 特開平１１−２１７６０４号公報 特開平１１−２１７６０５号公報 特開平１１−２６９５１３号公報 特開２０００−１６０２１４号公報 特開２０００−２０４４０６号公報 特開２０００−２０４４０７号公報 特開２００５−２９０５１１号公報 特開２００８−０２４９９７号公報 実開平０５−３７９４８号公報 特開平０９−２４９９０７号公報 特開２０００−２３４１１０号公報

原料装入制御において、旋回シュートの先端に反発板を取り付け、旋回シュートの先端から落下する原料を、平板型の反発板に衝突させることにより、落下軌跡を放物線から下向きに変更する効果はそれなりにある。

しかし、反発板は重量物であるので、反発板を装備した旋回シュートは、従来の旋回シュートに比べ、より重い旋回シュートとなり、旋回シュート支持機構の機械的強度の向上、及び、旋回シュート制御機構における傾動用モータ及び旋回用モータの出力増強が必要となる。

また、反発板は、落下する原料が衝突するように固定されているので、高炉操業中、原料が反発板に当らない装入に変更することは不可能であり、この点で、装入態様の自由度が制約される。装入態様の自由度を確保するため、高炉操業中、取付け角度を調整できる反発板を、旋回シュートの先端に取り付けるには、さらに複雑な機構を必要とし、さらに、それに伴う重量増の結果、さらなる旋回シュート支持機構の機械的強度の向上、及び、旋回シュート制御機構における傾動用モータ及び旋回用モータの出力増強が必要となる。

そこで、本発明は、大幅な設備投資を必要とせずに、従来の旋回シュートにおける問題点を解決する旋回シュートを提供することを課題とする。

本発明は、上記問題点を解決する旋回シュートの構造について種々検討した。その結果、旋回シュートの先端の左右のいずれかの片側に、該先端より下向きに傾斜する反発板を設けると、上記問題点を解決することができるとともに、装入態様の自由度が増すことを見いだした。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。

（１） 高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュートにおいて、上部が開放された溝型断面形状を有する旋回シュートの先端の左右のいずれかの片側であって、旋回シュートの内側の左端又は右端のどちらかの延長線と交わる位置に、旋回シュート先端より下向きに傾斜すると共に、その幅が、旋回シュート先端の内側幅の４０〜６０％である反発板が取付けられていることを特徴とする高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート。

（２）前記反発板の取付け角度が、旋回シュートに対して１５〜４５°下向きであることを特徴とする前記（１）に記載の高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート。

本発明によれば、旋回シュートの先端の片側のみに反発板を設けたので、反発板の小型化、軽量化ができ、旋回シュートの重量を小さくすることができる。その結果、旋回シュート支持機構の機械的強度の向上、及び、旋回シュート制御機構における傾動用モータ及び旋回用モータの出力増強に伴う設備費の増加を抑制し、コスト節減を達成することができる。

また、旋回シュートの先端の片側のみに反発板を設けたので、旋回方向や旋回速度の変更により、原料の落下軌跡を変更する自由度が増し、従来に比べ、より細かな原料分布制御を行うことができる。その結果、高炉内の原料分布のばらつき、及び、原料装入制御の不良による炉況の不安定さがなくなって、減風回数が減少し、安定した高炉操業を継続することができ、出銑量が増加するとともに、還元材比が低下する。

本発明の旋回シュートの態様を模式的に示す図である。 本発明の旋回シュートの上を流れる原料の態様を示す図である。 本発明の旋回シュートの先端における反発板と原料の相対関係を示す図である。（ａ）は、反発板がシュート先端の左側にあり、旋回方向が右方向（図中、矢印、参照）の場合を示し、（ｂ）は、反発板がシュート先端の左側にあり、旋回方向が左方向（図中、矢印、参照）の場合を示す。 原料堆積層へ落下する原料の落下軌跡を示す図である。（ａ）は、図３（ａ）に示す相対関係に対応する落下軌跡を示し、（ｂ）は、図３（ｂ）に示す相対関係に対応する落下軌跡を示す。 本発明シュートを、反発板のない側に旋回させる場合（図３（ａ）、参照）と、本発明シュートを、反発板のある方向に旋回させる場合（図３（ｂ）、参照）における炉内のガス温度を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１に、本発明の旋回シユートの態様を模式的に示す。図１に示すように、ホッパー（図示なし）の排出口直下の垂直シュート３の下に配置する旋回及び傾動自在のシュート本体１の先端４に、旋回シュートの長手方向に対し、下方に一定の傾斜角で傾けて、反発板２が、支持部材５で固定されている。

なお、図１には、上部開放のＵ型断面の旋回シュートを示したが本発明シュートの断面は、Ｕ型に限られない。本発明シュートは、所定の溝型断面を有し、シュートとして機能するものであればよい。

反発板２は、シュート本体１の先端４を、シュート本体１の長手方向から見た時に略半分（図１では、左側半分）を覆う幅を有している。反発板２は、当然に、右側のみに取り付けてもよく、本発明は、旋回シュートの先端の左右のいずれかの片側に、該先端より下向きに傾斜する反発板を設けることを特徴とする。

本発明の旋回シュート（以下「本発明シュート」ということがある。）の作用を、図２及び図３に基づいて説明する。

図２に、本発明シュートの上を流れる原料の態様を示す。垂直シュートから排出された原料６は、シュート本体１上を滑り落ちて、シュート先端から、放物線を描いて自由落下する。この間、原料６は、シュート本体１の長手方向の中心軸に沿って、シュート面を滑り落ちるのではなく、シュートの旋回方向及び速度に応じて、一方のシュート側面にせり上がるように移動して、シュート先端から落下する。

図２には、旋回シュートが左方向に旋回（図中、矢印、参照）する場合を図示しているが、原料は、右側のシュート側面に沿ってせりあがっていき、最後に、シュート先端から落下する（図中、黒色部分、参照）。なお、旋回速度が大きいと、原料のせり上がりの度合いは強くなる。

図３に、本発明の旋回シュートの先端における反発板と原料の相対関係を示す。図３（ａ）は、反発板がシュート先端の左側にあり、旋回方向が右方向（図中、矢印、参照）の場合を示し、図３（ｂ）は、反発板がシュート先端の左側にあり、旋回方向が左方向（図中、矢印、参照）の場合を示す。

図３（ａ）に示す反発板と原料の相対関係を維持する原料装入の場合、殆どの原料は、反発板に衝突してから炉内に落下する。一方、図３（ｂ）に示す反発板と原料の相対関係を維持する原料装入の場合、殆どの原料は、反発板に衝突せず炉内に落下する。

旋回シュートを旋回した場合における、一方のシュート側面への原料のせり上がり程度は、旋回シュートの旋回速度に依存し、当然のことながら、旋回速度が速いほど、せり上がり程度は大きくなる。

図４に、炉内の原料堆積層へ落下する原料の落下軌跡を示す。図４（ａ）は、図３（ａ）に示す相対関係に対応する原料の落下軌跡を示し、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示す相対関係に対応する原料の落下軌跡を示す。

図４から、図３（ａ）に対応する原料の落下軌跡は、図３（ｂ）に対応する原料の落下軌跡に比べ、より垂直に落下し、落下点が、炉中心に移動していることが解る。即ち、図４（ａ）に示す落下軌跡は、反発板をシュート先端の全面に設けた場合の落下軌跡と略同じ落下軌跡となり、図４（ｂ）に示す落下軌跡は、反発板をシュート先端に設けない場合の落下軌跡と略同じ落下軌跡となる。

以上、説明したように、反発板をシュート先端の片側のみに設け、シュートの旋回方向や旋回速度を調整することによって、原料が反発板に衝突する割合を変えることができ、原料の落下軌跡を制御することができる。

このように、本発明においては、反発板の取付け角度が一定でも、原料の装入態様の自由度が増し、シュートの旋回方向や旋回速度、さらには、シュート本体の傾動角を制御することにより、原料の落下軌跡、落下角度、及び、落下位置（装入位置）を変更して、炉内における原料分布を適確に調整することができる。

また、本発明シュートによれば、反発板の取付け角度が一定でも、原料の落下角度や着地点（装入位置）を変更することができるので、原料を、炉内の原料堆積面の目標位置に、確実に装入することができる。これらのことは、本発明の特徴に基づく、顕著な効果である。

本発明によれば、上記効果の他、旋回シュートの先端に設ける反発板は、該先端の全体を覆う必要はないので、反発板を小型化、軽量化することができるので、先端全体を覆う反発板を設置する従来の旋回シュートに比べ、反発板本体のみならず、付属部材を加えた全体重量を大幅に軽減することができる。

このように、旋回シュートの重量増加を抑制することができれば、旋回シュートの支持機構の強化や、傾動用モータの出力増強等を行わなくても、安定して、旋回シュートを運転することができる。

後で説明する実施例では、長さ１．０ｍ、幅０．５ｍのシュート本体の先端に、中央から左側半分（又は、右側半分）を覆うように、下向きに、３０度の角度で反発板を設けた旋回シュートを用いたが、本発明シュートの反発板は、次に示す範囲のものが望ましい。
(a)反発板の幅：旋回シュート先端の内側幅の４０〜６０％
(b)反発板の取付け位置：旋回シュートの内側の左端又は右端のどちらかの延長線と交わる位置
(c)反発板の取付け角度：旋回シュートに対して１５〜４５°下向き

反発板の幅が大きすぎると、反発板に衝突する原料の量を低減する操作が充分に行えず、また、旋回シュートの重量も大きくなる。一方、反発板の幅が小さすぎると、反発板に衝突する原料の量を増加する操作が充分に行えなくなる。

旋回シュートの先端幅より小さい反発板が、旋回シュートの中心軸寄りに位置していると、反発板の両側から原料が流れ出るので、反発板は、旋回シュートの内側の左端又は右端のどちらかの延長線と交わるように設置する。

反発板の角度が大きすぎると、旋回方向や旋回速度を変更した場合における原料の落下軌跡の変化が極端になり、高精度の原料装入制御が困難となり、原料堆積層の均一性が乱れることになる。一方、反発板の角度が小さすぎると、反発板に原料を当てる操作が充分に行えず、反発板の効果が小さくなる。

高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュートとして、本発明シュートを採用すると、原料を装入する際、本発明シュートの旋回方向、旋回速度、及び、傾動角のいずれか一つ又は二つ以上を変更して、原料の堆積分布を調整し、炉内のガス流を制御することができる。上記制御について説明する。

炉内周辺部に大きな原料粒子を偏析させ、炉内周辺部におけるガス流を増加させたい場合には、本発明シュートを、反発板のない側に旋回させる（図３（ａ）、参照）とともに、原料の炉内着地点が概ね同じになるように、本発明シュートの傾動角を調整する。

炉内周辺部での粒度偏析を抑制し、炉内周辺部におけるガス流を減少させたい場合には、本発明シュートを、反発板のある側に旋回させる（図３（ｂ）、参照）とともに、原料の炉内着地点が概ね同じになるように、本発明シュートの傾動角を調整する。

原料が反発板に衝突当たって落下するときの落下軌跡は、垂直に近く（図４（ａ）、参照）、原料の落下速度において、炉壁方向への水平速度成分は極めて小さい。一方、原料が反発板に衝突せず落下するときの落下軌跡は、ほぼ放物線を描くので、炉壁方向への水平速度成分が大きい。この水平速度成分の差は、原料の炉内着地点での粒度偏析に大きく影響する。

本発明シュートを、反発板のない側に旋回させ（図３（ａ）、参照）、殆どの原料を反発板に衝突させて、垂直に近い落下軌跡で落下させると、落下速度に水平速度成分がないので、原料の着地点から粒度偏析が生じる。即ち、原料の着地点近傍に、小粒径の原料が堆積し、粗粒の原料が、着地点から離れる方向に転がって行く。

したがって、原料の着地点より外側に、粗粒の原料が偏析することになり、炉内周辺部における通気性が良好となり、装入物に対する通過ガス量が増加するため、ガス温度が上昇する。

逆に、本発明シュートを、反発板のある方向に旋回させ（図３（ｂ）、参照）、殆どの原料を反発板に衝突させずに落下させると、落下速度における水平速度成分が大きいので、原料の着地点より外側に、原料の粒径が最小となる点が形成されるとともに、粗粒原料も細粒原料も、炉内周辺部に移動して、粒度偏析が相対的に減少する。その結果、炉内周辺部におけるガス流が抑制されることになる。

本発明シュートを、反発板のない側に旋回させる場合（図３（ａ）、参照）と、本発明シュートを、反発板のある方向に旋回させる場合（図３（ｂ）、参照）における炉内のガス温度を図５に示す。図５から、本発明シュートを、反発板のない側に旋回させる場合（図３（ａ）、参照）、炉内周辺部における通気性が向上し、ガス温度が約５０℃上昇していることが解る。

原料の着地点は、従来技術においても、旋回シュートの傾動角を調整して制御することできるが、本発明シュートによれば、旋回シュートの傾動角及び原料の着地点が同じでも、旋回シュートの旋回方向や旋回速度を制御して、落下速度の水平速度成分を調整することができるので、従来とは異なる好適な粒度偏析を、操業中に選択することができる。この点も、本発明シュートが有する顕著な効果である。

本発明シュートを用いる高炉操業において、本発明シュートによる原料の堆積分布の調整と併せ、羽口から吹き込む熱風の送風条件を調整することにより、高炉操業をより安定化して継続することができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
長さ４．０ｍ、幅１．０ｍの旋回シュートの先端に、縦１．０ｍ、幅０．５ｍの反発板を、シュート先端の中央から左側半分を覆うように、下向きに３０°で設置し、本発明シュートを製造した。なお、反発板の重量は５００ｋｇで、従来のシュート先端全体を覆う反発板の重量の約半分である。

内容積３２７３ｍ³のベルレス式高炉の炉頂部に、本発明シュートを配置して、原料装入を制御しつつ、高炉操業を行った。比較のため、反発板を設けない旋回シュートを用いる高炉操業（比較例１）、及び、先端全面を覆う反発板を設けた旋回シュートを用いる高炉操業（比較例２）も行った。

表１に、本発明の実施例、比較例１（反発板なし）、及び、比較例２（１．０ｍ×１．０ｍのシュート先端全面を覆う反発板を用いる）の操業結果を、１ヶ月の平均データで示す。いずれの場合も、旋回シュートの旋回方向を、随時、変更した。また、いずれの場合も、旋回速度を、６〜１０ｒｐｍの範囲で、随時、変更した。

本発明の実施例では、高精度で安定な原料分布制御を行うので、高炉操業の安定化が達成され、表１に示すように、比較例１（反発板なし）に比べ、減風回数が大幅に低減し、出銑量が増加し、還元材比が低下している。

原料を反発板に衝突させない装入態様を選択できる本発明の実施例では、装入態様の自由度が増しているので、比較例２（反発板で先端全面を覆う）と比較して、より細かな制御が可能となり、より良好な操業成績が得られている。

前述したように、本発明によれば、(p)旋回シュート支持機構の機械的強度の向上、及び、旋回シュート制御機構における傾動用モータ及び旋回用モータの出力増強に伴う設備費の増加を抑制し、コスト節減を達成することができる、(q)旋回方向や旋回速度の変更により、原料の落下軌跡を変更する自由度が増し、従来に比べ、より細かな原料分布制御を行うことができ、その結果、(r)高炉内の原料分布のばらつき、及び、原料装入制御の不良による炉況の不安定さがなくなって、減風回数が減少し、安定した高炉操業を継続することができ、出銑量が増加するとともに、還元材比が低下する。したがって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。

１ シュート本体
２ 反発板
３ 垂直シュート
３’ 垂直シュートの先端
４ 先端
５ 支持部材
６ 原料
７ 原料堆積層

Claims (2)

1. 高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュートにおいて、上部が開放された溝型断面形状を有する旋回シュートの先端の左右のいずれかの片側であって、旋回シュートの内側の左端又は右端のどちらかの延長線と交わる位置に、旋回シュート先端より下向きに傾斜すると共に、その幅が、旋回シュート先端の内側幅の４０〜６０％である反発板が取付けられていることを特徴とする高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート。
2. 前記反発板の取付け角度が、旋回シュートに対して１５〜４５°下向きであることを特徴とする請求項１に記載の高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート。