JP5910735B2 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、炉内への原料装入を旋回シュートで行う高炉への原料装入方法に関するものである。

高炉は、一般的に焼結鉱、ペレット、塊状鉱石等の鉱石類原料とコークスとを炉頂から層状に装入し、羽口より燃焼ガスを流して、銑鉄を得る。装入された高炉装入原料であるコークスと鉱石類原料は炉頂より炉下部へと降下し、鉱石の還元と原料の昇温が起こる。鉱石類原料層は、昇温と上方からの荷重により鉱石類原料間の空隙を埋めながら徐々に変形して、高炉のシャフト部の下方においては非常に通気抵抗が大きくガスが殆ど流れない融着層を形成する。

従来、高炉への原料装入は、鉱石類原料とコークスを交互に装入しており、炉内では鉱石類原料層とコークス層が交互に層状となっている。また、高炉内下部には、融着帯と呼ばれる、鉱石が軟化融着した通気抵抗の大きな鉱石類原料層とコークス由来の比較的通気抵抗が小さいコークススリットとが混在する領域が存在する。
この融着帯の通気性が高炉全体の通気性に大きく影響を及ぼしており、高炉における生産性を律速している。低コークス操業を行う場合、使用されるコークス量が減少することからコークススリットが非常に薄くなることが考えられる。

融着帯の通気抵抗を改善するためには、鉱石類原料層にコークスを混合することが有効であることが知られており、適切な混合状態を得るために多くの研究が報告されている。
例えば、特許文献１においては、ベルレス高炉において、鉱石ホッパーのうち下流側の鉱石ホッパーにコークスを装入し、コンベア上で鉱石の上にコークスを積層し、炉頂バンカーに装入して、鉱石とコークスとを旋回シュートを介して高炉内に装入するようにしている。

また、特許文献２では、炉頂のバンカーに鉱石とコークスとを別々に貯留して、コークスと鉱石を同時に混合装入することで、コークスの通常装入用バッチ、コークスの中心装入用バッチ及び混合装入用バッチの３通りを同時に行うようにしている。

さらに、特許文献３では、高炉操業における融着帯形状の不安定化及び中心部付近におけるガス利用率の低下を防止し、安全操業と熱効率の向上を図るために、高炉における原料装入方法おいて、全鉱石と全コークスを完全混合した後、炉内に装入するようしている。

特開平３−２１１２１０号公報 特開２００４−１０７７９４号公報 特公昭５９−１０４０２号公報

融着帯の通気抵抗を改善するためには、前述した特許文献３に記載された従来例のように、鉱石層にコークスを混合することが有効であることが知られている。
しかしながら、高炉内の通気性を改善するために鉱石類原料層に混合するコークス量を増加していくと、コークススリットが減少し、最終的には局所的にコークススリットがない状況になる。このようなコークススリットが局所的に存在しない状況を考慮に入れても、軟化時の鉱石類原料層における通気性の改善効果が大きいため、融着帯全体の通気性は向上する。

ところで、高炉操業においては、還元ガスによる鉱石類原料の還元効率と還元ガスの通気性とをバランスさせることが重要である。そのため、従来の高炉操業では、鉱石類原料層とコークス層の厚み比（以下、Ｌ_O／Ｌ_Cという。ここで、Ｌ_Oは鉱石類原料層の厚み、Ｌ_Cはコークス層の厚み。）を高炉半径方向で変化させて高炉内のガス流れを制御している。

しかしながら、上記したようにコークススリットが非常に薄いか局所的に存在しない状況では、Ｌ_O／Ｌ_Cを高炉半径方向に制御することが不可能になる。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、コークススリットを存在させる必要なしに、高炉内のガス流れを制御して、高炉操業の安定化及び熱効率の向上を達成することができる高炉への原料装入方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．焼結鉱、ペレット、塊状鉱石などの鉱石類原料及びコークスの高炉装入原料を、旋回シュートを用いて高炉内へ装入する高炉操業方法において、
前記高炉装入原料を高炉内に装入するに当たり、高炉の軸心部に中心コークス層を形成し、この中心コークス層の外側に鉱石類原料とコークスとの混合層を高炉無次元半径で１．０まで形成するものとし、その際、コークスの混合率を高炉の半径方向に高炉炉壁に向かって段階的に増加させることを特徴とする高炉への原料装入方法。

２．前記高炉の炉頂に少なくとも２つの炉頂バンカーを備え、前記炉頂バンカーの１つまたは２つに、前記鉱石類原料若しくは前記鉱石類原料と前記コークスとを当該コークス量が全量の３０質量％以下となるように混合させた混合原料のいずれかまたは両者をそれぞれ貯留し、残りの炉頂バンカーの１つに前記コークスを貯留し、各炉頂バンカーから排出した原料を、一旦集合ホッパーに収容したのち、前記旋回シュートに供給することによって、高炉内に前記高炉装入原料を装入するに際し、
(1) まず、前記旋回シュートの原料装入先を高炉の軸心部とし、コークスのみを装入した炉頂バンカーからコークスのみを排出することによって、高炉の軸心部に中心コークス層を形成し、
(2) ついで、前記旋回シュートの原料装入先を前記中心コークス層の外側とし、各炉頂バンカーから同時に、コークスと鉱石類原料及び／又は混合原料とを排出速度を調整しつつ排出し、集合ホッパーで混合したのち、旋回シュートに供給することによって、前記中心コークス層の外側に、コークスの混合率を高炉の半径方向に高炉炉壁に向かって段階的に増加させた混合層を形成することを特徴とする前記１に記載の高炉への原料装入方法。

本発明によれば、コークススリットをなくしても高炉内のガス流れを制御でき、良好な高炉通気性の維持が可能であるため、高炉操業が安定化し、還元効率も改善されるので、高生産性および低還元材比操業が可能となる。その結果、ＣＯ発生量の削減が可能となり、地球環境問題の改善にも貢献できる。
また、本発明によれば、炉頂バンカー内での混合原料の偏析に起因して、高炉半径方向の混合層中のコークス分布が適正範囲から逸脱し、高炉内のガス流れに異常が生じた場合でも、その上から、逸脱したコークス分布を補償するコークス比になる混合層を形成することにより、高炉内のガス流れの悪化を防止することができる。

本発明の高炉への原料装入方法の一実施形態を示す模式図である。 炉頂バンカーからの原料排出順序を示す説明図である。 炉頂バンカーを含む原料装入状態を示す模式図である。 鉱石類原料の高温性状を測定する実験装置を示す概略構成図である。 鉱石類原料に対する混合コークス比と最大圧力損失との関係を、焼結鉱比をパラメータとして示したグラフである。 混合コークス比とコークス混合充填層の通気抵抗（ΔＰ／Ｖ）との関係を、コークスと焼結鉱の粒径比をパラメータとして示したグラフである。 本発明に従い、コークスと鉱石類原料の排出速度を経時的に変化させて、高炉の半径方向にわたって混合コークス比を変化させた例を示した図である。 実施例１における、コークスと鉱石類原料の排出速度の経時変化を示した図である。 実施例２における、コークスと鉱石類原料の排出速度の経時変化を示した図である。 実施例３における、コークスと鉱石類原料の排出速度の経時変化を示した図である。 実施例４における、コークスと鉱石類原料の排出速度の経時変化を示した図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明による高炉への原料装入方法の一実施形態を模式的に示す図である。
図中、符号１は、焼結鉱、ペレット及び塊状鉱石の少なくとも一つからなる鉱石類原料２を貯蔵する鉱石類原料ホッパー、３はコークス４を貯蔵するコークスホッパーである。これら鉱石原料ホッパー１及びコークスホッパー３から所定比率で切出された鉱石類原料２及びコークス４は鉱石コンベア５によって上方に搬送されてリザービングホッパー６に鉱石類原料２及びコークス４が混合されて高炉装入原料７として貯留される。このリザービングホッパー６から切出された高炉装入原料７は装入コンベア８によって高炉１０の炉頂に搬送され、レシービングシュート１１を介して複数例えば３つの炉頂バンカー１２ａ〜１２ｃの１つ例えば１２ｂに投入されて貯留される。なお、炉頂バンカー１２ｂに貯留される鉱石類原料及びコークスの混合原料は、コークス量が全コークス量の３０質量％以下となるように調整されている。

ここで、コークス量を全コークス量の３０質量％以下に調整する理由は以下のとおりである。鉱石類原料ホッパー１及びコークスホッパー３から切出された鉱石類原料２及びコークス４は、鉱石コンベア５で、鉱石類原料２上にコークス４が積層された状態で、リザービングホッパー６に投入されることにより、このリザービングホッパー６で鉱石類原料２とコークス４とが混合されて混合原料となる。しかしながら、コークス４と鉱石類原料２とで比重差及び粒子径差があるので、リザービングホッパー６に貯留された混合原料が装入コンベヤ８でレシービングシュート１１まで搬送される間に、装入コンベア８上で偏析するおそれがあり、さらにレシービングシュート１１を介して炉頂バンカー１２ｂに投入される際にも、偏析するおそれがある。
このとき、混合させるコークス量が全コークス量の３０質量％以下であれば、炉頂バンカー１２ｂに貯留された時点で、コークスと鉱石類原料とで大きな偏析を生じることはなく、旋回シュート１６によって形成される鉱石類原料とコークスとの混合層の混合率を略均一にすることができる。

これに対して、コークス量が全コークス量の３０質量％を超えると、比重差及び粒子径差による偏析が起こりやすくなり、炉頂バンカー１２ｂに貯留された時点でコークスと鉱石類原料との偏析が大きくなり、局所的に鉱石類原料のみやコークスのみが存在する領域が発生してしまう。
しかも、炉頂バンカー１２ｂから混合原料を排出する際の排出順序は、図２に示すように、高炉の中心軸に近い排出口１２ｇに近い位置から上方に順次移動し、その後高炉の中心軸から外側に離れる方向に移動し、最後に傾斜側壁１２ｈの上端側が排出される。

このため、排出口１２ｇの直上部や傾斜側壁１２ｈの上端側に鉱石類原料のみやコークスのみが存在する場合には、鉱石類原料のみ又はコークスのみが排出されることになる。なお、このような場合でも、後述する集合ホッパー１４で、他の炉頂バンカー１２ａ及び１２ｃから排出されるコークス及び鉱石類原料と混合されることにはなるが、鉱石類原料又はコークスの比率が増加して、旋回シュート１６によって形成される鉱石類原料及びコークスの混合層の混合率が不均一となる。

次に、高炉内に、鉱石類原料及びコークスを装入する具体的な装入要領を、図３に基づいて説明する。
なお、この例で、炉頂バンカー１２ｂには鉱石類原料及びコークスの混合原料が、また炉頂バンカー１２ａにはコークスのみが、さらに炉頂バンカー１２ｃには鉱石類原料のみが、それぞれ貯留されている。
また、旋回シュート１６は、高炉１０の軸心を中心に旋回すると同時に高炉１０の軸心部から炉壁側へ向かって傾動するように逆傾動制御される、いわゆる逆傾動制御方式で原料装入を行う場合について説明する。

さて、炉頂バンカーからの原料装入順序としては、まず、旋回シュート１６の原料装入先を高炉の軸心部とし、コークスのみを装入した炉頂バンカー１２ａからコークスのみを排出することによって、高炉の軸心部に中心コークス層１２ｄを形成する。
すなわち、旋回シュート１６が略垂直状態に傾動している状態では、炉頂バンカー１２ｂ及び１２ｃの流量調整ゲート１３を閉じ、炉頂バンカー１２ａのみの流量調整ゲート１３を開き、この炉頂バンカー１２ａに貯留されているコークスのみを旋回シュート１６に供給することによって、図３に示すように、軸心部に中心コークス層１２ｄを形成する。

この際、原料ストックライン高さにおけるコークスの落下位置は、高炉軸心部を０、炉壁部を１とする高炉無次元半径において０以上、０．３以下とすることが望ましい。この理由は、コークスの一部を炉軸心部に集めることによって、軸心部での通気性ひいては高炉全体の通気性を効果的に改善することができるからである。
なお、中心コークス層を形成するために装入されるコークス量は、１チャージ当たりのコークス装入量の５〜３０質量％程度とするのが好ましい。というのは、軸心部へのコークス装入量が５質量％に満たないと軸心部周辺の通気性の改善が十分でなく、一方３０質量％より多いコークスを軸心部に集中させた場合には、混合層に使用するためのコークス量が低下するだけでなく、軸心部をガスが流れすぎてやはり炉体からの抜熱量が増加するからである。好ましくは１０〜２０質量％である。

ついで、中心コークス層１２ｄの形成後、旋回シュート１６を徐々に水平方向側に傾動させつつ、各炉頂バンカーから同時に、コークスと鉱石類原料及び／又は混合原料とを排出し、集合ホッパー１４で混合したのち、旋回シュート１６に供給することによって、中心コークス層１２ｄの外側に鉱石類原料とコークスとの混合層１２ｅを形成する。
すなわち、旋回シュートの原料装入先が中心コークス層の外側にある場合には、炉頂バンカー１２ａだけでなく、残りの２つの炉頂バンカー１２ｂ及び１２ｃの流量調整ゲート１３を所定の開度で開き、炉頂バンカー１２ａから排出されるコークスと、炉頂バンカー１２ｂから排出される混合原料と、炉頂バンカー１２ｃから排出される鉱石類原料とを同時に集合ホッパー１４へ供給し、この集合ホッパー１４でコークスと鉱石類原料とを完全に混合してから旋回シュート１６に供給する。その結果、高炉１０内の中心コークス層１２ｄの外側には、コークスと鉱石類原料とが略均一な混合率となってコークススリットを生じない混合層１２ｅが形成されるのである。

ここに、混合層中におけるコークスの割合は、（コークス量／鉱石類原料量）比で７〜２５質量％程度、より好ましくは１０〜１５質量％程度とするのが好ましい。（コークス量／鉱石類原料量）比が上記の範囲を逸脱すると、いずれの場合も混合層中の通気性は悪化する。なお、混合層中におけるコークスの好適割合を全コークス量に対する比率に換算すると約２０〜９５％となる。
また、鉱石類原料の粒径は５〜３５mm、好ましくは１０〜３０mm、一方コークスの粒径は１０〜６０mm、好ましくは３０〜５５mmとすることが望ましく、さらにこれらの粒径比（コークスの粒径／鉱石類原料の粒径）を１．０〜５．５程度とすることが好適である。

ところで、従来の高炉操業の場合においても述べたとおり、還元ガスによる鉱石類原料の還元効率と還元ガスの通気性とをバランスさせるためには、鉱石類原料量とコークス量の比率を高炉半径方向で適正に変化させて、高炉内のガス流れを制御することが重要である。
そこで、本発明では、従来の鉱石類原料層とコークス層の厚み比（Ｌ_O／Ｌ_C）の調整に代えて、混合層中の鉱石類原料量とコークス量の比率を高炉半径方向で適正に調整することによって高炉内のガス流れを制御するのである。

すなわち、本発明では、炉頂バンカーとして、好適には、コークスを貯留する炉頂バンカー１２ａ、鉱石類原料を貯留する炉頂バンカー１２ｃおよび鉱石類原料とコークスの混合原料を貯留する炉頂バンカー１２ｂを備え、また各炉頂バンカーからの原料排出速度は、各炉頂バンカー１２の底部に配設した流量調整ゲート１３の開度を調整することによっていかようにも変更可能である。
従って、これら流量調整ゲート１３の開度調整によって、コークスおよび鉱石類原料の排出速度を調整することができ、ひいては炉内に堆積される混合層中における鉱石類原料量とコークス量の比率を、高炉の半径方向で連続的又は段階的に変化させることが可能となる。

一般的に、高炉半径方向のガス流れは、炉内充填層と融着帯の半径方向の通気抵抗の比率によって分配され、この通気抵抗はその層を構成する粒子の粒子径および粒子間の空隙率によって決まり、混合層のそれらは主に混合したコークスの量によって決定される。
従って、高炉半径方向のガス流れは、混合層中に含まれるコークス量を調整することによって制御することができる。

図４に示す実験装置を用いて、高炉内での原料還元、昇温過程を模擬して、その通気抵抗の変化を調べた。
この実験装置は、円筒状の炉体３１の内周面に炉芯管３２を配置し、この炉芯管３２の外側に円筒状の加熱用ヒーター３３を配置する。炉芯管３２の内側には耐火物で構成された円筒体３４の上端に黒鉛製るつぼ３５を配置し、このるつぼ３５内に装入原料３６が装入されている。この装入原料３６には、高炉下部の融着層と同程度の状態となるように、パンチ棒３７を介して連結した荷重負荷装置３８により上部から荷重を負荷する。円筒体３４の下部には、滴下物サンプリング装置３９が設けられている。

るつぼ３５には、その下部の円筒体３４を介してガス混合装置４０によって調整したガスを送り、るつぼ３５内の装入原料３６を通過したガスはガス分析装置４１で分析される。加熱用ヒーター３３には加熱温度制御用の熱電対４２が配設され、この熱電対４２で温度を測定しながら図示しない制御装置で加熱用ヒーター３３を制御することによって、るつぼ３５を１２００〜１５００℃に加熱する。
ここで、装入原料３６としては、焼結鉱と鉄鉱石を所定の比率で混合した鉱石類原料に、コークスを種々の割合で混合した試料を用いた。

図５は、上記の実験結果であり、鉱石類原料に対する混合コークス比と最大圧力損失との関係を、焼結鉱比をパラメータとして示したグラフである。
図５に示したとおり、最大圧力損失は、鉱石類原料の種類に拠らず混合コークス比の増加に伴って顕著に低下することが分かる。
この理由は、コークスを混合することによって鉱石の変形が抑制され、また混合コークス近傍の空隙が維持されるため、鉱石の変形により粒子間の空隙が減少して通気抵抗が上昇する現象が抑制されたものと考えられる。

また、図６には、別途、混合コークス比とコークス混合充填層の通気抵抗（ΔＰ／Ｖ）との関係について調べた結果を、コークスと焼結鉱の粒径比をパラメータとして示す。
なお、ΔＰ／Ｖは高炉内での通気抵抗を指数化した指標であり、次式により算出する。
ΔＰ／Ｖ＝（ＢＰ−ＴＰ）／ＢＧＶ
ここで、ＢＰは送風圧力［Ｐａ］
ＴＰは炉頂圧力［Ｐａ］
ＢＧＶはボッシュガス量［ｍ³（標準状態）／ｍｉｎ］
図６に示したとおり、混合コークス比の増加に伴ってコークス混合充填層の通気抵抗は上昇する。また、この傾向はコークスと焼結鉱の粒径比が大きいほど顕著になることが分かる。
但し、融着帯では、混合コークス比の増加、さらにはコークスと焼結鉱の粒径比の増加に伴って通気抵抗は大幅に軽減される。従って、コークス量の増加は、充填層では通気抵抗を高めるものの、融着帯ではそのマイナスを差し引いて余りあるプラスが得られるので、トータルとしては通気抵抗を下げる効果がある。

従って、本発明によれば、鉱石類原料に対する混合コークス比、さらにはコークスと焼結鉱の粒径比を調整することによって、高炉の半径方向にわたる混合コークス比を、予め定めた値に適正に制御することができ、その結果、高炉内のガス流れを適正に維持することができる。
また、前掲図２に示したように、炉頂バンカー１２ｂ内で生じた混合原料の偏析に起因して、高炉半径方向の混合層中のコークス分布が適正範囲から逸脱し、高炉内のガス流れに異常が生じた場合には、その上から、上記したコークス分布の乱れを補償するコークス比になる混合層を形成することにより、高炉内のガス流れの悪化を改善することができる。

次に、図７に、コークスを貯留する炉頂バンカー１２ａおよび鉱石類原料を貯留する炉頂バンカー１２ｃからの原料排出速度を経時的に変化させて、高炉の半径方向にわたって混合コークス比を変化させた例を示す。
この例では、高炉無次元半径：０〜０．４までの領域は、排出速度：０．１０ｔ／ｓでコークスのみを装入して中心コークス層１２ｄを形成し、ついでその周りに混合層を形成するに際し、鉱石類原料の排出速度は１．７５ｔ／ｓの一定にするものの、コークスの排出速度については高炉無次元半径：０．４〜０．７の領域については排出速度：０．０８ｔ／ｓとし、引き続く高炉無次元半径：０．７〜１．０の領域については排出速度を上昇させて０．１２ｔ／ｓとした場合である。

なお、高炉内への原料装入については、前記したような中心コークス層１２ｄと混合層１２ｅで構成される層を順次、高炉１０内に下部から上部まで形成して行く。
このように、中心コークス層１２ｄ及び混合層１２ｅで構成される層を順次積層することにより、高炉１０内の軸心部には通気抵抗の小さい中心コークス層１２ｄが高炉下部から高炉上部に向かって形成され、その外側にはコークスと鉱石類原料とが完全混合された混合層１２ｅが形成される。

このため、高炉１０の下部における湯溜まり部に設けた羽口の送風管からＣＯを主体とする高温ガスを炉内に吹き込むことにより、軸心部の中心コークス層１２ｄを通って上昇するガス流が形成されると共に、混合層１２ｅを通って上昇するガス流が形成される。そして、この羽口送風管から吹き込む高温ガスによって、コークスを燃焼させ、鉱石類原料を還元溶融させるのである。

これによって、高炉１０の下部における鉱石類原料が溶融することにより、高炉１０内に装入されたコークスと鉱石類原料とは炉頂より炉下部へと降下し、鉱石類原料の還元と鉱石類原料の昇温が起こる。
このため、溶融層の上部側に鉱石類原料が軟化した融着帯が形成され、この融着帯の上部側で鉱石類原料の還元が行われる。
このとき、高炉１０の下部では、混合層１２ｅにおいて、鉱石類原料とコークスとが完全混合されて、鉱石類原料間にコークスが入り込んだ状態となり、コークススリットが無いので、通気性が改善されると共に、高温ガスが直接鉱石類原料間を通過するため伝熱遅れがなく伝熱特性を改善することができる。

このため、高炉１０の融着帯の下部では、鉱石類原料と高温ガスの接触面積が拡大し、浸炭を促進することができる。また、融着帯内では、通気性及び伝熱性を改善することができる。さらに、高炉１０の上部でも、鉱石類原料とコークスとが近接して配置されているので、鉱石類原料の還元反応とガス化反応（カーボンソリューションロス反応）との相互活性化現象であるカップリング反応によって還元遅れを生じることなく良好な還元が行われる。
このときの還元反応は、ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ₂で表される。
また、ガス化反応は、Ｃ＋ＣＯ₂＝２ＣＯで表される。

一方、前述した鉱石とコークスとを層状に積層する従来例では、高炉内に鉱石とコークスとを交互に装入して、高炉内に鉱石層とコークス層とが層状となるように装入する。この場合には、羽口の送風管からＣＯ主体の高温ガスを流入させたときに、融着帯の下部で、コークススリット減により通気が制限されて圧損が上昇することにより、鉱石の高温ガスとの接触面積が小さくなり浸炭が制限されるという問題がある。

また、融着帯の上部側では、コークススリットが形成され、主にこのコークススリットを通じて鉱石に熱伝導されるため、伝熱遅れが発生して伝熱不足になると共に、高炉１０の上部では、通気性の良いコークス層と通気性の悪い鉱石層とが積層されているので、昇温速度が低下するだけでなく、還元反応のみが行われ、上記したカップリング反応が望めないので、還元遅れが発生するという問題がある。

しかしながら、本実施形態では、前述したように、コークスのみの中心コークス層１２ｄとその周囲にコークスと鉱石類原料とを完全混合した混合層１２ｅとで形成される装入層を積層したので、混合層１２ｅでコークススリットが形成されることがなく、また混合層１２ｅ中のコークスの混合率を高炉の半径方向に適正に調整することにより、炉内半径方向のガス流れを精度よく制御することができるので、高炉内のガス流れが安定し、良好な伝熱性を確保して安定的な通気改善が可能となり、上記従来例の問題点を解決することができる。

なお、図７では、コークスの排出速度の切換えを１段で行う場合について示したが、この排出速度の切り替えは２段以上であっても良く、さらには連続的に変化させるようにしても良い。
例えば、排出速度の２段階切り替えを行う場合の一例について述べると次のとおりである。
この場合も、高炉無次元半径：０〜０．４までの領域は、排出速度：０．１０ｔ／ｓでコークスのみを装入して中心コークス層を形成する。ついで、混合層を形成するに際し、鉱石類原料の排出速度は１．７５ｔ／ｓの一定にするものの、コークスの排出速度については高炉無次元半径：０．４〜０．６の領域については排出速度：０．２ｔ／ｓとし、高炉無次元半径：０．６〜０．８の領域については排出速度：０．１７ｔ／ｓとし、高炉無次元半径：０．８〜１．０の領域については排出速度を０．１５ｔ／ｓとすれば良い。

なお、高炉操業中はシャフト圧力を注視しておき、本発明に従う高炉装入を継続して行っている際に、シャフト圧力に異常が検知されたときは、原料の装入方式を、通常の鉱石類原料層とコークススリットとを個別に形成する方式に切り替え、その後、シャフト圧力の異常が解消されたら、再度、本発明に従う装入方式に切り替えて操業を行うようにすることが有利である。

本実施形態の混合層１２ｅについて、全コークス量に対する混合層１２ｅに混合するコークス量を表すコークスの混合率を４０質量％とし、高炉の一日の出銑量（ｔ／ｄ）を炉内容積（ｍ³）で除した数値である出銑比を２．２とした実施例１、コークスの混合率を６９質量％とし、上記出銑比を２．２とした実施例２、コークスの混合率を８４質量％とし、上記出銑比を２．２とした実施例３及びコークスの混合率を８４質量％とし、出銑比を２．６とした実施例４と、比較例として、コークスの混合率を０質量％とし、出銑比を２．２とした比較例１、コークスの混合率を３２質量％とし、出銑比を２．２とした比較例２、コークスの混合率を３２質量％とし、出銑比を２．６とした比較例３及びコークスの混合率を８４質量％とし、出銑比を２．６とした比較例４とした。

なお、実施例１〜４については、図８〜図１１に示すように、混合層中のコークス比を高炉の半径方向に段階的に変化させて、原料の装入を行った。
各操業条件で実施した操業結果を、表１に比較して示す。

この表１で、コークス比及び微粉炭比は、溶銑１ｔを製造する際に使用したコークス量及び微粉炭量（ｋｇ）である。
還元材比は、コークス比と微粉炭比の総和である。
ガス利用率は、炉頂におけるＣＯ₂とＣＯとの濃度の比であり、次式により算出する。
ガス利用率＝ＣＯ₂／（ＣＯ₂＋ＣＯ）×１００
ここで、ＣＯ₂は炉頂ＣＯ₂濃度［％］
ＣＯは炉頂ＣＯ濃度［％］
また、ΔＰ／Ｖは高炉内での通気抵抗を指数化した指標であり、次式により算出する。
ΔＰ／Ｖ＝（ＢＰ−ＴＰ）／ＢＧＶ
ここで、ＢＰは送風圧力［Ｐａ］
ＴＰは炉頂圧力［Ｐａ］
ＢＧＶはボッシュガス量［ｍ³（標準状態）／ｍｉｎ］

表１に示したとおり、実施例１〜４はいずれも、比較例１〜４に較べて、コークス比と微粉炭比の総和である還元材比が大幅に低下するだけでなく、ガス利用率も向上している。さらに、通気抵抗の指標であるΔＰ／Ｖは格段に低下しており、炉内通気性が大幅に改善されたことが分かる。

１ 鉱石類粉ホッパー
２ 鉱石類原料
３ コークスホッパー
４ コークス
５ 鉱石コンベア
６ リザービングホッパー
７ 高炉装入原料
８ 装入コンベア
１０ 高炉
１１ レシービングシュート
１２ａ〜１２ｃ 炉頂バンカー
１２ｄ 中心コークス層
１２ｅ 混合層
１２ｇ 炉頂バンカーの排出口
１２ｈ 炉頂バンカーの傾斜側壁
１３ 流量調整ゲート
１４ 集合ホッパー
１５ ベルレス式装入装置
１６ 旋回シュート
３１ 円筒状の炉体
３２ 炉芯管
３３ 円筒状の加熱用ヒーター
３４ 円筒体
３５ 黒鉛製るつぼ
３６ 装入原料
３７ パンチ棒
３８ 荷重負荷装置
４０ 混合装置
４１ ガス分析装置
４２ 熱電対

Claims (2)

1. 焼結鉱、ペレット、塊状鉱石などの鉱石類原料及びコークスの高炉装入原料を、旋回シュートを用いて高炉内へ装入する高炉操業方法において、
   前記高炉装入原料を高炉内に装入するに当たり、高炉の軸心部に中心コークス層を形成し、この中心コークス層の外側に鉱石類原料とコークスとの混合層を高炉無次元半径で１．０まで形成するものとし、その際、コークスの混合率を高炉の半径方向に高炉炉壁に向かって段階的に増加させることを特徴とする高炉への原料装入方法。
2. 前記高炉の炉頂に少なくとも２つの炉頂バンカーを備え、前記炉頂バンカーの１つまたは２つに、前記鉱石類原料若しくは前記鉱石類原料と前記コークスとを当該コークス量が全コークス量の３０質量％以下となるように混合させた混合原料のいずれかまたは両者をそれぞれ貯留し、残りの炉頂バンカーの１つに前記コークスを貯留し、各炉頂バンカーから排出した原料を、一旦集合ホッパーに収容したのち、前記旋回シュートに供給することによって、高炉内に前記高炉装入原料を装入するに際し、
   (1) まず、前記旋回シュートの原料装入先を高炉の軸心部とし、コークスのみを装入した炉頂バンカーからコークスのみを排出することによって、高炉の軸心部に中心コークス層を形成し、
   (2) ついで、前記旋回シュートの原料装入先を前記中心コークス層の外側とし、各炉頂バンカーから同時に、コークスと鉱石類原料及び／又は混合原料とを排出速度を調整しつつ排出し、集合ホッパーで混合したのち、旋回シュートに供給することによって、前記中心コークス層の外側に、コークスの混合率を高炉の半径方向に高炉炉壁に向かって段階的に増加させた混合層を形成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の高炉への原料装入方法。

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