JP5942949B2 - 高炉原料の装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉原料であるコークスと鉱石をベルレス高炉に装入する方法に関し、特に、ベルレス高炉の炉頂部に配置された上下二段のバンカーから高炉原料をベルレス高炉に装入する方法に関する。

高炉原料であるコークスと鉱石は、ベルレス高炉の炉頂部に設けられた原料装入装置からベルレス高炉に交互に装入されるのが一般的である。この場合、近年では、環境問題の観点から高炉でのコークス使用量をできるだけ減らして高炉操業を行うことが求められている。
高炉でのコークス使用量を低減する方法としては、１チャージ当りの鉱石装入量を増やす方法と、１チャージ当りのコークス装入量を低下させる方法の２つが考えられる。しかし、前者の方法を実施すると高炉に装入された鉱石の層厚が厚くなるため、鉱石の還元性が低下し、高炉の下部で未還元鉱石の直接反応による炉熱低下を招いて高炉炉況を悪化させることになる。一方、後者の方法を実施すると高炉に装入されたコークスの層厚が融着帯（鉱石同士が軟化融着する領域）で薄くなるため、高炉下部での通気性が悪化することになる。

高炉の通気性や通液性を良好に維持して高炉炉況を安定させる技術としては、高炉にコークスを装入した後、鉱石とコークスを同時に装入して高炉内にコークス層とコークス混合鉱石層とを交互に形成する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
しかし、特許文献１、２に記載された技術では、鉱石の溶融を促進させるために鉱石と同時に装入されるコークスの粒径を小さくしているため、鉱石が溶融し始めてから滴下するまでの領域（軟化融着帯）でコークスが消滅してしまい、軟化融着帯での通気性が不十分となり、コークス装入量の低減効果、すなわち鉱石に対するコークス比の低減効果が小さいと考えられる。

そこで、ベルレス高炉にコークス混合鉱石層を形成する際に、コークスの粒径を、鉱石の粒径に対して１．３倍以上とし、ベルレス高炉の炉頂部に配置された上部バンカーに鉱石を投入し、引き続いて鉱石とコークスとを投入した後、上部バンカー内の原料を上部バンカーの下部に配置された下部バンカー内に移送し、下部バンカーから排出された原料を旋回シュートを介してベルレス高炉に装入して高炉内にコークス混合鉱石層を形成する技術が特許文献３に開示されている。

特開平８−２８３８０４号公報 特開平１０−１８３２１０号公報 特開２０１０−１３３００８号公報

特許文献３に開示された技術によると、鉱石と同時に装入されたコークスが高炉の軟化融着帯で消滅してしまうことを抑制しつつ、鉱石とコークスとの粒径差に起因するコークスの偏析のコークス混合率に与える影響は、いくらか改善されているが、径方向分布が均一化されるまでには至っていない。
つまり、装入初期から中期にかけてコークス混合率が大となり、末期でコークス混合率が小となるような経時変化となる。このような排出混合率分布で旋回シュートを介して高炉内へ原料を装入すると、排出末期に装入された領域では炉下部において通気性の改善効果があまり期待できない。

なお、特許文献３に記載された技術では、鉱石と同時に装入されたコークスの炉内分布が高炉の径方向で不均一となることを抑制するために、原料装入装置の炉頂コンベア上にコークスを原料槽から供給するときのタイミングを調整しているが、コークスの偏析は鉱石とコークスとの粒径差によって発生するため、鉱石とコークスを混合して投入する限りコークスの偏析によるコークス排出比率の経時変化を抑制することは困難である。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、コークスの炉内分布がベルレス高炉の径方向に均一なコークス混合鉱石層を高炉内に形成することのできる高炉原料の装入方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、ベルレス高炉の炉頂部に、複数のポートにより連結された上部バンカーと下部バンカーを配置し、前記上部バンカー内の原料を前記複数のポートの開閉により該ポートを経由して下部バンカーに移送し、前記上部バンカーに投入された高炉原料を前記下部バンカーから旋回シュートを介してベルレス高炉に装入して高炉内にコークス層とコークス混合鉱石層を交互に形成する高炉原料の装入方法であって、前記コークス混合鉱石層のコークスを前記上部バンカーの外側または内側に配置されたサブホッパーに貯留しておき、前記上部バンカーに鉱石を投入中に、前記サブホッパーに貯留されたコークスを前記複数のポートのうち１つのポート上に投入し、次いで、前記ポートの全てを開放した状態でコークス及び鉱石を前記下部バンカーに移送した後、高炉に装入してコークス混合鉱石層を高炉内に形成することを特徴とする。
本発明において、前記コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量を、炉頂から装入する全コークス量に対して１０質量％以上とすることが好ましい。

本発明によれば、コークスと鉱石の混合原料を上部バンカーに投入した場合のように、鉱石との粒径差に起因するコークスの偏析が上部バンカー内や下部バンカー内で発生しにくくなり、コークスと鉱石の混合率を常時一定に保ちながらコークスと鉱石を下部バンカーからベルレス高炉に装入することができる。したがって、コークスの炉内分布がベルレス高炉の径方向に均一なコークス混合鉱石層を高炉内に形成することができる。

本発明が適用されるベルレス高炉炉頂部の一例を示す図である。 ベルレス高炉炉頂部の上部バンカーとサブホッパーにコークスを投入したときの原料装入装置の状態を示す図である。 上部バンカーに投入されたコークスを下部バンカーに移送したときの原料装入装置の状態を示す図である。 上部バンカーに鉱石を投入したときの原料装入装置の状態を示す図である。 上部バンカーから下部バンカーにコークスと鉱石を移送したときの原料装入装置の状態を示す図である。 下部バンカーから排出される鉱石とコークスの排出割合を模式的に示す図である。 下部バンカーから排出される鉱石中のコークス混合率の時間的変化を示す図である。 本発明が適用されるベルレス高炉炉頂部の他の例を示す図である。 混合堆積層の堆積した原料排出ポートのゲートだけを他のポートのゲートより２秒遅れで開いた場合の下部バンカーから排出される鉱石中のコークス混合率の時間的変化を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明が適用されるベルレス高炉炉頂部の一例を図１に示す。図１に示されるように、ベルレス高炉１は当該高炉に高炉原料であるコークス２と鉱石３を装入する原料装入装置４を備えている。この原料装入装置４は上部バンカー５及び下部バンカー６を有し、これらのバンカー５，６はベルレス高炉１の炉頂部に配置されている。

また、原料装入装置４の上部投入口には、炉頂コンベア９を介して、原料槽７，８に貯蔵された高炉原料が供給され、上部バンカー５の頂部に配置された旋回シュート１０から上部バンカー５に投入される。
原料装入装置４には、上部バンカー５に投入された高炉原料を下部バンカー６に移送する４つの原料排出ポート５１が配設されている。原料排出ポート５１は、原料排出ポート５１を開閉するゲート５２をそれぞれ有している。

一方、下部バンカー６の底部には、上部バンカー５から移送された高炉原料を排出する原料排出ポート６１が配設されている。原料排出ポート６１は、原料排出ポート６１を開閉するゲート６２を有している。なお、下部バンカー６の原料排出ポート６１から排出された高炉原料は、下部バンカー６の下方に配置された旋回シュート１１からベルレス高炉１に装入される。

原料装入装置４は、また、サブホッパー１２を有し、このサブホッパー１２は、上部バンカー５の外側に配置されていると共に、サブホッパー１２内の原料を原料排出ポート５１の１つの上部に排出する原料排出ポート１３を有している。また、原料装入装置４は炉頂コンベア９から上部バンカー５に投入されるコークス２の一部をサブホッパー１２に投入する投入シュート１４を有し、この投入シュート１４は上部バンカー５と炉頂コンベア９との間に配置されている。

このような原料装入装置４を用いてベルレス高炉１の原料装入部にコークス２と鉱石３を装入する場合は、まず、原料槽７に貯蔵されたコークス２を炉頂コンベア９により原料装入装置４の上部投入口に搬送し、原料装入装置４の上部投入口に搬送されたコークス２を旋回シュート１０から上部バンカー５に投入する。このとき、上部バンカー５に投入されるコークス２の一部は、図２に示されるように、投入シュート１４を経てサブホッパー１２に投入される。

このようにして上部バンカー５とサブホッパー１２にコークス２が投入され、上部バンカー５へのコークス投入が終了すると、次に、原料排出ポート５１の全てを開にし、図３に示されるように、上部バンカー５に投入されたコークス２を下部バンカー６に移送する。その後、下部バンカー６の底部に配設された原料排出ポート６１を開にし、下部バンカー６に移送されたコークス２を旋回シュート１１からベルレス高炉１に装入すると、図１に示すコークス層１５がベルレス高炉１の内部に形成される。

ベルレス高炉１の内部にコークス層１５が形成されたならば、原料槽８に貯蔵された鉱石３を炉頂コンベア９により原料装入装置４の上部投入口に搬送し、搬送された鉱石３を旋回シュート１０から上部バンカー５に投入する。これと同時に、サブホッパー１２の底部に形成された原料排出ポート１３を開にし、投入シュート１４からサブホッパー１２に投入されたコークス２を原料排出ポート５１の１つの上部に供給する。このときの原料装入装置４の状態を図４に示す。

上部バンカー５への鉱石投入が終了した後、原料排出ポート５１の全てを開にすると、旋回シュート１０から投入された鉱石３とサブホッパー１２から供給されたコークス２が上部バンカー５から下部バンカー６に移送され、図５に示されるように、鉱石中にコークスが混合した混合堆積層１８と鉱石３のみの鉱石堆積層１９とを上方から見て分かれた状態で上部バンカー５での位置関係を維持して下部バンカー６の内部に形成する。その後、下部バンカー６の底部に配設された原料排出ポート６１を開にし、下部バンカー６に移送された鉱石３とコークス２を旋回シュート１１からベルレス高炉１に装入すると、図１に示すコークス混合鉱石層１６がコークス層１５の上に形成される。

なお、上部バンカー５とサブホッパー１２にコークス２を投入するときには、サブホッパー１２に投入されるコークス２の量を投入するコークス２の全量に対して１０質量％以上にすることが好ましい。これは、サブホッパー１２内のコークス量が投入するコークス２の全量に対して１０％未満の場合は、コークス混合鉱石層に混合されるコークス量が１０％未満となるため、コークス混合鉱石層中のコークスが融着帯に到達する前にガス化反応によって全て消滅し、通気性改善効果を期待できなくなるためである。

また、サブホッパー１２に投入されるコークスは粒径４０ｍｍ以上の塊コークスが望ましいが、粒径２０〜４０ｍｍの小塊コークスであってよい。
上記のように、下部バンカー６からベルレス高炉１にコークス２を装入してコークス層１５を高炉内に形成した後、旋回シュート１０から上部バンカー５に鉱石３を投入すると共に、サブホッパー１２から原料排出ポート５１の１つの上部にコークス２を供給すると、図４に示されるように、４つの原料排出ポート５１のうち１つの原料排出ポート５１上にはコークス２と鉱石３の混合堆積層１７が形成され、残りの原料排出ポート５１上には鉱石３が堆積する。

また、旋回シュート１０から上部バンカー５に鉱石３を投入した後、原料排出ポート５１の全てを開にすると、旋回シュート１０から投入された鉱石３とサブホッパー１２から供給されたコークス２により形成された、鉱石中にコークスが混合した混合堆積層１７と鉱石の堆積層とを別々のポートから下部バンカー６に移送でき、上方から見て分かれた状態で混合堆積層１８と鉱石堆積層１９を下部バンカー６に堆積させることができる。

次いで、下部バンカー６に移送されたコークス２と鉱石３の混合堆積層１８と鉱石堆積層１９は、例えば図６に示すような排出割合で下部バンカー６から排出されてベルレス高炉１に装入されることになるので、コークス２と鉱石３の混合率を常時一定に保ちながらコークス２と鉱石３を下部バンカー６からベルレス高炉１に装入することができる。したがって、コークス２の炉内分布がベルレス高炉１の径方向に均一なコークス混合鉱石層１６を高炉内に形成することができる。

本発明者らは、下部バンカーから排出されるコークス鉱石混合原料中のコークス混合率の時間的変化について調査した。その調査結果を図７に示す。図７（ａ）は上部バンカーに鉱石とコークスを旋回シュートから同時に投入した場合における、下部バンカーから排出されるコークス鉱石混合原料中のコークス混合率の時間的変化を示し、図７（ｂ）は本発明を適用した場合における、下部バンカーから排出されるコークス鉱石混合原料中のコークス混合率の時間的変化を示している。
上部バンカーに鉱石とコークスを旋回シュートから同時に投入した場合は、鉱石と共に下部バンカーから排出される鉱石中のコークス混合率が排出初期の段階では大きいものの、排出中期から減少し、排出末期の段階では鉱石中のコークス混合率が大きく減少することが図７（ａ）からわかる。

これに対し、本発明を適用した場合は、下部バンカーから排出されるコークス鉱石混合原料中のコークス混合率が排出初期〜排出末期にかけて大きく変化しないことが図７（ｂ）からわかる。したがって、上述した本発明の一実施形態のように、下部バンカー６からベルレス高炉１にコークス２を装入してコークス層１５をベルレス高炉１内に形成した後、旋回シュート１０から上部バンカー５に鉱石３を投入中にサブホッパー１２から原料排出ポート５１の１つの上部にコークス２を供給することで、上方から見て分かれた状態で混合堆積層１８と鉱石堆積層１９を下部バンカー６に堆積させることができるので、コークス２と鉱石３の混合原料を上部バンカー５に投入した場合のように、鉱石３との粒径差に起因するコークス２の偏析が上部バンカー５や下部バンカー６に発生しにくくなり、コークス２と鉱石３の混合率を常時一定に保ちながらコークス２と鉱石３を下部バンカー６からベルレス高炉１に装入することができる。
ベルレス高炉にコークスと鉱石を従来方法で装入した場合と本発明方法で装入した場合における高炉の通気抵抗指数やガス利用率を測定した結果を表１に示す。

ベルレス高炉にコークスと鉱石を従来方法で装入した場合は、表１に示されるように、通気抵抗指数が２．３５、ガス利用率が４７．９％という値を示した。これに対し、ベルレス高炉にコークスと鉱石を本発明方法で装入した場合は、通気抵抗指数が２．３０、ガス利用率が４８．５％という値を示し、コークス比および還元材比が従来方法よりも低い値となった。このことから、本発明方法は高炉の安定操業に有効であり、低還元材比操業技術としても利用可能であることが確認された。
また、ベルレス高炉にコークスと鉱石を従来方法で装入した場合と本発明方法で装入した場合で、コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量が表１の比較例とほぼ同じ場合における高炉の通気抵抗指数やガス利用率を測定した結果を表２に示す（本発明２）。

コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量が比較例と同じ場合でも、ベルレス高炉にコークスと鉱石を従来方法で装入した比較例の通気抵抗指数が２．３５、ガス利用率が４７．９％に対し、本発明方法で装入した発明例２では、通気抵抗指数が２．３２、ガス利用率が４８．３％という値を示し、コークス比および還元材比が従来方法よりも低い値となった。

また、上部バンカー５に投入された高炉原料を下部バンカー６に移送する時に、鉱石中にサブホッパー１２から供給されたコークスが混合した混合堆積層１７の堆積した原料排出ポート５１のゲート５２だけを他のポートのゲートより少し遅らせて開にしてもよい。鉱石中にサブホッパー１２から供給されたコークスが混合した混合堆積層１７の堆積した原料排出ポート５１のゲート５２だけを２秒遅れで開にして下部バンカー６に高炉原料を移送して、下部バンカー６からベルレス高炉１に高炉原料を装入した場合には、図９に示すように、原料排出ポート６１から先頭で排出されるコークス混合率が低下した。これを旋回シュート１１からベルレス高炉１に装入すると、通気抵抗指数が２．３２から２．３０に、ガス利用率が４８．３％から４８．４％に改善した（本発明３）。

なお、上述した本発明の一実施形態では、原料排出ポート５１の数が４つのものを例示したが、これに限られるものではない。例えば、原料排出ポート５１の数は２つ以上３つ以下であってもよいし、５つ以上であってもよい。また、サブホッパー１２から原料排出ポート５１の１つの上部に供給されるコークス２の量を調整した後、コークス２と鉱石３を上部バンカー５から下部バンカー６に移送してもよい。
また、上述した本発明の一実施形態では、サブホッパーが上部バンカーの外側に配置されたものを例示したが、これに限られるものではない。例えば、図８に示すように、サブホッパー１２は上部バンカー５の内側に配置されていてもよく、上部バンカー５の内側に配置されたサブホッパー１２から原料排出ポート５１の１つの上部にコークス２を供給してもよい。

１…ベルレス高炉
２…コークス
３…鉱石
４…原料装入装置
５…上部バンカー
６…下部バンカー
７，８…原料槽
９…炉頂コンベア
１０，１１…旋回シュート
１２…サブホッパー
１４…投入シュート
１５…コークス層
１６…コークス混合鉱石層
１７，１８…コークスと鉱石の混合堆積層
１９…鉱石堆積層
５１，６１，１３…原料排出ポート
５２，６２…ゲート

Claims (2)

1. ベルレス高炉の炉頂部に、複数のポートにより連結された上部バンカーと下部バンカーを配置し、前記上部バンカー内の原料を前記複数のポートの開閉により該ポートを経由して下部バンカーに移送し、前記上部バンカーに投入された高炉原料を前記下部バンカーから旋回シュートを介してベルレス高炉に装入して高炉内にコークス層とコークス混合鉱石層を交互に形成する高炉原料の装入方法であって、
   前記コークス混合鉱石層のコークスを前記上部バンカーの外側または内側に配置されたサブホッパーに貯留しておき、前記上部バンカーに鉱石を投入中に、前記サブホッパーに貯留されたコークスを前記複数のポートのうち１つのポート上に投入し、次いで、前記ポートの全てを開放した状態でコークス及び鉱石を前記下部バンカーに移送した後、高炉に装入してコークス混合鉱石層を高炉内に形成することを特徴とする高炉原料の装入方法。
2. 前記コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量を、炉頂から装入する全コークス量に対して１０質量％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の高炉原料の装入方法。

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