JP6102462B2 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents
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Description
高炉の通気性は、(1)径方向での鉱石とコークスの層厚比(以下O/Cという。)の分布と(2)径方向粒度分布、により径方向通気抵抗分布が形成されるため、上記(1)と(2)のコントロールが重要である。
装入物分布制御の方法として、最近の大型高炉においては、炉頂部に旋回機能を有し、且つ、その俯仰角度が変更できるシュートを設け、このシュートにより原料をリング状に炉内に装入する旋回シュート式原料装入装置が採用されている(以下、ベルレス高炉と記す。)。
したがって、高炉装入原料の種類に対応し、それぞれの粒子径と密度を考慮して、上記の(1)(2)即ち、径方向のO/C分布と粒度分布をコントロールすることが重要である。
特許文献1は、コークス混合鉱石層は、コークスの粒子径を、鉱石の粒子径の1.1〜1.4倍未満の範囲内にすれば、炉径方向の相対鉱石比率を均一にすることができるとする。
しかし、高炉の装入物分布は、装入装置と装入方法により変化するものであり、装入装置と装入方法の記載がなく、当該文献の適用範囲が不明確であるという問題がある。
しかし、炉頂バンカーから排出する混合コークスの比率は、装入装置と装入方法により変化するものであり、特許文献2及び文献3の記載は、いずれもセンターフィード型ベルレス炉頂装入装置に限定されるという問題がある。
<1> ベルレス高炉において、
焼結鉱と見かけ密度および平均粒径の異なる一以上の種類の装入物の平均粒径を下記式(1)を満たすか否かに基づき分類し、
式(1)を満たす前記平均粒径を有すると分類された前記装入物と、焼結鉱とを混合して装入する、
ことを特徴とする高炉への原料装入方法。
0.65 ≦ D2 / P0.4≦1.35・・・・・(1)
ここで、D=(一の種類の装入物の平均粒径)/(焼結鉱の平均粒径)、P=(一の種類の装入物の見かけ密度)/(焼結鉱の見かけ密度)である。
<2> <1>に記載の高炉への原料装入方法において、
前記一以上の種類の装入物が、コークス、非焼成含炭塊成鉱、フェロコークス、ペレットおよび塊鉱石からなる群から選ばれた一種又は二種以上であることを特徴とする高炉への原料装入方法。
実際の高炉は、高圧の密閉容器であり、装入したコークスと鉱石の実際の半径方向の分布の把握が困難である。そこで、本発明者は、実炉を模した1/3模型実験により高炉装入物形成をオフラインで把握する実験を試みた。即ち、実高炉における装入O/C、旋回シュート角度、旋回数等の原料装入条件と同じ条件で1/3模型実験をおこない、実高炉においての炉頂における半径方法の装入物の分布を把握した。
図1に5000M3級高炉を対象とした1/3縮尺模型実験装置を示す。サージホッパー1から装入コンベア2、炉頂ホッパー3、旋回シュート4、炉体シャフト部5までを対象としている。また、装置下部の切り出し装置6により炉内荷下がりを考慮し、装置下部からの送風によりガス流分布を考慮している。
炉頂ホッパーに一時貯留された粒子径と密度が相違する原料は、炉頂ホッパーから旋回シュートに切り出される際に、粒径と密度の違いが原因となり原料排出特性が異なる。
図3に、炉頂ホッパーからの排出時間による小塊コークスの排出量の変化(粒径比1.51の場合)を示す。燒結鉱(粒径;7.4mm、密度;3.3g/cm3)と小塊コークス(粒径;11.2mm、密度;1.02g/cm3)を質量比98:2に混合した原料を1/3縮尺模型実験装置の炉頂ホッパー3に一時貯留し、旋回シュート4により排出した場合のコークス排出の時系列特性を示す。横軸の排出時間は、全排出時間を1とし無次元化し、縦軸の小塊コークスの排出量は、全小塊コークス量を1とし無次元化したものである。小塊コークスの排出は、後半に偏ることを示している。尚、燒結鉱及び小塊コークスの粒径は、1/3縮尺模型に合わせ、実際の1/3としている。
粒子径と密度が相違する装入原料を高炉に装入する際に高炉炉頂ホッパーからの排出に偏りがあると、高炉装入物分布に影響を与える。
図4に、図3と同じ原料条件で、炉頂ホッパーから排出する原料について、旋回シュートからの原料落下位置を炉壁位置から炉中心位置に装入した際(順傾動)の、小塊コークスの炉内分布を示す。横軸は、炉半径を無次元化し、壁際を1、炉中心を0として示し、縦軸は、無次元化した場合の半径方向の各位置における小塊コークス堆積量の、全装入量における焼結鉱と小塊コークスの質量比との相違を表しており、98:2の混合比を1とし、相対的に評価したものである。即ち、炉頂ホッパー内の装入物(燒結鉱98:小塊コークス2)に占める小塊コークス量を1とした場合に、炉内に装入される装入物の、炉半径方向の各位置における装入物に占める小塊コークス堆積量の相対値を示す。図4において、炉中心部の相対値が略2.7であることは、装入物の平均に対し、小塊コークス堆積量が略2.7倍多いということである。
前述したように、鉱石・小塊コークス混合装入法は、鉱石に、小塊コークスを混合することにより、鉱石層の通気性を向上させ生産性を向上させると同時に、鉱石と小塊コークスを近接させることにより、鉱石の還元性を向上させ、高炉燃料比を低下させることを目的としている。図4に示す小塊コークスの分布では、鉱石と小塊コークスを近接させることができず、鉱石の還元性を向上させ、高炉燃料比を低下させるという目的に沿わない。
本発明者は、粒子径と密度が相違する高炉装入物を炉頂ホッパー、又は、高炉炉内に装入する際の混合装入物の堆積特性をDEMを用いてシミューレーションした。
DEM(Discrete Element Method、離散要素法)は、粒子の形状を決定し、粒子同士が接触したときに当該粒子に生じる力を求め、その力に基づいて、解析時間における粒子の挙動を所定の時間隔毎に求めるものである。
図6(a)の前記Lを15等分した場合の各領域のSiを示した。Si=1.0は、投入量と同じ割合で混合していることを示す。領域1〜領域15の全てにおいて、0.8<Si<1.2を満たせば、良く混合していると評価した(●)。
図7に装入物の混合のシミューレーション結果を示す。▼は、燒結鉱Aと混合物Bが、混合しないケースを示し、●は、燒結鉱Aと混合物Bが、混合したケースを示す。図7のシミューレーションにおいて混合していないケース(▼)の8点と混合したケース(●)の8点の境界線として、D2とP0.4の比が導きだされた。ここで、D=(混合物Bの粒子直径)/(焼結鉱Aの粒子直径)、P=(混合物Bの密度)/(焼結鉱Aの密度)で定義される。
したがって、この2つの境界線に囲まれた下記式(1)に示す範囲が、燒結鉱Aと混合物Bが混合できる粒子条件である。
0.65 ≦D2 / P0.4≦1.35・・・・・(1)
図7に示した装入物混合のシミューレーション結果を1/3縮尺模型実験装置により検証した。その結果の一例を図8に示す。図8に、炉頂ホッパーからの小塊コークスの排出時間による変化(粒子径比0.81の場合)を示す。
燒結鉱(粒子径;7.0mm、密度;3.3g/cm3)と小塊コークス(粒子径;5.7mm、密度;1.02g/cm3)を質量比98:2に混合した原料を1/3縮尺模型実験装置の炉頂ホッパー3に一時貯留し、旋回シュート4に排出した。図8に、コークス排出の時系列特性を示す。横軸の排出時間は、全排出時間を1とし無次元化し、縦軸の小塊コークスの排出量は、全小塊コークス量を1とし無次元化したものである。小塊コークスの排出は、前半から後半まで、略均一に排出していることを示している。
以上より、燒結鉱に混合する混合物の粒子径と密度を式(1)に示す範囲にコントロールすることにより、燒結鉱と混合原料の混合が適切に行われることを確認した。
本発明は、焼結層への前記装入物の混合装入を想定したものである。従って、前記装入物の焼結鉱に対する質量比率は、通常の操業範囲であって、たとえば、それぞれ2割以下、総量としても5割未満である。
Claims (2)
- ベルレス高炉において、
焼結鉱と見かけ密度および平均粒径の異なる一以上の種類の装入物の平均粒径を下記式(1)を満たすか否かに基づき分類し、
式(1)を満たす前記平均粒径を有すると分類された前記装入物と、焼結鉱とを混合して装入する、
ことを特徴とする高炉への原料装入方法。
0.65 ≦D2 / P0.4 ≦1.35・・・・・(1)
ここで、D=(一の種類の装入物の平均粒径)/(焼結鉱の平均粒径)、P=(一の種類の装入物の見かけ密度)/(焼結鉱の見かけ密度)である。 - 前記一以上の種類の装入物が、コークス、非焼成含炭塊成鉱、フェロコークス、ペレットおよび塊鉱石からなる群から選ばれた一種又は二種以上であ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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