JP6304174B2 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料バンカー（ホッパー）が上下２段に配置されたセンターフィード型の炉頂原料装入装置を有するベルレス高炉への原料装入方法に関し、特に、高炉の中心部に粗粒の高炉原料を偏析させて装入することのできる原料装入方法に関する。

高炉操業では、通常、炉頂から鉄鉱石（「鉱石」とも記す）とコークスとを、それぞれが交互に層状となるように装入して鉱石層とコークス層とを形成している。また、コークス利用率の向上を目的として、コークスを予め鉱石中に混合した混合原料と、コークスとを交互に装入し、コークス混合鉱石層とコークス層とを層状に形成する操業も行われている。

この高炉操業では、ＣＯ₂排出量の削減や省資源の観点から、還元材比（製造される溶銑１トンあたりの、炉頂から装入されるコークスと吹き込み燃料との合計量）の低い操業が求められ、そのための技術として、ガス利用率の向上やヒートロス低減技術が実施されている。具体的には、高炉原料を高炉内に均一に装入するのではなく、鉱石やコークスなどの高炉原料装入物の高炉内分布、特に高炉径方向での粒度分布を制御する技術が実施されている。

例えば、特許文献１には、炉頂の原料バンカー（「炉頂バンカー」とも記す）に一時貯溜した高炉原料を、炉頂バンカーの下方に設けた旋回シュートを介して高炉内に装入するに際し、炉頂バンカー内に傾動自在な可動板を設け、炉頂バンカーへ装入される高炉原料を前記可動板へ衝突させてその落下方向を変更して、炉頂バンカー内に堆積する高炉原料を、炉頂バンカーの排出口側から細粒、中粒、粗粒の順、または、粗粒、中粒、細粒の順に偏析させ、偏析させた粒度別に払い出す順に高炉内に高炉原料層を形成する原料装入方法が提案されている。

特許文献１によれば、炉頂バンカーから、粗粒、中粒、細粒の順、或いは、その逆の順で高炉原料を払い出しできるようになり、その結果、高炉原料の粒度別の払い出し順に応じて、旋回シュートの傾動方向を、旋回シュートの先端が高炉の周辺側から中心方向に移動（傾動）する方向（「正傾動撒き」と称す）、または、その逆方向（「逆傾動撒き」と称す）とすることで、高炉の中心部に粗粒を堆積させることが可能となるとしている。

また、特許文献２には、炉頂バンカー内の上部に、該炉頂バンカーへ装入される高炉原料の落下方向を変更するための傾斜角を調整可能な偏析制御板を設け、鉱石とコークスとの混合原料の前記炉頂バンカーへの装入中に、前記偏析制御板の傾斜角を、混合原料の落下位置が炉頂バンカーの排出口の直上位置となる第１傾斜角から、混合原料の落下位置が排出口の直上位置から水平方向に離れた側壁位置となる第２傾斜角へ切り替えて、炉頂バンカー内で、混合原料中のコークスを炉頂バンカーの排出口から遠い位置に偏析させ、このようにして堆積させた混合原料を炉頂バンカーの排出口から排出することで、混合原料中のコークス混合率を排出初期から排出後期にかけて徐々に増加させ、これにより、旋回シュートを介して高炉内に形成されるコークス混合鉱石層ではコークスを層内の上部に偏析させる原料装入方法が提案されている。

特許文献２によれば、コークス混合鉱石層内でコークスを上部に偏析させることにより、鉱石の還元効率を高めることができ、効率的な高炉の操業が可能になると同時に、鉱石の還元効率の向上によってコークスの使用量を低減することができるので、ＣＯ₂の発生量が削減できるとしている。

尚、炉頂バンカー中に堆積した高炉原料は排出口の直上に堆積するものから排出されることから、炉頂バンカーの排出口から遠い位置に偏析させた高炉原料は、排出初期には排出されず、特許文献１及び特許文献２のような原料装入の制御が可能となる。

ところで、高炉への原料装入装置としては、ベルレス装入装置が広く採用されており、ベルレス装入装置には、炉頂の原料バンカーが並列に設置された並列バンカー型原料装入装置（特許文献１、２を参照）と、原料バンカーが上、下二段に設置されたセンターフィード型原料装入装置（特許文献３、４を参照）とが存在する。一般的に、センターフィード型原料装入装置は、並列バンカー型原料装入装置に比べて、構造的に簡素であるので設備投資額が安く、また、装入物を炉内に装入する際の円周方向偏差が少なく、ほぼ均一に分配できるという利点がある。

現在、世界的に主流である並列バンカー型原料装入装置を有する高炉（「並列バンカー式高炉」とも記す）においては、特許文献１及び特許文献２に例示するように、各バンカー内部に偏析制御板を設置して高炉原料を強制的に偏析させる技術（偏析制御技術）が既に実行されている。しかしながら、センターフィード型原料装入装置を有する高炉（「センターフィード式高炉」とも記す）では、高炉原料を強制的に偏析させる技術は適用されていない。

これは、センターフィード式高炉では、高炉直上の原料バンカー（「下部バンカー」という）に偏析制御板を設置すると、この偏析制御板の点検及びメンテナンスの際には、その上部に設置される原料バンカー（「上部バンカー」という）を取り外す必要があり、限られた補修時間内では、偏析制御板の点検及びメンテナンスが間に合わないという問題点がある。

また、上部バンカー内に偏析制御板を設置すれば、上部バンカー内部の高炉原料には偏析効果が発生するが、偏析した高炉原料がその直下の下部バンカーを通過する際に、上部バンカー内に形成させた折角の偏析効果が薄れてしまうという問題点がある。

上記２点の理由から、センターフィード式高炉では、的確に偏析させた高炉原料を高炉内に投入することは困難であり、従来、高炉原料を強制的に偏析させる技術（偏析制御技術）は、センターフィード式高炉に適用されていなかった。

特開２００８−１７９８９９号公報 特開２０１３−９５９７０号公報 特開２０１４−１１１８１９号公報 特開２０１４−１６２９８９号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上部バンカー及び下部バンカーを有するセンターフィード型原料装入装置を有するベルレス高炉において、下部バンカーに偏析制御板を設置することなく、下部バンカーから排出される高炉原料の粗粒及び細粒を制御し、これにより高炉の中心部に粗粒の高炉原料を偏析させて装入することのできる、高炉への原料装入方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく、研究及び検討を行った。その結果、センターフィード型原料装入装置を有するベルレス高炉において、上部バンカーへ高炉原料を供給するための原料貯蔵槽と上部バンカーとで、段階的に高炉原料の偏析を制御することで、高炉の中心部に粗粒の高炉原料を偏析させて装入することが可能になることを見出した。

即ち、上部バンカーへ高炉原料を供給するための原料貯蔵槽に偏析制御板を設置して、先ず、原料貯蔵槽内に堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析を制御し、更に、上部バンカーでは、原料貯蔵槽から供給され、旋回投入シュートを介して上部バンカー内に投入される高炉原料の落下位置を調整することで、上部バンカー内に堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析が制御され、これにより、下部バンカーに移送されて堆積する高炉原料においても粗粒及び細粒の偏析が制御され、つまり、下部バンカーから排出される高炉原料の粗粒及び細粒が制御され、高炉の中心部に粗粒の高炉原料を偏析させて装入することが可能になることを知見した。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］ベルレス高炉の炉頂部に上下二段に配置され、複数のポートによって連結された上部バンカー及び下部バンカーと、上部に偏析制御板が設置され、下部に原料貯蔵槽開閉ゲートが設置された、前記偏析制御板に衝突して投入される高炉原料を堆積させて収容する原料貯蔵槽と、該原料貯蔵槽から排出された高炉原料を前記上部バンカーへ搬送する原料装入コンベアと、該原料装入コンベアで搬送された高炉原料を前記上部バンカーに投入する旋回投入シュートと、前記複数のポートを開閉する複数のポート開閉ゲートと、前記下部バンカーの下端に設けられ、該下部バンカー内に堆積する高炉原料を排出する下部バンカー開閉ゲートと、前記下部バンカーから排出された高炉原料を高炉内に装入する旋回装入シュートと、を備えたセンターフィード型原料装入装置を用いて高炉原料をベルレス高炉に装入する方法であって、
前記原料貯蔵槽へ高炉原料を投入する際、前記偏析制御板に高炉原料を衝突させて高炉原料の流動方向及び堆積形状を制御することにより、原料貯蔵槽内部に堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析状態を制御し、且つ、前記上部バンカーへ高炉原料を投入する際、旋回する前記旋回投入シュートからの高炉原料の落下位置を制御することにより、上部バンカーの複数のポート内部に堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析状態を制御し、
次いで、前記複数のポート開閉ゲートを閉状態から開状態に切り替えて上部バンカーの複数ポート内部に堆積する高炉原料を前記上部バンカーから前記下部バンカーに移送し、その後、前記下部バンカー開閉ゲートを閉状態から開状態に切り替えて下部バンカー内部に堆積する高炉原料を、前記旋回装入シュートを旋回させながら高炉内に装入することを特徴とする、高炉への原料装入方法。
［２］前記下部バンカーから排出される高炉原料は、排出初期が粗粒で排出末期が細粒になるように、前記原料貯蔵槽内部に堆積する高炉原料及び前記上部バンカーの複数のポート内部に堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析状態を制御し、前記旋回装入シュートを、該旋回装入シュートの先端が高炉の中心から周辺側の方向に向いて移動するように旋回させ、高炉の中心部に粗粒の高炉原料を堆積させることを特徴とする、上記［１］に記載の高炉への原料装入方法。

本発明によれば、センターフィード型原料装入装置を用いて高炉原料を高炉内に装入するにあたり、先ず、上部バンカーの上流側に配置される原料貯蔵槽で、原料貯蔵槽内に堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析を制御し、次いで、粗粒及び細粒の偏析が制御された状態の原料貯蔵槽内の高炉原料を、粗粒及び細粒の偏析が維持されるように制御しながら上部バンカーに投入するので、上部バンカーから移送された下部バンカーに堆積する高炉原料においても粗粒及び細粒の偏析が維持され、かくして、センターフィード式高炉において、下部バンカーで偏析制御を実施することなく、的確に偏析させた高炉原料を高炉内に投入すること、つまり、高炉の中心部に粗粒の高炉原料を偏析させて装入することが実現される。その結果、高炉中心部の通気性及び燃焼効率の向上が得られるという、工業上有益な効果がもたらされる。

本発明を実施する際に用いられるセンターフィード型原料装入装置を備えたベルレス高炉の１例を示す概略断面図である。 図１のＸ−Ｘ’矢視による概略図である。 下部バンカーから排出される高炉原料の目標粒径を、逆傾動撒き及び正傾動撒きで比較して示す図である。 ケース１における偏析制御板の形状、並びに、その偏析制御板の設置方法及びそのときの原料貯蔵槽内の鉱石堆積層における偏析の調査結果を示す概要である。 ケース２における偏析制御板の形状、並びに、その偏析制御板の設置方法及びそのときの原料貯蔵槽内の鉱石堆積層における偏析の調査結果を示す概要図である。 ケース３における偏析制御板の形状、並びに、その偏析制御板の設置方法及びそのときの原料貯蔵槽内の鉱石堆積層における偏析の調査結果を示す概要図である。 原料貯蔵槽から排出される鉱石の粒径変化を時系列的に調査した結果を各試験で比較して示す図である。 ケース４における旋回投入シュートからの高炉原料の落下位置、及び、そのときの上部バンカー内の粗粒及び細粒の偏析の形態を示す図である。 ケース５における旋回投入シュートからの高炉原料の落下位置、及び、そのときの上部バンカー内の粗粒及び細粒の偏析の形態を示す図である。 ケース６における旋回投入シュートからの高炉原料の落下位置、及び、そのときの上部バンカー内の粗粒及び細粒の偏析の形態を示す図である。 下部バンカーから排出される鉱石の粒径変化を時系列的に調査した結果を各試験で比較して示す図である。 従来の偏析制御板なしの場合とケース５の場合とで、炉内圧力損失の計算結果を比較して示す図である。 従来の偏析制御板なしの場合とケース５の場合とで、ガス利用率の計算結果を比較して示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を実施する際に用いられるセンターフィード型原料装入装置を備えたベルレス高炉の１例を示す概略断面図、図２は、図１のＸ−Ｘ’矢視による概略図である。

図１及び図２に示すように、センターフィード型原料装入装置２は、上部バンカー５及び下部バンカー９を備え、上部バンカー５及び下部バンカー９は、ベルレス高炉１の炉頂部に上下２段に配置されている。上部バンカー５の上部には、高炉原料（図示せず）を上部バンカー５の内部に投入するための旋回投入シュート６が設置されており、上部バンカー５の下部は、旋回投入シュート６を介して投入された高炉原料を堆積させ、且つ、堆積させた高炉原料を下部バンカー９に移送するための４つのポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄに分割されている。ポート７Ａ〜７Ｄは、同心円上に且つ水平方向に並んで配置され、各ポート７Ａ〜７Ｄの下端には、各ポートを開閉するためのポート開閉ゲート８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄが設置されている。下部バンカー９は、各ポート７Ａ〜７Ｄに相当する位置が開口しており、上部バンカー５と下部バンカー９とは、ポート７Ａ〜７Ｄを介して連結されている。尚、図１に示す上部バンカー５は、４つのポートを備えているが、ポートの設置数は２つ以上であれば問題ない。また、高炉原料とは、鉄鉱石、コークス、または、コークスと鉄鉱石との混合物である。

下部バンカー９の下端には、下部バンカー内に堆積する高炉原料を排出するための下部バンカー開閉ゲート１０が設置され、下部バンカー開閉ゲート１０の下方には、下部バンカー９から排出された高炉原料を高炉内に装入するための旋回装入シュート１１が設置されている。旋回装入シュート１１は、ベルレス高炉１の炉頂部の内部に設けられている。この旋回装入シュート１１は、旋回装入シュート１１の先端をベルレス高炉１の周辺側から中心方向に移動（傾動）させながら旋回させて高炉原料を装入し（正傾動撒き）、炉内の高炉原料堆積表面をすり鉢状に形成することも、また、旋回装入シュート１１の先端をベルレス高炉１の中心から周辺側の方向に移動（傾動）させながら旋回させて高炉原料を装入し（逆傾動撒き）、炉内の高炉原料堆積表面をすり鉢状に形成することも、どちらも可能なように構成されている。

尚、高炉原料を炉内に堆積させる場合、中心側から、つまり、すり鉢状の斜面の下側から高炉原料を積み上げるように堆積させる逆傾動撒きの方が、炉壁側からすり鉢状の斜面の上側から高炉原料をころがすように堆積させる正傾動撒きよりも、堆積した高炉原料の崩れなどの現象がなく、所望の堆積形状になることから、逆傾動撒きの方が好ましいと考えられる。

一方、上部バンカー５の上流側には、高炉原料を収容する原料槽（図示せず）から切り出され、原料搬送コンベア（図示せず）で搬送された高炉原料を堆積させ、一時的に収容する原料貯蔵槽３Ａ、３Ｂが設置されている。原料搬送コンベアで搬送された高炉原料は、原料貯蔵槽投入シュート１２を介して原料貯蔵槽３Ａ、３Ｂに投入される。

この原料貯蔵槽３Ａ、３Ｂには、上部に偏析制御板１３が設置されており、原料貯蔵槽投入シュート１２を介して投入される高炉原料は、偏析制御板１３に衝突した後、原料貯蔵槽３Ａ、３Ｂに堆積する。原料貯蔵槽３Ａ、３Ｂの下部には、それぞれ、原料貯蔵槽開閉ゲート１４Ａ、１４Ｂが設置されており、原料貯蔵槽開閉ゲート１４Ａ、１４Ｂを開放することで、原料貯蔵槽３Ａ、３Ｂに堆積していた高炉原料は、原料貯蔵槽開閉ゲート１４Ａ、１４Ｂの下方の原料装入コンベア４に落下し、原料装入コンベア４を介して上部バンカー５の上部の旋回投入シュート６へ搬送されるように構成されている。図１において、符号１５はコークス混合鉱石層、１６はコークス層である。

このように構成されるセンターフィード型原料装入装置２を用いて、１回の装入における高炉原料で、粗粒と細粒とを偏析させて炉内に装入し、ベルレス高炉１の中心部に粗粒の高炉原料を偏析させることを検討した。

その際、前提条件として、旋回装入シュート１１は、旋回装入シュート１１の先端をベルレス高炉１の中心から周辺側の方向に移動させながら旋回させて高炉原料を装入する逆傾動撒きとした。逆傾動撒きの場合、旋回装入シュート１１から排出される高炉原料は、図３に示すように、排出初期が粗粒で、排出末期が細粒となるように、下部バンカー９に堆積する高炉原料の偏析状態を制御することが必要となる。つまり、下部バンカー９に堆積する高炉原料を、粗粒の高炉原料が排出順の早い下部及び中心側に堆積し、細粒の高炉原料が排出順の遅い側壁側に堆積するように、粗粒及び細粒の偏析を制御する必要がある。尚、旋回装入シュート１１からの高炉原料装入方法が正傾動撒きの場合には、図３に示すように、逆傾動撒きの場合とは異なり、排出初期が細粒で、排出末期が粗粒となるように、下部バンカー９に堆積する高炉原料の偏析状態を制御することが必要となる。ここで、図３は、下部バンカーから排出される高炉原料の目標粒径を、逆傾動撒き及び正傾動撒きで比較して示す図であり、縦軸の鉱石無次元調和平均径とは、排出粒径の平均値を１．０とした場合の相対粒径値として定義され、横軸の無次元排出時間とは、下部バンカーからの排出開始から排出終了までの時間を分母として表示される排出時間である。

また、更なる前提条件として、上部バンカー５の４つのポート開閉ゲート８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄを同時に開状態とし、４つのポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄに堆積する高炉原料を同時に下部バンカー９に移送することとした。この場合には、４つのポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄでは、それぞれのポートに堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析を同一の条件で制御すればよい。また、原料貯蔵槽３Ａの下部の原料貯蔵槽開閉ゲート１４Ａ及び原料貯蔵槽３Ｂの下部の原料貯蔵槽開閉ゲート１４Ｂを同時に開放し、原料貯蔵槽３Ａ及び原料貯蔵槽３Ｂに堆積した高炉原料を同時に上部バンカー５に投入することとした。このようにすることで、原料貯蔵槽３Ａ及び原料貯蔵槽３Ｂでは、堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析を同一の条件で制御すればよい。

この条件下で、高炉原料として鉄鉱石を使用し、実機の１／１８規模のセンターフィード型原料装入装置２を用いて試験を実施した。

先ず、原料貯蔵槽３Ａに偏析制御板１３を設置し、そのときの原料貯蔵槽３Ａにおける粗粒及び細粒の偏析状態を調査する試験を行った。図４、図５、図６に、原料貯蔵槽３Ａに設置した偏析制御板１３の形状、並びに、その偏析制御板１３の設置方法及びそのときの原料貯蔵槽内の鉱石堆積層１７における粗粒及び細粒の偏析の形態の調査結果を示す。試験では、偏析制御板１３の中心と原料貯蔵槽３Ａの中心とがほぼ同じ位置になるように、偏析制御板１３を設置した。尚、図４〜６において、鉱石堆積層１７における大きな球は粗粒を表し、小さな球は細粒を表している。

図４は、断面が二等辺三角形である三角柱型の偏析制御板１３を使用し、二等辺三角形の底辺で構成する面が下面となり、鉱石の荷流れ方向が、二等辺三角形の頂点が連続して形成する三角柱の辺と平行な方向になるように、三角柱型の偏析制御板１３を原料貯蔵槽３Ａに配置した試験（ケース１）の概要図である。図４に示すように、ケース１では、粗粒の鉱石が、偏析制御板１３によって原料貯蔵槽３Ａの横断面の中心線に沿って偏析し、原料貯蔵槽３Ａの側壁側に細粒の鉱石が偏析した。

図５は、断面が二等辺三角形である三角柱型の偏析制御板１３を使用し、二等辺三角形の底辺で構成する面が下面となり、鉱石の荷流れ方向が、二等辺三角形の頂点が連続して形成する三角柱の辺と直交する方向になるように、三角柱型の偏析制御板１３を配置した試験（ケース２）の概要図である。図５に示すように、ケース２では、粗粒の鉱石が、偏析制御板１３によって原料貯蔵槽３Ａの横断面の中心線に沿って偏析し、原料貯蔵槽３Ａの側壁側に細粒の鉱石が偏析した。但し、ケース１とケース２とを比較すると、原料貯蔵槽３Ａにおける粗粒の鉱石の偏析方向が異なる。

図６は、四角錐型の偏析制御板１３を使用し、四角錐の底面が下面となり、鉱石の荷流れ方向が、四角錐の頂点を通り、四角錐の底面を形成する辺と平行な方向になるように、三角柱型の偏析制御板１３を配置した試験（ケース３）の概要図である。図６に示すように、ケース３では、偏析制御板１３により、粗粒の鉱石が原料貯蔵槽３Ａの中心部に偏析し、原料貯蔵槽３Ａの全ての側壁側に細粒の鉱石が偏析した。

図７に、ケース１〜３の条件で原料貯蔵槽３Ａに堆積させた鉱石堆積層１７を原料貯蔵槽３Ａから排出したときの鉱石粒径の時系列変化の調査結果を示す。図７では、比較のために、偏析制御板を設置していない条件下で堆積させた鉱石堆積層１７を原料貯蔵槽３Ａから排出する際に調査した、鉱石粒径の時系列変化の調査結果を併せて示す。

図７に示すように、ケース１、２、３では、原料貯蔵槽３Ａからの排出の初期に鉱石の粒径が相対的に大きく、排出の進行に伴って鉱石の粒径が相対的に小さくなることが確認できた。即ち、三角柱型または四角錐型の偏析制御板１３を原料貯蔵槽３Ａの上部に設置し、高炉原料を偏析制御板１３に衝突させて投入することで、原料貯蔵槽３Ａには、排出の初期が粗粒で排出の末期は細粒となる高炉原料の偏析が形成されることが確認できた。

これに対して、偏析制御板１３を設置しない場合には、傾向として、排出の初期が細粒で排出の末期は粗粒となるが、粗粒と細粒との分離が安定しておらず、所望する偏析状態は得られないことがわかった。

本発明者らは、更に、旋回投入シュート６から上部バンカー５への鉱石の落下位置と、上部バンカー内における粗粒及び細粒の偏析状態との関係を調査する試験を行った。旋回投入シュート６から上部バンカー５への鉱石の落下位置の変更調整は、旋回投入シュート６へのスタビライザー１８の設置、または、旋回投入シュート６への延伸管１９の設置により行った。スタビライザー１８は、上部バンカー５の中心部に鉱石を落下させるためのものであり、延伸管１９は、上部バンカー５の側壁側に鉱石を落下させるためのものである。

この場合、通常の落下位置（上部バンカー５の中心から２Ｒ／５〜３Ｒ／５離れた位置；Ｒは、上部バンカー５の中心から側壁内面までの半径）、つまり、落下位置をポート開閉ゲート８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄの真上とする場合を基準とし、落下位置を、スタビライザー１８によって上部バンカー５の中心側（上部バンカー５の中心からＲ／６〜Ｒ／４離れた位置）にする場合、及び、延伸管１９によって上部バンカー５の側壁側（上部バンカー５の中心から４Ｒ／５〜Ｒ離れた位置）にする場合の２水準に変更した。尚、通常の落下位置の試験をケース４、落下位置が上部バンカー５の中心側の試験をケース５、落下位置が上部バンカー５の側壁側の試験をケース６と記す。

図８、図９、図１０に、原料貯蔵槽３Ａへの鉱石の投入方法をケース１（三角形型偏析制御板−平行方向）とした条件で、旋回投入シュート６を連続旋回（旋回速度；５４ｒｐｍ、操業条件模擬）させ、原料貯蔵槽３Ａから切り出した鉱石を、それぞれケース４、５、６の条件で、旋回投入シュート６を介して上部バンカー５に投入したときの上部バンカー内の鉱石堆積層１７における粗粒及び細粒の偏析の形態の調査結果を示す。尚、図８はケース４、図９はケース５、図１０はケース６における結果である。また、図８〜１０において、鉱石堆積層１７における大きな球は粗粒を表し、小さな球は細粒を表している。

図８に示すように、ケース４（落下位置；ポート開閉ゲートの真上位置）では、粗粒は、上部バンカー５の中心部及び側壁部に偏析し、各ポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの中心部には細粒が偏析した。尚、図８〜１０には、過去の経験及び調査に基づく、ポート７Ａに堆積する鉱石堆積層１７における排出順序が示されており、つまり、ポート７Ａの中心部に堆積する高炉原料から順次切り出されることがわかっており、各ポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄからの排出初期に粗粒を排出させる観点からは、ケース４は、望ましい偏析形態であるとはいいがたい。

図９に示すように、ケース５（落下位置；上部バンカー５の中心側）では、粗粒は、各ポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの中心部及び上部バンカー５の側壁部に偏析した。各ポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄからの排出初期に粗粒を排出させる観点からは、ケース５は、ケース４に比較して好ましい偏析形態である。

図１０に示すように、ケース６（落下位置；上部バンカー５の側壁側）では、粗粒は、上部バンカー５の中心部に偏析し、各ポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの中心部には細粒が偏析した。各ポート７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄからの排出初期に粗粒を排出させる観点からは、ケース６は、ケース４〜６の中では最も好ましくない偏析形態である。

尚、粉体を投入して堆積層を形成させる場合、盛り上がった粉体の堆積層が落下位置に形成され、その周囲には斜面が形成される。投入する粉体の粒度に違いがある場合、粒度の大きい粉体が斜面の外周部に偏析するという現象が起こる。上記に説明した原料貯蔵槽３Ａ及び上部バンカー５における粗粒及び細粒の偏析は、この現象に基づく。

図１１に、ケース４〜６の条件で上部バンカー５に堆積させた鉱石堆積層１７を下部バンカー９に移送し、下部バンカー９に移送した鉱石堆積層１７を下部バンカー９から排出したときの鉱石粒径の時系列変化の調査結果を示す。図１１では、比較のために、原料貯蔵槽３Ａに偏析制御板１３を設置せず、且つ、旋回投入シュート６からポート開閉ゲートの真上位置に鉱石を投入した条件下での鉱石粒径の時系列変化の調査結果を併せて示す。

旋回装入シュート１１を用いて逆傾動撒きで高炉原料を装入する場合、図１１に示すように、ケース５における鉱石粒径の時系列的変化は、目標粒径（図３を参照）の変化と類似しており、したがって、ケース５を採用することで、ベルレス高炉１の中心部に粗粒を偏析させることができることがわかった。これに対して、ケース４、ケース６及び偏析制御板１３を設置しない場合は、ベルレス高炉１の中心部に粗粒を偏析させることが不十分であることがわかった。

即ち、原料貯蔵槽３Ａに偏析制御板１３を設置して原料貯蔵槽３Ａに堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析を制御し、且つ、旋回投入シュート６を介して上部バンカー５に投入される高炉原料の落下位置を制御することで、ベルレス高炉１の中心部に粗粒を偏析させることができることが確認できた。尚、原料貯蔵槽３Ａに偏析制御板１３を設置する方法は、ケース１のみならず、ケース２、３も有効である。

図１２に、従来の偏析制御板なしの場合（原料貯蔵槽３Ａに偏析制御板１３を設置せず、且つ、旋回投入シュート６からポート開閉ゲートの真上位置に鉱石を投入）及びケース５の場合において行った炉内圧力損失の計算結果を比較して示す。ケース５を適用することで、高炉中心側の高炉原料の粒経拡大による中心流強化によって炉内通気性が改善し、炉内圧力損失が１．５ｋＰａ程度低下することがわかった。

図１３に、ケース５の場合に、炉内圧力損失が従来の偏析制御板なしの場合と同等になるまで、ガス流れを抑制する分布制御を指向した際のガス利用率の計算結果を、従来の偏析制御板なしの場合と比較して示す。ケース５を適用することで、０．２％程度のガス利用率の向上が得られることがわかった。

尚、上記説明は、旋回装入シュート１１が逆傾動撒きの場合であるが、旋回装入シュート１１が正傾動撒きであっても、本発明を適用することで、ベルレス高炉１の中心部に粗粒を偏析させることができる。

この場合には、図３に示すように、下部バンカー９から排出される高炉原料は、排出初期が細粒で、排出末期は粗粒とする必要がある。したがって、原料貯蔵槽３Ａでは、原料貯蔵槽３Ａの中心側に細粒が偏析し、原料貯蔵槽３Ａの側壁側に粗粒が偏析するように、偏析の制御を行う必要がある。これは、原料貯蔵槽３Ａに設置する偏析制御板１３として、高炉原料の細粒は通過するが、粗粒は通過しない目開き寸法を有する篩を使用することで実現される。細粒は、篩を通過して原料貯蔵槽３Ａの中心部に偏析し、粗粒は、篩を通過せず原料貯蔵槽３Ａの側壁側に偏析する。その後の上部バンカー５では、上部バンカー５に投入される高炉原料の落下位置を、図１０に示すように、上部バンカー５の側壁側として、粗粒を上部バンカー５の中心側に偏析させる。このようにして偏析を制御することで、下部バンカー９から排出される高炉原料は、排出初期が細粒で、排出末期は粗粒となる。

図１に示すセンターフィード型原料装入装置２を備えたベルレス高炉１において、コークス混合鉱石層１５及びコークス層１６を層状に形成する場合に、本発明を適用した。原料貯蔵槽３Ａでは、断面が二等辺三角形である三角柱型の偏析制御板１３を使用し、原料貯蔵槽３Ａへの鉱石の荷流れ方向が、二等辺三角形の頂角で形成される頂点の方向と直交する方向になるように偏析制御板１３を配置した（図５参照）。

また、旋回投入シュート６の先端部にスタビライザー１８を設置して、上部バンカー５への高炉原料の落下位置を上部バンカー５の中心からＲ／５離れた位置とし、５４ｒｐｍの旋回速度で旋回させて高炉原料を上部バンカー５に投入した。その後、上部バンカー５に堆積した高炉原料を下部バンカー９に移送し、旋回装入シュート１１を逆傾動撒きとして、下部バンカー内の高炉原料をベルレス高炉内に装入した。

この操業を継続して行った結果、従来の操業方法（原料貯蔵槽３Ａに偏析制御板１３を設置せず、且つ、旋回投入シュート６からポート開閉ゲートの真上位置に鉱石を投入する操業）に比較して、還元材比（製造される溶銑１トンあたりの、炉頂から装入されるコークスと吹き込み燃料との合計量）を１．２ｋｇ／トン削減することができた。

１ ベルレス高炉
２ センターフィード型原料装入装置
３Ａ、３Ｂ 原料貯蔵槽
４ 原料装入コンベア
５ 上部バンカー
６ 旋回投入シュート
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ ポート
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ ポート開閉ゲート
９ 下部バンカー
１０ 下部バンカー開閉ゲート
１１ 旋回装入シュート
１２ 原料貯蔵槽投入シュート
１３ 偏析制御板
１４Ａ、１４Ｂ 原料貯蔵槽開閉ゲート
１５ コークス混合鉱石層
１６ コークス層
１７ 鉱石堆積層
１８ スタビライザー
１９ 延伸管

Claims (1)

1. ベルレス高炉の炉頂部に上下二段に配置され、複数のポートによって連結された上部バンカー及び下部バンカーと、上部に偏析制御板が設置され、下部に原料貯蔵槽開閉ゲートが設置された、前記偏析制御板に衝突して投入される高炉原料を堆積させて収容する原料貯蔵槽と、該原料貯蔵槽から排出された高炉原料を前記上部バンカーへ搬送する原料装入コンベアと、該原料装入コンベアで搬送された高炉原料を前記上部バンカーに投入する旋回投入シュートと、前記複数のポートを開閉する複数のポート開閉ゲートと、前記下部バンカーの下端に設けられ、該下部バンカー内に堆積する高炉原料を排出する下部バンカー開閉ゲートと、前記下部バンカーから排出された高炉原料を高炉内に装入する旋回装入シュートと、を備えたセンターフィード型原料装入装置を用いて高炉原料をベルレス高炉に装入する方法であって、
   前記原料貯蔵槽へ高炉原料を投入する際、断面が二等辺三角形である三角柱型の前記偏析制御板に高炉原料を衝突させて高炉原料の流動方向及び堆積形状を制御し、高炉原料の粗粒を原料貯蔵槽の中心線に沿って偏析させ、高炉原料の細粒を側壁側に偏析させることにより、原料貯蔵槽内部に堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析状態を制御し、原料貯蔵槽からの排出の初期が粗粒で排出の末期は細粒となるようにし、
   且つ、下部バンカーの旋回装入シュートの先端を高炉の中心から周辺側へ移動させながら旋回させる逆傾動撒きの場合であって、
   前記上部バンカーへ高炉原料を投入する際、旋回する、前記上部バンカーの前記旋回投入シュートからの高炉原料の落下位置を前記上部バンカーの中心側に制御し、高炉原料の粗粒をポートの中心部及び前記上部バンカーの側壁部に偏析させることにより、上部バンカーの複数のポート内部に堆積する高炉原料の粗粒及び細粒の偏析状態を制御し、
   次いで、前記複数のポート開閉ゲートを閉状態から開状態に同時に切り替えて上部バンカーの複数ポート内部に堆積する高炉原料を前記上部バンカーから前記下部バンカーに移送し、その後、前記下部バンカー開閉ゲートを閉状態から開状態に切り替えて下部バンカー内部に堆積する高炉原料を、前記旋回装入シュートを逆傾動撒きで旋回させながら高炉内に装入し、高炉の中心部に粗粒の高炉原料を偏析させて装入することを特徴とする、高炉への原料装入方法。

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