JP6327383B1 - 高炉における装入物分布制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高炉内の装入物分布を正確且つ迅速に把握することで、装入物分布を適切に制御し、高い還元効率を得るとともに、高炉操業を安定化させる。【解決手段】距離計の検出波放射方向を炉径方向に走査させて得られた炉内装入物面までの距離データに基づき、炉内装入物面のプロフィールを測定するプロフィール測定装置を用いて、各バッチでの装入後の炉内装入物面のプロフィールを測定し、このプロフィールに基づき各バッチで装入された鉱石とコークスの装入分布を求め、この装入分布に基づいて、炉内装入層の最上部における鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］が、炉中心部領域の平均値：０．５未満、炉中間部領域の平均値：０．６以上０．９未満、炉周辺部領域の平均値：０．４以上０．８未満、炉中心部領域の平均値＜炉周辺部の平均値＜炉中間部領域の平均値、を満足する装入分布となるように、鉱石の装入における少なくとも１つのバッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整する。【選択図】図７
Description
本発明は、旋回シュートを備えたベルレス装入装置により炉内への原料装入を行う高炉において、炉内での装入物分布を適正に制御するための装入物分布制御方法に関する。
一般に、高炉では、炉頂部から原料である鉱石（鉱石にコークスの一部が混合される場合もある）とコークスが交互に装入され、炉内には鉱石層とコークス層が交互に堆積した状態で原料が充填される。
高炉の操業では、炉頂部での装入物分布を適正な状態に維持することが重要であり、装入物分布が適正でないとガス流分布の不均一化、ガス通気性の低下、還元効率の低下などにより、生産性の低下や高炉操業の不安定化を招く。
炉頂部から原料を装入する手段として、旋回シュート（分配シュート）を備えたベルレス装入装置が広く用いられており、この装入装置では、旋回シュートの傾動角と旋回数を選択することにより、炉半径方向での原料の落下位置と堆積量を調整することで、装入物分布を制御するようにしている。
高炉の操業では、炉頂部での装入物分布を適正な状態に維持することが重要であり、装入物分布が適正でないとガス流分布の不均一化、ガス通気性の低下、還元効率の低下などにより、生産性の低下や高炉操業の不安定化を招く。
炉頂部から原料を装入する手段として、旋回シュート（分配シュート）を備えたベルレス装入装置が広く用いられており、この装入装置では、旋回シュートの傾動角と旋回数を選択することにより、炉半径方向での原料の落下位置と堆積量を調整することで、装入物分布を制御するようにしている。
一方、装入物分布を把握するためには、炉内装入物面（原料堆積面）のプロフィールを測定する必要がある。この炉内装入物面のプロフィールを測定する手法として、マイクロ波などの検出波を炉内装入物面に向けて送信し、炉内装入物面で反射した検出波を受信して炉内装入物面までの距離を測定し、この測定距離に基づいて炉内装入物面のプロフィールを求めることが行われており、具体的な手法としては、検出波用アンテナを設けた計測ランスを炉口部側方から炉中心部に向けて挿入する方法が主流である（例えば、特許文献１、２）。
高炉の装入物分布制御を精度良く行うには、炉内装入物面のプロフィールを正確且つ迅速に把握する必要があるが、特許文献１、２のような従来の測定方法では、測定自体に時間がかかり、迅速な測定ができないことに加えて、原料の装入時には計測ランスを炉体の外に退避させなければならないため、測定頻度が低くなるという問題がある。このため、測定結果から得られる情報を迅速に実操業に反映できない。さらに、測定結果に基づき特定のアクション（装入物分布制御）をとったとしても、その結果をすぐに確認できない。すなわち、従来の測定方法では、炉内装入物面のプロフィールの測定結果を装入物分布制御に反映し、確認しながら行うことが実質困難である。
また、原料の装入時には炉内装入物堆積面を測定することができないため、原料の堆積過程を把握することができない。このため、原料堆積のどの過程に問題があるかが分からず、装入物分布制御の精度を向上させることが困難である。
また、原料の装入時には炉内装入物堆積面を測定することができないため、原料の堆積過程を把握することができない。このため、原料堆積のどの過程に問題があるかが分からず、装入物分布制御の精度を向上させることが困難である。
したがって本発明の目的は、高炉内の装入物分布を正確且つ迅速に把握することで、装入物分布を適正に制御することができ、これにより鉱石の高い還元効率が得られるとともに、高炉操業の安定化を図ることができる装入物分布制御方法を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］旋回シュートを備えたベルレス装入装置により、高炉内に鉱石（但し、鉱石にコークスの一部及び／又は副原料を混合した混合原料の場合を含む。）とコークスを交互に装入し、鉱石層（但し、前記混合原料による混合原料層の場合を含む。）とコークス層を交互に積層させる原料装入を行うとともに、１チャージでの鉱石とコークスの装入のうち少なくとも一方の装入を１バッチで行うに際し、
高炉の炉頂部に設置された炉内装入物面のプロフィール測定装置であって、炉内装入物面までの距離を電波式の距離計で測定するとともに、該距離計の検出波放射方向を炉径方向に走査させて得られた炉内装入物面までの距離データに基づき、炉内装入物面のプロフィールを測定するプロフィール測定装置を用いて、少なくとも各バッチでの装入後の炉内装入物面のプロフィールを測定し、該プロフィールに基づき各バッチで装入された鉱石とコークスの装入分布を求め、この装入分布に基づいて、炉内装入層の最上部における鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］（但し、Lo：鉱石層厚さ、Lc：コークス層厚さ）が下記（a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、鉱石の装入における少なくとも１つのバッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整することを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
（a）第１領域の平均値：０．５未満
（b）第２領域の平均値：０．６以上０．９未満
（c）第３領域の平均値：０．４以上０．８未満
（d）第１領域の平均値＜第３領域の平均値＜第２領域の平均値
但し、炉半径方向における炉中心からの距離をr（ｍ）、炉口部での炉内半径をRt（ｍ）とした場合に、炉半径方向における炉内領域を、炉中心側から順に、r/Rt≦０．２０：第１領域、０．２０＜r/Rt≦０．８０：第２領域、０．８０＜r/Rt：第３領域とする。
［1］旋回シュートを備えたベルレス装入装置により、高炉内に鉱石（但し、鉱石にコークスの一部及び／又は副原料を混合した混合原料の場合を含む。）とコークスを交互に装入し、鉱石層（但し、前記混合原料による混合原料層の場合を含む。）とコークス層を交互に積層させる原料装入を行うとともに、１チャージでの鉱石とコークスの装入のうち少なくとも一方の装入を１バッチで行うに際し、
高炉の炉頂部に設置された炉内装入物面のプロフィール測定装置であって、炉内装入物面までの距離を電波式の距離計で測定するとともに、該距離計の検出波放射方向を炉径方向に走査させて得られた炉内装入物面までの距離データに基づき、炉内装入物面のプロフィールを測定するプロフィール測定装置を用いて、少なくとも各バッチでの装入後の炉内装入物面のプロフィールを測定し、該プロフィールに基づき各バッチで装入された鉱石とコークスの装入分布を求め、この装入分布に基づいて、炉内装入層の最上部における鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］（但し、Lo：鉱石層厚さ、Lc：コークス層厚さ）が下記（a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、鉱石の装入における少なくとも１つのバッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整することを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
（a）第１領域の平均値：０．５未満
（b）第２領域の平均値：０．６以上０．９未満
（c）第３領域の平均値：０．４以上０．８未満
（d）第１領域の平均値＜第３領域の平均値＜第２領域の平均値
但し、炉半径方向における炉中心からの距離をr（ｍ）、炉口部での炉内半径をRt（ｍ）とした場合に、炉半径方向における炉内領域を、炉中心側から順に、r/Rt≦０．２０：第１領域、０．２０＜r/Rt≦０．８０：第２領域、０．８０＜r/Rt：第３領域とする。
［2］上記［1］の装入物分布制御方法において、（a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、少なくとも１つのバッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせることを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
［3］上記［2］の装入物分布制御方法において、１チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチ及び第２バッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせることを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの装入物分布制御方法において、（a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、少なくとも１つのバッチにおいて、r/Rt：０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt：０．７〜０．８の領域での鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させることを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
［5］上記［4］の装入物分布制御方法において、１チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチにおいて、r/Rt：０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt：０．７〜０．８の領域での鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させることを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
［3］上記［2］の装入物分布制御方法において、１チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチ及び第２バッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせることを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの装入物分布制御方法において、（a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、少なくとも１つのバッチにおいて、r/Rt：０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt：０．７〜０．８の領域での鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させることを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
［5］上記［4］の装入物分布制御方法において、１チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチにおいて、r/Rt：０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt：０．７〜０．８の領域での鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させることを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
本発明によれば、高炉内の装入物分布を正確且つ迅速に把握して、装入物分布を適正に制御することができる。このため、鉱石の高い還元効率が得られるとともに、高炉操業の安定化を図ることができる。
本発明法は、旋回シュートを備えたベルレス装入装置により、高炉内に鉱石（但し、鉱石にコークスの一部及び／又は副原料を混合した混合原料の場合を含む。）とコークスを交互に装入し、鉱石層（但し、前記混合原料による混合原料層の場合を含む。）とコークス層を交互に積層させる原料装入を行うとともに、１チャージでの鉱石とコークスの装入のうち少なくとも一方の装入を１バッチで行うに際し、特定の炉内装入物面プロフィール測定装置を用いて、少なくとも各バッチでの装入後の炉内装入物面のプロフィールを測定し、このプロフィールに基づき各バッチで装入された鉱石とコークスの装入分布を求め、この装入分布に基づいて、炉内装入層の最上部における鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］（但し、Lo：鉱石層厚さ、Lc：コークス層厚さ）が特定の条件を満足する装入分布となるように、鉱石の装入における少なくとも１つのバッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整するものである。
本発明において鉱石とは、鉄源である焼結鉱、塊鉱石、ペレットなどの１種以上を意味する。
鉱石層の還元性を向上させるなどの目的で、鉱石にコークスの一部を混合した混合原料を装入する方法（鉱石コークス混合装入法）や鉱石に副原料を混合した混合原料を装入する方法が採られる場合があり、本発明において高炉内に鉱石を装入するとは、上記但し書きのように、鉱石にコークスの一部及び／又は副原料を混合した混合原料を装入する場合を含み、したがって、鉱石層とは、そのような混合原料による混合原料層（コークス及び／又は副原料混合鉱石層）の場合を含む。
ここで、副原料とは、スラグのＣａＯ、ＳｉＯ２、ＭｇＯ成分などを調整するために使用される原料であり、鉱石と混合して装入されるもの（但し、焼結鉱やペレットの一部として含まれる副原料は除く）としては、例えば、石灰石、珪石、蛇紋岩などが挙げられる。
鉱石層の還元性を向上させるなどの目的で、鉱石にコークスの一部を混合した混合原料を装入する方法（鉱石コークス混合装入法）や鉱石に副原料を混合した混合原料を装入する方法が採られる場合があり、本発明において高炉内に鉱石を装入するとは、上記但し書きのように、鉱石にコークスの一部及び／又は副原料を混合した混合原料を装入する場合を含み、したがって、鉱石層とは、そのような混合原料による混合原料層（コークス及び／又は副原料混合鉱石層）の場合を含む。
ここで、副原料とは、スラグのＣａＯ、ＳｉＯ２、ＭｇＯ成分などを調整するために使用される原料であり、鉱石と混合して装入されるもの（但し、焼結鉱やペレットの一部として含まれる副原料は除く）としては、例えば、石灰石、珪石、蛇紋岩などが挙げられる。
高炉の原料装入では、積層するコークス層と鉱石層を形成する一連の装入が１チャージであり、この１チャージでの鉱石とコークスの装入を各々１バッチ又は複数バッチで行うが、本発明では、１チャージでの鉱石とコークスの装入のうち少なくとも一方の装入を１バッチで行う。
旋回シュートを備えたベルレス装入装置では、炉頂バンカーから旋回シュートに原料（鉱石、コークスなど）が供給され、旋回シュートが旋回しながら原料を装入する。旋回シュートは、高炉の中心軸（垂線）に対して傾動可能であり、その傾動角の調整により炉半径方向での原料落下位置を選択することができる。通常、１バッチの原料装入で旋回シュートの傾動角を複数段階で変化させ、各傾動角で旋回シュートを１回以上旋回させる。複数段階に変化させる傾動角はノッチNo.で表わされ、例えば、ノッチNo.１：傾動角５５°、ノッチNo.２：傾動角５３°・・・ノッチNo.１９：傾動角１９°ノッチNo.２０：傾動角１７°というように設定する。したがって、各バッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整することで装入物分布を制御することができる。
旋回シュートを備えたベルレス装入装置では、炉頂バンカーから旋回シュートに原料（鉱石、コークスなど）が供給され、旋回シュートが旋回しながら原料を装入する。旋回シュートは、高炉の中心軸（垂線）に対して傾動可能であり、その傾動角の調整により炉半径方向での原料落下位置を選択することができる。通常、１バッチの原料装入で旋回シュートの傾動角を複数段階で変化させ、各傾動角で旋回シュートを１回以上旋回させる。複数段階に変化させる傾動角はノッチNo.で表わされ、例えば、ノッチNo.１：傾動角５５°、ノッチNo.２：傾動角５３°・・・ノッチNo.１９：傾動角１９°ノッチNo.２０：傾動角１７°というように設定する。したがって、各バッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整することで装入物分布を制御することができる。
本発明法で用いる炉内装入物面のプロフィール測定装置は、高炉の炉頂部に設置される測定装置であって、炉内装入物面までの距離を電波式の距離計で測定するとともに、その距離計の検出波放射方向を炉径方向に走査させて得られた炉内装入物面までの距離データに基づき、炉内装入物面のプロフィールを測定するものである。
このプロフィール測定装置は、電波式の距離計の検出波放射方向を炉径方向に走査させて、炉内装入物面までの距離を連続的に測定できるものであれば、その構成を問わないが、特に、以下のような実施形態のものが好ましい。
このプロフィール測定装置は、電波式の距離計の検出波放射方向を炉径方向に走査させて、炉内装入物面までの距離を連続的に測定できるものであれば、その構成を問わないが、特に、以下のような実施形態のものが好ましい。
図１及び図２は、本発明法で用いる炉内装入物面のプロフィール測定装置の一実施形態とその設置例を示すもので、図１はプロフィール測定装置を模式的に示す縦断面図、図２は図１のプロフィール測定装置を設置した高炉炉頂部の縦断面図である。図において、２０は炉体、２１はベルレス式装入装置の旋回シュート（分配シュート）であり、炉頂バンカー（図示せず）に入れられた鉄石やコークスなどの原料が、この旋回シュート２１を通じて炉内に装入される。図２においてθが旋回シュート２１の傾動角である。
図１及び図２に示すプロフィール測定装置は、電波式の距離計が、ミリ波やマイクロ波などの検出波を送受信する検出波送受信器１と、この検出波送受信器１に導波管４を介して接続されたアンテナ２と、このアンテナ２に対向して設けられた反射角度が可変の検出波反射板３とを備えており、検出波送受信器１から送信されてアンテナ２から放射された検出波を、検出波反射板３で反射させて炉内装入物面に入射させ、炉内装入物面で反射した検出波を検出波反射板３とアンテナ２を経て検出波送受信器１で受信することで、炉内装入物面までの距離を測定するとともに、検出波反射板３の反射角度を調整することにより、検出波放射方向を炉径方向に走査させるものである。
炉頂部の炉体部分には、下方又は斜め下方に炉内装入物面（堆積面）が望めるような位置に窓孔５が形成されるとともに、その炉体部分の外側には、窓孔５を覆うようにして所定の耐圧性能を有するケーシング６が取り付け固定されている。そして、このケーシング６内部が収納室７を構成し、この収納室７は窓孔５を通じて炉内空間に開口１２している。
収納室７内にアンテナ２が配置されるとともに、収納室７の外側（炉体２０の外側）に検出波送受信器１が配置されている。検出波送受信器１とアンテナ２を接続する導波管４は、ケーシング６を貫通し、その先端にアンテナ２が支持されている。
また、収納室７内に、アンテナ２と対向するようにして検出波反射板３が配置されている。収納室７の外側（炉体２０の外側）には検出波反射板３を回動させるための駆動装置８が配置され、その回転駆動軸９がケーシング６を貫通し、その先端に検出波反射板３が支持されている。
収納室７内にアンテナ２が配置されるとともに、収納室７の外側（炉体２０の外側）に検出波送受信器１が配置されている。検出波送受信器１とアンテナ２を接続する導波管４は、ケーシング６を貫通し、その先端にアンテナ２が支持されている。
また、収納室７内に、アンテナ２と対向するようにして検出波反射板３が配置されている。収納室７の外側（炉体２０の外側）には検出波反射板３を回動させるための駆動装置８が配置され、その回転駆動軸９がケーシング６を貫通し、その先端に検出波反射板３が支持されている。
ここで、アンテナ２と、検出波反射板３及びその駆動装置８と、収納室７の開口部１２の位置関係は、（i）アンテナ２の中心軸線の延長線と駆動装置８の回転駆動軸９の中心軸線が一致し、（ii）検出波反射板３は、駆動装置８の回転駆動軸９に固定されることで回動可能であり、（iii）アンテナ２と検出波反射板３は、アンテナ２から送信され、検出波反射板３で反射した検出波が開口部１２を通過して炉内に導かれるように、開口部１２に対して配置される、という条件を備えている。
なお、炉内装入物の吹き抜け時に、吹き上げられた原料が検出波反射板３に当たって反射面１３などが破損することがないようにするため、非測定時においては、検出波反射板３はその背面側（反射面１３の反対側）が開口部１２に向くような回動位置に停止できるようにしている。
なお、炉内装入物の吹き抜け時に、吹き上げられた原料が検出波反射板３に当たって反射面１３などが破損することがないようにするため、非測定時においては、検出波反射板３はその背面側（反射面１３の反対側）が開口部１２に向くような回動位置に停止できるようにしている。
検出波送受信器１は、周波数が一定範囲で連続的に時間変化する検出波（ミリ波、マイクロ波など）を発生し、その検出波の送信及び受信が可能である。
アンテナ２としては、パラボラアンテナ、ホーンアンテナなどを用いることができる。なお、これらのなかでは、レンズ付きホーンアンテナが指向特性に優れているので特に好ましい。
検出波反射板３は、例えば、ステンレスなどの金属材からなり、形状は限定しないが、通常は円形である。検出波反射板３を駆動装置８の回転駆動軸９で回転させることにより、アンテナ２からその中心軸方向に送信され、検出波反射板３で反射する検出波の放射方向を炉径方向に走査させることができる。
アンテナ２としては、パラボラアンテナ、ホーンアンテナなどを用いることができる。なお、これらのなかでは、レンズ付きホーンアンテナが指向特性に優れているので特に好ましい。
検出波反射板３は、例えば、ステンレスなどの金属材からなり、形状は限定しないが、通常は円形である。検出波反射板３を駆動装置８の回転駆動軸９で回転させることにより、アンテナ２からその中心軸方向に送信され、検出波反射板３で反射する検出波の放射方向を炉径方向に走査させることができる。
収納室７内の検出波反射板３と開口部１２との間（本実施形態では開口部１２の近傍位置）には、収納室７を炉内空間から遮断する仕切弁１０が開閉可能に設けられている。収納室７の外側（炉体２０の外側）に仕切弁１０の開閉駆動部１１が設置され、この開閉駆動部１１により仕切弁１０がスライド移動することで開閉がなされる。仕切弁１０はプロフィール測定時に開放され、それ以外の時には閉じられる。
また、測定時に炉内ガスや粉塵等が収納室７内に侵入しないようにするとともに、ケーシング６から外部に炉内ガスが漏洩するのを防止するために、ケーシング６にはパージガス供給用のガス供給管１４が接続され、このガス供給管１４を通じて収納室７内に所定圧のパージガス（通常、窒素ガス）が供給されるようにしてある。
このプロフィール測定装置は、検出波送受信器１で受信して検出したデータに基づきアンテナ２から炉内装入物面までの距離を算出し、さらに、この距離データから炉内装入物面のプロフィールを求めるデータ処理部１５を有している。
このプロフィール測定装置は、検出波送受信器１で受信して検出したデータに基づきアンテナ２から炉内装入物面までの距離を算出し、さらに、この距離データから炉内装入物面のプロフィールを求めるデータ処理部１５を有している。
以上のようなプロフィール測定装置では、検出波送受信器１で発生した周波数が連続的に変化する検出波がアンテナ２から送信され、検出波反射板３を経て炉内装入物面に向けて放射される。炉内装入物面で反射した検出波（反射波）は、検出波反射板３を経て検出波送受信器１で受信される。このような検出波による炉内装入物面の検出において、駆動装置８により検出波反射板３を回転させて検出波の反射角度を変えることで、図２に示されるように検出波放射方向を炉半径方向で走査させる。データ処理部１５では、通常、ＦＭＣＷ方式（周波数変調連続波方式）によりアンテナ２から炉内装入物面までの検出波の往復時間が求められ、アンテナ２から炉内装入物面までの距離が算出される。そして、上記のように検出波放射方向を炉半径方向で走査させて得られた距離データから炉内装入物面のプロフィールが求められる。
本発明法では、上記プロフィール測定装置を用いて、少なくとも各バッチでの装入後の炉内装入物面のプロフィールを測定し、このプロフィールに基づき各バッチで装入された鉱石とコークスの装入分布を求める。そして、この装入分布に基づいて装入物分布制御（アクション）を行うが、この装入物分布制御では、（i）炉中心部の通気性を高め、安定的なガス流を確保するために、炉中心部のＯ（鉱石）／Ｃ（コークス）を低位に保つ（すなわち、コークスの比率を高める）、（ii）炉周辺部のガス流速を高め、熱レベルを高位に維持することで炉壁での亜鉛付着物の成長を抑制するため、炉周辺部のＯ／Ｃを低位に保つ（すなわち、コークスの比率を高める）、（iii）炉全体の還元効率を向上させるために、炉中間部（炉半径方向において炉中心部と炉周辺部間の領域）のＯ／Ｃを高位に維持する、（iv）局部的な通気性の悪化によるガス流分布の不均一化、鉱石の昇温還元の遅れを防止するため、局部的な高Ｏ／Ｃの発生を抑える、という観点から、炉内装入層の最上部における鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］（但し、Lo：鉱石層厚さ、Lc：コークス層厚さ）が下記（a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、鉱石の装入における少なくとも１つのバッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整する。ここで、炉半径方向における炉中心からの距離をr（ｍ）、炉口部での炉内半径をRt（ｍ）とした場合に、炉半径方向における炉内領域を、炉中心側から順に、r/Rt≦０．２０：第１領域（炉中心部）、０．２０＜r/Rt≦０．８０：第２領域（炉中間部）、０．８０＜r/Rt：第３領域（炉周辺部）とする。
（a）第１領域の平均値：０．５未満
（b）第２領域の平均値：０．６以上０．９未満
（c）第３領域の平均値：０．４以上０．８未満
（d）第１領域の平均値＜第３領域の平均値＜第２領域の平均値
なお、以下の説明においては、炉内装入層の最上部における炉半径方向での鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］を、単に“［Lo/（Lc+Lo）］”という。
（a）第１領域の平均値：０．５未満
（b）第２領域の平均値：０．６以上０．９未満
（c）第３領域の平均値：０．４以上０．８未満
（d）第１領域の平均値＜第３領域の平均値＜第２領域の平均値
なお、以下の説明においては、炉内装入層の最上部における炉半径方向での鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］を、単に“［Lo/（Lc+Lo）］”という。
すなわち、（a）の条件は上記（i）の観点から、（c）の条件は上記（ii）の観点から、（b）の条件は上記（iii）及び（iv）の観点から、それぞれ規定される。また、（d）の条件は、上記（iii）の観点と、炉周辺部（第３領域）における鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］の平均値が炉中心部（第１領域）と同等若しくはそれ以下になると、炉周辺部のガス流速が高くなり過ぎ、炉体抜熱量が高くなることで、ヒートロスが増加するなどの問題を生じる恐れがある、との観点から規定される。
本発明において、上記（a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、鉱石の装入における少なくとも１つのバッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整する場合、例えば、以下のような実施形態を採ることができる。
（i）少なくとも１つのバッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせる。例えば、１チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチ及び第２バッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせる。
（ii）少なくとも１つのバッチにおいて、r/Rt＝０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt＝０．７〜０．８の領域での［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させる。例えば、１チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチにおいて、r/Rt＝０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt＝０．７〜０．８の領域での［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させる。
（i）少なくとも１つのバッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせる。例えば、１チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチ及び第２バッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせる。
（ii）少なくとも１つのバッチにおいて、r/Rt＝０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt＝０．７〜０．８の領域での［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させる。例えば、１チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチにおいて、r/Rt＝０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt＝０．７〜０．８の領域での［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させる。
以下、図１及び図２に示すような炉内装入物面のプロフィール測定装置を用い、本発明法により装入物分布制御を行った操業例について説明する。
この操業例では、原料（鉱石、コークス）装入の各バッチにおける旋回シュートの１旋回毎に、プロフィール測定装置で炉内装入物面のプロフィールを測定した。
図３は、本発明法を適用する前の炉内装入層最上部における装入分布（１チャージでのコークス、鉱石の装入分布）を示しており、図４は、図３の炉内装入層最上部における炉半径方向での［Lo/（Lc+Lo）］を示している。
図３及び図４は、上述したプロフィール測定装置を用いて各バッチでの装入後の炉内装入物面のプロフィールを測定し、このプロフィールに基づき各バッチで装入された鉱石とコークスの装入分布を求めたものである。この点は、後述する操業例の各図面についても同様である。
この操業例では、原料（鉱石、コークス）装入の各バッチにおける旋回シュートの１旋回毎に、プロフィール測定装置で炉内装入物面のプロフィールを測定した。
図３は、本発明法を適用する前の炉内装入層最上部における装入分布（１チャージでのコークス、鉱石の装入分布）を示しており、図４は、図３の炉内装入層最上部における炉半径方向での［Lo/（Lc+Lo）］を示している。
図３及び図４は、上述したプロフィール測定装置を用いて各バッチでの装入後の炉内装入物面のプロフィールを測定し、このプロフィールに基づき各バッチで装入された鉱石とコークスの装入分布を求めたものである。この点は、後述する操業例の各図面についても同様である。
本実施例において、Cはコークスの装入、O1、O2は鉱石の装入を示し、１チャージにおいてコークス装入は１バッチ、鉱石装入が２バッチでなされ、C（コークスのバッチ）→O1（鉱石の第１バッチ）→O2（鉱石の第２バッチ）の順に装入される。また、図３の縦軸は基準高さを“０”（この基準高さ“０”の位置は、旋回シュートの傾動角θが０°の時の旋回シュートの（下方）先端位置）とする炉高方向位置（ｍｍ）、横軸は炉中心部を“０”とする炉半径方向位置（ｍｍ）である。また、「ベースO2」とは前チャージのO2の装入面のことである。
本実施例では、旋回シュートの傾動角を２５段階（ノッチNo.１〜２５）で変化させることができる原料装入装置を用いた。
本実施例では、旋回シュートの傾動角を２５段階（ノッチNo.１〜２５）で変化させることができる原料装入装置を用いた。
図４において、目標とする［Lo/（Lc+Lo）］を点線で示すが、この目標とする［Lo/（Lc+Lo）］に対して、第２領域（炉中間部）中のr/Rt＝０．７〜０．８の領域において［Lo/（Lc+Lo）］が過小であり、一方、r/Rt＝０．５前後の領域において［Lo/（Lc+Lo）］が過大である。また、第３領域（炉周辺部）の［Lo/（Lc+Lo）］も全体として過小である。したがって、図中矢印で示すような方向に［Lo/（Lc+Lo）］を増減させるのが適当であると考えられた。
図３の装入分布について、O2の１旋回毎の装入位置と原料推定落下位置を比較すると、O2の鉱石は原料推定落下位置を起点に、炉中心部方向に広範囲に堆積していることが判った。O1の落下位置が炉周辺部側に偏りすぎているために、炉中心部方向への傾斜角が大きくなり、落下後の原料の流れ込みが過大となったものと判断された。
図３の装入分布について、O2の１旋回毎の装入位置と原料推定落下位置を比較すると、O2の鉱石は原料推定落下位置を起点に、炉中心部方向に広範囲に堆積していることが判った。O1の落下位置が炉周辺部側に偏りすぎているために、炉中心部方向への傾斜角が大きくなり、落下後の原料の流れ込みが過大となったものと判断された。
そこで、炉周辺部への鉱石装入量の低減により、傾斜角低減・フラット化を図るべく、アクション（1）として、鉱石装入について以下のような調整を行った。すなわち、それまでの原料装入装置の運転スケジュールに対して、O1での炉壁に最も近い鉱石装入位置を１ノッチ分、O2での炉壁に最も近い鉱石装入位置を２ノッチ分、それぞれ炉中心部側にシフトさせた運転スケジュールで鉱石の装入（コークスの装入は変更なし）を行った。具体的には、それまでの運転スケジュールでは、O1での炉壁に最も近い鉱石装入位置がノッチNo.５によるもの、O2での炉壁に最も近い鉱石装入位置がノッチNo.４によるものであったのに対し、アクション（1）の運転スケジュールでは、O1、O2での炉壁に最も近い鉱石装入位置はそれぞれノッチNo.６によるものとした。
このアクション（1）による原料装入後の炉内装入物面のプロフィールをプロフィール測定装置で測定したところ、O1の鉱石落下位置の炉周辺部側への偏りが改善され、その結果、炉中心部方向への傾斜角が低減されていた。
図５は、このアクション（1）による原料装入後の炉半径方向での［Lo/（Lc+Lo）］を、図４の［Lo/（Lc+Lo）］と比較して示している。また、図６は、アクション（1）による原料装入後の炉半径方向でのガス利用率ηCO（水平ゾンデηCO）を、図３の装入分布における炉半径方向でのガス利用率ηCOと比較して示している。なお、図５及び図６において「ベース」とは、図３及び図４の装入分布での［Lo/（Lc+Lo）］とガス利用率ηCOである。
図５によれば、アクション（1）後の［Lo/（Lc+Lo）］は、図４の［Lo/（Lc+Lo）］と較べて、r/Rt＝０．７〜０．８の領域の［Lo/（Lc+Lo）］が増加し、一方、r/Rt＝０．５前後の領域の［Lo/（Lc+Lo）］が減少している。これらの結果、図６に示すように炉周辺部のガス利用率ηCOが向上している。
図５は、このアクション（1）による原料装入後の炉半径方向での［Lo/（Lc+Lo）］を、図４の［Lo/（Lc+Lo）］と比較して示している。また、図６は、アクション（1）による原料装入後の炉半径方向でのガス利用率ηCO（水平ゾンデηCO）を、図３の装入分布における炉半径方向でのガス利用率ηCOと比較して示している。なお、図５及び図６において「ベース」とは、図３及び図４の装入分布での［Lo/（Lc+Lo）］とガス利用率ηCOである。
図５によれば、アクション（1）後の［Lo/（Lc+Lo）］は、図４の［Lo/（Lc+Lo）］と較べて、r/Rt＝０．７〜０．８の領域の［Lo/（Lc+Lo）］が増加し、一方、r/Rt＝０．５前後の領域の［Lo/（Lc+Lo）］が減少している。これらの結果、図６に示すように炉周辺部のガス利用率ηCOが向上している。
図５に示すアクション（1）後の［Lo/（Lc+Lo）］は、第２領域（炉中間部）中のr/Rt＝０．７〜０．８の領域の［Lo/（Lc+Lo）］をさらに改善（増加）できる余地があると考えられたため、この領域の［Lo/（Lc+Lo）］を図５の矢印に示すように増加させるべく、アクション（2）として、鉱石装入について以下のような調整を行った。すなわち、［Lo/（Lc+Lo）］を増加させたいr/Rt＝０．７〜０．８の領域とO1の鉱石装入位置と原料推定落下位置の関係を考慮し、上記アクション（1）による運転スケジュールに対して、O1においてr/Rt＝０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させた運転スケジュールで鉱石の装入（コークスの装入は変更なし）を行った。具体的には、アクション（1）の運転スケジュールでは、O1においてr/Rt＝０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチNo.１１、１３での旋回シュートの旋回数が１であるのに対し、アクション（2）の運転スケジュールでは、No.１１、１３での旋回シュートの旋回数を２とした。
このアクション（2）による原料装入後の炉内装入物面のプロフィールをプロフィール測定装置で測定したところ、炉中間部の鉱石層の厚さが増加していた。
図７は、このアクション（2）による原料装入後の炉半径方向での［Lo/（Lc+Lo）］を、図５の［Lo/（Lc+Lo）］（アクション（1）後の［Lo/（Lc+Lo）］）と比較して示している。また、図８は、アクション（2）による原料装入後の炉半径方向でのガス利用率ηCO（水平ゾンデηCO）を、図６のガス利用率ηCO（アクション（1）後のガス利用率ηCO）と比較して示している。
図７によれば、アクション（2）後の［Lo/（Lc+Lo）］は、アクション（1）後の［Lo/（Lc+Lo）］と較べて、第２領域（炉中間部）中のr/Rt＝０．７〜０．８の領域の［Lo/（Lc+Lo）］が増加し、図中に点線で示したような目標とする［Lo/（Lc+Lo）］に近づけることができた。これらの結果、図８に示すように、炉中間部のガス利用率ηCOが向上している。
図７は、このアクション（2）による原料装入後の炉半径方向での［Lo/（Lc+Lo）］を、図５の［Lo/（Lc+Lo）］（アクション（1）後の［Lo/（Lc+Lo）］）と比較して示している。また、図８は、アクション（2）による原料装入後の炉半径方向でのガス利用率ηCO（水平ゾンデηCO）を、図６のガス利用率ηCO（アクション（1）後のガス利用率ηCO）と比較して示している。
図７によれば、アクション（2）後の［Lo/（Lc+Lo）］は、アクション（1）後の［Lo/（Lc+Lo）］と較べて、第２領域（炉中間部）中のr/Rt＝０．７〜０．８の領域の［Lo/（Lc+Lo）］が増加し、図中に点線で示したような目標とする［Lo/（Lc+Lo）］に近づけることができた。これらの結果、図８に示すように、炉中間部のガス利用率ηCOが向上している。
実操業において、図３及び図４に示すような原料装入と装入物分布であった操業途中から本発明法を実施し、上記アクション（2）に相当する原料装入と装入物分布で操業を行った。本発明法の実施前後での操業結果を図９に示すが、本発明法を実施することでコークス比を２ｋｇ／ｔ低減することができた。
１ 検出波送受信器
２ アンテナ
３ 検出波反射板
４ 導波管
５ 窓孔
６ ケーシング
７ 収納室
８ 駆動装置
９ 回転駆動軸
１０ 仕切弁
１１ 開閉駆動部
１２ 開口部
１３ 反射面
１４ ガス供給管
１５ データ処理部
２０ 炉体
２１ 旋回シュート
２ アンテナ
３ 検出波反射板
４ 導波管
５ 窓孔
６ ケーシング
７ 収納室
８ 駆動装置
９ 回転駆動軸
１０ 仕切弁
１１ 開閉駆動部
１２ 開口部
１３ 反射面
１４ ガス供給管
１５ データ処理部
２０ 炉体
２１ 旋回シュート
Claims (5)
- 旋回シュートを備えたベルレス装入装置により、高炉内に鉱石（但し、鉱石にコークスの一部及び／又は副原料を混合した混合原料の場合を含む。）とコークスを交互に装入し、鉱石層（但し、前記混合原料による混合原料層の場合を含む。）とコークス層を交互に積層させる原料装入を行うとともに、１チャージでの鉱石とコークスの装入のうち少なくとも一方の装入を１バッチで行うに際し、
操業中、高炉の炉頂部に設置された炉内装入物面のプロフィール測定装置であって、炉内装入物面までの距離を電波式の距離計で測定するとともに、該距離計の検出波放射方向を炉径方向に走査させて得られた炉内装入物面までの距離データに基づき、炉内装入物面のプロフィールを測定するプロフィール測定装置を用いて、少なくとも各バッチでの装入後の炉内装入物面のプロフィールを測定し、該プロフィールに基づき各バッチで装入された鉱石とコークスの装入分布を求め、この装入分布に基づいて、炉内装入層の最上部における鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］（但し、Lo：鉱石層厚さ、Lc：コークス層厚さ）が下記（a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、鉱石の装入における少なくとも１つのバッチでの旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整することを特徴とする高炉における装入物分布制御方法。
（a）第１領域の平均値：０．５未満
（b）第２領域の平均値：０．６以上０．９未満
（c）第３領域の平均値：０．４以上０．８未満
（d）第１領域の平均値＜第３領域の平均値＜第２領域の平均値
但し、炉半径方向における炉中心からの距離をr（ｍ）、炉口部での炉内半径をRt（ｍ）とした場合に、炉半径方向における炉内領域を、炉中心側から順に、r/Rt≦０．２０：第１領域、０．２０＜r/Rt≦０．８０：第２領域、０．８０＜r/Rt：第３領域とする。 - （a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、少なくとも１つのバッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせることを特徴とする請求項１に記載の高炉における装入物分布制御方法。
- １チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチ及び第２バッチでの炉壁に最も近い鉱石装入位置を、少なくとも１ノッチ分炉中心側にシフトさせることを特徴とする請求項２に記載の高炉における装入物分布制御方法。
- （a）〜（d）の条件を満足する装入分布となるように、少なくとも１つのバッチにおいて、r/Rt：０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt：０．７〜０．８の領域での鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高炉における装入物分布制御方法。
- １チャージでの鉱石の装入を２バッチで行う場合、第１バッチにおいて、r/Rt：０．８近傍の領域が鉱石装入位置となるノッチでの旋回シュートの旋回数を増加させることで、r/Rt：０．７〜０．８の領域での鉱石層厚さ比［Lo/（Lc+Lo）］の平均値を増加させることを特徴とする請求項４に記載の高炉における装入物分布制御方法。
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