JP7044999B2 - 高炉の原料装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、ベルレス式高炉における原料装入方法に関する。

高炉内の原料装入層において炉芯部はコークスで構成されており、その粒径や充填層の空隙率は炉下部の通気・通液性に影響を及ぼすと考えられている。炉芯部は炉中心部に装入されたコークスで構成されること、コークスは鉱石の還元反応で生成するＣＯ_２と反応して劣化することから、炉中心部の鉱石／コークス比を低位にすることにより、炉芯部を構成するコークスの反応劣化による強度低下を抑制するような分布制御が指向されている。

一方、非特許文献１には、炉芯部が炉中心部に装入された少量のコークスで構成されることを利用して、ベル式高炉において専用の固定シュートを用いて炉芯用コークスを高炉に装入する技術が開示されている。同文献によれば、高炉に装入するコークスの３％程度（３０トン／チャージのコークスベースに対して１０００ｋｇ／チャージ）の少量の炉芯用コークスを専用のシュートで炉中心部に装入することにより、炉況の安定化を図ることができるとしている。この技術によれば、高強度または大粒径のコークスを炉中心部に少量装入することにより、炉芯部のコークスの粒径や空隙を効率的に制御することができる。また、非特許文献２には、大粒径のコークスを炉中心部に選択的に装入することにより、通気抵抗を低減できることが報告されている。

非特許文献１、２の技術で使用する高強度や大粒径のコークスは、その製造に高価な原料炭が必要となるが、炉中心部に装入する少量のコークスだけを高強度や大粒径のコークスとすることにより、原料コストの増加を抑えつつ、高炉の操業改善を図ることができる。
非特許文献１、２の技術では、炉中心部装入用のコークスを装入コンベアで炉頂に搬送し、炉頂のストレージホッパーに一旦蓄えた後、必要な量が切り出される設備構成となっている。炉頂のストレージホッパーには、数チャージ分のコークスが貯蔵でき、したがって、このストレージホッパーから高強度や大粒径の特定のコークスを装入する場合は、このコークスを数チャージおきに炉頂のストレージホッパーに補充すればよい。
一方、ベルレス式高炉においても、旋回シュートを用いて炉中心部にコークスを装入することができる。非特許文献３には、旋回シュートを垂直に近づけることにより炉中心部にコークスを装入する技術が示されている。

清水、外５名、「コークス中心装入による高炉の軟化融着帯と炉芯充てん構造の制御」、神戸製鋼技報、株式会社神戸製鋼所、１９９１年、Vol.４１、No.４、p.１１－１５ 宮川、外５名、「原燃料性状から見た高生産・低還元材比高炉操業の課題」、材料とプロセス、日本鉄鋼協会、２００８年、Vol.２１、p.１４－１７ 松井、外３名、「当社における高炉操業技術の進歩とコークス中心装入法としての中心流操業思想」、神戸製鋼技報、株式会社神戸製鋼所、２００５年、Vol.５５、No.２、p.９－１７

しかしながら、ベルレス式高炉における旋回シュートを用いた炉中心部へのコークス装入は、高強度コークスや大粒径コークスなどのような特定のコークス（以下、説明の便宜上「特定コークス」という。）の少量装入には適していない。その理由を、高炉へのコークスの搬送・装入形態とともに以下に説明する。
図１は高炉設備でのコークスの搬送・装入形態を模式的に示したものであり、コークス槽１から排出されたコークスは、コークスコンベア２で搬送されてコークスホッパー３に一旦貯留された後、装入コンベア４で高炉の炉頂部に搬送され（コークスの搬送工程）、炉頂ホッパー５に装入される。この際、炉頂ホッパー５は排圧工程を経ているため上部シール弁（図示せず）が開放されており、炉頂ホッパー５内は大気と同じ圧力になっている。その後、炉頂ホッパー５内のコークスは旋回シュート６を通じて炉内に装入されるが、一般に高炉内は圧力が高められており、炉頂のガス圧力はゲージ圧で２００ｋＰａ以上となっている。このような高圧に保持された高炉内にコークスを装入する際には、炉頂ホッパー５内へのコークス装入が完了した後、上部シール弁を閉じ、炉頂ホッパー５内の圧力を窒素や循環炉頂ガスで高炉炉頂と同じ圧力にする、いわゆる均圧工程を経て、炉頂ホッパー５からコークスが炉内に装入される。炉頂ホッパー５から炉内へのコークス装入が終了すると、下部シール弁（図示せず）を閉じ、炉頂ホッパー５内の圧力を大気圧と同じにする排圧工程を経て、次のコークス装入に備える。

高炉への原料装入は、一般にコークスと鉱石を分けて実施され、１チャージでコークス、鉱石の装入が各１回で行われる場合は「ＣＯ」の２バッチ装入、各々を２分割して計４回の装入が行われる場合は「ＣＣＯＯ」の４バッチ装入と呼ばれる（Ｃ：コークス、Ｏ：鉱石）。上述したようなコークスの炉頂への搬送工程と炉内装入のための均圧・排圧工程（装入準備工程）は各バッチで行われるが、複数基（特に３基以上）の炉頂ホッパーが並列的に配置されている場合は、それらの工程を並列で行うことができるので、多バッチ装入に有利である。例えば、「ＣＣＯＯ」の４バッチ装入をベースとして特定コークスなどのような少量原料を炉中心部に装入しようとした場合、この炉中心部装入用の少量原料のバッチを加えた５バッチ装入になる。

しかし、多バッチ装入に有利な並列配置の複数の炉頂ホッパーを備えた高炉であっても、特定コークスなどのような少量原料を装入するために１つの炉頂ホッパーを用いれば、その少量原料の炉頂への搬送工程と炉内装入のための均圧・排圧工程（装入準備工程）が必要となり、これらの工程に要する時間は、主原料である塊コークスや鉱石の搬送工程や装入準備工程に要する時間と変わらない。したがって、高炉操業全体としてみた場合、少量原料のバッチのために搬送工程や装入準備工程が増加し、それらの工程に要する時間と手間が増加することになる。このような搬送工程や装入準備工程の増加は、高炉の生産量が低い条件においては許容される場合もあるが、高い生産性が求められる場合には、生産性に大きな影響を与えるため許容されない。すなわち、高い生産性が求められる高炉操業では、特定コークスなどのような少量原料の炉頂ホッパー単独使用による装入は難しいという問題があった。

したがって本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、ベルレス式高炉において、高炉の生産性や操業安定性を阻害することなく、高強度コークスなどのような少量原料を炉頂ホッパーを通じて適切に炉内装入することができる原料装入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］炉頂部に３基以上のホッパー（A）を備えたベルレス式高炉において、３基以上のホッパー（A）のうち１基のホッパー（A_x）を除くホッパー（A）のそれぞれから塊コークスまたは鉱石を決められた順番に炉内に装入する原料装入方法であって、
ホッパー（A_x）に、下記（i）、（ii）の中から選ばれる１種以上の原料（x）を複数チャージ分保持させておき、
（i）他のホッパー（A）に保持される塊コークスとは性状が異なる塊コークス
（ii）塊コークス以外の炭素含有原料
原料（x）の装入が必要な各チャージ毎に、他のホッパー（A）からの塊コークスまたは鉱石の装入に合わせて、ホッパー（A_x）に保持された原料（x）のなかから１チャージ分の原料（x）を装入することを特徴とする高炉の原料装入方法。

［2］上記［1］の原料装入方法において、ホッパー（A_x）に保持された原料（x）が、他のホッパー（A）に保持される塊コークスよりも強度または／および粒径が大きい塊コークスであり、他のホッパー（A）からの塊コークスの装入後または／および装入前のタイミングで、ホッパー（A_x）から炉中心部に原料（x）を装入することを特徴とする高炉の原料装入方法。
［3］上記［1］の原料装入方法において、ホッパー（A_x）に保持された原料（x）が、他のホッパー（A）に保持される塊コークスよりも強度または／および粒径が大きい塊コークスであり、他のホッパー（A）からの塊コークスの装入後または／および装入前のタイミングで、ホッパー（A_x）から炉周辺部に原料（x）を装入することを特徴とする高炉の原料装入方法。
［4］上記［1］の原料装入方法において、ホッパー（A_x）に保持された原料（x）が、他のホッパー（A）に保持される塊コークスよりも粒径が小さい小塊コークスであり、他のホッパー（A）からの鉱石の装入中に、任意のタイミングでホッパー（A_x）から原料（x）を炉内に装入することを特徴とする高炉の原料装入方法。

［5］上記［1］の原料装入方法において、ホッパー（A_x）に保持された原料（x）が、塊コークス以外の炭素含有原料であり、他のホッパー（A）からの鉱石の装入中に、任意のタイミングでホッパー（A_x）から原料（x）を炉内に装入することを特徴とする高炉の原料装入方法。
［6］上記［5］の原料装入方法において、塊コークス以外の炭素含有原料が、フェロコークス、含炭塊成鉱、成形コークスの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする高炉の原料装入方法。
［7］上記［1］～［6］のいずれかの原料装入方法において、ホッパー（A_x）内での原料（x）の保持量を、ホッパー容量の４５％以下とすることを特徴とする高炉の原料装入方法。

本発明によれば、ベルレス式高炉において高強度コークスなどの少量原料を装入する際に、少量原料の炉頂への搬送工程と炉内装入のための均圧・排圧工程（装入準備工程）の実施頻度を少なくすることができるため、高炉の生産性や操業安定性を阻害することなく、少量原料を炉頂ホッパーを通じて適切に炉内装入することができる。

高炉設備でのコークスの搬送・装入形態を模式的に示す説明図 本発明において原料xを保持するホッパーA_x（炉頂ホッパー）の断面形状例を示す説明図 実施例における比較例１の装入物堆積形状を示す説明図 実施例における比較例２、発明例１の装入物堆積形状を示す説明図 実施例における比較例１、２と発明例１について、４基の炉頂ホッパーA１～A4の運用（図示した４基の炉頂ホッパーA１～A4による炉内装入の順番と装入物）を示す説明図 実施例における発明例２について、装入物堆積形状と、コークス１の装入において高ＤＩ塊コークスと普通コークスの装入に使用した炉頂ホッパーを示す説明図 実施例における発明例３の装入物堆積形状を示す説明図 ２つの炉頂ホッパーからそれぞれ鉱石と小塊コークスが装入されている状況（図８（ア））と、鉱石の炉内装入に対する小塊コークスの炉内装入のタイミング（図８（イ））を示す説明図 実施例における比較例３、４と発明例３について、４基の炉頂ホッパーA１～A4の運用（図示した４基の炉頂ホッパーA１～A4による炉内装入の順番と装入物）を示す説明図

本発明は、炉頂部に３基以上のホッパーA（炉頂ホッパー）を備えたベルレス式高炉において、３基以上のホッパーAのうち１基のホッパーA_xを除くホッパーAのそれぞれから塊コークスまたは鉱石を決められた順番に炉内に装入する原料装入方法であって、ホッパーA_xに、特定の少量原料である原料xを複数チャージ分保持させておき、原料xの装入が必要な各チャージ毎に、他のホッパーAからの塊コークスまたは鉱石の装入に合わせて、ホッパーA_xに保持された原料xのなかから１チャージ分の原料xを炉内装入するものである。ここで、特定の少量原料である原料xは、下記（i）、（ii）の中から選ばれる１種以上からなるものである。
（i）他のホッパーAに保持される塊コークスとは性状が異なる塊コークス
（ii）塊コークス以外の炭素含有原料
このような本発明では、少量原料である原料xを高炉に装入する際に、原料xの炉頂への搬送工程と炉内装入のための均圧・排圧工程（装入準備工程）の実施頻度を少なくすることができるため、高炉の生産性や操業安定性を阻害することなく、少量原料である原料xを炉頂ホッパーを通じて適切に炉内装入することができる。

本発明において、ホッパーA_xを除くホッパーAのそれぞれから決められた順番に炉内に装入される塊コークスおよび鉱石とは、通常の高炉操業において主たる炭材および鉄源として用いられる普通コークスおよび鉱石類のことである。
高炉で使用される普通コークスは、高炉によっても異なるが、一定以上の粒径（例えば、篩目３０～４０ｍｍ程度の篩上となる粒径）を有する。
また、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。また、鉱石には、主にスラグの成分調整を目的とした副原料（例えば、石灰石、珪石、蛇紋岩など）が混合される場合があるが、本発明はこのような場合を含む。

本発明が適用される高炉が炉頂部に備える３基以上のホッパーA（炉頂ホッパー）は、通常、並列に配置された同サイズ（容量）のホッパーであるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
本発明においてホッパーA_xに保持される「他のホッパーAに保持される塊コークスとは性状が異なる塊コークス」（以下、説明の便宜上「特定コークス」という場合がある。）としては、例えば、ホッパーAに保持される塊コークス（以下、説明の便宜上「普通コークス」という場合がある。）よりも強度または／および粒径が大きい塊コークス（すなわち、普通コークスよりも強度が大きい塊コークス、普通コークスよりも粒径が大きい塊コークス、普通コークスよりも強度および粒径が大きい塊コークス）、ホッパーAに保持される塊コークスよりも粒径が小さい小塊コークスなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

ホッパーAに保持される塊コークスよりも強度が大きい塊コークスは、原料炭を選択することにより製造することができる。この塊コークスの強度は、ホッパーAに保持される塊コークスに対して、ドラム強度ＤＩ_{１５０／１５}（ＪＩＳ Ｋ２１５１：２００４に規定されるドラム強度であって、コークスをドラム内で１５０回転した後における、全コークス量に対する篩上１５ｍｍ以上のコークスの割合を百分率で表したもの。）が１ポイント以上高いことが望ましい。
ホッパーAに保持される塊コークスよりも粒径が大きい塊コークスとしては、例えば、コークス炉で製造されたコークスを所定の篩目で篩分けして、その篩上を高炉で使用する際に、ホッパーAに保持される塊コークス用の篩よりも目開きの大きい篩を使用することにより得ることができる。この大粒径の塊コークスの粒径は、ホッパーAに保持される塊コークスに対して、平均粒径（調和平均粒径）で５ｍｍ以上大きいことが望ましい。

小塊コークスとしては、例えば、ホッパーAに保持される塊コークス（普通コークス）を得る際の篩分け（篩上を普通コークスとする篩分け）で篩下となるコークスについて、その細粒分（例えば、粒径５ｍｍ以下の細粒）を除去したコークスの少なくとも一部を用いることができる。
また、「塊コークス以外の炭素含有原料」としては、フェロコークス、含炭塊成鉱、成形コークスなどが挙げられ、これらの１種以上を用いることができる。
ここで、フェロコークスとは、炭素含有物質（石炭粉など）と鉄含有物質（鉄鉱石粉など）の混合物を成型し、その成型物を乾留して得られるものであり、コークス中に金属鉄が含まれる高炉用原料である。
また、含炭塊成鉱とは、鉄含有物質（鉄鉱石粉、含鉄ダストなど）、炭素含有物質（石炭粉、コークス粉、含炭ダストなど）、水硬性バインダーおよび水を混練し、この混練物を造粒または成型することで非焼成ペレットまたは非焼成ブリケットとした高炉用原料である。
また、成形コークスとは、石炭粉にバインダー（タール、ピッチ、石油アスファルト、廃プラスチック粉など）を加えた混合物を成形し、この成形炭を乾留して得られる高炉用原料である。

本発明の好ましい実施形態には、例えば、以下のようなものがある。
（1） ホッパーA_xに保持された原料xが、他のホッパーAに保持される塊コークスよりも強度または／および粒径が大きい塊コークスであり、他のホッパーAからの塊コークスの装入後または／および装入前のタイミングで、ホッパーA_xから炉中心部に原料xを装入する。この実施形態では、普通コークスよりも強度または／および粒径が大きい塊コークス（原料x）が炉中心部に装入されることにより、炉芯部の通気性が確保される。
（2） ホッパーA_xに保持された原料xが、他のホッパーAに保持される塊コークスよりも強度または／および粒径が大きい塊コークスであり、他のホッパーAからの塊コークスの装入後または／および装入前のタイミングで、ホッパーA_xから炉周辺部に原料xを装入する。この実施形態では、普通コークスよりも強度または／および粒径が大きい塊コークス（原料x）が炉周辺部に装入されることにより、炉周辺部の通気性が確保される。

（3） ホッパーA_xに保持された原料xが、他のホッパーAに保持される塊コークスよりも粒径が小さい小塊コークスであり、他のホッパーAからの鉱石の装入中に、任意のタイミングでホッパーA_xから原料xを炉内に装入する。この実施形態で小塊コークスを装入する目的は、鉱石層中に分散した小塊コークスで鉱石の還元を促進することにある。装入された小塊コークスが炉中心部に流入すると通気性が悪化するおそれがあるが、本実施形態によれば、小塊コークスを炉中心部に流入しないような装入状態に制御することができる。
（4） ホッパーA_xに保持された原料xが、塊コークス以外の炭素含有原料であり、他のホッパーAからの鉱石の装入中に、任意のタイミングでホッパーA_xから原料xを炉内に装入する。この実施形態で炭素含有原料を装入する目的は、鉱石層中に分散した炭素含有原料で鉱石の還元を促進することにある。装入された炭素含有原料が炉中心部に流入すると通気性が悪化するおそれがあるが、本実施形態によれば、炭素含有原料を炉中心部に流入しないような装入状態に制御することができる。

ここで、上記（1）、（2）の実施形態について具体的に説明する。
ホッパーA_x（炉頂ホッパー）に複数チャージ分の特定コークス（原料x）を装入する場合、排圧工程を経て上部シール弁を開けた状態のホッパーA_xに対して、搬送されてきた複数チャージ分の特定コークスをまとめて装入し、その後、上部シール弁を閉じた状態でホッパーA_x内の圧力を高炉内と同じにする（均圧工程）。ホッパーA_x内の特定コークスを炉中心部に装入する際は、旋回シュートを鉛直に近い状態にして流量調整ゲートを開放する。旋回シュートで所定量の特定コークスを装入した後は、ホッパーA_x内に特定コークスを残した状態で流量調整ゲートを閉じる。この際、特定コークスの流れは遮断されるが、ガスの遮断まではなされないため、ホッパーA_x内は高炉と同じ圧力に保たれる。次に特定コークスを装入するタイミングがきたら、上記のような工程を繰り返すことで特定コークスの炉内装入を行う。ホッパーA_x内の特定コークスが無くなるか、或いは所定量以下になった場合には、新たに複数チャージ分の特定コークスを炉頂部に搬送し、ホッパーA_x内に装入する。

以上のように、ホッパーA_xに複数チャージ分の特定コークスを保持させ、均圧工程を経た後は、ホッパーA_x内の圧力は高炉内と同じに保たれ、流量調整ゲートを開閉するだけで複数チャージにわたって特定コークスが分割して炉内装入されるので、各チャージ毎に特定コークスを炉頂に搬送する工程や均圧・排圧を行う工程は必要なく、このため特定コークスの搬送や装入準備工程にかかる時間を短縮化することができる。
ここで、特定コークスを炉中心部に装入する場合、旋回シュートを炉周辺から炉中心方向に傾動させながらコークスの装入を行う場合には、普通コークスの装入後に特定コークスの装入を行い、一方、旋回シュートを炉中心から炉周辺方向に傾動させながらコークスの装入を行う場合には、普通コークスの装入前に特定コークスの装入を行う。

また、特定コークスを炉周辺部に装入する場合、旋回シュートを炉周辺から炉中心方向に傾動させながらコークスの装入を行う場合には、普通コークスの装入前に特定コークスの装入を行い、一方、旋回シュートを炉中心から炉周辺方向に傾動させながらコークスの装入を行う場合には、普通コークスの装入後に特定コークスの装入を行う。
なお、特定コークスの装入を通常コークスの装入前または／および装入後に行う際には、通常コークスの装入と特定コークスの装入との間で一旦旋回シュートの作動を停止してもよし、旋回シュートの作動を継続しながら通常コークスの装入と特定コークスの装入を行ってもよい。

また、上記（3）、（4）の実施形態についても、小塊コークスや炭素含有原料（原料x）を装入する際の手順などは、上記（1）、（2）の実施形態と同様である。したがって、これらの実施形態でも、ホッパーA_xに複数チャージ分の特定コークスを保持させ、均圧工程を経た後は、ホッパーA_x内の圧力は高炉内と同じに保たれ、流量調整ゲートを開閉するだけで複数チャージにわたって原料xが分割して炉内装入されるので、各チャージ毎に原料xを炉頂に搬送する工程や均圧・排圧を行う工程は必要なく、このため原料xの搬送や装入準備工程にかかる時間を短縮化することができる。

また、上記（3）、（4）の実施形態では、鉱石の装入中に任意のタイミングで小塊コークスや炭素含有原料などの原料xを炉内に装入すればよいが、原料xが炉中心部に流入すると炉芯部の通気性が阻害されるおそれがあるので、これを防止できるような装入状態に制御することが好ましい。具体的には、旋回シュートを炉周辺から炉中心方向に傾動させながら鉱石の装入を行う場合には、旋回シュートの全旋回（例えば全旋回数１０～２０）のうち、最終の旋回を含む後段の複数の旋回（例えば全旋回数の１／２～１／４程度）時には原料xの装入を行わず、それ以外の旋回時に鉱石とともに原料xの装入を行うことが好ましい。また、旋回シュートを炉中心から炉周辺方向に傾動させながら鉱石の装入を行う場合には、旋回シュートの全旋回（例えば全旋回数１０～２０）のうち、最初の旋回を含む前段の複数の旋回（例えば全旋回数の１／２～１／４程度）時には原料xの装入を行わず、それ以外の旋回時に鉱石とともに原料xの装入を行うことが好ましい。

また、ホッパーA_x内に粒度分布を持つ原料xを保持させる場合、ホッパーA_x内に原料xを投入すると、この原料xが原料堆積面を移動する際に粒度偏析が生じ、ホッパーA_x内の原料粒度が均一にならないために、ホッパーA_xから排出時の初期と後期で原料xの粒径が異なる場合がある。このため、ホッパーA_xから排出される原料xの粒径がチャージ毎に変動するおそれがあり、このように各チャージで炉内装入される原料の粒径に変動があると、炉内のガス流れが不安定になるおそれがある。これを抑制するためには、ホッパー容量一杯に原料xを保持させるのではなく、原料xの上面がホッパーA_xの下部コーン部（すなわち半径の小さいホッパー部分）またはその近くに位置する程度の保持量とすることが好ましく、これにより、ホッパーA_x内への原料xの投入時に原料xが原料堆積面を移動する際の移動距離が小さくなるので、粒度偏析が生じにくくなる。
図２（ａ）、（ｂ）にホッパーA_xの断面形状例を示すが、このように縦横比の異なるホッパー形状であっても、概ね有効容積の４５％を上限にして原料xを保持させれば、主に半径の小さい下部コーン部またはその近くに原料xの上面を位置させることができる。このため、ホッパーA_x内での原料xの保持量は、ホッパー容量の４５％以下とすることが好ましい。

［実施例１］
容積８０ｍ^３の同サイズ（容量）の炉頂ホッパーを４基有する高炉において、特定コークスを装入しない比較例１の操業と、特定コークスとして高強度コークスを炉中心部へ装入する比較例２および発明例１の操業を行った。
特定コークスとしては、通常の塊コークス（普通コークス）よりもドラム強度ＤＩ_{１５０／１５}が１．５ポイント高い塊コークス（以下、「高ＤＩ塊コークス」という）を用いた。
比較例１、２と発明例１について、１チャージ当たり原料装入に要した時間およびそれから計算される最大出銑比などを表１に示す。また、比較例１の装入物堆積形状を図３に、比較例２、発明例１の装入物堆積形状を図４に、それぞれ示す。ここで、図３（ａ）は装入物堆積形状全体を、図３（ｂ）はコークス２について旋回シュートの旋回毎の堆積形状を、それぞれ示している。

比較例１では、図３（ａ）に示すように１チャージをコークス１，２、鉱石１，２（ＣＣＯＯ）の４バッチ装入とし、炉中心部に装入されるコークスは、旋回シュートの全７旋回によるコークス２の装入において、主に図３（ｂ）にドット部として示すような炉中心部に装入する６旋回目と７旋回目の装入で構成されるようにした。これはコークス全体の７．５％に相当する量となる（コークス１とコークス２の比率は０．７７：０．２３であり、コークス２の全７旋回中の２旋回分が中心に装入されるので、２÷７×０．２３＝０．０７５、すなわち７．５％となる）。
比較例２では、図４に示すように、比較例１の６旋回目と７旋回目に相当する装入を別バッチ（コークス３）とする５バッチ装入とし、コークス３には高ＤＩ塊コークスを装入し（炉中心部に高ＤＩ塊コークスを装入）、出銑比１．９の操業を行った。

発明例１では、１回につき１０チャージ分の高ＤＩ塊コークスを炉頂に搬送し、これを１つの炉頂ホッパーに保持させた。高ＤＩ塊コークスの１チャージの使用量はコークス全体の７．５％とし、図４に示すコークス２，３の装入において、コークス２については、通常コークスを保持した炉頂ホッパーから通常コークスを装入し、コークス３については、他の炉頂ホッパーから高ＤＩ塊コークスを装入し（炉中心部に高ＤＩ塊コークスを装入）、出銑比２．２の操業を行った。
この発明例１では、旋回シュートを炉周辺から炉中心方向に傾動させながらコークスの装入を行ったが、一連のコークス装入を途切れさせることなく、高ＤＩ塊コークスの装入を他の炉頂ホッパーからの普通コークスの装入後に行った。
ここで、表１に示した発明例１の１チャージ当たりの所要装入時間は、１０チャージ毎に炉頂に搬送される高ＤＩ塊コークスを含めた平均値である。また、１０チャージ分の高ＤＩ塊コークスの体積は３４ｍ^３であり、炉頂バンカー容量の４３％であった。

また、図５に、比較例１、２と発明例１について、４基の炉頂ホッパーA１～A4の運用（図示した４基の炉頂ホッパーA１～A4による炉内装入の順番と装入物）を示す。なお、発明例１では、実際は高ＤＩ塊コークスを保持する炉頂ホッパーを固定化せず、１０チャージ毎に適時使用する炉頂ホッパーを変更して上記の操業を行った。
表１によれば、比較例１に対して比較例２と発明例１では下部通気抵抗が低下しており、これは炉中心部への高強度コークス（高ＤＩ塊コークス）装入による炉芯空隙率増加の結果と推定される。しかしながら、高ＤＩ塊コークスの炉頂への搬送と炉頂ホッパーへの装入を１チャージ毎に行う比較例２では、比較例１に対して１チャージの装入に要する時間が大幅に増加し、高生産性を指向する操業には適用できない。これに対して、高ＤＩ塊コークスの炉頂への搬送と炉頂ホッパーへの装入を１０チャージ毎（１０チャージに１回の割合）に行う発明例１では、比較例２に較べて１チャージの装入に要する時間が大幅に短縮されており、高生産性を指向する操業にも適用可能であることが分かる。

発明例１は炉中心部に高ＤＩ塊コークスを装入したのに対して、発明例２として、炉周辺部に高ＤＩ塊コークスを装入する操業を行った。
この発明例２では、旋回シュートを炉周辺から炉中心方向に傾動させながらコークスの装入を行い、その際に、高ＤＩ塊コークスの装入を通常コークスの装入に先立って行い、図６に示すような装入物堆積形状を得た。ここで、図６（ａ）は装入物堆積形状全体を、図６（ｂ）は図６（ａ）に示すコークス１について、旋回シュートの旋回毎の堆積形状を、それぞれ示している。また、図６の上段には、コークス１の装入において高ＤＩ塊コークスと普通コークスの装入に使用した炉頂ホッパー（図５の炉頂ホッパー番号）を旋回シュートの旋回毎に示している。なお、その他は、発明例１と同様の条件とした。
この発明例２では、コークス１の装入において、旋回シュートの１旋回目、２旋回目で１つの炉頂ホッパーから高ＤＩ塊コークスの装入がなされ、３旋回目以降は他の炉頂ホッパーから普通コークスの装入がなされている。その結果、コークス１のうち、図６（ｂ）にドット部として示す部分（周辺部）に高ＤＩ塊コークスが装入されている。

［実施例２］
容積８８ｍ^３の同サイズ（容量）の炉頂バンカーを４基有する高炉において、特定コークスとして小塊コークスを装入する比較例３、４および発明例３の操業を行った。
比較例３、４と発明例３について、１チャージ当たり原料装入に要した時間およびそれから計算される最大出銑比などを表２に示す。また、発明例３の装入物堆積形状を図７に示す。ここで、図７（ａ）は装入物堆積形状全体を、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す鉱石１について、旋回シュートの旋回毎の堆積形状を、それぞれ示している。
比較例３（ベースの操業）は、１チャージがコークス１，２、鉱石１，２（ＣＣＯＯ）の４バッチ装入であり、装入コンベア上で鉱石の上に小塊コークスを堆積させることで、鉱石の中に小塊コークスを含ませて、鉱石１，２の装入を行った。

しかし、比較例３では炉中心部への小塊コークス流入が避けられないために、これを回避するため、比較例４と発明例３では、鉱石の炉内装入時間の０～６７％の範囲で小塊コークスを別の炉頂ホッパーから装入する操業を行った。ベルレス式高炉においては、炉頂ホッパーから排出された装入物は鉛直方向に対する角度を変えながら旋回シュートを介して高炉内に装入される。図７（ｂ）にドット部で示すように、旋回シュートの全１２旋回による鉱石１の装入において、鉱石を炉中心部に堆積させる９～１２旋回目以外の旋回において小塊コークスを炉頂ホッパーから旋回シュートに投入すれば、炉中心部への小塊コークス流入は回避できる（最初の８旋回／全旋回数１２≒０．６７、すなわち鉱石の炉内装入時間の０～６７％の範囲で小塊コークスを炉内に投入）。この概略を図８に示す。図８（ア）は、２つの炉頂ホッパーからそれぞれ鉱石と小塊コークスが装入されている状況を示している。また、図８（イ）は、鉱石の炉内装入に対する小塊コークスの炉内装入のタイミングを示しており、１バッチにおいて鉱石を装入する旋回シュートの１旋回目～１２旋回目に対して、１旋回目～８旋回目に小塊コークスが装入されたことを示している。

比較例４は、高炉減産時（出銑比１．６）に実施した操業であり、１チャージがコークス１，２、鉱石１，２（ＣＣＯＯ）の４バッチ装入であるが、小塊コークスを２つの炉頂ホッパーに保持し、その炉頂ホッパーに保持した小塊コークスを図８に示す装入形態で装入した。この比較例４は、小塊コークスの炉頂への搬送と炉頂ホッパーへの装入を１チャージ毎に行うため、搬送工程、均圧・排圧工程は実質６バッチの操業である。
発明例３では、１回につき１０チャージ分の小塊コークスを炉頂に搬送し、これを１つの炉頂ホッパーに保持させた。この炉頂ホッパーに保持した小塊コークスを図８に示す装入形態で装入し、出銑比２．２の操業を行った。
発明例３、比較例３，４ともに、小塊コークスは溶銑１トンあたり２０ｋｇ使用し、１チャージの使用量は２.３トンとした。
ここで、表２に示した発明例３の１チャージ当たりの所要装入時間は、１０チャージ毎に炉頂に搬送される小塊コークスを含めた平均値である。また、１０チャージ分の小塊コークスの体積は３８.３ｍ^３であり、炉頂バンカー容量の４３.５％であった。

また、図９に、比較例３、４と発明例３について、４基の炉頂ホッパーA１～A4の運用（図示した４基の炉頂ホッパーA１～A4による炉内装入の順番と装入物）を示す。なお、発明例３では、実際は小塊コークスを保持する炉頂ホッパーを固定化せず、１０チャージ毎に適時使用する炉頂ホッパーを変更して上記の操業を行った。
表２によれば、比較例３に対して比較例４と発明例３では下部通気抵抗が低下しており、これは炉中心部への小塊コークス流入回避の結果と推定される。しかしながら、小塊コークスの炉頂への搬送と炉頂ホッパーへの装入を１チャージ毎に行う比較例４では、比較例１に対して１チャージの装入に要する時間が大幅に増加し、高生産性を指向する操業には適用できない。これに対して、小塊コークスの炉頂への搬送と炉頂ホッパーへの装入を１０チャージ毎（１０チャージに１回の割合）に行う発明例３では、比較例４に較べて１チャージの装入に要する時間が大幅に短縮されており、高生産性を指向する操業にも適用可能であることが分かる。

１ コークス槽
２ コークスコンベア
３ コークスホッパー
４ 装入コンベア
５ 炉頂ホッパー
６ 旋回シュート

Claims (7)

1. 炉頂部に３基以上のホッパー（A）を備えたベルレス式高炉において、３基以上のホッパー（A）のうち１基のホッパー（A_x）を除くホッパー（A）のそれぞれから塊コークスまたは鉱石を決められた順番に炉内に装入する原料装入方法であって、
   ホッパー（A_x）に、下記（i）、（ii）の中から選ばれる１種以上の原料（x）を複数チャージ分保持させておき、
   （i）他のホッパー（A）に保持される塊コークスとは性状が異なる塊コークス
   （ii）塊コークス以外の炭素含有原料
   原料（x）の装入が必要な各チャージ毎に、他のホッパー（A）からの塊コークスまたは鉱石の装入に合わせて、ホッパー（A_x）に保持された原料（x）のなかから１チャージ分の原料（x）を装入することを特徴とする高炉の原料装入方法。
2. ホッパー（A_x）に保持された原料（x）が、他のホッパー（A）に保持される塊コークスよりも強度または／および粒径が大きい塊コークスであり、他のホッパー（A）からの塊コークスの装入後または／および装入前のタイミングで、ホッパー（A_x）から炉中心部に原料（x）を装入することを特徴とする請求項１に記載の高炉の原料装入方法。
3. ホッパー（A_x）に保持された原料（x）が、他のホッパー（A）に保持される塊コークスよりも強度または／および粒径が大きい塊コークスであり、他のホッパー（A）からの塊コークスの装入後または／および装入前のタイミングで、ホッパー（A_x）から炉周辺部に原料（x）を装入することを特徴とする請求項１に記載の高炉の原料装入方法。
4. ホッパー（A_x）に保持された原料（x）が、他のホッパー（A）に保持される塊コークスよりも粒径が小さい小塊コークスであり、他のホッパー（A）からの鉱石の装入中に、任意のタイミングでホッパー（A_x）から原料（x）を炉内に装入することを特徴とする請求項１に記載の高炉の原料装入方法。
5. ホッパー（A_x）に保持された原料（x）が、塊コークス以外の炭素含有原料であり、他のホッパー（A）からの鉱石の装入中に、任意のタイミングでホッパー（A_x）から原料（x）を炉内に装入することを特徴とする請求項１に記載の高炉の原料装入方法。
6. 塊コークス以外の炭素含有原料が、フェロコークス、含炭塊成鉱、成形コークスの中から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項５に記載の高炉の原料装入方法。
7. ホッパー（A_x）内での原料（x）の保持量を、ホッパー容量の４５％以下とすることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の高炉の原料装入方法。

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