JP7122869B2 - 炉頂装置 - Google Patents

Description

本開示は、炉頂装置に関する。

特許文献１には、竪型炉の炉頂に配置されて竪型炉へ装入される原料を一時的に貯留する炉頂装置が開示されている。この炉頂装置は、炉頂装置に投入される原料の落下方向を変更させる傾動自在な偏析制御板を内部に有する。また、炉頂装置の軸芯は、竪型炉の炉芯に対して偏芯している。

特開２０１２－７２４７１号公報

特許文献１の炉頂装置を用いると、炉芯に近い側に相対的に細粒（粉状）の原料が堆積し、炉芯から遠い側に相対的に大粒（塊状）の原料が堆積する。このように炉頂装置内で原料の粒の大きさ（粉塊）の偏りがあると、炉頂装置から竪型炉へ原料を装入する際に、竪型炉内の原料の堆積厚さや堆積形状などを制御することが難しい。

本開示は、貯留する原料の粒の大きさの偏りを抑えることが可能な炉頂装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る炉頂装置は、炉内に装入する前の原料を貯留するホッパと、ホッパに投入される原料の自由落下経路の途中に設けられ、ホッパ内の原料の落下位置を自由落下経路からずらす複数の上段傾斜部と、下段傾斜部と、を備え、複数の上段傾斜部は、各々異なる方向に傾斜しつつ、複数の上段傾斜部における原料を受ける位置において各々水平方向に離隔して配置され、ホッパに投入される原料の一部が複数の上段傾斜部の隙間を通って落下するように配置され、下段傾斜部は、複数の上段傾斜部の隙間の下方に設けられ、複数の上段傾斜部の各傾斜方向とは異なる方向に傾斜する。

また、ホッパは、炉芯に対して偏芯して設けられ、複数の上段傾斜部は、炉芯に近づく方向に進むにしたがって下方へ傾斜する第１上段傾斜部と、炉芯から遠ざかる方向に進むにしたがって下方へ傾斜する第２上段傾斜部と、を備えてもよい。

また、上段傾斜部をホッパに支持する支持部を備え、支持部は、ホッパの軸方向の回転軸の周りに上段傾斜部を回転可能な回転部を備えてもよい。

本開示によれば、貯留する原料の粒の大きさの偏りを抑えることが可能となる。

本実施形態による炉頂装置を含む竪型炉システムの概略を説明する説明図である。 竪型炉システム１を上方から見た平面図である。 コンベアの断面図である。 コンベアの上流側を説明する説明図である。 図４の矢印Ｖ方向からみた側面図である。 炉頂装置およびその近傍の拡大図である。 ホッパ内を上方から見たときの平面図である。 偏析防止装置の拡大図である。 第１上段傾斜部が連結されるアームおよびその近傍の拡大図である。 比較例の炉頂装置におけるホッパ内の原料の堆積例を示す平面図である。 本実施形態の炉頂装置におけるホッパ内の原料の堆積例を示す平面図である。 竪型炉内への原料の装入を説明する説明図である。 第１変形例による炉頂装置の構成を示す平面図である。 第２変形例による炉頂装置の構成を示す平面図である。 第３変形例による炉頂装置の偏析防止装置の部分拡大図である。 第４変形例による炉頂装置の偏析防止装置の部分拡大図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態による炉頂装置を含む竪型炉システム１の概略を説明する説明図である。図１では、原料の装入方向を二点鎖線の矢印で示している。図２は、竪型炉システム１を上方から見た平面図である。

竪型炉システム１は、竪型炉１０、櫓１１、装入シュート１２、切替シュート１３、コンベアヘッドプーリ１４、コンベア１５、炉頂装置２０、を含んで構成される。炉頂装置２０は、ホッパ２１および偏析防止装置２２を含んで構成される。

竪型炉１０は、例えば、鉄鉱石およびコークスなどの原料Ｍから鉄を生成する高炉である。なお、竪型炉１０は、高炉に限らない。竪型炉１０は、概ね円筒状に形成されている。竪型炉１０の周囲には、櫓１１が設置されている。竪型炉１０は、櫓１１によって支持されている。

竪型炉１０の上方には、３個のホッパ２１が配置されている。ホッパ２１は、概ね円筒状に形成されている。各ホッパ２１は、竪型炉１０の炉芯に対して偏芯して配置される。各ホッパ２１は、竪型炉１０の周方向に１２０度間隔で並べられる。

各ホッパ２１の下部は、集合されており、装入シュート１２に接続されている。装入シュート１２は、竪型炉１０内における上部に配置されている。装入シュート１２は、炉芯から炉壁側に進むにしたがって下方へ傾斜する。装入シュート１２は、炉芯に沿った回転軸の周りに回転可能となっている。また、装入シュート１２は、ホッパ２１に接続される炉芯側を支点として傾動可能となっている。

ホッパ２１の上方には、切替シュート１３が配置される。切替シュート１３は、概ね炉芯の延長線上に配置される。切替シュート１３は、曲がった筒状に形成されている。切替シュート１３は、炉芯の延長線に沿った回転軸の周りに回転可能となっている。切替シュート１３の上方には、コンベアヘッドプーリ１４が配置されている。コンベアヘッドプーリ１４には、コンベア１５が連結されている。コンベア１５は、櫓１１の外に延びている。

コンベア１５は、竪型炉１０へ装入する原料Ｍをコンベアヘッドプーリ１４へ運搬する。コンベアヘッドプーリ１４は、原料Ｍを切替シュート１３へ投入する。切替シュート１３は、投入された原料Ｍを、３個のホッパ２１のうちのいずれかのホッパ２１に振り分ける。ホッパ２１は、切替シュート１３を介して投入された原料Ｍを一時的に貯留する。ホッパ２１は、貯留している原料Ｍを所定のタイミングで装入シュート１２へ送出する。装入シュート１２は、ホッパ２１から送出された原料Ｍを、回転および傾動しつつ竪型炉１０内に装入する。竪型炉１０は、装入シュート１２を介してホッパ２１から装入された原料Ｍを加熱して鉄を生成する。

ホッパ２１内には、偏析防止装置２２が設けられている。偏析防止装置２２は、ホッパ２１の上部付近に設けられる。偏析防止装置２２は、切替シュート１３を介して投入される原料Ｍが自由落下する経路（以下、自由落下経路という）の途中に設けられる。偏析防止装置２２は、偏析防止装置２２以降の原料の落下経路を制御する。偏析防止装置２２については、後に詳述する。

図３は、コンベア１５の断面図である。コンベア１５は、中央ローラ１５Ａ、左ローラ１５Ｂ、右ローラ１５Ｃおよびベルト１５Ｄを含んで構成される。中央ローラ１５Ａは、コンベア１５の中央に配置される。左ローラ１５Ｂは、中央ローラ１５Ａに対して図３の左側に配置される。左ローラ１５Ｂは、中央ローラ１５Ａとは反対側端が中央ローラよりも高くなるように傾斜して配置される。右ローラ１５Ｃは、中央ローラ１５Ａに対して図３の右側に配置される。右ローラ１５Ｃは、中央ローラ１５Ａとは反対側端が中央ローラ１５Ａよりも高くなるように傾斜して配置される。

ベルト１５Ｄは、中央ローラ１５Ａ、左ローラ１５Ｂおよび右ローラ１５Ｃの上方に配置される。中央ローラ１５Ａ、左ローラ１５Ｂおよび右ローラ１５Ｃは、回転することでベルトを移動させる。ベルト１５Ｄ上には、運搬する原料Ｍが積載される。

図４は、コンベア１５の上流側を説明する説明図である。図５は、図４の矢印Ｖ方向からみた側面図である。図４および図５では、原料Ｍの移動方向を二点鎖線の矢印で示す。図４および図５で示すように、コンベア１５における原料Ｍの流れの上流側には、原料槽１６ａ、ゲート１６ｂ、スクリーン１６ｃ、計量ホッパ１６ｄ、ゲート１６ｅ、フィーダ１６ｆが設けられる。

原料Ｍを貯留する原料槽１６ａの下部には、原料槽１６ａを開閉するゲート１６ｂが設けられている。ゲート１６ｂの下方には、ゲート１６ｂ付近から計量ホッパ１６ｄに延びるスクリーン１６ｃが設けられている。ゲート１６ｂが開くと、原料槽１６ａからスクリーン１６ｃに原料Ｍが送出される。スクリーン１６ｃは、原料槽１６ａから供給された原料Ｍから粉状の原料Ｍを分離除去し、粉状の原料Ｍが除去された残りの原料Ｍを計量ホッパ１６ｄに供給する。

計量ホッパ１６ｄは、原料Ｍを計量しつつ貯留する。計量ホッパ１６ｄの下部には、計量ホッパ１６ｄを開閉するゲート１６ｅが設けられている。ゲート１６ｅの下方には、ゲート１６ｅ付近からコンベア１５の上方に延びるフィーダ１６ｆが設けられている。フィーダ１６ｆの延在方向は、コンベア１５の延伸方向に大凡一致している。

コンベア１５を介して炉頂装置２０に原料Ｍを供給する場合、ゲート１６ｅが開かれる。ゲート１６ｅが開くと、計量ホッパ１６ｄからフィーダ１６ｆに原料が送出される。フィーダ１６ｆは、原料Ｍの切り出し量を制御しつつ、原料Ｍをコンベア１５に供給する。例えば、フィーダ１６ｆは、原料Ｍにおけるフィーダ１６ｆの延在方向に垂直な幅方向の量を制御する。

このように、コンベア１５に供給される原料Ｍの切り出し量がフィーダ１６ｆによって制御されるため、コンベア１５に積載される原料Ｍの積載幅は、フィーダ１６ｆの幅と大凡一致する。

このため、図３に示すように、コンベア１５では、原料Ｍの積載量が多くなるほど、ベルト１５Ｄ上の原料Ｍの積載厚さが厚くなる。一方、コンベア１５では、原料Ｍの積載量が多くなっても、ベルト１５Ｄ上の原料Ｍの積載幅の変化が小さい。

図６は、炉頂装置２０およびその近傍の拡大図である。図７は、ホッパ２１内を上方から見たときの平面図である。図８は、偏析防止装置２２の拡大図である。図６および図８では、原料Ｍが存在する範囲を二点鎖線で示し、原料Ｍの移動方向を二点鎖線の矢印で示している。図７では、切替シュート１３から原料Ｍが落下する位置をハッチングで示している。

以後、竪型炉１０の炉芯に近づく方向を炉芯方向と呼ぶことがある。また、竪型炉１０の炉芯から遠ざかる方向を炉外方向と呼ぶことがある。また、竪型炉１０の炉芯とホッパ２１の軸芯とを通るホッパ２１の径方向の芯（線）を径芯と呼ぶことがある。図７では、径芯を一点鎖線Ｃ１で示している。

図６に示すように、コンベアヘッドプーリ１４と切替シュート１３との間には、ガイド板１７が設けられている。ガイド板１７は、切替シュート１３への原料Ｍの落下をガイドする。

切替シュート１３は、原料Ｍを概ね炉芯から炉外方向へ向かって自由落下させる。また、切替シュート１３は、原料Ｍを概ね径芯付近に自由落下させる。また、切替シュート１３は、例えば、原料Ｍをホッパ２１の軸芯よりも炉芯側に自由落下させる。

図６～図８に示すように、ホッパ２１内の偏析防止装置２２は、第１上段傾斜部３０、アーム４０、４２、ビーム５０、５２、第２上段傾斜部６０、下段傾斜部７０を含んで構成される。

第１上段傾斜部３０は、矩形の板状に形成されている。第１上段傾斜部３０は、径芯に対して一方側（図７の下側）に配置される。第１上段傾斜部３０は、板の表面が上を向くように配置される。第１上段傾斜部３０は、表面が水平面に対して傾斜するように配置される。第１上段傾斜部３０は、炉芯に近づく方向に進むにしたがって下方へ傾斜する。つまり、第１上段傾斜部３０は、概ね炉芯方向に傾斜する斜面を有する。また、第１上段傾斜部３０は、上端部３１から下端部３２に進むにしたがって径芯に近づくように配置される。

第１上段傾斜部３０の上端部３１側には、水平に延びるアーム４０が連結されている。アーム４０は、棒状のビーム５０に連結されている。ビーム５０は、水平に配置されている。ビーム５０の両端はホッパ２１の内壁に固定されている。つまり、第１上段傾斜部３０は、アーム４０およびビーム５０を介してホッパ２１に支持されている。なお、アーム４０およびビーム５０は、第１上段傾斜部３０をホッパ２１に支持する支持部に相当する。

第１上段傾斜部３０は、切替シュート１３から落下する原料Ｍの一部が第１上段傾斜部３０の表面（斜面）に当たるように配置される。第１上段傾斜部３０は、第１上段傾斜部３０の表面に当たった原料Ｍを下端部３２からホッパ２１内に落下させる。これにより、第１上段傾斜部３０は、第１上段傾斜部３０の表面に当たった原料について、ホッパ２１内における原料Ｍの落下位置を自由落下経路から炉芯方向へずらす。

第１上段傾斜部３０の側面には、上方に突出するガイド部３４が設けられる。ガイド部３４は、第１上段傾斜部３０の側方から原料Ｍが落ちることを防止する。これにより、第１上段傾斜部３０は、効率よく下端部３２から原料Ｍをホッパ２１内に落下させることができる。

第１上段傾斜部３０の表面およびガイド部３４には、不図示の耐摩耗材が設けられている。耐摩耗材は、第１上段傾斜部３０に当たる原料によって第１上段傾斜部３０が摩耗することを防止する。

第２上段傾斜部６０は、矩形の板状に形成されている。第２上段傾斜部６０は、径芯に対して他方側（図７の上側）に配置される。第２上段傾斜部６０は、第１上段傾斜部３０と概ね水平に並んで配置される。第２上段傾斜部６０は、板の表面が上を向くように配置される。第２上段傾斜部６０は、表面が水平面に対して傾斜するように配置される。第２上段傾斜部６０は、炉芯から遠ざかる方向に進むにしたがって下方へ傾斜する。つまり、第２上段傾斜部６０は、概ね炉外方向に傾斜する斜面を有する。また、第２上段傾斜部６０は、上端部６１から下端部６２に進むにしたがって径芯に近づくように配置される。

第２上段傾斜部６０の上端部６１側には、水平に延びるアーム４２が連結されている。アーム４２は、棒状のビーム５２に連結されている。ビーム５２は、水平に配置されている。ビーム５２の両端はホッパ２１の内壁に固定されている。つまり、第２上段傾斜部６０は、アーム４２およびビーム５２を介してホッパ２１に支持されている。なお、アーム４２およびビーム５２は、第２上段傾斜部６０をホッパ２１に支持する支持部に相当する。

第２上段傾斜部６０は、切替シュート１３から落下する原料Ｍの一部が第２上段傾斜部６０の表面（斜面）に当たるように配置される。第２上段傾斜部６０は、第２上段傾斜部６０の表面に当たった原料Ｍを下端部６２からホッパ２１内に落下させる。これにより、第２上段傾斜部６０は、第２上段傾斜部６０の表面に当たった原料Ｍについて、ホッパ２１内における原料Ｍの落下位置を自由落下経路から炉外方向へずらす。

第２上段傾斜部６０の側面には、上方に突出するガイド部６４が設けられる。ガイド部６４は、第２上段傾斜部６０の側方から原料Ｍが落ちることを防止する。これにより、第２上段傾斜部６０は、効率よく下端部３２から原料Ｍをホッパ２１内に落下させることができる。

第２上段傾斜部６０の表面およびガイド部６４には、不図示の耐摩耗材が設けられている。耐摩耗材は、第２上段傾斜部６０に当たる原料Ｍによって第２上段傾斜部６０が摩耗することを防止する。

第１上段傾斜部３０は、切替シュート１３から落下する原料Ｍの約４分の１を第１上段傾斜部３０が受けるように配置される。同様に、第２上段傾斜部６０は、切替シュート１３から落下する原料Ｍの約４分の１を第２上段傾斜部６０が受けるように配置される。

第１上段傾斜部３０および第２上段傾斜部６０は、切替シュート１３から落下する原料Ｍを受ける位置において各々離隔して配置される。つまり、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との間には、隙間が設けられている。図８では、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を両矢印Ｃで示している。

このため、切替シュート１３から落下する原料Ｍの一部は、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通って落下する。具体的には、第１上段傾斜部３０および第２上段傾斜部６０は、切替シュート１３から落下する原料の約半分が第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通るように配置される。

また、例えば、図２の右下のホッパ２１のように、ホッパ２１によっては、径芯の方向がコンベア１５の延伸方向と大凡一致する。つまり、この場合、第１上段傾斜部３０の延在方向および第２上段傾斜部６０の延在方向がコンベア１５の延伸方向と大凡一致する。

また、上述のように、コンベア１５における原料Ｍの積載量が多くなると積載厚さが厚くなる。このため、第１上段傾斜部３０の延在方向および第２上段傾斜部６０の延在方向とコンベア１５の延伸方向とが大凡一致するとき、切替シュート１３から自由落下する原料Ｍは、径芯に沿って炉外方向に増加する。つまり、このとき、図７のハッチングで示す領域は、炉外方向に広くなる。

そこで、第１上段傾斜部３０の上端部３１側には、余長部３５が設けられている。余長部３５は、切替シュート１３から落下する標準的な量の原料Ｍを受ける位置よりも斜め上方に延在する。余長部３５は、標準的な量よりも増加した原料Ｍの一部を受ける。これにより、第１上段傾斜部３０は、原料Ｍの投入量が増加しても、原料Ｍの一部について、落下位置を確実に炉芯方向へずらすことができる。

なお、第２上段傾斜部６０の上端部６１側にも、第１上段傾斜部３０と同様に、切替シュート１３から落下する標準的な量の原料Ｍを受ける位置よりも斜め上方に延在する余長部が設けられてもよい。

また、上述のように、コンベア１５における原料Ｍの積載量が多くなってもコンベア１５における積載幅はほとんど変わらない。このため、第１上段傾斜部３０の延在方向および第２上段傾斜部６０の延在方向とコンベア１５の延伸方向とが大凡一致するとき、切替シュート１３から落下する原料Ｍの径芯に垂直な方向の幅は、ほとんど変わらない。つまり、図７のハッチングで示す領域は、径芯に垂直な方向に広くならない。これにより、第１上段傾斜部３０が受ける原料Ｍの量、第２上段傾斜部６０が受ける原料Ｍの量、および、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通過する原料Ｍの量の関係は、原料Ｍの投入量が増加してもほとんど変わらない。

下段傾斜部７０は、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間の下方に配置される。下段傾斜部７０は、第１下段傾斜部８０と第２下段傾斜部９０とから構成される。

第１下段傾斜部８０は、径芯に対して第１上段傾斜部３０側（図７の下側）に配置される。一方、第２下段傾斜部９０は、径芯に対して第２上段傾斜部６０側（図７の上側）に配置される。

第１下段傾斜部８０および第２下段傾斜部９０は、矩形の板状に形成されている。第１下段傾斜部８０および第２下段傾斜部９０は、板の表面が上に向くように配置される。第１下段傾斜部８０および第２下段傾斜部９０は、表面が水平面に対して傾斜するように配置される。第１下段傾斜部８０および第２下段傾斜部９０は、各々、径芯から遠ざかるにしたがって下方に傾斜する。つまり、第１下段傾斜部８０は、径芯に対して第１上段傾斜部３０がある方向へ傾斜する斜面を有する。また、第２下段傾斜部９０は、径芯に対して第２上段傾斜部６０がある方向へ傾斜する斜面を有する。また、第１下段傾斜部８０の上端部８１および第２下段傾斜部９０の上端部９１は、径芯上に配置されて、互いに接続されている。

第１下段傾斜部８０の下端部８２側および第２下段傾斜部９０の下端部９２側には、水平に延びるアーム４４が連結されている。アーム４４は、アーム４４から垂直上方に延びる支持柱４６に連結されている。支持柱４６は、ビーム５０、５２に連結されている。つまり、下段傾斜部７０は、アーム４４、支持柱４６、ビーム５０、５２を介してホッパ２１に支持されている。

第１下段傾斜部８０は、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通った原料Ｍの約半分が第１下段傾斜部８０の表面に当たるように配置される。第１下段傾斜部８０は、第１下段傾斜部８０の表面に当たった原料Ｍを下端部８２からホッパ２１内に落下させる。これにより、第１下段傾斜部８０は、第１下段傾斜部８０に当たった原料Ｍについて、ホッパ２１内における原料Ｍの落下位置を自由落下経路からずらす。第１下段傾斜部８０は、原料Ｍの落下位置を、径芯に対して第１上段傾斜部３０がある方向へずらす。

第２下段傾斜部９０は、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通った原料Ｍの残り半分が第２下段傾斜部９０の表面に当たるように配置される。第２下段傾斜部９０は、第２下段傾斜部９０の表面に当たった原料Ｍを下端部９２からホッパ２１内に落下させる。これにより、第２下段傾斜部９０は、第２下段傾斜部９０に当たった原料Ｍについて、ホッパ２１内における原料Ｍの落下位置を自由落下経路からずらす。第２下段傾斜部９０は、原料Ｍの落下位置を、径芯に対して第２上段傾斜部６０がある方向へずらす。

図９は、第１上段傾斜部３０が連結されるアーム４０およびその近傍の拡大図である。ビーム５０には、複数のネジ穴５０Ａが設けられている。複数のネジ穴５０Ａは、ビーム５０の長手方向に等間隔に設けられている。

アーム４０は、第１アーム４０Ａ、第２アーム４０Ｂ、ボルト４０Ｃ、連結穴４０Ｄ、回転部４０Ｅおよび角度固定部４０Ｆを含んで構成される。

第１アーム４０Ａは、ベース部４０ＡＡと突出部４０ＡＢとに区分される。ベース部４０ＡＡは、ビーム５０に沿って配置される。突出部４０ＡＢは、ベース部４０ＡＡに対して垂直に突出する。つまり、第１アーム４０Ａは、概ねＴ字状に形成されている。

ベース部４０ＡＡには、ボルト４０Ｃを挿入可能な複数の連結穴４０Ｄが設けられている。複数の連結穴４０Ｄは、ビーム５０の複数のネジ穴５０Ａの間隔と同じ間隔で設けられている。ボルト４０Ｃは、連結穴４０Ｄに挿入されて、ビーム５０の複数のネジ穴５０Ａのいずれかに締結される。これにより、アーム４０は、ビーム５０に連結される。

第１アーム４０Ａの突出部４０ＡＢは、回転部４０Ｅを介して第２アーム４０Ｂに連結されている。第２アーム４０Ｂは、第１上段傾斜部３０に接続されている。回転部４０Ｅの回転軸は、ホッパ２１の軸方向と同方向に延びている。回転部４０Ｅは、第１アーム４０Ａに対して第２アーム４０Ｂを回転軸の周りに回転可能に連結する。これにより、第１上段傾斜部３０は、回転部４０Ｅの回転軸の周りに回転可能である。つまり、第１上段傾斜部３０は、水平方向の角度を変えることが可能となっている。

角度固定部４０Ｆは、長さを変更可能な棒状部材で構成される。角度固定部４０Ｆは、例えば、ターンバックルである。角度固定部４０Ｆの一端は、第１アーム４０Ａのベース部４０ＡＡに連結される。角度固定部４０Ｆの他端は、第１上段傾斜部３０に連結される。角度固定部４０Ｆは、第１上段傾斜部３０の水平方向の角度を、角度固定部４０Ｆの長さにしたがった所定角度に維持する。

なお、第１上段傾斜部３０が連結されるアーム４０について説明したが、第２上段傾斜部６０が連結されるアーム４２も同様の構成となっている。

第１上段傾斜部３０は、ボルト４０Ｃが締結されるネジ穴５０Ａの位置にしたがってビーム５０の長手方向の位置が設定される。また、第１上段傾斜部３０は、角度固定部４０Ｆの長さにしたがって水平方向の角度が設定される。第２上段傾斜部６０も同様である。このため、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙も、任意に設定可能である。これらの設定は、例えば、炉頂装置２０の導入時に行われる。

ここで、図１０は、比較例の炉頂装置１２０におけるホッパ２１内の原料Ｍの堆積例を示す平面図である。図１０では、ホッパ２１内の原料の堆積高さを等高線で示している。

図１０の比較例の炉頂装置１２０は、自由落下経路の途中に傾斜部１２２が設けられている。傾斜部１２２は、炉芯方向に傾斜する第１斜面１３０と、炉外方向に傾斜する第２斜面１４０とを有する。図１０では、傾斜部１２２からホッパ２１に落下する原料の落下方向を二点鎖線の矢印で示している。

第１斜面１３０は、落下位置Ｐ１１に原料Ｍを落下させる。落下位置Ｐ１１は、切替シュート１３からの自由落下経路に対して炉芯方向にある。落下位置Ｐ１１に落下した原料Ｍは、落下位置Ｐ１１を頂上とする山状に堆積する。また、第２斜面１４０は、落下位置Ｐ１２に原料Ｍを落下させる。落下位置Ｐ１２は、切替シュート１３からの自由落下経路に対して炉外方向にある。落下位置Ｐ１２に落下した原料Ｍは、落下位置Ｐ１２を頂上とする山状に堆積する。

この比較例の炉頂装置１２０では、原料Ｍが堆積された山が２個形成される。図１０では、２個の山の境界を破線Ｂ１１で示している。山の頂上には、相対的に細粒（粉状）の原料が堆積される。一方、山の麓には、相対的に大粒（塊状）の原料が堆積される。そして、ホッパ２１内では、山の頂上と山の麓との距離が長いほど、細粒（粉状）の原料Ｍと大粒（塊状）の原料Ｍとがよく分離される。

この比較例の炉頂装置１２０では、山の頂上と、山の最も低い麓との距離Ｄ１０が、比較的長い。これにより、この比較例の炉頂装置１２０では、細粒の原料Ｍと大粒の原料Ｍとがよく分離される。その結果、この比較例の炉頂装置１２０は、ホッパ２１内における原料Ｍの粒の大きさ（粉塊）が比較的に偏っている。

これに対し、図１１は、本実施形態の炉頂装置２０におけるホッパ２１内の原料Ｍの堆積例を示す平面図である。図１１では、ホッパ２１内の原料Ｍの堆積高さを等高線で示している。また、図１１では、第１上段傾斜部３０、第２上段傾斜部６０、第１下段傾斜部８０および第２下段傾斜部９０からホッパ２１に落下する原料Ｍの落下方向を二点鎖線の矢印で示している。

第１上段傾斜部３０は、落下位置Ｐ２１に原料Ｍを落下させる。落下位置Ｐ２１は、切替シュート１３からの自由落下経路に対して炉芯方向にある。また、落下位置Ｐ２１は、径芯上にある。落下位置Ｐ２１に落下した原料Ｍは、落下位置Ｐ２１を頂上とする山状に堆積する。

第２上段傾斜部６０は、落下位置Ｐ２２に原料Ｍを落下させる。落下位置Ｐ２２は、切替シュート１３からの自由落下経路に対して炉外方向にある。また、落下位置Ｐ２２は、径芯上にある。落下位置Ｐ２２に落下した原料Ｍは、落下位置Ｐ２２を頂上とする山状に堆積する。

第１下段傾斜部８０は、落下位置Ｐ２３に原料Ｍを落下させる。落下位置Ｐ２３は、切替シュート１３からの自由落下経路に対して第１上段傾斜部３０側にある。落下位置Ｐ２３に落下した原料Ｍは、落下位置Ｐ２３を頂上とする山状に堆積する。

第２下段傾斜部９０は、落下位置Ｐ２４に原料Ｍを落下させる。落下位置Ｐ２４は、切替シュート１３からの自由落下経路に対して第２上段傾斜部６０側にある。落下位置Ｐ２４に落下した原料Ｍは、落下位置Ｐ２４を頂上とする山状に堆積する。

このように、本実施形態の炉頂装置２０では、原料Ｍが堆積された山が４個形成される。破線Ｂ２１は、落下位置Ｐ２１を頂上とする山と、落下位置Ｐ２３を頂上とする山との境界を示す。破線Ｂ２２は、落下位置Ｐ２１を頂上とする山と、落下位置Ｐ２４を頂上とする山との境界を示す。破線Ｂ２３は、落下位置Ｐ２２を頂上とする山と、落下位置Ｐ２３を頂上とする山との境界を示す。破線Ｂ２４は、落下位置Ｐ２２を頂上とする山と、落下位置Ｐ２４を頂上とする山との境界を示す。破線Ｂ２５は、落下位置Ｐ２３を頂上とする山と、落下位置Ｐ２４を頂上とする山との境界を示す。

本実施形態の炉頂装置２０では、山の頂上と、山の最も低い麓との距離Ｄ２０が、上述の比較例の距離Ｄ１０に比べ短い。これにより、本実施形態の炉頂装置２０では、上述の比較例に比べ、細粒（粉状）の原料Ｍと大粒（塊状）の原料Ｍとの分離が抑制される。その結果、本実施形態の炉頂装置２０は、上述の比較例に比べ、ホッパ２１内における原料Ｍの粒の大きさ（粉塊）の偏りを抑制することができる。

図１２は、竪型炉１０内への原料Ｍの装入を説明する説明図である。竪型炉１０には、ホッパ２１に貯留された原料Ｍが、原料Ｍの種類毎に順次に装入される。

例えば、装入シュート１２は、ホッパ２１に貯留された鉄鉱石Ｍ１を竪型炉１０内に層状に装入する。このとき、装入シュート１２は、炉芯付近に堆積される鉄鉱石Ｍ１の堆積厚さよりも、炉壁付近に堆積される鉄鉱石Ｍ１の堆積厚さが厚くなるように鉄鉱石Ｍ１を装入する。

その後、装入シュート１２は、ホッパ２１に貯留されたコークスＭ２を竪型炉１０内の鉄鉱石Ｍ１の上に層状に装入する。このとき、装入シュート１２は、炉壁付近に堆積されるコークスＭ２の堆積厚さよりも、炉芯付近に堆積されるコークスＭ２の堆積厚が厚くなるようにコークスＭ２を装入する。

つまり、装入シュート１２は、炉壁付近におけるコークスＭ２に対する鉄鉱石Ｍ１の比率（所謂、Ｏ／Ｃ）が、炉芯付近におけるコークスＭ２に対する鉄鉱石Ｍ１の比率に比べ大きくなるように各原料Ｍを装入する。原料Ｍ中を気体が通過することを妨げる通気抵抗は、コークスＭ２に対する鉄鉱石Ｍ１の比率が大きいほど大きい。

ここで、竪型炉１０内の下部には、原料Ｍが溶融された溶融ゾーンＺ１が形成される。溶融ゾーンＺ１の周囲には、原料Ｍが溶融し始める半溶融ゾーンＺ２が形成される。溶融ゾーンＺ１では、高温のガスが生じる。この高温のガスは、半溶融ゾーンＺ２を通って上方に移動する。図１２では、生じたガスの流れの方向を概念的に破線の矢印で示している。

炉芯付近に堆積された原料Ｍは、コークスＭ２に対する鉄鉱石Ｍ１の比率が小さいため、生じたガスを通過させ易い。一方、炉壁付近に堆積された原料Ｍは、コークスＭ２に対する鉄鉱石Ｍ１の比率が大きいため、生じたガスが炉壁付近を通過することを抑制する。つまり、炉壁付近に堆積された原料Ｍは、高温のガスによって炉壁が損傷することを防止することができる。

ここで、上述の比較例の炉頂装置１２０のように、ホッパ２１に貯留される原料Ｍの粒の大きさの偏りが大きいと、竪型炉１０内の原料Ｍ毎の層の厚さ、層の形状、溶融ゾーンＺ１の形状、および、半溶融ゾーンＺ２の形状の制御が難しい。

これに対し、本実施形態の炉頂装置２０は、上述の比較例の炉頂装置１２０に比べ、ホッパ２１に貯留される原料Ｍの粒の大きさの偏りが抑制される。このため、本実施形態の炉頂装置２０は、上述の比較例の炉頂装置１２０に比べ、竪型炉１０内の原料Ｍ毎の層の厚さ、層の形状、溶融ゾーンＺ１の形状、および、半溶融ゾーンＺ２の形状を制御し易い。その結果、本実施形態の炉頂装置２０は、上述の比較例の炉頂装置１２０に比べ、竪型炉１０の炉壁の損傷を容易に防止することができる。

以上のように、本実施形態の炉頂装置２０は、ホッパ２１内への自由落下経路の途中に第１上段傾斜部３０および第２上段傾斜部６０が設けられている。第１上段傾斜部３０および第２上段傾斜部６０は、各々異なる方向に傾斜しつつ、第１上段傾斜部３０および第２上段傾斜部６０における原料Ｍを受ける位置において各々離隔して配置される。

これにより、ホッパ２１内には、第１上段傾斜部３０を通って堆積される山と、第２上段傾斜部６０を通って堆積される山と、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通って堆積される山とが形成される。本実施形態の炉頂装置２０は、ホッパ２１内の山の数が２個よりも多くなるため、ホッパ２１内の山の数が２個以下の場合に比べ、山の頂上から山の麓までの距離が短くなる。

したがって、本実施形態の炉頂装置２０によれば、貯留する原料Ｍの粒の大きさの偏りを抑えることが可能となる。

また、本実施形態の炉頂装置２０において、ホッパ２１は、炉芯に対して偏芯して設けられている。また、第１上段傾斜部３０は、炉芯方向に傾斜しており、第２上段傾斜部６０は、炉外方向に傾斜している。

これにより、本実施形態の炉頂装置２０は、ホッパ２１内の山の頂上から山の麓までの距離をより短くすることができる。したがって、本実施形態の炉頂装置２０は、ホッパ２１内の原料Ｍの粒の大きさの偏りをより抑えることが可能となる。

また、本実施形態の炉頂装置２０は、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間の下方に下段傾斜部７０が設けられている。これにより、本実施形態の炉頂装置２０は、下段傾斜部７０が設けられない態様に比べ、原料Ｍの山の数を多くすることができる。したがって、本実施形態の炉頂装置２０は、ホッパ２１内の原料Ｍの粒の大きさの偏りをより抑えることが可能となる。

また、本実施形態の炉頂装置２０において、第１上段傾斜部３０および第２上段傾斜部６０は、水平方向の位置および角度を調整することができる。このため、本実施形態の炉頂装置２０は、適用される竪型炉システム１に応じて、ホッパ２１内への原料Ｍの自由落下経路が異なるとしても、偏析防止装置２２を自由落下経路の途中に設置することができる。したがって、本実施形態の炉頂装置２０は、より確実にホッパ２１内の原料の粒の大きさの偏りを抑えることが可能となる。

（第１変形例）
図１３は、第１変形例による炉頂装置２２０の構成を示す平面図である。第１変形例の炉頂装置２２０は、偏析防止装置２２に代えて偏析防止装置２２２を有する点において上記実施形態の炉頂装置２０と異なる。偏析防止装置２２２は、下段傾斜部７０が設けられていない点において偏析防止装置２２と異なる。

第１変形例において、第１上段傾斜部３０および第２上段傾斜部６０は、第１上段傾斜部３０を通る原料Ｍの量と、第２上段傾斜部６０を通る原料Ｍの量と、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通る原料Ｍの量とが、三等分されるように配置される。

第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通る原料は、落下位置Ｐ２５に落下する。落下位置Ｐ２５は、自由落下経路に位置する。また、落下位置Ｐ２５は、落下位置Ｐ２１と落下位置Ｐ２２との間にある。また、落下位置Ｐ２５は、径芯上にある。

第１変形例の炉頂装置２２０は、ホッパ２１内の原料Ｍの山が３個形成される。このため、第１変形例の炉頂装置２２０は、ホッパ２１内に２個以下の山が形成される態様に比べ、ホッパ２１内の原料Ｍの粒の大きさの偏りを抑えることが可能となる。

ただし、第１変形例の炉頂装置２２０は、上記実施形態の炉頂装置２０に比べ、ホッパ２１内の原料Ｍの山の数が少ない。このため、上記実施形態の炉頂装置２０は、第１変形例の炉頂装置２２０よりも好ましい。

（第２変形例）
図１４は、第２変形例による炉頂装置３２０の構成を示す平面図である。第２変形例の炉頂装置３２０は、偏析防止装置２２２に代えて偏析防止装置３２２を有する点において第１変形例の炉頂装置２２０と異なる。偏析防止装置３２２は、第１上段傾斜部３０の傾斜方向および第２上段傾斜部６０の傾斜方向が偏析防止装置２２２と異なる。

第２変形例において、第１上段傾斜部３０は、炉外方向であり、かつ、図１４の下方向に傾斜する。第１上段傾斜部３０は、落下位置Ｐ２６に原料Ｍを落下させる。また、第２上段傾斜部６０は、炉外方向であり、かつ、図１４の上方向に傾斜する。第２上段傾斜部６０は、落下位置Ｐ２７に原料Ｍを落下させる。第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通る原料Ｍは、落下位置Ｐ２５に落下する。

第２変形例の炉頂装置３２０は、第１変形例と同様に、ホッパ２１内の原料Ｍの山が３個形成される。このため、第２変形例の炉頂装置３２０は、第１変形例と同様に、ホッパ２１内の原料Ｍの粒の大きさの偏りを抑えることが可能となる。

（第３変形例）
図１５は、第３変形例による炉頂装置４２０の偏析防止装置４２２の部分拡大図である。第３変形例の偏析防止装置４２２は、下段傾斜部７０に代えて下段傾斜部４７０を有する点において上記実施形態の偏析防止装置２２と異なる。

下段傾斜部４７０は、径芯を挟んだ両側ともに、径芯に対して第１上段傾斜部３０がある方向（図１５の右方向）のみに傾斜する。これにより、下段傾斜部４７０は、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通った原料Ｍのすべてを下端部４８２からホッパ２１内に落下させる。つまり、下段傾斜部４７０は、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通った原料Ｍのすべてについて、原料Ｍの落下位置を、径芯に対して第１上段傾斜部３０がある方向のみにずらす。

第３変形例の炉頂装置４２０は、第１変形例および第２変形例と同様に、ホッパ２１内の原料Ｍの山が３個形成される。このため、第３変形例の炉頂装置４２０は、第１変形例および第２変形例と同様に、ホッパ２１内の原料Ｍの粒の大きさの偏りを抑えることが可能となる。

（第４変形例）
図１６は、第４変形例による炉頂装置５２０の偏析防止装置５２２の部分拡大図である。第４変形例の偏析防止装置５２２は、下段傾斜部７０に代えて下段傾斜部５７０を有する点において上記実施形態の偏析防止装置２２と異なる。下段傾斜部５７０は、第２下段傾斜部９０が設けられておらず、第１下段傾斜部８０のみが設けられている点において下段傾斜部７０と異なる。

第１下段傾斜部８０（下段傾斜部５７０）は、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通った原料Ｍの約半分について、原料Ｍの落下位置を、径芯に対して第１上段傾斜部３０がある方向にずらす。一方、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０との隙間を通った原料Ｍのうち第２上段傾斜部６０側の約半分については、下段傾斜部５７０に当たらず、そのまま自由落下する。

第４変形例の炉頂装置５２０は、上記実施形態と同様に、ホッパ２１内の原料Ｍの山が４個形成される。このため、第４変形例の炉頂装置５２０は、上記実施形態と同様に、ホッパ２１内の原料Ｍの粒の大きさの偏りを抑えることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態および各変形例では、第１上段傾斜部３０と第２上段傾斜部６０とが設けられていた。しかし、上段傾斜部の数は、２個に限らない。上段傾斜部の数は、複数個であればよく、３個以上であってもよい。複数の上段傾斜部は、各々異なる方向に傾斜しつつ、複数の上段傾斜部における原料Ｍを受ける位置において各々離隔して配置されてもよい。

本開示は、炉頂装置に利用することができる。

１０ 竪型炉
２０、２２０、３２０、４２０、５２０ 炉頂装置
２１ ホッパ
３０ 第１上段傾斜部
４０、４２ アーム
４０Ａ 第１アーム
４０Ｂ 第２アーム
４０Ｃ ボルト
４０Ｄ 連結穴
４０Ｅ 回転部
４０Ｆ 角度固定部
５０、５２ ビーム
５０Ａ ネジ穴
６０ 第２上段傾斜部
７０ 下段傾斜部
Ｍ 原料

Claims (3)

1. 炉内に装入する前の原料を貯留するホッパと、
   前記ホッパに投入される原料の自由落下経路の途中に設けられ、前記ホッパ内の原料の落下位置を自由落下経路からずらす複数の上段傾斜部と、
   下段傾斜部と、
   を備え、
   複数の前記上段傾斜部は、各々異なる方向に傾斜しつつ、複数の前記上段傾斜部における原料を受ける位置において各々水平方向に離隔して配置され、前記ホッパに投入される原料の一部が複数の前記上段傾斜部の隙間を通って落下するように配置され、
   前記下段傾斜部は、複数の前記上段傾斜部の隙間の下方に設けられ、複数の前記上段傾斜部の各傾斜方向とは異なる方向に傾斜する炉頂装置。
2. 前記ホッパは、炉芯に対して偏芯して設けられ、
   複数の前記上段傾斜部は、
   前記炉芯に近づく方向に進むにしたがって下方へ傾斜する第１上段傾斜部と、
   前記炉芯から遠ざかる方向に進むにしたがって下方へ傾斜する第２上段傾斜部と、
   を備える請求項１に記載の炉頂装置。
3. 前記上段傾斜部を前記ホッパに支持する支持部を備え、
   前記支持部は、前記ホッパの軸方向の回転軸の周りに前記上段傾斜部を回転可能な回転部を備える請求項１または２に記載の炉頂装置。

Images