JP7393637B2 - 高炉の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉の操業方法に関する。

高炉の炉内には、鉱石層とコークス層とが交互に積層されており、高炉装入物の堆積形状は高炉の操業に非常に大きな影響を与える。高炉装入物の堆積形状は炉径方向における層厚比分布を測定することにより管理される。ここで、層厚比は、鉱石層及びコークス層の合計層厚に対する鉱石層の炉高方向における厚みの比のことであり、以下Ｌｏ／（Ｌｏ＋Ｌｃ）とも表記する。

特許文献１及び特許文献２には、Ｌｏ／（Ｌｏ＋Ｌｃ）が所定条件を満足する装入物分布とすることにより、高い還元効率を得るとともに、高炉操業を安定化させることができる装入物分布制御方法が開示されている。所定条件とは、具体的には、（ａ）炉口無次元半径が０．２０以下の第１領域における層厚比の平均値が０．５未満であること、（ｂ）炉口無次元半径が０．２０超０．８０以下の第２領域における層厚比の平均値が０．６以上０．９未満であること、（ｃ）炉口無次元半径が０．８０超である第３領域における層厚比の平均値が０．４以上０．８未満であること、及び、（ｄ）層厚比の平均値の値が、第１領域、第３領域、第２領域の順に大きくなること、である。

また、特許文献３には、微粉炭を溶銑トン当り１８０ｋｇ以上吹き込んで行う高炉操業において、Ｌｃ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が所定条件を満足する装入物分布とすることにより、炉上部の装入物層での圧力損失を低減して炉内通気性を良好に保ち、安定した高微粉炭吹き込み操業を実現する高炉の操業方法が開示されている。所定条件とは、（１）炉中心部側領域におけるＬｃ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値が０．９以上であること、（２）中間部領域におけるＬｃ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値が０．４以下であること、及び、（３）炉周辺部側領域におけるＬｃ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の平均値が０．５以上であること、である。

特許第６３２７３８３号公報 特許第６４４７４７０号公報 特許第３６０３７７６号公報

後述する通り、本発明者等による鋭意検討によれば、炉壁部の層厚比と炉中間部の層厚比については、炉内ガスの理想的な流れから導かれる適切な関係があると考えられる。本発明は、従来の高炉操業において十分に検討されていない、炉壁部の層厚比と炉中間部の層厚比との相対的な関係について、当該相対関係を適切に評価して装入方法の検討に反映させるための高炉の操業方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る高炉の操業方法は、鉱石層とコークス層との合計層厚に対する鉱石層の厚みの比である層厚比の、炉径方向における分布を示す層厚比分布を、炉周方向の少なくとも１つの位置で測定する第１ステップと、前記第１ステップで算出した層厚比分布について、炉中間部における前記層厚比の最大値、最小値及び平均値からなる群から選ばれた炉中間部特徴値と、炉壁部における前記層厚比の最大値、最小値及び平均値からなる群から選ばれた炉壁部特徴値と、の差または比である所定パラメータを算出する第２ステップと、前記所定パラメータが所定目標範囲内に収まるか否かを判定する第３ステップと、前記所定パラメータが前記所定目標範囲内に収まらないとき、高炉原料の装入方法を変更する第４ステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、炉中間部における層厚比の最大値、最小値または平均値のいずれかの値と、炉壁部における層厚比の最大値、最小値または平均値のいずれかの値と、を用いて、炉壁部の層厚比と炉中間部の層厚比との相対的な関係を示す所定パラメータが算出される。これにより、高炉操業中における当該相対関係の良否を判定し、高炉原料の装入方法を適宜変更することにより、理想的な炉内ガス流れを実現しうるような、高炉装入物の堆積形状を形成することが可能となる。

ベルレス式高炉の炉上部の概略図である。 良好な層厚比分布の一例を示す分布図である。 良好でない層厚比分布の一例を示す分布図である。 コークス比ＣＲと第１パラメータとの関係を示すグラフである。 コークス比ＣＲと第２パラメータとの関係を示すグラフである。 第１パラメータを用いた実施形態を示すフローチャートである。 第１パラメータを用いた参考例を示すフローチャートである。 第２パラメータを用いた実施形態を示すフローチャートである。 鉱石の装入方法を調整する前の、層厚比分布を示す分布図である。 鉱石の装入方法を調整した後の、層厚比分布を示す分布図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、本実施形態の高炉の操業方法について説明する。図１は、本実施形態において対象とする高炉の一例である、ベルレス式高炉の炉上部の概略図である。ベルトコンベア３は、高炉原料（コークス及び鉱石）を炉頂に向かって運び上げる。ベルトコンベア３の終端部に到達した高炉原料は、不図示の切替シュートを介して、一定の周期で固定ホッパー４ａ、４ｂに交互に装入される。例えば、コークスを固定ホッパー４ａに装入し、鉱石を固定ホッパー４ｂに装入することができる。

固定ホッパー４ａ、４ｂにそれぞれ装入されたコークス及び鉱石は、固定ホッパー４ａ、４ｂの下端部にある不図示の流調ゲートの開度に応じて貯留ホッパー７に一定の周期で交互に装入される。貯留ホッパー７に装入された高炉原料は、貯留ホッパー７の下端部にある流調ゲート８から旋回シュート５に向かって落下排出される。旋回シュート５が炉高方向に延びる回転軸ＲＡ周りに回転することによって、鉱石及びコークスを交互に炉内に装入することができる。これにより、鉱石層及びコークス層が交互に積層された高炉充填層を炉内に形成することができる。なお、鉱石とは鉄源を含有する原料をいい、焼結鉱のほか、塊鉱石や含炭塊成鉱などを含む。なおまた、鉱石層は鉱石以外のもの（例えば小塊コークス）を含んでもよく、コークス層もコークス以外のものを含んでいてもよい。また、高炉原料とは、鉱石及びコークスを含む、高炉の炉頂から装入されるすべての原料をいう。

旋回シュート５の傾動角θは可変であり、本実施形態では、傾動角θを徐々に小さくしながら旋回シュート５を旋回させる、いわゆる順傾動と称される装入方法によって高炉原料が装入される。この場合、炉壁側から炉中心側に向かって高炉原料が装入され、図１に示すように、炉壁側から炉中心側に向かって鉱石層及びコークス層の表面プロフィールが低くなる、いわゆるすり鉢形状の堆積形状が形成される。

図２を参照しながら、良好な層厚比分布について説明する。図２において、縦軸は、鉱石層及びコークス層の合計層厚に対する鉱石層の厚みの比、すなわち層厚比を示しており、鉱石層の厚みをＬｏ、コークス層の厚みをＬｃとすると、層厚比は、Ｌｏ／（Ｌｏ＋Ｌｃ）として表される。図２において、横軸は炉中心からの距離を示し、炉中心位置を０、炉壁位置を１とした無次元距離（以下、炉口無次元半径という）で示す。

層厚比分布は、種々提案される公知のプロフィールメータによって測定される、鉱石層及びコークス層の表面プロフィールから、公知の方法によって算出される。図２（及び後述する図３）において、層厚比分布は各層の装入が完了した直後の表面プロフィールを用いて算出され、当該層の次に装入される高炉原料による崩落の影響を考慮しないが、層厚比分布の算出方法は、特に限定されない。

高炉の操業において、炉径方向の層厚比分布には理想的な炉内ガス流れを実現するための分布があり、原料性状その他の操業諸元によって高炉毎に目標とする層厚比分布（以下、目標層厚比分布ともいう）が定められている。図２は、目標層厚比分布の一例である。

高炉の炉下部において、炉内ガスはコークス層を優先的に通って炉上部へ上昇する。このため、炉内ガスは層厚比の小さいところに流れやすい。
ところで、高炉の炉壁は設備保護のために冷却されている。炉壁部に存在する鉱石を速やかに還元・溶融させるためには、炉中間部よりも多く炉内ガスを流さなければならず、炉壁部の層厚比は炉中間部の層厚比よりも小さくすることが好ましい。一方、炉壁部の層厚比を小さくし過ぎると、炉壁部に過剰にガスが流れ還元効率が悪化するため、還元材比が上昇することとなり好ましくない。よって、炉壁部と炉中間部の層厚比については、適切な関係があると考えられる。

本発明は、炉径方向の層厚比分布が理想的な分布となっているか否か、すなわち、炉壁部の層厚比と炉中間部の層厚比との相対的な関係は適切か否かを層厚比分布から算出される所定のパラメータにより判定する。
具体的には、炉中間部における層厚比の最大値、最小値または平均値のいずれかの値と、炉壁部における層厚比の最大値、最小値または平均値のいずれかの値と、の差または比である、炉壁部の層厚比と炉中間部の層厚比との相対的な関係を示す所定パラメータを算出し、当該所定パラメータが所定目標範囲内に収まるか否かを判定する。以下の説明において、炉中間部における層厚比の最大値、最小値及び平均値からなる群から選ばれた値を「炉中間部特徴値」といい、炉壁部における層厚比の最大値、最小値及び平均値からなる群から選ばれた値を「炉壁部特徴値」ということがある。

所定パラメータは、例えば、炉中間部における層厚比の最大値（図２中Ｐ１点）と炉壁部における層厚比の最小値（図２中Ｐ２点）との差（以下、第１パラメータともいう）とすることができる。第１パラメータについての炉中間部特徴値（以下、炉中間部第１特徴値ともいう）は炉中間部における層厚比の最大値（炉中間部最大層厚比）であり、第１パラメータについての炉壁部特徴値（以下、炉壁部第１特徴値ともいう）は炉壁部における層厚比の最小値（炉壁部最小層厚比）である。
この第１パラメータが０．４０以下であるとき、上述した好ましい炉内ガスの流れを形成することができ、良好な層厚比分布となっていると考えることができる。第１パラメータの目標範囲（以下、第１目標範囲ともいう）を０．４０以下とした理由は後述する。

所定パラメータは、また例えば、炉中間部における層厚比の平均値に対する炉壁部における層厚比の平均値の比（以下、第２パラメータともいう）とすることができる。第２パラメータについての炉中間部特徴値（以下、炉中間部第２特徴値ともいう）は炉中間部における層厚比の平均値（炉中間部平均層厚比）であり、第２パラメータについての炉壁部特徴値（以下、炉壁部第２特徴値ともいう）は炉壁部における層厚比の平均値（炉壁部平均層厚比）である。なお、炉中間部における層厚比の平均値、及び、炉壁部における層厚比の平均値は、それぞれ算術平均値とすることができる。
この第２パラメータが０．７７以上であるとき、上述した好ましい炉内ガスの流れを形成することができ、良好な層厚比分布となっていると考えることができる。第２パラメータの目標範囲（以下、第２目標範囲ともいう）を０．７７以上とした理由は後述する。

図３は、良好でない層厚比分布の一例を示す。図３に示すように、炉壁部に装入する鉱石量が少ない場合、炉壁部最小層厚比が低下したり、炉壁部平均層厚比が低下したりする。よって、第１パラメータが第１目標範囲（０．４０以下）を超えてしまったり、第２パラメータが第２目標範囲（０．７７以上）を下回ってしまったりする。

なお、炉壁部と炉中間部との境は、炉口無次元半径：０．６～０．９の範囲内から適宜選択することができる。炉中心部と炉中間部との境は、炉口無次元半径：０．１～０．３５の範囲内から適宜選択することができる。炉壁部と炉中間部との境、及び、炉中心部と炉中間部との境は、目標層厚比分布に応じて定めることができる。
本実施形態においては炉口無次元半径で０．３以上０．７未満の範囲を炉中間部と定義し、炉口無次元半径で０．７以上１．０以下の範囲を炉壁部と定義する。

図４に、コークス比（ＣＲ）と第１パラメータの関係を示す。図４中のプロットは、炉容積４０００ｍ^３級の高炉の２週間分の操業実績から求めた、コークス比（ＣＲ）と第１パラメータである。図４において、第１パラメータは、ある炉周方向に設置されたプロフィールメータの測定結果から算出した値である。
図４によれば、第１パラメータが大きくなるとコークス比が高くなる傾向が見て取れ、第１パラメータが０．４０を超えると、コークス比が３００ｋｇ／ｔを超える。よって、第１パラメータが０．４０以下になるように、すなわち、第１パラメータが第１目標範囲に入るように層厚比分布を制御することにより、操業を安定させ、コークス比を低位に維持することができると考えられる。

図５に、コークス比（ＣＲ）と第２パラメータの関係を示す。図５中のプロットは、炉容積４０００ｍ^３級の高炉の２週間分の操業実績から求めた、コークス比（ＣＲ）と第２パラメータである。図５において、第２パラメータは、ある炉周方向に設置されたプロフィールメータの測定結果から算出した値である。
図５によれば、第２パラメータが小さくなるとコークス比が高くなる傾向が見て取れ、第２パラメータが０．７７未満になると、コークス比が３００ｋｇ／ｔを超える。よって、第２パラメータが０．７７以上になるように、すなわち、第２パラメータが第２目標範囲に入るように層厚比分布を制御することにより、操業を安定させ、コークス比を低位に維持することができると考えられる。

以上の通り、本発明者等は、ある高炉の操業実績から、コークス比が低位で安定していた操業安定期について、第１パラメータ及び第２パラメータの適正範囲を求め、第１目標範囲及び第２目標範囲を設定した。そして、第１パラメータ及び第２パラメータに代表される所定パラメータが、第１目標範囲及び第２目標範囲に代表される所定目標範囲に入るか否かを判定し、所定パラメータが所定目標範囲内に収まらないとき、以下に述べる方法により、高炉原料の装入方法を適宜変更する。

高炉原料の装入方法を変更する際は、例えば鉱石の装入方法を変更して鉱石の装入位置を調整してもよく、コークスの装入方法を変更してコークスの装入位置を調整してもよく、いずれの方法であっても、層厚比分布を調整することができる。なお、鉱石及びコークス双方の装入位置を調整してもよい。

本発明の対象とする高炉が、図１に示すようなベルレス式装入装置を備える場合、旋回シュートの傾動角、旋回数及び旋回速度の少なくとも一つを変更することにより、高炉原料の装入方法を変更することができる。例えば、鉱石の装入位置を調整する際には、鉱石ダンプにおける、あるノッチの旋回数を変更することができる。より具体的には、図３のごとく炉壁部に装入する鉱石量が少ないために、所定パラメータが所定目標範囲内に収まっていないとき、鉱石の装入位置を外振りに変更する。例えば、鉱石ダンプのノッチパターンが「２ノッチから８ノッチまで２旋回ずつ」であったとき、ノッチパターンを「１ノッチから７ノッチまで２旋回ずつ」に変更することにより、炉壁部に装入する鉱石量を増やし、第１パラメータ及び第２パラメータを改善することができる。また、コークスの装入位置を内振りに変更してもよい。

本発明は、高炉原料を、最下段のベル（大ベル）ホッパーから交互に切り出すと共に、炉口周壁部の円周方向に多数設けられたムーバブルアーマーのストロークを調整し、アーマープレートに衝突・反射させることにより、炉内に高炉原料を充填するベル式高炉にも適用することができる。
本発明の対象とする高炉がベル式装入装置を備える場合、大ベルの開度、大ベルの開速度、及びムーバブルアーマーのストロークの少なくとも一つを変更することにより、高炉原料（鉱石及び／又はコークス）の装入方法を変更することができる。例えば、ムーバブルアーマーのストロークを小さくして鉱石の装入位置を外側に変更することができる。

また、ベルレス式高炉であるかベル式高炉であるかを問わず、炉内に堆積した高炉原料の高さを管理する管理ラインを調整することにより、高炉原料の装入方法を変更することもできる。
高炉に装入された高炉原料は充填層を形成し、この充填層の管理位置（例えば炉壁から数十ｃｍの位置）が所定の管理ラインまで荷下がりしたときに、新しい高炉原料が炉内に装入される。この管理ラインを調整すること、具体的には、鉱石を装入する前の管理ラインを下げて鉱石層の装入位置を外側にすること、及び／又は、コークスを装入する前の管理ラインを上げてコークスの装入位置を内側にすることによって、第１パラメータ及び第２パラメータを改善することが出来る。

管理ラインは、例えば、ストックライン（ＳＬ）の数十ｃｍ～数ｍ下に設定することができる。ストラックライン（ＳＬ）は、ベルレス式高炉の場合、例えば、傾動角θを最小値（θ≒０）に設定した旋回シュートの下端から数十ｃｍ下方の位置と定義することができる。または、鉱石受け金物の上端から数十ｃｍ～数ｍ上をストックライン（ＳＬ）と定義してもよい。また、ベル式高炉の場合、例えば、退避位置に後退させたムーバブルアーマーの下端から例えば数十ｃｍ～数ｍ下をストックライン（ＳＬ）と定義することができる。

いずれの方法においても、理想的な炉内ガス流れを実現しうる高炉装入物の堆積形状を形成するように、適宜高炉原料の装入方法を変更することができる。すなわち、第１パラメータが第１目標範囲内に収まらないとき、または、第２パラメータが第２目標範囲内に収まらないときには、鉱石及び／又はコークスの装入位置を適正位置に戻して炉壁部に適切な鉱石量を配置できる装入方法に変更する。

なお、層厚比分布から算出する所定パラメータは、炉中間部特徴値と炉壁部特徴値とを用いて算出される、炉壁部の層厚比と炉中間部の層厚比との相対的な関係を示すパラメータであればよく、第１パラメータ及び第２パラメータに限定されない。
所定パラメータは、炉中間部における層厚比の最大値及び平均値からなる群から選ばれた炉中間部特徴値と、炉壁部における層厚比の最大値、最小値及び平均値からなる群から選ばれた炉壁部特徴値と、の差または比である。
所定パラメータは、例えば、炉中間部最大層厚比に対する炉壁部最小層厚比の比であってもよい。このときの所定目標範囲は、例えば０．５６以上とすることができる。炉中間部最大層厚比に対する炉壁部最小層厚比の比が０．５６以上となるように層厚比分布を制御することにより、操業を安定させ、コークス比を低位（例えば３００ｋｇ／ｔ以下）に維持することができると考えられる。
所定パラメータは、また例えば、炉中間部平均層厚比と炉壁部平均層厚比との差であってもよい。このときの所定目標範囲は、例えば０．１７以下とすることができる。炉中間部平均層厚比と炉壁部平均層厚比との差が０．１７以下となるように層厚比分布を制御することにより、操業を安定させ、コークス比を低位（例えば３００ｋｇ／ｔ以下）に維持することができると考えられる。

所定パラメータは、例えば、炉中間部最大層厚比と炉壁部平均層厚比との差であってもよい。このときの所定目標範囲は、例えば０．３５以下とすることができる。所定パラメータは、また例えば、炉中間部最大層厚比に対する炉壁部平均層厚比の比であってもよい。このときの所定目標範囲は、例えば０．６０以上とすることができる。炉中間部最大層厚比は、炉径方向において最も還元負荷が高い（還元が進みにくい）位置での層厚比考えられるところ、炉壁部平均層厚比との相対的な関係を適切に保つことにより、炉径方向において還元ネックとなる部分が発生するのを避け、還元材比を低位にすることができると考えられる。

所定パラメータは、例えば、炉中間部平均層厚比と炉壁部最小層厚比との差であってもよい。このときの所定目標範囲は、例えば０．３０以下とすることができる。所定パラメータは、また例えば、炉中間部平均層厚比に対する炉壁部最小層厚比の比であってもよい。このときの所定目標範囲は、例えば０．６０以上とすることができる。炉壁部最小層厚比は、炉径方向において最もガスが抜けやすい（炉内ガスを無駄にしやすい）位置での層厚比と考えられるところ、炉中間部平均層厚比との相対的な関係を適切に保つことにより、炉内ガスを無駄にせず、ひいては還元材比を低位にすることができると考えられる。そのほか、本発明者等による高炉の操業実績を用いた検討によれば、各所定パラメータの閾値は、例えば次のように決定できる。

所定パラメータは、例えば、炉中間部最大層厚比と炉壁部最大層厚比との差であってもよく、このときの所定目標範囲は、例えば０．３０以下とすることができる。所定パラメータは、また例えば、炉中間部最大層厚比に対する炉壁部最大層厚比の比であってもよく、このときの所定目標範囲は、例えば０．７０以上とすることができる。所定パラメータは、例えば、炉中間部平均層厚比と炉壁部最大層厚比との差であってもよく、このときの所定目標範囲は、例えば０．１０以下とすることができる。所定パラメータは、また例えば、炉中間部平均層厚比に対する炉壁部最大層厚比の比であってもよく、このときの所定目標範囲は、例えば０．８５以上とすることができる。

なお、所定パラメータは、炉中間部特徴値に対する炉壁部特徴値の比に限定するものではなく、炉壁部特徴値に対する炉中間部特徴値の比であってもよい。

図６（ａ）のフローチャートを参照しながら、第１パラメータを改善するための装入方法の変更方法について説明する。

（ステップＳ１０１について）
層厚比の炉径方向における分布である層厚比分布を、炉周方向の１つの位置で測定する。特定の炉周方向位置における層厚比分布は、従来公知の２次元プロフィールメータにより測定することができる。２次元プロフィールメータにより測定された上述の情報を、二次元堆積情報と称するものとする。
なおここで、後述する参考例の３次元プロフィールメータにより測定された複数の層厚比分布を平均して得た層厚比分布を、二次元堆積情報として用いても良い。

炉径方向における層厚比分布の具体的な算出方法は、以下の通りである。すなわち、コークスを装入した後に、特定の炉周方向位置におけるコークス層の二次元堆積情報を２次元プロフィールメータにより測定する。その後、コークス層の上に積層された、特定の炉周方向位置における鉱石層の二次元堆積情報を２次元プロフィールメータにより測定する。そして、当該特定の炉周方向位置における層厚比分布を求める。

（ステップＳ１０２について）
再び図６（ａ）のフローチャートを参照して、ステップＳ１０１で求めた特定の炉周方向位置における層厚比分布に基づき、当該炉周方向位置における第１パラメータを算出する。第１パラメータは、上述の通り、炉中間部最大層厚比と炉壁部最小層厚比との差である。

（ステップＳ１０３について）
ステップＳ１０２で求めた第１パラメータが０．４０以下（第１目標範囲内）であるかを判別し、第１パラメータが第１目標範囲外の場合には（ステップＳ１０３ Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４に進み、第１パラメータが第１目標範囲内の場合には（ステップＳ１０３ Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進む。

（ステップＳ１０４について）
ステップＳ１０４において、鉱石装入位置を炉壁側に移動させる処理を行う。鉱石装入位置は、前述した方法により調整することができる。変更後の鉱石装入位置の決定方法は、特に限定しないが、例えば、第１パラメータと第１目標範囲の上限値である０．４０とを比較して決定することができる。すなわち、第１パラメータと０．４０との差が大きい場合には、鉱石装入位置を大きく炉壁側とし、第１パラメータと０．４０との差が大きくない場合には、鉱石装入位置を少しずつ炉壁側にずらして微調整するのがよい。

鉱石を装入する前の管理ラインを降下させることにより、鉱石装入位置を炉壁側に変更することができるところ、管理ラインが降下したか否かは、公知のサウンジング装置により把握することができる。サウンジング装置には、ワイヤに接続された重錘を炉内に垂らして、高炉充填層の上端に当接させることにより高さを測定する機械式サウンジング装置や、高炉の炉頂に取り付けられたマイクロ波距離計を用いることができる。ステップＳ１０４の処理を行うことにより、鉱石の装入位置を第１パラメータ：０．４０を指向する位置に変更することができる。つまり、鉱石の装入位置が炉壁側に適切にシフトし、層厚比分布を適正化することができる。

（ステップＳ１０５について）
第１パラメータが第１目標範囲内に収まっているため、鉱石装入位置を調整する処理は行わない。

（参考例）
図６（ｂ）のフローチャートを参照しながら、第１パラメータを改善するための装入方法の変更方法の参考例について説明する。ただし、図６（ａ）と処理が共通するステップについては、詳細な説明を省略する。

（ステップＳ１０１Ａについて）
炉周方向の複数位置で層厚比分布を測定し、好ましくは、炉周方向所定角度毎に層厚比分布を測定する。炉周方向所定角度毎の層厚比分布は、従来公知の３次元プロフィールメータにより測定することができる。
層厚比分布を算出する所定角度間隔は好ましくは４５°以下であり、例えば１０°に設定することができる。角度間隔を小さくするほど、炉径方向における層厚比分布をより正確に把握することができる。ただし、角度間隔を過度に小さくすると、データ量が膨大となるため、処理が煩雑となる。なお、３次元プロフィールメータにより測定された上述の情報を、三次元堆積情報と称するものとする。

３次元プロフィールメータは、マイクロ波方式であってもよいし、レーザ方式であってもよい。マイクロ波方式の３次元プロフィールメータとして、例えば、マイクロ波送受信手段に連結するアンテナと、反射角度可変の反射板とを容器内に収容し、該容器を高炉上部の適所に設けた開口に気密に取り付け、アンテナから発射されたマイクロ波ビームを反射板で反射して装入物の表面を面状に走査するとともに、表面で反射されたマイクロ波をマイクロ波送受信手段で検波して走査位置に対応する距離データを求めてマップ化する装入物プロフィールメータを用いることができる（例えば、特許第５３９１４５８号公報参照）。

炉径方向における層厚比分布の具体的な算出方法は、以下の通りである。すなわち、コークスを装入した後に、コークス層の三次元堆積情報を３次元プロフィールメータにより測定する。ここで、得られた三次元堆積情報を前記の所定角度ずつ抜き出し、炉径方向におけるコークス層の堆積情報を取得する。つまり、前記の所定角度毎に、コークス層の炉径方向における堆積形状（二次元情報）を取得する。
その後、コークス層の上に積層された鉱石層の三次元堆積情報を３次元プロフィールメータにより測定する。ここで、得られた三次元堆積情報を前記の所定角度ずつ抜き出し、炉径方向における鉱石層の堆積情報を取得する。つまり、前記の所定角度毎に、鉱石層の炉径方向における堆積形状（二次元情報）を取得する。最後に、前記の所定角度毎に炉径方向における層厚比分布を求める。

（ステップＳ１０２Ａについて）
再び図６（ｂ）のフローチャートを参照して、ステップＳ１０１Ａで求めた前記所定角度毎の層厚比分布に基づき、前記所定角度毎の第１パラメータを算出する。第１パラメータは、上述の通り、炉中間部最大層厚比と炉壁部最小層厚比との差である。

（ステップＳ１０３Ａについて）
ステップＳ１０２Ａで求めた第１パラメータのうち所定割合以上が０．４０以下（第１目標範囲内）であるかを判別し、第１目標範囲内に収まる第１パラメータの数が所定割合未満である場合には（ステップＳ１０３Ａ Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４Ａに進み、所定割合以上が第１目標範囲内の場合には（ステップＳ１０３Ａ Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進む。
所定目標範囲内に収まる所定パラメータの割合の閾値である「所定割合」は、好ましくは５割であり、より好ましくは８割である。所定割合が５割未満になると、理想的な層厚比分布が形成されない方位が増加して、操業変動を招くおそれがある。

（ステップＳ１０４Ａについて）
ステップＳ１０４Ａにおいて、鉱石装入位置を炉壁側に移動させる処理を行う。鉱石装入位置は、前述した方法により調整することができる。変更後の鉱石装入位置の決定方法は、特に限定しないが、例えば、各方位の第１パラメータの算術平均値を算出し、この算術平均値と第１目標範囲の上限値である０．４０とを比較して決定することができる。すなわち、第１パラメータの算術平均値と０．４０との差が大きい場合には、鉱石装入位置を大きく炉壁側とし、第１パラメータの算術平均値と０．４０との差が大きくない場合には、鉱石装入位置を少しずつ炉壁側にずらして微調整するのがよい。
ステップＳ１０４Ａの処理を行うことにより、鉱石の装入位置を第１パラメータ：０．４０を指向する位置に変更することができる。つまり、鉱石の装入位置が炉壁側に適切にシフトし、層厚比分布を適正化することができる。言い換えると、第１パラメータの５割以上が目標範囲内に収まるように、炉径方向における層厚比分布が炉周方向全体に亘って改善される。

（第２実施形態）
図７のフローチャートを参照しながら、第２パラメータを改善するための装入方法の変更方法について説明する。ただし、図６（ａ）と処理が共通するステップについては、詳細な説明を省略する。

ステップＳ１０２Ｂにおいて、ステップＳ１０１で求めた特定の炉周方向位置における層厚比分布に基づき、当該炉周方向位置における第２パラメータを算出する。第２パラメータは、上述の通り、炉中間部平均層厚比に対する炉壁部平均層厚比の比である。
ステップＳ１０３Ｂにおいて、ステップＳ１０２Ｂで求めた第２パラメータが０．７７以上（第２目標範囲内）であるかを判別し、第２パラメータが第２目標範囲外の場合には（ステップＳ１０３Ｂ Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４Ｂに進み、第２パラメータが第２目標範囲内の場合には（ステップＳ１０３Ｂ Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０５に進む。
ステップＳ１０４Ｂにおいて、鉱石装入位置を調整する処理を行うことは、図６（ａ）の例と同じであり、このとき、例えば、第２パラメータと第２目標範囲の下限値である０．７７とを比較して変更後の鉱石装入位置を決定することができる。

本発明について、実施例を示しながら、詳細に説明する。１／３ベルレス試験装置を用いて実高炉と同一の条件で高炉原料の装入を行い、第１パラメータ及び第２パラメータと鉱石の装入方法の関係を調べた。１／３ベルレス試験装置とは、ベルレス式炉頂装入装置を模した実炉の１／３サイズの模型実験装置（半径１８００ｍｍ程度）である。平均粒径は実炉の約１／３とし、装入量は実炉の約１／２７とした。コークスの１チャージ当たりの装入量は約１．３ｔ、鉱石の１チャージ当たりの装入量は約７．３ｔとした。

鉱石層及びコークス層の二次元堆積形状を２次元プロフィールメータで測定し、堆積形状を取得した。堆積形状を取得した後、層厚比分布を求めるとともに、第１パラメータ及び第２パラメータを算出した。なお、炉口無次元半径で０．３以上０．７未満の範囲を炉中間部とし、炉口無次元半径で０．７以上１．０以下の範囲を炉壁部とした。また、第１パラメータに対応する第１目標範囲を０．４０以下とし、第２パラメータに対応する第２目標範囲を０．７７以上とした。

図８に、鉱石の装入方法を調整する前の、層厚比分布を示す。鉱石の装入位置を調整する前において、炉中間部最大層厚比は０．９９であり、炉壁部最小層厚比は０．３９であり、第１パラメータの値は０．６０（第１目標範囲外）であった。また、鉱石の装入位置を調整する前において、炉中間部平均層厚比は０．８３であり、炉壁部平均層厚比は０．５１であり、第２パラメータの値は、０．６１（第２目標範囲外）であった。

そこで、炉壁側への鉱石の装入量を増加させるため、鉱石ダンプにおいて、炉壁側に全ノッチを１ノッチだけずらし、鉱石ダンプを外振りに変更した。図９は、鉱石の装入方法を調整した後の層厚比分布である。

鉱石の装入方法を調整した結果、炉中間部最大層厚比は０．９１となり、炉壁部最小層厚比は０．５２となり、第１パラメータの値は、０．３９に改善されて第１目標範囲内となった。また、鉱石の装入位置を調整した後の、炉中間部平均層厚比は０．７６となり、炉壁部最小層厚比は０．６０となり、第２パラメータの値は、０．７９に改善されて第２目標範囲内となった。

３ ベルトコンベア
４ａ、４ｂ 固定ホッパー
５ 旋回シュート
７ 貯留ホッパー
８ 流調ゲート

Claims (4)

1. 鉱石層とコークス層との合計層厚に対する鉱石層の厚みの比である層厚比の、炉径方向における分布を示す層厚比分布を、炉周方向の少なくとも１つの位置で測定する第１ステップと、
   前記第１ステップで算出した層厚比分布について、第１の所定パラメータ又は第２の所定パラメータを所定パラメータとして算出する第２ステップと、
   前記所定パラメータが所定目標範囲内に収まるか否かを判定する第３ステップと、
   前記所定パラメータが前記所定目標範囲内に収まらないとき、高炉原料の装入方法を変更する第４ステップと、を有し、
   炉口無次元半径で０．３以上０．７未満の範囲を炉中間部と定義し、炉口無次元半径で０．７以上１．０以下の範囲を炉壁部と定義したとき、
   前記第１の所定パラメータは、炉中間部における前記層厚比の最大値である第１の炉中間部特徴値と、炉壁部における前記層厚比の最大値である第１の炉壁部特徴値と、の差または比であり、
   前記第２の所定パラメータは、炉中間部における前記層厚比の最小値である第２の炉中間部特徴値と、炉壁部における前記層厚比の最小値である第２の炉壁部特徴値と、の差または比である、ことを特徴とする高炉の操業方法。
2. 前記高炉はベルレス式装入装置を備え、前記第４ステップは、旋回シュートの傾動角、旋回数、旋回速度の少なくともいずれか一つを変更して鉱石の装入位置を調整するステップであることを特徴とする、請求項１に記載の高炉の操業方法。
3. 前記高炉はベル式装入装置を備え、前記第４ステップは、大ベルの開度、大ベルの開速度、ムーバブルアーマーのストロークの少なくともいずれか一つを変更して鉱石の装入位置を調整するステップであることを特徴とする、請求項１に記載の高炉の操業方法。
4. 前記第４ステップは、炉内に堆積した高炉原料の高さを管理する管理ラインを調整して鉱石の装入位置を調整するステップであることを特徴とする、請求項１に記載の高炉の操業方法。

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