JPH0510402B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ベルレス式高炉の原料装入方法に係
るものであり、より詳細には、炉内鉄源と還元剤
を混合した原料を装入する際に、炉内における装
入原料の堆積角、半径方向の鉄源と還元剤の重量
比（以下「Ｏ／Ｃ」という）分布、半径方向の粒
径分布等のいわゆる装入物分布の制御性を向上す
ることを目的とした混合原料の装入方法に関する
ものである。

（従来の技術およびその問題点） 高炉操業においては、高炉炉頂部における装入
物のＯ／Ｃ、粒径等の半径方向の分布を適正に制
御して、炉内における半径方向のガス流分布、熱
流比分布を所定の範囲に維持し、鉱石の還元・溶
解を安定に行なう必要がある。

ところで、従来の鉄源と還元剤とを炉内に交互
に装入するいわゆる層状装入法においては、1000
℃以上の高温域において、鉄源が軟化・融着し
て、いわゆる融着帯を形成し、ガスはコークス層
を介して半径方向に再分配されるため、融着帯形
状を適正範囲に維持することが重要であつた、し
かして、融着帯形状は炉内における半径方向のガ
ス流分布・熱流比分布によつて決定されるから、
融着帯形状を制御する手段として、装入物分布制
御が重要であつた。

しかし、実操業におて融着帯形状を装入物分布
制御で適正に精度良く制御することは困難であ
り、しばしば中間部で融着帯が必要以上に低下し
た場合や炉壁部で融着帯が必要以上に低下した場
合には、炉内原料の異常荷下がり現象（スリツ
プ・棚吊）が生じ、高炉の安定操業が達成できな
かつた。

この問題を解決するため国分らは「鉄と鋼」第
70巻４号、1984年S50頁に、鉄源と還元剤を完全
に混合して炉内に装入する方法を提案している。
この完全混合装入においては鉄源の伝熱面積が大
巾に増加して、融着帯の巾は層状装入時の約１／
100と推算されており、事実上、融着帯はないも
のとみなして良い。従つて層状装入時に問題とな
つた融着帯形状異常による荷下がり悪化の問題
は、完全混合装入時には消滅する。更に、完全混
合装入時には通気性の改善というメリツトもあ
る。即ち、シヤフト部における通気性は層状装入
時と大差ないものの、炉下部の通気性が、融着層
の通気性の改善によつて大巾に向上するのであ
る。この混合装入時の融着層の通気性の改善は、
鉄源中の未還元FeOを主成分とするスラグが、隣
在するコークスと直ちに溶融還元反応を生じる結
果、FeO系スラグのホールドアツプ量が減少する
ためである。そして、通気性の改善によつて高炉
の安定操業が達成できるばかりでなく、炉内への
送風可能量が増加し、高炉の生産量を増加するこ
とも可能である。

このように鉄源と還元剤とを完全に混合して炉
内に装入する方法は多くのメリツトをもつている
が、以下に示す問題があるために、実操業には適
用されていなかつた。

第１の問題は完全混合された原料が炉内装入時
に再分離し、炉内に偏折析して堆積するため、炉
内の半径方向のＯ／Ｃ分布が均一とはならないこ
とである。

第７図は従来の完全混合装入に使用しようとし
たベルレス式高炉の原料装入装置の概略図を示す
ものである。高炉１の炉頂部へベルトコンベア２
によつて搬送された混合原料３は、上部ゲート弁
４、上部シール弁５を介して一旦炉頂バンカー６
内に貯蔵され、高炉内の装入物が荷下がりして補
給すべき所定のストツクレベル７が到達すると、
装入物流量調整用の下部ゲート弁８および下部シ
ール部９を開操作し、炉頂バンカー６内の混合原
料３を分配シユート１０を介して炉内に装入する
のである。

しかし分配シユートの傾動角度（θ）は第７図
中に示すように、混合原料装入初期には大とし、
装入末期には小として、混合原料を炉壁部から炉
中心方向に向かつて装入するため、前回炉内装入
された混合原料で形成された斜面上に今回の混合
原料が装入され、斜面上で鉄源と還元剤の分離が
生じ、第７図中に模式的に示すように、炉中心部
および炉壁部に還元剤１１が偏在し、炉中心部お
よび炉壁部のＯ／Ｃは不可避的に低下することに
なり、半径方向に均一なＯ／Ｃ分布を得ることが
できない。

第２の問題は、半径方向Ｏ／Ｃ分布の微調整が
困難であることである。即ち、従来の完全混合装
入法においては、分配シユートに供給される原料
は、事前に鉄源と還元剤とが完全に混合されてお
り、炉内のガス流分布や荷下がり速度分布が一定
であれば、炉内の半径方向のＯ／Ｃ分布は唯一の
分布しかできない。しかし実操業においては、炉
壁レンガの損耗等を防止するため、炉壁熱負荷を
低下するＯ／Ｃ分布、即ち炉壁部でＯ／Ｃを平均
値より少し高くしたい場合があつたり、あるい
は、中心部のガス流を確保するために中心部の
Ｏ／Ｃを平均値より低下したい場合がある。この
ような場合に、バンカー内に鉄源と還元剤を完全
に混合して均一化した状態で装入する従来の完全
装入法では、半径方向のＯ／Ｃ分布の微調整は困
難であつた。

以上詳述したように、従来のベルレス式高炉の
混合原料の装入方法においては、炉内原料が斜面
を形成することによる半径方向Ｏ／Ｃ分布の不均
一性および半径方向Ｏ／Ｃ分布の微調整が困難で
あるという問題があつた。

本発明は従来の完全混合装入法に関する前記問
題をすべて解決するためになされたものであり、
第１の問題点である炉内原料が斜面を形成するこ
とに起因する半経方向Ｏ／Ｃ分布の不均一性を解
消するために、分配シユートの傾動角度を制御し
て、混合原料を炉中心部から炉壁方向に向かつて
装入するとともに、分配シユートの傾動角度、各
傾動角度における旋回数、下部ゲート弁開度のう
ち少なくとも一つを制御して、装入後の炉内原料
の堆積角が20度を超えないようにすること、およ
び、第２の問題点である半径方向Ｏ／Ｃ分布の微
調整の困難性を解消するために、分配シユートに
供給される混合原料中のＯ／Ｃを経時的に制御す
ることを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ベルレス式高炉に鉄源と還元剤の混
合原料を装入する方法において、前記混合原料中
の鉄源と還元剤の重量比率を一定あるいは経時的
に制御し、かつ、分配シユートの傾動角度を制御
して前記混合原料を炉中心部から炉壁方向に装入
するとともに、炉内装入後の混合原料の堆積角度
が20度を超えないように分配シユートの傾動角
度、各傾動角度における旋回数、下部ゲート弁開
度のうち少なくとも一つを制御し、鉄源および還
元剤の炉内半径方向の分布を制御することを要旨
とするベルレス式高炉の混合原料装入方法であ
る。

本発明の構成を第１図に基づいて説明する。原
料がベルトコンベア２によつて炉頂に搬送され、
上部ゲート弁４、上部シール弁５を経て、炉頂バ
ンカー６内に一旦貯蔵され、高炉内の装入物のレ
ベルが所定のストツクレベル７に到達すると、下
部ゲート弁８、下部シール弁９を開口し、分配シ
ユート１０を介して炉内に原料を装入するフロー
は従来発明と同じである。

本発明の特徴は、装入後の炉内原料の堆積角を
20度を超えないようにするため、第１図中に矢印
で示すように分配シユートの傾動角度を小から大
に順次増加するスケジユールを設定して、混合原
料を炉中心部から炉壁方向に向かつて装入し、か
つ、装入中に分配シユートの傾動角度、各傾動角
度における旋回数、下部ゲート弁開度のうち少な
くとも一つを制御することである。なお装入後の
原料の堆積角を20度以下にした理由は、20度以下
であれば、装入時の原料の転がりが実用上無視で
き、斜面が実用上形成されないとみなされるため
であり、この20度以下という値は本発明者等の実
験によつて得られた値である。

すなわち、本発明者等は炉外において実物大模
型を製作し、コークス層の堆積角を種々変更し
て、鉱石装入を行ない、混合層形成量および半径
方向の粒径分布を測定した。その結果の一例を第
２図、第３図に示す。第２図はコークス層の堆積
角と中心部のコークス層の層厚増加（コークス単
味層の層厚増加＋１／２×混合層層厚増加）の関
係を示す図であり、同図より明らかな如くコーク
ス堆積角は20度を境にして、それを超えた場合に
は鉱石装入による中心部のコークス層厚増加が顕
著であるが、それ以下では実用上無視しうにこと
が判明した。即ち半径方向のＯ／Ｃ分布制御性の
向上のためには装入後の原料の堆積角を20度以下
とすることが必要なのである。

第３図はコークス層の堆積角と中心部の鉱石
（試験は全量焼結鉱で実施した）の粒径の関係を
示す図である。コークス堆積角は20度を境にし
て、それを超えた場合には斜面での再分級によつ
て中心部の鉱石粒径の増加が顕著であるが、それ
以下では、鉱石粒径の増加は実用上無視しうるほ
ど小さいことが明らかである。その理由は、斜面
の堆積角が充分小さく、装入時に当該旋回に対応
する装入物の山が形成されても、原料が斜面を移
動しないためと考えられる。即ち半径方向の粒径
分布制御性の向上のためには装入後の原料の堆積
角を20度以下とすることが必要なのである。

以上述べたように半径方向のＯ／Ｃ分布および
半径方向の粒径分布の制御の大幅な向上のために
は、装入後の原料の表面の堆積角を20度以下とす
る必要がある。

なお、原料の堆積角を実測し、当該堆積角が20
度以下となつているか否かは、高炉の炉頂部に通
常設置されているプロフイル計で確認することが
できる。プロフイル計の型式はワイヤーの先端に
とりつけた重錐を堆積原料の表面に降下させて計
測する接触式でも、また、マイクロ波やレーザー
を炉壁部または炉内原料層上の空間に設置された
発振器から発振し、原料堆積面で反射された反射
波を受信して計測する非接触式でもよい。

しかして、装入後の原料の堆積角が20度を超え
そうな場合には、分配シユートの傾動角度、各傾
動角度における旋回数、下部ゲート弁開度のうち
の少なくとも一つを制御し、前記プロフイル計に
よる計測を実施してその効果を確認しながら堆積
角を20度以下に維持すべく制御するのである。

また、本発明方法では分配シユートの傾動角度
を順次大きくしてゆくのであるが、これはいかに
当業者といえども容易に発明できるものではな
い。

すなわち、分配シユートの傾動角度を順次小さ
くしてゆく従来方法にあつては、分配シユート荷
重および分配シユート上の原料荷重によつて生じ
るモーメントの方向と、分配シユートの傾動方向
が同一であるため、傾動モータにかかる軸トルク
が小さく、従つて、モータの定格トルク許容範囲
内である。これに対し、分配シユートの傾動角度
を順次大きくしてゆく本発明方法では、分配シユ
ート荷重および分配シユート上の原料の荷重によ
つて生じるモーメントの方向と分配シユートの傾
動方向が逆である。従つて傾動モータにかかる軸
トルクが大きく、モータの定格トルクを超えるこ
とが予想されたため、分配シユートの傾動角度を
順次大きくしてゆく本発明の如き発明がなされて
いなかつたのである。

しかし、本発明をするにあたり、分配シユート
の傾動角度を順次大きくしてゆく場合のモータ軸
の必要トルクを実測したところ第４図に示すよう
に従来のモータ容量を20％程度増加すれば常用す
る分配シユート傾動角度範囲において、分配シユ
ートの傾動角度を順次大きくしてゆけることが判
明した。

従つて小額の投資で分配シユートの傾動角度を
順次大きくしてゆく本発明が実施できるのであ
る。

本発明の第２の特徴は分配シユートに供給され
る鉄源と還元剤の混合原料のＯ／Ｃを経時的に制
御することである。そして、制御手段としては次
のような手段が適している。

炉頂バンカーから排出時に制御する方法。

鉄源と還元剤を別々の炉頂バンカー６に貯蔵
し、高炉内の装入物のレベルが所定のストツクレ
ベル７に到達すると、鉄源と還元剤を貯蔵した炉
頂バンカー６の各々の下部ゲート弁８および下部
シール弁９を開操作して鉄源と還元剤を同時に切
り出し、混合した状態で分配シユート１０に供給
する。この時、下部ゲート弁８の開度を経時的に
制御すれば、分配シユート１０に供給される混合
原料中のＯ／Ｃを時々刻々制御することができ
る。また分配シユート１０に供給される混合原料
中の鉄源と還元剤の混合状態を完全にするため
に、第１図中に示す位置に混合装置１２を設置し
てもよい。なお、混合装置はその機能を有するも
のならその型式は問わない。

貯槽から切り出した時に制御する方法 鉄源と還元剤１１を貯蔵してある貯槽１３，１
４から各原料を同時に切り出し、装入ベルトコン
ベア２で炉頂に搬送する。この時、貯槽１３，１
４の各ゲート弁の開度を経時的に制御すれば、炉
頂バンカー６を経由して、分配シユート１０に供
給される混合原料中のＯ／Ｃを経時的に制御する
ことができる。しかしこの場合、装入ベルトコン
ベア２上では鉄源と還元剤が完全には混合してい
ないので、炉頂バンカー６内に、例えばストーン
ボツクス１５等を設置して、炉頂バンカー６に供
給される原料の通過中に原料を一旦衝突させて鉄
源と還元剤の混合を促進させる。もちろん混合装
置であれば、種類を特定するものではない。次に
炉頂バンカー６から原料が排出される時にフアネ
ルフローを生じて、炉頂バンカー６に装入された
時に混合原料のＯ／Ｃの経時変化と、炉頂バンカ
ー６から排出された混合原料中のＯ／Ｃの経時変
化が一致しないことが予想される。そこで、炉頂
バンカー６に装入された順に、炉頂バンカー６か
ら排出されるような対策をとる必要がある。第１
図中には、このような目的でコーン１６を設置し
た例を示す。もちろんこの他のマスフロー化の手
段でも良いことはいうまでもない。更に排出時の
Ｏ／Ｃ経時変化を別途計測して、貯槽からの切り
出し時のＯ／Ｃの経時変化をフイードバツク制御
する方法もある。

（作 用） 本発明は、ベルレス式高炉に鉄源と還元剤の混
合原料を装入する方法において、前記混合原料中
の鉄源と還元剤の重量比率を一定あるいは経時的
に制御し、かつ、分配シユートの傾動角度を制御
して前記混合原料を炉中心部から炉壁方向に装入
するとともに、炉内装入後の混合原料の堆積角度
が20度を超えないように分配シユートの傾動角
度、各傾動角度における旋回数、下部ゲート弁開
度のうち少なくとも一つを制御するものである
為、炉内における装入原料の堆積角や半径方向の
Ｏ／Ｃ分布、半径方向の粒径分布等のいわゆる装
入物分布を精度よく制御できる。

（実施例） 本発明の効果を確認するため、炉外において実
物大模型を製作し、装入物分布試験を実施した。
なお試験に使用した装入原料は実際の高炉で使用
している原料を使用した。また、試験における原
料の装入条件は、荷下がりがないことおよび送風
がないことを除けば、実際の高炉と同一の条件で
ある。また、半径方向のＯ／Ｃ分布は、装入試験
後の原料をエポキシ系樹脂で固化した装置外にと
りだして計測した。

均一な半径方向Ｏ／Ｃ分布例 従来の混合装入法における分配シユートの傾動
角度のスケジユールは（１、１、２、２、３、
３、４、４、５、５、６、６、７、７）であつ
た。（ ）内は分配シユートの傾動角度の大きさ
と順序を示しており、数字が小さい方が分配シユ
ートの傾動角度を大きく設定してある。また、旋
回数は14旋回である。これに対し、本発明では炉
内原料の堆積角を20度以下とするため、分配シユ
ート傾動角度のスケジユールを（10、９、９、
８、７、６、５、４、３、２、２、１、１、１）
とした。その結果、装入後の原料の堆積角は中心
部で16度、中間部から炉壁部にかけては０〜５度
とほぼ所望の堆積角を得た。

第５図イに炉頂バンカーに装入された混合原料
のＯ／Ｃの経時変化、ロに分配シユートに供給さ
れた混合原料のＯ／Ｃの経時変化およびハに装置
内の混合原料の半径方向のＯ／Ｃ分布を示す。従
来法では、斜面を形成するため、装入時に鉄源と
還元剤が分離してＯ／Ｃは中心部と炉壁部で低下
している。これに対し、本発明では炉内原料の堆
積角を20度以下に維持できたため、装入時の混合
原料の分離が生じず、半径方向のＯ／Ｃ分布はほ
ぼ均一となり、本発明の有効性が実証された。

なお、本実施例の混合原料調整法は貯槽から切
り出し時に鉄源と還元剤を混合し、炉頂バンカー
内にはストーンボツクスとコーンを設置した。

中心部のみＯ／Ｃを低下する例 従来の混合装入法では、第５図ハに破線で示し
た如く、中心部と炉壁部ともにＯ／Ｃが低下し、
中心部のみのＯ／Ｃを低下することはできなかつ
た。これに対し、本発明では第６図に示す如く、
炉頂バンカーに装入された混合原料のＯ／Ｃを、
装入初期のみ低下させ（同図イ）、分配シユート
に初期に供給されるＯ／Ｃを低下させた結果（同
図ロ）、装置内に初期に原料が堆積する中心部の
みのＯ／Ｃを低下させることができた（同図ハ）。
なお分配シユート傾動角度のスケジユールは前記
と同一にした。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、ベルレス式高炉
に鉄源と還元剤の混合原料を装入する方法におい
て、前記混合原料中の鉄源を還元剤の重量比率を
一定あるいは経時的に制御し、かつ、分配シユー
トの傾動角度を制御して前記混合原料を炉中心部
から炉壁方向に装入するとともに、炉内装入後の
混合原料の堆積角度が20度を超えないように分配
シユートの傾動角度、各傾動角度における旋回
数、下部ゲート弁開度のうち少なくとも一つを制
御するものである為、炉内における装入原料の堆
積角やＯ／Ｃ分布、半径方向の粒径分布等のいわ
ゆる装入物分布を精度よく制御できる。

すなわち、本発明によれば、装入時の混合原料
の分離を防止し、かつ、分配シユートに供給され
る混合原料中のＯ／Ｃを経時的に変化させること
によつて、完全混合装入時の炉内の半径方向の
Ｏ／Ｃ分布を微調整することができ、高炉の操業
上、極めて大なる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるベルレス式高炉の混合原
料装入方法の概略説明図、第２図はコークス層の
堆積角と炉中心部コークス層厚との関係図、第３
図は同じくコークス層の堆積角と炉の中心部鉱石
粒径との関係図、第４図は分配シユートの傾動角
度とモータ軸トルクとの関係図、第５図イ〜ハは
本発明による半径方向Ｏ／Ｃ分布を均一にする混
合原料の装入方法の試験結果を示す図、第６図イ
〜ハは本発明による中心部のＯ／Ｃのみを低下す
る混合原料の装入方法の試験結果を示す図、第７
図は従来法によるベルレス式高炉の混合原料の装
入方法の概略説明図である。 １は高炉、３は混合原料、６は炉頂バンカー、
８は下部ゲート弁、１０は分配シユート、１１は
還元剤、１２は混合装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベルレス式高炉に鉄源と還元剤の混合原料を
   装入する方法において、前記混合原料中の鉄源と
   還元剤の重量比率を一定あるいは経済的に制御
   し、かつ、分配シユートの傾動角度を制御した前
   記混合原料を炉中心部から炉壁方向に装入すると
   ともに、炉内装入後の混合原料の堆積角度が20度
   を超えないように分配シユートの傾動角度、各傾
   動角度における旋回数、下部ゲート弁開度のうち
   少なくとも一つを制御することにより、鉄源およ
   び還元剤の炉内半径方向の分布を制御することを
   特徴とするベルレス式高炉の混合原料装入方法。