JPH05311221A - ベルレス高炉の原料装入方法および装入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 上段ホッパー内の原料堆積面での自然分級お
よび上段ホッパーからの原料排出特性を利用して、下段
ホッパーへの装入原料を操業中に粒度別に分別し、下段
ホッパーからの原料排出特性を改善して、炉内の半径方
向における原料の粒度分布を的確に制御できるベルレス
高炉における原料装入方法および装入装置の提供。 【構成】 原料ホッパーを上下二段に配置した単ポート
式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置において、
下段ホッパー５内に、円筒形状仕切り壁13ａとそれを取
巻く開閉式の整流板13ｂとを取付け、上段ホッパー２よ
り装入される原料を強制的に中心より細，中，粗に分離
することにより、下段ホッパー５から原料を炉内へ排出
する際に、原料の粒径経時変化を「単調増加パターン」
になるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炉頂に原料ホッパー
が上，下二段に配置された単一ポート式センターフイー
ド型ベルレス炉頂装入装置を有するベルレス高炉におい
て、炉内に装入される原料の粒径の経時変化を制御する
ことのできる原料装入方法およびその原料装入装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術およびこの発明が解決しようとする課題】
高炉内に原料を装入するに際して、大ベルや小ベルの開
閉で装入する方法に代わり、近年では、大ベルや小ベル
を用いず、旋回，傾動が可能な分配シュートを介して装
入物を炉内に分配する、所謂、ベルレス炉頂装入装置が
多く採用されるようになってきている。

【０００３】このベルレス炉頂装入装置には、炉頂バン
カーが並列に設置された「並列ホッパー型」の装置と、
原料ホッパーが上，下二段に設置された、所謂「センタ
ーフィード型」の装置とがあり、最近では後者のセンタ
ーフィード型装置が採用される傾向にある。

【０００４】図６は、単ポートセンターフィード型ベル
レス炉頂装入装置の一例の構成を示すものである。そし
て、この単ポートセンターフィード型ベルレス炉頂装入
装置における、装入コンベヤ１により炉頂部へ搬送され
た原料は、上段ホッパー２に装入され、さらに、上段ホ
ッパー２からその底部に設けられた上部ゲート３を経て
下段ホッパー５へ装入される。次いで、原料コントロー
ルゲート６を経て下段ホッパー５から排出された原料
は、分配シュート用駆動装置８により旋回、傾動する分
配シュート９を介して炉内に装入される。

【０００５】このセンターフィード型の装置は、並列ホ
ッパー型の装置に比べて、構造的に簡素で、設備投資額
が安く、装入物を炉内の円周方向にほぼ均一に分配でき
るという機能上の利点がある。

【０００６】しかしながら、図６に示した単ポートセン
ターフィード型ベルレス炉頂装入装置は、次に述べるよ
うに、その構造に起因する問題点を有している。

【０００７】図７は、従来の単ポート式センターフィー
ド型ベルレス炉頂装入装置の上段およひ下段ホッパーに
おける原料の排出挙動を示す模式図である。この図にお
いて、装入コンベヤ等で上段ホッパー２へ装入される原
料10ａはホッパー内の円錐状の原料堆積面で自然に分級
され、装入装置、即ちホッパーの中央部には、粒径の小
さい原料を主体とする細粒Ａが、また側壁の周辺部には
粒径の大きい原料を主体とする粗粒Ｃが、それら細粒Ａ
と粗粒Ｃの間には中粒Ｂが堆積する。

【０００８】次いで、上段ホッパー２の上部ゲート３を
「開」にして、ホッパー２内の原料12を下段ホッパー５
内へ排出する際の原料10ｂの排出挙動は、所謂、フアン
ネルフロー型の挙動を示し、排出初期には細粒Ａが、次
いで中粒Ｂが、そして排出末期には粗粒Ｃが排出され
る。

【０００９】図８はこの上段ホッパー２からの原料排出
時の粒径の経時変化を模式的に示す図であるが、原料の
排出が細粒Ａ，中粒Ｂ，粗粒Ｃの順に行われるので、粒
径の経時変化は「単調増加パターン」となる。この傾向
は、コークスに比べ粒度分布の範囲が大きい焼結鉱にお
いて顕著に現われる。なお、図８の横軸は原料12の排出
開始から終了までを1.0 として表わした無次元時間と
し、縦軸は全体の平均粒径で各排出時間毎の平均粒径を
割って（即ち、平均が1.0 で、1.0 以上は粗粒の割合が
高く、1.0 以下では細粒の割合が高いことを示す）無次
元粒度としたものである。

【００１０】前記の上段ホッパー２からの原料12の排出
は、上部ゲート３を全開にした状態で短時間（焼結鉱で
６〜７Ｔ/sec）に行われるため、下段ホッパー５内に原
料１２が堆積する際には、上段ホッパー２で生じたよう
な原料堆積時の分級（中心部：細粒、側壁部：側粒）が
充分になされず、図７に示すように、排出順に堆積し、
最下層に細粒Ａ’、その上に中粒Ｂ’、最上層に粗粒
Ｃ’が上段の時に比べ緩やかな円錐状の堆積面を形成し
て堆積する。

【００１１】下段ホッパー５から原料コントロールゲー
ト６を経て炉内へ装入される原料１０ｃの排出挙動は、
前記の上段ホッパー２からの排出挙動と同様にフアンネ
ルフロー型の挙動を示す。即ち、排出初期には原料コン
トロールゲート６の直上のホッパー中心部の原料ａが排
出され、次いで、それに隣接する部分の原料ｂが、最後
に側壁部周辺の原料ｃが排出される。

【００１２】図９はこの原料排出時の経時変化を模式的
に示す図で、排出初期に粗粒ピークが現われ、排出中期
以降、漸次粗粒から細粒となり、排出末期にはホッパー
５の周辺側壁部に残っている粗粒が排出されるのでやや
粒径が大きくなる。この傾向は、前記と同様に焼結鉱に
おいて強く現われる。コークスについては粒径の経時変
化が少なく、やや平坦な「フラットパターン」となる。
なお、図９において、横軸と縦軸は図８の場合と同様に
定めたものである。

【００１３】このように、下段ホッパー５から分配シュ
ート９を介して炉内へ装入される原料は、排出初期には
粗粒が多く、漸次粗粒から細粒に変わるので、分配シュ
ート９を炉内壁側から炉芯側に向かって旋回，傾動させ
て装入物の分布制御を行う内振り分配方式では、図11に
示すように、炉内壁側に粗粒11ｂが、また炉芯側に細粒
11ａが装入され、半径方向に粒度偏析が生ずる。

【００１４】炉内装入物11の通気性は主としてその平均
粒度ならびに粒度分布により決まり、ガス流分布は炉内
装入物11の層厚分布ならびに半径方向の粒度偏析によっ
て影響を受けるので、炉芯流の確保が大前提となる高炉
操業においては、図10に示したように、炉内壁側に細粒
11ａが、炉芯側に粗粒11ｂが装入されるような粒度分布
になるのが望ましい。しかし、図11の場合、炉内壁側の
ガスの流れが強くなり、炉芯部におけるガスの流れ（炉
芯流）が不安定化し、吹抜け，スリップ等を誘発しやす
い不安定な炉況となって、高炉の安定操業を行う上で大
きな制約となっている。

【００１５】以上より、下段ホッパー５からの原料の経
時パターンは「単調増加パターン」が望ましい経時パタ
ーンということになる。

【００１６】前記の原料の排出初期に粗粒が排出される
という問題点を解決するために、粒度の異なる原料をあ
らかじめ分別して炉内に装入し（粒度別装入）、半径方
向における粒度分布の調整を行う方法が提案されている
（特公昭55-16203号公報参照）。

【００１７】しかし、この方法においては、次のような
問題点がある。即ち、(1) 原料を粒度別に分別して装入
するため１チャージ当たりの装入時間が長くなり、高炉
の生産性を向上させようとしても、それに追随できない
場合が生ずる。また、ホッパーの均圧、排圧回数が多く
なるので、それに要するガス（Ｎ₂ ガス）の使用量増加
する。(2) 粒径の異なる原料を予め確保するためには、
篩分け設備や、これらの装入物を個別に貯蔵するための
設備も必要であり、設備費がかさむ。

【００１８】また、前記の下段ホッパー５からの原料排
出初期における粗粒の排出を抑制する方法として、上段
ホッパー２から下段ホッパー５への原料排出速度を小さ
くし、下段ホッパー５内で堆積原料の自然分級（中心
部：細粒、側壁部：粗粒）を行わせ、下段ホッパー５か
ら排出される原料の粒径の経時パターンを上段ホッパー
２から排出される原料の粒径の経時パターンと同様に
「単調増加パターン」とする方法もある。しかし、この
方法では原料の排出時間が長くなるので、炉頂タイムス
ケジュールの延長につながり、高炉の生産性の増大に対
応できない場合がある。

【００１９】この他に、下段ホッパー内に中空円筒を設
置し、その中に初期に上段ホッパーから排出される細粒
を装入し、炉内に排出する際にその中空円筒を円筒外の
原料をマスフローさせるために上方向へ移動させるとい
うものがある（特開昭 61-157604号公報参照）。しか
し、下段ホッパー内は高温，高圧でありダストも多く、
内筒を移動させる装置を設置することは難しく、また、
仮に設置したとしてもメンテナンスが大変であり、実用
的ではない。

【００２０】それから、下段ホッパー内に円筒（特開昭
60-43414号公報参照）を設置し、特開昭 61-157604号公
報と同様の効果を狙ったものがある。しかし、円筒に入
らなかった細粒が円筒上に堆積した原料に反発して壁側
に堆積し、円筒と細粒の間に中粒，粗粒が堆積するため
に、下段ホッパー５から排出される原料の粒径の経時パ
ターンを「単調増加パターン」にすることはできない。

【００２１】さらに、小ベル上に二重円筒を設置し、内
筒内に細粒、内筒〜外筒間に中粒、外筒の外に粗粒を強
制的に装入し、炉内円周方向に均一に原料を分布させよ
うとしたものがある（特公昭61-10526号公報参照）。

【００２２】しかし、この場合、対象がベル高炉であ
り、仮にセンターフィード型ベルレス高炉の下段ホッパ
ー５に設置しても、内筒内には上段ホッパー２からまっ
すぐに細粒が落ちてくるために、細粒が装入されるが、
特開昭60-43414号公報と同様に内筒上面の堆積原料と後
から上段ホッパー２から装入されてくる細，中，粗粒と
の反発が大きく、特に粗粒に比べて細，中粒は大きく反
発するので、粗粒が内筒〜外筒間、外筒の外に細，中粒
が装入され、原料の粒径の経時パターンは「単調増加パ
ターン」にはならない。

【００２３】また、下段ホッパー５内に整流板を設置
し、整流板とホッパー壁との間を原料がマスフローする
ように位置を調整するというのがある。しかし、原料が
整流板の上に一部残るために、二回目以降に装入される
原料の堆積状況は変わってくるし、整流板の下に上段ホ
ッパーから最初に装入されてくる細粒が整流板の上に歩
留まり、下段ホッパー５から炉内へ装入する際、細粒が
初期に排出されず、単調増加パターン」にはならない。

【００２４】この発明は前述した事情に鑑みて創案され
たもので、その目的は上段ホッパー内の原料堆積面で自
然に行われる分級および上段ホッパーからの原料の排出
特性を利用して、下段ホッパーに装入される原料を操業
中に粒度別に分別し、下段ホッパーからの原料の排出特
性を改善して、炉内の半径方向における原料の粒度分布
を的確に制御することのできる原料装入方法およびその
装入装置を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明の要旨は、次に
述べる(1) のベルレス高炉における原料装入方法、およ
び(2) の原料装入装置にある。

【００２６】(1) 原料ホッパーが上，下２段に配置され
た単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置
により原料を炉内へ装入するに際し、先ず、下段ホッパ
ー内に設けられた、ホッパー軸芯と同軸の円筒形状また
は多角面筒形状の仕切り壁で仕切られた中央部の空所
に、上段ホッパーから原料を装入する。

【００２７】次いで、前記中央部空所から原料を溢流さ
せて堆積させ、即ち、仕切り壁内に細，中粒を、またそ
の周りに中，粗粒を堆積させることにより、下段ホッパ
ー内の原料の堆積状況を部分的に制御して装入充填した
後の原料を、下段ホッパー底部のゲートを「開」にし
て、中央部空所の原料から排出する。

【００２８】次いで、中央部仕切り壁の周りの原料を仕
切り壁の周りに設置した多角面形状の整流板の下方を開
状態にし、原料の流速を制御し、マスフローで排出し、
炉内に装入することを特徴とするベルレス高炉における
原料装入方法。

【００２９】(2) 原料ホッパーが上，下二段に配置され
た単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置
の下段ホッパー内の中央部に空所を形成するように設け
られており、ホッパー軸芯と同軸の円筒形状または多角
面筒形状に形成さている仕切り壁と、この仕切り壁の周
りに上端が固定されていると共に、下端が開閉式に構成
されている多角面筒形状の整流板とがある。

【００３０】そして、前記仕切り壁は、前記整流板の下
端が開状態になった時に、下段ホッパーの下方部の斜面
との間に、原料排出時の原料が通過でき、かつマスフロ
ーの間隙を有するように設けられていることを特徴とす
るベルレス高炉における原料装入装置。

【００３１】

【実施例】以下に、この発明の原料装入装置の具体例と
その作用効果ならびに、この装置を用いて行う本発明の
原料装入方法について説明する。

【００３２】図１は本発明の原料装入装置の構成の一例
を示す縦断面概略図である。この図において、下段ホッ
パー５の上部にはこのホッパー５を均，排圧して炉内に
原料を装入できるようにするための上部シール弁４が、
また、下部には炉内へ装入する原料の流量を調整する原
料コントロールゲート６および下部シール弁７が設置さ
れている。

【００３３】この下段ホッパー５内に円筒支持ビーム14
ａおよび支持ビーム用ブランケット15ａが取付けられ、
この円筒支持ビーム14ａに下段ホッパー５の軸芯と同軸
円筒形状の仕切り壁13ａが設置されている。

【００３４】これらの仕切り壁13ａの下端と下段ホッパ
ー５の下方部の斜面との間には、原料が通過できる程度
の環状の間隙Ｓ１が確保されている。そして、この間隙
Ｓ１は、例えば、充填原料の最大粒径、即ち、通常コー
クスの最大粒径の約６倍程度の寸法を確保してればよ
い。

【００３５】また、中央の仕切り壁13ａの周りには、上
端が固定されていると共に、下端が開閉できるように構
成された整流板13ｂが設けられている。さらに、下端が
開状態になった時、問題が起こらないように、下部ホッ
パー５の下部は、そのことを考慮して膨らみを持たせた
二重構造とする。

【００３６】図２は図１に示した原料装入装置の下段ホ
ッパーの拡大縦断面図、図３はその立体図を示す。これ
らの図において、円筒形状の仕切り壁13ａ内に空所イ、
および整流板13ｂと仕切り壁13ａとの間に空所ロが形成
されている。

【００３７】この仕切り壁13ａの下端とホッパー５の下
方部の斜面（ホッパー５の円錐面５ａ）との間には、装
入される原料が通過できるような間隙Ｓ１が設けられて
いる。また、整流板13ｂについては、下端が全開の状態
で、原料がマスフローできる間隙Ｓ２が設けられてい
る。

【００３８】この例では、円筒形状の仕切り壁13ａと整
流板13ｂとを設置した原料装入装置を示したが、仕切り
壁13ａおよび整流板13ｂは、例えば８〜32の多角面形状
にしてもよく、実用上は多角面体形状の方が好適であ
る。これは、仕切り壁13ａが上段ホッパー２からの装入
原料により衝撃を受け、原料流下時に摩耗するので、耐
摩耗性ライナーを取り付ける必要があるが、通常、平板
上のライナーを使用するので、多角面形状の方が取り付
けが容易なためである。

【００３９】それぞれの間隙Ｓ１，Ｓ２については、充
填される原料の最大粒径（通常、コークスが最大粒径を
有する）の約６倍以上の寸法を確保すれば原料の安定し
た排出が可能である。この間隙Ｓ１，Ｓ２は、大きすぎ
ると原料排出時に後述するような順序の良い排出が行な
われず、また、小さすぎると棚吊りが生じ、閉塞の恐れ
が生じる。

【００４０】円筒形状仕切り壁13ａの大きさは、それぞ
れの仕切り壁13ａで仕切られて形成される空所イに上段
ホッパー２から装入される細粒Ａと中粒Ｂの前半分弱が
収納できるように定めればよい。

【００４１】前記の原料装入装置を用いて本発明方法を
実施する際の手順、ならびにその時の下段ホッパー内原
料の挙動について、図４に基づき説明する。

【００４２】まず、下段ホッパー５への原料装入時にお
いては、下段ホッパー５の底部の原料コントロールゲー
ト６を「閉」とし、上部シール弁４を「開」にしたから
上部ゲート３を全開にする。

【００４３】そして、上段ホッパー２の原料は前述した
ように（図７参照）、初期には細粒Ａ、次いで中粒Ｂ、
末期には粗粒Ｃの順で排出されるので、最初は細粒Ａが
下段ホッパー５内の円筒形状仕切り壁13ａで囲まれた空
所イに装入される（図４の(a) 参照）。次いで、中粒Ｂ
と粗粒Ｃが上段ホッパー２から排出され、中粒の前半分
弱は下段ホッパー５のイの上方に堆積し、残りの中粒は
イを溢れて空所ロの下方に堆積し（図４の(b) 参照）、
最後の粗粒はその上方へ堆積する。

【００４４】排出の際はコントロールゲート６を「開」
にすると、その開孔直上部にある空所イ内の細粒「ア」
が優先的に排出される（図４の(C) 参照）。その後、中
期には中粒の半分が排出される。なお、この際、中粒が
フアンネルフローする危険性があるが、空所イの体積を
調整して中粒の上方の堆積量を少なめになるように、予
め設計しておけば、中粒の初期排出粒径に与える影響は
小さくすることができる。

【００４５】そして、空所イがからになる直前に整流板
13ｂを開にし、排出の末期には、下段ホッパー５の側壁
周辺に堆積している中粒、粗粒「ウ」を主体とする原料
がＳ１をマスフローで通過して排出される（図４の(d)
参照）。

【００４６】図５は前記下段ホッパー５からの原料排出
時の粒径の経時変化を模式的に示す図であるが、排出の
初期には細粒、次いで中粒、最後に粗粒が排出されるの
で、前記の図８に示した場合と同様の「単調増加パター
ン」となる。なお、図10における横軸と縦軸は図８の場
合と同様に定めたものである。

【００４７】以上述べたように、本発明の原料装入方法
を適用すれば、下段ホッパーから炉内装入される原料の
排出パターンを操業中に制御することができ、特に細粒
を優先的に炉壁に巻くことができるので、高炉の操業の
安定と操業幅を広げることができ、安価原料の使用量を
アップさせることができる。

【００４８】

【発明の効果】炉頂に原料ホッパーが上，下二段に配置
された単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入
装置を有するベルレス高炉において、本発明方法を適用
して炉内に原料を装入することにより、炉内の半径方向
における粒度分布を的確に制御することができる。即
ち、下段ホッパーから排出される原料の粒径は「単調増
加パターン」となるので、内振り方式で原料を炉内に装
入すると、炉内壁側に細粒の原料を、また炉芯側に粗粒
の原料を堆積させることができる。

【００４９】そのため、高炉内のガス流分布を適正に制
御することが可能となり、高炉の安定操業および燃料費
の低減という効果が得られる。このような粒度分布の制
御は、本発明の装置を用いれば容易に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のベルレス高炉の原料装入装置を示す
概略図である。

【図２】この発明の原料装入装置における下段ホッパー
を示す拡大概略図である。

【図３】この発明の原料装入装置における下段ホッパー
内に設けられた仕切り壁および整流板を示す概略斜視図
である。

【図４】この発明の原料装入装置における下段ホッパー
内への原料の装入，排出状態を示す概略図である。

【図５】この発明の原料装入装置における下段ホッパー
からの原料排出時の粒径の経時変化を示すグラフであ
る。

【図６】従来の原料装入装置を示す概略図である。

【図７】従来の原料装入装置における上段および下段ホ
ッパーにおける原料の排出挙動を示す概略図である。

【図８】上段ホッパーからの原料排出時の粒径の経時変
化を示すグラフである。

【図９】従来の原料装入装置における下段ホッパーから
の原料排出時の粒径の経時変化を示すグラフである。

【図１０】炉内への原料装入状態を示す概略図である。

【図１１】炉内への原料装入状態を示す概略図である。

【符号の説明】

１…装入コンベア、２…上段ホッパー、３…上部ゲー
ト、４…上部シール弁、５…下段ホッパー、５ａ…ホッ
パー円錐面、６…原料コントロールゲート、７…下部シ
ール弁、８…分配シュート用駆動装置、９…分配シュー
ト、10ａ，10ｂ，10ｃ…原料、11ａ…細粒、11ｂ…粗
粒、12…原料、13ａ…円筒形状仕切り壁、13ｂ…整流
板、14ａ…円筒支持ビーム、15ａ…支持ビーム用ブラン
ケット、Ａ…細粒、Ｂ…中粒、Ｃ…粗粒、Ｓ１，Ｓ２…
間隙。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ホッパーが上，下二段に設置された
   単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置に
   より、原料を炉内へ装入する際に用いる原料装入方法で
   あり、 先ず、前記下段ホッパー内に設けられたホッパー軸芯と
   同軸の多重円筒形状または多角面円筒形状の仕切り壁で
   仕切られた中央部の空所に、前記上段ホッパーから原料
   を装入し、 その後、前記中央部空所から原料を溢れさせて、前記仕
   切り壁の周りに設置された、ホッパー軸芯と同軸の下段
   が絞られている多角面筒形状の整流板内へ装入、即ち、
   この整流板と前記仕切り壁とで形成されるリング状の空
   所へ原料を装入することで、下段ホッパー内に原料を充
   填し、 次いで、下段ホッパーにおける底部のゲートを「開」に
   して、最初に前記中央部空所の原料を排出し、その後、
   この中央部空所に隣接する前記リング状空所の原料を、
   下段ホッパーの下方部の斜面と前記仕切り壁との間の環
   状の間隙部を通過させて排出して、前記炉内へ原料を装
   入することを特徴とするベルレス高炉における原料装入
   方法。
2. 【請求項２】 原料ホッパーが上，下二段に設置された
   単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置に
   より、原料を炉内へ装入する際に用いる原料装入装置で
   あり、 前記下段ホッパー内に設けられて下段ホッパー中央部に
   空所を形成しており、ホッパー軸芯と同軸の円筒形状ま
   たは多角面筒形状に形成されている仕切り壁と、この仕
   切り壁上端部の周りに仕切り壁を囲むようにして上端が
   固定されていると共に、下端が絞られて開閉式に構成さ
   れている多角面筒形状の整流板とを備えてなり、 前記仕切り壁は、前記整流板の下端が「開」状態となっ
   た時に、前記下段ホッパーにおける下方部の斜面との間
   に、原料排出時の原料が通過できると共に、マスフロー
   する間隙を有するように設けられていることを特徴とす
   るベルレス高炉における原料装入装置。