JPH07146080A - 竪型製錬炉の原料装入方法及びその実施に用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】粉状鉱石から溶融金属を製造するのに用いられ
る竪型製錬炉に原料を装入するに際し、炉頂で装入原料
の半径方向粒度偏析を生じさせる原料装入方法とその方
法の実施に利用できる装置の提供を目的とする。 【構成】炉上方に均排圧ホッパ、装入ホッパ及び装入管
を設け、均排圧ホッパから装入ホッパへ原料を切り出す
際に炉頂部の半径方向粒度偏析とほぼ同じになるよう調
整し、その状態を維持して装入管から落下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、竪型炉により溶融金属
を製造する製錬技術に関し、とくに竪型製錬炉内への原
料装入方法及びその方法が実施できる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】竪型製錬炉の一つである高炉では、炉内
が固・気・液体の向流する高温移動層になっており、そ
の操業を安定に維持することを目的として、原料装入時
には原料の装入物分布制御が行われている。この場合の
装入物分布制御とは、高炉内に装入される鉱石, 焼結
鉱，コークスなどの装入原燃料（以下原料と呼ぶ）の炉
半径方向や炉円周方向での（１）鉱石層厚やコークス層
厚、あるいは鉱石層厚とコークス層厚の比、（２）鉱石
粒径やコークス粒径、あるいは鉱石粒径とコークス粒径
の比、を目標値に制御することであり、 １）炉円周方向での原料の堆積分布については、上記
（１）、（２）の値が炉円周方向で均一に分布すること
が望ましく、 ２）炉半径方向での原料の堆積分布については、（１）
と（２）の値から決定される通気抵抗分布を適正に制御
することが肝要である。

【０００３】そして、ベル式装入装置をもつ高炉では所
謂ムーバブル・アーマを用いて、また、ベルレス式装入
装置をもつ高炉では旋回シュートの傾動角あるいは複数
の傾動角を組合せることによって、原料の装入物分布制
御が行われている。一方、高炉以外の竪型製錬炉では、
高炉と異なる炭材を用いるため炉頂から装入する原料の
落下強度が弱く、上記ムーバブル・アーマや旋回シュー
トを使用した場合には、炉頂で原料が粉化して ａ）ダストとしての飛散が多くなる、 ｂ）竪型精錬炉内の固体移動層の降下異常の原因とな
り、安定な操業ができない、 ｃ）炉頂温度が高くなった場合には、上記ムーバブル・
アーマやベルレス式炉頂装入装置は使えない 等の理由で、炉頂からの原料装入を炉頂に設けた単数あ
るいは複数本数の筒もしくは管（以下、このような筒，
管を合わせて装入管と称する）から行うことが試みられ
ている。

【０００４】たとえば、Ｉｒｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｅｎ
ｇ．，４５（１９６８）第１９７〜２０１頁に開示さ
れ、また、第３版 鉄鋼便覧ＩＩ製銑・製鋼（日本鉄鋼
協会編；昭和５４年発行〔丸善〕）第３３３頁にも引用
されている還元鉄の製造法（Ｍｉｄｒｅｘ法）では、炉
頂ホッパ下部の原料排出口から炉頂全域に渡って多岐に
分岐した装入管を用いた原料装入装置が配設されてい
る。

【０００５】しかしながら、この方法では、炉頂ホッパ
排出口から供給される広い粒度分布をもった原料を、炉
頂半径方向に所望する粒度分布を持たせることはできな
い。すなわち、上記方法では、実質上、炉頂で原料粒度
分布の半径方向制御は不可能であり、その結果、該竪型
製錬炉内の半径方向ガス流れは極端な炉壁流となり、炉
壁の熱負荷が多くなり、耐火物の損耗が多くなるととも
に、熱損失も多くなり、燃料比が高く、不経済な操業と
なる。

【０００６】また、Ｎｉｐｐｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｔｅｃ
ｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，Ｎｏ．１２（１９７８）
Ｄｅｃ．に開示された還元鉄の製造法（新日鉄法）で
は、炉頂に配設された装入管は、竪型製錬炉の軸芯に一
致して配設された１本の装入管である。そのため、装入
管下端からの粒度分布をもった原料装入物の炉壁に向か
う降下流れは、装入前の粒度分布をもった炉頂粒子堆積
群が１種のスクリーン作用をするので、新規に装入した
より小さな粒子は装入前のより大きな堆積粒子群の間を
通過して下に落ちるため、装入管直下の中心位置で細粒
が最も多くなり、炉壁部で粗粒の粒子が最も多くなる粒
度分布となる。その結果、該竪型製錬炉内の半径方向ガ
ス流れも極端な炉壁流となり、炉壁の熱負荷が多くな
り、耐火物の損耗が多くなるとともに、熱損失も多くな
り、燃料比が高く、不経済な操業となる。

【０００７】さらに、特開昭５９−１４３００９に開示
された、粉状原料からの溶融金属製造法に用いられた装
入装置は、竪型製錬炉内に装入するのは炭材のみである
ため、還元鉄製造のための竪型炉よりは炉頂温度が上昇
し、場合によっては１０００℃以上の高温となる場合も
あり、装入管方式の原料装入装置が必須であった。しか
しながら、この場合においても上記と同様、１本の装入
管であり、該竪型炉内の半径方向ガス流れは炉壁流とな
り、炉壁の熱負荷が多くなり、耐火物の損耗が多くなる
とともに、熱損失も多くなり、燃料比が高くなり不経済
な操業となった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑みてなされたもので、還元鉄の製造や粉状鉱石から
の溶融金属製造に使われる竪型製錬炉において、炉頂で
はムーバブル・アーマや旋回シュートを用いずに、炉頂
で装入原料の半径方向での粒度分布を制御できる原料装
入方法の提供を目的とする。さらに、本発明は、炉頂に
配設された原料装入装置を高温度にも耐える装入管方式
として、上記原料装入方法の実施に利用できる装置の提
供も目的としている。その結果、本発明は、最終的に該
竪型製錬炉内の半径方向ガス流れを中心流から炉壁流ま
で自由に制御でき、極端な炉壁流に伴う炉壁の熱負荷の
増大、炉壁耐火物の損耗の増大、炉壁熱負荷の増大、燃
料比の増大等を避け、且つ安定した竪型製錬炉の操業を
維持することを狙いにしている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するために、多数の実験、研究を繰り返し、本発明を
完成させた。すなわち、本発明は、竪型製錬炉の炉上方
に設けた均排圧ホッパ、装入ホッパ及び装入管を経て炉
内へ原料を装入するに際し、該装入ホッパ内に堆積する
原料を、該原料の半径方向粒度偏析が該竪型製錬炉炉頂
部での原料の半径方向粒度偏析とほぼ同じになるよう調
整し、複数の装入管を経て炉内へ装入することを特徴と
する竪型製錬炉の原料装入方法である。その際、好まし
くは装入ホッパ内に堆積する原料の半径方向粒度偏析を
装入ホッパ内に配設したベル、ベルとベルカップの組み
合わせ、あるいは旋回シュートにより調整することを特
徴とする竪型製錬炉の原料装入方法である。また、実際
に際して、本発明は、竪型製錬炉が、炉内に炭素系固体
還元剤の充填層が形成され、該充填層に高温空気や粉体
原料を吹込む上下少なくとも２段に設けられたそれぞれ
複数の羽口を有する炉であり、装入原料が炭材であるこ
とを特徴とする請求項１記載の竪型製錬炉の原料装入方
法である。さらに、本発明に係る原料装入方法の実施に
利用できる装置として、本発明は、炉上方に、均排圧ホ
ッパ、装入ホッパ及び装入管を備えた竪型製錬炉の原料
装入装置において、上記均排圧ホッパが装入ホッパ内堆
積原料の粒度偏析を制御する手段を有し、上記装入管は
該竪型製錬炉の中心軸に対して同心円上に配設された複
数の鉛直管であることを特徴とする竪型製錬炉の原料装
入装置である。

【００１０】

【作用】本発明では、竪型製錬炉に原料を装入するに際
し、炉上方に設けた装入ホッパ内に堆積する原料を半径
方向でムーバブル・アーマ、旋回シュート又は他の手段
を用いて粒度偏析させ、装入管を経て炉頂に装入された
場合には、そのままの偏析状態を維持して炉内へ該原料
を装入できるようにしたので、炉内で原料の半径方向の
粒度偏析が得られるようになる。また、本発明を炭素系
固体充填層を形成し、該充填層に高温空気や粉体原料を
吹込む上下２段に設けた羽口を有する竪型製錬炉に適用
しても、上記と同じ効果が得られる。また、本発明で
は、均排圧ホッパに、装入ホッパ内堆積原料に粒度偏析
を起こさせる制御手段を設け、且つ装入ホッパ内原料
を、その偏析状態を維持したまま該竪型製錬炉に落下で
きるように、複数の鉛直装入管を前記炉の中心軸に対し
て同心円上に配設するようにしたので、該炉内で半径方
向の原料偏析が操業者の希望通りに達成できるようにな
る。

【００１１】その結果、操業者が炉内のガス流れを「中
心流を抑制し、炉壁流を促進」したい時は、装入ホッパ
内の炉壁側に粗粒コークスを分布させ、装入ホッパの炉
中心側には細粒コークスを分布させることで、その目的
を達成できる。逆に、炉内のガス流れを「中心流を促進
し、炉壁流を抑制したい」ときは、装入ホッパ内の炉壁
側に細粒コークスを分布させ、装入管ホッパの炉中心側
には粗粒コークスを分布させることで良い。

【００１２】以下、図１〜７に基づき、本発明に至る経
緯と内容を説明する。発明者らは、図１に示すような本
発明に係る原料装入方法の概念で模型装置を製作し、炉
中心軸に対して同心円上に配設され、かつ重力作用によ
り、原料をその炉頂部に降下・充填させる４本の鉛直原
料装入管を用いた原料の装入実験を行った。その実験で
は、（Ａ）装入ホッパに装入した原料の半径方向の粒径
分布と、装入管を介して竪型製錬炉の炉頂に実現される
原料の半径方向の粒径分布との関係、（Ｂ）（Ａ）の関
係に対する装入物降下速度の影響、（Ｃ）装入管構造
や、装入ホッパの構造についての好ましい条件、等に焦
点をあて、広範かつ網羅的な検討がなされた。

【００１３】まず、図４は、本発明に係る竪型製錬炉の
概略を示す図であり、上記模型実験は実際の炉に対して
縮尺１／７．５の冷間模型（高温で還元をせず、原料の
装入のみ）で行った。装入コンベア１から装入された原
料は、レシービングシュート２を経由して、均排圧ホッ
パ３に一時貯えられる。均排圧ホッパへの原料の装入を
完了した後、レシービングシュート２の下端に設けられ
た上部シール弁４を閉じ、均排圧ホッパ３内部と装入ホ
ッパ５内部の圧力が等しくなるように均排圧ホッパ３内
部を加圧する。ついで、下部シール弁６、ゲート弁７の
順で開放し、均排圧ホッパ３に一時貯えられた装入炭材
を装入ホッパ５に排出する。ここでゲート弁７の開口部
の大きさは、装入スケジュールで決められた時間内に原
料の排出が完了するように調整できることが望ましい。
均排圧ホッパ３から装入ホッパ５への原料の排出完了
後、ゲート弁７、下部シール弁６の順で閉じる。装入ホ
ッパ５に堆積したコークスあるいは石炭などの装入原料
は、炉本体８での酸素あるいは二酸化炭素などとの反応
によって消費されるので、その消費量に応じて装入ホッ
パ５下端に設けられた装入管９内を降下して装入管９先
端から炉内に供給される（模型装置では、炉本体の下に
設けた電磁フィーダーで炉内の原料を抜き出して消費量
とする）。装入ホッパ５内には常に所定量の原料を堆積
させることとし、装入ホッパ５内の原料量があらかじめ
設定した下限値にいたった時に、再度、原料装入操作を
繰り返す。

【００１４】以下、上記（Ａ）〜（Ｃ）に記した広範な
検討で行った実験の条件及び結果の一例を、原料がコー
クスである場合について述べる。 Ｉ．一般的な実験条件 （ａ）実験で用いたコークスは事前に乾燥−破砕−篩い
分けを行ったもので、実操業で使用しているコークスに
対して、できるだけ固体流れの相似を満たすように、調
和平均径で２．５ｍｍになるよう粒度別に篩い分けたコ
ークス試料を配合した。 （ｂ）１チャージ当たりのコークス重量は３．２ｋｇと
し、これは実機では１３５０ｋｇに相当する。 （ｃ）実操業でのコークスの水分量は天候に大きく左右
されるが、模型実験ではコークスの水分は特に調整せ
ず、乾燥したままで用いた。 （ｄ）この場合、該コークスの諸特性を測定したとこ
ろ、コークス付着水分量は１％以下であり、嵩密度は
５．３ｇ／ｃｍ³ 、安息角は３６°であった。 （ｅ）着色したコークスをトレーサとして用いて、「装
入ホッパ〜装入管〜炉内」での装入炭材の降下状況を調
べた。 （ｆ）この場合、図５に示すように、装入ホッパの底面
（フラット部）の上端までコークスを充填し、次に装入
ホッパ内に２枚の薄鉄板製円筒１０を同心円状に置いて
装入ホッパ内部を３つの領域に分割し、領域毎に色の異
なるコークスを入れ、装入ホッパの上端までコークスで
満たした。 （ｇ）炉本体の下に設けた電磁フィーダ（図示せず）で
炉内のコークスを抜き出し、炉内のコークスを連続的に
降下させると、装入ホッパ内の試料は装入管を経由して
降下し、装入管の下端に到って、炉内に装入される。装
入ホッパ内のコークス試料の減少に対応して、同心円状
の３つの領域の各々にすでに装入してあるコークスと同
じ色のコークスを追加した。 （ｈ）実験では、実機の炭材２０チャージ分に相当する
６４ｋｇのコークスを炉内から抜き出した。抜き出し時
間はおおよそ８０分であった。 （ｉ）試料抜き出し終了後、炉内の堆積面表面あるいは
炉内の垂直断面でコークスの分布状況を観察した。断面
観察の場合は、実験前に炉内の観察面の位置の直径方向
に透明塩ビ製の板を垂直に固定し、実験後に炉内を半分
に仕切っている塩ビ板の片側半分の試料を掘り出し、半
裁断面を観察した。 ＩＩ．実験結果 実験後の炉内表面の原料の分布状態は、装入ホッパの壁
側に堆積したコークスは炉頂では炉壁部に堆積し、装入
ホッパの中心部に堆積したコークスは炉頂では中心部に
堆積していることが明らかになった。この事実と装入管
直下部の炉内の垂直断面での原料の分布状態とを合わせ
ると、装入ホッパから排出されたコークスが装入管を経
由して降下する時、装入ホッパの壁側に分布したコーク
スは装入管内の外側を降下し、装入ホッパの中心部に分
布したコークスは装入管内の内側を降下し、コークスが
炉内に供給される際に、装入管内の外側を降下してきた
コークスは装入管先端の外側の部分から炉壁側に向けて
排出され、これに対して、装入管内の内側を降下してき
たコークスは装入管先端の炉中心側の部分から炉中心部
に向けて排出される。これを図示すると図６のようにな
る。なお、図６中の記号９−１、９−２等は装入管を示
している。

【００１５】また、図７に示すように、コークス排出速
度を変化させても、装入ホッパ内の壁側に堆積したコー
クスの装入ホッパからの排出速度と、装入ホッパの中心
部に堆積したコークスの装入ホッパからの排出速度の比
率は大きくは変化せず、やはり、装入ホッパの壁側に堆
積したコークスは炉内の炉壁に堆積し、装入ホッパの中
心部に堆積したコークスは炉内の中心部に堆積する。

【００１６】ここで、「従来の技術」の項でも述べたよ
うに、装入管が１本の場合は中央に設置すると、図３
（ａ）に示したように、炉中心部に細粒が分布し、かつ
炉壁部に粗粒が分布して操業上好ましくない。中心から
ずれた位置に装入管を設置することで細粒の分布を炉中
心からずらすことはできても、炭材の粒度分布の対称の
中心が炉の中心軸と一致せず、炉内の炭材の粒度分布の
対称性が乱れ、操業に対する外乱要因になるのみと推定
された。装入管２本の場合も、炭材の粒度分布の対称性
は改善効果は少なく、装入管を用いた竪型炉内への炭材
の供給は、炭材の粒度分布の対称性の観点からは、装入
管の本数が多い方が好ましいといえる。しかし、無制限
に多くすることは設備の取り合いからできないから、少
なくとも３本以上の装入管から構成することが適当であ
る。さらに、複数本の装入管を装入ホッパに同心円上に
配置することで、炭材の粒度分布の対称性を乱さず、目
標装入物分布の確保を効果的に実施できる。

【００１７】装入管４本を用い、装入ホッパ内の半径方
向での堆積コークスの粒度分布を制御しない場合の各サ
ンプリング点での平均粒径値を全体の平均粒径値で除し
た無次元粒径の炉直径方向の分布、並びに装入ホッパー
の半径方向での堆積コークスの粒径分布を制御した場合
の分布を図３（ｂ）及び（ｃ）に示した。なお、図２は
この実験での装入管位置を方位で示す図である。図３
（ｂ）よりあきらかなように、均排圧ホッパに制御板を
入れずに装入管を４本用いても、炉中心部と炉壁部に粗
粒が堆積する粒度分布が形成されている。このことは、
炉壁部に堆積した粗粒によって炉内の高温のガスが炉壁
部に優先的に流れる（炉壁流になる）ことになるから、
耐火物の保護、経済性の観点から、この粒度分布は一般
的に好ましくない。

【００１８】一方、均排圧ホッパに制御板を入れて装入
ホッパ内の粒度分布を制御した場合は、炉中心部のコー
クス粒径を大きく、炉壁部のコークス粒径を小さくでき
ることから炉内でのガス流分布を操業上好ましい状態に
できると推定される。その際、均排圧ホッパ内に設ける
原料の半径方向粒度偏析の制御装置としては、制御板、
回転分配器等、どのようなものでも良いが、特に制御板
の場合には、円形、正方形、あるいは円錐形状であって
もかまわない。ただし、炉の中心軸と制御板の重心を一
致させ、炉の中心軸に対して対称形であることが好まし
い。また、装入ホッパ内にベル、ベルとベルカップの組
み合わせあるいは旋回シュートを配設して原料の半径方
向粒度偏析の制御を行っても良い。

【００１９】さらに、上記の結果は、原料がコークスで
なく、塊鉱石、焼結鉱、他の炭材でも同様の傾向・効果
が得られ、粒径分布を持つ原料装入物の炉頂装入時に共
通する粒度偏析現象であることが多くの実験から明らか
になった。装入ホッパの形状は、円筒に４個のコーン部
が配置され、各ホッパの先端に装入管が取り付けられて
おり、この装入管を経由して炉内にコークスが供給され
る形式のものを用いた。あるいは装入ホッパの形状とし
て、ホッパ中心部に円錐台形状の突起を有し、円錐台形
状の突起とホッパの外壁との間で漏斗状の空間を形成
し、漏斗状の空間の底部に装入管を配置したものであっ
てもよい。また、装入管自体の構造としては、円筒状で
も良いが、管内でのブリッジの発生を防止する意味から
若干末拡がりのテーパーを付けた円筒管が好ましい。そ
の材質は、炉頂ガスと反応しないもので、特に、該竪型
製錬炉の炉頂温度が上昇する可能性のある場合には、耐
熱合金製又はセラミックスや耐火物製のものが好まし
い。

【００２０】発明者は、以上のような模型実験で得た新
規な知見にもとづいて、装入ホッパ内の半径方向のコー
クス粒度分布を制御し、その粒度分布を維持するように
多数の装入管を通して原料を落下させることによって、
炉内半径方向のコークス粒度分布を制御技術を完成させ
たのである。装入ホッパ内でのコークスの粒度分布を制
御するには、装入ホッパ内での炭材の堆積状態を調整す
る方策が有効であり、具体的には、装入ホッパ下端に有
する複数本の装入管を装入ホッパの中心軸あるいは製錬
炉の中心軸を中心とする同心円上に配置するとともに、
図１に示すように均排圧ホッパ内に制御板を設けて、装
入ホッパに炭材を供給する均排圧ホッパ内での炭材堆積
時と、均排圧ホッパからの炭材排出時の炭材の運動を制
御すればよいとの結論に達したのである。

【００２１】

【実施例】内容積１４０ｍ³ の竪型製錬炉８の炉頂部
に、該製錬炉の中心軸に対して同心円上９０°の等間隔
に配設され、かつ重力作用により、原料１１を製錬炉８
炉頂部に降下・充填させる４本の鉛直原料装入管９と、
該装入管９に連結された装入ホッパ５、該装入ホッパ５
に原料１１の粒度偏析を半径方向につける手段及び該原
料１１の半径方向の粒度偏析を検知する手段を有する均
排圧ホッパ３からなる原料装入装置を用いて炭材を炉内
に装入し、装入物の填充状態を調査をした。

【００２２】均排圧ホッパ３は、内径２２００ｍｍ、排
出部直径５００ｍｍ、制御板１２の径は７５０ｍｍで、
かつその取付け位置は均排圧ホッパ３の原料１１排出部
下端から上方に８００ｍｍの位置である。この時、制御
板１２と均排圧ホッパ３の間隔は２５０ｍｍであった。
炭材の平均粒径は２５ｍｍであったが、制御板１２と均
排圧ホッパ３間での炭材の詰まりの問題はおこらなかっ
た。

【００２３】装入ベルトコンベア１から装入されたコー
クス１１を、レシービングシュート２を経由して、均排
圧ホッパ３に一時貯え、レシービングシュート２の下端
に設けられた上部シール弁４を閉じて、均排圧ホッパ３
内部と装入ホッパ５内部の圧力が等しくする操作を行っ
た。ついで、下部シール弁６、ゲート弁７の順で開放
し、均排圧ホッパ３に一時貯蔵したコークス１１を装入
ホッパ５に排出した。ここでゲート弁７の開口部の形状
は３００ｍｍの正方形であり、原料１１の排出平均時間
は１０１．５秒（実験回数ｎ＝１０）であった。均排圧
ホッパ３から装入ホッパ５への原料の排出完了後、ゲー
ト弁７、下部シール弁６の順で閉じた。

【００２４】この実験結果をまとめると先に模型実験で
得た図３（ｂ）〜（ｃ）と同様になり、単純に４本足装
入管９から原料１１を炉内に供給したベース（図３
（ｂ））と比較して、均排圧ホッパ３内の制御板１２を
設けた場合は（図３（ａ））、炉壁部の粗粒の抑制に効
果が認められた。すなわち、均排圧ホッパ３内の制御板
１２の有無によって竪型製錬炉８内の半径方向の炭材粒
径分布の制御が可能であった。

【００２５】さらに、装入ホッパ５に原料を供給する均
排圧ホッパ３に配設した装入管ホッパ５内の原料粒度偏
析を半径方向に制御する制御板１２を具体的に作用させ
るにあたって、竪型製錬炉８内炉頂に設けた観察用カメ
ラの撮像結果から該原料１１の半径方向の粒度偏析状況
を求めた。これと予め設定した竪型製錬炉炉頂部での原
料１１の半径方向粒度分布の目標値を比較するとほぼ一
致していた。この装入状態で操業を行った場合、竪型製
錬炉８の高さ方向３ケ所、円周方向４５°ピッチ８ケ所
の計２４ケ所での炉壁耐火物の損耗速度は前者を基準と
して、１０％の低減効果があった。

【００２６】また、均排圧ホッパ３に配設した制御板１
２を作用させるにあたって、竪型製錬炉８の炉頂部直径
方向に差し渡した水平ゾンデ（温度、ガス組成のセン
サ）を用いて竪型製錬炉８の半径方向のガス組成分布と
ガス温度分布を検出し、これが目標とするガス組成、ガ
ス温度分布のいづれかもしくは両者と一致するように制
御すると更に効果的である。

【００２７】本実施例においては、制御板１２が無い場
合と比較して原料排出制御板１２が有る場合は、炉中心
部の炭材の平均粒径を大きくでき、かつ炉壁部の炭材の
平均粒径を抑制できる。すなわち、炉壁部のみに優先的
にガスが流れる条件では炉壁に対する熱的な負荷が上昇
し炉壁の損耗を早めることになるから、制御板１２を設
置し炉壁部の炭材の平均粒径を抑制すればよい。逆に炉
壁部にほとんどガスが流れない条件では、炉壁での付着
物の形成が進むと、やがて炉壁から付着物が脱落し、安
定操業に対する著しい阻害要因となるから、制御板１２
を使用せず炉壁部の炭材の平均粒径を促進すればよい。

【００２８】また、制御板１２の大きさ・取付け位置を
変更することで装入ホッパ５内の炭材の堆積・排出状態
を変化させることができ、ホッパ内の炭材粒度分布を制
御し、ホッパの炉壁部に堆積したコークスは炉内の炉壁
に堆積し、ホッパの中心部に堆積したコークスは炉内の
中心部に堆積するから、炉内の炭材の粒度分布が制御で
きることはいうまでもない。

【００２９】次に、上記実施例と同じ内容積１４０ｍ³
の竪型炉を用いて、別の填充調査を行った。その際、図
８に示すように、装入ホッパ５には、底面直径２４００
ｍｍで高さ１２００ｍｍの円錐形状の耐摩耗鋳鋼製のベ
ル１３を取付けた。ベル１３下端と装入ホッパ５の底面
フラット部１４との距離を１０００ｍｍとして、ベル１
３の中心軸と竪型製錬炉８の中心軸が一致するように、
ベル１３を固定した。装入ホッパ５の内径は３３００ｍ
ｍ，ベル１３底面の直径は２４００ｍｍであり、装入管
９の内壁とベル１３との間のクリアランスは４５０ｍｍ
であったが、均排圧ホッパ３から排出した炭材１１は、
特に問題なく装入ホッパ５内に堆積し、かつ装入管９を
降下した。装入管の本数はこの場合も４本であって、そ
れらは竪型製錬炉の中心軸に対して同心円上に配置され
ている。但し、図８（ｂ）に示した装入ホッパ５内にベ
ル１３のみを設けた条件では、均排圧ホッパ３からの炭
材１１の落下具合によって、ベル１３の特定の斜面から
の炭材１１の落下が優先し、竪型製錬炉８内円周方向で
炭材１１の堆積状態が不均一になることがあった。

【００３０】装入ベルトコンベア１から装入された炭材
１１を、レシービングシュート２を経由して、均排圧ホ
ッパ３に一時貯えた。レシービングシュート２の下端に
設けられた上部シール弁４を閉じて、均排圧ホッパ３内
部と装入ホッパ５内部の圧力を等しくする操作を行っ
た。ついで、下部シール弁６、ゲート弁７の順で開放
し、均排圧ホッパ３に一時貯蔵した炭材１１を装入ホッ
パ５に排出した。ここで、ゲート弁７の開口部の径は３
００ｍｍであり、炭材１１の排出平均時間は１０３．７
秒（実験回数ｎ＝１０）であった。均排圧ホッパ３から
装入ホッパ５への炭材１１の排出完了後、ゲート弁７、
下部シール弁６の順で閉じる。図３（ｄ）はこの時の実
験結果をまとめたものであり、本発明者の推論に違わ
ず、単純に４本足装入管から炭材１１を炉内に供給した
ベース条件と比較して、装入ホッパ５内の炭材１１の堆
積形状を制御することで、炉中心部の平均粒径の増加と
炉壁部の粗粒の抑制の効果が認められた。

【００３１】装入ホッパ５内にベル１３を設置するだけ
の図８（ｂ）のような場合は、均排圧ホッパ３からの炭
材１１の落下の具合によって、炭材１１がベル１３の特
定の斜面から落下し、炉内円周方向で炭材１１の堆積量
が不均一になることがある。これに対して、図８（ｃ）
に示すように、装入ホッパ５内に設置したベル１３にベ
ルカップ１５を組み合わせ、一度ベル１３とベルカップ
１５の間に炭材１１を堆積させた後に、ベル１３を降下
することでベル１３とベルカップ１５の間隙から炭材１
１が落下するようにベルカップ１５を配置すると（図９
参照）、ベル１３上での炭材１１の偏流に起因した円周
方向の炭材落下量のばらつきを小さくできた。この場合
は、装入ホッパ５内に設置するベル１３あるいはベルカ
ップ１５を可動構造にする必要があり、例えば高炉で見
られるように上下に駆動できる構造のベルにする。

【００３２】装入ホッパ５内にベル１３を設置する、あ
るいはベル１３とベルカップ１５を設置した上記実施例
に対して、図８（ｄ）に示すように、炉半径方向に可動
するムーバブル・アーマ１６を円周方向に配置した場合
も調査した。そこでは、炭材１１がベル１３先端から炉
内に落下する際、図９に示すように、炉半径方向でその
位置を調整したムーバブル・アーマ１６に炭材１１がぶ
つかった後に、竪型製錬炉８内に落下するようになるの
で、炭材１１の炉半径方向での落下位置は容易に制御す
ることができた。さらに、装入ホッパ５内での炭材１１
の堆積形状の調節に図８（ｅ）に示すように、装入ホッ
パ５内に傾動旋回自在のベルレスシュート１７を設置す
ると、竪型製錬炉８内に落下する炭材１１の落下位置
は、図８（ｄ）の場合と比較してみてもさらに精度の良
い制御が可能となった。ベル、ベルカップさらにムーバ
ブル・アーマあるいはベルレスシュートを用いたこの実
施例においては、これら装置は炉頂部ではなく、装入ホ
ッパ内に配置され、炉内とは装入管によって連絡するも
のの高温のガスが炉頂部から装入ホッパに入らないの
で、設備上の耐使用温度に関する問題はない。

【００３３】

【発明の効果】竪型製錬炉において装入管方式で行う原
料装入は、高炉のようにムーバブル・アーマや旋回シュ
ートを持たないので、設備構造が比較的簡単であり、製
錬炉における設備費を相対的に安価なものにでき、且つ
設備のメンテも容易である。本発明では、かかる利点を
活かしながら、従来できなかった炭材の粒度偏析分布
を、簡単な構造の原料装入装置の設置によって実現した
ことになる。

【００３４】その結果、高温度にも耐え、炉壁部のみに
優先的にガスが流れることを防いで炉壁に対する熱的な
負荷の上昇を低減し、炉壁損耗の抑制が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る原料装入方法の概念を示す模式図
である。

【図２】モデル実験での装入管位置を方位で示す図であ
る。

【図３】図１に示した装置を用いて本発明を実験した時
の炉頂における炉半径方向の平均粒度分布（ｃ）
（ｄ）、ならびに比較例（ａ），（ｂ）を示す図であ
る。

【図４】竪型製錬炉の具体的な装置構成を示す図であ
る。

【図５】模型実験の実施方法を示す図である。

【図６】模型実験による装入ホッパから炉内への原料降
下状況の調査結果であり、（ａ）は装入ホッパ内の原料
分布、（ｂ）は製錬炉内装入物の表面における原料分布
を示す図である。

【図７】模型実験による装入ホッパからの原料排出速度
の影響を調査した結果である。

【図８】本発明に係る原料装入方法の実施態様を示す図
であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は装入ホッパ内の堆積
原料の粒度偏析を起こさせるためにベル、（ｃ）はベル
とベルカップ、（ｄ）はベルとムーバブル・アーマ、
（ｅ）はベルレス・シュートをそれぞれ用いた場合であ
る。なお、図中の矢印は炭材の運動を示している。

【図９】ベルとベルカップ間から炭材が落下する様子を
示し、（ｄ）の装置を用いての（ａ）はベルとベルとベ
ルカップ間に炭材を堆積した状況、（ｂ）はムーバブル
・アーマ使用なし、（ｃ）はムーバブル・アーマ使用時
の炭材落下状況を示す図である。

【図１０】ベルレス・シュートを用いた装入ホッパ内で
の炭材堆積状況である。

【符号の説明】

１ 装入コンベア ２ レシービングシュート ３ 均排圧ホッパ ４ 上部シール弁 ５ 装入ホッパ ６ 下部シール弁 ７ ゲート弁 ８ 炉本体（竪型精錬炉） ９ 装入管 １０ 薄い鉄板の仕切り １１ 原料（コークス） １２ 制御板 １３ ベル １４ 装入ホッパの底面フラット部 １５ ベルカップ １６ ムーバブル・アーマ １７ ベルレス・シュート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 板谷 宏 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 牛島 崇 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社千葉製鉄所内 (72)発明者 兒子 精祐 千葉市中央区川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社千葉製鉄所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 竪型製錬炉の炉上方に設けた均排圧ホッ
   パ、装入ホッパ及び装入管を経て炉内へ原料を装入する
   に際し、該装入ホッパ内に堆積する原料を、該原料の半
   径方向粒度偏析が該竪型製錬炉炉頂部での目標とする原
   料の半径方向粒度偏析とほぼ同じになるように調整し、
   複数の装入管を経て炉内に装入することを特徴とする竪
   型製錬炉の原料装入方法。
2. 【請求項２】 竪型製錬炉が、炉内に炭素系固体還元剤
   の充填層が形成され、該充填層に高温空気や粉体原料を
   吹込む上下少なくとも２段に設けられたそれぞれ複数の
   羽口を有する炉であり、装入原料が炭材であることを特
   徴とする請求項１記載の竪型製錬炉の原料装入方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、装入ホッパ
   内に堆積する原料の半径方向粒度偏析を装入ホッパ内に
   配設したベル、ベルとベルカップの組み合わせ、あるい
   は旋回シュートにより調整することを特徴とする竪型製
   錬炉の原料装入方法。
4. 【請求項４】 炉上方に、均排圧ホッパ、装入ホッパ及
   び装入管を備えた竪型製錬炉の原料装入装置において、 上記均排圧ホッパが装入ホッパ内堆積原料の粒度偏析を
   制御する手段を有し、上記装入管は該竪型製錬炉の中心
   軸に対して同心円上に配設された複数の鉛直管であるこ
   とを特徴とする竪型製錬炉の原料装入装置。