JPH09249907A - 高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 旋回方向と傾動方向を可変とした旋回シュー
トを介して装入される原料を当該シュート先端部に設け
た小型で重量の小さい反発板により炉内に鉛直下方に向
け装入する。 【解決手段】 高炉用ベルレス式炉頂装入装置におい
て、旋回シュート５の先端部にコーン型の反発板13を当
該旋回シュート５の上面から離間すると共に、下流側に
末広がりに設ける。旋回シュート５の先端から放出され
る原料上層部Ｊを反発板13に衝突させ、反発によりその
向きを反転した原料上層部Ｊと、反発板13に当たらず旋
回シュート５の面に平行に流れる原料下層部Ｋとを正面
衝突させ、原料を鉛直下方に落下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の炉頂部に配
設された旋回シュートを介して炉内に装入される装入物
の炉内分布制御に好適な高炉用ベルレス炉頂装入装置の
旋回シュートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業においては、炉内に原料として
焼結鉱等の鉄鉱石とコークスとが交互に層状に装入され
る。炉内に装入された装入物は、炉内を上昇してくる高
温のガスによりまず乾燥、予熱が行われ、鉄鉱石の還元
が起こる。装入物の降下に伴って還元は順次活発とな
り、鉄鉱石中の酸化鉄は金属鉄となり、さらに吸炭する
などして溶銑となり炉底に溜まる。このようにして炉底
に溜まった溶銑は、炉底の出銑口より取り出され、銑鉄
が製造される。高炉の生産性および銑鉄の品質を向上さ
せるためには、ガスの通気性をよくすること、装入物を
スムーズに降下させること、ガスを炉断面全体に均等に
上昇させることおよび炉壁への熱負荷を少なくすること
などが要求される。

【０００３】高炉の形状は軸対称形をなしているが、安
定操業には炉頂部半径方向の装入物の分布すなわち粒度
分布やコークスと鉱石との層厚分布Ｌ_O ／Ｌ_C （Ｌ_O ：
鉱石層厚、Ｌ_C ：コークス層厚）を適正に制御して、ガ
ス流分布、熱流比分布を円周方向で均一化することによ
って鉱石の還元、溶解状況を円周方向で均一化する必要
がある。また、炉半径方向については、常に変化し続け
る高炉の操業状態に対応して、炉頂での装入物の分布を
柔軟にかつ高精度に制御し、最適な炉半径方向分布をも
つようにすることが重要である。さらに原料装入前にお
ける装入物の表面高さにかかわらず同じ装入物分布を形
成するため、炉内に落下する原料の落下軌跡を鉛直方向
に制御することが望まれる。

【０００４】近年の高炉では、前記の条件を満たす炉頂
装入装置としてベル式に代わり装入物の分布制御の自由
度がより大きな旋回シュートを備えたベルレス式炉頂装
入装置が採用されており、旋回シュートの回転数および
傾斜角度の変更によって多様な装入物制御が行われてい
る。ベルレス式炉頂装入装置の場合は、たとえば図７に
示すように炉内に装入される原料は、一旦ベルトコンベ
ア（図示せず）により２基の炉頂ホッパ１に貯蔵され
る。炉頂ホッパ１に貯蔵された原料６は、原料受入れ完
了後に外気と遮断され、高圧の炉内と同じ圧力に調整さ
れる。炉頂ホッパ１内の圧力調整後に、炉頂ホッパ１内
の原料６が下部に設けた流量調整ゲート2Aを用いて排出
され、傾斜シュート２を流れ落ちる。傾斜シュート２を
流れ落ちた原料６は、集合シュート３の出口部に固設し
た垂直シュート４を通過して落下する。垂直シュート４
の出口部には、上部連結ピン７を介して駆動により鉛直
に対する傾斜角度θを調整自在に支持されると共に炉円
周方向に旋回する旋回シュート５が設けられており、垂
直シュート４を通過しながら落下する原料が供給され
る。

【０００５】この際に、傾斜シュート２を滑り落ちる原
料６は、集合シュート３の下部に設けた垂直シュート４
の中心ではなく炉頂ホッパ１の反対側内面に沿う偏流と
なって落下し、傾斜角度θをもって旋回している旋回シ
ュート５の上端部に供給される。このように垂直シュー
ト４内で原料６が偏流して落下すると共に、シュート５
が旋回していることもあって、原料６は旋回シュート４
上を蛇行しながら斜めに流れた後、先端からほぼ放物線
の落下軌跡を描きながら自由落下により炉内に装入され
る。その結果、旋回シュート５の炉円周方向に対する旋
回角度によって旋回シュート５の先端から排出する原料
６の方向や流速が異なってくる。さらに原料は、炉内に
堆積した装入物10の表面上での転がり運動を経て原料の
層厚、粒度分布が規定されることになる。

【０００６】しかしこのような旋回シュート５による装
入物の分布制御は、 （１）原料の自由落下距離が長いため、落下時に粉化す
る恐れがある。 （２）原料の自由落下方向が滑り面の延長方向であるた
め、原料落下による着地時に炉半径方向の速度成分によ
る強い慣性力により、堆積層を崩したり、流れ込みを発
生させ、安定した堆積層が形成できず層厚分布が変化す
る。 （３）さらに前記（２）の場合、旧堆積装入物面を形成
している装入物の粒度分布により装入物粒子群が炉半径
方向について粒度分級を起こす。 （４）１バッチの装入物量を変化させたり、堆積面の高
さ（ストックライン）が変化した場合には、旋回シュー
ト５の傾動パターンを同一にしても、ストックラインの
高さにより原料落下位置が異なるため、原料の堆積形状
やＯ／Ｃ（Ｏ：鉱石、Ｃ：コークス）の炉半径方向分布
が異なり、装入物分布が極端に変わり外乱となる。 （５）炉内の原料落下位置が正確に推定できない。 等の問題点のために高炉の操業が不安定になり、減風を
余儀なくされ、生産量の低下、溶銑品質の悪化等を招い
ていた。

【０００７】このような問題点を改善する装入装置とし
て、特開昭49-23111号公報では、旋回シュートの先端に
垂直シュートを取り付けることにより、また実開平5-37
948号公報では、反射板を取り付けることにより、旋回
シュートの先端から原料が落下する軌跡を垂直にする技
術が開示されている。このうち前者の特開昭49-23111号
公報に開示されたベルレス式炉頂装入装置では、図６の
ように円筒を長さ方向に半分割した円弧トラフ状の旋回
シュート５を用い、この旋回シュート５の先端部に下部
連結ピン８を介して円筒型の補助シュート９を鉛直に支
持させることを要件とするものが提案されている。

【０００８】この場合、旋回シュート５から排出する原
料６が補助シュート９の内面に衝突して落下する時に、
原料６の運動エネルギーが衝突により減少する。このた
め、炉内に落下する原料６の炉半径方向に対する落下幅
が減少すると共に落下軌跡が鉛直下向きになり、また旋
回方向による炉半径方向の落下位置の差も減少すると説
明している。

【０００９】また、実開平5-37948 号公報では、旋回シ
ュートの先端部に下向きにシュート溝幅より広幅で一定
角度の傾斜をもって固定された平面の反射板を備えた平
板型のものが開示されている。この場合、これまでの旋
回シュートに比べて薄く広幅な原料落下流が形成される
ため、炉内に装入後の原料の再偏析が少なく、炉内に堆
積した装入物の傾斜部に投入しても堆積層を崩す現象を
生じにくく、原料分布と高炉操業の安定化を図ることが
できるとしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記公報に開示されて
いる従来技術によれば、旋回シュートから放射線を描い
て投入される原料を、円筒型の補助シュートや平板型の
反射板により落下軌跡を下向きにする効果は、それなり
に得られる。しかしながら、旋回シュートの先端部に重
量が１〜２トン程度の補助シュートまたは反射板を取り
付けるため、旋回シュート支持部の機械的強度アップ、
傾動用モータ並びに旋回用モータの出力増強が必要であ
る。このため、前記従来技術を実施するためには、単に
旋回シュートの交換にとどまらず、大幅な設備変更を伴
うので設備コストの増加を招くという問題点があった。

【００１１】本発明は、前記従来技術の問題点を解決
し、大幅な設備投資を必要とすることなく、旋回シュー
ト先端から投入される原料を小型の補助シュートにより
原料の落下軌跡を鉛直方向にすることができる高炉用ベ
ルレス式炉頂装入装置の旋回シュートを提供することを
目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点を解消すべく旋回シュートの先端部に設ける補助シ
ュートの構造について種々検討を重ねた結果により達成
されたものであり、その要旨とするところは下記の通り
である。前記目的を達成するための請求項１記載の本発
明は、高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュートに
おいて、前記旋回シュートの先端部上面に離間して、当
該旋回シュート上を滑り落ちる装入物の上層流にのみ衝
突するように対向して反発板を設け、前記旋回シュート
から投入される原料を反発板を介してその落下方向を鉛
直下方に変更するように構成してなることを特徴とする
高炉用ベルレス式炉頂装入装置である。

【００１３】請求項２記載の本発明は、旋回シュートの
先端部に離間して、半分割円錐形状をなす反発板を、当
該反発板の円弧外周面を下側にして上流から下流にかけ
て末広がりになるように設けてなることを特徴とする請
求項１記載の高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュ
ートである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、高炉用ベルレス式炉
頂装入装置において、炉頂ホッパ１から排出した原料６
を旋回シュート５まで落下させるまでの装置は図６およ
び図７に従って説明したものと同様であるので説明を省
略する。図１は、本発明に係る旋回シュートの先端部を
示す側面図である。また図２は、図１のＡ−Ａ矢視方向
を示す平面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ矢視方向を
示す正面図である。

【００１５】本発明の高炉用ベルレス式炉頂装入装置の
旋回シュートは、図１、図２および図３に示すように円
筒を長さ方向に半分割した円弧トラフ状をなす旋回シュ
ート５の先端部上端に差し渡して支持フレーム11を取り
付ける。そして、この支持フレーム11の下面に取り付け
た部材12を介して半分割円錐形状をなすコーン型の反発
板13を設けるものであり、この反発板13は、円弧外周面
を下側にして上流から下流にかけて末広がりになるよう
に部材12に支持され、旋回シュート５の上面と離間して
いる。したがって旋回シュート５上を流れ落ちる原料
は、その上層部が反発板13に衝突し、下層部が反発板13
の下端と旋回シュート５の上面とのなす間隙を通過す
る。

【００１６】このように本発明では、反発板13の下端と
旋回シュート５の上面とは離間しているため、前述のよ
うに旋回シュート５上を流れる原料の上層部のみが反発
板13に衝突し、原料６の下層部は反発板13に衝突せず、
旋回シュート５の上面と反発板13の下端との間を通過す
る。ところで、図５に示すように旋回シュート５上を原
料６が、ある角度βをもって斜めに偏り、振り上がって
流れるので、振り上げ角度βの影響を受けることなく反
発板13に当たる原料６の割合をほぼ一定にするために、
反発板13を半分割円錐形状をなすコーン型とし旋回シュ
ート５と同心状に配置するのである。

【００１７】本発明でも同じ構造であるので、従来技術
として説明した図６および図７を参照しながら本発明の
作用を説明する。炉頂ホッパ１の下部に固定された傾斜
シュート２を流れ落ちる原料６は垂直シュート４を偏流
して落下し、旋回シュート５上端部への落下位置に応じ
原料６は、旋回シュート５上を振り上がって蛇行するな
どして斜めに流れ落ちる。そして旋回シュート５の先端
から放出される原料６が、反発板13に直接衝突するの
は、旋回シュート５上を滑り落ちる原料６の上層部であ
り、下層部は反発板13に接することのないまま反発板13
と旋回シュート５との間隙を通過する。

【００１８】このようにして本発明では、原料６が旋回
シュート５の上面をどのように異なった振り上がり角度
βをもって流れ落ちても、その落下軌跡は図４に示すよ
うに旋回シュート５の先端部に設けた半分割円錐形状を
なす反発板13に衝突する原料上層部ＪのベクトルＸと反
発板13に当たらず旋回シュート５の上面との間隙を通過
するシュート面に平行な原料下層部ＫのベクトルＹとを
合成したベクトルＸＹによって決まる。つまり本発明で
は、原料上層部Ｊが反発板13に衝突して反発によりその
向きを反転した原料上層部Ｊと反発板13に当たらずシュ
ート面に平行な原料下層部Ｋとが正面衝突し、最終的に
原料は合成ベクトルＸＹを形成してほぼ鉛直下方に落下
するので、炉内の目標位置により確実に装入することが
できる。旋回シュート５の先端部に設ける反発板13は小
型で軽量で済むため、旋回シュート５の重量増加を従来
よりも小さくすることができる。

【００１９】以上に説明したように、旋回シュート５の
先端部に設けた反発板13を介して原料を炉内に装入する
ことにより、炉内に落下する原料の炉半径方向に対する
落下幅を減少できると共に、原料落下位置の炉円周方向
偏差が軽減され、さらに炉内装入物のストックライン高
さに変動があっても原料を所定の位置に装入することが
可能になる。

【００２０】本発明を、内容積4500ｍ³ の高炉におい
て、長さ4.0 ｍ、幅1.0mの旋回シュートの先端部に表１
に示すような小型の反発板を設けて炉内に原料をを装入
し、高炉の操業を行った。

【００２１】

【表１】

【００２２】本発明によれば、原料６が、旋回シュート
５の上面をどのように異なった振り上がり角度βをもつ
て流れ落ちても、前述のように旋回シュート５の先端部
に設けた半分割円錐形状をなすコーン型の反発板13に衝
突して反発により、その向きを反転する原料上層部Ｊ
と、反発板13に当たらず旋回シュート５の上面との間隙
を通過するシュート面に平行な原料下層部Ｋとが正面衝
突し、最終的に原料はほぼ鉛直下方に落下させることが
できた。その結果、原料６を炉内の装入物ストックライ
ン上の目標位置により確実に装入することができた。

【００２３】旋回シュートの先端部に設ける本発明の半
分割円錐状反発板は、小型で軽量で済むため、表１に示
すように従来の平板型反発板（2.0m×1.3m）を設置する
のに比べ、反発板本体のみならず付属部材を加えた全体
重量を大幅に軽量化することができた。このように、旋
回シュート５の重量増加を従来よりも小さくすることが
できたので、旋回シュートの支持部強化や、傾動用モー
タの出力向上等を行わなくても、安定して旋回シュート
を運転することが可能になった。

【００２４】表２に、本発明の実施例（小型、コーン型
の反発板）、従来例１（反発板なし）および従来例２
（2.0m×1.3m平板型の反発板）の場合における旋回シュ
ート使用による高炉操業の結果を、１ヶ月の平均データ
で示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】旋回シュートの先端部に半分割円錐状をな
す反発板（小型、コーン型）を使用する本発明の実施例
では、反発板なしの従来例１に比較して、高精度で安定
な原料分布制御として炉円周方向の原料落下位置の均一
化、炉半径方向の狭い原料落下幅および原料の鉛直落下
が可能となる。そのため高炉操業の安定化が達成され、
表２に示すように、減風回数（回／月）を大幅に低減す
ることができた。また、溶銑中の［Si］（％）、溶銑温
度（℃）の各ばらつき（１日の最大値と最小値との差）
が減少し、出銑［Si］も低下した。さらに、これらの効
果は、従来例２の平板型反発板（重量が大きい）を設置
する場合と比較すると、ほぼ同等であった。

【００２７】なお、本発明の前記実施例では、表１に示
した形状条件の反発板（半分割円錐状）を使用した場合
について説明したが、本発明に係る反発板の形状条件
は、次に示す範囲のものが望ましい。ここで、Ｄ：旋回
シュートの直径を示す。 コーン角度 α ： ３０〜６０（ｄｅｇ） コーン直径（最大部） ｄ ： ｄ／Ｄ → ０．７〜１．０ コーン長さ Ｌ ： Ｌ／Ｄ → ０．２〜０．６ コーン角度αを、３０〜６０(deg) 範囲にしたのは、３
０(deg) 未満では原料の排出が阻害され、また、６０(d
eg) を超えると原料を下向きに落下させる効果が小さい
ためである。

【００２８】また、コーン直径（最大部）ｄを旋回シュ
ートの直径Ｄを基準にして、ｄ／Ｄを０．７〜１．０範
囲にしたのは、０．７未満ではコーン部へ当たる原料の
比率が少なくなって効果が小さくなり、１．０を超える
とコーン直径（最大部）ｄが旋回シュートの直径Ｄより
も大きくなり、無駄になるからである。さらに、コーン
長さＬを旋回シュートの直径を基準にしてＬ／Ｄを０．
２〜０．６範囲にしたのは、０．２未満ではコーンに当
たる原料の比率が少なく、効果が小さくなり、０．６を
超過すると原料の排出が阻害されるからである。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、旋
回シュートの先端部に半分割円錐状の反発板を設けたの
で、反発板の小型、軽量化が可能になり、旋回シュート
の重量を小さくできる。これにより、旋回シュート支持
部の強度増大、傾動および旋回用駆動モータの出力アッ
プによる設備費の大幅増加が軽減され、コスト節減が達
成される。

【００３０】旋回シュート上を原料が振り上がって斜め
に流れ落ちても、旋回シュートの先端部に設けた半分割
円錐形状をなす反発板に衝突した反発により、その向き
を反転する原料上層部と反発板13に当たらず旋回シュー
トとの上面との間隙を通過するシュート面に平行な原料
下層部とが正面衝突し、最終的に原料はほぼ鉛直下方に
落下する。このため、高炉内へ装入される原料の高精度
で安定した原料分布制御がなされ、炉円周方向の原料落
下位置の均一化、炉半径方向の原料落下幅縮小が達成さ
れ、これにより高炉に装入した原料分布の不均一に起因
するトラブルが解消され、減風回数が減少し、安定した
高炉操業を継続することができる。

【００３１】その結果、高炉から出銑する溶銑の温度が
低下し、溶銑中のSi濃度が小さくなり、下工程での精錬
コストを大幅に低減するという大きなメリット得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る反発板を備えた旋回シュートの先
端部を示す側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向をを示す平面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ矢視方向を示す正面図である。

【図４】本発明に係る反発板を備えた旋回シュートから
原料を装入する状況を示す側面図である。

【図５】本発明に係る反発板を備えた旋回シュートを介
して原料を装入する状況を示す正面図である。

【図６】従来の補助シュートを備えた高炉用ベルレス式
炉頂装置を示す縦断面図である。

【図７】従来の旋回シュート先端部に円筒型の補助シュ
ートを備えた高炉用ベルレス式炉頂装入装置を示す縦断
面図である。

【符号の説明】

１ 炉頂ホッパ ２ 傾斜シュート ３ 集合シュート ４ 垂直シュート ５ 旋回シュート ６ 原料 ７ 上部連結ピン ８ 下部連結ピン ９ 補助シュート 10 装入物 11 支持フレーム 12 部材 13 反発板

フロントページの続き (72)発明者 澤 義孝 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 佐藤 健 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 野内 泰平 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シ
   ュートにおいて、前記旋回シュートの先端部上面に離間
   して、当該旋回シュート上を滑り落ちる装入物の上層流
   にのみ衝突するように対向して反発板を設け、前記旋回
   シュートから投入される原料を反発板を介してその落下
   方向を鉛直下方に変更するように構成してなることを特
   徴とする高炉用炉頂装入装置の旋回シュート。
2. 【請求項２】 旋回シュートの先端部に離間して、半分
   割円錐形状をなす反発板を、当該反発板の円弧外周面を
   下側にして上流から下流にかけて末広がりになるように
   設けてなることを特徴とする請求項１記載の高炉用ベル
   レス式炉頂装入装置の旋回シュート。