JPH09310109A - 高炉の装入物分布制御方法 - Google Patents

高炉の装入物分布制御方法

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JPH09310109A
JPH09310109A JP12493296A JP12493296A JPH09310109A JP H09310109 A JPH09310109 A JP H09310109A JP 12493296 A JP12493296 A JP 12493296A JP 12493296 A JP12493296 A JP 12493296A JP H09310109 A JPH09310109 A JP H09310109A
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JP
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ore
furnace wall
ratio
furnace
raw material
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JP12493296A
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English (en)
Inventor
Yasuhei Nouchi
泰平 野内
Kanji Takeda
幹治 武田
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高炉の操業において、細粒原料の多量使用時に
おいても操業を安定させる方法を提供する。 【解決手段】炉壁部の熱流比やガス利用率を一定に保つ
ように、炉壁部鉱石粒径と炉壁部鉱石/コークス層厚比
の組み合わせの調整を同時に行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高炉における装入物
分布制御方法に係る。
【0002】
【従来の技術】高炉の操業においては、装入物分布は炉
内のガス流分布を制御することによって炉内の還元・溶
解反応を制御するために、送風制御と並んで重要な高炉
の制御手段である。高炉内の安定的な通気確保のために
は、通気のバッファとしての強い中心流が必要とされて
おり、中心部の粒径はできるだけ大きいことが望ましい
とされている。そのため高炉1内での原料の堆積形状
を、図2に示すように、すり鉢状に形成し、旋回シュー
ト2から流下する装入物3の内、粗粒6は斜面を流れ4
に示すように、斜面下方に落下集合し、細粒5は斜面上
に残るように偏析し、斜面下方の原料粒径が自然に大き
くなる現象(粒度再偏析)を利用して中心部の粒径を大
きくする装入方法が一般的である。近年、原料を装入す
る前に予め篩い分けし、細粒のみを炉壁部に装入する粒
度別装入が行われるようになったが、これも安価な細粒
原料を多量に使用しつつ、中心部の粒径を維持すること
を目的としている。
【0003】例えば、特開昭55−28308号公報に
は、装入原料を所定の粒径を有する複数の種別に区分
し、粒度種別と装入量を選択し、炉周方向の均等分布装
入又は局部選択装入を行う技術が開示されている。特開
昭55−62106号公報には、粒度の最も小さい原料
を炉壁直近に装入する技術が示されている。特開昭57
−174403号公報には常時もしくは間欠的に周辺部
に15〜25mmを平均粒径とする小径コークスを、中
央部に35〜70mmを平均粒径とする大径コークスを
装入する技術が開示されている。しかし炉壁部の粒径を
低下させ過ぎると、高炉の安定性が損なわれることが経
験的に知られており、特開昭62−247011号公報
に開示されているように、高炉の炉壁側に堆積させる鉱
石の粒径を高炉へ装入される鉱石の平均粒径以上とする
装入方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】炉壁側の鉱石の粒径を
平均径以上にすることにより操業の安定を図ることとす
ると、細粒原料の多量使用(平均粒径の大幅な低下)は
困難である。高炉の断面積に占める炉壁部の割合は非常
に大きく、例えば炉壁から半径の1/5距離を炉壁側と
定義しても全体の断面積の1/3以上を占めるため、こ
の部分を平均粒径以上にした場合、最も重要な中心部を
含めて他の領域の粒径の大幅な低下が避けられず、結果
として安定操業が達成されないからである。
【0005】そこで本発明は、安価な細粒原料の多量使
用時においても操業を安定させる方法を提供することを
目的として開発された。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、高炉炉内原料
の装入物分布制御に当り、炉壁部の熱流比やガス利用率
を一定に保つように、炉壁部鉱石粒径及び炉壁部鉱石/
コークス層厚比の両者の特定の組み合わせを同時に調整
し、細粒原料使用量を増加させることを特徴とする高炉
の装入物分布制御方法である。
【0007】本発明では、高炉の融着帯の形状に関する
数式モデルを用いて検討を行った。このような数式モデ
ルとしては、次の文献に示されているものを用いた。 Proc.Ironmaking Conf.,Vo
l.50(1991)p.417〜423 Math
ematical Modeling ofBlast
Furnace Characterized by
thePrecise Layer Structu
re in StockColumn このモデルは高炉を半径方向及び軸方向に多数の細かい
メッシュに分け、各メッシュについて、直接差分法によ
り、物質移動、流体の流れ、伝熱、反応の計算を行い、
融着帯の形状を求め、高炉操業状態をシミュレートする
ものである。
【0008】
【発明の実施の形態】炉壁部の原料粒径が小さくなった
場合に発生するとされる操業不調の原因は、炉壁流不足
による付着物の過度の成長であるとされている(特開昭
62−247011号公報)。しかし、炉壁部鉱石/コ
ークス層厚比を低下させることによりこの問題は解決さ
れるはずであり本質的な問題は別にあると推定される。
【0009】細粒原料多量使用(平均粒径低下)時の操
業不調の別な原因として、原料表面の崩れが考えられ
る。高炉内のガス流分布は鉱石/コークス層厚比分布に
より主に制御されるため、予想外の表面形状の崩壊はガ
ス流分布の急激な変動を招き操業不調の原因になる。ま
た、すり鉢状の鉱石表面形状の崩壊は中心部の鉱石/コ
ークス層厚比を上昇させ、中心流を阻害してしまう。原
料の崩れやすさは一般的に流動化指数(FI)により評
価される。
【0010】 FI=(原料の圧力損失)/(原料の嵩密度) ……(1) FIが大きいと原料は不安定であり、特にFI>1の条
件では原料は吹き上げられてしまい、吹き抜けという重
大な操業トラブルになる。原料の嵩密度はコークスで約
0.5、鉱石で約1.8である。付着物厚さの維持のた
め一定温度(熱流比)を維持する必要のある炉壁部で
は、原料粒径が小さすぎると原料の圧力損失が増大しF
Iが大きくなってしまう。また炉壁部の粒径を大きくし
過ぎると、他の領域の粒径が小さくなり過ぎて通気が悪
化し、ガスが炉壁に集中して炉壁部のFIを結局上昇さ
せてしまう。このことから、炉壁部の原料の粒径には最
適値が存在することが推定される。
【0011】実機の原料の分布を、図3に示す粒径分布
(調和平均径8.5mm)により計算を行った。分割サ
イズを決定し図4に示すように、大きい方(OL)を中
心側に、小さい方(Os)を炉壁側に装入した。図5に
示すように、分割サイズに応じてOsとOLの平均径は
変化する。また、焼結鉱の粒径分布と空隙率εとの関係
は以下の式で定式化できることが実験的に確認されてい
る。
【0012】 ε=0.403DP 0.14(1−Δε) ……(2) Δε=1.64×10-3×ISP 1.006 ……(3) ISP=100√(IS ・IP ) ……(4) IS =DP 2 Σwi (1/di −1/DP 2 ……(5) IP =(1/DP 2 Σwi (di −DP 2 ……(6) 但し、 DP :調和平均径 wi :代表径di の粒子の重量比 である。この空隙率εを用いて、原料の通気抵抗ΔP/
Lは以下の式で計算される。
【0013】 (ΔP/L)(1/μuo )DP 2 ε3 /(1−ε)2 =k1 * +k2 * ReP ……(7) k1 * =260DP 0.84 ……(8) k2 * =1.20DP 0.34 ……(9) ReP =(DP ρuo )/{(1−ε)μ} ……(10) 但し、 μ:ガス粘度 uo :ガス速度 ρ:ガス密度 である。以上の式を用いて図4に模式的に示すような装
入物分布の圧力損失を計算した。図4では、高炉1の中
心部に粗粒鉱石(OL)11、炉壁部に細粒鉱石(O
S)12が装入され、コークス(Coke)13と互層
をなしている。このような模式的分布について、様々な
炉壁部の鉱石粒径と炉壁部鉱石/コークス層厚比の組み
合わせについて流動化係数(FI)と熱流比(HFR)
を計算した。計算結果の等FI線と等HFR線を重ねて
図1に示す。図1は横軸に炉壁部鉱石層高/鉱石とコー
クスの合計層高(Lo/(Lo+Lc)を取り、縦軸に
壁側粒度と平均粒度との比(Dpwall/Dp av
e)を取り、その座標上に等FI線、及び等HFR線を
描いたものである。壁側粒度と平均粒度との比(Dpw
all/Dp ave)を取り、その座標上に等FI
線、及び等HFR線を描いたものである。壁側粒度と平
均粒度との比(Dpwall/Dp ave)が1より
小さい領域と1より大きい領域において等FI線は左側
に凸な曲線となっている。
【0014】図1から、等HFR線に沿って壁側粒度と
平均粒度との比(Dpwall/Dp ave)と炉壁
部鉱石層高/鉱石とコークスの合計層高(Lo/(Lo
+Lc)との組み合わせを適切に定め、炉壁部鉱石粒径
と炉壁部鉱石/コークス層厚比の組み合わせの調整を同
時に行うことにより、等HFR線上での操業点の移動が
可能であることが分かる。また、等HFR線上ではFI
の最小となる炉壁粒径が平均径より大きい点と小さい点
の2つ存在することが分かる。つまり炉壁部熱流比維持
で炉壁部鉱石粒径と炉壁部鉱石/コークス層厚比の組み
合わせの調整を同時に行うことにより、最も原料が安定
する操業点が平均径以下の炉壁粒径で存在することが示
されている。炉壁側に平均径以下の粒径を安定して使用
することが可能となったため、中心部の粒径上昇による
操業安定が可能となることが推定される。
【0015】実際の操業では炉壁部の付着物厚さや熱流
比を直接監視する事は困難であるため、原料の装入パタ
ーンはモデル計算により推定されるHFRを維持するよ
うに制御される。簡易的に炉壁部のCO濃度や炉壁抜熱
量等を用い、それらを維持するようにしてもよい。
【0016】
【実施例】実施例として、内容積4500Nm3 の高炉
における改善効果を示す。従来法では鉱石は細粒と粗粒
の2種類を使用し、図8、9に示すように細粒を先に炉
壁に集中させて装入していた。図9は(a)鉱石の装入
パターン、(b)はコークスの装入パターンである。炉
壁側に細粒鉱石(OS)12を装入し、炉壁と炉中心と
の間の領域に粗粒鉱石(OL)11を装入していた。そ
の結果炉内の層厚分布は図8に示すようになっていた。
【0017】本発明に従い炉壁部の熱流比及びガス利用
率を一定に保つように、炉壁部の鉱石粒径及び炉壁部鉱
石/コークス層厚比の両者の特定の組み合わせを同時に
調整することとしたところ、鉱石の装入順序を従来と逆
転すればよいことが判明した。そこで、図7(a)に示
すように、粗粒鉱石(OL)11を炉壁側および炉中心
側に2山のピークとなる装入パターンで装入し、コーク
ス13は図7(b)に示す装入パターンで装入すること
とした。このようにすることにより、図6に示すよう
に、炉壁部での粗粒層を厚くし、炉壁部鉱石/コークス
の層厚比を上昇させ、炉壁部での鉱石の平均粒径を上昇
させると同時に炉壁部コークス層厚は低下させ炉壁部の
熱流比を維持するようにした。結果を図10に示した。
図10における従来方では炉壁粒径計算値は5mmとな
っており、本発明例では炉壁粒径計算値は10mmとな
っている。図10に示すように、炉内の圧力損失が減少
し、減風頻度も減少したため、従来焼結工程へ戻してい
た5mm以下の小塊焼結鉱(SS)を高炉に装入し、そ
の比率を12%から19%まで上昇させることができ
た。
【0018】以上のように、本発明により炉内通気性を
向上させ小塊焼結鉱の使用量を増加させることができた
ことにより溶銑コストの大幅な低減が可能となった。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、炉壁部の熱流比やガス
利用率を一定に保つように炉壁部鉱石粒径と炉壁部鉱石
/コークス層厚比の組み合わせの調整を同時に行うこと
により、細粒原料使用量を増加させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】炉壁粒径と原料の炉壁部での原料の安定性の関
係を示すグラフである。
【図2】一般的な原料装入方法の模式図である。
【図3】原料の粒径分布のグラフである。
【図4】仮定した装入物分布を示す分布図である。
【図5】分割サイズ変更による平均粒径の変化を示すグ
ラフである。
【図6】実施例の炉内層厚分布図である。
【図7】実施例の装入パターンを示す炉内堆積図であ
る。
【図8】従来例の炉内層厚分布図である。
【図9】従来例の装入パターンを示す炉内堆積図であ
る。
【図10】本発明の効果を示すチャートである。
【符号の説明】
1 高炉 2 旋回シュート 3 装入物 4 斜面流れ 5 細粒 6 粗粒 11 粗粒鉱石 12 細粒鉱石 13 コークス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高炉炉内原料の装入物分布制御に当り、
    炉壁部の熱流比やガス利用率を一定に保つように、炉壁
    部の鉱石粒径及び炉壁部鉱石/コークス層厚比の両者の
    特定の組み合わせを同時に調整し、細粒原料使用量を増
    加させることを特徴とする高炉の装入物分布制御方法。
JP12493296A 1996-05-20 1996-05-20 高炉の装入物分布制御方法 Pending JPH09310109A (ja)

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JP12493296A JPH09310109A (ja) 1996-05-20 1996-05-20 高炉の装入物分布制御方法

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100800541B1 (ko) * 2001-07-11 2008-02-04 주식회사 포스코 스테이브 냉각방식의 고로 하부 밸리 활성화 조업방법
JP2008111176A (ja) * 2006-10-31 2008-05-15 Jfe Steel Kk フェロコークス使用時の高炉操業方法

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