JPS5910963B2 - 高炉操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高炉操業方法に係り、詳しくは高炉に装入する
装入物の物理的特性、高炉操業条件及び装入条件等から
、予め炉頂におけろ装入物層の表面形状や層厚分布を推
定して、層圧分布を適正に保持１て高炉操業を行なう高
炉操業方法に係る６一般に、高炉操業においてその炉頂
における装入物分布には、各種要因が複雑に絡み合って
影響しているが、半な要因は一応下記の通りである。

１）装入物の物理的特性一密度、粒度、内部摩擦係数な
ど ２）装入物の装入速度 ３）装入条件一コークスベース、鉱石／コークス（以下
、Ｏ／Ｃという）、２トソクラインレベル、 ４）装入物流の落下軌跡−ベル高炉においてはムーバブ
ルアーマーノツチ位置、ベルレス高炉においては分配シ
ュートの傾動角がその基本的因子である。

５）装入シーケンス ６）炉内ガス流速 その他として、炉口部と装入装置口の相互間の幾何学的
位置も装入物分布形成における基本的な要因と考えられ
るが、特定された高炉においては操作因子ではないと考
えられる。

従って、高炉に装入物が装入装置を通じて装入されると
上記の各要因の影響下で装入物の分布が決まるが、燃料
比の低減、操業の安定化の上で重要なのは装入物の高炉
半径方向での層厚分子と粒度分布である。

従来の高炉操業における装入物分布制御の考え方は層厚
分布制御に基づいていて、コークス層厚に対する鉱石層
厚の比（Ｌｏ／Ｌｃ） もしくはこれに高密度の比（ρ
０／ρＣ）を乗じて求めた０／Ｃの半径方向分布の最適
化を問題にしてきた。

例えば、高炉炉口の水平断面を面積で３等分してできる
中心部Ｃ、中間部Ｍ、周辺部、Ｐでの上記（Ｌｏ／Ｌｃ
）の値の関係が（１）式のようにすると、操業が安定し
、かつよりよい燃料比が実現できることが経験的にわか
っていろ。

しかし、最適層厚分布はまず装置条件により炉毎に異な
るものであり、さらには操業条件、原料条件の変更によ
っても変化していく。

その変化に追随していくために上記要因より、操作可能
な因子を組合せて常に層厚分布を適正に保つことが要求
される。

上記要因のうち、装入物の物理的特性、配合比、及び炉
内ガス流速は装入物分布制御に優先して、原料配合計画
、粉塊バランス及び生産計画により規制されているので
、操業者が変更し得る操作因子は３）、４），５）
であり、とくに４）と５）は一括して装入パターンであ
る。

その内容につき更に詳しく説明すると、ムーバブルアー
マーをもつベル高炉の場合において、−＋ｌとしてＣ３
↓Ｃ５↓０，↓０３と表わせば、−ｙ − クスの第１
バッチをアーマーのノンチ位置３、コークス４の第２バ
ッチをアーマーのノソチ位置５、鉱石の第１バッチをア
ーマーのノソチ位置１、鉱石の第２バンチをアーマーの
ノソチ位置３で装入することを示す。

また、ベルレス高炉の高炉の場合、一例としてＣ−１１
１２２２３３４４６７９、０−１１１２２２３３４４５
５ と表わせば１チャージのコークスと鉱石をそれぞ
れ分配シュートの１３旋回と１２旋回により装入し、分
配シュートの傾動位置は上記の一連の数字により示され
る通りに移動し、要するに装入パターンとは装入物の量
、装入位置、装入順を規定するものである。

実操業で装入物分布を制御する場合、炉頂ゾンデやシャ
フトゾンデで測定される炉内ガスの温度や組成の半径方
向分布を指標ないしは制御の直接の対象としているが、
近年はこれに加えて、層厚測定方法やその装置が開発さ
れるに伴って層厚分布も制御の対象となっている。

この場合、層厚測定方法Ｋ＆４ｒＪ接法と直接法があり
、前者は原料装入前後における装入物表面船状を横方向
にサウデインク装置を移動させて測定する方法や、マイ
クロ波やレーザーを利用した装置などにより測定し、そ
の差を層厚とする方法であり、後者は電極法や磁気セン
サー法などの測定方法である。

この前者の間接法の場合、装入物面形状の測定は比較的
精度よく行えるが、とくにコークス層上に鉱石を装入す
る際、コークス層が炉中心部に流れ込み、装入前後での
装入物面のレベル差を層厚とすると実際の層厚より周辺
部で小さく中心部で大きく見積られるという欠点がある
ので、何らかの補正が必要となるが、現段階では適切な
方法は見出されていない。

また、後者の直接法の場合には、測定装置の寿命あるい
は信頼性の点から実用的なものは炉壁近傍など局所的な
層厚測定にしか使用できず、炉径方向全域を対象とする
場合には実用化が困難であるし、さらには鉱石層とコー
クス層との間に両者が混在し合って出来る混合層のため
に測定精度はよくない。

一方、装入物分布制御の実体をベルレス高炉の場合につ
いてみると、装入パターンをはじめ装入条件の大巾な変
更は高炉操業成績全般に与えを影響がとくに大きいため
、装入条件の変更は小巾の変更にとどめてこれを繰り返
して最適な装入物分布に近づけるのが一般的である。

たとえば、特定の旋回数における分配シュート傾動位置
だけを変更し、更にはその変更量が傾動位置にしてわず
かに１だけといった装入パターンの選択すらごく普通な
のである。

これを具体的に示すと次のようになる。

変更前 Ｃ−１ １１１２２２３３４６７９．０−１１
１２２２３３４４５５↓ 変更後 Ｃ−１＠２２２３３４６７’ｊ Ｏ−１１１２
２２３３４４５５しかし、このような場合、装入パター
ン以外の諸条件が同一であるならば、層厚分布の変化は
小さく、実測法で判別することは困難である。

また仮りに、実測により差異がみられるならば、それは
上述のような実測法の誤差によるかあるいは検知できな
い諸条件の変動と考えねばならない。

つまり実測法は層厚自体の測定より、むしろその外乱の
検知であり、もう一つは当然のことながら装入条件変更
の効果を検知できる範囲で確認できろことにある。

然るに、装入物分布の改善を意図して装入条件を変更し
たいと考えるときに、操作可能な条件と操作量の組合せ
及び変更スケジュールを決定することが必要となるが、
この場合は、過去の経験ないしは実績によるのが一般的
である。

しかし、この際でも、最適分布幅求は往々にして未経験
の装入条件範囲を問題にしなければならず、この点から
も、実施後でないとその効果が明らかにならない実測法
ではリスクが太きい。

以上要するに、高炉操業においては、各装入条件がどん
な小さい条件変更であっても、それの堆積分布ないしけ
層厚分布に及ぼす効果が推定でき、しかも、事前予測を
行なうことができることが重要になる。

従って、高炉操業においては、装入条件変更の効果を予
頑１ルて操業する一方、実際の操業時の外乱の効果判定
は実測して確認若しくは判定し、装入物の分布を短時間
で最適状態に到達せしめると同時に、この最適分布状態
を維持するのが好ましい。

本発明は上記の目的に沿って成立したものであって、具
体的には、装入条件の変更にもとすく効果を予め推定す
るほか、この推定結果によって高炉操業を行なう高炉操
業方法を提案する。

すなわち、本発明方法は、所定容線の装入物を高炉炉頂
から装入するに先立って、旧装入物面上においてその装
入物の堆積空間として水平レベルに対して傾斜角θ１，
θ２を成す複数個の線分により区画される複数個の基準
空間を順次に想定し、これら何れかの基準空間内に、装
入物の旧装入物面上における新装入面が装入物の落下軌
跡上に交点をもって水平レベルに対し傾斜角θ，，θ２
を有する２本の線分から成ってしかも新装入面と旧装入
面との間の容積が装入物の前記所定容積になるよう、位
置させて、新装入面を決定し、装入物の高炉半径方向の
堆積分布を推定して高炉操業することを特徴とする。

以下、本発明方法について詳しく説明する。

まず、第１図は高炉炉頂からの装入物層の堆積状況の説
明図であって、第１図において符号Ａは炉壁側、Ｂは高
炉の炉内の中心を示し、とくに第１図は、特定の装入条
件、すなわちコークスベース、鉱石／コークス、ストラ
ンクラインレベル、アーマーノンチ位置（ベル高炉）あ
るいは分配シュート傾斜位置（ペルレス高炉）がそれぞ
れ与えられた条件下の装入物の堆積状況を示す。

第１図において、炉頂装入装置１から放出された装入物
流は落下軌跡十辺２と下辺３で囲まれる空間を落下し、
装入前の炉内装入物の表面５、つまり、旧装入面５に衝
突して堆積する。

この際、第１図に示す如く堆積分布の形状がＭ型の場合
は、落下装入物流の主流４に沿って堆積分布における山
６が形成されそこを境として装入物流４は中心側Ｂへの
流れと炉壁側Ａへの流れとに別れ、新装入面７が形成さ
れる。

このＭ型の堆積分布形状が一般型であり、後記のＶ型分
布は山の位置６が炉壁Ａの近傍に移動したものでＭ型分
布の特殊型と考えられ、装入物の堆積状況は第１図に示
すＭ型で観察すれば十分である。

また、新装入面７の形状は上記各要因だけでなく、旧装
入面５Ｋも依存されて変化するが、装入条件が一定でか
つその他の与条件も一定の場合は装入量が十分大きくか
つ一定のときは旧装入面５の形状に影響されることがな
く、一定の形状をとるが、装入量が少ない場合には、新
装入面７の形状としベルは装入量によって変化し、装入
量の増加につれ、第１図の破線８，．９．１０の順に推
移してゆく。

＝般に装入条件は、ベル高炉の場合にはパンチにより、
ベルレス高炉の場合には分配シュート傾動位置によって
変わるので、ベル高炉の場合、前記の例でＣ３↓Ｃ５↓
０１↓０３↓では１チャージに４回、ベルレス高炉の場
合、前記の例でＣ− １１１２２２３３４４６７９、Ｏ
−１１１２２２３３４４５５では１チャージに１２回の
装入条件の変更が行なわれろことになり、このように、
通常は、一定装入条件での装入量は小さい。

また、炉況改善や最適操業への志向のために装入パター
ンを変更することは日常の高炉操業において頻繁に行な
われることで装入パターンの良否を判断するためには、
１つの装入パターンニ含マれる各装入条件毎の堆積分布
を全てにわたって総合して得られる装入物面形状や層厚
分布を正しく推定しなげればならない。

次に、装入物の堆積状態の特徴をみると、次の通りであ
る。

すなわち、第２図はベルレス高炉における１重リング装
入の装入物層の表面形状の説明図であって、この１重リ
ング装入とは、同一の分配シュート傾動位置で連続して
装入する装入法であって、ｎ個の異なる傾動位置を用い
る装入法はｎ重リング装入と云われている。

従って、１つの装入パターンによる最終的な堆積状態を
考えるにはまず、１重リング装入での特徴を知ることが
必要であって、本発明者らの研究によると、第２図に示
すように、１重リング装入の場合、炉内中心部ＢのＶ型
部分の装入物層の傾斜角θ１はシュート傾動位置によら
ずほぼ等しいことがわかった。

他方、装入面上の山と炉壁Ａとの間の部分、つまり周辺
部では、傾動位置ＮＯ．が増すにつれ傾斜角は増大する
（第２図の各ＮＯＡま傾動位置を示す）。

これは、周辺部の傾斜角θ２が壁効果に影響されること
を意味する。

そこで、この炉壁効果をふまえて第３図に示す如く、２
重リング装入を行ない、傾動位置ＮＯ．３で第１リング
ａを炉壁Ａ寄りに装入してから、傾動位置ＮＯ．８で第
２り／グｂをそれより中心寄りに装入すると、傾勤位置
ＮＯ．８の傾斜角θ２は第３図の２重リングの場合は第
２図の１重リングの場合よりもはるかに小さく、その値
は、むしろ、第１リングのＮＯ．１の値（第２図参照）
に等しく、第２リングに対しては、第１リングによる装
入物面が第１リングに対する炉壁の役割と同じ効果を及
ぼすことがわかった。

ベルレストッグによれば、ある程度どのような堆積分布
も可能であるが、ある程度以上の操業成績を実現するた
めには、おのずと限界があるため、実際にはＶ型分布、
周辺部で平坦部を持つＶ型分布あるいは、周辺部の狭い
Ｍ型分布が正常な操業を実現する上には必要であり、第
２図に示す傾動位置ＮＯ．６ ．８ ， １ ０の場合
のような極端なＭ型分布では、正常な高炉操業は望めな
い。

各リング装入による装入物の堆積は旧装入面と炉壁によ
る壁効果を常に受けることになる。

従って、各リングの堆積により形成される新装入面は、
落下軌跡上に折点ないしは山を有し、中心部で大きい傾
斜角０１周辺部で小さい傾斜角θ２をもつ、かつそれら
は傾動位置によらず一定であるという特徴を持つ。

そこで、上記のところから、本発明方法においては、ま
ず、所定容量の装入物を装入する場合に、その装入に先
立って、旧装入物面上においてその装入物の堆積空間と
して水平レベルに対して傾斜角θ１，θ２を成す複数の
線分により区画される基準空間を想定する。

続いて、この装入物の装入容量とこれら基準空間との容
量を比較し、この比較のもとで新装入面は、装入物の落
下軌跡上に交点を持って水平レベルに対し傾斜角θ，，
θ２を持つ２本の線分若しくは平面から成ることを条件
として推定する。

第４図は一定装入条件の装入における装入物の堆積進行
の状況を示す説明図であって、上記の装入物堆積挙動の
特徴によって装入パターンにより規定される最終的な堆
積分布は、第４図に示す如く、その中に含まれる各装入
条件毎の堆積分布を装入順に積み上げて行く、シミュレ
ーションモデルで推定することができる。

すなわち、上記特徴から幾何学的には、新装入面は落下
軌跡上に交点をもつ２本の直線で構成され、一方の直線
は勾配ｔａｎθ１他方の直線は勾配ｔａｎθ２で与えら
れる。

したがって、旧装入面５は一般的に２種類の勾配の直線
が交互に交わり合う形状で示される。

そこで、特定の分配シュート位置でＶ（ｉ）の装入物を
装入する場合には、新しく装入された装入物が堆積して
いく空間を旧装入面５の延長線により、分割すると、基
準空間Ｃ，Ｄ．Ｅ．Ｆが区画できる。

ただし、基準空間Ｆは基準空間Ｅより上方の全領域を意
味する。

この場合、基準空間Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ（７）体積ＶＣ ，
ＶＤ ，ｖＥｖＦを計算しておく。

そしてまず最下層の体積ｖｃと実装入量Ｖを比較しｖ＞
ｖｃならば、装入パターンにより規定される最終の堆積
分布は空間Ｃにとどまらないから、その上の空間Ｄに及
ぶことになる。

Ｖ＜ＶＣななば、空間Ｃの中に新装入面が形成されるこ
とになり、ｖ＝ｖｃ′となるよう空間Ｃ′の形状を計算
で求めて、新装入面が決定できる。

第４図は、堆積分布が空間ＣからＦにまで及んでいる例
であってｖ＞ｖｃ＋ｖＤｖＥかつＶくｖｃ＋ＶＤ＋ｖＥ
＋ｖＦの結果、ｖ＝ｖｃ＋ｖＤ＋ｖＥ＋ＶＦ／となるよ
う空間ｙが空間Ｆが存在し、新装入面Ｔが決まる。

また、これら空間Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの各垂直断面形状（以
下、堆積パターンと呼ぶ）は第５図に示す幾何学的形状
のうちどれか１つを取り、さらに第５図は下層から上層
へのそれらの出現順を矢印で示している。

堆積パターンのＮＯ．を第５図のように数字で与えろと
、第４図の例では堆積パターンの順序は３，５，７．８
となる。

ただし、この順序には無限の組合せがありそれは、落下
軌跡と旧装入面の形状及び装入量によって決まる。

また、上記の通りに新装入面を決定する場合、次の通り
に数式化し、電子計算機等で計算するのが好ましい。

すなわち、第５図において最も一般的な堆積パターンは
ＮＯ．５であり、その他の堆積パターンは後述するよう
ＫＮ０．５の特殊型と考えることができる。

そこで、第４図において堆積パターンがＮＯ．５となる
空間Ｄに新装入面がある場合、すなわちＶＣ＜Ｖ＜ＶＣ
−１−ＶＤの場合を想定する。

堆積層の体積を計算するにあたり、高炉な円筒容器と仮
定し、特定の水準面（ただし、どこに設定してもかまわ
ない）から測定した任意の点までの高さをＨ（ｍ）、炉
中心から任意の点までの距離’ｋｒ（ｍ）とする円筒座
標系を用いる。

堆積パターンＮＯ．５では、第６図に示すように各端点
の座標（ｒｉ ．Ｈｉ）ｉ＝１〜４、（ｒ＊．Ｉ＄）及
び（ｒ＊，Ｈ＊）が与えられると、堆積パターンＮＯ．
５の体積をＶ５（ｉ）とすると（υ式により計算できる
。

ただし、π＝円周率、μ１＝ｔａｎθ１、μ２＝ｔａｎ
θ２、Ｒ＝炉口半径、ΔＨ：炉壁側の層厚、Δｈ＝中心
側の層厚 今、新装入面が第６図の破線で示すように次の３点（ｒ
Ｈ’ ，Ｈｌ’ ）、（ｒ’，Ｈ’）、（ １’ ４
−Ｈ’４ ）を結ぶ面で与えられるとし、空間Ｄでの
堆積量をｖ′５とすると次の条件が満足されねばならな
い。

ｖ′５は（１）式右辺でΔＨをΔＨ′で置換えることに
より計算できるが、上記３点の座標とΔｈ’ｔ与える必
要がある。

これらはすべてΔＦの関数であり（４））（１３）式で
与えられろ。

ただし、落下軌跡の方程式は（３）式とする。

ただし、 である。

（３）〜０式において、（ΔＨ’ ）だけが未知数で他
は既知数である。

点（ｒ＊，Ｈ＊）の座標は第４図に示すヨウに、旧装入
面自身かあるいはその延長線と落下軌跡の交点の座標と
して与えられ、（ｒ２，ｌＨ２）及び（ｒ３−Ｈ３）の
座標は旧装入面上の折線の座標が若しくは、点（ｒ＊，
Ｈ＊）から旧装入面に平行に引いた直線と旧装入面と
の交点の座標により与えられる。

これらの座標は旧装入面と落下軌跡とがわかれば容易に
計算できるので、その方法には特に触れない。

また、落下軌跡方程式の係数ａ，ｂ，ｃとμ１，μ２は
事前に既知となっている数値である。

具体的には、（２拭が満足されるようにα拭により（Δ
Ｈ’ ）を試行誤差法を用いて決定するのであるが、電
子計算機によれば容易に計算できる。

他の堆積パターンの場合には、各端点の座標の値に第１
衣に示す条件を追加することにより（１）〜０拭が適用
できる。

また、以上の通りに新装入面を決定する場合を具体的に
ベルレス高炉に適用すると、次の通りである。

まず、新装入面を逐次計算するに先立ち、装入条件や計
算上のパラメータ、θ１，０２などを与え、装入面の初
期値を仮定する。

この優人面形状は勾配がμ１＝ｔａｎθ１、及びμ２＝
ｔａｎθ２の直線から成っていればどのようでもよい。

この装入面を旧装入面として第１バッチの第１リングに
よる新装入面の計算が始まり、この新装入面は第２リン
グの装入に対しては旧装入面となと．。

このような計算が装入パターンの最終バッチの最終リン
グまで行なわれるが、１つのバンチの計算完了時点で新
装入面を所定のストソクラインレベルＫ曾わせるという
操作を行ない次のバンチの計算に進む。

最も内側のループはリング装入に対応し、その次のルー
プはバッチに、そして最も外側のループは装入パターン
全体の繰り返しループに対応する。

計算は装入パターン全体の計算結果が定常状態に達した
らループを通り抜け半径方向での層厚分布と鉱石／コー
クスの分布を求めて終了する。

ちなみに、上記の方法で新装入面を推定し、実際に装入
後の実測データでチェックしたところ、第１図の通りで
あった。

すなわち、第７図はベルレス高炉装入の例であって、Ｃ
，，Ｏ，．Ｃ２の各直線は各ベルレス装入パターンの推
定新装入面であり、Ｃ１は２２３３４４５５６６７７、
０１は１１２２３３４４５、ｑは３３４４５・５６６７
７８８である。

黒丸は各バッチ装入までの装入面測定データである。

なお、θ２は鉱石層とコークス層で約１が宅一定である
が、θ１は鉱石層で３３．５°、コークス層では約３６
° と異なる。

しかし、コークス層の上に鉱石層を装入すると、周辺部
のコークス層の一部が鉱石の流れとともに中心部に押し
流されて、鉱石層とコークス層との境界面の勾配は装入
前のコークス層表面の勾配より小さくなり、鉱石層表面
のそれとほぼ等しくなる。

このことは第７図において示した層厚測定器による境界
面測定値（白丸印）と樹脂により固めた鉱石層のサンプ
ルで測定した境界面（×印）により確められた。

したがって、θ，＝３３．５°、θ２＝１００ を鉱石
とコークスに共通して用いた。

第Ｔ図から実線で示した推定結果は実測値と非常によく
一致し、装入物面の形状ならびに層厚分布を上記の方法
により推定することができることがわかった。

また、第Ｔ図に示す如〈１チャージ分につき新装入面を
推定するのに代って、第８図に示す如く堆積状態が前チ
ャージのそれに寸分違わなくなるまで計算して、定常状
態の堆積分布を分配シュートの各旋回に対応した各層（
以下、サブレイヤーと称する）の重層構造が得られ、第
８図における装入パターンはＣ １１ ２２３３３４
４４５６７、０−１１１２２３３４５６７７７である。

また、装入物の高炉半径方向の堆積分布の結果に基づい
て、（鉱石／コークス）の半径方向分布を求め、炉壁、
炉中心での（鉱石／コークス）をそれぞれ（ＯｉＣ’）
％（０／Ｃ）ｃとし、炉口断面を等面積で中心部、中間
部及び周辺部Ｋ３等分して周辺部と中間部の領域での鉱
石／コークスの最大値をＭＡＸ（０／Ｃ）ｐ，Ｍとし、
中心部での鉱石／コークスの最小値をＭＩＮ（０／Ｃ）
ｃとした後、これらの値と、あらかじめ設定された鉱石
／コークスの値（０ ／Ｃ ） Ａから、次式のような
指数を算出し、 高炉操業する。

一般に、装入物分布制御の目標は炉内を上昇する還元ガ
スが、それとは逆方向に降下する装入物と向流接触する
とき、還元ガスが鉄鉱石の還元反応に利用される効率が
高くなるように、半径方向における装入物層の層厚分布
ないしは通気抵抗分布を実現することにある。

還元ガスオ囲効率の代表的数値は固気間の反応が全て完
了した状態にあるところの炉頂ガスの成分より、ＣＯ２
（イ）／｛ＣＯ（ｆｉ＋ｃ０２（％））Ｘ１００＝７７
ＣＯ（％）として、評価するのが一般的である。

ηＣＯを高めるには層厚分布ないしは通気抵抗分布を半
径方向に均一化するのがよいとされているが、過度の均
一化はガス流が炉内の周辺部にかたより、いわゆる周辺
流過多となり、その逆の中心流過多の場合とともに高炉
操業にとって望ましくな東ηＣＯも低下する。

したがって、適切な層厚分布を必要とする。

層厚の半径方向分布を指数化するには、１つの数値で端
的に表現する指数が望ましい。

このため、本発明では、次のように指数化する。

（１） （０／Ｃ ）ｗ ：炉壁での（０／Ｃ）、（２
） （０／Ｃ ）ｗ− （ ０／Ｃ ） Ａ ： （
０／Ｃ ）ｗと断面平均の（０／Ｃ）、すなわち装入時
の設定（０／Ｃ）との差。

これら（１） ． （２）の指数は炉周辺部での層厚を
代表するもので、値が増加すれば中心流操業となる。

（３） （ ０／Ｃ ） ｃ ：炉中心での（Ｏ／Ｃ）
これら（３） ． （４） の指数は炉中心部の層厚
を代表するもので、低下すれば中心流操業となる。

これらは層厚分布のぱらつきないしは均一性を代表する
もので、値が増加すれば中心流操業となる。

なお（Δ０／Ｃ）ｍａｘの算出にあたっては、炉口断面
を等面積で３等分し、中心より炉壁に向って中心部ＣＥ
、中間部Ｍ、周辺部Ｐとする。

そして中間部と周辺部にわたる領域での局所的な（Ｏ／
Ｃ）’）最太値をＭＡＸ（Ｏ／／ｃ）Ｐ，Ｍとし、中心
部（０／Ｃ）の最小値をＭＩＮ（０／Ｃ）ＣＦとする。

上記の各値は（０／Ｃ）Ａ、つまり装入時の設定（０／
Ｃ）に依存するので、この値でそれぞれを規格化すると
、（７）〜（１００通りである。

ただし、（２）及び（４）の規格化された指数は（７）
及び（８）とそれぞれ同じ意味をもつので省略する。

以上の通りに指数化して、実際にベルレス装入装置を備
えた高炉において、αＯの（ΔＯ／Ｃ）ｍａｘ／（０／
Ｃ）Ａを変化させて、この際のηＣＯを求めたところ、
第９図の通りであった。

まず、第９図においてＩ，Ｉｌ．ＩＩＩの各番号は第３
表の各ケースを示し、この中で、ケース■は、ηＣＯ
と燃料比な犠性にして炉壁温度の上昇を防ぐために中
心流操業を志向した装入パターンであり、炉壁部での鉱
石層厚？高めて周辺流をおさえるために、（ ０／Ｃ）
ｍａｘ／（０／Ｃ）Ａを大きくした。

その結果ηＣＯは４６．２ ％と低く、燃料比は４ ７
０Ｋｇ／ｔ −ｐ ｉ ｇ台であった。

第１０図に示す炉頂ガス温度分布（点線で示す）による
と、炉壁近傍でガス温度が最も低く、かつその値も３５
℃と他の場合に比較して低く、所期の目的を達した。

次にケース■は逆にηｃｏを高めることにより燃料比の
低下を志向した装入パターンである。

層厚分布を均一化し、（０／Ｃ）ｗｋ （０／Ｃ） Ａ
より小さくして（ΔＯ／Ｃ）ｍａｘ／（０／Ｃ） Ａｔ
負とするみかけ上周辺流志向のパターンである。

しかしながら、第１０図のシャフトガス組成分布によれ
ば、中心部ではＣＯｑｌ）（実線で示す）が高く、必要
かつ十分なガス流が確保され、一方中間部と周辺部では
ηＣＯが高い値をとり、層厚分布を均一化した効果があ
らわれている。

このように（０／Ｃ）ｗ＜（０／Ｃ）ｃ としても、
周辺流が過大とならないのは、鉱石層内に存在する半径
方向の粒度偏析により、中心部に向かうにつれ、粒径が
増し、通気抵抗が低下するために、適度の中心流が確保
されるためである。

次に、ケース■は、ケース■′とケース■の中間的な装
入パターンで（ΔＯ／Ｃ）ｍａｘ／（０／Ｃ） Ａの値
に基づいてηｃｏの改善をケース■からケース■に向っ
て徐々に行っていた過程における１つのパターンである
。

また、第１０図に示す如く、上記の如く予め推定した、
堆積分布（第１０図でＣはコークス層、０は鉱石層）と
シャフトガス組成分布の対応をみろと、ＣＯ２（破線で
示す）がＣＯより高い領域、すなわち、局所的なηＣＯ
が５０係以上の部分ではＣ／Ｏがおおよそ３．５以上で
あることが、３つのケースに共通しており、推定した分
布からシャフトガス組成分布も予測できることがわかる
。

以上に述べたように、予め推定分布から（０／Ｃ）ｍａ
ｘ／（０／Ｃ） Ａを設定し、この値を順次意図する方
向に変更し、これを満足する装入パターンをその堆積分
布を用いた計算から求めて、この装入パターンについて
、電子計算機で例えば、第２表に示す式にしたがって上
記指数を算出し、その中から、適当なものを選択すれば
よい。

また、この方法によらずとも、装入パターン変更を実験
的に行なうことも出来るが、変更巾が大きくなり過ぎて
炉況変動をきたしたり、逆の場合には、炉況改善に長時
間費やすことになり、上記の方法が好ましい。

また、操業中の炉頂の装入物面の傾斜角θ１，θ２は装
入物の種類、粒度と水分を送風量ないしは炉頂ガス量及
び装入条件によって変化するものであり、とくにθｌは
これら全ての要因によって影響され、θ２は装入条件に
主として影響される。

すなわち、装入物層はその中を流れろガスからその圧損
分に相当する抗力を受けることにより、ガス流がない場
合の傾斜角を保てなくなり、より低角度の傾斜角で平衡
する。

つまり、装入物粒度が低下するにつれ、あるいはガス流
速が増加するにつれ、ガス圧損が増すので傾斜角が低下
していく。

このような現象はガスの抗力、装入物の重力及び装入物
層内の剪断応力の間の関係がいわゆる臨界応力状態にあ
るＶ字型装入物面をとる中心部でみられ、傾斜角がもつ
と小さい周辺部は臨界応力状態にはないので上記のよう
なガスと装入物層間の力学的相互作用でなく、装入時の
装入物の運動だけによって決まる。

傾斜角θ１，θ２に影響を及ぼす要因のうち、粒度と水
分を除くと操業者の意志によって決定される操作量であ
るので、θ１，θ２への影響度を事前に予測できるが、
粒度と水分についてはある程度管理されているものの、
管理しきれない場合もあり、外乱要因と考えろべきもの
である。

θ１と０２のどちらか一方あるいは両方が変化すると第
６図において、落下軌跡を境にして両側に分配される装
入物容積が変化する。

いま仮りにΔＨが微小層厚と考えると、ΔＨとΔｈの関
係は（１９式で考えられる。

この関係から、正確には、全ての操業条件を一定してい
ても、上記のような理由により、θ１とθ２が一定であ
るという保証はなく、θｌと０２が変化すれば、堆積分
布もαＯ式の関係によって変化する。

このため第９図に示す（Δｏ／ｃ）ｍａｘ／（ ０／Ｃ
’）はθ１＝２８°、θ２＝１０°として求めたもの
であって、変動要因は考慮していないので、同一の（Δ
０／Ｃ）ｍａ ｘ／ （０／Ｃ ）ＡＫ対し、１．５
〜２．０係のηＣＯの変動がみられ、このηＣＯ の変
動分が傾斜角を変化せしめる外乱要因及び操作要因に起
因すると考えられる。

そこで幸いにして、θ１とθ２は半径方向に移動自在な
サウンディング装置やマイクロ波やレーザーを利用した
光学的方法で測定される装入物面形状から容易に判明す
る。

そこで、著者らが行ったθ１とθ２の実測値をシミュレ
ーションモデルに活用し、それらの変動を装入パターン
の変更によって相殺し、堆積分布を常に一定に保つこと
により，高炉操業成績を向上させた例について述べる。

装入物面形状は、水平ゾンデにサウンディング装置を備
えたプロフィル計によった。

第４表に本法を実施した１０日間の装入パターン変更例
が示されている。

アクションＮＯ．２は裡・装入物粒度が伺らかの理由で
低下したと思われる場合で、基準パターンをそのまま続
けると周辺流傾向となるので、鉱石装入パターンのみを
変更し、指数を元の値にもどすようにしている。

アクションＮｏ．４とＮＯ．６はその逆に中心流化をそ
れぞれコークスと鉱石だけの装入パターンの変更により
、操業アクションに起因する堆積分布変化をおさえ、（
Δ０／Ｃ）ｍａｘ／（０／Ｃ）Ａを制御している。

その結果、本法実施前、基準パターンのみでθ１，θ２
変動に対処することなく操業した場合に比較し、ηＣＯ
の平均値が０．４係向上し、変動巾も低下して、装入物
分布制御の効果があった。

以上詳しく説明した通り、本発明方法は高炉に装入物を
装入するのに先立って、その装入物の物理的特性、高炉
操業条件及び装入条件から炉頂における装入物層の表面
形状と層厚分布とを推定し、これに基づいて高炉操業す
る方法であるから、高炉炉頂における装入物の堆積状態
を予測・推定することが可能になり層厚分布を最適化す
るための装入方法を定量的に検討することができ、また
常に最適な状態に保つよう、制御して高炉操業できるた
め、高炉操業における燃料比の低減、操業安定化などの
効果が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高炉炉頂に装入された装入物層堆積状態の説明
図、第２図はベルレス装入装置の１重リング装入におけ
る装入物層の表面形状の説明図、第３図は第２図と同様
な装置の２重リング装入における装入物層の表面形状の
説明図、第４図は装入条件一定のもとで装入された装入
物が順次に堆積される場合を基準空間に区切って想定し
たモデルの説明図、第５図は第４図の基準空間で示され
る各堆積パターンの形状とその出現順を示す説明図、第
６図は第５図の各堆積パターンの中で基本的堆積パター
ンにおけろ各端点の座標、層厚及び体積を示す説明図、
第７図は本発明方法によって求めた装入物層表面の表面
形状、その内部の鉱石−コークス境界面等の説明図、第
８図は定常状態の堆積分布を各リング毎に求めた重層構
造の一例の説明図、第９図は本発明方法に求めた堆積分
布の特徴を示す１つの指数の（ΔＯ／Ｃ）ｍａｘ／（０
／Ｃ）Ａ Ｋ対する炉頂ガスのＣ。 ガス利用率７７ｃｏ実績値との関係を示すグラフ、第１
０図は本発明方法によって堆積分布を求めこれにより装
入パターンを変化させた場合のシャフトガス組成及び炉
頂ガス温度分布の実績値との対応関係を示すグラフであ
る。 符号、θ１，θ２・・・各傾斜角、Ａ・・・炉壁側、Ｂ
・・・炉内の中心、１・・・炉頂装入装置、２・・・落
下軌跡上辺、３・・・落下軌跡下辺、４・・・落下装入
物流の主流、５・・・旧装入面、６・・・装入物の山、
Ｔ・・・新装入面、８，９．１０・・・中間で形成され
る装入面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ペルレス装入装置を有する高炉において所定のコー
   クスペース、コークス／鉱石、ストックラインならびに
   装入パターンのもとで所定容量の装入物を高炉々頂から
   装入するのに先立って、その装入物の堆積空間として水
   平レベルに対して傾斜角θｌ．θ２を成す複数個の円錐
   面により画成される複数個の基準空間を旧装入面上に上
   方に向って順次に想定し、その後、これら何れかの基準
   空間内に、旧装入面上における新装入物面が装入物の分
   配シュートからの落下軌跡上に互いの交点を持ちかつ水
   平レベルに対して傾斜角θ，，θ２を有する２つの円錐
   面から成り、しかも、新装入面と旧装入面との間の容積
   が装入物の前記所定容積になるよう、新装入面の位置を
   計算し、この計算を装入パターンの分配シュートの傾動
   角順に進め、一巡の装入シーケンスに対応する装入物の
   高炉半径方向の堆積分布を推定し、これにもとすく装入
   パターンにより分配シュートの傾動角を変化させて装入
   物を装入して操業することを特徴とすることを特徴とす
   る高炉操業方法。 ２ ベルレス装入装置を有する高炉において所定のコー
   クスベース、コークス／鉱石、ストックラインならびに
   装入パターンのもとで所定容量の装入物を高炉々頂から
   装入するのに先立って、その装入物の堆積空間として水
   平レベルに対して傾斜角θ１，θ２を成す複数個の円錐
   面により画成される複数個の基準空間を旧装入面上に上
   方に向って順次に想定し、その後、これら何れかの基準
   空間内に、旧装入面上における新装入物面が装入物の分
   配シュートからの落下軌跡上に互いの交点を持ちかつ水
   平レベルに対して傾斜角θ１，θ２を有する２つの円錐
   面から成り、しかも、新装入面と旧装入面との間の容積
   が装入物の前記所定容積になるよう、新装入面の位置を
   計算し、この計算を装入パターンの分配シュートの傾動
   角順に進め、＝巡の装入シーケースに対応する装入物の
   高炉半径方向の堆積分布を推定し、この装入物の高炉半
   径方向の堆積分布の結果にもとすいて、（鉱石／コーク
   ス）の半径方向分布を求め、炉壁、炉中心での（鉱石／
   コークス）をそれぞれ（０／Ｃ）ｗ、（ｏ／Ｃ）Ｃとし
   、炉口断面を等面積で、中心部中間部及び周辺部に３等
   分して周辺部と中間部の領域での鉱石／コークスの最大
   値をＭＡＸ（０／Ｃ）Ｐ，Ｍ とし、中心部での鉱石
   ／コークスの最小値をＭＩＮ（０／Ｃ）ｃとした後、こ
   れらの値と、あらかじめ設定された鉱石／コークスの値
   （０／Ｃ ）Ａから次式のような指数を算出し、高炉操
   業することを特徴とする高炉操業方法。 ３ ベルレス装入装置を有する高炉において所定のコー
   クスベース、コークス／鉱石、ストックラインならびに
   装入パターンのもとで所定容量の装入物を高炉々頂から
   装入するのに先立って、その装入物の堆積空間として水
   平レベルに対して傾斜角θ１，θ２を成す複数個の円錐
   面により画成される複数個の基準空間を旧装入面上に上
   方に向って順次に想定し、その後、これら何れかの基準
   空間内に、１り装入面上における新装入物面が装入物の
   分配シュートからの落下軌跡上に互いの交点を持ちかつ
   水平レベルに対して傾斜角θ，，θ２を有する２つの円
   錐面から成り、しかも、新装入面と旧装入面との間の容
   積が装入物の前記所定容積になるよう、新装入面の位置
   を計算し、この計算を装入パターンの分配シュートの傾
   動角順に進め、一巡の装入シーケンスに対応する装入物
   の高炉半径方向の堆積分布を推定し、これにもとづく装
   入パターンにより分配シュートの傾動角を変化させて装
   入物を装入して操業し、この操業中の高炉において、装
   入面の面形状を測定して、中心部Ｖ型部の傾斜角な０１
   とし、周辺部の傾斜角をθ２とし、これらの値の変動に
   よる堆積分布の変動を相殺して一定の堆積分布を維持す
   るために、θ１，θ２の測定毎に、シミュレーションモ
   デルで計算した上記指数が一定になるよう、複数線の装
   入パターンを用意しておき、この中から、上記指数が一
   定になる条件を満足する装入のパターンを選択する旦と
   を特徴とする高炉操業方法。