JPS59177308A - 高炉炉内の装入物層厚分布垂定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本究明（ｄ、高炉炉内に装入された装入物の炉内してお
ける径方向の分布形状を調整する方法に関するもので、
ａＹシ＜は鉱石装入時に炉内上層に堆積しているコーク
ス層の一部が崩れること（でよって生ずるコークス層厚
分布の変化を知り、その結末を装入物の装入方法にフィ
ードバックして炉内（ておける装入物の分布形状を望せ
しい形状に調整する方法１て関するものである。

高炉操業において、炉内のガス流分布は装入物の還元効
率向上や通気性改善の面から常に望せしいパターンにな
るように調整する努力がなされている。ガス流分布は、
炉内での装入物の粉化や溶融状況（てよっても変動する
が、主に炉頂部の装入物分イ［Ｊ形状によって支配され
る。

このため従来から、炉頂部の装入物分布形状を望ましい
形（（調整すべく種々の方策かとられてきた。その方策
を大別すると、−・つは装入物分布形状を人為′的に変
更する手段の導入であり、もう一つは装入物分布を精度
よく検知するδ１氾１］（幾器の導入である。

前者の方策は、ムーバブルアーマ−と呼ばれる可動式反
発板やベルレス装入装置で代表される旋回シュート装入
装置の導入があげられ、後者の方策は、重錘式多点ザウ
ンジングメーターやマイクロ波、レーザー光を利用した
非接触式プロフィルメーターの４人があげら、！する。

ノ・−バブルアーマ−やペルレス装入装Ｒｉｄ　第３．
　在多くの高炉に採用さｉｔ、装入物分布形状の調整に
有効な機能を発揮している。しかしこれらの装置（ｒｉ
　６）面形状の変更手段のみであるがゆえに、炉内で生
ずる分イ［Ｊ形状の変化が正確に検知されないかきり望
捷しい分イＤ形状を得ることはできない。

一方、ザウンジングメーターやプロフィルメーターは、
炉内で形つくられた装入物の表面形状のみを検知する機
器であるがゆえにこれらの機器によるｉｆ　７１！１１
では装入物層内で生ずる形状の変化については全く検知
することはできない。

このため、前記分布調整手段と表面形状検知手段が導入
さ第１．でも炉内装入物の層内で生ずる形状変化が１１
μ握されない限シ高炉操業上望ましい分布形状を得るこ
とは不可能である。このことは同時（て、操業に適した
ガス流分布が得られないことを意味する〇 高炉内では、鉱石とコークスが間欠的に一定：汁づつ交
互に装入され、鉱石はり、諒としてＳ−５θ１１１ｍの
粒径のものが一回（ｌｃ３θ〜乙θｔの量、コークスｌ
ｄ。

還元ガス源および熱源として３θ〜７３　ｒｒｕｒｒの
粒径のものが一回（（／θ〜汐θｔの量で装入される。

このように、−回の装入重量が多いために鉱石、もしく
（はコークスが高炉内に装入される際１（、炉内上層の
コークス、もしくは鉱石に崩れを生ずるが、この崩れは
炉内装入物の表面形状を検知するととてよっては棺握す
ることはでき外い。このため崩れか生ずると炉径方向に
おける鉱石とコークスの層厚分布は、表面形状を検知す
ることによって算出される層厚分布とは全く異なってく
る。

高炉内での炉径方向におけるガス流分布は、崩れを生じ
た後の鉱石とコークスの層厚分布によって支配されるた
め、表面形状を検知することによって求まる見掛上の層
厚分布では、正確なガス流分布を求めることはできない
。

装入物の崩れ現象については、従来からその検知方法の
開発が試みられてきたが、未だ実用化さノ］、るｒ（到
っていない。これは、炉内における装入物層（ｆ（り［
乱を与えることなく、かつ温度が高く粉塵の多い嘩境下
で正補に崩れの度合を測定することが全欠１１であるこ
と（で由来する。

本発明（ｄ、このような状況（（鑑みてなされたもので
あって、高炉炉内における装入物の崩れ現象全把握し、
炉内における炉径方向の真の層厚分布全算出して炉径方
向の鉱石／コークス比を理想とする分布に近づけるよう
に装入物の装入方法πフィートバンクして炉内のガス流
分布の制御を一段と向上さぜることを目的とするもので
ある。

以−ト本発明を図面に基づいて詳述する。

装入物の崩れ現象について、高炉炉内装入物の最」・層
がコークスである状態でその上に鉱石を装入した場合を
想定して模式図を示すと第１図のようＶζなる。

すなわち、ｒａｔてベル／を介して装入されたコークス
、、２は炉壁部て落下したのち炉中心側に向って１ｒｉ
ｊ　ｉｆ込みＶ形状のプロフィルを形成している。

この上ＶＣ鉱石３が同様に装入されると炉壁部近傍のコ
ークスの一部ダが鉱石の落下荀重全受けて削られ、コー
クス層内で生じだすへり線Ｓ　ｌ／ＣＩ：Ｎって鉱石と
共に移動する。このずべり線Ｓはコークスの内部摩擦角
に規定される線乙に接して移動するから、コークスの一
部ダは炉内中心部へ押し出され、この／こめ炉半径方向
のすべり線ｊより土層のコークス層は崩１％で炉中心側
（で流れ込むことになる。

高炉炉頂部の装入物の崩れ状況を実高炉と同一規模のモ
テル実験で測定した結果例を第３図１で示す。

この図はコークス、鉱石装入後にそれぞれ表面形状を測
定して算出した炉径方向の鉱石層厚／コークス層厚分布
と、鉱石の装入だよってコークスが崩れた後、パラフィ
ンで固結させてその断面全観察して求めた鉱石層厚／コ
ークス層ノ９分布を対比させて示した図であるが、両者
の間には大きな差異があることがわかる。従って、装入
物の装入によって生ずる崩れ現象を正確に把握てきない
限り炉内ガス流分布の制御はできないこ七は明らかであ
るυ 本発明と舌は、高炉炉頂部の実寸大規模のモテル実１１
険装置並Ｏ−ｘ火入れ前の装入物充填時における高炉・
内の分イＩＪ状況、；Ｉ’７査を数多く行い、装入１勿
の崩れ易さか次式で示すことができることを見１」ｊ　
Ｌ、−だ。

ここて、 １代抗モーノント：ΣＷ１・ｘ１ ？’ｒ’＋動４ご−メント：Σ’Ｗｉ　＠　ｃｏｓａ’
＋　・Ｒ−ｔａｎφ＼Ａ’１ｌｃｌすへり線上の移動装
入物単位＠（ｋｚ）Ｘ１紹すへり線（でよって形成され
る円の中心力Ｓらの水平距離（ｍ、’） ｏ、　ｉ　　は円の中心からの垂線とすへり線上の移動
装入物と０９間の角度（０） φ１ヴ装人物の内部摩擦角（０）。

なお、＋１＋式の関係を第３図に示す。

装入物の学位￥；１が炉壁部（て装入された場合を考え
、該１量の重心、もしくけ落下点位置を通るずへり線を
仮定すれば第７図（（示すよう（・τすへり線の円弧か
幾通りも描け、各円弧についての崩ｉｔ率が言十銀Ｅで
きる。

装入物の崩れは、崩れ率か最も小さい価を示す場合の円
弧（即ち、すへり線）にテ（！つで生ずることになるの
で、計算された崩れ率のなかから最１１・値を示す円弧
（すへり線）全艷出ゼばよい。数多くの円弧に対応する
崩れ率を求める（／ｃは第ダ［ン１のようｔｆｌマトリ
ック状のグラフをつくり、そオｔそ）１゜の交差点位置
全中心とする円弧の崩れ率をａ１算するのが実用的であ
る。このようにすれば最／Ｊ＼崩れ率を示す円弧が容易
に見出すことができる１、ここで、もし算出された最小
崩れ率力；限界ｆｆｄれ率を上ま、わる場合には、この
段階て更ｖｃ　？ｌＫｖ　１ｒ−位装入物量が装入され
た場合について同様な計算を行う。

なお、計算に必要な装入物の内部ｇ擦角および限界崩れ
率は予め各装入物について測定しておくことによって与
えられる０ このようにして装入物の単位装入叶をＪ５えｉ′１．ｊ
ば、崩れ開始１（１１点のすへり線は一義的に決定さ加
−る。

第３−１））にそのｔｉｌ’　ｒＪ例を示す。崩れ開始
１１点の１−べり１賃ｊがθ、１、定さ；１１　ｈ、ｕ
′、そのすべり線（ｄ崩れをη三１４る嬰−人物層の内
ｉ′ｊ、　）Ｉ’、（擦角で決る線に／１ｒつてツーイ
クＩＪイト仄；・′（炉中心部（（移動する。サイクロ
イド゛状のずへり線と内γτｌｉ　Ｊ′ｉ９　擦角で決
る線との関係は、すてＶこ土Ｉｐｉ力学で明らかにされ
ている。

ずへりわＰか移動することによって、内部摩擦角で決る
線より−１一層の装入物は崩れて炉中心部ＶＣｆａすれ
込むことＶこなる。

限’Ｊｒ冒ｊ′＋）　ノｔ　、４８は、単位装入物量に
よって変化するか、数多〈実施した実寸大のモデル火１
験装置（でよる測定結果から単位装入物量θθ／〜θ、
２　（ｋ７Ａ−２）（ｌζついて、はＸθ乙〜θ２の範
囲にあることを確力Δめていｚ、１゜ 限界面ｉｔ率附−１後から装入する装入物の装入速度や
装入高さが太さい場合に小さな値を示１〜力；、このこ
と（／：ｌその高炉の装入条件によって１辰界バ八れべ
′轟〜１双ぶ必−”ｔ２のあることを示す０すヘリ線か
内部邸：擦角（（よって決まる線に７侍つてザイクロイ
ド状１て炉中心（［Ｉ　Ｋ移動することＶＣよって装入
物の崩れ量並び１／（崩れた装入物面形状か決定される
。炉中心部に崩れて流れ込んだ装入物の量が多い場合に
（ｄ後から装入さ几た装入物は炉中心部に到達ぜず崩れ
た装入物によって炉中上−７ｙ＋ｓの装入物面が形成さ
れ、少ない場合には後からの装入物が崩れた装入物の上
π堆積し装入物面を形成する。いすハフのケース（てお
いても崩された装入物の炉径方向の形状けすへり線で決
せる面と後から装入した装入物の表面形状によって規定
さカー、ずベシ線で決まる面は計／ｆ１（でよって算出
するし、後から装入した装入物の表面形状は例えばレー
ザー光によるプロフィルメーターで実測して求めること
がで、きる。

従って、崩れた装入物の炉内半径方向の層厚変化と、後
から装入した装入物の炉径方向のプロフィルとを考慮し
て炉内半径方向における鉱石層とコークス層の層厚分布
を知ることができる。

上記手法によって求めた炉内半径方向ｊておける鉱石層
とコークス層の層厚分布と、丈高炉内の火入れ前装人′
取充朧１１Ｓにパラフィン凝固法で測定し／Ｃ結果と全
対比させて第６１ンｊ（イ）及び（０）に示す。これら
の例（竹コークス層土（て鉱石を投入した場合を小す＜
）ので、コークス層！の一部が鉱石（でよって崩され、
炉中心ｊｌｙｌｌへ流れ込んでいることがわかる。

鉱石と二・−カスの層厚分布がわかれば、炉内径方向π
１．・ける鉱石とコークスの層厚比分布が求する１、第
４図（イ）及び（ロ）の鉱石とコークスの層厚比分布は
両者がよく一致していることがわかる。

このよう（で、崩れ率の概念を導入すると（！ｌ：にょ
って、装入物の崩れ状況を高炉内の鉱石とコークスの炉
径方向における層厚分布として精度よく算ＩＩ！−する
ことができる。また装入物の崩れは、コークス層：十に
鉱石を装入した場合に顕著にあられれ、鉱石１・１゛づ
上：（コークス全装入した場合は非常に少ない。（ｒγ
：つて、高炉内での装入物の崩れを初出するｌ易合ンζ
（ｔｌ　ｉ゛＋ｉＪ者のケース全考慮するだけで実用的
な）１゛Ｊ度は１・分である、。

Ｌ・−カスの崩ノーシ度合−１鉱石の装入量、装入量１
ｊと、゛［・１人位ｔ・）゛、十一層コークスの表面形
状等１てよって異なり、牛だ、崩ノ１．を生じたあとの
鉱石とコークスの表面形状はカスｆＨ１１を速によって
影響を受ける４゜従って最終的な炉径方向の層１７分布
（ｒｉ十記の条件を考慮して算出するか、プロフィール
ノーターの測定結果を用いてご１替し々ければなら外い
が、コークスの崩′ｉ′１１度合を考、すγした層１ｇ
比（２（、石／コークス）と装入方式とは紀７図（イ）
１・て示す如くよくス・ｊ応した関係にあるの一部、装
入方式の選定によってコークスの崩れ量分布を調整する
ことがｉｊＪ’能である０ 炉内の半径方向のガス流分布け、炉頂部で形成された径
方向の鉱石とコークスの層厚比分布によって強く支配さ
れる。そ（７てガス流分布は一般に炉壁側近で小さく炉
中心部で大きい第δ“］−′、ようなパターンが操業士
望ましいとされている。炉壁側近でガス流速を小さくす
るの（ｄ炉体壁よりの熱損にや壁面の損傷を防ぐためで
あり、中心部で大きくするのは炉下部側壁の送風羽口か
ら入ったガスが出来るだけ炉中心部に流れ易い状況をつ
くるメこめである。炉中間部ではガスの還元効率を士げ
るため（こ（イノー々カス流、速であることが必要であ
る。

こσ〕ようなノノスｉ）ｆ＋：分イｂを得る１・（は、
一般（ｌこ第９１〕ｊのようなｉｔ□ζ右と−１−カス
の層厚分布が望ましい。

＋４１ｊち、炉中心・部ではカス流を発外させるために
層１１ノ比（鉱石／コークス）を炉中心に向って減少さ
伊る分イ１」奮、芹だ炉壁部ではガス流抵抗の大きいπ
１１１粒乃・多く　Ｊｆｆ孝／じＪ−るので、炉壁面Ｖ
（向ってガス流が太幅して押えらｆ’Ｌないように層厚
比を下げる分布分とる必彎がある。。

第１θ図（は本発明〕ｊ法を用いて炉内装入物の層ｊ′
、４を測定し炉径方向の鉱石／コークス比を求めつつそ
の分布を理想とする形状に制御して高炉操業を行った操
業結果を従来法と対比して示したものである１、 なお、本発明方法に」：る場合は炉内装入物の層）Ｉ、
−□１ｌｉｌｌ定結果を炉頂装入方法（例えば７図（イ
）に示すようなノ、−バヅルアーマー設定位置の組合わ
せ方式（１）　、’４□Ａ９′・（フィートバンクして
操業を行ったものであり、ｔｉＹニー１＜法（・′）場
合は炉内装入物の崩れを考慮せず：／こ操猶をイ」つだ
ものである。

第１θｊ７１　ＶＣ示すと３０・１ノ、不発開力法を高
炉１・■業（・で応用すること（でよって溶銑中〔５ｉ
）ｉｄ低値（て安５ピし、スリップ故（は減少し、炉頂
カス利用ｊ：＋：、は向上した。更に、コークス比は従
来θ、てｄダ９．３１り７／ｌ−ｐであったものがグざ
〜１（り／ｌ　ｐ　ｉｒ（低′Ａ１太し高炉［・〜１・
業−１−顕著な効果が得られた。

なお、本発明は高炉操業に限らす５１．４師の粉粒体を
交互に装入する粉体ホッパー、ザイ「１もしくは反応塔
にお贋で装入物の堆積形状の４１ｉ］定（でも適用でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は高炉炉頂部で堆積している装入物が後から構成
される装入物によって崩さｉ］、る状況を説明する模式
図、第ρ図は炉頂部の炉径方向における鉱石とコークス
の層厚比分布を示す図、第３図は崩れ率を求めるのに必
要な変数ｆ８明する模式図、第９図は円弧状のすべり線
と内部摩擦角で決まる線との関係を示す図、第５図は装
入物即位１ｊトの荷重と最小崩れ率の関係を示す図、第
６図は炉頂部のコークスと鉱石の堆積形状を示す図で、
（イ）は１１，１炉炉内での調査結果、（ロ）は本発明
をて係る推定結束である。第７図（イ）：ｄムーバブル
アーマ−位置（装入／−ケンスＣ↓Ｃ↓Ｏ↓０↓、↓は
炉内への装入６・小−Ｊ−ｏ各装入時Ｖ（Ｌ−けるアー
マ−の設定Ｇ）ｌ　ｉろ″をシタ字で示したが＋２１の
横軸の値で数字の小さいほと炉壁ｆｌｌｌｌ　Ｋ装入す
ることを示す。）上層厚比との関係を示す図、第７図（
ロ）は鉱石コークス層厚の模式図、第ｇ［ン］は炉径方
向のガス流速分布を例示する図、第９図は炉径方向の層
厚比を例示する図、第１θ図は本発明方法を高炉に適用
して操業をイーＪ′つだ高炉操業状況の推移を示す図で
ある。っ／　ベル　　　　　　フ　コークス ３　鉱石　　　　　　ダ　コークスの一部汐　ず・＼り
線　　　　乙　内部摩擦角に規定される線 第１図 ：シュ２１て 、１ ＝′１ 第４図　　　　　ｌ：：１ りへ５Ｌｒｊ イーＱ　　　　Ｌ　　　（ｘｌｏ”Ｊ、にンい農）第６
図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（１：？）Ｊｉ、＋ｐｌし／１”）Ｉ１１距凶（Ｌ（ｌ
＋、ンブデ甲代−〇プリｎｂ−４月Ｌ［’ｌ−，）第７
図 （イ） ３２３５　３２３４　　′５２２４　３２２３　３２′
５３　２３２３Ａ−へ７゛ルア―！−イ立置 第Ｓ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高炉炉頂１り］３より装入さね、炉内に堆積した装入物
   が、ｊシ目１″（二いてその上（て装入される装入物の
   荷重（て」：り崩れを生ずる時の崩れの深さを求めると
   共にこの深さと該装入物内の内部摩擦角とから炉径方向
   の崩ＦＬ深さと崩れ計を求め、その結果と今回装入した
   装入物の炉内におけるプロフィルの測定結果とから、前
   回装入した装入物の崩れを考慮した炉径方向の層厚分布
   と今回装入した装入物の炉径方向の層１９分布を求め、
   とうして求めた装入物の層厚分布情報を装入物の装入方
   法（（フィードバックすることを！特徴とする高炉炉内
   の装入物分布ＮＬＡ整方法。