JPS6314808A - ベルレス式高炉の原料装入方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はベルレス式高炉の原料装入方法に関するもので
あり、より詳細には、炉内における装入原料の堆積角、
半径方向の鉱石とコークスの重量比（以下ｒｏ／Ｃｌと
略記する）分布、半径方向の粒径分布等のいわゆる装入
物分布の制御性を向上させることを目的とした原料装入
方法に関するものである。

（従来の技術） 高炉操業においては、高炉炉頂部における装入物のＯ／
Ｃ１粒径等の半径方向の分布を適正に制御して、炉内に
おける半径方向のガス流分布、熱流比分布を所定の範囲
に維持し、鉱石の還元・溶解を安定に行なう必要がある
。

従来のベルレス式高炉の原料装入方法を第５図を用いて
説明する。第５図はベルレス式高炉の炉頂部の原料装入
装置の概略図を示すものであり、高炉１の炉頂部へベル
トコンベア２によって搬送された原料３は、上部ゲート
弁４、上部シール弁５を介して一旦炉頂バンカー６内に
貯蔵され、高炉内の装入物が荷下がりして補給すべき所
定のストックレベル７に到達すると、装入物流量調整用
の下部ゲート弁８および下部シール弁９を開操作し、炉
頂バンカー６内の原料を垂直シュート１０および分配シ
ュート１１を介して炉内に装入するのである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら従来の原料装入方法では半径方向の０７０
分布および半径方向の粒径分布の制御性が不充分であっ
た。

まず、半径方向のＯ／Ｃ分布の制御性に関する欠点には
、■鉱石装入時に形成される混合層形成量の変動、■原
料の堆積角の変動、等によって半径方向のＯ／Ｃ分布が
変動し易いことがあげられる。以下、その各々について
詳述する。

■鉱石装入時に形成される混合層形成量の変動について 従来の原料装入方法においては、分配シュートの傾動角
度（第５図中のθ：分配シュートの底面と高炉の炉軸と
のなす角度）を所定の角度から順次減少させて、原料を
炉内の炉壁部から順次中心部へ装入していた（第５図中
に示す矢印が分配シュートの動きを示している。）。従
って、はとんどの場合、装入後の原料の表面形状は第５
図に示すようなＭ型かあるいはＭ型の形状を成しており
、いずれも斜面を形成していた。このためコークス層の
上に鉱石を装入した場合、鉱石落下位置近傍のコークス
層の表層部の一部が鉱石の衝撃エネルギーによって削り
とられて炉中心方向に移動し、炉中心部に広範囲にわた
る鉱石とコークスの混合層を形成して堆積するのである
。

ベルレス装入法における混合層形成に関して本発明者の
うちの３名等は実物大模型を用いた研究を報告している
（「鉄と鋼」第７１巻、１９８５年、１７５頁）。この
混合層測定例を第６図に示す。図中、破線は鉱石装入前
のコークス層の表面形状であり、実線は鉱石装入後のコ
ークス層の表面形状を示す。中心部近傍には、炉壁部の
鉱石落下位置近傍に存在していたコークスが移動されて
、コークス単味層と鉱石とコークスの混合層が広範囲に
形成されている。このように、コークス層が斜面を形成
していると、鉱石装入時にコークス層の表面形状が変化
し、半径方向のＯ／Ｃ分布は、鉱石装入前後の原料の表
面形状から計算される０／Ｃ分布とは大きく異なる。更
に混合層形成量は分配シュート傾動角度のスケジュール
や装入量などの制御可能な因子以外にも、原料の粒度構
成変動や炉内ガス流分布変動によるコークス層表面形状
変動などの外乱因子の影響を受ける。従って、従来の斜
面を形成させるベルレス装入法では半径方向のＯ／Ｃ分
布の制御性は不充分だった辺である。

■原料の堆積角の変動について 斜面の形成による半径方向０／Ｃ分布に及ぼす第２の問
題点は、装入原料の堆積角の変動によって半径方向のＯ
／Ｃ分布が変動し易いことである。

すなわち、斜面を形成している場合、炉内のガス流分布
の変動によって原料の表層形状が容易に変化するため、
同一の分配シュートの傾動角度スケジュール、同一の原
料装入量すなわち同一装入条件で炉内に原料を装入した
としても、半径方向の０／Ｃ分布は変動し易いのである
。

次に、半径方向の粒径分布の制御性に関する欠点を述べ
る。

従来装入法においては、分配シュートの傾動角度を大か
ら小へ順次減少させて斜面を形成せしめている為、炉内
に装入された原料はこの斜面で再分級されながら堆積す
る結果、斜面の上流側すなわち炉壁部に細粒が、斜面の
下流側すなわち中心部に粗粒が偏析して堆積することに
基づくものである。すなわち、従来装入法においては斜
面での再分級によって最終的な半径方向の粒径分布が決
定される。このために半径方向のガス流分布変動や半径
方向の荷下がり速度分布変動によって斜面の形状が変動
すると半径方向の粒径分布も大きく変動するのである。

更に、装入原料の粒度構成が変動した場合、斜面での再
分級によってその変動が増長されるという欠点ももって
いる。

このように分配シュートの傾動角度を大から小へ順次減
少させる従来のベルレス式高炉の原料装入方法にあって
は半径方向のＯ／Ｃ分布および粒径分布の制御性が不充
分であった。

本発明は、上記した問題点を解消し、炉内における半径
方向のＯ／Ｃ分布、粒径分布等のいわゆる装入物分布の
制御性の向上を図れるベルレス式高炉の原料装入方法を
提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ベルレス式高炉に原料を装入する方法におい
て、炉中心部から炉側壁方向に向かって原料を装入すべ
く分配シュートの傾動角度を制御すると共に、装入後の
前記原料表面の堆積角度が２０度を超えないように前記
分配シュートの傾動角度、各傾動角度における旋回数、
下部ゲート弁開度のうちの少なくとも一つを制御し、か
つ、分配シュートの傾動角度が３０度以下の場合には下
部ゲート弁開度と分配シュートに供給する原料落下幅を
必要に応じて減少せしめることを要旨とするベルレス式
高炉の原料装入方法である。

すなわち本発明の特徴は、■原料を炉中心部から炉壁部
にむかって順次装入すること、■装入後の原料の表面の
堆積角を２０度以下とすること、■炉中心部付近に原料
を装入する際には原料の炉内への装入速度を低下させる
と共に、必要に応じて原料の落下幅を減少することであ
り、しかる後に半径方向のＯ／Ｃ分布および半径方向の
粒径分布を自在に制御しようとするものである。

先ず、第１の条件である炉中心部から炉壁部に向かって
装入することを達成するために、分配シュートの傾動角
度を小から大に順次増加するスケジュールを設定する。

第１図中に示す矢印が分配シューＭｌ動角度の動きを示
している。なお、第１図中第５図と同一番号は同一部分
あるいは相当部分を示し説明を省略する。

次に、第２の条件である装入後の堆積角を２０度以下に
することを達成するために、分配シュートの傾動角度、
各傾動角度における旋回数、下部ゲート弁開度のうちの
少なくとも一つを任意設定可能とするのである。

ここで、装入後の原料の表面の堆積角を２０度以下とし
た理由について説明する。

本発明者等は炉外において実物大模型を製作し、コーク
ス層の堆積角を種々変更して鉱石装入（試験は全量焼結
鉱で実施した）を行ない、混合層形成量および半径方向
の粒径分布を測定した。その結果の一例を第２図および
第３図に示す。第２図はコークス層の堆積角と、中心部
のコークス層の層厚増加（コークス単味層の層厚増加＋
１／２×混合層厚増加）の関係を示す図であり、同図よ
り明らかな如くコークス層堆積角は２０度を境にして、
それを超えた場合には鉱石装入による中心部のコークス
層厚増加が顕著であるが、それ以下では実用上無視しう
ろことが判明した。すなわち、半径方向のＯ／Ｃ分布制
御性の向上のためには装入後の原料の堆積角を２０度以
下とすることが必要なのである。

第３図は、コークス層の堆積角と中心部の鉱石の粒径の
関係を示す図であり、コークス堆積角は２０度を境にし
て、それを超えた場合には斜面での再分級によって中心
部の鉱石粒径の増加が顕著であるが、それ以下では鉱石
粒径の増加は実用上無視しうるほど小さいことが明らか
である。

その理由は、斜面の堆積角が充分小さく、装入時に当該
旋回に対応する装入物の山が形成されても、原料が斜面
を移動しないためと考えられる。

すなわち、半径方向の粒径分布制御性の向上のためには
、装入後の原料の堆積角を２０度以下とすることが必要
なのである。

次に第３の条件を達成するため、先ず原料の炉内への装
入速度の低下は下部ゲート弁８の開度を減少させて行な
い、原料の落下幅を減少するため、新たに第１図に示す
ように垂直シュート部に原を４落下状態の制御装置１２
を設置する。

ここで、分配シュートの傾動角度が３０度以下の場合、
すなわち炉中心部付近に原料を装入する場合に原料の炉
内への装入速度を低下させる目的について述べる。原料
の炉内への装入速度が一定に維持される場合、分配シュ
ートの傾動角度が３０度以下になり、炉内に装入される
原料の堆積位置が炉壁から無次元半径方向位置１／Ｒ（
１：炉壁から原料落下位置までの水平距離、Ｒ；炉半径
）で０．６以上となり、当該部分の原料が装入される面
積が少なくなって単位時間当りの原料層厚増加量は、炉
壁に原料を装入する場合の２倍以上に増加する。

従って、中心部付近の原料層厚を裔精度に制御するため
には、分配シュートの傾動角度の制御だけでは不充分な
のであり、下部ゲート弁開度を減少させて原料の炉内へ
の装入速度を低下させて炉内の堆積原料の層厚増加速度
を減少させ、炉内の０／Ｃ分布制御性を向上させるので
ある。

次に、分配シュートの傾動角度が３０度以下の場合に必
要に応じて原料の落下幅を減少させる目的について述べ
る。

分配シュートの傾動角度θが下記式を満足する範囲迄低
下すると、原料の一部は分配シュートに装入されずに直
接炉内に装入される。このため、分配シュートに装入さ
れた原料の堆積位置と、直接炉内に装入された原料の堆
積位置とが異なって原料の炉内の堆積範囲が拡がり、原
料の堆積層厚制御が困難となるのである。θの限界値は
高炉に但し、／！：分配シュート長さくｍ） ｄ：垂直シュート径（ｍ） ｈ：分配シュート支点から分配シュート底面におろした
垂線の長さくｍ） 本発明では、原料の落下状態を制御するため、垂直シュ
ート部に原料落下状態の制御装置１２を設置する。しか
して、その目的は分配シュートに供給される原料の落下
幅を減少させるためであり、この目的を達成できる装置
であれば型式は問わない。例えば特開昭５０−７４５０
４号公報に開示されているような絞り機構や特開昭５３
−１０２８０４〜６号公報、特開昭５３−１２８０８号
公報、更には特開昭５３−１２０６０６号公報に開示さ
れているものでも良いのである。

ところで、本発明方法では分配シュートの傾動角度を順
次大きくしてゆく方法を採用しているのであるが、これ
はいかに当業者といえども容易に発明できるものではな
い。

すなわち、分配シュートの傾動角度を順次小さくしてゆ
〈従来法にあっては、分配シュート荷重および分配シュ
ート上の原料荷重によって生じるモーメントの方向と、
分配シュートの傾動方向が同一であるため、傾動モータ
にかかる軸トルクが小さく、従って、モータの定格トル
ク許容範囲内である。これに対し、分配シュートの傾動
角度を順次大きくしてゆく方法を採用する本発明方法で
は、分配シュート荷重および分配シュート上の原料の荷
重によって生じるモーメントの方向と分配シュートの傾
動方向が逆である。従って傾動モータにかかる軸トルク
が大きく、モータの定格トルクを超えることが予想され
たため、分配シュートの傾動角度を順次大きくしてゆく
本発明の如き発明がなされていなかったのである。

しかし、本発明をするにあたり、分配シュートの傾動角
度を順次大きくしていく場合のモータ軸の必要トルクを
実測したところ第４図に示すように従来のモータ容量を
２０％程度増加すれば常用する分配シュート傾動角度範
囲において、分配シュートの傾動角度を順次大きくして
いけることが判明した。

（作　　　用） 本発明は、ベルレス式高炉に原料を装入する方法におい
て、炉中心部から炉側壁方向に向かって原料を装入すべ
く分配シュートの傾動角度を制御すると共に、装入後の
前記原料表面の堆積角度が２０度を超えないように前記
分配シュートの傾動角度、各傾動角度における旋回数、
下部ゲート弁開度のうちの少なくとも一つを制御し、か
つ、分配シュートの傾動角度が３０度以下の場合には下
部ゲート弁開度と分配シュートに供給する原料落下幅を
必要に応じて減少せしめるものである為、炉内における
半径方向のＯ／Ｃ分布や粒径分布を精度よく制御できる
。

（実　施　例） 本発明の効果を確認するため、炉外において前述の実物
大模型を用いて装入物分布試験を実施した。試験に使用
した装入原料は実際の高炉で使用している原料を使用し
た。従って、装入原料の粒度構成は実際の高炉で使用す
る場合と同様の変動をした。また試験における原料の装
入条件は、荷下がりがないことおよび送風がないことを
除けば実際の高炉と同一の条件であり、半径方向の０／
Ｃ分布および粒径分布は装入後の原料をエポキシ系樹脂
で固化して装置外にとりだし、計測した。

本発明を適用すれば、装入原料の粒度構成の変動がある
場合であっても半径方向０／Ｃ分布、粒径分布を精度良
く制御できる。例えば従来装入法をＣ（１１２２３３４
４５５６６７７）　、Ｏ（１１２２３３４４５５６６７
７）と表記する。（）内は分配シュートの傾動角度の大
きさくノツチ）と順序を示しており、数字の小さい方が
分配シュートの傾動角度が大きく設定しである。旋回数
は１４旋回であった。

次に、本発明の比較例として分配シュートの傾動角度を
小から大に制御し、かつ、装入後の原料堆積角が２０度
を超えないように分配シュートの傾動角度基よび各傾動
角度における旋回数を制御するが、分配シュートの傾動
角度が３０度以下の場合にも下部ゲート弁開度を一定の
まま保持し、かつ、原料落下状態の制御装置を使用しな
いもので行った結果を示す。すなわち、この比較例では
従来装入法と同一の半径方向０７０分布を得るために、
Ｃ（１０９９８７６５４３２２１１１）、０（１０９８
８７７６６５５４３２１）の装入スケジュールを選定し
た。

一方、本発明装入法では分配シュートの傾動ノツチ１０
において下部ゲート弁開度を１００％から８０％に低下
させ、原料落下状態の制御装置として特開昭５０−７４
５０４号公報に開示されている装置を用いて８０％開度
に設定した。このため装入スケジュールはＣ（１０１０
９９８７６５４３２２１１１）　、Ｏ（１０１０９８８
７７６６５５４３２１）であり、旋回数は１５であった
。

上記した各装入方法について５回宛の装入試験を実施し
、中心部におけるＯ／Ｃおよび粒径の変動を測定した。

その結果を下記表に示す。

通常の高炉原料の粒度構成変動条件下において、従来装
入法における中心部のＯ／Ｃのバラツキ（標準偏差）は
０．５と非常に大きい。これに対して比較法では０．１
と太き（減少している。

しかし、本発明法では、下部ゲート弁開度の低下および
原料落下状態の制御装置の使用によってバラツキは更に
その１／２に減少しており、高炉内の半径方向０／Ｃ分
布の制御性の向上が達成できた。これと同じく、中心部
の粒径のバラツキも、本発明法によって大きく減少して
おり、半径方向の粒径分布制御性の向上も達成できた。

なお、実炉における中心部の○／Ｃの実測に代えて、シ
ャフト上部に設置しであるシャフトガスサンプラーによ
るガス温度およびガス組成の計測値から数式モデルを用
いてＯ／Ｃを推定する方法で代用してもよい。

また、中心部の粒径は、光ファイバーを用いた光学的計
測法などで測定する。

次に例えば下部ゲート弁開度は下限が５０％より大きす
ぎると原料の炉内装入時間が長くなり、炉内装入物の降
下速度に追従できなくなるため、面積にして１００〜５
０％の範囲で可変とすればよい。

また、原料落下幅は極力狭くした方が制御性は良いが、
垂直シュート部の長さに制約があることおよび制御装置
の摩耗が増加することから、原料落下幅は垂直シュート
径の５０％を下限とすることが望ましい。

但し、上記制約は高炉毎に異なるので上記記述に限定す
るものでないことは勿論である。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、ベルレス式高炉に原料を
装入する方法において、炉中心部から炉側壁方向に向か
って原料を装入すべく分配シュートの傾動角度を制御す
ると共に、装入後の前記原料表面の堆積角度が２０度を
超えないように前記分配シュートの傾動角度、各傾動角
度における旋回数、下部ゲート弁開度のうちの少なくと
も一つを制御し、かつ、分配シュートの傾動角度が３０
度以下の場合には下部ゲート弁開度と分配シュートに供
給する原料落下幅を必要に応じて減少せしめるものであ
る為、炉内における半径方向の０／Ｃ分布や粒径分布を
精度よく制御でき、高炉の安定操業に大なる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１１は本発明方法の説明図、第２図はコークス層の堆
積角と炉中心部のコークス層の層厚増加量との関係図、
第３図はコークス層の堆積角と炉中心部の鉱石粒径との
関係図、第４図は分配シュートの傾動角度とモータ軸ト
ルクとの関係図、第５図は従来方法の説明図、第６図は
従来方法における混合層の形成状況の説明図である。 １は高炉、８は下部ゲート弁、１ｏは垂直シュート、１
１は分配シュート、１２は制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベルレス式高炉に原料を装入する方法において、
   炉中心部から炉側壁方向に向かって原料を装入すべく分
   配シュートの傾動角度を制御すると共に、装入後の前記
   原料表面の堆積角度が２０度を超えないように前記分配
   シュートの傾動角度、各傾動角度における旋回数、下部
   ゲート弁開度のうちの少なくとも一つを制御し、かつ、
   分配シュートの傾動角度が３０度以下の場合には下部ゲ
   ート弁開度と分配シュートに供給する原料落下幅を必要
   に応じて減少せしめることを特徴とするベルレス式高炉
   の原料装入方法。