JPS6331523B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高炉の装入物分布制御法に関するも
のである。

（従来の技術） 現在多くの高炉では、原料の装入方法を調整す
ることにより、ガス流分布を制御する操業が行わ
れている。高炉内のガス流分布を決める因子は、
主として装入原料の粒子径分布と空隙率分布であ
り、高炉では種々の装入物分布制御装置（例えば
ムーバブルアーマー、ベルレス装入装置）または
装入方法（例えば装入パターンの変更、装入ライ
ンの変更）により、装入原料中の鉱石とコークス
の層厚比分布、装入原料の粒度分布の調整を行つ
ている。

そして高炉の安定操業を目的とした原料装入方
法については、従来より多くの先行技術が報告さ
れているが、それらの多くは、火入れ時のレンガ
の損耗や付着物の生成のない正常プロフイルの高
炉を想定していたり、高炉の炉体内壁プロフイル
を、全く考慮していない場合の原料装入方法に関
するものである。

しかし鉄と鋼62（1976）５、P.535で報告されて
いるように、高炉の炉体内壁プロフイルは、鉱石
とコークスの混合層の形成やガス流れに大きな影
響を及ぼしている。一方実際の高炉は、火入れ後
の稼動年月と共にその炉体内壁状態が変化してお
り、原料の装入方法は、その炉体内壁状態に対応
して変更する必要があると考えられる。

この分野の先行技術は、鉄と鋼68（1982）８、
P.936、鉄と鋼69（1983）４、S61および鉄と鋼70
（1984）４、S51の報告にあるように、炉体内壁
状態（例えば凸凹、シヤフト角度）と炉壁近傍の
装入原料の降下挙動に関する研究に限定されてお
り、炉体内壁状態を考慮した原料装入方法に関す
る先行技術は少ない。

とくに高炉操業上重要と考えられる高炉の下部
炉壁に、付着物あるいはプロフイルの乱れを形成
した場合の原料装入方法に関する先行技術として
は、通常の高炉原料装入サイクルにおいて、コー
クスの数チヤージ連続装入を行うことにより、周
辺流を強めて炉壁付着物を溶融除去しようとする
特公昭55−18764号公報があるが、この先行技術
は、一時的にせよ炉体熱負荷の増大を招き、高炉
の長寿命化を考えれば問題点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明者等は、とくに高炉操業上重要な高炉下
部（とくに炉腹部以下）の炉壁に付着物の根また
はプロフイルの乱れがある場合と、火入れ時を想
定した正常プロフイルの場合の高炉内現象を比較
するために、第２図に示す高炉下部２次元モデル
装置を使用し実験を行つた。

装入物として使用した試料は、平均粒径５mmの
コークスと、融点が100〜123℃の平均粒径５mmの
低融点合金の擬似鉱石であり、装置下端に設置し
た羽口８より吹き込まれる150〜200℃の熱風によ
り昇温され、擬似鉱石はコークス充填層中を溶融
滴下する。図中ｔ：1400mm、ｌ：1400mm、Ｓ：58
mmである。

第３図、第４図、第５図に実験結果を示した。

第３図は火入れ時を想定したレンガの損耗や、
付着物のない正常プロフイル時に、擬似鉱石層厚
を径方向に均一に装入した場合の装入物の等時間
曲線と炉下部温度分布、第４図は朝顔部に付着物
の根またはプロフイルの乱れを想定し、厚さ30mm
の小突起物をつけた炉体内壁プロフイル時に、第
３図と同一の装入条件で装入した場合の装入物の
等時間曲線と、炉下部温度分布である。

第４図より、朝顔部に小突起物をつけたプロフ
イルの場合には、小突起物の直上の炉壁部に降下
停滞域が形成し、朝顔部の炉壁温度が上昇するこ
とがわかる。中間部の擬似鉱石層厚を増大した場
合の実験結果を第５図に示す。

この実験は、中間部の擬似鉱石層厚を大きくす
ることにより、炉壁部近傍の鉱石層厚を小さくし
て、炉壁部近傍の鉱石／コークスの層厚比を平均
層厚比以下とした場合である。

この場合には、第５図ａに示すように、装入物
はシヤフトの中部の高さまではスムーズに、かつ
径方向で均一に降下しているが、シヤフトの中部
の高さ以下の炉壁近傍に、朝顔部の突起物に起因
する装入物の降下停滞域が形成されており、また
炉腹部および朝顔部で装入物の降下速度分布は径
方向で不均一であつた。

このような現象は、炉腹部および朝顔部でのガ
スから装入物の熱交換量を減少させ、高炉の操業
上好ましくない。

ま、第５図ｂに示すように、朝顔部の突起物近
傍の温度が上昇しており、高炉の炉体保護上好ま
しくない。

このように炉体下部の炉壁温度が上昇すること
は、炉体の保護上好ましくなく、降下停滞域の形
成は、装入物の安定した降下挙動から考えると良
くない。

一方、高炉の炉体プロフイルは、レンガの侵
蝕・摩耗により変化し、プロフイルの乱れや凹凸
を生じることが、放射性元素を用いた測定や、休
風時および吹き止め時の種々の測定・観察によつ
て確認されている。

したがつて、炉体内壁プロフイルの経時変化に
より、炉腹部以下に付着物（以下突起物と称す
る）が形成される場合に、その突起物直上の炉壁
近傍に形成される降下停滞域の大きさを、少なく
とも突起物の厚みより小さくすることにより、突
起物に起因する高炉の炉況異常の発生を防止し、
高炉操業の安定化を図る必要がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、高炉の炉腹部以下に突起物がある場
合に発生する前記の技術的課題を解決するため
に、高炉に装入する原料の装入方法に着目して完
成された発明である。その特徴は、高炉の炉腹部
以下の炉体内壁状態を各種検出端による測定、休
風時の炉体内壁の直接観察、およびボーリングに
よる測定等により検出し、前記炉腹部以下の炉壁
に突起物が存在する場合には、特定の原料装入方
法を採用することにある。

すなわち炉腹部以下に、炉壁より100mm以上の
突起物が存在する場合には、鉱石が軟化収縮しな
いシヤフト部の高さ方向で任意の鉱石／コークス
の層厚検出位置における炉壁近傍（炉内壁より１
ｍ以内の領域）の鉱石／コークスの層厚比を、各
種検出端（例えば電気抵抗式層厚計、マグネツト
メーター、接触式または非接触式の装入物表面形
状プロフイルメーター等）で計測するか、計算よ
り推定し、その値が炉頂より装入する鉱石とコー
クスの１回あたりの装入体積と前記検出位置の断
面積より求まる鉱石／コークスの平均層厚比に比
べて、10％以上増大するように鉱石層を厚くして
装入制御することにある。

ここで10％以上とした理由は、10％が本発明法
の効果を出すために必要な下限値であるからであ
る。

本発明の実施例を第１図のａ，ｂに示す。

同図において、ａは装入物の等時間曲線を示し
た図である。本発明法（鉱石／コークス層厚比が
平均層厚比の10％以上）の場合には、装入物がシ
ヤフト部、炉腹部のいずれの部位においてもスム
ーズに、かつ均一に降下しており、朝顔部にある
突起物直上にある炉壁近傍では、降下停滞域の大
きさは突起物の厚みより小さくなつている。

ｂは、炉下部の温度分布を示した図である。図
中の等温線に示すように、本発明法の場合には、
朝顔部および炉腹部の温度分布が炉中心より炉壁
に向かつて順次低下している。すなわち、たとえ
炉腹部あるいは朝顔部に突起物がある場合でも、
第３図ａ，ｂに示した突起物のない正常プロフイ
ルの場合の望ましい装入物の等時間曲線および炉
下部の温度分布に近い結果となつている。このこ
とは、突起物の影響が小さくなつていることを示
しており、高炉の長寿命化および長期的に安定し
た高炉操業の維持が可能となる。

このように降下停滞域が縮小する理由は以下の
通りである。

製銑ハンドブツク（地人書館発行、第370頁の
表11.20）に記載されているように、鉱石（焼結
鉱および鉄鉱石）の嵩比重は0.9〜2.9ｇ/cm³の範
囲にあり、この値はコークスの嵩比重の範囲0.45
〜0.5ｇ/cm³の２倍から６倍である。したがつて、
炉壁近傍の鉱石層厚を大きくするとともに、コー
クス層厚を小さくすることにより、炉壁近傍の鉱
石／コークスの層厚比が増大し、炉壁近傍の鉱石
とコークスからなる装入物の荷重応力が増大す
る。

さらに鉱石層厚の大きい炉壁近傍の装入物中の
鉱石の溶融量はその他の部位に比較して増加す
る。このように、炉壁近傍において荷重応力が大
きくなることおよび装入物中の鉱石の溶融量が増
加する結果、炉壁近傍の装入物の降下速度が増大
し、突起物直上に形成される降下停滞域が縮小す
る。

なお実際の高炉では、ムーバブルアーマーやベ
ルレス装入装置等の炉頂装入制御装置を用いて、
炉壁近傍（炉内壁より１ｍ以内の領域）の鉱石
と、コークスの装入量を調整することにより、炉
壁近傍の鉱石と、コークスの層厚比を制御するこ
とができる。

〔実施例〕

高炉の実操業において、炉腹部以下の炉体温度
の上昇および炉熱変動（溶銑温度の変動）の増加
が認められ、休風時のボーリング調査により、炉
腹部以下に100mm以上の突起物が検出された。

そこで、シヤフト中部の炉壁近傍（炉内壁より
１ｍ以内の領域）の鉱石と、コークスの層厚比の
計測値もしくは推定値が、炉頂より装入する鉱石
と、コークスの１回あたりの装入体積と、前記検
出位置の断面積より求まる鉱石と、コークスの平
均層厚比に比べて、10％以上増大するように、ム
ーバブルアーマーにより原料の装入制御を行つた
結果、第６図に示すように朝顔部のレンガ温度は
再び低下し、急激な炉熱変動（溶銑温度の変動）
も減少した。

なお、本発明法は突起物直上の炉壁近傍の鉱
石／コークスの層厚比を、上記平均層厚比に比べ
て10％以上局部的に増大した場合にも、第６図と
同じ効果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明は、レンガの損傷、損耗により変化する
炉体内壁プロフイルに適応した原料の装入制御法
である。具体的には、高炉の炉腹部以下の炉体内
壁状態を検出し、100mm以上の厚みをもつ突起物
が存在する場合に、シヤフト部の高さ方向で任意
の鉱石／コークスの層厚検出位置における炉壁近
傍（炉内壁より１ｍ以内の領域）の鉱石と、コー
クスの層厚比の計測値もしくは推定値が、炉頂よ
り装入する鉱石と、コークスの１回あたりの装入
体積と、前記検出位置の断面積より求まる鉱石
と、コークスの平均層厚比に比べて、10％以上増
大するように、原料の装入制御を行うことによ
り、炉体内壁プロフイルの変化した高炉に対し
て、以下のような効果を収めることができる。

(1)降下停滞域の縮小により、炉腹部以下の装入
物の降下領域を拡大し、炉腹部以下の装入物の平
均降下速度を小さくして、降下速度の径方向分布
を平均化することが可能となり、生鉱下り等によ
る急激な炉熱低下を防止することができる。(2)炉
腹部以下の炉体温度を低下し、炉体熱負荷の軽減
により、高炉の寿命の延長・エネルギー原単位の
低減が可能となる。(3)かくて高炉操業が安定する
に要する時間は、装入物がシヤフト部に装入され
てから突起物直上に降下するまでの時間に等し
く、高炉の炉容や出銑比によつて異なるが、通常
４時間〜８時間程度である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは第２図の装置を使用して得られ
た本発明を実施した場合の装入物の等時間曲線図
と炉下部温度分布図、第２図は実高炉の1/9スケ
ールの２次元モデル実験装置図、第３図ａ，ｂは
第２図の装置を使用して得られた火入れ時を想定
したレンガの損耗や付着物のない正常プロフイル
時の装入物の等時間曲線図と炉下部温度分布図、
第４図ａ，ｂ、第５図ａ，ｂは第２図の装置を使
用して得られた朝顔部に付着物の根またはプロフ
イルの乱れを想定し、厚さ30mmの小突起物をつけ
た場合の装入物の等時間曲線図と炉下部温度分布
図、第６図は実高炉での実施例のグラフである。 １：装入物；コークス（４〜６mmφ）特殊合金
（融点100〜123℃、４〜６mmφ）、２：熱電対（36
点）、３：空気加熱器、４：流量調整器、５：送
風機、６：熱風（最大200℃、200Nm³/h）、７：
ロータリフイーダー、８：羽口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉の炉腹部以下の炉体内壁状態を検出し、
   前記炉体内壁より100mm以上の厚みをもつ突起物
   が存在する場合には、シヤフト部の高さ方向で任
   意の鉱石／コークスの層厚検出位置における炉壁
   近傍の鉱石／コークスの層厚比を、前記検出位置
   における平均層厚比に比べて、10％以上増大する
   ように原料を装入制御することを特徴とする高炉
   操業法。