JPWO2019189025A1 - 高炉設備および高炉の操業方法 - Google Patents

高炉設備および高炉の操業方法 Download PDF

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Abstract

炉内装入物の表面プロフィールを正確且つ迅速に把握する測定手段を有する高炉設備を提供する高炉の炉頂から炉内へ原料を装入する旋回シュートと、前記旋回シュートを介して炉内に装入された装入物の表面プロフィールを測定するプロフィール測定装置と、前記旋回シュートの傾動角を制御する傾動角制御装置と、を備え、前記プロフィール測定装置は、前記炉頂に設置され前記炉内の装入物表面までの距離を計測する電波式の距離計および、該距離計の検出波を前記高炉の周方向に走査して得られる前記装入物表面までの距離に関する、前記炉内全域にわたる距離データに基づいて前記装入物の表面プロフィールを導出するとともに、得られた表面プロフィールに基づいて前記旋回中の旋回シュートの傾動角変更を前記傾動角制御装置へ指令する演算器、前記旋回中の旋回シュートの旋回速度の変更を前記速度制御装置へ指令する演算器および、前記旋回中の旋回シュートに供給する装入物の供給速度の変更を前記速度制御装置へ指令する演算器、のいずれか１以上を有する。

Description

本発明は、高炉設備、特に旋回シュートを備えたベルレス装入装置により炉内への原料装入を行う高炉設備および高炉操業方法に関する。この鉱石層とコークス層の一組を装入する操作が通常１チャージと呼ばれ、１チャージでは鉱石とコークスをそれぞれ複数のバッチに分けて装入することが行われる。通常、各バッチでは高炉の炉頂に設けられたバンカー内の原料を、所望の堆積形状が得られるように旋回シュートの角度を変えながら炉内に装入する。
一般に、高炉の操業では、炉頂部から原料である鉱石（鉱石にコークスの一部が混合される場合もある）とコークスとを交互に装入し、炉内に鉱石層とコークス層とを交互に堆積した状態で原料を充填する。
高炉の操業では、炉頂部での装入物分布を適正な状態に維持することが重要であり、装入物分布が適正でないとガス流分布の不均一化、ガス通気性の低下、還元効率の低下などにより、生産性の低下や操業の不安定化を招く。換言すると、ガス流分布を適正に制御することにより、高炉操業の安定化を図ることが可能となる。
このガス流分布を制御する手段の一つとして、旋回シュート（分配シュート）を備えたベルレス装入装置を用いた方法が知られている。この装入装置では、旋回シュートの傾動角と旋回数を選択し、炉半径方向での原料の落下位置と堆積量を調整して装入物分布を制御することにより、ガス流分布を制御するようにしている。
この装入物分布の制御に際して、装入物分布を把握することが有利である。そのためには、炉内装入物（原料堆積物）の表面プロフィールを測定する必要がある。この炉内装入物の表面プロフィールを測定する手法として、マイクロ波などの検出波を炉内装入物面に向けて送信し、炉内装入物面で反射した検出波を受信して炉内装入物面までの距離を測定し、この測定距離に基づいて炉内装入物面のプロフィールを求めることが行われており、具体的な手法としては、検出波用アンテナを設けた計測ランスを炉口部側方から炉中心部に向けて挿入する方法が主流である。
例えば、特許文献１には、上記のような検出波による距離測定を用いて、炉内装入物面のプロフィールをバッチ毎に測定し、この測定結果に基づいて求めた、鉱石およびコークスの装入分布に基づいて旋回シュートのノッチ又は／及び旋回数を調整することが記載されている。また、特許文献２には、プロフィールをシュートの旋回中または所定旋回毎に測定し、シュートを制御することが記載されている。
特開２０１７−９５７６１号公報 ＷＯ２０１５／１３３００５号公報
上記した特許文献１に記載の手法は、原料の装入後に炉内装入物の堆積面を測定し、その測定結果に基づくことによってバッチ間での装入分布の変動を修正することが可能である。しかし、従来の測定方法では、測定自体に時間がかかり、迅速な測定ができないことに加えて、原料の装入時には計測ランスを炉体の外に退避させなければならないため、測定頻度が低くなるという問題がある。また、特許文献１に記載の手法では、旋回シュートの傾動角と旋回数を選択することにより、炉半径方向での原料の落下位置と堆積量を調整することで半径方向におけるガス分布を調整することは調整可能である。しかし、炉周方向でのガス流分布を調整することが求められる現状では改善の余地が残っていた。
特許文献２に記載の手法も同様に、半径方向の調整を行っており、炉周方向でのガス流分布を調整することが求められる現状では改善の余地が残っていた。
また、どちらの方法とも、装入物の降下速度の影響が考慮されておらず、この点でも改善の余地が残っていた。
そこで、本発明の目的は、まず、炉内装入物の表面プロフィールを炉周方向に正確且つ迅速に把握する測定手段と、これを旋回シュートの傾動角制御や装入物の装入速度制御に活かすことができる高炉設備を提供することにある。そして、この高炉設備を用いて、旋回シュートの旋回毎に装入物の表面プロフィールを測定し、表面プロフィールの測定結果に基づいて炉内装入物を適正な分布に維持するための方途について、提案することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の要旨構成は以下のとおりである。
１．高炉の炉頂から炉内へ原料を装入する旋回シュートと、
前記旋回シュートを介して炉内に装入された装入物の表面プロフィールを測定するプロフィール測定装置と、
前記旋回シュートの傾動角を制御する傾動角制御装置と、
を備え、
前記プロフィール測定装置は、前記炉頂に設置され前記炉内の装入物表面までの距離を計測する電波式の距離計および、該距離計の検出波を前記高炉の周方向に走査して得られる前記装入物表面までの距離に関する、前記炉内全域にわたる距離データに基づいて前記装入物の表面プロフィールを導出するとともに、得られた表面プロフィールに基づいて前記旋回中の旋回シュートの傾動角変更を前記傾動角制御装置へ指令する演算器、前記旋回中の旋回シュートの旋回速度の変更を前記速度制御装置へ指令する演算器および、前記旋回中の旋回シュートに供給する装入物の供給速度の変更を前記速度制御装置へ指令する演算器、のいずれか１以上を有する高炉設備。
２．前記プロフィール測定装置は、前記装入物の表面プロフィールに基づいて前記装入物の降下速度を前記高炉の全周にわたって算出する演算器をさらに備える前記１に記載の高炉設備。
３．前記１または２に記載の高炉設備を用いて、前記旋回シュートから鉱石およびコークスを炉内へ装入して行う、高炉の操業方法であって、
前記プロフィール測定装置により、前記装入物の表面プロフィールを導出し、該導出した表面プロフィールまたは表面プロフィールから導出される装入物の降下速度のばらつきもしくは鉱石層厚比のばらつきが所定値以上である場合は、前記旋回シュートを介して装入される鉱石およびコークスのいずれか少なくとも一方の装入位置と、前記旋回シュートを介して装入される鉱石およびコークスのいずれか少なくとも一方の装入速度と、のいずれか１以上を調整する高炉操業方法。
４．前記装入位置の調整は、前記旋回シュートの傾動角を旋回中に変更し、旋回シュートの旋回毎に前記表面プロフィールを調整する前記３に記載の高炉操業方法。
５．前記装入速度の調整は、前記旋回シュートを旋回中に行う、前記３または４に記載の高炉操業方法。
本発明によれば、高炉内装入物の表面プロフィールを炉周方向に正確且つ迅速に把握し、得られた表面プロフィールに基づいて旋回シュートの傾動角や装入物の装入速度を直ちに変更することができる。その結果、高炉内のガス流分布を適正に制御することが可能になる。このため、高炉操業において、鉱石の高い還元効率が得られるとともに、操業の安定化を図ることができる。
高炉設備の構造を示す図である。 プロフィール測定装置の構成を示す図である。 プロフィール測定装置の距離計の動作を示す図である。 炉周方向の鉱石層厚比を示す図である。 炉周方向の鉱石層厚比を示す図である。 炉周方向の鉱石層厚比を示す図である。
以下に、本発明の高炉設備を、図１を参照して詳しく説明する。
すなわち、本発明の高炉設備は、高炉本体１の炉頂部にコークスを含めた鉱石などの原料を炉内に装入する旋回シュート２と、炉内に熱風および微粉炭を吹き込む複数の羽口３と、旋回シュート２を介して炉内に装入された装入物４の表面プロフィールを測定するプロフィール測定装置５と、旋回シュート２の傾動角を制御する傾動角制御装置６とを備える。さらに、旋回シュート２の旋回速度を制御する旋回速度制御装置を備える。また、炉頂に設けられたホッパーと旋回シュート２との間には装入物の供給速度を制御する装入物供給速度制御装置を備える。装入物供給量制御装置の例としては、装入物の流路に設けられたゲート弁の開度を制御する機構が挙げられる。
図１の例では、旋回速度制御装置および装入物供給速度制御装置のゲート弁開度の制御部は、前記傾動角制御装置６内に収めてある。なお、本発明の高炉設備としては、傾動角制御装置、旋回速度制御装置および装入物供給速度制御装置の１以上を備えていればよいが、全てを具備することが好ましい。
ここで、プロフィール測定装置５は、高炉本体１の炉頂部に設置されて炉内の装入物４表面までの距離を計測する電波式の距離計５ａおよび、該距離計５ａの検出波を高炉本体１の周方向に走査して得られる前記装入物４表面までの距離に関する、炉内全域にわたる距離データに基づいて装入物４の表面プロフィールを導出する演算器５ｂを有する。
なお、距離計５ａは電波式であり、例えば、図２および３に示す構成の装置を用いることができる。すなわち、距離計５ａは、図２に示すように、ミリ波やマイクロ波などの検出波を送受信する検出波送受信器５０と、この検出波送受信器５０に導波管５１を介して接続されたアンテナ５２と、このアンテナ５２に対向して設けられた反射角度が可変の検出波反射板５３とを備えている。検出波送受信器５０から送信されてアンテナ５２から放射された検出波を、検出波反射板５３で反射させて炉内装入物表面に入射させ、炉内装入物表面で反射した検出波を検出波反射板５３およびアンテナ５２を経て検出波送受信器５０で受信することによって、炉内装入物表面までの距離を測定するとともに、検出波反射板５３の反射角度を調整することにより、検出波放射方向を炉内の周方向に走査させるものである。
高炉炉頂部の炉体部分には、下方又は斜め下方に炉内装入物表面（堆積面）が望めるような位置に窓孔５４が形成されるとともに、その炉体部分の外側には、窓孔５４を覆うようにして所定の耐圧性能を有するケーシング５５が取り付け固定されている。そして、このケーシング５５内部が収納室５６を構成し、この収納室５６は窓孔５４を通じて炉内空間に開口（開口部５５Ａ）している。さらに、収納室５６内には、アンテナ５２が配置されるとともに、収納室５６の外側（高炉本体１の外側）に検出波送受信器５０が配置されている。検出波送受信器５０とアンテナ５２とを接続する導波管５１は、ケーシング５５を貫通し、その先端にアンテナ５２が支持されている。
また、収納室５６内に、アンテナ５２と対向するようにして検出波反射板５３が配置されている。収納室５６の外側（高炉本体１の外側）には検出波反射板５３を回動させるための駆動装置５７が配置され、その回転駆動軸５８がケーシング５５を貫通し、その先端に検出波反射板５３が支持されている。
ここで、アンテナ５２と、検出波反射板５３及びその駆動装置５７と、収納室５６の開口部５５Ａの位置関係は、（i）アンテナ５２の中心軸線の延長線と駆動装置５７の回転駆動軸５８の中心軸線が一致し、（ii）検出波反射板５３は、駆動装置５７の回転駆動軸５８に、該回転駆動軸５８に対する角度αを変更可能に固定されて直線状の走査と周方向の走査とを実現する、検出波反射板５３の動作が可能であり、（iii）アンテナ５２と検出波反射板５３は、アンテナ５２から送信され、検出波反射板５３で反射した検出波が開口部５５Ａを通過して炉内に導かれるように、開口部５５Ａに対して配置される、という条件を備えている。
なお、炉内装入物の吹き抜け時に、吹き上げられた原料が検出波反射板５３に当たって反射面５９などが破損することがないように、非測定時においては、検出波反射板５３はその背面側（反射面５９の反対側）が開口部５５Ａに向くような回動位置に停止できるようにしている。
検出波送受信器５０は、周波数が一定範囲で連続的に時間変化する検出波（ミリ波、マイクロ波など）を発生し、その検出波の送信及び受信が可能である。
アンテナ５２としては、パラボラアンテナ、ホーンアンテナなどを用いることができる。なお、これらのなかでは、レンズ付きホーンアンテナが指向特性に優れているので特に好ましい。
検出波反射板５３は、例えば、ステンレス鋼などの金属材からなり、形状は限定しないが、通常は円形である。検出波反射板５３を駆動装置５７の回転駆動軸５８で回転させることにより、アンテナ５２からその中心軸方向に送信され、検出波反射板５３で反射する検出波の放射方向を直線状に走査させることができる。そして、検出波反射板５３と回転駆動軸５８の角度αを変更することによって、走査する直線の位置を任意に変えることができる。具体的には、回転駆動軸５８の回転により検出波送信方向に対して横方向の直線走査が可能になり、角度αの変更によって検出波送信方向に対して前後方向の直線走査が可能になる。この機構を介して、回転駆動軸５８の回転角度と検出波反射板５３の角度を同時に調整することにより、検出波の放射方向を高炉内の周方向に走査することができる。
収納室５６内の検出波反射板５３と開口部５５Ａとの間（図示例では開口部５５Ａの近傍位置）には、収納室５６を炉内空間から遮断する仕切弁６０が開閉可能に設けられている。収納室５６の外側（高炉本体１の外側）に仕切弁６０の開閉駆動部６１が設置され、この開閉駆動部６１により仕切弁６０がスライド移動することで開閉がなされる。仕切弁６０はプロフィール測定時に開放され、それ以外の時には閉じられる。
また、測定時に炉内ガスや粉塵等が収納室５６内に侵入しないようにするとともに、ケーシング５５から外部に炉内ガスが漏洩するのを防止するために、ケーシング５５にはパージガス供給用のガス供給管６２が接続され、このガス供給管６２を通じて収納室５６内に所定圧のパージガス（通常、窒素ガス）が供給されるようにしてある。
このプロフィール測定装置は、検出波送受信器５０で受信して検出したデータに基づきアンテナ５２から炉内装入物表面までの距離を算出し、さらに、この距離データから炉内装入物表面のプロフィールを求める演算器５ｂを有している。
以上のようなプロフィール測定装置では、検出波送受信器５０で発生した周波数が連続的に変化する検出波はアンテナ５２から送信され、検出波反射板５３を経て炉内装入物表面に向けて放射される。炉内装入物表面で反射した検出波（反射波）は、検出波反射板５３を経て検出波送受信器５０で受信される。このような検出波による炉内装入物表面の検出において、駆動装置５７により検出波反射板５３を回転させて検出波の反射角度を変えることで、図３に示すように、検出波放射方向を直線的に走査できる。このとき、さらに検出波反射板５３と回転駆動軸５８の角度を変更することによって、炉内周方向の走査も可能となる。
演算器５ｂでは、通常、ＦＭＣＷ方式（周波数変調連続波方式）によりアンテナ５２から炉内装入物表面までの検出波の往復時間が求められ、アンテナ５２から炉内装入物表面までの距離が算出される。そして、上記のように検出波放射方向を炉半径方向で走査させて得られた距離データから炉内装入物表面のプロフィールが求められる。
なお、検出波の放射方向を周方向に走査させるためには、回転駆動軸５８の回転角度と検出波反射板５３の角度を調整する機構の代わりに、距離計５ａの全体を開口部５５Ａの貫通方向の周りに回転させる機構としてもよい。
また、検出波を周方向に走査させる代わりに、高炉装入物全体の表面形状を求め、その中から周方向の位置の情報を抽出して、周方向のプロフィールを求めてもよい。
上記したように、炉内装入物表面のプロフィール測定装置５の距離計５ａを電波式の距離計とすることにより、旋回シュート２の旋回中に装入物４の表面までの距離を測定でき、装入物分布を正確に把握できる。特に、炉の半径方向に加えて周方向においても測定できることから、炉内の全域にわたって装入物分布を正確に把握できる。すなわち、旋回シュートの１旋回毎に、装入される装入物の堆積状況を測定できるため、装入物分布の把握は極めて正確になる。
さらに、プロフィール測定装置５は、装入物４の表面プロフィールに基づいて装入物４の降下速度を高炉の全周にわたって算出する演算器をさらに備えることが好ましい。この演算機能は前記した演算器５ｂに付与することも可能であり、図１には演算器５ｂがこの演算機能を兼任する形を示している。
ここで、装入物の降下速度は、シュート２から原料を装入していない状態において、炉内装入物４の表面プロフィール測定を所定の時間間隔で２回行い、炉内装入物が降下した距離と前記時間間隔とを用いることによって計算することができる。前記所定の時間間隔としては、通常の操業時では数秒から数分の範囲とすれば良好なデータが得られる。一般に１バッチの装入を終え、次のバッチの装入開始までの時間は１〜２分程度あり、その間はシュート２からの原料装入が行われないので、その間に２回のプロフィール測定を行って降下速度を求めればよい。
また、複数回測定された炉内装入物のプロフィールから原料の層厚分布と鉱石層厚比を得ることができる。具体的には、例えば次のように求めることができる。まず、コークス層または鉱石層の装入前のプロフィール（特定の高炉内水平断面位置からの垂直方向の距離）を測定する。次に、上記の方法で降下速度を求める。続いて、コークス層または鉱石層の装入後のプロフィールを求める。測定された原料降下速度と、装入前後のプロフィールを測定した時間との間隔から求められる、原料降下距離（＝原料降下速度×装入前後の測定の時間間隔）に基づいて、装入前に測定した原料表面が、装入後の測定を行った時にどの位置まで降下したかを推定する。装入後のプロフィールと、前記推定されたプロフィールとの差をとれば、各位置でのコークス層または鉱石層の厚さすなわち層厚分布が得られる。このようにして、１チャージにおけるコークス層と鉱石層のそれぞれの層厚が得られれば、プロフィール測定を行った各位置での鉱石層厚比（＝鉱石層厚／（鉱石層厚＋コークス層厚））を求めることができる。
本発明で周方向の装入物の表面プロフィールや降下速度を求める場合、特定の径方向位置での周方向のプロフィールを求めることが好ましい。高炉内の径方向の位置は、一般に無次元半径で表現される。無次元半径とは、高炉のある水平断面において、無次元半径＝（高炉内のある位置と高炉中心の間の水平方向距離）／（高炉中心から高炉の内壁面までの水平方向距離）である。本発明では、無次元半径が０．５〜０．９７の間の径方向位置での、炉周方向の表面プロフィールを求めることが好ましい。これは、無次元半径が０．５よりも小さい位置では、周方向の偏差が問題になることが少なく、また、無次元半径が０．９７よりも大きい領域では、高炉内壁の影響を受けやすいため、操業の参考となるデータが得にくいためである。径方向の位置としては、無次元半径で０．７〜０．９５の間の位置を選択することが特に好ましい。
本発明方法において、導出した表面プロフィールに変動がある場合について、具体的に説明する。すなわち、前チャージの同じバッチに対して変動があったり、１回目の原料装入後に測定したプロフィールと２回目の装入後のプロフィールを比較して原料の均一な降下並びに装入とは異なる変化が見られた場合、３回目以降の装入でプロフィールが適正になるように、後述の装入位置調整を行う。ここで、適正なプロフィールとは、通常の操業では、周方向でのプロフィールの偏差すなわち平均値からの各地点での距離の偏りが小さいプロフィールを指す。装入位置を調整した装入後のプロフィールが適正な状態に戻っていれば調整後の装入を継続する。１回目の装入後に測定したプロフィールから再度変化したら、同様に装入位置調整を行う。
なお、装入物の降下速度分布は、炉の円周上の少なくとも４点（例えば、東西南北などの円周等分４箇所〜羽口数に相当する約４２箇所）において得ることが好ましい。ただし、東西南北だけでは、例えば北東部の極小さい領域だけ降下速度が変化した場合等のように、円周方向における降下速度分布を正確に評価することができない場合がわずかに存在する。したがって、炉の周方向に複数本（８〜４２本）設置された羽口位置に相当する位置の全ての降下速度が含まれる、降下速度分布を得ることが望ましい。
旋回シュートを介して装入される鉱石とコークスの装入位置の調整は、少なくとも鉱石とコークスのいずれかで行う。また、装入位置の調整方法は、旋回シュートの傾動角を変えるか、旋回シュートの旋回速度を変えるか、装入物の供給速度を変えるか、あるいはそれらの組み合わせによって行うことができる。旋回シュートの傾動角を変える場合は、設定されている複数個の傾動角の値から選択することが一般的であるが、設定されている傾動角の値を任意の値に変更することにより、従来は行うことができなかった、予め設定されている傾動角に従う装入位置の間にも装入することが可能となり、より詳細な装入位置の調整が可能となる。
旋回シュートの旋回速度を変える場合、装入物の供給速度を変える場合は、特定位置に単位時間に装入される装入物の装入速度を変更していることになる。例えば、装入物の旋回シュートへの供給速度を一定にして、旋回シュートの旋回速度を変更すれば、旋回速度が高い位置では投入される装入物の時間当たりの装入量、すなわち装入速度（＝堆積速度）が小さくなる。また、旋回シュートの旋回速度を一定として、旋回シュートへの装入物の供給速度を小さくすれば、ある位置での装入速度（＝堆積速度）は小さくなる。もちろん、旋回シュートの旋回速度と装入物の供給速度の両者を同時に変更してもよい。
装入物の供給速度は、炉頂に設けられたホッパーと旋回シュートとの間に設けられた、装入物の供給量制御装置を用いて制御することができる。例えば、開度の調整が可能な弁をホッパーの下部に設置し、その開度を制御することで装入物の供給速度を制御することができる。
装入物が落下する位置は、旋回シュートの傾動角や旋回速度、また装入物の物性や落下速度を考慮して、公知の方法で落下軌跡を計算することで、より正確に推定することができる。
装入物のプロフィールや原料降下速度に周方向でのバラつきが観測された場合、装入物の装入位置や、装入速度を変更することにより、そのバラつきを解消する。この際、鉱石層厚比（＝鉱石層厚／（鉱石層厚＋コークス層厚））を指標として調整を行うことが好ましい。高炉内における周方向のある位置、同径方向のある位置での原料の降下は、その位置におけるコークスの消費速度と鉱石類の溶融滴下に支配される。羽口から吹き込まれる熱風量や微粉炭等の吹込み速度が一定である場合、その位置でのコークス消費速度は一定であるので、その位置に存在するコークスが多いほど、降下速度は遅くなる。つまり、鉱石層厚比が高いと、その位置ではコークスの量が相対的に少なくなるので原料の降下速度は速くなり、鉱石層厚比が低いと、その逆で原料の降下速度は遅くなる。
この関係を利用して、装入物の降下速度が大きい位置では、降下速度を小さくするためにコークスの装入量を増やすか、または鉱石の装入量を下げる（すなわち、鉱石層厚比を下げる）アクションを行う。コークス装入量を増やすアクションと鉱石装入量を下げるアクションの両方を行っても良い。降下速度を上げたい場合はその逆のアクションをとる。また、装入物プロフィールの分布において、装入物表面の位置が高い場合は、降下速度を上げるアクションをとる。
また、プロフィールから算出される鉱石層厚比の分布を直接調整することもできる。例えば、１チャージにおける層厚を一定として、鉱石の装入量を上げ、またはコークスの装入量を下げることで、鉱石層厚比を上げるようなアクションをとることができる。鉱石の装入量を上げるアクションとコークスの装入量を下げるアクションの両方をとっても良い。
従来法では、プロフィール測定装置により得られた旋回毎の原料の堆積状況から計算される鉱石層厚比（＝鉱石層厚／（鉱石層厚＋コークス層厚））を調整する場合、ある範囲内に調整することしかできなかったが、本発明を用いることにより緻密な制御が可能となるため、適正な鉱石層厚比の条件に合わせることができるようになる。
上記したばらつきに対するアクションをとるための基準としては、所定の値をあらかじめ定めて、測定値または算出値とその平均値との差が所定の値を超えた場合にアクションをとるようにすればよい。この所定の値としては、例えば、測定値または算出値の周方向での標準偏差としてもよいし、操業上の必要性に応じて標準偏差の２倍、３倍などの値を所定の値としてもよい。
旋回シュートの傾動角の変更は、旋回シュートの旋回中に行う。旋回シュートが旋回している途中で旋回シュートの傾動角設定値を変更することにより、炉の周方向は均一な設定での装入であった従来法に比べて、炉の周方向に対する鉱石層厚比の変化を高精度に調整することが可能となる。特に、本発明で示すプロフィール測定装置を用いることにより、炉の周方向における炉内装入面の情報を得ることができるため、炉周方向においてもより緻密な制御が可能となり、優れた効果を発揮することができる。旋回シュートの傾動角を変えると、装入物を高炉の外周側または内周側に装入することができるため、特に、周方向のプロフィールまたは降下速度のばらつきを解消したい位置の外周側または内周側に、逆のばらつきがある場合に、この方法は有効である。
特定の径方向の位置にて、周方向のばらつきを解消したい場合には、旋回シュートの旋回速度を変更する、または、装入物の供給速度を変更する方法が有効である。例えば、特定位置に装入するコークスの量を増やしたい場合、コークスの旋回シュートへの供給量を一定として、その位置にコークスが投入される領域での旋回速度を遅くする。あるいは、旋回速度は一定として、コークス量を増やしたい位置にコークスが届くタイミングでコークスの旋回シュートへの供給速度を増やす。この場合には、例えば装入物の運動を解析して、調整したい位置に原料が届くように、適切なタイミングで旋回速度や供給速度の制御を行えばよい。
なお、鉱石層厚比の変動は不定期に発生するが、これは、鉱石、コークス等の装入原料の粒度変動により鉱石層厚比の変動が発生するからと考えられている。すなわち、装入原料の粒度を事前に検知することができれば、鉱石層厚比の変動抑制への対応をより速やかに行うことができる。そのためには、例えばコークスや鉱石の粒度を連続的かつ自動的に得られる装置をさらに備えることが好ましい。
本発明に従って炉周方向における鉱石層厚比の分布の制御を行った操業例について説明する。すなわち、図１に示した構造を有する大型高炉において操業試験を行った。この操業における各種操業条件の推移を表１に示す。
この操業では、旋回シュートの旋回毎あるいは装入中断中に装入物の表面プロフィールを炉周方向で導出している。本実施例では無次元半径を０〜１．０の位置で周方向の計測を行い、高炉内全面の装入物表面のプロフィールを求めた。得られた炉周方向の表面プロフィールから上記したように降下速度を求め、さらに鉱石層厚比を求めた。表１では、周方向に求められたデータから、代表的データとして東西南北の４箇所の無次元半径＝０．９５の位置での鉱石層厚比の測定結果を示す。かくして求めた鉱石層厚比に変動が生じた際の事例を、図４に示す。図４では、東西南北方向での無次元半径＝０〜１の範囲での測定結果を示す。
すなわち、表１に比較例１として示した事例は、炉内装入物の表面プロフィールを測定して鉱石層厚比を計算したところ、炉の周上の北側の炉壁鉱石層厚比だけ高い状態が観察され、そのまま操業を継続した場合である。この操業は、表１に示すように通気抵抗指数が高い値であり、高炉内の通気性が悪い状態であった。
次に、炉壁側の鉱石層厚比を低下させるために、コークスを装入する際の旋回シュートの傾動角を炉壁側に調整（炉の中心軸に対する傾斜角度を２５°から５０°に変更）してから旋回シュートを旋回させたところ、図５に示すように、炉壁側の鉱石層厚比が全体的に低下した（比較例２）。しかしながら、表１に示すように、通気抵抗指数は低減したが、溶銑温度が低下し、その結果、コークス比と微粉炭比の合計である還元材比が上昇した。なお、旋回シュートを旋回速度および原料の供給速度は、この操業において一定にした。
そこで、比較例２の操業に続いて北側の鉱石層厚比だけを低下させるために、旋回シュートの旋回において北側にコークスを装入する場合のみ旋回シュートの傾動角を壁側に調整（炉の中心軸に対する傾斜角度を２５°から５０°に変更）したところ、北側における炉壁の鉱石層厚比だけを低下することができた（発明例１）。すなわち、図６に示すように、鉱石層厚比の炉周方向の偏差が低減され、表１に示すように、通気抵抗指数が比較例１よりは低減し、溶銑温度も上昇した。その結果、コークス比を低減することができた。通気抵抗指数は比較例２よりは高いものの全体としては好ましい操業となっている。これは、比較例２では、高炉全体において炉壁近傍の鉱石層厚比が下がったため、炉壁近傍でのコークスが増え、ガスが炉壁の近くを流れてしまいガスが有効に利用されなくなった結果、通気抵抗指数は低かったものの総合的な操業成績が悪かったものと考えられる。
Figure 2019189025
次に、原料の降下速度を調整した例を示す。無次元半径＝０．８の位置で、周方向の装入物表面のプロフィールを測定し、各位置での原料降下速度を求めた。その結果のうち、東西南北４方向での測定値と、操業成績を表２に示す。表２の比較例３では、東位置での降下速度が他の位置に比べて高くなっている。この状態において、旋回シュートへのコークス供給速度を一定として、コークスを無次元半径＝０．８の位置に装入する旋回シュートの傾動角で旋回中に、東側にコークスが落下する範囲での旋回シュートの旋回速度を２０％低下させ、より多くのコークスが東側に装入され、東側での鉱石層厚比が下がるようにした。鉱石装入時には鉱石の供給速度、旋回シュートの速度は一定とした。この調整を５チャージ連続で行った。その結果、東位置での降下速度が小さくなり、炉内周方向での降下速度のばらつきが減少した。これに伴い、通気抵抗が小さくなり、溶銑温度が向上するという効果も得られた。
この実施例２では、コークスを装入する際に旋回シュートへのコークス供給速度を一定として、高炉内の特定の方向で旋回シュートの旋回速度を低下させることにより、上記特定の方向のコークスの堆積量を増やすことができた。一方、旋回シュートの旋回速度を一定として上記特定の方向にコークスの落下量が増えるように、コークスの供給速度を増やすこともできる。旋回シュートの旋回速度を一定として特定方向でのコークス供給速度を増やした場合でも、本実施例と同等の効果が得られた。
Figure 2019189025
１ 高炉本体
２ 旋回シュート
３ 羽口
４ 装入物
５ プロフィール測定装置
５ａ 距離計
５ｂ 演算器
６ 傾動角制御装置

Claims (5)

  1. 高炉の炉頂から炉内へ原料を装入する旋回シュートと、
    前記旋回シュートを介して炉内に装入された装入物の表面プロフィールを測定するプロフィール測定装置と、
    前記旋回シュートの傾動角を制御する傾動角制御装置と、
    を備え、
    前記プロフィール測定装置は、前記炉頂に設置され前記炉内の装入物表面までの距離を計測する電波式の距離計および、該距離計の検出波を前記高炉の周方向に走査して得られる前記装入物表面までの距離に関する、前記炉内全域にわたる距離データに基づいて前記装入物の表面プロフィールを導出するとともに、得られた表面プロフィールに基づいて前記旋回中の旋回シュートの傾動角変更を前記傾動角制御装置へ指令する演算器、前記旋回中の旋回シュートの旋回速度の変更を前記速度制御装置へ指令する演算器および、前記旋回中の旋回シュートに供給する装入物の供給速度の変更を前記速度制御装置へ指令する演算器、のいずれか１以上を有する高炉設備。
  2. 前記プロフィール測定装置は、前記装入物の表面プロフィールに基づいて前記装入物の降下速度を前記高炉の全周にわたって算出する演算器をさらに備える請求項１に記載の高炉設備。
  3. 請求項１または請求項２に記載の高炉設備を用いて、前記旋回シュートから鉱石およびコークスを炉内へ装入して行う、高炉の操業方法であって、
    前記プロフィール測定装置により、前記装入物の表面プロフィールを導出し、該導出した表面プロフィールまたは表面プロフィールから導出される装入物の降下速度のばらつきもしくは鉱石層厚比のばらつきが所定値以上である場合は、前記旋回シュートを介して装入される鉱石およびコークスのいずれか少なくとも一方の装入位置と、前記旋回シュートを介して装入される鉱石およびコークスのいずれか少なくとも一方の装入速度と、のいずれか１以上を調整する高炉操業方法。
  4. 前記装入位置の調整は、前記旋回シュートの傾動角を旋回中に変更し、旋回シュートの旋回毎に前記表面プロフィールを調整する請求項３に記載の高炉操業方法。
  5. 前記装入速度の調整は、前記旋回シュートを旋回中に行う、請求項３または請求項４に記載の高炉操業方法。
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