WO2019189034A1

WO2019189034A1 - 高炉設備および高炉の操業方法

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Publication number: WO2019189034A1
Application number: PCT/JP2019/012606
Authority: WO
Inventors: 佑介柏原; 悠揮岡本; 夏生石渡
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2019-10-03
Also published as: JP7176561B2; KR20200132959A; RU2753937C1; US20210190426A1; BR112020019645B1; CN111886347A; EP3778927A1; JPWO2019189034A1; EP3778927A4; KR102480647B1; CN111886347B; BR112020019645A2; US11512899B2; EP3778927B1

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、前記炉内に熱風および微粉炭を吹き込む複数の羽口と、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、前記羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹込み量を制御する吹込み量制御装置と、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演算器を有する、構成とする。

Description

高炉設備および高炉の操業方法

　本発明は、高炉設備および該高炉設備を用いた高炉の操業方法に関する。

　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。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。

　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関して、特許文献１には、装入物の降下速度に応じて熱風量を調整することが提案されている。すなわち、装入物の降下速度を複数個のストックラインレベル計で測定し、例えばストックラインレベルの高い部分は降下速度が遅いと仮定して、羽口群の熱風制御弁の開度を制御することが記載されている。具体的には、ストックラインレベル計を高炉周上の東西南北の４箇所に配置し、ストックラインレベルの計測を行っている。かようにストックラインレベル計は設置数に限りがあり、ストックラインレベル計相互間の領域での装入物降下を十分に把握することが難しい点に、高炉設備としての問題を残していた。

　同様に、特許文献２には、装入物レベルを複数の差指で測定し、その結果に基づき微粉炭吹込み量を調整することが記載されている。具体的には、差指を高炉周上の４箇所に配置し、装入物レベルの計測を行っている。従って、特許文献２に記載の設備においてもやはり、差指は設置数に限りがあり、差指相互間の領域での装入物の降下を十分に把握することが難しい点に、高炉設備としての問題を残していた。

　ここで、装入物分布を把握するためには、炉内の装入物表面（原料堆積面）のプロフィールを測定することが有効である。この炉内装入物の表面プロフィールを測定する手段として、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、例えば特許文献３並びに４に記載されている。

　しかしながら、装入物のプロフィールは高炉へ原料が装入された直後の情報であり、このプロフィールから高炉内で起こっている現象を把握することは困難であった。したがって、求めたプロフィールを高炉の操業改善に反映させる工夫が必要であった。

特開平１－１５６４１１号公報特開２００８－２６０９８４号公報ＷＯ２０１５／１３３００５号公報特開２０１０－１７４３７１号公報

　高炉の装入物分布制御を精度良く行うには、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必要があるが、特許文献１および２の従来の測定手段を用いる場合は、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、原料の装入時には各種計測機器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。このため、測定結果から得られる情報を迅速に実操業に反映できない。さらに、測定結果に基づき特定のアクション（装入物分布制御）をとったとしても、その結果をすぐに確認できない。すなわち、従来の測定手段では、炉内装入物の表面プロフィールの測定結果を装入物分布制御に反映し、確認しながら行うことが実質困難であった。
　また、原料の装入時には炉内装入物堆積面を測定することができないため、原料の堆積過程を把握することができない。

　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ことにある。そして、この高炉設備を用いて、少なくとも装入バッチ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高炉の操業を安定した状態で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、
　前記炉内に熱風および微粉炭を吹き込む複数の羽口と、
　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、
　前記羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹込み量を制御する吹込み量制御装置と、
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演算器を有する高炉設備。

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．前記吹込み量制御装置は、前記前記装入物の降下速度に基づいて前記熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹込み量を調整する前記２に記載の高炉設備。

４．前記１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、前記羽口から熱風および微粉炭を吹込んで行う、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、前記装入物の高炉内の周方向で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のばらつきが所定範囲内である場合は、炉頂部における温度を前記高炉の全周にわたって測定し、高炉の周方向における前記温度の分布に基づいて該分布を解消するのに適した羽口を選択し、該羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹き込み量を調整する高炉操業方法。

５．前記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、前記羽口から熱風および微粉炭を吹込んで行う、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、前記装入物の高炉内の周方向で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のばらつきが所定範囲以上である場合は、該表面プロフィールから装入物の降下速度を前記高炉の全周にわたって算出し、高炉の周方向における降下速度の分布に基づいて該分布を解消するのに適した羽口を選択し、該羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹き込み量を調整する高炉操業方法。

６．前記５において、前記高炉の周方向における降下速度の分布として、周方向における平均降下速度に対して１０％以上の偏差を有する降下速度を示す周方向の位置がある場合に、該偏差を抑制するのに適した羽口を選択し、該羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹き込み量を調整する高炉操業方法。

　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操業条件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。炉内装入物の表面プロフィールを示す図である。炉周方向の降下速度の算出結果を示す図である。

　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、羽口３における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹込み量を制御する吹込み量制御装置６とを備える。

　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。この機構により、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、少なくとも各バッチでの装入後に装入物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。特に炉の半径方向および円周方向において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。また、各バッチの原料装入中にも、さらには旋回シュートの１旋回毎にも、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。また、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４０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（８～４０本）設置された羽口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。

　ここで、上記の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。

　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、温度分布を求める場合、特定の径方向位置での周方向のプロフィールや降下速度、温度分布を求める。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０．５～０．９５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０．９５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０．７～０．９の間の位置を選択することが特に好ましい。

　また、吹込み量制御装置６は、熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の単位時間当たりまたは単位出銑量当たりの吹込み量を制御できればよいが、熱風および微粉炭の両方の単位時間当たりまたは単位出銑量当たりの吹込み量を制御できることが好ましい。なお、本明細書においては、単位時間当たりまたは単位出銑量当たりの熱風吹込み量を単に熱風量、単位時間当たりまたは単位出銑量当たりの微粉炭の吹込み量を単に微粉炭量と呼ぶ。炉の周方向での熱風量および／または微粉炭量の調整は、羽口毎に調整できる、吹込み量制御装置であることが好ましいが、羽口数本毎の特定の領域毎に調整できる、吹込み量制御装置であっても良い。なお、熱風量および／または微粉炭量の調整は、上記したプロフィール測定装置５の演算器５ｂにおけるデータに基づいて決定される調整代に従って行われる。

　次に、図１に示した高炉設備を用いた高炉の操業方法について、操業ＡおよびＢに大別して説明する。ここで、図１に示した高炉設備を用いる、操業としては、まず旋回シュート２から鉱石およびコークスを交互に炉内へ装入し、前記羽口３から熱風および微粉炭を吹込んで行うことが基本になる。このことは、次の操業Ａにおいても後述の操業Ｂにおいても同様である。さらに、この高炉の基本的操業において、プロフィール測定装置５により、少なくとも装入バッチ毎に装入物４の表面プロフィールを導出することも、次の操業Ａと後述の操業Ｂとは同様である。ただし、プロフィールの変化が大きくないと予想される場合には、測定頻度を減らして複数バッチに１回の測定とすることもできる。

［操業Ａ］
　さて、装入バッチ毎に装入物４の表面プロフィールを導出し、得られた表面プロフィールが例えば前バッチに対して何ら変動がなく、また、周方向のプロフィールに偏り（偏差）がない場合であっても、炉の周方向のガス分布が変化することがある。例えば、炉の周方向における特定位置の温度低下が見られた場合、その位置のガス流速が低下しているため、ガスによる還元速度が低下し、炉下部での溶融還元反応が増加することが原因として考えられる。この溶融還元反応は吸熱反応であるため、溶銑温度の低下を引き起こすことになる。そこで、表面プロフィールに何ら偏りがない場合は、炉頂部における温度を高炉本体１の全周にわたって温度計を用いて測定する。ここで、プロフィールの偏りの評価は、例えば、装入物の高さや炉頂からの垂直方向の距離の平均値からの偏差が所定の値を超えない場合に偏りがないと判断してもよいし、標準偏差σを求め、例えば測定値と平均値の偏差が３σを超える点がない場合に偏りがないと判断してもよい。

　得られた測定結果について、高炉本体１の周方向における温度の分布の有無を確認する。温度に顕著な分布があれば、該分布を解消するべく操業条件を調整する。なぜなら、該分布を解消することが溶銑温度の変動、ひいては炉内のガス流分布の不均衡を是正することにつながるからである。具体的には、前記分布を解消するに適した羽口３を選択し、選択した羽口３における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹き込み量を調整する。

　ガス流速の低下は炉内のガスの偏流によって発生していることが多い。そのような場合、ある位置でのガス流速の低下を補おうとしてその位置の下部の羽口からの熱風量を増やしても偏流が解消できないことが多い。逆に熱風量の増加は、コークス消費量の増加をもたらし、原料の降下速度が速くなり、ガスによる還元が遅れ、溶融還元による温度低下が大きくなることがある。すなわち、溶銑温度の低下を解消するためには原料の降下量を低減して溶融還元の反応量を低減することのほうが有効であるため、温度低下が確認された位置の羽口から吹込まれる熱風量を低下させる、または微粉炭量を増加させることによりコークスの消費量を減らして調整する。熱風量を減らすことによって一時的にその部分での原料降下速度が低下するが、このアクションによって炉内ガス流れの偏流が解消されれば、原料降下速度のばらつきは自然と解消されることが多い。ガス温度の分布が解消された後に原料降下速度のばらつきが存在する場合には、次に述べる操業Ｂの対応をとればよい。すなわち、本発明の高炉操業方法の特徴は、装入プロフィールや温度分布、原料降下速度分布の異常の解消を、コークス消費速度の調整により行うところにある。

　なお、温度低下が確認された位置の羽口からの熱風量または微粉炭量を変化させる量は、全羽口から吹込まれる量は一定値を保ちながら、全羽口から吹込まれる量の平均値の５％以上の量を変化させることが好ましい。熱風量または微粉炭量を変更する羽口数は、少ない方が高炉全体としての操業変動が小さく、操業をより安定化させることができる。また、変化量の上限としては２０％以下とすることが好ましい。原料の降下量を増やしたい場合には、上記の逆のアクションすなわち、例えば熱風量を増やしてコークス消費を促すようにすればよい。このアクションをとる判断は、例えば、周方向の測定温度の標準偏差をσとするとき、平均値から２σ以上の偏差が観測された場合にアクションをとるようにすることができる。この基準は操業上の要求によって適宜変更可能である。

　ここで、前記分布を解消するに適した羽口３には、炉周方向にて温度偏差が検知された位置に対応する位置（偏差が検知された位置の直下の位置）にある羽口を選択すればよい。このとき、直下の羽口を含み、そこから５羽口以内の距離にある複数の羽口を選択してもよい。

［操業Ｂ］
　一方、装入物４の表面プロフィールを導出し、得られた表面プロフィールが例えば前チャージの同じバッチに対して変動があったり、周方向の偏差がある場合、例えば炉の周方向における特定位置の装入物降下速度の上昇があると、単位時間当たりの原料の降下量が増加するため、炉下部での溶融還元反応量が増加して溶銑温度の低下を引き起こすことになる。そこで、表面プロフィールに変動や偏差がある場合は、表面プロフィールから上記したように、装入物４の降下速度を高炉本体１の全周にわたって算出する。得られた算出結果について、高炉本体１の周方向における降下速度の分布を確認する。該分布を解消するべく操業条件を調整する。なぜなら、該分布を解消することが降下速度の変動、ひいては炉内のガス流分布の不均衡を是正することにつながるからである。具体的には、該分布において降下速度差が顕著である分布部分を解消するのに適した羽口を選択し、該羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹き込み量を調整する。

　すなわち、原料の降下量の増加に起因した、溶銑温度の低下を解消するには、原料の降下量を低減して溶融還元の反応量を低減することが有効であるため、装入物降下速度の上昇が確認された位置の羽口から吹込まれる熱風量を低下させる、または微粉炭量を増加させる、調整を行う。なお、降下速度の上昇が確認された位置の羽口からの熱風量または微粉炭量を変化させる際に、全羽口から吹込まれる量は一定値を保ちながら、全羽口から吹込まれる量の平均値の５％以上の量を変化させることが好ましい。この場合も、変化量の上限としては２０％以下とすることが好ましい。原料の降下量を増やしたい場合には、上記の逆のアクションを行えばよい。熱風量または微粉炭量を変更する羽口数は、少ない方が高炉全体としての操業変動が小さいため、偏差の大きい部位の直下の羽口のみの条件を変更することが好ましい。なお、表面プロフィールの偏差が大きい場合や、迅速に前記調整の効果を得たい場合には、前記変更する羽口の周囲（片側５羽口以内）の調整を同時に行ってもよい。

　かように、本発明の高炉設備を使用することにより、炉の周方向における原料の降下速度を把握することが可能になるため、降下速度の変動を検知した部位を特定でき、適切な羽口からの熱風量または微粉炭量を変更することができるため、より効果的である。なお、前記分布を解消するに適した羽口３の選択は、操業Ａの場合と同様に決定することができる。

　特に、上記の分布において降下速度差が顕著である分布部分は、上記に従って得られた降下速度の算出結果から炉周方向における平均降下速度を求め、この平均降下速度に対して１０％以上変動する降下速度があるところに定めることが好ましい。なぜなら、１０％以上変動すると溶銑温度の低下が顕著になるためである。

　ここで、降下速度が炉周方向における平均降下速度に対して１０％以上変動した場合（Ｋ≧０．１、Ｋ＝｜全周平均降下速度－特定部位の降下速度｜／全周平均降下速度）には、熱風量および微粉炭量の両方を同時に変更することが好ましい。例えば、熱風量だけを２倍にするよりも、熱風量および微粉炭量の両方を変更した方が通気性と炉熱の調整を効率的に同時に行えるため、より効果的に操業を安定化できる。また、変更する場合には、Ｋが０．２以下の段階で行うことが好ましい。Ｋが０．２を超えた状態で熱風量および微粉炭量の調整を行うと、操業変動が大きくなって通気性が悪化してしまうため、Ｋが０．２以下の段階で調整することが好ましい。Ｋが０．２を超える場合には、全羽口から吹き込まれる熱風量や微粉炭量を一定にして特定の位置の羽口の条件を調整するのではなく、全羽口から吹き込まれる熱風量または微粉炭量またはその両方を減らし、さらに必要に応じて特定の羽口の吹込み量を調整することが好ましい。

　なお、上記した操業ＡおよびＢのいずれにおいても、熱風量および微粉炭量の変更は、単独でも良いし、両方を同時に行っても良い。例えば、特定部位の溶銑温度の低下が確認された場合は勿論、特定部位の降下速度の増加が確認された場合は、溶銑温度が低下する可能性があるため、より迅速な調整が必要となる。このような場合には、熱風量を調整することが好ましい。一方、特定部位の溶銑温度の上昇が確認された場合は勿論、特定部位の降下速度の低下が確認された場合は、溶銑温度が上昇する可能性がある。このような場合には、還元材である微粉炭量を調整することが好ましい。上記のような周方向の分布の異常に対するアクションを行った結果、周方向の分布が正常範囲内に復帰すれば、分布が悪化しないように注意しながらアクションを元に戻す操作、すなわち、全羽口の条件を一定にする操作を行う。

　本発明に従って炉周方向におけるガス流分布制御を行った操業例について説明する。すなわち、図１に示した構造を有し、羽口４０本を炉周方向の等分位置に備え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、装入バッチの装入完了毎に装入物の表面プロフィールを導出している。その際、炉頂部にてガス温度の測定も行った。表面プロフィールおよびガス温度の測定は、無次元半径＝０．８の位置で行った。炉頂部にて炉周上のＮｏ．１３羽口の上部での温度低下を検知したが、炉内装入物の表面プロフィールを測定した結果（図４参照）は、プロフィールの標準偏差は０．１２（ｍ）と小さく（この操業では０．５０（ｍ）以下で正常範囲内とした）、プロフィールに変化は見られなかった。したがって、そのまま操業を継続すると、溶銑温度の低下および通気抵抗指数の上昇が見られ、コークス比が上昇した。なお、この時点での高炉操業を比較例１とする（以下、同様に各時点での高炉操業を比較例や発明例とする）。

　表１には、高炉内周方向の温度として、炉頂部での４箇所の温度を示す。同表において異常個所の温度とは、比較例１の例では温度低下が観測された羽口Ｎｏ．１３の直上部での温度であり、そこから羽口番号が増加する方向に９０°離れた位置（羽口Ｎｏ．２３）、１８０°離れた位置（羽口Ｎｏ．３３）、２７０°離れた位置（羽口Ｎｏ．３）での炉頂部の温度もあわせて示す。なお、発明例においては、本発明のアクションをとる前の対応する比較例と同じ位置での観測値を示す（表における羽口位置の意味は、表２～４においても同様である）。

　そこで、温度低下を検知したＮｏ．１３羽口を中心として片側５本ずつ、計１１本の羽口（Ｎｏ．８～１８）から吹込まれる熱風量について、羽口１本当たりの熱風量の平均値の５％に相当する量を低下し、残りの羽口から吹込まれる熱風は均等に増量して、全熱風量（送風量）は変化させずに操業したところ、炉頂部でのＮｏ．１３羽口位置の温度低下が解消され、溶銑温度も上昇した。さらに、通気抵抗指数が安定した操業を継続でき、コークス比を低下することができた（発明例１）。

　また、発明例１の状態から、Ｎｏ．１３羽口のみ吹込まれる熱風量を５％低下させる条件に移行した（発明例２）。発明例２では、温度異常が発生したＮｏ．１３羽口位置での温度は発明例１とほぼ変化せず、異常個所から２７０°位置の温度を平均値に近づけることができ、円周方向の温度偏差が大幅に低減し、通気抵抗指数もさらに低減した結果、操業を発明例１より安定させることができた。すなわち、比較例１の温度分布異常の修正には、温度異常が発生した１本の羽口の吹込み条件を調整するのみで十分だったと推定される。類似の温度異常が発生した例では、約半分のケースで羽口１本のみの調整で温度異常が解消できた。残りの約半分のケースでは、羽口１本のみの調整では温度異常からの回復が遅かったため、その羽口の周囲の羽口の合計２～１１本の吹込み条件を調整して温度異常を解消した。

　同様に周方向の表面プロフィールに大きな偏差がない場合に、炉頂部で周方向の温度分布を計測し、Ｎｏ．１７羽口位置での温度低下を検知した例（比較例２）について説明する。温度低下を検知した後、Ｎｏ．１７羽口を中心とする１１本の羽口から吹込まれる微粉炭量を５％増加したところ、炉頂部でのＮｏ．１７羽口位置の温度低下が解消され、溶銑温度も上昇し、コークス比を低下することができた（発明例３）。
　また、同様にＮｏ．３０の羽口位置で温度低下が検知された例（比較例３）において、Ｎｏ．３０の１本の羽口から吹込まれる微粉炭量を５％増加させた場合でも温度低下が解消できた（発明例４）。この例では、少ない操業アクションで対応することができたため、円周方向の温度偏差が大幅に低減し、通気抵抗指数もさらに低減した結果、操業をより安定させることができた。溶銑温度も上昇させることができた（発明例４）。

　本発明に従って炉周方向におけるガス流分布制御を行った操業例について説明する。すなわち、図１に示した構造を有し、羽口４０本を炉周方向の等分位置に備え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２に示す。
　この操業では、装入バッチの装入完了毎に装入物の無次元半径＝０．８の位置で表面プロフィールを導出している。その際、バッチ間で表面プロフィールの変動があったため、表面プロフィール測定結果から炉周方向における装入物降下速度を計算した。その結果を図５に示すように、Ｎｏ．１１羽口位置における装入物降下速度が上昇していたがそのまま操業を継続したところ、溶銑温度が低下した（比較例４）。

　ここで、降下速度の上昇を検知したＮｏ．１１羽口位置の領域における１１本の羽口（Ｎｏ．６～１６）から吹込まれる熱風量を５％低下したところ、Ｎｏ．１１羽口位置における降下速度の上昇が解消され、溶銑温度も上昇した。また、通気抵抗指数が安定した操業を継続でき、コークス比を低下することができた（発明例５）。しかしながら、本方法ではＮｏ．１１羽口位置以外の領域の羽口でも熱風量を調整しているため、効率の悪い操業となっていた。

　さらに、本発明では全円周で降下速度を測定できるため（図５参照）、発明例５に引き続き実際に降下速度が低下した部位に対応するＮｏ．１１羽口から吹込まれる熱風量を５％低下させたところ、少ない操業アクションで対応することができたため、炉周方向の降下速度偏差が大幅に低減し、通気抵抗指数およびコークス比もさらに低減した。その結果、操業をより安定させることができ、溶銑温度を上昇させることができた（発明例６）。類似の降下速度異常が発生した例では、約７０％のケースで異常を観測した後、羽口１本のみの調整を行うことで異常が解消できた。残りのケースでは、羽口１本のみの調整で回復が遅かったため、その羽口の周囲の羽口の合計２～１１本の吹込み条件を調整して異常を解消した。多くの例では、羽口からの熱風や微粉炭吹込み量を調整した効果は条件変更後３時間程度で顕著に現れてくる。従って、条件を調整した後４時間程度経過しても効果が表れないかまたは不足である場合には、さらに調整するアクションをとることが好ましい。

　比較例４と同様に、Ｎｏ．１１羽口位置において装入物降下速度の上昇を検知した別の例（比較例５）について述べる。降下速度の上昇を検知した後、Ｎｏ．１１羽口を中心とした１１本の羽口（Ｎｏ．６～１６）から吹込まれる微粉炭量を５％増加したところ、Ｎｏ．１１羽口位置において降下速度上昇が解消され、溶銑温度も上昇し、コークス比を低下することができた（発明例７）。しかしながら、本方法ではＮｏ．１１羽口位置以外の領域の羽口でも微粉炭量を調整しているため、効率の悪い操業となっていた。

　発明例６と同様に、発明例７に引き続き降下速度が低下した部位に対応するＮｏ．１１羽口から吹込まれる微粉炭量を５％増加させた場合も、少ない操業アクションで対応することができたため、円周方向の降下速度偏差が大幅に低減し、通気抵抗指数およびコークス比もさらに低減した。その結果、操業をより安定させることができ、溶銑温度を上昇させることができた（発明例８）。発明例８の調整後の降下速度分布を図５に併せて示す。

　なお、上記した特許文献１では、ストックラインレベルすなわち高炉内原料上面の位置の高い部分は降下速度が遅いと仮定して、その位置の熱風量を減らす調整を行う方法が記載されている。しかし測定されているのはストックラインレベルのみであって、実際の原料の降下速度を測定しているわけではない。例えば、ある位置でストックラインのレベルが高くても、その位置での原料降下速度が高ければ、ストックラインの異常はいずれ解消される。また、部分的にストックラインの位置が高くても、炉内全体の原料降下速度が均一であれば、溶銑温度低下のような問題は発生しにくい。特許文献１に記載のアクションは高炉内を上昇するガスの圧力が高すぎて原料の降下を妨げている場合には効果があると考えられるが、本発明の特徴である原料の降下速度を監視し制御する技術とはいえず、その点で、特許文献１の方法は高炉の安定操業を維持するための方法としては不十分である。

　本発明に従って炉周方向におけるガス流分布制御を行った操業例について説明する。すなわち、図１に示した構造を有し、羽口４０本を炉周方向の等分位置に備え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３に示す。
　この操業では、装入バッチの装入完了毎に装入物の表面プロフィールを導出している。その際、バッチ間で表面プロフィールの変動があったため、表面プロフィール測定結果から炉周方向における装入物降下速度を計算した。その結果をＮｏ．２５羽口位置における装入物降下速度が平均降下速度に対して１０％以上上昇していたが、そのまま操業を継続したところ、溶銑温度が低下した（表３、比較例６）。

　そこで、降下速度上昇を検知した領域におけるＮｏ．２５羽口から吹込まれる熱風量を５％低下したところ、Ｎｏ．２５羽口位置における降下速度上昇が解消されて降下速度の偏差が低減し（表３参照）、溶銑温度も上昇した。また通気抵抗指数が安定した操業を継続でき、コークス比を低下することができた（発明例９）。

　また、発明例９の状態から熱風量の調整を元に戻して全羽口の吹込み量を均等にした後、降下速度が上昇した部位に対応するNo.25羽口位置のＮｏ．２５羽口から吹込まれる微粉炭量を５％増加したところ、Ｎｏ．２５羽口位置における降下速度上昇が比較例６よりも小さくなり降下速度の偏差が低減し、比較例６に比べて溶銑温度も上昇した。また通気抵抗指数が安定した操業を継続でき、比較例６に比べてコークス比を低下することができた（発明例１０）。

　さらに、発明例１０の状態から降下速度が上昇した部位に対応するＮｏ．２５羽口から吹込まれる熱風量を５％低下し、かつ微粉炭量を比較例６よりも５％増加した状態で操業したところ、Ｎｏ．２５羽口位置における降下速度上昇が著しく解消されて降下速度の偏差が著しく低減した（表３参照）。その結果、溶銑温度も上昇し通気抵抗指数が安定した操業が継続され、コークス比を著しく低下することができた（発明例１１）。

　本発明に従って炉周方向におけるガス流分布制御を行った操業例について説明する。すなわち、図１に示した構造を有し、羽口４０本を炉周方向の等分位置に備え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４に示す。
　この操業では、装入バッチの装入完了毎に装入物の表面プロフィールを導出している。その際、バッチ間で表面プロフィールの変動があったため、表面プロフィール測定結果から炉周方向における装入物降下速度を計算した。その結果、Ｎｏ．５羽口位置の降下速度が低下していることが検知できた（比較例７）。

　そこで、降下速度低下を検知した領域における１本の羽口（Ｎｏ．５）から吹込まれる熱風量を５％増加したところ、降下速度低下を検知した領域における降下速度の低下が著しく解消されて降下速度の偏差が著しく低減した（発明例１２）。また、発明例１２の状態から熱風量の条件を元に戻し、降下速度低下を検知した領域におけるＮｏ．５羽口から吹込まれる微粉炭量を５％低下したところ、Ｎｏ．５羽口位置における降下速度の低下が著しく解消されて降下速度の偏差が著しく低減した（発明例１３）。いずれの事例でも、北東側における降下速度低下が解消されて通気抵抗指数が安定した操業を継続でき、コークス比を低下することができた。

　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　吹込み量制御装置

Claims

　高炉の炉頂から炉内へ原料を装入する旋回シュートと、
　前記炉内に熱風および微粉炭を吹き込む複数の羽口と、
　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、
　前記羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹込み量を制御する吹込み量制御装置と、
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演算器を有する高炉設備。
　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。
　前記吹込み量制御装置は、前記前記装入物の降下速度に基づいて前記熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹込み量を調整する請求項２に記載の高炉設備。
　請求項１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、前記羽口から熱風および微粉炭を吹込んで行う、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、前記装入物の高炉内の周方向で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のばらつきが所定範囲内である場合は、炉頂部における温度を前記高炉の全周にわたって測定し、高炉の周方向における前記温度の分布に基づいて該分布を解消するのに適した羽口を選択し、該羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹き込み量を調整する高炉操業方法。
　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、前記羽口から熱風および微粉炭を吹込んで行う、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、前記装入物の高炉内の周方向で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のばらつきが所定範囲以上である場合は、該表面プロフィールから装入物の降下速度を前記高炉の全周にわたって算出し、高炉の周方向における降下速度の分布に基づいて該分布を解消するのに適した羽口を選択し、該羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹き込み量を調整する高炉操業方法。
　請求項５において、前記高炉の周方向における降下速度の分布として、周方向における平均降下速度に対して１０％以上の偏差を有する降下速度を示す周方向の位置がある場合に、該偏差を抑制するのに適した羽口を選択し、該羽口における熱風および微粉炭のいずれか少なくとも一方の吹き込み量を調整する高炉操業方法。