JP2002348604A - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銘柄や安息角度の異なる特定銘柄原料を、高
炉炉内の半径方向に濃度分布を持たせて装入し得る高炉
への原料装入方法を提供する。 【解決手段】 高炉炉内にコークスと原料とを交互に層
をなすように装入するに際し、先に装入したコークスの
炉頂での炉径方向の堆積形状に対応させて高炉炉頂部に
設置されたファネルフローとなる原料ホッパーから特定
銘柄原料を高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記
炉径方向の堆積形状に対応する原料ホッパー内の特定銘
柄原料積載高さ位置に装入して高炉へ装入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉への原料装入
方法に関し、詳細には高炉の炉頂部に設置されているフ
ァネルフローとなる原料ホッパーを用いて、鉄鉱石、焼
結鉱、ペレットなどの原料の二種類以上を炉内に装入す
る場合において、それらの配合割合の特異な特定銘柄原
料を特定時期に効率よく原料ホッパーから高炉内へ排
出、装入する高炉への原料装入方法であって、先に高炉
内に装入されているコークスの特性（半径方向形状、層
厚、堆積角度等）に対応させて原料を装入する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉で使用される原料は、鉄鉱石、焼結
鉱、ペレットなどの外、石灰石などの副原料があり、こ
れらを個々に、さらには粒度などによって更に細かく種
別してそれぞれの原料ホッパーに装入、貯蔵される。こ
のように種別されている原料を高炉へ装入する場合は、
高炉の操業条件の安定化、生産される銑鉄の品質の安定
化などのため、それぞれの原料を所要配合量ずつ原料ホ
ッパーからベルトコンベア上に切り出し高炉の装入バッ
チ毎の量にして集合ホッパーに予め装入するとともに、
コークスと集合ホッパーから切り出した原料とを交互に
炉頂より高炉炉内に装入しつつ高炉操業が行われる。

【０００３】ところで、高炉操業においては、高炉の操
業条件の安定化等のため操業中においても細かな原料装
入の調整、例えば焼結鉱やペレットなどの配合割合を変
えた特定銘柄原料を特定時期に炉内に装入し、炉内ガス
の流れを調整するなどといったことを行う必要がある
が、このような場合、上記の高炉への原料装入方法で
は、鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの配合割合は原料ホ
ッパーから切り出された時点で決められており、また集
合ホッパーから切り出され、ベルトコンベア更にはベル
レス式高炉のように炉頂部に設置されている原料投入用
の固定ホッパーあるいはベル式高炉のようにベルバンカ
を介して炉内に装入する時点では鉄鉱石、焼結鉱、ペレ
ットなどの混合度合いが高まり、このため、炉内の所望
位置に例えばペレットやブリケット等の配合割合が相対
的に少ないなどの特定銘柄原料を装入するといったこと
を特定時期にタイミングよく行うことはできない。

【０００４】そこで、本発明者等は、上記の問題点を改
善するため調査研究を重ね、先に、炉頂部に設置されて
いる原料投入用の固定ホッパー等の原料ホッパーを用い
鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの原料の二種類以上を炉
内に装入する場合において、それらの配合割合の特異な
特定銘柄原料を特定時期に効率よく前記原料ホッパーか
ら高炉内へ排出、装入する高炉への原料装入方法を開発
し提供した（特願２０００−３７０１号参照）。

【０００５】一方、高炉への原料装入による装入物（原
料）としては、性状の大きく異なるペレットと焼結鉱が
主として使用され、従来の高炉への装入物分布制御方式
ではこれら原料の銘柄まで分布させ制御して高炉炉内へ
装入することが難しいため、ベルト上や原料堆積ホッパ
内で他鉱石と事前に均一に混合させそれを高炉炉内に装
入することで制御している。

【０００６】また、従来、高炉への原料装入による装入
物分布制御は、主として通気性の悪い鉱石の層厚と通気
性の良いコークスの層厚の比を炉径方向で分布制御する
ために行われ、この分布制御により高炉炉内のガス流れ
分布を調整している。前記層厚の比を制御するための重
要な条件に、鉱石の堆積角度があるが、ペレットと焼結
鉱のように安息角度が大きく異なる原料（ペレットの安
息角度：２７度、焼結鉱の安息角度：３６度）を使用す
る場合には、堆積角度が不安定になりやすいため、従来
は上記同様に事前に均一混合することにより一定に制御
しようとしてきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の実状
に基づいてなしたものであって、その目的は、銘柄や安
息角度の異なる特定銘柄原料を、高炉炉内の半径方向に
濃度分布を持たせて、あるいは堆積角度（層厚）を調整
して装入し得る高炉への原料装入方法を提供するもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明（請求項１）に係る高炉への原料装入方法
は、高炉炉内にコークスと原料とを交互に層をなすよう
に装入するに際し、先に装入したコークスの炉頂での炉
径方向の堆積形状に対応させて高炉炉頂部に設置された
ファネルフローとなる原料ホッパーから特定銘柄原料を
高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記炉径方向の
堆積形状に対応する原料ホッパー内の特定銘柄原料積載
高さ位置に装入して高炉へ装入するものである。

【０００９】上記の目的を達成するため、本発明（請求
項２）に係る高炉への原料装入方法は、高炉炉内にコー
クスと原料とを交互に層をなすように装入するに際し、
先に装入したコークスの炉頂での堆積角度に対応させて
高炉炉頂部に設置されたファネルフローとなる原料ホッ
パーから特定銘柄原料を高炉へ装入すべく、当該特定銘
柄原料を前記堆積角度に対応する原料ホッパー内の特定
銘柄原料積載高さ位置に装入して高炉へ装入するもので
ある。

【００１０】ところで、本発明者等は、先の特願２００
０−３７０１号において、次の如き高炉への原料装入方
法を提案している。すなわち、その提案の高炉への原料
装入方法は、高炉の炉頂部に設置されファネルフローの
排出特性を備える原料ホッパーを用いて鉄鉱石、焼結
鉱、ペレットなどの原料の二種類以上を高炉炉内に装入
する場合において、予め前記原料ホッパーにおける原料
積載高さ位置とファネルフローの特性とを把握し、その
把握された原料積載高さ位置とファネルフローの特性と
の関係より、特定銘柄原料を特定時期に高炉へ装入すべ
く原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置に装入し
て前記原料ホッパーから高炉炉内へ排出、装入するもの
である。

【００１１】上記ファネルフローでの原料排出は、ホッ
パー形状や粒子の物理性状（形状、比重等）により多少
差があるが、ホッパー下部の排出口直上部が優先的に排
出され、原料の上部表面に漏斗状（ファネル状）の穴が
開き、穴周辺の原料上部表面が内部に崩壊しながら穴が
拡大し、ホッパー内部壁に達した後、壁に沿って上部か
ら下部に原料が排出される。図１は、その排出順を模式
的に示すもので符号〜の順に排出される。なお、図
において、１は原料ホッパー、２はホッパー傾斜壁、３
はホッパー胴部、４は原料、５はホッパー内の原料表面
位置を示す。また、αはホッパー壁の傾斜角度であっ
て、（切出される原料の安息角／２＋４５度）より小さ
い角度に形成され、これによりファネルフローが得られ
る。

【００１２】而して、原料ホッパー内の原料は、図１の
ように排出されるので、排出したい時期の原料ホッパー
内の位置に特定銘柄原料が来るように原料を装入するこ
とで、鉄鉱石、焼結鉱、ペレットなどの原料の二種類以
上の配合割合の特異な特定銘柄原料を特定時期に効率よ
く原料ホッパーから高炉内へ排出、装入することができ
ると考えた。

【００１３】そこで、このことを実験により確認した。
原料として平均粒径に殆ど差がない焼結鉱７５％、ペレ
ット２５％の実験銘柄原料を用い、原料ホッパーとし
て、ホッパー壁傾斜角度α＝５０°を持つホッパーで実
験を行った。

【００１４】実験は、図２に示すように、原料ホッパー
６に焼結鉱７を装入するとともに、先ず上記実験銘柄を
Ａの位置（直胴部中間）に装入した。そして排出すると
同時に切り出し時間の経過時間に対する排出されてくる
ペレットの混合割合を実測した。この要領で、順次Ｂの
位置（直胴部下部）、Ｃの位置（直胴部境上）、Ｄの位
置（コーン部３／４）、Ｅの位置（コーン部１／４）に
実験銘柄を装入して同様に実測した。その結果を図３に
示す。なお、図３の横軸の切り出し時間は切り出し完了
までの時間を１．００とし無次元化して示す。

【００１５】図３から明らかなように、原料ホッパー内
の実験銘柄原料の装入（積載）高さ位置によって排出さ
れてくるペレットの混合割合が変化し、コーン部のＥや
Ｄの位置では切り出し初期と終わり頃に多くのペレット
が排出され、またＡの位置では、初期にコーン部の中心
が排出し穴ができた後にすり鉢状に排出するため、切り
出し初期は少ないが中心に穴が開いた時から排出が始ま
ることが分かる。このことは、原料ホッパー内で上記図
１に示すからの流れ、すなわちファネルフローとな
って原料が排出されることが分かる。

【００１６】そして、上記のようにして把握された原料
ホッパーにおけるファネルフローの排出特性を基に、更
に調査、研究を重ねた結果、原料ホッパー内の特定銘柄
原料積載高さ位置を変えて原料を高炉内に装入する場
合、先に装入されているコークスの炉内半径方向の堆積
形状によって、特定銘柄原料の炉径方向の分布が変化す
ることを見出した（請求項１）。すなわち、上記と同様
の要領で、原料として平均粒径に殆ど差がない焼結鉱７
５％、ペレット２５％の実験銘柄（特定銘柄）原料を用
い、原料ホッパーとして、ホッパー壁傾斜角度α＝５０
°を持つホッパーで実験を行ったところ、図４に示す結
果が得られた。

【００１７】なお、上記実験では、図２におけるＡの位
置（直胴部中間）、Ｂの位置（直胴部下部）又はＤの位
置（コーン部３／４）の各位置に実験銘柄（特定銘柄）
であるペレットを装入する一方、先に装入したコークス
層の炉頂での炉径方向の堆積形状をＶ型装入時（炉壁か
ら炉中心に向かって一様な傾斜を有する堆積形状）とＭ
型装入時（炉壁寄りにピークを有した後、炉中心に向か
って一様な傾斜を有する堆積形状）の二形状を対象に、
実験高炉へ装入した。そして、このときの炉内半径方向
のペレットの混合割合を実測した。図４ａはＶ型装入
時、図４ｂはＭ型装入時の場合である。

【００１８】上記図４ａからは、コークスがＶ型装入の
場合、Ａの位置では炉中心側に特定銘柄が多く堆積し、
Ｂの位置では炉中心側の堆積がやや減少し、その分炉壁
側の堆積がやや増加し、Ｄの位置ではかなり平均化して
くることが分かる。また、上記図４ｂからは、コークス
がＭ型装入の場合、Ａの位置では炉壁側で多く、コーク
スのピーク高さ位置で堆積が少なく、Ｂの位置では炉壁
側でやや減少し、コークスのピーク高さ位置でやや増加
し、Ｄの位置ではかなり平均化してくることが分かる。

【００１９】次に、上記のようにして把握された原料ホ
ッパーにおけるファネルフローの排出特性を基に、更に
調査、研究を重ねた結果、先に装入されているコークス
の炉内堆積角度に対して原料ホッパー内の特定銘柄原料
積載高さ位置を変えて原料を高炉内に装入すると、特定
銘柄原料の堆積角度（層厚）が変化することを見出した
（請求項２）。すなわち、上記と同様の要領で、原料と
して平均粒径に殆ど差がない焼結鉱７５％、ペレット２
５％の実験銘柄（特定銘柄）原料を用い、原料ホッパー
として、ホッパー壁傾斜角度α＝５０°を持つホッパー
で実験を行ったところ、図５に示す結果が得られた。

【００２０】なお、上記実験では、図２におけるＡの位
置（直胴部中間）、Ｂの位置（直胴部下部）、Ｃの位置
（直胴部境上）又はＤの位置（コーン部３／４）の各位
置に実験銘柄（特定銘柄）であるペレットを装入する一
方、先に装入したコークス層の炉頂での堆積角度を同じ
にして、実験高炉へ装入した。そして、このときの傾斜
部（炉中心と炉壁との間の中央部）におけるペレット濃
度（混合割合）と傾斜角度（堆積角度）との関係を実測
した。その実測結果を図５に示すとともに傾斜角度の回
帰線を求めた。なお、図５における破線は、比較のため
に示す焼結鉱とペレットを従来通り事前に均一混合して
装入した場合の堆積角度である。

【００２１】上記実測結果は、Ａの位置でペレット濃
度：２１．６％、傾斜角度：３５．１度、Ｂの位置でペ
レット濃度：２３．９％、傾斜角度：３４．４度、Ｃの
位置でペレット濃度：２６．１％、傾斜角度：３３．１
度、Ｄの位置でペレット濃度：２７．９％、傾斜角度：
３３．３度である。これらの実測結果及び上記図５か
ら、本発明に係る原料の装入方法の方が、従来の均一混
合に比べて傾斜部における原料の堆積角度を大きく変化
させ得ることが分かる。従って、ファネルフローの排出
特性を備える原料ホッパー内の特定銘柄原料の装入位置
を制御することで、原料の堆積角度を制御することがで
きる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図６は、本発明に係る原料装入方法
を適用するベルレス高炉の炉頂部の概要図である。ベル
レス高炉８の炉頂部９には、固定の原料ホッパー１０、
コークス用のホッパー１１及び旋回シュート１２を備え
ており、原料ホッパー１０とコークス用ホッパー１１か
ら交互に切り出して原料とコークスは旋回シュート１２
により炉内に装入される。このとき、装入原料は旋回シ
ュート１２により、一般に外周部から中心部へ旋回しな
がら炉内に装入されるので、原料ホッパー１０から排出
順通りに炉径方向（外周部から中心部）の原料分布が生
じる。なお、図６には原料ホッパー１０とコークス用ホ
ッパー１１を左右に分けて設置したように描いている
が、操業中の原料ＯとコークスＣの炉内への装入順（例
えばＯ↓Ｏ↓Ｃ↓等）によっては原料ホッパー１０にコ
ークスが、またコークス用ホッパー１１側に原料が装入
されることがある。

【００２３】上記ベルレス高炉８を用いて特定銘柄原料
を、先に装入したコークスの炉頂での炉径方向の堆積形
状に対応させて無次元半径０．８付近に、及び無次
元半径０．１付近にそれぞれ効率よく装入する場合の、
請求項１の実施要領について説明する。なお、このとき
の特定銘柄原料はペレットでその配合割合は２５％であ
る。

【００２４】上記の特定銘柄原料を無次元半径０．８
付近に効率よく装入する場合は、図４（特に図４ｂ）の
結果から、先に装入するコークスの炉頂での炉径方向の
堆積形状をＭ型堆積形状にする一方、原料ホッパー１０
のコーン部高さ３／４の位置付近（図２のＤの位置）に
特定銘柄原料をベルトコンベアを介して装入し、切り出
す。これにより、特定銘柄原料は、炉内の無次元半径
０．８付近の装入位置に制御されて装入される。また、
の特定銘柄原料を無次元半径０．１付近に効率よく装
入する場合は、同様に図４（特に図４ａ）の結果から、
先に装入するコークスの炉頂での炉径方向の堆積形状を
Ｖ型堆積形状にする一方、原料ホッパー１０のコーン部
高さ３／４の位置付近（図２のＤの位置）に特定銘柄原
料をベルトコンベアを介して装入し、切り出す。これに
より、特定銘柄原料は、炉内の無次元半径０．１付近の
装入位置に制御されて装入される。

【００２５】上記のように、同一配合割合の特定銘柄原
料であっても、先に装入したコークスの炉頂での炉径方
向の堆積形状に対応させて、その特定銘柄原料を、ファ
ネルフローとなる排出特性を備える原料ホッパー１０の
同じ原料装入高さ位置に装入して高炉炉内に装入するこ
とにより、その特定銘柄原料の半径方向の銘柄分布を制
御して装入することができる。

【００２６】また、上記ベルレス高炉８を用いて特定銘
柄原料を、先に装入したコークスの炉頂での堆積角度に
対応させて堆積角度（層厚）を３５度あるいは３３度に
変えて効率よく装入する場合の、請求項２の実施要領に
ついて説明する。なお、このときの特定銘柄原料はペレ
ットでその配合率は２５％である。

【００２７】上記特定銘柄原料を堆積角度３５度付近を
形成するように装入する場合は、図５の結果から、原料
ホッパー１０の直胴部中間の位置付近（図２のＡの位
置）に特定銘柄原料をベルトコンベアを介して装入し、
切り出す。また、特定銘柄原料を堆積角度３３度付近を
形成するように効率よく装入する場合は、同様に図５の
結果から、原料ホッパー１０のコーン部高さ３／４の位
置付近（図２のＤの位置）に特定銘柄原料をベルトコン
ベアを介して装入し、切り出す。この様にして切出し実
験高炉内に装入したときの炉中心から炉壁までの原料の
層厚の変化を測定した。その測定結果を図７（横軸を無
次元半径、縦軸を無次元層厚）に示す。なお、図７に先
に装入したコークス層の炉中心から炉壁までの堆積形状
を併せて示す。

【００２８】図７から理解されるように、特定銘柄原料
（ペレット）を原料ホッパー１０のＡの位置とＤの位置
に装入した場合とで、傾斜部での堆積角度がＡの位置で
は３５度、Ｄの位置では３３度に変り、それと共にコー
クスの傾斜部から炉中心までの層厚が変り、Ａの位置の
方がＤの位置よりも傾斜部で層厚が厚く、中心付近で層
厚が薄く制御できる。

【００２９】なお、上記例では、ベルレス高炉を例とし
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、ベル式高炉に対しても適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項
１）に係る高炉への原料装入方法によれば、銘柄や安息
角度の異なる特定銘柄原料を、先に装入したコークスの
炉頂での炉径方向（炉中心から炉壁の間）の堆積形状に
対応させて高炉炉内の炉径方向に濃度分布を持たせて装
入することができる。

【００３１】また、本発明（請求項２）に係る高炉への
原料装入方法によれば、銘柄や安息角度の異なる特定銘
柄原料を、先に装入したコークスの炉頂での堆積角度に
対応させて堆積角度（層厚）を調整して装入することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】原料ホッパー内におけるファネルフローによる
原料の排出順を示す模式図である。

【図２】原料ホッパー内の特定銘柄原料の装入位置を示
す模式図である。

【図３】原料ホッパー内の特定銘柄原料の装入位置と切
り出し後の経過時間に対する排出されてくるペレットの
混合割合との関係を示すグラフ図である。

【図４】原料ホッパー内の特定銘柄原料（ペレット）の
積載高さ位置を変えて高炉炉内に装入した場合の、特定
銘柄原料の経過方向の配合割合を示すグラフ図であっ
て、ａは先に装入されたコークスがＶ型装入の場合、ｂ
は先に装入されたコークスがＭ型装入の場合である。

【図５】先に装入したコークス層の炉頂での堆積角度を
同じにして、原料ホッパー内の特定銘柄原料（ペレッ
ト）の積載高さ位置を変えて高炉炉内に装入した場合
の、傾斜部（炉中心と炉壁との間の中央部）におけるペ
レット濃度（混合割合）と傾斜角度（堆積角度）との関
係を示す図である。

【図６】本発明に係る原料装入方法を適用するベルレス
高炉の炉頂部の概要図である。

【図７】先に装入したコークス層の炉頂での堆積角度を
同じにして、原料ホッパー内の特定銘柄原料（ペレッ
ト）の積載高さ位置を変えて高炉炉内に装入した場合
の、炉中心から炉壁までの特定銘柄原料の層厚の変化を
示す図である。

【符号の説明】

１：原料ホッパー ２：ホッパー傾斜壁
３：ホッパー胴部 ４：原料 ５：ホッパー内の原料表面位
置 ６：原料ホッパー ７：焼結鉱
８：ベルレス高炉 ９：炉頂部 １０：炉頂部原料ホッパー １１：炉頂部コークス用ホッパー １
２：旋回シュート Ａ〜Ｅ：実験銘柄の装入位置 〜：ファネルフローとなって流れ出す原料の位置 α：ホッパー傾斜壁の傾斜角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉炉内にコークスと原料とを交互に層
   をなすように装入するに際し、先に装入したコークスの
   炉頂での炉径方向の堆積形状に対応させて高炉炉頂部に
   設置されたファネルフローとなる原料ホッパーから特定
   銘柄原料を高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記
   炉径方向の堆積形状に対応する原料ホッパー内の特定銘
   柄原料積載高さ位置に装入して高炉へ装入することを特
   徴とする高炉への原料装入方法。
2. 【請求項２】 高炉炉内にコークスと原料とを交互に層
   をなすように装入するに際し、先に装入したコークスの
   炉頂での堆積角度に対応させて高炉炉頂部に設置された
   ファネルフローとなる原料ホッパーから特定銘柄原料を
   高炉へ装入すべく、当該特定銘柄原料を前記堆積角度に
   対応する原料ホッパー内の特定銘柄原料積載高さ位置に
   装入して高炉へ装入することを特徴とする高炉への原料
   装入方法。