JP2007177290A - ベルレス式高炉の炉頂装入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回シュートを有する炉頂装入装置を用いて高炉に原料を装入する際に、装入物の落下位置精度を向上させることが可能であり、これにより高炉の中心部に精度良くコークスを装入可能なベルレス式高炉の炉頂装入装置を提供すること。
【解決手段】旋回シュートを有するベルレス式高炉の炉頂装入装置であって、前記旋回シュートが樋形状であり、下部の一部において前記樋形状の開放部が縮流板により閉塞された構造を有し、前記縮流板の断面形状が円弧状であり、かつ前記旋回シュートの底面に対して下方ほど底面との距離が短くなる方向に傾斜して設置されていることを特徴とするベルレス式高炉の炉頂装入装置を用いる。縮流板の端部が、旋回シュートの下端部から突出していることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベルレス式高炉の炉頂装入装置に関し、特に中心コークス装入に適した旋回シュートを有する炉頂装入装置に関するものである。

一般に、高炉へ原料を装入する際には、炉内のガス流分布を適正に制御するために、鉱石とコークスの交互装入を行っている。鉱石とコークスとの交互装入により、高炉内にはコークスと鉱石の積層状態が形成されるが、炉中心部については実質的にコークスのみとして、炉中心部にコークスの柱を形成するような中心コークス装入方法が知られている。このような装入状態とすることで、適正な中心流が確保され、高炉操業が安定し、コークス比も低減する。

ベルレス炉頂装入装置を有する高炉（以下ベルレス式高炉と記載する。）では、旋回シュートを回転させつつ、旋回シュートの傾斜角度を変化させて原料を高炉内に装入している。ベルレス式高炉において上記の中心コークス装入方法を行なうには、中心装入専用のシュートを別途設置して高炉の中心部にコークスを装入し、その他の装入原料を旋回シュートを用いて装入する方法や、旋回シュートを垂直にして中心装入を行なう方法が知られている。旋回シュートを垂直にして中心装入を行なう際には、図８に示すように炉頂ホッパ１から排出されたコークスを、中央部の垂直シュート２内を通して落下させると共に、下方の旋回シュート３で炉中心部（炉芯部）に誘導して装入するが、装置の構成上旋回シュートを完全に垂直にすることが困難であるため、旋回シュートを回転しながら装入する場合も、静止させて装入する場合も、装入されるコークスが旋回シュート内で偏流を形成し、炉内の落下位置が不安定となり、中心装入の位置精度が悪化するという問題がある。このような問題を解決するために、旋回シュートに平板の偏流板を取り付けて、旋回シュートの底面に沿ってコークスを落下させる高炉へのコークス炉芯装入方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１２６７１７号公報

しかし、ベルレス式高炉において上記の中心コークス装入方法を行なう場合、以下のような問題がある。

中心装入専用のシュートを用いるためには、専用シュートを新たに設置する必要があり、通常の装入装置に比べて規模は小さいものの高炉の原料装入装置一式分の設備が必要であるため、コスト高である。また、既設の高炉に新たなシュートを設置するにはスペースが不足する場合がある。さらに、旋回シュートによる原料の装入中の中心装入専用のシュートの磨耗を防止するために、専用シュートが移動機構を有する必要もある。従って、コスト的にも、構造的にも、実施が困難である場合が多く、従来設備を利用する場合は旋回シュートを用いる方法が望ましい。

一方、旋回シュートを用いて中心コークス装入を行なう場合、旋回シュートに平板の偏流板を取り付けることで炉中心に軸対称で均一にコークスを装入できるとされているが、図８に示すように偏流板１０は垂直シュート３から落下する装入物の大多数による直撃を受けるため、磨耗の程度が著しく、交換頻度が高いこと、また偏流板１０の部分で旋回シュート上での原料詰まりが発生すること、が懸念される。さらに、旋回シュートの幅方向に装入物が広がりながら炉内に落下するため、装入物の落下位置精度の向上効果が不十分である。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、旋回シュートを有する炉頂装入装置を用いて高炉に原料を装入する際に、装入物の落下位置精度を向上させることが可能であり、これにより高炉の中心部に精度良くコークスを装入可能なベルレス式高炉の炉頂装入装置を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）旋回シュートを有するベルレス式高炉の炉頂装入装置であって、前記旋回シュートが樋形状であり、下部の一部において前記樋形状の開放部が縮流板により閉塞された構造を有し、前記縮流板の断面形状が円弧状であり、かつ前記旋回シュートの底面に対して下方ほど底面との距離が短くなる方向に傾斜して設置されていることを特徴とするベルレス式高炉の炉頂装入装置。
（２）縮流板の端部が、旋回シュートの下端部から突出していることを特徴とする（１）に記載のベルレス式高炉の炉頂装入装置。

本発明によれば、新たな設備を設置する必要がなく、旋回シュートの寿命も比較的長いので、中心コークス装入方法を用いた高炉操業を低コストで実施できる。また高炉の中心部分に精度良く原料装入が行なえるので、より少ないコークス量で中心コークス装入方法を用いた安定した操業が可能となり、コークス比を低減させることができる。

また、炉中心部以外に原料を装入する際の落下位置精度も向上するので、炉内装入物の分布精度が向上し、炉内のガス流が安定する。これにより、高炉内の通気性、ガス利用率が改善されて、高炉の還元材比が低減し、ＣＯ₂排出量も低減できる。

本発明のベルレス式高炉の炉頂装入装置は、旋回シュートを有する炉頂装入装置であって、旋回シュートが樋形状であり、下部の一部において樋形状の開放部が縮流板により閉塞された構造を有し、縮流板の断面形状が円弧状であり、かつ旋回シュートの底面に対して下方ほど底面との距離が短くなる方向に傾斜して設置されていることを特徴とする。縮流板は、旋回シュートの底部に対して、上に凸となる方向の円弧状として設置する。旋回シュートの断面形状は、通常円弧またはＵ字型であるが、角型等のものを用いることも可能である。

図面を用いて本発明のベルレス式高炉の炉頂装入装置を説明する。図１は高炉の炉頂部分の縦断面の概略図であり、原料をストックする１個以上の炉頂ホッパ１から排出された原料は、中央部の垂直シュート２内を通して、下方の旋回シュート３に落下し、旋回シュート３の下端より高炉４の炉内に装入される。旋回シュート３はその下端部３ａ付近に縮流板５を有するものである。図２に旋回シュート３の下端部３ａ付近の拡大図を示す。図２（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面から見た断面図である。

図２において、旋回シュート３における原料６の流れに対して、流れを狭めるように縮流板５を取り付ける。縮流板５は断面が円弧状（アーチ状）であり、原料の詰まりが発生し難く、原料が旋回シュート内で半径方向に広範囲に広がることを防止し、縮流板５に衝突した原料はアーチの中心方向に向かって跳ね返るので、原料の流れは十分に縮流されて、原料の落下位置精度を向上させることができる。縮流板５は旋回シュート全体ではなく、先端部付近である下部のみに設置されているので、垂直シュートから落下してくる原料による磨耗は発生し難い。図２（ｂ）において、矢印で示す部分が縮流された原料部分である。

縮流板５の先端部分を、旋回シュートの下端部から突出させることで、原料が流出する開口断面積を大きくして、原料の詰まりを十分に防止することができる。また、縮流板５が旋回シュートに対して斜めに設置されているため、縮流板５の上端部（図２（ｂ）における右端部であり、旋回シュート下端部と反対に位置する端部）が旋回シュートの端面よりも突出する場合がある。縮流板５の上端部を十分に突出させることで、原料が旋回シュートと縮流板との間を通過しないでオーバーフローすることを防止して、原料の流量が多い場合も縮流することを可能とすることができる。

縮流板の取り付け領域は、旋回シュート先端から、旋回シュート長さの１／６以上の領域とすることが好ましい。模型実験の結果から、原料の旋回シュート側壁部への偏りが特に大きくなる領域が上記範囲であることが確認されたためである。縮流板の取り付け領域は広範囲であるほど効果があるが、縮流板の大きさを、旋回シュートの旋回用減速機の耐荷重の範囲内とする必要がある。図３は本発明の一実施形態であり、旋回シュートの長さ方向（原料装入方向）での縦断面の概略図であるが、この場合は、旋回シュートの先端から、旋回シュート長さＬの１／４の領域に縮流板５が取り付けられている。

旋回シュート先端部の開口部の形状は、縦方向長さが装入原料粒径の６倍以上であり、幅方向長さが旋回シュートの直径とほぼ等しいことが好ましい。開口部の好ましい形状を、図３、図４を用いて説明する。図４は、図３において縮流板に直角に交わり、旋回シュート下端を通る断面Ａ−Ａ’での開口部の形状であり、開口部縦寸法Ｘは、原料の詰まりを防止するために、装入原料粒径の６倍を確保することが好ましい。また、開口部横寸法Ｙは、旋回シュートの磨耗防止ライナーの偏磨耗防止のために、旋回シュートの直径にできるだけ等しく設定することが好ましい。以上のように、旋回シュート先端部の開口部の形状は、開口部縦寸法Ｘと開口部横寸法Ｙとが上記の条件を満たす、図４に示すような円弧として設定することが好ましい。

縮流板の旋回シュートに対する設置角度（図３に示すθ）は、上記の縮流板の設置領域、旋回シュート先端部の開口部の形状から決定される角度に設定することが好ましい。

縮流板の上端部（旋回シュート下端部と反対に位置する端部）を旋回シュートの端面よりも突出させる際には、突出部の長さを旋回シュート半径の１０％以下程度とすることが好ましい。図３においては、Ｄが旋回シュートの半径であり、突出部分ｄがＤの１０％の長さとなっている。

図５を用いて、図１および図２に示す本発明のベルレス式高炉の炉頂装入装置を用いて原料を装入する場合の効果について説明する。図５は高炉の炉頂部分の断面の概略図であり、旋回シュート３が傾動して３Ａまたは３Ｂの位置で回転して炉内に原料を装入している場合である。

まず、炉周辺部に原料を装入する場合であるが、旋回シュート３は図５において３Ａで示すような角度に設定されている。従来は旋回シュート先端（下端）が上側が開放された半円筒形であったため、旋回すると原料６がシュート内で回転方向と反対側に偏るように偏流し、点線６Ａで示すように拡がって装入されていたが、縮流板５の存在により実線６Ｂで示すように縮流されて、落下設定位置に対する精度が向上する。

次に、炉中心部に原料を装入する場合であるが、旋回シュート３は図５において３Ｂで示すようにできるだけ垂直に近い角度に設定する。従来は原料が垂直シュート２から旋回シュート３に落下する際に一部の原料は垂直シュートから炉内に直接落下し、旋回シュートによる縮流効果が発生していない部分があったが、このような部分の原料についても縮流板５により縮流効果が発生し、落下位置精度が向上する。この効果に上記の炉周辺部分におけるものと同様の縮流効果が加わるため、炉中心部分における落下位置精度を非常に効果的に向上させることができる。

本発明は、パラレルホッパ、特に３つ以上の炉頂に並列して設置されたホッパを有する装入装置に用いると特に効果的である。パラレルホッパでは、ホッパが炉心軸上に設置されていないため、原料を装入する際の装入位置に偏りが発生しやすいためである。

図６を用いて、本発明の他の一実施形態を説明する。旋回シュート３の下端部３ａの正面図と側面図を図６（ａ）、（ｂ）に示す。図６（ａ）に示すように、縮流板５は旋回シュートとは逆向きの凸形状を有する向きで設置され、図６（ｂ）に示すように、旋回シュート３に対して先端部３ａに向かって下りの傾斜を有するような角度を持って設置されている。縮流板５の先端部は旋回シュート３の先端部３ａとほぼ同じに位置している。図６に示す旋回シュートを用いて高炉の中心部分へコークス装入を行なった場合と、従来の縮流板が設置されていない旋回シュートを用いて高炉の中心部分へコークス装入を行なった場合に、装入されたコークスの炉内半径方向の質量分布を測定した結果を図７に示す。図７において、横軸である炉内半径方向位置は、高炉半径をＲとした無次元半径で示している。図６に示す旋回シュートを用いた場合が黒丸（●）で、従来の縮流板が設置されていない旋回シュートを用いた場合が白丸（○）である。従来の装置では、炉心部分（ｒ／Ｒ＝０付近）にコークスを装入しようとしても、炉心部分から少し離れた位置（ｒ／Ｒ＝０．１５付近）にピークが形成されるが、本発明の炉頂装入装置を用いることで、炉心部分にピークを有する質量分布が形成されることが分かる。このように本発明装置を用いて炉中心部分にコークスの堆積層を形成することで、鉱石の炉中心部分への流入を防止して、炉内の中心流を確保することができる。これによりコークス比が低減される等の炉況改善効果が得られる。

高炉の炉頂部分の縦断面の概略図。 本発明の一実施形態であり、（ａ）旋回シュートの下端部の斜視図、（ｂ）旋回シュートの下端部を側面から見た断面図。 本発明の旋回シュートの長さ方向での縦断面の概略図。 図３における断面Ａ−Ａ’での開口部の形状を示す図。 高炉の炉頂部分の断面の概略図。 本発明の他の実施形態であり、（ａ）旋回シュートの下端部の正面図、（ｂ）旋回シュートの下端部の正面図側面図。 本発明装置（●）と従来装置（○）を用いた場合の、装入物の炉内半径方向の質量分布の比較を示すグラフ。 従来の炉頂装入装置の一例を示す、高炉の炉頂部分の縦断面の概略図。

符号の説明

１ 炉頂ホッパ
２ 垂直シュート
３ 旋回シュート
３ａ 旋回シュート下端部
３Ａ、３Ｂ 旋回シュート位置
４ 高炉
５ 縮流板
６ 原料
６Ａ、６Ｂ 原料位置
１０ 偏流板
Ｄ 旋回シュートの半径
ｄ 突出部分長さ
Ｌ 旋回シュート長さ
Ｘ 開口部縦寸法
Ｙ 開口部横寸法
θ 縮流板の設置角度

Claims (2)

1. 旋回シュートを有するベルレス式高炉の炉頂装入装置であって、前記旋回シュートが樋形状であり、下部の一部において前記樋形状の開放部が縮流板により閉塞された構造を有し、前記縮流板の断面形状が円弧状であり、かつ前記旋回シュートの底面に対して下方ほど底面との距離が短くなる方向に傾斜して設置されていることを特徴とするベルレス式高炉の炉頂装入装置。
2. 縮流板の端部が、旋回シュートの下端部から突出していることを特徴とする請求項１に記載のベルレス式高炉の炉頂装入装置。
   

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