JP2009062576A - 高炉への原料装入方法及び原料装入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回シュートを有するベルレス高炉において、炉壁部近傍の狭い領域のみの鉱石層厚比を低下させ、これにより炉壁部近傍の狭い領域のみのガス流量を増大させ、高炉全体のガス利用率を向上させることができるとともに、周辺ガス流量を制御可能な、高炉への原料装入方法及び原料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装入装置を用いて高炉に原料を装入する際に、旋回シュート内で上部がコークス、下部が鉱石となるような状態で高炉の炉壁近傍に原料を装入する高炉への原料装入方法を用いる。また、炉頂バンカー１、２と、垂直シュート４を有し、炉頂バンカー１、２から落下する原料を受けて垂直シュート４を介して旋回シュート５に原料を装入する集合ホッパー３と、補助バンカー７とを有し、補助バンカー７の排出口が集合ホッパー３内の垂直シュート４の中心軸上に位置することを特徴とする高炉への原料装入装置を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベルレス装入装置を有するベルレス高炉における高炉原料装入方法に関し、炉壁部近傍のガス流を制御するのに好適な高炉への原料装入方法及び原料装入装置に関する。

高炉は巨大な向流移動層反応炉であり、安定操業のためには適正な装入物の降下、および炉内ガス流制御が重要である。一方で、特に近年では環境問題の観点から、高炉操業は低還元材比操業を指向しているが、この場合には、コークス比の低下により炉内の通気抵抗が増大し、炉内を通過するガス量が減少し、炉頂温度が低下する。炉頂温度が低下すると、炉壁温度が低下して、亜鉛が炉外へ排出され難くなり、亜鉛が炉壁部に付着して炉壁付着物を形成することが知られている。この炉壁付着物の量が過大になると、炉壁プロフィルの乱れによる装入物降下の不安定化や、有効断面積減少に伴うガス流速の上昇によって安定操業が阻害されるという問題がある。さらに、炉壁付着物が剥離して落下し、炉下部に達すると、炉熱が低下して冷え込み等の重大トラブルを引き起こす場合がある。

そのため、低還元材比操業時には特に、亜鉛の炉壁部への付着を抑止し、炉外への排出を促進するために炉壁部近傍のガス流を増加させて炉壁の温度低下を防止することが重要となる。一般に、高炉内での鉱石層厚／コークス層厚の比（以下、鉱石層厚比という）が小さい個所の通気抵抗は小さく、ガスが流れやすい傾向にある。従って、従来は、炉壁部近傍にコークスを重点的に堆積させることで、炉壁部の通気性を確保することが行われている。

しかし、炉壁部近傍の通気抵抗を小さくするために鉱石層厚比を低下させようとして、炉内へのコークス装入位置を炉壁近傍に集中させる場合、通常の方法では、炉壁部近傍の狭い範囲のみを独立して制御することはできず、炉壁周辺の広い範囲での鉱石層厚比が低下してしまう。その結果、高炉全体のガス利用率が低下し、使用するコークス量が増加してしまう。したがって、炉壁部近傍のごく狭い領域のみ鉱石層厚比を低下させることが重要である。

高炉に原料を装入する際の原料装入装置としては、ベル式のものが広く採用されていたが、ベル式のものに代わり炉内に旋回シュートを設けたベルを有さない形式の炉頂装入装置が開発され使用されており、ベルレス装入装置と呼ばれている。

ベルレス装入装置には、原料ホッパー（炉頂バンカー）が並列に設置された「並列ホッパー型」と、原料ホッパーが上、下二段に設置されており、上部のホッパーから下部のホッパーへポート等を経由して材料を供給する「センターフィード型」があることが知られている。

このようなベルレス装入装置を用いて原料を装入する場合においても、装入物を堆積させる場合には、コークス、鉱石それぞれの安息角が堆積形状を決める要因となり、安息角を超える堆積形状を作りこむことは困難であり、炉壁部近傍のごく狭い領域のみの鉱石層厚比を独立して低下させることは難しい。

ベルレス装入装置を用いて原料を装入する際に、高炉炉頂部の原料装入堆積面に炉口外周部に沿って円筒部材を配置することで、高炉内の炉壁部近傍のガス流のみを独立に制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−３１４７７１号公報

特許文献１に記載の方法であれば、円筒部材の存在により、原料の堆積形状は安息角に左右されないものとなり、炉壁部近傍のごく狭い領域のみ鉱石層厚比を低下させることが可能となるが、円筒部材を設置した場所により、周辺ガス流量を強くできる領域の範囲が決まってしまうことから、操業条件を変更する場合には、必要なガス流量に合わせて円筒部材の大きさを変更する必要があり、周辺ガス流量を制御する自由度が少ないという問題がある。

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ベルレス高炉において、炉壁部近傍の狭い領域のみの鉱石層厚比を低下させ、これにより炉壁部近傍の狭い領域のみのガス流量を増大させ、高炉全体のガス利用率を向上させることができるとともに、周辺ガス流量を制御可能な、高炉への原料装入方法及び原料装入装置を提供することにある。

また本発明の他の目的は、炉壁部近傍のガス流量の制御により、特に低還元材比操業時の安定操業を継続させることのできる高炉への原料装入方法及び原料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装入装置を用いて高炉に原料を装入する際に、旋回シュート内で上部がコークス、下部が鉱石となるような状態で高炉の炉壁近傍に原料を装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。
（２）、旋回シュートからの原料の落下半径位置（Ｒｆ）が、炉半径（Ｒ０）で無次元化した無次元半径（Ｒｆ／Ｒ０）で０．８〜１．０であることを特徴とする（１）に記載の高炉への原料装入方法。
（３）、（１）または（２）記載の高炉への原料装入方法に用いる原料装入装置であって、ベルレス装入装置が、複数の炉頂バンカーと、下部に垂直シュートを有し、前記炉頂バンカーから落下する原料を受けて前記垂直シュートを介して旋回シュートに原料を装入する集合ホッパーと、補助バンカーとを有し、前記補助バンカーの排出口が前記集合ホッパー内の前記垂直シュートの中心軸上に位置することを特徴とする高炉への原料装入装置。

本発明によれば、炉壁部近傍の狭い領域のみにコークスを堆積させることができ、炉壁部近傍の狭い領域のみの鉱石層厚比を低下させ、炉壁部近傍のガス流量のみを独立して増加させることができる。また炉壁部近傍のみで高ガス流量を安定確保できることから、それ以外の領域では高ガス利用率とすることができる。そのため、高炉全体でのガス利用率を向上させることができ、これによりコークス使用量を削減することができる。

本発明では、旋回シュートを有するベルレス装入装置を用いて高炉に原料を装入する際に、旋回シュート内の上部がコークス、下部が鉱石となるような状態で高炉の炉壁近傍に原料を装入する。旋回シュート内の上部の原料は炉壁側に、下部の原料は炉中心寄りに落下するが、炉壁側の原料の炉中心に向かっての流れ込みが、炉中心寄りに落下した原料の存在により抑制される。すなわち、炉壁側に装入したコークスの安息角に応じた流れ込みが抑制され、炉壁側の狭い領域にコークスを堆積させることができる。

なおここで旋回シュート内の上部の原料であるコークスとしては、塊コークス、小中塊コークス、鉄内装型コークス等、通常炉頂から装入されるコークスを用いることが望ましい。

旋回シュートからの原料の落下位置は、高炉内の原料の装入面における装入物の落下半径位置（Ｒｆ）が、炉半径（Ｒ０）で無次元化した無次元半径（Ｒｆ／Ｒ０）で０．８〜１．０であることが好ましい。

上記のように旋回シュート内の上部がコークス、下部が鉱石となるような状態で高炉の炉壁近傍に原料を装入するためには、ベルレス装入装置を有するベルレス高炉において、高炉炉頂部から鉱石とコークスを高炉内へ装入する際に、前記ベルレス装入装置が複数の炉頂バンカーと、下部に垂直シュートを有し、炉頂バンカーから落下する原料を受けて垂直シュートを介して旋回シュートに原料を装入する集合ホッパーと、補助バンカーとを有し、前記補助バンカーの排出口が集合ホッパー内の垂直シュートの中心軸上に位置するものを用いることができる。

上記の補助バンカーを有するベルレス装入装置を用い、炉頂バンカーから鉱石を集合ホッパーに装入する際に、鉱石の装入のタイミングと同時、もしくは鉱石を炉内に装入中に、補助バンカーからコークスを、集合ホッパー内の垂直シュートの中心軸上に投入し、旋回シュートを介して高炉内へ装入を開始し、鉱石装入終了までに補助バンカーからのコークスの装入を終了させる。これにより旋回シュート内の上部がコークス、下部が鉱石となるような状態で高炉に原料を装入することができる。すなわち、炉頂から装入するコークスの一部を通常装入で使用する炉頂バンカーとは別ルートの装入系統を用いて、旋回シュートを介して、炉頂バンカーからの装入物（鉱石）と同時に高炉周辺部へ装入するものである。

炉頂から装入するコークスの一部を通常装入で使用する炉頂バンカーとは別ルートの装入系統を用いて装入するようにしたことで、旋回シュートを介して、コークスを鉱石と同時に高炉周辺部へ装入することができ、炉壁部近傍の狭い領域のみにコークスを堆積させることから、炉壁部近傍の狭い領域のみの鉱石層厚比を低下させ、炉壁部近傍のガス流量のみを独立して増加させることができる。また炉壁部近傍のみで高ガス流量を安定確保できることから、それ以外の領域では高ガス利用率とすることができる。これにより、高炉全体でのガス利用率を向上させることができることから、コークス使用量を削減することができる。

５０００ｍ³の高炉の１／１８縮尺模型を用いて、本発明の効果を確認する実験を行った。図１、図２に、使用した実験装置の模式図を示す。図１は別系統からの装入装置である補助バンカーを有する本発明の炉頂装入装置（ベルレス装入装置）を用いる場合であり、図２は従来法の炉頂装入装置（ベルレス装入装置）を用いる場合である。

図２の装置を用いる場合の、従来の高炉への原料装入方法について説明する。従来方法では、コークス、鉱石を別々に装入するもので、例えば炉頂バンカー１にコークスを、炉頂バンカー２に鉱石を装入し、炉頂バンカー１、２の下部に設置したポートの開閉により集合ホッパー３内にコークスまたは鉱石を装入し、垂直シュート４を介して旋回シュート５により高炉６に原料を装入する。装入物は炉内へ装入された後、装入された位置から炉内側へ流れ込んで堆積するため、炉壁部近傍のみにコークスを集中的に堆積させることは困難である。図２の、従来の原料装入方法を用いた場合のコークスの堆積状況を図３に示す。図３によれば、旋回シュートから高炉内に装入されるコークスａは、炉壁８側の広い領域ｂに堆積している。

これに対して本発明では、図１に示すように別系統からの装入装置である補助バンカー７を使用することで、コークス、鉱石を同時に装入することを可能としている。すなわち、鉱石を装入する際に、補助バンカー７によりコークスを、旋回シュート５内で鉱石の上部に偏析させることにより、コークスが炉壁側に装入され、そのまま炉壁部近傍に堆積する。図４に図１の装置を用いた本発明の原料装入方法を用いた場合の堆積状況を示す。図４によれば、コークスａの炉内側に本来の装入原料である鉱石ｃが堆積するため、補助バンカー７によって装入されたコークスａが炉内側に流れ込むことが抑制されて、炉壁部近傍のみの炉壁側の狭い領域ｄに集中的に堆積させることが可能となる。

縮尺模型を用いた実験として、装入原料の落下半径位置（Ｒｆ）と、落下した原料の堆積幅（ｔ）の関係を調べた。旋回シュートの角度を変更することで、炉内への落下位置を無次元半径で０．７、０．８、０．９にそれぞれ設定し、設定した落下位置で原料を６旋回装入した。装入後、模型を半裁して断面観察をすることによって、半径方向におけるコークスの堆積幅を測定した。図２に示す原料装入装置を用いた従来方法では、コークスを６旋回装入した後に鉱石を６旋回装入した。図２に示す原料装入装置を用いた本発明方法では、鉱石を装入するタイミングと同時に補助バンカーによりコークスの装入を開始し、６旋回装入した後にそれぞれ装入を完了させた。図５に模型実験における炉半径（Ｒ０）で無次元化した無次元半径で示した落下位置（Ｒｆ／Ｒ０）と無次元半径で示した堆積幅（ｔ／Ｒ０）との関係を示す。

図５によれば、従来方法に比較した本発明方法による堆積幅の減少効果は、炉内へ装入する場合の装入面における装入物落下位置が無次元半径で０．８以上であると効果が顕著となる。無次元半径で０．８未満の落下位置に装入した場合には、従来方法と本発明方法とでは堆積幅に差が無く、かつ、落下位置が炉内側となっているため装入物が炉壁部から広範囲に堆積し、炉壁部近傍にコークスを集中的に堆積させることができない。したがって、補助バンカーを用いる本発明方法を実施する際には、できるだけ炉壁側へ装入物を装入することが望ましく、無次元半径で０．８〜１．０の位置に装入することが好ましい。

縮尺模型を用いた実験として、炉内の各半径位置（ｒ）での風速を測定した。測定結果を図６、図７に示す。図６に示す従来方法では、コークス落下位置の無次元半径（ｒ／Ｒ０）が０．８５となる傾動角で３旋回装入し、完了した後に、鉱石の装入を無次元半径０．８５で３旋回装入した後に、炉内側へ順次装入を実施した。図７に示す本発明方法では、鉱石落下位置の無次元半径が０．８５となる傾動角で装入開始するタイミングと同時に、補助バンカーによってコークスを３旋回装入し、コークス装入完了後も鉱石はそのまま炉内側へ順次装入を続けて実施したものである。

図６に示す従来方法と比較すると、図７に示す本発明方法では、中心部〜中間部にかけては風速にほとんど差は無いものの、特に炉壁部近傍のみ風速が増加している。これによりガス利用率が低い領域を炉壁部近傍の狭い領域に制御することができるため、高炉全体のガス利用率を向上させることができることが分かる。

以下、本発明の実施例について説明する。

ここでは、本発明を、内容積５０００ｍ³、コークス比は３７０ｋｇ／ｔ、微粉炭吹き込み量は１３０ｋｇ／ｔ、還元材比は５００ｋｇ／ｔで操業を行なう高炉に適用した例を示す。図１に示すものと同様の、補助バンカーを有するベルレス装入装置を用い、旋回シュートで鉱石を装入する際に、鉱石落下位置の無次元半径が０．８５となる傾動角で装入開始するタイミングと同時に、補助バンカーから塊コークスを３旋回装入し、コークス装入完了後も鉱石はそのまま炉内側への装入を行った。表１に、補助バンカーを使用しない従来の操業の場合を従来例として、上記の本発明の装入方法を適用した場合を本発明例として、操業諸元を示す。

図５には、従来例と本発明例との高炉の半径位置（無次元半径：ｒ／Ｒ０）におけるガス利用率の測定結果を示す。従来例と比較して、本発明例の場合は炉壁部近傍（ｒ／Ｒ０≒１．０）のガス利用率が低下する領域が縮小した。これにより高炉全体としてのガス利用率が向上し、コークス比と還元材比を低減することができた。

本発明で用いた実験装置（別系統からの装入装置を有する炉頂装入装置）の模式図。 本発明で用いた実験装置（従来法の炉頂装入装置）の模式図。 コークスの堆積状況の模式図（従来方法）。 コークスの堆積状況の模式図（本発明方法）。 原料の落下位置と堆積幅の関係を示すグラフ。 高炉の半径位置と風速の関係を示すグラフ（従来方法）。 高炉の半径位置と風速の関係を示すグラフ（本発明方法）。 高炉の半径位置とガス利用率の関係を示すグラフ。

符号の説明

１ 炉頂バンカー
２ 炉頂バンカー
３ 集合ホッパー
４ 垂直シュート
５ 旋回シュート
６ 高炉
７ 補助バンカー
８ 炉壁
ａ コークス
ｂ 広い領域
ｃ 鉱石
ｄ 炉壁側の狭い領域

Claims (3)

1. 旋回シュートを有するベルレス装入装置を用いて高炉に原料を装入する際に、旋回シュート内で上部がコークス、下部が鉱石となるような状態で高炉の炉壁近傍に原料を装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。
2. 旋回シュートからの原料の落下半径位置（Ｒｆ）が、炉半径（Ｒ０）で無次元化した無次元半径（Ｒｆ／Ｒ０）で０．８〜１．０であることを特徴とする請求項１に記載の高炉への原料装入方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の高炉への原料装入方法に用いる原料装入装置であって、ベルレス装入装置が、複数の炉頂バンカーと、下部に垂直シュートを有し、前記炉頂バンカーから落下する原料を受けて前記垂直シュートを介して旋回シュートに原料を装入する集合ホッパーと、補助バンカーとを有し、前記補助バンカーの排出口が前記集合ホッパー内の前記垂直シュートの中心軸上に位置することを特徴とする高炉への原料装入装置。

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