JP2012172224A - 高炉原料装入装置及び高炉原料装入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の原料を高炉炉内に供給する場合に、各原料同士を平均粒子径や見かけ密度等の差異の影響を抑制して混合することができ、ひいては高炉炉内に所望の原料分布をさせることが可能な高炉原料装入装置、高炉原料装入方法を提供すること。
【解決手段】高炉２に複数の原料Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を装入する高炉原料装入装置1であって、メインホッパー１５と、複数のサブホッパー２３、３３と、旋回シュート４０と、前記メインホッパー１５から前記旋回シュートにメイン原料Ｍ１を輸送する供給通路１６と、各サブホッパー２３、３３からサブ原料Ｍ２、Ｍ３を輸送する原料輸送手段２４、３４とを備え、原料輸送手段２４、３４は、各サブ原料Ｍ２、Ｍ３とメイン原料Ｍ１とが所定比率を以って流動する流動速度制御領域に開口されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、高炉炉内に複数種類の原料を装入する高炉原料装入装置及び高炉原料装入方法に関する。

周知のように、高炉炉内に焼結鉱、コークス等の原燃料を装入する手段として、例えば、旋回シュートを用いるベルレス装入装置が知られている。
ベルレス装入装置により高炉炉内に原燃料を装入する場合、銑鉄製造の生産性や、高炉炉壁の消耗、炉壁への付着物発生の抑制等を考慮して、通気の観点から炉内の径方向位置における装入物の分布を制御している。
通気の観点から高炉炉内の径方向における装入物分布を考慮する場合、例えば、炉中心部は、鉱石の還元が促進されるように、送風した熱風が装入物の隙間を通気しやすくし、炉周辺部の炉壁近傍は、炉壁が保護されるように過剰なガスを流さないことが重要である。

一般的な高炉操業では、焼結鉱、ペレット、塊鉱石と言った複数種の原料が使用される。さらに、同一の種類においても、その性状（平均粒子径や見かけ密度等の物性値）が異なる場合がある。
そのため、そのような複数種類の原料を所定の混合比率で混合する場合においても、上記のような適正な装入物分布を得るために、各原料の貯蔵ホッパーから旋回シュートに輸送するまでの過程（例えば、ベルトコンベア、中継ホッパー、メインホッパー等）に、原料の同時排出、切出手段を設けることが試みられている。

しかしながら、原料輸送過程に多数のホッパーやダンパーが存在すると、単位容量あたりの混合比率のばらつき（以下、偏析という）を生じやすいというデメリットが生じる。
そこで、偏析を抑制して所定の原料混合比で原料を混合し、ひいては高炉炉内において所望の装入物分布を得るために、メインホッパー、サブホッパーから各原料を装入するタイミング等を制御する技術が考案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００４−０１０９８０号公報 特開平０５−３３９６１２号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示された技術を用いても、メインホッパーとサブホッパーに貯留された性状の異なる複数種類の原料を、偏析を生じさせずに混合することは容易ではない。

特に、種類が同一であっても性状が異なる原料を用いる場合や、同時（１ダンプの間）に装入する原料の種類数が増えた場合には、上記従来の技術が、高炉炉内の所定位置に所定量、適正の装入を行うには充分といえない場合がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、複数種類の原料を高炉炉内に供給する場合に、各原料を、平均粒子径や見かけ密度等の性状の差異の影響を抑制して所定の混合比率で混合することができ、ひいては高炉炉内の所定位置に所定量の原料を装入して所望の装入物分布とすることが可能な高炉原料装入装置、高炉原料装入方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に記載の発明は、高炉炉内に複数の原料を装入する高炉原料装入装置であって、メイン原料を貯留するメインホッパーと、サブ原料を貯留する複数のサブホッパーと、前記高炉炉内に原料を供給する旋回シュートと、前記メインホッパーから前記旋回シュートにメイン原料を輸送する供給通路と、前記複数のサブホッパーと対応して設けられ各サブホッパーからサブ原料を輸送する原料輸送手段とを備え、前記複数の原料輸送手段は、前記メインホッパー内又は前記供給通路内において、前記複数のサブホッパーからの各サブ原料とメイン原料とが所定比率を以って流動することが可能な流動速度制御領域に開口されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、メイン原料を貯留するメインホッパーと、サブ原料を貯留する複数のサブホッパーと、前記高炉炉内に原料を供給する旋回シュートと、前記メインホッパーから前記旋回シュートにメイン原料を輸送する供給通路とを備えた高炉炉内に、メイン原料及びサブ原料を装入する高炉原料装入方法であって、前記サブホッパーからのサブ原料を、前記メインホッパー内又は前記供給通路内において、前記サブホッパーからのサブ原料がメイン原料と所定比率を以って流動することが可能な流動速度制御領域に輸送して流動させることを特徴とする。

この発明に係る高炉原料装入装置、高炉原料装入方法によれば、メインホッパーと複数のサブホッパーから供給されたメイン原料及びサブ原料が所定比率を以って流動する。
その結果、単位容量あたりにメイン原料及びサブ原料が所定の混合比率で混合され、所定の原料混合比率を有する原料を旋回シュートに供給することができる。

ここで、サブホッパーからの各サブ原料とメイン原料とが所定の比率を以って流動するとは、サブホッパーからのサブ原料がメイン原料内に移送される際に、サブ原料とメイン原料とが等速度で流動して所定の混合比率となる場合のほか、サブ原料とメイン原料とが、所定の速度比で流動して所定の原料混合比率となることを含む。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高炉原料装入装置であって、前記複数の原料輸送手段は、前記供給通路内に開口していることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の高炉原料装入方法であって、前記複数のサブホッパー内の各サブ原料を、前記供給通路に輸送して流動させることを特徴とする。

この発明に係る高炉原料装入装置、高炉原料装入方法によれば、サブ原料を供給通路に輸送するので、サブ原料を、性状による影響を抑制して所定の速度比でメイン原料内に移動させることができる。その結果、複数の原料を所定の混合比率で容易かつ効率的にメイン原料と混合して、旋回シュートに供給することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の高炉原料装入装置であって、 各サブ原料の前記高炉中心方向の流れ込みの程度に基づいて前記旋回シュートの各サブ原料を装入する際のノッチ角度を算出し、
前記旋回シュートが前記ノッチ角度と対応するタイミングで各サブ原料の装入を開始するように構成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載の高炉原料装入方法であって、各サブ原料の前記高炉中心方向の流れ込みの程度に基づいて前記旋回シュートの各サブ原料を装入する際のノッチ角度を算出し、前記旋回シュートが前記ノッチ角度と対応するタイミングで各サブ原料の装入を開始することを特徴とする。

この発明に係る高炉原料装入装置、高炉原料装入方法によれば、各サブ原料を、メイン原料に対する各サブ原料の粒径比及び密度比からその高炉中心方向の流動ズレを推算し、それを考慮して、旋回シュートを介して高炉炉内に装入する。その結果、各サブ原料が、高炉炉内の所定位置に所定量、堆積して所定の装入物分布を得ることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高炉原料装入装置であって、サブ原料を前記サブホッパーから前記流動速度制御領域に輸送する際には、前記サブホッパー内を前記高炉炉内と等しい圧力に調整し、サブ原料を前記サブホッパー内に供給する際には、前記サブホッパー内を前記高炉炉内と圧力的に遮断する均排圧手段を備えていることを特徴とする。

この発明に係る高炉原料装入装置、高炉原料装入方法によれば、サブホッパー内を高炉炉内に対応する圧力に調整してサブホッパーからのサブ原料を高炉炉内に輸送するので、サブ原料を、高炉炉内の圧力に影響をされずにメイン原料内に安定して輸送し、サブ原料とメイン原料とを安定して混合することができる。

この発明に係る高炉原料装入装置、高炉原料装入方法によれば、複数種類の原料を高炉炉内に供給する場合に、各原料を、平均粒子径や見かけ密度等の性状の差異の影響を抑制して所定の混合比率で混合することができ、ひいては高炉炉内の所定位置に所定量の原料を装入して所望の装入物分布とすることができる。その結果、銑鉄製造の生産性が向上し、高炉炉壁の消耗や炉壁への付着物発生を抑制して安定した高炉操業を達成できる。

本発明の一実施形態に係る高炉原料装入装置の概略構成を示す図である。 一実施形態に係る高炉炉内の原料分布の一例を示す図である。 装入原料の性状及び特徴を示す図である。 平均粒子径と見かけ密度に基づく各原料の高炉内における挙動を説明する図であり、（Ａ）は平均粒径が大きい原料の挙動を、（Ｂ）は（Ａ）に比較して平均粒径が小さい原料の挙動を示す図である。 粒子径比と偏析指数に基づく各原料の偏析指数を説明する図である。 各原料の偏析指数と流れ込みの関係を説明する図である。 高炉原料装入装置を適用する高炉の操業条件及びベース条件を説明する図である。 高炉原料装入装置の運転スケジュールの一例を説明する図である。 高炉原料装入装置の運転スケジュールの一例を説明する図である。 高炉原料装入装置の運転スケジュールの一例を説明する図である。 高炉原料装入装置の運転スケジュールの一例を説明する図である。 一実施形態に係る高炉原料装入装置の効果を説明する図である。

以下、図１から図１２を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る高炉原料装入装置の概略構成を示す図であり、符号１は高炉原料装入装置を、符号２は高炉本体を示している。また、図２は、高炉炉内における原料の分布状態の一例を示す図である。

高炉原料装入装置１は、主原料装入装置１０と、例えば、二つ（複数）のサブ原料装入装置２０、３０と、旋回シュート４０とを備えている。

主原料装入装置１０は、例えば、原料Ｍ１を搬送するメインコンベア１１と、炉頂シュート１２と、並列ホッパー１３と、原料通路１４と、メインホッパー１５とを備えている。
メインコンベア１１で搬送された原料Ｍ１は、炉頂シュート１２で分配されて並列ホッパー１３に装入され、並列ホッパー１３に貯留されるようになっている。
また、例えば、並列ホッパー１３とメインホッパー１５間の原料通路１４には、遮断弁１３Ｓが設けられ、遮断弁１３Ｓが開閉することにより、並列ホッパー１３から原料通路１４への原料Ｍ１の流動を制御するようになっている。

また、メインホッパー１５の下部には、円筒形状の供給通路１６が接続されており、メインホッパー１５と供給通路１６の間には流量調整弁１５Ｃが設けられ、流量調整弁１５Ｃの開度を調整して、メインホッパー１５から供給通路１６への原料Ｍ１の流量を調整するようになっている。
また、供給通路１６の下方開口部には遮断弁１６Ｓが設けられるとともに、供給通路１６の下方には旋回シュート４０が配置されており、遮断弁１６Ｓにより供給通路１６から旋回シュート４０への原料の移動を制御するようになっている。

並列ホッパー１３に貯留された原料Ｍ１は、原料通路１４を通じてメインホッパー１５に移動して一旦貯留され、メインホッパー１５に貯留された原料Ｍ１は、例えば、流量調整弁１５Ｃの開度により流量が調整されて供給通路１６に流動し、遮断弁１６Ｓが開かれた際に、重力で旋回シュート４０に移動するようになっている。

サブ原料装入装置２０は、原料Ｍ２を搬送するサブ原料装入コンベア２１と、シュート２２と、サブホッパー２３と、サブホッパー２３から供給通路１６に原料Ｍ２を輸送する原料輸送シュート２４と、流量調整弁２５と、上部遮断弁２６と、下部遮断弁２７とを備えている。また、上部遮断弁２６及び下部遮断弁２７は、サブホッパー２３の均排圧手段を構成している。

サブホッパー２３への原料Ｍ２の輸送は、サブ原料装入コンベア２１により行なわれ、原料Ｍ２をサブホッパー２３に投入する際には、上部遮断弁２６を開くとともに下部遮断弁２７を閉じて、サブホッパー２３内を高炉内と圧力的に遮断するようになっている。

サブホッパー２３内の原料Ｍ２は、上部遮断弁２６を閉じるとともに下部遮断弁２７を開いてサブホッパー２３内を大気と遮断して高炉炉内と対応する圧力にした状態で、原料輸送シュート２４を介して供給通路１６に移動し、流量調整弁２５により原料Ｍ２の移動量を調整するようになっている。

サブ原料装入装置３０は、原料Ｍ３を搬送するサブ原料装入コンベア３１と、シュート３２と、サブホッパー３３と、サブホッパー３３から供給通路１６に原料Ｍ３を輸送する原料輸送シュート３４と、流量調整弁３５と、上部遮断弁３６と、下部遮断弁３７とを備えている。また、上部遮断弁３６及び下部遮断弁３７は、サブホッパー３３の均排圧手段を構成している。

サブホッパー３３への原料Ｍ３の輸送は、サブ原料装入コンベア３１により行なわれ、原料Ｍ３をサブホッパー３３に投入する際には、上部遮断弁３６を開くとともに下部遮断弁３７を閉じて、サブホッパー３３内を高炉内と圧力的に遮断するようになっている。

サブホッパー３３内の原料Ｍ３は、上部遮断弁３６を閉じるとともに下部遮断弁３７を開いてサブホッパー３３内を大気と遮断して高炉炉内と対応する圧力にした状態で、原料輸送シュート３４を介して供給通路１６に移動し、流量調整弁３５により原料Ｍ３の移動量を調整するようになっている。

この実施形態において、流量調整弁１５Ｃと流量調整弁２５は、開度を同期して制御可能とされていて、メイン原料Ｍ１とサブ原料Ｍ２を所定比率を維持して流量調整可能とされている。また、例えば、流量調整弁１５Ｃと流調整弁２５の開度を独立して制御することにより、メイン原料Ｍ１と、サブ原料Ｍ２の混合比率を調整してもよい。

また、流量調整弁１５Ｃと流量調整弁３５についても、同様にメイン原料Ｍ１とサブ原料Ｍ３を所定比率を維持して流量調整可能とされている。また、流量調整弁１５Ｃと流調整弁３５についても、メイン原料Ｍ１と、サブ原料Ｍ３の混合比率を調整可能な構成としてもよい。

この実施形態において、原料輸送シュート（輸送手段）２４、３４は、メインホッパー１５下部の供給通路１６内に開口している。そして、供給通路１６における原料輸送シュート２４、３４の開口部は、メインホッパー１５からの原料Ｍ１と、原料輸送シュート２３、３３を経由してサブホッパー２３、３３から輸送された原料Ｍ２、Ｍ３とが、例えばほぼ等しい速度（比率１：１）で流動する流動速度制御領域とされている。流量を等しく制御するには、各ホッパー１５、２３および３３の重量変化を測定する方法がある。

このように、原料Ｍ１と、原料Ｍ２、Ｍ３とがほぼ等しい速度で流動する結果、複数の原料Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を容易かつ効率的に所定の混合比率に混合して混合原料Ｍ４とし、旋回シュート４０に供給するようになっている。なお、１ダンプの混合原料Ｍ４は、メイン原料Ｍ１に対してサブ原料Ｍ２、Ｍ３がそれぞれ所定の混合比率とされる。

旋回シュート４０は、例えば、断面半円円弧状の樋状である。
混合原料Ｍ４の１ダンプは、旋回シュートの角度を減じながら通常一工程で行われる。これにより、混合原料Ｍ４は高炉の周辺部（径方向外方）から内周側（径方向内方）に装入される。このとき、サブ原料Ｍ２，Ｍ３は、高炉炉内の所定の位置に来るように、図示しないプログラマブルコントローラ（制御部）により、装入タイミング、が制御される。

例えば、プログラマブルコントローラは、メモリに、メイン原料Ｍ１に対する各サブ原料Ｍ２、Ｍ３のメイン原料に対する各サブ原料の粒径比及び密度比（以下、偏析指数という）に基づいて算出された、例えば各サブ原料Ｍ２、Ｍ３の高炉中心方向への流動しやすさ等に関する指標と、この流動しやすさ等に基づいて算出された各サブ原料Ｍ２、Ｍ３を装入する際の、旋回シュート４０のノッチ角度（θ）が格納されている。プログラマブルコントローラは、例えば、メモリに格納したこれらデータに基づいて、旋回シュート４０が、各サブ原料Ｍ２、Ｍ３に対応するノッチ角度（θ）になったときに、各サブ原料を高炉炉内に装入するように構成されている。すなわち、プログラマブルコントローラは、旋回ショート４０が各サブ原料Ｍ２、Ｍ３を装入するときのノッチ角度（θ）になった時点で、各サブホッパー２３、３３の下部遮断弁２７、３７を開く。このとき、各サブ原料ごとにその流れ込みの程度も考慮される。

上記の装入開始ノッチ角度の決定方法について以下に説明する。
図２に、高炉炉内おける好適な装入物分布を示す。図2の下側は、装入物の堆積高さの半径方向の分布を示す図であり、図２の上側は、（コークスの高さＬＣ＋焼結鉱の高さＬＯ）に対する（焼結鉱の高さＬＯ）の比率を示す図である。

高炉の中心部近傍は、ＬＯ／（ＬＣ＋ＬＯ）を低くするとともに堆積高さを低くして通気度を高めることにより、焼結鉱の効率的な還元が促進されるようにすることが好適である。
また、中間部は、コークスの高さ／（コークス＋焼結鉱の高さ）を高くすることが好適である。
一方、高炉外周側の炉壁周辺においては、熱負荷が大きくならないようにガスの流れを抑制して、炉壁の消耗、付着物の発生を抑制することが好適である。

図３は、高炉に装入する各原料の物性値及び高炉炉内における好適な装入位置及び高炉炉内における挙動の特徴を示す図である。図３の「好適な高炉装入位置」の欄に各サブ原料の投入目標位置の例を示す。図４は、各原料の平均粒子径（ｍｍ）、見かけ密度（ｔ／ｍ^３）を示す図である。
本発明においては、装入する原料が、大きい物あるいは軽い物であれば上層に浮き、小さい物あるいは重い物である場合には下層に沈むことを応用している。図４中の破線は浮沈の境界を示し、上側では原料が沈み、下側では原料が浮く。

次に、各サブ原料の混合を開始するノッチ角度を決定する方法を具体的に述べる。
図５は、原料の（サブ原料の粒子径／焼結粒子径）及び密度比と偏析指数の関係を示す図であり、各サブ原料の代表値もプロットしてある。この偏析指数は、主原料である焼結鉱に対する各サブ原料の浮沈の程度を指数化したものである。偏析指数が正の場合には、サブ原料は焼結鉱に浮き、負の場合には焼結鉱に沈む挙動を示す。

偏析指数がゼロを超えた原料は、焼結鉱の上層に浮き上がるとともに炉中心方向に移動がはじまり、偏析指数が大きい原料ほど、相対流れ込み指数が漸次増大して炉中心方向に流れ込みやすくなり、偏析指数が１の原料は炉中心まで流れ込む。

したがって、偏析指数がゼロ以上の原料を高炉炉内に装入する際には、堆積させたい位置よりも炉の周辺部に装入する必要がある。

なお、図５において、サブ原料の各密度比における、粒子径比と偏析指数の関係は、例えば、実験により補正値を求め、シミュレーション値を補正して算出した下記数式を用いている。
密度比；０．５： ｙ＝−０．２３Ｘ^２＋０．９９Ｘ−０．５６
密度比；１．０： ｙ＝−０．１２Ｘ^２＋０．６５Ｘ−０．５３
密度比；１．２５： ｙ＝−０．０７Ｘ^２＋０．４４Ｘ−０．４８
密度比；１．５： ｙ＝−０．０３Ｘ^２＋０．２２Ｘ−０．４３
密度比；２．０： ｙ＝０．０６Ｘ^２＋０．０１Ｘ−０．３８
密度比；２．５： ｙ＝０．０６Ｘ^２−０．０３Ｘ−０．３９
上記の式の２次、１次、０次の項を密度比との関係で表すと各々下記Ａ，Ｂ，Ｃ式となる
Ａ＝−０．２１×ρｒ^４＋１．４６×ρｒ^３−３．２５×ρｒ^２＋２．０４×ρｒ＋０．６１
Ｂ＝−０．０４×ρｒ^３＋０．１２×ρｒ^２＋０．１１×ρｒ−０．３１
Ｃ＝−０．０９×ρｒ^３＋０．３５×ρｒ^２−０．２９×ρｒ−０．４９
これから、偏析指数は、下記式で表せる。
偏析指数＝Ａ×Ｄｐｒ＋Ｂ×Ｄｐｒ＋Ｃ×Ｄｐｒ
ρｒ；相対密度比
Ｄｐｒ；相対粒子径比

図６は、各サブ原料の焼結鉱に対する偏析指数から各サブ原料の高炉中心方向への流れ込みの程度（以下、相対流れ込み指数という）を求める図である。
相対流れ込み指数は、各原料の高炉中心方向への流動しやすさを示したものである。偏析指数がゼロ以下では、相対流れ込み指数はゼロであり、装入された各原料は焼結鉱と同じ位置にとどまって層下層に堆積するため高炉中心方向への流れ込みはない。相対流れ込み指数がゼロを超えた原料は、焼結鉱の上層に浮き上がるとともに炉中心方向に移動がはじまる。相対流れ込み指数が１の原料は炉中心まで流れ込む。

したがって、相対流れ込み指数がゼロ以上の原料を高炉炉内に装入する際には、堆積させたい位置よりも炉の周辺部に装入する必要がある。
以下の実施形態において、サブホッパー２３、３３から高炉炉内へのサブ原料Ｍ２、Ｍ３の装入タイミングは、上記の技術思想に基づいて決定される。

次に、図７から図１１を参照して、高炉原料装入装置１の作用について説明する。
図７は、高炉原料装入装置１を適用する高炉の操業に関するベースデータあり、図７（Ａ）はベース操業条件を、図７（Ｂ）は高炉に装入する原燃料のベース条件を示している。

図８から図１１は、高炉原料装入装置１が１ダンプの装入を行なう場合における旋回シュート４０の具体的スケジュールの例を示しており、ノッチＮｏ．はノッチ角度（°）の制御シーケンス順序であり、ノッチ角度（°）は図１におけるノッチ角度（θ）に対応する示す数値である。

高炉原料装入装置１の制御部は、上記図３、図４、図５、図６により算出した各サブ原料の高炉炉内における挙動に基づいて、メインホッパー１５、サブホッパー２３、３３、旋回シュート４０の動作を制御する。なお、メインホッパー１５、サブ原料装入装置２０、３０からの原料の輸送は旋回シュート４０と同期させている。

すなわち、制御部は、メイン原料Ｍ１にサブ原料Ｍ２、Ｍ３を混合して混合原料Ｍ４とする際に、旋回シュート４０が、高炉中心方向への流れ込みを考慮したノッチ角度（θ）になったときに、各サブ原料Ｍ２、Ｍ３が高炉炉内に装入されるように、各サブホッパー２３、３３の下部遮断弁２７、３７を制御して、混合原料Ｍ４に各サブ原料Ｍ２、Ｍ３を偏析させている。以下、１ダンプの混合原料Ｍ４内に、各サブ原料Ｍ２、Ｍ３が適切に偏析されているものとして説明する。

制御部は、高炉内における各サブ原料の流れ込みを考慮して、偏析指数が１より大きいサブ原料を旋回シュート４０のノッチ角度（θ）が大きいときに装入することで各サブ原料の高炉炉内での径方向位置、堆積高さを制御する。

図８は、メインホッパー１５からは焼結鉱を、サブホッパー２３から細粒焼結鉱を装入する場合の旋回シュート４０のスケジュールの一例を示す図である。
この場合、図８（Ａ）に示すように、出銑比２．２５ｔｏｎ／Ｄ／ｍ^３、塊コークス比３５３ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、微粉炭比１４２ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、焼結鉱比１３９６ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、細粒焼結鉱比２２０ｋｇ／ｔｏｎ−ｐである。
このときの運転スケジュールは、図８（Ｂ）に示すように、メインホッパー１５からは、焼結鉱をノッチＮｏ．２〜１１（ノッチ角度４８．５〜４０．５°）にて各２旋回の間供給し、サブホッパー２３からは、細粒焼結鉱をノッチＮｏ．１〜４（ノッチ角度４８．５〜４７．３°）にて、ノッチＮｏ．１のときは１旋回の間、ノッチＮｏ．２〜４の間は各２旋回の間供給するようになっている。
かかるスケジュールを実施することにより、細粒焼結鉱を炉壁近傍に多く分布させることができる。

図９は、メインホッパー１５から焼結鉱を、サブホッパー２３から小塊コークスを、サブホッパー３３から還元鉄を装入する場合の旋回シュート４０のスケジュールの一例を示す図である。
この場合、図９（Ａ）に示すように、出銑比２．３４ｔｏｎ／Ｄ／ｍ^３、塊コークス比２９１ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、微粉炭比１３５ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、焼結鉱比１５３１ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、小塊コークス比６２ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、還元鉄比４５ｋｇ／ｔｏｎ−ｐである。
このときの運転スケジュールは、図９（Ｂ）に示すように、メインホッパー１５からは、焼結鉱をノッチＮｏ．２〜１１（ノッチ角度４８．５〜４０．５°）、サブホッパー２３からは、小塊コークスをノッチＮｏ．１〜６（ノッチ角度４８．５〜４５．５°）にて、サブホッパー３３からは、還元鉄をノッチＮｏ．２〜１０（ノッチ角度４８．５〜４２．３°）にて供給し、ノッチＮｏ．１では１旋回、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５では各３旋回、その他のノッチＮｏ．では各２旋回の間供給するようになっている。
かかるスケジュールを実施することにより、小塊コークスを炉内中間部に多く分布させるとともに、還元鉄を炉内径方向に均一に分布させることができる。

図１０は、メインホッパー１５からは焼結鉱を、サブホッパー２３から含炭塊成鉱を、サブホッパー３３から還元鉄を装入する場合の旋回シュート４０のスケジュールの一例を示す図である。
この場合、図１０（Ａ）に示すように、出銑比２．４１ｔｏｎ／Ｄ／ｍ^３、塊コークス比２８８ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、微粉炭比１３３ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、焼結鉱比１４９９ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、含炭塊成鉱比４０ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、還元鉄比４５ｋｇ／ｔｏｎ−ｐである。
このときの運転スケジュールは、図１０（Ｂ）に示すように、メインホッパー１５からは、焼結鉱をノッチＮｏ．２〜１１（ノッチ角度４８．５〜４０．５°）にて、サブホッパー２３からは、含炭塊成鉱をノッチＮｏ．２〜７（ノッチ角度４８．５〜４４．１°）にて、サブホッパー３３からは、還元鉄をノッチＮｏ．２〜１０（ノッチ角度４８．５〜４２．３°）にて、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５では各３旋回、その他のノッチＮｏ．では各２旋回の間供給するようになっている。
かかるスケジュールを実施することにより、含炭塊成鉱を炉内中間部に多く分布させるとともに、還元鉄を炉内径方向に均一に分布させることができる。

図１１は、メインホッパー１５から焼結鉱を、サブホッパー２３から小塊コークスを、サブホッパー３３から含炭塊成鉱を、第３のサブホッパー（不図示）から還元鉄を装入する場合の旋回シュート４０のスケジュールの一例を示す図である。
この場合、図１１（Ａ）に示すように、出銑比２．５３ｔｏｎ／Ｄ／ｍ^３、塊コークス比２３０ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、微粉炭比１３４ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、焼結鉱比１４９９ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、小塊コークス比５４ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、含炭塊成鉱比４０ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、還元鉄比４５ｋｇ／ｔｏｎ−ｐである。
このときの運転スケジュールは、図１１（Ｂ）に示すように、メインホッパー１５からは、焼結鉱をノッチＮｏ．２〜１１（ノッチ角度４８．５〜４０．５°）にて、サブホッパー２３からは、含炭塊成鉱をノッチＮｏ．１〜６（ノッチ角度４８．５〜４５．５°）にて、サブホッパー３３からは、含炭塊成鉱をノッチＮｏ．２〜７（ノッチ角度４８．５〜４４．１°）にて、第３のサブホッパーからは還元鉄をノッチＮｏ．２〜１０（ノッチ角度４８．５〜４２．３°）にて、ノッチＮｏ．１のときは１旋回、ノッチＮｏ．３、５、７、９のときは各３旋回、その他のノッチＮｏ．では各２旋回の間供給するようになっている。
かかるスケジュールを実施することにより、小塊コークス及び含炭塊成鉱を炉内中間部に多く分布させるとともに、還元鉄を炉内径方向に均一に分布させることができる。

図１２を参照して、高炉原料装入装置１の効果について、シミュレーション結果をもとに説明する。
（実施例Ａ）高炉原料装入装置１によれば、細粒焼結鉱の原料分布に関して、図１２（Ａ）の（○）で示すような効果が得られた。すなわち、高炉の径方向０．３までの範囲には細粒焼結鉱の分布はほとんどなく、０．３〜０．５の範囲で大幅に増加する。そして、０．６のあたりで約２０％程度堆積量が減少し、０．６から１．０（炉壁）に向かって重量比で約０．４から０．８に増加する。
このように、従来の装入コンベア上での制御（◇）や、特許文献１、２に示された制御（△）における原料分布に比較して炉中心における原料分布が大きく減少し、炉壁側における原料分布が大きく増加する点で大幅に改善できる。

（実施例Ｂ）高炉原料装入装置１によれば、小塊コークスに関して、図１２（Ｂ）に（○）で示すように、小塊コークスは高炉の径方向約０．５から０．９までの範囲に多く分布し、炉中心部での分布は大幅に減少することが判明した。
このように、従来の装入コンベア上での制御（◇）や、特許文献１、２に示された制御（△）による小塊コークスの原料分布が、炉中間部よりも炉中心部に多く分布していた不都合を根本的に改善できる。

（実施例Ｃ）高炉原料装入装置１によれば、小塊コークスに関して、図１２（Ｃ）に（○）で示すような効果が得られた。すなわち、高炉の高さ方向０．４までの範囲は約０．０５から約０．４５に増加して小塊コークスの分布はほとんどなく、０．３〜０．５の範囲で大幅に増加する。そして、高さ方向０．４以上では質量比０．４５から約０．７に漸次増加する。
このように、特許文献１、２に示された制御（△）における原料分布に比較すると大きな変化はないものの、従来の装入コンベア上での制御（◇）と比較すると上下方向の偏析が大幅に改善できる。

（実施例Ｄ）高炉原料装入装置１によれば、還元鉄に関して、図１２（Ｄ）に（○）で示すような効果が得られた。すなわち、高炉の径方向約０．３までの範囲には還元鉄の分布は比較的小さく、０．３〜０．８の範囲で漸次増加し、約０．８から１．０に向かって漸次減少する。
このように、従来の装入コンベア上での制御（◇）や、特許文献１、２に示された制御（△）における原料分布に比較して炉中間部での原料分布を安定して確保できる。

以上説明したように、高炉原料装入装置１によれば、複数種類の原料Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３を高炉炉内に装入する際に、各原料Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の平均粒子径や見かけ密度等の性状の差異による影響を抑制して、サブ原料Ｍ２、Ｍ３をメイン原料Ｍ１に所定比率で混合することができる。

また、混合された混合原料Ｍ４を、高炉炉内の所定位置に所定量、装入する際に、各サブ原料Ｍ２、Ｍ３の高炉炉内における流れ込みを考慮することにより、各サブ原料Ｍ２、Ｍ３を、高炉炉内の所定の径方向位置に堆積させて、所定の原料分布をさせることができる。
その結果、銑鉄製造の生産性を向上するとともに高炉炉壁の消耗及び付着物発生の抑制を実現することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、サブホッパー２３、３３からサブ原料Ｍ２、Ｍ３を供給通路１６内の流動速度制御領域に輸送する場合について説明したが、例えば、メインホッパー１５下部の傾斜部やメインホッパー１５に貯留された原料Ｍ１内部に形成される流動速度制御領域に、サブ原料Ｍ２、Ｍ３を輸送する構成としてもよい。

また、上記実施の形態においては、二つのサブホッパー２３、３３が設けられる場合について説明したが、サブホッパーの数は、例えば、対象となる原料の種類に応じて設定できることはいうまでもない。

また、各サブ原料Ｍ２、Ｍ３の偏析指数が異なる場合に、サブホッパー２３、３３からの原料輸送シュート２４、３４を、それぞれのサブ原料Ｍ２、Ｍ３の偏析指数に応じて算出される異なる流動速度制御領域に開口させる構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、流動速度制御領域として、サブホッパー２３、３３からの原料Ｍ２、Ｍ３がメイン原料Ｍ１と等速度で流動する供給通路１６内に形成される場合について説明したが、例えば、メインホッパー１５の壁面や傾斜部等との摩擦抵抗等により、一部の原料が等速度で流動できない場合には、上記流動ロスを考慮したうえで、サブ原料Ｍ２、Ｍ３がメイン原料Ｍ１に対して所定比率を以って流動する領域を流動速度制御領域として設定してもよい。

また、上記実施形態において示した運転スケジュールは一例であり、他の運転スケジュールを適用可能であることはいうまでもない。

また、上記実施形態においては、均排圧手段を設けて、サブホッパー２３、３３内を高炉炉内と対応する圧力に調整する場合について説明したが、例えば、均排圧手段に代えて、サブホッパー２３、３３への原料供給に加圧コンベアや、他の圧力調整機構を用いてもよい。また、サブホッパー２３、３３からメインホッパー１５への原料輸送が高炉炉内の圧力に影響されない場合には、サブホッパー２３、３３に対する圧力調整機構を設けない構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、高炉原料装入装置１が、プログラマブルコントローラに格納された各原料の平均粒子径及び見かけ密度に基づく算出結果により制御される場合について説明したが、コンピュータのデータベースに格納された数値データや、サブホッパー２３、３３に供給される原料の平均粒子径及び見かけ密度に基づいてリアルタイムで算出、制御する構成としてもよい。

複数種類の原料を高炉炉内に供給する場合に、各原料の平均粒子径や見かけ密度等の性状の差異に影響されるのを抑制できるので、産業上利用可能である。

θ ノッチ角度
Ｍ１ メイン原料
Ｍ２、Ｍ３ サブ原料
Ｍ４ 混合原料
１ 高炉原料挿入装置
２ 高炉本体
１０ 主原料装入装置
１５ メインホッパー
１６ 供給通路（流動速度制御領域）
２０、３０ サブ原料装入装置
２３、３３ サブホッパー
２４、３４ 原料輸送シュート（原料輸送手段）
２６、２７ 遮断弁（均排圧手段）
３６、３７ 遮断弁（均排圧手段）
４０ 旋回シュート

Claims (7)

1. 高炉炉内に複数の原料を装入する高炉原料装入装置であって、
   メイン原料を貯留するメインホッパーと、
   サブ原料を貯留する複数のサブホッパーと、
   前記高炉炉内に原料を供給する旋回シュートと、
   前記メインホッパーから前記旋回シュートにメイン原料を輸送する供給通路と、
   前記複数のサブホッパーと対応して設けられ各サブホッパーからサブ原料を輸送する原料輸送手段と、を備え、
   前記複数の原料輸送手段は、
   前記メインホッパー内又は前記供給通路内において、前記複数のサブホッパーからの各サブ原料とメイン原料とが所定比率を以って流動することが可能な流動速度制御領域に開口されていることを特徴とする高炉原料装入装置。
2. 請求項１に記載の高炉原料装入装置であって、
   前記複数の原料輸送手段は、前記供給通路内に開口していることを特徴とする高炉原料装入装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の高炉原料装入装置であって、
   メイン原料に対する各サブ原料の粒径比及び密度比に基づいて各サブ原料の高炉中心方向の流れ込みの程度を算出し、
   各サブ原料の前記高炉中心方向の流れ込みの程度に基づいて前記旋回シュートの各サブ原料を装入する際のノッチ角度を算出し、
   前記旋回シュートが前記ノッチ角度と対応するタイミングで各サブ原料の装入を開始するように構成されていることを特徴とする高炉原料装入装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高炉原料装入装置であって、
   サブ原料を前記サブホッパーから前記流動速度制御領域に輸送する際には、前記サブホッパー内を前記高炉炉内と等しい圧力に調整し、
   サブ原料を前記サブホッパー内に供給する際には、前記サブホッパー内を前記高炉炉内と圧力的に遮断する均排圧手段を備えていることを特徴とする高炉原料装入装置。
5. メイン原料を貯留するメインホッパーと、
   サブ原料を貯留する複数のサブホッパーと、
   前記高炉炉内に原料を供給する旋回シュートと、
   前記メインホッパーから前記旋回シュートにメイン原料を輸送する供給通路とを備えた高炉炉内に、メイン原料及びサブ原料を装入する高炉原料装入方法であって、
   前記複数のサブホッパーからの各サブ原料を、前記メインホッパー内又は前記供給通路内において、前記複数のサブホッパーからの各サブ原料がメイン原料と所定比率を以って流動することが可能な流動速度制御領域に輸送して流動させることを特徴とする高炉原料装入方法。
6. 請求項５に記載の高炉原料装入方法であって、
   前記複数のサブホッパー内の各サブ原料を、前記供給通路に輸送して流動させることを特徴とする高炉原料装入方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載の高炉原料装入方法であって、
   メイン原料に対する各サブ原料の粒径比及び密度比に基づいて各サブ原料の高炉中心方向の流れ込みの程度を算出し、
   各サブ原料の前記高炉中心方向の流れ込みの程度に基づいて前記旋回シュートの各サブ原料を装入する際のノッチ角度を算出し、
   前記旋回シュートが前記ノッチ角度と対応するタイミングで各サブ原料の装入を開始することを特徴とする高炉原料装入方法。

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