JP2023079158A - ベルレス高炉の原料装入装置及び原料装入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小塊コークスを鉱石に混合して装入するコークス混合装入において、鉱石に混合する小塊コークスを増やしても通気性を損なわない炉内装入物の分布を形成することのできる、ベルレス高炉の原料装入装置及び原料装入方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
装入ベルトコンベア、偏心型炉頂ホッパー及び旋回シュートを有するベルレス高炉の原料装入装置であって、前記偏心型炉頂ホッパーは、当該偏心型炉頂ホッパーの内部に偏析制御板を有し、前記偏析制御板は、前記装入ベルトコンベアを介して前記偏心型炉頂ホッパーに投入される高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する機能を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベルレス高炉の原料装入装置及び原料装入方法に関し、詳しくは、偏心型炉頂ホッパーに貯留された高炉装入原料をベルレス高炉に装入する際に、炉心下部の塊コークス充填層の空隙率を悪化させる原料の排出位置を制御し、高炉内のガス流れを適正化することのできる原料装入装置及び原料装入方法に関する。

溶銑を製造する高炉（「溶鉱炉」ともいう）においては、鉄鉱石（以下、単に「鉱石」と記す）とコークスとを交互に炉内へ装入し、炉内の装入物として鉱石層とコークス層とを形成する装入方式が一般的である。この場合、高炉炉内のガス流れを適正化するためには、炉心近傍の中心ガス流と炉壁近傍の周辺ガス流とのバランスが重要である。高炉内でのガス流れは、コークスなどの鉱石とは通気性が異なる原料銘柄と鉱石との装入比率、混合状態、及び、各原料銘柄の粒度分布によって決定される。

また、同時に、適正な通気性は高炉の径方向の位置によって異なるために、各原料銘柄の装入分布と混合状態と粒度分布とを、高炉の径方向のそれぞれの位置によって制御することが重要である。更に、炉内において、鉱石層は、１２００～１４００℃の温度の範囲では軟化融着して圧力損失が高くなるので、軟化融着した鉱石層の厚みを制御し、通気性を確保することも重要である。

軟化融着した鉱石層の通気性を改善する技術として、近年、大塊コークスよりもやや小径の粒径５～４０ｍｍ程度の小塊コークスを鉱石に混合して装入するコークス混合装入が行われている。この技術は、鉱石に小塊コークスを混合することにより、軟化した鉱石層の通気性を向上させるとともに、鉱石の還元性を向上させる効果を有する技術である。

しかし、小塊コークスを多量に鉱石に混合すると、混合した小塊コークスが、高炉内で炉下部に到達するまでに、還元ガス及び鉱石との反応で消失しきらず、高炉の炉心下部の塊コークス充填層に至るまで残存し、径の小さい未消失の小塊コークス（残存小塊コークス）が塊コークス充填層の間隙に入り込んで、炉下部の通気性を悪化させることがある。

原料の高炉内での装入分布を制御する方法として、旋回機能と傾動機能とを備える旋回シュートを用いて原料を高炉内に装入する技術が採用されている。旋回シュートを備える高炉をベルレス高炉と呼ぶ。この旋回シュートを用いることで、炉頂ホッパーから切り出された原料を高炉内径方向の任意の位置へ装入することが可能となる。

ベルレス高炉では、高炉装入原料は装入コンベアから炉頂ホッパーに貯留され、その後、旋回シュートによって炉内に装入される。装入コンベアから炉頂ホッパーへの輸送、及び、炉頂ホッパーから旋回シュートを経ての高炉内への装入は、いずれも落差が存在し且つ原料が着地する堆積面に傾斜が存在するために、粒径または密度に差を有する原料は炉頂ホッパー内及び高炉内でそれぞれ偏析する。

更に、炉頂ホッパー内に貯留された高炉装入原料が炉頂ホッパーから排出される際には、炉頂ホッパーの排出口の直上方向に存在する原料の流下速度が速く、排出口から水平方向の距離が大きいほど流下速度が遅くなる現象が起こり、原料の粒径差や密度差の有無に拘わらず排出時の原料偏析が生じる。ベルレス高炉の炉頂ホッパーでは、一般に、排出口がホッパー中心から高炉の中心側に偏心した構造（「偏心型炉頂ホッパー」と呼ぶ）となっており、前述した排出時の原料偏析が大きくなる。

したがって、ベルレス高炉において、偏心型炉頂ホッパーからの高炉装入原料の排出のバラツキを減少し、ベルレス高炉の炉径方向での高炉装入原料の分布を制御する多数の手段が提案されている。

例えば、特許文献１には、装入ベルトコンベア、炉頂ホッパー及び旋回シュートを有するベルレス高炉の原料装入装置であって、前記炉頂ホッパーが偏心型炉頂ホッパーであり、前記偏心型炉頂ホッパーの上部に、鉛直線に対する角度を調整可能な上部ダンパーを有し、前記偏心型炉頂ホッパーの下部に、鉛直線に対する角度を調整可能な下部ダンパーを有する原料装入装置が提案されている。

特許文献１によれば、装入コンベアからの偏心型炉頂ホッパーへの原料投入位置を、上部ダンパーを用いて制御し、また、偏心型炉頂ホッパーからの原料排出順序を、下部ダンパーを用いて制御することにより、炉頂ホッパー内の原料偏析及び炉頂ホッパーから排出する時点での原料の偏析が軽減できるとしている。

特許文献２は、炉頂部に主原料ホッパーの他に、副原料ホッパーを有するベルレス高炉の原料装入方法を開示する。具体的に、鉱石とコークスとの混合物は、副原料ホッパーに装入される。混合物は、装入ベルトコンベア上に鉱石とコークスとを切り出す際に、鉱石の上にコークスが層状に積層させることで形成される。副原料ホッパーは、可動軸を有する整流板を一つ有する。整流板の可動軸よりも上方側の部分が、混合物が装入ベルトコンベアから副原料ホッパー内に自由落下する間に、混合物の落下軌跡を二分する。そして、混合物のうちのコークスの副原料ホッパー内への装入位置が決定される。また、整流板の可動軸よりも下方側の部分が、副原料ホッパーの排出口上部で、整流板の下方側の部分の端部と副原料ホッパーの両側面との間で、所定の断面積比率を有する２つの排出流路を形成する。これは、２つの排出流路を通過する混合物のそれぞれの流量を決定するものであり、整流板の角度を変更することによって、副原料ホッパーから排出される混合物中のコークスの比率の経時的変化を制御する原料装入方法が提案されている。

特許文献２によれば、副原料ホッパーから排出する時点での原料偏析が軽減できるとしている。

特開２０１４－２２４２８９号公報 特開２０１６－０７９４６８号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。

即ち、高炉内に装入する原料の偏析を軽減しても、鉱石に混合する小塊コークスの量を増加させると、未消失の小塊コークス（残存小塊コークス）が増加することで、未消失の小塊コークスが高炉の炉心下部の塊コークス充填層に到達する量が増加し、径の小さい残存小塊コークスが炉心下部の塊コークスの間隙に入り込んで、炉下部の通気性が悪化するという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小塊コークスを鉱石に混合して装入するコークス混合装入において、鉱石に混合する小塊コークスを増やしても通気性を損なわない炉内装入物の分布を形成することのできる、ベルレス高炉の原料装入装置及び原料装入方法を提供することである。

本発明者らは、鉱石と小塊コークスとを同一のバッチでベルレス高炉の炉頂ホッパーに装入する際に、試験装置を用いて、炉頂ホッパー内における鉱石及び小塊コークスの堆積状態、つまり、鉱石及び小塊コークスの偏析状態を調査した。試験装置の炉頂ホッパーは、実際のベルレス高炉の炉頂ホッパーと同様に、排出口が炉頂ホッパーの中心線上から偏心した偏心型炉頂ホッパーである。

その結果、偏心型炉頂ホッパーの内部に偏析制御板を設け、偏析制御板の水平方向に対する角度を制御することにより、小塊コークスの鉱石への混合量が増加しても、炉内に適切な偏析状態で鉱石及び小塊コークスを装入できることを知見した。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

［１］装入ベルトコンベア、偏心型炉頂ホッパー及び旋回シュートを有するベルレス高炉の原料装入装置であって、
前記偏心型炉頂ホッパーは、当該偏心型炉頂ホッパーの内部に偏析制御板を有し、
前記偏析制御板は、前記装入ベルトコンベアを介して前記偏心型炉頂ホッパーに投入される高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する機能を備える、ベルレス高炉の原料装入装置。

［２］前記偏析制御板は、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を、前記偏心型炉頂ホッパーの排出口に近い位置と排出口から遠い位置とに切り替えることで、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する、上記［１］に記載のベルレス高炉の原料装入装置。

［３］前記偏析制御板は、水平方向に対する角度を調整可能であり、角度を調整することで、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する、上記［１］または上記［２］に記載のベルレス高炉の原料装入装置。

［４］前記高炉装入原料が鉱石と小塊コークスとの混合原料であり、前記偏析制御板は、前記偏心型炉頂ホッパーに投入される混合原料のうちの小塊コークスを前記偏心型炉頂ホッパーの排出口から遠い位置に偏析させる機能を備えるとともに、前記旋回シュートは、旋回しながら高炉の中心から外周に向かう逆傾動装入の機能を備える、上記［１］または上記［２］に記載のベルレス高炉の原料装入装置。

［５］前記高炉装入原料が鉱石と小塊コークスとの混合原料であり、前記偏析制御板は、前記偏心型炉頂ホッパーに投入される混合原料のうちの小塊コークスを前記偏心型炉頂ホッパーの排出口から遠い位置に偏析させる機能を備えるとともに、前記旋回シュートは、旋回しながら高炉の中心から外周に向かう逆傾動装入の機能を備える、上記［３］に記載のベルレス高炉の原料装入装置。

［６］装入ベルトコンベアによって輸送された高炉装入原料を偏心型炉頂ホッパーに一時貯留し、一時貯留した前記高炉装入原料を前記偏心型炉頂ホッパーから排出し、排出される前記高炉装入原料を旋回シュートによって高炉内に装入するベルレス高炉の原料装入方法であって、
前記装入ベルトコンベアを介して前記偏心型炉頂ホッパーへ投入される前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を、前記偏心型炉頂ホッパーの内部に設置された偏析制御板を用いて制御し、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーの内部における偏析挙動を調整する、ベルレス高炉の原料装入方法。

［７］前記偏析制御板は、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を、前記偏心型炉頂ホッパーの排出口に近い位置と排出口から遠い位置とに切り替えることで、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する、上記［６］に記載のベルレス高炉の原料装入方法。

［８］前記偏析制御板は、水平方向に対する角度を調整可能であり、角度を調整することで、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する、上記［６］または上記［７］に記載のベルレス高炉の原料装入方法。

［９］同一バッチ内において異なる原料を前記高炉装入原料として同一の前記偏心型炉頂ホッパーに投入する際、前記偏析制御板を用いて前記原料の堆積位置を制御し、前記偏心型炉頂ホッパーの内部における前記原料の偏析挙動を調整する、上記［６］または上記［７］に記載のベルレス高炉の原料装入方法。

［１０］同一バッチ内において異なる原料を前記高炉装入原料として同一の前記偏心型炉頂ホッパーに投入する際、前記偏析制御板を用いて前記原料の堆積位置を制御し、前記偏心型炉頂ホッパーの内部における前記原料の偏析挙動を調整する、上記［８］に記載のベルレス高炉の原料装入方法。

［１１］前記高炉装入原料が鉱石と小塊コークスとの混合原料であり、同一バッチ内において同一の前記偏心型炉頂ホッパーに投入された混合原料のうちの小塊コークスを前記偏心型炉頂ホッパーの排出口から遠い位置に偏析させ、前記旋回シュートを旋回しながら高炉の中心から外周に向かう逆傾動装入を行う、上記［９］に記載のベルレス高炉の原料装入方法。

［１２］前記高炉装入原料が鉱石と小塊コークスとの混合原料であり、同一バッチ内において同一の前記偏心型炉頂ホッパーに投入された混合原料のうちの小塊コークスを前記偏心型炉頂ホッパーの排出口から遠い位置に偏析させ、前記旋回シュートを旋回しながら高炉の中心から外周に向かう逆傾動装入を行う、上記［１０］に記載のベルレス高炉の原料装入方法。

本発明によれば、小塊コークスを鉱石に混合して装入するコークス混合装入において、小塊コークスをベルレス高炉の外周側に偏析させることができ、鉱石に混合する小塊コークスの量を増やしても、ベルレス高炉の炉心下部の塊コークス充填層の空隙率の悪化が抑制され、還元ガスの炉内通気性を損なわずに操業が可能となる。

鉱石及び小塊コークスを、装入ベルトコンベアを用いて偏心型炉頂ホッパーに混合原料として装入する状況を示す概略図である。 偏心型炉頂ホッパーに、鉱石を主体とする部分が最初に搬送され、その後に、小塊コークスと鉱石とが混合した部分が搬送される条件下における、偏析制御板の角度θの調整方法を示す概略図である。 偏析制御板を有する偏心型炉頂ホッパー内における高炉装入原料の偏析状態を調査するための試験装置の概略図である。 試験装置において、偏析制御板の角度θをパターン１～３の３種類に変更するときの各パターンの概略図である。 実施例において、パターン１のＣａｓｅ３、Ｃａｓｅ５、Ｃａｓｅ６、Ｃａｓｅ７の試験結果を示す図である。 実施例において、パターン２のＣａｓｅ１、Ｃａｓｅ４の試験結果を示す図である。 実施例において、パターン３のＣａｓｅ２の試験結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態の一例を説明する。

本発明者らは、小塊コークスを鉱石に混合して装入するコークス混合装入において、鉱石に混合する小塊コークスの混合比率を、高炉の炉心よりも外周側で高めることによって、より多くの小塊コークスを鉱石に混合しても、高炉の炉心下部の塊コークス充填層に未消失の小塊コークスが到達して生じる通気性の低下を軽減できることに着目し、これを実現する手段を模索した。

図１は、鉱石ホッパー９に収納された鉱石１１及び小塊コークスホッパー１０に収納された小塊コークス１２を、装入ベルトコンベア８を用いて偏心型炉頂ホッパー２に混合原料として装入する状況を示す概略図である。通常、ベルレス高炉では、例えば図１に示すように、先ず、鉱石ホッパー９に収納された鉱石１１や、大塊コークスホッパー（図示せず）に収納された大塊コークス（図示せず）などの高炉装入原料を、装入ベルトコンベア８のベルト上に切り出す。そして、切り出した高炉装入原料を、装入ベルトコンベア８を用いて、高炉炉頂部に設置された偏心型炉頂ホッパー２に装入し、偏心型炉頂ホッパー２で一時貯留する。これらの高炉装入原料をベルレス高炉２０に装入する際には、偏心型炉頂ホッパー２の下部のゲート７を開き、偏心型炉頂ホッパー２から高炉装入原料を排出する。偏心型炉頂ホッパー２から排出された高炉装入原料は、８～１０ｒｐｍ程度の回転速度で旋回する旋回シュート３の内部を流下し、旋回シュート３の先端からベルレス高炉２０の炉頂部に排出される。

旋回シュート３は、高炉中心を軸として炉の周方向に旋回し、且つ、旋回シュート３を固定するピン４を軸として炉の半径方向に傾動するように構成されていて、ベルレス高炉２０の内径方向の任意の位置に原料を装入することができる機能を備えている。また、偏心型炉頂ホッパー２の構造は、排出口６が高炉中心側へ寄せられて配置され、排出口６が偏心型炉頂ホッパー２の中心に対して偏心していることが一般的である。

ベルレス高炉２０の原料装入装置１は、上記のように構成されていて、各原料ホッパーに収納されていた高炉装入原料を偏心型炉頂ホッパー２に搬送する装入ベルトコンベア８を有する。また、原料装入装置１は、高炉装入原料を一時貯留する偏心型炉頂ホッパー２及び偏心型炉頂ホッパー２から排出される高炉装入原料をベルレス高炉２０の内部に装入する旋回シュート３を有している。

高炉装入原料のベルレス高炉２０への装入方法は、通常、鉱石と小塊コークスとを混合した混合原料、及び、大塊コークスが、それぞれ所定回数（例えば２回づつ）に分けられて装入される。それぞれ所定回数に分けられた、この一連の装入を１チャージと称する。混合原料及び大塊コークスの１回あたりの装入は１バッチと呼ばれ、例えば、２回づつに分けて装入される場合には、１チャージあたりの装入は、混合原料及び大塊コークスで、それぞれ２バッチの装入となり、合計４バッチとなる。尚、本明細書における小塊コークスとは、目開き寸法が４０ｍｍの篩分器を通過するサイズのコークスであり、長径が４０ｍｍを超える紡錘形コークスであっても、目開き寸法が４０ｍｍの篩分器を通過する限り、小塊コークスと定義する。

本発明に係るベルレス高炉の原料装入装置１では、図１に示すように、装入ベルトコンベア８を介して偏心型炉頂ホッパー２へ投入される混合原料としての各原料の堆積位置をそれぞれ制御するための偏析制御板５が、混合原料を一時貯留する偏心型炉頂ホッパー２の内部に設置されている。この偏析制御板５によって、混合原料中の異なる各原料の偏心型炉頂ホッパー内における偏析挙動が調整されるようになっている。

偏析制御板５は、混合原料のうちの特定の原料を偏心型炉頂ホッパー内で偏析させるために、任意のタイミングで、且つ、任意の角度で、水平方向に対する角度（傾斜角度；θ）が調整可能となっている。ここで、特定の原料とは、一般的には、小塊コークスであるが、小塊コークスの堆積位置を偏心型炉頂ホッパー内で偏析させれば、鉱石も自ずと偏析した状態になる。したがって、特定の原料は鉱石であってもよい。

偏析制御板５の角度θは、装入ベルトコンベア８から投入される高炉装入原料を、偏心型炉頂ホッパー内の排出口６に近い位置（排出口側の位置）及び排出口６から遠い位置のいずれの位置にも堆積させることが可能な角度に調整可能となっている。つまり、偏析制御板５は角度θを調整することで、高炉装入原料の偏心型炉頂ホッパー２における堆積位置を切り替えることができる機能を備えている。ここで、「排出口６から遠い位置」とは、排出口６から離れた側の偏心型炉頂ホッパー２の壁面側である。

本明細書では、図１に示すように、偏析制御板５の高炉炉心側の先端が偏析制御板５の中心の支持点５ａよりも水平方向下方に位置するように、偏析制御板５が傾斜した状態を、角度θはゼロ（０）より大きい（θ＞０）と定義する。偏析制御板５の傾斜が逆の場合は、θ＜０である。偏析制御板５は、その形状がダンパー状であり、偏心型炉頂ホッパー２の横断面積の５０～９０％の面積を有している。

装入ベルトコンベア８を介して、鉱石１１及び小塊コークス１２を、ベルレス高炉２０の同一の偏心型炉頂ホッパー２へ同一バッチ内において投入する形態は、（Ａ）装入ベルトコンベア上で鉱石が輸送されている期間に小塊コークスを切り出す形態、（Ｂ）装入ベルトコンベア上で鉱石が輸送されていない期間に小塊コークスを切り出す形態、の２通りが考えられる。図１は、装入ベルトコンベア上で鉱石が輸送されている期間に小塊コークスを切り出す形態（Ａ）を示した概略図である。

それぞれの形態において、鉱石に混合する小塊コークスを増やしても通気性を損なわない炉内の装入物の分布を形成するための本発明に係る原料装入方法は、下記のとおりである。

＜形態（Ａ）の場合＞
装入ベルトコンベア８によって鉱石を主体とする部分が最初に搬送され、その後に、小塊コークスと鉱石とが混合した部分が搬送される場合には、図２（Ａ）に示すように、先ず、偏析制御板５の角度θを０より大きく（θ＞０）する。即ち、偏析制御板５の角度θを、装入ベルトコンベア８から投入される鉱石が偏心型炉頂ホッパー２の排出口６に近い位置（排出口側の位置）に堆積するような傾斜角度として、鉱石を偏心型炉頂ホッパー２の排出口側に堆積させる。その後、小塊コークスと鉱石との混合した部分が搬送される時には、図２（Ｂ）に示すように、偏析制御板５の角度θを０より小さく（θ＜０）する。即ち、装入ベルトコンベア８から投入される小塊コークス及び鉱石を排出口６から遠い位置に堆積させるように、偏析制御板５の角度θを調整して、偏心型炉頂ホッパー２へ投入し、小塊コークスを、偏心型炉頂ホッパー内において最後に排出される位置へ偏析させる。ここで、図２は、鉱石を主体とする部分が最初に搬送され、その後に、小塊コークスと鉱石とが混合した部分が搬送される条件下における、偏析制御板５の角度θの調整方法を示す概略図である。

このように偏析挙動が調整された高炉装入原料を偏心型炉頂ホッパー２から排出し、排出される高炉装入原料を旋回シュート３によってベルレス高炉内に装入する際には、高炉の径方向において中心から外周へ向けて装入（逆傾動装入）する。逆傾動装入することで、鉱石を主体とする部分が高炉の中心側に装入され、小塊コークスを含む部分が高炉の外周側に装入される。

図２中の丸数字は、偏心型炉頂ホッパー２に装入された高炉装入原料の偏心型炉頂ホッパー２からの排出順を示す。偏心型炉頂ホッパー内に貯留された高炉装入原料が偏心型炉頂ホッパー２から排出される際には、排出口６の直上方向に存在する高炉装入原料の流下速度が速く、排出口６から水平方向の距離が大きいほど流下速度が遅くなる。つまり、図２において、小塊コークスの堆積位置は、偏心型炉頂ホッパー内において最後に排出される位置に制御されている。

または、上記とは逆に、装入ベルトコンベア８によって小塊コークスと鉱石とが混合した部分が最初に搬送され、その後に、鉱石を主体とする部分が搬送される場合には、小塊コークスと鉱石とが混合した部分を偏析制御板５の角度θ＞０とする。即ち、排出口６の側に堆積させるように偏析制御板５の角度θを調整して偏心型炉頂ホッパー２へ投入する。その後、鉱石を主体とする部分を偏析制御板５の角度θ＜０とする。即ち、排出口６から遠い位置に堆積させるように偏析制御板５の角度θを調整して偏心型炉頂ホッパー２へ投入し、小塊コークスを、偏心型炉頂ホッパー内で初期に排出される位置へ偏析させる。

この場合、偏心型炉頂ホッパー２から排出される高炉装入原料を旋回シュート３によってベルレス高炉内に装入する際には、高炉の径方向において外周から中心へ向けて装入（順傾動装入）する。順傾動装入することで、小塊コークスを含む部分が高炉の外周側に装入される。

＜形態（Ｂ）の場合＞
先ず、小塊コークスのみを偏心型炉頂ホッパー２へ投入し、その後、鉱石を偏心型炉頂ホッパー２へ投入し、偏心型炉頂ホッパー内で最初に排出される位置へ小塊コークスを偏析させ、この小塊コークスの上方に鉱石を堆積させる。この場合は、小塊コークスの偏心型炉頂ホッパー２への投入時は、小塊コークスを排出口６の側に堆積させるように、偏析制御板５の角度θ＞０とする。そして、鉱石の偏心型炉頂ホッパー２への投入時は、鉱石を排出口６から遠い位置に堆積させるように、偏析制御板５の角度θ＜０とする。

このように偏析させた場合には、偏心型炉頂ホッパー２から排出される高炉装入原料を旋回シュート３によってベルレス高炉２０に装入する際には、高炉の径方向において外周から中心へ向けて装入（順傾動装入）する。順傾動装入することで、小塊コークスが高炉の外周側に装入される。

または、先ず、鉱石のみを偏心型炉頂ホッパー２へ投入し、その後、小塊コークスを偏心型炉頂ホッパー２へ投入し、偏心型炉頂ホッパー内で最初に排出される位置へ鉱石を偏析させ、この鉱石の上方に小塊コークスを堆積させる。この場合は、鉱石の偏心型炉頂ホッパー２への投入時は、鉱石を排出口６の側に堆積させるように、偏析制御板５の角度θ＞０とする。そして、小塊コークスの偏心型炉頂ホッパー２への投入時は、小塊コークスを排出口６から遠い位置に堆積させるように、偏析制御板５の角度θ＜０とする。

このように偏析させた場合には、偏心型炉頂ホッパー２から排出される高炉装入原料を旋回シュート３によってベルレス高炉２０に装入する際には、高炉の径方向において中心から外周へ向けて装入（逆傾動装入）する。逆傾動装入することで、小塊コークスが高炉の外周側に装入される。

以上説明したように、本発明によれば、小塊コークスをベルレス高炉２０の外周側に偏析させることができ、鉱石に混合する小塊コークスを増やしても、ベルレス高炉の炉心下部の塊コークス充填層の空隙率の悪化が抑制され、安定した操業が可能となる。

鉱石と小塊コークスとを同一のバッチでベルレス高炉の同一偏心型炉頂ホッパーに投入し、投入した鉱石及び小塊コークスを、旋回シュートを介してベルレス高炉に装入した。その際に、小塊コークスをベルレス高炉内の外周側に偏析させるために、擬似偏心型炉頂ホッパーに設置した偏析制御板の角度θを調整した。そして、鉱石及び小塊コークスを擬似偏心型炉頂ホッパー内に投入し、擬似偏心型炉頂ホッパー内の小塊コークスの偏析挙動を調査する実験を、試験装置を用いて行った。実験方法は以下のとおりである。

＜試験装置＞
図３は、偏析制御板５を有する偏心型炉頂ホッパー２内における高炉装入原料の偏析状態を調査するための試験装置の概略図である。図３に示すように、模擬装入ベルトコンベア２２のベルト上に、鉱石ホッパー９に収納された鉱石１１及び小塊コークスホッパー１０に収納された小塊コークス１２を排出した。そして、模擬装入ベルトコンベア２２のベルト上の鉱石１１及び小塊コークス１２を擬似偏心型炉頂ホッパー２１に投入可能な試験装置を使用した。擬似偏心型炉頂ホッパー２１の内部には、角度θを変更できる偏析制御板５が設置されている。

擬似偏心型炉頂ホッパー２１の下方には、ローラーコンベア２４及びベルトコンベア２５を配置し、また、ローラーコンベア２４及びベルトコンベア２５の上を移動可能なサンプリングボックス２６を配置した。サンプリングボックス２６は、移動しながら、擬似偏心型炉頂ホッパー２１の排出口２３から排出される鉱石１１及び小塊コークス１２を回収するように構成されている。

＜実験方法＞
先ず、鉱石１１を模擬装入ベルトコンベア２２のベルト上に鉱石ホッパー９から切り出し、その後、小塊コークス１２を模擬装入ベルトコンベア２２のベルト上に小塊コークスホッパー１０から切り出した。そして、切り出された鉱石１１及び小塊コークス１２を擬似偏心型炉頂ホッパー２１に投入した。鉱石１１及び小塊コークス１２を擬似偏心型炉頂ホッパー２１に投入する際に、偏析制御板５の角度θを、図４に示すように、パターン１～３の３種類に変更した。

パターン１では、鉱石１１の投入時及び小塊コークス１２の投入時ともに、角度θを０より小さくした（θ＜０）。パターン２では、鉱石１１の投入時及び小塊コークス１２の投入時ともに、角度θを０より大きくした（θ＞０）。パターン３では、鉱石１１の投入時には角度θを０より大きくし（θ＞０）、小塊コークス１２の投入時には角度θを０より小さくした（θ＜０）。

より具体的に、パターン１では、鉱石１１の投入時に－８０度＜θ＜－１０度とし、小塊コークス１２の投入時にも－８０度＜θ＜－１０度とした。パターン２では、鉱石１１の投入時に１０度＜θ＜８０度とし、小塊コークス１２の投入時にも１０度＜θ＜８０度とした。パターン３では、鉱石１１の投入時に１０度＜θ＜８０度とし、小塊コークス１２の投入時には－８０度＜θ＜－１０度とした。

パターン１～３において、鉱石の投入時及び小塊コークスの投入時に角度θを変更し、実際に以下に示すＣａｓｅ１～７の条件で、擬似偏心型炉頂ホッパー内の小塊コークスの偏析挙動を調査した。

偏析制御板の角度θの調整条件
Ｃａｓｅ１（パターン２）；偏析制御板の角度θ：５５°（鉱石）→５５°（小塊コークス）
Ｃａｓｅ２（パターン３）；偏析制御板の角度θ：５５°（鉱石）→－２５°（小塊コークス）
Ｃａｓｅ３（パターン１）；偏析制御板の角度θ：－２５°（鉱石）→－１０°（小塊コークス）
Ｃａｓｅ４（パターン２）；偏析制御板の角度θ：５５°（鉱石）→７０°（小塊コークス）
Ｃａｓｅ５（パターン１）；偏析制御板の角度θ：－２５°（鉱石）→－２５°（小塊コークス）
Ｃａｓｅ６（パターン１）；偏析制御板の角度θ：－３５°（鉱石）→－２５°（小塊コークス）
Ｃａｓｅ７（パターン１）；偏析制御板の角度θ：－２５°（鉱石）→－２０°（小塊コークス）
擬似偏心型炉頂ホッパー２１に鉱石１１及び小塊コークス１２を投入した後、排出口２３を開いて擬似偏心型炉頂ホッパー２１から鉱石１１及び小塊コークス１２を排出した。

排出口２３からの排出と同時に、ローラーコンベア２４及びベルトコンベア２５を起動させた。そして、サンプリングボックス２６で排出口２３から排出される鉱石１１及び小塊コークス１２からなる原料を回収し、回収した原料中の小塊コークス１２の質量割合の経時変化を調査した。

各サンプリングボックス２６で回収した各原料サンプルを、比重分離によって鉱石１１と小塊コークス１２とに分離し、質量測定を行って小塊コークス１２の質量割合を算出した。

＜実験結果＞
実験結果を図５～７に示す。図５は、パターン１のＣａｓｅ３、Ｃａｓｅ５、Ｃａｓｅ６、Ｃａｓｅ７の試験結果を示す図で、図６は、パターン２のＣａｓｅ１、Ｃａｓｅ４の試験結果を示す図で、図７は、パターン３のＣａｓｅ２の試験結果を示す図である。図５～７は、小塊コークスの質量割合から算出された「小塊コークスの累積排出割合（質量％）」を縦軸とし、鉱石と小塊コークスとの総排出量としての「積算排出割合（質量％）」を横軸として示す。

鉱石投入時の偏析制御板５の角度θが０より大きい場合（θ＞０）に比較して、角度θが０より小さい場合（θ＜０）には、擬似偏心型炉頂ホッパー内の初期排出側（高炉中心側）の小塊コークス層厚が厚く鉱石層厚が薄い結果となった。このため、高炉への装入の初期に小塊コークスが排出する傾向があった。

パターン１であるＣａｓｅ３、５、６、７では、図５に示すように、初期での小塊コークスの排出量が多いこと、及び、偏析制御板の角度θを変化させても、排出挙動の変化が少ないことがわかった。つまり、パターン１は、初期での小塊コークスの排出量が多いことから、旋回シュートを用いて順傾動装入で高炉内に装入することで、小塊コークスをベルレス高炉の外周側に偏析できることがわかった。

パターン２であるＣａｓｅ１、４では、図６に示すように、中期での小塊コークスの排出量が多いこと、及び、偏析制御板の角度θを変化させても、排出挙動の変化が少ないことがわかった。つまり、パターン２は、小塊コークスをベルレス高炉の外周側に偏析させる場合には適切でないことがわかった。

パターン３であるＣａｓｅ２では、図７に示すように、末期に集中して小塊コークスが排出されることがわかった。つまり、小塊コークスをベルレス高炉の外周側に偏析させる場合には、パターン３で鉱石及び小塊コークスを偏心型炉頂ホッパーに投入し、偏心型炉頂ホッパーから排出される高炉装入原料を、旋回シュートを用いて逆傾動装入で高炉内に装入することが最適であることがわかった。

また、図７に示す通り、小塊コークスの累積排出割合は、積算排出割合が８０質量％の時点で２０質量％未満の値となっているものの、積算排出割合が１００質量％の時点では１００質量％の値となっている。つまり、パターン３であるＣａｓｅ２においては、小塊コークスの８０質量％以上が積算排出割合８０質量％以上の範囲で排出されることとなり、小塊コークスの集中的なベルレス高炉の外周側への偏析が可能であることが確認できた。このため、小塊コークスの鉱石への混合量が増加しても、高炉内に適切な偏析状態で鉱石及び小塊コークスを装入できることが確認できた。

１ 原料装入装置
２ 偏心型炉頂ホッパー
３ 旋回シュート
４ ピン
５ 偏析制御板
６ 排出口
７ ゲート
８ 装入ベルトコンベア
９ 鉱石ホッパー
１０ 小塊コークスホッパー
１１ 鉱石
１２ 小塊コークス
２０ ベルレス高炉
２１ 擬似偏心型炉頂ホッパー
２２ 模擬装入ベルトコンベア
２３ 排出口
２４ ローラーコンベア
２５ ベルトコンベア
２６ サンプリングボックス

Claims (12)

1. 装入ベルトコンベア、偏心型炉頂ホッパー及び旋回シュートを有するベルレス高炉の原料装入装置であって、
   前記偏心型炉頂ホッパーは、当該偏心型炉頂ホッパーの内部に偏析制御板を有し、
   前記偏析制御板は、前記装入ベルトコンベアを介して前記偏心型炉頂ホッパーに投入される高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する機能を備える、ベルレス高炉の原料装入装置。
2. 前記偏析制御板は、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を、前記偏心型炉頂ホッパーの排出口に近い位置と排出口から遠い位置とに切り替えることで、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する、請求項１に記載のベルレス高炉の原料装入装置。
3. 前記偏析制御板は、水平方向に対する角度を調整可能であり、角度を調整することで、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する、請求項１または請求項２に記載のベルレス高炉の原料装入装置。
4. 前記高炉装入原料が鉱石と小塊コークスとの混合原料であり、前記偏析制御板は、前記偏心型炉頂ホッパーに投入される混合原料のうちの小塊コークスを前記偏心型炉頂ホッパーの排出口から遠い位置に偏析させる機能を備えるとともに、前記旋回シュートは、旋回しながら高炉の中心から外周に向かう逆傾動装入の機能を備える、請求項１または請求項２に記載のベルレス高炉の原料装入装置。
5. 前記高炉装入原料が鉱石と小塊コークスとの混合原料であり、前記偏析制御板は、前記偏心型炉頂ホッパーに投入される混合原料のうちの小塊コークスを前記偏心型炉頂ホッパーの排出口から遠い位置に偏析させる機能を備えるとともに、前記旋回シュートは、旋回しながら高炉の中心から外周に向かう逆傾動装入の機能を備える、請求項３に記載のベルレス高炉の原料装入装置。
6. 装入ベルトコンベアによって輸送された高炉装入原料を偏心型炉頂ホッパーに一時貯留し、一時貯留した前記高炉装入原料を前記偏心型炉頂ホッパーから排出し、排出される前記高炉装入原料を旋回シュートによって高炉内に装入するベルレス高炉の原料装入方法であって、
   前記装入ベルトコンベアを介して前記偏心型炉頂ホッパーへ投入される前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を、前記偏心型炉頂ホッパーの内部に設置された偏析制御板を用いて制御し、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーの内部における偏析挙動を調整する、ベルレス高炉の原料装入方法。
7. 前記偏析制御板は、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を、前記偏心型炉頂ホッパーの排出口に近い位置と排出口から遠い位置とに切り替えることで、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する、請求項６に記載のベルレス高炉の原料装入方法。
8. 前記偏析制御板は、水平方向に対する角度を調整可能であり、角度を調整することで、前記高炉装入原料の前記偏心型炉頂ホッパーにおける堆積位置を制御する、請求項６または請求項７に記載のベルレス高炉の原料装入方法。
9. 同一バッチ内において異なる原料を前記高炉装入原料として同一の前記偏心型炉頂ホッパーに投入する際、前記偏析制御板を用いて前記原料の堆積位置を制御し、前記偏心型炉頂ホッパーの内部における前記原料の偏析挙動を調整する、請求項６または請求項７に記載のベルレス高炉の原料装入方法。
10. 同一バッチ内において異なる原料を前記高炉装入原料として同一の前記偏心型炉頂ホッパーに投入する際、前記偏析制御板を用いて前記原料の堆積位置を制御し、前記偏心型炉頂ホッパーの内部における前記原料の偏析挙動を調整する、請求項８に記載のベルレス高炉の原料装入方法。
11. 前記高炉装入原料が鉱石と小塊コークスとの混合原料であり、同一バッチ内において同一の前記偏心型炉頂ホッパーに投入された混合原料のうちの小塊コークスを前記偏心型炉頂ホッパーの排出口から遠い位置に偏析させ、前記旋回シュートを旋回しながら高炉の中心から外周に向かう逆傾動装入を行う、請求項９に記載のベルレス高炉の原料装入方法。
12. 前記高炉装入原料が鉱石と小塊コークスとの混合原料であり、同一バッチ内において同一の前記偏心型炉頂ホッパーに投入された混合原料のうちの小塊コークスを前記偏心型炉頂ホッパーの排出口から遠い位置に偏析させ、前記旋回シュートを旋回しながら高炉の中心から外周に向かう逆傾動装入を行う、請求項１０に記載のベルレス高炉の原料装入方法。

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