JP2770605B2

JP2770605B2 - ベルレス高炉における原料装入方法およびその装置

Info

Publication number: JP2770605B2
Application number: JP3174919A
Authority: JP
Inventors: 義久中村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2013-07-02
Also published as: JPH0525515A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ベルレス高炉におけ
る原料装入方法およびその装置、詳しくは、炉頂に原料
ホッパーが上、下２段に配置された単ポート式センター
フィード型ベルレス炉頂装入装置を有するベルレス高炉
において、炉内に装入される原料の粒径の経時変化を制
御することができる原料装入方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高炉内に原料を装入するに際し、大ベ
ル、小ベルの開閉により装入する方法に代わり、近年、
大ベルや小ベルを用いず、旋回、傾動が可能な分配シュ
ートを介して装入物を炉内に分配する、いわゆるベルレ
ス炉頂装入装置が多く採用されるようになってきた。こ
のベルレス炉頂装入装置には、炉頂バンカーが並列に設
置された「並列ホッパー型」の装置と、原料ホッパーが
上、下２段に設置された、いわゆる「センターフィード
型」の装置とがあり、最近では、後者のセンターフィー
ド型の装置が採用される傾向にある。

【０００３】図１は単ポートセンターフィード型ベルレ
ス炉頂装入装置の一例の構成を示す図であるが、この図
に示すように、装入コンベア１により炉頂部へ搬送され
た原料は上段ホッパー２に装入され、さらに、上段ホッ
パー２からその底部に設けられた上部ゲート３を経て下
段ホッパー５へ装入される。次いで、原料コントロール
ゲート６を経て下段ホッパー５から排出された原料は、
分配シュート用駆動装置８により旋回、傾動する分配シ
ュート９を介して炉内に装入される。

【０００４】このセンターフィード型の装置は、並列ホ
ッパー型の装置に比べて構造的に簡素で、設備投資額が
安く、装入物を炉内の円周方向にほぼ均一に分配できる
という機能上の利点がある。

【０００５】しかしながら、図１に示した単ポートセン
ターフィード型ベルレス炉頂装入装置は、以下に述べる
ように、その構造に起因する問題点を有している。

【０００６】図２は、従来の単ポート式センターフィー
ド型ベルレス炉頂装入装置の上段および下段ホッパーに
おける原料の排出挙動を示す模式図である。この図にお
いて、装入コンベア等で上段ホッパー２へ装入される原
料10a はホッパー内の円錐状の原料堆積面で自然に分級
され、装入位置、すなわちホッパーの中央部には粒径の
小さい原料を主体とする細粒Ａ、側壁の周辺部には粒径
の大きい原料を主体とする粗粒Ｃ、それら細粒Ａと粗粒
Ｃの間には中粒Ｂが堆積する。次いで、上段ホッパー２
の上部ゲート３を“開”にしてホッパー２内の原料12を
下段ホッパー５内へ排出する際の原料10b の排出挙動
は、ホッパー中心部の原料が先に排出口から排出され、
周辺部の原料が後に排出されるいわゆるファンネルフロ
ー（漏斗状流れ）型の挙動を示し、排出初期には細粒Ａ
が、次いで中粒Ｂが、そして排出末期には粗粒Ｃが排出
される。

【０００７】図３はこの上段ホッパー２からの原料排出
時の粒径の経時変化を模式的に示す図であるが、原料の
排出が細粒Ａ、中粒Ｂ、粗粒Ｃの順に行われるので、粒
径の経時変化は「単調増加パターン」となる。この傾向
は、コークスに比べ粒度分布範囲が大きい焼結鉱におい
て顕著に現れる。なお、図３の横軸は原料12の排出開始
から終了までを1.0 とし、縦軸は排出粒子の粒径を全平
均粒子径で割った相対粒度を示し、無次元数で表したも
のである。

【０００８】上記の上段ホッパー２からの原料12の排出
は、上部ゲート３を全開にした状態で短時間（焼結鉱で
６〜７Ｔ/sec）に行われるため、下段ホッパー５内に原
料12が堆積する際には、上段ホッパー２で生じたような
原料堆積時の分級（中心部：細粒、側壁部：粗粒）が充
分なされず、図２に示すように、排出順に堆積し、最下
層に細粒Ａ′、その上に中粒Ｂ′、最上層に粗粒Ｃ′が
円錐状の堆積面を形成して堆積する。

【０００９】下段ホッパー５から原料コントロールゲー
ト６を経て炉内に装入される原料１０ｃの排出挙動は、
前記の上段ホッパー２からの排出挙動と同様にファンネ
ルフロー型の挙動を示す。すなわち、排出初期には原料
コントロールゲート６の直上のホッパー中心部の原料ａ
が排出され、次いで、それに隣接する部分の原料ｂが、
最後に側壁部周辺の原料ｃが排出される。

【００１０】図４はこの原料排出時の粒径の経時変化を
模式的に示す図で、排出初期に粗粒ピークが現れ、排出
中期以降、漸次粗粒から細粒となり、排出末期にはホッ
パー５の周辺側壁部に残っている粗粒が排出されるので
やや粒径が大きくなる。この傾向は、前記と同様に焼結
鉱において強く現れる。コークスについては粒径の経時
変化が少なく、やや平坦な「フラットパターン」とな
る。なお、図４において、横軸と縦軸は図３の場合と同
様に定めたものである。

【００１１】このように、下段ホッパー５から分配シュ
ート９を介して炉内へ装入される原料は、排出初期には
粗粒が多く、漸次、粗粒から細粒に変わるので、分配シ
ュート９を炉内壁側から炉芯側に向かって旋回、傾動さ
せて装入物の分布制御を行う内振り分配方式では、図５
（ｂ）に示すように、炉内壁側に粗粒11b 、炉芯側に
細粒11a が装入され、半径方向に粒度偏析が生ずる。炉
内装入物11の通気性は主としてその平均粒度ならびに粒
度分布により決まり、ガス流分布は炉内装入物11の層厚
分布ならびに半径方向の粒度偏析によって影響を受ける
ので、図５(b) に示したような半径方向における粒度偏
析が生じている場合には、炉内壁側のガスの流れが強く
なり、炉芯部におけるガスの流れ（炉芯流）が不安定化
し、吹き抜け等を誘発しやすい不安定な炉況となって、
高炉の安定操業を行う上で大きな制約となっている。

【００１２】上記の問題点を解消するために、粒径の異
なる原料を予め分別して炉内に装入し（粒度別装入）、
半径方向における粒度分布の調整を行う方法が提案され
ている (特公昭55−16203 号公報）。しかし、この方法
においては、次のような問題点がある。すなわち、 (1) 原料を粒度別に分別して装入するため１チャージの
装入時間が長くなり、高炉の生産性を向上させようとし
ても、それに追随できない場合が生ずる。また、ホッパ
ーの均圧、排圧回数が多くなるので、それに要するガス
（N₂ガス) の使用量が増加する。

【００１３】(2) 粒径の異なる原料を予め確保するため
には、篩分け設備や、これらの装入物を個別に貯蔵する
ための設備も必要であり、設備費が嵩む。

【００１４】また、前記の下段ホッパー５からの原料排
出の初期における粗粒の排出を抑制する方法として、上
段ホッパー２から下段ホッパー５への原料排出速度を小
さくし、下段ホッパー５内で堆積原料の自然分級（中心
部：細粒、側壁部：粗粒）を行わせ、下段ホッパー５か
ら排出される原料の粒径の経時パターンを上段ホッパー
２から排出される原料の粒径の経時パターンと同様に
「単調増加パターン」とする方法もある。しかし、この
方法では原料の排出時間が長くなるので、炉頂タイムス
ケジュールの延長につながり、高炉の生産性の増大に対
応できない場合が生ずる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記のよ
うな問題点を解決するためになされたもので、下段ホッ
パー５内に仕切壁を設置し、上段ホッパー２内の原料堆
積面で自然に行われる分級および上段ホッパー２からの
原料の排出特性を利用して下段ホッパー５に装入される
原料を粒度別に分別し、下段ホッパー５からの原料の排
出特性を改善して、炉内の半径方向における原料の粒度
分布を的確に制御し得る原料装入方法およびそのための
装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の要旨は、下記
のベルレス高炉における原料装入方法、および下記
の原料装入装置、にある。

【００１７】原料ホッパーが上、下２段に配置され
た単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置
により原料を炉内に装入するに際し、先ず、下段ホッパ
ー内に設けられた、このホッパーの軸芯と同じ軸芯を有
し、上部が上側に開口を有する円錐形の筒形状（以下、
これを円錐形状という）をなし、それに連結する下部が
円筒形状をなす仕切壁で仕切られた中央部の空所に、上
段ホッパーから原料を装入し、次いで、中央部空所から
原料を溢流させて中央部空所とホッパー内壁との間のリ
ング状空所に原料を装入、充填して下段ホッパー内に原
料を装入した後、下段ホッパー底部のゲートを“開”に
して、中央部空所の原料を排出し、次いで、リング状空
所の原料を下段ホッパーの下方部の斜面と前記の仕切壁
の下端との間の環状の間隙部を通過させて排出して原料
を炉内に装入することを特徴とするベルレス高炉におけ
る原料装入方法。

【００１８】原料ホッパーが上、下２段に配置され
た単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置
の下段ホッパー内に、このホッパーの軸芯と同じ軸芯を
有し、上部が上側に開口を有する円錐形の筒形状をな
し、それに連結する下部が円筒形状をなす仕切壁が、こ
の仕切壁の下端と、ホッパーの下方部の斜面との間に原
料排出時に原料が通過できる環状の間隙部を有するよう
に設けられていることを特徴とするベルレス高炉におけ
る原料装入装置。

【００１９】の装置において、上部が上側に開口を有
する円錐形の筒形状をなし、それに連結する下部が円筒
形状をなす仕切壁で仕切られた中央部の空所の中心部の
最下部に、原料排出時に原料が通過できる複数個の開孔
が設けられた原料反発板、もしくは前記仕切壁との間に
環状の間隙部を有し、その大きさを調整することの可能
な原料反発板（ストーンボックス）を設けると、原料排
出特性の改善をさらに容易に行うことができる。

【００２０】

【作用】以下に、上記の構成を有する本発明の原料装入
装置の具体例とその作用効果、ならびにこの装置を用い
て行う本発明方法について説明する。

【００２１】図６は、本発明の原料装入装置の一例の構
成を示す縦断面概略図である。この図において、下段ホ
ッパー５の上部にはこのホッパー５を均、排圧して炉内
に原料を装入できるようにするための上部シール弁４
が、また、下部には炉内へ装入する原料の流量を調整す
る原料コントロールゲート６および下部シール弁７が設
置されている。この下段ホッパー５内に、円筒支持ビー
ム14および支持ビーム用ブラケット15が取りつけられ、
この円筒支持ビーム14に、ホッパー５の軸芯と同じ軸芯
を有する中空円筒形状仕切壁13b と、その仕切壁13b の
上部に連結された上側に開口を有する円錐形状仕切壁13
a とが取り付けられている。この仕切壁13b の下端とホ
ッパー５の下方部の斜面との間には原料が通過できる程
度の環状の間隙部が確保されている。この例では、仕切
壁13b で仕切られた中央部空所の中心部の最下部に、原
料反発板16が設けられている。

【００２２】図７は図６に示した原料装入装置の一部の
拡大縦断面図、図８は図７のＩ−Ｉ矢視断面図である。
これらの図において、円錐形状および円筒形状の仕切壁
13aおよび13b がホッパー５内に取り付けられており、
この円筒形状仕切壁13b により円筒状およびリング状の
空所イおよびロが形成されている。また、円筒形状仕切
壁13b の下端とホッパー５の下方部の斜面（ホッパー５
の円錐面5a）との間には、空所ロに装入される原料が通
過できるような間隙S₂が設けられている。原料反発板16
は仕切壁13b に固定することが可能な原料反発板取付座
17に取り付けられるが、この図では、仕切壁13b との間
に、空所イに充填される原料が通過できるような環状の
間隙S₁が設けられた状態で仕切壁13b の最下部に取りつ
けられた場合を示している。

【００２３】円錐形状仕切壁13a の上側に設けられる開
口の直径は原料流束（図７の破線Ｍ）の直径よりも大き
くとり、円錐の傾斜面の勾配、すなわち円錐の底面と傾
斜面とがなす角θは、装入される原料の安息角よりも大
きくする。これによって、上部ゲート３から排出される
原料は仕切壁13a に遮られることなく円筒状の中央部空
所イに装入され、また、空所イを溢流 (オーバーフロ
ー) した原料は仕切壁13a の外側にとどまることなくリ
ング状の空所ロに装入されるので、空所イの上部に上段
ホッパー２からの排出末期の粗粒が堆積することは極め
て少なくなる。

【００２４】また、原料反発板としては、後述するよう
に、空所イに充填される原料が通過できる複数個の開孔
S₃を設けた反発板16′を用いてもよい（図９参照）。

【００２５】図６〜図８には、円錐形状仕切壁と円筒形
状仕切壁を配設した原料装入装置例を示したが、仕切壁
は、例えば８〜32の多角面形状にしてもよく、実用上は
多角面形状の方が好適である。これは、仕切壁が上段ホ
ッパーからの装入原料により衝撃をうけ、原料流下時に
摩耗するので、耐摩耗性ライナーを取付ける必要がある
が、通常、平板状のライナーを使用するので、多角面形
状の仕切壁の方が取り付けが容易なためである。

【００２６】前記の間隙S₁およびS₂は装入原料の粒径に
見合った大きさにすることが必要で、それぞれ、空所イ
およびロに充填される原料の最大粒径（通常、コークス
が最大粒径を有する）の約６倍以上の寸法を確保すれば
原料の安定した排出が可能である。この間隙は、大きす
ぎると原料排出時に、後述するような順序のよい排出が
行われず、また、小さすぎると棚吊りが生じ、閉塞のお
それがある。

【００２７】円筒形状仕切壁13b の大きさは、その仕切
壁で仕切られて形成される空所イおよびロに上段ホッパ
ー２から装入される原料が容量でほぼ1/2づつ収納され
るように定めればよい。

【００２８】上記の原料装入装置を用いて本発明方法を
実施する際の手順、ならびにその時の下段ホッパー内原
料の挙動について、図10および図６に基づき説明する。

【００２９】まず、下段ホッパー５への原料装入時にお
いては、ホッパー５の底部の原料コントロールゲート６
を“閉”とし、上部シール弁４を“開”にしてから上部
ゲート３を全開にする。上段ホッパー２の原料は、前記
の図２で述べたように、初期には細粒Ａ、次いで中粒
Ｂ、末期には粗粒Ｃの順で排出されるので、最初は細粒
Ａが下段ホッパー５内の円筒形状仕切壁13b で囲まれた
空所イに装入される（図10の(a) 参照）。次いで、中粒
Ｂが上段ホッパー２から排出され、下段ホッパー５の空
所イの上方部を満たし、さらに空所イをオーバーフロー
して空所イに隣接するリング状の空所ロに徐々に堆積し
（図10の(b) ）、そして、装入末期においては、上段ホ
ッパー２から排出される粗粒Ｃが下段ホッパー５の空所
イをオーバーフローして、空所ロの上方部に堆積する
（図10の(c) ）。

【００３０】次に、下段ホッパー５からの原料排出時に
は、下段ホッパー５の原料コントロールゲート６を
“開”にすると、その開孔直上部にある空所イ内の細粒
Ａが原料反発板16と仕切壁13b の間隙を通り、排出口の
近くに堆積している原料が下層から順に排出される、い
わゆるマスフローとなって優先的に排出される（図10の
(d) ）。細粒Ａの排出が完了し、排出の中期において
は、空所イの上部に堆積している中粒Ｂが原料反発板16
と仕切壁13b の間隙を通り、マスフローとなって排出さ
れた後、リング状の空所ロの下部に堆積していた粗粒に
近い中粒がファンネルフローとなって間隙S₂（図７参
照）を通過して排出される（図10の(e) ）。排出の末期
には、リング状の空所ロに堆積している粗粒Ｃを主体と
する原料がホッパー面 5a に沿って間隙S₂を通過して排
出される（図10の(f) ）。

【００３１】図11は上記の下段ホッパー５からの原料排
出時の粒径の経時変化を模式的に示す図であるが、排出
の初期には細粒、次いで中粒、最後に粗粒が排出される
ので、前記の図３に示した場合と同様の「単調増加パタ
ーン」となる。なお、図11における横軸と縦軸は図３の
場合と同様に定めたものである。

【００３２】前記の円筒形状仕切壁13a により形成され
る空所イの中央部に原料反発板16あるいは16′を設置す
るのが望ましいのは、下記のような効果が認められるか
らである。

【００３３】原料反発板を設置する本来の目的は、上段
ホッパー２からの装入原料が下段ホッパー５内に落下す
る際、下段ホッパー５の底部に設けられている下部排出
孔５b および原料コントロールゲート６の内側面を直撃
して、その部位を損耗するのを防止することにある。し
かし、本発明の原料装入装置では、図７および図８に示
した原料反発板16を用いる場合は、その大きさを調整で
きるように構成されているので、上記のような装入原料
の落下に伴う損傷の防止に加え、装入原料が反発板16と
仕切壁13b との隙間を流下する際の流量を調整し、各空
所イおよびロに堆積する原料の粒径配分を調整すること
も可能になる。

【００３４】例えば、この原料反発板16を大きくして、
反発板16と仕切壁13b との隙間を狭くし、原料の流下量
を抑制することにより、原料のオーバーフローを早め
て、隣接するリング状空所ロへの原料配分を多くするこ
とが可能である。

【００３５】原料反発板16の取付位置は、円筒形状仕切
壁13b の中央部の最下部、すなわち、図７に示した位置
に取り付けるのが好ましい。この位置に取り付けること
により、空所イ内の原料（主として細粒および中粒）を
排出する際のマスフロー化が強化されホッパー内の原料
12を細粒→中粒の順に排出する順序排出が容易になる。
なお、この時、原料12の堆積稜線の中央頂部が上部シー
ル弁４の開軌跡の範囲内に入らないように注意すること
が必要である。

【００３６】また、図９に示した原料反発板16′を用い
る場合は、上述の原料反発板16を用いる場合にみられる
反発板16上における原料の滞留を減少させることができ
る。

【００３７】すなわち、原料反発板16と仕切壁13b との
間の環状の間隙S₁を通過させて原料を排出する場合、排
出完了後に原料反発板16の上側に原料の安息角に相当す
る円錐状の原料滞留が生じてホッパー５の有効容積を減
少させることになるが、図９の複数個の開孔S₃を設けた
原料反発板16′を使用すれば、上記の原料反発板16上の
原料滞留量を減少させ、ホッパー５の有効容積を最大限
に活用することができる。

【００３８】開孔S₃の大きさは前述のS₁およびS₂と同じ
考え方に基づいて定めればよく、空所イに充填される原
料の最大粒径の約６倍以上の寸法を確保すれば原料の安
定した排出が可能である。開孔S₃の数は、原料反発板1
6′の上に原料が極力滞留しないようにするために、開
孔寸法S₃に相当する距離を離して多数設けた方がよい。

【００３９】なお、上記の原料反発板16′を用いる場合
も、原料反発板16を用いる場合と同様に、円筒形状仕切
壁13b の最下部に設置することにより中央部空所イの下
部で原料の排出が抑制され、空所イ内の原料（主として
細粒および中粒）を排出する際のマスフロー化が強化さ
れる。

【００４０】以上述べたように、本発明の原料装入方法
を適用すれば、下段ホッパーから炉内への原料の装入が
内振り方式により炉内壁側から炉芯側に向かって旋回、
傾動する分配シュートを介して行われるので、図５(a)
に示すように、炉内壁側に細粒11a 、炉芯側に粗粒11b
の原料が装入されることとなり、高炉内のガスの流れが
安定化する。

【００４１】

【発明の効果】炉頂に原料ホッパーが上、下２段に配置
された単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入
装置を有するベルレス高炉において、本発明方法を適用
して炉内に原料を装入することにより、炉内の半径方向
における粒度分布を的確に制御することができる。すな
わち、下段ホッパーから排出される原料の粒径は「単調
増加パターン」となるので、内振り方式で原料を炉内に
装入すると、炉内壁側に細粒、炉芯側に粗粒の原料を堆
積させることができる。その結果、高炉内のガス流分布
を適正に制御することが可能となり、高炉の安定操業お
よび燃料比の低減という効果が得られる。このような粒
度分布の制御は、本発明の装置を用いれば、容易に行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装
入装置の一例の構成を示す概念図である。

【図２】単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装
入装置の上段および下段ホッパーにおける原料排出挙動
を示す模式図である。

【図３】上段ホッパーから排出される原料の粒径の経時
変化パターンを示す図である。

【図４】下段ホッパーから排出される原料の粒径の経時
変化パターンを示す図である。

【図５（ａ）】本発明方法を実施した時の炉内半径方向
における原料の粒度分布を模式的に示す図である。

【図５（ｂ）】従来の方法による場合の炉内半径方向に
おける原料の粒度分布を模式的に示す図である。

【図６】本発明の原料装入装置の一例を示す縦断面概略
図である。

【図７】本発明の原料装入装置の一例を示す図で、図６
の一部の拡大縦断面図である。

【図８】本発明の原料装入装置の一例を示す図で、図７
のＩ−Ｉ矢視断面図である。

【図９（ａ）】本発明の原料装入装置に取り付ける原料
反発板の他の例を示す拡大縦断面図である。

【図９（ｂ）】本発明の原料装入装置に取り付ける原料
反発板の他の例を示す図で、図９（ａ）のII−II矢視断
面図である。

【図１０】本発明方法を適用した場合の下段ホッパーに
おける原料の堆積および排出挙動示す模式図である。

【図１１】本発明方法を適用した場合の下段ホッパーか
ら排出される原料の粒径の経時変化パターンを示す図で
ある。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原料ホッパーが上、下２段に配置された単
ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置によ
り原料を炉内に装入するに際し、先ず、下段ホッパー内
に設けられた、このホッパーの軸芯と同じ軸芯を有し、
上部が上側に開口を有する円錐形の筒形状をなし、それ
に連結する下部が円筒形状をなす仕切壁で仕切られた中
央部の空所に、上段ホッパーから原料を装入し、次い
で、中央部空所から原料を溢流させて中央部空所とホッ
パー内壁との間のリング状空所に原料を装入、充填して
下段ホッパー内に原料を装入した後、下段ホッパー底部
のゲートを“開”にして、中央部空所の原料を排出し、
次いで、リング状空所の原料を下段ホッパーの下方部の
斜面と前記の仕切壁の下端との間の環状の間隙部を通過
させて排出して原料を炉内に装入することを特徴とする
ベルレス高炉における原料装入方法。
【請求項２】原料ホッパーが上、下２段に配置された単
ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置の下
段ホッパー内に、このホッパーの軸芯と同じ軸芯を有
し、上部が上側に開口を有する円錐形の筒形状をなし、
それに連結する下部が円筒形状をなす仕切壁が、この仕
切壁の下端と、ホッパーの下方部の斜面との間に原料排
出時に原料が通過できる環状の間隙部を有するように設
けられていることを特徴とするベルレス高炉における原
料装入装置。
【請求項３】上部が上側に開口を有する円錐形の筒形状
をなし、それに連結する下部が円筒形状をなす仕切壁で
仕切られた中央部の空所の中心部の最下部に、原料排出
時に原料が通過できる複数個の開孔が設けられた原料反
発板、もしくは、前記仕切壁との間に環状の間隙部を有
し、その大きさを調整することの可能な原料反発板が設
けられている請求項２に記載のベルレス高炉における原
料装入装置。