JP2782786B2 - ベルレス高炉の原料装入装置及び装入方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ベルレス高炉の原料装入装置及び該装入装
置を使用する装入方法に関するものであり、より詳細に
は高炉炉頂部に垂直方向かつ同軸に上下２個の原料バン
カーを有するベルレス高炉（以下「垂直２段バンカー式
ベルレス高炉」と称する）において、粒度及び／又は性
状の異なる／又は同じ原料を貯蔵する原料バンカーを前
記同軸の２個の原料バンカーとは別に設置し、当該原料
バンカーから排出される原料を下段バンカーではなく、
直接、分配シュートに垂直に供給することによって垂直
２段バンカー式ベルレス高炉の装入物分布を高精度に制
御し、かつ高炉の生産性を向上させることに関するもの
である。

（従来の技術） ベルレス高炉においては原料の炉内装入時間をベル式
高炉の10倍以上にし、かつ原料装入中に分配シュート角
度を任意に制御して原料の炉内装入位置を制御できるた
め、ベル式高炉よりも半径方向の装入物分布制御性に優
れている。このため最近の高炉の原料装入装置としてベ
ルレス装入装置が多く採用されている。しかし、炉頂に
設けた原料バンカーを並列横置きとする方法では、原料
バンカーから排出される原料は分配シュートに垂直に装
入されるのではなく、特定の円周方向に向けて装入され
るため円周方向によって原料の落下位置が異なり原料の
炉内円周方向偏差が大きくなることが明らかとなった。
この点に関しては例えば村井らの研究（製鉄研究、第32
5号、1987年、14頁）がある。その対策として炉頂に設
けた原料バンカーを垂直方向に上下２個直列に配置し
て、下段の原料バンカーから排出される原料を垂直に落
下させて分配シュートに装入し、原料の円周方向落下位
置を均一化して円周方向偏差を抑制する方法が採用され
始めてきた。

第４図に垂直２段バンカー式ベルレス高炉の原料装入
方法を示す。

装入ベルトコンベア１で高炉２の炉頂に搬送された原
料３は、旋回シュート４を介して上段の原料バンカー
（以下「上段バンカー」という）５内に装入される。そ
して上段バンカー５の底部に接続された複数個の排出口
６、６′、６″に設置してあるゲート弁７、７′、７″
を開操作して上段バンカー５内の原料を下段の原料バン
カー（以下「下段バンカー」という）８内に装入する。
しかして、高炉内の原料が降下して所定のレベルに到達
したら下段バンカー８の底部の中心部に連結された排出
口９に設置してあるゲート弁10を開操作して下段バンカ
ー８内の原料を垂直に落下させて分配シュート11に導
き、分配シュート11から高炉２の炉内に装入する。

（発明が解決しようとする課題） 上記したような垂直２段バンカー式ベルレス高炉にお
いては、次に詳述する原料装入に関する問題点があっ
た。

第１の問題点は、炉内半径方向の粒径分布に関するも
のである。

すなわち、分配シュートから炉内に装入される原料の
平均粒径が時間とともに減少するため、炉内では炉壁部
に粗粒原料が、一方炉中間部には細粒原料が装入され
る。

その原因について以下に詳述する。

上段バンカーの排出口は複数個あり、各排出口に設置
したゲート弁を同時に開操作する場合、上段バンカー内
の原料はバンカー底部に堆積した原料から順に排出され
て上層の原料に至り、いわゆるマスフローの状態を呈す
る。この結果、下段バンカー内の原料の堆積状態は上段
バンカー内の堆積状態とほぼ同一になる。従って、上段
バンカー内に設置した旋回シュートで原料を上段バンカ
ーの周辺部に装入する場合、上段バンカー内の堆積原料
の表面形状はＶ字形となり、上段バンカーヘの原料装入
時の分級によってバンカー中心部に粗粒が、一方バンカ
ー周辺部には細粒が堆積することになる。原料が上段バ
ンカーから下段バンカーに装入された後も、上述の理由
により下段バンカー内で中心部に粗粒が堆積し、周辺部
に細粒が堆積する。

この状態で、下段バンカー底部の中心部に連結したた
だ１個の排出口を開操作すると排出口の上に堆積してい
る粗粒が最初に下段バンカーから排出され炉内に装入さ
れる。次に下段バンカーの上部に堆積している原料から
下層に向けて順々に排出され、最後にバンカー底部の周
辺部に堆積していた細粒が排出される、いわゆるファネ
ルフロー（漏斗状流れ）を呈する。このため下段バンカ
ーから排出される原料の粒径の時間変化は第５図に示す
ように初期に粗粒が排出され、末期に細粒が排出される
パターンとなる。

従って、高炉炉内においては、炉壁部に粗粒が、中心
部には細粒が偏析して堆積するため、炉壁部に装入する
鉱石とコークスの重量比を従来のベルレス装入法と同一
にしても炉壁部の原料の平均粒径が大きく、炉壁部のガ
ス流量が過大になって炉壁熱負荷が増加したり、荷下が
りが不安定になって、燃料比の悪化が生じていた。さら
に原料の品質（例えば冷間強度）の変動によって原料の
粒度構成が変動するので、炉壁部に堆積する粗粒の量が
変動し、このため炉壁部を流れるガス量の変動を惹起し
て高炉操業を不安定にしていた。

第２の問題点は、炉内半径方向の原料性状分布に関す
るものである。

すなわち、例えば半径方向の融着帯形状を制御するた
めに塩基度の異なる焼結鉱を炉壁部に装入して半径方向
の塩基度分布を制御する場合、当該異塩基度焼結鉱のみ
を原料バンカーに貯蔵し、通常の塩基度の焼結鉱とは分
割して炉内に装入する必要があった。このため、一度に
炉内に装入する異塩基度焼結鉱が多量となり、焼結鉱の
高温性状が半径方向に過大に変化する結果、融着帯形状
が過大に変化し、高炉操業が不安定になる場合が多かっ
た。

第３の問題点は、炉内への原料装入時間に関するもの
である。

すなわち、垂直２段バンカー式ベルレス高炉において
は、原料の装入時間がかかり、銑鉄生産量を増加しよう
としても原料の装入が追い付かなかったり、スリップ発
生時に炉内原料堆積レベルの回復に長時間を要し、送風
量を減少せざるをえなくなって生産量の低下を余儀なく
されることである。

これは、従来の並列横置きバンカー式ベルレス高炉の
場合には、一方の原料バンカーから原料を排出して炉内
に原料を装入している間に、もう一方の原料バンカーに
次に炉内に装入する原料を装入することができるが、垂
直２段バンカー式ベルレス高炉の場合、下段バンカーか
ら原料を排出して炉内に原料を装入している間に、次に
炉内に装入する原料を下段バンカーに装入することがで
きない。このため垂直２段バンカー式ベルレス高炉にお
いては上段バンカーから下段バンカーへ原料を装入する
時間が余分にかかっているのである。なお、上段バンカ
ーから下段バンカーへの原料装入時間を短縮するため、
上段バンカーの排出口を複数個にしているが、これでも
まだ不十分であった。

本発明は上記問題点を解決できる垂直２段バンカー式
ベルレス高炉の原料装入装置及びこの装置を使用する装
入方法を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明においては、垂直２段バンカー式ベルレス高炉
の原料装入方法において、半径方向装入物分布の制御性
を向上し、かつ炉内への原料装入時間を短縮して高炉の
生産性を向上するため次の対策をとった。

第１に、同軸に上下に設置してある２個の原料バンカ
ーとは別に原料バンカーを設置し、装入ベルトコンベア
またはスキップから直接、当該原料バンカーに原料を装
入するのである。こうすることにより、下段バンカーか
ら原料の排出を完了後、当該原料バンカーから分配シュ
ートに原料を供給して炉内に原料を装入すれば、この間
に上段バンカーから下段バンカーに原料を供給すること
ができ、前記第３の問題点は解決できる。但し、当該原
料バンカーは上下２個の原料バンカーと同軸には設置で
きないので分配シュートから炉内に原料を装入する際円
周方向偏析を生じる。そこで当該原料バンカーから排出
された原料が分配シュートに垂直に供給されるように原
料を導くシュートを配設するのである。

第２に、上下に設置してある２個の原料バンカーとは
別に設置した原料バンカーからの原料排出時刻を目的に
応じて制御するのである。

第１の問題点である炉内半径方向の粒径分布に関する
問題点、すなわち分配シュートから炉内に装入される原
料の粒径が初期に粗粒、末期に細粒となることに対する
対策として同軸に設置された上下２段の原料バンカーに
供給する原料の粒径と、別の原料バンカーに供給する原
料の粒径とを変えるのである。

通常設置スペースの制約により、別に設置する原料バ
ンカーの容量が制約されるため原料装入量が少なく、か
つ粗粒の原料を中心部に装入するため別に設置する原料
バンカーに粗粒原料を供給し、上下２段の原料バンカー
には中間部および炉壁部に装入する粗粒以外の原料を供
給するのである。そして下段バンカーから先に原料を排
出して炉壁部・中間部に粗粒以外の原料を装入し、下段
バンカーからの原料排出が完了したら別に設置した原料
バンカーから原料を排出して中心部に粗粒原料を装入す
るのである。このように別に設置した原料バンカーに貯
蔵する原料の粒径、および当該原料を別に設置した原料
バンカーから排出する時刻を制御することによって半径
方向粒径分布を適切に制御することができる。

第２の問題点である炉内半径方向の原料性状分布の問
題点、すなわち半径方向原料性状が過大に変化すること
に対する対策として、別に設置した原料バンカーに異な
る性状の原料を貯蔵し、所望の時刻に当該原料を当該原
料バンカーから排出して半径方向原料性状分布を適切に
制御するのである。例えば半径方向の塩基度分布制御の
場合、別に設置した原料バンカーに上下の原料バンカー
に供給したものと異なる塩基度原料を貯蔵し、炉内に装
入される原料の塩基度が所望の塩基度となるように通常
塩基度原料を貯蔵している下段バンカーと異なる塩基度
原料を貯蔵している別に設置した原料バンカーから同時
に原料を排出し、かつそれぞれの排出量を制御するので
ある。但し、炉内への原料装入の初期または末期に下段
バンカーまたは別に設置した原料バンカーから単独に原
料を排出する時間をとってその間に上段バンカーから下
段バンカーに原料を供給することは言うまでもない。

すなわち本発明に係る原料装入装置は、高炉炉内に装
入する原料を一旦貯蔵する原料バンカーを高炉炉頂部に
垂直方向かつ同軸に上下２個設置したベルレス高炉にお
いて、前記２個の原料バンカーとは別に原料バンカーを
設置すると共に、装入ベルトコンベアあるいはスキップ
から直接原料を当該原料バンカーに供給する切換弁及び
シュートと、この原料バンカー内の原料を分配シュート
に直接かつ垂直に供給するシュート及びゲート弁を設置
したことを要旨としているのである。

また、本発明に係る第１の原料装入方法は、前記原料
装入装置を用いて原料を装入する方法であって、別に設
置した原料バンカーに、粒度及び／又は性状の異なる原
料を供給し、当該原料バンカーから前記供給した原料を
排出する時間を制御して分配シュートから炉内に装入さ
れる原料の粒度及び／又は性状の時間変化を制御するこ
とを要旨としているのである。

また本発明に係る第２の原料装入方法は、同じく前記
原料装入装置を用いて原料を装入する方法であって、別
に設置した原料バンカーに、上下２個設置した原料バン
カーと同じ粒度及び性状の原料を供給し、この原料バン
カーから炉内に原料を排出中に、上下２個設置したうち
の下段バンカーに上段バンカーから原料を供給すること
により原料を炉内に装入する時間を短縮することを要旨
としているのである。

（作用） 第１図に本発明の垂直２段バンカー式ベルレス高炉の
原料装入装置および原料装入方法の１例を示す。ここで
は半径方向の粒径分布を制御する装入方法を例として示
す。

装入ベルトコンベア１によって高炉２の炉頂に搬送さ
れた原料３は、切り替えダンパー12によって粗粒原料13
は螺旋状シュート14を介して別に設置した原料バンカー
15に一旦貯蔵される。ここで螺旋状シュート14を採用し
た理由は、設置スペースを少なくできることと原料の粒
径劣化を抑制するためである。また別に設置する原料バ
ンカーの形状は問わないが、設置スペースの制約やバン
カー内の原料のマスフロー化を促進するため第１図に示
すような高さと直径の比が大きいバンカーが望ましい。

一方、粗粒以外の原料16は旋回シュート４を介して上
段バンカー５内に一旦貯蔵される。

しかして、高炉２内の原料が降下して所定のレベルに
到達したら粗粒以外の原料16を貯蔵してある下段バンカ
ー８の底部の中心部に連結された排出口９に設置してあ
るゲート弁10を開操作して下段バンカー８内の原料を垂
直に落下させて分配シュート11に導き、炉壁部および炉
中間部に粗粒以外の原料16を装入する。下段バンカー８
内の原料の排出が完了したら別に設置した原料バンカー
15の底部の排出口17に設置してあるゲート弁18を開操作
して原料バンカー15内に貯蔵してある粗粒原料13を排出
し、シュート19を介して分配シュート11に垂直に粗粒原
料13を供給し、炉中心部に粗粒原料13を装入する。な
お、原料バンカー15からの粗粒原料13の排出中に上段バ
ンカー５のゲート弁７、７′、７″を開操作して粗粒以
外の原料16を上段バンカー５から下段バンカー８内に供
給し、次の炉内への原料装入に備える。

（実 施 例） 本発明の効果を、炉外に設置した内容積4800m³の高炉
炉頂部の実物大装入装置模型を用いて実証した。

試験に使用した原料は実炉で使用している焼結鉱とコ
ークスである。試験条件はコークスベース40トンで１チ
ャージの鉱石量160トンであり、鉱石は全量焼結鉱とし
た。試験では分配シュートからの排出原料の粒径の時間
変化を測定すれば良いので分配シュートの傾動角は53゜
に固定設置し、分配シュートからの落下原料を落下中に
炉壁部でサンプリングし、分級して平均粒径を算出した
り、塩基度毎に表面ペンキ塗装色を変えた焼結鉱を分別
して秤量し、重量平均塩基度を算出した。

〔第１の実施例〕半径方向の粒径分布制御 従来技術では第５図に示したように分配シュートから
炉内に装入される焼結鉱の粒径の時間変化は初期に粗
粒、末期に細粒というパターンである。

これに対して本発明では分配シュートから炉内に装入
される焼結鉱の粒径を末期に粗粒にして、炉中心部に粗
粒を装入するため全焼結鉱のうち粗粒焼結鉱29トンを別
に設置した原料バンカーに供給し、粗粒以外の焼結鉱13
1トンを下段バンカーに供給した。

装入開始後、先ず下段バンカー内の原料を排出し、90
秒後の排出を完了すると直ちに粗粒焼結鉱を貯蔵してあ
る別の原料バンカーから原料排出を開始し、炉内装入開
始後110秒で装入を完了した。この時分配シュートから
落下中の原料のサンプリングは10秒毎に実施した。

その結果を従来技術の結果とともに第２図に示す。従
来技術では装入末期に焼結鉱の粒径が大幅に低下するの
に対し、本発明では粗粒焼結鉱を別の原料バンカーに供
給して装入末期に炉内に装入するので装入末期の平均焼
結鉱粒径は顕著に増加している。

〔第２の実施例〕半径方向の原料性状分布制御 原料性状として焼結鉱塩基度を例として示す。炉壁部
の焼結鉱塩基度を従来の1.80から1.85に増加して焼結鉱
の高温性状を改善し、炉壁部の融着帯レベルの低下を意
図した。

従来技術では塩基度1.80と1.85の焼結鉱を別に炉内装
入するため第３図に示すように炉内装入焼結鉱の平均塩
基度はある時刻に急激に変化している。これに対し、本
発明では、下段バンカーに塩基度1.80の焼結鉱113トン
を供給し、別に設置した原料バンカーに塩基度1.85の焼
結鉱47トンを供給する。そして、炉内装入初期には別の
原料バンカーから高塩基度焼結鉱を装入し、20秒後から
別の原料バンカーからの原料排出速度を時間とともに低
下させ、同時に下段バンカーからの通常塩基度焼結鉱の
排出を開始し、排出速度を時間とともに増加させる。

装入開始から40秒後には別の原料バンカーからの原料
排出を完了し、下段バンカーからの排出速度を所定の速
度にまで増加し、以降は下段バンカーからのみその排出
速度で通常塩基度焼結鉱の装入を継続し、装入開始から
110秒後に、下段バンカーからの原料排出を完了する。
分配シュートから炉内に装入される焼結鉱の平均塩基度
の時間変化を同じく第３図に示すが、塩基度1.85から1.
80への変化は滑らかであり、本発明の有効性が実証され
た。

〔第３の実施例〕原料装入時間の短縮 本発明では粒度および性状の同じ原料を別に設置した
原料バンカーに供給し、別の原料バンカーから原料を炉
内に装入中に下段バンカーに上段バンカーから原料を供
給して、その原料供給時間を短縮するものである。装入
時間の短縮量は別のバンカーへの原料装入量によって異
なり、焼結鉱の場合、次の表のようになる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によって、垂直２段バンカ
ー式ベルレス高炉における半径方向装入物分布を高精度
に制御することができ、かつ炉内への原料装入時間を短
縮して高炉の生産性を向上して、高炉の安定操業および
銑鉄コストの低減を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による垂直２段バンカー式高炉の原料装
入装置および装入方法の説明図、第２図は本発明による
垂直２段バンカー式ベルレス高炉の分配シュートから炉
内に装入される焼結鉱の粒径の時間変化と従来技術との
比較を示す図面、第３図は本発明による垂直２段バンカ
ー式ベルレス高炉の分配シュートから炉内に装入される
焼結鉱の平均塩基度の時間変化と従来技術との比較を示
す図面、第４図は従来の垂直２段バンカー式ベルレス高
炉の原料装入方法の説明図、第５図は従来の垂直２段バ
ンカー式ベルレス高炉の下段バンカーから排出される原
料の粒径の時間変化を示す図面である。 １は装入ベルトコンベア、２は高炉、５は上段バンカ
ー、６、６′、６″、９及び17は排出口、７、７′、
７″、10及び18はゲート弁、８は下段バンカー、11は分
配シュート、12は切り替えダンパー、13は粗粒原料、14
は螺旋状シュート、15は原料バンカー、16は粗粒以外の
原料、19はシュート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21B 7/18 - 7/20 C21B 5/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高炉炉内に装入する原料を一旦貯蔵する原
   料バンカーを高炉炉頂部に垂直方向かつ同軸に上下２個
   設置したベルレス高炉において、前記２個の原料バンカ
   ーとは別に原料バンカーを設置すると共に、装入ベルト
   コンベアあるいはスキップから直接原料を当該原料バン
   カーに供給する切り替えダンパー及びシュートと、この
   原料バンカー内の原料を分配シュートに直接かつ垂直に
   供給するシュート及びゲート弁を配置したことを特徴と
   するベルレス高炉の原料装入装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の原料装入装置を用いて原料
   を装入する方法であって、別に設置した原料バンカー
   に、粒度及び／又は性状の異なる原料を供給し、当該原
   料バンカーから前記供給した原料を排出する時間を制御
   して分配シュートから炉内に装入される原料の粒度及び
   ／又は性状の時間変化を制御することを特徴とするベル
   レス高炉の原料装入方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の原料装入装置を用いて原料
   を装入する方法であって、別に設置した原料バンカー
   に、上下２個設置した原料バンカーと同じ粒度及び性状
   の原料を供給し、この原料バンカーから炉内に原料を排
   出中に、上下２個設置したうちの下段バンカーに上段バ
   ンカーから原料を供給することにより原料を炉内に装入
   する時間を短縮することを特徴とするベルレス高炉の原
   料装入方法。