JP2847995B2

JP2847995B2 - ベルレス高炉の原料装入方法

Info

Publication number: JP2847995B2
Application number: JP5758991A
Authority: JP
Inventors: 隆信稲田; 祐治岩永; 公平砂原; 義雅梶原
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-03-22
Filing date: 1991-03-22
Publication date: 1999-01-20
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JPH051311A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高炉炉頂部に設けた
原料貯槽（以下「炉頂バンカー」または単に「バンカ
ー」と記す) と分配シュートとを使用するいわゆるベル
レス高炉における原料装入方法であって、前記分配シュ
ートの傾動角度を操作して炉壁部から炉中心部へ向かっ
て原料を装入していく、いわゆる内振り分配装入方式に
よって炉内に装入される原料の粒径経時変化を制御する
ことのできる原料装入方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業においては、炉内径方向のガス
流分布を制御し、炉内鉱石の還元・溶解を安定に行うこ
とが、操業上の基本課題である。

【０００３】高炉操業における炉内ガス流分布の主たる
制御手段は、炉頂の装入物分布制御であり、より詳しく
は炉内径方向の鉱石とコークスの堆積重量比分布( 以下
「O/C 分布」と称す）と、鉱石、コークスそれぞれの粒
径分布の調整である。

【０００４】ベルレス高炉における原料装入装置は、炉
内に直接原料を供給する炉頂バンカーが１ケのものと複
数個のものとに大きく分類できる。図１は、直列２段の
炉頂バンカーを有するベルレス装入装置の１例を示して
いる。原料（鉱石、焼結鉱、コークス）１は、ベルトコ
ンベアー２でまず炉頂上段バンカー３に蓄えられ、ここ
から排圧した下段バンカー４に供給される。そして、炉
内の装入物が荷下がりして補給すべき所定のストックラ
イン５に達すると装入物流量調整用のゲート弁６および
シール弁７を開操作して、下段バンカー内の原料８を分
配シュート９上に供給し、この分配シュートの傾動角
度、旋回数を調整して原料を炉内10に装入する。

【０００５】ベルレス高炉における O/C分布制御は、主
に分配シュートの運転スケジュール（具体的にはシュー
トの傾動角設定と、その傾動角での旋回数割り付け) の
制御によってなされ、粒径分布に対しては炉内に装入さ
れる原料の粒径の経時変化を利用してなされる。即ち、
通常のベルレス装入では、分配シュートを10旋回以上さ
せて原料を炉内に装入し、かつその間に分配シュートの
傾動角度を１回以上変更して原料の炉内落下位置を変化
させる装入形態をとっている。このとき分配シュートに
供給される原料の粒径が１回のダンプの中で経時的に変
化すると、その影響は炉の内径方向の粒径分布に現れ
る。

【０００６】炉頂バンカーから排出される原料粒径に経
時的変化が現れることについては、既に幾多の報告があ
るがその主たる要因は、炉頂バンカー内原料が径方向
に粒径分布を持つこと、およびバンカー底部から原料
を排出した際、バンカー中心部が先に排出される、いわ
ゆるバンカー内に生じるファンネルフロー型の物流にあ
る（鉄と鋼74(1988)P.978)。

【０００７】従って、上記およびの要因の少なくと
も一方を制御することにより、排出原料の粒径の経時変
化パターンを変化させることができ、従来このような観
点に立った種々の考案がなされている。の要因につい
ては、バンカー内の排出口直上部に邪魔物（インサー
ト) を設置して、ファンネルフローを抑止する方法があ
る。一方、については、バンカー内に反発箱（ストー
ンボックス) を設け、バンカーに装入される原料を複数
箇所、あるいは同心円上に散乱・落下させる方法（実公
昭56−18597 号公報) や、炉頂バンカー内に旋回シュー
トを設けてその傾動角度を調整すること（特開平１−11
9612号公報) により、あるいは反発板を設けその角度を
調整すること（特公平２−401 号公報) によって、原料
落下位置を制御する方法などが提案されている。しか
し、これらの方法は、原料の落下位置、或いは落下点の
数を制御しようとするもので、いずれもバンカー内に工
作物を設けるものであるからそのメンテナンスに手間が
かかり、しかも装入物分布、特に炉内粒径分布制御の効
果は必ずしも充分ではない。さらにこれらの方法では、
原料の流れが鉛直方向からずれることになるが、このよ
うに方向変更をうけた原料の落下軌跡は放物線になるた
め、落下点のレベルによって径方向の落下位置は変化す
る。このことはバンカーに供給される原料の総量が変化
したとき、バンカー堆積層全体の径方向粒径分布も変化
することを意味し、ひいてはバンカーから炉内へ装入す
る原料にも粒径の経時変化が発生する。つまり、前記の
各方法で装入原料の粒径の経時変化を的確に制御するに
はバンカーへの原料供給量に応じて何らかの制御が必要
になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、炉頂に設け
たバンカーから原料を排出して、シュートを介してこれ
を炉内に装入する場合の原料粒径の経時変化を制御し
て、炉内の原料の径方向の粒度分布を炉況に応じて最も
適切なパターンに調整する方法を提供しようとするもの
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記 (1)〜
(3) を特徴とするベルレス高炉の原料装入方法を要旨と
する。

【００１０】(1) 炉頂の原料貯槽の中の最下段の貯槽か
ら排出される原料を分配シュートを介して炉内に装入す
るベルレス高炉において、(2) 前記分配シュートの傾動
角度を操作して炉壁部から炉中心部へ向かって原料を装
入していく、いわゆる内振り分配装入を行うに当たっ
て、(3) 原料貯槽群の最下段貯槽への原料供給速度を下
記式から計算される無次元数πを基準とし、炉壁部
の原料粒度を大きくしたい場合にはπが５×10^-3以上と
なるように調整し、炉中心部の原料粒径を大きくした
い場合はπが５×10^-3未満となるように調整する。

【００１１】

【数２】

【００１２】ここで、ｖ: 原料装入速度(kg/sec)、ｇ:
重力加速度(m/sec²) ρ: 原料嵩密度(kg/m³) 、Ｄ: バンカー径(m) Ｈ: 装入落差(m) 上記の無次元数πの値を変えるのには、原料装入速度
（ｖ）を変更するのが最も実際的である。

【００１３】焼結鉱、コークス等の原料を分配シュート
を介して炉内に装入する方法としては通常、分配シュー
トの傾動角度を操作して炉壁部から炉中心部に向かって
順次原料を装入する方法、即ち、内振り分配装入が採ら
れている。本発明はこの内振り分配装入を前提とするも
のである。

【００１４】さて、高炉の操業に際して炉況の安定性を
確保するためには、炉中心部のガス流を他領域よりも強
い分布にしておく必要があることが経験的に知られてい
る。

【００１５】このような径方向ガス流分布を得るには、
炉中心部を炉壁側よりも通気性の良い状態にしておく必
要があり、そのために炉中心部の O/Cを低めにし、かつ
堆積粒径を大きくしておかなければならない。ところ
が、例えば、炉の内壁に付着物が生成し、これを除去す
るために炉壁近傍領域のガス流を強めたいような場合に
は、炉中心部よりも炉壁側の通気性を高くしなければな
らない。その場合は、炉壁側に粗粒の原料が堆積するよ
うな装入方法が必要になる。本発明方法は、このように
炉況に応じて炉内の径方向の原料の粒度分布を変える必
要があるときに、これに迅速かつ的確に応じることがで
きる原料装入方法である。

【００１６】

【作用】バンカー内の径方向粒径分布は、先に述べた原
料落下点の位置や数に加え、堆積斜面上での粒径偏析過
程を通して最終的に決まるものである。本発明は、この
後者の過程を利用してバンカー内径方向の粒径分布を変
え、それによってこのバンカーから排出されて炉内に装
入される原料の粒径経時変化を制御しようとするもので
ある。

【００１７】本発明方法の最も大きな特徴は、前記の
式から計算される無次元数πを基準として制御を行うこ
とにある。

【００１８】一般に粒度構成を有する粒状物を堆積させ
たときに堆積斜面上に生ずる粒度偏析（堆積粒状物の粒
度が堆積位置によって相異する現象）は、粒状物の供給
条件によって変化することが知られている（鉄と鋼74(1
988)P.978)。しかし、その定量的な関係は見出されてお
らず、従って、バンカーから排出される原料粒径の経時
変化、ひいては炉内に供給された原料の径方向粒度分布
の制御にこの現象を利用するという思想は見当たらな
い。

【００１９】本発明者らは高炉における原料貯蔵用バン
カーを対象に実炉で使用している焼結鉱を用いて同現象
を実験により調査した。実験は、実物大模型および1/10
縮尺模型を使用して行い、従来の装入法に相当する条件
も含めて、それよりも広い範囲にわたって実施した。表
１に実験条件を示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１中の原料装入条件（装入速度、装入落
差）を種々に組み合わせて、バンカー内の粒径偏析の度
合いを比較した結果を図２に示す。ここで、バンカー内
の粒径偏析の度合いの尺度として、バンカー内の径方向
の粒径分布を原料落下点を起点にして距離の一次関数で
近似したときの勾配 (dD_P／ dr)をとり、原料装入条件
の指標として前記式で示す無次元数 (π) をとった。

【００２２】この無次元数πは、落下原料のバンカー内
堆積量に与える力とバンカー内原料からの反発力との比
である。このような指標をとることにより種々の条件で
の実験データを図２に示すように整理することができ
る。

【００２３】ここで注目すべきことは、無次元数πが概
ね５×10^-3となる点を境にして径方向粒径分布の変化勾
配が逆転するという事実である。この現象と、先に述べ
た原料排出時にバンカー内に生ずるファンネルフロー型
の物流とを合わせて利用すれば、バンカーからの排出原
料の粒径経時変化パターンを自在に調整することが可能
になる。言い換えれば、内振り分配装入方式において
は、πが５×10^-3以上となる条件であれば先に炉壁側に
粗粒の原料が装入され、遅れて装入される炉中心部の原
料は細粒のものになる。πが５×10^-3より小さい条件で
あれば、これとは逆に中心部に堆積する原料が粗粒にな
る。

【００２４】無次元数πの値を制御するのは、前記式
の各因子の一つ以上を変えればよいのであるが、原料の
嵩密度（ρ）はほぼ一定であり、バンカー径（Ｄ）と装
入落差（Ｈ）は設備によって決まる値である。従って、
通常の操業では、原料装入速度（ｖ）の制御によってπ
を調整するのが最も実際的である。ｖの制御は、例え
ば、図１のバンカー３のゲート弁６の開度調整によって
行うことができる。

【００２５】上記のようにして、無次元数πを調整する
ことによって、炉況に応じて要求される望ましいバンカ
ーからの排出粒径パターン、即ち、炉内の原料の望まし
い径方向粒径分布を得ることができるのである。

【００２６】

【実施例１】先に述べた実物大模型実験と同様にして、
まず、炉壁部の原料粒径を大きくする場合の試験を行っ
た。試験条件は下記のとおりである。

【００２７】バンカーへの原料装入速度（ｖ）： (イ) 0.08ton/sec ・・・このときのπ＝ 1×10^-4 (ロ) 0.40ton/sec ・・・このときのπ＝ 5×10^-4 (ハ) 2.4 ton/sec ・・・このときのπ＝ 3×１０^−３装入落差（Ｈ）：４ｍバンカー径： 7 m 原料（焼結鉱）粒度：表１記載のとおり調査結果を図３に示す。なお、図３および後述の図４〜
６の縦軸の「無次元粒径」とは、各時刻または各位置で
の粒径を装入物平均粒径で割った量である。

【００２８】原料の O/Cを変えずに炉壁部のガス流速を
増加させるには同部の堆積原料粒径を粗くすればよい。
内振り分配装入法でこれを実現するためには炉内への原
料装入の初期に粗粒原料が、末期に細粒原料が装入され
るようにすればよい。

【００２９】図３は、上記(イ) (ロ) (ハ) の各装入速度で
バンカーに原料を装入した場合について、そのバンカー
から排出される原料の粒径の経時変化を示したものであ
る。

【００３０】また、図４は、このようにバンカーから排
出されて炉内に装入された原料の炉内径方向の粒径分布
を示す図である。(イ) (ロ) (ハ) の装入速度では、πは全
て５×10^-3よりも小さいから、バンカーから排出される
原料は、図３に示すとおり初期において粗粒、末期にお
いて細粒になり、従って、炉内では、図４のとおり炉壁
側に粗粒原料が堆積することになった。

【００３１】

【実施例２】次に、炉中心部の原料粒径を大きくする場
合の試験を行った。実施例１と同様にして、下記(ニ)
(ホ) のようにバンカーへの原料装入速度を大きくして試
験を行った。他の試験条件は実施例１と同じである。

【００３２】バンカーへの原料装入速度（ｖ）： (ニ) 6.4 ton/sec・・・このときのπ＝ 8×10^-3 (ホ) 16.1 ton/sec・・・このときのπ＝ 2×10^-2 内振り分配装入法で炉中心部の原料粒径を大きくするた
めには、実施例１とは逆に炉内への原料装入の初期に細
粒原料が、末期に粗粒原料が装入されるようにすればよ
い。

【００３３】図５および図６は、それぞれ前記図３およ
び図４と同種の図である。図５に示されるように上記
(ニ) (ホ) の各装入速度でバンカーに原料を装入した場合
は、いずれもπが５×10^-3以上であるから、そこから排
出される原料の粒径は初期に大きく、末期に小さくな
る。従って、図６のとおり、炉内に装入された原料の炉
内径方向の粒径分布は、炉中心が粗粒、炉壁側が細粒と
なった。

【００３４】なお、図６では、炉内の３の位置での無次
元粒径が最小になっているが、これは分配シュートの運
転スケジュールによる。即ち、この実施例では炉壁から
３の位置付近までは原料にテラス（平坦部）を形成させ
るような運転スケジュールを採用した。この場合、テラ
ス部分では装入原料の粒径の経時変化が忠実に現れる。
しかし、そこから炉中心部に向かうにつれて原料堆積面
に炉の中心部に向かって下がる傾斜ができ、この傾斜に
そって特に粗粒原料が落下し炉中心部に集積する再分級
現象がおきる。その影響で、炉内の原料の粒径分布は、
図６に示すような形態をとるのである。

【００３５】実施例１および２から明らかなとおり、バ
ンカーに原料を装入する際に無次元数πを調整すること
によって、バンカーから排出される原料粒径の経時変化
のパターンを制御することができる。従って、バンカー
から炉内に装入する原料の炉内の径方向粒度分布を任意
に調整することができる。

【００３６】

【発明の効果】本発明方法によれば、ベルレス高炉に原
料を装入する場合に、炉内装入原料の径方向粒径分布を
炉の操業条件に応じて最も望ましいパターンに制御する
ことができる。この方法は、特別の装置を必要とせず、
例えば、最下段バンカーへの原料装入速度の変更だけで
実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ベルレス高炉における原料装入形態の概略説明
図である。

【図２】無次元数πとバンカー内の径方向の粒径変化勾
配との関係を示す図である。

【図３】本発明の一つの実施例における無次元排出時間
と無次元粒径との関係を示す図である。

【図４】同じく高炉内の径方向位置と無次元粒径との関
係を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例における無次元排出時間と
無次元粒径との関係を示す図である。

【図６】同じく高炉内の径方向位置と無次元粒径との関
係を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梶原義雅大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21B 5/00 - 5/06,7/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原料貯槽の中の最下段の貯槽から排出され
る原料を分配シュートを介して内振り分配方式で炉内に
装入するベルレス高炉の原料装入方法において、最下段
の貯槽への原料装入条件を、下記式から計算される無
次元数πを基準とし、炉壁部の原料粒径を大きくしたい
場合にはπが５×10^-3以上となるように調整し、炉中心
部の原料粒径を大きくしたい場合はπが５×10^-3未満と
なるように調整することを特徴とするベルレス高炉の原
料装入方法。【数１】ここで、ｖ: 原料装入速度(kg/sec)、ｇ: 重力加速度(m
/sec²) ρ: 原料嵩密度(kg/m³) 、Ｄ: バンカー径(m) Ｈ: 装入落差(m)
【請求項２】無次元数πの調整を原料貯槽群の最下段貯
槽への原料供給速度（ｖ）の制御によって行う請求項１
の原料装入方法。