JP3572645B2

JP3572645B2 - 竪型製錬炉の原料装入方法

Info

Publication number: JP3572645B2
Application number: JP29546493A
Authority: JP
Inventors: 昌治宮川; 幹治武田; 宏板谷; 崇牛島; 精祐兒子
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-11-25
Filing date: 1993-11-25
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-10-06
Also published as: JPH07146080A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、竪型炉により溶融金属を製造する製錬技術に関し、とくに竪型製錬炉内への原料装入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
竪型製錬炉の一つである高炉では、炉内が固・気・液体の向流する高温移動層になっており、その操業を安定に維持することを目的として、原料装入時には原料の装入物分布制御が行われている。
この場合の装入物分布制御とは、高炉内に装入される鉱石，焼結鉱，コークスなどの装入原燃料（以下原料と呼ぶ）の炉半径方向や炉円周方向での
（１）鉱石層厚やコークス層厚、あるいは鉱石層厚とコークス層厚の比、
（２）鉱石粒径やコークス粒径、あるいは鉱石粒径とコークス粒径の比、
を目標値に制御することであり、
１）炉円周方向での原料の堆積分布については、上記（１）、（２）の値が炉円周方向で均一に分布することが望ましく、
２）炉半径方向での原料の堆積分布については、（１）と（２）の値から決定される通気抵抗分布を適正に制御することが肝要である。
【０００３】
そして、ベル式装入装置をもつ高炉では所謂ムーバブル・アーマを用いて、また、ベルレス式装入装置をもつ高炉では旋回シュートの傾動角あるいは複数の傾動角を組合せることによって、原料の装入物分布制御が行われている。
一方、高炉以外の竪型製錬炉では、高炉と異なる炭材を用いるため炉頂から装入する原料の落下強度が弱く、上記ムーバブル・アーマや旋回シュートを使用した場合には、炉頂で原料が粉化して
ａ）ダストとしての飛散が多くなる、
ｂ）竪型精錬炉内の固体移動層の降下異常の原因となり、安定な操業ができない、
ｃ）炉頂温度が高くなった場合には、上記ムーバブル・アーマやベルレス式炉頂装入装置は使えない
等の理由で、炉頂からの原料装入を炉頂に設けた単数あるいは複数本数の筒もしくは管（以下、このような筒，管を合わせて装入管と称する）から行うことが試みられている。
【０００４】
たとえば、ＩｒｏｎＳｔｅｅｌＥｎｇ．，４５（１９６８）第１９７〜２０１頁に開示され、また、第３版鉄鋼便覧ＩＩ製銑・製鋼（日本鉄鋼協会編；昭和５４年発行〔丸善〕）第３３３頁にも引用されている還元鉄の製造法（Ｍｉｄｒｅｘ法）では、炉頂ホッパ下部の原料排出口から炉頂全域に渡って多岐に分岐した装入管を用いた原料装入装置が配設されている。
【０００５】
しかしながら、この方法では、炉頂ホッパ排出口から供給される広い粒度分布をもった原料を、炉頂半径方向に所望する粒度分布を持たせることはできない。すなわち、上記方法では、実質上、炉頂で原料粒度分布の半径方向制御は不可能であり、その結果、該竪型製錬炉内の半径方向ガス流れは極端な炉壁流となり、炉壁の熱負荷が多くなり、耐火物の損耗が多くなるとともに、熱損失も多くなり、燃料比が高く、不経済な操業となる。
【０００６】
また、ＮｉｐｐｏｎＳｔｅｅｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＲｅｐｏｒｔ，Ｎｏ．１２（１９７８）Ｄｅｃ．に開示された還元鉄の製造法（新日鉄法）では、炉頂に配設された装入管は、竪型製錬炉の軸芯に一致して配設された１本の装入管である。そのため、装入管下端からの粒度分布をもった原料装入物の炉壁に向かう降下流れは、装入前の粒度分布をもった炉頂粒子堆積群が１種のスクリーン作用をするので、新規に装入したより小さな粒子は装入前のより大きな堆積粒子群の間を通過して下に落ちるため、装入管直下の中心位置で細粒が最も多くなり、炉壁部で粗粒の粒子が最も多くなる粒度分布となる。その結果、該竪型製錬炉内の半径方向ガス流れも極端な炉壁流となり、炉壁の熱負荷が多くなり、耐火物の損耗が多くなるとともに、熱損失も多くなり、燃料比が高く、不経済な操業となる。
【０００７】
さらに、特開昭５９−１４３００９に開示された、粉状原料からの溶融金属製造法に用いられた装入装置は、竪型製錬炉内に装入するのは炭材のみであるため、還元鉄製造のための竪型炉よりは炉頂温度が上昇し、場合によっては１０００℃以上の高温となる場合もあり、装入管方式の原料装入装置が必須であった。
しかしながら、この場合においても上記と同様、１本の装入管であり、該竪型炉内の半径方向ガス流れは炉壁流となり、炉壁の熱負荷が多くなり、耐火物の損耗が多くなるとともに、熱損失も多くなり、燃料比が高くなり不経済な操業となった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたもので、還元鉄の製造や粉状鉱石からの溶融金属製造に使われる竪型製錬炉において、炉頂ではムーバブル・アーマや旋回シュートを用いずに、炉頂で装入原料の半径方向での粒度分布を制御できる原料装入方法の提供を目的とする。その結果、本発明は、最終的に該竪型製錬炉内の半径方向ガス流れを中心流から炉壁流まで自由に制御でき、極端な炉壁流に伴う炉壁の熱負荷の増大、炉壁耐火物の損耗の増大、炉壁熱負荷の増大、燃料比の増大等を避け、且つ安定した竪型製錬炉の操業を維持することを狙いにしている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するために、多数の実験、研究を繰り返し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、竪型製錬炉の炉上方に設けた均排圧ホッパ、装入ホッパ及び装入管を経て炉内へ原料を装入するに際し、該装入ホッパ内に堆積する原料を、該原料の半径方向粒度偏析が該竪型製錬炉炉頂部での原料の半径方向粒度偏析とほぼ同じになるよう調整し、複数の装入管を経て炉内へ装入することを特徴とする竪型製錬炉の原料装入方法である。その際、好ましくは装入ホッパ内に堆積する原料の半径方向粒度偏析を装入ホッパ内に配設したベル、ベルとベルカップの組み合わせ、あるいは旋回シュートにより調整することを特徴とする竪型製錬炉の原料装入方法である。また、実際に際して、本発明は、竪型製錬炉が、炉内に炭素系固体還元剤の充填層が形成され、該充填層に高温空気や粉体原料を吹込む上下少なくとも２段に設けられたそれぞれ複数の羽口を有する炉であり、装入原料が炭材であることを特徴とする請求項１記載の竪型製錬炉の原料装入方法である。
【００１０】
【作用】
本発明では、竪型製錬炉に原料を装入するに際し、炉上方に設けた装入ホッパ内に堆積する原料を半径方向でムーバブル・アーマ、旋回シュート又は他の手段を用いて粒度偏析させ、装入管を経て炉頂に装入された場合には、そのままの偏析状態を維持して炉内へ該原料を装入できるようにしたので、炉内で原料の半径方向の粒度偏析が得られるようになる。また、本発明を炭素系固体充填層を形成し、該充填層に高温空気や粉体原料を吹込む上下２段に設けた羽口を有する竪型製錬炉に適用しても、上記と同じ効果が得られる。
【００１１】
その結果、操業者が炉内のガス流れを「中心流を抑制し、炉壁流を促進」したい時は、装入ホッパ内の炉壁側に粗粒コークスを分布させ、装入ホッパの炉中心側には細粒コークスを分布させることで、その目的を達成できる。逆に、炉内のガス流れを「中心流を促進し、炉壁流を抑制したい」ときは、装入ホッパ内の炉壁側に細粒コークスを分布させ、装入管ホッパの炉中心側には粗粒コークスを分布させることで良い。
【００１２】
以下、図１〜７に基づき、本発明に至る経緯と内容を説明する。
発明者らは、図１に示すような本発明に係る原料装入方法の概念で模型装置を製作し、炉中心軸に対して同心円上に配設され、かつ重力作用により、原料をその炉頂部に降下・充填させる４本の鉛直原料装入管を用いた原料の装入実験を行った。その実験では、
（Ａ）装入ホッパに装入した原料の半径方向の粒径分布と、装入管を介して竪型製錬炉の炉頂に実現される原料の半径方向の粒径分布との関係、
（Ｂ）（Ａ）の関係に対する装入物降下速度の影響、
（Ｃ）装入管構造や、装入ホッパの構造についての好ましい条件、等に焦点をあて、広範かつ網羅的な検討がなされた。
【００１３】
まず、図４は、本発明に係る竪型製錬炉の概略を示す図であり、上記模型実験は実際の炉に対して縮尺１／７．５の冷間模型（高温で還元をせず、原料の装入のみ）で行った。
装入コンベア１から装入された原料は、レシービングシュート２を経由して、均排圧ホッパ３に一時貯えられる。均排圧ホッパへの原料の装入を完了した後、レシービングシュート２の下端に設けられた上部シール弁４を閉じ、均排圧ホッパ３内部と装入ホッパ５内部の圧力が等しくなるように均排圧ホッパ３内部を加圧する。ついで、下部シール弁６、ゲート弁７の順で開放し、均排圧ホッパ３に一時貯えられた装入炭材を装入ホッパ５に排出する。ここでゲート弁７の開口部の大きさは、装入スケジュールで決められた時間内に原料の排出が完了するように調整できることが望ましい。均排圧ホッパ３から装入ホッパ５への原料の排出完了後、ゲート弁７、下部シール弁６の順で閉じる。装入ホッパ５に堆積したコークスあるいは石炭などの装入原料は、炉本体８での酸素あるいは二酸化炭素などとの反応によって消費されるので、その消費量に応じて装入ホッパ５下端に設けられた装入管９内を降下して装入管９先端から炉内に供給される（模型装置では、炉本体の下に設けた電磁フィーダーで炉内の原料を抜き出して消費量とする）。装入ホッパ５内には常に所定量の原料を堆積させることとし、装入ホッパ５内の原料量があらかじめ設定した下限値にいたった時に、再度、原料装入操作を繰り返す。
【００１４】
以下、上記（Ａ）〜（Ｃ）に記した広範な検討で行った実験の条件及び結果の一例を、原料がコークスである場合について述べる。
Ｉ．一般的な実験条件
（ａ）実験で用いたコークスは事前に乾燥−破砕−篩い分けを行ったもので、実操業で使用しているコークスに対して、できるだけ固体流れの相似を満たすように、調和平均径で２．５ｍｍになるよう粒度別に篩い分けたコークス試料を配合した。
（ｂ）１チャージ当たりのコークス重量は３．２ｋｇとし、これは実機では１３５０ｋｇに相当する。
（ｃ）実操業でのコークスの水分量は天候に大きく左右されるが、模型実験ではコークスの水分は特に調整せず、乾燥したままで用いた。
（ｄ）この場合、該コークスの諸特性を測定したところ、コークス付着水分量は１％以下であり、嵩密度は５．３ｇ／ｃｍ^３、安息角は３６°であった。
（ｅ）着色したコークスをトレーサとして用いて、「装入ホッパ〜装入管〜炉内」での装入炭材の降下状況を調べた。
（ｆ）この場合、図５に示すように、装入ホッパの底面（フラット部）の上端までコークスを充填し、次に装入ホッパ内に２枚の薄鉄板製円筒１０を同心円状に置いて装入ホッパ内部を３つの領域に分割し、領域毎に色の異なるコークスを入れ、装入ホッパの上端までコークスで満たした。
（ｇ）炉本体の下に設けた電磁フィーダ（図示せず）で炉内のコークスを抜き出し、炉内のコークスを連続的に降下させると、装入ホッパ内の試料は装入管を経由して降下し、装入管の下端に到って、炉内に装入される。装入ホッパ内のコークス試料の減少に対応して、同心円状の３つの領域の各々にすでに装入してあるコークスと同じ色のコークスを追加した。
（ｈ）実験では、実機の炭材２０チャージ分に相当する６４ｋｇのコークスを炉内から抜き出した。抜き出し時間はおおよそ８０分であった。
（ｉ）試料抜き出し終了後、炉内の堆積面表面あるいは炉内の垂直断面でコークスの分布状況を観察した。断面観察の場合は、実験前に炉内の観察面の位置の直径方向に透明塩ビ製の板を垂直に固定し、実験後に炉内を半分に仕切っている塩ビ板の片側半分の試料を掘り出し、半裁断面を観察した。
ＩＩ．実験結果
実験後の炉内表面の原料の分布状態は、装入ホッパの壁側に堆積したコークスは炉頂では炉壁部に堆積し、装入ホッパの中心部に堆積したコークスは炉頂では中心部に堆積していることが明らかになった。この事実と装入管直下部の炉内の垂直断面での原料の分布状態とを合わせると、装入ホッパから排出されたコークスが装入管を経由して降下する時、装入ホッパの壁側に分布したコークスは装入管内の外側を降下し、装入ホッパの中心部に分布したコークスは装入管内の内側を降下し、コークスが炉内に供給される際に、装入管内の外側を降下してきたコークスは装入管先端の外側の部分から炉壁側に向けて排出され、これに対して、装入管内の内側を降下してきたコークスは装入管先端の炉中心側の部分から炉中心部に向けて排出される。これを図示すると図６のようになる。なお、図６中の記号９−１、９−２等は装入管を示している。
【００１５】
また、図７に示すように、コークス排出速度を変化させても、装入ホッパ内の壁側に堆積したコークスの装入ホッパからの排出速度と、装入ホッパの中心部に堆積したコークスの装入ホッパからの排出速度の比率は大きくは変化せず、やはり、装入ホッパの壁側に堆積したコークスは炉内の炉壁に堆積し、装入ホッパの中心部に堆積したコークスは炉内の中心部に堆積する。
【００１６】
ここで、「従来の技術」の項でも述べたように、装入管が１本の場合は中央に設置すると、図３（ａ）に示したように、炉中心部に細粒が分布し、かつ炉壁部に粗粒が分布して操業上好ましくない。中心からずれた位置に装入管を設置することで細粒の分布を炉中心からずらすことはできても、炭材の粒度分布の対称の中心が炉の中心軸と一致せず、炉内の炭材の粒度分布の対称性が乱れ、操業に対する外乱要因になるのみと推定された。装入管２本の場合も、炭材の粒度分布の対称性は改善効果は少なく、装入管を用いた竪型炉内への炭材の供給は、炭材の粒度分布の対称性の観点からは、装入管の本数が多い方が好ましいといえる。しかし、無制限に多くすることは設備の取り合いからできないから、少なくとも３本以上の装入管から構成することが適当である。さらに、複数本の装入管を装入ホッパに同心円上に配置することで、炭材の粒度分布の対称性を乱さず、目標装入物分布の確保を効果的に実施できる。
【００１７】
装入管４本を用い、装入ホッパ内の半径方向での堆積コークスの粒度分布を制御しない場合の各サンプリング点での平均粒径値を全体の平均粒径値で除した無次元粒径の炉直径方向の分布、並びに装入ホッパーの半径方向での堆積コークスの粒径分布を制御した場合の分布を図３（ｂ）及び（ｃ）に示した。なお、図２はこの実験での装入管位置を方位で示す図である。図３（ｂ）よりあきらかなように、均排圧ホッパに制御板を入れずに装入管を４本用いても、炉中心部と炉壁部に粗粒が堆積する粒度分布が形成されている。このことは、炉壁部に堆積した粗粒によって炉内の高温のガスが炉壁部に優先的に流れる（炉壁流になる）ことになるから、耐火物の保護、経済性の観点から、この粒度分布は一般的に好ましくない。
【００１８】
一方、均排圧ホッパに制御板を入れて装入ホッパ内の粒度分布を制御した場合は、炉中心部のコークス粒径を大きく、炉壁部のコークス粒径を小さくできることから炉内でのガス流分布を操業上好ましい状態にできると推定される。その際、均排圧ホッパ内に設ける原料の半径方向粒度偏析の制御装置としては、制御板、回転分配器等、どのようなものでも良いが、特に制御板の場合には、円形、正方形、あるいは円錐形状であってもかまわない。ただし、炉の中心軸と制御板の重心を一致させ、炉の中心軸に対して対称形であることが好ましい。また、装入ホッパ内にベル、ベルとベルカップの組み合わせあるいは旋回シュートを配設して原料の半径方向粒度偏析の制御を行っても良い。
【００１９】
さらに、上記の結果は、原料がコークスでなく、塊鉱石、焼結鉱、他の炭材でも同様の傾向・効果が得られ、粒径分布を持つ原料装入物の炉頂装入時に共通する粒度偏析現象であることが多くの実験から明らかになった。
装入ホッパの形状は、円筒に４個のコーン部が配置され、各ホッパの先端に装入管が取り付けられており、この装入管を経由して炉内にコークスが供給される形式のものを用いた。あるいは装入ホッパの形状として、ホッパ中心部に円錐台形状の突起を有し、円錐台形状の突起とホッパの外壁との間で漏斗状の空間を形成し、漏斗状の空間の底部に装入管を配置したものであってもよい。また、装入管自体の構造としては、円筒状でも良いが、管内でのブリッジの発生を防止する意味から若干末拡がりのテーパーを付けた円筒管が好ましい。その材質は、炉頂ガスと反応しないもので、特に、該竪型製錬炉の炉頂温度が上昇する可能性のある場合には、耐熱合金製又はセラミックスや耐火物製のものが好ましい。
【００２０】
発明者は、以上のような模型実験で得た新規な知見にもとづいて、装入ホッパ内の半径方向のコークス粒度分布を制御し、その粒度分布を維持するように多数の装入管を通して原料を落下させることによって、炉内半径方向のコークス粒度分布を制御技術を完成させたのである。
装入ホッパ内でのコークスの粒度分布を制御するには、装入ホッパ内での炭材の堆積状態を調整する方策が有効であり、具体的には、装入ホッパ下端に有する複数本の装入管を装入ホッパの中心軸あるいは製錬炉の中心軸を中心とする同心円上に配置するとともに、図１に示すように均排圧ホッパ内に制御板を設けて、装入ホッパに炭材を供給する均排圧ホッパ内での炭材堆積時と、均排圧ホッパからの炭材排出時の炭材の運動を制御すればよいとの結論に達したのである。
【００２１】
【実施例】
内容積１４０ｍ^３の竪型製錬炉８の炉頂部に、該製錬炉の中心軸に対して同心円上９０°の等間隔に配設され、かつ重力作用により、原料１１を製錬炉８炉頂部に降下・充填させる４本の鉛直原料装入管９と、該装入管９に連結された装入ホッパ５、該装入ホッパ５に原料１１の粒度偏析を半径方向につける手段及び該原料１１の半径方向の粒度偏析を検知する手段を有する均排圧ホッパ３からなる原料装入装置を用いて炭材を炉内に装入し、装入物の填充状態を調査をした。
【００２２】
均排圧ホッパ３は、内径２２００ｍｍ、排出部直径５００ｍｍ、制御板１２の径は７５０ｍｍで、かつその取付け位置は均排圧ホッパ３の原料１１排出部下端から上方に８００ｍｍの位置である。この時、制御板１２と均排圧ホッパ３の間隔は２５０ｍｍであった。炭材の平均粒径は２５ｍｍであったが、制御板１２と均排圧ホッパ３間での炭材の詰まりの問題はおこらなかった。
【００２３】
装入ベルトコンベア１から装入されたコークス１１を、レシービングシュート２を経由して、均排圧ホッパ３に一時貯え、レシービングシュート２の下端に設けられた上部シール弁４を閉じて、均排圧ホッパ３内部と装入ホッパ５内部の圧力が等しくする操作を行った。ついで、下部シール弁６、ゲート弁７の順で開放し、均排圧ホッパ３に一時貯蔵したコークス１１を装入ホッパ５に排出した。ここでゲート弁７の開口部の形状は３００ｍｍの正方形であり、原料１１の排出平均時間は１０１．５秒（実験回数ｎ＝１０）であった。均排圧ホッパ３から装入ホッパ５への原料の排出完了後、ゲート弁７、下部シール弁６の順で閉じた。
【００２４】
この実験結果をまとめると先に模型実験で得た図３（ｂ）〜（ｃ）と同様になり、単純に４本足装入管９から原料１１を炉内に供給したベース（図３（ｂ））と比較して、均排圧ホッパ３内の制御板１２を設けた場合は（図３（ａ））、炉壁部の粗粒の抑制に効果が認められた。すなわち、均排圧ホッパ３内の制御板１２の有無によって竪型製錬炉８内の半径方向の炭材粒径分布の制御が可能であった。
【００２５】
さらに、装入ホッパ５に原料を供給する均排圧ホッパ３に配設した装入管ホッパ５内の原料粒度偏析を半径方向に制御する制御板１２を具体的に作用させるにあたって、竪型製錬炉８内炉頂に設けた観察用カメラの撮像結果から該原料１１の半径方向の粒度偏析状況を求めた。これと予め設定した竪型製錬炉炉頂部での原料１１の半径方向粒度分布の目標値を比較するとほぼ一致していた。この装入状態で操業を行った場合、竪型製錬炉８の高さ方向３ケ所、円周方向４５°ピッチ８ケ所の計２４ケ所での炉壁耐火物の損耗速度は前者を基準として、１０％の低減効果があった。
【００２６】
また、均排圧ホッパ３に配設した制御板１２を作用させるにあたって、竪型製錬炉８の炉頂部直径方向に差し渡した水平ゾンデ（温度、ガス組成のセンサ）を用いて竪型製錬炉８の半径方向のガス組成分布とガス温度分布を検出し、これが目標とするガス組成、ガス温度分布のいづれかもしくは両者と一致するように制御すると更に効果的である。
【００２７】
本実施例においては、制御板１２が無い場合と比較して原料排出制御板１２が有る場合は、炉中心部の炭材の平均粒径を大きくでき、かつ炉壁部の炭材の平均粒径を抑制できる。すなわち、炉壁部のみに優先的にガスが流れる条件では炉壁に対する熱的な負荷が上昇し炉壁の損耗を早めることになるから、制御板１２を設置し炉壁部の炭材の平均粒径を抑制すればよい。逆に炉壁部にほとんどガスが流れない条件では、炉壁での付着物の形成が進むと、やがて炉壁から付着物が脱落し、安定操業に対する著しい阻害要因となるから、制御板１２を使用せず炉壁部の炭材の平均粒径を促進すればよい。
【００２８】
また、制御板１２の大きさ・取付け位置を変更することで装入ホッパ５内の炭材の堆積・排出状態を変化させることができ、ホッパ内の炭材粒度分布を制御し、ホッパの炉壁部に堆積したコークスは炉内の炉壁に堆積し、ホッパの中心部に堆積したコークスは炉内の中心部に堆積するから、炉内の炭材の粒度分布が制御できることはいうまでもない。
【００２９】
次に、上記実施例と同じ内容積１４０ｍ^３の竪型炉を用いて、別の填充調査を行った。その際、図８に示すように、装入ホッパ５には、底面直径２４００ｍｍで高さ１２００ｍｍの円錐形状の耐摩耗鋳鋼製のベル１３を取付けた。ベル１３下端と装入ホッパ５の底面フラット部１４との距離を１０００ｍｍとして、ベル１３の中心軸と竪型製錬炉８の中心軸が一致するように、ベル１３を固定した。装入ホッパ５の内径は３３００ｍｍ，ベル１３底面の直径は２４００ｍｍであり、装入管９の内壁とベル１３との間のクリアランスは４５０ｍｍであったが、均排圧ホッパ３から排出した炭材１１は、特に問題なく装入ホッパ５内に堆積し、かつ装入管９を降下した。装入管の本数はこの場合も４本であって、それらは竪型製錬炉の中心軸に対して同心円上に配置されている。但し、図８（ｂ）に示した装入ホッパ５内にベル１３のみを設けた条件では、均排圧ホッパ３からの炭材１１の落下具合によって、ベル１３の特定の斜面からの炭材１１の落下が優先し、竪型製錬炉８内円周方向で炭材１１の堆積状態が不均一になることがあった。
【００３０】
装入ベルトコンベア１から装入された炭材１１を、レシービングシュート２を経由して、均排圧ホッパ３に一時貯えた。レシービングシュート２の下端に設けられた上部シール弁４を閉じて、均排圧ホッパ３内部と装入ホッパ５内部の圧力を等しくする操作を行った。ついで、下部シール弁６、ゲート弁７の順で開放し、均排圧ホッパ３に一時貯蔵した炭材１１を装入ホッパ５に排出した。ここで、ゲート弁７の開口部の径は３００ｍｍであり、炭材１１の排出平均時間は１０３．７秒（実験回数ｎ＝１０）であった。均排圧ホッパ３から装入ホッパ５への炭材１１の排出完了後、ゲート弁７、下部シール弁６の順で閉じる。図３（ｄ）はこの時の実験結果をまとめたものであり、本発明者の推論に違わず、単純に４本足装入管から炭材１１を炉内に供給したベース条件と比較して、装入ホッパ５内の炭材１１の堆積形状を制御することで、炉中心部の平均粒径の増加と炉壁部の粗粒の抑制の効果が認められた。
【００３１】
装入ホッパ５内にベル１３を設置するだけの図８（ｂ）のような場合は、均排圧ホッパ３からの炭材１１の落下の具合によって、炭材１１がベル１３の特定の斜面から落下し、炉内円周方向で炭材１１の堆積量が不均一になることがある。これに対して、図８（ｃ）に示すように、装入ホッパ５内に設置したベル１３にベルカップ１５を組み合わせ、一度ベル１３とベルカップ１５の間に炭材１１を堆積させた後に、ベル１３を降下することでベル１３とベルカップ１５の間隙から炭材１１が落下するようにベルカップ１５を配置すると（図９参照）、ベル１３上での炭材１１の偏流に起因した円周方向の炭材落下量のばらつきを小さくできた。この場合は、装入ホッパ５内に設置するベル１３あるいはベルカップ１５を可動構造にする必要があり、例えば高炉で見られるように上下に駆動できる構造のベルにする。
【００３２】
装入ホッパ５内にベル１３を設置する、あるいはベル１３とベルカップ１５を設置した上記実施例に対して、図８（ｄ）に示すように、炉半径方向に可動するムーバブル・アーマ１６を円周方向に配置した場合も調査した。そこでは、炭材１１がベル１３先端から炉内に落下する際、図９に示すように、炉半径方向でその位置を調整したムーバブル・アーマ１６に炭材１１がぶつかった後に、竪型製錬炉８内に落下するようになるので、炭材１１の炉半径方向での落下位置は容易に制御することができた。さらに、装入ホッパ５内での炭材１１の堆積形状の調節に図８（ｅ）に示すように、装入ホッパ５内に傾動旋回自在のベルレスシュート１７を設置すると、竪型製錬炉８内に落下する炭材１１の落下位置は、図８（ｄ）の場合と比較してみてもさらに精度の良い制御が可能となった。ベル、ベルカップさらにムーバブル・アーマあるいはベルレスシュートを用いたこの実施例においては、これら装置は炉頂部ではなく、装入ホッパ内に配置され、炉内とは装入管によって連絡するものの高温のガスが炉頂部から装入ホッパに入らないので、設備上の耐使用温度に関する問題はない。
【００３３】
【発明の効果】
竪型製錬炉において装入管方式で行う原料装入は、高炉のようにムーバブル・アーマや旋回シュートを持たないので、設備構造が比較的簡単であり、製錬炉における設備費を相対的に安価なものにでき、且つ設備のメンテも容易である。本発明では、かかる利点を活かしながら、従来できなかった炭材の粒度偏析分布を実現したことになる。
【００３４】
その結果、高温度にも耐え、炉壁部のみに優先的にガスが流れることを防いで炉壁に対する熱的な負荷の上昇を低減し、炉壁損耗の抑制が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る原料装入方法の概念を示す模式図である。
【図２】モデル実験での装入管位置を方位で示す図である。
【図３】図１に示した装置を用いて本発明を実験した時の炉頂における炉半径方向の平均粒度分布（ｃ）（ｄ）、ならびに比較例（ａ），（ｂ）を示す図である。
【図４】竪型製錬炉の具体的な装置構成を示す図である。
【図５】模型実験の実施方法を示す図である。
【図６】模型実験による装入ホッパから炉内への原料降下状況の調査結果であり、（ａ）は装入ホッパ内の原料分布、（ｂ）は製錬炉内装入物の表面における原料分布を示す図である。
【図７】模型実験による装入ホッパからの原料排出速度の影響を調査した結果である。
【図８】本発明に係る原料装入方法の実施態様を示す図であり、（ａ）は従来例、（ｂ）は装入ホッパ内の堆積原料の粒度偏析を起こさせるためにベル、（ｃ）はベルとベルカップ、（ｄ）はベルとムーバブル・アーマ、（ｅ）はベルレス・シュートをそれぞれ用いた場合である。なお、図中の矢印は炭材の運動を示している。
【図９】ベルとベルカップ間から炭材が落下する様子を示し、（ｄ）の装置を用いての（ａ）はベルとベルとベルカップ間に炭材を堆積した状況、（ｂ）はムーバブル・アーマ使用なし、（ｃ）はムーバブル・アーマ使用時の炭材落下状況を示す図である。
【図１０】ベルレス・シュートを用いた装入ホッパ内での炭材堆積状況である。
【符号の説明】
１装入コンベア
２レシービングシュート
３均排圧ホッパ
４上部シール弁
５装入ホッパ
６下部シール弁
７ゲート弁
８炉本体（竪型精錬炉）
９装入管
１０薄い鉄板の仕切り
１１原料（コークス）
１２制御板
１３ベル
１４装入ホッパの底面フラット部
１５ベルカップ
１６ムーバブル・アーマ
１７ベルレス・シュート

Claims

竪型製錬炉の炉上方に設けた均排圧ホッパ、装入ホッパ及び装入管を経て炉内へ原料を装入するに際し、該装入ホッパ内に堆積する原料を、該原料の半径方向粒度偏析が該竪型製錬炉炉頂部での目標とする原料の半径方向粒度偏析とほぼ同じになるように調整し、複数の装入管を経て炉内に装入することを特徴とする竪型製錬炉の原料装入方法。
竪型製錬炉が、炉内に炭素系固体還元剤の充填層が形成され、該充填層に高温空気や粉体原料を吹込む上下少なくとも２段に設けられたそれぞれ複数の羽口を有する炉であり、装入原料が炭材であることを特徴とする請求項１記載の竪型製錬炉の原料装入方法。
請求項１または２において、装入ホッパ内に堆積する原料の半径方向粒度偏析を装入ホッパ内に配設したベル、ベルとベルカップの組み合わせ、あるいは旋回シュートにより調整することを特徴とする竪型製錬炉の原料装入方法。