JP3948364B2 - ベルレス高炉への中心コークス装入方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装入シュートを用いるベルレス高炉において、特段の設備を設けることなく、炉中心部に中心コークスを形成し、さらにその中心部に粒径の大きい粗粒コークスを効果的に装入することを可能としたベルレス高炉における中心コークス装入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉では、炉頂より鉱石とコークスを交互に装入するとともに、炉下部から空気または酸素富化空気を炉内へ吹込んで炉内のコークスを燃焼させ、この燃焼によって発生する高温の還元性ガスを用いて高炉シャフト内の鉱石の還元および溶融を行なう。したがって、高炉シャフト内の鉱石やコークスの原料層の通気抵抗を低減することは、高炉の生産性向上のために重要な要素である。
【０００３】
ところで、高炉炉内の通気抵抗の増加を防ぎ、炉内ガスの流れを安定に保つ方法として、コークスを炉中心部に集中的に装入して炉中心部における強い炉内ガス流を形成することが有効であるという事実が知られている。このように炉中心部に装入して形成したコークスのことを中心コークスとよぶ。
この中心コークスを実現する方法として、特開昭60-56003号公報には、１チャージで装入するコークスの内の 1.5〜８重量％を炉中心部へ集中的に装入するとした技術が開示されている。
【０００４】
この技術は、図４に示すように、ベル式高炉1Aに適用され、大ベル12の直下の炉中心部に中心コークスの山10を形成するための中心コークス装入装置11を設けるものであり、炉内堆積層４として交互に積層される鉱石層4aとコークス層4bに対し、鉱石層4aの形成に当たってその中心部に中心コークスの山10を形成することで、炉中心部へのコークスの集中装入を実現するものである。
【０００５】
このようなコークスの炉中心部への集中装入は、炉内の通気抵抗を低減するという効果のみならず、炉中心に鉱石がほとんどない状態にできることから、鉱石の還元で発生する二酸化炭素によってコークスが酸化される、いわゆるソリューションロス反応（ソルロス反応ともよばれる。）によるコークスの劣化を回避し、また低減できるという効果がある。
【０００６】
さらに、この効果を利用することで、コークスそのものの強度管理値を低下させることができ、コークス製造のための原料炭のコストダウンが可能となる。また、炉床部での炉芯コークスの粒径が必要以上に縮小することも防止できることから、炉床での通液性向上にも役立っている。
コークスの炉中心部への集中装入を実現する手段としては、前記の特開昭60-56003号公報に示されるコークス装入手段以外にも、中心コークス専用の装入手段を別途設置する他の方法が数多く提案されてきている。しかしながら、このように原料装入手段とは別個に中心コークス装入手段を新たに設置するには多大の設備費が必要となることが大きな問題である。
【０００７】
そのため、特開昭62-290809 号公報等では、図３に示すように、ベルレス高炉における装入シュート２を利用し、コークス装入にあたって、装入シュート２の傾動角θを０°すなわち垂直に保持することでコークス粉粒体３を炉中心部1aに垂直に装入する方法が提案されている。こうすることで、炉内堆積層４上にコークス層4bを積層し、つづけて鉱石層4aを積層するに際して、炉中心部1aをピークとする中心コークスの山10を形成している。
【０００８】
この方法は、既設の装入シュートを用いて、コークスの１バッチ分を中心コークスとして装入できるため、装入シュートの制御シーケンスを変更するだけで実現できる方法であり、中心コークス装入方法の利点を簡便に享受できる有利な方法であると言える。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の中心コークス装入方法では、炉中心部へ垂直に落下したコークス粉粒体が山を形成するにあたり、比較的粒径の小さな細粒のコークスが炉中心部に偏析し、粒径の大きい粗粒のコークスが周辺の裾野部に集中するという問題があった。
【００１０】
一般に、図７に模式的に示すように、粉粒体を真上から投入して積み上げ、山を形成すると、その粉粒体は、山の頂点近傍に落下した後に山の斜面に沿って転がりながら堆積していく。このとき、粉粒体の内の比較的細かいものは斜面の上部に留まり、粒径の粗いものは斜面の裾野側へ転動していく傾向にある。この現象が、そのまま高炉の炉頂部で生じることになり、図３に示す装入シュートを垂直にする中心コークス装入方法では、炉中心部に比較的細かいコークスが堆積して、その周囲に粗粒が堆積することになる。
【００１１】
図３に示すように、中心コークスの山10の周囲の裾野部分は、鉱石層4aの端部に相当するため、ここに中心コークスの粗粒が集中して炉内ガス流５が強い状態となると、この部分の原料が流動化して崩れる原因ともなる。
そして、炉内原料の層厚分布を制御する制御性が悪化して適正な操業を維持するのが難しくなるという問題が発生する。
【００１２】
本発明は、ベルレス高炉での装入シュートを用いた中心コークス装入にあたり、コークスの粒径が炉中心部において最大となるようにして、炉中心部に炉内ガス流を形成し、これにより安定な操業を可能とするベルレス高炉への中心コークス装入方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、装入シュートを用いるベルレス高炉における中心コークス装入方法であって、該ベルレス高炉の炉中心部を０、炉壁部を１とする無次元半径に対し 0.1〜0.4 に相当する半径位置からコークスの装入を開始し、前記装入シュートの１旋回毎にその傾動角を炉中心側へ順次移行させて装入することを特徴とするベルレス高炉における中心コークス装入方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、ベルレス高炉における装入シュートを用いた原料装入方法について説明する。
図１に示すように、装入シュート２を有するベルレス高炉１では、鉱石やコークス等の原料を、炉頂から装入シュート２を介して装入し、炉内堆積層４を形成する。
【００１５】
装入シュート２は、炉中心部1aにおける炉中心軸に対して傾動角θとなるように調整され、炉中心軸の廻りを回転しながら原料装入を行なう。そして、炉中心部1aを中心とした点対称の原料堆積面を形成する。また、装入する原料は、装入シュートの角度を変えることで炉頂面の任意の場所への投入が可能である。
炉半径方向への装入位置の調整は、装入シュート２の傾動角θを調整することで行なう。通常は、あらかじめ所定の傾動角に対してそれぞれノッチ番号を付与しておき、炉中心軸を中心に旋回（回転）させながら原料を装入するにあたって、原料の装入開始から装入シュートの１旋回毎にノッチ番号を決めておき、このノッチ番号のパターンを制御することで炉内への原料装入パターンを制御する装入制御を行なっている。
【００１６】
装入シュートの傾動角に応じた原料の落下位置は、高炉操業開始前の炉内への原料填充調査時に予め調査しておく。あるいは、旋回する装入シュート上を原料が流下するときの遠心力と重力、炉内ガスの上昇流を考慮して、原料の落下軌跡を力学的に計算し、原料の装入位置を求めるようにすることもできる。
ところで、中心コークスの装入を考えると、装入開始から１旋回毎に傾動角を小さくしてコークスの装入を行なうとすると、図２に示すように、１旋回目のコークス装入位置よりも２旋回目のコークス装入位置の方がより炉中心側へ寄ってくる。このように中心コークスを装入すると、２旋回目のコークスは１旋回目のコークスよりも炉中心側へ落下した後に炉中心側へ流れ込むことになる。このとき２旋回目のコークスの内、比較的粗粒のものがより炉中心側へ流れ込む。
【００１７】
すなわち、旋回が進むにつれてコークスの落下位置を炉中心側へ動かすことによって、落下したコークスはその落下位置から炉中心側へ向けて斜面を流れ込む状態となって、装入されるコークスの内の最も粗粒のものが炉中心部に堆積することになる。
なお、このとき、１旋回目と２旋回目との落下位置が同じであると２旋回目のコークスは炉中心側と炉壁側とに分割して流れ込むことになるため、２旋回目のコークスの内、粗粒のコークスの一部が炉壁側へ流れ込むことになり問題となるが、本発明のように、旋回が進むにつれてコークスの落下位置を炉中心側へ寄せるようにすることで粗粒はすべて炉中心側へと流れ込むようにでき、炉中心部での粗粒コークスの偏析を強化する意味で有効である。
【００１８】
また、本発明では、中心コークスの装入開始位置を、高炉の炉中心部を０、炉壁部を１とする無次元半径に対し、 0.1〜0.4 に相当する半径位置とすることを好適とする。装入開始位置が0.4 よりも大きいと、中心コークスの装入を開始しても１旋回分で装入されるコークス量が少なくなるため、炉中心部近傍までコークスが流れ込むことがなくなり、炉中心部へ粗粒のコークスを装入する効果に乏しくなる。また、装入開始位置が0.1 よりも小さいと、装入されたコークスが流れ込む距離が短くなり、粒度偏析を起す効果が乏しくなってしまう。
【００１９】
上記の中心コークスの装入開始位置の好適範囲を検証するため、内容積が5000ｍ³ 級の高炉の炉頂装入装置の１／５縮尺模型実験を行い、中心コークスの装入開始位置の違いによる半径方向でのコークス粗粒比率を調査した。その結果を図６に示す。ここで、コークス粗粒比率とは、装入実験終了後に、各無次元半径位置において所定量のサンプリングを行なってコークスの粒度分布を測定し、装入したコークスに対しメジアン径以上の粒径のものを粗粒として、各サンプル中の粗粒の割合を示したものである。
【００２０】
それぞれの実験では、コークスを５旋回で装入した。ここで、装入開始位置が0.05および0.1 の場合は、１旋回毎に装入位置を無次元半径で0.01ずつ炉中心側へ移動させて装入した。また、装入開始位置が0.4 および0.45の場合は、１旋回毎に装入位置を無次元半径で0.05ずつ炉中心側へ移動させて装入した。
装入開始位置が無次元半径0.05の位置の場合、２旋回目以降のコークスは炉中心部から逆に炉壁部方向へ溢れて堆積したため、実質的には炉中心部へ直接装入した場合と大差なく、粒径測定においても、炉中心よりも炉壁側へ向けて粗粒比率が増加する結果となった。
【００２１】
また、装入開始位置が無次元半径0.45の場合では、無次元半径０〜0.3 の範囲でのコークス粗粒比率がそれほど変らず、偏析が大きくないという結果となった。これに対し、装入開始位置が 0.1〜0.4 の範囲の場合は、無次元半径０〜0.2 の範囲で70％以上のコークスが粗粒となり、中心部近傍での粗粒の偏析が強化されていることが判る。
【００２２】
【実施例】
内容積が5153ｍ³ の大型高炉において、表１に示す操業条件での操業を実施した。ここで、比較例は、中心コークスの装入にあたり、装入シュートを傾動角０°として炉中心へ集中装入したものである。一方、本発明例では、装入開始位置を無次元半径0.3 とし、１旋回毎に無次元半径で0.03ずつ炉中心側へ移動させて中心コークスを装入したものである。
【００２３】
【表１】

【００２４】
それぞれの操業時に、高炉シャフト部の炉頂堆積面から５ｍ下のレベルに設置したゾンデを炉半径方向へ送り込みながら、炉壁から炉中心部までのそれぞれの位置における炉内ガスをサンプリングし、ＣＯガスとＣＯ₂ ガスを分析し、それらの体積％からガス利用率を算出した。
なお、ガス利用率とは、
【００２５】
【数１】

【００２６】
で計算される値であり、高炉内ではガス利用率が大きい部分で相対的に鉱石の割合が多くなると考えることができる。
ガス利用率の算出結果を図５に示す。
図５に示すように、比較例では、炉中心部のガス利用率が、その周辺部（無次元半径で0.2 程度の位置まで）よりも上がっている。これは、中心コークスを炉中心部へ集中的に装入した結果、コークス中の粗粒が炉中心の周辺部へ流れ込み、この部分の炉内ガス流が強化されたため、この部分へ装入された鉱石が吹き上げられて鉱石層が崩れて炉中心部にまで流れ込んだためと考えられる。
【００２７】
その結果、比較例の操業では、炉中心部のガス流が不安定になり、燃料比が507 kg／ｔ（溶銑）程度となった。
これに対して、本発明例では、炉中心部でのガス利用率が15％程度と低く、炉中心部に強いガス流を形成していることがわかる。そして、炉内の装入物の分布が安定していることから、燃料比を498 kg／ｔ（溶銑）程度にまで下げても比較例と同等以上の生産が可能となる。
【００２８】
また、表１からも明らかなように、本発明例では、比較例に比べてコストの低い微粉炭を多く用いることができ、さらに、トータルの燃料比も低減することができた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の適用により、装入シュートを用いたベルレス高炉における中心コークスの装入において、炉中心部でのコークス粒径を最大とすることが可能となり、安定な操業が実現できた。そして、より低い燃料比で従来と同等以上の生産を行なうことが可能となり、より良好な高炉操業が実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルレス高炉における装入シュートの配置を示す模式図である。
【図２】装入シュートで装入した炉内堆積層の模式断面図である。
【図３】ベルレス高炉での従来の中心コークス装入方法を説明する模式断面図である。
【図４】ベル式高炉での従来の中心コークス装入方法を説明する模式断面図である。
【図５】高炉炉内でのガス利用率分布を示すグラフである。
【図６】装入開始位置の違いによる中心コークスの粗粒化率分布を示すグラフである。
【図７】粉粒体を投下して堆積した際の粗粒と細粒の分布状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１ ベルレス高炉
1A ベル式高炉
1a 炉中心部
1b 炉壁部
２ 装入シュート
３ コークス粉粒体
４ 炉内堆積層
4a 鉱石層
4b コークス層
５ 炉内ガス流
10 中心コークスの山
11 中心コークス装入装置
12 大ベル

Claims (1)

1. 装入シュートを用いるベルレス高炉における中心コークス装入方法であって、
   該ベルレス高炉の炉中心部を０、炉壁部を１とする無次元半径に対し 0.1〜0.4 に相当する半径位置からコークスの装入を開始し、前記装入シュートの１旋回毎にその傾動角を炉中心側へ順次移行させて装入することを特徴とするベルレス高炉における中心コークス装入方法。

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