JP4915119B2

JP4915119B2 - 高炉の原料装入方法

Info

Publication number: JP4915119B2
Application number: JP2006090999A
Authority: JP
Inventors: 正人永喜; 伸二長谷川; 秀明築地; 昭夫下村; 博文西村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007262520A

Description

本発明は、高炉の原料装入方法に係わり、特に炉頂にベルレス式装入装置を備えた高炉において、炉内での通気性確保及びガス利用率向上の両立を図る技術に関する。

溶銑を溶製する高炉には、原料としての粒状のコークスと焼結鉱を含む鉄鉱石類とが炉頂より交互に装入され、炉上部にそれらの互層が形成される。この原料の装入装置としては、大別してベル式装入装置とベルレス式装入装置とがある。このうちのベル式装入装置は、炉頂に炉中心軸を頂点とし、ベルと称するお椀を伏せた形状の部材を昇降自在に設置し、該ベルの周縁部をコーンと呼ばれる仕切りで押さえる構造になっている。そして、このベルとコーンとでベルホッパと呼ばれる空間を形成し、該空間へ上方から前記互層を形成する１バッチ分（１回の装入分）の原料を供給し、それを一時的に貯留すると共に、所定のタイミングで前記ベルを下方へ移動させて、ベルとコーンの間にできる隙間から原料が炉頂の内部へ滑り落ちる。その際、原料は、まず炉頂周辺部へ堆積し、そこから順次に炉中心部へ流れ込む。この状態のままでは、常に炉周辺の一定位置に原料を装入することになるので、炉壁にムーバブルアーマーと呼ばれる傾動自在な反発板を設置して、その傾斜角を変更して適宜原料の当たる位置を炉中心側へ変えることで、原料の落下位置を半径方向で変更させるようになっている。ただし、原料は、ベルの全周から同時に滑り落ち、その間にムーバブルアーマーの位置変更をする時間はないので、後述のベルレス式装入装置に比べると、原料の装入位置は限定されたものになる。

一方、ベルレス式装入装置は、炉頂に設置されたホッパ内に貯留されている鉄鉱石類やコークス等（混合装入する場合もある）の原料を、ホッパー下部のゲートを開いて炉頂へ落下堆積させる方式の装置であり、ゲートの開度を調整することで原料の排出時間を制御し、かつ、排出された原料は装入シュートあるいは旋回シュートと呼ばれ、炉中心の軸を中心に回転しながらシュートの傾動角を変更可能なシュートを経由して、原料を高炉内炉頂へ装入する。従って、この方式の装入装置は、装入シュートの任意の傾動角で任意の回転数分の原料装入ができるので、高炉炉頂半径方向の任意の場所へ任意の量の原料を装入できるという利点を有している。

ところで、高炉では、炉頂から装入された原料が形成する充填層の隙間を、炉下部から吹き込まれる空気がコークスを燃焼して発生する還元ガスが、炉頂へ向けて流れながら原料の昇温と鉱石の還元等を行うので、炉の円周方向には均一に、そして炉半径方向には適正なガス流を形成する必要がある。そのために、特に炉半径方向に装入する原料の粒度構成を適正に分布させることが重要になる。この点で、ベルレス式装入装置は有効な装置と考えられている。

しかしながら、ベルレス式装入装置は、ホッパから順次排出される原料をそのまま装入シュートを介して炉頂へ堆積させるので、該ホッパから排出する原料の粒度が時間と共に変動すると、そのまま炉頂の堆積状態（半径方向の粒度分布）に影響を与えることになる。図３は、垂直２段ホッパから排出される原料の経時的な粒度の変化を示している。図３に例示した２つのデータは、経時的な粒度変化の極端な例を示したものであるが、特に排出の最初の時期には、原料の粒度が粗くなったり、細かくなる場合があって、大きくばらついていることが分る。また、排出の末期には、粒径の小さいものが排出される傾向にある。その結果、従来のように、最初に旋回シュート１の先端を炉壁３に向け、順次傾動角を小さくして炉中心４の方向へ先端の向きを変更しながら、１バッチ分の原料５を連続的に装入すると、図２に示すように、炉周辺部に装入された原料５の粒度は、細かくなり、粗くなったりして不安定になり、炉中心部では細かくなる。従って、炉内の半径方向におけるガス流分布は、後述するように、望ましい状態にならない傾向になる。

つまり、高炉操業を安定して効率の良い状態で継続するには、炉内ガス流分布を適正に制御することが必要である。この適正なガス流分布の形状は、高炉の操業条件等によって種々変化するが、一般的には、炉中心部に強いガス流を形成し、炉周辺部には、炉壁保護を考慮しつつ適当量のガス流が形成されるのが望ましいと言われている。従って、炉中心部や炉周辺部への原料装入に際して、装入シュートから排出される原料の粒度が小さ過ぎたり、あるいは変動し易いと、安定した原料の装入ができず、適正なガス流分布を形成することが難しくなるばかりでなく、その結果として効率的な高炉操業の継続も困難になる。
特開２００５−２６４２９５号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、炉頂ホッパから排出される原料の粒度がばらついても、炉中心部及び炉周辺部に細粒の原料が装入、堆積されることのない高炉の原料装入方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
その本発明は、炉頂に備えたベルレス式装入装置の旋回シュートを用い、焼結鉱を含む鉄鉱石類とコークスとを１バッチづつ交互に高炉へ装入するに際して、１バッチ分の原料の装入にあたり、まず、前記旋回シュートの先端が前記高炉の半径方向での中間部の中央位置に向くように、該旋回シュートの傾動角を調整してから前記原料の装入を開始し、その後、旋回シュートの先端が順次炉中心方向へ向くように前記傾動角を変更して炉中心部への装入を連続的に行い、引き続き、旋回シュートの先端が炉周辺方向に向くように傾動角を変更して炉周辺部までへの装入を行い、再度旋回シュートの先端が中間部の中央方向へ向くように傾動角を変更して、該中間部の中央位置で装入を終了することを特徴とする高炉の原料装入方法である。

本発明によれば、炉中心部、炉周辺部に装入される原料の粒径を比較的大径で安定した粒度のものとすることが可能となり、高炉操業の安定化が達成できる。

以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。

まず、発明者は、図３のホッパからの１バッチ分の原料切り出し時における粒度の経時変化を踏まえ、炉内の半径方向におけるガス流分布を、高炉の安定操業にとって適切な前記した形状にするには、どのような装入方法にすれば良いか検討した。その結果、ホッパから初期に切り出される粒度が不安定な原料や切り出し末期の細粒の原料を、炉の半径方向における中間部に装入し、比較的粒度が粗くなる切り出しの中間時期の原料を、炉の周辺部や中心部に装入するようにすれば良いと考えた。つまり、図１に模式的に示すように、旋回シュート１を用い、１バッチ分の原料５を高炉へ装入するに際して、まず、旋回シュート１の先端が高炉の半径方向での中間部の中央位置（記号：Ｓで示す）に向くように、該旋回シュート１の傾動角（水平からの角度であり、記号：θ）を調整してから原料５の装入を開始する。その後、旋回シュート１の先端が順次炉中心４方向へ向くように傾動角を変更して炉中心部への装入を連続的に行う。そして、引き続き、旋回シュート１の先端が炉周辺方向に向くように傾動角を変更して炉周辺部までへの装入を行い、炉周辺に達したら、再度旋回シュート１の先端が前記中間部の中央方向へ向くように傾動角を変更して、該中間部の中央位置（記号：Ｆで示す）で装入を終了するのである。

そして、このことを確認するため、実際の高炉で、焼結鉱、塊鉄鉱石、鉄スクラップの混合物を原料として試行を行った。その高炉の炉頂に備えたホッパは、上部と下部に２連に設けてあり、旋回シュートの傾動角は、表１に示すように、各傾動角と対応するノッチを変えることで変更させた。なお、ノッチの番号が大きいほど、旋回シュートの傾動角（θ）が小さく、炉中心寄りになる。また、表１には、ノッチ数が２５示されているが、本発明では、それを全て使用する必要がなく、適宜選択すれば良い。旋回シュートの傾動角の大きさは、連続的に変化させる必要はなく、段階的に変更すれば、装入目的が達成できるからである。

まず、従来の装入（図２参照）では、旋回シュートを１９旋回させる間に１バッチ分の原料を、炉周辺部（記号：Ｇ）から炉中心部（記号：Ｃ）まで装入していた。その間に旋回シュートの傾動角の変更を行っているが、その変更は、表２に示すように、７〜２０ノッチまでを段階的に利用している。

この従来の方法に対して、同じく表２に、上記試行に採用したノッチの変更を示す。表２より、前記した考えの実行可能であることが明らかである。実際に試行した結果、その高炉は、炉況が安定し、円滑な操業が行えた。また、炉頂に設けたセンサでガスのＣＯ_２濃度を測定し、ガス流の半径方向分布を推定したところ、所望の分布形状になっていることが確認された。そこで、発明者は、上記した装入方法を本発明としたのである。

なお、本発明では、原料としては鉄鉱石類又はコークスの利用が好ましい。これらを混合した所謂「混合装入」も実施できるが、原料の形状やサイズが類似している方が装入の実施が容易だからである。なお、鉄鉱石類とは、所謂「鉄源」となる物資を意味し、塊状の鉄鉱石、焼結鉱又は鉄スクラップ、及びこれらの二種以上の混合物を言う。また、ベルレス式装入装置に付帯するホッパとしては、上記の上下に２連のもの（垂直２段式という）とか、複数のホッパを一段で併設するものがあるが、本発明はいずれの形態のホッパであってもいっこうに構わない。

炉頂に垂直２段式ホッパ及び旋回シュートを有するベルレス式装入装置を備えた内容積４０００ｍ^２級高炉の操業を行った。高炉の主な操業条件は、出銑比が２．３、コークス比が４２０ｋｇ／ｔである。その操業に際し、原料は、上記鉄鉱石類及びコークスを１バッチづつ交互に装入するようにした。

まず、前記表２に示した従来の方法で原料装入を行い、２週間の操業を行い、これを比較例とする。本発明に係る装入方法は、表２に同時に示した方法で行い、２週間の操業を行った。この操業を実施例とする。

これらの操業の結果は、炉内の半径方向でのガス流分布で評価した。つまり、高炉のシャフト部の炉頂寄りに、炉壁からガスサンプラを水平に押し込み、炉半径方向の所定位置で炉内ガスのサンプリングを行い、得られた試料をガスクロマトグラフで分析し、それら試料のＣＯ濃度及びＣＯ_２濃度を測定した。そして、この測定値に基づき、下記式でガス利用率を計算し、そのガス利用率の炉内分布で評価する。ガス利用率が大きいほど、炉内でのガス流速度は小さく、ガスと原料（鉄鉱石、コークス等）との化学反応が進んでいることを意味するからである。また、ガスの利用率が小さいことは、ガス流速度が大きく、通気の良いことを意味している。

ガス利用率（η_ＣＯ）＝１００×［（ＣＯ_２ｖｏ％）／（（ＣＯｖｏｌ％）＋（ＣＯ_２ｖｏｌ％））
上記した比較例及び実施例での炉内半径方向におけるガス利用率分布を図４に示す。図４より、本発明に係る実施例では、炉中心部（横軸の０近傍）の近傍でガス利用率が小さく、十分に強い中心ガス流の形成されていること明らかである。また、炉周辺部（横軸の１近傍）においても、炉中間部に比べると、やや強いガス流が見られる。つまり、本発明の実施で、高炉は前記した望ましいガス流分布で操業が行われている。

一方、比較例の結果は、炉中心部のガス利用率が比較的大きく、炉中心部の通気性が実施例に比べて不良であることを示している。また、炉周辺部では、通気性が良過ぎる状態にあると判断でき、全体的に実施例と比較して通気性の不安定な操業になっていた。

本発明に係る高炉の原料装入方法を模式的に説明する炉の縦断面図である。従来の高炉の原料装入方法を模式的に説明する炉の縦断面図である。炉頂ホッパから原料を切り出した際に示す原料粒度の経時変化を示す図である。高炉の半径方向におけるガス利用率分布を、本発明を適用した場合と従来の装入方法を適用した場合とで比較した図である。

符号の説明

１旋回シュート
２旋回シュートの移動方向を示す矢印
３炉壁
４炉中心軸
５原料層

Claims

炉頂に備えたベルレス式装入装置の旋回シュートを用い、焼結鉱を含む鉄鉱石類とコークスとを１バッチづつ交互に高炉へ装入するに際して、１バッチ分の原料の装入にあたり、
まず、前記旋回シュートの先端が前記高炉の半径方向での中間部の中央位置に向くように、該旋回シュートの傾動角を調整してから前記原料の装入を開始し、その後、旋回シュートの先端が順次炉中心方向へ向くように前記傾動角を変更して炉中心部への装入を連続的に行い、引き続き、旋回シュートの先端が炉周辺方向に向くように傾動角を変更して炉周辺部までへの装入を行い、再度旋回シュートの先端が中間部の中央方向へ向くように傾動角を変更して、該中間部の中央位置で装入を終了することを特徴とする高炉の原料装入方法。