JP5942929B2 - 高炉原料の装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉原料であるコークスと鉱石をベルレス高炉に装入する高炉原料の装入方法に関し、特に、ベルレス高炉の炉頂部に配置された上下２段のバンカーから高炉原料をベルレス高炉に装入する方法に関する。

高炉原料であるコークスと鉱石は、ベルレス高炉の炉頂部に設けられた原料装入装置からベルレス高炉に交互に装入され、炉内上部にコークス層、鉱石層が層状に堆積するのが一般的である。ここで前後して装入される一対のコークス、鉱石を１チャージとして管理し、この１チャージに含まれるコークス量と鉱石量の比率を管理することで、鉱石が還元されて生成する銑鉄量に対して使用されるコークス量を管理することができる。近年では、環境問題の観点から高炉でのコークス使用量をできるだけ減らして高炉操業を行うことが求められている。

高炉でのコークス使用量を低減する方法としては、１チャージ当りの鉱石装入量を増やす方法と、１チャージ当りのコークス装入量を低下させる方法の２つが考えられる。しかし、前者の方法を実施すると高炉に装入された鉱石の層厚が厚くなるため、鉱石の還元性が低下し、高炉の下部で未還元鉱石の直接反応による炉熱低下を招いて高炉炉況を悪化させることになる。一方、後者の方法を実施すると高炉に装入されたコークスの層厚が融着帯（鉱石同士が軟化融着する領域）で薄くなるため、高炉下部での通気性が悪化することになる。

高炉の通気性や通液性を良好に維持して高炉炉況を安定させる技術としては、高炉にコークスを装入した後、鉱石とコークスを同時に装入して高炉内にコークス層とコークス混合鉱石層とを交互に形成する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
しかし、特許文献１、２に記載された技術では、鉱石の溶融を促進させるために鉱石と同時に装入されるコークスの粒径を小さくしているため、鉱石が溶融し始めてから滴下するまでの領域（軟化融着帯）でコークスが消滅してしまい、軟化融着帯での通気性が不十分となり、コークス装入量の低減効果、すなわち鉱石に対するコークス比の低減効果が小さいと考えられる。

そこで、ベルレス高炉に高炉原料を装入する原料装入装置として、ベルレス高炉の炉頂部に上下二段に配置された２つのバンカーと、これらのバンカーのうち上側のバンカー（以下、上部バンカーという）に高炉原料を投入する旋回シュートと、上部バンカーに投入された高炉原料を下側のバンカー（以下、下部バンカーという）に移送するための複数のポートと、これらのポートを開閉する複数の開閉ゲートとを備えたセンターフィード型の原料装入装置を用いて高炉内にコークス層とコークス混合鉱石層とを交互に形成する技術が特許文献３に開示されている。

特開平８−２８３８０４号公報 特開平１０−１８３２１０号公報 特開２０１０−１３３００８号公報

センターフィード型原料装入装置は、ベルレス高炉の炉頂部に複数個のバンカーを並設した並列バンカー型の原料装入装置に比べ、高炉原料を炉内に装入する際の円周方向偏差が小さいため、高炉の径方向に高炉原料をほぼ均一に分配することが可能であるが、特許文献３に開示された技術では、軟化融着帯での通気性を確保するために、コークスの粒径を鉱石の粒径に対して１．３倍以上にしている。このため、コークス混合鉱石層のコークスと鉱石を旋回シュートから上部バンカーに投入したときに鉱石との粒径差に起因するコークスの偏析が発生し、これにより、上部バンカーに投入されたコークスと鉱石を下部バンカーからベルレス高炉に装入するときに鉱石中のコークス混合率が装入初期や装入中期では大、装入末期では小となるため、鉱石と共にベルレス高炉に装入されたコークスの分布が高炉の径方向に不均一になりやすいという問題がある。

上記目的を達成するために、本発明は、ベルレス高炉の炉頂部に上下二段に配置され、複数のポートにより連結された上部バンカー及び下部バンカーと、前記上部バンカーに高炉原料を装入する旋回シュートと、前記複数のポートを開閉する開閉ゲートと、前記下部バンカーから排出された高炉原料を高炉に装入する旋回シュートと、を備えたセンターフィード型原料装入装置を用いて高炉原料をベルレス高炉に装入する方法であって、前記上部バンカーに高炉原料を装入する旋回シュートの旋回運動を停止させた状態でコークスを前記上部バンカーに投入し、次いで前記上部バンカーに高炉原料を装入する旋回シュートを旋回させながら鉱石を前記上部バンカーに投入した後、前記複数のポートを閉状態から開状態に切り替えて前記コークス及び前記鉱石を前記上部バンカーから前記下部バンカーに移送し、その後、前記下部バンカーに移送された前記コークス及び前記鉱石を、前記下部バンカーから排出された高炉原料を高炉に装入する旋回シュートから前記高炉の内部に装入してコークス混合鉱石層を形成することを特徴とする。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、センターフィード型の原料装入装置からベルレス高炉にコークスと鉱石を同時に装入してベルレス高炉の内部にコークス混合鉱石層を形成する際にコークスと鉱石との混合率を装入初期から装入末期にかけて概ね一定に保ちながらコークス混合鉱石層を形成することのできる高炉原料の装入方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、ベルレス高炉の炉頂部に上下二段に配置され、複数のポートにより連結された上部バンカー及び下部バンカーと、前記上部バンカーに高炉原料を投入する旋回シュートと、前記複数のポートを開閉する複数の開閉ゲートと、前記下部バンカーから排出された高炉原料を高炉に装入する旋回シュートと、を備えたセンターフィード型原料装入装置を用いて高炉原料をベルレス高炉に装入する方法であって、前記ベルレス高炉にコークスと鉱石を同時に装入してベルレス高炉の内部にコークス混合鉱石層を形成するに際して、前記上部バンカーに高炉原料を投入する旋回シュートの旋回運動を停止させた状態で前記コークスを前記上部バンカーに投入し、次いで前記上部バンカーに高炉原料を投入する旋回シュートを旋回させながら前記鉱石を前記上部バンカーに投入した後、前記複数のポートを閉状態から開状態に切り替えて前記コークスおよび前記鉱石を前記上部バンカーから前記下部バンカーに移送することを特徴とする。

本発明において、前記コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量を、前記ベルレス高炉の炉頂部から装入される１チャージに含まれる全コークス量に対して１０質量％以上とすることが好ましい。

本発明によれば、旋回シュートの旋回運動を停止させた状態で上部バンカーに投入されたコークスは開閉ゲートの１つに堆積してコークス堆積層を形成し、旋回シュートを旋回させながら上部バンカーに投入された鉱石は開閉ゲートの各々に堆積して鉱石堆積層を形成する。これにより、ベルレス高炉にコークスと鉱石を同時に装入してベルレス高炉の内部にコークス混合鉱石層を形成する際に、コークスと鉱石が上部バンカーや下部バンカーで混じり合うことがなく、下部バンカーから排出されてベルレス高炉に装入されるときに混じり合うので、鉱石との粒径差によるコークスの偏析が上部バンカーや下部バンカーで発生することを抑制することができる。したがって、センターフィード型原料装入装置からベルレス高炉にコークスと鉱石を同時に装入してベルレス高炉の内部にコークス混合鉱石層を形成する際にコークスと鉱石との混合率を装入初期から装入末期にかけて概ね一定に保ちながらコークス混合鉱石層を形成することができる。

本発明を実施するときに用いられるセンターフィード型原料装入装置の一例を示す図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す図である。 旋回シュートの旋回運動を停止させた状態でコークスを上側のバンカーに投入したときのセンターフィード型原料装入装置の状態を示す図である。 コークス投入後に旋回シュートを旋回させながら鉱石を上側のバンカーに投入したときのセンターフィード型原料装入装置の状態を示す図である。 上側のバンカーに投入されたコークスと鉱石を下側のバンカーに移送したときの原料装入装置の状態を示す図である。 下側のバンカーから排出されるコークスと鉱石の排出割合を模式的に示す図である。 下側のバンカーから排出される鉱石中のコークス混合率の時間的変化を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
本発明を実施するときに用いられるセンターフィード型原料装入装置の一例を図１に示すと共に、図１のＡ−Ａ断面を図２に示す。図１に示されるセンターフィード型原料装入装置１はバンカー２Ａ，２Ｂを備え、これらのバンカー２Ａ，２Ｂはベルレス高炉３の炉頂部に上下二段に配置されている。

また、センターフィード型原料装入装置１は、バンカー２Ａ，２Ｂのうち上側のバンカー（以下、上部バンカーという）２Ａに高炉原料を投入する旋回シュート４と、旋回シュート４から上部バンカー２Ａに投入された高炉原料を下側のバンカー（以下、下部バンカーという）２Ｂに移送する原料移送管５Ａ〜５Ｄと、原料移送管５Ａ〜５Ｄの下端に形成されたポート（開口）を開閉する開閉ゲート６Ａ〜６Ｄとを備え、原料移送管５Ａ〜５Ｄは直管状に形成されていると共に、その上端部が上部バンカー２Ａの下面に接続されている。

また、センターフィード型原料装入装置１は、開閉ゲート６Ａ〜６Ｄを通過して下部バンカー２Ｂに移送された高炉原料を下方に排出する原料排出管７と、原料排出管７の下端に形成されたポートを排出する開閉ゲート８と、開閉ゲート８から供給された高炉原料を旋回しながら高炉内に投下する旋回シュート９とを備え、旋回シュート９はベルレス高炉３の炉頂部内に設けられている。そして、センターフィード型原料装入装置１は、旋回シュート４から上部バンカー２Ａに投入される高炉原料をベルレス高炉３の炉頂部に搬送する原料搬送コンベア１０および原料搬送コンベア１０により搬送される高炉原料を貯蔵する原料槽１１Ａ，１１Ｂをさらに備え、原料槽１１Ａには例えばコークスが、原料槽１１Ｂには例えば鉱石が貯蔵されている。

このようなセンターフィード型原料装入装置１を用いてベルレス高炉３に高炉原料を装入し、ベルレス高炉３の内部にコークス層１２（図１参照）を形成する場合は、まず、原料槽１１Ａに貯蔵されたコークスを原料搬送コンベア１０の上に所定量だけ供給し、原料搬送コンベア１０の上に供給されたコークスを原料搬送コンベア１０によりベルレス高炉３の炉頂部に搬送する。そして、ベルレス高炉３の炉頂部に搬送されたコークスを旋回シュート４から上部バンカー２Ａに投入する。

旋回シュート４から上部バンカー２Ａにコークスが投入された後、開閉ゲート６Ａ〜６Ｄを閉状態から開状態に切り替えると、上部バンカー２Ａに投入されたコークスが開閉ゲート６Ａ〜６Ｄを通過して下部バンカー２Ｂに移送される。その後、開閉ゲート８を閉状態から開状態に切り替えると、下部バンカー２Ｂに移送されたコークスが旋回シュート９に供給される。そして、旋回シュート９からベルレス高炉３の内部に投下されることで、ベルレス高炉３の内部にコークス層１２が形成される。

また、ベルレス高炉３の内部にコークス混合鉱石層１３（図１参照）を形成する場合は、まず、原料槽１１Ａに貯蔵されたコークスを原料搬送コンベア１０の上に所定量だけ供給する。このとき、原料搬送コンベア１０の上に供給されるコークスの供給量は、コークス混合鉱石層１３の中に混合されるコークス量がベルレス高炉３の炉頂部から装入される１チャージに含まれる全コークス量に対して１０質量％以上となる供給量とすることが好ましい。これは、コークス混合鉱石層１３のコークス量がベルレス高炉３の炉頂部から装入される１チャージに含まれる全コークス量に対して１０質量％未満の場合は、コークス混合鉱石層１３中のコークスが融着帯に到達する前にガス化反応によって全て消滅し、通気性改善効果を期待できなくなるためである。

原料搬送コンベア１０の上に供給されたコークスは原料搬送コンベア１０によりベルレス高炉３の炉頂部に搬送される。このとき、ベルレス高炉３の炉頂部に搬送されたコークスは旋回シュート４から上部バンカー２Ａに投入されるが、旋回シュート４の旋回運動を停止させた状態でコークスを上部バンカー２Ａに投入する。そうすると、図３に示されるように、上部バンカー２Ａに投入されたコークスは開閉ゲート６Ａ〜６Ｄのうち例えば開閉ゲート６Ａの上に堆積し、コークス堆積層１４を開閉ゲート６Ａの上に形成する。
なお、開閉ゲート６Ａの上にコークスを堆積させるには、原料移送管５Ａ〜５Ｄの下端に形成されたポートのうち例えば原料移送管５Ａの下端に形成されたポート上にコークスが投入される位置に旋回シュート４を停止させればよい。また、旋回シュート４の停止位置は装入バッチ毎に異なってもよい。

このようにして上部バンカー２Ａにコークスを投入したならば、次に、原料槽１１Ｂに貯蔵された鉱石を原料搬送コンベア１０の上に所定量だけ供給し、原料搬送コンベア１０の上に供給された鉱石を原料搬送コンベア１０によりベルレス高炉３の炉頂部に搬送する。そして、ベルレス高炉３の炉頂部に搬送された鉱石を上部バンカー２Ａに旋回シュート４を旋回させながら投入する。そうすると、上部バンカー２Ａに投入された鉱石は開閉ゲート６Ｂ〜６Ｄおよびコークス堆積層１４の上に堆積し、図４に示されるように、開閉ゲート６Ｂ〜６Ｄおよびコークス堆積層１４の上に鉱石堆積層１５が形成される。

旋回シュート４から上部バンカー２Ａにコークスが投入された後、開閉ゲート６Ａ〜６Ｄを閉状態から開状態に切り替えると、開閉ゲート６Ａの上に堆積したコークスと開閉ゲート６Ｂ〜６Ｄの上に堆積した鉱石がそれぞれ別々のポートから下部バンカー２Ｂに移送される。このとき、下部バンカー２Ｂに移送されたコークスと鉱石は、図５に示されるように、上方から見て分かれた状態で下部バンカー２Ｂに堆積し、コークス堆積層１４と鉱石堆積層１５を下部バンカー２Ｂ内に形成する。

その後、開閉ゲート８を閉状態から開状態に切り替えると、下部バンカー２Ｂに移送されたコークスと鉱石が旋回シュート９に供給される。そして、旋回シュート９からベルレス高炉３の内部に投下されることで、ベルレス高炉３の内部にコークス混合鉱石層１３が形成される。このとき、下部バンカー２Ｂに移送されたコークスと鉱石は、図６に示すような割合で下部バンカー２Ｂの中央部から排出され始め、最後に周辺の壁際に堆積したコークスおよび鉱石が旋回シュート９に供給されるので、コークス堆積層１３と鉱石堆積層１４の混合率を常時一定に保ちながらコークスと鉱石を下部バンカー２Ｂからベルレス高炉３に装入することができる。したがって、コークス混合率分布がベルレス高炉３の径方向に均一なコークス混合鉱石層１３を高炉内に形成することができる。

図５に示したコークスと鉱石が上方から見て分かれた状態で下部バンカー２Ｂに堆積するとは、上方から見てコークス堆積層１４がコークスを投入したポート下のみに堆積し、鉱石堆積層１５がその周囲のポート下に堆積すれば良く、コークス堆積層１４上に鉱石堆積層１５が堆積していても、下部バンカー２Ｂの中央部から周辺部にかけての半径方向でコークス堆積層１４とコークス堆積層１４上の鉱石堆積層１５の比率が大きく変わらない堆積状態が形成されていれば良い。
なお、ベルレス高炉３の内部にコークス混合鉱石層１３を形成するときに上部バンカー２Ａに投入されるコークスは粒径４０ｍｍ以上の塊コークス、粒径２０ｍｍ〜４０ｍｍの小塊コークスのいずれでもよいが、反応性が高い小塊コークスを上部バンカー２Ａに投入することがより好ましい。

上記のように、ベルレス高炉３の内部にコークス混合鉱石層１３を形成するに際して、旋回シュート４の旋回運動を停止させた状態でコークスを上部バンカー２Ａに投入し、次いで旋回シュート４を旋回させながら鉱石を上部バンカー２Ａに投入すると、旋回シュート４の旋回運動を停止させた状態で上部バンカー２Ａに投入されたコークスは開閉ゲート６Ａ〜６Ｄの１つに堆積してコークス堆積層１４を形成し、旋回シュート４を旋回させながら上部バンカー２Ａに投入された鉱石は各開閉ゲート６Ａ〜６Ｄに堆積して鉱石堆積層１５を形成する。これにより、ベルレス高炉３にコークスと鉱石を同時に装入してベルレス高炉３の内部にコークス混合鉱石層１３を形成する際に、コークスと鉱石が上部バンカー２Ａへの投入時や下部バンカー２Ｂへの移送時に混じり合うことがなく、下部バンカー２Ｂから排出されてベルレス高炉３に装入されるときに図６に示されるように下部バンカー２Ｂの中央部から順に排出されて混じり合うので、鉱石との粒径差によるコークスの偏析が上部バンカー２Ａや下部バンカー２Ｂで発生することを抑制することができる。したがって、センターフィード型原料装入装置１からベルレス高炉３にコークスと鉱石を同時に装入してベルレス高炉３の内部にコークス混合鉱石層１３を形成する際にコークスと鉱石との混合率を装入初期から装入末期にかけて概ね一定に保ちながらコークス混合鉱石層１３を形成することができる。

本発明者らは、下部バンカーから排出される鉱石中のコークス混合率の時間的変化について調査した。その調査結果を図７に示す。図７（ａ）は上部バンカーに鉱石とコークスを同時に投入した場合における、下部バンカーから排出される鉱石中のコークス混合率の時間的変化を示し、図７（ｂ）は本発明を適用した場合における、下部バンカーから排出される鉱石中のコークス混合率の時間的変化を示している。

上部バンカーに鉱石とコークスを同時に投入した場合は、鉱石と共に下部バンカーから排出される鉱石中のコークス混合率が排出初期の段階では大きいものの、排出中期から減少し、排出末期の段階では鉱石中のコークス混合率が大きく減少することが図７（ａ）からわかる。
これに対し、本発明を適用した場合は、下部バンカーから排出される鉱石中のコークス混合率が排出初期〜排出末期にかけて大きく変化しないことが図７（ｂ）からわかる。

したがって、上述したように、ベルレス高炉３の内部にコークス混合鉱石層１３を形成するに際して、旋回シュート４の旋回運動を停止させた状態でコークスを上部バンカー２Ａに投入し、次いで旋回シュート４を旋回させながら鉱石を上部バンカー２Ａに投入した後、開閉ゲート６Ａ〜６Ｄを閉状態から開状態に切り替えてコークスおよび鉱石を下部バンカー２Ｂに移送することで、センターフィード型原料装入装置１からベルレス高炉３にコークスと鉱石を同時に装入してベルレス高炉３の内部にコークス混合鉱石層１３を形成する際にコークスと鉱石との混合率を装入初期から装入末期にかけて概ね一定に保ちながらコークス混合鉱石層１３を形成することができる。
ベルレス高炉にコークスと鉱石を従来方法で装入した場合と本発明方法で装入した場合における高炉の通気抵抗指数やガス利用率を測定した結果を表１に示す。

ベルレス高炉にコークスと鉱石を従来方法で装入した比較例１の場合は、表１に示されるように、通気抵抗指数が２．３５、ガス利用率が４７．９％という値を示した。これに対し、ベルレス高炉にコークスと鉱石を本発明方法で装入した本発明例１の場合は、通気抵抗指数が２．３０、ガス利用率が４９．０％という値を示し、コークス比および還元材比が従来方法よりも低い値となった。このことから、本発明方法は高炉の安定操業に有効であり、低還元材比操業技術としても利用可能であることが確認された。

上述した本発明の一実施形態では、旋回シュート４の旋回運動を停止させた状態でコークスを上部バンカー２Ａに投入した後、鉱石を原料搬送コンベア１０の上に供給したが、コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量が少なくてよい場合には、原料槽１１Ａ，１１Ｂから原料搬送コンベア１０の上にコークスと鉱石を重ねて切り出しておき、原料搬送コンベア１０の上に切り出されたコークスと鉱石を上部バンカー２Ａに旋回シュート４の旋回運動を停止させた状態で投入し、次いで原料搬送コンベア１０の上に切り出された鉱石を上部バンカー２Ａに旋回シュート４を旋回させながら投入してもよい。
ベルレス高炉にコークスと鉱石を従来方法で装入した場合と本発明方法で装入した場合で、コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量が表１に示す場合と比べて少ない場合における高炉の通気抵抗指数やガス利用率を測定した結果を表２に示す。

コークス混合鉱石層中の中に混合されるコークス量が９．４質量％と少ない場合でも、ベルレス高炉にコークスと鉱石を従来方法で装入した比較例２の通気抵抗指数が２．３９、ガス利用率が４６．９％に対し、本発明方法で装入した本発明例２では、通気抵抗指数が２．３６、ガス利用率が４７．５％という値を示し、コークス比及び還元材比も従来方法の比較例２のコークス比及び還元材比よりも低い値となった。

また、コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量を１０．９質量％に上げてベルレス高炉にコークスと鉱石を本発明方法で装入した本発明例３場合、通気抵抗指数が２．３４％、ガス利用率が４８．０％と本発明例２の場合よりも改善した。また、本発明例３の場合、通気抵抗指数が２．３４％、ガス利用率が４８．０％であり、３８．５質量％の混合コークス量で従来方法で装入した表１の比較例１の場合の通気抵抗指数が２．３５、ガス利用率が４７．９％よりも改善した。また、本発明例３の場合、コークス比及び還元材比は、比較例１の場合のコークス比及び還元材比よりも低い値となった。

このことから、本発明の装入方法で混合コークス量が１０質量％以上とすれば、従来の方法で３８．５質量％と多量のコークスをコークス混合鉱石層中に混合した場合よりも大きな効果が得られることが確認された。
また、上述した本発明の一実施形態では、センターフィード型の原料装入装置として、上部バンカーに投入された高炉原料を下部バンカーに移送する原料移送管の本数が４本のものを例示したが、原料移送管の本数は４本に限られるものではなく、２本であってもよいし、３本以上であってもよい。

１…センターフィード型原料装入装置
２Ａ，２Ｂ…バンカー
３…ベルレス高炉
４…旋回シュート
５Ａ〜５Ｄ…原料移送管
６Ａ〜６Ｄ…開閉ゲート
７…原料排出管
８…開閉ゲート
９…旋回シュート
１０…原料搬送コンベア
１１Ａ，１１Ｂ…原料槽
１２…コークス層
１３…コークス混合鉱石層
１４…コークス堆積層
１５…鉱石堆積層

Claims (2)

1. ベルレス高炉の炉頂部に上下二段に配置され、複数のポートにより連結された上部バンカー及び下部バンカーと、前記上部バンカーに高炉原料を装入する旋回シュートと、前記複数のポートを開閉する開閉ゲートと、前記下部バンカーから排出された高炉原料を高炉に装入する旋回シュートと、を備えたセンターフィード型原料装入装置を用いて高炉原料をベルレス高炉に装入する方法であって、
   前記上部バンカーに高炉原料を装入する旋回シュートの旋回運動を停止させた状態でコークスを前記上部バンカーに投入し、次いで前記上部バンカーに高炉原料を装入する旋回シュートを旋回させながら鉱石を前記上部バンカーに投入した後、前記複数のポートを閉状態から開状態に切り替えて前記コークス及び前記鉱石を前記上部バンカーから前記下部バンカーに移送し、その後、前記下部バンカーに移送された前記コークス及び前記鉱石を、前記下部バンカーから排出された高炉原料を高炉に装入する旋回シュートから前記高炉の内部に装入してコークス混合鉱石層を形成することを特徴とする高炉原料の装入方法。
2. 前記コークス混合鉱石層の中に混合されるコークス量を、前記ベルレス高炉の炉頂部から装入される１チャージに含まれる全コークス量に対して１０質量％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の高炉原料の装入方法。

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