JP6303685B2 - ベルレス高炉の装入物装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、ベルレス高炉の装入物装入方法に関する。特に、高炉の炉壁に沿って上昇する周辺流の安定化を図る、ベルレス高炉の装入物装入方法に関する。

近年の資源劣質化により高炉で使用する装入物の多種多様化が求められている。それに対応するために、従来以上に高精度な装入物分布制御技術の開発が期待されている。高出銑、低還元材比操業達成のためには、高炉内通気性の抜本的な改善が必須である。特に、装入物分布制御がその重要な操作因子のひとつである。
最近の大型高炉は、装入物分布制御の方法として、炉頂部に旋回機能を有し、且つ、その俯仰角度が変更できる旋回シュート式（以下、ベルレス式と記す。）原料装入装置を採用している。このシュートにより原料を輪状に装入する。

ベルレス式原料装入方法としては、炉内でコークス層と鉱石層を形成するために、コークス、鉱石の順に装入する２バッチ装入法が一般的に知られている。
しかし、２バッチ装入法では、炉内ガスの中心流を確実に確保するのが不十分であるため、２バッチ装入法を改善する方法として、３バッチ装入法や４バッチ装入法が提案されている。

３バッチ装入法は、コークスのＣバッチと、鉱石のＯバッチとを、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｏ_１の順などで装入する方法である。ここで、Ｃ_１バッチ或いはＣ_２バッチにおいて、炉中心部にコークスを装入する方法が採用されている。中心コークス層を形成することで、炉中心部に一定の炉内ガス流を確保することができる。

４バッチ装入法は、コークスのＣバッチと、鉱石のＯバッチとを、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｏ_１，Ｏ_２の順や、Ｃ_１，Ｏ_１，Ｃ_２，Ｏ_２の順などで装入する方法である。
この４バッチ装入法では、例えば、先ず、Ｃ_１バッチにおいて、炉壁側に水平型テラスと、この水平型テラスの炉内側から炉中心に向かって傾斜する傾斜コークス層を形成する。次いで、Ｃ_２バッチにおいて、炉中心部へのコークスを装入する。次に、Ｏ_１バッチにおいて、水平型テラスの上、又は、水平型テラスと傾斜コークス層との境界に向かって鉱石を装入する。更に、Ｏ_２バッチにおいて、水平型テラスの上の炉周辺部に鉱石を装入する。このうち、Ｏ_１バッチでは、装入した鉱石によって、Ｃ_１バッチのコークスの層を一部崩すことで、Ｏ／Ｃ分布を調整している。

４バッチ装入法として、低コークス操業時のコークス層の堆積形状をコークステラス長が０．３以下で、コークス堆積層の傾斜角１０°〜２０°にすることが記載されている（特許文献１参照）。
しかしながら、装入するコークスの原材料銘柄や含有水分の変動によって、Ｃ_１バッチで形成される水平型テラスの長さが変動したり、円周方向で偏差が生じたりする場合がある。上記のような場合には、Ｏ_１バッチによるコークス崩れ量が変動し、所望のＯ／Ｃ分布に制御できないという課題があった。

一方、高炉原料槽の庫下篩で発生した焼結粉を２次篩にかけた細粒焼結鉱を鉱石バッチに混合して炉周辺部に装入することが行われている。
例えば、１ｍｍ〜５ｍｍの細粒と５ｍｍ〜１８ｍｍの粗粒とに区分した焼結鉱を個別に炉内に装入することでガス流分布の改善を図る、粒度別装入法が提案されている（非特許文献１参照）。
また、多段式の傾斜スクリーンを備えた回収篩を使用して＋３ｍｍサイズの細粒焼結鉱を効率よく分級し、炉壁部への細粒装入量と位置を制御した、細粒焼結鉱の回収・使用技術が提案されている（非特許文献２参照）。

特開２００８−２０８４６３号公報

奥野嘉雄、外５名、「焼結鉱粒度別装入法によるオールコークス操業の改善」、鉄と鋼、日本鉄鋼協会、第６９年（１９８３）第１４号、Ｐ１５７８〜Ｐ１５８４ 中村勝、外５名、「細粒焼結鉱の効率的回収とその使用結果」、鉄と鋼、日本鉄鋼協会、第７２年（１９８６）第１２号、Ｓ８７５

上記非特許文献１，２に記載の細粒焼結鉱を使用する方法を４バッチ装入法などに適用する場合には、鉱石バッチを分割して装入することが考えられる。この場合、Ｏ_２バッチとして、装入する鉱石の全量に対する質量比が０．１〜０．２程度の細粒焼結鉱を炉壁の周辺部に装入することになる。このようなＯ_２バッチで細粒焼結鉱を装入する前に、Ｃ_１バッチとＯ_１バッチにおいて、テラスを形成し、その上に細粒焼結鉱を乗せることが考えられる。しかし、炉頂バンカーから排出される原料銘柄や粒径の時系列偏差の影響によってテラスの長さに円周方向偏差を持ち易い。更に、コークス層によるテラス長さの変動は、Ｏ_１バッチで装入される鉱石によるコークス崩れ量の変動を招くこととなり、局所的なガス抜けを助長し易い。

本発明は、このような状況を鑑み、４バッチ装入において、高炉の炉壁に沿って上昇する周辺流の安定化を図る、ベルレス高炉の装入物装入方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）コークスのＣバッチと鉱石のＯバッチを交互に、層状に装入するベルレス高炉の装入物装入方法において、Ｃ_１バッチを、炉壁側から炉の中心に向け下方に傾斜する傾斜コークス層を形成する工程と、Ｃ_２バッチを、炉の中心部に装入する工程と、次に、Ｏ_１バッチを、炉壁から中心にむけて装入し、炉壁側に略水平な形状の水平型テラスと、更に、前記水平型テラスの炉内側先端から炉の中心に向け下方に傾斜する傾斜鉱石層を形成する工程と、最後に、Ｏ_２バッチを、前記Ｏ_１バッチの前記水平型テラスの上に装入する工程の順で実施するＣ_１，Ｃ_２，Ｏ_１，Ｏ_２の４バッチ装入であって、前記Ｏ_２バッチが３ｍｍを超え６ｍｍ以下の細粒鉱石から成り、かつ、前記Ｏ_１バッチの前記水平型テラスにおける炉壁から中心に向かう長さが、炉口半径に対して０．１倍以上０．３倍以下であることを特徴とするベルレス高炉の装入物装入方法。

（２）前記４バッチ装入におけるＣ_１，Ｃ_２，Ｏ_１，Ｏ_２のそれぞれのバッチを、Ｃ_１，Ｏ_１，Ｃ_２，Ｏ_２の順で実施することを特徴とする（１）に記載のベルレス高炉の装入物装入方法。
（３）前記Ｏ_１バッチが鉱石と小塊コークスの混合バッチであることを特徴とする（１）又は（２）に記載のベルレス高炉の装入物装入方法。

ベルレス高炉における原料槽から炉内へ原料が装入されるまでの装置構成を示す図。 本実施形態の装入物分布の模式図。 実施例１の実炉における原料堆積プロフィールを示す図。 比較例１の実炉における原料堆積プロフィールを示す図。 実施例１及び比較例１における各装入方法の適用前後の炉況変化を示す図。

図１は、ベルレス高炉における原料槽から炉内へ原料が装入されるまでの装置構成を示す図である。図１に示す装置構成は、装入コンベア３にサージホッパーを設置せず、切り出した鉱石、コークスを直接、炉頂バンカー７に装入するダイレクトチャージ方式の例である。
図１に示すように、原料槽１５に貯蔵された焼結鉱は、原料槽１５下にある網目サイズ６ｍｍの一次篩２で篩われ、篩い上の６ｍｍを超える焼結鉱が焼結鉱槽１に回収される。一方、一次篩２の篩い下の焼結鉱は、網目サイズ３ｍｍの二次篩４にかけられる。この二次篩４により、篩い上の３ｍｍを超え６ｍｍ以下の焼結鉱は、細粒焼結鉱として細粒焼結鉱槽５に回収される。なお、二次篩４の篩い下である約３ｍｍ以下の焼結鉱は焼結工場で再利用される。焼結鉱槽１の焼結鉱及び細粒焼結鉱槽５の細粒焼結鉱は、焼結鉱槽１及び細粒焼結鉱槽５のそれぞれに付帯する秤量ホッパー（図示略）で秤量され、それぞれ装入コンベア３に排出される。
装入コンベア３上から排出された装入原料６は、炉頂バンカー７に一時貯留された後、流量調整弁８で排出口９の開口面積を調節することによって流量制御しながら、集合ホッパー１０、旋回シュート１１を介して高炉炉内１２に装入される。装入原料６の高炉炉内１２への装入は、旋回シュート１１の傾斜角度を、装入原料６が所望の位置に装入されるように、適宜調節しながら行われる。

図２に、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｏ_１，Ｏ_２の順で装入する４バッチ装入法におけるコークス層と鉱石層の各装入物の分布を模式的に示す。本実施形態では、図１に示す装置を使用し、図２に示す層構成となるように、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｏ_１，Ｏ_２の各バッチを装入する。

Ｃ_１バッチでは、炉壁側から炉の中心に向け下方に傾斜する傾斜コークス層を形成する。このように、Ｃ_１バッチでは、従来の４バッチ装入で形成していたコークスによる水平型テラスを形成せずに、コークスを自然堆積させることを特徴とする。これで、炉壁側から炉の中心に向け下方に傾斜する傾斜コークス層のみを形成する。
これにより、従来のコークス層の水平型テラスで生じていた、装入するコークスの原材料銘柄や含有水分の変動を起因とする水平型テラスの長さ変動や、円周方向における偏差が抑制される。結果として、後に続くＯ_１バッチ装入時において、コークス崩れ量に変動が生じにくくなるため、Ｏ／Ｃ分布を一定に制御できる。

Ｃ_２バッチでは、コークスを炉の中心部に装入する。中心コークス層を形成することにより、炉内ガスの中心流を確保する。

Ｏ_１バッチでは、炉壁から中心にむけて装入し、炉壁側に略水平な形状の水平型テラスと傾斜鉱石層を形成する。
このＯ_１バッチでは、鉱石と小塊コークスの混合バッチを使用することが好ましい。このような鉱石・コークス混合装入法は、鉱石に、コークスを混合することにより、鉱石層の通気性を向上させ生産性を向上させると同時に、鉱石とコークスの粒子を近接させることにより、鉱石の還元性を向上させ、高炉燃料比を低下させることができる。したがって、Ｏ_１バッチを鉱石と小塊コークスの混合バッチとすることにより、鉱石・コークス混合装入の効果を、併せて発揮することができる。
また、Ｏ_１バッチの水平型テラスにおける炉壁から中心に向かう長さは、炉口半径に対して０．１倍以上０．３倍以下となるように形成する。Ｏ_１バッチの水平型テラスが上記長さであれば、後述するＯ_２バッチ装入において、細粒鉱石を静置させることが可能な程度の大きさのテラスを形成できる。

Ｏ_２バッチでは、Ｏ_１バッチの水平型テラスの上に３ｍｍを超え６ｍｍ以下の細粒鉱石を装入する。このＯ_２バッチにより、炉壁側に位置する鉱石の層を確保し、炉壁に沿って上昇する周辺流を制御する。またＯ_２バッチでは、上記範囲内の細粒鉱石のみを装入するので、Ｏ_２バッチで細粒焼結鉱と粗粒焼結鉱との混合鉱石を使用する場合に生じる、炉頂バンカー７から炉内へと装入される原料銘柄の時系列的偏差がない。このため、炉壁側に装入される細粒鉱石の分布に円周方向の偏差が生じないので、局所的なガス抜けの発生を抑制できる。このように、炉壁に沿って上昇する周辺流が安定化するため、結果として安定操業が実現される。
更に、Ｏ_２バッチ装入において、細粒鉱石を静置することで、Ｏ_１バッチの水平型テラス上にＯ_２バッチの細粒鉱石が積まれ、細粒鉱石層が形成される。これにより、Ｏ_２バッチの細粒鉱石層は、Ｏ_１バッチの傾斜鉱石層と同様に、炉壁側から炉の中心に向け下方に傾斜した構成となる。このため、Ｏ_２バッチ装入後の原料堆積プロフィール、即ち、次チャージのＣ_１バッチ装入前の原料堆積プロフィールは、炉壁側から炉の中心までに、下方に傾斜する傾斜層が形成されることになり、水平型テラスが形成されていない状態となる。

なお、上記実施形態では、Ｃ_１，Ｃ_２，Ｏ_１，Ｏ_２の順で実施する例で説明したが、それぞれのバッチを、Ｃ_１，Ｏ_１，Ｃ_２，Ｏ_２の順で実施してもよい。４バッチ装入において、Ｃ_１，Ｏ_１，Ｃ_２，Ｏ_２の順でも、上記効果を達成できる。
また、上記実施形態では、一次篩２の網目サイズを６ｍｍ、二次篩４の網目サイズを３ｍｍとしたが、焼結鉱の歩留りに応じて、適宜変更してもよい。例えば、細粒焼結鉱は、３ｍｍを超え６ｍｍ以下の範囲内において、一次篩２、二次篩４の網目サイズをそれぞれ調節して、その粒径を調整することができる。

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例の記載内容に何ら制限されるものではない。

〔実施例１、比較例１〕
本発明である原料装入方法による効果を、炉容積３７００ｍ^３の高炉を対象に実炉試験で検証した。
実施例１は、本発明による原料装入方法である。即ち、Ｃ_１バッチでは、炉壁側から炉の中心に向けて下方に傾斜する傾斜コークス層を形成し、Ｃ_２バッチでは、炉の中心部にコークスを装入した。続いて、Ｏ_１バッチでは、炉壁から中心にむけて装入し、炉壁側に水平型テラスを、更に水平型テラスの炉内側先端から炉の中心に向けて下方に傾斜する傾斜鉱石層を形成した。そして、Ｏ_２バッチでは、Ｏ_１バッチの水平型テラスの上に細粒鉱石を装入した。
なお、実施例１のＣ_１バッチ及びＣ_２バッチでは、粒子径略３０ｍｍ〜６０ｍｍのコークスを用いた。また、Ｏ_１バッチでは、粒子径約６ｍｍ〜３５ｍｍの焼結鉱と、粒子径略１０ｍｍ〜４０ｍｍのコークスを混合した混合原料を用いた。Ｏ_２バッチの細粒鉱石は、篩分けにより製造された３ｍｍを超え６ｍｍ以下の細粒焼結鉱を用いた。

比較例１は、従来法による原料装入方法である。即ち、Ｃ_１バッチでは、炉壁から中心にむけて装入し、炉壁側に水平型テラスを、更に水平型テラスの炉内側先端から炉の中心に向けて下方に傾斜する傾斜コークス層を形成し、Ｃ_２バッチでは、炉の中心部にコークスを装入した。続いて、Ｏ_１バッチでは、Ｃ_１バッチの水平型テラスと傾斜コークス層の境界から中心に向けて装入した。このＯ_１バッチ装入によりＣ_１バッチのコークスの層の一部を崩すことでＯ／Ｃ比を調整した。そして、Ｏ_２バッチでは、Ｏ_１バッチの水平型テラスの上に粗粒鉱石を装入した。
なお、比較例１のＣ_１バッチ、Ｃ_２バッチ及びＯ_１バッチで使用したコークスや混合原料は、上記実施例１と同様のものを使用した。Ｏ_２バッチの粗粒鉱石は、粒子径約６ｍｍ〜３５ｍｍの焼結鉱を用いた。

実施例１である本発明による装入条件を下記表１に、比較例１である従来法による装入条件を下記表２に示す。なお、表１及び表２中の相対落下位置重心は、炉中心を０、炉壁を１として表した原料装入レベルでの原料落下位置の重心である。

表２に示すように、比較例１では、相対落下位置重心をＣ_１バッチで０．８８、Ｏ_１バッチで０．７７とした。これらは、いずれも水平型テラスを形成並びに形成した水平型テラスを維持するために、相対落下位置重心は炉壁からやや離れた位置にある。
一方、表１に示すように、実施例１では、Ｃ_１バッチで水平型テラスを形成させないために、相対落下位置重心を０．９９とした。Ｏ_１バッチでは、Ｏ_２バッチの細粒鉱石を静置させるための小さな水平型テラスを形成するため、相対落下位置重心を０．９４とした。また、Ｏ_２バッチは、相対落下位置重心が１の炉の最も周辺部のみに装入した。

次に、実施例１及び比較例１の各装入方法による、原料堆積プロフィールを確認した。図３に実施例１の実炉における原料堆積プロフィールを示す。また、図４に比較例１の実炉における原料堆積プロフィールを示す。なお、図３及び図４に示す原料堆積プロフィールは、プロフィールメータにより測定した。
図３及び図４を比較すると、原料堆積プロフィールが変化している状況が確認できる。具体的には、図４に示す比較例１の装入方法では、Ｃ_１バッチ装入後、並びにＯ_１バッチ装入後に、それぞれ水平型テラス（図４中に矢印で示す。）が形成されている。Ｏ_１バッチ装入後の水平型テラスは、炉壁から中心に向かう長さが炉口半径に対して０．４倍（炉壁から２ｍ）の長さであった。一方で、図３に示す実施例１の装入方法では、Ｃ_１バッチ装入後には水平型テラスの形成は認められず、後に続くＯ_１バッチ装入後に、炉壁から中心に向かう長さが炉口半径に対して０．２５倍（炉壁から１．２５ｍ）の水平型テラス（図３中に矢印で示す。）が形成されている。そして、Ｏ_２バッチ装入後には、前記水平型テラスの上に、細粒鉱石層が形成されていることが確認できる。

次に、実施例１及び比較例１の各装入方法の適用前後の炉況変化を確認した。図５に、実施例１及び比較例１における各装入方法の適用前後の炉況変化を示す。
具体的には、先ず、比較例１の装入方法を適用して操業を行い、次に、装入方法を変更し、実施例１の装入方法を適用して操業を行った。そして、このときの、スキンフローガス利用率及びその標準偏差、スキンフロー温度及びその標準偏差、ステーブ給排水温度差、ガス抜け回数、及び細粒焼結鉱使用量について、それぞれ測定及び算出することで、各装入方法の適用前後における炉況変化を確認した。なお、スキンフローガス利用率は、羽口から上方２１．３３５ｍに位置する炉壁面に設置されたガス検出機により測定された、炉内最近傍を流れるガスの成分に関して、下記式（１）により算出される比率である。
ガス利用率＝｛ＣＯ_２／（ＣＯ_２＋ＣＯ）｝×１００・・・（１）
スキンフロー温度は、羽口から上方２１．３３５ｍに位置する炉壁面に設置された熱電対により測定された、炉内最近傍を流れるガスの温度である。ステーブ給排水温度差は、ステーブ内に流通させる冷却水の給水温度と排水温度との差である。スキンフローガス利用率の標準偏差、及びスキンフロー温度の標準偏差は、円周方向８方位の標準偏差である。

図５に示すように、比較例１の装入方法適用時には、炉周辺部からの局所的なガス抜けが散発する状態であり、炉内最近傍のガス流れが不安定であった。
また、比較例１の装入方法適用時では、炉内最近傍のガス利用率が４０％前後と低く、またスキンフローの温度も３５０〜４００℃と高めに推移しており、ステーブ給排水温度差も１０℃前後と高いことから、炉内最近傍を流れるガス流速が大きく、炉体熱負荷が高い状況であったことが判る。更に、スキンフローガス利用率、及びスキンフロー温度は、ともに標準偏差が大きく、かつ変動も大きい結果であった。
一方、実施例１の装入方法適用時には、ガス抜け回数がほぼ０と低減され、スキンフローのガス利用率が４５％前後に向上し、スキンフロー温度は３００℃前後に低下した。更に、ステーブ給排水温度差も６〜８℃と小さいことから、炉内最近傍を流れるガス流速が小さく、炉体熱負荷が低下していることが判る。また、スキンフローのガス利用率の標準偏差や、スキンフロー温度の標準偏差がそれぞれ低下し、また、変動も小さくなったことから、炉壁に沿って上昇する周辺流の変動が抑制されたことが確認できる。

高炉の壁際の炉内ガス流れの安定化を図ることができるベルレス高炉の装入物装入方法として利用することができる。

１…焼結鉱槽、２…一次篩、３…装入コンベア、４…二次篩、５…細粒焼結鉱槽、６…装入原料、７…炉頂バンカー、８…流量調整弁、９…排出口、１０…集合ホッパー、１１…旋回シュート、１２…高炉炉内、１５…原料槽。

Claims (3)

1. コークスのＣバッチと鉱石のＯバッチを交互に、層状に装入するベルレス高炉の装入物装入方法において、
   Ｃ_１バッチを、炉壁側から炉の中心に向け下方に傾斜する傾斜コークス層を形成する工程と、
   Ｃ_２バッチを、炉の中心部に装入する工程と、
   次に、Ｏ_１バッチを、炉壁から中心にむけて装入し、炉壁側に略水平な形状の水平型テラスと、更に、前記水平型テラスの炉内側先端から炉の中心に向け下方に傾斜する傾斜鉱石層を形成する工程と、
   最後に、Ｏ_２バッチを、前記Ｏ_１バッチの前記水平型テラスの上に装入する工程の順で実施するＣ_１，Ｃ_２，Ｏ_１，Ｏ_２の４バッチ装入であって、
   前記Ｏ_２バッチが３ｍｍを超え６ｍｍ以下の細粒鉱石から成り、かつ、前記Ｏ_１バッチの前記水平型テラスにおける炉壁から中心に向かう長さが、炉口半径に対して０．１倍以上０．３倍以下であることを特徴とするベルレス高炉の装入物装入方法。
2. 前記４バッチ装入におけるＣ_１，Ｃ_２，Ｏ_１，Ｏ_２のそれぞれのバッチを、Ｃ_１，Ｏ_１，Ｃ_２，Ｏ_２の順で実施することを特徴とする請求項１に記載のベルレス高炉の装入物装入方法。
3. 前記Ｏ_１バッチが鉱石と小塊コークスの混合バッチであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のベルレス高炉の装入物装入方法。

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