JPH0465882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はベルレス式高炉の原料装入方法に関す
るものであり、より詳細には、炉内半径方向の鉄
源と還元剤の重量比（以下「Ｏ／Ｃ」と略記す
る）分布の制御性を向上させることを目的とした
原料装入方法に関するものである。 （従来の技術） 高炉操業においては、高炉炉頂部における装入
物のＯ／Ｃ、粒径等の半径方向の分布を適正に制
御して、炉内における半径方向のガス流分布、熱
流比分布を所定の範囲に維持し、鉱石の還元・溶
解を安定に行なう必要がある。 従来のベルレス式高炉の原料装入方法を第４図
を用いて説明する。第４図はベルレス式高炉の炉
頂部の原料装入装置の概略図を示すものであり、
高炉１の炉頂部へベルトコンベア２によつて搬送
された原料３は、上部ゲート弁４、上部シール弁
５を介して一旦炉頂バンカー６内に貯蔵され、高
炉内の装入物が荷下がりして補給すべき所定のス
トツクレベル７に到達すると、装入物流量調整用
の下部ゲート弁８および下部シール弁９を開操作
し、炉頂バンカー６内の原料を分配シユート１０
を介して炉内に装入するものである。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら従来の原料装入方法では半径方向
のＯ／Ｃ分布の制御性が不充分であつた。 すなわち、鉄源装入時に形成される混合層形
成量の変動、原料の堆積角の変動、炉内装入
時間の変動、等によつて半径方向のＯ／Ｃ分布が
変動し易いことがあげられる。以下、その各々に
ついて詳述する。 鉄源装入時に形成される混合層形成量の変動
について 従来の原料装入方法においては、分配シユー
トの傾動角度（第４図中のθ：分配シユートの
底面と高炉の炉軸となす角度）を所定の角度か
ら順次減少させて、原料を炉内の炉壁部から順
次中心部へ装入していた。従つて、ほとんどの
場合、装入後の原料の表面形状は第４図に示す
ようなＶ型かあるいはＭ型の形状を成してお
り、いずれも斜面を形成していた。このため還
元剤層の上に鉄源を装入した場合、鉄源落下位
置近傍の還元剤層の表層部の一部が鉄源の衝撃
エネルギーによつて削りとられて炉中心方向に
移動し、炉中心部に広範囲にわたる鉄源と還元
剤の混合層を形成して堆積するのである。 ベルレス装入法における混合層形成に関して
本発明のうちの１名は実物大模型を用いた研究
を報告している（「鉄と鋼」第71巻、1985年、
175頁）。この混合層測定例を第５図に示す。本
測定例では、鉄源として焼結鉱を、また、還元
剤としてコークスを用いている。図中、破線は
焼結鉱装入前のコークス層の表面形状であり、
実線は焼結鉱装入後のコークス層の表面形状を
示す。中心部近傍には、炉壁部の焼結鉱落下位
置近傍に存在していたコークスが移動されて、
コークス単味層と焼結鉱とコークスの混合層が
広範囲に形成されている。このように、コーク
ス層が斜面を形成していると、焼結鉱装入時に
コークス層の表面形状が変化し、半径方向の
Ｏ／Ｃ分布は、焼結鉱装入前後の原料の表面形
状から計算されるＯ／Ｃ分布とは大きく異な
る。更に混合層形成量は分配シユート傾動角度
のスケジユールや装入量などの制御可能な因子
以外にも、原料の粒度構成変動や炉内ガス流分
布変動によるコークス層表面形状変動などの外
乱因子の影響を受ける。従つて、従来の斜面を
形成させるベルレス装入法では半径方向のＯ／
Ｃ分布の制御性は不充分だつたのである。 原料の堆積角の変動について 斜面の形成による半径方向Ｏ／Ｃ分布に及ぼ
す第２の問題点は、装入原料の堆積角の変動に
よつて半径方向のＯ／Ｃ分布が変動し易いこと
である。すなわち、斜面を形成している場合、
炉内のガス流分布の変動によつて原料の表層形
状が容易に変化するため、同一の分配シユート
の傾動角度スケジユール、同一の装入量すなわ
ち同一装入条件で炉内に原料を装入したとして
も、半径方向のＯ／Ｃ分布は変動し易いのであ
る。 炉内装入時間の変動について 第３の問題点は、斜面の形成の有無にかかわ
らず、分配シユート傾動角度を大から小へ順次
減少させる従来の装入法において生じる。すな
わち、従来の装入法においては、単位時間当り
の原料層厚増加量の小さい部分、すなわち炉壁
部から単位時間当りの原料層厚増加量の大きい
部分、すなわち中心部へ向けて原料が装入され
ている。このため原料の含有水分量の変動や原
料の粒度構成変動等によつて、下部ゲート弁に
おける流出特性が変化し、炉内への全装入時間
が変動する場合、装入末期の原料の炉内装入位
置である中心部における原料の層厚変動が極め
て顕著になるのである。 このように分配シユートの傾動角度を鉄源装
入時および還元剤装入時ともに大から小へ順次
減少させる従来のベルレス式高炉の原料装入方
法にあつては半径方向のＯ／Ｃ分布の制御性が
不充分であつた。 本発明は、上記した問題点を解消し、炉内にお
ける半径方向のＯ／Ｃ分布の制御性の向上を図れ
るベルレス式高炉の原料装入方法を提供せんとす
るものである。 （問題点を解決するための手段） 本発明に係るベルレス式高炉の原料装入方法
は、鉄源の装入時には炉壁から炉中心部に向つて
鉄源を装入すべく分配シユートの傾動角度を制御
し、また、還元剤の装入時には炉中心部から炉壁
方向に向つて還元剤を装入すべく分配シユートの
傾動角度を制御すると共に、装入後の還元剤表面
の堆積角が20度を超えないように前記分配シユー
トの傾動角度、各傾動角度における旋回数、下部
ゲート弁開度のうちの少なくとも一つを制御する
ことを要旨とするものである。 本発明においては、前記した問題点を解決する
ために次のような方法を採用した。 すなわち、第１の問題点である混合層形成量の
変動を防止するためには、混合層そのものが形成
されない条件、つまり斜面が形成されない条件を
現出することである。前記実物大模型を用いた研
究報告によると焼結鉱層の上にコークスを装入す
る場合にはコークスの所有する衝撃エネルギーが
小さいために混合層はほとんど形成されないこと
が半明している。従つて、混合層形成を抑制する
ためには、鉄源装入時の還元剤層の表面の堆積角
を良好に制御すればよいことがわかる。 本発明者等は炉外において実物大模型を製作
し、コークス層の堆積角を種々変更して焼結鉱装
入を行ない、コークス層堆積角の混合層形成量に
及ぼす影響を調査した。その結果を第２図に示
す。混合層形成量の指針として中心部のコークス
層の層厚増加（コークス単味層の層厚増加＋1/2
×混合層厚増加）を採用した。同図より明らかな
如くコークス層堆積角は20度を境にして、それを
超えた場合には焼結鉱装入による中心部のコーク
ス層厚増加が顕著であるが、それ以下では実用上
無視しうることが判明した。以上の結果をまとめ
ると、混合層形成量の変動を防止するためには、
還元剤装入後の堆積角が20度を超えないようにす
ればよいことがわかる。 第２の問題点である原料の堆積角の変動を防止
するためには、ガス流分布の変動が防止できれば
良いのであるが、これは実際操業上は困難であ
り、むしろガス流分布が変動しても原料の堆積角
が変動しない条件を現出する必要がある。しかし
て、鉄源は密度が大きく、しかも炉内堆積角が小
さいためガス流分布の変動による堆積角の変動は
受けにくいのであるが、還元剤は密度が小さく、
しかも炉内堆積角が大きいためガス流分布の変動
によつて堆積角が変動し易い。従つて還元剤の装
入後の堆積角を小さくしてガス流分布変動による
堆積角変動を防止する必要がある。 第３の問題点である炉内装入時間の変動による
半径方向のＯ／Ｃ分布変動を抑制するためには、
単位時間当たりの原料層厚増加量の大きい部位、
すなわち中心部から単位時間当たりの原料層厚増
加量の小さい部位、すなわち炉壁部へ向けて原料
を装入すればよい。特に還元剤は含有水分量の変
動が鉄源よりも大きく、炉頂バンカーからの排出
時間、すなわち炉内装入時間の変動が大きいため
に還元剤の装入は中心部から炉壁部に向けて行な
う必要がある。 以上の考察に基づいて本発明においては、還元
剤の装入時に、炉中心部から炉壁部にむかつて
装入すること、装入後の原料の表面の堆積角を
20度以下とすることにより前述の従来法の問題点
を解決するのである。勿論、鉄源装入時に同様の
対策をとれば、更に効果は良くなるが、本発明の
如く還元剤のみに適用しても以下に述べるように
充分効果を有する。 本発明の構成を第１図に基づいて説明する。な
お、第１図中第４図と同一番号は同一部分あるい
は相当部分を示し、説明を省略する。原料がベル
トコンベア２によつて炉頂に搬送され、上部ゲー
ト弁４、上部シール弁５を経て一旦炉頂バンカー
６内に貯蔵され、高炉１内の装入物が荷下がりし
て補給すべき所定のストツクレベル７に到達する
と下部ゲート弁８および下部シール弁９を開操作
し、分配シユート１０を介して炉内に装入するフ
ローは従来法と同じである。 先ず、第１の条件である炉中心部から炉壁部に
向かつて装入することを達成するために、分配シ
ユートの傾動角度を小から大に順次増加するスケ
ジユールを設定する。第１図中に示す矢印が分配
シユート傾動角度の動きを示している。次に、第
２の条件である装入後の堆積角を20度以下にする
ことを達成するために、分配シユートの傾動角
度、各傾動角度における旋回数、下部ゲート弁開
度のうち少なくとも一つを任意設定可能とするの
である。 かかる如く行なうことによつて炉内には第１図
に示すように還元剤１１の堆積角を20度以下にで
きるのである。 一方、鉄源１２は、従来法と同様に分配シユー
ト１０の傾動角度を大から小へと順次減少して炉
壁部から中心部に向けて装入する結果、第１図中
に示すように表面形状はＶ型をなす。従つて、炉
中心部のＯ／Ｃが低く、炉壁部のＯ／Ｃが高いよ
うな半径方向Ｏ／Ｃ分布を示すことになる。 通常の高炉操業においては、中心ガス流を確保
するため、中心部のＯ／Ｃが低下した半径方向の
Ｏ／Ｃ分布を指向しており、本発明は充分その目
的にかなうものである。また、炉壁部に不活性帯
が形成されるのを防止するため、適度の炉壁ガス
流を確保したい場合には、鉄源の表面形状がＭ型
となるように分配シユート傾動角度、各傾動角度
における旋回数、下部ゲート弁開度のうち少なく
とも一つを制御すればよい。 本発明においては、鉄源装入前の還元剤層の堆
積角が20度以下であるため、鉄源装入後の表面形
状の制御は従来法よりもはるかに容易である。ま
た、本発明の効果を充分発揮させるため、高炉の
炉頂部に通常設置されているプロフイル計１３で
装入後の原料の堆積角を実測し、所望の堆積角が
えられていない場合には分配シユートの傾動角
度、各傾動角度における旋回数、下部ゲート弁開
度のうち少なくとも一つを制御して前記プロフイ
ル計１３による計測を実施し、その効果を確認し
ながら原料の堆積角を所望の範囲に制御すること
もできる。更に、原料の炉内装入時間の制御性を
向上するために、炉頂バンカー内の原料堆積量の
サウンジング１４による計測や音響法等による原
料装入時間の計測を実施してもよいことは言うま
でもない。 ところで、本発明方法では分配シユートの傾動
角度を順次大きくしてゆく方法を採用しているの
であるが、これはいかに当業者といえども容易に
発明できるものではない。 すなわち、分配シユートの傾動角度を順次小さ
くしてゆく従来法にあつては、分配シユート荷重
および分配シユート上の原料荷重によつて生じる
モーメントの方向と、分配シユートの傾動方向が
同一であるため、傾動モータにかかる軸トルクが
小さく、従つて、モータの定格トルク許容範囲内
である。これに対し、分配シユートの傾動角度を
順次大きくしてゆく方法を採用する本発明方法で
は、分配シユート荷重および分配シユート上の原
料の荷重によつて生じるモーメントの方向と分配
シユートの傾動方向が逆である。従つて傾動モー
タにかかる軸トルクが大きく、モータの定格トル
クをを超えることが予想されたため、分配シユー
トの傾動角度を順次大きくしてゆく本発明の如き
発明がなされていなかつたのである。 しかし、本発明をするにあたり、分配シユート
の傾動角度を順次大きくしてゆく場合のモータ軸
の必要トルクを実測したところ第３図に示すよう
に従来のモータ容量を20％程度増加すれば常用す
る分配シユート傾動角度範囲において、分配シユ
ートの傾動角度を順次大きくしてゆけることが判
明した。 従つて小額の投資で分配シユートの傾動角度を
順次大きくしてゆく本発明が実施できるのであ
る。 （作用） 本発明は、ベルレス式高炉に鉄源と還元剤を装
入するに際し、鉄源の装入時には炉壁から炉中心
部に向つて鉄源を装入すべく分配シユートの傾動
角度を制御し、また、還元剤の装入時には炉中心
部から炉壁方向に向つて還元剤を装入すべく分配
シユートの傾動角度を制御すると共に、装入後の
還元剤表面の堆積角が20度を超えないように前記
分配シユートの傾動角度、各傾動角度における旋
回数、下部ゲート弁開度のうちの少なくとも一つ
を制御するものである為、炉内における半径方向
のＯ／Ｃ分布を精度よく制御できる。 （実施例） 本発明の効果を確認するため、炉外において前
述の実物大模型を用いて装入物分布試験を実施し
た。試験に使用した鉄源は実際の高炉で使用して
いる焼結鉱を、また還元剤は同じくコークスを使
用した。また試験における原料の装入条件は、荷
下がりがないことおよび送風がないことを除けば
実際の高炉と同一の条件であり、半径方向のＯ／
Ｃ分布は装入後の原料をエポキシ系樹脂で固化し
て装置外にとりだし、計測した。 本発明を適用すれば、半径方向Ｏ／Ｃ分布を精
度良く制御できる。例えば従来装入法をＣ（１
１ ２ ２ ３ ３ ４ ４ ５ ５ ６ ６
７ ７）、Ｏ（１ １ ２ ２ ３ ３ ４ ４
５ ５ ６ ６ ７ ７）と表記する。（ ）内
は分配シユートの傾動角度の大きさと順序を示し
ており数字の小さい方が、分配シユートの傾動角
度が大きく設定してある。旋回数は14旋回であつ
た。 一方、前記装入法と同一の半径方向Ｏ／Ｃ分布
を得るための本発明装入法は、Ｃ（10 10 ９ ９
８ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ １）、
Ｏ（１ １ １ １ ２ ２ ２ ２ ３ ３
３ ３ ４ ５）であつた。 このような状態で使用するコークスの水分含有
量を1.5重量％から6.5重量％に増加して装入試験
を実施した。 従来の装入法においては、同一の分配シユート
の傾動角度スケジユール及び下部ゲート弁開度で
装入したために装入は14旋回では完了せず、約６
秒超過した。このため、最終の分配シユートの傾
動角度７でコークスが炉中心部から中心部にかけ
て余分に装入され、中心部のコークス層厚が増加
した。また、焼結鉱装入後の混合層形成による中
心部のコークス層厚増加量は若干低下した。これ
らの総合結果として、下記表に示すように炉中心
部のＯ／Ｃは1.2から0.9に低下した。 これに対して本発明による装入方法では、コー
クス水分含有量の増加による装入コークス堆積量
の増加を炉頂バンカーに設置してあるサウンジン
グで検知し、コークス水分増加前と同一のＯ／Ｃ
分布を得るために下部ゲート弁の開度を５％増加
した。この結果、コークス装入時間は106秒とほ
ぼ同一に維持でき、コークス装入後の表面の堆積
角を20度以下に維持でき、焼結鋼装入時の混合層
形成による中心部のコークス層の層厚増加量は、
コークス水分含有量増加前と同じく10mmと極めて
抑制できた。これらの結果、中心部のＯ／Ｃは、
１、１とコークス水分含有量変更前とほぼ同一に
維持でき、本発明の有効性が確認できた。 以上のように本発明を用いて還元剤装入時に分
配シユートの傾動角度を小から大となるように制
御し、かつ還元剤装入後の表面の堆積角を20度以
下になるように分配シユートの傾動角度、各傾動
角度における旋回数、下部ゲート弁開度のうちの
少なくとも一つを制御することによつて炉内にお
ける半径方向Ｏ／Ｃ分布の制御性を向上できる。

【表】 （発明の効果） 以上説明したように本発明は、ベルレス式高炉
に鉄源と還元剤を装入するに際し、鉄源の装入時
には炉壁から炉中心部に向つて鉄源を装入すべく
分配シユートの傾動角度を制御し、また、還元剤
の装入時には炉中心部から炉壁方向に向つて還元
剤を装入すべく分配シユートの傾動角度を制御す
ると共に、装入後の還元剤表面の堆積角が20度を
超えないように前記分配シユートの傾動角度、各
傾動角度における旋回数、下部ゲート弁開度のう
ちの少なくとも一つを制御するものである為、炉
内における半径方向のＯ／Ｃ分布を精度よく制御
でき、高炉の安定操業に大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の説明図、第２図はコーク
ス層の堆積角と炉中心部のコークス層の層厚増加
量との関係図、第３図は分配シユートの傾動角度
とモータ軸トルクとの関係図、第４図は従来方法
の説明図、第５図は従来方法における混合層の形
成状況の説明図である。 １は高炉、７はストツクレベル、８は下部ゲー
ト弁、１０は分配シユート、１１は還元剤、１２
は鉄源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ベルレス式高炉に鉄源と還元剤を装入するに
   際し、鉄源の装入時には炉壁から炉中心部に向つ
   て鉄源を装入すべく分配シユートの傾動角度を制
   御し、また、還元剤の装入時には炉中心部から炉
   壁方向に向つて還元剤を装入すべく分配シユート
   の傾動角度を制御すると共に、装入後の還元剤表
   面の堆積角が20度を超えないように前記分配シユ
   ートの傾動角度、各傾動角度における旋回数、下
   部ゲート弁開度のうちの少なくとも一つを制御す
   ることを特徴とするベルレス式高炉の原料装入方
   法。