JPH05230509A - ベルレス高炉の原料装入方法および装入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 上段ホッパーの、内部堆積面での自然分級や
原料排出特性を利用し、下段ホッパーへの装入原料を操
業中に粒度別に分けて排出特性を改善し、炉内半径方向
の原料粒度分布を的確に制御する原料装入方法，装置の
提供。 【構成】 原料ホッパーを上下二段に配置した単ポー
ト式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置におい
て、下段ホッパー５内に、整流体13ｂを有する中空円筒
形状の仕切り壁13ａを設け、その上部周囲に飛散防止板
13ｃを取付け、ホッパー壁との間に原料がマスフローで
きる環状間隙部Ｓ１，Ｓ２を設ける。そして上段ホッパ
ー２からの異粒径装入原料を、下段ホッパー５内で仕切
り壁13ａ，整流体13ｂ，飛散防止板13ｃにより強制再分
級し、炉内への排出を細，中，粗の順にマスフローで行
い、排出粒径径時変化を「単調増加パターン」とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ベルレス高炉におけ
る原料装入方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術およびこの発明が解決しようとする課題】
高炉内に原料を装入するに際し、近年では、大ベルや小
ベルの開閉により装入する方法に代わり、大ベルや小ベ
ルを用いず、旋回，傾動が可能な分配シュートを介して
装入物を炉内に分配する、所謂ベルレス炉頂装入装置が
多く採用されるようになってきた。そしてこのベルレス
炉頂装入装置には、炉頂バンカーが並列に設置された
「並列ホッパー型」の装置と、原料ホッパーが上下二段
に設置された所謂「センターフィード型」の装置とがあ
り、最近では後者のセンターフィード型の装置が採用さ
れる傾向にある。

【０００３】このセンターフィード型のベルレス炉頂装
入装置としては、図６にその一例の構成を示すように、
単ポートセンターフィード型ベルレス炉頂装入装置が一
般に知られている。そしてこの図６に基づいて、ベルレ
ス炉頂装入装置の作用を説明すると、装入コンベヤ１に
より炉頂部へ搬送された原料は、上段ホッパー２に装入
され、さらに上段ホッパー２から、その底部に設けられ
た上部ゲート３を経て下段ホッパー５へ装入される。次
いで原料コントロールゲート６を経て、下段ホッパー５
から排出された原料は、分配シュート用駆動装置８によ
り旋回，傾動する分配シュート９を介して炉内に装入さ
れる。

【０００４】このセンターフィード型の装置は、並列ホ
ッパー型の装置に比べて、構造的に簡素で、設備投資額
が安く、装入物を炉内の円周方向にほぼ均一に分配でき
るという機能上の利点がある。

【０００５】しかしながら、図６に示した単ポートセン
ターフィード型ベルレス炉頂装入装置は、以下に述べる
ように、その構造に起因する問題点を有している。

【０００６】図７は、従来の単ポート式センターフィー
ド型ベルレス炉頂装入装置の上段および下段ホッパーに
おける原料の排出挙動を示す模式図である。この図７に
おいて、装入コンベア１等で上段ホッパー２へ装入され
る原料10ａは、ホッパー内の円錐状の原料堆積面で自然
に分級される。そして装入装置、即ちホッパーの中央部
には粒径の小さい原料を主体とする細粒Ａ、側壁の周辺
部には粒径の大きい原料を主体とする粗粒Ｃ、それら細
粒Ａと粗粒Ｃの間には中粒Ｂが堆積する。

【０００７】次いで、上段ホッパー２の上部ゲート３を
「開」にして、ホッパー２内の原料12を下段ホッパー５
内へ排出する際の原料10ｂの排出挙動は、所謂ファンネ
ルフロー型の挙動を示し、排出初期には細粒Ａが、次い
で中粒Ｂが、そして排出末期には粗粒Ｃが排出される。

【０００８】図８はこの上段ホッパー２からの原料排出
時の粒径の経時変化を模式的に示す図である。ここでの
原料の排出は、細粒Ａ、中粒Ｂ、粗粒Ｃの順に行われる
ので、粒径の経時変化は「単調増加パターン」となる。
この傾向はコークスに比べ粒度分布の範囲が大きい焼結
鉱において顕著に現れる。なおこの図８における横軸は
原料12の排出開始から終了までを 1.0として表わした無
次元時間、縦軸は全体の平均粒径で各排出時間毎の平均
粒度を割って（即ち、平均が 1.0で、 1.0以上は粗粒の
割合が高く、 1.0以下では細粒の割合が高いことを示
す）無次元粒度としたものである。

【０００９】前記上段ホッパー２からの原料12の排出
は、上部ゲート３を全開にした状態で短時間（焼結鉱で
６〜７Ｔ/sec）に行われるため、下段ホッパー５内に原
料12が堆積する際には、上段ホッパー２で生じたような
原料堆積時の分級（中心部：細粒、側壁部：粗粒）が充
分になされず、図７に示すように、排出順に堆積し、最
下層に細粒Ａ' 、その上に中粒Ｂ' 、最上層に粗粒Ｃ'
が上段の時に比べ緩やかな円錐状の堆積面を形成して堆
積する。

【００１０】また下段ホッパー５から原料コントロール
ゲート６を経て炉内に装入される原料10ｃの排出挙動
は、前記上段ホッパー２からの排出挙動と同様にファン
ネルフロー型の挙動を示す。即ち、排出初期には原料コ
ントロールゲート６の直上のホッパー中心部の原料ａが
排出され、次いで、それに隣接する部分の原料ｂが、最
後に側壁部周辺の原料ｃが排出される。

【００１１】図９はこの原料排出時の経時変化を模式的
に示す図で、排出初期に粗粒ピークが現われ、排出中期
以降、漸次粗粒から細粒となり、排出末期にはホッパー
５の周辺側壁部に残っている粗粒が排出されるのでやや
粒径が大きくなる。この傾向は、前記と同様に焼結鉱に
おいて強く現われる。コークスについては粒径の経時変
化が少なく、やや平坦な「フラットパターン」となる。
なお図９において、横軸と縦軸は図８の場合と同様に定
めたものである。

【００１２】このように、下段ホッパー５から分配シュ
ート９を介して炉内へ装入される原料は、排出初期には
粗粒が多く、漸次粗粒から細粒に変わる。そのため、分
配シュート９を炉内壁側から、炉芯側に向かって旋回，
傾動させて、装入物の分布制御を行う内振り分配方式で
は、図11に示すように、炉内壁側に側粒11ｂ、炉芯側に
細粒11ａが装入され、半径方向に粒度偏析が生ずる。

【００１３】炉内装入物11の通気性は主としてその平均
粒度ならびに粒度分布により決まり、ガス流分布は炉内
装入物11の層厚分布ならびに半径方向の粒度偏析によっ
て影響を受ける。そのため、炉芯流の確保が大前提とな
る高炉操業において図５(a)に示したような炉内壁側に
細粒11ａ、炉芯側に粗粒11ｂが装入されるような粒度分
布になるのが望ましい。しかし、図11の場合、炉内壁側
のガスの流れが強くなり、炉芯部におけるガスの流れ
（炉芯流）が不安定化し、吹抜けやスリップ等を誘発し
やすい不安定な炉況となって、高炉の安定操業を行う上
で大きな制約となっている。

【００１４】以上より、下段ホッパー５からの原料の粒
経の経時パターンは「単調増加パターン」が望ましい経
時パターンということになる。

【００１５】そして従来では、前記原料の排出初期に粗
粒が排出されるという問題点を解決するために、粒度の
異なる原料を予め分別して炉内に装入（粒度別装入）
し、半径方向における粒度分布の調整を行う方法が提案
されている（特公昭55-16203号公報参照）。

【００１６】しかし、この方法においては、次に述べる
ような問題点がある。即ち、原料を粒度別に分別して装
入するため１チャージ当たりの装入時間が長くなり、高
炉の生産性を向上させようとしても、それに追随できな
い場合が生ずる。またホッパーの均圧，排圧回数が多く
なるので、それに要するガス（Ｎ₂ ガス）の使用量が増
加する。さらに粒径の異なる原料を予め確保するために
は、篩分け設備や、これらの装入物を個別に貯蔵するた
めの設備も必要であると共に、この設備を設ける設備費
もかさむこととなる。

【００１７】なお、前記下段ホッパー５からの原料排出
初期における粗粒の排出を抑制する方法として、上段ホ
ッパー２から下段ホッパー５への原料排出速度を小さく
し、下段ホッパー５内で堆積原料の自然分級（中心部：
細粒、側壁部：粗粒）を行わせ、下段ホッパー５から排
出される原料の粒径の経時パターンを上段ホッパー２か
ら排出される原料の粒径の経時パターンと同様に「単調
増加パターン」とする方法もある。しかし、この方法で
は原料の排出時間が長くなるので、炉頂タイムスケジュ
ールの延長につながることとなり、高炉の生産性の増大
に対応できない場合がある。

【００１８】この他に、下段ホッパー内に中空円筒を設
置し、その中に初期に上段ホッパーから排出される細粒
を装入し、炉内に排出する際において、その中空円筒を
円筒外の原料を、マスフローさせるために上方向に移動
させるというのがある（特開昭 61-157604号公報参
照）。しかし、下段ホッパー内は、高温，高圧でありダ
ストも多く、内筒を移動させる装置を設置することは難
しく、また仮に設置したとしてもメンテナンスが大変で
あり、実用的ではない。

【００１９】それから、下段ホッパー内に円筒（特開昭
60-43414号公報参照）を設置し、前述した特開昭 61-15
7604号公報と同様の効果を狙ったものがある。しかしこ
の場合は、円筒に入らなかつた細粒が、円筒上に堆積し
た原料に反発して壁側に堆積し、円筒と細粒との間に中
粒や粗粒が堆積するために、下段ホッパー５からの排出
原料の粒径経時パターンを「単調増加パターン」にする
ことはできない。

【００２０】また小ベル上に二重円筒を設置し、内筒内
に細粒、内筒〜外筒間に中粒、外筒の外に粗粒を強制的
に装入し、炉内円周方向に均一に原料を分布させようと
したものがある（特公昭61-10526号公報参照）。しかし
この場合は、対象がベル高炉であり、仮にセンターフィ
ード型ベルレス高炉の下段ホッパー５に設置しても、内
筒内には上段ホッパー２から真っ直ぐに細粒が落ちてく
るために、細粒が装入されるが、特開昭60-43414号公報
と同様に、内筒上面の堆積原料と、後から上段ホッパー
２から装入されてくる細, 中, 粗粒との反発が大きい。
そして特に粗粒に比べて細, 中粒は大きく反発するため
に、粗粒が内筒〜外筒間に、外筒の外に細, 中粒が装入
されて、原料の粒径の経時パターンは「単調増加パター
ン」にはならない。

【００２１】さらに、下段ホッパー５内に整流板を設置
し、整流板とホッパー壁との間を原料がマスフローする
ように位置を調整するというのがある。しかし、原料が
整流板の上に一部残るために、二回目以降に装入される
原料の堆積状況は変わってくるし、整流板の下に上段ホ
ッパーから最初に装入されてくる細粒が、整流板の上に
歩留まり、下段ホッパー５から炉内へ装入する際に、細
粒が初期に排出されず、「単調増加パターン」にはなら
ない。

【００２２】この発明は前述した事情に鑑みて創案され
たもので、その目的は上段ホッパー内の原料堆積面で自
然に行われる分級および上段ホッパーからの原料の排出
特性を利用して、下段ホッパーに装入される原料を操業
中に粒度別に分別し、下段ホッパーからの原料の排出特
性を改善して、炉内の半径方向における原料の粒度分布
を的確に制御することのできる原料装入方法およびこの
原料装入方法を実施する原料装入装置を提供することに
ある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明は、炉頂に原料
ホッパーが上下二段に配置された単ポート式センターフ
ィード型ベルレス炉頂装入装置を有するベルレス高炉に
おいて、炉内に装入される原料粒径の経時変化を制御す
ることができるようにしたのである。

【００２４】そしてこの発明の要旨は、次に述べる(1)
のベルレス高炉の原料装入方法、および(2) の原料装入
装置にある。

【００２５】(1) 原料ホッパーが上下二段に配置された
単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置に
より、原料を炉内に装入するに際し、まず下段ホッパー
内において、ホッパー軸芯と同軸の円筒形状または多角
面筒形状の仕切り壁で仕切られて形成された中央部の空
所に、上段ホッパーから原料を装入する。この時に、最
初に細粒を中央部空所へ装入し、次いで中央部空所から
原料を溢流させて、飛散防止板に当てさせ、中粒を下方
に堆積させ、粗粒をその上方に堆積させて、下段ホッパ
ー内の原料の堆積状況を制御する。

【００２６】そしてこのようにして、装入，充填した後
の原料を、下段ホッパー底部のゲートを「開」にして、
中央部空所の原料から排出し、次いで仕切り壁周りの原
料流速を、仕切り壁の周りに設置した略円錐形状の整流
体で制御すると共に、この整流体とホッパー下方部の斜
面との間の環状間隙部からマスフローで排出し、原料を
炉内へ装入することを特徴とするベルレス高炉における
原料装入方法。

【００２７】(2) 原料ホッパーが上下に段に配置された
単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置の
下段ホッパー内に、ホッパー軸芯と同軸の円筒形状また
は多角面筒形状の仕切り壁が設けられていると共に、こ
の仕切り壁の周りに、略円錐形状の整流体が設けられて
なり、仕切り壁および整流体と下段ホッパーにおける下
方部の斜面との間に原料排出時の原料が通過でき、かつ
マスフローする環状間隙部を有することを特徴とするベ
ルレス高炉における原料装入装置。

【００２８】

【実施例】以下に、前記「課題を解決するための手段」
で述べた構成を有する本発明の原料装入装置の具体例
と、その作用効果、ならびにこの原料装入装置を用いて
行う本発明の原料装入方法について説明する。

【００２９】図１は、本発明の原料装入装置の構成の一
例を示す縦断面概略図である。この図において、下段ホ
ッパー５の上部にはこのホッパー５を均圧，排圧して炉
内へ原料を装入出来るようにするための上部シール弁４
が、また下段ホッパー５の下部には炉内へ装入する原料
の流量を調整する原料コントロールゲート６および下部
シール弁７が設置されている。

【００３０】そしてこの下段ホッパー５内には、円筒支
持ビーム14ａおよび支持ビーム用ブランケット15ａが取
付けられ、この円筒支持ビーム14ａにホッパー５の軸芯
と同軸である円筒形状の仕切り壁13ａが設置されてい
る。

【００３１】この仕切り壁13ａの下端とホッパー５の下
方部の斜面との間には、原料が通過できる程度の環状の
間隙部が確保されている。また仕切り壁13ａの外周下方
には略円錐形状の整流体13ｂが設置されており、下部ホ
ッパーとの間に原料が排出される際、原料がマスフロー
するように適度な環状間隙部が設けられている。なおこ
の間隙部は、例えば充填原料の最大粒径、通常コークス
の最大粒径の約６倍程度の寸法を確保してればよい。

【００３２】さらに下段ホッパー５の上方には、飛散防
止板13ｃが設けられている。図２は図１に示した原料装
入装置におけるの下段ホッパー５の拡大縦断面図、図３
はその立体図を示す。これらの図において、仕切り壁13
ａおよび整流体13ｂが下段ホッパー５内に取付けられて
おり、仕切り壁13ａにより円筒状もしくはリング状の空
所（イ）が形成されている。

【００３３】そしてこの仕切り壁13ａの下端と、ホッパ
ー５の下方部の斜面（ホッパー５の円錐面5a）との間に
は、装入される原料が通過できるような間隙Ｓ２が設け
られている。また工作物13ｂについては、ホッパー斜面
壁との間に原料がマスフローできる間隙Ｓ２が設けられ
ている。

【００３４】この例では、仕切り壁13ａと整流体13ｂと
を設置した原料装入装置を示したが、仕切り壁13ａおよ
び整流体13ｂは、例えば８〜32の多角面形状にしてもよ
く、実用上は多角面体形状の方が好適である。これは、
仕切り壁13ａが上段ホッパー２からの装入原料により衝
撃を受け、原料流下時に摩耗するので、耐摩耗性ライナ
ーを取り付ける必要があるが、通常、平板上のライナー
を使用するので、多角面形状の方が取り付けが容易なた
めである。

【００３５】前記の飛散防止板13ｃと仕切り壁13ａとの
間隙Ｓ３も、装入原料の粒径に見合った大きさにするこ
とが必要で、充填される原料の最大粒径（通常、コーク
スが最大粒径を有する）の約６倍以上の寸法を確保すれ
ば、原料の安定した排出が可能である。この間隙は大き
すぎると原料排出時に後述するような順序の良い排出が
行なわれず、また小さすぎると棚吊りが生じ、閉塞の恐
れが生じる。

【００３６】なお仕切り壁13ａの大きさは、それぞれの
仕切り壁で仕切られて形成される空所（イ）に、上段ホ
ッパー２から装入される細粒Ａが収納できるように定め
ればよい。

【００３７】次に、前記の原料装入装置を用いて本発明
の原料装入方法を実施する際の手順、ならびにその時の
下段ホッパー５内における原料の挙動について、図４に
基づいて説明する。

【００３８】まず下段ホッパー５への原料装入時におい
ては、ホッパー５の底部の原料コントロールゲート６を
「閉」とし、上部シール弁４を「開」にしてから、上部
ゲート３を全開にする。

【００３９】そして上段ホッパー２の原料は前記の図７
で述べたように、初期には細粒Ａ、次いで中粒Ｂ、末期
には粗粒Ｃの順で排出されるので、最初は細粒Ａが下段
ホッパー５内の仕切り壁13ａで囲まれた空所（イ）に装
入される（図４の(a) 参照）。次いで中粒Ｂと粗粒Ｃが
上段ホッパー２から排出され、下段ホッパー５の空所イ
を溢れ（オーバーフロー）して仕切り壁13ａの周りで、
堆積していく。（図４の(b),(c) に示したように中粒が
粗粒の下に堆積する。）その後、コントロールゲート６
を「開」にすると、その開孔直上部にある空所（イ）内
の細粒「ア」が優先的に排出される（図４の(d) 参
照）。次に細粒「ア」の排出が完了し、その後の排出に
おいては、仕切り壁13ａの周りに堆積している中粒
「イ」を主体とする原料がマスフローとなって間隙Ｓ
２，Ｓ１（図２参照）を通過して排出される（図４の
(e) 参照）。

【００４０】そして排出の末期には、ホッパー５の側壁
周辺に堆積している粗粒「ウ」を主体とする原料が、ホ
ッパー面５ａに沿ってＳ２，Ｓ１を通過して排出される
（図４の(f) 参照）。

【００４１】図５は前記の下段ホッパー５からの原料排
出時の粒径の経時変化を模式的に示す図であるが、排出
の初期には細粒、次いで中粒、最後に粗粒が排出される
ので、前記の図８に示した場合と同様の「単調増加パタ
ーン」となる。なおこの図５における横軸と縦軸は図８
の場合と同様に定めたものである。

【００４２】以上述べたように、本発明の原料装入方法
を適用すれば、下段ホッパー５から炉内へ装入される原
料の排出パターンを操業中に制御することができ、高炉
の操業の安定と操業幅を広げることができる。

【００４３】

【発明の効果】炉頂に原料ホッパーが上下に段に配置さ
れた単ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装
置を有するベルレス高炉において、本発明方法を適用し
て炉内に原料を装入することにより、炉内の半径方向に
おける粒度分布を的確に制御することができる。即ち、
下段ホッパーから排出される原料の粒径は「単調増加パ
ターン」となるので、内振り方式で原料を炉内に装入す
ると、炉内壁側に細粒、炉芯側に粗粒の原料を堆積させ
ることができる。

【００４４】その結果、高炉内のガス流分布を適正に制
御することが可能となり、高炉の安定操業および燃料費
の低減という効果が得られる。またこのような粒度分布
の制御は、本発明の装置を用いれば、容易に行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単ポート式センターフィード型ベルレス炉にお
ける、この発明の原料装入装置を示す概略図である。

【図２】この発明の原料装入装置における下段ホッパー
を示す拡大概略図である。

【図３】この発明における仕切り壁と飛散防止板および
整流体とを示す概略斜視図である。

【図４】この発明における下段ホッパー内原料の挙動を
示す概略図である。

【図５】この発明における下段ホッパーから炉内への排
出粒径の経時変化を示すグラフである。

【図６】従来の原料装入装置を示す概略図である。

【図７】従来の原料装入装置における上段および下段ホ
ッパー内での原料堆積状況を示す概略図である。

【図８】上段ホッパーへの排出粒径の経時変化を示すグ
ラフである。

【図９】従来における下段ホッパーから炉内への排出粒
径の経時変化を示すグラフである。

【図１０】高炉操業における原料の望ましい炉内堆積状
態を示す概略図である。

【図１１】従来の高炉操業における原料の炉内堆積状態
を示す概略図である。

【符号の説明】

１…装入コンベア、２…上段ホッパー、３…上部ゲー
ト、４…上部シール弁、５…下段ホッパー、５ａ…ホッ
パー面、６…コントロールゲート、７…下部シール弁、
13ａ…仕切り壁、13ｂ…整流体、13ｃ…飛散防止板、14
ａ…円筒支持ビーム、15ａ…支持ビーム用ブランケッ
ト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ホッパーが上下二段に設置された単
   ポート式センターフィード型ベルレス炉頂装入装置によ
   り、原料を炉内へ装入するに際しての原料装入方法であ
   り、 まず前記下段ホッパー内に、ホッパー軸芯と同軸の円筒
   形状または多角面筒形状に形成された仕切り壁を設置す
   ると共に、この仕切り壁で仕切られ形成されているホッ
   パー中央部の空所へ、前記上段ホッパーから原料を装入
   し、 次いで、前記下段ホッパー中央部の空所への装入原料
   を、中央部空所から溢れさせると共に、この溢れた原料
   を、前記仕切り壁の上部周囲位置の設けられており、ホ
   ッパー軸芯と同軸の下方が絞られた多角面筒形状に形成
   されている飛散防止板に当てるようにし、 その後、前記飛散防止板に当てた原料を、飛散防止板と
   前記仕切り壁との間の環状間隙部を通過させて、仕切り
   壁近くからホッパー壁側へ向け細，中，粗の順で仕切り
   壁の周りに再分級させることにより、前記上段ホッパー
   からの下段ホッパー内への原料装入を完了し、 次いで、前記下段ホッパー底部のゲートを「開」にし
   て、まず前記中央部空所の原料を排出し、その後、中央
   部空所に隣接する原料を、下段ホッパーの下方部斜面
   と、前記仕切り壁に設けられている略円錐形状の整流体
   および仕切り壁の下端との間の環状間隙部を通過させて
   排出することにより、 前記下段ホッパーからの原料を前記炉内に装入すること
   を特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。
2. 【請求項２】 原料ホッパーが上下二段に配置された単
   ポート式のセンターフィード型ベルレス炉頂装入装置に
   おける前記下段ホッパー内に、ホッパー下方部の斜面と
   で排出時原料が通過できる環状間隙部を形成できるよう
   に設置されており、ホッパー軸芯と同軸の円筒形状また
   は多角面筒形状の仕切り壁と、この仕切り壁に、ホッパ
   ー下方部の斜面とで原料がマスフローできる環状間隙部
   を形成できるように設けられている略円錐形状の整流体
   と、前記仕切り壁の上部周囲位置に、仕切り壁とで前記
   上段ホッパーからの装入時原料が通過できる環状間隙部
   を形成できるように設けられており、ホッパー軸芯と同
   軸の下方が絞られた多角面筒形状の飛散防止板とを備え
   てなることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。