JPH0913110A

JPH0913110A - 竪型炉における装入物層の通気性評価法

Info

Publication number: JPH0913110A
Application number: JP16342095A
Authority: JP
Inventors: Kanji Takeda; 幹治武田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-14

Abstract

(57)【要約】【構成】竪型炉に装入された原料装入物層の通気性を
評価するに当たり、基準装入物表面からの距離が炉口半
径の 1.5倍以内の位置における炉内圧力と炉頂部空間の
圧力との差圧を直接測定し、得られた値とサウンジング
で測定した実際の装入物表面の位置に基づいて炉内に装
入された装入物層の通気性を判断する。【効果】高炉操業の安定化のための重要な指針である
装入物層の通気性を的確に評価することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、竪型炉における装入
物層の通気性評価法に関し、高炉操業などの竪型炉操業
において、操業安定化のための重要な指針である装入物
層の通気性を的確に評価しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高炉の稼働基数の低下に伴い、残
存高炉での出銑比を増加し、溶銑コストを削減するため
に、安価な細粒原料の使用量が増大しているが、これに
伴い、高炉に装入される鉄原料の通気性の厳密な管理が
重要となっている。というのは、出銑比の増加により、
炉内を通過するガス量が増大し、高炉上部での圧力損失
が増大するが、このような過度な圧力損失の増加は、装
入物の流動化、吹き抜け等を生じ、炉頂ガス利用率の変
動、装入物の降下不順、棚吊りなどの高炉操業上の問題
を惹起するからである。

【０００３】特に、鉄原料を製造している焼結工場にお
ける工程変動によって、装入原料の通気性が変動した場
合には、その変動が高炉の操業変動を引き起こすため、
通気性の変動は事前に検知、制御する必要がある。ま
た、安価な細粒原料を多量に使用した場合には、同一の
炉内通過ガス量でも生じる圧力損失が大きくなるため、
原料の通気変動が同様に高炉の操業変動を引き起こす。

【０００４】さて、高炉に装入される原料は大別する
と、焼結鉱、塊鉱石、ペレットなどの鉄原料とコークス
等の副原料に区分される。一般に、鉄原料は副原料に比
較して粒径が小さいことから、高炉上部塊状体すなわち
炉内表層部における通気性を支配する主要因となってい
る。従って、炉内において、装入物の通気性の変動に起
因する高炉操業の変動を防止するには、鉄原料の通気性
を的確に評価することが重要になる。

【０００５】鉄原料の通気性が高炉操業に及ぼす影響
は、従来から良く知られている。例えば、鉄鋼便覧（鉄
鋼便覧第３版、II、製銑、製鋼編、 P.251〜252)では、
高炉の通気性に及ぼす焼結鉱粒度の影響が開示され、高
炉の生産性向上のため、高炉鉱石槽下に篩を設置し、篩
い分けを行うことにより、下限粒度を管理する例が報告
されている。また、高炉装入時や炉内での破壊ならびに
製鉄所内での輸送および処理過程での破砕を防止するた
めの落下強度、回転強度等の冷間強度の管理が示されて
いる。なお、従来の鉄原料の通気性の管理は、焼結工場
における２〜８時間毎の製品のサンプリングあるいは高
炉鉱石槽下における１回／日のサンプリングによる粒
度、強度測定に基づき行っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来法
に従う通気性の管理は、高炉側から見た場合に、以下の
ような問題を抱えていた。 (1) 測定が間欠的なだけでなく、測定対象とする鉱石が
通常20槽ある鉱石槽のうちの１〜２槽のみであるため、
鉱石装入物の全体の通気性の変化を知ることが難しい。
また、測定に多大な要員と費用を必要とする。 (2) 装入前の原料の測定では、炉頂装入系での原料の粉
化あるいは炉内へ装入後の堆積状態に起因した通気性の
悪化を知ることができない。

【０００７】なお、炉内装入物の通気性を知る方法とし
ては、たとえば特公昭55-38004号公報に開示されている
ように、高さ方向に複数のシャフト圧力計を設置し、得
られた圧力損失から装入物の通気抵抗を測定する方法が
知られている。しかしながら、上記した従来法で測定さ
れる圧力損失は、炉内ガス量の変動、測定場所のガス温
度など多くの外乱要因を含んでいるため、装入物自体の
通気性、その結果としての堆積層の安定性を評価するこ
とは困難であった。

【０００８】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、装入物自体の通気性およびその結果としての堆
積層の安定性を的確に評価することができる竪型炉にお
ける装入物層の通気性評価法を提案することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】さて発明者らは、上記の
目的を達成すべく、高炉上部に設けた炉内観察装置を用
いて炉内堆積層の挙動を詳細に観察したところ、炉内に
通気性の悪い原料が装入された場合には、装入物の堆積
角が低下すると共に高炉中心部へ原料が流れ込む現象が
観察された。従って、装入物層の通気性を判断するに
は、装入物自体の通気性のみならず、炉内における堆積
形状の変化に起因した通気抵抗の変化を正確に把握する
ことが重要である。この発明は、上記の知見に立脚する
ものである。

【００１０】すなわち、この発明は、竪型炉に装入され
た原料装入物層の通気性を評価するに当たり、基準装入
物表面からの距離が炉口半径の 1.5倍以内の位置におけ
る炉内圧力と炉頂部空間の圧力との差圧を直接測定し、
得られた値とサウンジングで測定した実際の装入物表面
の位置に基づいて炉内に装入された装入物層の通気性を
判断することを特徴とする竪型炉における装入物層の通
気性評価法である。

【００１１】この発明において、差圧の測定に当たって
は、竪型炉の円周方向にわたる複数の位置で測定するこ
とが好ましい。

【００１２】また、この発明において、竪型炉が高炉で
ある場合には、炉頂差圧の測定を、鉄原料装入から３分
以内に行うことが有利である。

【００１３】

【作用】以下、この発明に従う装入物層の通気性評価法
を従来法と比較して説明する。図１に、この発明に従う
装入物通気抵抗指数の測定、算出要領を、また図２に
は、従来法に従う装入物通気抵抗指数の測定、算出要領
をそれぞれ示す。まず、従来法に従うシャフト圧力計に
よる装入物通気抵抗指数の測定、算出要領を、図２に基
づいて説明する。図２では、高炉シャフト１の基準装入
物表面からの距離Ｌの位置に取付けたシャフト圧力計２
によって装入物層の圧力Ｐ₂を測定し、データ収録・演
算装置３にてデータを収録する。ここで基準装入物表面
とは、炉口部上部に設けられる基準面である。一方、炉
頂部の排ガス流路であるアップテイク４に取付けた炉頂
圧力計５を用いて炉頂部空間の圧力Ｐ₁を測定し、同様
にデータ収録・演算装置３にてデータを収録する。さら
に、このデータ収録・演算装置３では、各圧力Ｐ₁,Ｐ₂
の30秒間隔の定時測定結果を用いて、平均の圧力さらに
はその結果から炉頂部の圧力差ΔＰを算出すると共に、
炉頂温度計６によって測定した炉頂部空間の温度から高
炉炉頂部の平均炉口ガス速度を算出し、これらの値から
装入物通気抵抗指数Ｋを求める。

【００１４】従来は、上記のような手順で装入物通気抵
抗指数Ｋを求め、これによって通気性を評価していたの
であるが、かような方法では、必ずしも満足いくほど厳
密に通気性を評価することはできなかった。そこで、そ
の原因を解明すべく検討を重ねた結果、その原因は (1) シャフト圧力計の取付け位置および (2) 実際の装入物表面と基準装入物表面とのずれにあることを究明した。

【００１５】まず、上記の原因(1) について説明する
と、シャフト圧力計は、シャフト上部に取り付けられ、
その装入物表面（ただし基準装入物表面）からの距離Ｌ
は、通常炉口部の半径Ｒの 1.5倍よりも大きい。すなわ
ち、シャフト圧力計の取り付け位置は、通常、炉体の冷
却装置であるステーブ７に設けられた圧力測定口であ
り、Ｌ＞1.5 Ｒである。しかしながら、この領域での圧
力損失は、装入物の平均温度に左右されるため、高炉炉
頂部の昇温挙動に影響され易い圧力損失しか得られな
い。このため、鉱石、コークス等の装入物８の装入物通
気抵抗指数を従来法で算出しても、高炉の操業状態に影
響されたバラツキの大きいデータしか得られない。ま
た、各圧力の絶対値を測定し、その測定結果から圧力差
ΔＰを算出しているので、測定誤差、データ採取タイミ
ングによるデータのバラツキが極めて大きい。たとえ
ば、炉頂部での代表的な圧力は0.30MPa であるのに対し
て、シャフト上部における圧力差は0.015MPa程度であ
り、圧力の測定精度が問題となる。

【００１６】次に、上記の原因(2) について説明する
と、従来は測定基準位置として、基準装入表面を設定
し、操業中における装入面の変動にかかわりなく、この
基準装入面からシャフト圧力計取り付け位置までの距離
を一定値Ｌとして演算に利用していたので、実際の装入
面の変動による誤差が大きかった。

【００１７】これに対し、この発明では以下の要領で装
入物の通気抵抗指数を算出することにより、上記の問題
を解決する。高炉シャフト１に取り付けたシャフト圧力
計２の導圧管をシャフト微差圧計９に導くと同時に、炉
頂部の排ガス流路であるアップテイク４に取付けた炉頂
圧力計５の導圧管をシャフト微差圧計９に導き、この微
差圧計９により両者の圧力差ΔＰを直接測定し、データ
収録・演算装置３にてデータ収録する。このデータ収録
・演算装置３では、さらに、装入物の表面位置を測定す
るサウンジング10による測定結果および炉頂温度６の測
定結果も同時に取り込んで、装入物通気抵抗指数Ｋを算
出する。この発明では、上述したように、差圧の直接測
定により測定に伴う誤差を少なくすると同時に、距離Ｌ
として通常の基準装入面と圧力計の距離ではなく、サウ
ンジング10で測定した実際の装入面とシャフト圧力計と
の距離Ｌs を用いて、圧力勾配ΔＰ／Ｌの精度を向上さ
せ得るので、従来に比し、炉頂に装入された装入物の通
気抵抗を精度良く評価することができるのである。

【００１８】ところで、シャフト上部の微差圧は、円周
方向における原料の堆積の不均一性および装入される鉱
石、コークスの割合の不均一性により、円周方向で異な
る値を示す。従って、これら円周方向の装入物通気抵抗
の不均一性を評価するために、円周方向の複数の位置に
圧力計９を設け、同様にデータ収録・演算装置で処理す
ることが望ましい。

【００１９】次に、図３(a), (b)にそれぞれ、炉の高さ
方向の圧力損失および圧力勾配について調べた結果を示
す。実験は、２次元の層構造を考慮したガス流れ、伝熱
計算モデルを用い、小型の高炉模型により実施した。図
中、破線は通常の原料を使用した場合、また実線は安価
な細粒原料を炉頂部に装入し装入物８が平坦化した場合
の計算結果である。安価な細粒原料の装入により、炉上
部の通気抵抗が増大する。同時に、装入物の表面が平坦
化し、炉上部極く表面近傍の通気抵抗が増大する。この
ような高さ方向の圧力の両条件での差は、高炉下部にな
るにしたがって減少する。これは、圧力損失に対して、
ガスの流速を支配する温度の変化が主要因となるため、
装入物自体の炉頂での通気性の影響が小さくなることに
起因している。

【００２０】同図から明らかなように、炉頂部における
原料の通気性の差を検出するには、Ｌ＜7.5 ｍの位置す
なわちＬ＜1.5 Ｒを満足する位置に圧力計を設置するこ
とが肝要である。とくに、Ｌ＜1.0 Ｒでは、より一層感
度よく炉頂部の原料の通気性の差を検出することができ
る。ここに、Ｌ＝1.5 Ｒの範囲は、だいたい装入物の７
層分に相当する。従って、換言すると、炉頂部における
原料の通気性を的確に評価するには、装入物表面から７
層分以内の炉内圧と炉頂圧との差圧を利用することが重
要といえる。

【００２１】図４に、炉頂微差圧計による測定結果の一
例を示す。なお、微差圧計は、ストックラインを基準と
し、この基準面から 5.0ｍの位置すなわちＬ＝1.0 Ｒの
位置に設置した。炉頂微差圧計の測定結果は、鉱石、コ
ークスの装入タイミングに伴う装入面の変化、サウンジ
ングで測定された装入物表面位置の装入物降下による変
化、装入された原料の炉頂での昇温および鉱石、コーク
スの通気抵抗の変化により周期的な変化を示す。すなわ
ち、鉱石、コークスの装入と共に炉頂温度が低下し、そ
の後、下部からの高温のガスによる昇温の結果、炉頂温
度が再度上昇し始める。装入物の表面はほぼ規則的に低
下し、所定の位置、本例では−1.0mになった段階で原料
が再装入され、装入物面が回復する。炉頂微差圧すなわ
ち圧力損失は、鉱石装入時に急激に上昇し、その後装入
物の降下と共に低下する。

【００２２】ところで、鉱石装入後、約３分経過後にガ
スが集中している高炉炉中心部の鉱石層が加熱され炉頂
温度が上昇し始めるが、この炉頂温度の上昇に伴い、鉱
石層を流れるガスの流速が増加し、装入物が降下してい
るにもかかわらず、圧力損失の減少が停滞し、炉頂温度
の変化次第ではコークス装入前に圧力損失が上昇し始め
る。鉱石層の通気抵抗に比べるとコークス層の通気抵抗
は通常１／３程度であり、コークス層装入時の圧力損失
の上昇はそれほど大きくない。一方、鉱石層を通過する
ガスの温度は上昇し続けるため、圧力損失全体としては
緩やかに上昇し続ける。その後、約10分後に再度鉱石を
装入すると圧力損失が急上昇し、以後は同様な経過をた
どる。

【００２３】さらに、これらの、炉頂温度：Ｔ（℃) 、
炉頂圧力：Ｐ₁(MPa) 、圧力損失：ΔＰ(MPa) 、装入面
と炉頂微差圧計取り付け位置間の距離：Ｌs(m)、炉頂ガ
ス量：Ｖ(Nm³/s) を用いて装入物の通気抵抗指数Ｋを次
式(1) に従い計算した。得られた結果を、図４に併記す
る。

【数１】

【００２４】同図に示したように、通気抵抗指数Ｋは、
鉱石装入後約３分間はほぼ一定の値を示すが、その後は
コークス層の装入に伴う装入面の変化、装入物の温度上
昇によるガス流速の変化により異なった値を示す。装入
物の昇温は下部から温度が上昇する非定数的な変化であ
り、炉頂温度Ｔではその効果を評価し、真の通気抵抗指
数を求めることは困難である。従って、装入物の温度上
昇の影響を受けない装入物の通気抵抗指数Ｋを求めるに
は、鉱石層装入後約３分以内の一定値を示す間にＫ値を
求めればよい。この通気抵抗指数には、その測定原理か
ら明らかなように、装入物、特に鉱石層の通気抵抗と、
炉頂に装入された際の半径方向への粒度の偏析の効果、
および炉頂での装入物の表面定常の変化、例えば装入物
の中心への流れ込み等の効果が含まれている。

【００２５】かくして、出銑比の増加、溶銑コスト削減
のための安価な細粒原料の使用の際に要求される装入物
の通気性を厳密に管理できるようになる。すなわち、こ
の発明を適用することにより、迅速に装入物、特に鉱石
の通気性の変化を検出し、高炉の操業変動を引き起こさ
ない迅速な装入物分布制御、あるいは、細粒原料配合量
の変更が可能になるのである。なお、装入物の分布制御
は、炉頂装入装置としてベルレス装入装置を用いること
によって容易に達成することができる。すなわち、ベル
レス装入装置を用いれば、細粒原料を半径方向および円
周方向の任意の位置に装入することができるので、炉頂
部での装入物の通気抵抗を検出し、細粒原料の配合量に
フィードバックすると共に、ベルレス装入パターンを最
適化することにより鉱石層の通気性を改善することが可
能になるのである。

【００２６】

【実施例】この発明を、内容積：4000m³、日産：8000t/
d の生産量を有する高炉に適用した場合を、従来の場合
と比較した。なお、この高炉は、炉頂装入装置として並
列ホッパー型のベルレス装入装置を有する大型高炉であ
る。高炉の炉半径は5.0mであり、従来は、シャフト圧力
計を装入面から9.5mの位置（Ｌ＝1.9 Ｒ）に設置し、図
２に示したように圧力の絶対値を測定して炉頂近傍の圧
力損失を算出していた。この従来法によれば、長期間
（１月）の平均値的には、装入物の粒径の変化などの装
入原料の通気性の変化に対応する変化を示したが、各デ
ータ間でのバラツキが大きく、日毎や週単位で操業管理
を行うことはできなかった。

【００２７】これに対し、この発明では、シャフト上部
装入面から５m の位置（Ｌ＝1.0 Ｒ）で、円周方向の４
箇所に微差圧計を設置し、炉頂圧力との差圧の直接測定
を実施した。なお、この実施例の期間中、コークス比、
出銑比等の他の操業条件は従来法とほぼ同一とした。図
５に、得られた結果を示す。従来法では、細粒原料使用
量を６％から12％に増大させると操業の安定度を示す通
気抵抗変動が増大し、それ以上の使用量増大が困難にな
ったが、８月からこの発明法に切り換えたところ、通気
抵抗の変動が減少し、９月までに細粒原料使用量を18％
まで増大させることができた。さらに、10月からは円周
方向４箇所に設けられた微差圧計を用いて円周方向の通
気性の変化を検出、ベルレス装入装置の装入開始位置を
制御することにより、円周方向の不均一性を解消したと
ころ、最終的にては20％まで細粒原料の使用量を増大す
ることができた。

【００２８】

【発明の効果】かくして、この発明によれば、高出銑比
操業における装入原料の通気性を厳密に管理することが
できるので、安定した高炉操業ひいては安定した生産量
の増大を実現できる。また、高出銑比操業が可能になる
ことにより、高炉稼働基数の削減、労働生産性の向上、
固定費の削減が可能になる。さらに、同一の生産性を維
持したままで、細粒原料の使用量の増大が可能になり、
この細粒原料の使用量増大により、焼結工場で粉原料に
コークスを添加して再焼成を行うなどの必要がなくなる
ので、顕著な経済的なメリットを享受することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う、炉頂微差圧測定方法と装入通
気抵抗指数算出要領の説明図である。

【図２】従来法に従う、シャフト圧力計を用いた装入物
通気抵抗指数算出要領の説明図である。

【図３】炉の高さ方向の圧力損失および圧力勾配を示し
た図である。

【図４】高炉操業に伴う、炉頂温度、Ｌs 、炉頂微差圧
および装入物通気抵抗指数の変動状態を示した図であ
る。

【図５】高炉操業に伴う、細粒原料の使用量および装入
物通気抵抗指数の推移を従来法と発明法とで比較して示
した図である。

【符号の説明】

１高炉シャフト２シャフト圧力計３データ収録・演算装置４アップテイク５炉頂圧力計６炉頂温度計７ステーブ８装入物９微差圧計 10 サウンジング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】竪型炉に装入された原料装入物層の通気
性を評価するに当たり、基準装入物表面からの距離が炉口半径の 1.5倍以内の位
置における炉内圧力と炉頂部空間の圧力との差圧を直接
測定し、得られた値とサウンジングで測定した実際の装
入物表面の位置に基づいて炉内に装入された装入物層の
通気性を判断することを特徴とする竪型炉における装入
物層の通気性評価法。
【請求項２】請求項１において、竪型炉の円周方向に
わたる複数の位置で差圧測定を行うことを特徴とする竪
型炉における装入物層の通気性評価法。
【請求項３】請求項１または２において、竪型炉が高
炉である場合に、炉頂差圧の測定を、鉄原料装入から３
分以内に行うことを特徴とする竪型炉における装入物層
の通気性評価法。