JPH111709A

JPH111709A - 高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート

Info

Publication number: JPH111709A
Application number: JP28518897A
Authority: JP
Inventors: Yasuhei Nouchi; 泰平野内; Kanji Takeda; 幹治武田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: JP3823485B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート
の先端部に原料の落下軌跡を垂直に近づけつつ落下幅を
適正に保つ機能を備える。【解決手段】旋回シュートの先端部に原料流を鉛直方向
に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを阻止
する側板とを備えた補助シュートを設け、側板の間隔を
旋回シュート先端部の幅と同等又は先窄みに形成し、旋
回シュートを流下した原料流の落下軌跡を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉用ベルレス式
炉頂装入装置の旋回シュートに関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業においては、高炉炉頂部におけ
る半径方向の粒度分布及びコークスと鉱石との層厚分布
（Ｌｏ／Ｌｃ）等を適正に抑制して、鉱石の還元・溶解
を安定にする必要がある。特に近年では塊鉱石資源が減
少して高炉へ装入される原料の粒径が小粒径にシフトし
てきており、高炉炉内の通気抵抗が増加する傾向にある
ため、炉頂部におけるコークスと鉱石との層厚分布の制
御にとどまらず、高炉炉中心部にコークスのみの装入を
行ってコークスの柱を炉中心部に形成し、炉内のガス流
の一部を炉中心部に集中させ炉内ガス圧の上昇に対する
安全弁的な機能をはたさせるといったことも行われてい
る。

【０００３】高炉は軸対称形をなしており、操業の安定
にはガス流分布、熱流比分布を円周方向で完全に均一に
する必要がある。しかし炉内の原料降下速度が円周方向
で不均一であるため、炉頂原料表面は軸対称にならな
い。このため、通常の放物線落下軌跡での原料装入で
は、原料落下位置自体が軸対称とはならず、操業の不安
定性を助長してしまう。図４はこのことを説明する高炉
原料装入部の模式断面図で、炉内堆積物の上表面形状の
プロフィル２２に対して、旋回シュート１からの落下物
２３の落下位置２４では落下半径Ｌｂが大きく、別の落
下位置２５では落下半径Ｌａがこれより小さくなり、落
下位置により落下物の挙動が異なり炉内装入物の分布が
均一にはならない。そのため、原料装入前の原料表面高
さに関わらず同じ分布を形成するために、図５に示すよ
うに、落下半径Ｌａ、Ｌｂが等しくなるように、落下軌
跡を垂直に制限する反射板２等を設けることが望まし
い。

【０００４】近年作られた高炉では、上記の条件を満た
す装入装置として、ベルレス式装入装置が採用され、例
えば、特開昭４９−２３１１１号公報に開示されている
ように、旋回シュートの先端部に図６に示すように、補
助シュート３５を鉛直に装着したものが知られている。
図６について説明すると、高炉内に装入される原料は図
示しないベルトコンベアにより搬送され、一旦、炉頂バ
ンカー３１に貯蔵される。炉頂バンカー３１は原料受入
完了後外気と遮断され、炉内と同じ圧力に調整される。
炉頂バンカー３１内の圧力調整終了後に流量調整ゲート
３２が開かれ、原料は重力によって炉頂バンカー３１内
より排出される。その後原料は集合シュート３３上を滑
り落ち、垂直シュート３４内を落下する。垂直シュート
３４より落下した原料３６は旋回シュート１上を滑り落
ち、補助シュート３５の内壁に衝突し落下する。この際
原料３６の水平方向の運動エネルギは衝突により減少さ
れるため、原料の落下軌跡は鉛直下向きに近付き、滑走
方向による炉半径方向での落下位置の差も減少する。

【０００５】現実に炉壁から炉中心部まで原料をこの技
術手段によって垂直に制御するには、炉壁近くまで先端
が届くような長い旋回シュートと、旋回シュート傾動角
に関わらず常に鉛直下向きに原料を落下させるように制
御可能な可動式補助シュートが必要である。高炉炉頂の
空間的制約、シュートの傾動・旋回時のモータパワーと
ギア強度の確保、メンテナンス時のマンホールからの交
換作業の難易、補助シュートの可動化によるコストアッ
プと設備信頼性低下等を考慮すると特開昭４９−２３１
１１号公報で開示された装置の実用化は非常に困難であ
る。

【０００６】実開平２−２５５５６号公報では固定式で
はなく、弾性体により取付けた衝突蓋による落下軌跡が
提案されている。特開平７−１２６７１７号公報には、
高炉操業中に上昇ガスの円周バランスが崩れると、還元
ガスの局部的な偏流が生じ、棚吊り、スリップ、フラッ
ディング等が多発することが記載されている。このよう
な炉況変化があっても操業を安定的に維持するには、炉
内ガス流を単に均等に分散させるのではなく、ガス流の
一部を炉心部に集中させ、炉内ガス圧の上昇に対する安
全弁的機能を果たさせることが有効とされ、その中心流
を増加させるために、操業中の炉心にコークスが装入さ
れる。そしてベルレス式装入装置において高精度な中心
装入を行う装置として、図７が開示されている。図７は
旋回シュートの途中に反射板２を装着したものである。

【０００７】また、特に中心装入を目的とはしないが装
入精度を上げるものとして、実開平５−３７９４８号公
報には、図８に示すように、旋回シュート１の先端にシ
ュート内を滑走して来た原料が衝突して下向に方向変更
する固定の平面状の反射板２を設置することにより、あ
る程度の落下軌跡の鉛直化を行う技術が提案されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭４９−２３
１１１号公報では補助シュートの断面形状と原料の落下
幅については言及していない。一方、実開平５−３７９
４８号公報の技術では落下軌跡を鉛直に近づけるような
平板の設置角度にすると極端に原料の落下幅が狭くなる
が、それは下面の原料を不規則に崩すことを防ぐのに有
効であるとしている。

【０００９】土質力学では斜面の安定性を評価する指数
として安全率が一般に用いられる。安全率は図１０に示
すような滑り面の中心４５を中心とする球面状の滑り面
での滑り力４７（Ｉ）と抵抗力４６（Φ）との比Φ／Ｉ
で示され、それらは摩擦力４２、落下原料３６の衝撃力
４１、上昇ガスの抗力４３、重力４４によって決定され
る。この値が１より小さいと堆積面が崩れることが知ら
れている。図１１に１／１８縮尺模型で測定した落下原
料の重量分布を示し、図１２に実験結果から求めた原料
３６の落下幅から計算した安全率を示した。図１１、１
２の横軸は実機規模に換算して示した。原料の単位時間
当たりに装入される面積は落下幅に比例する。原料切り
出し量が一定であれば、落下幅が広い方が単位面積あた
り装入量は少なく斜面は安定しやすい。平板補助シュー
トを設置すると原料の落下幅が狭くなるため安全率は１
近くに低下してしまい、斜面全体が崩壊する可能性が高
くなる。このため原料の落下軌跡を垂直に近づけつつ落
下幅を適正に保つ機能が必要とされる。

【００１０】また、平板補助シュートは炉中心にコーク
スを選択的に装入しようとするときに横方向の広がりを
抑制できないので、炉中心部のコークスの柱が十分に形
成できないという問題がある。（図９）また、この装置では反発板に衝突した原料流は図９に示
すように反発板３上で広げられるため、原料の装入され
る範囲はやはり広くなる。

【００１１】実開平２−２５５５６号公報でも衝突蓋の
形状を規定しておらず、一例として下部が開放された断
面をもつ落下規制蓋が用いられている。しかし弾性体に
よる接合では落下規制蓋が旋回中に大きく振動してしま
うため原料の落下位置が定まらず、むしろ分布制御精度
が低下してしまう。つまりどのような落下規制蓋形式で
あっても落下軌跡の円周方向制御精度を確保するために
それは固定する必要がある。

【００１２】特開平７−１２６７１７号公報の技術では
落下原料の方位は旋回シュート先端の向きにより規定さ
れるため、炉壁方向の速度成分が生じる。原料の落下位
置は中心から少しはずれた位置になるため、装入後の原
料はかなりの広がりをもつ。ガス流の一部を炉心部に集
中させ、炉内ガス圧の上昇に対する安全弁的機能をはた
させるには図１４に示すように、高炉の中心部にコーク
ス４のみの領域を形成する必要があるが、コークス４の
高炉中心部での装入範囲が上記のように広いと、図１３
に示されるように、容易に鉱石５によって高炉中心部が
覆われてしまう。

【００１３】本発明は、旋回シュートの先端に補助シュ
ートを設ける技術において、上記従来の問題点を解決し
た技術を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の技術手段は、旋
回シュート先端に取り付けた補助シュートを平坦な反発
面と横方向の運動を防止する側板により構成することに
ある。すなわち、本発明は、旋回シュートの先端部に旋
回シュートを流下した原料流の落下軌跡を調整する補助
シュートを設け、この補助シュートは原料流が衝突して
原料流を鉛直方向に変更する反発板と、原料流の横方向
への広がりを阻止する側板とを備えたことを特徴とする
高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュートである。

【００１５】前記側板の間隔は旋回シュート先端部の幅
と同等又は側板の先端に向って先窄みに形成することが
好ましい。また、前記側板の側板長さは原料の落下幅と
相関があり、原料の落下幅の目標値に応じて定めた側板
長さを有することとすれば理想的になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の補助シュートで側板の間
隔が旋回シュートの先端部の幅と同等の旋回シュートを
用いた原料装入の模式図を図１に示す。また従来の旋回
シュートを用いた原料装入の模式図を図１５に示した。
図１５では、従来の通常の平板の補助シュート（反射板
２）を用いているが、原料流は上方から押さえられて断
面が偏平化するため落下幅は非常に狭くなる。ここで落
下幅とは、落下流の断面の高炉半径方向の寸法を言う。
一方、図１に示すように、反射板１１の側面に側板１２
を設置した補助シュート１０を用いた場合は、側板１２
に沿って原料が流れるため原料流の横方向の広がりが制
約され、落下幅を広くすることが可能である。結果とし
て同じ落下角度の原料流でも側板１２を有する補助シュ
ート１０の方が落下幅が広く、炉内装入物の斜面が安定
し易いことになる。原料の落下幅は側板に沿って流れる
距離に比例するため、補助シュート１０の長さに比例す
る。斜面の安定に十分な落下幅に補助シュート長さ１０
を設計することにより、落下原料の分布の安定化を図る
ことができる。

【００１７】また、本発明では側板の機能は反発板で横
方向（円周方向）に広がる原料流を制約し落下幅を広く
することにあるので、側板の幅は旋回シュート先端部の
幅と同等あるいは先搾みに形成することが好ましい。図
２、図３はこのような実施例を示したもので、図２
（ａ）は側面図、２（ｂ）はその正面図、図３は斜視図
である。側板１２は根本の部分が旋回シュート１の幅と
同等で、先端部が先搾みに形成されている。このとき先
搾みの先端部を絞りすぎると、原料が側板を乗り越えて
こぼれる現象が生じるため、そこまで先搾みに絞ること
はできない。側板の先端の幅は旋回シュート先端部の幅
の１／２以上の幅が必要である。

【００１８】図１に示す実施例の旋回シュートと図１５
に示す比較例の旋回シュートについて、模型実験により
落下幅の測定を行った。実験に用いた模型は前記の実機
の１８分の１の縮尺模型である。図１１に実施例と比較
例の側板補助シュートのデータを合わせて示す。平板の
落下幅は補助シュートを設置しない場合に比較して半分
程度に減少しているが、側板１２を設置することにより
落下幅が補助シュートを設置していない状態まで回復し
ている。この落下幅ｄ（ｍ）はほぼ側板１２の長さＬ
（ｍ）に比例することが実験結果により確認された。発
明者らの実験結果では、次式で整理することができた。

【００１９】ｄ（ｍ）＝０．７６＋０．６５×Ｌ（ｍ）次に、図２、３に示す実施例と図１７、１８に示す比較
例について、図１６に示す模型実験装置５０により炉中
心部へのコークスの装入実験を行った。図１７の比較例
は図７に示す従来技術に相当するもので、旋回シュート
１の途中に反射板２を設けたものである。図１７（ａ）
は側面図、図１７（ｂ）はその正面図である。図１８の
比較例は図８に示す従来技術に相当するもので、図１８
（ａ）は側面図、図１８（ｂ）はその正面図で、旋回シ
ュート１の下端部に反発板３を設けたものである。図１
６に示す実験装置５０は、原料バンカ５１からホッパ５
２に順次装入原料５８を供給し、旋回シュート５３を矢
印５６の方向に旋回させて原料を散布する。この原料を
サンプル受器５７に受ける。サンプル受器５７は放射状
に設けた箱であって、半径方向に多くの仕切りを入れ、
それぞれ円周方向の一部と半径方向の一部をサンプル
し、その分布を求めるものである。旋回シュートに取付
ける補助シュート５４は、図２に示す先窄み側板を備え
た反射板、図１７、図１８にそれぞれに示す単純な反射
板を取付けた。

【００２０】この時の炉半径方向での装入物の分配割合
を測定し、図１９に示した。本発明の実施例のシュート
は図２に示すものである。図１９中に示す従来例（ａ）
では旋回シュートの回転により原料が炉半径外側へ飛ば
されてしまう。これに対し、同図中の従来例（ｂ）では
平板の補助板（反発板）をつけたので、半径方向に拡が
ろうとするコークスを抑えるため、従来例（ａ）に比べ
て中心にコークスを装入することができる。しかし、反
発板の横方向（円周方向）へのコークスの拡がりは抑え
られないため、広い山状にコークスが装入される。これ
に対し本発明では反射板と側板によりコークスの拡がり
が抑えられ、筒状の流れで装入されるため、図１９に示
すように従来例に比べてはるかに鋭いコークスのピーク
を中心部に形成した分布を実現することができる。従っ
て、少ないコークス量で高炉中心部にコークスの柱を形
成することができることが判った。

【００２１】実施例として、内容積４５００Ｎｍ³ のベ
ルレス炉頂装入装置を持つ高炉における改善効果を図２
０に示す。２０〜２２日の工事により補助シュートを平
板から側板形に変更した。この効果として、図２０に中
心流指数（炉頂中心ガス温度／炉頂ガス平均御温度）、
溶銑温度、溶銑中Ｓｉ濃度、減風頻度の推移を示した。
炉中心部でのコークスの柱の形成により、中心流指数が
大きく、炉中心部のガス流が強化されたことが判る。ま
た、全体の装入物分布が安定したため、溶銑温度の変動
が小さくなり、溶銑温度を低下することができ、溶銑中
のＳｉ濃度を低減させることができた。これにより、下
工程での精錬コストを大幅に低減することができ、大き
なメリットが得られた。また、減風頻度も減少した。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、操業を安定させ溶銑温度
を低下させることができ、溶銑中Ｓｉ濃度を小さくする
ことができた。これにより、下工程での精錬コストを大
幅に低減することができ、大きなメリットが得られた。
また、落下幅が減少し落下位置が補助シュートで完全に
制御可能となったため、高精度で安定な分布制御が可能
となり、操業が安定化し減風頻度が減少した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の（ａ）側面図、（ｂ）正面断
面図である。

【図２】別の実施例の（ａ）側面図、（ｂ）正面断面図
である。

【図３】図２の斜視図である。

【図４】従来技術の説明図である。

【図５】従来技術の説明図である。

【図６】従来技術の説明図である。

【図７】従来技術の説明図である。

【図８】従来技術の説明図である。

【図９】従来技術の説明図である。

【図１０】斜面の安全率の概念を示す説明図である。

【図１１】本発明と従来法の落下幅の差を示すグラフで
ある。

【図１２】落下幅と安全率との関係を示すグラフであ
る。

【図１３】コークス中心装入の説明図である。

【図１４】コークス中心装入の説明図である。

【図１５】従来技術の説明図である。

【図１６】模型実験装置の説明図である。

【図１７】模型実験に供した従来例の説明図である。

【図１８】模型実験に供した従来例の説明図である。

【図１９】模型実験によって得た分布を示すグラフであ
る。

【図２０】本発明の効果を示すチャートである。

【符号の説明】

１旋回シュート２反射板３反発板４コークス５鉱石１０補助シュート１１反射板１２側板２１高炉炉壁２２炉内体積物の上表面形状のプロフィル２３落下物２４、２５落下位置３１炉頂バンカ３２流量調整ゲート３３集合シュート３４垂直シュート３５補助シュート３６原料４１落下物の衝撃力４２滑り面の内部摩擦力４３上昇ガスの抗力４４重力４５滑り面の中心４６滑り抵抗力４７滑り力４８滑り面５０実験装置５１原料バンカ５２ホッパ５３旋回シュート５４補助シュート５５センサー５６矢印５７サンプル受器５８原料５９カメラ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年６月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】図１に示す実施例の旋回シュートと図１５
に示す比較例の旋回シュートについて、模型実験により
落下幅の測定を行った。実験に用いた模型は前記の実機
の１８分の１の縮尺模型である。図１１に実施例と比較
例の側板補助シュートのデータを合わせて示す。平板の
落下幅は補助シュートを設置しない場合に比較して半分
程度に減少しているが、側板１２を設置することにより
落下幅が補助シュートを設置していない状態まで回復し
ている。この落下幅ｄ（ｍ）はほぼ側板１２の長さＬ
（ｍ）に比例することが実験結果により確認された。こ
こで側板の長さＬとは、前記した原料が側板に沿って流
れる距離であり、旋回シュート先端面から側板の原料流
れ方向先端部までの長さをいう。発明者らの実験結果で
は、次式で整理することができた。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】ｄ（ｍ）＝０．７６＋０．６５×Ｌ（ｍ）次に、図２、３に示す実施例と図１７、１８に示す比較
例について、図１６に示す模型実験装置５０により炉中
心部へのコークスの装入実験を行った。図１７の比較例
は図７に示す従来技術（従来例（ａ））に相当するもの
で、旋回シュート１の途中に反射板２を設けたものであ
る。図１７（ａ）は側面図、図１７（ｂ）はその正面図
である。図１８の比較例は図８に示す従来技術（従来例
（ｂ））に相当するもので、図１８（ａ）は側面図、図
１８（ｂ）はその正面図で、旋回シュート１の下端部に
反発板３を設けたものである。図１６に示す実験装置５
０は、原料バンカ５１からホッパ５２に順次装入原料５
８を供給し、旋回シュート５３を矢印５６の方向に旋回
させて原料を散布する。この原料をサンプル受器５７に
受ける。サンプル受器５７は放射状に設けた箱であっ
て、半径方向に多くの仕切りを入れ、それぞれ円周方向
の一部と半径方向の一部をサンプルし、その分布を求め
るものである。旋回シュートに取付ける補助シュート５
４は、図２に示す先窄み側板を備えた反射板、図１７、
図１８にそれぞれに示す単純な反射板を取付けた。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】実施例として、内容積４５００Ｎｍ^３のベ
ルレス炉頂装入装置を持つ高炉における試験研究の結果
を図２０に示す。平板補助シュート（比較例）及び側板
補助シュート（実施例）を設置した旋回シュートを用い
た操業試験を連続してそれぞれ２０日間実施した。図２
０において、横軸（日数）の０〜２０が平板補助シュー
トの期間、２１〜２２が補助シュートの取り替えのため
の操業中止期間、２３〜４４が側板補助シュートの期間
である。図２０に中心流指数（炉頂中心ガス温度／炉頂
ガス平均温度）、溶銑温度、溶銑中Ｓｉ濃度、減風頻度
の推移を示した。炉中心部でのコークスの柱の形成によ
り、中心流指数が大きく、炉中心部のガス流が強化され
たことが判る。また、全体の装入物分布が安定したた
め、溶銑温度の変動が小さくなり、溶銑温度を低下する
ことができ、溶銑中のＳｉ濃度を低減させることができ
た。これにより、下工程での精錬コストを大幅に低減す
ることができ、大きなメリットが得られた。また、減風
頻度も減少した。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】旋回シュートの先端部に、旋回シュート
を流下した原料流の落下軌跡を調整する補助シュートを
設け、該補助シュートは原料流が衝突して原料流を鉛直
方向に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを
阻止する側板とを備えたことを特徴とする高炉用ベルレ
ス式炉頂装入装置の旋回シュート。
【請求項２】前記側板の間隔を旋回シュート先端部の
幅と同等又は側板の先端に向って先窄みに形成したこと
を特徴とする請求項１記載の高炉用ベルレス式炉頂装入
装置の旋回シュート。
【請求項３】前記側板は原料の落下幅の目標値に応じ
て定めた側板長さを有することを特徴とする請求項１記
載の高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート。