JPS62224608A - ベルレス式高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ベルレス式装入装置を有する高炉の操業方法
に係るものであり、より詳細には、炉内における装入原
料の堆積角、半径方向の鉱石とコークスの重量比（以下
「０／Ｃ」と略記する）分布、半径方向の粒径方向等の
いわゆる、装入物分布を適確に制御し、高炉操業の安定
化を図ることを目的としたベルレス式高炉の操業方法に
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／
Ｃ１粒径等の半径方向の分布を適確に制御して、炉内に
おける半径方向のガス流分布、熱流比分布を適正な範囲
に維持し、鉱石の還元・溶解を安定に行う必要がある。

従来のベルレス式高炉の原料装入方法を第６図を用いて
説明する。第６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によって搬送された原料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
定のストックレベル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内の原料を分配シュート１０を介して炉内
に装入するのである。

すなわち、ベルレス式装入法による炉内装入物分布の制
御は、主に、分配シュート１０の運転方法を変化させる
ことによって実施され、ベル・アーマ式装人法に比較し
て装入物分布制御の自由度が大きく、高精度制御の可能
な点が該装入法の特徴と言える。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来のベルレス式高炉の装入物分布制御
には、以下の２つの問題があった。

先ず、第１の問題は、炉内半径方向の０／Ｃ分布および
粒径分布の制御性が不十分なことである。

即ち、従来の原料装入方法においては、殆どの場合、装
入後の表面形状は第６図に示すような、Ｍ型あるいはＭ
型の形状を成しており、いづれも斜面を形成していた。

このためコークス層の上に鉱石を装入した場合、鉱石落
下位置近傍のコークス層の表層部の一部が鉱石の衝撃エ
ネルギーによって崩れ削りとられて、炉中心部方向に移
動し、炉中心部に広範囲にわたってコークス層厚の上昇
や、鉱石とコークスとの混合層が形成されることが知ら
れている（例えば、「鉄と１ＪＶｏ１．７１．１７５頁
）。このような現象について、最近、研究が進められて
いるが、完全な定量把握には至っておらず、半径方向０
／Ｃ分布制御の上での不確定要素となっている。

さらに、装入面が傾斜していることから、炉内に装入さ
れた原料は、この斜面で再分級されながら堆積する結果
、斜面の上流側即ち炉壁部に細粒が、斜面の下流側即ち
中心部に相流が偏析して堆積する。即ち、従来の装入法
においては、斜面での再分級によって最終的な半径方向
の粒径分布が決定されることになるが、この現象は、半
径方向のガス流分布変動や荷下がり速度分布変動による
斜面形状の変動の影響を大きく受け、また、装入原料の
粒度構成が変動した場合も斜面上での再分級の様子は変
化する。

以上述べた現象を抑制し、炉内半径方向０／Ｃ分布およ
び粒径分布の制御性を向上させるべく本発明者等は原料
装入時に、分配シュートの傾動角度を所定角度から順次
増加することによって、原料を炉内の中心部から順次炉
壁方向に装入すること、および、装入後の原料表面の傾
斜角が２０度を超えないように、当該シュートの傾動角
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する方法を特願昭６１−１９０
２４号で提案した。

当該方法は、上述した現象を抑制するのに極めて有効で
はあるが、時々刻々炉内状態が変化する実際の高炉に適
用する時、具体的にいかにして最適な分配シュートの運
転スケジュールを選択していけば良いかという実用上の
問題については述べられていない。

即ら、第２の問題は、分配シュート運転スケジュールの
決定方法である。

従来、最適な分配シュート運転スケジュールを決める指
針としては、分配シュートの旋回数と各旋回における傾
動角度から構成される装入物分布指数なるものを定義し
、鉱石、コークスについての前記指数値を夫々、ｘ、ｙ
軸にとり過去の操業実績を基に最適炉況をもたらす条件
をその図上に記し、これを基に分配シュート運転法を決
定する方法（特公昭６０−２３１６１号公報）や、ガス
流分布制御から見た分配シュート運転スケジュールを炉
芯流、炉壁流、中間流を頂点とする三角形ダイヤグラム
に記入し、これを基に炉体熱負荷、ガス温度、ガス利用
率等の炉況指数を見ながら、最適運転スケジュールを選
択する方法（特公昭６０−４１１２１号公報）などがあ
る。

しかし、いずれの方法も、原料粒度の変動などの原料条
件の変動や、ガス流分布や荷下がり速度分布などの炉内
状態の変動に対して、十分対処しうるちのではなかった
。

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、粒径分布等のいわゆる装入物分布の
制御性を向上し、高炉操業を安定化するベルレス式高炉
の操業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） 本発明は、装入後の原料表面の堆積角が２０度を超えな
いようにベルレス式高炉の炉中心部から炉側壁方向に向
かって原料を装入するに際し、前記原料表面の堆積角及
び半径方向ガス流分布と、必要に応じて荷下がり速度分
布、原料の半径方向粒径分布を計測して当該計測値に基
づいて炉内融着帯形状を推定し、この推定した炉内融着
帯形状が予め設定した融着帯形状になるよう、分配シュ
ートの運転方法や炉頂バンカー内の原料受入れ、切出し
のうちの少なくとも一つを制御することを要旨とするベ
ルレス式高炉の操業方法である。

本発明におけるベルレス式装入法においては、原料を炉
中心部から炉壁方向に向かって装入し、かつ装入後の前
記原料の堆積角が２０度を超えないようにしている。

まず第１に、原料を炉内中心から炉壁方向に１１１１次
装入する理由についてであるが、原料の実質の装入時間
は、原料粒度の変動その他の原因で、不可避的に変化す
る。即ち、炉内中心部から炉壁部に装入する場合は、炉
壁での原料装入量に、また炉壁から炉中心部へ装入する
場合は炉中心部での原料装入量に夫り変動が起こること
になるが、前者の方法では、分配シュートの１旋回当た
りの装入面積の大きい炉壁部での原料装入量に変動が起
こっても当該部の堆積層厚の変動は比較的小さいのに対
し、後者の方法では炉中心部の層厚変動が太き（現れる
。即ち、前者の方法によれば、原料装入時間の変動に伴
う半径方向０／Ｃ分布の変動を抑制することができるの
である。

次に、炉内装入物表面の傾斜角を２０度以下と限定した
理由であるが、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動して鉱石装入
を行い、混合層形戒壇および半径方向の粒径分布を測定
した。その結果を第２図、第３図に示す。

第２図はコークス層の堆積角と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＋２×混合層層厚増
加）の関係を示す図であり、同図より明らかな如（、コ
ークス堆積角は２０度を境にして、それを超えた場合に
は、鉱石装入による中心部のコークス層増加が顕著であ
るが、それ以下では実用上無視しうろことが判明した。

即ち、半径方向０７Ｃ分布制御性の向上のためには装入
後の原料の堆積角を２０度以下とすることが必要なので
ある。

第３図は、コークス層の堆積角と中心部の鉱石（試験は
全量焼結鉱で実施した）の粒径の関係を示す図である。

コークス堆積角は２０度を境にして、それを超えた場合
には、斜面での再分級によって中心部の鉱石粒径の増加
が顕著であるが、それ以下では鉱石粒径の増加は実用上
無視しうるほど小さいことが明らかである。その理由は
、斜面の堆積角が十分小さく、装入時に当該旋回に対応
する装入物の山が形成されても原料が、斜面を移動しな
いためと考えられる。即ち半径方向の粒径分布制御性の
向上のためには、装入後の原料の堆積角を２０度以下す
ることが必要なのである。

以上のことから、半径方向０／Ｃ分布及び粒径分布の制
御性を向上させるためには、原料を炉中心部から炉壁方
向に順次装入し、かつ、炉内装入表面の傾斜角を２０度
以下に維持することが必要となるわけである。

次に、具体的な装入物分布制御アクションの決定方法に
ついて述べる。

本発明においては、時々刻々変動する炉内状態を把握す
るために、装入物表面形状すなわち原料表面の堆積角及
び半径方向ガス流分布すなわちガス温度分布やガス組成
分布と、必要に応じて炉内半径方向の荷下がり速度分布
、原料の半径方向粒径分布を計測し、その計測結果を数
式シミュレーションモデルに入力する。そして、推定さ
れた炉内状態すなわち炉内融着帯形状が予め設定された
炉内融着帯形状と差がある場合、その差をなくするよう
に数式シミュレーションモデルを用いて分配シュートに
係わる制御因子、炉頂バンカー内の原料排出に係わる制
御因子、貯槽の原料切り出しに係わる制御因子について
、少なくともそのうちの一つの制御量を決定するもので
、制御は半径方向０／Ｃ分布制御と半径方向粒径制御と
に分けられる。

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６図と同一番号は同一部分あるいは相当部分を示
し、詳細な説明を省略する。

同図に示した１１−１８の部分が本発明に係わるハード
及びソフトウェアである。即ち、同図中１１は炉頂部に
設置された機械式プロフィルメータで、半径方向に複数
個設置された重錘を炉内装入物表面上に降下させること
によって装入物表面形状を計測するものである。なお、
当該プロフィルメータ１１は、装入物表面形状を計測し
得るものであれば、その他の形式のものでも良い。１３
はシャフト上部ゾンデを示し、炉内半径方向のガス温度
およびガス組成分布を計測するものである。１５は炉頂
バンカー内に設置されたインサート（邪魔物）であり、
１７に示した駆動制御装置によって炉頂バンカー６内を
昇降しうるようになっている。１６は装入ベルトコンベ
ア２から炉頂バンカー６への原料受は入れを音響や振動
等で検知するセンサーを示し、１８は貯槽の原料排出口
に設置された開閉弁及び駆動制御装置を示す。

また、同図中１２．１４は演算器を示し、１２には後述
する如くプロフィルメータ１１の計測値および装入条件
（分配シュート運転スケジュール等）から炉内装入物分
布を推定する数式シミュレーションモデルおよび炉頂バ
ンカー６からの原料排出状況を推定する数式シミュレー
ションモデルが内蔵され、一方、演ｒＬ器１４にはシャ
フト上部ゾンデ１３の計測値を基に炉内融着帯分布を推
定する数式シミュレーションモデルが内蔵されている。

次に、本発明における制御の流れについて説明する。

まず、半径方向０／Ｃ分布制御についてであるが、各ダ
ンプ後の原料装入完了後、プロフィルメータ１１により
装入直後の装入物表面形状を測定し、さらに、次の原料
装入直前に再び装入物表面形状を測定する。この操作を
原料の各ダンプ毎に実施し、これらのデータを基に、演
算器１２において原料の堆積角、半径方向の荷下がり速
度分布および０／Ｃ分布を算出する。一方、シャフト上
部ゾンデＩ３は半径方向のガス温度、ガス組成成分を測
定し、これらのデータを基に演算器１４において反応伝
熱計算を行い、炉内融着帯形状を算出する。そして、該
高炉について予め経験的に設定された、ガス温度分布、
ガス利用率（ＣＯ□／ＣＯ＋Ｃ０ｚ）分布或いは融着帯
形状についてそのズレを求め、そのズレ量に応じてＯ／
Ｃを上昇させるべき半径方向部位および低下させるべき
部位とその量を指示する。

この指示に基づいて演算１１２を用い、目的とする０７
０分布を得るための分配シュートに係わる制御因子の制
御量の組合わせを算出し、そのうちから装入後の原料の
堆積角が２０度以下となる組合わせを選定する。

なお、演算器１２に内蔵する装入物分布推定の数式シミ
ュレーションモデルは、その目的にかなうものであれば
良く、例えば「鉄と鋼、Ｖｏｌ、７１．１７５頁〜１８
２頁」などがある。また、演算器１４に内蔵する炉内融
着帯分布推定の数式シミュレーションモデルも先に述べ
た目的にかなうものであれば良く、例えば［鉄とｍ（１
９７９）Ｓ、５２Ｊなどがある。

次に半径方向分布制御について説明する。本発明のよう
に、炉中心部から炉壁に向かって原料を装入し、かつ、
装入後の原料の堆積角を２０度以下に維持して、堆積斜
面での再分級を防止する装入法においては、半径方向の
０７０分布とは独立に半径方向の粒径分布も制御できる
。

即ち、分配シュートから炉内に装入される原料は中心部
から順次炉壁部に向かって堆積するため、分配シュート
に供給される原料の粒径の経時変化を制御すれば、炉内
半径方向の粒径分布は０７０分布と独立に制御できるわ
けである。

ところで、分配シュートに供給する原料の粒径の経時変
化の制御方法としては炉頂バンカー内の原料排出に係わ
る制御因子を制御する方法と、貯槽の原料切り出しに係
わる制御因子を制御する方法とがある。

まず、炉頂バンカー内の原料排出に係わる制御因子の例
として、炉頂バンカー内のインサートの位置の例を示す
。第４図に示すようにインサートの炉頂バンカー内位置
を高くすると排出原料の粒径の経時変化は均一になり、
また、炉頂バンカー底部に設置すると、排出原料の粒径
は排出初期で小さく、排出末期で大きくなる。

また、場合によってはインサート位置を更に高くして、
原料中に埋没しないようにしても粒径の経時変化パター
ンを変えることができる。

次に、貯槽の原料切り出しに係わる制御因子の例として
、貯槽から装入ベルトコンベアーへの原料切り出しタイ
ミングの制御能がある。即ち、予め装入原料を粒径によ
って別々の貯槽にためておき、たとえば粗粒を先に、細
粒を後に、炉内に装入しようとする場合は装入ベルトコ
ンベアーへの排出タイミングとして粗粒原料の貯槽排出
ゲートを開は粗粒原料の排出完了の後、細粒貯槽の排出
ゲートを開けるようにすれば炉頂バンカー内の下部には
粗粒、上部には細粒が堆積し、所望の順序で粗粒、細粒
原料が炉内に装入されることになる。なお、この時炉頂
バンカー内にはインサートを置き、炉頂バンカーから原
料排出パターンがマスフローとなるように制御すれば当
該制御の効果はより有効となる。

以上説明したような方法によって、装入物分布制御アク
ションをとれば、半径方向０／Ｃ分布および半径方向粒
径分布を適確かつ独立に制御することができる。

なお、第１図中に示していないが、炉頂部にサンプリン
グ或いはその他の方法で堆積装入物の半径方向粒径分布
を実測し得る装置を設ければ、実測データを基に前記半
径方向分布制御を調整できることから該制御をより適確
なものとすることができる。

（作　　　用） 本発明は、装入後の原料表面の堆積角が２０度を超えな
いようにベルレス式高炉の炉中心部から炉側壁方向に向
かって原料を装入するに際し、前記原料表面の堆積角及
び半径方向ガス流分布と、必要に応じて荷下がり速度分
布、原料の半径方向粒径分布、を計測して当該計測値に
基づいて炉内融１着帯形状を推定し、予め設定した融着
帯形状になるよう、分配シュートの運転方法や炉頂バン
カー内の原料受入れ、切出しのうちの少なくとも一つを
制御するものである為、炉内半径方向の原料粒径分布制
御を容易に行える。

（実　施　例） 本発明の効果を検証すべく、高炉炉頂部（ベルレス式）
実物大模型を製作し、テストを実施した。

その結果を第５図に示す。実験はコークスベース３７ｔ
ｏｎ　、　Ｏ／　Ｃ４，０で鉱石として焼結鉱を使用し
た。コークス、鉱石を交互に装入し、最後の鉱石を装入
したところで、装入物ストックレベルが実炉のそれに一
致するようにして全装入を完了した。

なお、当該模型では実炉における装入物荷下がり、及び
送風の効果はないもののその他の基本設備は実炉のそれ
と同型のもので、第１図中のシャフト上部ゾンデ１３、
演算器１４、シール弁５．８を除いた型式になっている
。

まず、分配シュートの傾動角度を小さくしながら原料を
炉壁から炉中心部に向かって順次装入し、炉芯流を促進
するＯ／Ｃ分布（第５図の実線）を実現する装入を過去
の実験データを基に経験的に決定した分配シュート運転
スケジュールに従って実施した（第５図の破線）。なお
、この際の分配シュート運転スケジュールを下記第１表
に示す。

次に、本発明に従って分配シュートの傾動角度を大きく
してゆきながら原料を炉中心部から炉壁に向かって順次
装入し、装入物表面傾斜角を２０度以下に維持しつつ前
記の炉芯流を促進するＯ／Ｃ分布を実現する装入を行っ
た。このとき、原料の各ダンプ後プロフィルメータ１１
を用い装入物表面形状を測定し、それを基に先に述べた
装入物分布推定シミュレーションを行い、分配シュート
の運転スケジュールの調整をその都度実施した。その結
果、目標とするＯ／Ｃ分布を精度良く実現することがで
きた（第５図の一点鎖線）。なお、この際の分配シュー
ト運転スケジュールを下記第２表に示す。

このように本発明の如く、プロフィルメータを用い、装
入物分布推定シミュレーションによるオンライン解析に
基づいて装入物分布側１ｆｆｌを行うことによって適確
な０／Ｃ分布制御が可能となる。

第　　１　　表 第　　２　　表 なお、前記第１表、及び第２表中「傾動ノツチ」とは、
分配シュート傾動角度を示す指数で、値が大きくなる程
傾動角度は小さくなるものである。

また、本実施例では半径方向ガス流分布の計測は含まれ
ていないが、当該半径方向ガス流分布計測値を基にした
炉内融着帯形状の推定については、既に公知例が多数あ
り（「鉄と鋼Ｊ　　（１９７９）５５２等）、これを使
用すればよい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、装入後の原料表面の堆積
角が２０度を超えないようにベルレス式高炉の炉中心部
から炉側壁方向に向かって原料を装入するに際し、前記
原料表面の堆積角及び半径方向ガス流分布と、必要に応
じて荷下がり速度分布、原料の半径方向粒径分布、を計
測して当該針Ｍｉｌｌ値に基づいて炉内融着帯形状を推
定し、予め設定した融着帯形状になるよう、分配シュー
トの運転方法や炉頂バンカー内の原料受入れ、切出しの
うちの少なくとも一つを制御するものである為、炉内半
径方向の原料粒径分布制御を容易に行え、亮炉操業の安
定化に大なる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るベルレス式装入法の概略説明図、
第２図はコークス層堆積角と鉱石装入後の炉中心部コー
クス層厚増加量との関係図、第３図はコークス層堆積角
と鉱石装入後の炉中心部の鉱石粒径との関係図、第４図
は炉頂バンカー内インサート位置（高さ）と排出粒子の
粒径経時変化パターンとの関係図、第５図は実物大模型
実験によるＯ／Ｃ分布制御結果比較図、第６図は従来の
ベルレス式装入法の概略説明図である。 １は高炉、６は炉頂バンカー、１０は分配シュート、１
１はプロフィルメータ、１２．１４は演算器、１３はシ
ャフト上部ヅンデ、１５は昇降式インサート、１７はイ
ンサート駆動制御装置、１８は開閉弁及び駆動制御装置
。 特許出願人　住友金属工業株式会社 ′ＡＳ　６囚 第２図 メ 第４図 狐Ｃス亀羽−戴時間 第３図 フーク入肩１１住ネー免（つ 第５゛１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）装入後の原料表面の堆積角が２０度を超えないよ
   うにベルレス式高炉の炉中心部から炉側壁方向に向かっ
   て原料を装入するに際し、前記原料表面の堆積角及び半
   径方向ガス流分布と、必要に応じて荷下がり速度分布、
   原料の半径方向粒径分布を計測して当該計測値に基づい
   て炉内融着帯形状を推定し、この推定した炉内融着帯形
   状が予め設定した融着帯形状になるよう、分配シュート
   の運転方法や炉頂バンカー内の原料受入れ、切出しのう
   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
   ス式高炉の操業方法。