JPS62260010A - ベルレス式高炉の混合原料装入方法 - 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、ベルレス式高炉の原料装入方法に係るもので
あり、より詳細には、炉内鉄源と還元剤を混合した原料
を装入する際に、炉内における装入原料の堆積角、半径
方向の鉄源と還元剤の重量比（以下ｒｏ／ＣＪという）
分布、半径方向の粒径分布等のいわゆる装入物分布の制
御性を向上することを目的とした混合原料の装入方法に
関するものである。

（従来の技術およびその問題点） 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
。

ところで、従来の鉄源と還元剤とを炉内に交互に装入す
るいわゆる層状装入法においては、１０００℃以上の高
温域において、鉄源が軟化・融着して、いわゆる融着帯
を形成し、ガスはコークス層を介して半径方向に再分配
されるため、融着帯形状を適正範囲に維持することが重
要であった。しかして、融着帯形状は炉内における半径
方向のガス流分布・熱流比分布によって決定されるから
、融着帯形状を制御する手段として、装入物分布制御が
重要であった。

しかし、実操業において融着帯形状を装入物分布制御で
適正に精度良く制御することは困難であり、しばしば中
間部で融着帯が必要以上に低下した場合や炉壁部で融着
帯が必要以上に低下した場合には、炉内原料の異常荷下
がり現象（スリップ・棚吊）が生じ、高炉の安定操業が
達成できなかった。

この問題を解決するため国分らは「鉄と鋼」第７０巻４
号、１９８４年３５０頁に、鉄源と還元剤を完全に混合
して炉内に装入する方法を提案している。この完全混合
装入においては鉄源の伝熱面積が大巾に増加して、融着
帯の巾は層状装入時の約１／１００と推算されており、
事実上、融着帯はないものとみなして良い。従って層状
装入時に問題となった融着帯形状異常による荷下がり悪
化の問題は、完全混合装入時には消滅する。更に、完全
混合装入時には通気性の改善というメリットもある。即
ち、シャフト部における通気性は層状装入時と大差ない
ものの、炉下部の通気性が、融着層の通気性の改善によ
って大巾に向上するのである。この混合装入時の融着層
の通気性の改善は、鉄源中の未還元ＦｅＯを主成分とす
るスラグが、隣在するコークスと直ちに溶融還元反応を
生じる結果、ＦｅＯ系スラグのホールドアツプ量が減少
するためである。そして、通気性の改善によって高炉の
安定操業が達成できるばかりでなく、炉内への送風可能
量が増加し、高炉の生産量を増加することも可能である
。

このように鉄源と還元剤とを完全に混合して炉内に装入
する方法は多くのメリットをもっているが、以下に示す
問題があるために、実操業には適用されていなかった。

第１の問題は完全混合された原料が炉内装入時に再分離
し、炉内に偏析して堆積するため、炉内の半径方向のＯ
／Ｃ分布が均一とはならないことである。

第７図は従来の完全混合装入に使用しようとしたベルレ
ス式高炉の原料装入装置の概略図を示すものである。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混
合原料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内の混合原料３を
分配シュート１０を介して炉内に装入するのである。

しかし分配シュートの傾動角度（θ）は第７図中に示す
ように、混合原料装入初期には大とし、装入末期には小
として、混合原料を炉壁部から炉中心方向に向かって装
入するため、前回炉内装入された混合原料で形成された
斜面上に今回の混合原料が装入され、斜面上で鉄源と還
元剤の分離が生じ、第７図中に模式的に示すように、炉
中心部および炉壁部に還元剤１１が偏在し、炉中心部お
よび炉壁部のＯ／Ｃは不可避的に低下することになり、
半径方向に均一なＯ／Ｃ分布を得ることができない。

第２の問題は、半径方向０／Ｃ分布の微調整が困難であ
ることである。即ち、従来の完全混合装入法においては
、分配シュートに供給される原料は、事前に鉄源と還元
剤とが完全に混合されており、炉内のガス流分布や荷下
がり速度分布が一定であれば、炉内の半径方向のＯ／Ｃ
分布は唯一の分布しかできない。しかし実操業において
は、炉壁レンガの損耗等を防止するため、炉壁熱負荷を
低下するＯ／Ｃ分布、即ち炉壁部でＯ／Ｃを平均値より
少し高くしたい場合があったり、あるいは、中心部のガ
ス流を確保するために中心部の○／Ｃを平均値より低下
したい場合がある。このような場合に、バンカー内に鉄
源と還元剤を完全に混合して均一化した状態で装入する
従来の完全装入法では、半径方向の０７０分布の微調整
は困難であった。

以上詳述したように、従来のベルレス式高炉の混合原料
の装入方法においては、炉内原料が斜面を形成すること
による半径方向０／Ｃ分布の不均一性および半径方向０
／Ｃ分布の微調整が困難であるという問題があった。

本発明は従来の完全混合装入法に関する前記問題をすべ
て解決するためになさたものであり、第１の問題点であ
る炉内原料が斜面を形成することに起因する半径方向０
／Ｃ分布の不均一性を解消するために、分配シュートの
傾動角度を制御して、混合原料を炉中心部から炉壁方向
に向かって装入するとともに、分配シュートの傾動角度
、各傾動角変における旋回数、下部ゲート弁開度のうち
少なくとも一つを制御して、装入後の炉内原料の堆積角
が２０度を超えないようにすること、および、第２の問
題点である半径方向０／Ｃ分布の微調整の困難性を解消
するために、分配シュートに供給される混合原料中のＯ
／Ｃを経時的に制御することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、ベルレス式高炉に鉄源と還元剤の混合原料を
装入する方法において、前記混合原料中の鉄源と還元剤
の重量比率を一定あるいは経時的に制御し、かつ、分配
シュートの傾動角度を制御して前記混合原料を炉中心部
から炉壁方向に装入するとともに、炉内製人後の混合原
料の堆積角度が２０度を超えないように分配シュートの
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ことを要旨とするベ
ルレス式高炉の混合原料装入方法である。

本発明の構成を第１図に基づいて説明する。原料がベル
トコンベア２によって炉頂に搬送され、上部ゲート弁４
、上部シール弁５を経て、炉頂バンカー６内に一旦貯蔵
され、高炉内の装入物のレベルが所定のストックレベル
７に到達すると、下部ゲート弁８、下部シール弁９を開
口し、分配シュート１０を介して炉内に原料を装入する
フローは従来発明と同じである。

本発明の特徴は、装入後の炉内原料の堆積角を２０度を
超えないようにするため、第１図中に矢印で示すように
分配シュートの傾動角度を小から大に順次増加するスケ
ジュールを設定して、混合原料を炉中心部から炉壁方向
に向かって装入し、かつ、装入中に分配シュートの傾動
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ことである。なお装入後
の原料の堆積角を２０度以下にした理由は、２０度以下
であれば、装入時の原料の転がりが実用上無視でき、斜
面が実用上形成されないとみなされるためであり、この
２０度以下という値は本発明者等の実験によって得られ
た値である。

すなわち、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、鉱石装入を行
ない、混合層形成量および半径方向の粒径分布を測定し
た。その結果の一例を第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＋１７２×混合層層厚増加）
の開発を示す図であり、同図より明らかな如くコークス
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厚増加が顕著であるが、
それ以下では実用上無視しうにことが判明した。即ち半
径方向のＯ／Ｃ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、
斜面の堆積角が充分小さく、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度以下とする
ことが必要なのである。

以上述べたように半径方向のＯ／Ｃ分布および半径方向
の粒径分布の制御の大幅な向上のためには、装入後の原
料の表面の堆積角を２０度以下とする必要がある。

なお、原料の堆積角を実測し、当該堆積角が２０度以下
となっているか否かは、高炉の炉頂部に通常設置されて
いるプロフィル計で確認することができる。プロフィル
計の型式はワイヤー〇先端にとりつけた重錐を堆積原料
の表面に降下させて計測する接触式でも、また、マイク
ロ波やレーザーを炉壁部または炉内原料層上の空間に設
置された発振器から発振し、原料堆積面で反射された反
射波を受信して計測する非接触弐でもよい。

しかして、装入後の原料の堆積角が２０度を超えそうな
場合には、分配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の少なくとも一つを
制御し、前記プロフィル計による計測を実施してその効
果を確認しながら堆積角を２０度以下に維持すべく制御
するのである。

また、本発明方法では分配シュートの傾動角度を順次大
きくしてゆくのであるが、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、分配シュートの傾動角度を順次小さくしてゆ
〈従来法にあっては、分配シュート荷重および分配シュ
ート上の原料荷重によって生じるモーメントの方向と、
分配シュ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、従って、モータの定格トル
ク許容範囲内である。これに対し、分配シュートの傾動
角度を順次大きくしてゆく本発明方法では、分配シュー
ト荷重および分配シュート上の原料の荷重によって生じ
るモーメントの方向と分配シュートの傾動方向が逆であ
る。従って傾動モータにかがる軸トルクが大きく、モー
タの定格トルクを超えることが予想されたため、分配シ
ュ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ったのである。

しかし、本発明をするにあたり、分配シュートの傾動角
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４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ュート傾動角度範
囲において、分配シュ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。

従って小額の投資で分配シュ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。

本発明の第２の特徴は分配シュートに供給される鉄源と
還元剤の混合原料の○／Ｃを経時的に制御することであ
る。そして、制御手段としては次のような手段が適して
いる。

■炉頂バンガーから排出時に制御する方法。

鉄源と還元剤を別々の炉頂バンカー６に貯蔵し、高炉内
の装入物のレベルが所定のストックレベル７に到達する
と、鉄源と還元剤を貯蔵した炉頂バンカー６の各々の下
部ゲート弁８および下部シール弁９を開操作して鉄源と
還元剤を同時に切り出し、混合した状態で分配シュート
１０に供給する。

この時、下部ゲート弁８の開度を経時的に制御すれば、
分配シュート１０に供給される混合原料中のＯ／Ｃを時
々刻々制御することができる。また分配シュート１０に
供給される混合原料中の鉄源と還元剤の混合状態を完全
にするために、第１図中に示す位置に混合装置１２を設
置してもよい。

なお、混合装置はその゛機能を有するものならその型式
は問わない。

■貯槽から切り出し時に制御する方法 鉄源と還元剤１１を貯蔵しである貯槽１３．１４から各
原料を同時に切り出し、装入ベルトコンベア２で炉頂に
搬送する。この時、貯槽１３、　　１４の各ゲート弁の
開度を経時的に制御すれば、炉頂バンカー６を経由して
、分配シュート１０に供給される混合原料中のＯ／Ｃを
経時的に制御することができる。しかしこの場合、装入
ベルトコンベア２上では鉄源と還元剤が完全には混合し
ていないので、炉頂バンカー６内に、例えばストーンボ
ックス１５′等を設置して、炉頂バンカー６に供給され
る原料の通過中に原料を一旦衝突させて鉄源と還元剤の
混合を促進させる。もちろん混合装置であれば、種類を
特定するものではない。次に炉頂バンカー６から原料が
排出される時にファネルフローを生じて、炉頂バンカー
６に装入された時の混合原料のＯ／Ｃの経時変化と、炉
頂バンカー６から排出された混合原料中のＯ／Ｃの経時
変化が一致しないことが予想される。そこで、炉頂バン
カー６に装入された順に、炉頂バンカー６から排出され
るような対策をとる必要がある。第１図中には、このよ
うな目的でコーン１６を設置した例を示す。もちろんこ
の他のマスフロー化の手段でも良いことはいうまでもな
い。更に排出時のＯ／Ｃ経時変化を別途計測して、貯槽
からの切り出し時の○／Ｃの経時変化をフィードバック
制御する方法もある。

（作　　　用） 本発明は、ヘルレス式高炉に鉄源と還元剤の混合原料を
装入する方法において、前記混合原料中の鉄源と還元剤
の重量比率を一定あるいは経時的に制御し、かつ、分配
シュートの傾動角度を制御して前記混合原料を炉中心部
からが壁方向に装入するとともに、炉内装入後の混合原
料の堆積角度が２０度を超えないように分配シュートの
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ものである為、炉内
における装入原料の堆積角や半径方向の０７０分布、半
径方向の粒径分布等のいわゆる装入物分布を精度よ（制
御できる。

（実　施　例） 本発明の効果を確認するため、炉外において実物大模型
を製作し、装入物分布試験を実施した。

なお試験に使用した装入原料は実際の高炉で使用してい
る原料を使用した。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る。また、半径方向の０
７０分布は、装入試験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て計測した。

■均一な半径方向０／Ｃ分布例 従来の混合装入法における分配シュートの傾動角度のス
ケジュールは（１、■、２．２．３．３．４．４．５．
５．６．６．７．７）であった。

（）内は分配シュートの傾動角度の大きさと順序を示し
ており、数字が小さい方が分配シュートの傾動角度を大
きく設定しである。また、旋回数は１４旋回である。こ
れに対し、本発明では炉内　゛原料の堆積角を２０度以
下とするため、分配シュート傾動角度のスケジュールを
（１０，９，９，８，７，６，５，４，３，２，２，１
，１，１）とした。その結果、装入後の原料の堆積角は
中心部で１６度、中間部から炉壁部にかけては０〜５度
とほぼ所望の堆積角を得た。

第５図（イ）に炉頂バンカーに装入された混合原料のＯ
／Ｃの経時変化、（ロ）に分配シュートに供給された混
合原料のＯ／Ｃの経時変化および（ハ）に装置内の混合
原料の半径方向のＯ／Ｃ分布を示す。従来法では、斜面
を形成するため、装入時に鉄源と還元剤が分離してＯ／
Ｃは中心部と炉壁部で低下している。これに対し、本発
明では炉内原料の堆積角を２０度以下に維持できたため
、装入時の混合原料の分離が生じず、半径方向の０７０
分布はほぼ均一となり、本発明の有効性が実証された。

なお、本実施例の混合原料調整法は貯槽から切り出し時
に鉄源と還元剤を混合し、炉頂バンカー内にはストーン
ボックスとコーンを設置した。

■中心部のみＯ／Ｃを低下する例 従来の混合装入法では、第５図（ハ）に破線で示すした
如（、中心部と炉壁部ともに○／Ｃが低下し、中心部の
みのＯ／Ｃを低下することはできなかった。これに対し
、本発明では第６図に示す如く、炉頂バンカーに装入さ
れた混合原料の０／Ｃを、装入初期のみ低下させ（同図
（イ））、分配シュートに初期に供給されるＯ／Ｃを低
下させた結果（同図（ロ））、装置内に初期に原料が堆
積する中心部のみのＯ／Ｃを低下させることができた（
同図（ハ））。なお分配シューＨｔＱ動角度のスケジュ
ールは前記■と同一にした。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、本発明は、ヘルレス式高
炉に鉄源と還元剤の混合原料を装入する方法において、
前記混合原料中の鉄源と還元剤の重量比率を一定あるい
は経時的に制御し、かつ、分配シュートの傾動角度を制
御して前記混合原料を炉中心部から炉壁方向に装入する
とともに、炉内装入後の混合原料の堆積角度が２０度を
超えないように分配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
を制御するものである為、炉内における装入原料の堆積
角やＯ／Ｃ分布、半径方向の粒径分布等のいわゆる装入
物分布を精度よく制御できる。

すなわち、本発明によれば、装入時の混合原料の分離を
防止し、かつ、分配シュートに供給される混合原料中の
○／Ｃを経時的に変化させることによって、完全混合装
入時の炉内の半径方向の０７０分布を微調整することが
でき、高炉の操業上、掻めで大なる効果を奏するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるベルレス式高炉の混合原料装入方
法の概略説明図、第２図はコークス層の堆積角と炉中心
部コークス層厚との関係図、第３図は同じくコークス層
の堆積角と炉の中心部鉱石粒径との関係図、第４図は分
配シュートの傾動角度とモータ軸トルクとの関係図、第
５図（イ）〜（ハ）は本発明による半径方向０／Ｃ分布
を均一にする混合原料の装入方法の試験結果を示す図、
第６図（イ）〜（ハ）は本発明による中心部の０／Ｃの
みを低下する混合原料の装入方法の試験結果を示す図、
第７図は従来法によるベルレス式高炉の混合原料の装入
方法の概略説明図である。 １は高炉、３は混合原料、６は炉頂バンカー、８は下部
ゲート弁、１０は分配シュート、１１は還元剤、１２は
混合装置。 特許出願人　住友金属工業株式会社 第１図 １．１ １１遺氾刊

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の混合原料を装入
   する方法において、前記混合原料中の鉄源と還元剤の重
   量比率を一定あるいは経時的に制御し、かつ、分配シュ
   ートの傾動角度を制御して前記混合原料を炉中心部から
   炉壁方向に装入するとともに、炉内装入後の混合原料の
   堆積角度が２０度を超えないように分配シュートの傾動
   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ことを特徴とするベルレ
   ス式高炉の混合原料装入方法。