JPS6254362B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明はベルレス高炉の原料装入方法に関し、
更に詳細には、ベルレス高炉の炉頂バンカー内に
設けた装入原料反撥板、旋回シユート等の原料分
配装置により半径方向および円周方向の少なくと
も一方の粒径分布を変化させ、その粒径分布を撮
影装置により測定し、炉頂バンカー内原料流れシ
ミユレーシヨンモデルを介して炉頂バンカーから
高炉内に流出する原料の粒径の経時変化を予測
し、予測粒径経時変化が目的とする粒径経時変化
と一致するように、原料分配装置を操作してバン
カー内の原料の粒径分布を制御するベルレス高炉
の原料装入方法に関する。

(ロ) 従来技術 高炉において、大ベルおよび小ベルの開閉によ
り装入物を高炉内に装入する方法に代り、近年大
ベルや小ベルを用いず、旋回および傾動可能な分
配シユートを介して分配装入するいわゆるベルレ
ス式の炉頂装入装置が多く使用されるようになつ
て来た。

このベルレス式の炉頂装入装置は、第１図に示
されるように、原料すなわち装入物を高炉のベル
トコンベア１、切換シユート２、上部ゲート弁３
および上部シール弁４を介して一旦炉頂バンカー
５内に貯蔵しておき、高炉１０内の装入物が荷下
がりして補給すべき所定のストツクライン６のレ
ベルに達した際に装入物流量調整用の下部ゲート
弁７および下部シール弁８を開弁して炉頂バンカ
ー５内の原料を分配シユート９に供給し、この分
配シユート９の旋回速度および傾動角度を調整し
て原料を順次連続的に分配シユート９から炉内に
分配装入するようになつている。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、かかるベルレス式の炉頂装入装
置により高炉内に原料を装入する場合、次のよう
な問題がある。すなわち、ある粒度構成を持つた
原料（コークス或は鉱石）は炉頂バンカー５内で
は半径方向に粒度偏析を持つた状態で堆積してお
り、分配シユート９を介して炉内に装入される原
料の粒径が時間的に変化する。そのため装入パタ
ーン、ストツクライン、装入量等の装入条件が一
定であつても炉内装入中の原料の粒径が時間的に
変化すれば炉内半径方向での原料の粒径分布が変
るので、通気性分布が変化しガス流分布が変化す
る。そのため炉況が不安定となり、スリツプ（原
料の降下不安定）、炉熱変動、溶鉄成分の変動等
を引き起こすことになる。

本発明はかかる問題に鑑みなされたものであつ
て、その目的とするところは、ベルレス高炉の炉
頂バンカー内に設けた装入原料反撥装置、旋回シ
ユート等の原料分配装置により半径方向および円
周方向の少なくとも一方の粒径分布を変化できる
ようにし、炉頂バンカー内に設けた撮影装置によ
り炉頂バンカー内の原料の半径方向および円周方
向の少なくとも一方の粒径分布を測定し、その測
定値により原料流れモデルを介して炉頂バンカー
から流出する原料の粒径変化を予測し、高炉内で
目的とする粒径分布が得られるように装入装置を
作動させることにある。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明は、所定量の原料を炉頂バンカー内に一
旦装入し、該炉頂バンカーから高炉内に装入する
ベルレス高炉の原料装入方法において、 (1) ベルレス高炉の炉頂バンカー内上部に設けた
原料分配装置によりバンカー内の原料の半径方
向及び円周方向の少なくとも一方の粒度分布を
制御できるようにし、 (2) 前記バンカー内の原料の粒度分布を撮影装置
によつて測定すると共に、 (3) バンカーからの原料の排出挙動を、排出孔上
の流出角θ′を成す円錐体内の堆積している原
料が円錐体形状に沿つてマスフローで流出し、
次いで前記円錐体の外に堆積している原料がフ
アネルフローで最上層から順に流れ込み角θ″
で前記円錐体内に流れ込み前記円錐体形状に沿
つてマスフローで流出するものとしてシユミレ
ートするバンカーシミユレーシヨンモデルに、
前記測定して得た測定値を入力し、 (4) 前記シミユレーシヨンモデルを使用して前記
バンカーから流出する原料の粒径の経時変化を
予測し、 (5) 予測された粒径の経時変化が目的とする粒径
の経時変化と一致するように、原料分配装置を
操作することによつてバンカー内の原料の粒径
分布を制御する、 ように構成してある。

(ホ) 作 用 次に本発明の技術的背景について第２図および
第３図を参照して説明する。

炉頂バンカー５内に原料を装入する場合、原料
の落下点の近傍には粒径の小さな装入物が集り、
そこから離れるに従つて粒径が大きくなる。した
がつて落下点が炉頂バンカー（以下単にバンカー
と呼ぶ）のほぼ中央の場合には、第２図に示す如
く、原料はバンカーの中央が山状に高くなるとと
もにその部分での原料の粒径は小さく、バンカー
の外周に近づくにしたがつて半径方向に沿つて低
くなるとともに粒径が大きくなる傾向がある。

このようにバンカー内に装入された原料は半径
方向および円周方向に粒径偏差を生じた状態でバ
ンカー内に貯蔵される。

次にバンカーからの原料の排出挙動について述
べる。従来バンカーからの原料排出時のバンカー
内の原料の流れにはマスフローとフアネルフロー
（漏斗状流れ）が知られている。マスフローとは
排出孔の近くに堆積している下層から順に原料が
排出される流れであり、フアネルフローとは、排
出孔直上部の狭い領域に堆積している原料が最初
に排出された後はバンカー内の堆積層の上層から
順に排出される流れである。本発明者はベルレス
装入装置の実機大模型実験装置を製作してバンカ
ー内に原料排出挙動を調査した。

その結果、バンカー内の原料の流れは、フアネ
ルフローではあるが、完全なフアネルフローでは
なく、高炉用バンカーの排出孔径が大きいため排
出孔上に大きなマスフロー域が存在することが判
明した。すなわち、第２図の１１で示す流出角度
θ′の円錐体の内側がすべてマスフロー域である
ことが判明した。またθ′の値は原料の種類によ
つて異なることも判明した。

このようなバンカー内の原料の流れを記述する
支配方程式は未だ確立しておらず、厳密な数式モ
デルによるバンカーからの原料の粒径の経時変化
の予測は不可能であり、従来は、原料のバンカー
への装入条件（バンカーへの装入位置、原料性
状、原料粒度構成等）を変更するたびに模型実験
を実施して原料の粒径の経時変化を実測する必要
があり、労力、実験費がかさむとともに、短時間
に所望のデータが得られないという問題があつ
た。

これに対して発明者は、実機大模型実験結果に
基づき次に述べるシミユレーシヨンモデルを発明
し、バンカー内の原料の粒径分布を入力としてバ
ンカーから排出される原料の粒径の経時変化を予
測できるようにしたので、労力、実験費が不要と
なるばかりか、極めて短時間に原料の粒径の経時
変化を推定できるようになつた。

本シミユレーシヨンモデルでは第２図に示すよ
うにバンカー内の原料の堆積順を次のようにシミ
ユレートした。まず排出孔上の流出角度θ′の円
錐体１１の内側に堆積している原料が排出孔に近
い下層から順にマスフローで排出される。次にバ
ンカー内に角度θで堆積している前記円錐体１１
の外側の原料が最上層上層から順に流れ込み角
θ″で円錐体１１の内面に順次流入し、円錐体内
面に沿つてマスフローで降下し、排出される。

次にシミユレーシヨンモデルの詳細を第３図に
基づいて説明する。

第３図Ａには、バンカー内の堆積原料をｎ等分
（簡単のため第３図Ａにはｎ＝10の場合を示す）
し、前述の排出シミユレーシヨンに基づいて原料
の排出される順に番号をわり付けてある。

排出挙動について詳細に説明すると、排出孔上
の流出角θの円錐体１１の内面に堆積している原
料（〜）が排出孔に近い順に→→の順
に排出される。第３図Ｂにはの原料を全量排出
完了した時（時間ｔとする）のバンカー内の原料
の堆積状況を示す。円錐体１１の頂部に堆積して
いた原料が排出すると共に降下したためフアネ
ルフローによつて第３図Ａのの位置に堆積して
いた原料の一部は円錐体１１の内面に流入し、バ
ンカー最上層のプロフイルは変化している。次に
時刻ｔ＋Δｔの時のバンカー内に排出される原料
は第３図Ｂ中に示すの層の下層部（〓で示す）
である。この体積に見合う原料が最上層のの〓
部から供給され、Δｔ時間後のバンカー最上層の
プロフイルは第３図Ｂの実線１３となる。したが
つて、シミユレーシヨン計算の時間間隔Δｔを設
定すると、マスバランスを示す(1)式から部の排
出層（〓）の排出高さｈが決まる。

ｍ〓Δｔ＝ρ・１／３π（ｈ^３／ｔａｎ^２θ′＋３ｈ^２／ｔａｎθ′＋3hR²） ……(1) ここで ｍ〓は排出速度（Kg／ｓ） ρはかさ密度（Kg／m³） Ｒは排出孔半径（ｍ） 次に部の円錐体１１内への流入高さh′はマス
バランスを示す(2)式から決定できる。但し(2)式で
は簡単のために排出孔の中心はバンカー軸上にあ
ると仮定した。

ｍ〓Δｔ＝ρ〔πｒ^２ _１h′＋２π∫^ｒ２ _ｒ１ｒ｛（r₁−ｒ）（tanθ−tanθ″）＋h′｝dr〕 ……(2) ここで ｒは排出孔中心線からの水平距離 r₁は時刻t₁における層の最上部の堆積頂点の
排出孔中心線からの水平距離 r₂は時刻ｔ＋Δｔにおける部の最上部の堆積
頂点の排出孔中心線からの水平距離 ＝ｒ_１（ｔａｎθ＋ｔａｎθ″）＋ｈ′／ｔａｎθ＋
ｔａｎθ″ なお、シミユレーシヨンモデルで入力値として
与えるθ′、θ″は模型実験結果に基づき次のよう
に決定した。

焼結鉱では θ′＝90゜ θ″＝60゜ コークスでは θ′＝80゜ θ＝50゜ また装入時のバンカー内の原料堆積角θは撮影
装置による実測値を与えるものとする。

第３図Ｃは排出末期での原料が完全に排出さ
れた直後のバンカー内の原料堆積状況を示す。

このように任意の時刻における排出孔から排出
される原料の装入時の堆積位置およびその時のバ
ンカー内の原料の堆積状況がシミユレーシヨンモ
デルで計算できる。したがつて、バンカーへの原
料の装入時にバンカー内の各位置における原料粒
径を撮影装置で測定してシミユレーシヨンモデル
に入力しておけば、任意時刻に排出孔から排出さ
れる原料の装入時の堆積位置から排出原料の粒径
が求められ、シミユレーシヨンモデルでΔｔを遂
次増加すれば、排出原料の粒径の経時変化が計算
できる。計算結果の一例を第４図に示す。簡単の
ためｎ＝10の場合を示しているが、シミユレーシ
ヨンモデルでΔｔを小さくとれば、時間間隔を小
さくすることも可能であることは言うまでもな
い。

このように、バンカー内の原料の粒径分布を撮
影装置で測定し、その測定値をバンカーシミユレ
ーシヨンモデルに入力すれば、入力値をもとに当
該シミユレーシヨンモデルによつてバンカーから
流出する原料の粒径経時変化が予測できる。得ら
れた予測の粒径経時変化が目的とする粒径経時変
化と一致するようにシミユレーシヨンモデルを用
いて原料分配装置の操作量を算出し、当該算出結
果に基づいて原料分配装置を操作し、バンカー内
の粒径分布を制御するものである。

バンカー内の原料の粒径分布を所望の状態にす
る方法としては、バンカー上部に複数のテレビカ
メラ等の撮影装置１２を設けるとともにバンカー
内上部に原料装入装置として第５図Ａに示される
ように傾斜角可変の原料反撥板１３を設けるか或
は第５図Ｂに示されるように旋回シユート１４を
設け、撮影装置１２により装入中の原料の粒径分
布状態を常時監視するとともに粒径分布が所望の
状態になつていないときは原料反撥板１３の傾斜
角を変えるか旋回シユート１４の傾動角を変えて
調節し原料の装入位置を変える。

そして、原料の装入位置が第５図Ａに示される
ようにバンカー中心からδ変位した一点にした場
合には、バンカー内の粒径の分布を第５図Ｂに示
されるようにでき、第６図Ａに示されるようにバ
ンカー内周で環状にした場合には、粒径の分布は
第６図Ｂに示されるようにできてバンカー中心部
の粒径を大きくできる。

(ヘ) 実施例 次に第７図を参照して実機大模型実験装置を用
いて行なつた本発明の実施例について説明する。

模型実験装置の炉頂バンカー５′は直径が６
ｍ、排出口直径が1.7ｍで、容積が95m³である。
このバンカー５′内に１チヤージ装入量に相当す
る量の焼結鉱148tを装入したときのバンカー内の
原料の直径方向の粒径の分布を、バンカー上部に
設けたテレビカメラ（図示せず）で撮影して行な
つた画像解析とバンカー内サンプリングとにより
測定した結果、第８図に示されるような値になつ
た。この第８図のグラフからも明らかなようにテ
レビカメラによる画像解析で測定した結果（図中
破線で示す）とバンカー内サンプリング結果（図
中黒点で示す）とは良く一致することがわかる。

次にバンカー５′の下部の排出口から原料を排
出して炉１０′内に装入するに際して上記の粒径
分布測定結果を入力として装入物の粒径経時変化
を前記バンカーモデルで計算した結果第９図で実
線で示されるような結果になつた。なおバンカー
モデル計算において、バンカー内装入位置Ｐは実
測値を用い、装入原料堆積角θを30゜、排出口上
部の排出角度θ′を90゜、上層から順に排出され
る角度θ″を60゜で計算した。

またバンカーから炉内への装入中に分配シユー
ト９′の下方でサンプリングして粒径の変化を測
定した結果、第９図で黒点で示されるようになつ
た。この第９図のグラフからも明らかなように、
バンカーモデル計算値と実測値とが良く一致し、
バンカーモデルの有効性が証明される。

次に上記バンカーモデルと高炉内への原料装入
パターンとから、炉への装入開始から装入終了ま
での必要粒径変化がわかりバンカー内の原料の径
方向および／又は円周方向の必要粒径分布が得ら
れる。

そして必要粒径変化が第１０図の実線ａで示さ
れる場合すなわち装入開始時に粒径を小さくし装
入終了に近づくにしたがつて粒径を大きくする場
合（このようなことが要求されるのは、通常炉壁
を保護するために、ガスが炉中心部を流れ易くし
たい場合である）、第１１図Ａに示されるように
バンカー５′の中心部に原料を装入する。必要粒
径変化が第１０図の鎖線ｂで示される場合には、
第１１図Ｂに示されるようにバンカー中心と周壁
との中間部に装入する。また必要粒径変化が第１
０図で破線ｃで示される場合すなわち装入開始時
に粒径を大きくし終了に近づくにしたがつて粒径
を小さくする場合（このようなことが要求される
のは炉壁部の付着物の除去等を目的として、ガス
が炉壁部を流れ易くしたい場合である）には、第
１１図Ｃに示されるようにバンカー５の周壁部に
装入する。

(ト) 効 果 以上のように、本発明によれば、ベルレス式の
炉頂装入装置において炉頂バンカー内に原料分配
装置を配設して半径方向および円周方向の少なく
とも一方の粒径分布を変化できるようにし、並び
に炉頂バンカー内に設けた撮影装置により炉頂バ
ンカー内の半径方向および円周方向の少なくとも
一方の粒径分布を測定し、バンカーシミユレーシ
ヨンモデル計算を介して高炉装入中の装入物の粒
径経時変化を推測できるので、高炉内で目的とす
る半径方向の粒径分布が得られるように原料分配
装置を動作させて高炉内のガス流分布を制御でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はベルレス式炉頂装入装置の概略説明
図、第２図は炉頂バンカー内原料の堆積状態を示
す図、第３図はバンカーモデルの説明図、第４図
はバンカーから排出される原料の粒径の時間的変
化を示すグラフ図、第５図Ａは本発明の方法を実
施するための炉頂バンカー一例の断面図、第５図
Ｂは第５図Ａの原料の粒径分布を示す図、第６図
Ａは本発明の方法を実施するための炉頂バンカー
の他の例の断面図、第６図Ｂは第６図Ａの原料の
粒径分布を示す図、第７図は実機大模型試験装置
の概略図、第８図は炉頂バンカー内の装入物の径
方向の粒径分布を示すグラフ図、第９図は炉頂バ
ンカーから排出される原料の粒径の変化を示すグ
ラフ図であつて、バンカーモデルにより測定した
結果とサンプリングによる測定結果とを比較する
図、第１０図は炉頂バンカーから排出される原料
の粒径変化を示すグラフ図、第１１図は第１０図
の粒径変化に対応する炉頂バンカー内の原料の装
入状態を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定量の原料を炉頂バンカー内に一旦装入
   し、該炉頂バンカーから高炉内に装入するベルレ
   ス高炉の原料装入方法において、 (1) ベルレス高炉の炉頂バンカー内上部に設けた
   原料分配装置によりバンカー内の原料の半径方
   向及び円周方向の少なくとも一方の粒度分布を
   制御できるようにし、 (2) 前記バンカー内の原料の粒度分布を撮影装置
   によつて測定すると共に、 (3) バンカーからの原料の排出挙動を、排出孔上
   の流出角θ′を成す円錐体内に堆積している原
   料が円錐体形状に沿つてマスフローで流出し、
   次いで前記円錐体の外に堆積している原料がフ
   アネルフロー最上層から順に流れ込み角θ″で
   前記円錐体内に流れ込み前記円錐体形状に沿つ
   てマスフローで流出するものとしてシミユレー
   トするバンカーシミユレーシヨンモデルに、前
   記測定して得た測定値を入力し、 (4) 前記シユミレーシヨンモデルを使用して前記
   バンカーから流出する原料の粒径の経時変化を
   予測し、 (5) 予測された粒径の経時変化が目的とする粒径
   の経時変化と一致するように、原料分配装置を
   操作することによつてバンカー内の原料の粒径
   分布を制御する、 ことを特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。