(57)【要約】【課題】水平断面が円であるホッパーと比較して、ホッパーの外側に存在する空間が小さく、原料が流れる距離が大きいホッパーを備えた炉頂装入装置を提供する。【解決手段】高炉の炉体の上方に複数個並列に配置され、内部を高炉内と同じ圧力に調整した後に原料を高炉内に装入するホッパーを備えた炉頂装入装置において、前記ホッパーの少なくとも一つを、水平断面における外形寸法が円より大きくなる形状に形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の炉体の上方に複数個並列に配置され、内部を高炉内と同じ圧力に調整した後に原料を高炉内に装入するホッパーを備えた炉頂装入装置であって、前記ホッパーの少なくとも一つは、水平断面における外形寸法が円より大きくなる形状に形成されていることを特徴とする炉頂装入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の炉体の上方に複数個並列に配置された均圧ホッパー（内部を高炉内と同じ圧力に調整した後に原料を高炉内に装入するホッパー）を備えた炉頂装入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、内容積で５０００ｍ3 以上、日産１００００トン以上の溶銑を生産する大型設備である。また、化学反応効率を上げるために高圧密閉容器になっている。そのため、高炉の炉体の上方に、外気から遮断された状態で原料を炉内に装入する炉頂装入装置を設けている。そして、炉頂装入装置を構成するホッパーに原料を投入し、このホッパーを炉内と同じ圧力調整した後に、この均圧にされたホッパー（均圧ホッパー）から炉内に原料を装入している。ホッパーを炉内と同じ圧力に調整する際にはホッパー内にガスを充填する時間が必要であるため、一般的には、ホッパーを２つ以上設置して、圧力調整済のホッパーからの原料装入と他のホッパーでの圧力調整を同時に行っている。
【０００３】
従来、高炉への原料装入方法としては、鉄源（焼結鉱と塊鉱石の混合物）と還元材（コークス）を交互に装入しているが、鉄源と還元材を銘柄や性状に応じてさらにそれぞれ２〜３分割して装入することで、高炉内での装入物分布制御を精度良く行うことができる。また、ホッパーからの原料装入は圧力調整後に行うため、限られた時間で装入回数を増やすにはホッパーの数を増加することが最も有効である。
【０００４】
近年、生産能力を増強する方法として、多大なコストがかかる高炉の新設ではなく、設備集約による生産性向上を目的に、高炉の改修時に高炉の内容積を拡大することが行われている。そして、高炉の内容積の拡大に応じた原料の装入能力を確保するために、炉頂装入装置を構成するホッパーの数と各ホッパーの内容積を増加する必要がある。しかし、ホッパーを設置するスペースは、高炉を支える柱と梁によって制限される。このスペースは、通常、水平断面が正方形に形成されている。
【０００５】
下記の特許文献１には、限られたスペースを有効に利用するために、水平断面が円であり大きさの異なるホッパーを効率的に配置することが記載されている。
下記の特許文献２には、ホッパー内での原料偏析（原料堆積面での流動に伴う粒径分布）を利用して、ホッパーから排出される原料粒径の時間変化を制御することにより、高炉内での半径方向の粒径分布の制御性を向上することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２７１９１５号公報
【特許文献２】特開２０００−１７８６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水平断面が円であるホッパーを水平断面が正方形の設置スペースに配置した場合、ホッパーの外側に比較的大きな空間が存在する。また、水平断面が円であるホッパーを複数個、正方形のスペースに配置すると、ホッパーの直径が小さくなるため、原料が流れる距離が小さくなって偏析も小さくなる。
本発明の課題は、水平断面が円であるホッパーと比較して、ホッパーの外側に存在する空間が小さく、原料が流れる距離が大きいホッパーを備えた炉頂装入装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、高炉の炉体の上方に複数個並列に配置され、内部を高炉内と同じ圧力に調整した後に原料を高炉内に装入するホッパーを備えた炉頂装入装置であって、前記ホッパーの少なくとも一つは、水平断面における外形寸法が円より大きくなる形状に形成されていることを特徴とする炉頂装入装置を提供する。
本発明の炉頂装入装置を構成するホッパーは、水平断面における外形寸法が円より大きくなる形状に形成されているため、水平断面が円であるホッパーよりも、ホッパーの外側に存在する空間が小さく、原料が流れる距離が大きくなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の炉頂装入装置によれば、水平断面が円であるホッパーと比較して、ホッパーの外側に存在する空間が小さく、原料が流れる距離が大きいホッパーを備えているため、水平断面が円であるホッパーを備えた炉頂装入装置と比較して、高炉改修時の限られた炉頂空間内でより大きなホッパー容積を確保することができるともに、原料の偏析が強化される。
【００１０】
これに伴って、高炉の容積を増加して生産性を上げる際にも、ホッパーからの装入が遅延なく行うことができる。また、炉軸芯部に装入する原料粒径をより大きくすることで、通気性と軸対称性を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の炉頂装入装置の一実施形態を示す平面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
【図２】従来例の炉頂装入装置を示す平面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
【図３】焼結鉱をホッパー模型の縮尺と同様に縮尺（焼結鉱を破砕して調整）した縮尺原料を装入して、排出粒度の時間変化を計測した結果を示すグラフである。
【図４】炉頂装入装置の従来例（ａ）と本発明例（ｂ）を示す平面図と正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の炉頂装入装置の一実施形態を示す平面図（ａ）と正面図（ｂ）である。図２は、従来例の炉頂装入装置を示す平面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
図１の炉頂装入装置は実機の縮尺模型であり、１辺が１ｍ（実機では１０ｍ）の正方形のスペースに、２×２の行列状に（並列に）４個のホッパー１が設置され、各ホッパーはいずれも、１辺が０．５ｍの正方形の角部が面取りされた水平断面を有する。これにより、各ホッパーは、水平断面における外形寸法が円より大きくなる形状に形成されている。
【００１３】
図２の炉頂装入装置も実機の縮尺模型であり、水平断面が円である４個のホッパー１が、１辺が１ｍの正方形のスペースに２×２の行列状に（並列に）設置されている。図２（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図である。各ホッパー１はいずれも、直径が０．５ｍの円からなる水平断面を有する。
図１の各ホッパー１の水平断面積は、面取りされたことで減少する正方形の一辺の寸法をＬとすると、（０．５−Ｌ）×（０．５−Ｌ）＝（０．２５−Ｌ＋Ｌ2 ）ｍ2 である。Ｌは略０と見做せるため、各ホッパー１の水平断面積は略０．２５ｍ2 であり、４つのホッパー１の水平断面積の合計は略１ｍ2 である。これに対して図２では、４つのホッパー１の水平断面積の合計は、０．２５×０．２５×３．１４×４≒０．７９ｍ2 である。
【００１４】
図１と図２では上下方向の寸法が同じであるため、ホッパーの内容積は水平断面積に比例する。図１のホッパーの水平断面積は図２のホッパーの水平断面積の１．２７倍であるため、図１のホッパーは図２のホッパーより内容積が約２７％大きくなっている。
図１と図２の炉頂装入装置の模型において、ホッパー１の排出口２は、実機設備の配置に合わせて炉中心側（４個のホッパーの中央側）に偏芯させてある。また、ホッパー１内にガイド板３を配置することで、矢印４で示す原料装入方向を変化させて、排出口２の直上（Ａ点）に原料堆積面の頂点が形成されるようにしてある。これにより、原料堆積面の頂点となるＡ点（排出口２の直上）側に細粒が、原料堆積面の裾野となる面（頂点から離れた緩やかな斜面）に粗粒が堆積することになる。
【００１５】
このような構造の図１及び２のホッパー１に、細粒と粗粒を含む原料を装入すると、装入初期には細粒が排出され、装入後半には粗粒が排出されるようになる。また、図１と図２を比較すると、図１の本発明例では、図２の従来例よりも、ホッパー１内の堆積物の表層での流れ込み長さ（矢印５）が長くなるため、偏析が強化される。
これらの模型を用いて、本発明の効果を確認する実験を行った。すなわち、図１および図２に示す模型のホッパーに、縮尺原料（実機の焼結鉱の粒度構成をホッパー模型と同じ尺度で縮小した粒度構成となるように、破砕して調整された焼結鉱）を装入して、排出粒度の時間変化を計測した。その結果を図３にグラフで示す。
【００１６】
このグラフから、図１の本発明例では図２の従来例と比較して、装入後半に、より大きな粒径の原料が排出されることが分かった。
なお、通常のベルレス高炉では、炉外周側から中心側に向かって螺旋状に原料が装入されるため、中心に装入する原料を粗粒にすることにより、中心部の通気性を高めた煙突効果と軸対称性を同時に確保することができる。
【実施例】
【００１７】
本発明を実際の高炉に適用して、その効果を確認した。
具体的には、内容積が４５００〜５５００ｍ3 の高炉の改修に際し、炉頂装入装置のホッパーを、図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態とした。この炉頂装入装置において、ホッパー１の設置スペースの水平断面をなす正方形の一辺の寸法は１０ｍである。
高炉改修前の図４（ａ）では、水平断面が円（直径が設置スペースの水平断面をなす正方形の一辺の寸法の１／２である円）である３つのホッパー１を、円の中心が正三角形の各頂点になるように配置してある。
【００１８】
高炉改修後の図４（ｂ）では、水平断面が正方形で角部が面取りされた形状である４つのホッパー１を、設置スペースの水平断面をなす正方形に目一杯で設置してある。
そして、高炉改修前の図４（ａ）の場合は、１００００トン／日の生産量に相当する原料装入が限界であったが、改修後の図４（ｂ）の場合は、１３０００トン／日の生産量に相当する原料装入が可能になった。
【００１９】
また、図４（ｂ）の場合は図４（ａ）の場合と比較して、中心部に装入される粒径が大きくなり、通気性と軸対称性が改善されたため、溶銑１トンを生産するために必要な還元材（コークス、微粉炭など）を３ｋｇ程度少なくすることができた。すなわち、還元材比が３ｋｇ／トン程度改善された。
【符号の説明】
【００２０】
１  ホッパー
２  排出口
３  ガイド板
４  原料装入方向
５  流れ込み長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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