(57)【要約】  炉中間部から炉壁にかけての原料装入について、コークスバッチ（第１装入バッチ５ａ）を、コークス表面が無次元炉口半径０．６〜０．８の範囲に堆積頂点を有し、炉中心および炉壁にかけて傾斜した原料堆積斜面を形成するように堆積させ、鉱石とコークスとの混合物バッチ（第３装入バッチ５ｃ）を、その装入落下点を前記コークスの堆積頂点よりも炉壁側として装入し、鉱石バッチ（第４装入バッチ５ｄ）を、装入落下点を無次元炉口半径０．５〜０．９の範囲として装入する。これにより、新たな付帯設備を必要とせずに、炉壁近傍のＯ／Ｃを独立に制御して低下させ、高炉の還元材比を大幅に増加させることなく、炉壁付着物の形成を防止することができる。鉱石とコークスとの混合バッチの装入量は、鉱石バッチよりも少なくすることが望ましい。
2013179541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス層と鉱石層とを交互に堆積させるように装入するベルレス高炉への原料装入方法であって、
炉中間部から炉壁にかけての原料装入について、コークスバッチ、鉱石とコークスとの混合物バッチ、鉱石バッチの順に装入し、
コークスバッチは、コークス表面が無次元炉口半径０．６〜０．８の範囲に堆積頂点を有し、当該堆積頂点から炉中心および炉壁にかけて傾斜した原料堆積斜面を形成するようにコークスを堆積させ、
鉱石とコークスとの混合物バッチは、装入落下点を前記コークスの堆積頂点よりも炉壁側として装入し、
鉱石バッチは、装入落下点を無次元炉口半径０．５〜０．９の範囲として装入することを特徴とするベルレス高炉への原料装入方法。
【請求項２】
前記鉱石とコークスとの混合物バッチの装入量を前記鉱石バッチの装入量よりも少なくするとともに、
前記鉱石とコークスとの混合物バッチの装入落下点を、前記コークスバッチの装入により形成される堆積頂点よりも炉壁側で、且つ、無次元炉口半径０．９以下の範囲として装入することを特徴とする請求項１に記載のベルレス高炉への原料装入方法。
【請求項３】
前記鉱石とコークスとの混合物バッチに替えてコークスのみのバッチを装入することを特徴とする請求項１または２に記載のベルレス高炉への原料装入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の還元材比を大幅に増加させることなく、炉壁近傍のガス流れを制御することが可能なベルレス高炉への原料装入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルレス高炉は、炉頂部に、原料装入装置として旋回シュートを備えたベルレス式装入装置が設けられた高炉である。【０００３】
図１は、ベルレス高炉の炉頂部の装置構成および高炉炉内の原料堆積状態を模式的に例示する図である。図１に示すように、ベルレス高炉では、鉄源である焼結鉱、塊鉱石、ペレット、スクラップ、還元鉄等（以下、これらを総称して「鉱石」と称する）と還元材であるコークス（鉱石、およびコークスを総称して「原料」と称する）を旋回シュート１によって高炉２の炉内に交互に層状に堆積させ、炉下部の羽口からは熱風とともに微粉炭などの補助燃料を炉内に吹き込む。高炉内に装入された原料である装入原料（装入物）は炉頂から徐々に炉内を降下しながら、上昇する高温のガスおよび装入物中のコークスにより加熱・還元され、鉱石は溶融して銑鉄となり、炉底部側壁の出銑孔から排出される。【０００４】
ベルレス高炉における装入物分布操作は、前記の旋回シュート１を傾動させながら旋回して、コークスと鉱石とを、炉内に装入し、原料ストックレベル３における炉口半径４方向のコークスおよび鉱石の落下位置を制御することにより行われる。ここで、傾動とは、旋回シュートの中心軸１ａと高炉垂直方向の中心軸２ａとのなす角度を旋回中に変更することをいう。通常、旋回シュートは、装入開始時は炉壁側へ配置され、その後次第に炉中心側へ傾動するように操作される。【０００５】
高炉では、コークス層と鉱石層（鉱石を主体とするが、小中塊コークスを含む場合がある）とを形成する一連の装入操作をチャージと称する。従来、１チャージの原料の装入は、１バッチのコークス、および１バッチの鉱石を、それぞれ、旋回シュートを傾動させながら炉壁側から中心側に向かって連続的に装入することにより行われていた。【０００６】
高炉の安定操業のためには、装入物の降下および炉内のガス流れを安定化させ、通気性を良好に維持することが重要である。そのため、羽口からの送風条件の操作とともに、炉内に堆積させる原料の炉半径方向における鉱石とコークスとの質量比（以下、「Ｏ／Ｃ」と称する）の分布、ならびに粒度分布を制御するための操作が行われる。炉内に装入されるコークスの平均粒径は鉱石に比べて大きいため、鉱石とコークスとの炉半径方向のＯ／Ｃ分布および粒度分布を制御する（つまり、装入物の分布を操作する）ことにより、炉下部から炉上部へ向かうガス流分布を制御することが可能である。【０００７】
ガス流を安定的に確保するためには、中心部のＯ／Ｃを低位に保つ（すなわち、コークスの比率を高める）ことが好ましい。また、炉全体の反応効率を向上させるためには、炉口断面積に占める割合が大きい炉中間部（炉において、中心部付近の領域と炉壁付近の領域との間の部分）から炉壁側にかけてのＯ／Ｃを高位に維持することが好ましい。【０００８】
このようなＯ／Ｃ分布を得やすくするために、コークス、および鉱石を、それぞれ、分割して装入することが行われている。図１には、コークス、および鉱石を、それぞれ２バッチに分割して、合計４バッチを装入した１チャージの原料の堆積状態５を示している。【０００９】
炉壁部から中間部にかけて、コークスの第１バッチ（以下、「第１装入バッチ」という。）５ａが装入されており、炉の中心近傍に、第１装入バッチ５ａより厚さが大きくなるように、コークスの第２バッチ（以下、「第２装入バッチ」という。）５ｂが装入されている。第１および第２装入バッチ５ａ、５ｂの上で、炉壁から炉中間部にかけて、鉱石の第１バッチ（以下、「第３装入バッチ」という。）５ｃが装入されており、炉壁側には、鉱石の第２バッチ（以下、「第４装入バッチ」という）５ｄが装入されている。第１および第２装入バッチ５ａ、５ｂからなるコークス層の厚さと、第３および第４装入バッチ５ｃ、５ｄからなる鉱石層の厚さとの関係により、炉の中心部のＯ／Ｃが低位に保たれて、ガス流が安定的に確保され、炉中間部から炉壁側にかけてのＯ／Ｃが高位に維持されて、炉全体の反応効率が向上されている。【００１０】
通常、鉱石バッチには、コークスバッチで装入されるコークスより粒径が小さい、所謂、小中塊コークスが混合されている。これは、鉱石とコークスとの近接配置による反応促進と、鉱石が軟化融着する際にコークスが骨材（スペーサー）としての役割を果たすことによる通気性改善とが期待できるからである。小中塊コークスの粒径は、その下限が５ｍｍ程度で、その上限は、コークスバッチで装入されるコークス粒径により異なるが、３５〜４０ｍｍ程度である。【００１１】
ところで、高炉では、炉上部の内壁には含亜鉛化合物が、また、炉腹部から炉下部にかけての内壁には金属鉄やスラグが、凝固して付着物を形成することがある。このような炉壁付着物が過度に成長すると、装入物の降下やガス流れが不安定化して高炉の安定操業に支障をきたすことがある。さらに、炉壁付着物が不定期に脱落して炉下部に降下すると、この脱落した付着物に起因して炉が熱不足となって、炉冷等の重篤な操業トラブルを引き起こすことさえある。このため、高炉の安定操業を維持するために炉壁付着物の形成を抑制することは重要である。【００１２】
炉壁付着物の形成を抑制するために、一般的には、炉壁側のＯ／Ｃを相対的に低く制御するための装入物分布操作が指向される。このような制御により、炉壁側のガス流れが強化され、熱レベルが高位に維持されるので付着物の形成を抑制できる。【００１３】
しかし、一方で、ガス流れが強くなるほど炉内を上昇するガスと装入物との反応時間が短くなるため、Ｏ／Ｃの低下は反応効率の低下に繋がる。旋回シュートを用いた従来の原料装入方法で、炉壁付着物の形成を抑制することを目的として、炉壁側へのコークス装入量を増加させる場合、炉壁近傍のＯ／Ｃのみを独立して制御することは困難である。炉壁近傍だけではなく、炉口断面積に占める割合が大きい炉中間部を含む広い範囲にかけてのＯ／Ｃも低下してしまうからである。このため、炉全体としての反応効率が低下して、炉頂から炉外に排出されるガスの潜熱が増加するため、それを補うために還元材比が増加することになり、銑鉄製造コストが上昇する。ＣＯ２排出量削減の観点からも好ましくない。【００１４】
したがって、炉壁付着物の形成を抑制しながら低還元材比での操業を実現するためには、炉壁近傍のみのＯ／Ｃを独立して制御する技術が必要であり、例えば、特許文献１〜３には、そのための方法が開示されている。【００１５】
特許文献１では、炉壁から５００ｍｍの範囲の鉱石層上に小塊コークスを、好ましくは粒径が１〜５ｍｍの細粒焼結鉱との混合物として装入することにより、新たな付帯設備を必要とせずに炉壁近傍のＯ／Ｃを制御することを可能としている。しかし、炉壁から５００ｍｍの範囲のテラス上に小塊コークスを安定的に堆積させることは困難である。【００１６】
特許文献２では、炉口外周部に沿って円筒部材を設置した状態で原料を装入することにより、炉壁近傍のＯ／Ｃを独立に制御することを可能としている。しかし、円筒部材の設置位置によって制御範囲が固定されてしまうため操業上の自由度が小さい。【００１７】
特許文献３では、通常ルートとは別の原料装入系統と補助バンカーとを設置し、通常バンカーからの鉱石排出に合わせて補助バンカーからコークスを排出することで炉壁近傍のＯ／Ｃの独立制御を可能としている。しかし、この方法では通常バンカーからの鉱石排出や旋回シュートの傾動位置に合わせて補助バンカーからのコークス排出をコントロールする必要があるため、その制御が煩雑となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開平８−２３９７０５号公報
【特許文献２】特開２００５−３１４７７１号公報
【特許文献３】特開２００９−６２５７６号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】Ｋａｏｒｕ  Ｎａｋａｎｏ，Ｋｏｈｅｉ  Ｓｕｎａｈａｒａ  ａｎｄ  Ｔａｋａｎｏｂｕ  Ｉｎａｄａ，  「Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｂｕｒｄｅｎ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｔ  Ｂｌａｓｔ  Ｆｕｒｎａｃｅ  Ｔｏｐ」：ＩＳＩＪ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，４５（２００５），ｐ．５３８〜５４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
前述の通り、炉壁付着物の形成を抑制するために通常の装入物分布操作によって炉壁近傍へのコークス装入量を増加させようとすると、炉壁近傍のみならず炉中間部を含む広い範囲にかけてのＯ／Ｃが低下してしまうために、低還元材比操業との両立が困難となる。これらを両立させるためには、炉壁近傍のＯ／Ｃのみを独立して制御する必要がある。【００２１】
前掲の特許文献２、３に記載されている方法では、いずれも、通常のベルレス装入装置に新たな付帯設備の設置が必要であり、設置コスト、メンテナンスコストの面で不利になるため、新たな付帯設備を必要としない装入方法が望ましい。【００２２】
また、前掲の特許文献１に記載の方法では、小塊コークスの装入範囲として炉壁から５００ｍｍの範囲が規定されているが、高炉の炉口半径によって小塊コークスの炉内半径方向の相対位置が変化する。例えば、高炉炉容積や装入条件にもよるが、一般に旋回シュートを介して装入される原料流の幅はストックレベルにおいて５００ｍｍ以上となることが多く、炉壁から５００ｍｍの範囲のテラス上に原料を安定的に堆積させることは困難である。原料は小塊コークスや細粒焼結鉱であるので、一部の原料がテラスから溢れて中心側に流れ込むと中心部のガス流を阻害し、あるいはガス流れの変動の要因となる恐れがある。【００２３】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、新たな付帯設備を必要とせずに、炉壁近傍のみのＯ／Ｃを独立に制御できるベルレス高炉への原料装入方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
通常、多くの高炉においては、安定操業を継続するために中心部のガス流を強化すべく、中心側のＯ／Ｃを低位に保ちつつ、炉口断面積に占める割合が大きい炉中間部から炉壁側にかけてのＯ／Ｃを高位に維持することで還元材比の低減が図られる。【００２５】
一方で、炉壁付着物が過度に成長し、高炉の安定操業に支障をきたすような状況下では、付着物の形成を抑制しあるいは付着物を除去する方法として、炉壁近傍のＯ／Ｃを低下させることが有効である。しかし、前述したように、旋回シュートを傾動させながら炉壁側から中心側に向かって連続的に原料を装入する通常の方法では炉壁近傍のＯ／Ｃのみを独立して制御することが困難であり、炉中間部を含む広い範囲でＯ／Ｃが低下する。そのため、炉壁側のガス流が強化されることにより炉壁付着物の形成は抑制されるものの、炉全体としての反応効率が低下することにより還元材比の大幅な増加を招くことになる。【００２６】
したがって、炉中心から中間部までは通常の炉半径方向Ｏ／Ｃ分布を大きく変えることなく、炉壁近傍のみのＯ／Ｃを独立に制御して低下させることができれば、炉壁付着物の形成、および還元材比の大幅な上昇のいずれをも抑制することが可能となる。【００２７】
そこで、本発明者らは、炉壁近傍のＯ／Ｃを独立に制御して低下させることができるベルレス高炉の原料装入方法について種々の検討を重ねた。その結果、シュートから原料を装入することにより、炉中間部に頂点を有する原料の堆積層を形成し、その頂点（以下、「堆積頂点」と記す）から炉壁にかけての原料斜面による偏析効果を利用することによって、新たな付帯設備を必要とせずに、炉壁近傍のＯ／Ｃのみを独立に制御できる原料装入方法を見出した。【００２８】
本発明は、このような検討結果に基づきなされたもので、下記のベルレス高炉への原料装入方法を要旨とする。
すなわち、コークス層と鉱石層を交互に堆積させるように装入するベルレス高炉への原料装入方法であって、炉中間部から炉壁にかけての原料装入について、コークスバッチ、鉱石とコークスとの混合物バッチ、鉱石バッチの順に装入し、
コークスバッチは、コークス表面が無次元炉口半径０．６〜０．８の範囲に堆積頂点を有し、当該堆積頂点から炉中心および炉壁にかけて傾斜した原料堆積斜面を形成するように堆積させ、
鉱石とコークスとの混合物バッチは、装入落下点を前記コークスの堆積頂点よりも炉壁側として装入し、
鉱石バッチは、装入落下点を無次元炉口半径０．５〜０．９の範囲として装入することを特徴とするベルレス高炉への原料装入方法である。
前記の「無次元炉口半径」とは、原料装入面（原料ストックレベル）での炉中心に対する位置を表す指標であって、炉中心から当該位置までの距離を炉口半径で除することによって規格化した指標である。炉中心が０で、炉壁が１で表される。
また、前記の「炉中間部」とは、ここでは無次元炉口半径０．５〜０．８の範囲をいう。【００２９】
本発明のベルレス高炉への原料装入方法において、前記鉱石とコークスとの混合物バッチの装入量を、前記鉱石バッチよりも少なくするとともに、前記鉱石とコークスとの混合物バッチの装入落下点を、コークスバッチの装入により形成される堆積頂点よりも炉壁側で、且つ、無次元炉口半径０．９以下の範囲として装入する実施の形態を採ることが望ましい。【００３０】
また、本発明のベルレス高炉への原料装入方法においては、前記鉱石とコークスとの混合物バッチに替えて、コークスのみのバッチを装入することとする実施の形態を採ることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明のベルレス高炉への原料装入方法によれば、新たな付帯設備を必要とせずに、炉壁近傍のみのＯ／Ｃを独立に制御して低下させることができる。これにより、炉壁側のガス流れを強化して、炉壁付着物の形成を抑制しまたは付着物を除去することができる。この原料装入方法では、高炉の還元材比を大幅に増加させることがないので、生産性の低下、銑鉄製造コストの上昇、およびＣＯ２排出量の増加を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、ベルレス高炉の炉頂部の装置構成および高炉炉内の原料堆積状態を示す模式図である。
【図２】図２は、原料堆積プロフィールのシミュレーションモデルによる計算結果を示す図で、（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明例である。
【図３】図３は、炉半径方向Ｏ／Ｃ分布のシミュレーションモデルによる計算結果を示す図である。
【図４】図４は、本発明の原料装入方法による鉱石バッチにおける鉱石とコークスとの炉内分布のシミュレーションモデルによる計算結果を示す図である。
【図５】図５は、模型実験における原料堆積プロフィールを示す図で、（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明例である。
【図６】図６は、模型実験における炉半径方向Ｏ／Ｃ分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の原料装入方法は、前記のように、ベルレス高炉において通常行われているコークス層と鉱石層とを交互に堆積させるように装入する原料装入方法を前提としている。
【００３４】
本発明の原料装入方法においては、コークス層と鉱石層とを交互に堆積させるに際し、炉中間部から炉壁にかけての原料装入について、コークスバッチ、鉱石とコークスとの混合物バッチ、鉱石バッチの順に装入する。「炉中間部から炉壁にかけての原料装入について」としているのは、炉の中心ないし炉中間部を除く炉内領域における原料装入に注目することを意図したものである。コークスは、たとえば、従来と同様に、第１装入バッチ５ａとして、炉壁部から中間部にかけて装入した後、第２装入バッチ５ｂとして、炉の中心近傍に装入する（図１参照）ことができる。
【００３５】
先ず、コークスバッチを装入して、コークス装入完了時にコークス層表面が無次元炉口半径０．６〜０．８の範囲に堆積頂点を有し、当該堆積頂点から炉中心および炉壁にかけて傾斜した原料堆積（コークス層）斜面を形成するようにコークス層を堆積させる。続いて、鉱石とコークスとの混合物バッチの装入落下点を前記コークス層の堆積頂点よりも炉壁側として当該混合物のバッチを装入する。
【００３６】
前記コークス装入完了時にコークス層表面が前記所定の無次元炉口半径の範囲に堆積頂点を有し、当該堆積頂点から炉中心にかけて傾斜した原料堆積斜面を形成するようにコークス層を堆積させるのは、当該斜面上での粒度偏析を促進し、炉中心側に大粒径の原料を堆積させることによる中心ガス流の強化を狙ったものである。また、当該堆積頂点から炉壁にかけて傾斜した斜面を形成するのは、その斜面上での粒度偏析現象を利用して、炉壁近傍には大粒径の粒子を堆積させるためである。
【００３７】
このため、コークス層表面の堆積頂点を過度に中心寄りに形成するのは好ましくない。また、コークス層形成後に装入する鉱石とコークスとの混合物バッチの原料が中心側へ流れ込むことを防止するとともに、堆積頂点から炉壁にかけての斜面上での粒度偏析を効果的に利用することが好ましい。これらの観点から、コークス層の堆積頂点は、無次元炉口半径０．６〜０．８の範囲に形成する。通常は、鉱石とコークスとの混合物バッチには小中塊コークスが混合される。この場合、粒度および密度が異なるため鉱石とコークスとが分離し、鉱石に対して粒径が大きく低密度であるコークスが炉壁近傍に堆積する。これにより、炉壁近傍のＯ／Ｃを低下させることができる。
【００３８】
したがって、鉱石とコークスとの混合物バッチのコークス斜面上への装入位置が重要である。この装入位置は、コークス層の堆積頂点よりも炉壁側とする。ただし、装入位置を炉壁に近づけ過ぎると偏析効果を享受することができず、炉壁近傍のＯ／Ｃを低下させることができなくなるので、後述するように、無次元炉口半径０．９以下の範囲とすることが望ましい。
【００３９】
なお、前掲の特許文献１に記載される方法では、先に形成した鉱石層上に鉱石とコークスとの混合物を装入するのに対して、本発明の原料装入方法では、コークス層上に鉱石とコークスとの混合物を、たとえば、第２のバッチとして装入する。したがって、本発明の原料装入方法では、コークスに比べて平均粒径が小さい鉱石はコークス層の空隙を埋める形で装入落下点に留まり易く、鉱石よりも平均粒径が大きいコークスが斜面上での偏析によって落下点から離れた炉壁側に堆積し易くなる。
【００４０】
続いて、鉱石バッチを装入する。この鉱石バッチは、通常どおり、炉壁側から中心側にかけて旋回シュートを傾動させながら、装入落下点を、無次元炉口半径を０．５〜０．９の範囲として装入する。炉壁側に堆積した鉱石とコークスとの混合物バッチの装入原料が鉱石バッチの炉壁側への堆積の障壁となるため、炉壁近傍のＯ／Ｃは、極端に増加することはなく、低位に保たれる。
【００４１】
本発明の原料装入方法において、前記鉱石とコークスとの混合物バッチの装入量を鉱石バッチよりも少なくするとともに、鉱石とコークスとの混合物バッチの装入落下点をコークス装入完了後の堆積頂点よりも炉壁側で、且つ、無次元炉口半径０．９以下の範囲として装入する実施の形態を採ることが望ましい。
【００４２】
鉱石とコークスとの混合物バッチの装入量を鉱石バッチよりも少なく設定するのは、鉱石とコークスとの混合物バッチで装入される原料がコークス層の堆積頂点から炉中心側に流れ込まないようにするためである。
【００４３】
鉱石とコークスとの混合物バッチを装入するのは、鉱石とコークスとを、層としてではなく粒として接触させる（すなわち、鉱石とコークスとを近接配置させる）ことにより反応を促進するとともに、コークスを骨材（スペーサー）として機能させることによって炉壁側のガス流れを強化し、炉壁付着物の形成をより効果的に抑制するためである。鉱石とコークスとの混合物において鉱石と混合するコークスが、小中塊コークス、および大塊コークス（通常のコークスバッチで装入される粒径のコークス）のいずれであっても、上述の効果は同様に得られる。
【００４４】
また、鉱石とコークスとの混合物を装入すれば、コークスの量を調整することによって炉壁近傍のＯ／Ｃを制御することが可能になるので、操業上の自由度も担保される。
【００４５】
鉱石とコークスとの混合物バッチの装入落下点をコークス装入完了後の堆積頂点よりも炉壁側で、且つ、無次元炉口半径０．９以下の範囲として装入するのは、鉱石とコークスとの混合物バッチの炉内装入位置を炉壁に近づけ過ぎると、コークス斜面上での偏析効果が得られず、炉壁近傍にコークスとともに鉱石も堆積してＯ／Ｃが増加するからである。
【００４６】
また、本発明のベルレス高炉への原料装入方法においては、前記鉱石とコークスとの混合物バッチに替えて、コークスのみのバッチを装入することとする実施の形態を採ることができる。
【００４７】
この場合は、鉱石とコークスとの混合物バッチを装入する場合における堆積斜面上での粒度偏析効果による鉱石とコークスとの分離に配慮する必要がないので、装入を比較的簡便に行うことができ、しかも炉壁近傍に集中させることが可能である。炉壁近傍のＯ／Ｃの制御性の維持、およびそれに基づく操業上の自由度の確保については、鉱石とコークスとの混合物バッチを装入する場合と変わるところはない。
【００４８】
また、コークスのみが装入されるので、鉱石とコークスとの近接配置による反応の促進という効果は望めないが、炉壁側のガス流れの強化による炉壁付着物の形成抑制または付着物の除去に対する即効的な効果が期待できる。
【００４９】
以上説明したように、本発明の原料装入方法によれば、新たな設備の設置、およびこれに伴うメンテナンスコストを必要とせずに、炉壁近傍のＯ／Ｃを独立に制御して低下させることができる。炉壁近傍のＯ／Ｃの低下により、炉壁側のガス流れを強化して、炉壁付着物の形成を抑制しまたは付着物を除去することができる。また、炉壁近傍のみのＯ／Ｃを低下させることが可能となるので、高炉の還元材比を大幅に増加させることがなく、生産性の低下、銑鉄製造コストの上昇、およびＣＯ２排出量の増加を抑制することができる。
【実施例】
【００５０】
本発明の原料装入方法による効果を、上記非特許文献１に記載のベルレス高炉の装入物分布シミュレーションモデル、およびベルレス装入模型装置を用いて検証した。【００５１】
（実施例１）
［装入物分布シミュレーション］
対象高炉は、炉容積５，３７０ｍ３のベルレス高炉で、実炉の装入実績に基づいて、１チャージを、２バッチのコークス、および２バッチの鉱石の合計４バッチで構成した。１チャージあたりの装入量は、コークスバッチを合計２５．７ｔｏｎ、鉱石バッチを、コークス４．１ｔｏｎ（粒径６〜５０ｍｍ）を含む合計１４０．７ｔｏｎとした。２バッチのコークスのうちの１バッチは、前記炉中間部から炉壁にかけて装入するコークスバッチ（以下に説明する図２の「第１装入バッチ５ａ」、以下この用語で記す）に該当する。また、２バッチの鉱石とは、前記鉱石とコークスとの混合物バッチ（以下、「第３装入バッチ５ｃ」と記す）、および鉱石バッチ（以下、「第４装入バッチ５ｄ」と記す）である。本発明の実施例における第３装入バッチ５ｃと第４装入バッチ５ｄとの質量比は、１０：９０とした。【００５２】
図２は、原料堆積プロフィールのシミュレーションモデルによる計算結果を示す図である。（ａ）は比較例で、通常操業による原料装入を行った場合、（ｂ）は本発明例で、前記本発明の方法で原料装入を行った場合である。図２では、１チャージ（すなわち、コークスの第１および第２装入バッチ５ａ、５ｂ、および鉱石の第３および第４装入バッチ５ｃ、５ｄ；第３装入バッチ５ｃはコークスを含む）の原料堆積プロフィールを示している。【００５３】
図２（ａ）に示した比較例の原料堆積プロフィールでは、中心ガス流の安定確保と炉中間部から炉壁側にかけての反応効率の向上を狙い、中心部のＯ／Ｃを低位に保ちつつ、炉中間部から炉壁側にかけてのＯ／Ｃが高位に維持される。【００５４】
これに対し、図２（ｂ）に示した本発明例では、鉱石装入前に形成するコークス層（第１装入バッチ５ａ）が無次元炉口半径０．７に堆積頂点６を有し、当該堆積頂点から炉中心および炉壁にかけて傾斜する原料斜面を形成するようにコークス層を堆積させた。コークス層の形成後に装入する第３装入バッチ５ｃの原料は鉱石とコークスとの混合物とし、当該バッチの原料の中心部への流入を防止する観点から、旋回シュートから供給される原料がコークス層の堆積頂点よりも炉壁側の無次元炉口半径０．９の位置に装入されるように旋回シュートの傾動角を調整した。このような装入方法を採ることにより、炉中間部の堆積頂点から炉壁にかけてのコークス層の斜面上における粒度偏析によって鉱石とコークスとが分離してコークスが炉壁近傍に堆積する。【００５５】
続いて装入する第４装入バッチ５ｄは、装入落下点を無次元炉口半径約０．６〜０．８の範囲として、炉壁側から炉中間部にかけて旋回シュートを傾動させながら装入した。炉壁側に堆積した第３装入バッチ５ｃの原料は第４装入バッチ５ｄの原料が炉壁側へ堆積することに対する障壁となるため、炉壁近傍のＯ／Ｃは低位に保たれる。【００５６】
図３は、炉半径方向Ｏ／Ｃ分布のシミュレーションモデルによる計算結果を示す図で、図２（ａ）に示した通常操業での原料装入方法（比較例）による高炉炉頂部のＯ／Ｃの半径方向分布と、図２（ｂ）に示した本発明の原料装入方法によるＯ／Ｃの半径方向分布とを比較した図である。図３から、コークス層の堆積頂点位置を無次元炉口半径０．７、第３装入バッチの原料装入位置を無次元炉口半径０．９とした本発明による原料装入方法では、通常操業での原料装入方法の場合と比較して、炉中心から炉中間部のＯ／Ｃが大きく変化することなく、炉壁近傍のＯ／Ｃが低下し、所望のＯ／Ｃ分布状態を実現できていることがわかる。【００５７】
図４は、コークス層の堆積頂点位置を無次元炉口半径０．７、第３装入バッチの炉内装入位置を無次元炉口半径０．９とした本発明の原料装入方法における、当該バッチの鉱石とコークスとの炉内分布のシミュレーションモデルによる計算結果を示す図である。この図から、コークス斜面上での粒度偏析によって、コークスが炉壁近傍に多く堆積することがわかる。【００５８】
以上のベルレス高炉の装入物分布シミュレーションモデルを用いた検証の結果、本発明の原料装入方法による効果（すなわち、炉壁近傍のＯ／Ｃを独立に制御できること）を確認できた。【００５９】
（実施例２）
［ベルレス装入模型実験］
炉容積５，３７０ｍ３の５．６分の１縮尺であるベルレス装入模型装置を用いて、本発明の原料装入方法の効果を検証した。【００６０】
実験で使用した原料の粒径は、実炉サイズの約５．６分の１とし、１チャージあたりの装入量は相似則にしたがって、コークスバッチ（第１および第２装入バッチ）を合計１４６ｋｇ、鉱石バッチ（第３および第４装入バッチ）を、コークス２３ｋｇ（粒径１〜１０ｍｍ）を含む合計８０１ｋｇとした。本発明の実施例における第３装入バッチと第４装入バッチとの質量比は１０：９０とした。【００６１】
模型実験においては、本発明の方法により原料装入を行う場合、実施例１の場合と同様に、コークス層の堆積頂点位置を無次元炉口半径０．７とし、第３装入バッチの装入位置を無次元炉口半径０．９とした。【００６２】
図５は、模型実験における原料堆積プロフィールを示す図である。（ａ）は比較例で、通常操業による原料装入を行った場合、（ｂ）は本発明例で、前記本発明の方法で原料装入を行った場合である。炉内の原料堆積プロフィールは、レーザー距離計を用いて連続的に測定した。なお、図５では、１チャージの原料堆積プロフィールを示している。【００６３】
図５から、通常操業による原料装入を行った場合（比較例）、および本発明の方法で原料装入を行った場合のいずれも、前記の装入物分布シミュレーションモデルによる計算結果とほぼ同様の原料堆積プロフィールとなっていることがわかる。【００６４】
図６は、模型実験における炉半径方向Ｏ／Ｃ分布を示す図で、図５の（ａ）に示した通常操業での原料装入方法（比較例）による高炉炉頂部のＯ／Ｃの半径方向分布と、（ｂ）に示した本発明の原料装入方法によるＯ／Ｃの半径方向分布とを比較した図である。図６から、シミュレーションモデルによる計算結果（図３参照）と同様に、本発明の原料装入方法で原料装入を行った場合は、通常操業での原料装入方法の場合と比較して、炉中心から炉中間部のＯ／Ｃが大きく変化することなく、炉壁近傍のＯ／Ｃが低下していることがわかる。【００６５】
以上のベルレス装入模型装置を用いた検証の結果、本発明の原料装入方法による効果（すなわち、炉壁近傍のＯ／Ｃを独立に制御できること）を確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のベルレス高炉への原料装入方法によれば、炉壁近傍のみのＯ／Ｃを独立に制御して低下させることができる。また、高炉の還元材比を大幅に増加させることなく、炉壁付着物の形成を防止できるため、生産性の低下、銑鉄製造コストの上昇等を抑制することができる。したがって、本発明は、ベルレス高炉への原料装入に際し有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１：旋回シュート、  １ａ：旋回シュートの中心軸、  
２：高炉、  ２ａ：高炉の中心軸、  
３：原料ストックレベル、  ４：炉口半径、  
５：１チャージの原料、  ５ａ：第１装入バッチ、  
５ｂ：第２装入バッチ、  ５ｃ：第３装入バッチ、  
５ｄ：第４装入バッチ、  
６：コークス層の堆積頂点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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