(57)【要約】【課題】大型の高炉においても炉壁の近傍まで原料を到達させることができ、高炉内に装入する原料の層厚について、炉壁の近傍においても精密な半径方向分布制御を行うことが可能となる、高炉原料装入装置の旋回シュートを提供すること。【解決手段】旋回シュート２の先端部に、旋回シュートを流下した原料流の落下軌跡を調整する補助シュート４が固定され、補助シュート４は原料流が衝突して原料流を鉛直方向に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを阻止する側板とを備えており、旋回シュート２の先端部分が、旋回シュート先端上部よりも、旋回シュート先端下部の方がより突出した形状であることを特徴とする高炉用ベルレス式原料装入装置の旋回シュートを用いる。旋回シュート２先端下部に旋回シュート下端延長部材が設置されていることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回シュートの先端部に、旋回シュートを流下した原料流の落下軌跡を調整する補助シュートが固定され、該補助シュートは原料流が衝突して原料流を鉛直方向に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを阻止する側板とを備えており、前記旋回シュートの先端部分が、前記旋回シュート先端上部よりも、前記旋回シュート先端下部の方がより突出した形状であることを特徴とする高炉用ベルレス式原料装入装置の旋回シュート。
【請求項２】
旋回シュート先端下部に旋回シュート下端延長部材が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の高炉用ベルレス式原料装入装置の旋回シュート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の炉頂に設置されるベルレス式原料装入装置に用いる旋回シュートに関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は炉上部から、原料である焼結鉱などの鉱石原料と還元材とを層状に装入すると共に、炉下部から高温の送風を行い、コークスを燃焼させて生成する高温還元ガスを上昇させる向流還元反応炉である。よって炉内に装入する鉱石原料と還元材の層厚分布は、操業効率の制御にとって非常に重要である。中でも、炉壁へのヒートロスが発生し、付着物の生成に伴う鉱石原料や還元材の降下不良が発生しやすい炉壁近傍、及び上昇ガスのバイパスとして使われる炉軸芯部の鉱石原料と還元材の層厚の制御は非常に重要である。
【０００３】
高炉は軸対称形であるため、層厚分布の制御の対象は半径方向の分布である。近年大型高炉で主流となっているベルレス式原料装入装置では、樋のような形状をした旋回シュートを炉軸芯を中心に旋回させながら原料を流し落とし、徐々にその傾き（傾動角）を変えて周辺側から中心側に向かって螺旋状に原料を撒いて装入を行う。
【０００４】
しかしながら、上記のような装入方法では、旋回シュート上での原料の蛇行や、原料装入速度や原料品質の変化に伴う想定外の落下位置の変化を防止することができない。また、旋回シュートから放出された原料流の幅は着地するまでに広がってしまい、その幅が炉半径に対して広すぎては精密な半径方向分布制御は困難である。そこで、例えば特許文献１には、旋回シュートに固定の平板を設置することにより、ある程度の落下軌跡の狭小化を行う方法が開示されている。また、特許文献２においては、旋回シュートの先端部に反発板と原料流の横方向への広がりを阻止する側板とを備えた補助シュートを設置することにより、炉軸芯部の原料落下制御性を向上させた旋回シュートが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平５−３７９４８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１、２のように旋回シュートからの原料落下流を先端に取り付けた板に衝突させる場合、落下制御精度向上が期待できる一方で、衝突に伴う速度低下により原料が炉壁まで到達しにくくなる。一方で、生産性の観点から高炉の大型化が続いており、原料が炉壁へ届きにくい高炉が増加している。炉壁まで原料を到達させるために、傾動角を水平に近づける方法を用いる場合は、原料の円滑な流れを考慮すると鉛直から５５°程度が限界となる。本体を長くした旋回シュートを用いる手段もあるが、あまり長い旋回シュートは旋回や傾動動作に必要なギヤ強度やモーターパワーが大きくなり実現が困難である。また、旋回シュートは硬い鉄鉱石を流しつつ数百度の高温環境で使用されるため、定期的な交換を行いながら使用することがさけられないが、交換作業時や使用時の周囲の設備との干渉からもそのサイズは制限される。
【０００７】
上記のように、従来の技術を用いては、大型の高炉において炉壁まで原料を到達させて、高炉内に装入する原料の層厚について、精密な半径方向分布制御を行うことは困難である。
【０００８】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、大型の高炉においても炉壁の近傍まで原料を到達させることができ、高炉内に装入する原料の層厚について、炉壁の近傍においても精密な半径方向分布制御を行うことが可能となる、高炉原料装入装置の旋回シュートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）旋回シュートの先端部に、旋回シュートを流下した原料流の落下軌跡を調整する補助シュートが固定され、該補助シュートは原料流が衝突して原料流を鉛直方向に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを阻止する側板とを備えており、前記旋回シュートの先端部分が、前記旋回シュート先端上部よりも、前記旋回シュート先端下部の方がより突出した形状であることを特徴とする高炉用ベルレス式原料装入装置の旋回シュート。
（２）旋回シュート先端下部に旋回シュート下端延長部材が設置されていることを特徴とする（１）に記載の高炉用ベルレス式原料装入装置の旋回シュート。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、旋回シュートを必要以上に長くすることなく、大型の高炉においても炉壁の近傍まで原料を正確な位置に到達させることが可能となる。これにより高炉内に装入する原料の層厚について、精密な半径方向分布制御を行うことができ、高炉操業が効率化する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を示す旋回シュートの概略図。
【図２】本発明の他の一実施形態を示す旋回シュートの概略図。
【図３】実施例１で用いた縮尺模型の概略図。（ａ）原料装入装置全体、（ｂ）旋回シュート部分の平面図、（ｃ）旋回シュート部分の縦断面図
【図４】実施例で用いた旋回シュートの側面図。（Ａ）旋回シュートＡ、（Ｂ）旋回シュートＢ、（Ｃ）旋回シュートＣ
【図５】旋回シュートによる質量分布の変化を示すグラフ。
【図６】実施例２で用いた縮尺模型の概略図。
【図７】高炉の各無次元半径位置における鉱石層の厚さの比率を示すグラフ。
【図８】本発明の効果を示すシミュレーション結果のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の旋回シュートは、旋回シュートを介して原料を炉内に装入するベルレス式原料装入装置を有する高炉において用いるものであり、旋回シュート先端に、旋回シュートを介して炉内に装入される原料の流れである原料流の上面に接触するような平面状の構造物である補助シュートが取り付けられている旋回シュートであって、旋回シュートの先端部分の形状が、旋回シュート先端上部より、旋回シュート先端下部の方がより突き出した形状である旋回シュートである。このような旋回シュートの一実施形態を、図１を用いて説明する。
【００１３】
図１は旋回シュートの原料流れ方向の側面図であり、紙面に向かって左側上部の突起部分が原料装入装置への取り付け部分であり、傾動の際の中心となる。紙面に向かって右側がシュートの先端部（原料排出部）である。旋回シュート２は先端下部底面が旋回シュート先端上部よりも突き出した形状となっている。旋回シュート２は樋型であり、旋回シュート２の先端部がシュートの長さ方向に対して斜めに切断された形状である。この旋回シュート２の先端部分に補助シュート４が弾性材を介さずに直接固定されている。補助シュート４は旋回シュート２を流下した原料流の落下軌跡を調整するものであり、補助シュート４は原料流が衝突して原料流を鉛直方向に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを阻止する側板とを備えている。補助シュート４の側板の間隔は、旋回シュート先端部の幅と同等又は側板の先端に向かって先窄みに形成することが好ましい。また、側板は原料の落下幅の目標値に応じて定めた長さを有することが好ましい。補助シュート４の反発板の傾斜角度は適宜設定すればよいが、傾斜角度が大きい場合は、先端下部底面の突き出し長さを大きくすると、先端部において原料の落下が困難となる場合があるため、先端部の間口部の幅及び高さが装入原料の平均粒径の４．２倍以上とすることが好ましい。
【００１４】
次に、本発明の他の一実施形態を図２に示す。旋回シュート本体は既設予備品在庫や従来の旋回シュートを採用中の他の高炉と共有することを考慮し、より簡易的に、旋回シュート先端上部より、旋回シュート先端下部の方がより突き出した形状を実現する場合である。図２に示すように、旋回シュート２の先端下部に旋回シュート下端延長部材５を設置することでも図１に示す旋回シュートと同様の効果を得ることができる。
【００１５】
上記のような旋回シュートを用いることで、旋回シュート先端部（原料排出部）において、実質的に旋回シュートが長くなった効果があり、装入原料の飛距離が延び、より炉壁近傍への原料装入が可能となり、また旋回シュートの先端下部と補助シュートとの間隔が狭くなることで、原料装入における落下位置の精度を高めることが可能となる。
【実施例１】
【００１６】
本発明の効果を確認するために、実機である内容積４４００ｍ3高炉の１／１７．８縮尺模型による実験を行った。縮尺模型の概略を図３に示す。図３（ａ）はベルレス式原料装入装置１全体、（ｂ）は旋回シュート２部分の平面図、（ｃ）は旋回シュート２部分の縦断面図である。実機での旋回シュート長さは４．５ｍである。図３（ａ）において、Ｈ１は４３５ｍｍである。
【００１７】
３種類の旋回シュートＡ、Ｂ、Ｃを用いて実験した。図４に旋回シュートＡ、Ｂ、Ｃの原料流れ方向の側面図を示す。図４において、紙面に向かって左側上部が傾動の中心となる、原料装入装置への取り付け部分であり、紙面に向かって右側がシュートの先端部（原料排出部）である。
【００１８】
旋回シュートＡは、通常の実機と同形状であり、樋型のシュートの先端部がシュートの長さ方向に対して垂直に切断された、図４（Ａ）に示すような形状である。
【００１９】
旋回シュートＢは特許文献２に記載されているものと同様であり、旋回シュートＡに加えて、旋回シュートの先端部に原料流が衝突して原料流を鉛直方向に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを阻止する側板とを備えた補助シュート４を有するものである。図４（Ｂ）に示すように、補助シュート４の反発板の傾斜角度は２３°である。
【００２０】
旋回シュートＣは本発明の旋回シュートであり、旋回シュートＢと同じ補助シュート４を有している。旋回シュートＢとの違いは、旋回シュート先端下部底面が旋回シュート先端上部よりも突き出した形状となっている点である。樋型のシュートの先端部がシュートの長さ方向に対して斜めに切断された、図４（Ｃ）に示すような形状である。図４（Ｃ）に示すように、補助シュート４の反発板の傾斜角度は２３°であり、旋回シュート２の先端部の角度は４５°である。
【００２１】
旋回シュート２を旋回しながら縮尺原料を流し、サンプリングボックス３の各位置（中心からの距離Ｌ）で採取された縮尺原料の質量分布を比較した。なお、いずれの実験においても、図３（ｃ）における旋回シュート２の傾動角（θ）は鉛直から５２°、高さＨ２は３９３ｍｍとし、旋回速度は実機と同じ８ｒｐｍで行った。
【００２２】
図５に採取された擬似原料の質量分布を示す。図５によれば、旋回シュートＢでは、原料流の上部が補助シュート４に接触するため、補助シュート４を有していない旋回シュートＡに比べて炉壁側の質量比がわずかに減っており、飛距離が短くなっていることが分かる。
【００２３】
一方、本発明の旋回シュートＣでは飛距離が長くなっているだけではなく、落下範囲（ピーク幅）も狭くなっており、高精度な分布制御が可能であることが分かる。これは、旋回シュートが擬似的に長くなった効果により飛距離が延び、また旋回シュート下端と先端の板の間隔が狭くなったため落下幅が狭くなったためと考えられる。
【実施例２】
【００２４】
本発明の効果を模型実験により確認した。図６に示すような内容積４４００ｍ3高炉の１／１７．８縮尺模型に縮尺鉱石と縮尺コークスを装入し、炉半径方向の鉱石層厚とコークス層厚の比率を測定した。従来の旋回シュート（図４（Ａ）の旋回シュートＡ）を用いた場合と、本発明の旋回シュート（図４（Ｃ）の旋回シュートＣ）を用いた場合の、高炉の各無次元半径位置（炉軸芯からの距離／炉口半径）における、鉱石層の厚さの、鉱石層の厚さとコークス層の厚さとの合計に対する割合（鉱石層厚／鉱石層厚＋コークス層厚）を図７に示す。
【００２５】
図７によれば、炉壁のすぐ近くでは「鉱石層厚／鉱石層厚＋コークス層厚」はどちらのシュートを用いた場合でも同じであるが、「炉軸芯からの距離／炉口半径」０．７〜０．９の領域では、本発明の旋回シュートＣを用いた場合の方が、従来技術である旋回シュートＡを用いた場合よりも、「鉱石層厚／鉱石層厚＋コークス層厚」が大きな値を示し、全体として安定した分布が形成できている。これは以下の理由によるものである。
【００２６】
実炉において炉壁部の温度低下は付着物（主に亜鉛）を生成させて高炉の内容積を小さくするとともに原料降下を不調にするため、高炉ごとに炉壁部の下限温度が存在する。鉱石の層厚を厚くするほど還元ガスの利用効率が高くなる一方、温度が低くなる傾向にあるため、炉壁部の鉱石層厚は上限値に固定することが望ましい。
【００２７】
従来の旋回シュートを用いた操業では、原料の落下幅が広いため、炉壁部の鉱石層厚を上限値以下に維持するためには、炉壁部より内側の鉱石層厚も下げざるを得なかった。一方、本発明の旋回シュートを用いる場合は、原料の落下幅が小さくなったため、鉱石層厚の低い範囲を炉壁のすぐ近くのみに抑制することができた。
【００２８】
上記の鉱石層厚分布の変化の影響を評価するために、ガス利用率のシミュレーションを行った。結果を図８に示す。
【００２９】
本発明の旋回シュートＣを用いた場合はガス利用率が低い部分が狭い範囲に抑制されているため、旋回シュートＡを用いた従来の操業に比較して、トータルのガス利用率が４８．１％から４９．７％に向上している。このガス利用率の向上は、還元材比５ｋｇ／ｔ削減に相当し、その量のコークス価格分の溶銑コストダウンが可能であることになり、操業を効率化できることが分かる。
【符号の説明】
【００３０】
１    原料装入装置
２    旋回シュート
３    サンプリングボックス
４    補助シュート
５    旋回シュート下端延長部材
【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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【図７】
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【図８】
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