(57)【要約】【課題】原料槽から払い出された原料を一旦貯留するホッパーを備えた設備構成において、原料槽に種類別に貯蔵された高炉原料を高炉に搬送するに当たり、原料を原料槽から払い出した順番に高炉に送ることができる原料搬送方法を提供する。【解決手段】高炉原料を種類別に貯蔵する複数の原料槽１と、この複数の原料槽１から払い出された原料を高炉の炉頂ホッパーに搬送する前に一旦貯留するホッパー２を備えた高炉原料搬送設備により、高炉に原料を搬送して炉内に装入するに当たり、ホッパー２から払い出される際の原料の流動をマスフローとする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉原料を種類別に貯蔵する複数の原料槽（１）と、該複数の原料槽（１）から払い出された原料を高炉の炉頂ホッパーに搬送する前に一旦貯留するホッパー（２）を備えた原料搬送設備により、高炉に原料を搬送して炉内に装入するに当たり、
ホッパー（２）から払い出される際の原料の流動がマスフローであることを特徴とする高炉における原料搬送方法。
【請求項２】
ホッパー（２）のコーン部傾斜角α（但し、ホッパーコーン部の水平面からの傾斜角度）がα＞６２°であることを特徴とする請求項１に記載の高炉における原料搬送方法。
【請求項３】
ホッパー（２）を中継して１つの炉頂ホッパーに原料を供給するために、異なる原料槽（１）から焼結鉱と塊鉱石を払い出す際に、焼結鉱に先行して塊鉱石を払い出すことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉における原料搬送方法。
【請求項４】
高炉原料を種類別に貯蔵する複数の原料槽（１）と、該複数の原料槽（１）から払い出された原料を高炉の炉頂ホッパーに搬送する前に一旦貯留するホッパー（２）を備えた高炉の原料搬送設備において、
ホッパー（２）が、払い出される際の原料の流動がマスフローとなる構造を有することを特徴とする高炉における原料搬送設備。
【請求項５】
ホッパー（２）のコーン部傾斜角α（但し、ホッパーコーン部の水平面からの傾斜角度）がα＞６２°であることを特徴とする請求項４に記載の高炉における原料搬送設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料槽に種類別に貯蔵された高炉原料を高炉に搬送するための方法及び設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の原料搬送設備では、焼結鉱、塊鉱石、ペレットなどの鉄原料や副原料である造滓材は、複数の原料槽にそれぞれ別々に貯蔵されている。また、焼結鉱は、粗粒、細粒といった粒度別に異なる原料槽に貯蔵される場合もある。これらの複数種の原料を高炉に送る際には、図７に示すように、各原料槽１０から払い出された原料がベルトコンベア１１でサージホッパー１２（中継槽）に搬送され、複数種の原料がサージホッパー１２にまとめて一旦貯留された後、このサージホッパー１２から払い出されて高炉の炉頂ホッパー１４にベルトコンベア１３などで搬送されるのが一般の方式である。このような原料搬送設備では、サージホッパー１２に原料を蓄えることにより、例えば、原料槽１０の原料払い出し機構に不具合が生じても、その復旧作業を行いながらサージホッパー１２に貯えてある原料を高炉に送ることができ、高炉への原料搬送ができなくなるリスクを軽減することができる。
【０００３】
原料搬送設備などで通常設置されるホッパーは、ホッパー内の原料が払い出される際の特徴として、ホッパー出口直上の原料が下部側から上部側にかけて先に排出され、次いで、ホッパー出口直上から横方向に離れた箇所に位置する原料が排出される、所謂ファネルフローと呼ばれる流動様式を示すことが知られている。この場合、ホッパーに投入した原料の順番と、ホッパーから払い出される原料の順番が異なることになる。すなわち、ホッパーに原料を投入する際には、最初に投入した原料は最下層に堆積し、以降、投入順に従って上方に向かって積層されていき、最後に投入した原料は最上層に積層される。一方、ホッパーから払い出される際には、上述したようにホッパー出口の直上部が先に排出される。
【０００４】
したがって、図７のような原料搬送設備において、複数の原料槽１０に焼結鉱、塊鉱石、ペレット、造滓材などが槽毎に貯蔵されている場合、複数の原料槽１０から異種原料を順番に払い出しても、これらの原料がサージホッパー１２に投入され、サージホッパー１２から払い出される際には、原料槽１０から払い出した順番通りには炉頂ホッパー１４に送られないことになる。このため、炉頂ホッパー１４への異種原料の投入順番を意図的に制御しようとして原料槽１０からの払い出し順番を操作しても、その順番では炉頂ホッパー１４に投入されないという問題がある。
【０００５】
一方、図８に示すように、サージホッパーを設けることなく、原料槽１０から炉頂ホッパー１４に直接原料を搬送する設備構成とすれば、複数の原料槽１０から払い出された原料がその順番で炉頂ホッパー１４に送られる。このような原料搬送設備では、炉頂ホッパー１４への異種原料の投入順番を制御しやすいという利点がある。しかし、原料槽１０の払い出し機構に不具合が生じた場合、サージホッパーのバッファー機能がないため、高炉に原料を送ることが不可能となるという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】三輪、「粉体工学通論」、日刊工業新聞社、１９８１年、p.１２５
【非特許文献２】奥野ら、「焼結鉱粒度別装入法によるオールコークス操業の改善」、鉄と鋼、社団法人日本鉄鋼協会、１９８３年、第６９年、第１４号、p.１５７８−１５８４
【非特許文献３】山田ら、「大型高炉の装入物分布と通気性」、川崎製鉄技報、川崎製鉄株式会社、１９７４年、vol.６、No.１、p.１６−３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、原料槽からサージホッパーを中継して高炉の炉頂ホッパーに原料を送る場合には、原料槽から払い出した順番に高炉の炉頂ホッパーに送ることができないという問題がある。また、原料槽からサージホッパーを中継しないで高炉の炉頂ホッパーに原料を送る場合には、原料を貯留するバッファーがなくなることにより、原料槽の払い出し機構に不具合が生じた場合、高炉に原料を送ることが不可能となるという問題がある。
【０００８】
したがって本発明の目的は、原料槽から払い出された原料を一旦貯留するホッパーを備えた設備構成において、原料槽に種類別に貯蔵された高炉原料を高炉に搬送するに当たり、原料を原料槽から払い出した順番に高炉に送ることができる原料搬送方法及び設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］高炉原料を種類別に貯蔵する複数の原料槽（１）と、該複数の原料槽（１）から払い出された原料を高炉の炉頂ホッパーに搬送する前に一旦貯留するホッパー（２）を備えた原料搬送設備により、高炉に原料を搬送して炉内に装入するに当たり、
ホッパー（２）から払い出される際の原料の流動がマスフローであることを特徴とする高炉における原料搬送方法。
［2］上記［1］の原料搬送方法において、ホッパー（２）のコーン部傾斜角α（但し、ホッパーコーン部の水平面からの傾斜角度）がα＞６２°であることを特徴とする高炉における原料搬送方法。
【００１０】
［3］上記［1］または［2］の原料搬送方法において、ホッパー（２）を中継して１つの炉頂ホッパーに原料を供給するために、異なる原料槽（１）から焼結鉱と塊鉱石を払い出す際に、焼結鉱に先行して塊鉱石を払い出すことを特徴とする高炉における原料搬送方法。
［4］高炉原料を種類別に貯蔵する複数の原料槽（１）と、該複数の原料槽（１）から払い出された原料を高炉の炉頂ホッパーに搬送する前に一旦貯留するホッパー（２）を備えた高炉の原料搬送設備において、
ホッパー（２）が、払い出される際の原料の流動がマスフローとなる構造を有することを特徴とする高炉における原料搬送設備。
［5］上記［4］の原料搬送設備において、ホッパー（２）のコーン部傾斜角α（但し、ホッパーコーン部の水平面からの傾斜角度）がα＞６２°であることを特徴とする高炉における原料搬送設備。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、原料槽から払い出された原料を一旦貯留するホッパーを備えた設備構成において、原料槽に種類別に貯蔵された高炉原料を高炉に搬送するに当たり、原料を原料槽から払い出した順番に高炉に送ることができる。このため、高炉内の装入物分布の制御が容易になるとともに、原料槽からの原料払い出しの順番を選択することによって原料（特に焼結鉱）の粉化を抑えることが可能となり、安定した高炉操業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明法の一実施形態における高炉原料搬送レイアウトを示す図面
【図２】図１のサージホッパー（ホッパー２）の一実施形態を模式的に示すもので、図（a）は平面図、図（b）は縦断面図
【図３】実施例の本発明例で使用したサージホッパーを模式的に示すもので、図（a）は平面図、図（b）は縦断面図
【図４】実施例の比較例で使用したサージホッパーを模式的に示すもので、図（a）は平面図、図（b）は縦断面図
【図５】実施例における原料槽からの原料払い出し条件を示す説明図
【図６】実施例における高炉投入原料のサンプリング方法を示す説明図
【図７】サージホッパーを有する高炉原料搬送レイアウトを示す図面
【図８】サージホッパーを有しない高炉原料搬送レイアウトを示す図面
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の高炉における原料搬送方法は、高炉原料を種類別に貯蔵する複数の原料槽１と、これら複数の原料槽１から払い出された原料を高炉に搬送する前に一旦貯留するホッパー２（一般にサージホッパーと呼ばれる）を備えた原料搬送設備により、高炉に原料を搬送して炉内に装入するに当たり、ホッパー２から払い出される際の原料の流動がマスフローであることを特徴とする。
ここで、マスフローとは、ホッパーの下部から原料を払い出す際に、ホッパー内の横手方向の原料の降下速度がほぼ一様であって速度分布がほとんどなく、下部側に位置する原料から順に払い出され、最後に最上部に位置する原料が払い出される現象を指す。ここで、ホッパーの水平断面内の降下速度が±１０％以内の偏差であれば、実用上マスフローとして扱うことができると考えられる。
【００１４】
図１は、本発明法の一実施形態における高炉原料搬送レイアウトを示すものであり、複数の原料槽１から払い出された原料がベルトコンベア３でホッパー２（サージホッパー）に搬送され、複数種の原料がホッパー２にまとめて一旦貯留された後、このホッパー２から払い出されて高炉の炉頂ホッパー４にベルトコンベア５で搬送されるが、本発明では、ホッパー２からの原料排出をマスフローとするものである。
複数の原料槽１から順に払い出された原料をホッパー２に投入する際には、最初に投入した原料は最下層に堆積し、以降、投入順に従って上方に向かって積層されていき、最後に投入した原料は最上層に積層される。したがって、ホッパー２からの原料排出をマスフロー化すれば、複数の原料槽１から払い出した順番通りに、各原料がホッパー２に投入され、かつホッパー２から払い出される際もこの順番が維持されることにより、原料槽１から払い出した順番通りに高炉（炉頂ホッパー４）に原料が送られる。このため、高炉の炉頂ホッパー４への異種原料の投入順番の制御が容易となる。また、ホッパー２（サージホッパー）が存在することにより、原料槽１の原料払い出し機構に不具合が生じても、その復旧作業を行いながらホッパー２に貯えてある原料を高炉に送ることができ、高炉への原料供給が不可能となるリスクを軽減することができる。
【００１５】
ホッパー内の粉体の流動をマスフローとする条件として、非特許文献１には下記（1）式が示されている。
コーン部傾斜角α＞４５°＋φｒ／２      …(1)
ここで、αはコーン部の水平面からの傾斜角度、φｒは粉体の安息角である。
また、非特許文献２には高炉で用いられる粒子径の範囲である５〜１８ｍｍの焼結鉱の安息角が３４°であることが示されており、これらからホッパー２からの原料排出（払い出し）をマスフローとする条件として、ホッパー２のコーン部傾斜角α＞６２°が導かれる。ここで、焼結鉱の安息角に基づいてコーン部傾斜角を設定するのは、一般に焼結鉱は高炉鉄原料の７０％以上を占めており、この特性が高炉鉄原料のホッパー内の流動性に大きな影響を及ぼすからである。
すなわち、ホッパー２からの原料排出（払い出し）をマスフローとするために、そのコーン部傾斜角α（但し、ホッパーコーン部の水平面からの傾斜角度）をα＞６２°とすることが好ましい。一方、コーン部傾斜角が過大になると、同じ容積を確保しようとした場合にホッパーの高さを大きくする必要があり、建設費用が増大する。この観点からコーン部傾斜角αは７０°程度が実質的な上限になると考えられる。
図２は、そのようなコーン部傾斜角αを有するホッパー２の一実施形態を模式的に示すものであり、図２（a）が平面図、図２（b）が縦断面図である。
【００１６】
高炉の炉頂ホッパー４への異種原料の投入順を制御できると、例えば、以下に示すような原料の搬送過程の粉化を低減できる装入方法が可能となる。
非特許文献３には、貯鉱槽（原料槽）から払い出し後の原料粒度と高炉炉内における原料粒度が示されており、塊鉱石の場合は両者の粒度はほとんど同程度であるが、焼結鉱の場合は貯鉱槽払い出し後に比べて高炉炉内では粒度が低下している。これは、貯鉱槽からの切り出し後、サージホッパーへの投入時および炉頂ホッパーへの投入時の落下衝撃によって粒が壊れ、粒度が低下するためであり、この現象は焼結鉱において特に顕著である。原料粒度の低下は、高炉内の通気抵抗を増加させることにより安定操業を阻害する要因となるため、これを抑制することが望ましい。この粒度低下現象を抑制するためには、ホッパー投入時の落下衝撃を小さくすればよく、その手段として、塊鉱石のような落下衝撃による粒度低下が小さい原料を先行してホッパーに投入し、その上に焼結鉱を投入すれば、（i）ホッパー内で落下する高さが小さくなること、（ii）先に堆積している塊鉱石によるクッション効果が得られること、により落下衝撃による粒度低下が抑えられることが期待できる。
【００１７】
したがって、本発明法において、ホッパー２を中継して１つの炉頂ホッパー４に原料を供給する場合に、原料槽１から焼結鉱に先行して塊鉱石を払い出せば、ホッパー２（サージホッパー）のみならず炉頂ホッパー４にも塊鉱石、焼結鉱の順で投入されるために、各々のホッパーにおいて、先にホッパーに投入されてホッパー下部に堆積した塊鉱石上に焼結鉱が投入されることになり、（i）ホッパー投入時の落下高さが小さくなること、（ii）先に堆積している塊鉱石によるクッション効果が得られること、により落下衝撃による粉化が抑えられる。仮に、従来のファネルフロー型のサージホッパーでこのような原料槽からの払い出しを行った場合には、サージホッパー投入時には塊鉱石の上に焼結鉱が投入されるが、サージホッパーから払い出される際には塊鉱石と焼結鉱が混合されることにより、炉頂ホッパーには塊鉱石とともに焼結鉱の一部も先行して投入されることになり、焼結鉱の落下衝撃の低減効果が小さくなる。
【実施例】
【００１８】
図３に示すサージホッパーと、図４に示す従来型のサージホッパーをそれぞれ有する高炉の原料搬送設備において、原料槽から塊鉱石、焼結鉱の順に原料を払い出し、高炉へ投入される際の焼結鉱の粉率を調査した。図３と図４は、それぞれサージホッパーの構成を模式的に示したものであり、図（a）が平面図、図（b）が縦断面図である。ここで、図３のサージホッパーのコーン部傾斜角αは６５°、図４のサージホッパーのコーン部傾斜角αは６０°である。縮尺１／１０のサージホッパー模型を用いた実験により、図３に示したタイプはマスフロー、図４に示したタイプはファネルフローの流動特性を有することを確認した。したがって、図３に示すサージホッパーを使用する場合が本発明例、図４に示すサージホッパーを使用する場合が比較例である。
【００１９】
各々のタイプのサージホッパーを有する原料搬送設備において、図５に示すように原料槽１aから全原料の３０質量％に相当する塊鉱石６aを払い出した後、原料槽１bから全原料の７０質量％に相当する焼結鉱６bを払い出した。これらの原料をサージホッパーを経由して炉頂バンカーに投入した後、高炉内に装入する際に、図６に示す位置でサンプリング装置７により原料の一部を採取し、焼結鉱中の−５ｍｍ比率を調査した。原料の炉頂ホッパーからの原料排出は９０秒かけて行われたが、この間、サンプリング装置により１０秒毎に総計２００ｋｇの原料を採取した。これを篩により１〜５ｍｍ、５ｍｍ以上のサンプルに分別し、さらにその中の焼結鉱を目視で塊鉱石と分別して、全焼結鉱中の−５ｍｍ比率を算出した。ここで、ＪＩＳ  Ｍ８７１１で規定される落下強度は、塊鉱石が９６、焼結鉱が８９であった。
【００２０】
焼結鉱中の−５ｍｍ比率は、比較例では２５質量％であったのに対して、本発明例では２０質量％であり、比較例に対して５質量％低い比率であった。これは、比較例では、塊鉱石と焼結鉱の一部がサージホッパーおよび炉頂ホッパーから払い出される際に混合されてしまうため、落下衝撃の低減効果が十分に得られないのに対して、本発明例では、塊鉱石と焼結鉱が原料槽から払い出された順番通りにサージホッパーおよび炉頂ホッパーから払い出されるため、落下衝撃に強い塊鉱石がサージホッパーおよび炉頂ホッパーに先行して投入されたことにより、ホッパー内への投入時の落下衝撃による焼結鉱の粒度低下が抑制できたことによるものと考えられる。
なお、落下衝撃による焼結鉱の粉化を抑制するために、原料槽から焼結鉱に先行して払い出される原料としては、上述した塊鉱石以外に、例えば、ペレット、造滓材等の副原料、小塊コークスやフェロコークス等のカーボン含有原料、セメント類をバインダーとした非焼成塊成鉱、スクラップ等のメタリック原料などの中で焼結鉱石より落下強度の高いものの１種以上であってもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１，１a，１b  原料槽
２  ホッパー
３  ベルトコンベア
４  炉頂ホッパー
５  ベルトコンベア
６a  塊鉱石
６b  焼結鉱
７  サンプリング装置
【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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