(57)【要約】【課題】高炉塊状帯を流れるガスのガス流速推定精度を高める。【解決手段】高炉塊状帯を流れるガスのガス流速推定方法であって、試験炉体に対して、高炉装入物を装入する第１のステップと、高炉装入物の圧力を複数の圧力測定ポイントにおいて測定する第２のステップと、各サンプリング領域から装入物をサンプリングする第３のステップと、前記各サンプリング領域における装入物の銘柄毎の粒度及び重量を測定する第４のステップと、前記各サンプリング領域における装入物の平均粒度を算出する第５のステップと、前記各サンプリング領域における空隙率を算出する第６のステップと、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間を流れるガスの流速を順次算出する第７のステップと、前記第７のステップで得られた前記ガスの流速を、前記高さ方向において平均化する第８のステップと、を有することを特徴とするガス流速推定方法。【選択図】図３
2015028209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉塊状帯を流れるガスの流速を推定するガス流速推定方法であって、
前記高炉塊状帯が位置する高炉炉体のシャフト上部を模した形状部を少なくとも有する試験炉体に対して、高炉装入物を装入する第１のステップと、
前記試験炉体の炉径方向に直交する高さ方向における複数の圧力測定ポイントのそれぞれにおいて、前記高炉装入物の圧力を前記炉径方向に並ぶ複数の圧力測定ポイントにて測定する第２のステップと、
前記試験炉体に装入した最後の１チャージ分の高炉装入物を多数のサンプリング領域に分割して、各サンプリング領域から装入物をサンプリングする第３のステップと、
前記各サンプリング領域においてサンプリングされた装入物の銘柄毎の粒度及び重量を測定する第４のステップと、
前記各サンプリング領域における装入物の平均粒度を算出する第５のステップと、
前記各サンプリング領域における空隙率を算出する第６のステップと、
少なくとも、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の圧力差と、これらの圧力測定ポイント間に位置する装入物の平均粒度及び前記各サンプリング領域の空隙率とに基づき、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間を流れるガスの流速を順次算出する第７のステップと、
前記第７のステップで得られた前記ガスの流速を、前記高さ方向において平均化する第８のステップと、
を有することを特徴とするガス流速推定方法。
【請求項２】
高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の間隔は、前記試験炉体に装入される高炉装入物の１チャージ分の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のガス流速推定方法。
【請求項３】
前記第２のステップにおける測定対象から、最後の１チャージ分の高炉装入物を除いたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス流速推定方法。
【請求項４】
前記試験炉体は、少なくとも高炉の炉口部の上端から炉口直径に相当する深さまでの部分を模した形状部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のガス流速推定方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載のガス流速推定方法を用いて還元負荷を推定する還元負荷推定方法であって、
前記第４のステップで得られた重量に基づき、前記第１のステップで装入された高炉装入物に含まれる全鉄鉱石と炉径方向の各位置に存在する鉄鉱石との比率である鉱石存在比率を算出し、
前記第８のステップで推定されたガス流速に基づき、全ガス流量と炉径方向の各位置におけるガス流量との比率であるガス流量比率を算出し、
これらの算出結果に基づき、前記炉径方向の各位置における鉱石存在比率とガス流量比率との比率である炉径方向の還元負荷を求めることを特徴とする還元負荷推定方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
高炉操業において、炉内を通過するガスの炉径方向の流速分布を制御することは、重要な技術評価項目である。それは、高炉の通気性および装入物の還元反応の両面から高炉の操業成績が良好となるガス流速分布を見つけ出すこと、および、それを実現する装入装置や装入方法を開発すること、に大別される。
【０００２】
従来、炉内のガス流速分布を直接計測する方法はなかった。実際の高炉操業（たとえば、非特許文献１参照）では、シャフトから装入する検出端（上部ゾンデ）で得られる炉径方向の温度パタンとガス組成パタンとからガス流速分布を推定している。
【０００３】
また、計算式を用いてガス流速分布を推定する方法も知られている。具体的には、原料の装入挙動をシミュレートする数学モデル（たとえば、非特許文献２参照）と、この数学モデルによって得られた原料充填層から出発して炉内のガス流速や反応挙動を解析する数学モデル（たとえば、非特許文献３）とが知られている。
【０００４】
前者のモデルでは、装入物の落下・崩れ挙動による粒度偏析等を、パラメータを設定することによって表現している。しかし、そのパラメータはある条件の下で測定された結果から推定する推定式によって設定されるため、推定式の条件から外れる場合には、精度の高い推定を行うことができない。また、いずれのモデルに用いられるパラメータも、非常に多くの因子により相互影響するものであるから、諸条件の変化に対し使用されるパラメータの推定には限界があり、得られる結果の信頼性に疑念が残る難点がある。以上より、従来の実炉計測や数学モデル解析では正確なガス流速分布の評価は出来ないという課題があった。
【非特許文献１】装入物分布制御の考え方, 桜井昭二：鉄と鋼,68(1982),pp.2319-2329
【非特許文献２】ベルレス装入法における装入物分布推定モデルの開発,奥野ら：鉄と鋼,73(1987),pp.91-98
【非特許文献３】高炉二次元トータルモデル(BRIGHT)の開発とその応用,杉山 喬・須賀田 正泰：製鉄研究第325号,S62(1987),pp.34-43
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本願発明は、高炉塊状帯を流れるガスのガス流速推定精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本願発明に係るガス流速推定方法は、（１）高炉塊状帯を流れるガスの流速を推定するガス流速推定方法であって、前記高炉塊状帯が位置する高炉炉体のシャフト上部を模した形状部を少なくとも有する試験炉体に対して、高炉装入物を装入する第１のステップと、前記試験炉体の炉径方向に直交する高さ方向における複数の圧力測定ポイントのそれぞれにおいて、前記高炉装入物の圧力を前記炉径方向に並ぶ複数の圧力測定ポイントにて測定する第２のステップと、前記試験炉体に装入した最後の１チャージ分の高炉装入物を多数のサンプリング領域に分割して、各サンプリング領域から装入物をサンプリングする第３のステップと、前記各サンプリング領域においてサンプリングされた装入物の銘柄毎の粒度及び重量を測定する第４のステップと、前記各サンプリング領域における装入物の平均粒度を算出する第５のステップと、前記各サンプリング領域における空隙率を算出する第６のステップと、少なくとも、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の圧力差と、これらの圧力測定ポイント間に位置する装入物の平均粒度及び前記各サンプリング領域の空隙率とに基づき、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間を流れるガスの流速を順次算出する第７のステップと、前記第７のステップで得られた前記ガスの流速を、前記高さ方向において平均化する第８のステップと、を有することを特徴とする。
【０００７】
（２）上記（１）の構成において、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の間隔は、前記試験炉体に装入される高炉装入物の１チャージ分の厚みよりも小さくするのが好ましい。
【０００８】
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記第２のステップにおける測定対象から、最後の１チャージ分の高炉装入物を除くとよい。
【０００９】
（４）上記（１）〜（３）の構成において、前記試験炉体は、少なくとも高炉の炉口部の上端から炉口直径に相当する深さまでの部分を模した形状部を有している。
【００１０】
（５）上記（１）〜（４）のうちいずれか一つに記載のガス流速推定方法を用いて還元負荷を推定する還元負荷推定方法であって、前記第４のステップで得られた重量に基づき、前記第１のステップで装入された高炉装入物に含まれる全鉄鉱石と炉径方向の各位置に存在する鉄鉱石との比率である鉱石存在比率を算出し、前記第８のステップで推定されたガス流速に基づき、全ガス流量と炉径方向の各位置におけるガス流量との比率であるガス流量比率を算出し、これらの算出結果に基づき、前記炉径方向の各位置における鉱石存在比率とガス流量比率との比率である炉径方向の還元負荷を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によれば、高炉塊状帯を流れるガスのガス流速推定精度を高めることができる。さらに、得られたガス流速分布を用いて炉径方向の還元負荷分布を精度よく推定できる。ガス流速分布や還元負荷分布は、装入物分布を制御、最適化する際の指標として使用できるので、それによって高炉の生産性を高めたり、還元材比を低減したりできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】高炉炉体の概略図である。
【図２】高炉及びその付帯設備を模した装入試験装置の概略構成図である。
【図３】ガス流速分布を推定する手順を示したフローチャートである。
【図４】シャフト上部の一部における拡大図である。
【図５】サンプリング領域の模式図である。
【図６】圧力測定結果をマッピングした図である。
【図７】圧力測定箇所間のガス流速の計算結果をマッピングした図である。
【図８】図５に対応する、サンプリング領域の模式図である（変形例）。
【図９】還元負荷推算結果の一例である。
【図１０】図９と同一の条件で操業された実炉のηＣＯ分布を示す図である。
【図１１】図９の還元負荷と図１０のηＣＯとの相関を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（高炉）
図１は、高炉の付帯設備を除いた炉体の概略図である。炉体１００は、炉口部Ｋ、炉口部Ｋの下端部に連設するシャフト部Ｌ、シャフト部Ｌの下端部に連設する炉腹部Ｍ、炉腹部Ｍの下端部に連設する朝顔部Ｎ、朝顔部Ｎの下端部に連設する羽口部Ｏ及び羽口部Ｏの下端部に連設する炉底部Ｐからなる。シャフト部Ｌは、上部から下部に向かって徐々に径寸法が拡大する末広がり形状に形成されている。羽口部Ｏには、羽口１０１が形成されており、この羽口１０１を介して、炉体の内部に熱風が送風される。ただし、熱風とともに、微粉炭を羽口１０１から吹き込んでもよい。
【００１４】
炉体１００には、図示しない旋回シュートを介して、鉱石及びコークスが交互に層状に装入される。これにより、炉口部Ｋ及びシャフト部Ｌの上部において、鉱石とコークスとが交互に並ぶ塊状帯１０２が形成される。塊状帯１０２は、炉内を降下しながら、羽口１０１から吹き込まれた熱風によって順次昇温され、鉱石が溶融する。すなわち、コークス燃焼および鉱石の溶融は、塊状帯１０２の下部で順次進行し、朝顔部Ｎからシャフト部Ｌの下部に向かって略円錐形の融着帯１０３が形成される。
【００１５】
融着帯１０３で溶融した鉄分１０４は、滴下帯１０５を通過し、炉底部Ｐに向かって滴下し、溶銑１０６として炉底部Ｐに溜まる。コークス等は滴下帯１０５を通過して降下し、炉底部Ｐに積み上がり、溶銑１０６の上に円錐形の炉芯１０８を形成する。炉底部Ｐには、出銑口１０７が形成されており、出銑口１０７から炉底部Ｐに溜まった溶銑１０６が高炉の外部に取り出される。
【００１６】
（技術課題）
高炉に装入される装入物は、旋回シュートを転動する際に粒径が変化したり、高炉内に装入後制止するまでに様々な方向に動いたりするため、還元ガスのガス流速に影響を与える装入物の炉内分布を予測することは困難であった。このため、従来、炉径方向におけるガス流速分布を精度よく推定することが非常に難しかった。そこで、本実施形態では、下記のガス流速推定方法を用いて炉径方向におけるガス流速分布を推定する。
【００１７】
（本発明で使用する装置）
図２は、高炉及びその付帯設備を模した装入試験装置の概略構成図である。本実施形態の装入試験装置１は、試験サージホッパー１１、試験装入ベルトコンベア１２、試験固定ホッパー１３、試験旋回シュート１４、試験炉体１５、試験送風支管１６、試験原料排出装置１７及び試験送風機１８を含む。試験炉体１５のサイズは、実炉の１／１〜１／４とするのが好ましい。試験炉体１５のサイズを実炉の１／４以上にすることによって、炉径方向におけるガス流速分布の推定精度をより確実に向上させることができる。すなわち、試験炉体１５のサイズが実炉の１／４未満になると、装入物が小さくなりすぎて、炉内での装入物の挙動（言い換えると、炉径方向における装入物の分布）が実炉から乖離して、推定精度が低下してしまう。
【００１８】
試験サージホッパー１１は、貯留した装入物を試験装入ベルトコンベア１２に落下供給する。装入物には、実炉と同様、鉱石、コークスが用いられる。ここに鉱石は、鉄系原料の総称の意で、具体的には、焼結鉱、ペレット、塊鉱石などをいう。ただし、装入物には、さらに他の原料（例えば、石灰石、珪石）が含まれていてもよい。試験装入ベルトコンベア１２は、傾斜配置されており、矢印方向に回転動作することにより、装入物を炉頂に運び上げる。試験固定ホッパー１３は、左右一対で設けられており、試験装入ベルトコンベア１２から搬送された装入物を貯留する。通常、一方の試験固定ホッパー１３がコークス用として使用され、他方の試験固定ホッパー１３が鉱石用として使用される。試験旋回シュート１４が旋回動作を開始した後、一対の試験固定ホッパー１３から試験旋回シュート１４に向かって装入物が供給される。試験旋回シュート１４は、装入角度を変えながら旋回することにより、鉱石及びコークスを交互に試験炉体１５の内部に装入する。
【００１９】
試験炉体１５は、筒状に形成されており、一点破線Ｘ３で囲んだ領域は、実炉の炉口部Ｋ及びシャフト部Ｌの上部（シャフト上部）を模した形状に形成されている。つまり、試験炉体１５の一点破線Ｘ３で囲まれた部分の形状は、炉体１００の一点破線Ｘ１（図１参照）で囲まれた部分の形状と相似である。炉体１００の一点破線Ｘ１で囲まれた領域は、融着帯１０３の上端よりも上に位置する塊状帯１０２が存在する領域であり、本実施形態の推定方法は、この部分での炉径方向におけるガス流速分布を、装入試験装置１を用いて推定するものである。ここで、試験炉体１５は、少なくとも実炉における炉口部Ｋの上端から炉口直径Ｒ１に相当する深さまでの部分を模擬しておくことが好ましい。
【００２０】
（ガス流速分布を推定する手順）
図３のフローチャートは、ガス流速分布を推定する手順を示している。図４の拡大図は、図２の二点鎖線Ｘ４で囲んだ領域を拡大したシャフト上部の一部における拡大図である。図４のハッチングは装入物Ａであり、Ａ１が鉱石、Ａ２がコークスである。
【００２１】
ステップＳ１０１において、試験旋回シュート１４を旋回させながら、試験炉体１５の炉内に装入物Ａ、つまり、鉱石Ａ１及びコークスＡ２を交互に層状に装入する（第１のステップに相当する）。このとき、最も下方に設けられた圧力測定孔Ｌ１よりも１チャージ（以下、１ｃｈと称する）以上低い位置まで試験対象となる装入物Ａを装入するとよい。
ここで、１ｃｈとは、一単位で装入される装入物のことである。図示例では、鉱石Ａ１及びコークスＡ２をそれぞれ１層ずつ装入することを１ｃｈとしているが、これに限るものではない。例えば、鉱石Ａ１及びコークスＡ２をそれぞれ２層ずつ装入すること（つまり、４ダンプ）を１ｃｈとしてもよい。
【００２２】
ステップＳ１０２において、上下に並ぶ複数の圧力測定孔Ｌ１に順次圧力計１９を差し込み、それぞれの圧力測定孔Ｌ１において、圧力計１９の炉内差し込み量を調節しながら、炉径方向の複数の圧力測定ポイントで圧力を測定する（第２のステップに相当する）。
【００２３】
ここで、圧力測定孔Ｌ１の配置間隔は、等間隔で、かつ、１ｃｈの層厚よりも小さくするのが好ましい。これにより、装入物の圧力分布がより正確に把握でき、ガス流速分布の推定精度を向上させることができる。本実施形態では、高さ方向の圧力測定ポイントが５点、炉径方向の圧力測定ポイントが１３点とした。この圧力測定ポイントの個数は、推定の基礎となる高炉のサイズ、推定精度の要求レベルなどに応じて適宜変更することができる。
【００２４】
なお、最後に装入した１ｃｈ分の装入物については、圧力測定対象から除くのが好ましい。最後に装入した装入物の圧力測定結果は、測定精度が低いからである。
【００２５】
ステップＳ１０３において、装入物Ａのサンプリング処理を行う（第３のステップに相当する）。サンプリング処理は、最後に装入した１ｃｈ分の装入物を多数のサンプリング領域に分割するとともに、各サンプリング領域における装入物Ａをサンプリングすることによって実施される。これらのサンプリング領域は、図５に図示するように、高さ方向に延びる複数の仮想境界線と、炉径方向に延びる複数の仮想境界線とによって、塊状帯１０２に対応する領域を多数に分割することにより構成される。なお、装入物の粒度分布、銘柄は、チャージ間のバラツキが小さいため、最後に装入した１ｃｈ分の装入物のみをサンプリング対象とすればよい。
【００２６】
ここで、各サンプリング領域の高さ方向に必ず圧力測定ポイントが設けられるように、各サンプリング領域を領域分けするのが好ましい。これにより、より正確に炉径方向のガス流速分布を推定することができる。ただし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、高さ方向に圧力測定ポイントが設けられていないサンプリング領域があってもよい。この場合、当該サンプリング領域は、流速推定の対象から除外すればよい。
【００２７】
ステップＳ１０４では、各サンプリング領域からサンプリングした装入物のそれぞれについて、装入物の銘柄毎の粒度情報を取得するとともに、銘柄毎の重量を測定する（第４のステップに相当する）。装入物の粒度は、例えば篩分けによって測定することができる。例えば、粒度が５ｍｍ〜７ｍの銘柄Ｘが１０グラム、粒度が３ｍｍ〜５ｍｍの銘柄Ｙが２０グラム、粒度が５ｍｍ〜７ｍｍの銘柄Ｙが３０グラム含まれているなどの銘柄毎の粒度情報及び重量を測定する。銘柄には、塊鉱石、ペレット、焼結鉱、コークスなどの装入物の原料による種別の他、複数の塊鉱石を使用した場合はその種類（例えば、マラマンバ塊鉱石、ピソライト塊鉱石等）も含まれる。
【００２８】
ステップＳ１０５において、各サンプリング領域に存在する装入物の平均粒度を算出する（第５のステップに相当する）。平均粒度とは、重量加重平均径のことであり、その算出方法には当業者間で周知の方法が用いられる。具体的には、粒度が同じ装入物（銘柄は問わない）の重量を合算するとともに、この合算重量を粒度範囲の中間値に対応付けて記録する。そして、これらの中間値を対応する合算重量（粒度が同じ装入物が一銘柄しかない場合には、合算重量ではなく当該一銘柄の重量が用いられる）で加重平均することにより各サンプリング領域に存在する装入物の平均粒度を算出する。上述の銘柄Ｘ及びＹを例にすると、粒度が５ｍｍ〜７ｍｍである銘柄の合算重量である４０グラムを粒度範囲の中間値６ｍｍに対応付けて記録する。粒度が３〜５ｍｍである銘柄は一種類であるから、その重量である２０グラムを粒度範囲の中間値４ｍｍに対応付けて記録する。そして、これらの中間値をそれぞれの重量で加重平均することにより、各サンプリング領域の装入物の平均粒度を算出する。すなわち、平均粒度は、６ｍｍ×４０／６０＋４ｍｍ×２０／６０＝５．１３ｍｍと算出される。
【００２９】
ステップＳ１０６において、各サンプリング領域の空隙率を下記算出式（１）に基づき算出する（第６のステップに相当する）。
空隙率（ε）＝（サンプリング体積−占有体積）／サンプリング体積・・・・・（１）
ここで、サンプリング体積とは、各サンプリング領域の体積のことである。占有体積は、各サンプル領域における装入物の占有体積のことであり、各銘柄の重量を真密度で除して、これらを合算することにより算出される。
【００３０】
ステップＳ１０７において、高さ方向（試験炉体１５の炉径方向に直交する方向）に並ぶ圧力測定ポイント間（例えば、図５に図示する圧力測定ポイントＰ１、Ｐ２）のガス流速（Ｕ）を下記算出式（２）に基づいて、順次算出する（第７のステップに相当する）。なお、下記算出式（２）は、Ｅｒｇｕｎの公式である。
2015028209.tif 000003
【００３１】
ここで、△Ｐとは、圧力測定ポイント間の圧力差のことである。図５を例にした場合、圧力測定ポイントＰ１及びＰ２の圧力差が△Ｐに相当する。Ｌｐとは、圧力測定ポイント間の距離のことである。εは上述したように空隙率（ε）のことである。φは粒子の形状係数のことである。μは、試験送風機１８から送風される流体の粘度のことである。本実施形態では試験送風機１８から空気が送風されるため、空気の粘度がμとなる。ｄは、粒子の粒度のことである。図５を例にした場合、圧力測定ポイントＰ１及びＰ２間の各サンプリング領域の装入物の平均粒度（ステップＳ１０５で算出した平均粒度）を、各サンプリング領域に存在する装入物の重量で加重平均した値がｄとなる。Ｕは、ガスの流速のことである。つまり、上述の（２）式から、圧力測定ポイントＰ１及びＰ２の間を流れるガスの流速を算出することができる。ステップＳ１０７の処理は、高さ方向に並ぶ圧力測定ポイント間の全てにおいて実施される。
【００３２】
図６はステップＳ１０２で得られた各圧力測定ポイントの圧力データをマップ化して示した図である。ここに、横軸は炉中心から装入物までの無次元化距離（炉径方向の距離）：Ｘを示しており、縦軸はＳＬからの無次元化距離：Ｙを示している。ＳＬとは、ストックレベルのことである。表１は、図６のデータテーブルである。図７は、ステップＳ１０７で得られた圧力測定間のガス流速に関する計算結果をマッピングした図である。横軸が炉中心から装入物までの無次元化距離（炉径方向の距離）：Ｘを示しており、縦軸がＳＬからの距離：Ｙを示している。表２は、図７のデータテーブルである。ここに、無次元化距離XおよびYは、炉口半径（＝Ｒ１／２）を基準として無次元化されている。
【表１】
2015028209.tif 000004
【表２】
2015028209.tif 000005
【００３３】
ステップＳ１０８において、高さ方向にガス流速を平均化して、試験対象となる装入物の炉径方向におけるガス流速分布を得る。例えば、表２の場合、炉中心から炉径方向に向かって１３点に等分された各位置でのガス流速が平均化される。表２の最下段にその数値が示されている。
【００３４】
高炉塊状帯を流れるガスの流速は、装入面直上で直接測定できるようにも思える。しかし、実際の測定値は、装入面表面の形状を反映した測定値となるため、正確な測定ができないのが実態である。それに対して上述の方法によれば、高炉塊状帯を流れるガスのガス流速推定精度を高めることができる。
【００３５】
（推定されたガス流速分布の活用）
上述の方法によって求めた炉径方向のガス流速分布は、例えば、原料装入方法の良否を判定するために用いることができる。すなわち、炉径方向のガス流速分布と炉径方向の温度分布には相関関係があるから、温度分布の評価方法をガス流速分布の評価に援用することができる。具体的には、第１に炉径方向中心から３０〜４０％の範囲のガス流速が、それ以外の部分よりも高いこと、第２に炉径方向周辺側６０〜７０％の範囲のガス流速のバラツキが小さいこと、第３に前記周辺側領域における最大ガス流速を１としたときに、ガス流速が０．３以下の領域が特に炉壁側１０％の範囲に存在しないこと、これら三つの評価基準に基づき、ガス流速分布を評価することができる。
【００３６】
（還元負荷を推定する手順：ステップＳ１１０）
上述の方法によって推定した炉径方向のガス流速と対応する炉径方向の位置における円周断面積との積から、炉径方向のガス流量を推定する。例えば、表２の場合、炉中心から炉径方向に向かって１３点に等分された各炉径方向位置での円周断面積を算出し、この算出された各円周断面積に平均化されたガス流速をそれぞれ乗じることにより、各炉径方向位置でのガス流量を推定する。次に、これに基づいて、全ガス流量と各炉径方向位置におけるガス流量との比率であるガス流量比率を算出する。一方、サンプリング結果や層厚測定結果から、対象位置に存在する鉄鉱石の量を求め、それと円周断面積との積から径方向位置毎の鉄鉱石量を算出する。なお、層厚とは、鉄鉱石の表層から鉄鉱石及びコークスの界面までの距離のことである。次に、これに基づいて、全鉄鉱石量と各炉径方向位置に存在する鉄鉱石との比率である鉄鉱石存在比率を算出する。これらの炉径方向のガス流量比率および鉄鉱石存在比率の値を用いて、算出式（３）から炉径方向の還元負荷を推定することができる。
還元負荷＝鉄鉱石存在比率／ガス流量比率・・・（３）
【００３７】
ここで、還元負荷は単位還元ガス流量が還元しなければならない鉄鉱石の量を表す無次元数の指標であり、還元ガス流量と鉄鉱石量のバランスが全還元ガス量と全鉄鉱石量の比率となる場合には、この値は１となる。そのため、１を基準に、径方向位置毎のガス流量と鉄鉱石量のバランスを相対的に評価することができる。
【００３８】
（還元負荷と実炉でのガス利用率（以下、ηＣＯという場合がある）の対応）
上述の方法によって求めた炉径方向の還元負荷分布は、原料装入方法の良否を判定するために用いることができる。すなわち、炉径方向のガス成分は、還元ガス量と被還元対象となる鉄鉱石量の比率から決まるため、還元負荷分布の評価方法を装入物分布の還元ガス利用効率の評価に援用することができる。還元負荷とそれに対応する実炉のガス利用率をそれぞれ図９および図１０に示す。また、両者の相関関係を図１１に示す。図１１に示すように、両者には強い相関関係があり、還元負荷分布を用いて、対象の装入物分布形状の良否を判定できる。さらに、両者の炉径方向のパタンを比較すると、
I）還元負荷及びηＣＯは、無次元半径距離1.0のポイントよりも0のポイントの方が低くなっている。
II）還元負荷及びηＣＯの炉径方向における変化を表すグラフは、両者とも上に凸のカーブを描き、無次元半径0.6よりも少し内側の領域にピーク値がある。
III）還元負荷1を上回る無次元半径0.4のやや内側から0.8のやや外側の範囲は、ηCO50％を上回る範囲と一致する。
IV）ηCO40％を下回る範囲は無次元半径0.2より内側であり、これに対応する範囲は還元負荷0.8を下回る範囲である。
V）最中心点だけがηCO30％を下回るのに対し、還元負荷は最中心点だけが0.6を下回る。
以上の点が確認されることから、上述の方法によって求めた炉径方向の還元負荷分布は還元ガス利用効率の評価に十分に援用可能であると言える。
【００３９】
（推定された還元負荷分布の活用）
上述の方法によって推定された還元負荷分布に基づき、その時に採用した装入方法の良否を判定できる。
たとえば、第１に炉径方向中心から３０〜４０％の範囲の還元負荷が、それ以外の部分よりも低く、単調に増加していること、第２に炉径方向周辺側６０〜７０％の範囲の還元負荷のバラツキが小さいこと、第３に前記周辺側領域における最大還元負荷が0.6〜1.4を外れる領域が特に炉壁側１０％の範囲に存在しないこと、これら三つの評価基準を予め定めておく。そして、得られた還元負荷分布に対して前記評価基準を用いて判定することで、対象となる装入方法の良否を定めることができる。
【００４０】
（変形例１）
上述の実施形態では、Ｅｒｇｕｎの公式を用いてガス流速を算出したが、本発明はこれに限るものではなく、下記（３）式のＣａｒｍａｎの公式を用いることもできる。
△Ｐ／Ｌｐ＝ｆ(ρＵ2)(１-ε)/φｄε3・・・・・・・・（３）
ここで、ｆは摩擦係数であり、粒子基準のレイノズル数の関数となる。
【００４１】
（変形例２）
図８は、図５に対応しており、圧力測定ポイントの位置が上述の実施形態と異なる。すなわち、圧力測定ポイントＰ１´がサンプリング範囲の境界ではなくサンプリング範囲の内側にある場合には、一点鎖線で示すように、サンプリング範囲をさらに細分化して、ガス流速を推定すればよい。
【００４２】
（変形例３）
上述の試験炉体１５は、実炉のうち炉口部Ｋ及びシャフト部Ｌの上部（シャフト上部）を模した形状に構成されているが、本発明はこれに限るものではない。例えば、高炉装入物の実炉での堆積状態を再現できるのであれば、炉口部Ｋを実炉に模する必要はなく、試験炉体１５は、実炉のうちシャフト上部のみを模した形状であってもよい。シャフト上部を流れるガスの炉径方向における流速分布が推定できればよいからである。また、試験炉体１５は、実炉の全てを模した形状であってもよい。
【００４３】
（変形例４）
上述では、還元負荷の活用法として、その炉径方向の分布から判定する方法を示したが、図１１の還元負荷とηＣＯとの対応関係を用いて、炉径方向の還元負荷分布を炉径方向のηＣＯ分布に変換し、ガス利用率の観点から対象の装入物分布を評価できる。そして、変換されたηＣＯ分布の良否を判定してもよいし、また、それを平均化処理して全体のηＣＯを求めて、これに基づき判定してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・装入試験装置             １１・・・試験サージホッパー
１２・・・試験装入ベルトコンベア   １３・・・試験固定ホッパー
１４・・・試験旋回シュート         １５・・・試験炉体
１６・・・試験送風支管             １７・・・試験原料排出装置
１８・・・試験送風機
【図１】
2015028209.tif 000006
【図２】
2015028209.tif 000007
【図３】
2015028209.tif 000008
【図４】
2015028209.tif 000009
【図５】
2015028209.tif 000010
【図６】
2015028209.tif 000011
【図７】
2015028209.tif 000012
【図８】
2015028209.tif 000013
【図９】
2015028209.tif 000014
【図１０】
2015028209.tif 000015
【図１１】
2015028209.tif 000016