(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装入シュートを有するベルレス装入装置を用いて鉱石およびコークスを各々２バッチに分割して装入して前記鉱石および前記コークスをそれぞれ層状に堆積させる高炉への原料装入方法において、前記鉱石を粗粒鉱石と細粒鉱石との２バッチに分割し、コークスの第１バッチおよび前記粗粒鉱石を装入するにあたって前記高炉の半径方向における炉中心と炉壁との中間点より炉中心側で装入を開始して前記装入シュートを炉中心側から炉壁方向へ傾動させながら装入し、コークスの第２バッチおよび前記細粒鉱石を装入するにあたって前記高炉の半径方向における炉中心と炉壁との中間点より炉壁側で装入を開始して前記装入シュートを炉壁側から炉中心方向へ傾動させながら装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。  
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルレス装入装置を有する高炉への原料装入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に高炉の操業においては、高炉の炉頂から原料である塊鉱石，焼結鉱，ペレット等の鉱石やコークスを交互に装入して、鉱石およびコークスを層状に堆積させる。一方、高炉の下方の羽口から吹き込まれる熱風がコークスを燃焼して発生する高温の還元性ガスが、高炉内に堆積された原料の間隙を上昇しながら、原料の昇温や鉱石の還元を行なうことによって銑鉄を製造している。
【０００３】
高炉内に堆積されたコークスは燃焼して、また鉱石は還元あるいは溶融して、高炉内の下方へ降下していく。そこで炉頂から新たに鉱石およびコークスを交互に装入して、高炉内の原料を常時ほぼ一定の高さに維持しながら、連続的に銑鉄を製造する。
このように炉頂から交互に繰り返し装入する鉱石およびコークスの１サイクル分（以下、１チャージという）の装入量はそれぞれ所定の量になるように制御する。さらに高炉の生産性を向上するためには、高炉内の半径方向や円周方向の原料の消費を適切な状態に維持することによって高炉内の上昇ガス流を適切な状態に維持し、原料が連続的に降下するように調整する必要がある。
【０００４】
この適切な状態の上昇ガス流は生産量や原料の粒径分布などによって変化するものであるが、基本的には炉中心部のガス流は強く、かつ炉壁部のガス流が炉中間部よりもやや強くするのが好ましいとされている。このため、通常の操業では高炉内の原料は炉壁部よりも炉中心部を低くして、すり鉢状に装入する。原料をすり鉢状に堆積させると、炉中心部の原料層が薄くなるので、炉中心部で強いガス流を確保できる。
【０００５】
高炉内の上昇ガス流を適切な状態に維持するためには、１チャージ分の鉱石やコークス等の原料を、粒径等の性状によって分割して装入（以下、バッチという）し、それぞれのバッチを炉内の所定の位置に装入する必要がある。
ベルレス装入装置においては、高炉の炉頂に配設された炉頂バンカーから排出されたコークスや鉱石等の原料は、装入シュートを介して高炉内に装入される。装入シュートは高炉の中心軸の周囲を旋回するとともに、高炉の中心軸と装入シュートの原料が流れる方向とのなす角（以下、傾動角という）を変更することができる。したがって原料を装入する際に、装入シュートを旋回させながら傾動角を変更すると、高炉内の半径方向の原料堆積位置を調整できる。
【０００６】
すなわち傾動角を大きくすると原料は炉壁に近い方向へ飛び出して炉壁近傍に堆積し、傾動角を小さくすると原料は下方向へ飛び出して炉中心部に堆積する。このようにして傾動角を変更することによって、高炉内の半径方向の任意の位置に原料を装入することができる。
装入シュートを回転させながら原料を装入する際に、傾動角を大きい方から小さい方へ変更して、装入シュートを炉壁側から炉中心方向へ傾動させると、原料は炉壁側から炉中心側へ堆積されていく。逆に傾動角を小さい方から大きい方へ変更して、装入シュートを炉中心側から炉壁方向へ傾動させると、原料は炉中心側から炉壁側へ堆積されていく。
【０００７】
操業においては、装入シュートの傾動角と旋回数の組み合わせによって高炉半径方向の鉱石層厚／コークス層厚比を制御する。この高炉半径方向の鉱石層厚／コークス層厚比の分布制御は、装入物分布制御と呼ばれ、高炉半径方向のガス流分布を制御して高炉の操業を安定化する上で重要な技術である。
一般に、原料を装入する時の装入シュートは、炉壁側から炉中心方向へ傾動する。その際、炉頂バンカーからの原料の排出は、装入シュートが所定の回数の旋回を行なうのに必要な時間で終了するように、炉頂バンカー下部のゲートで流量調整されている。しかし原料の性状の変化等が原因となって排出時間が変化した場合、最終の傾動角で旋回する位置の装入量の過不足が生じる。
【０００８】
装入シュートが炉壁側から炉中心方向へ傾動するため、最終の傾動角での装入量の過不足は、炉中心部の鉱石層厚／コークス層厚比を変化させ、その結果、ガス流分布を変化させる原因になる。具体的には、鉱石の装入時の最終の傾動角における旋回が所定の回数より増えたり、コークスの装入時の最終の傾動角における旋回が所定の回数より減った場合は、炉中心部の鉱石層厚／コークス層厚比が増加してガス流が減少する。
【０００９】
逆に、コークスの装入時の最終の傾動角における旋回が所定の回数より増えたり、鉱石の装入時の最終の傾動角における旋回が所定の回数より減った場合は、炉中心部の鉱石層厚／コークス層厚比が減少してガス流が増加する。高炉の操業は、炉中心部のガス流が不足しても、過多であっても不安定になることが知られており、適切なガス流を維持して高炉の操業を安定化するために装入物分布制御を行なう必要がある。
【００１０】
鉱石はコークスに比べると嵩比重が約４倍である。鉱石がコークスより重いために、鉱石を装入したときに、その衝撃で、既に堆積しているコークス層の上層部を掘り起こして、コークス層を削り取るという現象が生じる。しかも装入シュートは炉壁側から炉中心方向へ傾動するので、コークスが削り取られた位置よりも炉中心側の斜面には、まだ鉱石は堆積していない。そのため削り取られたコークスは、すり鉢状の斜面に沿って炉中心部へ流れ込む。
【００１１】
鉱石の装入によって削り取られたコークスの流れ込みが発生すると、コークスが削り取られた位置および炉中心部の鉱石層厚／コークス層厚比の分布が変動する。その結果、高炉内のガス流分布の制御に支障をきたすことになる。
通常の装入シュートの傾動は、上記した通り、炉壁側から炉中心方向へ傾動するが、特公平8-11804 号公報には、ベルレス式高炉の異種原料装入方法が開示されている。この方法は、装入シュートを炉中心側から炉壁方向へ傾動させ、鉄源および還元剤を複数のバッチに分割して装入することによって炉内の堆積量分布の制御性を向上させようとするものである。しかしこの方法では、炉頂バンカーからの原料の排出時間が変化した場合に、炉壁部の鉱石層厚／コークス層厚比の変動に影響を与え、炉壁部のガス流を変動させる原因になる。つまり装入シュートを炉中心側から炉壁方向へ傾動させて原料を装入する方法を用いても、炉壁部のガス流の変動は避けられない。
【００１２】
炉中心部のガス流のみならず、炉壁部のガス流の制御も高炉の安定操業を維持するために重要であることは知られており、従来の装入方法ではガス流が変動するため高炉の操業を乱すという問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、ベルレス装入装置を有する高炉へ原料を装入する際に、炉頂バンカーからの原料排出時間の変化が炉中心部や炉壁部の鉱石層厚／コークス層厚比およびガス流の変動に及ぼす影響を低減して高炉の操業を安定化させる原料装入方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、装入シュートを有するベルレス装入装置を用いて鉱石およびコークスを各々２バッチに分割して装入して鉱石およびコークスをそれぞれ層状に堆積させる高炉への原料装入方法において、鉱石を粗粒鉱石と細粒鉱石との２バッチに分割し、コークスの第１バッチおよび粗粒鉱石を装入するにあたって高炉の半径方向における炉中心と炉壁との中間点より炉中心側で装入を開始して装入シュートを炉中心側から炉壁方向へ傾動させながら装入し、コークスの第２バッチおよび細粒鉱石を装入するにあたって高炉の半径方向における炉中心と炉壁との中間点より炉壁側で装入を開始して装入シュートを炉壁側から炉中心方向へ傾動させながら装入する高炉への原料装入方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の原料装入方法を用いて、コークスを２バッチに分割して装入する例を示す模式図であり、 (a)は第１バッチ５の装入の例、 (b)は第２バッチ６の装入の例を示す。
１チャージ分のコークスを粒径等の性状によって２バッチに分割して装入する場合、まず図１(a) に示すように、装入シュート３を、高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉中心側から炉壁方向へ傾動させて、コークスの第１バッチ５を半径方向の途中まで装入する。このバッチの装入は、高炉１の半径方向の１／２の位置（以下、中間点という）より炉中心側で開始されるので、装入シュート３を炉中心側から炉壁方向へ傾動させる。図１(a) 中の矢印は装入シュート３の傾動方向を示す。炉頂ホッパー２からのコークスの第１バッチ５の排出時間の変動は、この第１バッチ５層の最も炉壁４側である装入シュート３の最終の傾動角で旋回する位置の厚さの変化として現れる。
【００１７】
次に図１(b) に示すように、装入シュート３を、高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、コークスの第２バッチ６をコークスの第１バッチ５層の外周まで装入する。このバッチの装入は、高炉１の半径方向の中間点より炉壁側で開始されるので、装入シュート３を炉壁側から炉中心方向へ傾動させる。図１(b) 中の矢印は装入シュート３の傾動方向を示す。炉頂ホッパー２からのコークスの第２バッチ６の排出時間の変動は、この第２バッチ６層の最も炉中心側である装入シュート３の最終の傾動角で旋回する位置の厚さの変化として現れる。したがって、炉中心部と炉壁部のコークス層の厚さは、炉頂ホッパー２からの排出時間が変動しても影響を受けない。
【００１８】
さらに図２に示すように、１チャージ分の鉱石を粒径等の性状によって２バッチに分割して装入する場合、装入シュート３を、高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉中心側から炉壁方向へ傾動させて、鉱石の第１バッチ７を半径方向の途中まで装入する。このバッチの装入は、高炉１の半径方向の中間点より炉中心側で開始されるので、装入シュート３を炉中心側から炉壁方向へ傾動させる。炉頂ホッパー２からの鉱石の第１バッチ７の排出時間の変動は、この第１バッチ７の層の最も炉壁４側である装入シュート３の最終の傾動角で旋回する位置の厚さの変化として現れる。
【００１９】
次に装入シュート３を、高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、鉱石の第２バッチ８を鉱石の第１バッチ７層の外周まで装入する。このバッチの装入は、高炉１の半径方向の中間点より炉壁側で開始されるので、装入シュート３を炉壁側から炉中心方向へ傾動させる。炉頂ホッパー２からの鉱石の第２バッチ８の排出時間の変動は、この第２バッチ８の層の最も炉中心側である装入シュート３の最終の傾動角で旋回する位置の厚さの変化として現れる。
【００２０】
したがって、炉中心部と炉壁部の鉱石層の厚さは、炉頂ホッパー２からの排出時間が変動しても影響を受けない。なお図２中の矢印は、原料が堆積されていく方向を示す。
このようにして、炉中心部および炉壁部の鉱石層厚／コークス層厚比が、炉頂ホッパー２からの排出時間の変化による影響を受けない装入が可能となる。
【００２１】
以上に説明した装入方法では、炉中心部から炉壁方向へ装入するコークスの第１バッチ５および鉱石の第１バッチ７は炉壁部に装入されず、炉壁部から炉中心方向へ装入されるコークスの第２バッチ６および鉱石の第２バッチ８は中心部に装入されない。この装入方法が本発明の効果が最も大きく現われる。
一方、１バッチの装入が高炉１の半径方向の中間点より炉壁側から開始されて炉中心部まで装入される場合、あるいは１バッチの装入が高炉１の半径方向の中間点より中心側から開始されて炉壁部まで装入される場合がある。その例を図３に示す。図３中の矢印は原料が堆積していく方向を示す。
【００２２】
図３において、装入シュート３を、高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、コークスの第１バッチ５を炉壁部から炉中心部まで装入する。次に装入シュート３を、高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉中心側から炉壁方向へ傾動させて、コークスの第２バッチ６を炉中心部から半径方向の途中まで装入する。さらに装入シュート３を、高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉中心側から炉壁方向へ傾動させて、鉱石の第１バッチ７を炉中心部から炉壁部まで装入した後、装入シュート３を炉壁側から炉中心方向へ傾動させて鉱石の第２バッチ８を炉壁部から半径方向の途中まで装入する。
【００２３】
この場合は、コークスの第１バッチ５の炉頂ホッパー２からの排出時間の変化が、この第１バッチ５の炉中心部の厚さの変動として現われる。しかしコークスの第２バッチ６を炉中心部から装入することによって、１チャージの層厚の変動を抑制できる。また鉱石の第１バッチ７の炉頂ホッパー２からの排出時間の変化は、この第１バッチ７の炉壁部の厚さの変動として現われる。しかし鉱石の第２バッチ８を炉壁部から装入することによって、１チャージの層厚の変動を抑制できる。
【００２４】
なお本発明においては、鉱石を粗粒鉱石と細粒鉱石との２バッチに分割し、粗粒鉱石は高炉１の半径方向の中間点より炉中心側で装入を開始し、細粒鉱石は高炉１の半径方向の中間点より炉壁側で装入を開始することが好ましい。
つまり図２に示すように、鉱石の第１バッチ７として粗粒鉱石を装入する。その際、装入シュート３を高炉１の中心軸を中心として旋回させながら、炉中心側から炉壁方向へ傾動させて、鉱石の第１バッチ７（すなわち粗粒鉱石）を半径方向の途中まで装入する。このバッチの装入は、高炉１の半径方向の中間点より炉中心側で開始されるので、装入シュート３を炉中心側から炉壁方向へ傾動させる。
【００２５】
鉱石の嵩密度はコークスより大きいので、粗粒鉱石がコークス層上に落下したとき、その衝撃でコークス層を削り取る。粗粒鉱石を装入するときは、装入シュート３を炉中心側から炉壁方向へ傾動させるので、粗粒鉱石が装入されてコークスが削り取られた位置から炉中心側には粗粒鉱石が堆積している。炉中心側に堆積した粗粒鉱石は、削り取られたコークスが炉中心部へ流れ込むのを防止する。したがって、コークスの削り取りが発生した位置や炉中心部の鉱石層厚／コークス層厚比の変動を抑えることができる。
【００２６】
細粒鉱石は、図２に示すように、鉱石の第２バッチ８として装入する。その際、装入シュート３を高炉１の中心軸を中心として旋回させながら、炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、鉱石の第２バッチ８（すなわち細粒鉱石）を鉱石の第１バッチ７（すなわち粗粒鉱石）層の外周まで装入する。このバッチの装入は、高炉１の半径方向の中間点より炉壁側で開始されるので、装入シュート３を炉壁側から炉中心方向へ傾動させる。
【００２７】
細粒鉱石を装入する場合は、粗粒鉱石のようなコークス層の削り取り現象は顕著ではない。細粒鉱石を装入するときは、装入シュート３を炉壁側から炉中心方向へ傾動させるので、細粒鉱石が装入された位置から炉中心側には細粒鉱石は堆積していない。そのため、細粒鉱石の中の比較的大径の鉱石が、装入された位置から、すり鉢状の斜面に沿って炉中心側へ流れ込み、鉱石の第１バッチ７として装入した粗粒鉱石層の外周まで流れ込む。一方、小径の鉱石は装入された位置に堆積し、かつコークス層の著しい削り取りは発生しない。こうして鉱石層厚／コークス層厚比の変動を抑えることができる。
【００２８】
また図３に示すように、鉱石の第１バッチ７として粗粒鉱石を装入する。その際、装入シュート３を高炉１の中心軸を中心として旋回させながら、炉中心側から炉壁方向へ傾動させて、鉱石の第１バッチ７（すなわち粗粒鉱石）を炉中心部から炉壁部まで装入する。次いで、鉱石の第２バッチ８として細粒鉱石を装入する。その際、装入シュート３を高炉１の中心軸を中心として旋回させながら、炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、鉱石の第２バッチ８（すなわち細粒鉱石）を半径方向の途中まで装入する。
【００２９】
このような装入方法を用いても、コークスの削り取りが発生した位置や炉中心部の鉱石層厚／コークス層厚比の変動を抑えることができる。
ここで粗粒鉱石は粒度５mm以上の鉱石を指し、細粒鉱石は粒度５mm未満の鉱石を指す。また鉱石の第２バッチ８として、全量粒度５mm未満の細粒鉱石を装入しても良いし、粒度５mm未満の細粒鉱石に粒度５mm以上の粗粒鉱石を混合して装入しても良い。
【００３０】
【実施例】
コークスおよび鉱石を各々２バッチに分割（１チャージ合計４バッチ）して、高炉１に装入して操業した。
まず図４に示すような従来の装入方法で原料を装入した。すなわち図４に示すように、装入シュート３を高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、コークスの第１バッチ５を半径方向の途中から炉中心部まで装入し、次いで装入シュート３を炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、コークスの第２バッチ６を炉壁部から第１バッチ５層の外周まで装入した。
【００３１】
次に、装入シュート３を高炉１の中心軸を中心として回転させながら、炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、鉱石の第１バッチ７を半径方向の途中から炉中心部まで装入し、次いで装入シュート３を炉壁側から炉中心方向へ傾動させて、鉱石の第２バッチ８を炉壁部から第１バッチ７層の外周まで装入した。鉱石の第１バッチ７は粒度５mm以上の鉱石とし、鉱石の第２バッチ８は粒度５mm未満の鉱石とした。図４中の矢印は、原料が堆積されていく方向を示す。
【００３２】
この装入方法によると、各バッチの装入の際に、装入シュート３は炉壁４側から炉中心方向へ傾動するため、最終の傾動角で旋回する位置の装入量の過不足が生じた場合、あるいは鉱石の装入によってコークス層の削り取りが発生した場合に、炉中心部や削り取りが発生した位置の鉱石層厚／コークス層厚比が変動し、その結果、炉中心部のガス流が変動する。
【００３３】
さらに図２に示すような本発明の装入方法で原料を装入しながら、高炉１の操業を継続した。鉱石の第１バッチ７は粒度５mm以上の鉱石とし、鉱石の第２バッチ８は粒度５mm未満の鉱石とした。本発明の装入方法における各バッチの装入順および装入シュート３の傾動方向は、上記の図１および図２の説明と同じである。
【００３４】
このようにして高炉１を操業しながら、シャフトガスゾンデを用いて炉中心部の炉内ガスからサンプルを採取し、このサンプルをガスクロマトグラフィーにより分析し、ＣＯガス，ＣＯ2 ガスの体積濃度を測定し、ガス利用率ηCOを求めた（３回／日）。ガス利用率ηCO（％）は下記の (1)式で表わされる。
ηCO（％）＝100 ×ＣＯ2 vol%  ／（ＣＯvol%＋ＣＯ2 vol%）・・・ (1)
その結果を、通気抵抗指数σの日内偏差の推移とともに、図５に示す。なお通気抵抗指数σは下記の (2)式で表わされる。なお炉内圧損は、送風圧から炉頂圧を差し引いて求めた。
【００３５】
σ（10-3kpa ／Nm3/min ）＝炉内圧損／送風量  ・・・ (2)
図５から明らかなように、従来の装入方法で原料を装入しながら操業した期間はガス利用率ηCOのばらつきが大きいが、本発明の装入方法を適用した後はηCOのばらつきが小さくなっている。このように、本発明の装入方法を適用することによってガス分布が安定するため、高炉１内の通気変動が減少し、高炉１を安定して操業することができる。これは、本発明の装入方法を適用した後は、通気抵抗指数σが減少し、かつ一定のレベルを維持して推移していることから明らかである。
【００３６】
【発明の効果】
本発明では、装入シュートを有するベルレス装入装置を用いて高炉へ原料を装入する際に、炉頂バンカーからの原料排出時間の変化による炉中心部および炉壁部の鉱石層厚／コークス層厚比の変動を抑制し、その結果、ガス流の変動が減少して高炉の安定操業が達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原料装入方法を用いてコークスを２バッチに分割して装入する例を示す模式図であり、 (a)は第１バッチの装入の例、 (b)は第２バッチの装入の例を示す。
【図２】本発明の原料装入方法を用いて鉱石を２バッチに分割して装入する例を示す模式図である。
【図３】本発明の原料装入方法による他の装入例を示す模式図である。
【図４】従来の原料装入方法による装入例を示す模式図である。
【図５】ガス利用率および通気抵抗指数の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１  高炉
２  炉頂バンカー
３  装入シュート
４  炉壁
５  コークスの第１バッチ
６  コークスの第２バッチ
７  鉱石の第１バッチ
８  鉱石の第２バッチ
【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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