(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂部周壁にガス吸引口を備え、ガス吸引口より上の炉内域の原燃料に堆積させ、その堆積で、炉頂部を封止する封止帯を形成して操業する竪型炉において、
（ｉ）上記炉頂部を封止する封止帯に、原燃料の堆積領域を区画する鋼製直円筒を備え、かつ、
（ii）炉頂の上方に、(ii-1)上記鋼製直円筒の開口を閉鎖する底面を有する円錐状誘導部材、(ii-2)上記鋼製直円筒の開口と直通する底部開口を有する逆円錐状誘導部材、及び、(ii-3)上記円錐状誘導部材又は上記逆円錐状誘導部材を、上記鋼製直円筒の直上に着脱する着脱機構を備え、上記鋼製直円筒と協働し、性状の異なる原燃料を、該鋼製直円筒の内外に区分して装入する原燃料装入装置を備えたことを特徴とする竪型炉。
【請求項２】
前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側に設定した支点を中心に、垂直面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に移動させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の竪型炉。
【請求項３】
前記回転機構において、支点を挟んで、円錐状誘導部及び逆円錐状誘導部材の反対側に、該ガイド部材の重量に釣り合う錘を備えることを特徴とする請求項２に記載の竪型炉。
【請求項４】
前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側又は片側に設定した支点を中心に、水平面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に回転移動させる回転機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の竪型炉。
【請求項５】
前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、両端に載置した長尺構造部材を、炉頂を挟んで、水平面内で往復動させる往復動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の竪型炉。
【請求項６】
前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を載置した台車を、炉頂を挟んで、往復動させる往復動機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の竪型炉。
【請求項７】
前記炉頂部に、鋼製直円筒の内外の原燃料レベルを測定するレベル測定装置を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の竪型炉。
【請求項８】
前記鋼製直円筒が、炉頂開口部の内壁に設置した支持部材に載置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の竪型炉。
【請求項９】
前記鋼製直円筒の開口面積と炉頂内壁と鋼製直円筒間の面積の比が、性状の異なる原燃料の装入量比に応じて設定されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の竪型炉。
【請求項１０】
前記鋼製直円筒の開口面積と炉頂内壁と直円筒間の面積の比が、１／２であることを特徴とする請求項９に記載の竪型炉。
【請求項１１】
前記鋼製直円筒が、ステンレス鋼製であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の竪型炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉頂の上方に、性状の異なる原燃料を区分して装入する装入装置を備え、かつ、炉頂部に、区分して装入された原燃料の堆積領域を区画する直円筒を備える竪型炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉄屑、鋳物屑、銑鉄等の鉄源を、竪型炉（キュポラ）で溶解し、銑鉄を製造することが行われている。この種の竪型炉では、還元をしないので、羽口部で、還元ガスを製造する必要がなく、コークスを燃焼して、原燃料の昇熱又は溶解に必要な熱源を確保する。
【０００３】
通常、竪型炉では、混合して装入した原燃料（鉄源とコークス）を、燃焼効率：ηCO（＝ＣＯ2／（ＣＯ＋ＣＯ2）４０〜５０％で溶解する。このηCOが４０〜５０％程度のガスを得るため、通常、粒径：１００〜１５０ｍｍ程度の鋳物用大径コークスを使用し、コークス燃焼後のソルーションロス反応を抑制する。
【０００４】
しかし、鋳物用大径コークスは高価であるので、近年、燃料コストを削減するため、高炉用コークスのような小径コークスを使用することが試みられている。
【０００５】
ただし、小径コークスを用いると、吸熱反応であるソルーションロス反応が進行して、コークスの燃焼効率ηCOが低下し、その結果、鉄源の溶解に必要な熱量が不足して、操業が不安定となることは避けられない。
【０００６】
一方、近年、竪型炉で、自己還元性鉱塊、及び、鉄屑を主原料とし、自己還元性鉱塊を還元しつつ、鉄屑を溶解する操業を行うようになってきた。
【０００７】
例えば、非特許文献１には、還元機能も必要とする竪型炉において、送風温度６００℃以下で、羽口先に、レースウエイを形成しないで操業を行ったことが報告されている。また、特許文献１で、小径コークス、及び、多量の自己還元性鉱塊を使用し、高い燃焼効率ηCOの下で鉄屑を溶解する、複雑な炉体構造の溶解炉が提案されている。
【０００８】
しかし、竪型炉において、自己還元性鉱塊及び鉄屑を主原料とし、小径の固体燃料（小径コークス、高炉コークス）を多量に使用して、自己還元性鉱塊を還元しつつ、鉄屑を溶解する操業を行う場合、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、操業を、長期間、効率よく安定的に行うことは技術的に難しく、従来から、技術課題として認識されていた。
【０００９】
そこで、特許文献２には、還元が必要な鉄源、溶解だけでよい鉄源、及び、固体燃料を竪型炉に装入し、炉壁に設けた羽口から、常温又は６００℃以下の酸素富化空気を送風して、還元と溶解を行う操業方法において、鉄源の平均金属化率に基づいて、還元と溶解に最適なηCO（ガス利用率）を求め、排ガスのηCOを、装入物の炉内高さを調節して、最適範囲に制御する操業方法が提案されている。
【００１０】
しかし、上記操業方法においては、還元が必要な鉄源と、溶解だけでよい鉄源の配合割合が変化する都度、最適なηCO（ガス利用率）を求める必要があり、鉄源の配合割合が制約される。
【００１１】
また、上記操業方法においては、炉上部から、金属化率の高い鉄源を固体燃料と混合して炉中心部に装入し、金属化率が低い鉄源を固体燃料と混合して炉周辺部に装入するが、装入の際、炉下部のコークスベッドの高さを調節する必要がある。
【００１２】
さらに、炉中心部に、固体燃料と鉄源を混合して装入する際、固体燃料中のＣと鉄源中のＦｅの重量比を０．０１〜０．０５にする必要があり、また、炉中心部に対する炉周辺部の装入レベル（ストックレベル）を、鉄源の平均金属化率に応じて変える必要がある。
【００１３】
このように、特許文献２提案の操業方法は、制御要因が多く、実操業には採用し難い操業方法である。
【００１４】
また、特許文献３及び特許文献４には、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、操業を、長期間、効率よく安定的に行うことを目的とし、それぞれ、原燃料装入方法及び原燃料装入装置が提案されている。
【００１５】
特許文献３提案の原燃料装入方法は、自己還元性鉱塊、ダスト塊成鉱、鉄屑等の鉄源、小粒固体燃料等の原燃料を竪型炉に装入する時、鉄源／固体燃料の重量比等を、装入チャージ毎に変更するとともに、炉周辺部と炉中心部に区分して装入することを特徴とするが、原燃料の装入時、鉄源／固体燃料の重量比等を、装入チャージ毎に変更するためには、煩雑な手順を踏む必要があり、実操業に、必ずしも好適なものではない。
【００１６】
特許文献３には、原燃料を装入する際、装入ガイドを用い、炉周辺部と炉中心部に区分して装入する装入態様が記載されている（図３、参照）が、装入した原燃料は、既存の原燃料の上に堆積する時、炉周辺部又は炉中心部に流動し、必ずしも、所定の領域に堆積せず、所期の効果が得られない場合がある。
【００１７】
また、特許文献４提案の原燃料装入装置は、円錐体ベルと、半径方向に複数に分割され、下部がテーパー状に縮径されて、底部に排出口を備える、水平移動自在の原燃料ガイド部材を備え、原燃料を炉中央部と炉周辺部に選択的に装入するガイド装置からなるが、ガイド装置を通過した原燃料が、既存の原燃料の上に堆積する時、炉周辺部又は炉中心部に流動し、必ずしも、所定の領域に堆積せず、所期の効果が得られない場合がある。
【００１８】
結局、従来の原燃料装入方法及び原燃料装入装置においては、単に、区分した原燃料を装入するだけのものであるので、区分した原燃料が、所定の領域に堆積しない。その結果、還元と溶解を行う竪型炉の操業において、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、操業を、長期間、効率よく安定的に行うことが困難となる。
【００１９】
【特許文献１】特表平０１−５０１４０１号公報
【特許文献２】特開平１０−０３６９０６号公報
【特許文献３】特開平０９−２０３５８４号公報
【特許文献４】特許３５８６３５５号公報
【非特許文献１】Gokselら、Transactions of the American Foundrymen's Society Vol 85 AFSDes Plaines. III. (1977). p.327-332
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、原燃料の装入態様が、還元と溶解を行う竪型炉の操業に影響を及ぼすことに鑑み、炉頂から、性状に応じて原燃料を区分して装入するとともに、装入した原燃料を、狙いどおり、所定の領域に堆積させることを課題とする。
【００２１】
そして、上記課題を解決する手段を見いだし、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができる竪型炉を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者は、炉頂部周壁にガス吸引口を備え、ガス吸引口より上の炉内域の原燃料で、炉頂部を封止して操業する竪型炉において、上記課題を解決する原燃料の装入手段を検討するに際し、前述したように、原燃料の装入態様のみに着目した手段では、課題の解決に至らないことに鑑み、原燃料を堆積する炉頂部の構造をも含めて、鋭意検討した。
【００２３】
その結果、（ｉ）炉頂部の封止帯に、原燃料の堆積領域を区画する鋼製直円筒を設け、かつ、（ii）炉頂の上方に、上記鋼製直円筒と協働し、性状の異なる原燃料を、該鋼製直円筒の内外に区分して装入する原燃料装入装置を配置して、区分した原燃料を、上記鋼製直円筒の内外に、適宜、装入すれば、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができることが判明した。
【００２４】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２５】
（１）炉頂部周壁にガス吸引口を備え、ガス吸引口より上の炉内域の原燃料に堆積させ、その堆積で、炉頂部を封止する封止帯を形成して操業する竪型炉において、
（ｉ）上記炉頂部を封止する封止帯に、原燃料の堆積領域を区画する鋼製直円筒を備え、かつ、
（ii）炉頂の上方に、(ii-1)上記鋼製直円筒の開口を閉鎖する底面を有する円錐状誘導部材、(ii-2)上記鋼製直円筒の開口と直通する底部開口を有する逆円錐状誘導部材、及び、(ii-3)上記円錐状誘導部材又は上記逆円錐状誘導部材を、上記鋼製直円筒の直上に着脱する着脱機構を備え、上記鋼製直円筒と協働し、性状の異なる原燃料を、該鋼製直円筒の内外に区分して装入する原燃料装入装置を備えたことを特徴とする竪型炉。
【００２８】
（２）前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側に設定した支点を中心に、垂直面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に移動させる回転機構を備えることを特徴とする前記（１）に記載の竪型炉。
【００２９】
（３）前記回転機構において、支点を挟んで、円錐状誘導部及び逆円錐状誘導部材の反対側に、該ガイド部材の重量に釣り合う錘を備えることを特徴とする前記（２）に記載の竪型炉。
【００３０】
（４）前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側又は片側に設定した支点を中心に、水平面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に回転移動させる回転機構を備えることを特徴とする前記（１）に記載の竪型炉。
【００３１】
（５）前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、両端に載置した長尺構造部材を、炉頂を挟んで、水平面内で往復動させる往復動機構を備えることを特徴とする前記（１）に記載の竪型炉。
【００３２】
（６）前記着脱機構が、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を載置した台車を、炉頂を挟んで、往復動させる往復動機構を備えることを特徴とする前記（１）に記載の竪型炉。
【００３３】
（７）前記炉頂部に、鋼製直円筒の内外の原燃料レベルを測定するレベル測定装置を備えたことを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載の竪型炉。
【００３４】
（８）前記鋼製直円筒が、炉頂開口部の内壁に設置した支持部材に載置されていることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載の竪型炉。
【００３５】
（９）前記鋼製直円筒の開口面積と炉頂内壁と鋼製直円筒間の面積の比が、性状の異なる原燃料の装入量比に応じて設定されていることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載の竪型炉。
【００３６】
（１０）前記鋼製直円筒の開口面積と炉頂内壁と直円筒間の面積の比が、１／２であることを特徴とする前記（９）に記載の竪型炉。
【００３７】
（１１）前記鋼製直円筒が、ステンレス鋼製であることを特徴とする前記（１）〜（１０）のいずれかに記載の竪型炉。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができる竪型炉を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明について、図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１に、原燃料が炉内に装入されていない状態の本発明に係る竪型炉（本発明炉）の一態様を示す。竪型炉１は、基本的に、下部に上段羽口６ａ及び下段羽口６ｂを備える炉本体２、炉本体２の上部に設けたガス吸引部４、及び、ガス吸引部４内に貫通して設けられ、内部に収容する原燃料（図示なし）で炉本体１の上部を封止する炉頂部３から構成されている。
【００４１】
なお、炉頂部３は、鉄皮で構成するが、ガス吸引部４の中に挿入されている部分の外側は、耐火物で覆われている。
【００４２】
羽口は、基本的には、図１に示すように、炉の高さ方向に、上段羽口６ａ及び下段羽口６ｂの２段を設けるが、上段羽口６ａは、炉下部に充填されたコークスベッド２０の表面直上の高さ位置に設け、下段羽口６ｂは、コークスベッド２０内の高さ位置に設ける。
【００４３】
羽口径は、羽口先でレースウエイを作らないよう、高炉に比べて送風速度が遅くなるように設定する。なお、本発明は、２段の羽口に限られるものではなく、送風条件により、１段の羽口で行うことも可能である。
【００４４】
上段羽口６ａ及び下段羽口６ｂの２段の羽口から送風する場合は、下段羽口６ｂから、室温又は６００℃以下の空気を吹き込んで、主として、コークスを燃焼させるとともに、上段羽口６ａから、室温の空気を吹き込んで、一部燃焼ガス（ＣＯ2）とコークスのソルーションロス反応（吸熱）で生成したＣＯガスを燃焼させ、コークスのソルーションロス反応（吸熱）による鉄源の溶融熱量の低下を補償することを行う。
【００４５】
なお、１段の羽口送風する場合は、羽口を、下段羽口６ｂと同じ高さ位置に設け、コークスの燃焼を促進し、鉄源の溶融熱量を高めるために、下段羽口６ｂから吹き込む室温又は６００℃以下の空気に酸素を富化し、酸素濃度を高めることが必要となる。
【００４６】
一方、図１に示す２段の羽口から送風する場合は、上段羽口６ａからの送風により、熱量を補償することができるので、下段羽口６ｂから吹き込む室温又は６００℃以下の空気に酸素を富化し、コークスの燃焼を促進し、鉄源の溶融熱量を高めることは、必ずしも必要としない。
【００４７】
竪型炉１で還元又は溶解する原燃料は、それぞれの原料ホッパー（図示なし）から切り出され、それぞれ、秤量器（図示なし）で秤量された後、装入装置であるバケット９内に収容され、炉頂部３の上方に運ばれてきて、バケット９を介して、竪型炉１の炉頂部３から、竪型炉１の下部に形成したコークスベッド８の上に、固体燃料と鉄源が層状又は混合状態となるように装入される。
【００４８】
燃料としては、小径の炭素質の固体燃料を使用するが、主として、小径のコークス（高炉コークス）を多量に使用する。原料としては、ホットブリケット還元鉄（ＭＢＩ）、直接還元鉄（ＤＲＩ）、鉄屑、型銑等の、溶解のみが必要な鉄源と、自己還元性鉱塊（含Ｃ塊成鉱）、金属化率の低い還元鉄等の、還元が必要な鉄源を併用する。
【００４９】
本発明炉においては、炉頂部３の内側に、下端が、ガス吸引部４の上端近くまで伸びている鋼製直円筒７が、直円筒支持部材８で支持されていて、この鋼製直円筒７の内外に、異なる性状の原燃料が堆積する。
【００５０】
本発明炉においては、炉頂部の内側に、鋼製直円筒が取り付けられている点が、操業を、長時間、効率よく安定的に行うための構造的特徴である。なお、鋼製直円筒は、耐磨耗性に優れたステンレス鋼製のものが好ましい。
【００５１】
鋼製直円筒の開口面積は、鋼製直円筒７の内外に区分して装入する原燃料の量比に応じ設定する。
【００５２】
鋼製直円筒は、図１に示すように、炉頂部３の内側に、直円筒支持部材８で取り付けられているので、適宜、交換することが可能である。
【００５３】
そして、本発明炉においては、小径のコークス（高炉コークス）を多量に使用しても、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うために、原燃料を性状に応じて区分して、鋼製直円筒の内外に装入し、堆積させる。
【００５４】
具体的には、溶解のみが必要な鉄源、又は、該鉄源と固体燃料（以下「溶解原燃料」ということがある。）を、鋼製直円筒７の内に装入して、堆積させ、一方、還元が必要な鉄源、又は、該鉄源と固体燃料（以下「還元原燃料」ということがある。）を、炉頂部内周と鋼製直円筒７の間に装入し、堆積させる。
【００５５】
図１には、炉頂部３の内側に取り付けた鋼製直円筒７と協働して、溶解原燃料を、鋼製直円筒７の内部に装入する逆円錐状誘導部材１０を示した。
【００５６】
逆円錐状誘導部材１０は、図に示すように、底部に、鋼製直円筒７の径と略同じ径の開口を備えているので、バケット９に収容されている溶解原燃料は、逆円錐状誘導部材１０の底部開口を通過して、鋼製直円筒７の内部に装入され、堆積する。
【００５７】
図１には、還元原燃料を、炉頂部内周と鋼製直円筒７の間に装入するために用いる円錐状誘導部材１１が、退避位置に退避している状態を示したが、操業中、逆円錐状誘導部材１０及び円錐状誘導部材１１は、原燃料装入スケジュールに従い、着脱機構により、退避位置から、鋼製直円筒７の上方に定置される。
【００５８】
円錐状誘導部材１１は、炉頂内に収まる大きさの底部を備えていて、その中央に、底面が、鋼製直円筒７の径と略同じ径の円錐状の底部が形成され、その周囲に、原燃料が通る開口が形成されている。
【００５９】
図２に、油圧機構を備える着脱機構を駆動して、逆円錐状誘導部材、又は、円錐状誘導部材を、鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示す。図２（ａ）は、逆円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示し、図２（ｂ）は、円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示す。
【００６０】
図２（ａ）及び（ｂ）において、作業床の上に設けた基台１８の上に、逆円錐状誘導部材１０及び円錐状誘導部材１１を保持する誘導部材保持枠１４の回転軸１５を固定する回転軸固定部材１６、一端が誘導部材保持枠１４の回転軸１５近傍に連結された油圧機構１２、及び、逆円錐状誘導部材１０又は円錐状誘導部材１１を鋼製直円筒７の上部に定置する時、誘導部材保持枠１４の両端を支持する支持部材１７が、配置されている。
【００６１】
なお、誘導部材保持枠１４の一方の端部には、油圧機構１２による誘導部材保持枠１４の回転を円滑に行うための錘１３が取り付けられている。
【００６２】
図２（ａ）は、逆円錐状誘導部材１０が、炉頂部３において、鋼製直円筒７の上方に定置され、円錐状誘導部材１１が、退避位置に退避し、バケット（図示なし）の底部を開放し、溶解原燃料Ｘを、鋼製直円筒７の内部に装入している状態を示している。
【００６３】
所要量の溶解原燃料Ｘの装入が終了すると、油圧機構１２を駆動し、図２（ｂ）に示すように、逆円錐状誘導部材１０を、退避位置に退避させ、円錐状誘導部材１１を、鋼製直円筒７の上方に定置し、還元原燃料Ｙを収容するバケット（図示なし）の底部を開放し、還元原燃料Ｙの装入を開始する。
【００６４】
油圧機構１２は、油圧機構制御装置（図示なし）により制御されるように構成されているので、原燃料の装入スケジュールに従い、油圧機構１２を駆動し、操業開始時、及び、操業中、異なる性状の原燃料（溶解原燃料Ｘ及び還元原燃料Ｙ）を、それぞれ、所定の領域（鋼製直円筒７の内外）に装入する。この点が、本発明炉の特徴である。
【００６５】
なお、図２には、着脱機構として、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側に設定した回転軸（支点）を中心に、垂直面内で、退避位置から鋼製直円筒の直上に移動させ、定置する回転機構を示したが、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材の定置、退避は、この回転機構に限られるものではない。
【００６６】
回転機構は、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、炉頂の両側又は片側に設定した支点を中心に、水平面内で、退避位置から直円筒の直上に回転移動させる回転機構でもよい。
【００６７】
また、着脱機構は、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を、両端に載置した長尺構造部材を、炉頂を挟んで、水平面内で往復動させる往復動機構を備えものでもよいし、円錐状誘導部材及び逆円錐状誘導部材を載置した台車を、炉頂を挟んで、往復動させる往復動機構を備えるものでもよい。
【００６８】
図３に、操業中の竪型炉の内部における、溶解原燃料Ｘ及び還元原燃料Ｙの堆積状態を示す。本発明炉においては、ガス吸引部の上方に位置する炉頂部３に原燃料を堆積させ、その堆積で、炉頂部に、炉頂を封止する封止帯を形成（これを「マテリアルシール」という。）して操業する。
【００６９】
竪型炉１の炉頂部の上方から装入した原燃料中の鉄源は、炉内を降下する間に、羽口から吹き込む空気中の酸素によるコークス（Ｃ）の燃焼熱により溶解されるとともに、鉄源中に一部含有されている酸化鉄は、還元ガス（ＣＯ）、又は、固体炭素（Ｃ）又は溶銑中炭素（Ｃ）で還元され、さらに、コークスベッド２０を降下して、炉底部に溜まる。
【００７０】
炉底部の炉底底盤の上面の高さレベルには、炉外に設けられた貯銑滓部２２と連通する連結管２３が備えられ、炉内の炉底部に溜まった溶銑滓は、連結管２３を通って、炉外の貯銑滓部２２に流れ、溶銑滓の上層部の溶滓（スラグ）と下層部の溶銑に分離した後、下層部の溶銑は、出銑口２１から取り出される。
【００７１】
なお、鉄源の溶解及び一部還元が行われる溶融還元領域は、主として、コークスベッド８の表面から、上方に、約１〜２．５ｍ程度の炉高さ方向の範囲（バケット７内に収容された原燃料の約１〜２．５チャージに相当する）に形成される。
【００７２】
竪型炉に原燃料を、性状に応じて区分し、所定の領域に装入しても、既存の堆積原燃料との衝突で、他の領域に流動したり、また、炉内を降下する過程で混じり合って降下すると、還元原燃料を還元することができなかったり、また、棚吊りを起こして通気性が悪化し、溶解原燃料が充分に溶解しないという事態を招くことがある。
【００７３】
本発明炉において、鋼製直円筒７の内外に、区分して装入された溶解原燃料Ｘと還元原燃料Ｙは、鋼製直円筒７の内外において、相互に混じり合うことなく堆積するので、操業中、相互に混じり合うことなく降下する。即ち、鋼製直円筒７の内外において、溶解原燃料Ｘと還元原燃料Ｙが、それぞれ、相互に干渉することなく降下流を形成する。
【００７４】
溶解原燃料Ｘと還元原燃料Ｙは、鋼製直円筒７を通過した後に接触し、ここで、多少の混合が生じるにしても、それぞれの降下流が持続し、本発明炉の炉本体２の内部においては、中央部に、溶解原燃料Ｘが堆積し、その周囲に、還元原燃料Ｙが堆積しているという、極めて整然とした原燃料堆積状態が実現する。この点が、本発明炉における最大の特徴である。
【００７５】
竪型炉の操業においては、通常、下段羽口６ｂから、６００℃以下の空気（酸素を富化することがある）を吹き込み、Ｃ＋Ｏ2→２ＣＯで、還元性ガスを生成して、還元原燃料Ｘを還元し、さらに、上段羽口６ａから、常温の空気を吹き込み、２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2の発熱反応で、溶解原燃料Ｘを溶解するのに必要な熱量を確保して、溶解原燃料Ｘを溶解する。
【００７６】
なお、当然のことながら、操業中、溶解原燃料Ｘと還元原燃料Ｙの降下に伴い、鋼製直円筒内外の原燃料の堆積高さ（ストックレベル）は、それぞれ低下する。このため、炉頂部３を封止しながら、安定した原燃料の溶融を行うために、炉頂部３に取り付けたレベル計（図示なし）で計測し、原燃料の堆積高さレベル（ストックレベル）を所定のレベルに維持するように、原燃料の装入タイミングを制御する。
【００７７】
本発明炉においては、前述したように、炉内において、極めて整然とした原燃料堆積状態が実現しているので、小径コークスを大量に使用しても、還元ガスによる還元効率、及び、反応熱による溶解効率が飛躍的に向上し、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができる。
【実施例】
【００７８】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００７９】
（実施例１）
発明例として、表１に示す原燃料の配合条件で、鉄源と固体燃料（コークス）を使用して操業するにあたり、表２に示す原料配合パターンを、原燃料Ａ１−Ａ１−Ａ２の装入サイクルで、図１に示す竪型炉の炉頂から装入し、７日間の操業を継続した場合の炉頂排ガスのガス利用率（ηCO）、炉頂排ガス温度（℃）、炉内圧力（ｈＰa）、送風圧力（ｋＰa）、減風回数（回）、休風回数（回）、生産率（Ｔ／Ｈ）を測定した。即ち、鉄源を、Ａ１−Ａ１−Ａ２の３チャージ１サイクルで、配合の平均比率が、表１に示す高金属化率鉄源７０％、低金属化率鉄源３０％の比率になるように装入して操業した。
【００８０】
また、比較例として、従来の竪型炉を用いて、表２に示すＢの原料配合パターンを連続して、図１に示す竪型炉も装入し、７日間の操業を継続した場合における炉頂排ガスのガス利用率（ηCO）、炉頂排ガス温度（℃）、炉内圧力（ｈＰa）、送風圧力（ｋＰa）、減風回数（回）、休風回数（回）、生産率（Ｔ／Ｈ）を、発明例と同様に、測定した。即ち、鉄源を、区分装入せずに、高金属化率鉄源７０％、低金属化率鉄源３０％の配合比率で繰り返し装入して操業し、上記操業因子を測定した。
【００８１】
それらの結果を、表３に示す。
【００８２】
なお、炉頂排ガスのガス利用率ηCO（TOP）は、
ηCO（TOP）＝排ガス中のＣＯ2含有量［vol％］／（排ガス中のＣＯ含有量［vol％］＋排ガス中のＣＯ2含有量［vol％］）
で定義される。
【００８３】
また、平均金属化率Ｍは、
Ｍ＝鉄源中の金属鉄(Ｍ.Ｆｅ)（質量％）／鉄源中のトータル鉄(Ｔ.Ｆｅ)（質量％）
で定義される。
【００８４】
【表１】
0004308878.tif 000002
【００８５】
【表２】
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【００８６】
【表３】
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【００８７】
表３に示すように、本発明の区分装入装置を使用し、中心及び周辺部に装入する原燃料の配合を変え、中心部に、還元を必要とせず個体サイズの大きいスクラップを多く装入し、周辺部に、還元が必要で個体サイズが小さいダストペレットを装入した発明例１においては、高炉用コークスを１００質量％配合した固体燃料を用いて鉄源を溶融する際、平均炉内風圧を安定操業レベルに保ち、風圧の上昇による減風及び休風の回数を最小限に抑えて、期間を通しての生産性を高く維持して、溶銑を製造することができた。
【００８８】
一方、表３に示す比較例１及び２は、本発明の区分装入装置を使用せずに、装入１チャージ当りのスクラップとダストペレットが、発明例１の１サイクルの平均値と同等となるように装入した操業例である。
【００８９】
発明例１と同等の送風条件で操業した比較例１においては、平均炉内風圧が高い操業となり、風圧の上昇により操業が不安定となり、減風又は休風をせざるを得ない状況が高頻度で発生し、期間を通しての生産性が低下した。
【００９０】
平均炉内風圧を下げて、より安定な操業を指向した比較例２においては、発明例１より、時間当りの送風量を低下させて操業せざるを得なかったため、比較例１に比べ、風圧の上昇により操業が不安定となり、減風又は休風せざるを得ない頻度は低下したものの、溶解速度の低下により、期間を通しての生産性は、発明例１よりかなり低いレベルにある。
【００９１】
このように、本発明を適用すれば、固体燃料として安価な高炉用コークスを多量に使用し、還元を必要としかつ個体サイズが小さいダストペレットのような原料を高い配合比率で使用して操業する際、炉内風圧を安定操業レベルに保ち、減風や休風を極力回避して、高い生産性を維持しつつ、安定して銑鉄を製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
前述したように、本発明によれば、固体燃料の燃焼効率ηCOを低下させず、かつ、棚吊りを回避して、炉操業を、長期間、効率よく安定的に行うことができる竪型炉を提供することができる。したがって、本発明は、鉄鋼製造産業において利用可能性が大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明に係る竪型炉（本発明炉）の一態様を示す図である。
【図２】着脱機構を駆動して、逆円錐状誘導部材又は円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示す図である。（ａ）は、逆円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示し、（ｂ）は、円錐状誘導部材を鋼製直円筒の上方に定置した装入態様を示す。
【図３】竪型炉内の原燃料の堆積状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    竪型炉
２    炉本体
３    炉頂部
４    ガス吸引部
５    ガス吸引口
６ａ    上段羽口
６ｂ    下段羽口
７    鋼製直内筒
８    直円筒支持部材
９    バケット
１０    逆円錐状誘導部材
１１    円錐状誘導部材
１２    油圧機構
１３    錘
１４    誘導部材保持枠
１５    回転軸
１６    回転軸固定部材
１７    支持部材
１８    基台
２０    コークスベッド
２１    出銑口
２２    貯銑滓部
２３    連結管
Ｘ    溶解のみが必要な鉄源、又は、該鉄源と固体燃料（溶解原燃料）
Ｙ    還元が必要な鉄源、又は、該鉄源と固体燃料（還元原燃料）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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