(57)【要約】【課題】複数のポート３により連結された上部ホッパー１と下部ホッパー２とを備えたセンターフィード型の原料装入装置を用いて高炉へ原料を装入する際に、排出される原料の粒度分布を的確に制御することが可能なベルレス高炉の原料装入装置および原料装入方法を提供すること。【解決手段】上部ホッパー１内の原料をポート３の開閉により３を経由して下部ホッパー２内に移送し、２内の原料を高炉９に装入する原料装入装置であって、下部ホッパー２内の上部ホッパー１からの各原料落下位置が２の最大無次元半径で０〜０．３の範囲である中心部となるように、ポート３が３に落下した原料が下部ホッパー２の中心方向に落下する方向の傾斜を有する原料装入装置を用いる。これにより下部ホッパー２内の原料堆積層内の粒度分布を制御し、２から高炉９内へ排出される原料の粒度分布を制御し、これにより高炉９内での半径方向における原料粒度分布を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のポートにより連結された上部ホッパーと下部ホッパーとを用いて、前記上部ホッパー内の原料を前記ポートの開閉により該ポートを経由して前記下部ホッパー内に移送し、前記下部ホッパー内の原料を高炉に装入する原料装入装置であって、
前記下部ホッパー内の前記上部ホッパーからの各原料落下位置が前記下部ホッパーの最大無次元半径で０〜０．３の範囲である中心部となるように、前記ポートが該ポートに落下した原料が前記下部ホッパーの中心方向に落下する方向の傾斜を有していることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
【請求項２】
請求項１に記載の原料装入装置を用い、下部ホッパー内の原料堆積層内の粒度分布を制御することにより、前記下部ホッパーから高炉内へ排出される原料の粒度分布を制御し、これにより前記高炉内での半径方向における原料粒度分布を制御することを特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉頂に原料ホッパーが上下２段に配置されたセンターフィード型ベルレス炉頂装入装置を有するベルレス高炉への原料装入装置および原料装入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の原料装入装置としては、ベル式のものが広く採用されていたが、ベル式のものに代わり炉内に旋回する分配シュートを設けたベルを有さない形式の炉頂装入装置が開発され使用されており、ベルレス装入装置と呼ばれている。
【０００３】
ベルレス装入装置には、原料ホッパーが並列に設置された「並列ホッパー型」と、原料ホッパーが上、下二段に設置されており、上部のホッパーから下部のホッパーへポート等を経由して材料を供給する「センターフィード型」があることが知られている。センターフィード型のベルレス装入装置の一例を図５に示す。
【０００４】
図５は従来のセンターフィード型のベルレス装入装置の一例であり、上部ホッパー１の底面部と下部ホッパー２の頂上部が4つの管３により連結されている場合である。上部ホッパー１の頂部には旋回シュート４が設置され、装入ベルトコンベア５等を用いて上部ホッパー１の頂部投入口から装入された原料を上部ホッパー１内の側壁方向へ装入する。管３はシール弁等の機構により開閉可能なゲート部６を有する。下部ホッパー２は原料を内部に移送後にホッパー内圧力を炉内圧力と同程度まで上昇させた後、下部排出口７を開いて旋回し、その回転半径を変更可能な分配シュート８等を用いて高炉９内へ装入位置を制御しながら原料を装入する。
【０００５】
一般的にセンターフィード型のベルレス装入装置は、並列ホッパー型の装置に比べて、構造的に簡素であるため設備投資額が安く、また、装入物を炉内に装入する際の円周方向偏差が少なく、ほぼ均一に分配できるという利点がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
一方、センターフィード型ベルレス装置のように上部と下部に二連のホッパーを備えた原料装入装置を用いると炉高が高くなる傾向となり、既存の設備を流用する等の理由で装置の高さを従来装置並に抑えるためには、上部、下部の２連のホッパー径を大きくして内容積を確保する必要がある。
【０００７】
しかしながら、上部、下部の２連のホッパー径を大きくすることにより、上部ホッパーへの原料の受け入れ時、もしくは上部ホッパーから下部ホッパーへの原料装入の際に、各ホッパー内で粗粒と細粒が偏析する傾向が助長される。これはホッパー内に堆積している原料の斜面上での分級効果によるものであり、細粒原料に比べて粗粒原料の方が転がりやすい性質があるためホッパー内に粒度偏析が発生する。
【０００８】
最終的に下部ホッパー内で偏析した原料は、シュート等を用いて炉内に装入する際に、例えば図６に示すように、装入の初期から中期にかけて粒径大となり、末期で粒径小となるような排出原料粒度分布となる。
【０００９】
高炉は安定操業のために炉内ガス流制御が重要であり、シャープな中心流および適度な炉壁流を指向するが、このような排出粒度分布となる原料を分配シュートを用いて、例えば高炉の炉壁側から中心側へと順々に装入すると、炉壁から中間部にかけて粗粒原料、中心部に細粒原料が堆積することになる。その結果、中心にガスが流れにくくなり、炉壁に過度のガスが流れて、高炉の安定操業に大きな支障となる。また、炉内半径方向の原料粒度分布が不均一化するために、炉内のガス流分布を原料装入量のみで制御することが困難となる。
【００１０】
上記のようなセンターフィード型ベルレス装入装置を用いた場合の、原料装入時の排出原料粒度分布の不均一性を解消するために、下部ホッパー内に中空円筒を配置することにより、高炉内へ排出する際の排出粒径分布の変化を「フラットパターン、粒径変化無し」にする技術（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）や、上部ホッパー、下部ホッパーを繋ぐポートが複数個ある場合には、各ポートを開くタイミングに時間差を設けることで排出粒度分布を制御する技術（例えば、特許文献４参照。）がある。
【特許文献１】特開昭５８−５８２１１号公報
【特許文献２】特開昭６１−１５７６０４号公報
【特許文献３】特開平６−３３１２２号公報
【特許文献４】特開２００５−１５４８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２〜４の技術は優れた技術であるが、特許文献２に記載の方法では少なくとも下部ホッパー内の中空円筒を上下動させる装置、中空円筒の上端開口部を閉じるための構造、中空円筒上端開口部を閉じるための装置が必要であり、ホッパー内構造が非常に複雑になり、メンテナンス上も問題となる。
【００１２】
特許文献３においては、上記構造の簡略化を狙ったものであるが、上部ホッパー、下部ホッパーを繋ぐポートが１個の場合にのみ有効な手段であり、複数のポートを持つ原料装入装置においては有効性に欠ける。
【００１３】
またポートを複数持つ原料装入装置における特許文献４に記載の方法は各ポートを開くタイミングを変更して排出粒径を制御する技術であり、設備の大きな改造も必要なく非常に優れた技術であるが、排出粒度分布のさらなる均一化が望まれる。各ポートを開くタイミングに時間差を設けることで、例えば図７に示すような排出粒度分布が得られるが、この場合は排出末期に原料が細粒化するのは防止しきれていない。また、ポートを開く順序をずらすことにより上部ホッパーから下部ホッパーへの原料装入時間が全体として増加するため、操業度が上昇して原料装入時間を短縮したいような場合にはこの技術の利用は望ましくない。
【００１４】
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、複数のポートにより連結された上部ホッパーと下部ホッパーとを備えたセンターフィード型の原料装入装置を用いて高炉へ原料を装入する際に、排出される原料の粒度分布を的確に制御することが可能なベルレス高炉の原料装入装置および原料装入方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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）、複数のポートにより連結された上部ホッパーと下部ホッパーとを用いて、前記上部ホッパー内の原料を前記ポートの開閉により該ポートを経由して前記下部ホッパー内に移送し、前記下部ホッパー内の原料を高炉に装入する原料装入装置であって、
前記下部ホッパー内の前記上部ホッパーからの各原料落下位置が前記下部ホッパーの最大無次元半径で０〜０．３の範囲である中心部となるように、前記ポートが該ポートに落下した原料が前記下部ホッパーの中心方向に落下する方向の傾斜を有していることを特徴とするベルレス高炉の原料装入装置。
（２）、（１）に記載の原料装入装置を用い、下部ホッパー内の原料堆積層内の粒度分布を制御することにより、前記下部ホッパーから高炉内へ排出される原料の粒度分布を制御し、これにより前記高炉内での半径方向における原料粒度分布を制御することを特徴とするベルレス高炉の原料装入方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数のポートにより連結された２連の上下ホッパーを備えた原料装入装置において、従来方法に比較してホッパー内構造を複雑にすることなく、ポートを通じて下部ホッパーに装入される原料の落下位置を下部ホッパー中心近傍とできるため、下部ホッパー内の原料堆積層内粒度分布の制御が可能となり、これにより炉内に装入される原料の排出粒度分布が制御可能となる。この結果、高炉内のガス流れを制御して、より効率的な高炉の操業が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明で用いる高炉への原料装入装置は、少なくとも上部ホッパーと下部ホッパーとの２連のホッパーが複数のポート（管）により連結されて、上部ホッパー内の原料をポートの開放によりポートを通じて下部ホッパーへ移送する際に、ポートを通って下部ホッパー内に装入される原料の落下位置が下部ホッパーの中心近傍となる角度で上下ホッパーを繋ぐポートが取り付けられた、垂直２段式ベルレス装入装置である。すなわち、下部ホッパー内の上部ホッパーからの各原料落下位置が下部ホッパーの最大無次元半径で０〜０．３の範囲である中心部となるように、ポートが、ポートに落下した原料が下部ホッパーの中心方向に落下する方向の傾斜を有しているものである。このようなベルレス高炉の原料装入装置の一実施形態を図１に示す。
【００１８】
図１において、上部ホッパー１の底面部と下部ホッパー２の頂上部が4つのポート３により連結されている。上部ホッパー１の頂部には旋回シュート４が設置され、装入ベルトコンベア５等を用いて上部ホッパー１の頂部投入口から装入された原料を上部ホッパー１内の側壁方向へ装入する。ポート３はシール弁等の機構により開閉可能なゲート部６を有する。下部ホッパー２は原料を内部に移送後にホッパー内圧力を炉内圧力と同程度まで上昇させた後、下部排出口７を開いて旋回し、その回転半径を変更可能な分配シュート８等を用いて高炉９内へ装入位置を制御しながら原料を装入する。ポート３は、ポートに落下した原料が下部ホッパーの中心方向に落下する方向の傾斜を有し、これにより原料落下位置を下部ホッパーの最大無次元半径で０〜０．３の範囲の中心部とする。点線で示す矢印は、原料流れ方向である。図５に示す従来の原料装入装置の場合と比較して、下部ホッパーの中心部に原料が落下する構造となっている。
【００１９】
このような本発明の原料装入装置は、従来の設備を改造して、低コストで製造することができる。もちろん新規に設備を建造する際に、本発明装置を設置することもできる。
【００２０】
本発明では、上記の原料装入装置を用い、下部ホッパー内の原料堆積層内の粒度分布を制御することにより、下部ホッパーから高炉内へ排出される原料の粒度分布を制御し、分配シュートを用いて原料を装入することにより最終的に高炉内での半径方向における原料粒度分布を制御することができる。
【００２１】
図１の装置を用いる場合の本発明の一実施形態を説明する。図１において、装入ベルトコンベア５を用いて上部ホッパー１の頂部投入口より装入された原料は旋回シュート４により上部ホッパー１側壁方向に投入される。装入された原料は上部ホッパー１内で堆積する際に斜面を生じて転がりが発生し、転がり易い粗粒程上部ホッパー１周辺部に多く分布する状況となり、偏析が発生する。ゲート部６を開くと上部ホッパー１内の原料が下部ホッパー２へ落下して移送されるが、この際に上部ホッパー１と下部ホッパー２を連結するポート３の角度を、ポート３中を流れる原料の落下位置が下部ホッパー２中心近傍となるよう設定することにより、下部ホッパー２へ落下する原料の堆積層内粒度分布を制御する。この場合の下部ホッパー内の原料の粒度分布について図２、３、８を用いて、従来の原料装入装置を用いた場合と比較して説明する。
【００２２】
図２は、図５に示す従来の原料装入装置を用いた場合の下部ホッパー内の原料堆積層内粒度分布を模式的に示すものである。上部ホッパー１から下部ホッパー２内へ供給される原料は、各ポート３の下部に堆積し、複数点において原料堆積層内粒度分布が発生する。即ち、図２において原料流れ方向を示す、点線で示す矢印の先に上部ホッパーからの原料が落下し、それぞれ堆積層が形成される。三輪の式等で知られるように、粒径の異なる粒子（粗粒と細粒）が混合されている場合、落下後に粒子が流れ込む距離（転がり距離）が長いほど粗粒と細粒とは分離する偏析効果が大きくなり、落下位置からの距離が長いほど粗粒の割合が高くなる。従って、図８に示すように上部ホッパー１から下部ホッパー２内に原料が供給される初期の段階では、原料装入面は１４であり、転がり距離の長い中央部に粗粒が集中的に存在することになる。下部ホッパー２への原料の供給が続き、装入面が装入面１５に向かって上昇するに従い、中央部方向と内壁面方向での転がり距離の差は小さくなるが、全体としては下部ホッパー２の内壁面付近に堆積する原料は、中央部に堆積する原料に比較して、粗粒の割合が少なくなる傾向になる。このような原理により、結果として下部ホッパー内の粒度分布は図２に示すように、堆積層の裾野には粗粒が集まり、粗粒１０、中粒１１、細粒１２の原料堆積層内粒度分布が発生する。下部バンカー２の内壁１３側に粗粒１０ａ、中央位置に粗粒１０ｂが、堆積層頂上領域に細粒１２が、細粒１２と粗粒１０との中間点に中粒１１が堆積する。この堆積層は下部ホッパー２から払いだされる際に、ファンネルフォローに従い、粗粒１０ｂ→中粒１１→細粒１２→粗粒１０ａの順に払い出される。
【００２３】
また、図３は本発明の原料装入装置を用いた場合の下部ホッパー２内の原料堆積層内粒度分布を模式的に示すものである。上部ホッパー１から下部ホッパー２内へ供給される原料堆積層が下部バンカー２内底部位置で一致し、上部ホッパー１から供給される原料堆積層が合流されることから、堆積層の裾野に発生する粗粒１０は、下部ホッパー２の内壁１３に沿ってのみ発生し、図３に示すような、中央部が細粒１２、下部ホッパー２の内壁１３に沿って粗粒１０、その中間領域に両者の中間の粒度を有する中粒１１が堆積した下部ホッパー２内の原料堆積層内粒度分布となる。この堆積層は下部ホッパー２から払いだされる際に、ファンネルフォローに従い、中央領域の細粒１２→中粒１１→粗粒１０の順に払い出される。
【００２４】
上部ホッパー１内の原料を下部ホッパー２内に移送後はゲート部６を閉じ、下部ホッパー２内の圧力を高炉９内の圧力と同程度まで上昇後、下部の排出口７を開いて分配シュート（回転シュート）８により高炉９内へ原料を装入する。高炉９内へ原料を装入する際は、分配シュート８の垂直方向に対する角度（傾動角）を調整して旋回することによって装入する原料の質量を調整しながら炉壁周辺にも炉中心部へも装入が可能である。通常は炉壁周辺に原料を装入し、分配シュートを旋回させながら傾動角を段階的に変更していき、後半は炉中心部に装入する。このため、本発明方法を用いない従来技術の装入方法では、下部ホッパー２内の原料の堆積層内粒度分布が図２に示すように形成されているので、図６に示すように粗粒１０ｂ→中粒１１→細粒１２→粗粒１０ａのように排出初期に粗粒が、排出末期には細粒と、初期に排出される粗粒より粒径の小さな粗粒と細粒が混在した部分が排出され、排出末期の調和平均粒子径は低下するため、炉壁周辺に粗く、中心部に細かな原料が装入され、炉壁周辺に粗粒、中心部に細粒が装入されることにより、炉壁周辺流が強くなりヒートロスの増加、また中心流が潰れることにより高炉内の通気が悪化するというデメリットがある。一方で本発明方法を用いると、下部ホッパー２内の原料の堆積層内粒度分布が図３に示すように形成されているので、細粒１２→中粒１１→粗粒１０と、排出初期に粗粒、排出末期に細粒が排出されるため、分配シュートを用いて高炉の炉周辺部から炉中心部へと原料を装入することで、炉壁周辺に細粒、中心部に粗粒を装入することができる。
【実施例１】
【００２５】
図１に示す装置と同様の、上部ホッパーと下部ホッパーを連結する４つのポートの角度をポート内を流れる原料の落下位置が下部ホッパー周辺近傍となるように設定した設備を用いて、高炉に原料を装入する際の排出原料の粒度分布を測定した。結果を図４に示す。
【００２６】
図４によれば、初期粒径小、末期粒径大となるように排出粒径分布を制御することが可能となり、この粒度分布を調整した原料を炉周辺部から中心部へと順次装入することにより、シャープな中心流、適度な周辺流の制御が可能となり、高炉の安定操業に寄与することができることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の原料装入装置の一実施形態を示す縦断面の概略図。
【図２】下部ホッパー内の原料粒度分布を示す説明図（従来例）。
【図３】下部ホッパー内の原料粒度分布を示す説明図（本発明例）。
【図４】原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（本発明例）。
【図５】センターフィード型のベルレス装入装置の一例を示す図。
【図６】原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（従来例）。
【図７】原料装入装置からの排出原料粒度分布を示すグラフ（従来例）。
【図８】従来例の下部ホッパー内の原料流れを示す説明図。
【符号の説明】
【００２８】
１    上部ホッパー
２    下部ホッパー
３    ポート
４    旋回シュート
５    装入ベルトコンベア
６    ゲート部
７    下部排出口
８    分配シュート
９    高炉
１０（１０ａ、１０ｂ）    粗粒
１１    中粒
１２    細粒
１３    内壁
１４    原料装入面
１５    原料装入面
【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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