(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂バンカ下に、上から順に、漏斗形集合ホッパ、円錐筒状センタリングチューブ、垂直シュートおよび旋回シユートを連設してなる原料装入装置において、前記集合ホッパ内壁面の原料落下部位と前記センタリングチューブ開口との間に、落下原料を分散させる分流突起を設けると共に、円錐筒状とした該センタリングシュートの筒壁の勾配を、その上流側にある漏斗形集合ホッパの筒壁勾配よりも大きくしたことを特徴とするベルレス高炉の炉頂装入装置。
【請求項２】
落下原料を分散させる前記分流突起は、原料衝突時に溢流しない高さを有することを特徴とする請求項１に記載の炉頂装入装置。
【請求項３】
センタリングシュートの上記勾配は、水平面からの傾斜角にして６０°〜８９°とし、集合ホッパの上記勾配は水平面からの傾斜角にして４０°〜６０°としたことを特徴とする請求項１または２に記載の炉頂装入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルレス高炉の炉頂装入装置に関し、とくにパラレルバンカ方式を採用している炉頂装入装置において、バンカ切り出し口が装入装置の中心軸から偏心して配置されることに起因する装入物分布の乱れ (偏流) を解消するのに有効な装置についての提案である。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示す高炉炉頂装入装置は、対向配置した一対の炉頂バンカ１１，１２と、集合ホッパ１３と垂直シュート１４ならびに旋回の可能な旋回シュート１５とからなるパラレルバンカタイプである。従来、このタイプの炉頂装入装置による原料装入は、次のような問題点が指摘されていた。
即ち、前記垂直シュート１４内を通過する原料が、どちらの炉頂バンカ１１，１２から排出されるかで、該垂直シュート１４内で異なる落下ルートをとることになる。そのため、落下する原料等は、垂直シュート１４直下にある、旋回シュート１５上の異なる位置に落下する。その結果、旋回シュート１５上を移動する時間、該旋回シュート１５を離れる原料の落下速度、落下の軌跡が変動し、最終的には炉内堆積位置の変動を招いて装入物層の炉周方向における装入物分布の偏差、とりわけＯ／Ｃ分布に大きな偏差を生じる。
【０００３】
このような装入物分布の偏差が生じると、もし、２つの炉頂バンカ１１，１２のうち、一方からは鉱石を切り出し、他方からはコークスを切出して、これを交互に堆積させると、炉周方向Ｏ／Ｃ分布が大きく異なったものになるという問題があった。
【０００４】
これに対して、従来、装入物の落下偏流を防止するために、「炉頂バンカから排出した原料を、旋回シュート上方において対向する２方向から互いに衝突合流させて旋回シュート上に落下させることを特徴とするベルレス高炉の炉頂装入方法」 (特開平２−２３６２１１号公報) などが提案されている。
【０００５】
本出願人もまた、かつて、装入物の落下軌跡の偏流を解消する装入物分配方法について提案した (特開平６−１００１８号公報参照) 。この提案の中で、いわゆる装入物の落下軌跡の偏流というのは、炉頂装入装置として複数 (２以上) の炉頂バンカを有するものについて発生することを明らかにし、とくに、炉頂バンカが複数あるため、原料の落下流が垂直シュート１４内の異なる位置 (偏心位置) に到達することに由来して起こることを明らかにした。
【０００６】
即ち、上述した偏流について、前記特開平６−１００１８号公報 (図２) の記載に基づいて説明すると、装入物切り出し中の炉頂バンカ１１，１２と旋回シュート１５ (排出面) の旋回位置が、前記炉頂バンカ配置位置と反対側に位置した時は、旋回シュート１５からの装入物の排出はスムーズに行われ、一方、周方向側、即ち旋回シュート１５ (排出面) が前記炉頂バンカ側に位置した時は、装入物の旋回シュート１５上への滞留が生じ、そのために装入量の減少傾向が発生する。
こうした装入量の変動を放置すると、高炉内装入時に円周方向での装入物の層厚分布の偏差を招き、ひいては炉内通気性を阻害することちになり、安定した高炉操業ができなくなる。この従来技術 (特開平６−１００１８号) は正に、上述した問題を克服する方法の１つである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炉頂バンカから落下する原料の落下挙動を、原料の装入方法や設備構造の面で制御することができれば、原料装入方法はより一層制御しやすいものとなり、炉内装入物の円周方向の層厚分布精度が上がり、より安定した高炉操業が実現できることになる。
【０００８】
この意味において、上掲の各従来技術については、それ以前の炉頂装入装置が抱えている各種の問題点をある程度は克服できる点で有用であったが、それでもなお次のような課題を抱えていた。それは、例えば、特開平２−２３６２１１号公報に記載された装置の場合、１装入バッチにつき２個一対のバンカを使用することが必要となるが、装入操作が複雑になるとともに、設備配置の点で単純に２倍のバンカが必要となり、パラレルバンカ方式の利点が減殺される。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、垂直シュート中を流下する装入物流の偏流を抑制することができる炉頂装入装置を提案することにある。
また、本発明の他の目的は、装入物落下流の偏流をなくして炉内装入物分布制御を正確に行うことにより、所期の安定した高炉操業を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上掲の目的の実現に向けて鋭意検討した結果、発明者らは、とくに集合ホッパから垂直シュートに至る装入物落下流動の模様につき観察したところ、２以上の複数のパラレルバンカの１つから集合ホッパ上に落下する装入物を、一旦まず周方向 (左右方向) に展開分散させ、次いで垂直シュート入側で再び収斂させると、効果的なセンタリングができ、ひいては前記垂直シュート内にセンターリングされた装入物を流し込むことができるとの知見を得て本発明に想到した。
そのために、本発明では特に、集合ホッパ下に、原料を一旦、展開分散させる分流突起を設けること、さらには、勾配 (傾斜角) の大きいセンタリングチユーブを連設して、その下部にある垂直シュートにつなげるという構成を採用する。
【００１１】
即ち、本発明は、炉頂バンカ下に、上から順に集合ホッパ、センタリングチューブ、垂直シュートおよび旋回シユートを連設してなる原料装入装置において、集合ホッパ内壁面の原料落下部位と該センタリングチューブ開口との間に、落下原料を分散させる分流突起を設けることを特徴とするベルレス高炉の炉頂装入装置である。
【００１２】
また、本発明においては、
(1) 原料落下部位の集合ホッパ内壁面を傾斜面として、落下原料を垂直シュートまで導くようにしたこと、
(2) 落下原料を分散させる前記分流突起は、原料衝突時に溢流しない高さを有すること、
(3) ２以上の炉頂バンカを配置すると共に、これらのバンカを垂直シュートの中心軸から偏心して配置すること、
(4) 集合ホッパ下部の少なくとも垂直シュートに接する側が円錐筒状のセンターリングチューブにて構成すること、
(5) 上記センタリングシュートの筒壁の勾配は、その上流側にある漏斗形集合ホッパの筒壁の勾配よりも大きくすることが望ましく、とくに、上記センタリングシュートの上記勾配を、水平面からの傾斜角にして６０°〜８９°とし、集合ホッパの上記勾配は水平面からの傾斜角にして４０°〜６０°とすること、が望ましい。
なお、本発明において、上記集合ホッパは、勾配の異なる上部・下部集合ホッパとすることも可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的な考え方は、少なくとも垂直シュート中を通過 (落下) する装入物流の偏流を極力少なくすることにあり、そのために、
▲１▼  ２以上のバンカからなるパラレルバンカの１つから切り出されて落下する装入物流を受ける集合ホッパの構成を、装入物流を円周方向 (左右方向) にできるだけ広く展開分散させたのちに、下方に滑り落ちるような構造とし、
▲２▼  上記のようにして周方向に展開分散した装入物落下流を、垂直シュートに流し込む前に、再び収斂させてセンターリングを図る、
という２段階からなる装入物落下流制御を実現し、このことによって、偏流の制御と正確な装入物分布制御を同時に実現しようとすることにある。
【００１４】
本発明は、上記のような考え方を具体化したものであって、図２および図４に示すような炉頂装入装置を提案する。図２は、３個の炉頂バンカからなるパラレルバンカ構成の炉頂装入装置を示したものである。
これらの図において、上段部分の図（ａ）は平面図を示し、１ａは炉頂バンカ（図示せず）から落下供給される原料の落下部位を示す。また、中段部分の図（ｂ）は、側面図である。これらの図からわかるように、複数（本例では３個)の炉頂バンカからなるパラレルバンカの直下には、装入物落下流１ａを受けるための漏斗状の集合ホッパ１がそれぞれ配設され、その集合ホッパ１下の少なくとも垂直シュート３側には、図２および図４の場合、センタリングチューブ２が配設され、そして、そのセンタリングチューブ２の下には、垂直シュート３が連設されている。さらに、この垂直シュート３の下には、原料を炉内に装入するための旋回シュート（ここでは図示せず）が配設される。
【００１５】
図２および図４の下段部分の図（ｃ）は、集合ホッパ1 の内壁形状を上段部分図(a)および中段部分図（ｂ）と同位置に合わせて表示したものであり、原料の落下部位１ａの内壁面が、図２では斜円錐部１ｃと円錐部１ｄで構成され、図３、図４では円錐部のみの構成となっており、原料の落下部位１ａはいずれも傾斜面を構成している。即ち、このような構成としたことで、本発明では、落下原料の垂直シュート３側へのスムースな流れが確保される。
【００１６】
このことは、もし、集合ホッパ１の形状（内壁面）が異形面，不連続面だと、落下した原料が不可避に偏流するためであり、この偏流を防止するためにはどうしても連続する斜面を有する円錐形状等とすることが必要になるからである。
ここで、図２および図４の下段部分の図（ｃ）に、垂直壁を有する平板部１ｂは、集合ホッパ１の上段部分における原料が衝突することのない個所のみである。
【００１７】
以上説明したように、炉頂バンカを３個所に配設して、原料の落下部位１ａを３個所とした例では、落下部位１ａの内壁面を連続的な斜面にて構成し、他の部分を垂直面である平板部１ｂとし、平面の図形が略三角形を呈するようにすることが、小型化のためにも有効である。
なお、前記原料の落下部位１ａとは、原料を炉頂バンカから切り出した際の原料落下流の主流部が分布している領域をいう。
【００１８】
次に、図５、図６は、炉頂バンカが２つの場合のパラレルバンカの例を示したものであり、図５は、炉頂バンカ２０，２１の排出口が炉芯側に傾斜している場合、図６は、炉頂バンカ２２，２３の排出口が真直ぐ下に開口している場合を示したものである。これらの例示のものは、原料の落下部位１ａが２個所の場合でも基本的には図２の場合と同様の考え方で構成してあり、集合ホッパ１の落下部位を含む内壁面が、図５では斜円錐部１ｃと円錐部１ｄとを連続的な斜面として構成した例であり、また、図６の例では、円錐部１ｄのみで構成されている。
【００１９】
なお、図５(b) 、図６(b) は、集合ホッパ１の斜視図であって、図５の例では、落下原料流が衝突個所を斜面として構成し、平面形状が楕円形を呈する。また、図６の例は、炉頂バンカが２つの場合であり、大型化しないため平面からみたときに円形状となる例であって、原料の落下部位が連続的な斜面であれば、いずれの構造を採用してもかまわない。
【００２０】
上記の構成において、本発明では、特に図７、図８に示すように、集合ホッパ１は、単に装入物落下流を受け取るためだけに機能するような構成にするのではなくして、その落下流が、該集合ホッパ１の装入物落下部位１ａとセンタリングチューブ２の開口との間（両者を結ぶ位置）に、落下部位１ａに落下した装入物の流れをさまたげるように、すなわち、両者を結ぶ仮想線Ａを横断するように分流突起６を設ける。
その結果、落下した装入物は、その落下位置に設けた分流突起６を介して、一旦は周方向（左右方向）の相反する２方向に向かって分散流動（展開）するように流れる構成とする。そして、分流したその２つの装入物落下流７ａ，７ｂがより広く分散して層状で滑り落ちていくように、筒壁は連続的な斜面である円錐部として、その勾配を水平面に対する傾斜角として約４０〜６０°程度の小さいものとし、均一な拡散流動（層状の落下流）が形成できるように構成してある。
【００２１】
即ち、このように構成した集合ホッパ１によれば、その中（落下部位１ａ）に落下した装入物は、かかる分流突起６の存在によって２分され、周方向に拡散しながら薄い均一な層となって、やがて２方向からの上記落下流７ａ，７ｂが合流して次のセンタリングチューブ２内に流入する。
従って、分流突起６としては、集合ホッパ１内壁面の原料落下部位１ａと垂直シュート３の開口を結ぶ位置に配置するとともに、装入物落下流を分流できる形、大きさを確保することが肝要である。
【００２２】
以下、本発明における上記の分流機能について説明する。
図９は、装入物落下流を受ける集合ホッパ１をトラフ (樋形) 形状として、原料落下部位１ａとセンタリングチューブ２の開口を結ぶ位置に突起２４を設けた例を示す。この突起２４で装入物落下流を受ける時、突起２４の高さが低い場合は、装入物落下流がこの突起２４を乗り越える形となり、突起２４の配置位置と向かい合うセンタリングチューブ内壁面に片寄って流れ込むことになり、センタリングチューブ内で片寄った偏流を発生する。この偏流は、垂直シュート３を経て旋回シュートまで達する。即ち、装入物落下流が集合ホッパ１の内壁面を滑ってそのまま対向するセンタリングチユーブの壁面に直撃する形で流れ込むが、装入落下流が突起２４を乗り越えるような高さでは、装入物落下流の流動を若干弱める程度にしかならず分流が確実に実現されないため、偏流防止機能を果たさなくなる。
【００２３】
従って、本発明において前記分流突起６は、装入物落下流との衝突によって原料の主流 (装入物落下流) がこの分流突起６を乗り越えることのないような高さにする必要がある。そして、この分流突起６は、前記装入物落下流を幅方向に分流させることができるものであれば、角状、円弧状等、いずれでも良く、その形状はとくに制限はないが、均等に分流できる形状にすることが肝要である。
【００２４】
要するに、このような構成にすることにより、従来技術のようにバンカから集合ホッパ１を経て直線的に垂直シュート３に流入するようなことがなくなり、偏流が著しく抑えられた状態となって、その下流の垂直シュート４に旋回しながら流入していくのである。
つまり、本発明によれば、分流および拡散作用を受ける中で、さらに左右からの落下流７ａ，７ｂが合流時に干渉し合い、互いの円周方向速度を減ずると共に拡散して、センタリングチューブ内および／または垂直シュート内に流入するので、顕著なセンタリングが起こるのである。
【００２５】
そして、上記のようにして、分流および拡散作用を受けながらセンタリングチューブに達する時、さらに少し旋回し乍ら落下を続け、層状の装入物落下流７ａ，７ｂは図４に示すように、センタリングチューブ２に達してその中でセンタリング作用を受け乍ら更に落下し、次の垂直シュート３に向かうのである。
かかるセンタリング作用を効果的なものとするために、このチューブ２は、逆円錐台形筒状に形成してある。この形状は、上記装入物落下流７ａ，７ｂが旋回流動し乍ら落下する際に、センタリング作用を受けやすくするために工夫されたものであって、発明者らの研究によれば、その好ましい筒壁の勾配としては、水平面からの傾きにして６０°〜８９°、より好ましくは７７°〜８３°の勾配を設けることで実現できることがわかっている。
【００２６】
【実施例】
図１に示すようなパラレルバンカをもつ従来例、即ち、バンカ１１下に集合ホッパ１３を配設し、その直下に直接、垂直シュート１４を配設した装入装置例と、図２に示すような、本発明適合例の装置、即ち３パラレルバンカ下に、原料落下部位１ａに山形の分流突起６を３個固定した集合ホッパ１ (勾配５０°) を配設し、その集合ホッパ１下には勾配が８０°であるセンターリングチューブ２を配設し、その直下に、垂直シュート４を取付けてなる装置とについて、比較装入実験を行った。
その結果を、図１０に示す。この図１０は、垂直シュート上部の中を落下する原料流の分布を示すものであるが、従来例 (図10(a))は、原料流がセンターから一方の側に偏って落下している様子が窺えるが、本発明例 (図10(b))に係る装置では比較的中心を落下している様子が窺える。しかも、その落下流それ自体について比較すると、従来例では濃度差が顕れ、高濃度の原料流の主流がセンターから大きく偏っているが、本発明例では濃度差が少なく、すなわち従来例より拡散され、管軸中心を平均的な濃度分布で落下するという結果が出ており、本発明例の方が偏流の抑制作用が優れていることがわかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、垂直シュート中を落下する装入物落下流が管軸中心から大きくずれて偏流するようなことがなく、しかも管軸中心付近を平均的な濃度分布をもって落下するので、偏流の抑制作用に優れるというだけでなく、ひいては高炉の安定操業に寄与することができる装入装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な高炉炉頂装入装置の断面図である。
【図２】本発明に係る装置の一実施形態を示す略線図である。
【図４】本発明に係る装置の一実施形態を示す略線図である。
【図５】本発明に係る炉頂装入装置の他の実施形態を示す略線図である。
【図６】本発明に係る炉頂装入装置の他の実施形態を示す略線図である。
【図７】本発明に係る集合ホッパの平面図である。
【図８】本発明に係る装置の装入物流動のもようを示す説明図である。
【図９】本発明に係る装置の装入物流動のもようを示す説明図である。
【図１０】実施例での原料落下流分布の比較図である。
【符号の説明】
１  集合ホッパ
１ａ  原料落下部位
１ｂ  平板部
１ｃ  斜円錐部
１ｄ  円錐部
２  センタリングチューブ
３  垂直シュート
６  分流突起
７ａ，７ｂ  落下流
【図１】
0003799987.tif 000002
【図２】
0003799987.tif 000003
【図４】
0003799987.tif 000004
【図５】
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【図６】
0003799987.tif 000006
【図７】
0003799987.tif 000007
【図８】
0003799987.tif 000008
【図９】
0003799987.tif 000009
【図１０】
0003799987.tif 000010