(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋回シュートの先端部に、旋回シュートを流下した原料流の落下軌跡を調整する補助シュートを、旋回シュートの先端部に弾性材を介さずに直接固定し、該補助シュートは原料流が衝突して原料流を鉛直方向に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを阻止する側板とを備えたことを特徴とする高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート。
【請求項２】
前記側板の間隔を旋回シュート先端部の幅と同等又は側板の先端に向って先窄みに形成したことを特徴とする請求項１記載の高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート。
【請求項３】
前記側板は原料の落下幅の目標値に応じて定めた側板長さを有することを特徴とする請求項１記載の高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業においては、高炉炉頂部における半径方向の粒度分布及びコークスと鉱石との層厚分布（Ｌｏ／Ｌｃ）等を適正に抑制して、鉱石の還元・溶解を安定にする必要がある。
特に近年では塊鉱石資源が減少して高炉へ装入される原料の粒径が小粒径にシフトしてきており、高炉炉内の通気抵抗が増加する傾向にあるため、炉頂部におけるコークスと鉱石との層厚分布の制御にとどまらず、高炉炉中心部にコークスのみの装入を行ってコークスの柱を炉中心部に形成し、炉内のガス流の一部を炉中心部に集中させ炉内ガス圧の上昇に対する安全弁的な機能をはたさせるといったことも行われている。
【０００３】
高炉は軸対称形をなしており、操業の安定にはガス流分布、熱流比分布を円周方向で完全に均一にする必要がある。しかし炉内の原料降下速度が円周方向で不均一であるため、炉頂原料表面は軸対称にならない。このため、通常の放物線落下軌跡での原料装入では、原料落下位置自体が軸対称とはならず、操業の不安定性を助長してしまう。図４はこのことを説明する高炉原料装入部の模式断面図で、炉内堆積物の上表面形状のプロフィル２２に対して、旋回シュート１からの落下物２３の落下位置２４では落下半径Ｌｂが大きく、別の落下位置２５では落下半径Ｌａがこれより小さくなり、落下位置により落下物の挙動が異なり炉内装入物の分布が均一にはならない。そのため、原料装入前の原料表面高さに関わらず同じ分布を形成するために、図５に示すように、落下半径Ｌａ、Ｌｂが等しくなるように、落下軌跡を垂直に制限する反射板２等を設けることが望ましい。
【０００４】
近年作られた高炉では、上記の条件を満たす装入装置として、ベルレス式装入装置が採用され、例えば、特開昭４９−２３１１１号公報に開示されているように、旋回シュートの先端部に図６に示すように、補助シュート３５を鉛直に装着したものが知られている。図６について説明すると、高炉内に装入される原料は図示しないベルトコンベアにより搬送され、一旦、炉頂バンカー３１に貯蔵される。炉頂バンカー３１は原料受入完了後外気と遮断され、炉内と同じ圧力に調整される。炉頂バンカー３１内の圧力調整終了後に流量調整ゲート３２が開かれ、原料は重力によって炉頂バンカー３１内より排出される。その後原料は集合シュート３３上を滑り落ち、垂直シュート３４内を落下する。垂直シュート３４より落下した原料３６は旋回シュート１上を滑り落ち、補助シュート３５の内壁に衝突し落下する。この際原料３６の水平方向の運動エネルギは衝突により減少されるため、原料の落下軌跡は鉛直下向きに近付き、滑走方向による炉半径方向での落下位置の差も減少する。
【０００５】
現実に炉壁から炉中心部まで原料をこの技術手段によって垂直に制御するには、炉壁近くまで先端が届くような長い旋回シュートと、旋回シュート傾動角に関わらず常に鉛直下向きに原料を落下させるように制御可能な可動式補助シュートが必要である。高炉炉頂の空間的制約、シュートの傾動・旋回時のモータパワーとギア強度の確保、メンテナンス時のマンホールからの交換作業の難易、補助シュートの可動化によるコストアップと設備信頼性低下等を考慮すると特開昭４９−２３１１１号公報で開示された装置の実用化は非常に困難である。
【０００６】
実開平２−２５５５６号公報では固定式ではなく、弾性体により取付けた衝突蓋による落下軌跡が提案されている。
特開平７−１２６７１７号公報には、高炉操業中に上昇ガスの円周バランスが崩れると、還元ガスの局部的な偏流が生じ、棚吊り、スリップ、フラッディング等が多発することが記載されている。このような炉況変化があっても操業を安定的に維持するには、炉内ガス流を単に均等に分散させるのではなく、ガス流の一部を炉心部に集中させ、炉内ガス圧の上昇に対する安全弁的機能を果たさせることが有効とされ、その中心流を増加させるために、操業中の炉心にコークスが装入される。そしてベルレス式装入装置において高精度な中心装入を行う装置として、図７が開示されている。図７は旋回シュートの途中に反射板２を装着したものである。
【０００７】
また、特に中心装入を目的とはしないが装入精度を上げるものとして、実開平５−３７９４８号公報には、図８に示すように、旋回シュート１の先端にシュート内を滑走して来た原料が衝突して下向に方向変更する固定の平面状の反射板２を設置することにより、ある程度の落下軌跡の鉛直化を行う技術が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開昭４９−２３１１１号公報では補助シュートの断面形状と原料の落下幅については言及していない。一方、実開平５−３７９４８号公報の技術では落下軌跡を鉛直に近づけるような平板の設置角度にすると極端に原料の落下幅が狭くなるが、それは下面の原料を不規則に崩すことを防ぐのに有効であるとしている。
【０００９】
土質力学では斜面の安定性を評価する指数として安全率が一般に用いられる。安全率は図１０に示すような滑り面の中心４５を中心とする球面状の滑り面での滑り力４７（Ｉ）と抵抗力４６（Φ）との比Φ／Ｉで示され、それらは摩擦力４２、落下原料３６の衝撃力４１、上昇ガスの抗力４３、重力４４によって決定される。この値が１より小さいと堆積面が崩れることが知られている。図１１に１／１８縮尺模型で測定した落下原料の重量分布を示し、図１２に実験結果から求めた原料３６の落下幅から計算した安全率を示した。図１１、１２の横軸は実機規模に換算して示した。原料の単位時間当たりに装入される面積は落下幅に比例する。原料切り出し量が一定であれば、落下幅が広い方が単位面積あたり装入量は少なく斜面は安定しやすい。平板補助シュートを設置すると原料の落下幅が狭くなるため安全率は１近くに低下してしまい、斜面全体が崩壊する可能性が高くなる。このため原料の落下軌跡を垂直に近づけつつ落下幅を適正に保つ機能が必要とされる。
【００１０】
また、平板補助シュートは炉中心にコークスを選択的に装入しようとするときに横方向の広がりを抑制できないので、炉中心部のコークスの柱が十分に形成できないという問題がある。（図９）
また、この装置では反発板に衝突した原料流は図９に示すように反発板３上で広げられるため、原料の装入される範囲はやはり広くなる。
【００１１】
実開平２−２５５５６号公報でも衝突蓋の形状を規定しておらず、一例として下部が開放された断面をもつ落下規制蓋が用いられている。しかし弾性体による接合では落下規制蓋が旋回中に大きく振動してしまうため原料の落下位置が定まらず、むしろ分布制御精度が低下してしまう。つまりどのような落下規制蓋形式であっても落下軌跡の円周方向制御精度を確保するためにそれは固定する必要がある。
【００１２】
特開平７−１２６７１７号公報の技術では落下原料の方位は旋回シュート先端の向きにより規定されるため、炉壁方向の速度成分が生じる。原料の落下位置は中心から少しはずれた位置になるため、装入後の原料はかなりの広がりをもつ。
ガス流の一部を炉心部に集中させ、炉内ガス圧の上昇に対する安全弁的機能をはたさせるには図１４に示すように、高炉の中心部にコークス４のみの領域を形成する必要があるが、コークス４の高炉中心部での装入範囲が上記のように広いと、図１３に示されるように、容易に鉱石５によって高炉中心部が覆われてしまう。
【００１３】
本発明は、旋回シュートの先端に補助シュートを設ける技術において、上記従来の問題点を解決した技術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】
旋回シュートの先端部に、旋回シュートを流下した原料流の落下軌跡を調整する補助シュートを、旋回シュートの先端部に弾性材を介さずに直接固定し、この補助シュートは原料流が衝突して原料流を鉛直方向に変更する反発板と、原料流の横方向への広がりを阻止する側板とを備えたことを特徴とする高炉用ベルレス式炉頂装入装置の旋回シュートである。
【００１５】
前記側板の間隔は旋回シュート先端部の幅と同等又は側板の先端に向って先窄みに形成することが好ましい。また、前記側板の側板長さは原料の落下幅と相関があり、原料の落下幅の目標値に応じて定めた側板長さを有することとすれば理想的になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の補助シュートで側板の間隔が旋回シュートの先端部の幅と同等の旋回シュートを用いた原料装入の模式図を図１に示す。また従来の旋回シュートを用いた原料装入の模式図を図１５に示した。図１５では、従来の通常の平板の補助シュート（反射板２）を用いているが、原料流は上方から押さえられて断面が偏平化するため落下幅は非常に狭くなる。ここで落下幅とは、落下流の断面の高炉半径方向の寸法を言う。一方、図１に示すように、反射板１１の側面に側板１２を設置した補助シュート１０を用いた場合は、側板１２に沿って原料が流れるため原料流の横方向の広がりが制約され、落下幅を広くすることが可能である。結果として同じ落下角度の原料流でも側板１２を有する補助シュート１０の方が落下幅が広く、炉内装入物の斜面が安定し易いことになる。原料の落下幅は側板に沿って流れる距離に比例するため、補助シュート１０の長さに比例する。斜面の安定に十分な落下幅に補助シュート長さ１０を設計することにより、落下原料の分布の安定化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明では側板の機能は反発板で横方向（円周方向）に広がる原料流を制約し落下幅を広くすることにあるので、側板の幅は旋回シュート先端部の幅と同等あるいは先搾みに形成することが好ましい。図２、図３はこのような実施例を示したもので、図２（ａ）は側面図、２（ｂ）はその正面図、図３は斜視図である。側板１２は根本の部分が旋回シュート１の幅と同等で、先端部が先搾みに形成されている。このとき先搾みの先端部を絞りすぎると、原料が側板を乗り越えてこぼれる現象が生じるため、そこまで先搾みに絞ることはできない。側板の先端の幅は旋回シュート先端部の幅の１／２以上の幅が必要である。
【００１８】
図１に示す実施例の旋回シュートと図１５に示す比較例の旋回シュートについて、模型実験により落下幅の測定を行った。実験に用いた模型は前記の実機の１８分の１の縮尺模型である。図１１に実施例と比較例の側板補助シュートのデータを合わせて示す。平板の落下幅は補助シュートを設置しない場合に比較して半分程度に減少しているが、側板１２を設置することにより落下幅が補助シュートを設置していない状態まで回復している。この落下幅ｄ（ｍ）はほぼ側板１２の長さＬ（ｍ）に比例することが実験結果により確認された。ここで側板の長さＬとは、前記した原料が側板に沿って流れる距離であり、旋回シュート先端面から側板の原料流れ方向先端部までの長さをいう。発明者らの実験結果では、次式で整理することができた。
【００１９】
ｄ（ｍ）＝０．７６＋０．６５×Ｌ（ｍ）
次に、図２、３に示す実施例と図１７、１８に示す比較例について、図１６に示す模型実験装置５０により炉中心部へのコークスの装入実験を行った。図１７の比較例は図７に示す従来技術（従来例（ａ））に相当するもので、旋回シュート１の途中に反射板２を設けたものである。図１７（ａ）は側面図、図１７（ｂ）はその正面図である。図１８の比較例は図８に示す従来技術（従来例（ｂ））に相当するもので、図１８（ａ）は側面図、図１８（ｂ）はその正面図で、旋回シュート１の下端部に反発板３を設けたものである。図１６に示す実験装置５０は、原料バンカ５１からホッパ５２に順次装入原料５８を供給し、旋回シュート５３を矢印５６の方向に旋回させて原料を散布する。この原料をサンプル受器５７に受ける。サンプル受器５７は放射状に設けた箱であって、半径方向に多くの仕切りを入れ、それぞれ円周方向の一部と半径方向の一部をサンプルし、その分布を求めるものである。旋回シュートに取付ける補助シュート５４は、図２に示す先窄み側板を備えた反射板、図１７、図１８にそれぞれに示す単純な反射板を取付けた。
【００２０】
この時の炉半径方向での装入物の分配割合を測定し、図１９に示した。本発明の実施例のシュートは図２に示すものである。図１９中に示す従来例（ａ）では旋回シュートの回転により原料が炉半径外側へ飛ばされてしまう。これに対し、同図中の従来例（ｂ）では平板の補助板（反発板）をつけたので、半径方向に拡がろうとするコークスを抑えるため、従来例（ａ）に比べて中心にコークスを装入することができる。しかし、反発板の横方向（円周方向）へのコークスの拡がりは抑えられないため、広い山状にコークスが装入される。これに対し本発明では反射板と側板によりコークスの拡がりが抑えられ、筒状の流れで装入されるため、図１９に示すように従来例に比べてはるかに鋭いコークスのピークを中心部に形成した分布を実現することができる。従って、少ないコークス量で高炉中心部にコークスの柱を形成することができることが判った。
【００２１】
実施例として、内容積４５００Ｎｍ３のベルレス炉頂装入装置を持つ高炉における試験研究の結果を図２０に示す。平板補助シュート（比較例）及び側板補助シュート（実施例）を設置した旋回シュートを用いた操業試験を連続してそれぞれ２０日間実施した。図２０において、横軸（日数）の０〜２０が平板補助シュートの期間、２１〜２２が補助シュートの取り替えのための操業中止期間、２３〜４４が側板補助シュートの期間である。
図２０に中心流指数（炉頂中心ガス温度／炉頂ガス平均温度）、溶銑温度、溶銑中Ｓｉ濃度、減風頻度の推移を示した。炉中心部でのコークスの柱の形成により、中心流指数が大きく、炉中心部のガス流が強化されたことが判る。また、全体の装入物分布が安定したため、溶銑温度の変動が小さくなり、溶銑温度を低下することができ、溶銑中のＳｉ濃度を低減させることができた。これにより、下工程での精錬コストを大幅に低減することができ、大きなメリットが得られた。また、減風頻度も減少した。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により、操業を安定させ溶銑温度を低下させることができ、溶銑中Ｓｉ濃度を小さくすることができた。これにより、下工程での精錬コストを大幅に低減することができ、大きなメリットが得られた。また、落下幅が減少し落下位置が補助シュートで完全に制御可能となったため、高精度で安定な分布制御が可能となり、操業が安定化し減風頻度が減少した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の（ａ）側面図、（ｂ）正面断面図である。
【図２】別の実施例の（ａ）側面図、（ｂ）正面断面図である。
【図３】図２の斜視図である。
【図４】従来技術の説明図である。
【図５】従来技術の説明図である。
【図６】従来技術の説明図である。
【図７】従来技術の説明図である。
【図８】従来技術の説明図である。
【図９】従来技術の説明図である。
【図１０】斜面の安全率の概念を示す説明図である。
【図１１】本発明と従来法の落下幅の差を示すグラフである。
【図１２】落下幅と安全率との関係を示すグラフである。
【図１３】コークス中心装入の説明図である。
【図１４】コークス中心装入の説明図である。
【図１５】従来技術の説明図である。
【図１６】模型実験装置の説明図である。
【図１７】模型実験に供した従来例の説明図である。
【図１８】模型実験に供した従来例の説明図である。
【図１９】模型実験によって得た分布を示すグラフである。
【図２０】本発明の効果を示すチャートである。
【符号の説明】
１  旋回シュート
２  反射板
３  反発板
４  コークス
５  鉱石
１０  補助シュート
１１  反射板
１２  側板
２１  高炉炉壁
２２  炉内体積物の上表面形状のプロフィル
２３  落下物
２４、２５  落下位置
３１  炉頂バンカ
３２  流量調整ゲート
３３  集合シュート
３４  垂直シュート
３５  補助シュート
３６  原料
４１  落下物の衝撃力
４２  滑り面の内部摩擦力
４３  上昇ガスの抗力
４４  重力
４５  滑り面の中心
４６  滑り抵抗力
４７  滑り力
４８  滑り面
５０  実験装置
５１  原料バンカ
５２  ホッパ
５３  旋回シュート
５４  補助シュート
５５  センサー
５６  矢印
５７  サンプル受器
５８  原料
５９  カメラ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003823485.tif 000014
【図１４】
0003823485.tif 000015
【図１５】
0003823485.tif 000016
【図１６】
0003823485.tif 000017
【図１７】
0003823485.tif 000018
【図１８】
0003823485.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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