JP3975692B2

JP3975692B2 - 高炉用ベルレス式炉頂装入装置の分配シュート構造

Info

Publication number: JP3975692B2
Application number: JP2001173325A
Authority: JP
Inventors: 傑井田; 昌男藤田; 健佐藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: JP2002363623A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の炉頂部に複数の炉頂ホッパを並列に設置し、分配シュートを介して炉内に装入される原料の炉内分布制御に好適な高炉用ベルレス式炉頂装入装置の分配シュート構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業においては、炉内に原料として焼結鉱等の鉄鉱石とコークスとが交互に層状に装入される。炉内に装入された装入物は、炉内を上昇してくる高温のガスによりまず乾燥、予熱が行われ、鉄鉱石の還元が起こる。装入物の降下に伴って還元は順次活発となり、鉄鉱石中の酸化鉄は金属鉄となり、さらに吸炭するなどして溶銑となり炉底に溜まる。このようにして炉底に溜まった溶銑は、炉底の出銑口より取り出され、銑鉄が製造される。高炉の生産性および銑鉄の品質を向上させるためには、炉内のガス通気性をよくすること、装入物をスムーズに降下させること、ガスを炉断面上に通気性よく上昇させること、および炉壁への熱負荷を少なくすること、などが要求される。
【０００３】
高炉の形状は軸対称形をなしているが、安定した操業には炉頂部半径方向の装入物の分布すなわち粒度分布やコークスと鉱石との層厚分布Ｌ_O／Ｌ_C（Ｌ_O：鉱石層厚、Ｌ_C：コークス層厚）を適正に制御して、ガス流分布、熱流比分布を円周方向で均一化して鉱石の還元状況、溶解状況を円周方向で均一化する必要がある。また、炉半径方向については、常に変化し続ける高炉の操業状態に対応して、炉頂での装入物分布を柔軟にかつ高精度に制御し、最適な炉半径方向分布をもつようにすることが重要である。
【０００４】
前記条件を満たす炉頂装入装置として高炉では、ベル式に代わり装入物の分布制御の自由度がより大きな分配シュートを備えたベルレス式炉頂装入装置が採用され、分配シュートの回転数および鉛直に対する傾動角度の変更によって多様な装入物制御が行われている。ベルレス式炉頂装入装置の場合は、たとえば図７に示すように、炉内に装入される原料6A（例えばコークス）、6B（例えば鉱石）は、いったんベルトコンベア８によりそれぞれ２基の炉頂ホッパ1A、1Bに貯蔵される。炉頂ホッパ1A、1Bにそれぞれ貯蔵された原料6A、6Bは、原料受入れ完了後に外気と遮断され、高圧の炉内と同じ圧力に調整される。
【０００５】
例えば、炉頂ホッパ1A内の圧力調整後に、炉頂ホッパ1A内の原料6Aが下部に設けた流量調整ゲート2Aを用いて排出され、傾斜シュート２を原料6Aが流れ落ちる。傾斜シュート２を流れ落ちた原料6Aは、集合シュート３の出口部に固設した垂直シュート４を通過して落下する。ここを落下した原料6Aは、垂直シュート４の出口部に連結ピン７を介して鉛直に対する傾動角度αを調整自在に支持されると共に炉円周方向に旋回する分配シュート５に供給される。
【０００６】
この際に、傾斜シュート２を滑り落ちる原料6Aは、集合シュート３の下部に設けた垂直シュート４の中心ではなく炉頂ホッパ1Aの反対側内面に沿う偏流となって落下する。このとき、垂直シュート４内を通過する原料6Aが、どちらの炉頂ホッパ1A、1Bから排出されるかで、垂直シュート４内で異なる落下ルートをとることになり、垂直シュート４の直下にある分配シュート５の異なる位置に落下することになる。
【０００７】
図８に示すように、分配シュート５の平面上での旋回位置角度が０°、360 °、720 °では炉頂ホッパ1Aの位置と分配シュート５の位置が高炉16の炉中心に対する反対側にあるため、原料6Aは傾斜シュート２および分配シュート５上を同一方向に向けて滑落するため装入速度（時間当り装入量（ ton／h ））が大きく、原料6Aの排出がスムーズに行われる。一方、分配シュート５の旋回位置角度が180 °、540 °では、分配シュート５の位置と炉頂ホッパ1Aの位置が炉中心に対する同一側にあるため、傾斜シュート２を滑落した原料6Aは180 °方向転換して分配シュート５上を反対方向に向け滑落する。このため、分配シュート５上で原料6Aの滞留が生じ装入速度が小さくなって、装入量の減少傾向が生じる。
【０００８】
さらに、分配シュート５は、鉛直に対する傾動角度αをもって旋回していることもあって、分配シュート５の上端部に供給される原料6Aまたは6Bは分配シュート５上を蛇行しながら斜めに流れる。その結果、分配シュート５の炉円周方向に対する旋回角度によって分配シュート５上を移動する時間、分配シュート５の先端から放物線の落下軌跡を描きながら排出する原料6Aまたは6Bの落下方向、装入速度、落下軌跡が変動する。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コークスと鉱石との層厚分布Ｌ_O／Ｌ_Cに大きな偏差が生じる。
【０００９】
このような装入物分布の偏差が生じると、もし、２つの炉頂ホッパ1A、1Bのうち、一方から原料6A（コークス）を切り出し、他方から原料6B（鉱石）を切り出して、これを交互に堆積させると炉周方向のＬ_O／Ｌ_C分布が大きく異なったものになる。こうした変動を放置すると、炉内通気性を阻害することになり、安定した高炉操業ができなくなるという問題があった。
【００１０】
分配シュート上での落下位置変動を抑制して炉内に装入される原料分布を安定化する手段として実開昭58-184551 号公報、実開昭58-176945 号公報および実開昭58-176946 号公報には、垂直シュートの下方に原料流路調整機構を設置するものが開示されている。また、特開昭50-149504 号公報には、分配シュートによる装入軌跡の円周方向での変動に対して特定区間で傾動角度を変更して原料を装入するものが開示されている。
【００１１】
ところで最近の高炉操業では、装入原料のコストを下げるためできるだけコストの安い細粒鉱石を多く使用したいというニーズがあるが、高炉に装入する細粒原料の増加は、炉内を上昇するガスの通気抵抗を増大する原因となる。炉内の通気抵抗が増大すると、炉内を下降する装入物を上昇ガスにより押し上げる力が大きくなり、装入物の降下を阻害する。結果的に高炉の下部に設けた羽口から供給する送風量を抑制せざるを得なくなり、高炉の出銑量低下を余儀なくされる。
【００１２】
高炉内部には、羽口から吹き込まれる熱風により形成されるレースウェイ先端にコークスの運動が少ない山形状の領域いわゆる炉芯が存在する。この炉芯を構成するコークスの粒度が低下したり、炉芯の空隙が低下すると、炉芯の通気・通液性が悪化し、送風圧の上昇、スリップの多発、排滓性の悪化を引き起こす。これを回避するためには、高炉内に通気性の良いコークスを炉中心部に優先して装入し、安定した炉内熱風の中心流を確保し、トータルとして炉内の通気抵抗を下げ、高炉の炉況を安定化させるのが一般的である。
【００１３】
高炉内に通気性の良いコークスを炉中心部に優先して装入する手段として、ベルレス式炉頂装入装置では、図９に示すように連結ピン７を支点にして分配シュート５をできるだけ垂直姿勢に近付けて高炉16の中心付近に原料6A（ここではコークス）を装入するのが一般的である。通常、トラフ状の分配シュート５は、その後端部5Aに壁を設けてあるが、分配シュート５を垂直姿勢に近付けて原料6Aを装入するには、垂直シュート４と干渉しないように分配シュート５の後端壁を撤去した構造としている。
【００１４】
これにより分配シュート５を垂直姿勢に近付けた状態で原料6Aを装入する際、垂直シュート４から落下する原料6Aは、開放構造の後端から分配シュート５内に導くことが可能になる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に示す分配シュート５の構造を採った場合、中心付近以外に原料を装入する際に新たな問題が発生した。前記したように図８において、分配シュートと炉項ホッパの位置関係により、分配シュート上で原料の滞留が生じることから、この原料滞留時に図10に示すように分配シュート５の後端から原料6Bの溢れを生じるという問題である。
【００１６】
この原料の溢れが激しい場合、１旋回当り装入量の３％程度に達し、円周方向の原料分布に異常をきたすことになる。また、分配シュート５の後端から溢れた原料6Bは炉中心部に落下することになり、鉱石が炉中心部に多く偏在すると、通気性を悪化させるなど、適正な装入物分布の形成を阻害する要因となる問題点があった。
【００１７】
前記実開昭58-184551 号公報、実開昭58-176945 号公報および実開昭58-176946 号公報のように垂直シュートの下方に原料流路調整機構を設置し、これにより分配シュート上での落下位置変動を抑制し、炉内に装入される原料分布を安定化するものでは、周辺には分配シュートの旋回・傾動機構があり、原料流路調整機構を備えるにはスペースの制約が大きい上に、流路中の調整機構は衝撃、磨耗、粉塵対策が困難であるという欠点があり、課題である分配シュートの後端から原料溢れを防止する手段とはならない。
【００１８】
特開昭50-149504 号公報のように装入軌跡の円周方向での変動に対して特定区間で分配シュートの傾動角度を変更して原料を装入するものでは、分配シュート上で流路を狭めるため閉塞の危険が高く、閉塞後は適切な原料の分配が困難となり、また、分配シュートの後端からの原料溢れを防止する手段とならないのは同様である。
【００１９】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決し、分配シュートを水平に近い状態とした場合に、シュート後端からの原料溢れを低減できるとともに分配シュートを垂直に近い状態とし炉中心部にコークスを集中装入することを可能とし、さらに炉半径方向および円周方向の原料装入量変動を抑制することができる高炉用ベルレス式炉頂装入装置の分配シュート構造を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題点を解消すべく種々検討を重ねた結果により達成されたものであり、その要旨とするところは下記の通りである。
前記目的を達成するための本発明は、分配シュートを介して上方の垂直シュートから落下する原料を受入れ、炉内に装入する高炉用ベルレス式炉頂装入装置の分配シュート構造において、分配シュートの後端部の後端壁を撤去した構造とし、かつ前記分配シュートの後端部領域に、シュート軸線に平行なシュート前方領域に原料を滑落させる傾斜部を設け、該傾斜部のシュート軸線に対する傾斜角度θが５°≦θ≦ 30 °であることを特徴とする高炉用ベルレス式炉頂装入装置の分配シュート構造である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、高炉用ベルレス式炉頂装入装置において、炉頂ホッパ1A、1Bから排出した原料6A、6Bを分配シュートに落下させるまでの装置は、図７に従って説明したものと同様であるので説明を省略する。
【００２４】
本発明では、図１〜図３に示すように、炉頂部に複数基、例えば２基の炉頂ホッパ1A、1Bを並設した高炉用ベルレス式炉頂装入装置において、分配シュート15は、横断面が円弧状でシュート軸線Ｘに平行なトラフ状のケーシング11およびケーシング11の後端部に設けた底面が傾斜した平面状で円弧状の側面壁を有する傾斜ケーシング12を備えている。ケーシング11および傾斜ケーシング12の内面はそれぞれ耐磨耗性に優れたライナ13、14で保護されており、ケーシング11とライナ13でシュート本体９が、また傾斜ケーシング12とライナ14で平面状傾斜部10が形成される。ケーシング11の後端部11A は、傾斜ケーシング12の下面に沿う平面状となっている。平面状傾斜部10の後端高さ（ｈ）は、シュート本体９の高さ（Ｈ）に対してシュート途中レベルに位置し、平面状傾斜部10の側方は側面壁で囲まれている。
【００２５】
平面状傾斜部10の傾斜角度θは、シュート軸線Ｘに対して５°≦θ≦30°とする。その理由は、シュート軸線Ｘに対して傾斜角度θが５°未満であると、図４に示すように、分配シュート15の鉛直に対する傾動角度αを水平に近い状態で原料6Bを装入する場合、傾斜角度が緩く、原料流を前方に押しやる効果が少ないため、分配シュート15の後端から原料溢れが生じる可能性が大きくなる。分配シュート15の後端から溢れた原料6Bが炉中心部に落下して、炉口径の拡大に対応する炉壁までの適正な原料装入分布の形成が阻害される。また、傾斜角度θがシュート軸線に対して30°を超えると、図５に示すように、分配シュート15を垂直姿勢に近付けた状態で通気性の良い原料6A（コークス）を炉中心部に優先して装入する場合に、平面状傾斜部10の後端に垂直シュート４から落下する原料が衝突する可能性が大きくなり、炉中心部へのコークス優先装入を阻害するからである。すなわち、実質的に有効な傾斜領域を形成できないからである。
【００２６】
なお、ライナ13、14は、セラミック製や耐磨耗性金属製の板状ライナユニットをケーシング11と傾斜ケーシング12の内面にそれぞれ敷き詰めて固定する板状タイプあるいはケーシング11の内側に離間して配設された多数の仕切板の間に粒状原料を充填するセルフライニングタイプなど各種タイプを採用できる。ここでは、ライナ13、14として板状タイプを使用した場合を示す。なお、ケーシング11および傾斜ケーシング12の外面は炉内で高温に曝されるため図示を省略した耐火材で保護するのが好ましい。
【００２７】
以下、本発明の作用について説明する。
図４に示すように、垂直シュート４から落下する原料6B（例えば、鉱石）が鉛直からの傾動角度αを約50°以上とする水平状態（原料がシュート上を滑落できる傾動角度αは確保する必要はある）で旋回する分配シュート15に導かれる場合、原料6Bの鉱石は、分配シュート15の平面状傾斜部10に衝突して斜面を滑り落ち、シュート後端からの原料溢れを伴うことなく下流側領域のシュート本体９へ押し出される。そして、シュート本体９を滑り落ちた原料6Bの鉱石は、分配シュート15の先端から炉容積の拡大に応じた生産量増大に見合う原料装入速度で炉口径を拡大した炉壁方向に投入され、炉壁までの原料6Bの適正な分布での鉱石装入を可能にする。従来の分配シュート５により装入した場合、溢れ割合が、〔（溢れ量）／（１旋回当たりの装入量）〕×100 ＝約２〜2.5 ％であったのに対して、本発明の分配シュート15による溢れ割合は、0.2 〜0.4 ％に低減できた。
【００２８】
なお、本発明の分配シュート15では、図６に示すように、シュート軸線Ｘに平行なケーシング11とライナ13でシュート本体９を形成し、また後端部領域のケーシング11もシュート軸線Ｘに平行とし、後端部領域のライナ14のみにより平面状傾斜部を形成することも可能である。これにより同様の作用、効果を得ることができる。
【００２９】
本発明の分配シュート15によれば、分配シュート15を水平姿勢に近い状態あるいは垂直姿勢に近付けた状態とする場合を除く通常の傾斜角度範囲で分配シュート15を旋回する場合には、従来と同様に安定した状態で原料6A、6Bを炉内の円周方向および半径方向に向けて分布させることができる。
前記実施の形態では、分配シュート15の後端部領域にシュート幅方向が平面状になった傾斜部を設ける場合について説明したが、幅方向平面状の代わりに、幅方向がシュート本体９の円弧半径よりも大きい半径を有する平面により近い円弧状に形成した傾斜部とすることも可能であり、これにより同様の作用、効果を得ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、分配シュートの後端部領域に上方の垂直シュートから落下する原料をシュート軸線に平行な下流側領域へ導く傾斜部を設けたので、垂直シュートから落下する原料が水平姿勢で旋回する分配シュートに導かれる場合、原料は、シュート後端からの原料溢れを伴うことなく分配シュートの傾斜部から下流側領域へ押し出される。そして、分配シュート内を流下した原料は、分配シュートの先端から炉壁方向に投入され、炉壁までの原料の適正な分布での装入を可能にする。また、分配シュートを垂直姿勢に近付けた状態としても、垂直シュートから落下する原料を分配シュートの傾斜部の後端内側に導くことができる。これにより通気性の良いコークスを分配シュートの先端から炉中心部に優先して装入することが可能になり、安定した炉内熱風の中心流を確保し、トータルとして炉内の通気抵抗を下げ、高炉の炉況を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分配シュートを示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向を示す断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視方向を示す正面図である。
【図４】本発明に係る垂直シュートから落下する原料が水平姿勢に近付けた状態で分配シュート15に導かれる状況を示す側面図である。
【図５】本発明に係る垂直シュートから落下する原料が垂直姿勢に近付けた状態で分配シュートに導かれる状況を示す側面図である。
【図６】本発明に係る他の分配シュートを示す断面図である。
【図７】従来の高炉用ベルレス式炉頂装入装置を示す模式図である。
【図８】分配シュートの旋回位置、炉頂ホッパの位置および原料落下速度の関係を示す説明図である。
【図９】従来の垂直シュートから落下する原料が垂直姿勢に近付けた状態の分配シュートに導かれる状況を示す側面図である。
【図１０】垂直シュートから落下する原料が水平姿勢に近付けた状態の分配シュートに導かれる状況を示す側面図である。
【符号の説明】
1A、1B 炉頂ホッパ
２傾斜シュート
３集合シュート
４垂直シュート
５、15 分配シュート
6A、6B 原料
７連結ピン
８ベルトコンベア
９シュート本体
10 平面状傾斜部
11 ケーシング
5A、11A 後端部
12 傾斜ケーシング
13、14 ライナ
16 高炉

Claims

分配シュートを介して上方の垂直シュートから落下する原料を受入れ、炉内に装入する高炉用ベルレス式炉頂装入装置の分配シュート構造において、
分配シュートの後端部の後端壁を撤去した構造とし、かつ前記分配シュートの後端部領域に、シュート軸線に平行なシュート前方領域に原料を滑落させる傾斜部を設け、該傾斜部のシュート軸線に対する傾斜角度θが５°≦θ≦ 30 °であることを特徴とする高炉用ベルレス式炉頂装入装置の分配シュート構造。