高炉的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法.pdf

无料钟式装入装置包括：两个炉顶料仓（4）；第1供给系统，其用于向该炉顶料仓（4）装入原料；以及回转进料管（8），其用于将从炉顶料仓（4）排出的原料借助集合料斗（7）进行供给并将该原料装入高炉；其中，通过将至少一个炉顶料仓（4）设为包括：料位仪（10），其用于测量鼠洞的原料高度；特定原料用料仓（12），其用于积存特定原料；特定原料用进料管（16），其用于将从特定原料用料仓（12）排出的特定原料装入炉顶料仓（4）的鼠洞；以及流量调整阀（11），其用于调整从特定原料用料仓（12）排出的特定原料的流量；在从高炉的炉顶料仓（4）向炉内装入主要原料和少量的特定原料并形成混合层时，能够形成混合比例均匀的混合层，能够提高装入料分布的控制性。

权利要求书
1.  一种高炉的原料装入装置，其为一种无料钟式装入装置，包括：两个炉顶料仓，其用于暂时积存装入高炉炉内的原料；第1供给系统，其用于向该两个炉顶料仓装入原料；以及回转进料管，其用于将从上述两个炉顶料仓排出的原料借助集合料斗进行供给并将该原料装入高炉，该高炉的原料装入装置的特征在于，
上述两个炉顶料仓中的至少一个炉顶料仓包括：料位仪，其用于测量鼠洞的原料高度；特定原料用料仓，其用于暂时积存特定原料；特定原料用进料管，其用于将从该特定原料用料仓排出的特定原料装入具有上述料位仪的炉顶料仓的鼠洞；以及流量调整阀，其用于调整从上述特定原料用料仓排出的特定原料的流量。

2.  根据权利要求1所述的高炉的原料装入装置，其特征在于，
上述高炉的原料装入装置还包括第2供给系统，该第2供给系统自上述第1供给系统分支并用于向上述特定原料用料仓装入原料。

3.  一种高炉的原料装入方法，其特征在于，该高炉的原料装入方法使用权利要求1或2所述的高炉的原料装入装置向高炉装入原料，
在从具有上述料位仪的炉顶料仓内排出原料时，测量随着该原料排出而形成的鼠洞的原料高度并连续地计算由下述公式（1）规定的原料高度降低的速度，检测该原料高度降低的速度从增加变为减少的时刻，从检测出上述时刻到经过15秒为止的时间内开始从上述特定原料用料仓排出原料，
VH=（H0-H）/t…    （1）
在此，
VH：原料降低速度（从排出开始到时间点t为止的平均速度）（mm/s），
t：从原料的排出开始时经过的经过时间（s），
H0：原料的排出开始时的原料高度（mm），
H：经过时间t的原料高度（mm）。

4.  一种高炉的原料装入方法，其特征在于，该高炉的原料装入方法使用权利要求1或2所述的高炉的原料装入装置向高炉装入原料，
自开始从具有上述料位仪的炉顶料仓内排出原料起，事先把握利用上述公式（1）计算的原料高度降低的速度从增加变为减少的时刻为止所经过的时间A，
在以与把握了上述时间A的条件相同条件进行的、装入来自具有上述料位仪的炉顶料仓内的原料时，在从事先把握的上述时间A的15秒前到上述时间A为止的时间内开始从上述特定原料用料仓排出原料。

说明书高炉的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法
技术领域
本发明涉及一种高炉的无料钟式原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法。详细而言，涉及一种在从高炉的炉顶料仓向炉内装入铁源、还原材料（以下统称为“主要原料”）、和少量的特定牌子的原料（以下称为“特定原料”）而形成混合层时，能够形成主要原料和特定原料的混合比例均匀的混合层，从而能够提高高炉炉内的装入料分布的控制性的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法。
背景技术
在高炉作业中，从高炉炉顶部交替地装入作为铁源的烧结矿、块矿石、颗粒等（以下将它们统称为“矿石”）和作为还原材料的焦炭并使它们在炉内堆积成层状。在从高炉炉顶部装入矿石和还原材料时，能够使用在高炉上部并列地设有炉顶料仓的无料钟式原料装入装置（以下称为“并列料仓式无料钟装入装置”）。
图1是表示以往的并列料仓式无料钟装入装置的结构例的示意图。在图1中，矿石、还原材料这些高炉原料根据其种类、粒度而被分别储存于原料槽1。在使用原料装入装置向高炉炉内装入原料时，每次以预定质量将各原料取出到装料带式输送机2上并进行输送。利用装料带式输送机2输送到高炉的炉顶的原料借助切换进料管15供给于炉顶料仓4，并在炉顶料仓4暂时积存。
在图1所示的原料装入装置中，并列地配置有两个炉顶料仓4，利用装料带式输送机2输送到高炉的炉顶的原料利用切换进料管15分为两部分供给并积存于期望的炉顶料仓4。炉顶料仓4将积存的原料从底部的排出口4a排出，在炉顶料仓的排出口4a的下方配置有用于调整原料的流量的流量调整阀5。 流量调整阀5能够通过改变开度来调节开口6的面积从而调整从炉顶料仓4借助集合料斗7供给于回转进料管8的原料的流量。回转进料管8将被供给的原料装入高炉9的炉内的期望位置。
在使用这样的并列料仓式无料钟装入装置的情况下，交替地进行从一个炉顶料仓装入矿石的操作和从另一个炉顶料仓装入焦炭的操作。由此，能够在高炉炉内使矿石层和焦炭层交替地形成并堆积。
若如此向炉内装入原料而对高炉进行作业，则在还原反应快速地进行的同时，产生通气阻力变得较大的区域。该区域被称为熔接带，对高炉整体的透气性以及高炉的生产率产生较大的影响。因而，为了改善熔接带的透气性并且促进还原反应，通常进行控制在高炉炉内堆积的原料在炉径向上的质量、层厚、粒度分布的操作。
例如，在上述图1所示的并列料仓式无料钟装入装置中，通过使回转进料管8一边偏斜一边回转而将原料装入炉内来控制装入料分布。在此，如上述图1中实线箭头所示，所谓偏斜是指在使回转进料管8回转的状态下，改变回转进料管的中心轴线8a与高炉垂直方向的中心轴线9a所成的角度。通常，回转进料管的偏斜以原料装入高炉炉内的位置按照炉壁侧、中间部以及中心侧的顺序移动的方式来操作。
近年，作为改善熔接带中的反应效率和透气性的一个方法，以在矿石中混合少量的焦炭的方式装入的方法引人注目。在将少量的焦炭混合到该矿石中从而形成混合层的方法中，能够期待同时实现通过将矿石和焦炭邻近配置来促进还原反应和通过在矿石软化熔接时使焦炭发挥作为骨料（间隔物）的作用来改善透气性。
在形成矿石和焦炭的混合层的方法中，存在沿着炉径向均匀地形成混合层的方式、或者在还原性、透气性较差的特定位置形成混合层的方式。无论是哪种方式，在从炉顶料仓4经由集合料斗7向回转进料管8供给原料时，都 存在通过改变包含于供给到回转进料管8的原料中的矿石和焦炭的比例而使焦炭的比例降低的情况、或者显著增加的情况。在这些情况下，在高炉内的圆周方向或者径向上导致焦炭的比例产生偏差，在促进还原反应和改善透气性方面产生障碍。因此，当在高炉炉内形成混合层时，期望供给到回转进料管8的原料的混合比例的经时变化尽量小且均匀。
在此，为了形成混合比例均匀的混合层，考虑有通过将矿石和焦炭预先混合并供给到炉顶料仓而在炉内形成混合层的方式。但是，在该方式中，由于在装入高炉为止的输送过程中因粒径、密度不同而引起偏析，因此，在形成于高炉的混合层中，焦炭的比例根据位置而变化。因此，在预先混合矿石和焦炭的方式中，难以维持混合层整体的均匀的混合状态。
当在高炉炉内形成矿石和焦炭的混合层时，关于抑制偏析并维持均匀的混合状态的方法，例如形成有如专利文献1～3所示的以往以来的各种提案。在专利文献1和专利文献2所公开的原料装入方法中，在多个炉顶料仓中的一个炉顶料仓积存矿石，在另一个炉顶料仓积存焦炭。在该状态下，通过控制配置在炉顶料仓下方的流量调整阀而排出矿石和焦炭这两者并供给到回转进料管，从而在高炉炉内形成混合层。
在此，由于高炉以高于大气压的压力进行作业，因此，在向高炉炉内装入原料时进行炉顶料仓内的均压操作和排压操作。由此，根据专利文献1和专利文献2所公开的原料装入方法，在以矿石中混合少量的焦炭的方式进行装入的情况下，由于用于积存矿石的炉顶料仓与用于积存焦炭的炉顶料仓一起都需要均压操作和排压操作，因此一次装入需要较长时间。为了解决该装入时间的限制，考虑有并列地配置三个以上的炉顶料仓，但在该情况下，随着并列地配置的炉顶料仓的数量增加，原料装入装置变得复杂，对设备成本的方面不利。
在专利文献3中公开的原料装入装置中，沿着垂直方向设置两个炉顶料 仓，在下层的炉顶料仓的排出口的正下方具备回转进料管的无料钟装入装置（以下称为垂直料仓式无料钟装入装置）中，独立于该无料钟装入装置地设置原料料仓，该原料料仓向回转进料管直接供给原料。在使用专利文献3所公开的使用原料装入装置的原料装入方法中，在炉顶料仓和原料料仓内，积存粒度和性质中的任一者不同或者两者都不同的原料。由此，能够控制利用回转进料管装入的原料的粒度和性质中的任一者或者两者随着时间的变化。另外，在其他的实施方式中，能够通过在炉顶料仓和原料料仓内积存粒度和性质相同的原料来缩短装入时间。
在专利文献3所公开的原料装入装置中，在以将炉顶料仓和原料料仓的流量调整阀开度分别设为固定条件的方式进行混合装入的情况下，由于在进行混合装入期间装入到炉内的原料的体积流量发生变化（增加），因此，形成于炉内的原料层厚变化（增加）。因而，为了在高炉内建造所期望的原料分布状态、轮廓，需要调整回转进料管偏斜角、转速（日文：旋回数）。或者，为了将进行混合装入期间的装入到炉内的原料以体积流量设为恒定的方式装入炉内，必须根据各种混合条件（原料种类、混合比例）分别联机控制炉顶料仓和原料料仓的流量调整阀开度。如上所述，在使用专利文献3的原料装入装置进行混合装入的情况下，为了在高炉内建造所预期的原料分布状态而进行的操作变得复杂。
近年，在优质原材料的枯竭、价格的高涨的背景下，无法避免使用低质并且廉价的高炉原料，除了在上述的矿石中所混合的焦炭以外，燃料颗粒、块矿石这样的被少量装入到炉内的特定原料也倾向于多样化。因此，确立将这些特定原料在以适当的比例混合而成的状态下装入高炉炉内的方法成为了重要的课题。
然而，在将多种原料按顺序供给到炉顶料仓并在暂时积存之后排出的情况下，公知有原料不会按照供给到炉顶料仓的供给顺序排出的情况。
图2是表示炉顶料仓中的原料的供给顺序以及排出顺序的图，图2的（a）表示原料的供给顺序，图2的（b）表示排出顺序。若向炉顶料仓4按顺序供给并装入从上方细分为三部分的原料，则如图2的（a）所示，自炉顶料仓4的下部朝向上部以区域3a、区域3b以及区域3c的顺序以层状堆积并积存。即，最初装入的原料堆积并积存于区域3a，接着装入的原料堆积并积存于区域3b，最后装入的原料堆积并积存于区域3c。如此，供给到炉顶料仓的装入原料3按照供给顺序那样地堆积并积存于炉顶料仓4。
若将如此积存的原料3从设于炉顶料仓4的底部的排出口4a排出，则无法按照向炉顶料仓供给的供给顺序那样排出。这是因为，在炉顶料仓内，在一部分内壁的附近区域堆积的原料在粉末压力的作用下压贴于内壁而使摩擦变大，难以从炉顶料仓被排出。
例如，在图2的（b）所示的形状的炉顶料仓4中，若从底部的排出口4a排出原料，则首先是在排出口4a的正上方区域3d堆积的原料被排出。接着，从堆积于首先被排出的区域3d周围、且以某种程度离开炉顶料仓的内壁的区域3e中的原料起紧接着流动并被排出，最后，残留在炉顶料仓的内壁的附近区域3f中的原料被排出。通过将首先在排出口的正上方区域3d堆积的原料排出而形成的空间被称为鼠洞，形成鼠洞的同时其周围的原料崩溃并被排出的现象被称为漏斗流。另外，以下，将位于排出口4a的正上方且首先被排出的区域3d、即原料以供给顺序被排出的（质量流）区域称为鼠洞区域。
在专利文献4中公开了一种利用该漏斗流的排出特性在期望的时期将特定原料装入高炉的方法。专利文献4所公开的原料装入方法为按顺序向炉顶料仓供给多种原料、并在将多种原料以层状装载并暂时积存之后从炉顶料仓向高炉炉内装入原料的方法。在该方法中，预先把握原料的装载高度位置与漏斗流特性之间的关系，根据把握的关系调整特定原料的装载高度位置。
通过在这种专利文献4所公开的原料装入方法中组合回转进料管的偏斜 角调整，能够在期望的位置装入特定原料。但是，若使用专利文献4所公开的原料装入方法向回转进料管供给原料，则特定原料的混合比例随着时间的推移而较大地变化。因此，在形成矿石和焦炭的混合层的情况下，使利用专利文献4所公开的原料装入方法从炉顶料仓排出时的原料的混合比例均匀化是不恰当的。
专利文献1：日本特开昭61-243107号公报
专利文献2：日本特开2005-264292号公报
专利文献3：日本特许第2782786号
专利文献4：日本特开2001-192714号公报
如上所述，在高炉的作业中，作为用于改善熔接带中的反应效率和透气性的方法，在矿石中混合少量的焦炭而形成混合层的方法是引人注目的。但是，若通过将事先混合矿石和焦炭而成的原料供给到炉顶料仓而在炉内形成混合层，则会在输送过程中引起偏析，难以维持混合层整体的均匀的混合状态。
另外，在上述专利文献1和专利文献2所公开的原料装入方法中，在多个炉顶料仓中的一个炉顶料仓积存矿石，在另一个炉顶料仓积存焦炭，通过控制流量调整阀来混合矿石和焦炭。在该方法中，由于需要对两个炉顶料仓进行均压操作和排压操作，因此，装入需要较长时间。为了解决该装入时间的限制，考虑有并列地配置三个以上的炉顶料仓，但若并列地配置三个以上的炉顶料仓，则对设备成本的方面不利。
在上述专利文献3中公开的垂直料仓式无料钟装入装置中，独立于炉顶料仓地设置原料料仓，该原料料仓向回转进料管直接供给原料。在利用该专利文献3所公开的原料装入装置从炉顶料仓和原料料仓排出原料并将其混合装入的情况下，需要调整回转进料管偏斜角、转速，活分别联机控制炉顶料仓和原料料仓的流量调整阀开度，导致操作变得复杂。
在上述专利文献4所公开的原料装入方法中，通过利用漏斗流的排出特性，能够在期望的时期将特定原料装入高炉。但是，若使用专利文献4所公开的原料装入方法向回转进料管供给原料，由于特定原料的混合比例随着时间的推移变化地较大，因此，应用于在高炉炉内形成混合层的情况是恰当的。
发明内容
发明要解决的问题
本发明即是鉴于这样的情况而做成的，其目的在于提供一种能够在从高炉的炉顶料仓将主要原料和特定原料装入炉内并形成混合层时形成主要原料和特定原料的比例均匀的混合层、从而能够提高高炉炉内的装入料分布的控制性的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法。
用于解决问题的方案
在排出积存于炉顶料仓的高炉原料的情况下，如使用上述图2说明的那样，根据漏斗流的排出特性，原料不会按照供给到炉顶料仓的供给顺序排出。通常，最初，在排出口的正上方堆积的区域的原料被排出而形成有鼠洞，接着，在最初被排出的区域周围（鼠洞的内表面周围）的原料从上部开始崩溃而向位于鼠洞区域的原料表面流入并被排出。
因此，若以将主要原料和特定原料按顺序供给并积存于炉顶料仓的状态从排出口排出原料，则被排出的原料所包含的主要原料和特定原料的混合比例随着时间的推移而大幅变化。因而，在以将主要原料和特定原料按顺序装入并积存于炉顶料仓的状态排出原料的情况下，很难将包含在从炉顶料仓排出的原料中的主要原料和特定原料的比例控制在期望的比例。
在此，本发明者们关于将从炉顶料仓排出的原料所包含的主要原料和特定原料的比例控制在期望的比例的方法进行了各种试验，并专心地进行讨论，其结果得知了利用漏斗流排出特性能够实现这一方法。使用上述图2的 （b）所示的炉顶料仓说明基于该见解的方法，在随着区域3d的原料被排出而形成有鼠洞之后，检测到在区域3d周围（鼠洞的内周面周围）的区域3e堆积的原料从上部开始崩溃并与位于鼠洞区域的原料（在区域3d的下部堆积的原料）混合发生的时刻，向该混合发生的部分直接供给特定原料并与主要原料混合排出。
为了验证是否能够检测上述漏斗流排出特性，使用高炉体积5370m3的1：5.6比例尺的并列料仓式无料钟装入模型装置实施了试验。
图3是表示检测在鼠洞的内周面周围堆积的原料崩溃的试验所使用的模型装置的炉顶料仓的图。在图3中表示了用于将积存的原料从底部的排出口4a排出的炉顶料仓4、配置于排出口4a的正上方的料位仪（非接触式激光测距仪）10、以及装入并积存于炉顶料仓4的原料3。本试验在向炉顶料仓4装入并积存了预定质量的主要原料的状态下，将未图示的流量调整阀的开度设为恒定并从炉顶料仓4的底部的排出口4a排出了全部的主要原料。此时，通过利用料位仪10以恒定时间间隔地测量从料位仪10到形成于排出口4a的正上方的位于鼠洞区域的原料表面为止的距离，从而测量位于鼠洞区域的原料表面的原料高度。
在各试验中，以改变装入炉顶料仓的主要原料的种类以及装入量（初期的原料高度）并且改变流量调整阀的开度的方式实施。
图4是表示自原料排出开始时经过的经过时间（s）与鼠洞的原料高度（mm）之间的关系的图，图4的（a）表示装入了676kg烧结矿作为主要原料的情况，图4的（b）表示积存了473kg烧结矿作为主要原料的情况，图4的（c）表示装入了123kg焦炭作为主要原料的情况，图4的（d）表示装入了160kg焦炭作为主要原料的情况。图4的（a）～图4的（d）中的调流阀开度表示流量调整阀的开度。根据图4的（a）～图4的（d），明确了与装入炉顶料仓的主要原料的种类、装入量以及流量调整阀的开度无关，鼠洞内的原料高度降低 速度并不恒定。
在此，在将原料排出开始时的鼠洞的原料高度设为H0（mm）并将从原料排出开始时所经过的时间t（s）中的鼠洞的原料高度设为H（mm）时，将利用下述公式（1）表示的速度设为原料高度降低速度VH（mm／s）。该原料高度降低速度VH（以下也称为“原料降低速度”）为从排出开始到时间点t为止的平均速度，使用原料降低速度整理了本试验的结果。
VH＝（H0－H）／t…（1）
图5是表示自原料排出开始时经过的经过时间（s）与原料降低速度（mm／s）之间的关系的图，图5的（a）表示装入了676kg烧结矿作为主要原料的情况，图5的（b）表示装入了473kg烧结矿作为主要原料的情况，图5的（c）表示装入了123kg焦炭作为主要原料的情况，图5的（d）表示装入了160kg焦炭作为主要原料的情况。图5的（a）～图5的（d）中的调流阀开度表示流量调整阀的开度。
根据图5的（a）～图5的（d）明确了鼠洞的原料降低速度与装入炉顶料仓的主要原料的种类、装入量以及流量调整阀的开度无关，而是从排出开始时随着时间推移而逐渐增加，但以某时刻为边界转为减少。在图5的（a）～图5的（d）中，分别用实线箭头表示该原料降低速度从增加转为减少的时刻。
如上述图2的（b）所示，原料降低速度在某时刻从增加转为减少是因为：首先，在排出口的正上方堆积的原料被排出而形成有鼠洞，接着，在鼠洞内周面的周围堆积的原料从上部开始崩溃而向位于鼠洞区域的原料表面流入并被排出。即，本发明者们得知：通过根据利用料位仪测量的原料高度计算原料降低速度，检测到该原料降低速度从增加转为减少的时刻，能够检测由漏斗流排出特性的变化导致在鼠洞内周面的周围堆积的原料从上部开始崩溃而向位于鼠洞区域的原料表面流入并被排出的时刻。
而且，以上述图5所示的经过时间与原料降低速度之间的关系，在排出 末期使原料降低速度再次转为增加。这是因为：在上述图3所示的炉顶料仓中，水平截面上的空间部（积存原料的部分）的面积在底部的排出口附近以及上部恒定，但在除此之外的中间部越接近底部越减少。
另外，根据图4和图5明确了：原料降低速度从增加转为减少的时刻（原料高度）根据原料的种类、装入量（初期原料高度）以及流量调整阀开度（排出流量）而变动。除此之外，也可以说原料降低速度从增加转为减少的时刻根据炉顶料仓的形状、供给于炉顶料仓并堆积的原料的顶点位置（向炉顶料仓装入的原料装入方法）、以及原料的水分含量而变动。因此，在把握来自炉顶料仓的漏斗流排出特性之外，优选的是联机测量原料排出中的鼠洞的原料高度随着时间推移而产生的变化。
另一方面，在高炉的稳定作业时原料装入条件并非频繁地改变。在这样地以相同条件重复对高炉进行作业的情况下，根据测量数据事先把握漏斗流排出特性。由此，能够利用事先把握的漏斗流排出特性检测在鼠洞的内周面周围堆积的原料从上部开始崩溃而向位于鼠洞区域的原料表面流入并被排出的时刻。
本发明即是根据上述的见解而完成的，其要旨在于下述（1）和（2）的高炉的原料装入装置、下述（3）的高炉的原料装入方法的第1实施方式、以及下述（4）的高炉的原料装入方法的第2实施方式。
（1）一种高炉的原料装入装置，其为一种无料钟式装入装置，包括：两个炉顶料仓，其用于暂时积存装入高炉炉内的原料；第1供给系统，其用于向该两个炉顶料仓装入原料；以及回转进料管，其用于将从上述两个炉顶料仓排出的原料借助集合料斗进行供给并将该原料装入高炉，该高炉的原料装入装置的特征在于，上述两个炉顶料仓中的至少一个炉顶料仓包括：料位仪，其用于测量鼠洞的原料高度；特定原料用料仓，其用于暂时积存特定原料；特定原料用进料管，其用于将从该特定原料用料仓排出的特定原料装入 具有上述料位仪的炉顶料仓的鼠洞；以及流量调整阀，其用于调整从上述特定原料用料仓排出的特定原料的流量。
（2）根据权利要求1所述的高炉的原料装入装置，其特征在于，上述高炉的原料装入装置还包括第2供给系统，该第2供给系统自上述第1供给系统分支并用于向上述特定原料用料仓装入原料。
（3）一种高炉的原料装入方法，其特征在于，该高炉的原料装入方法使用权利要求1或2所述的高炉的原料装入装置向高炉装入原料，在从具有上述料位仪的炉顶料仓内排出原料时，测量随着该原料排出而形成的鼠洞的原料高度并连续地计算由下述公式（1）规定的原料高度降低的速度，检测该原料高度降低的速度从增加变为减少的时刻，从检测出上述时刻到经过15秒为止的时间内开始从上述特定原料用料仓排出原料，
VH=（H0-H）/t…    （1）
在此，
VH：原料降低速度（从排出开始到时间点t为止的平均速度）（mm/s）、
t：从原料的排出开始时经过的经过时间（s）、
H0：原料的排出开始时的原料高度（mm）、
H：经过时间t的原料高度（mm）。
（4）一种高炉的原料装入方法，其特征在于，该高炉的原料装入方法使用权利要求1或2所述的高炉的原料装入装置向高炉装入原料，自开始从具有上述料位仪的炉顶料仓内排出原料起，事先把握利用上述公式（1）计算的原料高度降低的速度从增加变为减少的时刻为止所经过的时间A，在以与把握了上述时间A的条件相同条件进行的、装入来自具有上述料位仪的炉顶料仓内的原料时，在从事先把握的上述时间A的15秒前到上述时间A为止的时间内开始从上述特定原料用料仓排出原料。
发明的效果
采用本发明的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法，只要将铁源、还原材料与少量的特定原料装入炉内并形成混合层，就能够形成主要原料和特定原料混合比例均匀的混合层，从而能够提高高炉炉内的装入料分布的控制性。
附图说明
图1是表示以往的并列料仓式无料钟装入装置的结构例的示意图。
图2是表示炉顶料仓中的原料的供给顺序以及排出顺序的图，图2的（a）表示原料的供给顺序，图2的（b）表示原料的排出顺序。
图3是表示对堆积在鼠洞的内周面周围的原料的崩塌进行检测的试验中所使用的模型装置的炉顶料仓的图。
图4是表示自开始排出原料时的经过时间与鼠洞的原料高度之间的关系的图，图4的（a）表示装入了676kg烧结矿作为主要原料的情况，图4的（b）表示装入了473kg烧结矿作为主要原料的情况，图4的（c）表示装入了123kg焦炭作为主要原料的情况，图4的（d）表示装入了160kg焦炭作为主要原料的情况。
图5是表示自开始排出原料时的经过时间与原料降低速度之间的关系的图，图5的（a）表示装入了676kg烧结矿作为主要原料的情况，图5的（b）表示装入了473kg烧结矿作为主要原料的情况，图5的（c）表示装入了123kg焦炭作为主要原料的情况，图5的（d）表示装入了160kg焦炭作为主要原料的情况。
图6是表示应用了本发明的并列料仓式无料钟装入装置的示意图。
图7是表示实施例的比较例中装入到炉顶料仓内的原料的状态的图。
图8是表示实施例的比较例中的经过时间与焦炭含有率之间的关系的图。
图9是表示实施例的本发明例1以及本发明例2中的经过时间与焦炭含有率之间的关系的图。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的高炉的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法。
图6是应用了本发明的并列料仓式无料钟装入装置的示意图。图6所示的原料装入装置与上述图1所示的原料装入装置的基本构成相同，但是省略了原料槽1、装料带式输送机2以及配置在炉顶料仓上部的切换进料管15的图示。图6所示的原料装入装置是在上述图1所示的原料装入装置上添加以下部件而成的：料位仪10，其配置于炉顶料仓4的排出口的正上方；特定原料用料仓12，其用于暂时积存特定原料13；特定原料用进料管16，其用于将从特定原料用料仓12排出的特定原料装入炉顶料仓4的鼠洞；以及流量调整阀11，其用于调整从特定原料用料仓12排出的特定原料的流量。
本发明的原料装入装置为无料钟式装入装置，包括：两个炉顶料仓4，其用于暂时积存装入高炉炉内的原料；第1供给系统，其用于向该两个炉顶料仓4装入原料；以及回转进料管8，其用于将从上述两个炉顶料仓4排出的原料装入高炉，该从上述两个炉顶料仓4排出的原料借助集合料斗7供给；上述无料钟式装入装置能够采用如下实施方式：上述两个炉顶料仓4中的至少一个炉顶料仓4包括：料位仪10，其用于测量鼠洞的原料高度；特定原料用料仓12，其用于暂时积存特定原料；特定原料用进料管16，其用于将从该特定原料用料仓12排出的特定原料装入具有上述料位仪10的炉顶料仓4的鼠洞内；以及流量调整阀11，其用于调整从上述特定原料用料仓12排出的特定原料的流量。
如使用上述图4和图5所说明的那样，只要炉顶料仓4具有用于测量鼠洞 的原料高度的料位仪10，则在从炉顶料仓4排出原料并将其装入高炉时，通过根据被测量的原料高度计算原料降低速度，就能够检测原料降低速度从增加转为减少的时刻。即，能够检测由漏斗流动排出特性的变化导致鼠洞的内周面周围堆积的原料一边自上部崩溃而向位于鼠洞区域的原料表面流入一边被排出的时刻。
对于本发明的原料装入装置，具有用于测量鼠洞的原料高度的料位仪10的炉顶料仓4还包括：特定原料用料仓12，其用于暂时积存特定原料；特定原料用进料管16，其用于向炉顶料仓4的鼠洞装入原料；以及流量调整阀11，其用于调整特定原料的流量。由此，能够以期望的流量向炉顶料仓4的鼠洞供给特定原料。在向炉顶料仓4的鼠洞供给特定原料时，只要利用使用料位仪10检测到的漏斗流动排出特性的变化开始供给特定原料，就能够将从炉顶料仓4排出的原料所包含的特定原料的比例控制在期望的比例。
在本发明的原料装入装置中，在特定原料用料仓12中积存焦炭，在两个炉顶料仓4中的从特定原料用料仓12装入特定原料的炉顶料仓中积存矿石，在另一个炉顶料仓4中积存焦炭并向高炉装入原料。由此，能够在高炉炉内交替地形成焦炭层和混合层并使原料堆积。因而，本发明的原料装入装置能够在不增加炉顶料仓的数量的前提下利用两个炉顶料仓在高炉炉内交替地形成焦炭层和混合层并使原料堆积。
用于向两个炉顶料仓4装入原料的第1供给系统能够采用与上述图1所示的原料装入装置相同的结构。具体而言，第1供给系统能够包括：多个原料槽1；装料带式输送机2；以及切换进料管15，其配置于炉顶料仓上部，用于将利用装料带式输送机2输送的原料分配到任一炉顶料仓。
优选的是本发明的原料装入装置具有第2供给系统，该第2供给系统自第1供给系统分支并用于向特定原料用料仓12装入原料。具体而言，如上所述，在由多个原料槽1、装料带式输送机2、以及切换进料管15构成第1供给系统 的情况下，优选的是添加用于从切换进料管向特定原料用料仓供给原料的路径（第2供给系统），并能够通过操作切换进料管将原料供给目的地切换到两个炉顶料仓和特定原料用料仓中的任一料仓。由此，能够利用第1供给系统向特定原料用料仓供给原料，从而能够抑制设备成本。
如上述图6所示，本发明的原料装入装置不限定于如下实施方式：两个炉顶料仓4中的任一炉顶料仓4包括：料位仪10；特定原料用料仓12，其用于暂时积存特定原料；特定原料用进料管16，其用于将从该特定原料用料仓12排出的特定原料装入具有料位仪10的炉顶料仓4的鼠洞；以及流量调整阀11，其用于调整从特定原料用料仓12排出的特定原料的流量。
即，本发明的原料装入装置能够采用两个炉顶料仓这两者分别具有上述料位仪、上述特定原料用料仓、上述特定原料用进料管以及上述流量调整阀的实施方式。由此，能够从任一炉顶料仓形成混合层，能够改变用于积存矿石的炉顶料仓。因此，在高炉炉内交替地形成焦炭层和混合层的一次装入周期例如利用分为两次装入焦炭和一次装入矿石而构成，还能够对应为了形成混合层而使装入矿石所使用的炉顶料仓按照每个装入周期地交替的情况。
另外，出于设备成本的观点，优选的是本发明的原料装入装置采用两个炉顶料仓中的任一炉顶料仓具有料位仪等实施方式。
接着，说明使用这种本发明的原料装入装置的本发明的原料装入方法。本发明的原料装入方法的第1实施方式为使用上述的本发明的原料装入装置向高炉装入原料的方法，其特征在于，在从具有料位仪的炉顶料仓内排出原料时，测量随着该原料排出而形成的鼠洞的原料高度并连续地计算由上述公式（1）规定的原料高度降低速度，检测该原料高度降低速度从增加变为减少的时刻，从检测出从上述时刻起到经过15秒为止的期间内开始从上述特定原料用料仓排出原料。
根据以往的按顺序向炉顶料仓装入原料的原料装入方法，在按顺序向炉 顶料仓装入了主要原料和特定原料的状态下，若从炉顶料仓排出原料，则在从炉顶料仓排出的原料所包含的主要原料和特定原料的比例随着时间推移而大幅变化。在该情况下，如在后述的实施例中使用图8所说明的那样，在排出初期特定原料未被排出，而只有主要原料被排出，在排出中期特定原料的比例增加并出现峰值，从排出中期到排出末期逐渐减少，在排出末期再次增加。
相对于此，本发明的原料装入方法的第1实施方式自开始从炉顶料仓内排出原料起，测量随着装入该原料而形成的鼠洞的原料高度并连续地计算原料降低速度，检测原料降低速度从增加变为减少的时刻。即，检测由漏斗流动排出特性的变化导致在鼠洞的内周面周围堆积的原料一边自上部崩溃而向位于鼠洞区域的原料表面流入一边被排出的时刻。
根据这样的漏斗流动排出特性的变化，开始从特定原料用料仓12排出原料。由此，装入到炉顶料仓内的特定原料的大部分与位于鼠洞区域的原料、自鼠洞的内周面周围崩溃而向位于鼠洞区域的原料表面流入的原料混合并从排出口被排出。因此，如后述的实施例中利用图9的本发明例1所表示的那样，本发明的原料装入方法的第1实施方式能够从排出中期到末期使从炉顶料仓排出的原料所包含的特定原料的比例均匀。
因而，只要利用本发明的原料装入方法的第1实施方式向高炉炉内装入原料，就能够形成主要原料和特定原料的比例均匀的混合层，从而能够提高高炉炉内的装入料分布的控制性。另外，本发明的原料装入方法的第1实施方式以联机的方式利用料位仪测量原料高度并连续地计算原料降低速度。因此，即使在因原料的种类或者装入量的改变、由天气变化等导致的原料的水分含量的变化而使原料降低速度从增加转为减少的时刻产生了变动的情况下，也能够在高炉炉内形成主要原料和特定原料的比例均匀的混合层。
在本发明的原料装入方法的第1实施方式中，出于促进在高炉炉内形成 的主要原料和特定原料的比例均匀的混合层而改善熔接带中的反应效率和透气性的观点来看，优选的是在检测了原料降低速度从增加变为减少的时刻之后，迅速地（同时地）开始从特定原料用料仓排出原料。另一方面，若开始从特定原料用料仓排出原料过迟，则由于存在有在高炉炉内未充分地形成混合层的风险，因此，在本发明的原料装入方法的第1实施方式中，在从检测原料降低速度从增加变为减少的时刻开始到经过15秒的期间内（在15秒以内）开始从特定原料用料仓排出原料。
本发明的原料装入方法的第2实施方式为一种高炉的原料装入方法，其使用上述的本发明的原料装入装置向高炉装入原料，其特征在于，事先把握自开始从包括上述料位仪的炉顶料仓内排出原料起，到利用上述公式（1）计算的原料高度降低速度从增加变为减少的时刻为止所经过的时间A，在以与把握了上述时间A的条件相同条件进行的从具有上述料位仪的炉顶料仓内装入原料时，在事先把握的上述时间A的15秒前到上述时间A为止的期间内开始从上述特定原料用料仓排出原料。
从开始排出原料到原料降低速度从增加变为减少的时刻为止所经过的时间A能够在根据预定的操作条件将主要原料装入到炉顶料仓之后排出时，利用料位仪以恒定时间间隔测量形成于炉顶料仓内的鼠洞的原料高度，并通过计算原料降低速度来把握。
如上所述，原料降低速度从增加转为减少的时刻根据原料的种类、装入量、以及炉顶料仓所具有的流量调整阀的开度而变动。除此之外，原料降低速度从增加转为减少的时刻根据炉顶料仓的形状、供给于炉顶料仓并堆积的原料的顶点位置、原料的水分含量而变动。另一方面，只要这些条件相同，原料降低速度从增加转为减少的时刻就会处于恒定范围内。因此，在本发明的原料装入方法的第2实施方式中，使事先把握时间A时的条件与将特定原料装入炉顶料仓内并从炉顶料仓内装入原料时的条件相同。
在本发明的原料装入方法的第2实施方式中，在从炉顶料仓内装入原料时，在事先把握的时间A的15秒之前到时间A为止的期间内开始从特定原料用料仓排出原料。如后述的实施例所示，即使在事先把握的时间A的15秒之前开始从特定原料用料仓排出原料的情况下，也能够将从炉顶料仓排出的原料所包含的主要原料与特定原料的比例控制在期望的比例并且控制在均匀的比例。另一方面，若在早于事先把握的时间A的15秒之前的时期开始从特定原料用料仓排出原料，则将发生从炉顶料仓排出的原料所包含的特定原料的比例暂时变化地较大（增加）的现象。
这种本发明的原料装入方法的第2实施方式在从时间A的15秒之前到时间A为止的期间内开始从上述特定原料用料仓排出原料。由此，与本发明的原料装入方法的第1实施方式相比，第2实施方式能够在更长的时间内将从炉顶料仓排出的原料所包含的主要原料与特定原料的比例控制在期望的比例并且控制在均匀的比例。
采用本发明的原料装入方法，通过从原料的种类、主要原料与特定原料的混合比例、炉顶料仓或特定原料用料仓所具有的流量调整阀的操作、回转进料管的偏斜操作这些条件之中适当地选择条件进行调整，能够对应根据高炉的作业状态而变化的各种装入条件。
例如，在将矿石作为主要原料，将焦炭作为特定原料，操作回转进料管并按照高炉炉内的炉壁侧、中间部以及中心侧的顺序装入原料时，即使在不想在中心部形成矿石和焦炭的混合层的情况（在炉壁侧和中心侧形成只有矿石的层、在中间部形成混合层的情况）下，也能够应用本发明的原料装入方法。
在该情况下，完成从特定原料用料仓向炉顶料仓供给焦炭设定为早于完成从炉顶料仓排出矿石。具体而言，不改变包括特定原料用料仓的流量调整阀的开度，而使向特定原料用料仓装入的焦炭的装入量减少即可。另外，还 可以是不改变向特定原料用料仓装入的焦炭的装入量，而较大程度地改变特定原料用料仓所具有的流量调整阀的开度即可。
或者，在将矿石作为主要原料，将焦炭作为特定原料，操作回转进料管并按照高炉炉内的炉壁侧、中间部以及中心侧的顺序装入原料时，即使是欲从炉壁侧的更靠近炉壁的位置起形成矿石和焦炭的混合层，也能够应用本发明的原料装入方法。
在该情况下，通过较大程度地改变炉顶料仓所包括的流量调整阀的开度，能够缩短自开始从炉顶料仓内排出原料起到原料降低速度从增加转为减少的时刻为止所经过的时间。由此，能够提前开始从特定原料用料仓排出焦炭的时期，从而能够从在装入于高炉炉内的原料的炉壁侧的、更靠近炉壁的位置起设为混合层。
另外，在高炉的作业中，现状是在所有装入于炉内的焦炭中有10%～20%左右的焦炭与矿石混合装入。因此，本发明的原料装入装置优选将特定原料用料仓的容量相对于炉顶料仓的容量的比（特定原料用料仓的容量/炉顶料仓的容量）设为0.1以上。另一方面，若特定原料用料仓的容量过大，则以原料装入装置为主的原料装入设备大型化而变得较高，在设备成本方面变得不利。由此，优选的是特定原料用料仓的容量相对于炉顶料仓的容量的比在0.5以下。
另外，本发明并不限定于参照实施方式说明的并列料仓式无料钟装入装置，还能够应用于垂直料仓式无料钟装入装置。另外，在上述图6所示的原料装入装置所具有的炉顶料仓的形状中，由于鼠洞形成于排出口的正上方，因此，以将料位仪配置在排出口的正上方并且在排出口的正上方装入有特定原料的方式配置了特定原料用进料管。鼠洞通常形成于炉顶料仓的排出口的正上方，但根据炉顶料仓的形状有时形成于除此之外的位置。即使在该情况下，通过事先确认形成有鼠洞的位置也能够应用本发明。
实施例
为了验证本发明的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法的效果，进行了下述的试验。
试验方法
在本试验中，使用了高炉体积5370m3的1：5.6比例尺的并列料仓式无料钟装入模型装置。无料钟装入模型装置的炉顶料仓的形状如上述图3所示的形状。与上述图6所示的原料装入装置相同，在该无料钟装入模型装置上设有：料位仪（非接触式激光测距仪），其设于炉顶料仓的排出口的正上方；特定原料用料仓，其用于暂时积存特定原料；特定原料用进料管，其用于将从特定原料用料仓排出的特定原料装入炉顶料仓的鼠洞；以及流量调整阀，其用于调整从特定原料用料仓排出的特定原料的流量。向炉顶料仓装入了676kg作为主要原料的矿石、即烧结矿，向特定原料用料仓12装入了20kg焦炭。
在该状态下，在本发明例1中，打开炉顶料仓所包括的流量调整阀，将开度设为恒定并开始从炉顶料仓排出原料。此时，利用料位仪，每隔一秒测量形成于排出口的正上方的鼠洞的原料高度，利用上述公式（1）连续地计算原料降低速度。
在本发明例1中，在检测原料降低速度从增加变为减少的时刻的同时，打开特定原料用料仓所包括的流量调整阀，将开度设为恒定并从特定原料用料仓朝向炉顶料仓的鼠洞的中心地排出特定原料。
在本发明例2中，利用由本发明例1把握的自开始从炉顶料仓内排出原料到原料降低速度从增加变为减少的时刻为止所经过的时间A，开始从特定原料料仓排出原料。在此，在本发明例1中，自开始从炉顶料仓内排出原料到原料降低速度从增加变为减少的时刻为止所经过的时间A为35秒。
在本发明例2中，在以与本发明例1相同的条件向炉顶料仓和特定原料用 料仓装入有原料的状态下，打开炉顶料仓所包括的流量调整阀，将开度设为恒定并开始从炉顶料仓排出原料。开始从炉顶料仓内排出原料之后，在事先把握的时间A所经过的15秒之前（自开始从炉顶料仓内排出原料后经过了20秒的时间），打开特定原料用料仓所包括的流量调整阀，将开度设为恒定并从特定原料用料仓朝向炉顶料仓的鼠洞的中心排出特定原料。
对于本发明例1和本发明例2，都是以使从炉顶料仓内排出全部的矿石时期与从特定原料料仓内排出全部的焦炭的时期相同的方式，设定特定原料用料仓所包括的流量调整阀的开度。
在比较例中，在向炉顶料仓装入作为主要原料的矿石之后，装入作为特定原料的焦炭。
图7是表示在比较例中装入于炉顶料仓的原料的状态的图。如图7所示，在比较例中，设为在炉顶料仓内由矿石组成的层14之上形成有由焦炭构成的层13的状态。在如此向炉顶料仓装入了原料的状态下，在比较例中，打开炉顶料仓所包括的流量调整阀，将开度设为恒定并开始从炉顶料仓排出原料，从而排出了炉顶料仓内的全部原料。
评价基准
对于本发明例和比较例，都是在自开始从炉顶料仓排出原料到试验完成为止之前的期间内，每隔大约每6秒从炉顶料仓排出的原料中采取4kg～6kg的试样。采取的试样利用磁选以及目测将焦炭分离并测量其质量，计算原料的焦炭含有率（质量%）。
试验结果
图8是表示比较例中的经过时间与焦炭含有率之间的关系的图。图8所示的经过时间为相对值，将开始从炉顶料仓排出原料的时刻设为0，将完成从炉顶料仓排出原料的时刻（全部原料被排出的时刻）设为1。
如图8所示，在比较例中，由于在排出初期堆积在排出口正上方的矿石 被排出而形成有鼠洞，因此，在从开始排出时到经过时间为0.3左右为止，焦炭不被排出而只有矿石被排出。在排出中期，由于除了堆积在排出口正上方的焦炭之外，堆积在鼠洞的内周面周围的焦炭崩溃而流入位于鼠洞区域的原料表面，因此，焦炭的含有率增加，并在经过时间0.5左右达到峰值。而且从排出中期到排出末期，焦炭的含有率逐渐减少下去，但由于在排出末期堆积在料仓侧壁附近的焦炭被排出，因此，焦炭的含有率再次增加。
图9是表示本发明例1和本发明例2中的经过时间与焦炭含有率之间的关系的图。与上述图8相同，图9所示的经过时间为相对值，将开始从炉顶料仓排出原料的时刻设为0，将完成从炉顶料仓排出原料的时刻（全部原料被排出的时刻）设为1。
焦炭的含有率大致固定，在本发明例1中在经过时间大约0.6以后约为4%～7%，在本发明例2中在经过时间大约0.5以后约为5%～7%，且确认到本发明所要达到的实现从炉顶料仓排出的原料中的混合比例的均匀化的目标。
在此，在本发明例2中，若进一步提早开始从特定原料用料仓排出焦炭的时刻，则接近具有图8所示的较大的峰值的以往的排出模式。因此，在本发明的原料装入方法的第2实施方式中，在自事先把握的原料降低速度从增加变为减少的时间15秒之前到该时间为止的时间开始从特定原料用料仓排出原料。
产业上的可利用性
根据本发明的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法，只要将铁源、还原材料以及少量的特定原料装入炉内并形成混合层，就能够形成主要原料和特定原料的混合比例均匀的混合层，能够提高高炉炉内的装入料分布的控制性。
因而，在高炉的作业中，通过应用本发明的原料装入装置以及使用该原料装入装置的原料装入方法，在炉内形成矿石和焦炭的混合层，能够促进在 熔接带的还原反应，并且改善透气性，能够对提高高炉的生产性有较大的贡献。
附图标记说明
1、原料槽；2、装料带式输送机；3、装入原料；4；炉顶料仓；4a、排出口；5、炉顶料仓的流量调整阀；6、开口；7、集合料斗；8、回转进料管；8a、回转进料管的中心轴线；9、高炉；9a、高炉的中心轴线；10、料位仪；11、特定原料用料仓的流量调整阀；12、特定原料用料仓；13、特定原料；14、主要原料（矿石）；15、切换进料管；16、特定原料用进料管。