JP2000282108A - 高炉の操業方法 - Google Patents

高炉の操業方法

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JP2000282108A
JP2000282108A JP11091756A JP9175699A JP2000282108A JP 2000282108 A JP2000282108 A JP 2000282108A JP 11091756 A JP11091756 A JP 11091756A JP 9175699 A JP9175699 A JP 9175699A JP 2000282108 A JP2000282108 A JP 2000282108A
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Nozomi Nishimura
望 西村
Yasuhei Nouchi
泰平 野内
Takeshi Sato
健 佐藤
Kanji Takeda
幹治 武田
Hideyuki Kamano
秀行 鎌野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、高炉で高反応性コークスを使用して
も、従来より円滑で、且つ安定した操業が可能な高炉の
操業方法を提供することを目的としている。 【解決手段】鉱石とコークスからなる原料のうち、少な
くともコークスを、炉頂に設けられた装入シュートを旋
回させつつ炉中心部から炉壁方向に傾動させて装入する
高炉の操業方法において、前記コークスの1チャージ分
を2バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチのコ
ークスの全量あるいは一部を高反応コークスとし、該バ
ッチを、炉内を半径方向に炉中心部、炉壁の2領域に区
分したうちの炉壁部へ装入するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の操業方法に
係わり、詳しくは、炉内でCOガスを発生し易く、比較
的強度の低い所謂「高反応性コークス」を利用しても、
炉中心部の通気性、通液性を損なわずに安定操業が可能
な高炉の操業方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図4に、高炉内の状態を模式的に示す。
高炉では、炉頂から主鉄原料の鉄鉱石(塊鉱石や焼結
鉱、ペレット等)及び副原料の石灰石等からなる鉱石1
と、コークス2といった原料が交互に装入され、炉内に
鉱石とコークスの層状の充填層が形成される。この交互
に装入される鉱石1あるいはコークス2をそれぞれ1チ
ャージ分の鉱石あるいは1チャージ分のコークスと呼
ぶ。各チャージの鉱石は、それぞれ1回の装入で炉内へ
装入される場合もあるし、1チャージ分の鉱石を2回以
上の装入に分割して行う場合もある。この分割された鉱
石の装入をそれぞれバッチと呼ぶ。同様に1チャージ分
の鉱石あるいは1チャージ分のコークスも分割してバッ
チ分けて装入されることもある。前記炉内に形成された
充填層へ炉の下方に設置した羽口10から高温の空気あ
るいは酸素富化空気を吹き込むことで、コークスを燃焼
させ、高温の還元性ガスを生成させ、これが炉内の充填
層中を上昇する間に、鉱石の還元が溶融を行い、溶融し
た銑鉄及びスラグが炉床8へ滴下し、これを炉床8に開
口した出銑口11から炉外へ出銑することで溶融銑鉄が
製造される。
【0003】この高炉を安定に操業するには、炉内の高
温ガスの流れを適正に制御して炉内充填層の温度分布を
適正にし、昇温、還元、溶融を安定に行うことが必要で
ある。従来の研究では、炉壁部に比べて炉中心部のガス
流れを多くすると、炉内の充填層を形成する原料が安定
して降下し、昇温、還元、溶融が安定に行われることが
判っている。炉壁部側にガス流れが多くなると、円周方
向に不均一なガス流れとなり易く、その結果、円周方向
に2つないし4つ設けられる出銑口11から出銑される
溶銑スラグの成分がばらつくといった不安定な操業にな
り易い。
【0004】炉中心部にガス流を多くするような操業を
行う手段として最も基本的なものは、当炉内へ装入する
原料の粒径を制御し、炉中心部へ粗い原料を装入し、炉
壁部へ細かい原料を装入することで、炉中心部のガス通
気抵抗を炉壁部に比べて小さくするものである。つま
り、原料の炉内への装入時に炉内の充填層を形成する原
料の粒径分布を適正にすることが、安定操業の重要な操
作手段となっている。
【0005】原料を装入する手段の一つに、炉頂に設置
したホッパ(図示せず)より装入シュート3を介して該
原料を炉内へ装入するベルレス装入装置が知られてい
る。これは、一回の原料装入にあたり、装入シュート3
を所定の旋回数だけ旋回させて炉内へ装入しながら各旋
回数における傾動角を変更させて原料を炉内へ散布する
ものであり、装入シュート3の鉛直下方とのなす角(傾
動角θ)を順次変更させながら装入することで、充填層
の任意の位置に変更できるものである。しかし、数十ト
ンの原料を装入シュートの十数回の旋回中に装入すると
いう規模の設備であるので、旋回途中で傾動角をいきな
り大きくしたり、あるいは小さくしたり自在に変更する
ことは、設備的にも負荷が大きいのみならず、傾動角を
変更中に装入される原料の炉内での着地地点が制御し難
いと言った問題がある。そのため、傾動角の変更は、経
時的に徐々に小さくする、あるいは大きくするといった
一方向で行うのが普通である。
【0006】前記した高炉での適正な原料粒径分布をこ
のベルレス装入装置で達成するためには、炉頂のホッパ
から排出される原料を経時的に粒径変化できることが好
ましい。一般に、ホッパへ上方から粉粒体を投入してい
くと、投入された原料の着地地点を頂上とする山を形成
するが、その山の頂上付近は粒径の細かいものが存在
し、ホッパ壁部の裾野の方には粒径の粗いものが存在す
る。従って、その後下方の排出口から排出させる時、そ
の山の粒径の細かいものから排出され、最後にホッパ壁
部の粒径の粗いものが排出されるという特性がある。従
来は、前記した装入シュートの傾動角を大きい角度から
徐々に小さい角度へ変更しながら旋回させるという所謂
「傾動方向」に装入シュート3を動かしていた。また、
同時に炉内での原料堆積表面形状を炉壁部で高く炉中心
部で低いすり鉢形状とすることが行われており、これに
より、炉内へ原料が着地した後に、比較的粗い原料は、
炉中心部へ転がる効果を期待していた。また、このすり
鉢形状の原料堆積表面形状では、炉中心部の充填層の厚
みが炉壁部よりも薄くなるので、その点でも炉中心部の
ガス流を多くする効果が期待できる。
【0007】ところで、高炉4では、粒度が20mm以
上で、強度の大きい塊状のコークス2(高炉コークスと
か冶金コークスとも呼ばれるが、ここでは通常使用され
るので、通常コークスと呼ぶ)が使用される。それは、
高炉4が縦長で、その操業においては、炉下部から吹き
込む熱風の上方への通気と、炉内で生じた溶融物の滴下
(通液性)が円滑に行われることが重要だからである。
この強度の大きい塊状のコークス2は、高価な粘結炭を
多量に配合した配合炭をコークス炉で乾留して製造され
る。しかしながら、最近は、粘結炭節約の観点から、一
般炭を多く配合して安価なコークスを製造する研究が盛
んになっている。この一般炭を多くしたコークスは、熱
間あるいは常温強度は低いが、反応性(炉内でCOガス
を発生し易い)が良く、日本工業規格(JIS)K21
51−1977に規定された試験で、ある反応性指数を
超えるものは、高反応性コークスと称されている。
【0008】一方、かかる高反応性コークスの高炉での
利用についても研究が多々行われている。高炉の原料コ
ストを低減する上で、非常に大きな役割を果たすからで
ある。例えば、特開平2−217408号公報は、コー
クスを大塊と小塊に分別して装入する高炉において、通
常のコークスに代え、高反応性コークスのみを大塊と小
塊とに分別し、その大塊を炉中心部に、小塊を炉中間部
より周辺部に装入し、高炉の反応効率を高める技術を提
案している。また、特開平2−236210号公報は、
同様に分別した高反応性コークスに、炉内で還元粉化し
難い鉱石類(ペレット等)を混合して、高炉へ装入する
技術を開示している。
【0009】しかしながら、上記した従来技術では、炉
中心部に大塊の高反応性コークスを装入するように配慮
されているが、高反応性コークスは、前記したように強
度が通常の冶金コークスよりかなり劣る。そのため、反
応効率の向上はあっても、炉中心部の通気、通液性の低
下に起因し、安定操業は期待できない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、高反応性コークスを使用しても、従来より円滑
で、且つ安定した操業が可能な高炉の操業方法を提供す
ることを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】ベルレス装入装置により
上記した高反応性コークスを多量に使用しても、炉中心
部のガス流が小さくならない適正なガス流分布を達成す
るために、種々の検討と実験が行なわれた。その結果、
高反応性コークスを炉中心部へ流れ込まないように装入
することが重要であることが判った。従来の順傾動方向
へ装入シュートの傾動角を変更する装入方法では、コー
クスを複数のバッチに分割して炉中心部以外の領域へ堆
積させようとした時、炉内堆積表面に着地した後に炉中
心方向へ流れ込みが生じて、炉中心部へ高反応性コーク
スが装入されてしまうことが判った。
【0012】そこで、さらに実験を加えて、小塊コーク
スの炉中心部への流れ込みを完全に防ぐためには、装入
シュートの傾動を順傾動方向へ操作するのではなく、そ
の反対、即ち、炉中心部から炉壁部方向へ傾動角を変更
(逆傾動方向)することが必要であるという知見を得
た。逆傾動方向へ原料の装入を行うと、すり鉢形状の炉
内堆積表面の低いレベルから原料の流れ込みを抑える効
果を発揮するからである。
【0013】すなわち、本発明は、鉱石とコークスから
なる原料の内、少なくともコークスを、炉頂に設けられ
た装入シュートを旋回させつつ炉中心部から炉壁方向に
傾動させて装入する高炉の操業方法において、前記コー
クスの1チャージ分を2バッチ以上に分割し、分割され
た一つのバッチのコークスの全量あるいは一部を高反応
コークスとし、該バッチを、炉内を炉半径方向に炉中心
部、炉壁の2領域に区分した内の炉壁部へ装入すること
を特徴とする高炉操業方法である。また、さらに前記高
反応性コークスのバッチを炉壁部へ装入するにあたり、
装入シュートの一旋回当たりに装入されるコークス量
を、他のコークスのバッチの装入における装入シュート
の一旋回あたりに装入されるコークス量に比べて減少さ
せることを特徴とする高炉の操業方法である。
【0014】ここで、炉壁部とは、炉内の原料堆積面に
おける炉半径を1とした時、炉中心から0.4〜1の長
さに相当する領域のことである。炉中心から0.4の長
さに相当する領域へ高反応性コークスを装入すると、炉
内シャフト部以下の領域まで降下した時に二酸化炭素な
どに消費されて粒径が減少したり、また強度的に脆弱な
ため、粉化して炉中心部でのガス流低下の原因となるか
らである。
【0015】また、前記高反応性コークスのバッチを炉
内へ装入するに当たり、装入シュートの一旋回あたりに
装入されるコークス量を、他のコークスのバッチの装入
における装入シュートの一旋回あたりに装入されるコー
クス量に比べて減少させることで、高反応性コークスの
堆積する量の炉円周方向におけるばらつきが減少するた
め、より安定した炉中心部のガス流を形成することがで
きるのである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。
【0017】まず、本発明では、従来、高炉4の炉壁側
から中心側へ装入シュート3の傾斜角を変更しつつ装入
物を流し込んでいたのを逆にして、中心側から炉壁側へ
流し込むようにした。図1(a)は、従来の順傾動方向
へ傾動角を変更して鉱石1を装入したときの炉内の原料
の堆積状態を模式的に示している。ここでは、コークス
2の装入シュート3における各旋回毎の堆積形状を示し
た。炉壁側からコークスの装入を行っているため、コー
クス2の堆積面の斜面上に装入された鉱石1が斜面に沿
って炉中心部側へ流れ込む。そこで、ある旋回数におい
て装入された原料が落下地点から炉中心部へ亘って広い
範囲で堆積する。これに対して、後述の本発明で行うよ
うにして逆傾動方向にコークス2の装入を行うと、図1
(b)に示すように、先に装入したコークスが堰となっ
て次の旋回で装入されるコークス2は落下地点に山を形
成し、順傾動方向に装入するのに比べて遥かに狭い場所
に堆積する。これにより、装入物の落下位置への原料装
入が非常に精度よく行うことができるのである。なお、
図1においては、鉱石1を1チャージ分の堆積形状をま
とめて示している。
【0018】本発明では、この現象を利用して、コーク
スチャージを2つ以上のバッチに分割して、その一つの
バッチを高反応性コークスとし、このバッチを炉壁部へ
装入することにより、高反応性コークスを炉壁部に集中
的に使用することが可能となり、多量の高反応性コーク
スを使用しても高炉の安定操業に好適である炉中心部の
ガス流を多くすることができるのである。
【0019】図2は、コークスチャージを2バッチに分
割し、その一方のコークスバッチを炉壁部へ装入したと
きの炉内堆積状況を示す。通常コークス2のバッチを炉
内の炉中壁部へ装入した後に高反応性コークス5のバッ
チを炉壁部へ装入している。このようにコークスバッチ
を分けて高反応性コークス5を装入することで、炉中心
部へ通常コークス2を装入するバッチに高反応性コーク
スが混じることがなく、また高反応性コークスを装入す
るバッチは炉壁部へ逆傾動方向に装入するので、炉中心
部へ高反応性コークスが流れ込むことがない。従って高
反応性コークスの使用量を増やしていっても、炉中心部
へ高反応性コークスが混入し、炉中心部のガス流を抑制
することがなくなる。
【0020】ここで、炉壁部とは、炉内の原料堆積面に
おける炉半径r0を1とした時に炉中心から0.4〜1
の長さに相当する領域とすると好適である。図2に示す
ように、炉中心から高反応性コークスのバッチ5の堆積
位置までの距離をr1とすると、r1/r0≧0.4と
なるように高反応性コークスのバッチ5を装入すると好
適である。
【0021】また、本発明では、高反応性コークスのバ
ッチを炉内へ装入するに当たり、装入シュートの一旋回
当たりに装入されるコークス量を、他のコークスのバッ
チの装入における装入シュートの一旋回あたりに装入さ
れるコークス量に比べて減少するため、より安定した炉
中心部のガス流を形成することができるのである。
【0022】ベルレス装入装置の場合、1バッチの原料
を装入する旋回数を一定となるように管理することで、
炉内の所定の位置に所定の量の原料を堆積させている。
しかし、炉頂のバンカーからの原料の排出速度は原料の
水分や粒度の変化により変動するものであるから、旋回
数が所定の回数より1回程度増減する場合は考えられ
る。このとき逆旋回方向に装入シュートの傾動角を変更
する本発明技術においては、円周方向の原料分布をでき
るだけ一定としたい炉壁部近傍での原料の堆積が変化し
てしまう。そこで、炉壁部へ装入する高反応性コークス
のバッチの一旋回あたりに装入されるコークス量を、他
のコークスのバッチの装入における装入シュートの一旋
回あたりに装入されるコークス量に比べて減少させるこ
とにより、円周方向のばらつきが生じたときに原料層厚
みの変動が少なくすることができるのである。
【0023】次に、本発明で利用する高反応性コークス
5は、前記日本工業規格(JIS)K2151−197
7に規定された試験で、高反応性コークスとしての反応
性指数を超えるものならば、如何なる方法で製造された
ものでも良い。しかし、経済性の観点からは、安価な一
般炭が多量に利用された成形コークスが好ましい。ま
た、その粒度については、本発明では、特に限定しな
い。大塊であっても、炉内で粉化し易いので、小塊と大
差がないからである。
【0024】
【実施例】(実施例1)ベルレス装入装置を備えた50
00m3級の高炉4の操業に、本発明に係る方法と従来
の方法とを期間を別にして適用した。その操業で製造し
た銑鉄の出銑量は、 9000t/d〜11000t/
dであり、操業条件としては、送風量6500Nm3 /
min、炉頂圧力 260kPa、コークス比 450
kg/t、微粉炭比 70kg/tを基準とした。
【0025】また、基準装入物としては、通常コークス
2が平均粒径50mmに整粒した塊状の高炉コークスで
あり、その反応物指数は55〜65であった。鉄鉱石1
は、粒径15〜25mm程度の焼結鉱及び鉄鉱石等であ
る。高反応性コークス5には、反応性指数が45〜50
の成形コークスを使用し、その粒径は20〜70mmに
調整してある。1チャージあたりの装入量は、通常コー
クスと高反応性コークスの合計量が35トン、鉄鉱石1
が110トンである。また、通常コークス2と高反応性
コークス5は、別バッチとして装入され装入シュート3
から炉内へ流すようにした。
【0026】最初に、装入シュート3の傾動角を最初6
0°から1旋回毎に1°ずつ炉壁側から中心側に向かう
よう順傾動方向に変更し、周辺近傍に高反応性コークス
5を、中心側に通常のコークス2を装入する従来の方法
で操業した。つまり、装入時に炉中心側に高反応性コー
クス5の流れ込み等が生じる方法である。その後、本発
明に係る操業方法に切り替え、最初のバッチで通常コー
クス2を中心から周辺まで装入して該コークス2の充填
層を形成し、その後、中心から無次元半径0.6の位置
から、高反応性コークス5を炉の周辺近傍に装入するよ
うにした。なお、装入シュート3は、旋回速度8rpm
を基準にして適宜変更し、また傾動角は、最初45°で
シュートの1旋回毎に1°づつ増加させた。
【0027】これら操業期間中における高炉の通気抵抗
指数の変化を、図3に示す。通気抵抗指数(F2)は、
[(送風圧力(kg/cm2))2−(炉頂圧力(kg/
cm 2))2]/((炉内ガス量(Nm3/min))1.7
で定義される数値であり、小さい方が通気抵抗が少な
い。
【0028】図3より、本発明の適用時のほうが従来方
法の適用時に比べて通気抵抗指数が小さく、安定操業に
なっていることが明らかである。また、本発明によれ
ば、炉床でのスラグ・バランスの崩れが少なく、円滑な
操業ができたのに対し、従来の方法では、長い期間に渡
り、送風量の低減を余儀なくされる状況があった。 (実施例2)実施例1に引き続いて、別形態の本発明に
係る操業方法に切り替えた。つまり、通常コークス層上
の無次元半径で0.7位置より、さらに高反応性コーク
ス5を炉壁に向かって装入する際に、装入シュート3の
1回あたりの装入量を先のバッチの半分として、旋回数
を増加した。
【0029】その結果、前記図3に同時に示すように、
高炉4の通気抵抗指数は、さらに低くなり、一層安定し
た高炉操業が達成できた。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、高反
応性コークスを周辺近傍に多量に充填しても、従来より
安定したて高炉操業ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】高炉へコークスを装入した時の炉内充填層堆積
状況を示す図であり、(a)は従来の順傾動方式、
(b)は逆傾動方式の場合である。
【図2】本発明に係る方法で形成させた炉内充填層の表
面堆積状況を示す図である。
【図3】本発明及び従来の方法による操業での通気抵抗
指数の経日変化を示す図である。
【図4】一般的な高炉の内部状況を示す図である。
【符号の説明】
1 鉄鉱石 2 コークス(通常コークス) 3 装入シュート 4 高炉(炉) 5 高反応性コークス 6 軟化帯(融着帯) 7 シャフト部 8 炉床 9 炉芯(デッド・マン) 10 羽口 11 出銑口 12 炉壁 13 高炉の中心線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 健 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 武田 幹治 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 鎌野 秀行 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 Fターム(参考) 4K012 BA04 BA07 BA08 BC03 BC05 BC06

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉱石とコークスからなる原料の内、少な
    くともコークスを、炉頂に設けられた装入シュートを旋
    回させつつ炉中心部から炉壁方向に傾動させて装入する
    高炉の操業方法において、前記コークスの1チャージ分
    を2バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチのコ
    ークスの全量あるいは一部を高反応コークスとし、該バ
    ッチを、炉内を炉半径方向に炉中心部、炉壁の2領域に
    区分した内の炉壁部へ装入することを特徴とする高炉の
    操業方法。
  2. 【請求項2】 前記高反応性コークスのバッチを炉壁部
    へ装入するにあたり、装入シュートの一旋回あたりに装
    入されるコークス量を、他のコークスのバッチの装入に
    おける装入シュートの一旋回あたりに装入されるコーク
    ス量に比べて減少させることを特徴とする請求項1に記
    載の高炉の操業方法。
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