JP2002256310A

JP2002256310A - 高炉操業方法

Info

Publication number: JP2002256310A
Application number: JP2001051302A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Goto; 和也後藤; Michitaka Sato; 道貴佐藤; Tatsuro Ariyama; 達郎有山; Noboru Sakamoto; 登坂本
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の高炉操業の形態を維持したまま、高炉
内での鉄原料の還元粉化量を低減させ、高炉内の通気性
を良好に維持し、安定した操業を可能にする、高炉操業
方法を提供すること。【解決手段】酸化鉄を主体とする鉄原料を装入する高
炉の操業において、前記鉄原料の一部または全部が高炉
装入前に還元率１１〜３０％に還元されていることを特
徴とする高炉の操業方法を用いる。また、前記鉄原料
を、高炉の半径をR、高炉の中心からの半径方向の位置
をｒとした時の高炉の無次元半径ｒ／Ｒが０．７〜１の
範囲に装入する高炉の操業方法を用いる。

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
関し、詳しくは、高炉内での鉄原料の還元粉化量を低減
させ、高炉内の通気性を良好に維持する高炉の操業方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉では、通常、炉頂部から鉄原料であ
る焼結鉱や塊鉱石と、固体燃料であるコークスとが装入
され、炉下部の羽口から吹き込まれる熱風によりコーク
スを燃焼させ、生成したＣＯを含む還元性ガスで鉄原料
中の酸化鉄を還元し、銑鉄を製造する。高炉において、
焼結鉱や塊鉱石などの鉄原料の被還元性の向上と還元粉
化性の改善とは重要な課題である。

【０００３】焼結鉱の被還元性とは、焼結鉱の高炉内で
のガス還元の容易さを表し、焼結鉱の被還元性の向上は
高炉内部での還元ガスの利用率の向上に寄与し、コーク
ス原単位の低減を可能にする。焼結鉱の還元粉化性と
は、焼結鉱が高炉で還元を受けた際に粉化する特徴を表
すもので還元粉化指数（ＲＤＩ）で数値化されており、
焼結鉱の還元粉化性の改善は高炉上部の通気性の改善と
高炉操業の安定および生産量の増加に寄与する。一般に
焼結鉱の被還元性が向上すると還元粉化性が悪化するの
で、特開昭６０−１３１９３１号公報に開示されている
ような操業条件の変更だけでこれを改善するには限界が
ある。特に近年は、焼結鉱の被還元性の向上を目的に、
SiO₂含有率の低い焼結鉱の使用が進められているため、
耐還元粉化性が低下し、高炉上部の通気性が悪化する傾
向にある。

【０００４】特開平７−２１６４１８号公報では、高炉
操業において高炉炉内における塊状帯部分の５００〜８
００℃の低温領域が、炉内に装入された焼結鉱や塊鉱石
などの鉄原料の還元粉化が最も発生し易い温度域であ
り、この低温領域が長い程、還元粉化が助長され、高炉
内通気性悪化、炉況不調へとつながっていくこと、炉内
の低温領域が長くなったり、焼結鉱のＲＤＩ値が高くな
って炉内還元粉化量が増大した場合は、装入物の分布調
整や、鉱石とコークスの比率（Ｏ／Ｃ）の低減など燃料
比上昇による炉内状態の再構築を行って通気性を改善す
る方法があることを示し、焼結鉱の品質変化を考慮せ
ず、装入物の分布調整も行わずに炉内粉率を一定にする
方法として、スクラップを用いる方法を開示している。
スクラップは金属鉄の状態であるので粉化する恐れはな
く、これを炉内の状況に応じて適宜焼結鉱と置換して投
入し、炉内粉率が一定値以上にならないように制御し
て、高炉の安定した操業を継続しようとするものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平７−２
１６４１８号公報に開示されている方法は、使用するス
クラップの形状、大きさに限界があり、高炉設備の変更
も必要である。また、品質の良いスクラップの安定供給
が必要であるのでコストが高い。さらに、スクラップの
ように高度に還元された鉄を鉄原料として多量に用いる
と、高炉発生ガスが減少し、製鉄所内で必要な高炉発生
ガスを十分に供給できず、製鉄所内のエネルギーバラン
スを維持できなくなる恐れがある。

【０００６】本発明の目的は、従来の高炉操業の形態を
維持したまま、高炉内での鉄原料の還元粉化量を低減さ
せ、高炉内の通気性を良好に維持し、安定した操業を可
能にする、高炉操業方法を提供する事にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために、以下の点に着眼した。

【０００８】（１）鉄原料の焼結鉱や鉱石に含まれる酸
化鉄は高炉内で鉄に還元される（Fe ₂O₃→Fe₃O₄→FeO→F
e）が、還元粉化は低温（５００〜８００℃）における
還元時のヘマタイト（Fe₂O₃）からマグネタイト（Fe
₃O₄）への還元の際に生じる体積膨張が引き金となって
発生する。FeOまでの反応はその後の反応（FeO→Fe）に
比較して容易に進行するので、鉄原料をFeOまで（金属
鉄が現れない程度に）還元しておき、その後の反応（Fe
O→Fe）を高炉で行えば、粉化は生じない。

【０００９】（２）上記のようなFeOまで還元する、Fe
まで完全に還元するのに比べて還元率の低い焼結鉱や鉱
石は、従来、いかなるプロセスにおいても注目されてお
らず、その製造方法も確立していなかった。しかし、還
元率の低い焼結鉱は、粉コークス・無煙炭を核として疑
似粒子中に内在させ、外層に粉コークスをコーティング
して、成分を調整した焼結鉱製造原料を焼結機で焼結す
ることにより安価に安定的に製造できることが分かっ
た。このように従来の焼結鉱製造に用いている焼結機で
還元率の低い焼結鉱を製造するのであれば、従来の高炉
の操業形態を変える必要がない。また、還元率の低い焼
結鉱を高炉の操業に用いると、高炉発生ガスの発熱量が
増加するなどのメリットがある。

【００１０】（３）高炉内部における装入物の温度分布
を調べると、炉壁側は炉中心に比べ低温領域（５００〜
８００℃）が広がっている。すなわち、装入物が低温領
域に長く留まるのは炉壁側であり、還元粉化による通気
性不良が問題となるのは主に炉壁側である。

【００１１】本発明者らは、上記知見に基づき鋭意研究
を重ねた結果、本発明を完成した。

【００１２】本件第１発明は、酸化鉄を主体とする鉄原
料を装入する高炉の操業において、前記鉄原料の一部ま
たは全部が高炉装入前に還元率１１〜３０％に還元され
ていることを特徴とする高炉の操業方法である。本件第
２発明は、一部または全部が還元率１１〜３０％に還元
されている前記鉄原料を、高炉の半径をR、高炉の中心
からの半径方向の位置をｒとした時の高炉の無次元半径
ｒ／Ｒが０．７〜１の範囲に装入することを特徴とする
本件第１発明に記載の高炉の操業方法である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。

【００１４】本発明で高炉の操業に用いる鉄原料は、酸
化鉄を主体とするものであり、焼結鉱、塊鉱石、ペレッ
ト、高炉・転炉・電気炉等の冶金炉から発生するダスト
などがあるが、酸化鉄を主体としない鉄原料を鉄原料の
一部として高炉に装入して操業を行っても本発明の効果
を妨げるものではない。

【００１５】還元率１１〜３０％の鉄原料は次のように
して製造する。ここで言う還元率とは、鉄原料中の鉄を
全てFe₂O₃と仮定した場合のOの量に対する、還元により
失ったOの量の割合である。

【００１６】鉄原料として焼結鉱を用いる場合は、例え
ば、SiO₂含有率４〜５mass%、Al₂O₃含有率１〜２mass
%、生石灰含有率2.5mass%に調整した粉鉄鉱石、媒溶剤
などからなる混合原料を、粗粒の粉コークスまたは無煙
炭、または粉コークスと無煙炭の混合物を核として造粒
し、外層に粉コークスをコーティングした後、焼結機で
焼成して製造する。核として配合する粗粒の粉コークス
と外層の粉コークスの量比を適切に定めることにより、
還元率１１〜３０％の焼結鉱が製造される。この還元率
の低い焼結鉱を、高炉の炉上から鉄原料の一部または全
部として装入する。

【００１７】鉄原料として塊鉱石等を用いる場合は、例
えば、任意の焼結機や回転炉床炉などのクロスフロー型
移動層や、シャフト型移動層を用いて鉱石中のFe₂O
₃（ヘマタイト）を全て還元してFe₃O₄（マグネタイト）
やFeOの状態に変化させて、還元率１１〜３０％の鉄原
料を製造する。

【００１８】鉄原料の還元率を１１％以上に限定する理
由は、鉄原料中のヘマタイトを全て還元してマグネタイ
トへの変態を終了させて、高炉内部の粉化の原因を取り
除くために必要な還元率が１１％だからである。実操業
で鉄原料の還元を行う場合には、還元状態にある程度の
分布が生じることが多いので、平均還元率２０％以上を
目標として還元を行うと、ほぼ確実に還元を行った鉄原
料の還元率を全て１１％以上にすることができる。

【００１９】鉄原料の還元率を３０％より大きくする場
合には、FeO→Feの還元反応をすすめなければならない
が、FeO→Feの還元反応は高炉において行う方が効率が
良く、銑鉄製造プロセス全体から見ても高炉を用いる方
が所要エネルギーが小さくなり、高炉を用いることは本
発明の目的にもかなっている。従って、鉄原料の還元率
を３０％以下に限定する。

【００２０】このようにして製造した還元率１１〜３０
％の鉄原料を鉄原料の一部として高炉に装入する場合、
任意の割合で従来の鉄原料に混合して装入すれば良い
が、高炉の操業は通常、数回の原料装入を１サイクルと
して行うので、従来の鉄原料のみの装入と、還元率１１
〜３０％の鉄原料のみの装入を交互に行うなどして、１
サイクルの操業全体として還元率１１〜３０％の鉄原料
が従来の鉄原料に混合されるようにしてもよい。高炉の
１サイクルの操業の内、１回の装入のみを還元率１１〜
３０％の鉄原料のみで行えば、通気性は十分に改善され
る。この場合の還元率１１〜３０％の鉄原料の全鉄原料
中に占める割合は、３０mass%程度である。

【００２１】還元率１１〜３０％の鉄原料を鉄原料の一
部として高炉に装入する場合、高炉の炉周辺部に装入す
ると効果的である。図３に高炉内部における装入物の温
度分布を示す。高炉の半径をR、高炉の中心からの半径
方向の位置をｒとした場合の無次元半径をｒ／Ｒとする
と、ｒ／Ｒが０．７の位置および０．７の位置よりも炉
壁側の領域は、炉中心に比べ低温領域５００〜８００℃
が広がっていることが分かる。還元粉化による通気性不
良が問題となるのは装入物が低温領域に長く留まる炉壁
側であり、０．７≦ｒ／Ｒ≦１の範囲に還元率１１〜３
０％の鉄原料を鉄原料の一部または全部として装入する
ことにより、非常に効率的に還元粉化を抑制し、通気性
を維持することができる。

【００２２】炉壁側に鉄原料を装入する方法として、例
えば高炉にコークスを装入し、続いて従来の鉄原料を装
入し、炉壁周辺部に形成される鉄原料の堆積斜面と炉壁
の間に形成される凹部に還元率１１〜３０％の鉄原料を
装入することにより、通常の焼結鉱を炉中心部に、還元
率１１〜３０％の鉄原料を炉壁周辺に装入することがで
きる。装入方法は高炉設備により異なり、ムーバブルア
ーマの突出し量を調整する方法や、装入バッチ毎に旋回
シュートの振り分け角度を調節する方法等がある。

【００２３】以上のようにして鉄原料を装入して、通常
の高炉の操業を行い、銑鉄を製造する。還元率１１〜３
０％の鉄原料は従来の鉄原料と同じように扱えるので、
操業条件や設備を大きく変更する必要は無い。高炉内の
鉄原料の還元粉化が抑えられるので、高炉上部の通気性
は良好であり、安定した操業が行える。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２５】［実施例１］内容積４３００m³の高炉にお
いて、炉頂部から装入する鉄原料の全部に還元率２０％
の焼結鉱を用いた場合（操業例１）、炉頂部から装入す
る全鉄原料の７２mass%に通常の焼結鉱（ＲＤＩ-3mmが
４０％）を、全鉄原料の２８mass%に還元率３０％の焼
結鉱を用いた場合（操業例２）、炉頂部から装入する鉄
原料に通常の焼結鉱（ＲＤＩ-3mmが４０％）のみを用い
た場合（操業例３）について操業試験を行った。操業例
２では、通常の焼結鉱およびコークスを高炉の中心部に
数回装入して炉壁付近に凹部を形成してから還元率３０
％の焼結鉱を装入し、還元率３０％の焼結鉱が高炉の炉
周辺部（ｒ／Ｒが０．７〜１の範囲）に配置されるよう
にした。

【００２６】還元率２０％、３０％の還元率の低い焼結
鉱は以下のようにして製造した。SiO₂含有率4.6mass%、
Al₂O₃含有率１.8mass%、生石灰含有率2.5mass%に調整し
た粉鉱石、返鉱、媒溶剤を混合した配合原料を、粒径が
３〜５mmの粗粒の粉コークスと無煙炭を核にしてドラム
ミキサで混合・造粒し、粒径が３mm以下に調整した粉コ
ークスを添加してさらに混合・造粒し、外層に粉コーク
スをコーティングして３層構造とした後、グレート式焼
結機で焼成した。核にした粉コークスと無煙炭の混合比
を配合原料中１０、１５ｍａｓｓ％と変更することによ
り、還元率２０、３０％の予備焼結鉱を製造した。還元
率はＪＩＳ法で測定した。

【００２７】表１に操業試験に使用した焼結鉱および高
炉操業条件、操業管理測定データを示す。いずれの鉄原
料を用いた場合においても、高炉の基本的な操業条件は
同一とした。

【００２８】

【表１】

【００２９】いずれの鉄原料を用いた操業試験において
も安定した高炉操業が行われた。操業中に、高炉内各部
位間の差圧測定を行い、この結果に基づき、高炉上部に
おける通気抵抗指数K値（上部K値）を求めた。また高炉
炉頂ガスの熱量を測定した。その結果を表1および図１
に示す。本発明例である操業例１、操業例２では、焼結
鉱の還元粉化が抑制されたため上部K値が減少し、操業
例３に比べて炉内通気性が改善されたことが分かる。ま
た炉頂ガス熱量の測定結果より、本発明例である操業例
１、操業例２では、比較例である操業例３と比べて、炉
頂ガス熱量が増加しており、製鉄所内他工程へのエネル
ギー供給能力を向上させている。

【００３０】［実施例２］実施例１における操業例２お
よび操業例３において用いた焼結鉱のうち、通常の焼結
鉱のＲＤＩ（-3mm）を３０〜５０％の範囲で変化させ
て、その他の条件については実施例１と同様にして操業
を行い、高炉の上部における通気抵抗指数K値（上部K
値）を測定した。操業例２で用いた焼結鉱のうち還元率
３０％の焼結鉱は実施例１と同様に高炉の炉周辺部（ｒ
／Ｒが０．７〜１の範囲）に配置し、通常の焼結鉱のＲ
ＤＩ（-3mm）を３０〜５０％の範囲で変化させて行った
操業を操業例４、操業例３における通常の焼結鉱のＲＤ
Ｉ（-3mm）を３０〜５０％の範囲で変化させて行った操
業を操業例５として、各ＲＤＩで測定した上部Ｋ値を図
2に示す。操業例４および操業例５のどちらにおいて
も、ＲＤＩの増加に伴い上部Ｋ値が増大しているが、操
業例４では操業例５に比べて上部Ｋ値が全域で減少して
いる。本発明例である還元率３０％の焼結鉱を用いた操
業例４では、ＲＤＩの大きな焼結鉱を用いた場合でも、
比較例である通常の焼結鉱を用いた操業例５に比べて全
体として高炉の通気抵抗が低く保たれるので、本発明の
操業方法を用いると従来使用の焼結鉱よりもＲＤＩの高
い焼結鉱を操業に使用しても、高炉の通気性が保たれる
ことが分かった。

【００３１】

【発明の効果】本発明の高炉操業方法によれば、炉内の
還元粉化を抑制し、通気性を維持することが可能であ
り、高炉の安定操業が可能である。さらに比較的還元粉
化性の高い鉄原料を使用しても高炉の通気性を良好に保
つことができ、工業上有用な効果がもたらされる。ま
た、高い熱量の炉頂ガスを供給することが可能であり、
製鉄所のエネルギー供給に有利に働く。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る高炉の上部Ｋ値の比較を示すグ
ラフである。

【図２】実施例２に係るＲＤＩと高炉の上部Ｋ値の関係
を示すグラフである。

【図３】高炉の半径位置による高さ方向の温度分布の変
化を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者有山達郎東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者坂本登東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4K012 BC04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化鉄を主体とする鉄原料を装入する高
炉の操業において、前記鉄原料の一部または全部が高炉
装入前に還元率１１〜３０％に還元されていることを特
徴とする高炉操業方法。
【請求項２】一部または全部が還元率１１〜３０％に
還元されている鉄原料を、高炉の半径をR、高炉の中心
からの半径方向の位置をｒとした時の高炉の無次元半径
ｒ／Ｒが０．７〜１の範囲に装入することを特徴とする
請求項１に記載の高炉操業方法。