JP2004263263A

JP2004263263A - 高炉への原料装入方法

Info

Publication number: JP2004263263A
Application number: JP2003056091A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kunitomo; 和也国友
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】鉄鉱石類に、ガス化反応を受けても滴下帯のコークス層へ小粒径になって浸入しないようなコークスを混合した高炉への原料装入方法を提供する。
【解決手段】高炉炉頂から鉄鉱石類およびコークスを互層となるように高炉内へ装入する原料装入方法において、前記鉄鉱石類に反応性指数：ＣＲＩが４０％以上のコークスを混合することを特徴とする高炉への原料装入方法。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉への原料装入方法に関し、特に、高炉炉頂から鉄鉱石類（鉄鉱石、焼結鉱、その他石灰石、珪石等の造滓材を含む）を装入するに際し、この鉄鉱石類にコークスを混合し、そのコークスの粒径低下を防止し、安定かつ高効率で高炉操業を行うことが可能な高炉への原料装入方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉で使用されるコークスは、国内ではその殆どが室式コークス炉で製造されているが、この室式コークス炉は建設に莫大な設備費が必要となる。現存する室式コークス炉は稼働期間が３０年を超えるものが多く、設備寿命の点で稼働を停止せざるを得ないものが増加しつつある。また、コークスの使用量を最低限に抑えて、生産負荷を低減することによりコークス炉の寿命を延長することが指向されている。従って、今後の高炉操業の最大の課題としては、コークスの使用比率（コークス比）、特に塊コークスの使用比率を低減する技術の確立が求められている。
【０００３】
上述のコークス比を低減するための一つの方針として、羽口から吹き込む微粉炭の量を増大させる、所謂「高微粉炭比操業」の採用が考えられ、それによってコークス比の低減が可能であるも、一方では、この「高微粉炭比操業」を採用した時には、炉内に装入した鉄鉱石類とコークスとの炉内存在比（以下、Ｏ／Ｃ比という）が従来より大きくなって、鉄鉱石類の層がコークス層に比べて厚くなり、高炉上部（シャフト部）での通気性の悪化、および軟化融着帯（シャフト部の下部より下方に鉄鉱石類が軟化、或いは溶融して形成される帯状層）の肥大化による高炉下部での通気性の悪化などが引き起こされることが知られている。
【０００４】
このＯ／Ｃ比が大きい時の操業改善対策の一つとして、従来より、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４に開示されたような、鉄鉱石類（Ｏ）中に小粒径のコークス（Ｃ）を混合させて混合層として操業する技術がある。この技術は上述した軟化融着帯において、鉄鉱石類などから発生したＦｅＯ系の融液が混合したコークスと接触して溶融還元され、鉄鉱石類の還元特性が向上すること、還元生成物がコークスによる浸炭のために低温で溶融すること、混合層内のコークスが優先的にソリューションロス反応を起こして鉄鉱石類とは別層を形成している本来のコークス層の劣化を抑制することを狙った技術である。しかしながら、実際の高炉操業において、鉄鉱石類とコークスを混合して装入しようとすると、そのコークスの全量がガス化反応によって消失するわけではなく、ソリューションロス反応を経て残った混合層中の粉化、小粒径化したコークスが、軟化融着帯の下方にある、コークス充填層の間隙を溶融物が滴下する領域である滴下帯に浸入し、そこにおけるコークス層の平均粒径を低下させて通気性や通液性を悪化させ、高炉からの出銑滓不良や高炉下部の圧力損失を増大させるという問題が生じる。そのため、一般には、鉄鉱石類層へのコークスの混合量は一定の割合以下（例えば、鉄鉱石質量の３％以下、或いは銑鉄１トン当たり４０ｋｇ以下など）に制限されているのが現状である。
【０００５】
この鉄鉱石類に混合した混合層中のコークスが粉化、小粒径化して滴下帯のコークス層に浸入する現象に対しては、例えば、特許文献５に開示されたような、鉄鉱石類に５０ｋｇ／ｔｐｉｇ以上のコークスを混合し、そのうちの５０ｋｇまでは粒径を２０ｍｍ以下とし、５０ｋｇを超えて混合するコークスについては粒径を３０ｍｍ以上とする技術が提案されている。これは、５０ｋｇ／ｔｐｉｇまでのコークスは、優先的にガス化反応を起こさせて消失させ、５０ｋｇ／ｔｐｉｇを超えて装入するコークスは全量消失しないように粒径を大きくして滴下帯のコークス層におけるコークスの平均粒径を２０ｍｍ以上に使用するものである。
【０００６】
確かに上記技術は、大粒径コークスと小粒径コークスとのガス化反応量が一定であれば大粒径のものは相対的に大きなものとして反応後も残存するが、実操業においてそれぞれの反応量を一定に維持制御するための方法に関しては上記特許文献５には何ら開示されていない。そのため、特に、鉄鉱石類へのコークスの混合率が増大した場合に、滴下帯の通気性および通液性が悪化する懸念は未解決のまま残されている。即ち、コークスのガス化反応は、鉄鉱石類の還元で発生した二酸化炭素がコークス中のＣと接触してＣＯガスを発生する反応（ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯ）であるから、鉄鉱石類へ混合する混合層中のコークスの粒径を変更してみても、２０ｍｍ以下の粒径のコークスのみが選択的に消費されるという保証は全くない。従って、特許文献５に開示された大径及び小径のコークスの混合比率を採用しても、混合層中のコークスが粉化、小粒径化して滴下帯に存在するコークス層への浸入を完全に防止することは困難と考えられる。
【０００７】
また、コークスの粉化や小粒径化を防止するための手段として、反応性が低いコークスを鉄鉱石類と混合する方法が考えられる。この方法は、コークスの反応性が高い場合に、特にコークス表面で脆化層が発達し、高炉内での荷重や摩擦力により粉化し、小粒径化、小空隙率化が促進されるという考えに立った方法である。しかし、反応性が低いコークスを鉱石層に混合すると、混合層中においてコークスにより鉱石層のソリューションロス反応を逆に促進させるといった混合層中に装入するコークス自体の本来の目的に叶った働きができなくなる。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭６２−１２７４１３号公報
【特許文献２】
特開昭６４−４７８０２号公報
【特許文献３】
特開昭６４−４７８０３号公報
【特許文献４】
特開平１−２３４５０８号公報
【特許文献５】
特開平１−２８７２１２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑み、ガス化反応を受けても粉化、細粒化したコークスが滴下帯に存在するコークス層へ浸入し、通気・通液性を悪化させないような性状のコークスを鉄鉱石類に混合して高炉に装入する、高炉への原料装入方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、高炉炉頂から鉄鉱石類およびコークスを互層となるように高炉内へ装入する原料装入方法において、前記鉄鉱石類に反応性指数：ＣＲＩが４０％以上のコークスを混合することを特徴とする高炉への原料装入方法、である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、高炉内でのコークスのガス化反応量がほぼ一定であることに鑑み、コークスを鉱石類と混合して混合層とする場合に、一定のガス化反応量においてもコークスの粉化、細粒化を抑制でき、かつ反応性の高いコークスの性状について実験などで検討を重ねた結果、反応性指数：ＣＲＩが４０％以上のコークスが上記条件を満足することを知見した、本発明はこの知見と基に、鉄鉱石類に混合するコークスとして、反応性指数：ＣＲＩが４０％以上のコークスを用いることを特徴とする。
【００１２】
なお、ここでコークスの反応性指数：ＣＲＩは次のようにして測定することができる。１９〜２１ｍｍに整粒したコークス２００ｇを１１００℃に維持した反応管中に充填し、ここに５リットル／ｍｉｎの流速で炭酸ガスを２時間通じ、反応による重量減少率を以て反応性指数とする。
【００１３】
従来からコークスの反応性指数（ＣＲＩ）が大きい場合には、ガス化反応が起こり易いためにコークスの脆化による粉化が促進し、細粒化しやすく、鉄鉱石類と混合して使用するためのコークスとしては好ましくないと一般的に考えられてきた。しかしながら、本発明者らの実験的な検討結果によれば、これらの従来知見が実際の高炉操業で必ずしも適合しないことを知見した。即ち、高炉内でのコークスのガス化反応は、反応時間を一定とするよりも、反応量を一定で考える方が実態に近いと考えた。このため、反応性指数：ＣＲＩが異なる各種コークスを用いて上述の反応性試験を実施し、ガス化反応における反応率が２０％に到達した時点で反応を終了させて各試料を作成し、これらの試料の強度を調査するために、Ｉ型ドラム試験機で１３０回転、ないし１８０回転させた後の−１ｍｍの粉の発生割合を測定した。その結果を図１に示した。
【００１４】
この図１から分かるように、通常コークスの反応性に相当する、ＣＲＩが約３０％以下の反応性指数レベルからＣＲＩが３０％を超える反応性指数レベルまで増加させた場合、その増加に伴なって一旦発生粉率は増加するもののＣＲＩが３５％以上となると発生粉率は減少することが知見された。
【００１５】
高反応性指数のコークスの場合に粉の発生が減少した理由は、ＣＲＩが４５％以上のガス化反応性が非常に高い場合には、反応による脆化がコークス粒子の表面近傍で完了し、その粒子内部は脆化せず健全な状態に保たれるためと考えられる。これに対し、ＣＲＩが３０〜４０％のガス化反応性が中程度のコークスは表層からやや内部に入った領域も反応域となって脆化が拡大し、ＣＲＩが３０％程度の通常コークスの反応性では、粒子全体が反応域となる傾向を示し、反応が内部で分散化されるため、強度低下が著しく細粒化すると考えられる。
【００１６】
本発明のように、反応性指数：ＣＲＩが４０％以上の反応性の高いコークスでは、鉱石層に混合するコークスとして好適である。即ち、反応性が高いために鉱石層内で優先的にリソリューションロス反応を起こし、鉄鉱石類とは別層を形成している本来のコークス層の劣化を制御すると共に、反応したコークスの反応域は表面部位に限定されるために劣化が少なく、粉化や粉径減少も少なく、滴下帯に移動しても悪影響を及ぼすことがない。
【００１７】
【実施例】
本発明による高炉用装入原料について、内容積：３２７３ｍ^３、炉床径：１２ｍの実機高炉で使用試験を実施した。この試験では、コークスと原料鉱石とを別個の炉頂バンカからそれぞれ切り出して高炉に装入した。また、この試験では、反応性指数：ＣＲＩが４１％（本発明例１）、４８％（本発明例２）、および従来のコークスの反応性に相当するＣＲＩが２８％（比較例２）、ＣＲＩが３５％（比較例３）の４種類のコークスをそれぞれ別個に製造し、これらのコークスを鉄鉱石と同じタイミングで各々１００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ切り出して混合して混合層とした場合と、鉄鉱石にコークスを全く混合しない（混合層なし）場合（比較例１）、発明例１の反応性指数：ＣＲＩが４１％のコークスの使用量（混合量）を２００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに増加した場合（本発明例３）の６水準を行った。なお、ここで、コークスの混合量は、溶銑１ｔ当たりの原単位で表しており、単位として（ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）を使用している。鉱石に対する混合割合は、１００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇの場合で６％程度に相当する。
【００１８】
この試験結果を表１に示す。
【００１９】
コークスを全く混合しなかった比較例１（従来操業）に対して、ＣＲＩが２８％のコークスを用いた比較例２では、炉頂圧、送風圧、ボッシュガス量から求めた通気抵抗指数は低下し、ガス利用率の向上の効果が見られたが、出銑滓が悪化し、操業が不安定となった。また、ＣＲＩが３５％の比較例３ではコークスの粉化、小粒径化の影響のため、通気抵抗指数の上昇およびスリップ増加が起こり、操業が不安定になった。
【００２０】
一方、高ＣＲＩのコークスを鉄鉱石に混合した本発明例１，２および３では安定な高炉操業が達成された。また、本発明例３のように、コークスの混合量を増加しても、通気抵抗指数は上昇せず、また装入物のスリップの発生もなく、高炉操業は安定であった。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の適用によれば、コークスを鉄鉱石へ混合して使用する場合にコークスのガス化反応による粉化、粒径低下を極力防止することができ、高炉下部の通気・通液性の改善と鉄鉱石の還元不良の防止を図ることができ、その結果、高炉操業が従来より安定すると共に、燃料比の低減も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コークス反応性指数（ＣＲＩ）と回転粉化割合との関係を示す図。

Claims

高炉炉頂から鉄鉱石類およびコークスを互層となるように高炉内へ装入する原料装入方法において、前記鉄鉱石類に反応性指数：ＣＲＩが４０％以上のコークスを混合することを特徴とする高炉への原料装入方法。
高炉炉頂から鉄鉱石類およびコークスを互層となるように高炉内へ装入する原料装入方法において、前記鉄鉱石類に反応性指数：ＣＲＩが４０％以上で、かつ表層に脆化層のないコークスを混合することを特徴とする高炉への原料装入方法。