JP2004346340A

JP2004346340A - 高炉原料の製造方法とその高炉原料を使用する高炉操業方法

Info

Publication number: JP2004346340A
Application number: JP2003141240A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kobayashi; 達男小林
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】ＴｉＯ_２を含有する高炉原料の製造方法、およびその高炉原料を使用して炉底煉瓦を保護する高炉操業方法を提供する。
【解決手段】溶銑中に砂鉄を添加した際に生成するスラグ５を溶銑６から分離回収し、前記分離回収したスラグをクラッシャー１１、篩分け設備１２等を用いて所定の粒径にする。粒径が５〜７０ｍｍであれば、炉内の通気性が良好で好ましい。この方法で製造された高炉原料を使用する高炉操業方法によれば、炉底煉瓦を効果的に保護することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＴｉＯ_２を含有する高炉原料の製造方法、およびその高炉原料を使用して炉底煉瓦を保護する高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉の炉底の煉瓦は、シャモット、カーボン等の耐火物により構成されているが、長期にわたる操業の間に、化学的な侵食や物理的な摩耗剥離等により損耗が進行していく。近年では、稼働中の高炉上部の補修等における技術の進歩もあり、高炉の寿命は延長されていく傾向にあるが、稼働中における炉底煉瓦の取替は不可能かまたは非常に困難であることから、多くの場合、炉底煉瓦の侵食が高炉寿命を決定する因子となっている。
【０００３】
炉底煉瓦の保護対策としては、炉底煉瓦表面に凝固層を形成させる方法が−般的に実施されている。この凝固層の形成は、ＴｉＯ_２含有物を高炉炉頂等から装入することにより行なわれている。すなわち、装入されたＴｉＯ_２は、高炉内で一部還元され、溶銑中にＴｉとして溶解し、炉底に到達したＴｉは、その一部が溶銑中のＣやＮと結合し、高融点のＴｉＣやＴｉＮなどの化合物の形で炉底煉瓦表面に析出し、凝固層を形成する。
【０００４】
凝固層の溶失や剥離等によリー時的に高炉の炉底温度が上昇することがあるが、その場合には、凝固層を維持するために通常装入している２〜５ｋｇ／銑鉄ｔ程度のＴｉＯ_２装入レベルを、１０〜２０ｋｇ／銑鉄ｔ程度まで上昇させることにより凝固層の生成を促進し、炉底煉瓦の保護を図っている。
【０００５】
なお、ＴｉＯ_２含有物の炉頂からの装入については、例えば特許文献１に記載されており、ここでは、高炉中心部にコークスを装入するとともに、ＴｉＯ_２含有原料を炉中心部に装入することによりＴｉＯ_２の還元を促進し、ＴｉＯ_２含有原料の装入量を少なくし得る方法が提案されている。
【０００６】
このように、ＴｉＯ_２含有物を高炉に装入する場合、従来は、ＴｉＯ_２含有物である砂鉄を使用しているが、砂鉄は、粉状（粒径１ｍｍ以下が９９．８％、平均粒径が約０．１４ｍｍ）であるため、高炉内の通気性が悪化したり、ダストとして系外に排出される等の問題があり、高炉に直接装入することができない。そのため、砂鉄を焼結原料に配合し、ＴｉＯ_２を富化した焼結鉱を高炉に装入する方法が一般的に実施されてきた。しかし、砂鉄が粉状であることから、特許文献２にも記載されているように、焼結鉱の生産性の低下や性状の悪化を招く。さらに、高炉操業に対しても、コークス比の増加等によるコスト悪化、銑鉄生産量の低下等の悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１１０２０７号公報
【特許文献２】
特開昭５３−５６１１９号公報
【特許文献３】
特開平１１−２６９５２５号公報
【特許文献４】
特開平１１−２６９５２６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、ＴｉＯ_２含有物である砂鉄を高炉に装入して炉底煉瓦を保護するに際し、焼結生産性の低下や焼結鉱の性状の悪化を招く焼結原料への砂鉄の配合を行わず、直接高炉に装入することができる高炉原料（ＴｉＯ_２含有高炉原料）の製造方法、および、炉底煉瓦を保護することができる高炉操業方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、この課題を解決するために検討を重ねた結果、下記▲１▼〜▲３▼に示す知見を得た。
【００１０】
▲１▼ 溶銑中に砂鉄を添加すると、溶銑の顕熱により砂鉄は溶融状態となり、溶銑中の成分と反応する。すなわち、砂鉄中のＦｅＯは、溶銑中のＳｉまたはＣにより還元されてＦｅとして溶銑中に回収され、溶銑中のＳｉはＳｉＯ_２としてスラグ成分となる。一方、砂鉄中のＴｉＯ_２は還元されずにスラグとなり、逆に溶銑中に存在しているＴｉが酸化され、ＴｉＯ_２として前記スラグ中に濃化する。
【００１１】
▲２▼ このＴｉＯ_２濃化スラグを除滓機により溶銑から分離し、放冷または散水により冷却すると、塊状のスラグとなる。
【００１２】
▲３▼ この塊状スラグを高炉に装入可能な適切な粒度に整粒すれば、高炉原料として何ら問題なく使用することができる。
【００１３】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、下記（１）の高炉原料の製造方法、および（２）のその高炉原料を使用する高炉操業方法にある。
【００１４】
（１）溶銑中に砂鉄を添加した際に生成するスラグを溶銑から分離回収し、前記分離回収したスラグを所定の粒径にする高炉原料の製造方法。
前記所定の粒径が５〜７０ｍｍであれば、炉内の通気性が良好で好ましい。
【００１５】
（２）前記（１）に記載の製造方法で製造された高炉原料を使用して高炉炉底煉瓦を保護する高炉操業方法。
【００１６】
なお、前記（１）に記載の「粒径」とは、ＪＩＳ−Ｍ８７０６に規定される「鉄鉱石−ふるい分けによる粒度分布測定方法」に基づき求めれた粒子の平均粒径をいう。また、「所定の粒径」とは、この方法で製造する高炉原料（炉頂から直接高炉に装入する原料）として使用し得る粒径をいう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の高炉原料の製造方法、およびその高炉原料を使用する高炉操業方法について、詳細に説明する。
【００１８】
最初に、前記（１）に記載の本発明の高炉原料の製造方法について説明する。
図１は、本発明の高炉原料の製造方法を実施するための工程の一例を模式的に示す図である。
【００１９】
本発明の製造方法を実施するには、まず、溶銑中に砂鉄を添加する。図１に示した例では、砂鉄の添加を、図中に白抜き矢印で示すように、高炉１の出銑口から流れ出た溶銑が溶銑樋２を経て溶銑搬送容器（トーピードカー）３へ流入する落ち口で行っているが、これに限らず、前記の溶銑樋２、傾注樋（図示せず）、溶銑搬送容器３から受銑容器（溶銑鍋）４への落ち口等のいずれの場所で行ってもよい。また、溶銑搬送容器３を高炉から製鋼工場へ移送する途中、または、製鋼工場内で投入しても構わない。
【００２０】
投入方法についても、特に限定されることはなく、単なる溶銑搬送容器３への受銑前の入れ置きや溶銑中への上置きでも構わないが、砂鉄の溶融や溶銑との反応を促進するために、砂鉄を溶銑の落下流への巻き込みが起こる場所へ投入したり、搬送気体に同伴させるインジェクションやブラステイングにより添加して、攪拌力を付与する方法が望ましい。また、砂鉄の溶融や溶銑との反応を促進するとともに、高炉での使用時のＣａＯやＭｇＯの成分調整も兼ねて、石灰やドロマイト等の副原料を砂鉄とともに投入することも可能である。
【００２１】
添加された砂鉄は、溶銑の顕熱により溶融状態になると同時に、溶銑中の成分と反応する。すなわち、砂鉄中のＦｅＯは溶銑中のＳｉやＣにより還元されてＦｅとなり、ＳｉＯ_２が生成する。−方、砂鉄中のＴｉＯ_２は還元されず、逆に溶銑中に存在しているＴｉが酸化されてＴｉＯ_２が生成する。
【００２２】
次いで、生成したスラグを溶銑から分離回収する。生成したスラグ中には前記のＳｉＯ_２やＴｉＯ_２が含まれ、図１に示すように、溶銑搬送容器３や受銑容器４中でスラグ５として溶銑６の表面に浮上しており、分離回収は比較的容易である。図１に示した例では、受銑容器４を傾けて除滓機７でスラグ５を掻き出し、溶滓鍋８に収容している。生成スラグの分離回収は、この方法に限らず、真空ポンプを利用した溶融スラグ吸引その他の方法により行ってもよい。なお、分離回収したスラグは冷却すると固まるので、図１に示すように、溶融状態にある間に溶滓鍋８から処理場に排出し、放冷または散水により冷却凝固させるのが簡便で、一般的である。
【００２３】
続いて、前記分離回収したスラグを所定の粒径にする。「所定の粒径」とは、先に述べたように、直接高炉に装入する原料として使用し得る粒度であって、炉頂から装入する通常のコークスや塊鉱石などと同レベルの粒径（数ｍｍ〜数十ｍｍ程度）に整粒するのが望ましい。
【００２４】
この粒径にするためには、冷却凝固した前記スラグを、従来行われている高炉徐冷スラグ等の破砕整粒に準じた処理を行えばよい。図１に示した例では、大塊スラグ９をクラッシャー１１で塊状スラグ１０に破砕し、篩分け設備１２で分級して整粒後スラグ１３を得ている。
【００２５】
分離回収したスラグの所定の粒径への整粒は、前記のように破砕、整粒により行うのが一般的である。
【００２６】
以上の工程により、ＴｉＯ_２を高濃度で含有する高炉原料を製造することができる。なお、溶銑中に脱珪剤として砂鉄を添加する方法は公知である（特許文献３、特許文献４参照）。しかし、この溶銑脱Ｓｉ方法は、生成するスラグの粒径を調整して直接高炉に使用する原料としたり、後述する炉底煉瓦保護材として使用することはなく、本発明とは技術思想を全く異にするものである。
【００２７】
前記本発明の製造方法で得られる高炉原料の粒径が５〜７０ｍｍであれば、以下に述べるように、炉内の通気性が良好で好ましい。
【００２８】
高炉は、上部から鉄鉱石その他の原料とコークスを装入し、下部から高温の熱風を吹込み、昇熱、還元および溶融を行なう向流反応容器であるが、粒径の小さい装入物を炉頂から装入すると、炉内ガスによって吹き上げられ、炉外に排出される。また、吹き上げられない程度の粒径のものであっても、細かい原料であったり、粒径比（最小原料粒径／最大原料粒径）が小さい場合は、炉内の通気抵抗が悪化し、円滑な高炉操業が困難となる。一般的に、粒径５ｍｍ以下で通気抵抗の急激な悪化が見られ、３ｍｍ以下になると炉外に排出される。また、粒径比が小さくなると、粒子を混合した場合の空隙率が低下し、通気性が悪化することが知れている。
【００２９】
このような知見に基づき、本発明者は、前記（１）に記載の製造方法で得られた高炉原料について、その粒径範囲を種々変更し、高炉操業への影響を調査した。なお、調査においては、平均粒径が３ｍｍから９０ｍｍの範囲内の特定の粒径範囲に調整した前記高炉原料をそれぞれ塩基度調整用蛇紋岩と置換して配合し、通気抵抗に及ぼす影響を比較した。
【００３０】
その結果を図２に示す。図２において、通気抵抗（縦軸）は、「指数」に変換して表示した。この結果から、粒径が５ｍｍより小さい場合、極端な高炉内の通気性の悪化が認められた。一方、粒径が大きく、８０ｍｍ以上の場合も通気性が悪化した。したがって、前記高炉原料の粒径は、５〜８０ｍｍとすることが望ましい。より望ましくは、粒径１０〜７０ｍｍで、この範囲内であれば、通気性への影響はほとんど見られない。
【００３１】
以上述べた本発明の製造方法によれば、後述する実施例の表１に示すように、従来の砂鉄配合焼結鉱に比較してＴｉＯ_２含有量が著しく高く、砂鉄そのものよりも多量のＴｉＯ_２を含有し、しかも、砂鉄のように粉状ではなく、炉頂から直接装入するのに適する粒径の高炉原料を得ることができる。
【００３２】
前記（２）に記載の高炉操業方法は、前述した高炉原料を使用して高炉炉底煉瓦を保護する高炉操業方法である。
【００３３】
この高炉原料は、ＴｉＯ_２含有量が高く、直接高炉に装入できる適度な粒径を有している。したがって、炉底温度が上昇し、装入ＴｉＯ_２レベルを高める必要がある場合に、これを高炉原料槽に搬送してその成分含有量（ＴｉＯ_２、その他の成分の含有量）に応じて他のＴｉＯ_２含有原料や、石灰、蛇紋岩、珪石等の副原料の量を調整し、所望の配合として炉内に装入することが可能である。
【００３４】
この高炉原料を使用する高炉操業方法によれば、通常のＴｉＯ_２装入レベルを維持する場合はもとより、高炉の炉底温度がー時的に上昇した場合においても、その上昇を抑制する効果が大きく、高炉炉底煉瓦を効果的に保護することができる。また、焼結鉱製造過程において、砂鉄を配合することによる焼結生産性の低下や焼結鉱の性状の悪化を招くこともない。
【００３５】
【実施例】
本発明の製造方法で得られた高炉原料（以下、「砂鉄改質スラグ」ともいう）を内容積が２７００ｍ^３の高炉で使用し、炉底温度（炉底煉瓦の温度）の上昇抑制効果を調査、確認するとともに、高炉操業への影響および焼結鉱の生産率の変化を調査した。なお、比較のために、高炉操業への影響および焼結鉱生産率の変化の調査については、砂鉄を配合した焼結鉱を用いた場合（比較例）についても実施した。
【００３６】
この調査に用いた砂鉄改質スラグは、前記図１に示した工程で製造した。すなわち、砂鉄を、気送により搬送し、溶銑搬送容器３へ溶銑が流入する落ち口において溶銑流に吹き付けることにより溶銑に添加した。その際、滓化および反応効率を向上させるため生石灰を同時に添加し、生成するスラグの成分調整を行なつた。
【００３７】
溶銑搬送容器３を製鋼工場まで移送した後、溶銑搬送容器３内の溶銑６およびスラグ５を受銑容器４に移し替え、受銑容器４を傾け除滓機７を用いて表面のスラグ５を掻き出し、溶滓鍋８にスラグ５を全て移した。この溶滓鍋８をスラグ処理場まで移送した後、スラグ５を排出し、水冷により冷却した。凝固したスラグ５をショベル（図示せず）により大塊に破砕し、さらに、クラッシャー１１を通して細かく破砕した。得られた塊状スラグ１０を篩分けし、粒径が２７〜５０ｍｍの塊状のスラグを製造した。
【００３８】
表１に、用いた砂鉄、通常の焼結鉱、砂鉄を配合した焼結鉱、および砂鉄改質スラグの化学成分と粒径を示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
高炉炉底温度が上昇した時に、前記の砂鉄改質スラグを高炉原料槽に搬送し、塩基度調整用蛇紋岩と置換して所望の配合として炉内へ装入した。
【００４１】
表２に、前記配合の一部を「比較例」における配合と併せて示す。なお、「ベース」は、炉底温度の上昇がないときの通常の配合例である。
【００４２】
【表２】

【００４３】
図３に、炉底煉瓦温度の推移と、ＴｉＯ_２装入量および溶銑中のＴｉ含有量を示す。図３において、横軸は「日（ｄａｙ）」で、ＴｉＯ_２の装入を開始した日を「０」とし、以下、経過日数を示した。日数を示す数に「−」を付しているのはＴｉＯ_２の装入前を表す。
【００４４】
図３に示した結果から明らかなように、砂鉄改質スラグを高炉に直接投入することにより、炉底煉瓦温度の上昇を抑制することができた。
【００４５】
また、前記表２に、高炉操業への影響および焼結における生産率の変化をベース配合時の操業を基準として併せ示す。この結果から、砂鉄改質スラグを使用する本発明の高炉操業方法によれば、砂鉄を配合した焼結鉱を用いた場合（比較例）に比べて、コークス比の増加および高炉での生産量変化（減少割合）のいずれについても、その程度が低く、高炉操業への影響は少ないことがわかる。また、焼結鉱生産率の減少割合も、比較例に比べて小さかった。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の高炉原料の製造方法によれば、ＴｉＯ_２含有量が高く、しかも、適度な粒径を有し、高炉に直接装入し得る高炉原料を得ることができる。また、この高炉原料を使用する本発明の高炉操業方法によれば、高炉炉底温度の上昇を抑制して炉底煉瓦を効果的に保護することができるので、砂鉄を配合することによる焼結生産性の低下や焼結鉱の性状の悪化を招くこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高炉原料の製造方法を実施するための工程の一例を模式的に示す図である。
【図２】砂鉄改質スラグの平均粒径が炉内の通気抵抗に及ぼす影響を示す図である。
【図３】実施例の結果で、炉底煉瓦温度の推移と、ＴｉＯ_２装入量および溶銑中のＴｉ含有量の経時変化を示す図である。
【符号の説明】
１：高炉
２：溶銑樋
３：溶銑搬送容器
４：受銑容器
５：スラグ
６：溶銑
７：除滓機
８：溶滓鍋
９：大塊スラグ
１０：塊状スラグ
１１：クラッシャー
１２：篩分け設備
１３：整粒後スラグ

Claims

溶銑中に砂鉄を添加した際に生成するスラグを溶銑から分離回収し、前記分離回収したスラグを所定の粒径にすることを特徴とする高炉原料の製造方法。
前記所定の粒径が５〜７０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の高炉原料の製造方法。
請求項１または２に記載の製造方法で製造された高炉原料を使用して高炉炉底煉瓦を保護することを特徴とする高炉操業方法。