JP2006265644A

JP2006265644A - 高炉への原料の装入方法

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Publication number: JP2006265644A
Application number: JP2005086157A
Authority: JP
Inventors: Koujiyu Mori; 候寿森; Tsukuru Wakai; 造若井
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: JP4770222B2

Abstract

【課題】コークス混合鉱石層中にコークスを均一に分散させることにより、低コークス比操業を行うのに有利な原料の装入方法を提案する。
【解決手段】高炉内に供給する原料を、コークス層とコークス混合鉱石層とが交互に堆積するように装入する原料の装入方法において、前記コークス混合鉱石層中に混合されるコークスの粒径を鉱石の粒径の１．１〜１．４倍未満の大きさにすると共に、該コークス混合鉱石層中に占める該コークスの割合が体積比率で１０vol％以上の配合となるようにし、かつ該コークス混合鉱石層の炉腹部における平均層厚が４００ｍｍ以上となるように堆積させる高炉への原料の装入方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉への原料の装入方法に関し、とくに鉱石層中にコークスを混合してなるコークス混合鉱石層をコークス単独の層と交互に堆積させる装入方法に関する提案である。

高炉操業では、通常、炉頂から鉱石とコークスとをそれぞれが交互に層状となるように装入すると共に、鉱石層とコークス層との炉半径方向における分布を制御することにより、炉内でのガス流分布をコントロールしている。ところで、近年、環境保護の観点（ＣＯガスの排出規制、石炭不足等）から、とくに高炉内に供給するコークスの使用量をできるだけ低減できる技術の開発が求められている。

その要請に応える方法としては、高炉への装入コークス量自体を低減させるか、逆に鉱石の装入量を増加させる（コークスの装入量は一定下で）方法が考えられる。ただし、コークス装入量を増加させることについては、通気性やガス流分布の安定化という要請から自ずから限界がある。また、鉱石装入量の増加については、鉱石の還元性や溶融の観点から限界があり、また、原料投入設備の制約により、１回当りの装入量を増加させるのも限界がある。

このような背景の下で、現在では、コークス装入量を低減させて操業を行う例が多いのが実情である。なお、このコークス装入量の管理は一般に、炉腹部（高炉で一番内径が大きい部分）での平均コークス層厚を管理するのが普通であり、過去の操業経験から決定されている。

ところで、コークス装入量をさらに低減しようとした場合、それには、１回当りの鉱石装入量を増加させるか、コークス装入量を低下させる方法の２つしかないのは、上述したとおりである。この場合、前者を実施すると、鉱石層厚が厚くなるため被還元性、溶融性が悪化して炉熱変動を招いて炉況を悪化させる。一方、後者を実施すると、融着帯でのコークス層厚が薄くなるため炉下部での通気性が悪化することになる。

これに対し、従来、後者の考え方の延長で、その弊害を緩和するために、前記鉱石層中にコークスを予混合させて（同時装入）、該鉱石層自体の還元性を向上させる方法が開発されている。
例えば、特許文献１、特許文献２などとして提案されているものは、コークス混合鉱石層を形成する装入方法の採用によって、炉内の通気性や通液性を改善することにより、炉況を安定させる方法を提案している。この技術は、コークスの単独装入と、鉱石とコークスの混合装入を交互に行う方法である。これらの技術は、コークス混合鉱石層中の鉱石とコークスの粒径調節により、鉱石とコークスとの密度差や粒度差に起因する炉半径方向における装入偏析をなくして、所期したガス流分布の形成ができるようにするための方法である。しかし、これらの技術は、還元性まで考慮して粒径比を制御したものではないから、コークス混合鉱石層内におけるコークス分布を均一化できないことから、コークスの有効利用の点で不十分であり、燃料比（コークス比）の低減に寄与できないという問題があった。

即ち、高炉へ原料の装入時に、原料の物理性状差によりコークスのみが中心部に偏析して層内へ均一に分布していないために、燃料比の改善効果が得られにくいという課題を残していた。
特開平８−２８３８０４号公報特開平１０−１８３２１０号公報

上述したように、従来技術は、コークス混合鉱石層中に混合させるコークスが、主として炉の半径方向に自然に不均一分布するという問題点のために、鉱石層内の還元性を向上させることが困難となり、還元剤の使用量を低減できないという問題があった。その対策として、装入するコークスの品質（強度）を向上させることにより、コークス装入量（コークス比）を低下させるという方法を採用しているものの、これでは燃料比コストが上昇するという課題が残った。

そこで、本発明の主たる目的は、コークス混合鉱石層中にコークスを均一に分散させる上で有効な高炉への原料の装入方法を提案することにある。
本発明の他の目的は、前記コークス混合鉱石層のコークスの配合量ならびに該混合層の層厚を好適な範囲に制御することにより、該コークス混合鉱石層中におけるコークスの均一分散を果し、このことによって、低還元剤比高炉操業、即ち、低コークス比操業を確実なものとするのに有利に寄与する原料の装入方法を提案することにある。

従来技術が抱えている上述した問題点を克服し、上記目的を実現するために鋭意研究を重ねた結果、発明者らは、低コークス比の操業のためには、鉱石とコークスとの混合同時装入を行う場合に、混合する両者の粒径をより厳密に制御した上で、それに見合う該コークス混合鉱石層中に占めるコークスの割合や該コークス混合鉱石層の層厚を同時に制御をすることが有効であることを突き止めた。

即ち、本発明は、高炉内に供給する原料を、コークス層とコークス混合鉱石層とが交互に堆積するように装入する原料の装入方法において、前記コークス混合鉱石層中に混合されるコークスの粒径を鉱石の粒径の１．１〜１．４倍未満の大きさにすると共に、該コークス混合鉱石層中に占める該コークスの割合が体積比率で１０vol％以上の配合となるようにし、かつ該コークス混合鉱石層の炉腹部における平均層厚が４００ｍｍ以上となるように堆積させることを特徴とする高炉への原料の装入方法である。

以上説明したように、本発明に従って鉱石とコークスとを同時装入して、コークス混合鉱石層を形成するようにすれば、鉱石層内コークスの偏析装入を確実に阻止することができ、従来のように、通気性または被還元性、溶融性のいずれかを犠牲にすることなく、その両特性を共に向上させることができるようになり、低コークス比高炉操業の実現に大きく寄与することができる。しかも、本発明方法によれば、コークスの品質、即ち、強度の高いコークスのみを使用する必要がなくなるから、コスト的にも有利な結果が得られる。

一般に、高炉操業の効率および安定性を高めるためには、炉内、とくに軟化溶融帯における通気性を良好に保つことが有効である。そして、この軟化溶融帯の通気性を良好に保つには、基本的には、一度に装入する鉱石量を低減させ、軟化溶融帯の厚みを低減すること、および鉱石と同時にコークスの一部を同時に混合装入することが有効であることが知られている。

ただし、前者の対応はコークス比の上昇を招くため望ましい対応とは云えない。この点、後者のいわゆる、鉱石と同時に一部のコークスを同時に装入する方法、例えば、鉱石とコークスとを予混合して同時に装入して、コークス混合鉱石層を形成し、残部のコークスのみからなる層を、高炉内に交互に形成するように装入する方法は、その鉱石層中に混合するコークスの分布さえ適切に管理すれば、炉内のコークスの有効活用、即ち還元性を改善することができ、コークス比の上昇を招くことがない点で、本発明の開発意図に沿う技術である。

ただし、この鉱石とコークスとを同時装入する方法の場合、通気抵抗の高い軟化溶融帯へのガスの侵入を可能ならしめ、炉況を改善させるのに有効であるが、同時に装入する鉱石とコークスの粒径比が不適当だと、鉱石とコークス密度差等に起因して粒子の分散状態に偏析現象を生じ、炉内半径方向の粒度分布が望ましくない状態となり、ガス流分布を不安定化させて、炉況の悪化を招く危険性がある。つまり、この方法の場合、鉱石とコークスの粒径比制御が不可欠となる。

この点に関する発明者らの研究によれば、コークス混合鉱石層内における鉱石の粒径とコークスの粒径との比については、以下に述べるような関係があることがわかった。それは、鉱石中に混合されるコークスの粒径は、鉱石の粒径に近い程、炉半径方向や炉高方向にも偏在することなく、均一に分布させることができるということである。そして、このコークス混合鉱石層中に混在させるコークスは、偏在させることなく、均一に分散した状態にする方が、軟化溶融帯でのコークスガス化反応が均等になって還元率が上がり、ひいては低還元剤比高炉操業に大きく寄与するから望ましいと言える。

ところで、炉半径方向におけるコークス混合鉱石層中のコークスの分布を調節するには、同時に装入する鉱石とコークスの粒径比の大きさを管理することが有効であると考えられる。例えば、粒径が大きく密度の小さなコークスを鉱石と一緒に装入すると、軽くて大きいコークスほど炉中心部側に堆積することになる。つまり、図１に示すように、鉱石に対しコークスの粒径が相対的に大きくなると、炉中心部側にコークスが偏在し、炉周辺部側に鉱石が偏在する傾向がある。一方、鉱石に対しコークスの粒径が相対的に小さくなると、逆に、中心部側への流れ込みは少なくなって、装入位置である炉周辺部側にコークスが偏在して多くなる傾向がある。

これに対し、コークスと鉱石とが、炉内半径方向に一定の割合で均等に混合し堆積した状態のものでは、炉内相対半径と相対鉱石比率との関係を示す図２からわかるように、該相対鉱石比率の値が炉内半径方向の全域において０．８〜１．２の領域に入るように分布した状態（この場合において、前記コークスガス化反応は軟化溶融帯で反応消滅する状態）と定義することができる。即ち、これは、高炉半径方向の各部位での相対鉱石比率（その部位での鉱石体積／全鉱石体積を炉口面積で割って得られる平均鉱石層厚から計算されるその部位での鉱石体積）のσ値が０．２０以下となる領域と考えられる。

そこで、発明者らは、前記σ値が０．２以下となる混合コークス／鉱石の粒径について求めたところ、図３に示すように、粒径１．１〜１．４の範囲内であれば、炉半径方向における鉱石とコークスとの分布を示す相対鉱石比率（−）が０．８〜１．２に収まり、この両者はほぼ均一に分布した状態となることがわかった。
従って、本発明において、混合層中のコークスの粒径と鉱石の粒径との比率は１．１〜１．４と規定する。

次に、発明者らは、上述したコークス混合鉱石層内の鉱石・コークスの分布をこれらの粒径比によって制御することに加えさらに、このコークス混合鉱石層中に添加されたコークスの配合割合についても検討した。その結果、混合コークス配合比率（＝混合コークス体積／（混合する鉱石体積＋混合コークス体積）とガス利用率の関係を示す図４からわかるように、混合層中に混合させたコークスの配合率を１０mass％以上のき、ガス利用率の向上効果が現われることがわかった。
従って、本発明において、ガス利用率の向上を図って全炉還元剤比（ＲＡＲ）を低下させるには、混合層中に添加されるコークスの配合率を１０mass％以上としなけらばならない。なお、本発明において、ガス利用率とは、高炉炉頂から排出されるガス中のＣＯ₂ガスとＣＯガスの比率の合計値でＣＯ₂の比率を割った値であり、高炉下部で発生したＣＯガスが炉内を上昇する間に、還元反応によりどれだけＣＯ₂ガスになったかを示す指数を意味する。

また、発明者らはさらに、該コークス混合鉱石層の層厚についても検討した。その結果、鉱石層とガス利用率との関係を示す図５からわかるように、ガス利用効率の向上が見られるのは、該混合層の層厚下限は４００ｍｍであることがわかった。発明者らの研究では、該混合層の層厚を厚くする（高層厚分布）と、融着帯での通気性が良くなると共に、被還元性、溶融性が改善されることを確かめており、その混合層の層厚を４００ｍｍ以上とすることが有効である。なお、上限の層厚は５００ｍｍであり、５００ｍｍを超えると還元効率の低下を生じるので好ましくない。

炉内容積４０００〜５０００ｍ³の複数の高炉を用いて、本発明に適合する例、および比較例を、表１に示す条件で試験操業を行った。

このときの操業結果を、比較例に従う条件での操業と本発明に適合する条件での実施例の操業を行ったときを対比して図６に示す、この図６に示すように本発明に適合する例では、コークス比ならびに全炉還元剤比（ＲＡＲ）が低下しており、低還元剤比操業に本発明方法が有効であることが確かめられた。

本発明は、高炉の低還元剤比操業の技術として有効である他、高炉の安定操業技術としても利用可能である。

本発明方法の考え方を説明する模式図である。炉内相対半径と相対鉱石比率の関係を示すグラフである。コークス／鉱石粒径比と相対鉱石比率のσ値との関係を示すグラフである。コークス配合率とガス利用率との関係を示すグラフである。鉱石層厚とガス利用率との関係を示すグラフである。実施例、比較例の高炉操業結果を示すグラフである。

Claims

高炉内に供給する原料を、コークス層とコークス混合鉱石層とが交互に堆積するように装入する原料の装入方法において、前記コークス混合鉱石層中に混合されるコークスの粒径を鉱石の粒径の１．１〜１．４倍未満の大きさにすると共に、該コークス混合鉱石層中に占める該コークスの割合が体積比率で１０vol％以上の配合となるようにし、かつ該コークス混合鉱石層の炉腹部における平均層厚が４００ｍｍ以上となるように堆積させることを特徴とする高炉への原料の装入方法。