JP2006283161A - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転シュートと中心装入シュートとを有するベルレス装入装置を用いて高炉の中心部にコークスを装入して高炉の操業を行なう際に、中心コークスの装入量を従来よりも少なくできる高炉の原料装入方法を提供し、これにより比較的容易に高炉の低還元材比操業を可能とすること。
【解決手段】炉頂部に、コークスと鉱石とを装入する回転シュートと、高炉の軸心部にコークスを装入する中心装入シュートとを設けたベルレス式高炉において、
前記回転シュートによるコークスの装入を行った後、前記中心装入シュートによるコークスの装入を行い、その後、前記回転シュートによる鉱石の装入を行い、該鉱石の装入中に前記中心装入シュートによるコークスの装入を行うことを特徴とする高炉の原料装入方法を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉に装入するコークスや鉱石等の原料の装入方法に関するものである。

高炉を安定にしかも効率良く操業するには、炉内を上昇するガス流分布を適正に制御し、還元ガスの有効利用を図りつつ炉内の通気性を低下させることが重要であるとされている。また炉内のガス流分布が適正に制御されていることが重要であり、炉内の原料の分布によりガス流分布が決まるため、高炉への原料の装入方法が種々検討されている。

一般に、高炉へ原料を装入する際には、炉内のガス流分布を適正に制御するために、鉱石とコークスの交互装入を行っている。鉱石またはコークスの１回の高炉への装入はバッチと呼ばれ、また鉱石（１バッチまたは複数バッチ）とコークス（１バッチまたは複数バッチ）の１サイクルの装入は１チャージと呼ばれ、通常の操業では１日に１００チャージ以上の原料が高炉内に装入される。

上記のような鉱石とコークスとの交互装入により、高炉内にはコークスと鉱石の積層状態が形成されるが、炉中心部については実質的にコークスのみとして、炉中心部にコークスの柱を形成するような中心コークス装入方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような装入状態とすることで、適正な中心流が確保され、高炉操業が安定する。

高炉の中心部分にコークスを装入する方法としては、例えばベル式高炉の炉頂部に中心装入シュート（コークス専用の投入シュート）を設け、該中心装入シュートにより高炉の軸心部にコークスを装入する際に、中心に装入するコークスと、その他の装入原料との供給速度を中心コークス堆積層の径が所定の値となるように制御しながら同時に装入する原料装入方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特公昭６４−９３７３号公報 特開２０００−２６５２０３号公報

一方で、ベルレス装置を有する高炉（以下ベルレス高炉と記載する。）では、回転シュートを旋回させて、回転シュートの傾斜角度を変化させつつ原料を高炉内に装入している。ベルレス高炉において上記の中心コークス装入方法を行なう際には、回転シュートを垂直にして中心装入を行なうことでも対応できるが、原料装入能力が低下するため、ベル式高炉と同様に、中心装入シュートを用いて中心コークスを装入し、その他の装入原料を回転シュートを用いて装入することが望ましい。しかし、ベルレス高炉において中心装入シュートを用いて装入を行なう場合、後に装入する原料の下に中心コークスが埋まることを防止するため、中心コークスの装入量が多くなる傾向が生じる。したがって、中心部からのガス抜け量が多くなりすぎ、効率が悪いという問題がある。また、ベル式高炉で行なう場合に比べて、中心装入シュートでのコークスの装入と鉱石の装入を同期させるタイミング制御が困難であり、中心コークス周辺に装入されるコークスや鉱石の積層状態に乱れが生じ、適切な層厚の制御が困難であるとるという問題もある。

また、中心コークス装入方法を用いる場合、炉中心部に多量のコークスが装入される結果、全コークス量一定の操業を行なう場合、低コークス比（還元材比）操業が困難である。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、回転シュートと中心装入シュートとを有するベルレス装入装置を用いて高炉の中心部にコークスを装入して高炉の操業を行なう際に、中心コークスの装入量を従来よりも少なくできる高炉の原料装入方法を提供し、これにより比較的容易に高炉の低還元材比操業を可能とすることにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）炉頂部に、コークスと鉱石とを装入する回転シュートと、高炉の軸心部にコークスを装入する中心装入シュートとを設けたベルレス式高炉において、
前記回転シュートによるコークスの装入を行った後、前記中心装入シュートによるコークスの装入を行い、その後、前記回転シュートによる鉱石の装入を行い、該鉱石の装入中に前記中心装入シュートによるコークスの装入を行うことを特徴とする高炉の原料装入方法。

本発明によれば、比較的容易に低還元材比の高炉の操業を行なうことが可能となり、ガス流等の変動を吸収して操業を余裕を持って安定して行なうことができる。また、大粒径、高硬度のコークスを用いずに中心コークス装入を行なうことができるので、原料コストを削減できる。

本発明者らは、ベルレス高炉において中心コークス装入方法を行なう際に中心部の通気性が高すぎる問題について検討した。まず、従来は中心に装入するコークスに大粒径、高硬度のものを用いていたので、通常の高炉原料コークスに用いる粒径・硬度のものを用いることを検討した。これにより中心部の通気性が低下するとともに、原料コークスを１種類とすることが可能なことから、コークス層における中心コークス層の装入は別に専用シュートを用いて行なう必要がなく、回転シュートにより炉面全体に装入可能となった。

次に、中心に装入するコークスの、装入領域を制御することについて検討した。装入されたコークスは崩れて広がりを生じるため、鉱石層中に上下に連続したコークス層を形成するためには中心コークスとして装入するコークスの量を極端に減らすことはできない。しかし、あらかじめ鉱石装入前に中心コークスの一部を装入し、コークスの丘（山形状）を形成して、その後鉱石を装入中に中心コークスの残部を装入することで、中心コークスの装入領域の制御が容易となることを見出した。これにより、中心コークスとしてガス抜きに使われる、高炉の反応に寄与しないコークスの割合を減少させることができ、中心コークスの量を減少させることが可能となった。

本発明は上記の知見によりなされたものであり、回転シュートを有するベルレス装入装置を用いて中心コークス装入方法を行なう際に、コークス層は炉全面において回転シュートを用いて装入し、回転シュートによるコークス層の形成後、炉中心部にコークスを装入し、その後炉中心部にコークスを装入しつつ回転シュートを用いて鉱石の装入を行なうものである。

本発明で用いる高炉はベルレス高炉であり、炉頂部に原料装入装置として、回転シュートと中心装入シュートとを有し、中心装入シュートを用いて炉中心部にコークス原料の一部を装入する。また、回転シュートを旋回させて、回転シュートの傾斜角度を変化させつつ原料（コークスおよび鉱石）を高炉内に装入する。通常は回転シュートの旋回半径を縮径しながら、炉周辺部から炉中心方向に向かってコークスおよび鉱石を高炉内に装入し、コークスと鉱石との多層構造を形成する。回転シュートの旋回半径を伸径しながら、炉中心部から炉周辺方向に向かってコークスおよび鉱石を高炉内に装入することもできる。

上記の原料装入装置を用いて高炉に原料を装入する、本発明の一実施形態を図面を用いて詳しく説明する。

図１は本発明方法を用いて高炉に原料を装入した際の炉中心部付近の装入物の分布形状を示す縦断面の概略図であり、図左端が炉中心部に相当する。図１において、まずコークス層１を回転シュートを用いて炉周辺部から炉中心方向に向けて装入する。この際には、高炉の中心部にもコークスの装入を行い、中心装入シュートを用いた炉中心部へのコークスの装入は行なわない。コークス層１の形成後に中心装入シュートを用いて炉中心部へのコークスの装入を行い中心コークス層２を形成する。中心コークス層２の形成後に回転シュートを用いて炉周辺部から炉中心方向に向けて鉱石を装入する。鉱石の装入中に中心装入シュートを用いて炉中心部へのコークスの装入を行う。この動作により鉱石層３と中心コークス層４がほぼ同期して形成される。

上記に対する比較として、コークス層の形成時にも中心コークス層を同期して形成させた場合の高炉の装入物の分布形状を図２に示す。図２において、コークス層１を回転シュートを用いて炉周辺部から炉中心方向に向けて装入する際に、中心装入シュートを用いて炉中心部へのコークスの装入を行ない、コークス層１と中心コークス層２とを同時に形成する。引き続いて、回転シュートを用いて炉周辺部から炉中心方向に向けて鉱石を装入する。鉱石の装入と同時に中心装入シュートを用いて炉中心部へのコークスの装入を行う。この動作により鉱石層３と中心コークス層４とを同期して形成する。

本発明において、コークス層１の形成を炉中心部においても回転シュートにより行なう効果を説明する。ベル式高炉においては、炉中心部にコークスの柱を形成して通気性を高める際に、一度に多量の原料が装入されるため、中心コークス層には通常よりも硬く、粒径の大きいコークスを用いることが望ましく、専用シュートを用いる必要があるが、ベルレス高炉においては、通常よりも硬く、粒径の大きいコークスを用いて中心コークス装入を行なうと、炉中心部の通気性が高くなりすぎ、中心ガス流が強くなりすぎて、コークスが反応に寄与せず、無駄にガス化してしまう場合があるため、本発明者らは、ベルレス高炉においては高炉原料として通常用いているコークスを用いて適度な通気性を得ることが可能であることを見出し、炉中心部まで連続して回転シュートによりコークスの装入を行なうものとした。これにより、コークス層の厚さを炉中心部付近においても所定の厚さとすることが容易となり、コークス層厚が平滑化する。また、通常高炉原料として用いているコークスを中心部に装入するため、装入が容易であり、原料コストも削減できる。

次に、本発明におけるコークス層１装入後に装入する中心コークス層２の効果を説明する。コークス層１を形成後に中心装入シュートを用いて炉中心部へのコークスの装入を行い中心コークス層２を形成すると、後に装入される鉱石が炉周辺方向から流れ込んでくるのをブロックする効果が強化され、中心コークスの装入領域が必要以上に小さくなることを防止できる。また、コークス層２により山形状が形成されると、その上に装入される中心コークス層４の形状が安定化して、従来よりも少ない装入量で所定の厚さに装入できる効果もある。なお、中心装入シュートから装入されるコークスは、上記のように通気性が高くなりすぎないように、通常の高炉原料として用いるコークスを用いればよい。炉内の通気性の設定によっては、通常の高炉原料として用いるコークス以外の、硬く、粒径の大きいコークスを用いることも可能である。

次に、本発明において、引き続いて鉱石を装入する際に、中心コークスを同期装入する効果を説明する。回転シュートを用いて炉周辺部から炉中心方向に向けての鉱石の装入と同時に、中心装入シュートを用いて炉中心部へのコークスの装入を行うことで、鉱石の炉中心部への流れ込みを充分に防止することができる。この場合も中心装入シュートから装入されるコークスは、高炉原料として用いるコークスを用いればよく、通常の高炉原料として用いるコークス以外の、硬く、粒径の大きいコークスを用いることも可能である。

図１の装入方法を用いることで、図２の装入方法を用いた場合よりも中心コークス層のコークス量を減少させながらも鉱石層により中心コークス層がつぶされることを防止して中心コークス層を維持して適当な通気性を確保でき、また鉱石層とコークス層との層厚が平滑化して、通気性等の操業条件の制御性が増し、操業が安定する。これにより、低還元材比操業を行なうことが可能となる。

１チャージの装入をコークス複数バッチにより行なう場合は、全てのコークスバッチにおいて回転シュートによりコークスの装入を行ない、鉱石装入前に中心コークスの装入を行なえばよい。また、１チャージの装入を鉱石複数バッチにより行なう場合は、通常の中心コークス同期装入として、全ての鉱石装入バッチにおいて中心装入シュートによるコークスの装入と回転シュートによる鉱石の装入とを行なえばよい。

回転シュートと中心装入シュートとから装入するコークスに同一コークス原料を用いると、中心コークス装入用に別のホッパ等を設置する必要が無いので、設備コストも低減できる。

ベルレス装入装置を有する高炉において、操業試験を行った。ベルレス装入装置は回転シュートを有し、炉の上部に中心装入シュートを設置して炉中心部へのコークスの装入を可能とした、１チャージの装入は、コークス２バッチ、鉱石１バッチで行った。

（本発明例）装入装置の回転シュートの傾斜角度を変化させながら炉周辺部から中心部への方向に高炉にコークスを装入した。コークスの装入後、炉の中心部付近に中心装入シュートからコークスを投入した。次に鉱石を回転シュートの傾斜角度を変化させながら炉周辺部から中心部への方向に装入し、同時に炉の中心部付近に中心装入シュートからコークスを投入した。同様のチャージを繰り返して操業を行なった。使用したコークスは全て同一で、平均粒径５２ｍｍ、硬さはＤＩ（１５０／１５）：８４％のものを用いた。出銑量は１１５００ｔ／ｄ、還元材比は５００ｋｇ／ｔであった。尚、還元材比は所定期間中の還元材（コークスや微粉炭など）の使用量と溶銑の出銑量の比を示す。

（比較例）装入装置の回転シュートの傾斜角度を変化させながら炉周辺部から中心部への方向に高炉にコークスを装入し、同時に炉の中心部付近に中心装入シュートからコークスを投入した。次に鉱石を回転シュートの傾斜角度を変化させながら炉周辺部から中心部への方向に装入し、同時に炉の中心部付近に中心装入シュートからコークスを投入した。同様のチャージを繰り返して操業を行なった。なお、中心装入シュートから投入したコークスは、平均粒径７０ｍｍ、硬さはＤＩ（１５０／１５）：８５％のものを用いた。出銑量は１０７００ｔ／ｄ、還元材比は５３０ｋｇ／ｔであった。

比較例において、中心コークスとして装入されたコークスは、全体の約１０ｍａｓｓ％であったのに対し、本発明例においては６ｍａｓｓ％であった。本発明例では有効に利用されるコークスの割合が増加した。

比較例においては、炉中心部付近でのガス利用率（ηｃｏ）はほとんど０であったが、本発明例においては、炉中心部での通気性を適切に低下させることで、全体としてガス利用率が上昇した。

本発明方法を用いることで、高出銑比、低還元材比操業が可能となった。

本発明の一実施形態であり、炉中心部付近の装入物の分布形状を示す縦断面の概略図。 比較のための、炉中心部付近の装入物の分布形状を示す縦断面の概略図。

符号の説明

１ コークス層
２ 中心コークス層
３ 鉱石層
４ 中心コークス層

Claims (1)

1. 炉頂部に、コークスと鉱石とを装入する回転シュートと、高炉の軸心部にコークスを装入する中心装入シュートとを設けたベルレス式高炉において、
   前記回転シュートによるコークスの装入を行った後、前記中心装入シュートによるコークスの装入を行い、その後、前記回転シュートによる鉱石の装入を行い、該鉱石の装入中に前記中心装入シュートによるコークスの装入を行うことを特徴とする高炉の原料装入方法。

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