JP2007270192A

JP2007270192A - 高炉への鉱石装入方法

Info

Publication number: JP2007270192A
Application number: JP2006094738A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Fujita; 洋介藤田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP4765723B2

Abstract

【課題】還元材比を悪化させることなく、低ＲＩ塊鉱石を使用しながら安定操業を継続可能とする。
【解決手段】高炉の炉頂から鉱石類とコークスを交互に装入する方法である。鉱石類として低被還元性塊鉱石を装入する場合に、炉口半径をＲ、炉中心からの半径方向距離をｒとした場合、ｒ／Ｒの値が０〜０．５８の範囲に、装入する低被還元性塊鉱石の７５質量%以上を分布させる。
【効果】還元材比を悪化させることなく、低ＲＩ塊鉱石を使用しながら安定操業が継続できるので、溶銑製造コストを下げることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、高炉に鉱石を装入するための方法であり、還元材比を悪化させること無く還元性の低い塊鉱石を使用するための高炉への鉱石装入方法に関するものである。

高炉では、鉄源である鉱石と還元材であるコークス（以下、これらを総称して原料という。）を炉頂の装入装置から交互に積み重ねた層状で装入し、炉下部に存する羽口から加熱した空気、さらには微粉炭等の補助還元材等を送風して、羽口前のコークスを燃焼消費させることで、炉頂からの装入物が徐々に炉内を降下しながら、鉱石は上昇するガスによる加熱・還元反応によって溶融して銑鉄となり、炉下部から排出される。

高出銑比（出銑比とは、１日当り、単位容積当りの出銑量をいう。）操業を安定して継続するためには、還元効率の向上と炉内ガスの通気確保を両立させることが重要である。高炉での還元効率を向上させて還元材比（単位銑鉄量当たりの還元材量をいい、本発明ではkg／ptを単位として表す。）を低減させる技術の一つとして、原料装入物の分布技術が存在する。

これらの技術の中でも、鉱石類の装入方法としては、例えば特許文献１に、焼結鉱中のSiO₂成分が５．０質量%以下で、かつCaO成分とFeO成分の質量比[CaO質量%]／[FeO質量%]が１．５５以上となるようにすることで、溶銑中のSi濃度を安定して０．３質量%以下に維持する、低SiO₂焼結鉱を用いた高炉操業方法が開示されている。
特開２０００−３４５２７号公報

また、特許文献２には、還元ガスの還元ポテンシャルが低くなる各鉱石層の上層に、被還元性が高い鉱石類を装入することで、鉱石類の還元遅滞が生じることによる高炉下部の熱レベル低下を防ぐことが可能となり、高炉での還元材比を大幅に増大することなく安定操業を継続させることができる技術が開示されている。
特開平１０−２９８６２０号公報

しかしながら、特許文献１で開示された技術は、焼結鉱、ペレット、および塊鉱石（鉄鉱石）などの鉄源鉱石類の中でも特に焼結鉱の性状に注目したものであり、塊鉱石についての技術ではない。

一方、特許文献２で開示された技術は、被還元性の高い鉱石類を鉱石層の上層へ装入することで炉下部での熱レベルの低下を防ぐものであり、鉱石層内の高さ方向における還元ガスの還元ポテンシャルの差のみに注目したものであるが、半径方向の鉱石類／コークスの重量比（以下、O／Cともいう。）分布が与える還元ガスの還元ポテンシャルの差については報告されていない。また、鉱石類の内訳としては焼結鉱と塊鉱石を含む技術であり塊鉱石のみに着目した技術ではない。

更に、今後の鉄鋼業をとりまく環境は一層厳しさを増し、製銑分野においては劣質原料の使用比率の増大が予想されることを考慮すると、劣質鉱石、例えば被還元性（JIS−M8713に規定された試験方法により測定された還元率で表される指標であり、以下、ＲＩともいう。）の悪い低ＲＩ塊鉱石の装入技術は重要となるにもかかわらず、低ＲＩ塊鉱石の装入方法については何ら述べられていない。

本発明が解決しようとする問題点は、従来は、被還元性の悪い低ＲＩ塊鉱石に着目した高炉への装入技術はないという点である。

本発明の高炉への鉱石装入方法は、
還元材比を悪化させることなく、被還元性の低い（低ＲＩ）塊鉱石を使用しながら安定操業を継続可能とするために、
高炉の炉頂から鉱石類とコークスを交互に装入するに際し、
鉱石類として低被還元性塊鉱石を装入する場合に、
炉口半径をＲ、炉中心からの半径方向距離をｒとした場合、ｒ／Ｒの値が０〜０．５８の範囲に、装入する低被還元性塊鉱石の７５質量%以上を分布させることを最も主要な特徴としている。

本発明の高炉への鉱石装入方法において、鉱石類として被還元性の高い（高ＲＩ）塊鉱石を装入する場合には、前記ｒ／Ｒの値が０．５８〜１の範囲に、装入する高ＲＩ塊鉱石の７５質量%以上を分布させるようにすることが望ましい。

また、本発明の高炉への鉱石装入方法において、鉱石類を２分割以上に分けて装入する場合には、装入する高ＲＩ塊鉱石の使用量の７５質量%以上を２分割目以降とすることが望ましい。

なお、本発明では、塊鉱石の中で、ＲＩが６５%以上を高ＲＩ塊鉱石、３５%以上、６５%未満を中ＲＩ塊鉱石、そして３５%未満を低ＲＩ塊鉱石と分類する。

また、本発明における半径方向の分布の閾値としては、図１に示すように炉口の断面積Ｓ1（単斜線部）、Ｓ2（二重斜線部）、及びＳ3（斜線無し部）のそれぞれの面積が等しくなるようなｒ／Ｒ値であり、ｒ1／Ｒ＝０．５８、ｒ2／Ｒ=０．８２、ｒ3／Ｒ=１となる。またｒ／Ｒの値が０〜０．５８の範囲を中心部、０．５８〜０．８２の範囲を中間部、０．８２〜１の範囲を炉壁部とする。

本発明によれば、還元材比を悪化させることなく、被還元性の低い（低ＲＩ）塊鉱石を使用しながら安定操業を継続できるので、溶銑製造コストを下げることができる。

以下、本発明に至る新しい知見と、本発明成立に至るまでの過程とともに、本発明を実施するための最良の形態について、図２〜図７を用いて詳細に説明する。

高炉で使用される鉱石類は、主に焼結鉱と塊鉱石に分けることができる。中でも通常操業中の鉱石類の使用比率は焼結鉱が７〜８割を占め、塊鉱石は２〜３割程度である。したがって、従来は、使用比率の高い焼結鉱の性状が高炉操業の安定に大きな影響を及ぼすと考えられていた。

しかしながら、一般に焼結鉱は、求められる性状を満たすように原料鉱石の配合や副原料を調整するなどの処理をされ、ＲＩ等の品質を比較的一定に保つことができる。ところが、塊鉱石は、下記表１に示すように、銘柄（採掘地）ごとに、さらには同一銘柄であっても採掘時期等により性状が異なるため、長期的な配合として塊鉱石の性状を一定に保つことは困難である。

すなわち、使用比率自体は焼結鉱よりも低い塊鉱石であるが、表１より明らかなように、性状値の分布は焼結鉱より大きいことから、発明者は、この塊鉱石の性状の変化が実炉の高炉操業に対して影響を及ぼすと考えた。

塊鉱石の平均のＲＩ値が計算還元材比（計算により操業変動分を補正したもの）に及ぼす影響を図２に示すが、平均ＲＩ値が高いほうが還元材比は低下する傾向を示している。

また、特許文献２は、鉱石層中の上下方向における還元ガスの還元ポテンシャルの違いに着目し、被還元性が高い鉱石類を各鉱石層の上層に装入するものであるが、発明者は、実炉でのシャフト部ガスサンプラー測定結果より、図３に示すように、高炉の半径方向におけるηCOの違いが０．５程度存在していることを知見した。なお、ηCOとは、COガスのガス利用率であり、ガス中の成分であるCOとCO₂の値から、CO₂／（CO+CO₂）で算出され、通常は還元ガスの還元ポテンシャルを示す指標である。

さらに、図４に示すように、実炉での炉内原料サンプリング結果からも、炉内半径方向の中間部〜炉壁部に高O／C（４．５以上）部位が存在し、還元ガスの還元ポテンシャルが低くなることを示しており、一方中心部〜中間部には低O／C（４．４以下）部位が存在し、比較的還元ガスの還元ポテンシャルが高いことを確認した。

このことから炉内半径方向におけるO／Cが高い中間部〜炉壁部では還元ガスの還元ポテンシャルが低下し、鉱石類の還元遅滞によって溶融還元しやすくなり、炉熱レベルの低下を引き起こす可能性があることが分かった。つまり半径方向における還元ポテンシャルを考えずに、特許文献２のように単純に鉱石層の上層に被還元性の良好な鉱石類を分布させても、半径方向のO／Cが高い部分に被還元性の低い鉱石類が分布した場合は更に還元ポテンシャルの低下を招くおそれがある。

これは、ベル装入方式でのムーバブルアーマー、またはベルレス装入方式での旋回シュートによる半径方向のO／C分布制御の影響の方が大きく、鉱石層内の分布変化だけでは、還元効率改善による高炉への効果は少ないということである。

そこで、発明者は塊鉱石の性状（JIS−RI）の違いに注目し、半径方向における還元ポテンシャルの違いに対応するように半径方向の塊鉱石分布を変化させることで、主原料全体の平均ＲＩを変化させることなく、還元効率改善及び通気性の改善を図ることができると考え、実炉において、高ＲＩ塊鉱石Ａと低ＲＩ塊鉱石Ｄの配置を変えてテストを実施した。

図５（ａ）は特許文献２のように鉱石層の上層に高ＲＩ塊鉱石を装入し、鉱石層の下層に低ＲＩ塊鉱石を装入した場合である。但し、半径方向の分布位置は中心部〜炉壁部の範囲に分布させた。

図５（ｂ）は鉱石層内での上層と下層に分布させる鉱石を図５（ａ）と入れ替えたものである。
図５（ｃ），（ｄ）は高ＲＩ塊鉱石の半径方向分布位置を中間部〜炉壁部とし、鉱石層の上下層で変化をつけた場合である。

図５（ｅ）は低ＲＩ塊鉱石を鉱石層内の上層で、半径方向の分布位置を中間部〜炉壁部に分布させるように装入した場合である。
図５に示したように装入してテストした場合、下記表２に示すような結果になった。

図５（ａ）と（ｂ）との比較から、還元性の異なる塊鉱石を使用する場合に、鉱石層の高さ方向の装入変化を改善することによって還元効率を改善する効果が認められたが、その改善効果は不十分であることが分かった。

一方、図５（ａ）と（ｃ）との比較から、還元性の異なる塊鉱石を、半径方向における装入分布を変えることにより、大幅に還元効率を改善できることが分かった。

以上の結果より、半径方向の還元ガスの還元ポテンシャルに応じた塊鉱石の分布は、ｒ／Ｒ=０〜０．５８の範囲に低ＲＩ塊鉱石を分布させ、ｒ／Ｒ=０．５８〜１の範囲に高ＲＩ塊鉱石を分布させることで、改善効果が得られることが分かった。これは、図５（ａ）と（ｄ）の比較から見ても、半径方向の分布の改善効果が大きいことは明らかである。

また、前記のテストで実施したように、装入１チャージの中で鉱石を２分割（２バッチ）以上に分けて装入する場合、図５の（ｃ）と（ｄ）の比較から、高ＲＩ塊鉱石Ａ、低ＲＩ塊鉱石Ｄをそれぞれのｒ／Ｒ範囲に装入した場合でも、高ＲＩ塊鉱石Ａを２バッチ目に装入して、鉱石層の上側に装入した方が、改善効果が大きくなることが分かった。

本発明について具体的な高炉への鉱石装入方法について説明する。
まず、高炉炉頂より鉱石とコークスを交互に層状に装入する場合、炉内の半径方向におけるO／C分布は、通常は図４に示したように、炉中間部から炉壁（炉口半径をＲ、炉中心からの半径方向距離をｒとした場合、ｒ／Ｒの値が０．５８〜１の範囲）にかけてO／Cが高い分布となっている。そして、図４中にａで示した高O／C部位では還元ガスの還元ポテンシャルの低下が発生している。

したがって、予め炉頂より炉内へ装入される原料の落下軌跡、及びそれぞれの落下軌跡に対する炉内原料表面への落下位置を試験しておき、それぞれの原料の分布形状を把握する。さらに塊鉱石の被還元性状の違いに着目し、塊鉱石の中でも還元性（ＲＩ）の良い高ＲＩ塊鉱石を還元ポテンシャルの低いｒ／Ｒが０．５８〜１の範囲へ分布させ、低ＲＩ塊鉱石を還元ポテンシャルの高いｒ／Ｒが０〜０．５８の範囲へ分布させることで、高炉全体での還元効率の改善を図ることができる。

このように炉内半径方向におけるO／Cの差に起因する還元ガスの還元ポテンシャルの差を考慮して、被還元性の異なる銘柄の塊鉱石の分布を制御して、結果的に炉壁部での平均ＲＩを上げ、相対的に中心部〜中間部での平均ＲＩを下げることで還元効率を改善させ炉内全体のガス利用率及び融着帯での通気性改善を図ることができる。これが本発明の効果である。なお、ここでの塊鉱石は焼結鉱及びペレットは含まれないものとする。

以下に、内容積２７００m³のベル装入式高炉にてさらにテストを行った結果を示す。
従来（ベース期間）は、鉱石銘柄及び性状に関係なくＯ1バッチ、Ｏ2バッチ共に均等に装入（Ｏ1：Ｏ2が共に５０質量%）している。また、操業中の鉱石類の内訳は焼結鉱が７４質量%、塊鉱石が２６質量%であった。塊鉱石の使用比率は高ＲＩ塊鉱石Ａ（ＲＩ：８０%）を６質量%、中ＲＩ塊鉱石Ｃ（ＲＩ：６０%）を１２質量%、低ＲＩ塊鉱石Ｄ（ＲＩ：３４%）を８質量%の３種類を使用した。

本発明による塊鉱石の性状（ＲＩ）の違いに応じた半径方向の分布調整による高炉への影響を確認するために、ムーバブルアーマー（補助分配装置）は、ベース期間から期間１〜６まで設定位置の変更は実施しなかった。

図６を参照しながら実施例を説明する。
大ベルＢ上の下層（ａ図に示すＯ1バッチでは１ａ、ｂ図に示すＯ2バッチでは２ａ）には中心部に分布させる塊鉱石を配置し、大ベルＢ上の上層（ａ図に示すＯ1バッチでは１ｂ、ｂ図に示すＯ2バッチでは２ｂ）には炉壁部に分布させる塊鉱石を配置する。

半径方向ｒ／Ｒの値が０〜０．５８の範囲に分布させる塊鉱石をＯ1バッチより先頭（１ａ）で装入し、半径方向ｒ／Ｒの値が０．５８~１の範囲に分布させる塊鉱石をＯ2バッチより最後尾（２ｂ）で装入して、低ＲＩ塊鉱石および高ＲＩ塊鉱石の設定量の比率をベース期間から期間１〜６まで変化させてテストを実施した。

その結果を下記表３に示す。今回のテストでは、Ｏ1バッチとＯ2バッチの塊鉱石同一銘柄の使用比率は１ａ：２ｂということになる。Ｏ1バッチの塊鉱石合計量とＯ2バッチのそれが等しくなるように中ＲＩ鉱石Ｃのバッチごとの使用量を調整した。

期間１は、半径方向ｒ／Ｒの値０〜０．５８（中心部）の範囲に高ＲＩ塊鉱石を全量装入し、半径方向ｒ／Ｒの値０．５８〜１（中間部〜炉壁部）の範囲に低ＲＩ塊鉱石を全量装入したテストである。

この場合、還元効率はベース期間よりも悪化し、高炉炉下部での圧損が上昇し一時的に送風量を下げて対応したため、減産となり還元材比も増加を余儀なくされた。これは半径方向における還元ポテンシャルの低い炉壁側に低ＲＩ鉱石を分布させたために、炉下部融着帯付近での還元遅れ及び圧損上昇が生じたものと考えられる。

期間２は、半径方向ｒ／Ｒの値０〜０．５８（中心部）の範囲に高ＲＩ塊鉱石を７５質量%装入し、半径方向ｒ／Ｒの値０．５８〜１（中間部〜炉壁部）の範囲に低ＲＩ塊鉱石を７５質量%装入したテストである。期間１と同様に、ベース期間と比較して還元効率、及び通気性でやや悪化が確認された。

期間３は、半径方向ｒ／Ｒの値０〜０．５８（中心部）の範囲に高ＲＩ塊鉱石を６０質量%装入し、半径方向ｒ／Ｒの値０．５８〜１（中間部〜炉壁部）の範囲に低ＲＩ塊鉱石を６０質量%装入したテストである。ベース期間と比較して還元効率、及び通気性での変化は確認することができなかった。

期間４は、半径方向ｒ／Ｒの値０〜０．５８（中心部）の範囲に低ＲＩ塊鉱石を６０質量%装入し、半径方向ｒ／Ｒの値０．５８〜１（中間部〜炉壁部）の範囲に高ＲＩ塊鉱石を６０質量%装入したテストである。還元効率の好転は確認出来なかったため、還元材比の低下及び通気性の改善を確認することはできなかった。

期間５では、半径方向ｒ／Ｒの値０〜０．５８（中心部）の範囲に低ＲＩ塊鉱石を７５質量%装入し、半径方向ｒ／Ｒの値０．５８〜１（中間部〜炉壁部）の範囲に高ＲＩ塊鉱石を７５質量%装入したテストである。このとき、炉頂ＣＯ／ＣＯ₂（炉頂ガス組成ＣＯ／ＣＯ₂の比であり、還元効率を表す指標）及び通気性の好転が確認できた。このときは鉱石類の還元効率が向上したため、融着帯部での還元遅れを生じることなく炉下部の熱レベルを維持することが可能であった。

期間６では、半径方向ｒ／Ｒの値０〜０．５８（中心部）の範囲に低ＲＩ塊鉱石を全量装入し、半径方向ｒ／Ｒの値０．５〜１（中間部〜炉壁部）の範囲に高ＲＩ塊鉱石を全量装入したテストである。またＯ1バッチの塊鉱石合計量とＯ2バッチのそれが等しくなるように中ＲＩ鉱石Ｃのバッチごとの使用量を調整した。期間５の場合と同様に、還元効率の向上により還元材比を下げて操業を安定させることができた。

本テストでは６パターンで半径方向ｒ／Ｒが０．５８を境に塊鉱石使用比率を変化させて鉱石装入を実施した。ベースと期間１〜６の炉頂ＣＯ／ＣＯ₂の結果を図７に示す。
その結果、半径方向ｒ／Ｒが０〜０．５８の範囲に低ＲＩ鉱石を、半径方向ｒ／Ｒが０．５８〜１の範囲に高ＲＩ鉱石を、それぞれ１チャージ中の使用量の７５質量%以上を装入することで炉内還元効率及び通気性の改善の効果を確認することができた。

また、内容積４８００m³のベルレス式高炉においても半径方向ｒ／Ｒの値が０〜０．５８の範囲に低ＲＩ鉱石を分布させ、ｒ／Ｒの値が０．５８〜１の範囲に高ＲＩを分布させるテストを実施したが、ベル式高炉と同様に還元効率改善の効果を確認することができた。

本発明の高炉の減尺休風操業方法は、前記知見に基づく各種のテスト結果に基づいてなされたものであり、
高炉の炉頂から鉱石類とコークスを交互に装入するに際し、
鉱石類として低被還元性塊鉱石を装入する場合に、
炉口半径をＲ、炉中心からの半径方向距離をｒとした場合、ｒ／Ｒの値が０〜０．５８の範囲に、装入する低被還元性塊鉱石の７５質量%以上を分布させるものである。

本発明の高炉の減尺休風操業方法において、鉱石類として高被還元性塊鉱石を装入する場合には、前記ｒ／Ｒの値が０．５８〜１の範囲に、装入する高被還元性塊鉱石の７５質量%以上を分布させることが望ましい。

また、本発明の高炉の減尺休風操業方法において、鉱石類を２分割以上に分けて装入する場合には、装入する高被還元性塊鉱石の使用量の７５質量%以上を２分割目以降とすることが望ましい。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

炉口断面積を３分割するｒ／Ｒ値を説明する図である。断面平均ＲＩが上昇することで還元材比に及ぼす影響を示した図である。半径方向におけるシャフトガスサンプラーηCOの違いを説明する図である。原料炉内サンプリングによる半径方向O／Cの変化を説明する図である。半径方向の分布効果の確認テスト条件を示す図である。大ベル上の配置を説明する図で、（ａ）はＯ1バッチ、（ｂ）はＯ2バッチの配置を示す図である。塊鉱石適正分布と比率の関係を説明する図である。

符号の説明

Ｂ大ベル

Claims

高炉の炉頂から鉱石類とコークスを交互に装入するに際し、
鉱石類として低被還元性塊鉱石を装入する場合に、
炉口半径をＲ、炉中心からの半径方向距離をｒとした場合、ｒ／Ｒの値が０〜０．５８の範囲に、装入する低被還元性塊鉱石の７５質量%以上を分布させることを特徴とする高炉への鉱石装入方法。
鉱石類として高被還元性塊鉱石を装入する場合に、
前記ｒ／Ｒの値が０．５８〜１の範囲に、装入する高被還元性塊鉱石の７５質量%以上を分布させることを特徴とする請求項１に記載の高炉への鉱石装入方法。
鉱石類を２分割以上に分けて装入する場合において、
装入する高被還元性塊鉱石の使用量の７５質量%以上を２分割目以降とすることを特徴とする請求項２に記載の高炉への鉱石装入方法。