JP2008240109A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉の通気性悪化を抑制しつつ、炉頂設備の保護および溶銑処理コストの改善を可能とする高炉の微粉炭多量吹込み操業方法を提供する。
【解決手段】微粉炭吹込み量が１００（ｋｇ／ｔ−溶銑）以上であり、鉱石類装入物中の塊鉱石比率が３０質量％以下の高炉操業において、５〜３０（ｋｇ／ｔ−溶銑）の水酸化マグネシウム鉱石を高炉炉頂部から炉内に装入することを特徴とする高炉操業方法である。前記操業方法において、水酸化マグネシウム鉱石を塊鉱石とし、その炉内装入位置を炉中心から炉半径の０．４〜１倍の位置とすることが好ましい。また、前記の操業方法は、ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の塊鉱石を高炉炉頂部から炉内に装入する際に、適用することが好ましい。
【選択図】図７

Description

本発明は、高炉における微粉炭多量吹込み操業時の炉内通気性および溶銑成分の改善に関し、具体的には高炉通気抵抗の上昇を抑制し、炉頂ガス温度を低下させて、炉頂設備の熱負荷を低減するとともに、溶銑中Ｓｉ含有率およびＳ含有率の低減を実現する高炉操業方法に関する。

従来、高炉用装入物としては、鉄源である鉱石類装入物および還元材であるコークスが、それぞれ炉頂部から炉内に装入されている。鉱石類装入物は、概ね焼結鉱、塊鉱石およびペレットに大別される。塊鉱石は、高炉に直接装入可能な粒径を有しており、焼結鉱およびペレットは、粉鉱石を造粒、焼成により塊成化して高炉へ装入可能な粒径に加工処理するものであり、総称して塊成鉱とも称される。これらの鉱石類装入物は、各高炉の操業条件に応じて選択されるが、一般的に、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の調整などの処理が施され、品質を比較的一定に保つことができることなどから、主要な鉄源装入物として使用されている。

一方、還元材については、除々にコークスに代えて、石炭を粉砕し低コストである微粉炭が、高炉下部の羽口部から吹き込まれて使用されるようになり、近年では、微粉炭使用量の大幅な増加にともなって、コークス使用量は順次減少している。このような微粉炭吹込み操業においては、一部のコークスに代えて高炉羽口部より吹き込まれた微粉炭が高炉内で燃焼し、高い発熱量が得られるため、多量の高温還元ガスを生成して高炉の炉熱を高めることができ、鉱石類装入物の効率的な還元反応を進めることができる。

また、上記の微粉炭吹込み操業において、多量の微粉炭を吹き込んだ場合には、高炉の塊状帯における加熱還元効率の指標である熱流比（ガスの熱容量に対する固体の熱容量の比）が低下し、加熱還元余裕が生じるため、炉内において融着帯（鉱石類装入物が軟化溶融し始めてから滴下完了するまでの領域）の高さ位置が上昇する。融着帯の高さ位置が上昇すると、高炉上部から排出される炉頂ガス温度は上昇するため、炉頂設備への熱負荷の増大により、設備が破損するおそれがある。

また、微粉炭使用量の増加にともない溶銑中Ｓｉ含有率は上昇する。この理由は、下記の（１）式および（２）式により表される溶銑中へのＳｉの移行反応が生じるからである。すなわち、羽口先レースウェイにおいて、（１）式により表されるとおり、微粉炭中のＳｉＯ₂が赤熱したコークス（Ｃ）によって還元されてＳｉＯガスが発生し、このＳｉＯガスと滴下溶銑とが接触して、溶銑中のＣとの間で（２）式で示される反応を起こし、ＳｉＯが還元されて、Ｓｉとして溶銑中に移行する。融着帯の高さ位置が上昇すると、滴下距離が長くなり、液体溶銑粒子とＳｉＯガスとの接触頻度が増加するので、（２）式の発生頻度が増加し、溶銑中Ｓｉ含有率は上昇傾向となるからである。

ＳｉＯ₂＋Ｃ＝ＳｉＯ（ｇ）＋ＣＯ（ｇ） ・・・（１）
ＳｉＯ（ｇ）＋Ｃ＝Ｓｉ＋ＣＯ（ｇ） ・・・（２）
溶銑中Ｓｉ含有率の上昇は、高炉内でＳｉＯ₂を還元するために多量の熱量が消費されていることを示し、還元材比（溶銑１トン（ｔ）当たりの還元材の使用量（ｋｇ））の上昇、つまり操業コストの悪化を招く。また、溶銑中Ｓｉ含有率の上昇は、溶銑予備処理工程において脱珪剤および脱燐剤の使用量の増加をきたし、溶銑処理コストの増加を招くことから、溶銑中Ｓｉ含有率は低い方が好ましい。上記の理由から、微粉炭多量吹込み操業では、炉頂設備保護のために炉頂ガス温度の上昇を防止するとともに、溶銑中Ｓｉ含有率を低下させることが重要な課題である。

従来、前記の問題に対処した技術として、炉頂温度の上昇を抑制する観点からは、特許文献１および特許文献２に記載の方法が公知であり、また、溶銑中Ｓｉ含有率の低減の観点からは、特許文献３、特許文献４および特許文献５に記載の方法が公知である。

特許文献１には、微粉炭多量吹込み操業時において高結晶水鉱石を装入することにより、結晶水の分解反応を利用して炉頂温度を低下させる方法が開示されている。しかし、一般に高結晶水鉱石は、結晶水が分解して多くの気孔を発生するため、高温強度が弱く、高炉内において多量の粉を発生し、炉内通気性を悪化させる。また、近年、鉄鉱石の品質が劣化して鉱石中のＳｉＯ₂含有率が高くなっている。そのような状況下においてＳｉＯ₂含有率の高い高結晶水鉄鉱石の装入量を増加すると、炉内スラグ量が増加して高炉の通気性を悪化させるだけでなく、スラグの生成熱および顕熱による必要熱量の上昇により、還元材比が増大し、操業コストの上昇を招く。

特許文献２には、高炉炉頂ガス温度を指標としてドロマイトなどの副原料の装入量を制御し、スラグ塩基度、ＭｇＯ濃度をおよび溶銑中のＳ含有率を制御する方法が開示されている。この方法には、ドロマイトなどの副原料を装入することによりスラグ塩基度が変動するという問題がある。なお、スラグ塩基度とはスラグ成分中のＣａＯ質量％ＳｉＯ₂質量％で除した数値であり、高炉スラグの融点、粘性、脱硫能力などに影響する。

そのためスラグ塩基度は、高炉操業の安定性や溶銑処理コストも含めた総合的視点から設計されている。塩基度が変動すると高炉内において装入物の溶融開始温度が変化するため、炉内において最も大きな圧力損失を生じる融着帯の厚さが増加し、炉況が不安定となる。また、溶銑成分が変動することにより、溶銑予備処理工程において処理コストの増加をもたらす場合もある。

したがって、スラグ塩基度は、各高炉操業において設計値を維持し極力変動させないことが好ましい。ドロマイトなどを装入する際に塩基度を一定に維持しようとすると、ドロマイトの装入に合わせて蛇紋岩や珪石などのＳｉＯ₂源副原料を装入する必要があるため、高炉内におけるスラグ量が増加し、高炉の通気性が悪化する。また、高炉塩基度を焼結鉱の塩基度調整により実施する場合には、焼結鉱中のＣａＯ含有率を低減する必要があるため、焼結鉱の歩留りが悪化し、焼結鉱の生産性の低下や焼結鉱品質の悪化などが起こり焼結操業のコストが上昇する。

特許文献３に記載の発明は、炉周辺部のコークス層にドロマイト、蛇紋岩、石灰石などの副原料を混入させることにより、溶銑中ＳｉおよびＳ含有率を低減させることのできる方法である。この方法においても、前記の発明と同様に、塩基度の調整によりスラグ量が増加する傾向があり、高炉炉況に悪影響を及ぼす。

また、溶銑中Ｓｉ含有率を低減させる方法として、特許文献４には、塩基度の異なる複数種類の鉱石を炉内半径方向の異なる位置に装入し、炉内半径方向の装入物の塩基度分布を羽口レベルにおける半径方向炉内温度分布に対応させて制御し、溶銑中Ｓｉ含有率を制御する高炉操業方法が開示されている。しかし、この方法では、高炉半径方向に全体に造滓剤を装入するため、炉芯コークス中に造滓剤が残存して、炉芯の通気性を悪化させるとともに、造滓剤がレースウェイ以外の領域にも供給されることから、造滓剤の添加効率が低下する。

そして、特許文献５に開示された方法は、微粉炭とともにＦｅＯ、ＣａＯおよびＭｇＯのうち１種以上からなる造滓剤フラックスを羽口から吹き込み、温度を低下させることにより、発生するＳｉＯガス量を抑制して溶銑中Ｓｉ含有率を低減させる方法である。この方法は、羽口前温度を低下させる方法であるため、炉内の冷え込みなどの大事故につながる危険性を有している。また、炉芯の不活性化を防止するため、同時にＳｉＯ₂なども投入する必要があることから、高炉内のスラグ量が増加し、炉内の通気性が悪化して炉況不調に陥りやすい。

特開２００１−１４０００７号公報（特許請求の範囲、段落［０００９］および［００１０］） 特開昭６１−２６１４０７号公報（特許請求の範囲および２頁左上欄５〜１５行） 特開平５−３１１２１７号公報（特許請求の範囲および段落［００１３］〜［００１５］） 特開昭５８−０６１２０４号公報（特許請求の範囲および２頁左上欄１４〜１９行） 特開２００３−１８３７１１号公報（特許請求の範囲および段落［００１５］〜［００１８］）

前記の従来技術には、下記の問題があった。すなわち、溶銑中Ｓｉ含有率を低下させるために副原料として、ドロマイト、蛇紋岩などのＣａＯまたはＳｉＯ₂成分を多く含む原料やマグネサイトのように熱分解によりＣＯ₂ガスを発生する炭酸塩系の原料を使用していたことに問題があった。ＣａＯやＳｉＯ₂成分を含有する副原料を使用した場合には、高炉スラグの塩基度が変動するので、塩基度を再調整するために、さらに副原料を投入する必要がある。その結果、高炉スラグ量が増加し、高炉の通気性が悪化して高炉の炉況が不安定となるからである。

また、マグネサイトなどの炭酸塩は、熱分解によりＣＯ₂ガスを発生する。高炉上部においては下記の（３）式および（４）式により示されるとおり、主としてＣＯガスにより鉄鉱石の間接還元反応が進む。そのため、熱分解によりＣＯ₂ガスが発生するとガスの還元能力が低下し、鉄鉱石の還元反応を遅滞させる。還元反応が遅滞すると、未還元鉱石が羽口前まで降下し、羽口前において下記（５）式により示される直接還元反応を生じる。この反応は著しい吸熱反応であるため、直接還元反応量が増加すると羽口前における温度が低下して溶銑滓の流動性が低下し、羽口と溶銑滓との接触頻度が増加することにより、羽口破損を引き起こすおそれがある。

３Ｆｅ₂Ｏ₃＋ＣＯ → ２Ｆｅ₃Ｏ₄＋ＣＯ₂ ・・・（３）
Ｆｅ₃Ｏ₄＋ＣＯ → ３ＦｅＯ＋ＣＯ₂ ・・・（４）
ＦｅＯ＋Ｃ → Ｆｅ＋ＣＯ ・・・（５）
上記のように、従来技術は副原料の選別が十分でなかったため、その結果、高炉のスラグ量を増加させたり、副原料の熱分解にともなってＣＯ₂ガスを発生し、還元速度の遅れによる高炉操業のトラブルを招きやすいものであった。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その課題は、高炉の微粉炭多量吹込み操業において、スラグ塩基度の変動を生じさせず、かつスラグ量の大幅な増加をともなわずに、炉頂温度の上昇を抑制し、溶銑中ＳｉおよびＳ含有率を低減できる高炉の操業方法を提供することにある。また、本発明は、上記の結果として、高炉の通気性悪化を抑制しつつ、炉頂設備の保護および溶銑処理コストの改善を可能とする高炉の操業方法を提供することも課題としている。

本発明者は、上記の課題を解決するために、高炉の通気性悪化を抑制しつつ炉頂温度を低下させ、かつ溶銑中Ｓｉ含有率およびＳ含有率を低減できる操業方法を研究し、下記の（ａ）および（ｂ）に示される知見を得て、本発明を完成させた。

（ａ）高炉の通気性悪化を抑制しつつ炉頂温度を低下させ、かつ溶銑中Ｓｉ含有率およびＳ含有率を低減するためには、水酸化マグネシウム鉱石を炉頂部から装入する方法が有効であり、その理由は下記のとおりである。

１）水酸化マグネシウム鉱石は、一般にブルーサイトと呼ばれ、主要鉱物がＭｇ（ＯＨ）₂であり、ＭｇＯ含有率が５０質量％以上であって、高炉に装入してもスラグ塩基度を変動させることがないため、塩基度調整のために、さらに副原料を装入する必要がない。

２）水酸化マグネシウム鉱石は、熱分解過程でＣＯ₂ガスを発生しないため、炉内還元反応に影響を与えずに、炉頂温度を低下させ、溶銑中Ｓｉ含有率およびＳ含有率を低下させる点で、他の副原量よりも優れている。

表１に、高炉で使用される主要副原料の炉内における分解反応式および吸熱反応量を示す。

同表から、ブルーサイトは単位質量当たりの吸熱反応量が大きいため、他の副原料に比して少ない装入量で炉頂温度を低下させることができることがわかる。また、水酸化マグネシウム鉱石は熱分解反応時においてＣＯ₂ガスを発生しないので、高炉上部において間接還元反応の妨げとなりにくい。

（ｂ）水酸化マグネシウム鉱石の高炉内装入位置は、炉中心から炉半径の０．４〜１倍の位置に装入するのが好ましい。その理由は、装入位置が炉半径の０．４倍未満では、炉芯コークス中に未溶融の副原料が残存し、炉芯の通気性および通液性が悪化すること、および、レースウェイ近傍を中心に炉壁側に多く発生するＳｉＯガスやＳガスの発生を抑制する効果が低下し、溶銑中ＳｉおよびＳ含有率の低減効果が減少するからである。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示す高炉の操業方法にある。

（１）微粉炭吹込み量が溶銑１トン（ｔ）当たり１００ｋｇ（以下、「１００ｋｇ／ｔ−溶銑」とも記す）以上であり、鉱石類装入物中の塊鉱石比率が３０質量％以下の高炉操業において、５〜３０ｋｇ／ｔ−溶銑の水酸化マグネシウム鉱石を高炉炉頂部から炉内に装入することを特徴とする高炉操業方法。

（２）前記水酸化マグネシウム鉱石が塊状鉱石であって、装入物のストックレベルにおいて炉中心から水酸化マグネシウム鉱石の装入位置までの炉内半径方向距離をｒとし、炉中心から炉壁までの距離をＲとしたとき、前記水酸化マグネシウム鉱石を、その装入位置が、下記（１）式で表される関係を満足するように炉内に装入することを特徴とする前記（１）に記載の高炉操業方法。

０．４≦ｒ／Ｒ≦１ ・・・・（１）
（３）ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の塊鉱石を高炉炉頂部から炉内に装入する際に、水酸化マグネシウム鉱石を装入することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の高炉操業方法。

本発明において、「鉱石類装入物」とは、焼結鉱、塊鉱石、ペレット、ブリケットなどの鉄源装入物（主原料）を意味する。

また、「塊鉱石」または「塊状鉱石」とは、粒度構成において、粒径が５ｍｍ以下の部分が占める比率が２０質量％以下であり、かつ、平均粒径が１０ｍｍ以上の鉱石を意味する。

本発明によれば、高炉スラグ塩基度の変動を生じさせず、かつスラグ量の大幅な増加をともなわずに、微粉炭多量吹込み操業時に問題となる炉頂温度の上昇を抑制し、溶銑中ＳｉおよびＳ含有率を低減することができる。さらに、本発明によれば、上記の結果として、高炉の通気性悪化を抑制しつつ、炉頂設備の保護および溶銑処理コストの改善を実現できる。

本発明は、前記のとおり、微粉炭吹込み量が１００（ｋｇ／ｔ−溶銑）以上であり、鉱石類装入物中の塊鉱石比率が３０質量％以下の高炉操業において、５〜３０（ｋｇ／ｔ−溶銑）の水酸化マグネシウム鉱石を高炉炉頂部から炉内に装入することを特徴とする高炉操業方法である。以下に、本発明を前記のように規定した理由および好ましい態様について説明する。

１．水酸化マグネシウム鉱石の装入
図１は、炉内容積が２１５０ｍ³の高炉（以下も同様）において微粉炭吹込み量が１３０ｋｇ／ｔ−溶銑、出銑比が１．９ｔ／ｄ／ｍ³前後、焼結鉱比率が８０質量％および塊鉱石比率が２０質量％の条件で操業を行った際の、高炉スラグ量と炉内圧損の変化との関係を示す図である。同図の縦軸の炉内圧損の変化は、高炉羽口における送風圧力と炉頂におけるガス圧力との差についての、基準操業時における値からの変化量を示し、炉内充填層の通気性の変化を表す。つまり、高炉スラグ量が２７５（ｋｇ／ｔ−溶銑）のときの炉内圧損を基準として、高炉スラグ量と炉内圧損の変化との関係を示したものである。したがって、炉内圧損変化の上昇は、基準操業時に対する高炉通気性の悪化（すなわち、高炉内通気抵抗の上昇）を意味する。

同図に示されたとおり、高炉スラグ量が増加すると炉内溶融物の量が増加し、ガスの流路が狭められて通気性が悪化する。また、出銑と出銑との間に炉内に蓄積されるスラグ量も増加するため、炉内充填物が出銑と出銑との間に溶銑および溶滓から受ける浮力が増大して、炉内充填物の空隙率が低下し、これに起因してガス流れの変動が生じ、通気性が悪化する。

図２は、原料成分を考慮した配合計算により得られた、副原料の装入量と高炉スラグ量の変化との関係を示す図である。同図の関係は、高炉スラグの塩基度が一定になるように各副原料を装入した場合の高炉スラグ量の変化を比較して示したものである。ドロマイトまたは蛇紋岩を装入する場合には、スラグ塩基度を調整するためにさらに他の副原料を装入する必要がある。その結果、総スラグ量が増加する。これに対して、水酸化マグネシウム鉱石は装入に当たり、スラグ塩基度を調整する必要がないことから、スラグ量の増加が少ない。

図３は、前記図１において示した操業条件と同様の操業条件において、副原料の装入量と高炉炉頂ガス温度の変化量との関係を、反応熱などを考慮して計算した結果を示す図である。各副原料ともに、その熱分解により、高炉炉頂ガス温度は低下するが、水酸化マグネシウム鉱石が含有する結晶水の熱分解により、高炉炉頂温度を低下させる効果は、ドロマイトや蛇紋岩による効果よりも大きい。

２．水酸化マグネシウム鉱石装入量、微粉炭吹込み量および焼結鉱比率の適正範囲
水酸化マグネシウム鉱石の炉内装入量は、５〜３０（ｋｇ／ｔ−溶銑）の範囲とするのが適切である。

図４は、前記図１において示した操業条件と同様の条件で操業した際の、水酸化マグネシウム鉱石の装入量とスラグ中ＭｇＯ含有率および炉内圧損の変化との関係の関係を示す図である。スラグ中ＭｇＯ含有率は、水酸化マグネシウム鉱石の装入量の増加にともなってほぼ直線的に増加する。水酸化マグネシウム鉱石の装入量が３０（ｋｇ／ｔ−溶銑）以内の範囲では、水酸化マグネシウム鉱石を装入するにつれて、スラグ量の増加により炉内圧損変化量がやや上昇する（すなわち、炉内通気性がやや悪化する）が、その上昇量は小さい。また、水酸化マグネシウム鉱石の装入効果を得るには、前記の図３、ならびに後述する図５および図６に示される関係から、５ｋｇ／ｔ以上装入する必要がある。
これに対して、水酸化マグネシウム鉱石の装入量が３０（ｋｇ／ｔ−溶銑）を超えて多くなると、炉内圧損変化量の上昇が顕著となる（すなわち、炉内通気性の悪化が顕著となる）。これは、スラグ中ＭｇＯ成分の増加によりスラグの融点が上昇し、炉内残留スラグ量の増加によって高炉内の通気性および通液性が悪化することによる。本発明者の行った試験によれば、スラグ中ＭｇＯ含有率が１０質量％以下であれば炉内残留スラグによる悪影響は比較的少ない。

図５は、前記図１において示した操業条件と同様の条件で操業を行った際に、副原料として、水酸化マグネシウム鉱石、ドロマイトおよび蛇紋岩をそれぞれ単独に装入した場合の装入量と溶銑中Ｓｉ含有率の変化との関係を示す図である。水酸化マグネシウム鉱石を装入するとスラグ中ＳｉＯ₂の活量が低下し、ＳｉＯガスの発生を抑制する結果、溶銑中Ｓｉ含有率が低下する。水酸化マグネシウム鉱石は、同一装入量であっても、他の副原料と比較して溶銑中Ｓｉ含有率の低減効果が大きい。

図６に、前記図１において示した操業条件と同様の条件で操業した際の、副原料の装入量と溶銑中Ｓ含有率の変化との関係を示す。同図にみられるとおり、副原料の装入により、羽口前で発生するＳガスのスラグによる吸収能力が向上し、溶銑中Ｓ含有率が低下する。水酸化マグネシウム鉱石は、他の副原料に比して溶銑中Ｓ含有率の低減効果が大きい。

図７に、前記図１において示した操業条件と同様の条件で操業した際の、副原料の装入量と炉内圧損変化との関係を示す。副原料装入量の増加にともなって炉内圧損変化は上昇するが、水酸化マグネシウム鉱石を装入した場合は、ドロマイトまたは蛇紋岩を装入した場合に比してスラグの増加量が小さいことから、炉内圧損の上昇量も少ない。

本発明の高炉操業方法は、微粉炭吹込み量が１００（ｋｇ／ｔ−溶銑）以上および塊鉱石比率が３０質量％以下の高炉操業を対象とする。微粉炭吹込み量が１００（ｋｇ／ｔ−溶銑）未満の操業では、炉頂ガス温度は低位であり、炉頂設備に対する熱負荷も小さく炉頂ガス温度を低下させる必要性は少ない。また、微粉炭吹込み量が少ないと高炉操業が安定し、炉熱変動が小さくなるため、溶銑中Ｓｉ含有率および溶銑中Ｓ含有率は低位で安定しやすくなる。以上の理由により、微粉炭吹込み量が１００（ｋｇ／ｔ−溶銑）未満の操業条件においては、本発明の操業方法を適用する効果が小さいからである。

また、塊鉱石比率が３０質量％を超えて高くなると、鉱石由来の水分が増加し、炉頂ガス温度が低下する。さらに、鉱石中水分の増加により高炉内部の温度が低下した状態において水酸化マグネシウム鉱石を投入した場合には、より一層の温度低下を招き、鉄鉱石の昇温および還元が遅れて、炉内融着帯の肥大化による高炉通気性の悪化や、吹き込み羽口前への未還元鉱石の降下により通気性や通液性が阻害され、羽口破損を起こす可能性がある。羽口破損を起こすと、羽口取替のために高炉を休止せざるを得なくなり、稼働率が低下する。以上のように、塊鉱石比率が３０質量％を超えて高くなると、本発明の操業方法を適用する効果が小さくなることから、本発明では塊鉱石比率３０％以下とした。

３．水酸化マグネシウム鉱石の高炉内装入位置
水酸化マグネシウム鉱石の高炉内装入位置は、炉中心から炉半径の０．４〜１倍の位置、すなわち、前記（１）式により表される関係を満足する位置に装入するのが好ましい。

その理由は、装入位置が炉中心から炉半径の０．４倍未満の場合には、炉芯コークス中に未溶融の副原料が残存し、炉芯の通気性および通液性が悪化すること、および、レースウェイ近傍を中心に炉壁側に多く発生するＳｉＯガスやＳガスの発生抑制効果が低下し、溶銑中ＳｉおよびＳ含有率の低減効果が減少するからである。

また、炉内の通気性をさらに改善するためには、装入する水酸化マグネシウム鉱石は塊状鉱石であることが好ましい。なお、本発明において、「塊鉱石」または「塊状鉱石」とは、粒径が５ｍｍ以下の部分が占める比率が２０質量％以下であり、かつ、平均粒径が１０ｍｍ以上の鉱石を意味する。

図８は、副原料の炉内半径方向装入位置と炉内圧損の変化および溶銑中Ｓｉ含有率の変化との関係を示す図であり、同図（ａ）は副原料の炉内半径方向装入位置と炉内圧損の変化との関係を示し、同図（ｂ）は副原料の炉内半径方向装入位置と溶銑中Ｓｉ含有率の変化との関係を示す。同図の結果は、炉内容積が２１５０ｍ³の高炉において、水酸化マグネシウム鉱石の装入量を一定とした条件で高炉内への装入位置を変更する試験を行った際の炉内圧損の変化および溶銑中Ｓｉ含有率の変化を示したものである。

同図の結果から、装入位置を中心側へ移行させるにしたがって炉内圧損が上昇し、溶銑中Ｓｉ含有率の低下量も低減することが確認できる。特に、中心から炉半径の０．４倍以内の中心側の領域に装入すると、炉内圧損変化量が大幅に上昇する。したがって、水酸化マグネシウム鉱石の炉内装入位置は炉中心から炉半径の０．４〜１倍の位置、すなわち、前記（１）式の関係を満足する位置に装入するのが好ましい。

４．ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の塊鉱石との混合装入
水酸化マグネシウム鉱石を、ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の塊鉱石と混合して装入すると、溶銑中Ｓｉ含有率の増加を抑制するだけではなく、高炉通気性の悪化を抑制できるので好ましい。

現存する塊鉱石の中で、ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の塊鉱石は、高結晶水鉄鉱石として存在するものが多い。高結晶水鉄鉱石は、一般的に高炉上部において結晶水離脱時の割れまたは強度低下により、炉内において粉化し、炉内通気性を阻害する。その結果、還元が遅れ、未還元状態のＦｅＯがＣａＯまたはＳｉＯ₂と反応して低融点化合物を形成する。この低融点化合物が生成すると、炉内における融着帯の肥大化を招き、炉下部通気性が悪化する。

これに対して、水酸化マグネシウム鉱石を、ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の高結晶水塊鉱石と混合して炉内に装入した場合には、水酸化マグネシウムが熱分解して生成されるＭｇＯが未還元状態のＦｅＯに固溶し、高融点化合物を形成する。この高融点化合物の生成により、塊鉱石の低温での軟化溶融が防止され、融着帯の肥大化が防止される。また、塊鉱石の融点を上昇させるので、炉下部の高温領域に至るまでガス還元を進行させることが可能となる。その結果、ガス還元による到達還元率が向上し、炉内の還元反応に占める直接還元反応すなわち吸熱反応の比率が減少するので、吸熱量が減少する。また、ＭｇＯ自体の融点も非常に高いため、融着層においても比較的高い粒子間空隙率を維持でき、炉内で最も通気性の悪い融着帯においても良好な通気性を確保することができる。

図９は、ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の高結晶水鉄鉱石の使用比率と炉内圧損の変化との関係を、高結晶水鉄鉱石単独使用の場合と水酸化マグネシウム鉱石混合使用の場合とについて比較して示す図である。同図の結果から、水酸化マグネシウム鉱石を混合使用した場合には、炉内圧損の上昇が少ないことが確認できる。したがって、水酸化マグネシウム鉱石を混合使用すれば、高炉炉況を悪化させることなく、ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の塊鉄鉱石を多量に装入することができるので好ましい。

本発明の高炉操業方法の効果を確認するため、下記の試験操業を行い、その効果を確認した。

１．実施例１
炉内容積：２１５０ｍ³、微粉炭吹込み量：１３５ｋｇ／ｔ−溶銑、焼結鉱比率：８０質量％、塊鉱石比率：２０質量％、出銑比：１．９２ｔ／ｄ／ｍ³の定常操業を行っている高炉において、試験操業を実施した。試験条件としての副原料の装入量、ならびにスラグ量変化、炉内圧損変化、炉頂温度変化、溶銑中ＳｉおよびＳ含有率の変化といった試験結果を表２に示した。

試験番号１は、副原料として水酸化マグネシウム鉱石を装入し、本発明で規定する条件を満足する本発明例につての試験であり、試験番号２は、副原料としてドロマイトを、また試験番号３は、副原料として蛇紋岩を装入した比較例についての試験である。各試験ともに、副原量の装入量は１５（ｋｇ／ｔ−溶銑）とし、高炉内の装入位置は炉内半径方向無次元位置（ｒ／Ｒ）で０．７〜０．８の範囲の位置とした。また、水酸化マグネシウム鉱石は加重平均粒径が１４ｍｍで、５ｍｍ以下の比率が7質量％のものを使用した。

本発明例の試験である試験番号１では、水酸化マグネシウム鉱石の使用により、炉頂温度、溶銑中Ｓｉ含有率および溶銑中Ｓ含有率がともに低下し、炉頂設備の保護および溶銑処理コストを低減することができた。また、炉内圧損はわずかに上昇したが、高炉内通気性に及ぼす影響は小さかった。

これに対して、比較例の試験番号２および試験番号３では、ドロマイトおよび蛇紋岩の装入量は本発明例の試験番号１と同量であるにも拘わらず、高炉スラグ量の増加量が多く、その結果、炉内圧損が大幅に上昇し、炉内通気性の悪化に及ぼす影響が大きくなった。また、溶銑中Ｓｉ含有率および溶銑中Ｓ含有率の低下量も試験番号１に比して少なかった。

２．実施例２
炉内容積：２１５０ｍ³、微粉炭吹込み量：１００ｋｇ／ｔ−溶銑、焼結鉱比率：７５質量％、塊鉱石比率：２５質量％、出銑比：２．００ｔ／ｄ／ｍ³の定常操業を行っている高炉において、試験操業を実施した。副原料の装入量および高結晶水鉄鉱石使用比率といった試験条件、ならびに炉内圧損変化、溶銑中ＳｉおよびＳ含有率の変化といった試験結果を表３に示した。

試験番号４は、高結晶水鉄鉱石を使用するに当たり、副原料として水酸化マグネシウム鉱石を装入した請求項３に記載の条件を満足する本発明例につての試験であり、試験番号５は、副原料を装入しなかった比較例についての試験である。高結晶水鉄鉱石としては、ＳｉＯ₂含有率が５．１質量％であり、加重平均粒径が１５ｍｍで、５ｍｍ以下の比率が８質量％のものを、主原料中に占める比率を６質量％として使用した。水酸化マグネシウム鉱石は、加重平均粒径が１２ｍｍで、５ｍｍ以下の比率が８質量％のものを使用し、その装入量は、１５（ｋｇ／ｔ−溶銑）とした。また、水酸化マグネシウム鉱石の高炉内の装入位置は炉内半径方向無次元位置（ｒ／Ｒ）で０．６〜０．７の位置とした。

水酸化マグネシウム鉱石と高結晶水鉄鉱石を混合して装入した本発明例の試験番号４では、比較例の試験番号５に比して炉内圧損の増加量が極めて小さく、高炉の通気性をほとんど悪化させることなく、高結晶水鉄鉱石を使用することができた。また、溶銑中Ｓｉ含有率および溶銑中Ｓ含有率ともに低下し、製銑および溶銑処理工程におけるトータル的な操業コストを低減することができた。

本発明によれば、高炉スラグ塩基度の変動を生じさせず、かつスラグ量の大幅な増加をともなわずに、微粉炭多量吹込み操業時において問題となる炉頂温度の上昇を抑制し、溶銑中ＳｉおよびＳ含有率を低減することができる。したがって、本発明は、微粉炭多量吹込み操業にともなう高炉通気性の悪化を抑制しつつ、炉頂設備の保護および溶銑処理コストの改善を可能とする高炉の操業方法として製銑および溶銑処理工程において、広範に適用できる技術である。

高炉スラグ量と炉内圧損の変化との関係を示す図である。 副原料の装入量と高炉スラグ量の変化との関係を示す図である。 副原料の装入量と高炉炉頂ガス温度の変化量との関係を示す図である。 水酸化マグネシウム鉱石の装入量とスラグ中ＭｇＯ含有率および炉内圧損の変化との関係の関係を示す図である。 副原料の装入量と溶銑中Ｓｉ含有率の変化との関係を示す図である。 副原料の装入量と溶銑中Ｓ含有率の変化との関係を示す図である。 副原料の装入量と炉内圧損の変化との関係を示す図である。 副原料の炉内半径方向装入位置と炉内圧損の変化および溶銑中Ｓｉ含有率の変化との関係を示す図であり、同図（ａ）は副原料の炉内半径方向装入位置と炉内圧損の変化との関係を示し、同図（ｂ）は副原料の炉内半径方向装入位置と溶銑中Ｓｉ含有率の変化との関係を示す。 高結晶水鉄鉱石の使用比率と炉内圧損の変化との関係を、高結晶水鉄鉱石単独使用の場合と水酸化マグネシウム鉱石混合使用の場合とについて比較して示す図である。

Claims (3)

1. 微粉炭吹込み量が溶銑１トン（ｔ）当たり１００ｋｇ以上であり、鉱石類装入物中の塊鉱石比率が３０質量％以下の高炉操業において、溶銑１トン（ｔ）当たり５〜３０ｋｇの水酸化マグネシウム鉱石を高炉炉頂部から炉内に装入することを特徴とする高炉操業方法。
2. 前記水酸化マグネシウム鉱石が塊状鉱石であって、装入物のストックレベルにおいて炉中心から水酸化マグネシウム鉱石の装入位置までの炉内半径方向距離をｒとし、炉中心から炉壁までの距離をＲとしたとき、前記水酸化マグネシウム鉱石を、その装入位置が、下記（１）式で表される関係を満足するように炉内に装入することを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
   ０．４≦ｒ／Ｒ≦１ ・・・・（１）
3. ＳｉＯ₂含有率が４．５質量％以上の塊鉱石を高炉炉頂部から炉内に装入する際に、水酸化マグネシウム鉱石を装入することを特徴とする請求項１または２に記載の高炉操業方法。

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