JP2010100915A - 竪型炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な手法を用いて竪型炉装入コークスを強度の異なるコークスに分離し、強度の高いコークスを中心装入コークスとして使用することで竪型炉の操業を安定化することのできる竪型炉の操業方法を提供すること。
【解決手段】冶金用コークスを見掛け比重により２種以上に分別し、該分別により得られた各冶金用コークスを炉頂から竪型炉に装入する際に、半径方向で異なる位置に装入することを特徴とする竪型炉の操業方法を用いる。または、竪型炉で使用する冶金用コークスの一部を見掛け比重の大きいコークスと見掛け比重の小さいコークスとに分別し、見掛け比重の大きいコークスを竪型炉で中心装入コークスとして使用し、見掛け比重の小さいコークスは比重分離していないコークスと混合して竪型炉に装入して使用することを特徴とする竪型炉の操業方法を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鉄プロセス等において、原料となる冶金用コークスを竪型炉の炉頂から装入して行う竪型炉の操業方法に関する。

高炉やキュポラを始めとする竪型炉による精錬プロセスにおいては、充填層内に還元ガスを流通させて鉄鉱石等を還元する必要があるため、効率的な操業を行う為には還元ガスが流通可能な空隙を確保する必要がある。例えば、高炉ではその炉頂から原料である鉱石（すなわち塊鉱石、焼結鉱、ペレット等）とコークスを交互に装入して、鉱石とコークスを層状に堆積させる。また、近年、高炉内で鉱石の還元性を向上させるため、鉱石層にコークスを混合して装入する技術も実施されている。高炉では、羽口から吹き込まれる熱風がコークスを燃焼させ、コークスの燃焼によって発生する高温の還元性ガスが、炉内に堆積した原料の間隙を上昇しながら、装入原料の昇温や鉱石の還元を行うことで銑鉄を製造している。高炉内に堆積したコークスは燃焼によって消費され、鉱石は還元あるいは溶融によって消費されるため、炉内の原料は下方へ降下していく。そこで炉頂から新たに鉱石やコークスを装入して、炉内の原料を常時ほぼ一定の高さに維持しながら、連続的に銑鉄を製造している。したがって炉内の下部から上昇する熱風や還元性ガスの流れ（以下、上昇ガス流という）は、高炉の操業に多大な影響を及ぼす。

炉内の上昇ガス流を適正に維持するためには、炉内の半径方向や円周方向の原料の消費を適切な状態に維持することが重要であり、これにより原料を安定して連続的に降下させることが可能となる。そこで適切な上昇ガス流を得るために、原料の特性（例えば粒度等）に応じて炉内に堆積させる位置を制御する技術（いわゆる装入物分布制御）が行われている。ベル型高炉では、ムーバブルアーマーを使用し、ベルレス型高炉では装入シュートの傾斜角を調整することで、炉内に装入する原料の堆積位置を制御することが可能である。

さらに、上記のような装入物分布制御に加えて、炉内中心部にコークスを集中的に装入することによって、一層安定した上昇ガス流が得られることが知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

高炉の炉内中心部に集中的に装入されたコークス（以下、中心装入コークスという）とその周囲に装入された原料の配置の例を図４および５に示す。すなわち図４は、柱状に堆積した中心装入コークス２およびその中心装入コークスの外周面と炉内壁面との間に層状に堆積する鉱石層１４とコークス層１３の配置の例を模式的に示す高炉１の炉頂部の断面図である。図５は、柱状に堆積した中心装入コークス２およびその中心装入コークスの外周面と炉内壁面との間に堆積する混合原料（すなわち鉱石とコークスとの混合物）１５の配置の例を模式的に示す炉頂部の断面図である。いずれの場合も、炉内中心部に中心装入コークス２を柱状に堆積させることで、炉中心部に安定した上昇ガス流が形成される。

特許文献４には、この中心装入コークスとして、粒度が大きいものを使用するため、炉頂に設置した仕分け板で粒径の異なるコークスに仕分けして、粒度が比較的大きいものを炉中心部に装入する技術が開示されている。
特開昭６２−２９０８０９号公報 特開昭６４−６５２０７号公報 特公昭６４−９３７３号公報 特開２００５−２１３５７９号公報

上記のように、中心装入コークスは上昇ガス流を安定して確保するために装入するものであるが、炉内での荷重や磨耗、ＣＯ₂ガスとの反応による劣化などを受けてコークス粉を発生すると柱状に堆積した中心装入コークス部での通気性を悪化させてしまう。このため中心装入コークスは、炉内での荷重や磨耗および反応による劣化を受けてもコークス粉を発生しにくい性状であることが望まれる。

通常、上記のようなコークスとしてＪＩＳ Ｋ２１５１に示されるドラム強度やタンブラー強度を用いて、回転強度指数の高いコークスを使用する。しかしながら、回転強度指数の高いコークスを製造するためには、品位の高い（すなわち高価な）石炭を多量に使用する必要があり、高価なコークスの使用はコークス製造時のコスト上昇を招くことになる。また、通常の室炉式コークス炉で製造したコークスはコークス炉の炭化室内での乾留位置等により強度が異なるため、品位の高い石炭で製造したコークスであっても、コークス強度はある程度のバラツキを有することが避けられない。

原料コークスの中から強度の高いコークスを選別して中心装入コークスとして用いることも考えられるが、多量のコークスについて強度を測定することはコスト高である。特許文献４に記載の方法を用いれば、中心装入コークスとして、粒径については異なるコークスを比較的簡易に得ることができるが、炉中心に装入するコークス強度を制御することは困難である。

そこで、本発明では、簡便な手法を用いて竪型炉装入コークスを強度の異なるコークスに分離し、強度の高いコークスを中心装入コークスとして使用することで竪型炉の操業を安定化することのできる竪型炉の操業方法を提供することを目的とする。

本発明は、冶金用コークスを見掛け比重により分別し、分別により得られた冶金用コークスを竪型炉に炉頂から半径方向で異なる位置に装入することで上記の課題を解決した。このような本発明の特徴は以下の通りである。
（１）冶金用コークスを見掛け比重により２種以上に分別し、該分別により得られた各冶金用コークスを炉頂から竪型炉に装入する際に、半径方向で異なる位置に装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。
（２）竪型炉で使用する冶金用コークスの一部を見掛け比重の大きいコークスと見掛け比重の小さいコークスとに分別し、前記見掛け比重の大きいコークスを竪型炉で中心装入コークスとして使用し、前記見掛け比重の小さいコークスは比重分離していないコークスと混合して竪型炉に装入して使用することを特徴とする竪型炉の操業方法。
（３）竪型炉で使用する冶金用コークスの一部を見掛け比重の大きいコークスと見掛け比重の小さいコークスとに分別し、前記見掛け比重の大きいコークスを竪型炉で中心装入コークスとして使用し、前記見掛け比重の小さいコークスは鉱石と混合して竪型炉に装入して使用することを特徴とする竪型炉の操業方法。

本発明によれば、通常の室炉式コークス炉で得られる強度バラツキのあるコークスを見掛け比重で分離して用いることで、コークスの製造コストを上昇させることなく、中心装入コークスとして強度の高いコークスを使用することができる。このため、竪型炉の通気を改善し操業を安定化することができる。

本発明では、冶金用コークスを見掛け比重により２種以上に分別することで、簡便にコークスを強度別に分別することが可能であり、分別された各コークスを竪型炉の異なる半径位置に装入して使用する。見掛け比重の最も大きいコークスに分別されたコークスは、中心装入コークスとして使用するために竪型炉の中心位置に装入することが好ましい。

見掛け比重での分別方法としては、湿式で比重液を用いて浮くものと沈むものを分離する方法が一般的である。また、比重液を使用せずブロワー等で下方から空気を送り、粒子を浮遊させて分離する方法や、落下しているコークスに水平方向で風を当てて分離する方法もある。水処理等のコストが必要ないことと乾燥の必要がないことから、乾式での分離方法を用いることが好ましい。

冶金用コークスの真比重は、乾留条件によって異なるが概ね１．９ｇ／ｃｃ程度であるのに対して、コークス塊により気孔率が大きく異なるためコークス塊ごとに測定した見掛け比重は０．７〜１．３ｇ／ｃｃとなっている（真比重および見掛け比重はＪＩＳ Ｋ２１５１に準拠して測定した。）。気孔率が高いコークスに荷重を加えると、破壊の起点となるような欠陥（すなわち空隙）を多く含むので一般に強度が低い。ＪＩＳ Ｋ２１５１に示されるドラム強度等においてもこの傾向は見られるため、見掛け比重の大きいコークスは、強度が高く、見掛け比重の小さいコークスは強度が低い。したがって、見掛け比重により分別された冶金用コークスは、強度が異なり、見掛け比重の大きいコークスは強度が高く、見掛け比重の小さいコークスでは、強度が低くなっている。

上記の比重分離は竪型炉で使用する冶金用コークス全量に対して実施しても良いが、処理量が多くなるため、その一部に適用するのが好ましい。特に、中心装入コークスは全コークス使用量に対してかなり少量であるため、中心装入コークスとして装入するのに十分な量が得られる程度の処理量で十分である。また、平均的な強度は一定であるものの、見掛け比重の小さいコークスでは強度が低い。比重分離を適用する量が少なければ、見掛け比重の小さいコークスを、中心装入コークスの外周面と炉内壁面との間に層状に堆積させるコークス層に入れた場合、見掛け比重の小さいコークスの混合量が少ないため、圧損上昇等の悪影響は顕著にはならず、むしろ見掛け比重が大きく強度の高い中心装入コークスによる通気の改善効果の方が顕著となる。したがって、竪型炉で使用する冶金用コークスの一部を見掛け比重の大きいコークスと見掛け比重の小さいコークスとに分別し、見掛け比重の大きいコークスを竪型炉で中心装入コークスとして使用する。分別した残部である、見掛け比重の小さいコークスは比重分離していないコークスと混合して、竪型炉の中心装入コークスの外周面と炉内壁面との間に装入して使用することが好ましい。

また、高炉内で鉱石の還元性を向上させるため、鉱石層にコークスを混合して装入する技術を適用している場合、鉱石層に混合するコークスは竪型炉内でも特に反応率が著しく高くなるため、どのようなコークスを使用しても劣化を避けることはできない、したがって、鉱石層に混合するコークスとして見掛け比重の小さいコークスを使用すれば、竪型炉内でのソルーションロス反応一定の条件では、相対的に層状に堆積させるコークス層中のコークスの劣化を抑制できるため好ましい。したがって、竪型炉で使用する冶金用コークスの一部を見掛け比重の大きいコークスと見掛け比重の小さいコークスとに分別し、見掛け比重の大きいコークスを竪型炉で中心装入コークスとして使用し、分別した残部である、見掛け比重の小さいコークスは鉱石と混合して、竪型炉の中心装入コークスの外周面と炉内壁面との間に装入して使用することが好ましい。

次に、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図１は、ベルレス型の高炉の操業に本発明を適用する場合の、炉頂部の設備配置の例を模式的に示す断面図である。高炉１の炉頂部には、ベルレス高炉の場合、通常、１個または複数個の炉頂バンカー８が設置されており（図１においては８ａ、８ｂ、８ｃの３個）、この炉頂バンカー８は内部を均排圧可能となっている。鉱石やコークスは大気圧下で、装入コンベヤ４からこの炉頂バンカー８へ投入され、高炉炉頂部の圧力に均圧された後に装入シュート１１を介して高炉１内に装入される。

比重分離を行った場合、見掛け比重の大きいコークス、見掛け比重の小さいコークスおよび比重分離していないコークスの３種類が混合しないように別々の貯骸槽（図示せず）に入れておく。

見掛け比重の大きいコークスを装入する場合、図２に示すように、装入コンベヤ４の終端から落下するコークス５を仕分けダンパー１２に衝突させることで、コークスは中心装入バンカー７に供給され中心装入バンカー７内に貯留される。また、見掛け比重の小さいコークスや通常の比重分離をしていないコークスを装入する場合、仕分けダンパー１２を退避させて、図３に示すように、コークス５を装入コンベヤ４の終端から分配シュート１７を介して炉頂バンカー８へ落下させることで、炉頂バンカー８内に貯留される。

次いで、見掛け比重の大きいコークスは、中心装入バンカー７から中心装入シュート３を介して炉内中心部に装入され、中心装入コークス２として柱状に堆積される。一方、炉頂バンカー８内の見掛け比重の小さいコークスは、装入シュート１１を介して炉内の中心装入コークス２の外周面と炉内壁面との間の領域に装入される。このとき、コークスを入れていない炉頂バンカーに鉱石を貯留しておき、装入シュート１１を介して炉内に装入するときに、見掛け密度の小さいコークスと鉱石を同時に炉内に装入すると、中心装入コークス２の外周面と炉内壁面との間の領域に鉱石とコークスの混合原料を堆積させることができる。

また例えば、炉頂バンカー８ａ内のコークスと、炉頂バンカー８ｂ内の鉱石を交互に炉内に装入することによって、図４と同様に、中心装入コークス２の外周面に炉内壁面との間の領域にコークス層１３と鉱石層１４を交互に形成することができる。

本発明による効果を確認する為に、以下の条件で比重分離試験と、分離したそれぞれのコークスでの強度測定を行った。

高炉で使用するコークスを用意し、幅２ｍ、長さ３．５ｍ、深さ２ｍの容器に水を入れて、水に浮いたコークスと沈んだコークスの２種類に分別した。１回の試験で比重分離に用いたコークスは約３トンであった。水による比重分離を行う前に一部のコークスをサンプリングし、ＪＩＳ Ｋ２１５１に準拠してドラム強度ＤＩ(150/15)を測定した。比重分離前のコークス強度測定で強度の異なる２種類のコークスを用いて、２回（１回目、２回目）の比重分離を実施した。浮いたコークスと沈んだコークスの質量比率を表１に示す。水に浮いた比重の小さいコークスはおよそ３０ｍａｓｓ％程度であった。

比重分離したコークス（浮いたもの、沈んだもの）および比重分離前のコークスについてドラム強度を測定した結果を表２に示す。

表２によれば、１回目、２回目ともに、比重分離前に比べ、水に浮いた見掛け密度の小さいコークスは強度が低く、水に沈んだ見掛け密度の大きいコークスは強度が高い結果となっている。また、比重分離前のコークス強度が低い、２回目の方が、水に沈んだコークスの強度と比重分離前のコークス強度の差が大きく、平均的な強度が低い方が水に沈んだコークスを中心装入コークスに用いる際の強度の改善効果が大きいことが分かる。

図１と同様の設備を有する高炉において、高炉で使用するコークスの一部を、比重分離で見掛け比重の大きいコークスと見掛け比重の小さいコークスとの２種類に分別し、見掛け比重の大きいコークスを中心装入用コークスとして使用し、見掛け比重の小さいコークスは、鉱石層中に混合して使用する操業試験を行い、比重分離を行わない通常の操業の場合との比較を行った。

高炉の出銑量は１００００トン／日、コークス比は３８０ｋｇ／ｔ−ｐ、微粉炭（ＰＣ）比１２０ｋｇ／ｔ−ｐ、コークスの平均強度、粒径および焼結鉱の強度、粒径はほぼ一定の条件とし、使用するコークスの一部を見掛け比重で分別して使用すること以外はできる限り一定の条件で操業を行った。使用するコークスの一部を見掛け比重で分別した場合と分別しない場合でそれぞれ１４日間操業した。この間、コークス強度平均値はＤＩ(150/15)で８２．７であり日平均値のバラツキでσ０．１８であった。

コークスの比重分離は、コークスの篩分け後、塊コークスの一部を用いて、いわゆる風力分級で行った。水没による分級に比べ分離精度が劣るが、乾燥等の必要がないので新たに乾燥設備を設置する必要がなく、比重分離の導入が容易であった。見掛け比重の小さいコークスを３０ｍａｓｓ％回収できるように分級点を設定した。比重分離後のコークス各１０個についてＪＩＳ Ｋ２１５１に基づいて見掛け比重を測定しところ、バラツキはあるが、見掛け比重の小さいコークスでは０．８６〜１．０９(ｇ／ｃｃ)で平均０．９５(ｇ／ｃｃ)に対して、見掛け比重の大きいコークスでは０．９３〜１．１９(ｇ／ｃｃ)で平均１．０３(ｇ／ｃｃ)であった。全コークス使用量の１０ｍａｓｓ％について比重分離を行った。このため見掛け比重の大きいコークス約７ｍａｓｓ％を中心装入コークスとして使用した。見掛け比重の小さいコークスは約３ｍａｓｓ％であり、比重分離を行わなかったコークス（９０ｍａｓｓ％）と混合した場合でも強度の低下は限定的であるが、今回は鉱石層中に混合して使用した。使用するコークスで比重分離を行った場合も行わなかった場合のどちらも、鉱石層中には全コークス使用量の２０ｍａｓｓ％を混合して使用した。比重分離後のコークスについてそれぞれ強度を測定した結果、見掛け比重の小さいコークスでは、平均値にくらべＤＩ(150/15)で１．７低く、見掛け比重の大きいコークスでは、平均値にくらべＤＩ(150/15)で０．７高くなっていた。比重での分級精度が劣るため、見掛け比重の大きいコークスでの強度向上効果は湿式での分級に比べ小さいが、日平均値のバラツキ等から比重分離を行わない場合と比べ有意な差異があった。

見掛け比重の大きいコークスはダンパー１２に衝突させることで、中心装入バンカー７に供給し、貯留して、中心装入シュート３を介して炉内中心部に装入した。また、見掛け比重の小さいコークスと比重分離していないコークスは混合状態で例えば炉頂バンカー８ａに貯留し、装入シュート１１を介して炉内に装入してコークス層を形成させ、炉頂バンカー８ｂに貯留された鉱石を引き続き装入シュート１１を介し装入を行い、前記比重の小さいコークスと比重分離していないコークスからなるコークス層上に鉱石層を形成した。また、コークスと鉱石の混合装入の際は、前記比重の小さいコークスを一方の炉頂バンカー、例えば炉頂バンカー８ｃに貯留し、炉頂バンカー８ｂに鉱石を貯留し、装入シュート１１を介して炉内に装入するときに、同時に装入することで鉱石層内にコークスが混合した層を堆積させた。

一部のコークスを比重分離させた場合とコークスの比重分離を行わなかった場合のいずれの期間においても、大きなトラブル等はなく順調に操業できた。試験期間中、竪型炉内での圧力損失を炉頂圧と送風圧の差で測定した。一定の条件で１４日間操業したが最後の３日間について、各条件で圧力損失の差を調査した。その結果、比重分離したコークスを使用しない場合に比べ、比重分離したコークスを使用した場合、竪型炉での圧力損失が５％低下し、見掛け比重によるコークスの分別で高炉での通気性が改善した。

ベルレス型高炉に本発明を適用する場合の炉頂部の配置の例を模式的に示す断面図。 中心装入バンカーにコークスを供給するときの配置の例を模式的に示す断面図。 炉頂バンカーにコークスを供給するときの配置の例を模式的に示す断面図。 鉱石とコークスを層状に装入した例を模式的に示す断面図。 鉱石とコークスを混合して装入した例を模式的に示す断面図。

符号の説明

１ 高炉
２ 中心装入コークス
３ 中心装入シュート
４ 装入コンベヤ
５ コークス
７ 中心装入バンカー
８（８ａ、８ｂ、８ｃ） 炉頂バンカー
１０ ベルトフィーダ
１１ 装入シュート
１２ 仕分けダンパー
１３ コークス層
１４ 鉱石層
１５ 鉱石とコークスの混合原料
１７ 分配シュート

Claims (3)

1. 冶金用コークスを見掛け比重により２種以上に分別し、該分別により得られた各冶金用コークスを炉頂から竪型炉に装入する際に、半径方向で異なる位置に装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。
2. 竪型炉で使用する冶金用コークスの一部を見掛け比重の大きいコークスと見掛け比重の小さいコークスとに分別し、前記見掛け比重の大きいコークスを竪型炉で中心装入コークスとして使用し、前記見掛け比重の小さいコークスは比重分離していないコークスと混合して竪型炉に装入して使用することを特徴とする竪型炉の操業方法。
3. 竪型炉で使用する冶金用コークスの一部を見掛け比重の大きいコークスと見掛け比重の小さいコークスとに分別し、前記見掛け比重の大きいコークスを竪型炉で中心装入コークスとして使用し、前記見掛け比重の小さいコークスは鉱石と混合して竪型炉に装入して使用することを特徴とする竪型炉の操業方法。

Images