JP2011127176A - 高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【解決課題】減産期下で多量の微粉炭吹き込みを行う場合においても、通常操業と同様に十分な炉熱の達成による良好な溶銑への伝熱と微粉炭の効率的な燃焼を維持し、微粉炭の多量吹き込みによる微粉炭比に応じたコークス比の削減を確保し、操業コストの低減と環境負荷の軽減を鉄鋼製品の需要変動によらず安定して継続的に実現することが可能な高炉の操業方法を提供すること。
【解決手段】羽口から微粉炭比１５０（kg/tp）以上で微粉炭を多量に吹き込みながら出銑比を１．８（ｔ/d/m³)以下に抑えて操業を行う減産期下での高炉の操業方法において、揮発分が２８％以上の微粉炭を使用するとともに、固体熱容量とガス熱容量の比で表される熱流比を０．８以下に制御して操業を行う。
【選択図】なし

Description

本発明は高炉の操業方法に関し、特に減産期において微粉炭を羽口から多量に吹き込むことが可能な効率的な高炉の操業方法に関するものである。

近年、高炉操業においては、高価なコークスの代替補助燃料として安価な石炭を粉砕して得た微粉炭を羽口より吹き込む技術が採用され、最近では微粉炭比が１５０（kg/tp[ｔpは溶銑トンを示す。以下同じ]）以上さらには２００（kg/tp）以上の多量吹き込み技術も確立されつつある。

そして、この安価な微粉炭の高炉への多量吹き込み技術はコークス使用量の減少を促進させることにより操業コストの低減に大きな役割を果たすとともにCO₂の全体の排出量の削減にも有効であり、環境負荷の軽減に貢献することも判明し、今後、より多量の吹き込み技術の開発が加速されている現状にある。

一方、鉄鋼製品の需要変動に伴い、高炉の減産を余儀なくされる状況が出てくる場合があり、たとえば出銑比を１．８（ｔ/ｄ/m^３)以下に抑える減産期下での高炉操業においてはその操業条件の変更に伴い、上記有用な多量の微粉炭吹き込みが困難となるという問題が必然的に生じる。

すなわち、上記高炉の減産操業にあっては、一般に通常操業で行われている酸素富化における酸素富化率を下げたり、送風量を減少させたりするなどして出銑比を目標範囲に抑制、維持する手段が実施されるが、これに伴い羽口前理論燃焼温度が低下し、溶銑への伝熱不良や未燃焼微粉炭量の増加による炉芯悪化の恐れがある。従って、高炉で減産を行うに際しては、通常は微粉炭比を下げ、コークス比を上げることで羽口前理論燃焼温度の低下を防止し、微粉炭の燃焼性を維持するようにしている。

ところが、微粉炭比を下げることは上述の操業コストの低減や環境負荷の軽減に対する微粉炭の多量吹き込み技術の重要な利点を損なうものであり、特に減産が長期となる場合にはその影響が多大となり、到底好ましいとはいえない。

従来、減産期での微粉炭の吹き込みを行わないオールコークスあるいは重油吹き込み併用時の操業技術に関する提案（特許文献１、２など）や、通常操業時の微粉炭の多量吹き込み技術に関する提案（特許文献３、４及び５など）があるが、減産期における微粉炭の多量吹き込み技術の採用に伴う上記問題を解決する提案は見当たらない。

特開昭５６−５５５０８号公報 特開平９−１４３５１８号公報 特許２６７５４０３号公報 特開２００３−２８６５１１号公報 特開２００７−３９７４７号公報

本発明は、このような技術背景に鑑みてなされたもので、上述した問題を解消し、減産期下で多量の微粉炭吹き込みを行う場合においても、通常操業と同様に十分な炉熱の達成による良好な溶銑への伝熱と微粉炭の効率的な燃焼を維持し、微粉炭の多量吹き込みによる微粉炭比に応じたコークス比の削減を確保し、操業コストの低減と環境負荷の軽減を鉄鋼製品の需要変動によらず継続的に実現することが可能な高炉の操業方法を提供することをその課題としてなされたものである。

本発明は、この課題を解決するための具体的手段として、羽口から微粉炭比１５０（kg/tp）以上で微粉炭を多量に吹き込みながら出銑比を１．８（ｔ/d/m³)以下に抑えて操業を行う減産期下での高炉の操業方法において、揮発分が２８％以上の微粉炭を使用するとともに、固体熱容量とガス熱容量の比で表される熱流比を０．８以下に制御して操業を行うことを特徴とする高炉の操業方法を提案するものである。

本発明によれば、出銑比を１．８（ｔ/d/m³)以下に抑えて操業を行う減産期下での高炉の操業においても微粉炭比が１５０（kg/tp）以上の多量の微粉炭を安定した炉況のもとに吹き込むことができるためコークス比を通常操業のときと同様に削減することが可能となり、この結果、高炉操業コストの低減と環境負荷の軽減を常に継続して達成することができるという優れた効果を奏する。

本発明は微粉炭の吹込みを通常操業期と同様に多量に吹き込みながら、減産期の操業を行うものである。微粉炭の吹込み量については微粉炭比が１５０（kg/tp）以上吹き込むものであり、好ましくは１８０（kg/tp）以上の吹き込みを対象とする。また、減産のレベルは出銑比１．８（ｔ/d/m³)以下とする。

この１．８（ｔ/d/m³)以下の出銑比を維持するために、本発明では先ず、減産期外の通常下で行われる酸素富化操業における酸素富化率を減少させる。さらに、上記出銑比を維持できない場合や一層の低出銑比を確保したい場合にはこの酸素富化率の減少に加えて送風量を減少させる。

そして、本発明ではこの減産期下での操業において熱流比を０．８以下に制御することが重要である。この熱流比は以下の式で定義される。
熱流比＝（固体熱容量）／（ガス熱容量）
固体熱容量 ＝Wc・Cc + Wo・Co ガス熱容量 ＝ Vg・Cg
Wc：コークス量（kg/tp） Wo：鉱石量（kg/tp） Vg：炉頂ガス量（m³/tp）
Cc：コークス比熱（kcal/kg/K） Co：鉱石比熱（kcal/kg/K） Cg：炉頂ガス比熱（kcal/ m³/ K）
熱流比を０．８以下に制御すれば後述の実操業の結果からも明らかなように、羽口前理論燃焼温度が低いにもかかわらず、炉内の融着帯の根位置を通常操業期よりも上昇させ、またコークス炉芯温度の低下を防止し、炉熱を高いレベルに保持することができ、本発明の対象とするような多量の微粉炭吹き込みを行う減産期下の高炉操業においても安定した操業が実施でき、コークス比を下げることが可能となる。

この熱流比を０．８以下に制御する手段としては、前式の固体熱容量とガス熱容量の比をこの値以下に下げれば良く、鉱石やコークスを減少させたり、炉頂ガス量を増加させたりすることで制御可能であるが、特に 酸素富化率を低下させる制御手段が有効であり、具体的にはこの酸素富化率を２.０％以下、好ましくは１.５％とすることにより比較的容易に熱流比を０．８以下に制御することができる。また、前述のように酸素富化率を下げる方法は同時に出銑比を下げることになるため本発明の前提とする減産操業を行う上でも好都合である。

この酸素富化率は空気中の酸素濃度（２１％）から富化した酸素濃度を示すもので下式により定義される。
酸素富化率（％）
＝｛(送風量×0.21+富化酸素量)／(送風量+富化酸素量)｝×100-21

次に、本発明では上記の如く微粉炭の羽口からの多量吹き込みを必須とするが、微粉炭比は１５０kg/tp以上、好ましくは１８０kg/tp以上、さらに好ましくは２００kg/tp以上とするものであり、すなわち、減産操業に合わせてその吹き込み量を減少させずに、通常操業下における上記多量吹き込みを継続して実施するものである。

そこで、こうした減産操業時の微粉炭の多量吹き込みに当たっては、羽口前理論燃焼温度が低下するため、前記した熱流比を０．８以下に制御することにより十分な炉熱を確保するとともに、吹き込み用の微粉炭として２８％以上の揮発分を有するものを使用することにより、微粉炭の効率的な燃焼を促進させ、未燃焼微粉炭の残存による炉芯悪化を回避し、安定した高炉操業を確保するものである。微粉炭の揮発分が２８％未満のものを使用した場合は、減産操業下における多量吹き込みにおいてはその燃焼効率が不十分であり、未燃焼分が装入物に混在して炉内のガス流れに変調をきたす恐れがあり、これによって溶銑温度の変動幅の拡大など、高炉の安定操業を阻害し、結果的にコークス比を増加させる要因となり好ましくない。

（実施例）
以下、高炉の実操業における適用結果に基づいて本発明を詳述する。
本発明者らは炉容積２１１２ｍ^３の高炉においておよそ１０ヶ月に亘り、出銑比２．１の通常操業から最終的に同出銑比１．４に至る減産操業に切り替えを行った。表１は、この際の各操業条件、諸元の変化について（A）通常操業期 、（B）減産操業初期、及び（C）減産操業安定期 の三つの期間に分けて示したものある。

同表１のように、減産前の通常操業期（A）においては、出銑比が２.１で、揮発分２７.５％の微粉炭を羽口より微粉炭比１８０kg/tpで吹き込み、酸素富化率３.２％の酸素富化操業を実施し、送風量３０４０Nm^３/minとして熱流比０.８６で操業を行っていたが、これを減産、且つ低熱流比操業とすべく、酸素富化率及び送風量ともに徐々に下げ、減産操業初期（B）において酸素富化率を０％とし、送風量を２６５０Nm^３/minまで下げて熱流比０.７５とし、出銑比１.４２の減産を達成した。

しかし、送風圧の変動など不安定な炉況を呈したため、コークス比を３６０kg/tpに増加させるとともに装入物分布の調整によるガス流れの分配バランスを変更するなどして炉況の安定化を図った。

その後、風圧変動も小さくなり炉況が落ち着いたため、減産操業安定期（C）の通り、熱流比０.７５に維持したまま、微粉炭を揮発分が２８.５％のもの、さらに揮発分が３１.５％のものに順次変更するとともに微粉炭比を２００kg/tpに増加させる一方、コークス比を３４２kg/tpまで下げて操業を行った。

その結果、羽口前理論燃焼温度については１９００℃と通常操業期と比べて３００℃も低下しているものの、炉況は落ち着いたままで、溶銑温度の変動が１４９５±５℃の小さな範囲で推移し、微粉炭比２００kg/tpという通常操業期よりも多量の微粉炭吹き込みにもかかわらず同通常操業期と同様な低コークス比で安定操業を達成することができた。

本発明者らはこれらの各操業期において垂直水平ゾンデを用いて炉内の温度分を測定するとともに、休風時に採取した炉芯コークスをもとにＸ線回折法によりその黒鉛化度を測定してそのコークス履歴温度の調査を行った。同表１にはこれに基づいて求められた羽口-融着帯根間距離及び炉芯コークス履歴温度を合わせて示した。減産操業安定期における羽口-融着帯根間距離は通常操業期に比較して約２倍の長さに延長されており、すなわち溶銑の滴下距離が大きく拡大しており、またコークス履歴温度については減産操業安定期においても通常操業期とほぼ変わらない温度に達していることが判明した。

このように、羽口前理論燃焼温度が著しく低下している条件において多量の微粉炭吹き込みを行いながら安定した炉況のもとに減産操業を実現できたのは、熱流比を０．７５として０．８以下の低熱流比で操業するとともに２８％以上の高揮発分を有する微粉炭を用いたことにより微粉炭が速やかに効率良く燃焼するとともに炉内の装入物とガスとの熱交換が効果的に促進され、融着帯の滴下距離が延長されることで、しかも安定したガス流が維持されたことで炉熱と炉況が安定的に確保されたためと推定される。また、上記高揮発分を有する微粉炭の使用により、微粉炭の燃焼効率が向上することから、微粉炭吹き込み量アップを可能とすることで、（１）コークスの燃焼量を下げることができ、且つまた、表１の炉頂ガス温度の推移から明らかなように、（２）炉頂温度を上昇させることができ、炉頂における実ガス量が増加する。この結果、熱流比がさらに下がり、本発明における０．８以下の低熱流比操業を容易とするとともにコークス比低減の一層の促進を可能とし、本発明の課題をさらに有利に達成できるという相乗効果がもたらされる。

Claims (1)

1. 羽口から微粉炭比１５０（kg/tp[ｔpは溶銑トンを示す。以下同じ]）以上で微粉炭を多量に吹き込みながら出銑比を１．８（ｔ/d/m³)以下に抑えて操業を行う減産期下での高炉の操業方法において、揮発分が２８％以上の微粉炭を使用するとともに、固体熱容量とガス熱容量の比で表される熱流比を０．８以下に制御して操業を行うことを特徴とする高炉の操業方法。