JP2015048487A

JP2015048487A - 高炉の操業方法

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Publication number: JP2015048487A
Application number: JP2013178838A
Authority: JP
Inventors: 嵩啓西野; Takahiro Nishino
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-16
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: JP5971485B2

Abstract

【課題】溶銑温度の変動にかかわらずスラグ成分の安定した調整を行なうことができる高炉の操業方法を提案すること。
【解決手段】溶銑温度の変動に応じて高炉スラグの成分組成を調整する際、現在のスラグ塩基度から溶銑温度の変動によって変化するスラグ塩基度を推定して、これを予測スラグ塩基度とし、求められたその予測スラグの塩基度が目標スラグ塩基度となるようにスラグ成分の調整を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉の操業方法、特に高炉スラグの成分調整方法に着目して行なわれる操業方法に関する。

高炉内に、鉄鉱石やコ−クス、微粉炭、その他副原料を供給して溶銑を製造する際、その高炉内では、副生成物としてＣａＯやＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯなどからなる多量の高炉スラグが生成する。一般に、この高炉スラグは、ＣａＯとＳｉＯ_２との質量比である２元系スラグ塩基度（Ｂ_２）を上昇させればスラグの脱珪能や脱硫能が向上すると共に、スラグの粘性や融点が上昇することは公知であり（例えば、特許文献１参照）、高炉の操業と溶銑の成分を共に安定させるためには、このスラグ塩基度（Ｂ_２）を一定の範囲に保つ必要があることはよく知られている。また、高炉スラグをセメント原料として利用するという観点からは、スラグ中の(ＣａＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＭｇＯ)とＳｉＯ_２との質量比である３元系スラグ塩基度（Ｂ_３）が指標として用いられ、スラグ塩基度（Ｂ_２）と同様にこれを一定範囲に保つ必要のあることが推奨されている。

そのための方法として、従来、高炉の炉頂から装入される原料の調整だけでなく、スラグ成分を調整するためのアクションが早期に反映されるように、ＣａＯやＳｉＯ_２源となる粉体を羽口から吹き込む方法なども知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０−４３４１１号公報特開平１−２５９１１１号公報

田村健二ら；鉄と鋼，６７(１９８１)，ｐｐ.２６３５−２６４４

高炉内では、溶銑とスラグとが接触することにより、溶銑中のＳｉ分とスラグ中のＳｉＯ_２分とが下記(１)式に示される平衡状態にあると考えられている。なお、式中の[ ]は溶銑中の成分、( )はスラグ中の成分を表し、添え字の(g)はガスの成分を表す(以下同じ)。

この反応は発熱反応であるため、溶銑・スラグ温度が上昇すると化学平衡が左側に寄ってスラグ中のＳｉＯ_２分が減少し、スラグ塩基度の上昇が起こる。それ故に、高炉操業においては、溶銑温度を安定させることが重要である。しかし、溶銑温度は、原料の性状や生産量によって不可避に変動することから、これらを安定させることは容易なことではない。

ところで、高炉操業では、スラグ成分、特にスラグの塩基度を安定させるために、スラグの塩基度に応じて装入原料を変更したり、羽口からの粉体吹込みによって調整するというアクションをとるが、このスラグ塩基度の変化が溶銑温度の変動によるものなのか、あるいは原料性状などの変動によるものかが判然としていないため、過剰なアクションになったり、アクション遅れになったりという問題が生じていた。

特に、溶銑温度が低い場合や溶銑中のＳｉ量を厳しく管理しなければならない場合には、スラグ成分やスラグ塩基度の調整が必要になるが、そのための好適な方法についての研究は遅れているのが実情である。

そこで、本発明は、溶銑温度の変動にかかわらず安定したスラグ成分の調整を行なうことができる高炉の操業方法を提案することを目的とする。

従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者は、溶銑温度の変動に応じて高炉スラグの成分組成を調整する際、現在のスラグ塩基度から溶銑温度の変動によって変化するスラグ塩基度を推定して、これを予測スラグ塩基度とし、求められたその予測スラグの塩基度が目標スラグ塩基度となるようにスラグ成分の調整を行なうことを特徴とする高炉の操業方法を採用することが有効であることを知見し、本発明を開発するに到った。

なお、前記のように構成される本発明に係る高炉の操業方法においては、
（１）高炉スラグ成分の調整は、現在の溶銑温度（Ｔｃ）、目標とする溶銑温度（Ｔ_ｏ）、現在のスラグ塩基度（Ｂ_２ｃ）から、溶銑温度を目標温度に換算したときの予測スラグ塩基度（Ｂ_２ｒ）を下記式から求め、

この予測スラグ塩基度（Ｂ_２ｒ）がスラグ塩基度の目標値（Ｂ_２）になるように行なうこと、
（２）スラグ成分の調整を、炉頂より装入する原料および／または羽口からの粉体吹き込みを変更することによって行なうこと、
（３）溶銑温度の変動によって変化するスラグ塩基度を、スラグの成分組成および、溶銑とスラグとの間のＳｉの分配平衡に基づいて推定すること、
が、より好ましい解決手段となるものと考えられる。

前記のような構成を有する本発明に係る高炉の操業方法によれば、スラグ塩基度（Ｂ_２）の変化のうち、溶銑温度の変動に起因する変化の割合を定量的に把握することができるようになるので、過剰なアクションやアクション遅れを招くようなことがなくなり、スラグ成分、特にスラグの塩基度をより安定させることができる。その結果として、本発明によれば、スラグ塩基度の影響が大きい溶銑中ＳｉやSの変動を抑制することができるようになると共に、過剰アクションに起因する石灰石や珪石などの副原料投入量の削減やスラグ比を低減させることができるようになる。

（ａ）〜（ｃ）はそれぞれスラグ塩基度調整基準を説明する図である。従来法と本発明でのスラグ塩基度調整アクションの違いを示す比較グラフである。従来法と本発明によるスラグ塩基度分布のグラフである。

本発明は、前記課題を解決するために、溶銑温度の変動に起因するスラグ塩基度の変化を考慮してスラグ成分の調整を行なう手段を提案するものである。
即ち、本発明は、溶銑温度（Ｔ）の変動に伴うスラグ塩基度（Ｂ_２）の変化（ｄＢ_２/ｄＴ）を予め求めておくことで、実測された溶銑温度の変動に応じたスラグ塩基度の変化を推定し、その上で、必要なスラグ成分の調整、特にスラグ塩基度の調整アクションをとることにより、該スラグ塩基度を精度よく調整する方法である。

まず、溶銑温度（Ｔ）の変動に伴うスラグ塩基度（Ｂ_２）の変化（ｄＢ_２/ｄＴ）を推定する方法について説明する。
高炉に装入するＳｉ総量が一定の場合、高炉より排出されるＳｉの総量は一定であることから、下記(２)式が成立する。ただし、Vは溶銑１ｔあたりのスラグ生成量であるスラグ比[t−ｓｌａｇ／ｔ−ｐｉｇ]である。

上記(２)式の全微分を取ると、下記(３)式のようになる。

ただし、

従って、上記(２)式の溶銑温度（Ｔ）についての全微分は下記(４)式のようになる。

そこで、これらの式を整理すると、溶銑温度（Ｔ）とスラグ塩基度（Ｂ_２）との間に下記関係式(５)が得られる。

次に、前記関係式より、溶銑中の[Ｓｉ]の下記偏微分

を求めると、その時のスラグ成分が判れば、スラグ塩基度（Ｂ_２）の変化（ｄＢ_２/ｄＴ）を求めることができる。
なお、溶銑中の[Ｓｉ]は、溶銑とスラグとの間のＳｉの分配平衡（１）式の影響を強く受けるものであり、上記の[Ｓｉ]の偏微分は、例えば、非特許文献１の(４７)式(４８)式に示された方法のように、高炉の操業解析によって求めることができる。

このようにして、溶銑温度の変動によるスラグ塩基度の変化（ｄＢ_２/ｄＴ）を、スラグ成分および溶銑とスラグとのＳｉの分配平衡に基づいて推定することができる。なお、スラグ塩基度の変化（ｄＢ_２/ｄＴ）を推定する方法は、非特許文献１以外の溶銑中のＳｉ成分の推算式や、重回帰分析その他の統計的、理論的手法によっても求めることができ、こうした場合でも同じような効果が得られる。

また、前述したと同様にして、下記（６）式に基づき、３元系スラグ塩基度（Ｂ_３）：Ｂ_３＝（（ＣａＯ）＋（Ａｌ_２Ｏ_３）＋（ＭｇＯ））／（ＳｉＯ_２）の調整も可能である。さらに、下記（７）式の（ｄＢ_２/ｄＴ）とＳｉＯ_２の関係を利用して、スラグ成分の調整や、２元系スラグ塩基度（ｄＢ_２/ｄＴ）の高い精度での推定も可能である。

次に、推定された前記２元系スラグ塩基度（ｄＢ_２/ｄＴ）を用いて、溶銑温度の変動によるスラグ塩基度の変化を考慮してスラグ塩基度を調整する方法について説明する。
まず、溶銑温度（Ｔ）とスラグ塩基度（Ｂ_２）との関係式（５）より、現在の溶銑温度（Ｔｃ）、目標とする溶銑温度（Ｔ_ｏ）、現在のスラグ塩基度（Ｂ_２ｃ）から、溶銑温度を目標温度に換算したときのスラグ塩基度（Ｂ_２ｒ）が下記（８）式を適用することによって求められる。

前記の溶銑温度を目標温度に換算したときのスラグ塩基度（Ｂ_２ｒ）とは、溶銑温度が目標値に達し、スラグ塩基度に対するその他のアクションを取らなかった時の予測のスラグ塩基度（Ｂ_２）を意味する。そこで、溶銑温度を目標値に近づけるアクション、例えば、還元材比の上下、送風温度の上下、送風湿分の上下などのアクションを取るとともに、前記スラグ塩基度（Ｂ_２ｒ）がスラグ塩基度の目標値（Ｂ_２）になるようにアクションを取ることで、溶銑温度とスラグ塩基度の両方を目標値に近づけることができる。

例えば、具体的なスラグ塩基度の調整アクションとしては、炉頂より装入する原料によるアクションがある。即ち、スラグ塩基度の目標値（Ｂ_２）を上昇させたい場合には炉頂より装入するＣａＯ源(主に石灰石)を増量またはＳｉＯ_２源(主に珪石)を減量し、一方、スラグ塩基度の目標値（Ｂ_２）を低下させたい場合にはＳｉＯ_２源を増量またはＣａＯ源を減量する。そのアクション量は、操業実績に基づいて求めた所望のＢ_２増減量とアクション量の関係に基づいて行なうことで対応が可能である。

この場合において、羽口からスラグ塩基度調整のための粉体吹込みを行わない場合、溶銑温度に対するアクションについては羽口からの送風温度その他の調整が可能なのに対し、スラグ塩基度の調整は炉頂より装入する原料によるアクションしか行なうことができないため、スラグ塩基度調整のアクションから結果が出るまでに長時間を要する。従って、スラグ塩基度調整のために溶銑温度を定量的に考慮しないと、溶銑温度に変動があるときにはスラグ塩基度を合わせるまでに数度のアクションが必要になり、その間のスラグ塩基度変化が長時間にわたってしまう。これに対し、本発明に従う上記（８）式による調整方法を採用したときは、スラグ塩基度を少ないアクションで速やかに目標値に調整することができるようになる。

表１に示したような操業条件で、本発明方法によって２元系スラグ塩基度（Ｂ_２）を調整する操業実験を行った。高炉にて、２元系スラグ塩基度（Ｂ_２）を調整する方法は、例えば、図１（ａ）〜（ｃ）に示すような調整基準を適用することができるが、本発明例では、溶銑温度を目標温度に換算したときのスラグ塩基度（Ｂ_２ｒ）を実績Ｂ_２として、図１（ａ）の基準で調整を実施した。すなわち、図１（ａ）の手順に従って、２元系スラグ塩基度（Ｂ_２）が所定の数値範囲より下降すれば、炉頂より装入するＣａＯ源(主に石灰石)を増量するかＳｉＯ_２源(主に珪石)を減量し、２元系スラグ塩基度（Ｂ_２）が所定の数値範囲より上昇すれば、炉頂より装入するＳｉＯ_２源を増量するかＣａＯ源を減量する操作を行なった。

なお、高炉の操業においては、一般にＢ_２が１．４を超えると操業上好ましくない。本実施例においては、目標Ｂ_２を１．２８に設定したので、１．４と１．２８の差（０．１２）の半分である０．０６を図１（ｃ）の方法における管理範囲、さらにその半分である０．０３を図１（ａ）、（ｂ）における管理範囲とした。図１の方法は塩基度調整基準の例を示したものであり、本発明の塩基度調整基準は図１の方法に限られるものではない。

表２に示す操業条件で、溶銑温度（Ｔ）の変動に伴うスラグ塩基度（Ｂ_２）の変化を（５）式に基づいて求めると、

が得られた。この値を（８）式で用いて溶銑温度を目標温度に換算したときのスラグ塩基度を計算した。

従来法では、図１（ａ）〜（ｃ）の実績Ｂ_２にはサンプリング結果(補正前Ｂ_２)をそのまま代入していたのに対し、本発明方法に適合する前記操業実験では(８)式のスラグ塩基度（Ｂ_２ｒ)（補正後Ｂ_２)を代入してスラグ塩基度調整アクションを行った。

図２に、従来法と本発明でのスラグ塩基度調整アクションの違いを模式的に示した。図２では、（８）式から求めた補正後Ｂ_２を実績Ｂ_２として図１（ａ）の方法で実際に行ったアクション（本発明）のタイミングを実線矢印で示し、仮にサンプリング結果(補正前Ｂ_２)を実績Ｂ_２とした場合（従来法）に図１（ａ）の方法でとられたであろうアクションのタイミングを破線矢印で示した。従来法では、補正前Ｂ_２に基づいてアクションを取るため、図中に示すようなアクション遅れや不要なアクションが発生したが、本発明に適合する方法では補正後Ｂ_２を目標に合わせるアクションを取ったため、それらの解消が可能となった。

図３は、従来法を用いてスラグ塩基度調整を実施した場合と、本発明方法に基づいてスラグ塩基度調整を実施した場合の、スラグ塩基度の度数分布を同一高炉で比較して表わしたものである。スラグ塩基度目標値１.２８の下で、従来法ではスラグ塩基度（Ｂ_２）の平均が１.２７２で標準偏差が０.０３７であったのに対し、本発明方法を用いた場合ではスラグ塩基度（Ｂ_２）の平均が１.２７８で標準偏差が０.０３４と改善が見られた。

なお、この実施例は、表１に示すような操業条件の下で実施した例であるが、本発明はこの方法に限るものではなく、各操業条件に対して、[ｄＢ_２／ｄＴ]を求めることで、種々の操業条件に対応することができる。また、羽口からの粉体吹込みによるスラグ成分調整を実施している場合にも適用が可能である。

前述した本発明に係る高炉操業方法の技術は、例示した高炉スラグ成分の調整だけでなく、一般的なスラグ成分の調整技術としても有効な方法である。

Claims

溶銑温度の変動に応じて高炉スラグの成分組成を調整する際、現在のスラグ塩基度から溶銑温度の変動によって変化するスラグ塩基度を推定して、これを予測スラグ塩基度とし、求められたその予測スラグの塩基度が目標スラグ塩基度となるようにスラグ成分の調整を行なうことを特徴とする高炉の操業方法。
前記スラグ成分の調整は、現在の溶銑温度Ｔｃ、目標とする溶銑温度Ｔ_ｏ、現在のスラグ塩基度Ｂ_２ｃから、溶銑温度を目標温度に換算したときの予測スラグ塩基度Ｂ_２ｒを下記式から求め、

この予測スラグ塩基度Ｂ_２ｒがスラグ塩基度の目標値Ｂ_２になるように行なうことを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方法。
前記スラグ成分の調整を、炉頂より装入する原料および／または羽口からの粉体吹き込みを変更することによって行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉の操業方法。
前記溶銑温度の変動によって変化するスラグ塩基度を、スラグの成分組成および、溶銑とスラグとの間のＳｉの分配平衡に基づいて推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉の操業方法。