JP2015074799A

JP2015074799A - 高炉操業方法

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Publication number: JP2015074799A
Application number: JP2013211082A
Authority: JP
Inventors: 浩一横山; Koichi Yokoyama
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2015-04-20
Anticipated expiration: 2033-10-08
Also published as: JP6287021B2

Abstract

【課題】高炉の操業中において、焼結鉱の被還元性の低下、その他の要因によってガス還元効率が低下した場合であっても、高炉への装入材料の構成比率やその他の操業条件を大幅に変更することなく、ガス還元効率を向上させ、これによって高炉操業の高効率化と安定化を同時に図り得る高炉操業方法を提供する。
【解決手段】微粉酸化鉄と微粉炭材とを混合して、非焼成にて塊成化してなる非焼成含炭塊成鉱を高炉に装入して行なう高炉操業方法において、予め高炉のガス還元効率ηＣＯの基準値を定めておき、高炉操業中に高炉のガス還元効率ηＣＯを測定して、そのガス還元効率測定値に応じ、ガス還元効率測定値が前記ガス還元効率基準値に近づくように、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱における微粉炭材の粒度とＪＩＳ反応性とのうちの少なくとも一方を調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高炉の操業方法に関するものであり、特に高炉ガス利用効率（ガス還元効率）を安定的に高めた状態で操業するための方法に関するものである。

周知のように、高炉操業においては、炉頂から焼結鉱などの酸化鉄と、還元材としてのコークスなどの炭材を装入し、羽口から熱源として熱風や、必要に応じて微粉炭などの補助還元材を吹き込み、酸化鉄を還元させることが行なわれる。
このような高炉の操業においては、高炉内の反応効率を高めて、還元材比を低減することが還元材コストの低減を図る上で重要である。高炉内の反応効率、特に還元効率の指標としては、炉頂ガス中のＣＯガス濃度およびＣＯ_２ガス濃度から算出されるガス還元効率ηＣＯが広く用いられている。このガス還元効率ηＣＯは、高炉ガス利用効率とも称され、次式によって算出される。
ガス還元効率ηＣＯ（ｖｏｌ％）＝１００×
（炉頂ガスＣＯ_２）／（炉頂ガスＣＯ+炉頂ガスＣＯ_２）
したがってこのガス還元効率ηＣＯの値を高めることが、高炉操業上、重要である。

高炉内は、炉頂からの装入物が炉下部に降下する際に、炉下部から炉上部に向かうガスにより昇温される。この昇温の段階で、高炉内のＣＯ_２ガスと、炉頂から装入したコークスなどの炭材とのソリューションロスカーボン反応（Ｃ＋ＣＯ_２→２ＣＯ）が進行する。このソリューションロスカーボン反応は吸熱反応であるため、高炉内での昇温と吸熱の熱収支が平衡して、高炉の高さ方向にある範囲にわたり、温度が一定となる領域（ゾーン）が生じる。このゾーンを、一般に熱保存帯と称している。この熱保存帯の温度が低下すれば、炉内のＣＯガスによる酸化鉄の還元駆動力が向上することが熱力学から予測される。その熱保存帯温度は、装入する還元材としての炭材の反応性を高めることによって、低下させ得ることが知られている。

上述のような観点から、高炉の反応効率、すなわちガス還元効率ηＣＯを高めるために、次の方法が知られている。
特許文献１の方法では、炭材として装入される通常の冶金用コークスの一部を、小塊高反応性コークスに置き換え、その小塊高反応性コークスの混合量、粒径、反応性を調整することとしている。
また特許文献２においては、炉頂水素ガス利用率ηＨ_２を高炉の還元効率の指標として用いて、炭材として装入される通常の冶金用コークスの一部を高反応性コークスに置き換え、多孔質塊鉄鉱石および／または非焼成塊成鉱の装入量を調整する高炉操業方法が提案されている。

しかしながらこれらの特許文献１、特許文献２に記載されている方法は、いずれもガス還元効率を高めるに当たっては、冶金用コークスの一部を高反応性コークスに置き換え、しかもその置換量（全装入物中の高反応性コークスの混合量）を調整する必要がある。すなわち高炉への装入原料の構成の大幅な変更を伴う。また、高い反応性を有するコークスは通常の反応性のコークスと比べてドラム強度が低いことが知られており、操業の不安定化を招くおそれがある。したがって、これらの方法を高炉の実操業運転中に実施することは、実際上困難である。

特開平２−２００７１０号公報特開平６−１４５７２８号公報

本発明は、前記事情を背景としてなされた。高炉の操業中において、焼結鉱の被還元性の低下、その他の要因によってガス還元効率が低下した場合、高炉への装入材料の構成比率やその他の操業条件を大幅に変更することなく、ガス還元効率を向上させる高炉操業方法を提供することを課題としている。これによって高炉操業の高効率化と安定化を同時に図る。

本発明者らは、上述の課題を解決するためには、非焼成含炭塊成鉱の炭材の反応性を制御すれば、上述の大幅な配合変更を避けつつ、ガス利用率を制御できると着想した。そして、種々実験・検討を重ねた結果、非焼成含炭塊成鉱における微粉炭材の粒度とＪＩＳ反応性との少なくとも一方を変えることによって、高炉のガス還元効率が変化すること、さらに、高炉操業中に高炉のガス還元効率ηＣＯを測定して、その測定値に応じて、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱における微粉炭材の粒度とＪＩＳ反応性との少なくとも一方を調整するという制御を行なうことによって、高炉のガス還元効率を常に高位に安定化させ得ることを見出し、本発明をなすに至った。

したがって本発明の第１の態様の高炉操業方法は、
非焼成含炭塊成鉱を高炉原料の一部として使用する高炉操業方法において、
予め高炉のガス還元効率ηＣＯの基準値を定めておき、
高炉操業中に高炉のガス還元効率ηＣＯを測定して、そのガス還元効率測定値に応じ、ガス還元効率測定値が前記ガス還元効率基準値に近づくように、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱における微粉炭材の粒度とＪＩＳ反応性とのうちの少なくとも一方を調整することを特徴とするものである。

また本発明の第２の態様の高炉操業方法は、前記第１の態様の高炉操業方法において、
前記非焼成含炭塊成鉱中の微粉炭材として、質量基準メディアン径が５０〜２００μｍの範囲内のものを用いることを特徴とするものである。

また本発明の第３の態様の高炉操業方法は、前記第１または第２の態様の高炉操業方法において、
前記非焼成含炭塊成鉱における全炭材含有率を１０〜３０ｗｔ％とし、かつ高炉への非焼成含炭塊成鉱の装入量を、全鉄源装入量の５〜２０％の範囲内とすることを特徴とするものである。

さらに発明の第４の態様の高炉操業方法は、前記第１〜第３のいずれかの態様の高炉操業方法において、
前記非焼成含炭塊成鉱を製造するラインに、原料炭材を粉砕するための粉砕手段を設けておき、前記ガス還元効率測定値に応じて、前記粉砕手段による粉砕の程度を調整することにより、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱に含まれる微粉炭材の粒度を調整することを特徴とするものである。

さらに発明の第５の態様の高炉操業方法は、前記第１〜第４のいずれかの態様の高炉操業方法において、
前記非焼成含炭塊成鉱を製造するラインに、原料炭材として、ＪＩＳ反応性が異なる複数種の原料炭材を用意しておき、前記ガス還元効率測定値に応じて、前記複数種の原料炭材の配合割合を調整することにより、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱に含まれる微粉炭材のＪＩＳ反応性を調整することを特徴とするものである。

本発明の高炉操業方法によれば、高炉の操業中において、焼結鉱の被還元性の低下やその他の要因の変化によってガス還元効率が低下した場合に、高炉への装入材料の構成比率やその他の操業条件を大幅に変更することなく、ガス還元効率を向上させ、これによって高炉操業の安定化と還元材比の低減とを同時に図ることができる。

非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度およびＪＩＳ反応性が、高炉の高炉ガス利用効率ηＣＯに及ぼす影響を調べるための検証実験に使用したＢＩＳ炉の模式的な縦断面図である。上記の検証実験の結果を示すグラフである。本発明の方法を実操業に適用する場合のライン構成の一例を示す略解図である。

次に本発明の高炉操業方法について詳細に説明する。
〔非焼成含炭塊成鉱の定義〕
本発明の高炉操業方法においては、高炉へ装入する鉄源材料（酸化鉄含有材料）の一部として、非焼成含炭塊成鉱を用いることを前提としている。
ここで、非焼成含炭塊成鉱とは、鉄源材料（微粉鉄鉱石、スケール、製鉄所内で発生する鉄分を含有するダスト・スラッジ等）と炭材（石炭、コークス、コークス製造工程で発生する炭素分を含有するダスト・スラッジ等）とからなる原料（但し、さらに化学成分調整のための副原料（石灰石、蛇紋岩、珪石等）を含んでもよい。）を水硬性バインダー（通常、ポルトランドセメント）で固化した塊成鉱を言う。
なお、非焼成含炭塊成鉱以外の鉄源材料としては、一般的な高炉操業方法と同様に、通常の焼結鉱、焼成ペレット、塊鉱などを用いる。非焼成含炭塊成鉱以外の鉄源材料の種類およびその使用比率は特に限定されない。また還元材についても、特に制約するものではない。通常のコークスなどを使用することはもちろん、羽口から微粉炭や還元性ガスを吹き込んでも良い。

〔非焼成含炭塊成鉱の高炉反応への影響〕
高炉の鉄源材料として非焼成含炭塊成鉱を用いた場合における高炉のガス還元効率について説明する。

非焼成含炭塊成鉱は、微粉炭材粒子が微粉酸化鉄粒子の間に分散した状態で配置されているため、酸化鉄と微粉炭材との距離が近く、しかも炭材が微粉で炭材粒子の比表面積が大きい。したがって通常の冶金用コークスを用いた場合よりも低温で酸化鉄と反応してＣＯガスを発生する。そのため、非焼成含炭塊成鉱を、焼結鉱などの他の酸化鉄原料やコークスなどの還元材とともに高炉に使用すれば、熱保存帯温度を低下させて、高炉の還元効率を高めることが可能となる。

但し、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱の反応性が高すぎれば、非焼成含炭塊成鉱から急速かつ多量に発生するＣＯガスに、高炉に装入される酸化鉄の還元が追いつかず、その結果、むしろＣＯガス利用効率が低下してしまう。したがって、ＣＯガス利用効率を常に高位に維持しつつ高炉を操業するには、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の反応性を適切なレベルに維持する必要がある。

〔高炉の操業方法〕
非焼成含炭塊成鉱中の炭材の反応性は、炭材の粒度とそのものの反応性（ここでは、指標としてＪＩＳ反応性を用いる）で決まる。したがって、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱中における微粉炭材の粒度やＪＩＳ反応性を適切に調整することによって、高炉のガス利用率、すなわちガス還元効率を制御することが可能となる。

具体的には、本発明は次の手順から成る。
１）予め、高炉のガス還元効率ηＣＯの基準値を適切な値に定める。過去の操業実績から、操業が好調であった時期のηＣＯの値を基準値に設定してもよい。
２）操業中の高炉の実際のガス還元効率ηＣＯを測定・監視する。
３）前記実際のガス還元効率測定値が前記基準値よりも低下したときに、実際の測定値が基準値に近づくように、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱に含まれる微粉炭材の粒度とＪＩＳ反応性とのうちの少なくとも一方を調整する。

ここに、ηＣＯの低下が観測された時点で、その原因が明確な場合は、非焼成含炭塊成鉱の反応性を表１のように調整する。
一方、原因が不明の場合は、非焼成含炭塊成鉱の反応性を増すべきか、減らすべきかの判断は通常難しい。この場合は、探りのアクションを使用する。つまり、仮に反応性を増すアクションを実施して、好ましい方向にηＣＯが変化すれば、それをさらに加速し、好ましくない方向にηＣＯが変化すれば、反応性を減じる方向の調整を行う。

〔非焼成含炭塊成鉱の製造方法〕
ポルトランドセメントを固化剤として使用した場合、非焼成含炭塊成鉱が高炉使用に要する強度を発現するのに２週間程度の養生期間を要する。ポルトランドセメントに代えて早強セメントを使用することは、養生時間が短縮して好ましい。さらに、非焼成含炭塊成鉱の養生において、蒸気養生法などの養生時間を短縮する方法の採用が好ましい。また、非焼成含炭塊成鉱の製造ラインを高炉原料ラインと直結することも、より迅速に高炉の操業変化に対応できるので好ましい。
これらの手段を追加することによって、実際の高炉の操業中において、何らかの原因、例えば焼結鉱の被還元性の悪化などによって高炉のガス還元効率が低下した時に、迅速な対応が可能となる。すなわち、操業を継続しながら、高炉のガス還元効率を基準値付近まで迅速に回復させることが可能となる。

〔高炉操業への副次的効果〕
高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度やＪＩＳ反応性の調整によって高炉の還元効率を制御する場合、高炉への装入原料の構成比率自体は変更する必要がない。すなわち非焼成含炭塊成鉱中の炭材条件以外の条件は、変更する必要がない。したがって装入原料の構成比率の変更が不要であり、また装入原料の構成比率の変更に伴う他の操業条件、例えば原料装入時の炉頂からの原料排出条件、送風量や酸素富化条件などの大幅な変更も不要である。このため、装入原料の構成比率の変更などの操業条件の変更によって、操業が不安定化することを防止できる。そしてこのような観点からも、本発明は実操業に容易に適用することができる。

〔ＪＩＳ反応性の調整手段〕
炭材自体のＪＩＳ反応性の調整には、炭種（炭材原料の採掘地）や乾留度合いで実施する。
ＪＩＳ反応性は、炭材について、コークス類の試験方法としてＪＩＳＫ２１５１で規定される反応性試験を行なった場合における、反応性指数（ＪＩＳ反応性指数：ＲｅＩ）の値で評価される。すなわち、上記の試験による反応によって生成した一酸化炭素の濃度（％）を〔ＣＯ〕とし、未反応の二酸化炭素の濃度（％）を〔ＣＯ_２〕（＝１００−〔ＣＯ〕）とすれば、ＪＩＳ反応性指数ＲｅＩは、次式によって与えられる。
ＲｅＩ＝〔ＣＯ〕／｛〔ＣＯ〕＋２〔ＣＯ_２〕｝×１００
したがってＪＩＳ反応性指数ＲｅＩの値が大きいほど、反応性が良好であると言うことができる。

〔炭材粒度の調整手段と好ましい粒度の調整範囲〕
さらに本発明の高炉の操業方法においては、前述のように、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度を一つの調整要素としている。その場合、非焼成含炭塊成鉱中の炭材のメディアン径が５０〜２００μｍの範囲内で炭材粒度調整を行なうことが望ましい。非焼成含炭塊成鉱中の炭材のメディアン径が５０μｍ未満では、高炉装入材料として非焼成含炭塊成鉱の強度が不足するおそれがあり、また非焼成含炭塊成鉱中の炭材のディアン径が２００μｍを越えても、高炉装入材料として非焼成含炭塊成鉱の強度が不足するおそれがある。

一方、非焼成含炭塊成鉱の製造のために配合される微粉酸化鉄の粒度は特に限定しないが、通常は、非焼成含炭塊成鉱の製造のために配合される微粉炭材の粒度と同程度とすれば良く、一般には、メディアン径で５０〜２００μｍであれば良い。
炭材の粒度調整は、微粉砕用のミルを使用する。そのうち、ロッドミル、ボールミルが能力選択の自由度が高く設備費も安価であるので好ましい。
ここで、粒度とは、例えば、粉体の集合体全体積を１００％として累積カーブを求め、その累積カーブが５０％となる点の粒子径（５０％径）と定義される。またここで、非焼成含炭塊成鉱中の微粉炭材の大きさを表す項目として、粉体としての粒度を規定している理由は、粒度によって微粉炭材の反応性と、塊成鉱そのものの強度に影響を及ぼすからである。

本発明の高炉操業方法においては、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱における微粉炭材の反応性の調整については、上記のＪＩＳ反応性と、微粉炭材の粒度とのうちの少なくとも一方を指標として、そのいずれか一方もしくは双方を高炉の操業中に調整することとしている。すなわちＪＩＳ反応性のみを単独で調整しても、あるいは粒度のみを単独で調整しても、さらにはＪＩＳ反応性と粒度との両者を調整しても良い。本発明の実施にあたっては、両者の内からその時点で採用し易い手段を適宜選択する。

〔炭材粒度の作用〕
炭材の粒径が小さくなるほど、炭材粒子の比表面積が大きくなるから、炭材の粒度もガス化反応速度に影響を与える。
また一方、実際に非焼成含炭塊成鉱中に炭材粒子が分散して存在する状態では、炭材粒子の粒度は、前述のように比表面積の大小によって反応速度に影響を与えるだけではなく、非焼成含炭塊成鉱中で炭材粒子に接している酸化鉄の還元反応にも大きな影響を与える。すなわち、非焼成含炭塊成鉱中に同じ割合で炭材が含まれていると仮定すれば、炭材粒子の粒径が小さいほど、相対的に非焼成含炭塊成鉱中に分散している炭材粒子の数が多くなり、そのため非焼成含炭塊成鉱中の酸化鉄と炭材との平均的な距離が短くなり、炭材から発生するＣＯガスが、直ちに酸化鉄全体と反応しやすくなる。
前記作用は、通常、高炉のガス還元効率ηＣＯの向上に寄与する。但し、炭材自体のＪＩＳ反応性が高い場合には、炭材粒子の粒径を必要以上に低下させると炭材の反応性が過剰となって、逆に高炉のガス還元効率ηＣＯを低下させてしまうことがある。いずれにしても、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度は、高炉のガス還元効率ηＣＯに大きな影響を与える。

このように、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度とＪＩＳ反応性は、いずれも高炉のガス還元効率ηＣＯに大きな影響を与える。

〔効果の実験的検証〕
高炉に非焼成含炭塊成鉱を装入して操業を行った場合の、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度とＪＩＳ反応性が、高炉のガス還元効率ηＣＯに及ぼす影響について、図１に模式的に示すようなＢＩＳ炉（断熱型高炉反応シミュレーター）を用いて実験的に検証した結果を図２に示す。

ここで、ＢＩＳ炉は、高炉シャフト部の反応効率を、向流反応での還元と熱移動を模擬することで評価することができる装置であり、さらに、断熱制御を付与することによって、熱移動とカーボンソルーションロス反応による吸熱反応量で決定される還元条件を試料に精緻に与えることができる装置である。

図１に示すＢＩＳ炉は、反応管１０内に被還元材である酸化鉄（一般には焼結鉱：但し本検証実験では後述するように焼結鉱に非焼成含炭塊成鉱を混合）１１と還元材としてのコークス１２とを交互に層状に充填し、反応管１０の外周に配置した電気炉１３（加熱炉１５と断熱炉１６からなる）を反応管１０の長手方向の上部から下部に移動させつつ、反応ガスを、反応管１０上部のガス導入口１４から導入し、複数の酸化鉄層１１及びコークス１２層を通過させて、反応管１０下部のガス排出口１６から排出する向流移動層タイプの反応試験装置である。

反応管１０は、内径：１０３ｍｍ、長さ：５．４ｍのステンレス管である。電気炉１３は、反応ガスを、高炉融着帯上部の温度（１２００℃）まで予熱して、酸化鉄の還元を終了させるための加熱炉１５と、この温度以下の反応を断熱系で進行させるための断熱炉１６で構成されている。なお、加熱炉１５及び断熱炉１６は、それぞれ、長さが、９５０ｍｍ及び１０９０ｍｍである。
このようにＢＩＳ炉では、酸化鉄とコークスを反応管１０内に層状に装入して、電気炉１３が反応管１０の上端から下端に向かい下降すると同時に反応ガス（実機のボッシュガスに相当）を反応管１０の上端から導入することによって、擬似向流移動層を再現することができる（文献内藤ら：鉄と鋼、８７（２００１）、ｐ.３５７参照）。

本検証実験において反応ガスについては、微粉炭吹き込みを考慮し、反応ガス量を実炉で１３４３Ｎｍ^３／ｔに相当する量である２２．１Ｎｍ^３／ｍｉｎで一定とし、反応ガスの組成を、ＣＯ：３６％、Ｈ_２：７％、Ｎ_２：５７％でそれぞれ一定とし、還元材比は、４８１ｋｇ／ｔで一定とした。
電気炉の下降中に、反応管内部の固定位置の還元率と温度を測定した。還元ガス利用効率ηＣＯは、定常状態到達後の炉頂排ガス成分分析値から算出した。反応が定常状態に到達後、所定時間経た後に、反応管内試料をＮ_２通流下で冷却した。

本検証実験では、上述のようなＢＩＳ炉による実験において、装入する酸化鉄として、焼結鉱に非焼成含炭塊成鉱を混合し、その非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度とＪＩＳ反応性が還元ガス利用効率ηＣＯに及ぼす影響を調べた。すなわち非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度としては、メディアン径が、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍと３段階に変化させ、またＪＩＳ反応性は、異なる品質の炭材の配合割合を変えることによって、１０〜４０（％）に７段階に変化させた。なお、非焼成含炭塊成鉱中における炭材の割合は、約
２０ｗｔ％で一定とし、焼結鉱に対する非焼成含炭塊成鉱の混合割合は、重量比で、焼結鉱：非焼成含炭塊成鉱＝９:１で一定とし、さらに非焼成含炭塊成鉱の平均粒径は１５ｍｍとした。

なおこの検証実験で、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度の調整について、メディアン径の変化で示しているのは、炭材の反応性を総括的にあらわすことができるからである。この点は、後述する高炉での実操業による実施例でも同様である。

図２に示す実験結果から、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度（メディアン径）を変えることによって、還元ガス利用効率ηＣＯが変化し、また非焼成含炭塊成鉱中の炭材のＪＩＳ反応性を変えることによって、還元ガス利用効率ηＣＯが変化することが確認された。

なお、図２から読み取れるように、ＪＩＳ反応性が２５％〜３０％付近よりも低い領域では、粒度が小さいほど、ガス利用効率ηＣＯが大きくなり、一方、ＪＩＳ反応性が２５％〜３０％付近よりも高い領域では、粒度が大きいほど、ガス利用効率ηＣＯが大きくなることが、図２から理解できる。このようにＪＩＳ反応性２５％〜３０％の領域を境にして、粒度がガス利用効率ηＣＯに与える影響が反転する理由は、炭材の反応性が過剰となり、発生したＣＯガスによる還元が追い付かないためと考えられる。

〔高炉操業の好ましい条件〕
本発明の高炉の操業方法においては、高炉に装入される非焼成含炭塊成鉱における全炭材含有率を１０〜３０ｗｔ％の範囲内とすることが望ましい。炭材含有率が１０ｗｔ％未満では、炭材を含有する非焼成含炭塊成鉱によって還元を促進する効果が小さくなり、また炭材の粒度もしくはＪＩＳ反応性を調整しても、高炉のガス還元効率ηＣＯの変化が小さくなり、実操業上でのガス還元効率ηＣＯの制御が困難となるおそれがある。一方、非焼成含炭塊成鉱における全炭材含有率が３０ｗｔ％を越えれば、非焼成状態の含炭塊成鉱では、高炉装入材料として強度が不足するおそれがある。

また本発明の高炉の操業方法においては、高炉に装入される非焼成含炭塊成鉱の装入量を、高炉への全鉄源材料の装入量の５〜２０ｗｔ％の範囲内とすることが望ましい。すなわち本発明の高炉の操業方法では、高炉に装入する鉄源材料としては、非焼成含炭塊成鉱のみならず、一般的な酸化鉄材料である焼結鉱などを用いる。そしてその場合の非焼成含炭塊成鉱の装入量が、高炉への全鉄源材料の装入量の５ｗｔ％未満では、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度もしくはＪＩＳ反応性を調整しても、高炉のガス還元効率ηＣＯの変化が小さくなり、実操業上でのガス還元効率ηＣＯの制御が困難となるおそれがある。一方、非焼成含炭塊成鉱の装入量が、高炉への全鉄源材料の装入量の２０ｗｔ％を越えれば、含炭塊成鉱を非焼成でするためのセメントで代表される結合材の量が多くなって、高炉からのスラグ量が増大したり、スラグ組成が変化したりするなどの悪影響が生じるおそれがある。

また高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱の粒径は特に限定されないが、通常は平均粒径で５〜２０ｍｍの範囲内とすることが好ましい。非焼成含炭塊成鉱の粒径が５ｍｍ未満では、装入時に焼結層の下層に集積してしまい、含炭塊成鉱の効率を低下させるおそれがあり、一方、２０ｍｍを越えれば、焼結層の上層に集積してしまうおそれがある。

本発明の高炉操業方法においては、予め高炉のガス還元効率ηＣＯの基準値を定めておき、高炉操業中に高炉のガス還元効率ηＣＯを継続的もしくは一定間隔で間欠的に測定する。ここでガス還元効率ηＣＯの基準値は、正常な高い水準での操業効率で高炉操業を行ない得るような値、すなわち溶銑温度等の諸条件を高い水準に維持し得るような値に定めれば良い。具体的には、例えば４８〜５１％程度に設定すれば良い。

〔製造ラインの例〕
非焼成含炭塊成鉱の製造ラインと、高炉原料のラインを直結した例を、図３に概念的に示す。

図３において、非焼成含炭塊成鉱を構成する微粉炭材の原料、例えば石炭を乾留（部分乾留を含む）してなる炭材原料を予め収容しておき、これを切り出すための炭材原料槽として、複数（図示の例では３槽）の炭材原料槽２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが設けられている。これらの炭材原料槽２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃには、それぞれＪＩＳ反応性が異なる炭材が収容されている。例えば、出発炭材原料として、種類や産地、品質などが異なる石炭を乾留もしくは部分乾留した炭材、更には乾留度合いを異ならしめた炭材などが収容されている。なおこれらの炭材原料槽２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、それぞれからの炭材原料の切り出し量を調整可能となるように構成されている。

一方、非焼成含炭塊成鉱を構成する微粉酸化鉄、例えば鉄鉱石微粉や製鉄所内回収ダストなどを収容しておき、これを切り出すための微粉酸化鉄原料槽として、１槽以上の複数（図示の例では２槽）の微粉酸化鉄原料槽２３Ａ、２３Ｂが配置されている。２槽以上の微粉酸化鉄原料槽２３Ａ、２３Ｂを設ける場合、各微粉酸化鉄原料槽２３Ａ、２３Ｂには、例えば異なる種類の微粉酸化鉄、あるいは粒度が異なる微粉酸化鉄などが収容される。さらに、微粉酸化鉄原料槽２３Ａ、２３Ｂと並んで、セメントで代表される水硬性バインダーなどの結合材を収容し、かつそれを切り出すためのバインダー槽２５が設けられている。なおこれらの微粉酸化鉄原料槽２３Ａ、２３Ｂ、バインダー槽２５は、それぞれからの微粉酸化鉄もしくはバインダーの切り出し量を調整可能となるように構成されている。

炭材原料は、炭材原料槽２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃからベルトコンベヤなどの第１の搬送手段２７上に切り出されて、その搬送手段２７によって粉砕機（破砕機）２９に送られる。この粉砕機２９は、粉砕の程度を調整して、粉砕（粉砕）後の微粉炭材の粒度を制御し得るように構成されている。粉砕されて得られた微粉炭材は、いったん中継槽３１に装入され、さらにこの中継槽３１から、第２の搬送手段３２により混合・混錬機３３に送られる。

一方、前述の微粉酸化鉄原料層２３Ａ、２３Ｂからは、微粉酸化鉄がベルトコンベヤなどの第３の搬送手段３５上に切り出されるとともに、バインダー槽２５から水硬性バインダーなどの結合材が第３の搬送手段３５上に切り出され、これらの微粉酸化鉄および結合材が、第３の搬送手段３５によって前述の混合・混錬機３３に送られる。

混合・混錬機３３においては、微粉炭材と微粉酸化鉄およびバインダー（結合材）が混合されるとともに、混錬される。得られた混錬物は、塊成機３７において非焼成にて塊状に成形され、非焼成含炭塊成鉱３９となる。

このようにして製造された非焼成含炭塊成鉱３９は、ベルトコンベヤなどの第４の搬送手段４１によって、高炉４３内に、その炉頂から装入される。ここで高炉４３の炉頂、もしくは炉頂からの排ガス経路には、炉頂ガス中のＣＯガス濃度およびＣＯ_２ガス濃度を検出するためのガス検出器４５が設けられている。なお高炉４３には、上述の非焼成含炭塊成鉱３９のほか、焼結鉱やコークスなどが装入されることはもちろんである。

以上のような構成においては、粉砕機２９における粉砕の程度を変えることによって、混合・混錬機３３に送られる微粉炭材の粒度を変え、それに伴って、製品である非焼成含炭塊成鉱３９に含まれる微粉炭材の粒度を変えることができる。また一方、炭材原料槽２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃには、それぞれＪＩＳ反応性が異なる炭材が収容されているから、これらの炭材原料槽２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃから第１の搬送手段２７上に切り出す各炭材の割合を変えることによって、粉砕機２９を経て混合・混錬機３３に送られる微粉炭材の粉末全体としてのＪＩＳ反応性を変えることができる。

したがって、ガス検出器４１により高炉の炉頂ガス中のＣＯガス濃度およびＣＯ_２ガス濃度を検出し、それに基づいてガス還元効率ηＣＯを演算して、その値が前述のような基準値から大幅に外れた場合に、その値に応じて、高炉に装入される非焼成含炭塊成鉱３９に含まれる微粉炭材の粒度および／またはＪＩＳ反応性を変化させることができる。

以下に本発明の操業方法を、実炉（高炉）に適用した実施例を記す。なお以下の実施例は、本発明の作用、効果を明確化するためのものであって、実施例に記載された条件が本発明の技術的範囲を限定するものでないことはもちろんである。

以下の各実施例１〜３は、鉄源として焼結鉱とともに非焼成含炭塊成鉱を高炉に装入する実操業中において、高炉のガス還元効率（ガス利用効率）ηＣＯを常時測定し、焼結鉱の品質の悪化により高炉のガス還元効率（ガス利用効率）ηＣＯが、基準操業時の値（基準値）よりも大幅に低下して、溶銑温度が大幅に低下したときに、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度、もしくはＪＩＳ反応性、または粒度およびＪＩＳ反応性を変更することにより、ガス還元効率（ガス利用効率）ηＣＯを向上させ、基準操業時のガス還元効率に戻した例である。
これらの実施例１〜３における、基準操業時における諸値と、ガス還元効率ηＣＯが低下して、溶銑温度が大幅に低下した時の諸値（調整直前の諸値）と、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度または／およびＪＩＳ反応性を変更した後の諸値（調整後の諸値）を、表２〜表４に示す。

なお各実施例１〜３は、それぞれ別期間での操業であるため、基準操業時の非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度もしくはＪＩＳ反応性が若干異なるが、炭材の粒度はメディアン径で１００μｍ前後、ＪＩＳ反応性は１９〜２０％を基準操業条件とした。
なおまた、各実施例１〜３において、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の含有率は、平均２０ｗｔ％とし、また高炉への非焼成含炭塊成鉱の装入量を、平均で全鉄源装入量の約９％とした。

実施例１は、焼結鉱の品質の悪化により高炉のガス還元効率ηＣＯが、基準操業時よりも低下して、溶銑温度が低下したときに、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度を変更する調整（具体的には炭材の粒度を小さくする調整）を行なった例である。この実施例１によれば、非焼成含炭塊成鉱中の炭材のメディアン径を変更すること、したがって炭材の粒度を変更することにより、ガス還元効率（ガス利用効率）ηＣＯが向上されて、ほぼ基準操業時のガス還元効率に回復され、これによって、溶銑温度も、基準操業時と同等の温度に戻されることが確認された。

なお実施例１では、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度を変更する調整として、炭材の粒度を小さくする調整を行なっているが、既に説明した図２の実験結果から明らかなように、ＪＩＳ反応性の程度によっては、逆に炭材の粒度を小さくすることによってガス還元効率ηＣＯを高め得ることもあり、したがって粒度を変更する調整とは、粒度を小さくする場合に限られない。

実施例２は、焼結鉱の品質の悪化により高炉のガス還元効率ηＣＯが、基準操業時よりも低下して、溶銑温度が低下したときに、非焼成含炭塊成鉱の製造時に配合されるＪＩＳ反応性が異なる複数種の炭材の配合比率を変更して、非焼成含炭塊成鉱中のＪＩＳ反応性を変更する調整を行なった例である。この実施例２によれば、非焼成含炭塊成鉱中の炭材全体のＪＩＳ反応性を変更することにより、ガス還元効率（ガス利用効率）ηＣＯが向上されて、ほぼ基準操業時のガス還元効率に回復され、これによって、溶銑温度も、基準操業時と同等の温度に戻されることが確認された。

実施例３は、焼結鉱の品質の悪化により高炉のガス還元効率ηＣＯが、基準操業時よりも低下して、溶銑温度が低下したときに、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度およびＪＩＳ反応性を変更する調整を行なった例である。この実施例３によれば、非焼成含炭塊成鉱中の炭材の粒度およびＪＩＳ反応性を変更することにより、ガス還元効率（ガス利用効率）ηＣＯが向上されて、ほぼ基準操業時のガス還元効率に回復され、これによって、溶銑温度も、基準操業時と同等の温度に戻されることが確認された。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはもちろんである。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ炭材原料槽
２３Ａ、２３Ｂ微粉酸化鉄原料槽
２５バインダー槽
２９粉砕機（粉砕手段）
３３混合・混錬機
３９非焼成含炭塊成鉱
４３高炉
４５ガス検出器

Claims

非焼成含炭塊成鉱を高炉原料の一部として使用する高炉操業方法において、
予め高炉のガス還元効率ηＣＯの基準値を定めておき、
高炉操業中に高炉のガス還元効率ηＣＯを測定して、そのガス還元効率測定値に応じ、ガス還元効率測定値が前記ガス還元効率基準値に近づくように、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱における微粉炭材の粒度とＪＩＳ反応性とのうちの少なくとも一方を調整することを特徴とする高炉操業方法。
前記非焼成含炭塊成鉱中の微粉炭材として、質量基準メディアン径が５０〜２００μｍの範囲内のものを用いることを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
前記非焼成含炭塊成鉱における全炭材含有率を１０〜３０ｗｔ％とし、かつ高炉への非焼成含炭塊成鉱の装入量を、全鉄源装入量の５〜２０％の範囲内とすることを特徴とする請求項１、請求項２のいずれかの請求項に記載の高炉操業方法。
前記非焼成含炭塊成鉱を製造するラインに、原料炭材を粉砕するための粉砕手段を設けておき、前記ガス還元効率測定値に応じて、前記粉砕手段による粉砕の程度を調整することにより、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱に含まれる微粉炭材の粒度を調整することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の高炉操業方法。
前記非焼成含炭塊成鉱を製造するラインに、原料炭材として、ＪＩＳ反応性が異なる複数種の原料炭材を用意しておき、前記ガス還元効率測定値に応じて、前記複数種の原料炭材の配合割合を調整することにより、高炉に装入する非焼成含炭塊成鉱に含まれる微粉炭材のＪＩＳ反応性を調整することを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の高炉操業方法。