JP2016160494A

JP2016160494A - 高炉操業方法

Info

Publication number: JP2016160494A
Application number: JP2015041100A
Authority: JP
Inventors: 佑介柏原; Yusuke Kashiwabara; 佐藤　裕樹; Hiroki Sato; 裕樹佐藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2015-03-03
Filing date: 2015-03-03
Publication date: 2016-09-05

Abstract

【課題】結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用する場合に、高炉内の通気性の悪化を抑制できる高炉操業方法を提供する。
【解決手段】高炉の炉頂部からコークスと鉄原料とを交互に装入することで上記高炉内にコークス層と鉄原料層とを交互に層状に堆積させる高炉操業方法であって、上記鉄原料として、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用するに当たり、上記高炉内の最も中心側の鉱石層厚比（Ｌｃ）と上記高炉内の最も炉壁側の鉱石層厚比（Ｌｗ）との比率（Ｌｃ／Ｌｗ）で表される鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を減少させる、高炉操業方法。ただし、上記鉱石層厚比は、上記鉄原料層の層厚と上記コークス層の層厚との和に対する上記鉄原料層の層厚の比である。
【選択図】なし

Description

本発明は、高炉操業方法に関する。

高炉の炉頂部から焼結鉱や塊鉱石などの鉄原料とコークスとを装入し、炉下部の羽口から吹き込まれる熱風によりコークスを燃焼させ、生成したＣＯを含む還元性ガスで鉄原料中の酸化鉄を還元し、銑鉄を製造する。

近年では、環境問題の観点から低還元材比操業が指向されているが、その場合、コークス比の低下により炉内の通気抵抗が増大することから、通気性を維持した高炉操業が求められる。このとき、通気性の維持に有効であることから、鉄原料である塊鉱石としては、高炉内での粉化量が少なくかつ被還元性に優れた高品位の塊鉱石を使用することが好ましいが、一般的に高品位の塊鉱石は高価であるため、結晶水含有量が多いが安価で被還元性に優れた高結晶水鉱石の使用も増加している（例えば、特許文献１および２を参照）。

特開２００７−３９７４６号公報特開２０１１−５８０９７号公報

高炉内において最も通気抵抗が大きい領域は融着帯であり、融着帯の通気性が高炉内全体の通気性に及ぼす影響は大きい。高結晶水鉱石は、高温領域で収縮しやすいため、融着帯において通気性の悪化を引き起こしやすい。したがって、通気性を維持しながら高結晶水鉱石の鉄原料中への配合比率を増加させることは困難である。
本発明者らが検討を行った結果、後述するように、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用した場合に、特に、高炉内の通気性が悪化することが分かった。

本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用する場合に、高炉内の通気性の悪化を抑制できる高炉操業方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、下記構成を採用することにより、上記目的が達成されることを見出した。すなわち、本発明は、以下の［１］〜［２］を提供する。
［１］高炉の炉頂部からコークスと鉄原料とを交互に装入することで上記高炉内にコークス層と鉄原料層とを交互に層状に堆積させる高炉操業方法であって、上記鉄原料として、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用するに当たり、上記高炉内の最も中心側の鉱石層厚比（Ｌｃ）と上記高炉内の最も炉壁側の鉱石層厚比（Ｌｗ）との比率（Ｌｃ／Ｌｗ）で表される鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を減少させる、高炉操業方法。ただし、上記鉱石層厚比は、上記鉄原料層の層厚と上記コークス層の層厚との和に対する上記鉄原料層の層厚の比である。
［２］上記高結晶水鉱石の結晶水含有量がΔＣＷ質量％増加する場合に、下記式（２）を満たすように上記鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を減少させる、上記［１］に記載の高炉操業方法。
ΔＬＯＩ≦−０．０１６５×ΔＣＷ・・・（２）
ただし、ΔＬＯＩは上記鉱石層厚指数（ＬＯＩ）の変化量である。

本発明によれば、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用する場合に、高炉内の通気性の悪化を抑制できる高炉操業方法を提供できる。

還元試験装置（荷重軟化実験炉）を示す断面模式図である。塊鉱石中の結晶水含有量と荷重軟化実験における最大差圧との関係を示すグラフである。結晶水含有量が９．０質量％の塊鉱石を焼結鉱中に混合した条件での荷重軟化実験における最大差圧の測定結果を示すグラフである。結晶水含有量と、荷重軟化実験における圧損上昇開始温度と溶落温度との温度差との関係を示すグラフである。鉱石層厚比分布のパターンを示すグラフである。（Ａ）は、装入パターンＡの融着帯形状を示す図であり、（Ｂ）は、装入パターンＢの融着帯形状を示す図であり、（Ｃ）は、融着帯付近を拡大して示す図である。高炉の炉内圧損が一定となるような結晶水含有量と鉱石層厚指数（ＬＯＩ）との関係についての計算結果を示すグラフである。還元試験（荷重軟化実験）の試験条件を示すグラフであり、（Ａ）はガス組成の変化を表し、（Ｂ）は温度の変化を表し、（Ｃ）は荷重の変化を表す。

まず、各種塊鉱石が高炉内の通気性に及ぼす影響を調査するために、図１に示す装置を用いて還元試験（荷重軟化実験）を行い、高炉内を模擬したガス組成および温度の雰囲気で荷重を受けた際の塊鉱石の挙動を確認した。

図１は、還元試験装置（荷重軟化実験炉）を示す断面模式図である。図１に示す還元試験装置１は、内径１００ｍｍφの黒鉛るつぼ６を加熱炉４内に設置して、黒鉛るつぼ６内に充填された試料（鉱石）５を、還元ガス（Ｎ_２／ＣＯ／ＣＯ_２／Ｈ_２混合ガス）を流通させた雰囲気で、パンチ棒７を介して荷重Ｌを負荷しながら、ヒータ９を用いて加熱する装置であり、高炉内を模擬した温度、ガス組成および荷重をプログラムで制御する。

図１の還元試験装置１をより詳細に説明する。加熱炉４は、円筒状の外形を有し、中心に設置される円筒状の黒鉛るつぼ６を収納する耐火物製の円筒状炉心管８と、円筒状炉心管８の外周を覆うヒータ９と、黒鉛るつぼ６の底部６ａを支持し、底部６ａのガス流通口６ｂと連通する耐火物製の円筒状反応管１０とを有する電気炉である。黒鉛るつぼ６内の試料５には、図示しない荷重付加装置によってパンチ棒７を介して荷重Ｌが負荷される。
加熱炉４には、加熱炉４の温度、すなわち、ヒータ９の温度をコントロールするための図示しない温度制御装置が設置されている。
加熱炉４の下部には、反応管１０の下部に接続する還元ガス入口１５が設けられている。図示しないガス供給装置から所定の流量で供給された還元ガス（所定組成のＮ_２／ＣＯ／ＣＯ_２／Ｈ_２混合ガス）は、入側配管１６を通り、還元ガス入口１５を介して反応管１０に入り、黒鉛るつぼ６の底部６ａのガス流通口６ｂから黒鉛るつぼ６内に入り、還元ガス中のＣＯガスやＨ_２ガスが、ヒータ９の加熱により溶融された鉱石５を還元して、溶融された銑鉄を生成するとともに、自身は酸化されてＣＯ_２ガスおよびＨ_２Ｏガスとなる。
一方、加熱炉４の上部には、炉心管８の上部に接続する排ガス出口１７が設けられている。還元後の混合ガスは、黒鉛るつぼ６の上部（例えば、パンチ棒７の先端の押当部７ａに設けられた貫通孔７ｂなど）から炉心管８内に入り、排ガス出口１７を介して、排ガスとして出側配管１８に排出される。
入側配管１６の還元ガス入口１５の近傍位置には、還元ガスの圧力Ｐ１１を測定する圧力計２０が設けられている。出側配管１８の排ガス出口１７の近傍位置には、排ガスの圧力Ｐ１２を測定する圧力計２１が設けられている。圧力計２０と圧力計２１とにより、黒鉛るつぼ６内に供給される還元ガスの圧力Ｐ１１と黒鉛るつぼ６の上部から排出された排ガスの圧力Ｐ１２との差圧が計測される。
加熱炉４の下部には、黒鉛るつぼ６から溶け落ちた滴下物を回収する滴下物サンプリング装置２２が設置されている。滴下物は、反応管１０内を落下してターンテーブル２２ａ上に回収される。

各種塊鉱石が高炉内の通気性に及ぼす影響を調査するために、このような還元試験装置１を用いて還元試験（荷重軟化実験）を行った。このとき、黒鉛るつぼ６内に、粒径が１０ｍｍ〜１５ｍｍである、結晶水含有量が異なる各種の塊鉱石を充填した条件で実験を行なった。実験は、図８のグラフに示す条件下で昇温還元を行ない、試料５が溶けて、黒鉛るつぼ６の底から滴下物サンプリング装置２２に落下するまで継続した。
図８は、還元試験（荷重軟化実験）の試験条件を示すグラフであり、図８（Ａ）はガス組成（単位：体積％）の変化を表し、図８（Ｂ）は温度（単位：℃）の変化を表し、図８（Ｃ）は荷重（単位：ｋｇｆ／ｃｍ^２）の変化を表す。なお、図８のグラフは、いずれも横軸は時間（単位：ｍｉｎ）である。また、図８（Ａ）のグラフは、ＣＯおよびＣＯ_２の組成変化のみを示している。
実験中は、荷重により試料５が収縮することで、流通させる混合ガスの差圧が変化するため、差圧を連続的に測定した。

図２は、塊鉱石中の結晶水含有量と荷重軟化実験における最大差圧との関係を示すグラフである。図２のグラフにおいて、横軸は実験に使用した塊鉱石の結晶水含有量（単位：質量％）であり、縦軸は最大差圧（単位：ｋＰａ）である。なお、本明細書において、結晶水含有量が０質量％の鉱石は、焼結鉱である。
図２のグラフに示すように、結晶水含有量が６質量％までは最大差圧はほぼ一定値だが、結晶水含有量が６質量％以上では最大差圧が上昇する傾向が見られた。このことから、結晶水含有量が６質量％以上の塊鉱石を高炉で使用する場合には、高炉内の通気性が悪化することが示唆された。

図３は、結晶水含有量が９．０質量％の塊鉱石を焼結鉱中に混合した条件での荷重軟化実験における最大差圧の測定結果を示すグラフである。図３のグラフにおいて、横軸は塊鉱石の混合率（単位：質量％）であり、縦軸は最大差圧（単位：ｋＰａ）である。
図３のグラフに示すように、塊鉱石の混合率が２０質量％までは最大差圧はほぼ一定値だが、塊鉱石の混合率が２０質量％以上では最大差圧が上昇する傾向が見られた。このことから、結晶水含有量が高い塊鉱石を高炉で使用する場合、塊鉱石の混合率が２０質量％以上になると、高炉内の通気性が悪化することが示唆された。

図４は、結晶水含有量と、荷重軟化実験における圧損上昇開始温度と溶落温度との温度差との関係を示すグラフである。図４のグラフにおいて、横軸は結晶水含有量（単位：質量％）であり、縦軸は温度差（単位：℃）である。圧損上昇開始温度は、鉱石の収縮により通気性の悪化が顕著となる温度であり、高炉内の融着帯の上端に対応する。溶落温度は、鉱石が温度上昇により溶け落ちる温度であり、高炉内の融着帯の下端に対応する。そのため、圧損上昇開始温度と溶落温度との温度差は、高炉内の融着帯の温度幅に相当する。
図４のグラフに示すように、結晶水含有量が増加すると圧損上昇開始温度と溶落温度との温度差が上昇する傾向が見られた。このことから、結晶水含有量が増加すると融着帯の温度域が増加、すなわち融着帯の層厚が増加して、高炉内の通気性が悪化することが示唆された。

図２〜図４のグラフから、結晶水含有量６質量％以上の塊鉱石を２０質量％以上焼結鉱に混合して使用すると、通気抵抗が大きい融着帯の層厚が増加して、高炉内の通気性が悪化することが分かった。高炉内の通気性が悪化すると、コークス比の上昇につながり、低還元材比操業の指向に反するため、通気抵抗を上昇させない操業が求められる。

そこで、高炉内のガス流れと圧損上昇との関係に着目した。ガスは通気抵抗に応じて流量が分配され、通気抵抗が最小となるような流路を流れる。高炉内で通気抵抗が最も大きい領域は融着帯であるため、ガスは融着帯を最短距離で通過して炉頂まで流れると考えられる。したがって、融着帯上端と下端との最小距離を維持するような制御を行えば、融着帯層厚が増加しても、高炉内の通気性の悪化を抑制できると考えられる。

融着帯上端と下端との平均最小距離（Ｌ_ｍｉｎ）は、平均融着帯層厚（Ｌ_ａｖｅ）と平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）とから、下記式（１）により計算される。
Ｌ_ｍｉｎ＝Ｌ_ａｖｅ×ｃｏｓ（θ_ａｖｅ）・・・（１）
ここで、図６は、後述するシミュレーションにより得られる融着帯形状を示す図であるが、図６（特に、図６（Ｃ））に示すように、平均融着帯層厚（Ｌ_ａｖｅ）は、融着帯の垂直方向高さの高炉内の全半径方向における平均値であり、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）は、高炉内の最も中心側の融着帯の下端位置と高炉内の最も炉壁側の融着帯の下端位置とを直線で結んだ線（の平行線）と水平線とがなす角度である。

上記の考えを検証するため、高炉操業シミュレータを使用して、性状の異なる塊鉱石を混合した鉄原料を装入した条件での融着帯形状を評価した。
高炉操業シミュレータとしては、『「高炉操業シミュレータの開発と溶銑シリコン低減への適用」、川崎製鉄技報、１９９７年、第２９巻、第１号、ｐ．３０−３６』に示されているシミュレータを用いた。このシミュレータは、装入物分布予測モデルと高炉２次元定常モデルとから構成される。装入物分布予測モデルは、炉頂部に設置され高炉内に原料を装入する装入シュートの傾動角に応じた落下軌跡をシミュレートし、原料の堆積形状をシミュレートするものである。高炉２次元定常モデルは、高炉を半径方向および軸方向に多数の細かいメッシュに分け、各メッシュについて、直接差分法により、物質移動、流体の流れ、伝熱および反応の計算を行い、融着帯の形状を求め、高炉操業状態をシミュレートするものである。両者は結合されており、装入物分布の変更が高炉操業結果に及ぼす影響をシミュレートできる。

ここでは、高炉の炉頂部から鉄原料とコークスとを交互に装入することで、高炉内にコークス層と鉄原料層とを交互に層状に堆積させるものとし、代表的な操業条件および鉱石層厚比分布を適用した例を用いた。

なお、鉱石層厚比は、鉄原料層の層厚（ＬＯ）とコークス層の層厚（ＬＣ）との和に対する鉄原料層の層厚（ＬＯ）の比（ＬＯ／（ＬＯ＋ＬＣ））である。
実際の高炉操業においては、鉱石層厚比は、高炉の炉頂部から装入されたコークスおよび鉄原料の堆積形状を、例えばマイクロ波のプロフィール計等で測定し、得られた測定結果から計算して求めることができる。

図５は、鉱石層厚比分布のパターンを示すグラフである。図５のグラフおいて、横軸は、高炉内の半径をＲ、高炉内の中心からの半径方向の位置をｒとしたときの高炉内の無次元半径（ｒ／Ｒ）であり、縦軸は、鉱石層厚比（ＬＯ／（ＬＯ＋ＬＣ））である。なお、無次元半径（ｒ／Ｒ）は、０≦（ｒ／Ｒ）≦１となる値であり、高炉内の中心で０、高炉内の炉壁で１となる。
図５のグラフに示すように、２つの装入パターンＡおよびＢを用意し、シミュレートした。装入パターンＡは、ｒ／Ｒが０．８５以上の炉壁側領域で、炉中間部（ｒ／Ｒが０．６５の領域）と同等の鉱石層厚比（ＬＯ／（ＬＯ＋ＬＣ））を維持する装入パターンである。一方、装入パターンＢは、ｒ／Ｒが０．８５以上の炉壁側領域で、炉中間部（ｒ／Ｒが０．６５の領域）に対して鉱石層厚比（ＬＯ／（ＬＯ＋ＬＣ））を低減する装入パターンである。なお、鉱石層厚比（ＬＯ／（ＬＯ＋ＬＣ））が小さいほど、ガス流量が多いことを示す。

図６（Ａ）は、装入パターンＡの融着帯形状を示す図であり、図６（Ｂ）は、装入パターンＢの融着帯形状を示す図であり、図６（Ｃ）は、融着帯付近を拡大して示す図である。装入パターンＡ（図６（Ａ））と装入パターンＢ（図６（Ｂ））とについて、融着帯形状を比較すると、平均融着帯層厚（Ｌ_ａｖｅ）はほぼ同じであるが、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）は異なっている。そして、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）が大きい装入パターンＡの方が、高炉の炉内圧損が２ｋＰａ小さくなった。これは、平均融着帯層厚（Ｌ_ａｖｅ）は同じであっても、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）が大きく、融着帯上端と下端との平均最小距離（Ｌ_ｍｉｎ）が短い場合には、通気抵抗が大きい融着帯をガスが通過する距離が短くなり融着帯での圧損が低下するため、高炉の炉内圧損が小さくなったからであると考えられる。

平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）は、上述したシミュレーションにより得られる指数であるが、実際の高炉操業においては、鉱石層厚比によって制御することができる。
高炉内の中心側の鉱石層厚比を低減すると、高炉内の中心側のガス流れが多くなり、高炉内の中心側の融着帯位置が高炉の上部側に移行するため、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）が大きくなる。一方、高炉内の炉壁側の鉱石層厚比を低減すると、高炉内の炉壁側のガス流れが多くなり、高炉内の炉壁側の融着帯位置が高炉の上部側に移行するため、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）が小さくなる。

したがって、高炉内の最も中心側の鉱石層厚比（Ｌｃ）と高炉内の最も炉壁側の鉱石層厚比（Ｌｗ）との比率（Ｌｃ／Ｌｗ）で表される鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を計算し、この鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を調整することで、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）を制御し、高炉の炉内圧損を調整できる。
鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を増加させると、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）が小さくなり、融着帯上端と下端の平均最小距離（Ｌ_ｍｉｎ）が長くなるため、高炉の炉内圧損が上昇する。一方、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を減少させると、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）が大きくなり、融着帯上端と下端の平均最小距離（Ｌ_ｍｉｎ）が短くなるため、高炉の炉内圧損が低下する。このため、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を減少させることで、高炉内の通気性の悪化を抑制できる。

図５および図６における条件では、装入パターンＡの方が、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）が０．０８だけ小さく、高炉の炉内圧損も小さかった。

鉱石層厚指数を調整する方法としては、高炉内の半径方向の鉱石層厚比分布を調整する方法が一般的であり、例えば、高炉内の炉壁側の鉱石層厚比を増加させて鉱石層厚指数を減少させる方法；高炉内の炉壁側の鉱石層厚比を減少させて鉱石層厚指数を増加させる方法；高炉内の中心側の鉱石層厚比を増加させて鉱石層厚指数を増加させる方法；高炉内の中心側の鉱石層厚比を減少させて鉱石層厚指数を減少させる方法；等が挙げられる。

なお、鉱石層厚比は、コークスと鉄原料とを高炉内の半径方向のどの位置に装入するかで決まる。コークスに比べて鉄原料の方が装入量が多いため、鉄原料の装入量を調整することで鉱石層厚比を調整する方が、鉱石層厚指数を調整しやすい。このため、高炉内の中心側または炉壁側の鉄原料の装入量を調整することで鉱石層厚指数を調整することが好ましい。

以上説明したように、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用すると、通気抵抗が大きい融着帯の層厚が増加して、高炉内の通気性が悪化する。なお、本発明において、「結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用する」とは、「鉄原料が、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を、２０質量％以上含有する場合に、その含有量を増加させる」ことを含む概念である。
しかしながら、鉱石層厚指数を減少させることにより平均融着帯角度を大きくする制御を行い、融着帯上端と下端との最小距離を短くすることで、高炉内の通気性を改善できる。したがって、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用する場合にも、高炉内の通気性の悪化を抑制しながら操業できる。

なお、「高結晶水鉱石」とは、結晶水含有量が例えば３質量％以上と多い鉄鉱石のことを指す。このような「高結晶水鉱石」のうち、本発明が対象とするのは、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石である。
高結晶水鉱石の態様としては、例えば、上述した荷重軟化実験で使用したような、塊鉱石が挙げられる。「塊鉱石」とは、ＪＩＳＭ８７００：２０１３（ＩＳＯ１１３２３：２０１０）に規定された、粒度の下限が１０〜６．３ｍｍの範囲の粗い粒子からなる鉱石（鉄鉱石）のことをいう。

結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石について、その結晶水含有量の上限は特に限定されないが、１５質量％以下が好ましく、１０質量％以下がより好ましい。
また、鉄原料中に含まれる、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石の量（混合率）についても、その上限は特に限定されないが、５０質量％以下が好ましく、３０質量％以下がより好ましい。
なお、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石以外の鉄原料としては、特に限定されず、例えば、結晶水含有量が６質量％未満の高結晶水鉱石（塊鉱石を含む）、高結晶水鉱石には該当しない塊鉱石、焼結鉱（結晶水含有量が０質量％）等が挙げられる。

次に、上述した荷重軟化実験および高炉操業シミュレータにより、高炉の炉内圧損が一定となるような結晶水含有量と鉱石層厚指数（ＬＯＩ）との関係を詳細に調査した。本調査においては、使用する鉄原料中の塊鉱石の量を一定値（２０質量％）に固定し、この塊鉱石の結晶水含有量を変化させ、このとき、高炉の炉内圧損が一定値（例えば、８９ｋＰａ、９０ｋＰａ、または、９１ｋＰａ）となるように、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を変化させた。なお、結晶水含有量を変化させた塊鉱石以外の鉄原料としては、焼結鉱を用いた。

図７は、高炉の炉内圧損が一定となるような結晶水含有量と鉱石層厚指数（ＬＯＩ）との関係についての計算結果を示すグラフである。図７のグラフにおいて、横軸は高結晶水鉱石の結晶水含有量（ＣＷ）（単位：質量％）であり、縦軸は鉱石層厚指数（ＬＯＩ）である。
図７のグラフ中の各直線は、高炉の炉内圧損が一定値（例えば、最も左下の直線は、８９ｋＰａ）となるときの、結晶水含有量（ＣＷ）と鉱石層厚指数（ＬＯＩ）との関係を示し、その傾きは、−０．０１６５である。

したがって、図７のグラフから、高結晶水鉱石の結晶水含有量が「ΔＣＷ」質量％だけ増加する場合には、下記式（２）を満たすように鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を減少させる操業を行うことで、高炉内の通気性の悪化を抑制できることが分かる。
ΔＬＯＩ≦−０．０１６５×ΔＣＷ・・・（２）
ただし、ΔＬＯＩは鉱石層厚指数（ＬＯＩ）の変化量である。

すなわち、結晶水含有量を５質量％から９質量％にする場合（つまり、４質量％だけ増加させる場合）において、高炉の通気性を少なくとも維持するためには、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）の変化量を「−０．０６６（＝−０．０１６５×４）」以下にすればよい。
例えば、結晶水含有量を５質量％から９質量％にする場合において、高炉の炉内圧損を９０ｋＰａ（図７のグラフ中、最も真ん中の直線）に維持するためには、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を、約０．５９（ＣＷ＝５質量％）から直線に沿って０．０６６だけ減じて約０．５２４（ＣＷ＝９質量％）にすればよい。このとき、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）の減少量を０．０６６よりも大きくする（つまり、直線よりも下側の領域にする）ことで、高炉の炉内圧損を９０ｋＰａよりも低下させることができる。

このように、高結晶水鉱石の結晶水含有量（ＣＷ）の増加量（ΔＣＷ）に対して、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）の変化量（ΔＬＯＩ）を「−０．０１６５×ΔＣＷ」に相当する程度にすることで、高炉の炉内圧損の上昇を抑制できるが、上述したように、ΔＬＯＩを「−０．０１６５×ΔＣＷ」以下にしても、高炉の炉内圧損の観点からは問題なく、操業を維持できる。
ただし、比率（Ｌｃ／Ｌｗ）で表される鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を過剰に小さくすることは、高炉内の最も中心側の鉱石層厚比（Ｌｃ）を小さくすることになり、高炉内の中心側の鉱石量を低減させ、炉頂温度や還元材比の上昇を招きやすくなる場合がある。したがって、Ｌｃの下限は、０．１とすることが好ましい。

なお、本発明は、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用する（例えば、鉄原料が、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を、２０質量％以上含有する場合に、その含有量（混合率）を増加させる）際に、この高結晶水鉱石の影響による高炉の炉内圧損の上昇を抑制するものである。このため、この高結晶水鉱石の使用量（混合率）の増加の後は、通常の操業アクションにより操業を継続すればよい。すなわち、溶銑温度、高炉の炉内圧損等を適正に保ちながら、還元材比の低減を図る通常の操業を行うことになる。

また、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石の使用量（混合率）を低減する場合には、平均融着帯角度（θ_ａｖｅ）は大きくなる方向へ向かうため、高炉の炉内圧損は低減することになる。この場合、高炉操業的には好ましい方向へ向かうので、特段、ΔＬＯＩを調整する必要はない。通常の操業アクションにより操業を続ければよい。

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実験例１〜８＞
内容積が５０００ｍ^３である高炉を用い、高結晶水鉱石である塊鉱石の結晶水含有量および混合率を変化させ、さらに鉱石層厚指数を調整する操業を行い、通気抵抗指数を評価した。所定の結晶水含有量を有する塊鉱石以外の鉄原料としては、焼結鉱を用いた。結果を下記第１表に示す。下記第１表には、操業条件等も記載した。
なお、通気抵抗指数は、Ｋ＝（Ｐ_Ｂ ^２−Ｐ_Ｔ ^２）／Ｖ^１．７×１００で表される指数であり、Ｐ_Ｂ：送風圧（ｋＰａ）、Ｐ_Ｔ：炉頂圧（ｋＰａ）、Ｖ：送風量（Ｎｍ^３／分）である。この値が小さいほど、高炉内の通気性が良好であると評価できる。

上記第１表に示すように、実験例１〜３においては、結晶水含有量が５．５質量％（６質量％未満）の塊鉱石を使用したが、この場合は、その混合率が増加しても、通気抵抗指数はやや上昇したが大きな変化は見られなかった。
しかし、実験例４〜６のように、結晶水含有量が８．６質量％（６質量％以上）の塊鉱石を使用した場合には、その混合率が２０質量％以上になると、通気抵抗指数の上昇が顕著となり、高炉内の通気性の悪化が確認された。そして、コークス比が上昇した操業となった。

次に、実験例５と実験例７とを対比する。両者は共に、結晶水含有量が８．６質量％の塊鉱石を使用し、かつ、その混合率が２１質量％であるが、実験例５では「０．５８」であった鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を、実験例７において「０．５２」に減少させることで、通気抵抗指数が低下し、実験例４（塊鉱石の混合率が１５質量％）と同等以下の通気抵抗指数となり、高炉内の通気性の悪化を抑制できたことが分かった。
この傾向は、塊鉱石の混合率が大きい実験例６と実験例８との対比においても同様であった。すなわち、両者は共に、結晶水含有量が８．６質量％の塊鉱石を使用し、かつ、その混合率が３０質量％であるが、実験例６では「０．５９」であった鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を、実験例８において「０．５１」に減少させることで、通気抵抗指数が低下し、実験例４（塊鉱石の混合率が１５質量％）と同等以下の通気抵抗指数となり、高炉内の通気性の悪化を抑制できたことが分かった。
そして、実験例７および実験例８においては、コークス比の上昇も抑制できた。

ここで、実験例２と実験例７とを見る。両者は、いずれも塊鉱石の混合率が２１質量％であるが、実験例２に対して実験例７は、塊鉱石の結晶水含有量が３．１質量％（８．６質量％−５．５質量％）だけ増加している。この場合、上述した式（２）を考慮すると、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を、実験例２の「０．５８」から「−０．０５１１５（＝−０．０１６５×３．１）」だけ変化させれば、実験例２の通気抵抗指数「２．４６」が維持される。ここで、実験例７においては、実験例２からの鉱石層厚指数（ＬＯＩ）の変化量（ΔＬＯＩ）は「−０．０６（＝０．５２−０．５８）」であり、「−０．０５１１５」よりも大きい変化量であるから、実験例７の通気抵抗指数は「２．４４」となっており、実験例２の通気抵抗指数「２．４６」よりも低い値が得られている。
これは、実験例３と実験例８との対比においても同様である。両者は、いずれも塊鉱石の混合率が３０質量％であるが、実験例３に対して実験例８は、塊鉱石の結晶水含有量が３．１質量％（８．６質量％−５．５質量％）だけ増加している。この場合、上述した式（２）を考慮すると、鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を、実験例３の「０．５７」から「−０．０５１１５（＝−０．０１６５×３．１）」だけ変化させれば、実験例３の通気抵抗指数「２．４９」が維持される。ここで、実験例８においては、実験例３からの鉱石層厚指数（ＬＯＩ）の変化量（ΔＬＯＩ）は「−０．０６（＝０．５１−０．５７）」であり、「−０．０５１１５」よりも大きい変化量であるから、実験例８の通気抵抗指数は「２．４４」となっており、実験例３の通気抵抗指数「２．４９」よりも低い値が得られている。

１：還元試験装置（荷重軟化実験炉）
４：加熱炉
５：試料（鉱石）
６：黒鉛るつぼ
６ａ：底部
６ｂ：ガス流通口
７：パンチ棒
７ａ：押当部
７ｂ：貫通孔
８：円筒状炉心管
９：ヒータ
１０：円筒状反応管
１５：還元ガス入り口
１６：入側配管
１７：排ガス出口
１８：出側配管
２０：圧力計
２１：圧力計
２２：滴下物サンプリング装置
２２ａ：ターンテーブル
Ｐ１１：還元ガスの圧力
Ｐ１２：排ガスの圧力

Claims

高炉の炉頂部からコークスと鉄原料とを交互に装入することで前記高炉内にコークス層と鉄原料層とを交互に層状に堆積させる高炉操業方法であって、
前記鉄原料として、結晶水含有量が６質量％以上の高結晶水鉱石を２０質量％以上含む鉄原料を使用するに当たり、
前記高炉内の最も中心側の鉱石層厚比（Ｌｃ）と前記高炉内の最も炉壁側の鉱石層厚比（Ｌｗ）との比率（Ｌｃ／Ｌｗ）で表される鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を減少させる、高炉操業方法。
ただし、前記鉱石層厚比は、前記鉄原料層の層厚と前記コークス層の層厚との和に対する前記鉄原料層の層厚の比である。
前記高結晶水鉱石の結晶水含有量がΔＣＷ質量％増加する場合に、下記式（２）を満たすように前記鉱石層厚指数（ＬＯＩ）を減少させる、請求項１に記載の高炉操業方法。
ΔＬＯＩ≦−０．０１６５×ΔＣＷ・・・（２）
ただし、ΔＬＯＩは前記鉱石層厚指数（ＬＯＩ）の変化量である。