JP2018024914A

JP2018024914A - 高炉への原料装入方法

Info

Publication number: JP2018024914A
Application number: JP2016157586A
Authority: JP
Inventors: 那由多光岡; Nayuta Mitsuoka; 田中　康太; Yasuta Tanaka; 康太田中; 人志豊田; Hitoshi Toyoda
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-02-15

Abstract

【課題】高炉への原料装入において細粒鉱石を用いても圧損を上昇させないようにする。【解決手段】本発明は、１回分のチャージにおいて原料を炉内に装入するに際して、炉内の中心部にコークスを集中的に装入することで第１コークス層を形成し、第１コークス層の外周側にコークスを装入することで第２コークス層を形成し、粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石を第１コークス層の外周側に装入することで第１鉱石層を形成し、第１鉱石層の外周側に第２鉱石層を形成するものであって、第１鉱石層と第２鉱石層との間に形成される境界面を、内周側から外周側に向かって０度以下の角度として第１鉱石層の上面、または第２コークスの上面に下方に向かって凹んだ凹部を、無次元半径が０．６以上となる範囲に形成し、凹部に粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石と粒径が３ｍｍ以上且つ６ｍｍ未満の細粒鉱石との混合鉱石を、細粒鉱石の原単位が０ｋｇ／ｔ〜３０ｋｇ／ｔとした。【選択図】図６

Description

本発明は、高炉に対してコークスと鉱石とを装入する高炉への原料装入技術に関するものである。

従来より、高炉で溶銑を製造する際には、鉄鉱石（鉱石）とコークスを交互に装入し、炉内で鉱石を還元して溶銑を製造している。具体的には、高炉の下部には、炉内に熱風を吹き込む羽口が形成されており、羽口から吹き込まれた熱風が有する熱エネルギをもとに炉内で鉱石とコークスとが反応して還元反応が進行する。そして、炉内で還元に用いられた熱風は高炉ガスとなって炉内を上昇し、炉頂から炉外に取り出される。

ところで、上述した高炉内においては、装入された鉱石やコークスの層の内部を貫流するように下方から上方に向かって高炉ガスが流れる。炉内に装入される鉱石やコークスには比較的粒度が大きなもの（大粒、中粒の鉱石）が用いられ、鉱石層やコークス層には適度な空隙が多数存在するため、通常であれば高炉ガスは下方から上方へ向かって適切に抜けてゆく。

ところで、近年、今まで使用されてこなかった粒度が小さな鉱石（細粒の鉱石）を用いるニーズが大きくなってきている。このような細粒の鉱石は比較的安価に入手が可能なものの、その取り扱いには配慮が必要である。例えば、細粒の鉱石を用いる場合、従来から用いている大粒、中粒の鉱石間の空隙を細粒の鉱石が埋めることで、下方から上方に向かう高炉ガスの流れ（正常な流れ）が阻害される可能性がある。高炉ガスの流れが停滞すると、吹き抜けのような高炉の操業トラブルに繋がる場合もあり好ましくない。

そこで、細粒の原料を用いても高炉ガスの流れを停滞させることがない原料の装入技術が、以下に示すように開発されている。
例えば、特許文献１は、炉中段部に設けた羽口から還元性ガスを吹き込む際に、還元性ガスを炉内で最大限に活用する原料の装入方法を提案するものであり、高炉のシャフト部羽口から還元性ガスを炉内に吹き込む高炉操業において、炉頂部における炉中心部を１とし炉壁面を０とした際に、「炉壁面０から０．０５の範囲」以上「炉壁面０から０．２００の範囲」以下に、小粒鉄鉱石を装入するものとなっている。このような特許文献１の高炉の操業方法によれば、還元性ガスを炉内で最大限に活用することができ、CO₂排出量の削減が可能となる。

特許文献２は、コークスの装入バッチ（Ｃバッチ）と鉱石の装入バッチ（Ｏバッチ）を交互に、層状に装入するベルレス高炉の原料装入方法を提案するものであり、高炉の炉壁に沿って上昇する周辺流の安定化を図る方法を開示している。特許文献２の原料装入方法は、Ｃ１、Ｃ２、Ｏ１、Ｏ２の４バッチを１チャージとして原料を装入するものであり、Ｃ１バッチにおいて炉壁側から炉の中心に向け下方に傾斜する傾斜コークス層を形成し、Ｃ２バッチにおいて炉の中心部にコークスを装入するものとなっている。また、特許文献２の原料装入方法は、Ｏ１バッチにおいて炉壁から中心にむけて鉱石を装入し、炉壁側に略水平な形状の水平型テラスと、水平型テラスの炉内側先端から炉の中心に向け下方に傾斜する傾斜鉱石層を形成する。最後に、特許文献２の原料装入方法は、Ｏ２バッチにおいてＯ１バッチ層の水平型テラスの上に鉱石を装入するものとなっており、４バッチの最後に行われるＯ２バッチで用いられる鉱石が３ｍｍを超えると共に６ｍｍ以下の粒径を備えた細粒鉱石から構成されているものとなっている。

特許文献３は、コークスを装入するＣバッチと、鉱石を装入するＯバッチとを、交互に層状に装入するベルレス高炉の原料装入方法が開示されている。この特許文献３の装入方法は、Ｃ１、Ｏ１の２バッチで原料を装入する装入パターン、Ｃ１、Ｃ２、Ｏ１の３バッチで原料を装入する装入パターン、Ｃ１、Ｏ１、Ｏ２の３バッチで原料を装入する装入パターン、Ｃ１、Ｃ２、Ｏ１、Ｏ２の４バッチで原料を装入する装入パターン、Ｃ１、Ｏ１、Ｃ２、Ｏ２の４バッチで原料を装入する装入パターンのいずれかで、原料装入を行うものとなっている。そして、篩分けにより５ｍｍを超え〜１０ｍｍ未満の細粒鉱石を製造し、上述した原料装入パターンのうち、Ｏ１バッチ、Ｏ２バッチの少なくともいずれかで、旋回シュートを用いて高炉の炉壁近傍に細粒鉱石を装入するものとなっている。

特許文献４は、高炉への装入前に、焼結鉱及びコークスを粒径で篩分けし、それぞれを粗粒と細粒に分けておくものであり、予め篩い分けされた細粒の焼結鉱が粗粒のコークスの一部と炉壁近傍において混合して存在するように原料を装入するものとなっている。つまり、特許文献４は、ベルレス高炉において、燒結鉱の粒径及びコークスの粒径を径方向で変化させることにより、コークス及び燒結鉱の品質を上げることなく、低還元材比で高出銑の操業を可能とするものとなっている。

特開２０１５−１９９９８４号公報特開２０１５−１８３２４６号公報特開２０１５−１９９９７９号公報特開２０１５−０７４８０１号公報

ところで、特許文献１の原料装入方法は炉外に排出した高炉ガスやＣＯＧを改質し、還元ガスとして再び吹き込んで使用するものであるが、シャフト部から吹き込まれる還元ガスは、炉内部に浸透することが難しく、炉壁近傍を上昇する。そのため、この原料装入方法では、炉壁近傍に小さな細粒の鉄鉱石を装入し、炉壁近傍の通気抵抗を高め、還元ガスの炉内への浸透を促進させる。つまり、特許文献１の原料装入方法は、炉外に排出した高炉ガスを改質して吹き込むような設備を前提としたものであり、大きな設備投資を行わなければ細粒原料を使用することができない構成となっている。

また、特許文献２及び特許文献３の原料装入方法は、細粒の原料を炉内に装入するものであるため、細かい粒子が粒子間の空隙を埋めることで高炉ガスの圧損も上昇すると考えられる。つまり、特許文献２及び特許文献３には、高炉の圧損上昇を抑制しつつ細粒の原料を炉内に装入するという考え方はない。
さらに、特許文献３の技術には、細粒鉱石の粒度が大きいため、原料の篩下発生量が多いという問題もある。

さらにまた、特許文献４の技術においては、細粒焼結鉱を塊コークスと混合させる必要があるため、塊コークスのみの層厚が薄くなる。このため融着帯でのコークススリットが薄層化し、風圧変動が増大する可能性が有る。加えて、第２鉱石層を装入する時には細粒原料装入バッチで装入された第１鉱石層が削り取られ、中心近傍に細粒原料が流れ込んでしまうため、圧損が上昇するという問題もある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、細粒の鉱石を用いたとしても炉内での圧損を上昇させることなく安定した高炉操業が可能とし、且つ安価な製造コストで溶銑を製造することができる高炉への原料装入方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の高炉の原料装入方法は以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の高炉への原料装入方法は、高炉の炉内に、コークスを装入し、続いて前記装入されたコークスの層の上に鉱石を層状に装入するという操作を１回のチャージとし、当該チャージを複数回に亘って繰り返すことで、前記コークスと鉱石とから成る原料を高炉に装入する高炉への原料装入方法であって、前記１回のチャージにおいて前記原料を炉内に装入するに際しては、炉内の中心部にコークスを集中的に装入することで第１コークス層を形成し、前記第１コークス層の形成後に、当該第１コークス層の外周側に、無次元半径が０の位置では当該第１コークス層の高さを超えない高さまで前記コークスを装入することで第２コークス層を形成し、前記第２コークス層の形成後に、粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石を、前記第１コークス層の外周側に装入することで第１鉱石層を形成し、前記第１鉱石層の形成後に、当該第１鉱石層の外周側に第２鉱石層を形成するものであって、
前記第１鉱石層と第２鉱石層との間に形成される境界面が、内周側から外周側に向かうにつれて水平方向に対して０度以下の角度となるように前記粗粒鉱石を装入することで、前記第１鉱石層の上面、または第１鉱石層のさらに外周側に位置する前記第２コークスの上面に、下方に向かって凹んだ凹部を、前記高炉の炉心がゼロとなると共に炉壁が１となる無次元半径が０．６以上となる範囲に形成し、前記凹部に、粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石と粒径が３ｍｍ以上且つ６ｍｍ未満の細粒鉱石との混合鉱石を装入することで、前記第２鉱石層を形成しており、前記混合鉱石における細粒鉱石の原単位を、１チャージあたりの溶銑に対して０ｋｇ／ｔより多く、３０ｋｇ／ｔ以下となる範囲にしていることを特徴とする。

本発明の高炉への原料装入方法によれば、細粒の鉱石を用いたとしても炉内での圧損を上昇させることなく安定した高炉操業が可能となり、且つ安価な製造コストで溶銑を製造することが可能となる。

本実施形態の高炉の断面、及びこの高炉への原料装入方法を模式的に示した図である。本実施形態の原料装入方法において炉壁側に原料を装入している状態を示した図である。本実施形態の原料装入方法において炉中心側に原料を装入している状態を示した図である。本実施形態の原料装入方法と従来の原料装入方法とを比較して示した図である。本実施形態の原料装入方法において第１鉱石層を装入した後の原料装入状態を示した図である。本実施形態の原料装入方法において第２鉱石層を装入した後の原料装入状態を示した図である。第１鉱石層と第２鉱石層との境界付近での原料装入状態を示した図である。Ｗ型融着帯と逆Ｖ型融着帯の原料装入状態を示した図である。従来の高炉への原料装入方法を模式的に示した図である。第４バッチで混合鉱石を装入する際に凹部以外にも混合鉱石を装入した場合の原料装入状態を示した図である。第４バッチ以降で混合鉱石を装入する際に、細粒原料を凹部に入れると共に、最も周辺部の位置に入れている場合の原料装入状態を示した図である。

以下、本発明に係る高炉１への原料装入方法の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
まず、高炉１への原料装入方法を説明するに先立ち、本発明が用いられる高炉１について説明する。
図１は、本実施形態の原料装入方法が行われる高炉１の構造を模式的に示したものである。

図１に示すように、高炉１は、上下方向に長い塔筒状の炉体２を有している。この炉体２は、鉄皮で覆われると共に、鉄皮の内部が冷却されたものとなっている。
具体的には、高炉１の炉体２は、上部から下方にかけて下広がりになっていて、上側から下側にかけてシャフト部、ボッシュ部、炉床部などが上下方向に順番に並んで設けられている。

図２に示すように、高炉１の炉頂には、高炉１内に装入する原料を受け入れる炉頂ホッパー３と、炉頂ホッパー３の原料を炉内に装入するベルレス４（ベルレス旋回シュート）と、が設けられている。
具体的には、炉頂ホッパー３には異なる原料を受け入れる第１ホッパー３ａ及び第２ホッパー３ｂがあり、それぞれのホッパー３ａ、３ｂには原料の排出をコントロール可能な原料排出ゲート５ａ、５ｂが設けられている。ベルレス４は、炉頂ホッパー３から送られてきた原料を炉内の所定箇所に投入する部材であり、上述した２つのホッパー３ａ、３ｂのそれぞれに連通していて、２つのホッパー３ａ、３ｂのいずれかの原料を装入可能となっている。

例えば、第１ホッパー３ａに鉱石Ｏを装入し、第２ホッパー３ｂにコークスＣを投入しておき、第２ホッパー３ｂの原料排出ゲート５ｂを閉鎖した状態で第１ホッパー３ａの鉱石Ｏをベルレス４に送って、鉱石Ｏを高炉１の内部に装入し、第１ホッパー３ａの原料排出ゲート５ａを閉鎖した状態で第２ホッパー３ｂのコークスＣをベルレス４に送って、高炉１の内部にコークスＣを装入すれば、鉱石ＯとコークスＣとの交互装入が実現できる。

図２に示す如く、このようにして炉内に装入された原料の堆積形状は、予め設置されたプロフィールメーター６を用いて計測される。すなわち、このプロフィールメーター６は、高炉１内を径方向に沿って入れる検知棒７の先端に配備されており、超音波を用いて非接触状態で炉内に装入された原料の高さを検知する構成とされている。つまり、炉内に装入された原料に向かってプロフィールメーター６から超音波を照射し、原料に当たって反射した超音波を検知することで、装入された原料の高さ（堆積形状）を検出可能とされている。また、プロフィールメーター６は、検知棒７を炉内に入れる長さを変更することで、検知箇所（炉内の中心を基準とするプロフィールメーター６の位置）を変更可能とされている。

一方、高炉１における炉床部の側壁には、炉内に熱風を吹き込む羽口８が設けられている。この羽口８からは、熱風、あるいは微粉炭を含む熱風が吹き込まれており、吹き込まれた熱風及びコークスＣによって炉内で鉱石Ｏを還元することで溶銑（銑鉄）が製造される。
ところで、上述した高炉１で原料を装入する際には、ベルレス４を用いて第１ホッパー３ａの鉱石Ｏを所定量だけ一度に炉内に装入し、次にベルレス４を用いて第２ホッパー３ｂのコークスＣを所定量だけ一度に炉内に装入する。このようにベルレス４を用いてホッパ３内の原料を所定量ごと一度に装入する操作を本明細書では「ダンプ」といい、本実施形態では１バッチが１ダンプに相当する。

近年は炉内での通気性を高めるために、「コークス中心装入」方式で原料の装入が行われる場合が多い。
図３に示すように、「コークス中心装入」は、外周側を除く炉内の中心側だけにコークスＣを装入するものであり、原料中でのコークス比を炉中心側だけ高めることで、炉内での通気性を向上させるものとなっている。

つまり、「コークス中心装入」方式で原料を装入する場合には、図４の上側に示すようにまずコークスＣを炉内の全面に均等に装入するコークスバッチ（Ｃ２）を行い、次にコークスＣを炉内の中心のみに重点的に装入するコークスバッチ（Ｃ１）を行い、最後に鉱石Ｏを炉内の全面に均等に装入する鉱石バッチを行うものとなっている。そして、３つのバッチを１チャージとして、以降はこのチャージが繰り返されることで原料の装入が行われている。

ところで、上述した図４に示す原料装入方法で原料を装入すると、炉内では図９に示すような従来の断面構造の装入状態が得られる。
つまり、図９は、１チャージ分の原料装入状態を、上下方向に沿って切断した断面構造を示したものであり、従来の原料装入状態を示したものである。
図９中において、点線で示される位置は炉の中心であり、太い実線で示される位置は炉壁を示している。

図９に示す断面構造では、最下層にコークスバッチ（Ｃ２）が堆積したものとなっている。このコークスバッチ（Ｃ２）の層は、炉内の全面に広がって形成されたものとなっていて、炉中心側が外周側よりもやや堆積厚みが薄いものの、炉中心側から炉壁にかけてある程度の堆積厚みを有したものとなっている。
コークスバッチ（Ｃ２）の上には、炉の中心側のみにコークスバッチ（Ｃ１）の層が形成されている。このコークスバッチ（Ｃ１）の層は、「コークス中心装入」方式で原料を炉の中心側に重点的に装入することで形成されるものであり、炉壁に近い外周側には形成されていない。また、コークスバッチ（Ｃ１）は山状に積層され、その高さは高炉１の炉心が「ゼロ」となると共に炉壁が「１」となる無次元半径０の位置ではコークスバッチ（Ｃ２）よりも高くなっている。この無次元半径とは、炉中心が「０」、炉壁が「１」となるように規格化された半径のことである。例えば、炉内のある点Ａの無次元半径の場合であれば、炉中心から点Ａまでの半径を、高炉炉口半径（炉中心から炉壁までの半径）で除したものとなる。

そして、このコークスバッチ（Ｃ１）の層の外周側には、鉱石バッチの層が形成されている。この鉱石バッチは、コークスバッチ（Ｃ１）の層の外周縁から炉壁までの範囲に形成されており、コークスバッチ（Ｃ１）の層厚よりは薄いものの、コークスバッチ（Ｃ２）よりも厚い層厚で形成されている。
ところで、上述した鉱石バッチに用いられる鉱石Ｏには、粒径が６ｍｍ以上の塊鉱石やペレット鉱（以降、粒径が６ｍｍ以上の鉱石を粗粒鉱石という）が用いられている。このような粗粒鉱石は、原鉱石を篩い分けするなどして得られており、粒径が６ｍｍを下回る鉱石Ｏ（以降、細粒鉱石という）は原料として用いられてこなかった。

しかし、近年は、従来は用いられて来なかった細粒鉱石も原料として利用したいというニーズが生じている。例えば、このような細粒鉱石を粗粒鉱石に混合して原料に用いた場合、粗粒鉱石の粒子間を細粒鉱石の粒子が埋め、炉壁に近い外周側のみならず炉内の中心側でも通気性が悪化する。
そこで、本発明の高炉１の原料装入方法では、次に示す（第１バッチ）〜（第４バッチ）の４つのバッチを順番に行う操作を１チャージとして、このチャージを繰り返すことで、炉内に原料を装入するようにしている。

すなわち、
（第１バッチ）：炉内の中心部にコークスＣを集中的に装入することで第１コークス層Ｃ１を形成する。
（第２バッチ）：第１コークス層Ｃ１の形成後に、第１コークス層Ｃ１の外周側に、無次元半径０の位置では第１コークス層Ｃ１の高さを超えない高さまでコークスＣを装入することで第２コークス層Ｃ２を形成する。
（第３バッチ）：第２コークス層Ｃ２の形成後に、粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石を、第１コークス層Ｃ１の外周側に装入することで第１鉱石層Ｏ１を形成する。
（第４バッチ）：第１鉱石層Ｏ１の形成後に、当該第１鉱石層Ｏ１の外周側に第２鉱石層Ｏ２を形成する。

としている。
なお、上述した粗粒鉱石を装入して第１鉱石層Ｏ１を形成する際には、第１鉱石層Ｏ１と第２鉱石層Ｏ２との間に形成される境界面９が、内周側から外周側に向かうにつれて水平方向に対して０度以下の角度α（境界角度α）となるように粗粒鉱石を装入する。そして、第１鉱石層Ｏ１の上面、または第１鉱石層のさらに外周側に位置する第２コークスＣ２の上面に、下方に向かって凹んだ凹部１０を形成する。この凹部１０は、高炉１の炉心が「ゼロ」となると共に炉壁が「１」となる無次元半径が０．６以上となる範囲に形成するものとなっている。凹部１０に、粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石と粒径が３ｍｍ以上且つ６ｍｍ未満の細粒鉱石との混合鉱石を装入することで、第２鉱石層Ｏ２を形成しており、混合鉱石における細粒鉱石の原単位を、１チャージあたりの溶銑に対して０ｋｇ／ｔより多く、かつ３０ｋｇ／ｔ以下となる範囲にしている。

次に、本実施形態の高炉１の原料装入方法を構成する第１バッチ〜第４バッチについて詳しく説明する。
図５に示すように、上述したように第１バッチは、炉内の中心部にコークスＣを集中的に装入することで第１コークス層Ｃ１を山状に形成するものとなっている。この第１バッチでのコークスＣの装入は、上述したベルレス４を用いたものであり、高炉１の炉内中心部へ集中的にコークスＣを装入するものとなっている。つまり、ベルレス４の傾動角度を大きなもの（垂直に近いもの）としつつ、炉中心部のみにコークスＣを集中的に装入する。

このように炉内の中心部へのコークスＣの装入を、第２バッチでのコークス装入の前に行えば、第２バッチでコークスＣを装入する際に、第３バッチ以降で装入された鉱石Ｏが炉中心部へ流れ込むことを抑制することができる。つまり、鉱石中の酸化鉄とＣＯガス（一酸化炭素ガス）の反応によりＣＯ_２ガス（二酸化炭素ガス）が発生するが、この後にコークスとＣＯ_２ガス（二酸化炭素ガス）との反応でＣＯガス（一酸化炭素ガス）が発生し、コークスＣは小粒化する。中心装入コークスを通常コークス装入する前に装入することで通常コークス装入時の中心部への鉱石Ｏ流れ込みを抑制することができるため、ＣＯ_２ガスと中心装入コークスによる反応でコークスＣが小粒化することを抑制でき、高炉１の操業が安定する。

第２バッチは、炉中心部にコークスＣを集中的に装入することで第１コークス層Ｃ１の形成後に、第１コークス層Ｃ１の外周側に、更にコークスＣを装入するものとなっている。第２バッチで装入される第２コークス層Ｃ２は、第１コークス層Ｃ１との境界面から、炉壁までの範囲に形成されるものである。
さらに、第２コークス層Ｃ２は、無次元半径０の位置では第１コークス層Ｃ１の高さを超えない高さまでコークスＣを装入することで形成されるものとなっており、コークスバッチ（Ｃ２）の層は、炉内の全面に広がって形成されたものとなっていて、炉中心側から炉壁にかけてある程度の堆積厚みを有したものとなっている。

なお、本実施形態の原料装入方法の場合、上述した第１バッチで装入されるコークスＣの種類と、第２バッチで装入されるコークスＣの種類とは同じものとなっている。また、第１バッチも第２バッチも共にコークスの粒度範囲は28mm〜100mmとなっている。しかし、第１バッチで装入されるコークスＣの種類と、第２バッチで装入されるコークスＣの種類とに異なる種類のものや上述した粒度範囲で粒度が異なるものを用いても良い。

第３バッチ、及び第３バッチに続く第４バッチは、いずれも鉱石Ｏを装入する鉱石バッチに関するものである。つまり、通常中心装入を行う高炉では、コークスＣは２バッチ／チャージに分割されることはあっても、鉱石Ｏは１バッチ／チャージのままであることが多い。しかし、本実施形態の原料装入方法は、コークスＣだけでなく鉱石Ｏをも２バッチ／チャージに分割したものとなっている。つまり、本実施形態の原料装入方法は、上述した第１バッチ〜第４バッチの各バッチでベルレス４を１回以上旋回させつつ鉱石ＯやコークスＣを装入し、堆積形状の変動を抑制しつつ装入を行うことができるものとなっている。

第３バッチは、第２コークス層Ｃ２の形成後に、粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石を、第２コークス層Ｃ２の外周側に装入することで第１鉱石層Ｏ１を形成するものである。この第３バッチで装入される粗粒鉱石は、高炉１での通気性を確保するため、予め粒径が大きくなるように篩い分け等されたものとなっている。つまり、本実施形態の原料装入方法の場合であれば、原料を６ｍｍの目開きの篩いで篩い分けし、篩下のものを粒径が３ｍｍ〜６ｍｍの細粒鉱石、篩上のものを粗粒鉱石として篩い分けている。上述した第３バッチは、篩下の粗粒鉱石のみを装入するものとなっている。

なお、粗粒鉱石や細粒鉱石に用いられる主原料は、焼結鉱、ペレット、及び塊鉱石を混合するか、単独で用いたものである。また、副原料としては、粒度範囲が8mm〜30mmの石灰石、粒度範囲が8mm〜30mmの珪石、粒度範囲が8mm〜30mmの転炉スラグ、粒度範囲が8mm〜28mmの小粒コークスを使用した。
図６に示すように、第４バッチは、第１鉱石層Ｏ１の形成後に、当該第１鉱石層Ｏ１の外周側に第２鉱石層Ｏ２を形成するものである。具体的には、第４バッチは、上述した第１鉱石層Ｏ１の周辺部に、下方に向かって窪む凹部１０（ポケット）を作成し、この凹部１０に粗粒鉱石と細粒鉱石とを混合した混合鉱石を装入するものとなっている。

第４バッチで装入される原料に混合鉱石を用いれば、混合鉱石中では粗粒鉱石と細粒鉱石とが混合し合っているので、粒径が小さな細粒鉱石が高炉ガスにより飛ばされることが防止される。つまり、高炉１の炉内は高炉ガスが炉下部から炉上部へと流れ、原料は炉上部から炉下部へと降下するものとなっており、原料と高炉ガスとが対流場（炉内では上方に向かって高炉ガスが流れ、下方に向かって原料が降下する場）を形成する。

このため、炉中心の近くに装入される原料に粒径が小さなものを用いすぎると、炉中心部はガス流速が早いため、圧損の上昇量が大きくなる。
また、上述した凹部１０を第１鉱石層Ｏ１の周辺部（外周側）に形成すれば、凹部１０が装入された原料をこぼすことなく受け取るため、細粒鉱石を含む鉱石バッチ（原料）をガス流速の遅い周辺部に確実に配置することができる。さらに、細粒鉱石を粒径が大きな原料と混合して用いることで高炉ガスによる細粒鉱石の吹き飛びが起きることが抑制できるため、炉内で鉱石ＯとコークスＣとを確実に反応させることが可能となる。

図７に示すように、この凹部１０を確実に形成するには、第１鉱石層Ｏ１と第２鉱石層Ｏ２との間に形成される境界線（最も炉内側で第１鉱石層Ｏ１と第２鉱石層Ｏ２とが接している点（図７のＸ点）と、最も炉壁側で第１鉱石層Ｏ１と第２鉱石層Ｏ２とが接している点（図７のＹ点）とを結んだ線）が、内周側から外周側に向かうにつれて水平方向に対して０度以下の角度αとなるように、第３バッチで粗粒鉱石を装入するとよい。つまり、第１鉱石層Ｏ１の外周側の上面、言い換えれば第１鉱石層Ｏ１と第２鉱石層との間の境界面９が内周側から外周側に向かうにつれて下がるように傾斜していれば、第１鉱石層Ｏ１の外周側に下方に向かって凹んだ凹部１０が自ずと形成される。

さらに、上述した凹部１０は、第１鉱石層Ｏ１の上面、または第１鉱石層のさらに外周側に位置する第２コークス層Ｃ２の上面に、無次元半径が０．６以上となる範囲に形成されている。
上述した凹部１０を無次元半径が０．６より小さな範囲、言い換えれば無次元半径が０．６の位置よりも炉心側に凹部１０を形成すると、圧損が大きく上昇してしまい、「細粒鉱石を用いても圧損の上昇を起こさないようにする」という本発明の作用効果が成立しなくなる。

さらにまた、第４バッチで装入される混合鉱石の装入量は、混合鉱石における細粒鉱石の原単位が、１チャージあたりの溶銑に対して０ｋｇ／ｔより多く、かつ３０ｋｇ／ｔ以下となる範囲とされている。混合鉱石における細粒鉱石の原単位が３０ｋｇ／ｔよりも大きくなると、圧損の上昇が無視できなくなる。
なお、原単位（ｋｇ／ｔ）とは、１チャージの溶銑１ｔ当りに使用した原料の使用量(kg)であり、１チャージ当りの使用原料の重量(kg)を１チャージ当りの装入鉄分(ｔ)で除したものとなっている。また、１チャージ当りの装入鉄分は、使用原料の鉄分をあらかじめ分析により求めておき、使用原料装入量(t)×分析鉄分(wt%)にて求めることができる。本実施形態では、ペレットや塊鉱等の各使用原料ごとに鉄分をあらかじめ求めておき、それらの装入鉄分の積算することで１チャージ当りの装入鉄分を求めた。

さらに、上述した方法では原単位を１チャージ当りとして計算したが、１日で使用した原料の重量（ｋｇ）を出銑口から１日に取り出される溶銑の重量（ｔ）で除したものや、１ヶ月で使用した原料の重量（ｋｇ）を出銑口から１ヶ月に取り出される溶銑の重量（ｔ）で除したものを用いても良い。
上述した第１バッチから第４バッチを１チャージとして原料を装入すれば、炉壁に近い周辺部に粒径の小さい原料が装入され、炉中心に近い炉中心部に粒径の大きい原料が装入されるため、圧損を増加させることなく原料に粒径の小さい細粒鉱石を使用することができる。つまり、本実施形態の原料装入方法であれば、圧損の上昇を招くとの理由から原料に用いることができなかった細粒鉱石を原料として有効に用いることが可能となる。

また、本実施形態の原料装入方法で原料を装入すれば、図８の右側に示すように炉周辺側での高炉ガスの流れ（周辺ガス流）が抑制されると共に、炉中心側での高炉ガスの流れ（中心ガス流）が促進され、炉内に逆Ｖ型の融着帯が形成される。つまり、高炉ガスの流れが遅い周辺部に細粒鉱石を配置し、高炉ガスの流れが速い中心部に粗粒鉱石を配備して通気性を確保することで、高炉１内での通気性の悪化を抑制することができる。その結果、図８の左側に示すようなＷ型の融着帯が炉内に形成されることがなくなり、吹き抜けなどのトラブルを招へいすることなく安定した高炉１の操業を行うことが可能となる。

次に、実施例及び比較例を用いて、上述した本実施形態の原料装入方法が有する作用効果を説明する。
実施例及び比較例は、内容積が２１１２ｍ^３の高炉１を用いて実際に原料を装入したものである。この高炉１は、羽口数が２５個、出銑口が２本のものであり、炉頂には炉内に原料を装入可能なベルレス４が配備されている。また、この高炉１には、炉体２を冷却するために冷却板が取り付けられており、冷却板内を通水することで炉体２を冷却可能とされている。このようにして炉内に装入された原料の高さは、マイクロ波方式のプロフィールメーター６で高さを計測した。

また、実施例及び比較例において高炉１内に装入される原料には、コークスＣと鉱石Ｏとがある。また、鉱石Ｏには、２０％〜４０％の塊鉱石と、６０％〜８０％のペレット鉱とが含まれている。コークスＣは８ｍｍ〜１００ｍｍの粒径のものである。さらに、鉱石Ｏを構成する塊鉱石は８ｍｍ〜３０ｍｍの粒径のものであり、鉱石Ｏを構成するペレット鉱は６ｍｍ〜１８ｍｍの粒径のものである。なお、鉱石Ｏとしては、ペレット鉱と塊鉱石を別々に篩い分けして用いている。

上述した実施例及び比較例は、「第１バッチでコークスＣの中心装入を行っているかどうか」、「鉱石Ｏの装入バッチを２バッチに分割しているかどうか」、「第３バッチに粗粒鉱石のみを用いているか」、「第４バッチに混合鉱石を用いているか」、「第１鉱石層Ｏ１と第２鉱石層Ｏ２との境界線が０°以下かどうか」、「凹部１０が無次元半径０．６以上１．０以下の範囲に形成されているかどうか」、「凹部１０に混合鉱石を装入しているか」、「細粒鉱石の原単位が０ｋｇ／ｔより多く３０ｋｇ／ｔ以下の範囲であるか」などの条件をそれぞれ変更した場合に、「圧損上昇量」がどのように変化するかを評価したものである。

この「圧損上昇量」は、高炉１の上下での圧力差を細粒鉱石の使用開始から１８時間後に求め、求められた圧力差が従来の操業条件に比して上昇しているかどうかで示される。つまり、まず高炉１へ熱風を送るブロアーの圧力、つまり高炉１の下部での圧力を、圧力計で計測する。次に、炉頂の圧力を、圧力計で計測する。このようにして得られたブロアーの圧力計測値から炉頂の圧力計測値を差し引いたものが、「高炉１の上下での圧力差」である。このような「高炉１の上下での圧力差」を、鉱石の装入バッチを２バッチに分割していない従来の操業条件の際に求め、求められた従来の操業条件の圧力差よりも実施例及び比較例の圧力差が小さくなったか、大きくなったかで評価している。つまり、圧力差が小さくなった場合には圧損上昇量は○の評価となり、圧力差が大きくなった場合には圧損上昇量は×の評価となる。

以降に、実施例及び比較例の結果を、表１に示す。

なお、上述した表１の結果において、圧損上昇量が「±０．０」となっている場合は、圧損の変化が無いことを意味している。また、圧損上昇量が「−０．０」となっている場合は、小数点２桁以下の値が存在し（マイナス値）、圧損上昇量が四捨五入により０．０となっていることを意味している。
実験「No.1」は、第１バッチで周辺部へコークスＣを装入して第２コークス層Ｃ２を形成し、第２バッチでコークスＣを中心装入して第１コークス層Ｃ１を形成している。また鉱石Ｏの装入バッチは２バッチに分割されておらず、粗粒鉱石を１バッチのみ装入するものとなっている。鉱石バッチで装入される鉱石Ｏも粗粒鉱石のみとなっている。圧損上昇量を計算したところ圧損上昇量は「±０.０ｋＰａ」であり、本発明の請求範囲から外れている実験「No.1」では、圧損上昇量の評価結果は×となっている。

実験「No.2」は、「No.1」と同様に第１バッチで周辺部へコークスＣを装入して第２コークス層Ｃ２を形成し、第２バッチでコークスＣを中心装入して第１コークス層Ｃ１を形成している。また鉱石Ｏの装入バッチは２バッチに分割されていない。「No.2」が「No.1」と異なるのは、鉱石装入バッチで装入される鉱石Ｏに、混合鉱石が用いられている点である。圧損上昇量を計算したところ圧損上昇量は「＋３．７ｋＰａ」であり、本発明の請求範囲から外れている実験「No.2」では、圧損上昇量の評価結果は×となっている。

実験「No.3」〜「No.7」は、コークスＣの装入バッチも、鉱石Ｏの装入バッチも、２バッチに分割し、原料の装入を第１バッチから第４バッチの４バッチに分けて行ったものである。つまり、第１バッチでコークスＣを中心装入して第１コークス層Ｃ１を形成し、第２バッチで周辺部へコークスＣを装入して第２コークス層Ｃ２を形成し、第３バッチで第１コークス層Ｃ１の周囲に粗粒鉱石を装入して第１鉱石層Ｏ１を形成し、第４バッチで第１鉱石層Ｏ１の周辺部に混合鉱石を装入して第２鉱石層Ｏ２を形成している。なお、第１鉱石層Ｏ１と第２鉱石層Ｏ２との境界線９の角度（境界角度α）はいずれも０°以下とされており、無次元半径が０．６または０．８の位置に形成された凹部１０に、細粒鉱石が5kg/t、10 kg/t、15 kg/t、20 kg/t、30 kg/t含まれる混合鉱石を装入している。圧損上昇量を計算したところ圧損上昇量は「−０．０ｋＰａ〜−４．２ｋＰａ」であり、本発明の請求範囲に含まれる実験「No.3」〜「No.7」はいずれも圧損上昇量の評価結果が○とな
っている。

実験「No.8」〜「No.13」は、第１バッチで周辺部へコークスＣを装入して第２コークス層Ｃ２を形成し、第２バッチでコークスＣを中心装入して第１コークス層Ｃ１を形成している。ただ、鉱石Ｏの装入バッチは２バッチに分けて装入している。また、「No.8」は境界角度が０°となっており、「No.3」〜「No.7」とは異なり、第１バッチでコークスＣを中心装入していない。さらに、「No.9」〜「No.13」で凹部が形成されている位置は無次元半径が０．４の領域であり、境界線の角度はいずれも０°より大きい範囲となっている。

圧損上昇量を計算したところ圧損上昇量は「＋１．０ｋＰａ〜＋６．２ｋＰａ」であり、本発明の請求範囲に含まれない実験「No.8」〜「No.13」は、いずれも圧損上昇量の評価結果が×となっている。
実験「No.14」は、「No.3」〜「No.7」と同様に、原料の装入を第１バッチから第４バッチの４バッチに分けて行ったものである。実験「No.14」が「No.3」〜「No.7」と異なっている点は、第４バッチで混合鉱石を装入する際に凹部以外にも装入した点である。

具体的には、実験「No.14」に示すように「混合鉱石を凹部以外にも装入する」場合の例としては、図１０に示すように第４バッチの前段で粗粒鉱石の第１鉱石層Ｏ１を装入し、第４バッチを凹部以外の場所である第１鉱石層Ｏ１の上層にも装入したものとなっている。この場合、無次元半径０．６よりも炉内側に細粒原料（混合鉱石）が装入される。
実験「No.14」で圧損上昇量を計算したところ圧損上昇量は「＋４．２ｋＰａ」であり、本発明の請求範囲に含まれない実験「No.14」は、圧損上昇量の評価結果が×となっている。

なお、図１１に示すように第４バッチの前段で混合鉱石を装入し、第４バッチの後段で装入された混合鉱石のさらに外周側に粗粒鉱石のみを装入した場合には、「混合鉱石を凹部のみに装入する」ことになり、圧損上昇量の評価結果も○となって、本発明の請求範囲に含まれるものとなる。
以上のことから、上述した本発明の原料装入方法を行えば、炉内での圧損を上昇させることなく細粒鉱石を用いて、安価な製造コストで溶銑を製造することができると判断される。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

上述した実施形態では１チャージが２バッチのコークス装入バッチと２バッチの鉱石装入バッチとで構成された例を挙げた。しかし、本発明の原料装入方法において１チャージに含まれる鉱石装入バッチは、２バッチ以上であってもよい。

１高炉
２炉体
３炉頂ホッパー
４ベルレス（ベルレス旋回シュート）
３ａ第１ホッパー
３ｂ第２ホッパー
５ａ第１ホッパーの原料排出ゲート
５ｂ第２ホッパーの原料排出ゲート
６プロフィールメーター
７検知棒
８羽口
９境界面
１０凹部
Ｃコークス
Ｃ１第１コークス層
Ｃ２第２コークス層
Ｏ鉱石
Ｏ１第１鉱石層
Ｏ２第２鉱石層
α 境界角度

Claims

高炉の炉内に、コークスを装入し、続いて前記装入されたコークスの層の上に鉱石を層状に装入するという操作を１回のチャージとし、当該チャージを複数回に亘って繰り返すことで、前記コークスと鉱石とから成る原料を高炉に装入する高炉への原料装入方法であって、
前記１回のチャージにおいて前記原料を炉内に装入するに際しては、
炉内の中心部にコークスを集中的に装入することで第１コークス層を形成し、
前記第１コークス層の形成後に、当該第１コークス層の外周側に、無次元半径が０の位置では当該第１コークス層の高さを超えない高さまで前記コークスを装入することで第２コークス層を形成し、
前記第２コークス層の形成後に、粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石を、前記第１コークス層の外周側に装入することで第１鉱石層を形成し、
前記第１鉱石層の形成後に、当該第１鉱石層の外周側に第２鉱石層を形成するものであって、
前記第１鉱石層と第２鉱石層との間に形成される境界面が、内周側から外周側に向かうにつれて水平方向に対して０度以下の角度となるように前記粗粒鉱石を装入することで、前記第１鉱石層の上面、または第１鉱石層のさらに外周側に位置する前記第２コークスの上面に、下方に向かって凹んだ凹部を、前記高炉の炉心がゼロとなると共に炉壁が１となる無次元半径が０．６以上となる範囲に形成し、
前記凹部に、粒径が６ｍｍ以上の粗粒鉱石と粒径が３ｍｍ以上且つ６ｍｍ未満の細粒鉱石との混合鉱石を装入することで、前記第２鉱石層を形成しており、
前記混合鉱石における細粒鉱石の原単位を、１チャージあたりの溶銑に対して０ｋｇ／ｔより多く、３０ｋｇ／ｔ以下となる範囲にしている
ことを特徴とする高炉への原料装入方法。