JP2018178164A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヤード経由コークスを用いる場合であっても設備費用が高くならない高炉操業方法を提供すること。【解決手段】ヤード経由コークスを使用する高炉操業方法であって、ヤード経由コークスは、通常用いられる直送コークスに対し、中心コークス、または塊コークスの少なくとも一方の篩分け分級点が大きく、小塊コークスの使用量が多いことを特徴とする高炉操業方法。ここで、中心コークスとは、高炉の中心部近辺に装入するコークス、塊コークスとは、鉱石層と鉱石層の間に炉径方向の全域に装入するコークス、小塊コークスとは、鉱石層に混合させるコークスをいう。また、ヤード経由コークスとは、ヤードを経由して高炉に搬送されるコークス、直送コークスとは、ヤードを経由することなく、コークス製造工程からベルトコンベアを用いて高炉に搬送されるコークスをいう。【選択図】なし

Description

本発明は高炉操業方法に関する。

高炉の操業に用いられるコークスには、ヤードを経由して高炉に搬送されるヤード経由コークスと、コークス製造工程からベルトコンベア等を用いて高炉に搬送される直送コークスとがある。

このうち、ヤード経由コークスはヤードに一旦貯蔵された後にコークスとして製鉄等に用いている。コークス工程で製造されたコークスをヤード経由にする理由は、一つは、製鉄所のコークス製造能力が、高炉に必要なコークス量より小さく、外部からコークスを購入する場合があり、この場合、輸送船から荷揚げされたコークスは、一旦、ヤードに貯蔵されるためである。もう一つは、高炉がメンテナンスのために休風する時に、コークスがヤードに貯蔵される場合があるためである。

このヤードは、露天の保管場所であるため、雨天の際に雨水がコークスの内部まで浸透し、コークスの平均水分値が上昇する。

そのため、ヤード経由コークスは直送コークスと比較して水分の含有量が多く、高炉に装入すると温度の低下を招く場合がある。

また、コークスの水分増加がどの程度かはヤード周辺の天候に左右されるため、ヤード経由コークスは直送コークスと比較して水分の含有量のばらつきを生じやすい。

こうした水分量の多い原料では、原料の粒子に粉原料が水分によって付着しているため、篩等により粒度調整を行っても粉原料が除去できない場合が生じる。また、このような水分を含んだ粉原料は篩の網そのものにも付着しやすいため、篩の目詰まりの原因となり、その結果さらに原料の篩分けが困難になるという問題がある。

このように、ヤード経由コークスは直送コークスと比較して水分の点で問題を有している。

そこで、ヤード経由コークスを高炉に搬送する前に乾燥することにより、水分を除去することが行われている（特許文献１）。

特開２０１０−０９６４９１号公報

しかしながら、特許文献１のようにヤード経由コークスを乾燥する場合、乾燥に必要な設備が必要になり、設備費用が高くなるという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヤード経由コークスを用いる場合であっても設備費用が高くならない高炉操業方法を提供することにある。

上記した課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
（１）ヤード経由コークスを使用する高炉操業方法であって、
ヤード経由コークスは、通常用いられる直送コークスに対し、中心コークス、または塊コークスの少なくとも一方の篩分け分級点が大きく、小塊コークスの使用量が多いことを特徴とする高炉操業方法。

ここで、中心コークスとは、高炉の中心部近辺に装入するコークス、塊コークスとは、鉱石層と鉱石層の間に炉径方向の全域に装入するコークス、小塊コークスとは、鉱石層に混合させるコークスをいう。

また、ヤード経由コークスとは、ヤードを経由して高炉に搬送されるコークス、直送コークスとは、ヤードを経由することなく、コークス製造工程からベルトコンベアを用いて高炉に搬送されるコークスをいう。
（２）前記中心コークスは、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、３ｍｍ以上７ｍｍ以下大きく、
前記塊コークスは、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、３ｍｍ以上７ｍｍ以下大きく、
前記小塊コークスは、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、８ｍｍ以上１２ｍｍ以下小さいことを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
（３）前記中心コークスは直送コークスであり、
前記塊コークスはヤード経由コークスであり、篩分け下限分級点が４３ｍｍ以上、４７ｍｍ以下であり、
前記小塊コークスは、前記塊コークスの篩下を用いることを特徴とする、（１）に記載の高炉操業方法。

本発明によれば、ヤード経由コークスを用いる場合であっても設備費用が高くならない高炉操業方法を提供することができる。

本実施形態に係る高炉操業方法の概要を説明するための図。 実施例および比較例のコークス層と鉱石層の空隙率を鈴木・一田モデルを用いて計算した結果を示す図であって、図中の数値は小数点以下３桁を四捨五入している。 実施例および比較例のコークス層と鉱石層の圧力損失を計算した結果を示す図。

高炉の原料装入方法においては、一般的に、鉱石（Ｏ）とコークス（Ｃ）が交互に層状に装入し１チャージとする（Ｃ_１，Ｏ_１）装入がある。その他にも、コークスまたは鉱石を２以上のバッチに分け１チャージとする（Ｃ_１，Ｃ_２，Ｏ_１）、（Ｃ_１，Ｏ_１，Ｃ_２，Ｏ_２）、（Ｃ_１，Ｃ_２，Ｏ_１、Ｏ_２）等の装入方法もある。

以下、本明細書では、（Ｃ_１，Ｃ_２，Ｏ_１）の３バッチ装入をベースとして本発明の説明をするが、その他のバッチ装入においても、本発明は同様に適用できるものである。

以下、図面に基づき本発明に好適な実施形態について詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る高炉操業方法の概要について図１を参照して説明する。

図１に示すように、高炉操業においては鉱石層１３とコークス層９を交互に装入して積層する。

ここで、コークス層９の装入の際には、まず高炉の中心部近辺に中心コークス１１（Ｃ_１）を装入し、その後鉱石層１３（Ｏ_１）と鉱石層１３（Ｏ_１）の間に炉径方向の全域に塊コークス１５（Ｃ_２）を装入する。中心コークス１１（Ｃ_１）を装入するのは、高炉中心流を確保するためである。

その後は中心コークス１１（Ｃ_１）の装入、塊コークス１５（Ｃ_２）の装入、鉱石層１３（Ｏ_１）の装入を繰り返す。

また、図１に示すように、本実施形態に係る高炉操業方法では鉱石層１３（Ｏ_１）に小塊コークス１７を混合させている。鉱石層１３（Ｏ_１）に小塊コークス１７を混合させるのは、鉱石層１３（Ｏ_１）の通気性向上と鉱石の還元性の向上を図るためである。

本実施形態ではコークスとしてヤード経由コークスを含むコークスを使用する。

ここで、ヤード経由コークスとは、ヤードを経由して高炉に搬送されるコークスをいう。

また、ヤードを経由することなく、コークス製造工程からベルトコンベアを用いて高炉に搬送されるコークスを、直送コークスという。

本発明においては、ヤード経由コークスは、通常用いられる直送コークスに対し、中心コークス１１、または塊コークス１５の少なくとも一方の篩分け下限分級点が大きく、ヤード経由コークス使用時は、小塊コークス１７の使用量が多い。

理由は以下の通りである。

ヤード経由コークスは直送コークスと比べて水分のばらつきが大きいため、小粒径のコークスが、いわゆる「まぶりつき粉」として大粒径のコークスに付着して、通気性を悪化させることがある。

そのため、コークスの空隙率を確保し、高炉のガス流を安定化するためには、中心コークス１１（Ｃ_１）および塊コークス１５（Ｃ_２）の小粒径のコークスを排除し、篩分け分級点を大きくするのが望ましい。

よって、直送コークスに対し、中心コークス１１（Ｃ_１）、および塊コークス１５（Ｃ_２）の篩分け分級点を大きくするのが望ましい。

一方で、小粒径のコークスを排除して空隙率を大きくするために、篩分け下限分級点を大きくすると中心コークス１１（Ｃ_１）、および塊コークス１５（Ｃ_２）へのコークスの供給量が少なくなる。

そこで、高炉へのコークス供給量を確保するために、鉱石層１３（Ｏ_１）に混合させる小塊コークス１７を増加させることとした。
なお、本明細書で「篩分け下限分級点が大きい（小さい）」とは、篩分け下限分級点が大きい（小さい）篩で分級した篩上を用いることを意味する。
以上が本実施形態に係る高炉操業方法の概要である。

次に、本実施形態に係る高炉操業方法における、中心コークス１１、塊コークス１５、小塊コークス１７の好ましい条件について説明する。

＜中心コークス１１＞
中心コークス１１とは、高炉の中心部近辺に装入するコークスであり、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、３ｍｍ以上７ｍｍ以下大きいことが望ましい。例えば、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点が４０ｍｍの場合、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点は４３ｍｍ以上、４７ｍｍ以下になる。

＜塊コークス１５＞
塊コークス１５は、鉱石層１３と鉱石層１３の間に、炉径方向の全域に装入するコークスであり、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、３ｍｍ以上７ｍｍ以下大きいことが望ましい。例えば、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点が４０ｍｍの場合、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点は４３ｍｍ以上、４７ｍｍ以下になる。

＜小塊コークス１７＞
小塊コークス１７は鉱石層１３に混合させるコークスであり、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、８ｍｍ以上１２ｍｍ以下小さいことが望ましい。小塊コークス１７は、平均粒径が塊コークスよりも小さいコークスであり、例えば、塊コークス１５を分級する際の篩下を、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、８ｍｍ以上１２ｍｍ以下小さい篩で分級した篩上を用いる。

以上が本実施形態に係る高炉操業方法における、中心コークス１１、塊コークス１５、小塊コークス１７の好ましい条件である。

以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は実施例および実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で各種変形例および改良例に想到するのは当然のことであり、これらも本発明に含まれる。

＜空隙率および圧力損失計算＞
細粒と粗粒の焼結鉱が混合している鉱石層の、空隙率ε_cを算出する方法としては、下記の式（１）〜式（４）の鈴木・一田モデルがある（一田他、「焼結鉱およびコークスの層空隙率と形状係数の推定」、鉄と鋼、第７７年（１９９１）、第１０号、ｐ１５６１も参照）。ある粒子の空隙率ε_ｊは、部分的な空隙率ε_{（ｊ、１）}、ε_{（ｊ、２）}、ε_{（ｊ、３）}、・・・ε_{（ｊ、ｍ）}に複合混合分率Ｓｋをかけたものの総和であるとする。そして、層全体の空隙率ε_cは、個々の空隙率ε_ｊに、体積基準の混合分率Ｓ_ｖｊをかけたものの総和で計算する。ここで、複合混合分率Ｓｋを求める式の係数γとして０．４を用いる。なぜならば、この一田式モデルの場合、γ＝０．４が一番精度の高い結果が得られるからである。

まず、塊コークス１５の篩分け分級点を４０ｍｍから４５ｍｍに変更し、ヤード経由コークスを篩にかけ、篩上を塊コークス１５とした。その篩下を小塊コークス１７とした。その結果、塊コークス１５の装入量は減少し、小塊コークス１７の装入量が増加した。中心コークス１１は、直送コークスを用いた。

篩分け分級点の変更前後の中心コークス１１、塊コークス１５、小塊コークス１７の量（質量％）を表１に、それぞれの粒度を表２に示す。なお、以下の表では篩分け分級点の変更前を「対策前（比較例）」と記載し、篩分け分級点の変更後を「対策後（実施例）」と記載する。

実施例および比較例の、コークス層と鉱石層の空隙率を上記式（１）〜式（４）を用いて計算した結果を、図２に示す。鉱石層の空隙率は実施例と比較例で大きな差がなかったが、コークス層の空隙率が実施例では大きくなっていた。

次に、鈴木・一田モデルを用いて計算した空隙率を、以下のエルガンの式（５）に代入して、実施例と比較例のコークス層と鉱石層の圧力損失を計算した。結果を図３に示す。

図３に示すように、鉱石層の圧力損失は実施例が３．１３ｋＰａ、比較例が３．０１ｋＰａであり、実施例が比較例よりも０．１２ｋＰａ大きくなっていた。一方で、コークス層の圧力損失は、実施例が０．４３ｋＰａ、比較例が０．５９ｋＰａであり、実施例が比較例よりも０．１６ｋＰａ小さくなっていた。そのため、全体としての圧力損失は実施例が３．５６ＫＰａ、比較例が３．６０ｋＰａであり、実施例が比較例よりも０．０４ｋＰａ小さくなっていた。
以上の結果から、計算上は実施例の方が比較例よりも圧力損失が小さくなることが分かった。

＜実炉による圧力損失測定＞
次に、実施例および比較例の条件でコークスおよび鉱石を高炉に装入して操業を行い、圧力損失を比較した。
結果を表３に示す。ヤードコークス比は質量％である。

表３に示すように、実炉においても実施例の方が、圧力損失が小さくなっていた。

１１…中心コークス、１３…鉱石層、１５…塊コークス、１７…小塊コークス。

Claims (3)

1. ヤード経由コークスを使用する高炉操業方法であって、
   ヤード経由コークスは、通常用いられる直送コークスに対し、中心コークス、または塊コークスの少なくとも一方の篩分け分級点が大きく、小塊コークスの使用量が多いことを特徴とする高炉操業方法。
   ここで、中心コークスとは、高炉の中心部近辺に装入するコークス、塊コークスとは、鉱石層と鉱石層の間に炉径方向の全域に装入するコークス、小塊コークスとは、鉱石層に混合させるコークスをいう。
   また、ヤード経由コークスとは、ヤードを経由して高炉に搬送されるコークス、直送コークスとは、ヤードを経由することなく、コークス製造工程からベルトコンベアを用いて高炉に搬送されるコークスをいう。
2. 前記中心コークスは、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、３ｍｍ以上７ｍｍ以下大きく、
   前記塊コークスは、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、３ｍｍ以上７ｍｍ以下大きく、
   前記小塊コークスは、ヤード経由コークスの篩分け下限分級点が、通常用いられる直送コークスの篩分け下限分級点に対し、８ｍｍ以上１２ｍｍ以下小さいことを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
3. 前記中心コークスは直送コークスであり、
   前記塊コークスはヤード経由コークスであり、篩分け下限分級点が４３ｍｍ以上、４７ｍｍ以下であり、
   前記小塊コークスは、前記塊コークスの篩下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。

Images