JP2020012132A - 高炉用コークスの品質管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コークスの品質を日常的に管理する上で、適切な管理を行うことができる高炉用コークスの品質管理方法を提供する。【解決手段】 高炉に装入されるコークスの品質を管理する品質管理方法において、まず、生地強度が同一であるコークスの平均粒子径及び強度指数の相関関係を予め求め、コークスの品質を管理するための管理指標を定める。この相関関係では、平均粒子径が大きいほど、強度指数が低い。コークスの強度指数が、相関関係においてコークスの平均粒子径に対応する強度指数以上であることを管理指標とする。そして、高炉にコークスを搬送する搬送経路の途中で採取されたコークスの平均粒子径及び強度指数を測定し、この平均粒子径及び強度指数が管理指標を満たすか否かを判別する。【選択図】 図１

Description

本発明は、高炉に装入されるコークスの品質を管理する方法に関する。

高炉では、通常、高炉内部に層状に装入される鉄原料（焼結鉱や鉄鉱石）とコークスに対して高炉の下方から熱風を供給し、熱風とコークスの反応により還元ガスを生成させる。そして、生成した還元ガスにより、鉄原料を金属鉄に還元し、溶融状態の銑鉄を製造している。

高炉下部の高温帯において、コークスは、唯一の固体である。このため、高炉における通気性や通液性は、高温帯におけるコークスの性状に依存する。例えば、高温帯のコークスが粉化すると、通気性や通液性が悪化し、高炉の操業不調が生じる。従って、高炉の操業では、コークスの品質を適切に評価し、コークスの品質を管理することが重要である。

品質管理を行うコークスは、コークスがコークス炉から押し出されて高炉に装入される前までの搬送経路の途中で採取することが一般的である。コークスの品質を管理するためには、この管理指標が決められるが、高炉内の通気性と相関があると考えられている、コークスの平均粒子径やドラム強度指数が管理指標として用いられている。そして、高炉毎の過去の操業実績を考慮することにより、管理指標として、コークスの平均粒子径の下限値や、コークスのドラム強度指数の下限値を経験的に決めている。

コークスの品質管理において、採取したコークスの平均粒子径及びドラム強度指数が管理指標を満たさないときには、コークスの製造条件が変更される。例えば、強粘結炭の配合割合を増やしたり、粘結材の添加量を増やしたりすることにより、コークスの品質を向上させるようにしている。

なお、特許文献１には、貯鉱槽出側の鉱石粒径、貯骸槽出口側のコークス粒径から装置固有の粒径低下率、各粒子の強度に応じた補正係数を用いて、炉内の装入物粒径を推定し、鉱石／コークスの調和平均径の比率を所定値以上に管理する粒度管理方法が開示されている。

特開昭６１−１１９６０８号公報

管理指標は、高炉毎の過去の操業実績に基づいて経験的に決められているだけであるため、コークスの平均粒子径やドラム強度指数が管理指標を満たしていても、高炉内の通気性が悪化してしまうことがある。また、コークスの平均粒子径やドラム強度指数が管理指標を満たしていなくても、高炉内の通気性が悪化していないことがあり、この場合には、オーバースペックのコークスを製造していることになりコスト悪化を招いている。コークスの性状は日々変動するため、管理指標を経験的に一義的に決めることは、コークスの品質を日常的に管理する上では好ましくない。

なお、特許文献１に記載の発明においては、炉内の装入物粒径を推定する際に装置固有の粒径低下率が必要であるが、この値は高炉火入前の填充時の炉内の装入物をサンプリングして得なければならず、稼働中の高炉には適用できない。

そこで、本願発明は、コークスの品質を日常的に管理する上で、適切な管理を行うことができる高炉用コークスの品質管理方法を提供することを目的とする。

本発明は、高炉に装入されるコークスの品質を管理する品質管理方法である。まず、生地強度が同一であるコークスの平均粒子径及び強度指数の相関関係を予め求め、コークスの強度指数が、この相関関係においてコークスの平均粒子径に対応する強度指数以上であることをコークスの品質を管理するための管理指標として定める。この相関関係では、平均粒子径が大きいほど、強度指数が低い。そして、高炉にコークスを搬送する搬送経路の途中で採取されたコークスの平均粒子径及び強度指数を測定し、この平均粒子径及び強度指数が管理指標を満たすか否かを判別する。

強度指数がドラム強度指数である場合、上記相関関係は、下記式（Ｉ）で表すことができる。

上記式（Ｉ）において、ＭＳは平均粒子径（ｍｍ）であり、ＤＩはドラム強度指数（％）であり、ＭＳ_０は平均粒子径の基準値（ｍｍ）である。また、ＤＩ_０は、ドラム強度指数の基準値（％）であり、αは係数である。上記式（Ｉ）に示す係数αは、例えば、−０．０７とすることができる。

上記式（Ｉ）において、平均粒子径の基準値ＭＳ_０は、高炉の操業が安定していたときの過去の操業実績から決められた平均粒子径の下限値とすることができる。また、ドラム強度指数の基準値ＤＩ_０は、高炉の操業が安定していたときの過去の操業実績から決められたドラム強度指数の下限値とすることができる。

一方、上記式（Ｉ）において、平均粒子径の基準値ＭＳ_０は、高炉の通気抵抗指数が所定値以下であったときの平均粒子径とすることができる。また、ドラム強度指数の基準値ＤＩ_０は、高炉の通気抵抗指数が所定値以下であったときのドラム強度指数とすることができる。

本発明によれば、生地強度が同一であるコークスの平均粒子径及び強度指数の相関関係に基づいて定められる管理指標を用いることにより、コークスの品質を日常的に管理する上で、適切な管理を行うことができる。

コークスの平均粒子径及びドラム強度指数の相関関係を示す図である。 コークスの搬送経路の一例を示す図である。 本実施形態において、コークスの品質を管理するための管理指標（平均粒子径及びドラム強度指数）を示す図である。 本実施形態の変形例において、コークスの品質を管理するための管理指標（平均粒子径及びドラム強度指数）を示す図である。 従来において、コークスの品質を管理するための管理指標（平均粒子径及びドラム強度指数）を示す図である。 通気抵抗指数及びドラム強度指数の座標系において、本実施形態で決められた管理指標を満たすコークスと、この管理指標を満たさないコークスとを示す図である。 通気抵抗指数及びドラム強度指数の座標系において、本実施形態の変形例で決められた管理指標を満たすコークスと、この管理指標を満たさないコークスとを示す図である。 通気抵抗指数及びドラム強度指数の座標系において、従来で決められた管理指標を満たすコークスと、この管理指標を満たさないコークスとを示す図である。

本発明の実施形態である高炉用コークスの品質管理方法について説明する。なお。高炉用コークスとは、高炉で用いられるコークスであり、以下、単にコークスという。

本実施形態の品質管理方法では、まず、コークスの生地強度が一定であるときのコークスの平均粒子径及び強度指数の相関関係を予め求める。そして、この相関関係によって特定される平均粒子径及び強度指数を、コークスの品質を管理するための管理指標の基準として用いる。具体的には、コークスの強度指数が上記相関関係において各平均粒子径に対応する強度指数以上であることが、コークスの品質を管理するための管理指標になる。

生地強度は、コークス本来の基質強度と気孔の影響とに依存する強度であり、亀裂や欠陥の影響には依存しない強度をいう。生地強度は、試料サイズを小さくすることによって亀裂や欠陥の影響を取り除いて測定された圧潰強度やブリネル硬さによって表され、基質強度はマイクロビッカース硬さによって表される。

生地強度が一定または同一であるとは、後述するコークス粉化モデルにおいては補正係数δが一定であることをいうが、必ずしも厳密に一致する必要はない。

平均粒子径としては、例えば、質量平均径、算術平均径又はメジアン径を用いることができる。平均粒子径及び強度指数の相関関係を求めるときには、質量平均径、算術平均径及びメジアン径のうちのいずれか１つを特定しておけばよい。

コークスの強度指数とは、回転強度指数又は落下強度指数をいう。回転強度指数としては、例えば、ＪＩＳ規定のドラム強度指数ＤＩ、ＡＳＴＭ規定及びＪＩＳ規定のタンブラー強度指数ＴＩ、ＩＳＯ規定及びＤＩＮ規定のマイカム強度指数Ｍ又は、ＮＦ規定及びＩＳＯ規定のイルシッド強度指数Ｉがある。落下強度指数としては、例えば、ＪＩＳ規定のシャッター強度指数ＳＩがある。平均粒子径及び強度指数の相関関係を求めるときには、ドラム強度指数ＤＩ、タンブラー強度指数ＴＩ、マイカム強度指数Ｍもしくはイルシッド強度指数Ｉ、又はシャッター強度指数ＳＩのうちのいずれか１つを特定しておけばよい。

以下の説明では、強度指数のうち、回転強度指数であるドラム強度指数ＤＩを用いる。本明細書において、特記しない限り、ドラム強度指数ＤＩは、ＪＩＳ Ｋ２１５１に規定されるドラム強度指数ＤＩ^１５０ _１５であり、ドラムの１５０回転後のコークスにおける粒子径１５ｍｍ以上のコークスの質量百分率（％）である。ただし、ドラム強度指数ＤＩを規定する粒子径は１５ｍｍに限るものではなく、例えば、後述するコークスの体積破壊によって発生する粉体の粒子径（６〜１５ｍｍ）を考慮すると、ドラム強度指数ＤＩを規定する粒子径は６〜１５ｍｍの範囲内の値であればよい。また、ドラムの回転数も１５０回転に限るものではなく、３０回転やその他の回転数であってもよい。なお、タンブラー強度指数ＴＩの場合には、タンブラー試験機で１４００回転した後の６ｍｍのふるい目上の質量百分率であるタンブラー強度指数ＴＩ^１４００ _６を用いることができる。マイカム強度指数Ｍの場合にはＭ^１００ _１０、イルシッド強度の場合にはＩ^５００ _１０を用いるなどすることができる。さらにまた、同様の理由から、シャッター強度指数ＳＩの場合にも、６〜１５ｍｍのふるい目上の質量百分率を用いればよい。

コークスのドラム強度指数ＤＩは、コークスの平均粒子径や生地強度に依存するため、コークスの平均粒子径及びドラム強度指数ＤＩの相関関係を求めるためには、コークスの生地強度が一定であり、粒度分布（すなわち、平均粒子径）だけが異なる複数種類のコークスを用意する必要がある。

生地強度が一定である複数種類のコークスを用意することは一般的には困難であり、生地強度にばらつきがあるサンプルを用いて実験的にコークスの平均粒子径及びドラム強度指数ＤＩの相関関係を求めても、平均粒子径及びドラム強度指数ＤＩの相関関係を正確に表していることにはならず、管理指標の精度を確保する上ではあまりよくない。コークスのドラム試験を模擬した論理的シミュレーションによれば、生地強度を一定にした上で、コークスの平均粒子径及びドラム強度指数ＤＩの相関関係を求めることができるため好ましい。本実施形態では、次に述べるコークス粉化モデルを利用することにより、コークスの平均粒子径及びドラム強度指数ＤＩの相関関係を特定した。コークス粉化モデルは次に述べる方法に限定されず、例えば、有馬ら（鉄と鋼（１９９２），１１０１〜１１０８頁）のモデルを用いてコークス粉化後の粒度分布を予測するなどしても良い。

（コークス粉化モデル）
次に、コークス粉化モデルについて説明する。以下、コークス粉化モデルを用いて、品質管理の対象となるコークスサンプルの粒度分布からコークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩを算出する方法について説明する。

まず、品質管理の対象となるコークスを、後述する搬送経路の途中で採取して、採取したコークスの初期粒度分布を測定する。初期粒度分布は、篩を用いて測定することができ、例えば、ＪＩＳ Ｚ８８０１に準じた篩を用いることができる。そして、初期粒度分布に、下記式（１）で表されるＲｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ式を適用して、初期粒度分布を統計的に再現する。初期粒度分布は、篩を用いた測定結果であり、篩いサイズに応じてコークスの粒子径区分が規定されてしまう。そこで、粒子径区分の粗さを解消して連続的な粒度分布を得るために、Ｒｏｓｉｎ−Ｒａｍｍｌｅｒ式を適用して、初期粒度分布を統計的に再現する。

上記式（１）において、Ｒ（Ｄ_ｐ）は篩上（残留）分布（％）であり、Ｄ_ｐはコークスの粒子径であり、ａは定数であり、ｎは均等数（１を超える）である。

次に、上記式（１）で求められる初期粒度分布のうち、１ｍｍから最大粒子径までの各粒子径に対し、下記式（２）〜（７）を適用し、単一粒子径の粒子に、ドラムを１５０回転させたときの衝撃エネルギーを加えた後の粒度分布を粒子径毎に求める。

上記式（２）〜（７）において、Ｒ（Ｄｐ，ｔ）は、衝撃エネルギーが加えられたコークス破砕粉の篩下比率（％）であり、Ｄｐは、衝撃エネルギーが加えられる前のコークスの粒子径（ｍｍ）である。Ｄｐ_ｍａｘは、衝撃エネルギーが加えられたコークス破砕粉の最大粒子径（ｍｍ）であり、Φは粉化指数である。βは、破砕されない粒子の粒度分布指数であり、γは、破砕された粒子の粒度分布指数である。ｅは衝撃エネルギー（Ｊ/ｋｇ）であり、ｔはドラムの回転数（１５０rev.）である。Ｄｐ_ｓは、衝撃エネルギーが加えられる前のコークスの篩下粒子径（ｍｍ）であり、Ｖは、コークスがドラムに衝突する速度（衝突速度という）（ｍ/ｓ）である。［Ｅ/Ｍ］は粉化抵抗エネルギー（Ｊ/ｋｇ）であり、ｘは、ドラムを１回転させることでコークスがドラムに衝突する回数（衝突回数という）である。

上記式（３）に基づいて衝撃エネルギーｅを算出するとともに、上記式（７）に基づいて粉化抵抗エネルギー［Ｅ／Ｍ］を算出することにより、上記式（４）に基づいて粉化指数Φを算出できる。そして、粉化指数Φと、上記式（５）から算出される粒度分布指数βと、上記式（６）から算出される粒度分布指数γとを上記式（２）に代入することにより、単一粒子径Ｄｐの粒子に衝撃エネルギーを加えた後の篩下比率Ｒ（Ｄｐ，ｔ）を算出できる。

粒度分布指数βは、コークスの塊の粒度分布を決定するパラメータであり、粒度分布指数βが大きいほど、コークスが塊として残留しやすいことを意味する。粒度分布指数γは、破砕された粒子の粒度分布を決定するパラメータであり、粒度分布指数γが大きいほど、微粉が発生しやすくなる。各粒度分布指数β，γは、衝撃エネルギーを加える前のコークスの篩下粒子径Ｄｐ_ｓ及び回転数ｔに依存するため、上記式（５），（６）によって表される。粉化抵抗エネルギー［Ｅ／Ｍ］は、単位質量の粉を生成するために必要なエネルギーであり、粉化抵抗エネルギー［Ｅ／Ｍ］が大きいほど、粉化が抑制される。粉化抵抗エネルギー［Ｅ／Ｍ］は、衝撃エネルギーを加える前のコークスの篩下粒子径Ｄｐ_ｓ及び回転数ｔに依存するため、上記式（７）によって表される。

なお、上記式（３）における衝突回数ｘ及び衝突速度Ｖは、離散要素法（ＤＥＭ）によるドラム内のコークス粒子の運動解析により算出することができ、例えば、衝突回数ｘは、１．５回とすることができ、衝突速度Ｖは、５．０（ｍ／ｓ）とすることができる。また、破砕粉の最大粒子径Ｄｐ_ｍａｘは、粒子径Ｄｐの１/２以上になることはないので、破砕粉の最大粒子径Ｄｐ_ｍａｘは、１/２Ｄｐとすることができる。また、上記式（７）におけるδは、補正係数であり、ドラム強度指数ＤＩの計算値を実測値に一致させるために用いられる。複数種類のコークスについて、補正係数δを一定とすることにより、コークス粉化モデル上において、複数種類のコークスの生地強度を一定とみなすことができる。

次に、単一粒子径の粒子に衝撃エネルギーを加えた後の粒度分布（上記式（２）から算出された篩下比率Ｒ（Ｄｐ，ｔ））を、下記式（８）に基づき、上記式（１）によって特定された初期粒度分布で重量按分することで、衝撃エネルギーを加えた後のコークスの粒度分布を求めることができる。

上記式（８）において、Ｒ（Ｄｐ，ｔ）は、コークスに衝撃エネルギーを加えた後の篩下比率（％）であり、Ｒ（Ｄｐ，ｔ）_ijは、単一粒子径の粒子に衝撃エネルギーを加えた後の篩下比率（％）である。Ｘは、衝撃エネルギーを加える前のコークスの重量比率（初期重量比率）である。添字ｉは、衝撃エネルギーが加えられる前のコークスの粒子径（ｍｍ）であり、添字ｊは、衝撃エネルギーを加えた後のコークスの篩下粒子径（ｍｍ）であり、ｋは、初期粒度分布の最大粒子径である。篩下比率Ｒ（Ｄｐ，ｔ）_ijとしては、上記式（２）で算出された値が用いられる。粒子径ｉは、上述したように、初期粒度分布のうち、１ｍｍから最大粒子径ｋまでの値である。また、上述したように、破砕粉の最大粒子径Ｄｐ_ｍａｘを１/２Ｄｐとしたため、篩下粒子径ｊは、初期粒度分布のうち、０．５ｍｍから最大粒子径ｋまでの値である。

衝撃エネルギーを加えた後のコークスの粒度分布Ｒ（Ｄｐ，ｔ）を求めれば、この粒度分布Ｒ（Ｄｐ，ｔ）に基づいて、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩを求めることができる。ドラム強度指数ＤＩについては、粒度分布Ｒ（Ｄｐ，ｔ）において、例えば、粒子径１５ｍｍ以上のコークスの質量百分率を算出すればよい。

コークスの平均粒子径及びドラム強度指数ＤＩの相関関係は、下記式（９）によって表される。

上記式（９）において、ＭＳ_０はコークスの平均粒子径（基準値）［ｍｍ］であり、ＤＩ_０はコークスのドラム強度指数（基準値）［％］である。ＤＩはドラム強度指数［％］であり、ＭＳはコークスの平均粒子径［ｍｍ］である。αは係数［％／ｍｍ］である。

図１には、コークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩの相関関係を示す。図１に示す白丸（○）は、平均粒子径が異なる複数種類のコークスについて、コークス粉化モデルを用いてドラム強度指数ＤＩを算出した値を示す。また、図１に示す直線（点線）Ｌは、上記式（９）を表している。図１に示す例では、コークス乾式消火設備（ＣＤＱ，Coke Dry Quenching）の出側でコークスサンプルが採取されており、このときの係数αは−０．０７であった。

ここで、コークスの平均粒子径及びドラム強度指数ＤＩの相関関係を特定するために、コークスを採取する位置について以下に述べる。

コークスを採取する位置は、コークス炉から押し出されたコークスを高炉に搬送する経路（搬送経路という）の途中であればよく、採取しやすい位置などを考慮して適宜決めることができる。ここで、コークスの搬送経路について、図２を用いて説明する。図２は、コークスの搬送経路の一例を示す図である。

搬送経路１０は、コークスがコークス炉１１から押し出されて、高炉１６内部における原料のストックレベル（予め決められた位置）１６ａに搬送されるまでの経路である。搬送経路１０において、コークスは、まず、コークスを製造するコークス炉１１から押し出される。コークス炉１１から押し出されたコークス（赤熱コークス）は、コークス乾式消火設備（ＣＤＱ，Coke Dry Quenching）１２に搬送されて冷却される。ＣＤＱ１２で冷却されたコークスは、ＣＤＱ１２から搬出され、原料槽１３に搬入される。原料槽１３は、所定量のコークスがその内部に維持されるように、コークスを所定の速度で搬出している。原料槽１３から搬出されたコークスは、中継ホッパ１４に搬入される。

中継ホッパ１４は、所定量のコークスが搬入されたときに、搬入されたコークス全てを搬出する。中継ホッパ１４から搬出されたコークスは、炉頂バンカー１５に搬入される。炉頂バンカー１５は、中継ホッパ１４と同様に、所定量のコークスが搬入されたときに、搬入されたコークス全てを搬出する。そして、炉頂バンカー１５から搬出されたコークスは、落下して高炉１６内部に装入され、高炉１６内部のストックレベル１６ａに到達する。搬送経路１０において、コークスは、コークス炉１１とＣＤＱ１２との間、ＣＤＱ１２と原料槽１３との間、原料槽１３と中継ホッパ１４との間、及び中継ホッパ１４と炉頂バンカー１５との間をベルトコンベアで搬送される。なお、高炉１６の内部には、コークスに加えて、鉄原料が装入される。

図２に示す搬送経路１０でコークスを採取する場合、例えば、ＣＤＱ１２と原料槽１３の間の採取位置Ｐ１や、原料槽１３と中継ホッパ１４の間の採取位置Ｐ２でコークスを採取することができる。

コークスをコークス炉から高炉に搬送するとき、コークスは衝撃を受ける。例えば、コークスが受ける衝撃エネルギーとしては、落下衝撃エネルギーや移動衝撃エネルギーがある。落下衝撃エネルギーとは、コークスが落下して落下面（例えば、ベルトコンベアやストックレベル１６ａ）に衝突したときに受ける衝撃エネルギーである。コークスの落下は、例えば、高低差があるベルトコンベア間をコークスが乗り継ぐときと、炉頂バンカー１５から高炉１６にコークスが装入されるときに生じる。移動衝撃エネルギーとは、原料槽１３、中継ホッパ１４及び炉頂バンカー１５のそれぞれの内部でコークスが下方に移動するときに受ける衝撃エネルギーである。

コークスが衝撃を受けると、コークスの破壊が発生する。特に、コークスの粒子径が大きいほど、コークスの破壊（特に、体積破壊）が発生しやすくなる。物体（粒子）の破壊は、体積破壊及び表面破壊に大別され、体積破壊は、粒子を大きく分断するように体積的に起こる破壊であり、表面破壊は、粒子の表面が圧縮されて微粉を発生する破壊である。体積破壊は、コークスの亀裂や欠陥を起点として発生し、例えば、体積破壊によって、粒子径が６〜１５ｍｍである粉が発生する。このため、コークスの体積破壊が発生しやすいほど、言い換えれば、コークスの粒子径が大きいほど、コークスのドラム強度指数ＤＩが低下する。

上述したように、コークスは、搬送経路を移動する間に複数回の衝撃を受けるため、コークスの採取位置に応じて、測定される平均粒子径及びドラム強度指数が変化する。搬送経路の上流側でコークスを採取する場合、コークス炉から採取位置までの搬送過程では、コークスが体積破壊の影響を受けにくいことから、ドラム試験による体積破壊によりコークスの粒子径が大きく低下する。このため、上記式（９）の係数αの絶対値が大きくなり、右下がりの直線（点線）Ｌの傾きは大きくなる。搬送経路の下流側でコークスを採取する場合、コークス炉から採取位置までの搬送過程でコークスは既に体積破壊の影響を強く受けていることから、ドラム試験によってもコークスの粒子径は大きく低下しない。このため、上記式（９）の係数αの絶対値は小さく、右下がりの直線（点線）Ｌの傾きは小さくなる。コークス粉化モデルによれば、係数αは、０よりも小さく、−０．０７以上の範囲内の任意の値となる。

採取したコークスの品質が管理指標の基準を満たしているか否かを判別するときには、同様に、搬送経路の途中でコークスを採取し、採取したコークスについて、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩを測定する。そして、測定した平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが、上記式（９）に基づいて定められる管理指標を満たすか否かを判別する。すなわち、測定したドラム強度指数ＤＩが、上記式（９）に示す相関関係において測定した平均粒子径ＭＳに対応する強度指数ＤＩ以上であるとき、管理指標は満たされる。逆に、測定したドラム強度指数ＤＩが、上記式（９）に示す相関関係において測定した平均粒子径ＭＳに対応する強度指数ＤＩ未満であるとき、管理指標は満たされない。

上述したように、コークスは、搬送経路を移動する間に複数回の衝撃を受けるため、コークスの採取位置に応じて、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが変化する。したがって、上記式（９）に示す係数α、平均粒子径（基準値）ＭＳ_０及びドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０としては、コークスの採取位置に応じた値が用いられることが好ましく、コークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩの相関関係を求めるためのコークスサンプルの採取位置と、採取したコークスの品質が管理指標の基準を満たしているか否かを判別するためのコークスの採取位置は同じにするのが良い。

ここで、採取したコークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが管理指標を満たすときには、コークスの品質を向上させるための処理（品質向上処理という）が不要であると判断する。一方、採取したコークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが管理指標を満たさないときには、品質向上処理が必要であると判断する。品質向上処理では、例えば、コークスのドラム強度指数ＤＩを向上させるための処理が行われ、公知の処理を適宜採用することができる。例えば、強粘結炭の配合割合を増やしたり、粘結材の添加量を増やしたりすることにより、コークスのドラム強度指数ＤＩを向上させることができる。

平均粒子径（基準値）ＭＳ_０及びドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０は、高炉の操業が安定していたときの過去の操業実績に基づいて決めることができる。従来、高炉の操業実績を考慮して管理指標（平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩ）を決めるときには、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩのそれぞれの下限値が決められるため、この下限値をドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０及び平均粒子径（基準値）ＭＳ_０とすることができる。

高炉の過去の操業実績によれば、例えば、コークスの品質を管理するための管理指標として、ドラム強度指数ＤＩが８４．５％以上であり、平均粒子径が５２ｍｍ以上としている。このため、ドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０を８４．５％とし、平均粒子径（基準値）ＭＳ_０を５２ｍｍとすることができる。なお、管理指標（平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩ）は、高炉の操業条件に応じて変化するため、平均粒子径（基準値）ＭＳ_０及びドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０は上述した値に限定されるものではない。

一方、操業が安定していたか否かという高炉の過去の操業実績からではなく、高炉の通気抵抗指数ＫＲ（１／ｍ）を考慮して、ドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０及び平均粒子径（基準値）ＭＳ_０を決めることができる。通気抵抗指数ＫＲとは、高炉全体を固気充填層とみなしたときの高炉内の通気性を示す指標であり、高炉内の流速に依存しない値である。通気抵抗指数ＫＲは、下記式（１０）によって表される。

上記式（１０）において、ΔＰは高炉内の圧力損失（ｋｇ／ｍ^２）、Ｌは高炉の高さ（ｍ）、ｇ_ｃは重力換算係数（ｋｇ・ｍ／ｋｇ・ｓｅｃ^２）、μは混合ガス平均粘性係数（ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ）、ρは平均ガス密度（ｋｇ／ｍ^３）、ｕは平均ガス流速（ｍ／ｓｅｃ）、βは補正係数（−）である。補正係数βは、高炉の操業条件に応じて異なるが、例えば、０．６とすることができる。

通気抵抗指数ＫＲが低いほど、高炉内の通気性が良好となる。言い換えれば、通気抵抗指数ＫＲが高いほど、高炉内の通気性が悪化する。このため、コークスの品質を管理するための管理指標としては、高炉内の通気性が悪化していない状態、すなわち、通気抵抗指数ＫＲが予め定めた所定値よりも低い状態にあるときのドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０及び平均粒子径（基準値）ＭＳ_０の値を採用すればよい。所定値は、高炉の安定操業が維持される点を考慮して適宜決めることができ、例えば、通気抵抗指数ＫＲが１３０００［１／ｍ］以下と決めることができる。

具体的には、高炉の実際の操業において、通気抵抗指数ＫＲが所定値よりも低いことを確認した上で、このときに高炉内に装入されたコークスのドラム強度指数ＤＩ及び平均粒子径ＭＳを特定すればよい。そして、特定したドラム強度指数ＤＩをドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０とするとともに、特定した平均粒子径ＭＳを平均粒子径（基準値）ＭＳ_０とすることができる。例えば、ドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０を８４．８％とし、平均粒子径（基準値）ＭＳ_０を５２ｍｍとすることができる。

コークスの品質を管理するときには、採取したコークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが図３にハッチングにより示す領域Ｒ１内又は図４にハッチングにより示す領域Ｒ２内に位置するように、コークスの製造条件を制御する。図３において、領域Ｒ１は、境界線Ｌ１に対してドラム強度指数ＤＩが高い領域であり、境界線Ｌ１は上記式（９）によって特定される管理指標である。図４において、領域Ｒ２は、境界線Ｌ２に対してドラム強度指数ＤＩが高い領域であり、境界線Ｌ２は上記式（９）によって特定される管理指標である。

図３に示す境界線Ｌ１に関して、上記式（９）に示す係数αは−０．０７であり、平均粒子径（基準値）ＭＳ_０が５２ｍｍであり、ドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０が８４．５％である。図４に示す境界線Ｌ２に関して、上記式（９）に示す係数αは−０．０７であり、平均粒子径（基準値）ＭＳ_０が５２ｍｍであり、ドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０が８４．８％である。

図３に示す管理指標に基づいてコークスの品質を管理するとき、まず、コークス炉から製造されたコークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩを測定する。この平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが図３に示す領域Ｒ１内に位置していれば、コークスの製造条件を変更する必要が無い。一方、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが図３に示す領域Ｒ１外に位置していれば、コークスの製造条件を変更する。

平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが領域Ｒ１外に位置しているとき、平均粒子径ＭＳを大きくしたり、ドラム強度指数ＤＩを高くしたりすることにより、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩを領域Ｒ１内に位置させることができる。このため、平均粒子径ＭＳが大きくなったり、ドラム強度指数ＤＩが高くなったりするように、コークスの製造条件を変更すればよい。

図４に示す管理指標に基づいてコークスの品質を管理するとき、まず、コークス炉から製造されたコークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩを測定する。この平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが図４に示す領域Ｒ２内に位置していれば、コークスの製造条件を変更する必要が無い。一方、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが図４に示す領域Ｒ２外に位置していれば、コークスの製造条件を変更する。

平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが領域Ｒ２外に位置しているとき、平均粒子径ＭＳを大きくしたり、ドラム強度指数ＤＩを高くしたりすることにより、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩを領域Ｒ２内に位置させることができる。このため、平均粒子径ＭＳが大きくなったり、ドラム強度指数ＤＩが高くなったりするように、コークスの製造条件を変更すればよい。

従来、コークスの品質を管理するときには、コークスの平均粒子径ＭＳの下限値と、コークスのドラム強度指数ＤＩの下限値とを一義的に決めていた。この場合には、コークスの平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが図５にハッチングにより示す領域Ｒ３内に位置するように、コークスの製造条件が制御される。領域Ｒ３は、平均粒子径ＭＳが下限値ＭＳ＿ｌｏｗ（ここでは５２ｍｍ）以上であって、ドラム強度指数ＤＩが下限値ＤＩ＿ｌｏｗ（ここでは８４．５％）以上である領域である。図５に示す下限値ＭＳ＿ｌｏｗは図３に示す平均粒子径（基準値）ＭＳ_０と同じであり、図５に示すＤＩ＿ｌｏｗは図３に示すドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０と同じである。

従来の管理手法によれば、コークスの平均粒子径ＭＳが下限値ＭＳ＿ｌｏｗよりも低いときには、コークスの平均粒子径ＭＳが下限値ＭＳ＿ｌｏｗ以上となるように、コークスの製造条件を変更する必要があった。本実施形態の管理手法によれば、図３から分かるように、コークスの平均粒子径ＭＳが平均粒子径（基準値）ＭＳ_０よりも低くても、コークスのドラム強度指数ＤＩが図３に示す領域Ｒ１内に位置していれば、コークスの製造条件を変更する必要が無い。すなわち、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが図５に示す領域Ｒ３外に位置するコークスであっても、コークスの製造条件を変更する必要が無い。なお、図４に示す管理指標を用いた場合でも、図３に示す管理指標を用いた場合と同様である。

また、従来の管理手法によれば、コークスのドラム強度指数ＤＩが下限値ＤＩ＿ｌｏｗよりも低いときには、コークスのドラム強度指数ＤＩが下限値ＤＩ＿ｌｏｗ以上となるように、コークスの製造条件を変更する必要があった。本実施形態の管理手法によれば、図３から分かるように、コークスのドラム強度指数ＤＩがドラム強度指数（基準値）ＤＩ_０よりも低くても、コークスの平均粒子径ＭＳが図３に示す領域Ｒ１内に位置していれば、コークスの製造条件を変更する必要が無い。すなわち、平均粒子径ＭＳ及びドラム強度指数ＤＩが図５に示す領域Ｒ３外に位置するコークスであっても、コークスの製造条件を変更する必要が無い。なお、図４に示す管理指標を用いた場合でも、図３に示す管理指標を用いた場合と同様である。

さらにまた、図４に示す管理指標を用いた場合には、従来の管理手法によれば、図５に示す領域Ｒ３内に位置するコークスであっても、すなわち、コークスの平均粒子径ＭＳが下限値ＭＳ＿ｌｏｗ以上であり、コークスのドラム強度指数ＤＩが下限値ＤＩ＿ｌｏｗ以上であったとしても、コークスの平均粒子径ＭＳ及びコークスのドラム強度指数ＤＩが領域Ｒ２内に位置しない場合がある。すなわち、管理指標が一部厳格化され、従来の管理手法であれば管理指標を満たしていたコークスについては、高炉の通気性悪化を招くとして、管理指標を満たさないと判別し、コークスの製造条件を変更する必要があるとする。

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明は、これに限られるものではない。

図６から図８には、実高炉における過去の操業データを用いて解析した、コークスのドラム強度指数ＤＩと、高炉の通気抵抗指数ＫＲとの関係を示す。通気抵抗指数ＫＲは、上記式（１０）に基づいて算出した。ここで、通気抵抗指数ＫＲは、高炉の出銑比やコークス比に依存するが、これらの影響をなるべく排除するために、出銑比及びコークス比については制約条件を設定し、出銑比及びコークス比が制約条件を満たすときのデータに基づいて通気抵抗指数ＫＲを算出した。ここで、出銑比の制約条件としては、出銑比を２．０［ｔ／ｄ／ｍ^３］以上とし、コークス比の制約条件としては、コークス比を３６０［ｋｇ／ｐｔ］以下とした。

図６において、白丸（○）は、図３に示す領域Ｒ１内に位置するコークス、すなわち、管理指標を満たすコークスを使用した高炉操業における操業データであり、黒丸（●）は、図３に示す領域Ｒ１外に位置するコークス、すなわち、管理指標を満たさないコークスを使用した高炉操業における操業データである。

図７において、白丸（○）は、図４に示す領域Ｒ２内に位置するコークス、すなわち、管理指標を満たすコークスを使用した高炉操業における操業データであり、黒丸（●）は、図４に示す領域Ｒ２外に位置するコークス、すなわち、管理指標を満たさないコークスを使用した高炉操業における操業データである。

図８において、白丸（○）は、図５に示す領域Ｒ３内に位置するコークス、すなわち、管理指標を満たすコークスを使用した高炉操業における操業データであり、黒丸（●）は、図５に示す領域Ｒ３外に位置するコークス、すなわち、管理指標を満たさないコークスを使用した高炉操業における操業データである。

図６及び図８を比較すると、本実施形態（図６）では、従来（図８）に比べて、通気抵抗指数ＫＲが低い範囲内（具体的には、１２５００［１／ｍ］以下の範囲内）で黒丸の数が減っている。上述したように、通気抵抗指数ＫＲが低いほど、高炉内の通気性が良好となるため、本実施形態のように管理指標を設定することにより、従来（図８）と比べて通気抵抗指数ＫＲが低い範囲内（具体的には、１２５００［１／ｍ］以下の範囲内）で黒丸の数が減るため、不必要な品質向上処理が行われることを抑制できる。このため、本実施形態によれば、従来と比べて、コークスの品質管理が適正である。

図７及び図８を比較すると、本実施形態の変形例（図７）では、従来（図８）に比べて、通気抵抗指数ＫＲが低い範囲内（具体的には、１２５００［１／ｍ］以下の範囲内）で黒丸の数が減っている。上述したように、通気抵抗指数ＫＲが低いほど、高炉内の通気性が良好となるため、本実施形態の変形例のように管理指標を設定することにより、従来（図８）と比べて通気抵抗指数ＫＲが低い範囲内（具体的には、１２５００［１／ｍ］以下の範囲内）で黒丸の数が減るため、不必要な品質向上処理が行われることを抑制できる。このため、本実施形態によれば、従来と比べて、コークスの品質管理が適正である。

図７では、図８及び図６に比べて、通気抵抗指数ＫＲが高い範囲内（具体的には、１５０００［１／ｍ］付近）で黒丸の数が増えている。これは、管理指標を一部厳格化し、従来の管理手法であれば管理指標を満たしていたコークスについても、高炉の通気性悪化を招くとして、管理指標を満たさないと判別したためである。通気抵抗指数ＫＲが高い範囲内（具体的には、１５０００［１／ｍ］付近）での黒丸は、ドラム強度指数ＤＩが従来の下限値ＤＩ＿ｌｏｗ付近にあるものの、通気抵抗指数ＫＲが高い場合の操業データである。上述したように、通気抵抗指数ＫＲが高いほど、高炉内の通気性が悪化するため、図４に示すように管理指標を設定することにより、通気抵抗指数ＫＲが高い範囲内（具体的には、１５０００［１／ｍ］付近）で黒丸の数が増えて、品質向上処理によるコークスの品質を向上させることができる。

１０：搬送経路、１１：コークス炉、１２：コークス乾式消火設備、１３：原料槽、
１４：中継ホッパ、１５：炉頂バンカー、１６：高炉、１６ａ：ストックレベル、
Ｐ１，Ｐ２：採取位置

Claims (5)

1. 高炉に装入されるコークスの品質を管理する品質管理方法であって、
   生地強度が同一であるコークスの平均粒子径及び強度指数の相関関係を予め求め、コークスの強度指数が、前記相関関係においてコークスの平均粒子径に対応する強度指数以上であることをコークスの品質を管理するための管理指標として定め、
   前記高炉に前記コークスを搬送する搬送経路の途中で採取された前記コークスの平均粒子径及び強度指数を測定し、この平均粒子径及び強度指数が前記管理指標を満たすか否かを判別し、
   前記相関関係は、前記平均粒子径が大きいほど、前記強度指数が低いことを特徴とする品質管理方法。
2. 前記強度指数がドラム強度指数であり、前記相関関係が下記式（Ｉ）で表される、
   ここで、ＭＳは前記平均粒子径（ｍｍ）であり、ＤＩは前記ドラム強度指数（％）であり、ＭＳ_０は前記平均粒子径の基準値（ｍｍ）であり、ＤＩ_０は前記ドラム強度指数の基準値（％）であり、αは係数である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の品質管理方法。
3. 前記係数αが−０．０７であることを特徴とする請求項２に記載の品質管理方法。
4. 前記平均粒子径の基準値ＭＳ_０は、高炉の操業が安定していたときの過去の操業実績から決められた平均粒子径の下限値であり、
   前記ドラム強度指数の基準値ＤＩ_０は、高炉の操業が安定していたときの過去の操業実績から決められたドラム強度指数の下限値であることを特徴とする請求項２又は３に記載の品質管理方法。
5. 前記平均粒子径の基準値ＭＳ_０は、高炉の通気抵抗指数が所定値以下であったときの平均粒子径であり、
   前記ドラム強度指数の基準値ＤＩ_０は、高炉の通気抵抗指数が前記所定値以下であったときのドラム強度指数であることを特徴とする請求項２又は３に記載の品質管理方法。