JP2022187900A

JP2022187900A - 銑鉄製造方法及び鉱石原料

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Publication number: JP2022187900A
Application number: JP2021096131A
Authority: JP
Inventors: 昭人笠井; Akito Kasai; 将大燒谷; Masahiro Yakitani; 宏児大菅; Koji Osuga
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2022-12-20
Also published as: KR20230170047A; CN117295826A; WO2022259563A1; EP4339300A1

Abstract

【課題】本発明は、高炉内の通気性を改善できる銑鉄製造方法及び鉱石原料の提供を目的とする。【解決手段】本発明の一態様に係る銑鉄製造方法は、羽口を有する高炉を用いて銑鉄を製造する銑鉄製造方法であって、上記高炉内に鉱石原料を含む第１層とコークスを含む第２層とを交互に積層する工程と、上記羽口から送風する熱風により補助燃料を高炉内へ吹込みつつ、積層された上記第１層の上記鉱石原料を還元及び溶解する工程とを備え、上記鉱石原料が、還元鉄を圧縮成形した複数の還元鉄成形体を含み、上記還元鉄成形体の形状が、中央部が周辺部より厚い膨らみを両面に有し、平面視で角取りされた長方形状であり、平面視での上記還元鉄成形体の短辺に対する長辺の長さ比が１．５以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、銑鉄製造方法及び鉱石原料に関する。

高炉内に鉱石原料を含む第１層とコークスを含む第２層とを交互に積層し、羽口から送風する熱風により補助燃料を高炉内へ吹込みつつ、上記鉱石原料を還元し、溶解することで銑鉄を製造する方法が公知である。このとき、上記コークスは、鉱石原料の溶解のための熱源、鉱石原料の還元材、溶鉄へ浸炭し融点を低下させるための加炭材、及び高炉内の通気性を確保するためのスペーサーの役割を果たしている。このコークスにより通気性を維持することで、装入物の荷下がりを安定させ、高炉の安定操業を図っている。

高炉操業においては、コスト削減の観点からはこのコークスの割合が低いことが望ましい。しかし、コークスの割合を低くすると、上述のコークスの果たす役割も低下する。例えばコークスの割合を低減、すなわち鉱石原料の割合を増加させる方法として、還元鉄を用いた高炉操業方法が提案されている（特開２０１５－１９９９７８号公報参照）。上記高炉操業方法では、還元鉄と酸性塊鉱石とを事前に混合し、高炉に装入することにより、高温通気抵抗が上昇しない高炉操業を可能としている。

特開２０１５－１９９９７８号公報

上記従来の高炉操業方法では、還元鉄が粉化し難い原料であることを利用し、他の鉱石原料が粉化したとしても、還元鉄は形状を維持して骨材となることで、シャフト部のガス流れを維持している。このため、上記従来の高炉操業方法では、還元鉄に強度が必要とされ、見掛け密度の大きいブリケットとすることが必須となる。ところが、見掛け密度を大きくすると還元鉄が下層に溜まる、いわゆる偏析が生じ易くなり、還元鉄による通気性改善効果が得られなくなる。この影響は還元鉄の大きさが小さい場合に顕著となるため、上記従来の高炉操業方法では、還元鉄の粒径を見掛け密度に応じて大きくとることで、還元鉄の強度と偏析抑止とのバランスを取っている。しかし、上記バランスポイントでは、通気性改善効果が十分に得られているとは言えず、高炉内の通気性のさらなる改善が求められている。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、高炉内の通気性を改善できる銑鉄製造方法及び鉱石原料の提供を目的とする。

本発明者らが、還元鉄の偏析について鋭意検討した結果、特定の形状を有する還元鉄を用いると、偏析が生じ難くなることを見出して本発明を完成させた。

すなわち、本発明の一態様に係る銑鉄製造方法は、羽口を有する高炉を用いて銑鉄を製造する銑鉄製造方法であって、上記高炉内に鉱石原料を含む第１層とコークスを含む第２層とを交互に積層する工程と、上記羽口から送風する熱風により補助燃料を高炉内へ吹込みつつ、積層された上記第１層の上記鉱石原料を還元及び溶解する工程とを備え、上記鉱石原料が、還元鉄を圧縮成形した複数の還元鉄成形体を含み、上記還元鉄成形体の形状が、中央部が周辺部より厚い膨らみを両面に有し、平面視で角取りされた長方形状であり、平面視での上記還元鉄成形体の短辺に対する長辺の長さ比が１．５以下である。

当該銑鉄製造方法では、第１層の鉱石原料が平面視での短辺に対する長辺の長さ比が上記上限以下である還元鉄成形体を含む。この還元鉄成形体は、第１層を積層する際に偏析を生じ難いので、高炉内のガスの流れが均一化され、高炉内の通気性を改善できる。

上記複数の還元鉄成形体における粒径５０ｍｍ以上の還元鉄成形体の割合としては、１０質量％以下が好ましい。当該鉱石原料に含まれる還元鉄成形体は、第１層を積層する際に偏析を生じ難いので、粒径の大きい還元鉄成形体に依らずとも偏析を抑制することができる。また、粒径の大きい還元鉄成形体は、第１層を積層する際の落下衝撃エネルギーが大きく、その衝撃により粉化し易い傾向にある。このため、粒径５０ｍｍ以上の還元鉄成形体の割合を上記上限以下とすることで、落下衝撃エネルギーを低減し、粉化あるいは体積破壊を抑制し、還元鉄成形体の装入歩留まりを向上させ、高炉内の通気性をさらに改善できる。

本発明の別の実施形態に係る鉱石原料は、銑鉄の製造に用いられる鉱石原料であって、還元鉄を圧縮成形した複数の還元鉄成形体を含み、上記還元鉄成形体の形状が、中央部が周辺部より厚い膨らみを両面に有し、平面視で角取りされた長方形状であり、平面視での上記還元鉄成形体の短辺に対する長辺の長さ比が１．５以下である。

当該鉱石原料は、平面視での短辺に対する長辺の長さ比が上記上限以下である還元鉄成形体を含む。この還元鉄成形体は、鉱石原料を積層する際に偏析を生じ難いので、銑鉄の製造に用いる際、高炉内のガスの流れが均一化され、高炉内の通気性を改善できる。

ここで、「粒径５０ｍｍ以上の還元鉄成形体」とは、５０ｍｍの目を有する篩にかけ、上記篩に残留した還元鉄成形体を指す。

以上説明したように、本発明の銑鉄製造方法及び鉱石原料は、これを用いることで高炉内の通気性を改善できる。

図１は、本発明の一実施形態に係る銑鉄製造方法を示すフロー図である。図２は、図１の銑鉄製造方法で使用する高炉内部を示す模式図である。図３は、還元鉄成形体の形状を説明する模式的斜視図である。図４は、図２の融着帯から滴下帯付近の模式的部分拡大図である。図５は、実施例で用いた高炉装入物分布実験装置の構成を示す模式図である。図６は、鉄板の大きさが２０ｍｍ×７ｍｍ×４ｍｍである場合の実施例における径方向５箇所の原料の割合を示すグラフである。図７は、鉄板の大きさが１０ｍｍ×７ｍｍ×４ｍｍである場合の実施例における径方向５箇所の原料の割合を示すグラフである。図８は、実施例におけるタンブラー回転試験時のタンブラー回転数と通気抵抗指数との関係を示すグラフである。図９は、実施例における粒径５０ｍｍ以上のＨＢＩの割合と通気抵抗指数との関係を示すグラフである。

以下、本発明の各実施形態に係る銑鉄製造方法について説明する。

図１に示す銑鉄製造方法は、図２に示す高炉１を用いて銑鉄を製造する銑鉄製造方法であり、積層工程Ｓ１と、還元溶解工程Ｓ２とを備える。

＜高炉＞
高炉１は、図２に示すように、炉下部に設けられた羽口１ａと、出銑口１ｂとを有する。羽口１ａは通常複数設けられる。高炉１は、固気向流型のシャフト炉であり、高温の空気に、必要に応じて高温又は常温の酸素を加えた熱風を羽口１ａから炉内に吹き込んで、後述する鉱石原料１１の還元及び溶融等の一連の反応を行い、出銑口１ｂから銑鉄を取り出すことができる。また、高炉１には、ベル・アーマー方式の原料装入装置２が装備されている。この原料装入装置２については、後述する。

＜積層工程＞
積層工程Ｓ１では、図２に示すように、高炉１内に第１層１０と第２層２０とを交互に積層する。つまり、第１層１０及び第２層２０の層数は、それぞれ２以上である。

（第１層）
第１層１０は、それ自体が本発明の一実施形態である鉱石原料１１を含む。当該鉱石原料１１は、銑鉄の製造に用いられる鉱石原料であり、還元溶解工程Ｓ２で羽口１ａより吹き込まれる熱風により昇温還元されて溶銑Ｆとなる。

〔鉱石原料〕
「鉱石原料」とは、鉄原料となる鉱石類を指し、主として鉄鉱石を含有する。当該鉱石原料１１は、還元鉄を圧縮成形した複数の還元鉄成形体１１ａを含む。当該鉱石原料１１は、他の鉱石原料１１ｂとして、焼成鉱（鉄鉱石ペレット、焼結鉱）、塊鉱石、炭材内装塊成鉱、メタル等を含み得る。

還元鉄成形体１１ａ（ＨＢＩ、ＨｏｔＢｒｉｑｕｅｔｔｅＩｒｏｎ）は、後述する融着帯Ｄの通気性を改善し、上記熱風を高炉１の中心部まで通気させる骨材の役割を果たす。

還元鉄成形体１１ａは、還元鉄ＤＲＩ（ＤｉｒｅｃｔＲｅｄｕｃｅｄＩｒｏｎ）を熱間状態で成形したものである。ＤＲＩが、気孔率が高く、海上輸送や屋外保存時に酸化発熱する欠点を有するのに対し、ＨＢＩは気孔率が低く、再酸化し難い。還元鉄成形体１１ａは、第１層１０の通気性の確保を果たした後は、メタルとして機能し、溶銑となる。還元鉄成形体１１ａは金属化率が高く還元の必要がないので、この溶銑となる際に還元材をあまり必要としない。従って、ＣＯ_２排出量を削減できる。なお、「金属化率」とは、全鉄分に対する金属鉄の割合［質量％］をいう。

還元鉄成型体１１ａは、一般に双ロール型成型器で製造される。このとき、還元鉄成形体１１ａの形状は、図３に示すように、中央部が周辺部より厚い膨らみを両面に有し、平面視で角取りされた長方形状とされる。具体的には、還元鉄成形体１１ａは、長方形状の面を基準として、長辺に垂直方向の断面の輪郭は、上下にアーチ状の弧を描くように膨らんでいる。一方、長辺に平行方向の断面の輪郭は、それぞれの短辺近傍では上下にアーチ状の弧を描き、中央部は長方形状の面に略平行である。なお、長辺に垂直方向の断面の輪郭も長方形状の面に略平行な部分を中部に有していてもよい。上記長辺に垂直方向の断面の輪郭の長辺の位置、及び上記長辺に平行方向の輪郭の短辺の位置において、上下に延びる弧の端点は、一致していてもよいし、図３に示すように、一定の距離を有し、上記輪郭がその間に上下に延びる直線部を有していてもよい。また、平面視形状は、上述のように角取りされた長方形状、すなわち長方形の角部分が丸まっている。少なくとも長辺側の辺は、角部の丸まりと直線とで構成されるが、短辺側の辺は、角部の丸まりと直線とで構成されてもよいが、図３のように角部の丸まりのみで構成されていてもよい。なお、還元鉄成型体１１ａが、特に周縁部において、いわゆるバリを有する場合がある。また、還元鉄成形体は、成形時不良により一部が欠けていたり、輸送時あるいは高炉装入時の衝撃等により割れたりする場合があり、鉱石原料の一部にこのような不完全な還元鉄成形体が含まれることがあるが、本明細書でいう「還元鉄成形体の形状」は、上述の不完全な還元鉄成形体を除いた完全体を対象とし、かつバリを含まない還元鉄成形体本体の形状を指すものとする。

平面視での還元鉄成形体１１ａの長辺の長さ（図３のＬ）が４０ｍｍ以上１４０ｍｍ以下、平面視での還元鉄成形体１１ａの短辺の長さ（図３のＢ）が２０ｍｍ以上７０ｍｍ以下、還元鉄成形体１１ａの厚さ（中央部の厚い部分の高さで、図３のＨ）が２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である還元鉄成形体１１ａが占める割合が５０質量％以上であることが好ましく、７０質量％以上であることがより好ましく、８０質量％以上であることがさらに好ましい。

また、平面視での還元鉄成形体１１ａの短辺Ｂに対する長辺Ｌの比（Ｌ／Ｂ）の上限としては、１．５であり、１．４がより好ましい。Ｌ／Ｂが上記上限を超えると、第１層１０に鉱石原料１１を積層する際に、還元鉄成形体１１ａの偏析が生じ易くなるおそれがある。一方、Ｌ／Ｂの下限としては、長辺≧短辺であるから、１．０である。

複数の還元鉄成形体１１ａにおける粒径５０ｍｍ以上の還元鉄成形体１１ａの割合の上限としては、１０質量％が好ましく、８質量％がより好ましい。当該鉱石原料１１に含まれる還元鉄成形体１１ａは、第１層１０を積層する際に偏析を生じ難いので、粒径の大きい還元鉄成形体１１ａに依らずとも偏析を抑制することができる。また、粒径の大きい還元鉄成形体１１ａは、第１層１０を積層する際の落下衝撃エネルギーが大きく、その衝撃により粉化し易い傾向にある。このため、粒径５０ｍｍ以上の還元鉄成形体１１ａの割合を上記上限以下とすることで、落下衝撃エネルギーを低減し、粉化あるいは体積破壊を抑制し、還元鉄成形体１１ａの装入歩留まりを向上させ、高炉１内の通気性をさらに改善できる。

鉱石原料１１における還元鉄成形体１１ａの含有量の上限としては、３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。還元鉄成形体１１ａの含有量を上記上限以下とすることで、偏析を抑止することができ、鉱石堆積傾斜角が低位安定する。このため、還元鉄成形体１１ａが第１層１０内で比較的均一に存在し、上記熱風を高炉１の中心部まで確実に通気させることができるようになる。従って、コークス２１の使用量を低減することができる。また、還元鉄成形体１１ａの偏析による第１層１０の不安定さを回避できるので、還元溶解工程Ｓ２で下方から溶解し、上層が降下していく際に層崩れが発生することを抑止できる。なお、鉱石堆積傾斜角とは、鉱石堆積層（第１層１０等）の傾斜面の水平からの角度を言う。

還元鉄成形体１１ａの装入量の下限としては、銑鉄１トン当たり１００ｋｇが好ましく、１５０ｋｇがより好ましい。還元鉄成形体１１ａの装入量が上記下限未満であると、還元溶解工程Ｓ２で、融着帯Ｄでの還元鉄成形体１１ａの通気性確保機能が十分に働かないおそれがある。一方、還元鉄成形体１１ａの装入量の上限は、骨材過多となり骨材効果が小さくならない範囲で適宜決定されるが、還元鉄成形体１１ａの装入量の上限は、例えば銑鉄１トン当たり７００ｋｇとされる。

他の鉱石原料１１ｂの平均粒径に対する還元鉄成形体１１ａの平均粒径の比の下限としては、１．３が好ましく、１．４がより好ましい。図４に示すように、第１層１０の他の鉱石原料１１ｂの一部が溶解して滴下スラグ１２として高炉１の下方へ移動し、この移動した他の鉱石原料１１ｂが軟化収縮した際にも、高融点の還元鉄成形体１１ａは軟化しない。他の鉱石原料１１ｂに対して一定以上大きい還元鉄成形体１１ａを骨材として混合させると、還元鉄成形体１１ａの骨材効果が発現し易く、第１層１０全体が層収縮することを抑止できる。従って、上記平均粒径の比を上記下限以上とすることで、図４の矢印で示すような熱風の流路を確保できるので、還元溶解工程Ｓ２での通気性を向上させることができる。一方、上記平均粒径の比の上限としては、１０が好ましく、５がより好ましい。上記平均粒径の比が上記上限を超えると、還元鉄成形体１１ａを第１層１０に均一に混合させ難くなり偏析が増大するおそれがある。なお、「平均粒径」とは、粒子径分布にて累積質量が５０％となる粒径をいう。

また、還元鉄成形体１１ａが酸化アルミニウムを含む場合、還元鉄成形体１１ａ中の上記酸化アルミニウムの含有量の上限としては、１．５質量％が好ましく、１．３質量％がより好ましい。上記酸化アルミニウムの含有量が上記上限を超えると、スラグ融点の高温化や粘度の増加により炉下部での通気性の確保が困難となるおそれがある。このため、還元鉄成形体１１ａ中の酸化アルミニウムの含有量を上記上限以下とすることで、後述する第２層２０のコークス２１の使用量が増大することを抑止できる。なお、上記酸化アルミニウムの含有量は０質量％、すなわち還元鉄成形体１１ａが酸化アルミニウムを含まないものであってもよいが、上記酸化アルミニウムの含有量の下限としては、０．５質量％が好ましい。上記酸化アルミニウムの含有量が上記下限未満であると、還元鉄成形体１１ａが高価なものとなり、銑鉄の製造コストが高くなるおそれがある。

第１層１０には、鉱石原料１１に加えて、石灰石、ドロマイト、珪石等の副原料を一緒に装入してもよい。また、第１層１０には、鉱石原料１１に加えて、コークスを篩分けした篩下の小粒コークスを混合使用することが一般的である。

（第２層）
第２層２０はコークス２１を含む。

コークス２１は、鉱石原料１１の溶解のための熱源、鉱石原料１１の還元に必要な還元材であるＣＯガスの生成、溶鉄へ浸炭し融点を低下させるための加炭材、及び高炉１内の通気性を確保するためのスペーサーの役割を果たす。

（積層方法）
第１層１０及び第２層２０を交互に積層する方法は、種々の方法を用いることができる。ここでは、図２に示すようなベル・アーマー方式の原料装入装置２（以下、単に「原料装入装置２」ともいう）を搭載した高炉１を例にとり、その方法について説明する。

原料装入装置２は、炉頂部に備えられている。つまり、第１層１０及び第２層２０は、炉頂より装入される。原料装入装置２は、図２に示すように、ベルカップ２ａと、下ベル２ｂと、アーマー２ｃとを有する。

ベルカップ２ａは、装入する原料を充填する。第１層１０を装入する際は、第１層１０を構成する原料をベルカップ２ａに充填し、第２層２０を装入する際は、第２層２０を構成する原料を充填する。

下ベル２ｂは下方に広がる円錐状であり、ベルカップ２ａ内に配設される。下ベル２ｂは上下に移動可能である（図２で、上方に移動した状態を実線、下方に移動した場合を破線で示している）。下ベル２ｂは、上方に移動した場合、ベルカップ２ａの下部を密閉し、下方に移動した場合ベルカップ２ａの側壁の延長上に隙間が構成されるようになっている。

アーマー２ｃは、下ベル２ｂより下方で、高炉１の炉壁部に設けられている。下ベル２ｂを下方に移動した際、上記隙間から原料が落下するが、アーマー２ｃは、この落下する原料を反発させるための反発板である。また、アーマー２ｃは、高炉１の内部に向かって出退可能に構成されている。

この原料装入装置２を用いて、以下のようにして、第１層１０を積層することができる。なお、第２層２０についても同様である。また、第１層１０及び第２層２０の積層は、交互に行われる。

まず、下ベル２ｂを上方に位置させ、第１層１０の原料をベルカップ２ａに装入する。下ベル２ｂが上方に位置する場合、ベルカップ２ａの下部は密閉されるので、ベルカップ２ａ内に上記原料が充填される。なお、その充填量は、各層の積層量とする。ベルカップ２ａの容量が各層の積層量に満たない場合は、複数回に分けて第１層１０を積層してもよい。この１回の充填での積層を「１バッチ」ともいう。

次に、下ベル２ｂを下方へ移動させる。そうすると、ベルカップ２ａとの間に隙間が生じるので、この隙間から上記原料は炉壁方向へ落下し、アーマー２ｃに衝突する。アーマー２ｃに衝突し、反発した上記原料は、炉内に装入される。上記原料には、アーマー２ｃでの反発により炉内方向に移動しつつ落下するので、落下した位置から炉内の中心側に向かって流れ込みながら堆積する。アーマー２ｃは、高炉１の内部に向かって出退可能に構成されているから、上記原料の落下位置は、アーマー２ｃを出退させることで調整することができる。この調整により第１層１０を所望の形状に堆積させることができる。

＜還元溶解工程＞
還元溶解工程Ｓ２では、羽口１ａから送風する熱風により補助燃料を高炉１内へ吹込みつつ、積層された第１層１０の鉱石原料１１を還元及び溶解する。なお、高炉操業は連続操業であり、還元溶解工程Ｓ２は連続して行われている。一方、積層工程Ｓ１は間欠的に行われており、還元溶解工程Ｓ２で第１層１０及び第２層２０の還元及び溶解処理の状況に応じて、新たに還元溶解工程Ｓ２で処理すべき第１層１０及び第２層２０が追加されていく。

図２は、還元溶解工程Ｓ２での状態を示している。図２に示すように、羽口１ａからの熱風により羽口１ａ付近には、コークス２１が旋回し著しく疎な状態で存在する空洞部分であるレースウェイＡが形成されている。高炉１内では、このレースウェイＡの温度が最も高く２０００℃程度である。レースウェイＡに隣接して、高炉１の内部においてコークスの擬停滞域である炉芯Ｂが存在する。また、炉芯Ｂから上方に滴下帯Ｃ、融着帯Ｄ及び塊状帯Ｅがこの順で存在する。

高炉１内の温度は頂部からレースウェイＡに向かって上昇する。つまり、塊状帯Ｅ、融着帯Ｄ、滴下帯Ｃの順に温度が高く、例えば塊状帯Ｅで２０℃以上１２００℃以下程度であるのに対し、炉芯Ｂは１２００℃以上１６００℃以下程度となる。なお、炉芯Ｂの温度は径方向で異なり、炉芯Ｂの中心部では滴下帯Ｃより温度が低くなる場合もある。また、炉内の中心部に熱風を安定して流通させることで、断面が逆Ｖ字型の融着帯Ｄを形成させ、炉内の通気性と還元性を確保している。

高炉１内では、鉄鉱石原料１１は、まず塊状帯Ｅで昇温還元される。融着帯Ｄでは、塊状帯Ｅで還元された鉱石が軟化収縮する。軟化収縮した鉱石は降下して滴下スラグとなり、滴下帯Ｃへ移動する。還元溶解工程Ｓ２で、鉱石原料１１の還元は、主に塊状帯Ｅで進行し、鉱石原料１１の溶解は、主に滴下帯Ｃで生じる。なお、滴下帯Ｃや炉芯Ｂでは、降下してきた液状の酸化鉄ＦｅＯとコークス２１の炭素とが直接反応する直接還元が進行する。

還元鉄成形体１１ａは、融着帯Ｄで骨材効果を発揮する。つまり、鉱石が軟化収縮した状態でも、高融点の還元鉄成形体１１ａは軟化せず、上記熱風を高炉１の中心部まで確実に通気させる通気路が確保される。

また、炉床部には、還元された鉄が溶融した溶銑Ｆが堆積しており、その溶銑Ｆの上部に溶融スラグＧが堆積している。この溶銑Ｆ及び溶融スラグＧは、出銑口１ｂから取り出すことができる。

＜利点＞
当該鉱石原料１１は、平面視での短辺に対する長辺の長さ比が１．５以下である還元鉄成形体１１ａを含む。この還元鉄成形体１１ａは、鉱石原料１１を積層する際に偏析を生じ難いので、銑鉄の製造に用いる際、高炉１内のガスの流れが均一化され、高炉１内の通気性を改善できる。

また、当該銑鉄製造方法では、本発明の鉱石原料１１を第１層１０に積層するので、高炉１内のガスの流れが均一化され、高炉１内の通気性を改善できる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態では、本発明の鉱石原料として還元鉄成形体と他の鉱石原料とを含む場合を説明したが、本発明の鉱石原料は、還元鉄成形体のみを含むものであってもよい。このような鉱石原料にあっては、必要に応じて他の種類の鉱石原料と混合して、高炉内に積層される第１層に含めることができる。

上記実施形態では、本発明の銑鉄製造方法が、積層工程と還元溶解工程とのみを備える場合を説明したが、当該銑鉄製造方法は、他の工程を含んでもよい。

例えば当該銑鉄製造方法は、上記高炉の中心部にコークス及び還元鉄成形体の混合物を装入する工程を備えてもよい。この場合、上記混合物における上記還元鉄成形体のうち、粒径５ｍｍ以上の還元鉄成形体が占める割合が９０質量％以上であり、上記混合物における上記還元鉄成形体の含有量が７５質量％以下であることが好ましい。上記熱風は、高炉の中心部まで到達すると、この中心部を上昇する。このように中心部に粒径の大きい還元鉄成形体を上記上限以下の含有量で含めることで、上記熱風の流れを妨げることなく顕熱を効果的に利用できる。従って、コークスの使用量をさらに低減することができる。ここで、高炉の「中心部」とは、炉口部の半径をＺとするとき、中心からの距離が０．２Ｚ以下の領域を指す。

また、当該銑鉄製造方法は、還元鉄成形体に由来する粉体及び石炭を微粉砕する工程を備えてもよい。この場合、上記補助燃料として上記微粉砕工程で得られる微粉体を含めることが好ましい。還元鉄成形体は、搬送過程等により一部が破砕され粉体となる。このような粉体は高炉内の通気性を低下させるため、第１層として使用することは適当ではない。また、この粉体は比表面積が大きいため、酸化鉄へと再酸化する。この酸化鉄を含む補助燃料を羽口から吹き込むと通気性を改善することができる。従って、還元鉄成形体に由来する粉体を石炭とともに微粉砕し、微粉砕した上記粉体及び上記石炭を含む微粉体を羽口から吹き込む補助燃料として用いることで、還元鉄成形体の有効利用を図ることができるとともに、高炉内の通気性を改善することができる。

上記実施形態の積層工程として、ベル・アーマー方式を用いる場合を説明したが、他の方式を用いることもできる。このような他の方式としてはベルレス方式を挙げることができる。ベルレス方式では、旋回シュートを用いて、その角度を調整しながら積層を行うことができる。

以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜還元鉄成形体の形状＞
まず、還元鉄成形体の形状が偏析に与える影響を実験した。

図５に、この実験に用いた高炉装入物分布実験装置８を示す。図５に示す高炉装入物分布実験装置８は、スケール１／１０．７でベル・アーマー方式の原料装入装置を模擬した２次元スライス冷間模型である。高炉装入物分布実験装置５の大きさは、高さ１４５０ｍｍ（図５のＬ１の長さ）、幅５８０ｍｍ（図５のＬ２の長さ）、奥行き１００ｍｍ（図５で紙面に垂直方向の長さ）である。

高炉装入物分布実験装置８の各構成要素は、図２のベル・アーマー方式の原料装入装置２の対応する同一機能の構成要素と同一番号を付した。機能は同一であるので、詳細説明は省略する。また、高炉装入物分布実験装置８は、図５に示すように、中心装入を模したコークスを装入するための中心装入シュート８ａを有する。

この高炉装入物分布実験装置８に下地となるコークス層８１、中心装入コークス層８２、第１鉱石層８３及び第２鉱石層８４をこの順で装入した。

第１鉱石層８３及び第２鉱石層８４の装入に用いた原料は、焼結鉱及び塊鉱石を模擬した焼結鉱（粒径２．８～４．０ｍｍ）、鉄鉱石ペレットを模擬したアルミナボール（φ２ｍｍ）、塊コークスを模擬したコークス（粒径８．０～９．５ｍｍ）、及び還元鉄成形体（ＨＢＩ）を模擬した鉄板である。原料は、２／１１．２縮尺とした。また、ＨＢＩ／焼結鉱／アルミナボールの質量比は、１８．５質量％／３２．６質量％／４８．９質量％とした。

上述の条件で、ＨＢＩを模擬した鉄板の大きさを２０ｍｍ×７ｍｍ×４ｍｍ（短辺に対する長辺の長さ比Ｌ／Ｂ＝２．８６）と、１０ｍｍ×７ｍｍ×４ｍｍ（Ｌ／Ｂ＝１．４３）の２通りについて、装入後に、径方向に５箇所（Ａ～Ｅ）で、鉱石試料を採取し、各原料の割合を求めた。Ｌ／Ｂ＝２．８６の場合の結果を図６に、Ｌ／Ｂ＝１．４３の結果を図７に示す。

図５に示すように、第１鉱石層８３及び第２鉱石層８４は中心近傍に向かって下方に傾斜して堆積する。この場合、個重の大きいＨＢＩは下方である中心近傍に偏析が生じ易い。Ｌ／Ｂ＝２．８６の場合、図６に示すように、中心近傍のＨＢＩの割合が上昇しており、偏析が生じていることが分かる。なお、周辺に近いＡ及びＢでＨＢＩの割合が低いのは意図的なものである。すなわち、周囲においては通気性が確保し易いため原料装入の際にＨＢＩの割合が減るように制御されていることに起因するものである。

これに対し、Ｌ／Ｂ＝１．４３の場合も個重は焼結鉱やアルミナボールより十分大きいが、図７に示すように、中間から中心付近に近いＣ～ＥにおいてＨＢＩの割合が比較的安定しており、図６のＬ／Ｂ＝２．８６より偏析が抑制されている。

以上から、還元鉄成形体の短辺に対する長辺の長さ比が１．５以下とすることで鉱石原料を積層する際の偏析を抑制できることが分かる。

＜還元鉄成形体の粒径＞
次に、還元鉄成形体の粒径が通気抵抗指数に与える影響を実験した。

まず、粒径の違いによる落下衝撃エネルギーの差が通気抵抗指数に与える影響を調査した。具体的には、ＨＢＩに輸送状態を模した衝撃を与えるため、タンブラー回転試験を実施した。

ＨＢＩのタンブラー回転試験は、ＪＩＳ－Ｍ８７１２：２０００「鉄鉱石類（ペレット、焼結鉱）の回転強度測定法」に準じて実施した。回転ドラムは、厚さ６ｍｍの鋼板で、内径φ１０００ｍｍ、長さ５００ｍｍである。内面には、５０ｍｍ×５０ｍｍ×６ｍｍの等辺山形鋼の羽根２枚が対称の位置に軸方向に取り付けてある。その取付面は回転方向と反対向きとし、試料を回転によって持ち上げ易くされている。

使用した試料は乾燥したＨＢＩで、１５±０．１５ｋｇである。上記試料のサイズ内訳を変更し（大サイズと小サイズの比率を変更し）、試験を実施した。なお、大サイズは粒径４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下、小サイズは粒径２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下のＨＢＩを指す。

回転速度２５±１ｒｐｍで所定回数回転させた後、以下のようにして通気抵抗指数Ｋを算出した。タンブラー回転試験を行った後、還元鉄成形体の篩分けによる粒径分布を取得する。この粒度分布は、篩分けを行った篩目間の代表粒径（中央値）をｄ_ｉ［ｃｍ］、代表粒径ｄ_ｉに属する還元鉄成形体の重量分率をｗ_ｉとして表される。この粒度分布を用いて、調和平均径Ｄ_ｐ［ｃｍ］、粒度構成指数Ｉ_ｓｐを下記式１により算出する。さらに、重力換算係数ｇ_ｃ［９．８０７（ｇ・ｃｍ）／（Ｇ・ｓｅｃ^２）］を用いて、下記式１により通気抵抗指数Ｋを求める。結果を図８に示す。

図８の結果から、タンブラー回転数が増加し、累積の回転落下衝撃が増加すると、ＨＢＩは破壊され、通気抵抗指数Ｋが増加している。一方、同一回転数で比較すると、大サイズ割合が増加し小サイズ割合が低下すると通気抵抗指数Ｋが増加している。これは個重の増加により落下衝撃力が増加したためと推察される。

そこで、粒径５０ｍｍ以上のＨＢＩの割合を変化させて、上述のタンブラー試験を回転数４００回及び８００回で実施し、通気抵抗指数Ｋを算出した。結果を図９に示す。

図９の結果から、粒径５０ｍｍ以上のＨＢＩの割合を１０質量％以下とすることで、搬送時及び高炉装入時の粉化と体積破壊を抑制できることが分かる。その結果として、ＨＢＩの装入歩留を向上させることができ、高炉内の通気性も向上できる。

本発明の銑鉄製造方法及び鉱石原料は、これを用いることで高炉内の通気性を改善できる。

１高炉
１ａ羽口
１ｂ出銑口
２原料装入装置
２ａベルカップ
２ｂ下ベル
２ｃアーマー
１０第１層
１１鉱石原料
１１ａ還元鉄成形体
１１ｂ他の鉱石原料
１２滴下スラグ
２０第２層
２１コークス
８高炉装入物分布実験装置
８ａ中心装入シュート
８１コークス層
８２中心コークス層
８３第１鉱石層
８４第２鉱石層
Ａレースウェイ
Ｂ炉芯
Ｃ滴下帯
Ｄ融着帯
Ｅ塊状帯
Ｆ溶銑
Ｇ溶融スラグ

Claims

羽口を有する高炉を用いて銑鉄を製造する銑鉄製造方法であって、
上記高炉内に鉱石原料を含む第１層とコークスを含む第２層とを交互に積層する工程と、
上記羽口から送風する熱風により補助燃料を高炉内へ吹込みつつ、積層された上記第１層の上記鉱石原料を還元及び溶解する工程と
を備え、
上記鉱石原料が、還元鉄を圧縮成形した複数の還元鉄成形体を含み、
上記還元鉄成形体の形状が、中央部が周辺部より厚い膨らみを両面に有し、平面視で角取りされた長方形状であり、
平面視での上記還元鉄成形体の短辺に対する長辺の長さ比が１．５以下である銑鉄製造方法。
上記複数の還元鉄成形体における粒径５０ｍｍ以上の還元鉄成形体の割合が１０質量％以下である請求項１に記載の銑鉄製造方法。
銑鉄の製造に用いられる鉱石原料であって、
還元鉄を圧縮成形した複数の還元鉄成形体を含み、
上記還元鉄成形体の形状が、中央部が周辺部より厚い膨らみを両面に有し、平面視で角取りされた長方形状であり、
平面視での上記還元鉄成形体の短辺に対する長辺の長さ比が１．５以下である鉱石原料。