JP2024013311A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操業を停止して高炉を休風し、その後再度送風する高炉操業方法において、コークスを燃焼した体積減少領域へ新たなコークスをスムーズに充填することができ、安定した高炉の立ち上げを行うことができる高炉操業方法を提案する。【解決手段】高炉羽口の直上の原料充填層表面の高さを高炉朝顔部上端の高さよりも減じて休風し、その後、再度送風を開始するための高炉操業方法であって、高炉休風後に出銑口から炉内に向けて挿入したバーナより、少なくとも酸素を吹き込み、炉内に残留したコークスを燃焼させ、炉内残留物の体積を低減させるとともに、当該体積減少領域に新たにコークスを装入した後に、羽口から送風を行う高炉操業方法において、体積減少領域に新たなコークスを装入する前に、新たなコークスの装入の障害になる残留コークス表層を破壊手段によって破壊する。【選択図】図５

Description

本発明は、操業を停止して高炉を休風し、その後、再度送風を開始するための高炉操業方法に関する。

高炉は、送風方向に配置された多数の羽口から吹き込んだ高温空気や酸素と、炉頂から原料とともに装入したコークスとの反応によって生成した高温還元ガスによって、鉄鉱石の昇温、還元、溶解を行い羽口下部に設置した出銑口から溶銑と溶融スラグとを炉外に排出する設備である。高炉の通常操業時においては、炉内の反応熱と羽口からの熱供給がバランスしているため、高炉の安定的な操業が可能である。

ここで、高炉の長時間の休風または休止を行う際には、高炉内への熱供給が停止する。一方で、高炉内部の温度と大気の温度差によって放熱が継続するため、炉内の冷却が進行し、一部の溶融物は凝固する。送風を再開する時には、炉内の凝固層を溶解させなければならず、そのためには凝固物が通過するコークス充填層を加熱する必要がある。このため、高炉の長期休風、または再稼働が見込まれる休止時には、炉内のコークス比を上げて休風に入り、送風後に微粉炭の吹込みが開始できるまでの熱補償を行う。それとともに、出銑口上の１～２本の羽口以外を耐火物等により閉塞させ、送風に伴って生成する溶銑滓の量を制限し、少量の溶融物の円滑な排出のサイクルを確立させる。その後、隣接部の羽口を開口し、徐々に開口羽口本数を増やし、通常の操業まで回復させる方法をとる。

休風後に高炉を通常の操業まで回復させる方法として、特許文献１には、出銑口からバーナを挿入し、当該バーナから酸素等を吹き込んで出銑口－羽口間のコークスを燃焼させて凝固物の体積を減少させた後に、当該体積減少領域に炉頂より新たなコークスを投入し、羽口から送風することで高炉を通常の操業まで回復できることが開示されている。

特許第６９４７３４５号公報

特許文献１では、圧力損失を低減しコークス充填層の通気・通液性を確保するには、コークス置換率を０．６５以上とすることが望ましいとされている。上記バーナでコークスを燃焼した体積減少領域へ新たなコークスを充填し、通気・通液性を確保する必要がある。しかしながら、特許文献１の手法では、燃焼スペース上部に残留物で皮を張ってしまい、コークスを燃焼した体積減少領域へ新たなコークスを充填することができなくなるおそれがあった。

本発明の目的は、操業を停止して高炉を休風し、その後再度送風する高炉操業方法において、コークスを燃焼した体積減少領域へ新たなコークスをスムーズに充填することができ、安定した高炉の立ち上げを行うことができる高炉操業方法を提案することにある。

本発明の高炉操業方法は、前述の課題を解決すべく開発されたものであり、高炉羽口の直上の原料充填層表面の高さを高炉朝顔部上端の高さよりも減じて休風し、その後、再度送風を開始するための高炉操業方法であって、高炉休風後に出銑口から炉内に向けて挿入したバーナより、少なくとも酸素を吹き込み、炉内に残留したコークスを燃焼させ、炉内残留物の体積を低減させるとともに、当該体積減少領域に新たにコークスを装入した後に、羽口から送風を行う高炉操業方法において、前記体積減少領域に新たなコークスを装入する前に、前記新たなコークスの装入の障害になる残留コークス表層を破壊手段によって破壊する、高炉操業方法である。

なお、本発明の高炉操業方法においては、
（１）前記破壊は、前記高炉の上部から吊り下げられた破壊手段が、前記残留コークス表層に落下することで行われること、
（２）前記破壊は、前記高炉の上部から吊り下げられた破壊手段が、前記残留コークス表層を吊り上げることで行われること、
（３）前記破壊手段は、ダミークーリングステーブ（ダミーＣＳ）であること、
がそれぞれ好ましい態様となるものと考えられる。

本発明の高炉操業方法によれば、高炉羽口の直上の原料充填層表面を高炉朝顔部上端よりも減じて休風し、その後再度送風する高炉操業において、コークスを燃焼させた体積減少部に新たなコークスをスムーズに装入できるので、安定した立ち上げを行うことが可能となる。

高炉の炉体断面の一部を示す断面模式図である。 出銑口からバーナを挿入した状態を示す高炉炉下部の断面模式図である。 バーナの一例を示す模式図である。 バーナを用いて残存コークスを燃焼させて炉内残留物の体積を減少させた状態を示す断面模式図である。 炉頂より破壊手段を吊り下ろして残留コークス表層に落下させ、残留コークス表層を破壊する方法を説明する断面模式図である。 炉頂より破壊手段を吊り下ろして残留コークス表層を吊り上げて、残留コークス表層を破壊する方法を説明する断面模式図である。

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。また、以下の実施形態では、本発明の対象となる高炉操業方法の一例を説明した後、本発明の高炉操業方法の特徴について説明する。

＜本発明の対象となる高炉操業方法の一例について＞
図１は、高炉の炉体断面の一部を示す断面模式図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる高炉は、シャフト部、炉腹部、朝顔部、炉床、及び羽口を有する。図１に示す実施形態において、高炉を長期間休風する場合、高炉の羽口直上の原料充填層表面の高さを高炉の朝顔部の上端よりも減じて休風する。その後、羽口から熱風を送風して高炉を通常操業に戻すには、まず、出銑口からバーナを挿入し、バーナから酸素または酸素および窒素を吹き込み、炉内に残留したコークスを燃焼させて炉内残留物の体積を減少させる。窒素に代えて、ＬＮＧを吹き込んでもよい。

図２は、出銑口からバーナを挿入した状態を示す高炉炉下部の断面模式図である。図２に示す実施形態において、高炉休風時において出銑口はマッド材と呼ばれる材質で閉塞されているので、バーナを炉内に挿入するために、まず、マッド材で閉塞された出銑口を開口する。出銑口の開口には、公知の出銑口開口機を用いることができる。出銑口が開口した後、出銑口から高炉炉下部にバーナが挿入される。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれバーナの一例を示す模式図である。図３（ａ）、（ｂ）に示す実施形態において、バーナは、気体が流通する内管と外管との２重管構造を有するとともに、内管と外管との端部を覆うキャップを、外管外部にバーナ温度測定する熱電対を有している。図３（ａ）に示すようにキャップが存在する場合は、内管の気体導入口から吹き込んだ気体が外部に漏れずに外管の気体排出口から排出される。一方、図３（ｂ）に示すようにキャップが存在しない場合は、内管の気体導入口から吹き込んだ気体が炉内に供給される。そのため、バーナは、キャップを存在させた状態で内管から外管に気体を流してバーナを冷却する機能を有するため、安定してバーナを炉内に挿入することができる。

また、燃焼開始は、内管から外管の気体の流通による冷却を止め、キャップを溶解させて除去し、例えばバーナの内管から炉内に酸素を吹き込み、外管から窒素を炉下部に吹き込む。窒素の吹き込みは、バーナ先端の冷却による損耗防止のために行われる。酸素だけを吹き込んだ場合、バーナが短時間で損耗してしまう。また、窒素の吹き込みは、爆発防止にも効果がある。高炉の休風後、内管及び外管から吹き込まれる窒素／酸素の比率が１～２になるように、酸素及び窒素の混合ガスを吹き込むことで燃焼を実施する。休風直後の、８００℃～１０００℃の赤熱コークスへ酸素及び窒素の混合ガスを吹き込むことが望ましい。休風直後に吹き込むことで、残留コークスの早期燃焼が期待できる。休風直後のコークスが８００℃に達していない場合でも、酸素及び窒素の混合ガスを吹き込むことで昇温され、その後、燃焼が開始される。なお、窒素に代えてＬＮＧを吹き込んでもよい。

図４は、バーナを用いて残存コークスを燃焼させて炉内残留物の体積を減少させた状態を示す断面模式図である。図４に示す実施形態において、燃焼によりコークスが焼失すると、その燃焼消失した空間にさらに安息角に応じてコークスが転がり込み、コークスが順次燃焼消失することで、炉内残留物の体積が減少する。

＜本発明の高炉操業方法の特徴について＞
本発明の高炉操業方法の特徴は、この炉内残留物の体積が減少した体積減少領域へ新たなコークスを充填する際の障害となる残留コークス表層を破壊手段で破壊した後に、新たなコークスを装入する点にある。

図５は、炉頂より破壊手段を吊り下ろして残留コークス表面に落下させ、残留コークス表面を破壊する方法を説明する断面模式図である。図５に示す実施形態において、破壊手段は、炉頂クレーンによって炉内残留物の体積減少領域の上まで吊り下げられる。このようにして、破壊手段を位置決めした後、破壊手段を体積減少領域の表層に落下させる。これにより、体積減少領域の表層が破壊され、新たなコークスが体積減少領域に装入される際の障害をなくすことができる。

図６は、炉頂より破壊手段を吊り下ろして残留コークス表表層吊り上げて、残留コークス表面を破壊する方法を説明する断面模式図である。図６に示す実施形態において、炉頂クレーンによって炉内残留物の体積減少領域の上まで吊り下げられる。このようにして、破壊手段を位置決めした後、破壊手段を体積減少領域の表層に落下させる。その後、図６に示すように、残留コークス表層を破壊手段で吊り上げることで、体積減少領域の表層が破壊され、新たなコークスが体積減少領域に装入される際の障害をなくすことができる。

実機による表層残留物の除去に、破壊手段としてダミーＣＳを用いた。ダミーＣＳとはＣＳの機能を持たない重さ大きさが同等のものを指す。ダミーＣＳは高炉内ＣＳ更新の際、ＣＳ更新の事前テスト時の吊り下げ、吊り上げ時に用いられる。また、ＣＳとはクーリングステーブの略称である。ＣＳを高炉内内側にはりつけＣＳに通水することで、高炉炉体外側の鉄皮を熱膨張による粉破から守る役割をする。ダミーＣＳを破壊手段として、残留コークス表層を、図５に示すように吊り下げたり、図６に示すように吊り上げたり、することで、残留コークス表層を破壊することができる。

なお、ダミーＣＳの吊り下げ、吊り上げにより表層残留物の表層除去を行ったところ、吊り下げによる表層残留物の破壊は、５ｔホイストによる吊り下げ速度が遅く不可能な場合があった。その場合は、５ｔホイストは吊り上げの力は強いため、ダミーＣＳに５００ｍｍの板を爪として溶接し、吊り上げによる破壊を行うことが好ましい。なお、吊り下げ、吊り上げの際の破壊手段として、ここではダミーＣＳを用いた例を示した。しかしながら、吊り下げの際の破壊手段としては、ある程度の重さがあれば、なんでも構わない。また、吊り上げの際の破壊手段としては、ある程度の重さがあり爪のあるものであれば、なんでも構わない。

内容積５０００ｍ^３の高炉において、羽口直上の炉内の原料充填層の上面高さを高炉朝顔部上端より１ｍ下まで減尺して休風を行った。高炉の休風直後に、出銑口に図３（ａ）のバーナを、先端位置が炉内の無次元半径で０．４の位置にくるように設置し、８００℃の赤熱コークスへ酸素及び窒素の混合ガスを吹き込んで燃焼させた。混合ガスは、窒素／酸素の比率が１～２になるように吹き込まれた。吹き込んだ酸素は、バーナ先端にコークスが存在する場合には燃焼によりほぼ消費されるが、バーナ先端のコークスが消失して、図４のコークス充填層のような状態になると、酸素の消費量が減少する。そのため、炉内の酸素濃度を測定するとどの程度までコークスが消費されたかがわかる。炉内の酸素濃度が上昇してきたことを確認した後、出銑口バーナからの酸素吹込みを停止した。そして、燃焼して体積が減少した体積減少部の表層に皮を張った残留物を、高炉上部から挿入し吊り下げたダミーＣＳにより破壊した。その後、高炉上部から未使用のコークスを充填した。出銑口バーナを再度燃焼させて新規に充填されたコークスを加熱し、羽口先端部のコークスの温度が２０００℃を超えた時点で、羽口から１１００℃の熱風を送風し、羽口からの加熱に切り替えて高炉を立ち上げたところ、炉内溶融物の排出がスムーズに行え、順調に定常操業に至ることができた。

本発明に係る高炉操業方法によれば、高炉の再稼働だけでなく、高炉以外の様々の竪型溶解炉においても、安定した操業方法を提供できる。

Claims (4)

1. 高炉羽口の直上の原料充填層表面の高さを高炉朝顔部上端の高さよりも減じて休風し、その後、再度送風を開始するための高炉操業方法であって、高炉休風後に出銑口から炉内に向けて挿入したバーナより、少なくとも酸素を吹き込み、炉内に残留したコークスを燃焼させ、炉内残留物の体積を低減させるとともに、当該体積減少領域に新たにコークスを装入した後に、羽口から送風を行う高炉操業方法において、前記体積減少領域に新たなコークスを装入する前に、前記新たなコークスの装入の障害になる残留コークス表層を破壊手段によって破壊する、高炉操業方法。
2. 前記破壊は、前記高炉の上部から吊り下げられた破壊手段が、前記残留コークス表層に落下することで行われる、請求項１に記載の高炉操業方法。
3. 前記破壊は、前記高炉の上部から吊り下げられた破壊手段が、前記残留コークス表層を吊り上げることで行われる、請求項１に記載の高炉操業方法。
4. 前記破壊手段は、ダミークーリングステーブ（ダミーＣＳ）である、請求項１～３のいずれか１項に記載の高炉操業方法。

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