JP2733566B2

JP2733566B2 - 高炉操業法

Info

Publication number: JP2733566B2
Application number: JP7594289A
Authority: JP
Inventors: 誠章内藤; 一良山口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1998-03-30
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JPH02254112A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、反応性を高めたコークスを炉頂から装入さ
れるコークスの全量あるいは一部として使用することに
よって、生産性を向上させた高炉操業法に関する。

（従来の技術）通常の高炉にあっては、炉頂から鉄鉱石及びコークス
を層状に装入し、この鉄鉱石を炉内で還元した後、金属
状態に還元・溶融して溶銑を製造している。

このとき、鉄鉱石の還元効率を高めるため、特公昭52
−43169号公報にあっては、鉄鉱石と小塊コークスを予
め混合しておき、この混合物と通常のコークスとを層状
に装入することが開示されている。このように予めコー
クスと混合した鉄鉱石を使用することにより、炉内にお
ける通気性が改善され、その還元性が向上する。

また、高炉を安定して操業するために、特開昭57−17
4403号公報にあっては、高炉に鉄原料とコークスを順次
装入し精錬する高炉操業法において、高炉にコークスを
装入するにあたり、常時もしくは間欠的に炉周辺部に15
〜25mmを平均粒度とする小塊コークスを、炉中心部に35
〜70mmを平均粒度とする大塊コークスを装入し、操業す
ることを特徴とする高炉操業法が開示されている。

また、本発明者らは特願昭62−193457号において、15
mm以下の小塊高反応性コークスを使用して、該高反応性
コークスを普通コークス又は鉱石と混合して高炉に装入
することにより、高炉の熱保存帯温度を低下させ、高炉
の反応効率を高める高炉操業法を提案した。

（発明が解決しようとする課題）高炉装入物の一つとして使用されている現行のペレッ
トは、一般に全気孔率が20％台であり、また、気孔の大
部分が約100μｍ以下とミクロな場合が多い。この様な
場合には還元過程でペレット表面から還元が進行する、
いわゆるトポケミカル還元様式となる。このような還元
状態で高炉下部帯に相当する1000℃以上の高温領域にな
ると、ペレット外表面に生成した還元鉄が焼結して、緻
密な鉄殻を形成するためペレット内部へのガス拡散を妨
げ、還元は進み難くなる。そのため、ペレット内部に低
融点スラグを基点とした融液が量多く生成して軟化し、
ペレットを多量使用する高炉においてはペレット同志あ
るいはペレットと焼結鉱・鉱石との融着を引き起こし、
高炉のトラブルの一因となる。

また、間接還元率が低くなるため、高炉燃料比の高い
レベルでの操業を指向せざるを得ない。

一方、高炉の反応効率を向上させるためには、小塊高
反応性コークスを鉱石またはコークスと混合して使用す
るのが、有効であるが、通常操業においては小塊高反応
性コークスは量が少なく炉中心部に到達しないように装
入するので、炉中心部の還元効率は向上せず、高炉半径
方向全体の反応効率は向上しにくい。

また、装入物分布制御により、小塊高反応性コークス
を炉中心部に装入すると、高炉半径方向全体の反応効率
は向上できるが、炉中心部における炉芯の通気通液性の
点で問題となり安定操業に支障となる。

そこで、本発明にあっては、ペレットを量多く使用す
る高炉において、高炉に装入されるコークスの反応性を
高めて装入する、あるいは大塊と小塊に分別して装入す
ることにより、熱保存帯温度を低下させて高炉全体の鉄
鉱石、特にペレットの還元反応を促進させ、高い反応効
率下で、高生産性で安定的に高炉を操業することを目的
とする。

（課題を解決するための手段および作用）本発明の高炉操業法は、その目的を達成するために、
ペレット使用率が70％未満の範囲内においては、あらか
じめ設定したペレット使用率を基準として、ペレット使
用量の増加割合10％当たり、高反応性コークスを35Kg/t
以上装入し、ペレット使用率が70％以上の部分に関して
は、ペレット使用量の増加割合10％当たり高反応性コー
クス10Kg/t以上装入することにより、ペレット使用時に
おいても、高炉の還元効率を向上させ、低燃料比操業を
可能とすることを特徴とする。また、高反応性コークス
を大塊と小塊に分別し、大塊高反応性コークスを高炉の
炉中心部に、小塊高反応性コークスを高炉の炉中間部よ
り炉周辺部に装入することにより、炉中心部における炉
芯の通気通液性を確保し、高炉全体の還元効率を向上さ
せ、低燃料比操業を可能とすることを特徴とする。

まず高反応性コークスについて述べる。

本発明では使用する高反応性コークスはJISK2151−19
77の反応性試験方法で測定したときのJIS反応性が30％
以上であることが望ましい。値が30％未満であると、熱
保存帯温度の低下がほとんどみられない。また高反応性
コークスであっても強度を高く保つことは必要であり、
通常コークスと同じ程度の強度を保つことが望ましい。

高反応性コークスは、たとえば次のようにして調整さ
れる。

その１つは冶金用コークス製造に適さない、反応性の
高い微非粘結炭、一般炭を原料炭に一部配合することで
ある。また、反応を促進する触媒としての役割をもつ石
灰石、アルカリ類を少量、原料炭に配合することも行わ
れている。

高強度を有する高反応性コークスの調整法としては、
強度の高い通常コークスにアルカリ水溶液を添加する方
法または一般炭を成型して乾留する方法などがある。

高反応性コークスは通常炉頂から装入されるコークス
の全量と置換し、鉄鉱石と層状あるいは一部混合して装
入する。

また、通常炉頂から装入されるコークスの一部と置換
し、鉄鉱石および／または通常コークスとあらかじめ混
合して装入することもできる。この時の高反応性コーク
スの粒度は15mm以下とすることが望ましい。この粒度が
15mm以下となるとき、コークスの単位重量に対する表面
積が増加し、反応に寄与する場合が大きくなる。

この高反応性コークスは反応性が高いことから、炉内
のCO₂がコークス表面に接触してCOとなる界面反応が円
滑に行われる。また、その結果とし炉内に生じたCOガス
が鉄鉱石と有効に反応して低級酸化物又は金属状態に還
元する反応が促進される。

Ｃ＋CO₂＝2COのコークスのガス化反応は吸熱反応であ
り、高炉シャフト部における熱保存帯の温度を低下させ
ることができる。たとえば、従来法によるとき、1000℃
程度の熱保存帯が生成し、その値がほとんど変化しない
のに対して、高反応性コークスを使用することによっ
て、熱保存帯の温度を900〜950℃に低下させることが可
能となる。その結果、還元平衡到達点に余裕ができるた
め還元がより進行することになり、シャフト効率、間接
還元率、COガス利用率が向上し、コークス比を低下させ
ることができる。

次に、ペレット使用率と高反応性コークス使用量との
関係について述べる。

ここでいうペレット使用率とは、銑鉄１トン当りに占
めるペレット中鉄分の重量割合で百分率で表した数値を
言う。一般に、焼結鉱を多量使用する高炉においては、
焼結鉱の一部をペレットに置換すると、ペレット使用に
伴う高温還元性状悪化により、燃料比が増大する。これ
は、ペレットの高温還元性状が焼結鉱の高温還元性状に
比べ劣ることに起因する。そこで、ペレットを多量使用
する操業において、少なくとも基準条件の燃料比と同等
レベルの操業を達成するために、各基準条件に対し、ペ
レツト使用率と最低限必要な高反応性コークス使用量と
の関係を整理し第１図に示す。

第１図中の実線Ａは基準条件をペレット使用率10％と
した場合、実線Ｂは基準条件をペレット使用率30％とし
た場合を示す。第１図中の実線A,Bはペレット使用率に
対する高反応性コークス使用下限値であり、これ以上の
高反応性コークスを使用した場合には、基準条件に比べ
燃料比の低下が可能であることを示す。

基準条件としたペレット使用率10〜30％の範囲は、通
常操業においては低燃料比操業を指向する場合に必要な
レベルで、ペレット使用率30％を越えると、燃料比増加
が顕著となる。

第１図によると、ペレット使用率が０〜30％の基準条
件では、ペレット使用量の増加割合に対する高反応性コ
ークス使用量の割合は同様の傾向を示し、ペレット使用
率が70％未満の範囲内においては、ペレット使用量の増
加割合10％当たり、高反応性コークス35Kg/t、ペレット
使用率が70％以上の部分に関しては、ペレット使用率10
％当たり高反応性コークス10Kg/tの増量でペレット使用
に伴う燃料比増加を少なくとも抑制できる。

ペレット使用率70％以上において、高反応性コークス
使用量が異なるのは、ペレット使用率が高くなると、炉
内ガス流れが均一化する傾向にあり、ペレットの還元効
率が上昇するためと考えられる。また、各ペレット使用
率に対し、上記した以上の使用率で高反応性コークスを
使用すると、燃料比低減が達成できる。

本発明は第１図に示した基準条件でのペレット使用率
に限定されることなく、例えば基準条件でのペレット使
用率70％以上の場合にも適用可能である。

第２図は高炉内反応シミュレーター実験装置を用い
て、高炉内近似条件下におけるペレット全量使用時の炉
内還元挙動を通常コークス使用時と高反応性コークス全
量使用時において比較したもので、還元時間と炉内温
度、還元率との関係を示す。

高反応性コークスを使用した場合、熱保存帯温度低下
に伴い、ペレットの軟化・融着開始温度領域に至るまで
の還元率が向上しており、通常コークス使用時に比べ、
1100℃時点のペレット還元率は高く、高温還元性状は良
好となる。また層の通気性の指標となる圧損曲線も、そ
の上昇する位置が高温側となっており、総じて高温性状
は良好となり、高炉安定操業が期待できる。

次に、ペレットを多量に使用する高炉において、炉芯
部の通気通液性を確保し、高炉半径方向全体の反応効率
を向上させる方法について述べる。

高反応性コークスは通常炉頂から装入されるコークス
の一部あるいは全量と置換し、該高反応性コークスを大
塊と小塊に分別し、大塊を通常コークスと混合するか、
あるいは単独で炉中心部に鉄鉱石と交互に層状装入す
る。高反応性コークス使用量は第１図に示すペレット配
合率との関係で示される使用量を下限とすることによ
り、ペレット多量使用時において低燃料比操業が達成で
きる。

本発明において、炉中心部とは高炉の炉口部半径の20
％以内の部分を示し、例えば炉口部半径が5mであれば半
径1m以内を炉中心部と称する。この炉中心部を除いた炉
壁までの外側を炉中間部から炉周辺部と称する。

炉中間部から炉周辺部に装入される鉄鉱石および／ま
たは通常コークスに混合使用する高反応性コークスの粒
度は15mm以下とすることが望ましい。この粒度が15mm以
下であれば、コークスの単位重量に対する表面積が増大
し、反応に寄与する割合が大きくなる。また、大塊高反
応性コークスとして粒度35〜70mmの高反応性コークスを
炉中心部へ装入することによって、炉中心部における炉
芯の通気通液性が確保され、安定した操業が可能とな
り、かつ炉中心部に装入された鉄鉱石の還元が促進され
るため、高炉半径方向全体の還元効率が向上できる。

このように、ペレットを多量に使用する高炉において
は、高反応性コークス使用によって、高温還元性状だけ
でなく高温融着性状、ガス通気性の面でも良好となるた
め、ペレットの高温性状に由来する高炉トラブルは減少
し、低燃料比操業下においても、高炉の安定操業が可能
となる。また、低温で還元が進行するため、焼結鉱では
還元粉化による通気不良が予想されるが、ペレットの場
合は還元粉化率が焼結鉱に比べ低いため、通気性は良好
のまま操業を継続できる。

（実施例）以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明す
る。

第１表に高反応性コークスを使用した高炉操業を従来
法と比較して示す。

対象高炉は内容積3000m³の中型高炉であり、従来法で
は、炉頂からO/C＝3.2の割合で鉄鉱石と通常コークスを
装入し、羽口前フレーム温度を2270℃（熱風温度1100
℃、添加湿分35g/Nm³、微粉炭吹き込みなし）に維持し
ながら溶銑を製造していた。

比較例１は基準条件のペレット使用率10％の操業例、
比較例２は基準条件のペレツト使用率30％の操業例であ
る。

使用したペレットは粒径12〜20mm、平均粒度15mm、JI
S還元率69％で、全気孔率約25％、トータル鉄分T.Fe65
％、塩基度1.2の塩基性ペレツトである。また、焼結鉱
成分はトータル鉄分T.Fe55％、塩基度1.7である。

JIS還元率はJIS法で測定される900℃180分後の還元率
で表示している。

実施例１は基準条件でのペレツト使用率30％に対し、
ペレット使用量の増加割合を30％とした場合で、JIS反
応性40％、粒度15mmの高反応性コークスを第１図の実線
Ｂに従い105Kg/t装入して操業した例である。

実施例２は実施例１において、JIS反応性40％、粒度1
5mmの高反応性コークス使用量を増大し、120Kg/t装入し
て操業した例である。

比較例３は実施例１において、JIS反応性40％、粒度1
5mmの高反応性コークスを90Kg/tと第１図実線Ｂよりも
高反応性コークス使用量を少なく装入した時の操業状態
を示す。

実施例３は基準条件でのペレット使用率10％に対し、
ペレット使用量の増加割合を65％とした場合で、JIS反
応性45％の高反応性コークスを第１図実線Ａに従い215K
g/t使用し、そのうち重量比で15mm超が60％、粒度15mm
以下が40％とした時の操業状態を示す。

実施例４は実施例３において、高反応性コークス使用
量を増大して230Kg/t使用し、そのうち重量比で15mm超
が60％、粒度15mm以下が40％とした時の操業状態を示
す。

実施例５は実施例４において、高反応性コークスの装
入方法を変更した場合の操業状態を示す。

なお比較例４はペレット使用率60％とした時の通常コ
ークス使用時の操業例、比較例５はぺレット使用率75％
とした時の通常コークス使用時の操業例である。

装入方法は、実施例1,2、比較例３の場合、小塊高反
応性コークスを通常コークスおよび焼結鉱と1/2ずつ混
合して装入した。実施例3,4の場合、大塊高反応性コー
クスは通常コークスと混合し、小塊高反応性コークスは
通常コークスおよび焼結鉱と1/2ずつ混合して高炉全体
に装入した。実施例５の場合、大塊高反応性コークスは
通常コークスと混合して炉中心部に装入し、小塊高反応
性コークスは通常コークスおよび焼結鉱と1/2ずつ混合
して、炉中間部から周辺部に装入した。

第１表の実施例２では比較例2,3、実施例１に比べ、
実施例4,5では比較例５、実施例３に比べ、ガス利用率
の向上、コークス比の低下が達成され、燃料比を低下す
ることができた。

実施例１は比較例２と同程度のコークス比が達成され
ており、ペレット使用量を30％増加した操業において、
比較例４のように燃料比を増加することなく操業できる
ことを示したものである。

また、実施例３は比較例１と同程度のコークス比が達
成されており、ペレット使用量を65％増加した操業にお
いて、比較例５のように燃料比を増加することなく操業
できることを示している。

また比較例３は高反応性コークス使用量が少なすぎる
と、比較例２と同程度のコークス比を達成できないこと
を示している。

実施例４は大塊高反応性コークスを炉中心部に装入す
ることによって、実施例３に比べ安定した操業が可能と
なり、燃料比低減が達成できたことを示す。

（発明の効果）以上に説明したように、本発明においては、高反応性
コークスを使用することにより、熱保存帯温度を低下さ
せることができるため、ペレットを多量に装入する操業
においても、ガス利用効率を高めて少ないコークス比
で、シャフト効率の高い高炉操業を行うことができる。
また、高温還元性状だけでなく高温融着性状、ガス通気
性の面でも良好となるため、ペレットの高温性状に由来
する高炉トラブルは減少し、低燃料比操業下において、
安定した高炉操業が可能となる。

【図面の簡単な説明】第１図はペレット使用率と最小限の高反応性コークス使
用量との関係を示した図、第２図はペレツト全量使用時
における通常コークス使用時と高反応性コークス使用時
の炉内還元挙動を同一還元条件下で比較した図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高反応性コークスを高炉に装入するに際
し、ペレット使用率が70％未満の範囲内においては、あ
らかじめ設定したペレット使用率を基準として、ペレッ
ト使用量の増加割合10％当たり、高反応性コークスを35
Kg/t以上装入し、ペレット使用率が70％以上の部分に関
しては、ペレット使用量の増加割合10％当たり高反応性
コークス10Kg/t以上装入することを特徴とする高炉操業
法。
【請求項２】ペレット使用率が70％未満の範囲内におい
ては、あらかじめ設定したペレット使用率を基準とし
て、ペレット使用量の増加割合10％当たり、高反応性コ
ークスを35Kg/t以上装入し、ペレット使用率が70％以上
の部分に関しては、ペレツト使用量の増加割合10％当た
り高反応性コークス10Kg/t以上装入するに際し、高反応
性コークスを大塊と小塊に分別し、大塊高反応性コーク
スを高炉の炉中心部に、小塊高反応性コークスを高炉の
炉中間部より炉周辺部に装入することを特徴とする高炉
操業法。