JP2970452B2

JP2970452B2 - 高炉操業方法

Info

Publication number: JP2970452B2
Application number: JP552195A
Authority: JP
Inventors: 和明佐藤; 公平砂原; 親司上城
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JPH08193205A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高炉操業において炉
芯コークス層の通気性および通液性を良好に保ち、安定
した炉況を維持するための高炉操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の安定操業を維持するためには、炉
芯部分の通気性および通液性を良好に保つことが重要で
ある。

【０００３】そのための技術として、例えば、特公昭64
−9373号公報においては、コークスの一部を高炉中心部
に装入することにより、中心部の鉱石に対するコークス
存在率を増加させ、いわゆる中心流を強める方法が開示
されている。この方法によれば、良好な融着帯形状、ガ
ス利用率を維持しながら中心流が強められるので、高炉
操業の安定化、溶銑の低Si化、炉壁熱負荷の軽減等の効
果が得られることが同公報に示されている。

【０００４】また、特開平４−63212 号公報では鉱石層
に混合するコークス重量分率に応じて同コークス粒径を
増加させることで、鉱石とコークスの混合層が炉内へ堆
積する際に中心部にコークスが偏析することを利用して
中心部のガス流を確保する方法が開示されている。この
方法によれば、出銑滓の安定化、炉内圧損の低減および
溶銑中Si濃度の変動低減が図られるとしている。

【０００５】しかしながら、上述の方法にはそれぞれ次
のような問題点がある。すなわち、特公昭64−9373号公
報に開示されている方法では、炉頂部の装入物堆積レベ
ルの上部空間にコークス専用の装入装置を設ける必要が
あるが、この装入方法の場合、中心部のガス温度が高温
となるため設備のメンテナンスが困難である。また、同
方法では中心部の狭い範囲にコークスを装入すると、中
心部のガス流速が大きくなり過ぎるという問題がある。

【０００６】次に、特開平４−63212 号公報には、鉱
石、コークスの混合装入により中心部にコークスを偏析
させる発明が開示されているが、その発明における鉱石
に対するコークスの粒径比が明確に定義されておらず、
中心へのコークス偏析量を制御することは困難である。
また、同発明では混合装入が有効である鉱石に対するコ
ークスの混合比率の範囲を３〜20重量％と広くとってい
るが、混合量の増加は同公報でも指摘しているように塊
状帯での通気抵抗が上昇する危険があるうえ、コークス
の装入総量は通常の高炉操業では鉱石重量％の25〜30％
に過ぎず、混合コークス量を大幅に増加させるとコーク
ス単味充填層の層厚が薄くなり過ぎて高炉操業上好まし
くない。特に、羽口から多量の補助燃料を吹き込むよう
な場合には総装入コークス量を減らすことになるため、
混合コークス量の増加はコークス単味充填層を一層薄い
ものにしてしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の装入装置を使用する場合でも、炉内での装入物堆積過
程において高炉中心部の狭い範囲にコークスを集中装入
することを可能とし、同部のOre/Coke比 (鉱石とコーク
スの重量比、「Ｏ／Ｃ比」とも記す) を低位に制御し
て、中心ガス流を確保するとともに、高炉中心部で炉芯
コークス層に供給されるコークスの反応劣化を低減させ
て、炉芯コークスの粒径や強度の低下を抑制し、炉芯コ
ークス層の通気性および通液性を良好に保って炉況を安
定に維持することができる高炉操業方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、『炉頂
から交互に装入するコークスと鉱石のうち、鉱石装入の
１チャージを複数バッチに分割して、１バッチ目は鉱石
だけを装入し、引き続いて装入する２バッチ目以降はコ
ークスの一部と鉱石とを同時に装入する高炉操業方法で
あって、鉱石と同時に装入するコークスの重量割合加重
平均粒径を鉱石の粒径の粗い方から10嵩体積％を占める
粗粒鉱石の嵩体積割合加重平均粒径の 2.5倍以上とし、
かつ、上記コークスの量 (嵩体積％、Ｙ) と鉱石の量
(嵩体積％、Ｘ) との関係を下記イ式を満たすように調
整することを特徴とする高炉操業方法』にある。

【０００９】0.05×Ｘ＜Ｙ≦ 0.1×Ｘ・・・・・イ本発明方法において、複数バッチに分割された２バッチ
目以降の鉱石とコークスの一部を同時に炉内に装入する
際、小ベルから鉱石とコークスを混合状態で大ベルの貯
鉱部内に切り出し、続いて大ベルから炉内に装入しても
よく、小ベルからコークス、鉱石の順序で個別に大ベル
の貯鉱部内に切り出し、続いて大ベルから炉内にコーク
スと鉱石を同時に装入してもよい。また、鉱石装入のバ
ッチ数は少ない方がよく、２バッチに分割するのが最も
望ましい。

【００１０】

【作用】以下、本発明の作用を高炉模型の装入実験結果
に基づいて説明する。

【００１１】図１は、装入実験に用いた実高炉 (内容積
2700m³) の 1/8スケールの高炉炉頂部半截模型を示し、
(a)は立体斜視図、 (b)は半截縦断面図である。

【００１２】図１に示すベルカップ３とベル２の間の貯
鉱部内の原料は、ベル２を降下させて排出され、アーマ
ー５に衝突して反撥された後炉内に装入される。そし
て、数チャージ分のコークス層６と鉱石層またはコーク
ス混合鉱石層７とが積層される。このような原料装入を
行って炉内堆積物のコークスに対する鉱石の重量比 (以
下「堆積Ｏ／Ｃ比」と記す) の半径方向分布を測定し
た。

【００１３】装入実験に用いた鉱石およびコークスの装
入量、粒径は、後述する実施例の条件を模型比で縮小し
たものである。鉱石の装入は２バッチに分割して行い、
鉱石にコークスを同時装入しない場合（ケース３）、１
バッチ目（以下、Ｏ_Iと記す) だけにコークスを同時装
入する場合（ケース２）、２バッチ目（以下、Ｏ_IIと記
す) だけにコークスを同時装入する場合（ケース１、ケ
ース４、ケース５、ケース６）について行った。

【００１４】表１に同時装入鉱石に対する同時装入コー
クスの下記 (1)式および (2)式で定義される粒径比およ
び混合比を示す。

【００１５】

【数１】

【００１６】

【表１】

【００１７】図２に、高炉半径方向の原料偏在状況と、
鉱石とコークスの同時装入順序との関係を示す。なお、
縦軸の相対Ｏ／Ｃ比は装入Ｏ／Ｃ比に対する半径方向各
位置（炉中心からの距離を炉の内半径で割って無次元化
した無次元距離で表す）の堆積Ｏ／Ｃ比の比を示す。装
入Ｏ／Ｃ比は、装入鉱石およびコークスが偏在すること
なく、均一に混合された状態で炉内に堆積したときのＯ
／Ｃ比に相当する。従って、相対Ｏ／Ｃ比の値が１のと
きは原料偏在がないことを示し、１を超えるときは鉱石
の偏在、１未満のときはコークスの偏在があることを示
す。

【００１８】図２に示すように、鉱石とコークスを同時
装入しないケース３に比べ、Ｏ_Iとコークスを同時装入
したケース２の方が炉中心部のＯ／Ｃ比は低くなる。ケ
ース１はケース２よりさらに炉中心部のＯ／Ｃ比が低下
し、Ｏ_IIとコークスを同時装入することにより、コーク
スを炉中心部に効果的に偏在させることができることが
明らかである。

【００１９】図３は、鉱石とコークスの同時装入順序に
よる原料偏在現象を模式的に説明する図で、(a) はＯ_II
とコークスの同時装入、(b) はＯ_Iとコークスの同時装
入、(c) は同時装入なしの場合である。

【００２０】(c) 図に示すように、同時装入なしの場合
はコークス装入に続くＯ_I装入時の鉱石の落下衝撃によ
りコークス層崩れが発生し、コークス層６の表層コーク
ス11が表層崩れコークス12となって炉中心部に流れ込
む。続くＯ_IIの装入では炉中心部まで鉱石だけで覆われ
ることになる。従って、炉中心部に流入した表層崩れコ
ークス12に相当する分だけ炉中心部のＯ／Ｃ比が低下す
る。

【００２１】(a) 図は、本発明方法での装入形態であ
り、図示のとおり、Ｏ_IIに粒径比を調整した粗粒コーク
スを混合し同時装入した場合は、Ｏ_IIとコークスの混合
原料が炉内にすでに形成されたＯ_Iの鉱石充填層上を流
下しながら堆積する過程での分級作用により、見掛け密
度は鉱石より低いが、その分粒径を十分に粗粒にした同
時装入コークス13を炉中心部に集中的に偏在させること
ができる。従って、Ｏ_IIとコークスの同時装入では、表
層崩れコークス12と同時装入コークス13に相当する分が
炉中心部のＯ／Ｃ比の低下に寄与することになる。

【００２２】(b) 図に示すように、Ｏ_Iとコークスを同
時装入では、表層崩れコークス12の中心部への流入が干
渉するので、分級作用による同時コークス13の集中的な
炉中心部への偏在効果が弱められる。従って、炉中心部
のＯ／Ｃ比低減効果は、Ｏ_Iとコークスを同時装入がＯ
_IIとコークスの同時装入より劣ることになる。

【００２３】本発明方法において鉱石の粗粒側10嵩体積
％の粗粒鉱石粒度と同時装入コークス粒度とを対比した
粒径比を用いる根拠は、鉱石単味層を装入した場合、堆
積時の粒度偏析で炉中心から10嵩体積％以内の領域に堆
積すべき粗粒鉱石を上述した分級作用により粗粒の同時
装入コークスに置き換えようとする思想に基づく。上記
の粒径比が 2.5以上であれば、炉内堆積過程における粗
粒鉱石の分級作用が促進され、炉中心領域にコークスが
効果的に偏在するようになる。

【００２４】図４に鉱石（Ｏ_II）とコークスの同時装入
における同時装入比（Ｙ／Ｘ）の影響を示す。図示のよ
うに、コークスの同時装入比をケース４ (Ｙ／Ｘ＝ 0.0
5)から、ケース５ (Ｙ／Ｘ＝0.10) 、ケース６ (Ｙ／Ｘ
＝0.20) と大きくすることにより炉中心部へのコークス
偏在量が増加し、Ｏ／Ｃ比の低い領域が半径方向に広が
る傾向が認められる。

【００２５】コークスの同時装入比を大きくしていけ
ば、上記のように炉中心部へのコークスの偏析量を増や
すことができるが、この比を過度に大きくする（鉱石に
混合するコークス量を過度に増やす）と、コークス単味
で装入する量がその分だけ減少し、コークス単味層の層
厚が薄くなり、ガス流れの変動による操業の不安定化等
の障害がおきる。従って、通常の操業では、同時装入比
（Ｙ／Ｘ）は、0.1 程度に抑えるべきである。特に、後
述の実施例で示すように、羽口から吹き込む補助燃料を
増やして、コークスの全装入量を減らす操業の場合に
は、同時装入比（Ｙ／Ｘ）を 0.2程度まで高めるのは好
ましくない。本発明方法のように粒径比を適切に設定す
れば、同時装入比が 0.1以下でも炉中心部にコークスを
集中的に偏在させることができる。なお、同時装入比
（Ｙ／Ｘ）が0.05未満では、本発明の意図する効果がほ
とんど得られないので、この比は0.05以上とするべきで
ある。

【００２６】上述したように、本発明方法によれば、従
来の装入装置を用いて少量の粗粒コークスをＯ_IIと同時
に装入することにより、効果的に炉中心部のＯ／Ｃ比を
低く制御できるので、いわゆる中心流が適正に確保され
て、炉芯部の通気・通液性を良好に維持することができ
る。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により本発明の効果を具体的に
説明する。

【００２８】炉内容積2700m³の高炉を用い、通常コーク
スと２バッチ（Ｏ_I:26.05ｔ、Ｏ_II:26.05ｔ) に分割さ
れた鉱石 (52.1ｔ／チャージ) とを交互に装入し、実施
例と比較例の操業ではＯ_IIとコークスの同時装入を行
い、従来例の操業ではコークスの同時装入を行わなかっ
た。送風量は 4400Nm³/minとし、原料装入条件および原
料粒径条件は表２に示すとおりである。使用した鉱石お
よびコークスの粒度分布は図８に示した。

【００２９】実施例、比較例および従来例の操業中の炉
内状況、すなわち、送風圧、スリップ発生回数、溶銑中
Si濃度（以下、〔Si〕と記す）の変動率、羽口コークス
サンプラーによる炉芯コークスの加重平均粒径の測定値
および溶銑温度の変動量を調査し、その結果を表２に併
せて示す。また、炉頂部に設けた半径方向ゾンデを用い
て炉頂部ガス温度の半径方向分布を調査し、実施例の一
部では実炉でのサンプリングにより炉内充填層上部にお
ける堆積Ｏ／Ｃ比の半径方向分布を調査した。

【００３０】図５に実施例における炉内充填層上部での
相対Ｏ／Ｃ比の半径方向分布実測値の一例を示す。図示
のように、実施例２では炉中心部にコークスが集中的に
偏在し、炉中心部のＯ／Ｃ比が極めて低くなっているこ
とがわかる。前述した模型高炉による装入実験結果（ケ
ース１、ケース５）と比較すると実施例２の方がＯ／Ｃ
比の低い領域が半径方向に広がっている。これは実施例
の方が鉱石装入量、同時装入コークス粒径の絶対値が高
いため、鉱石の落下衝撃力による層崩れコークス、ある
いは分級作用による同時装入コークスの炉中心部への偏
在程度が大きくなることによるものであり、模型装入実
験結果の妥当性を損なうものではない。

【００３１】図６に炉頂部ガス温度の半径方向分布を実
施例と比較例および従来例とを対比して示す。図示のよ
うに、炉中心部における炉頂部ガス温度は、従来例→比
較例１→実施例３→実施例１→実施例２の順に高くなっ
ている。この結果から、Ｏ_IIとコークスを同時装入し、
Ｄ_c ^m／粗Ｄ_oを 2.5倍以上とすれば、Ｙ／Ｘが0.10以
下でも、いわゆる中心流が増加し、炉中心部のＯ／Ｃ比
を低く制御できることがわかる。また、炉中心部のＯ／
Ｃ比をより低く制御するには、混合同時装入よりコーク
ス優先同時装入の方が望ましい。

【００３２】表２に示すように、粒径比が 2.2倍の比較
例１の炉内状況は従来例とほとんど変わらず、操業安定
化の改善程度は不十分であった。これは、Ｄ_c ^m／粗Ｄ
_oが低いため、同時装入コークスによる粗粒鉱石の分級
堆積が十分に行われず、炉中心領域への鉱石偏在が生
じ、炉中心部のＯ／Ｃ比が低位に制御されなかったこと
による。

【００３３】これに対して、粒径比が 2.5倍の実施例
１、２および３は、スリップ発生回数が減少し、炉内状
態は安定した。実施例１、２および３では、炉中心部の
Ｏ／Ｃ比が低位に制御されているので、反応劣化による
コークスの粉化が抑制され、従来例、比較例１より粒径
が大きく、通気性、通液性の良好な炉芯コークスが形成
される。このため、安定した炉中心部のガス流れが確保
され、送風圧が低下する。そして、安定操業が実現さ
れ、溶銑中〔Si〕および溶銑温度の変動を少なくするこ
とができる。

【００３４】なお、前掲の特開平４−63212 号公報の発
明では混合装入が有効である混合比率の範囲を３〜20重
量％としているが、実施例１および２のコークス同時装
入比0.10は重量比率で 2.7重量％に相当し、実施例３の
0.05は重量比率で 1.3重量％に相当し、本発明は３重量
％以下でも有効である。これは、粒径比を適切に設定し
たためである。

【００３５】次に、羽口吹込み補助燃料の使用量を増加
させて装入全コークス量を低下させた操業の実施例４お
よび比較例２を説明する。

【００３６】図７に、炉頂部ガス温度の半径方向分布
を、他の実施例、比較例と従来例とを対比して示す。図
示のように、炉中心部の炉頂部ガス温度はコークス同時
装入比が0.10の実施例４の方が0.15の比較例２より高く
なっている。また、炉中間部から炉壁までの領域におけ
る炉頂部ガス温度は、前述の実施例１、２および３より
若干低めになっており、特に比較例２では温度変動が大
きくなっている。これは、装入コークス量が低下する
と、炉内全域に堆積するコークス層の層厚が薄くなる
が、この薄層化傾向に対して装入コークス量が低い場合
は、同時装入コークス量の増加による通常コークス装入
量の減少の影響が大きくなるためである。従って、表２
に示すように送風圧は、通常装入Ｏ／Ｃ比が低い実施例
１、２および３より高くなるのは避けられない。また、
比較例２では、中心流は確保されるものの、通常装入コ
ークス減少により操業は不安定となり、溶銑温度や〔S
i〕の変動が大きくなり、スリップ増加となった。これ
に対し、実施例４では、同時装入コークス量が少ないた
め、通常装入コークス量減少の影響は少なく、比較例２
より少ない同時装入コークス量で前述の実施例１および
３とほぼ同等の安定操業が維持できた。

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】本発明方法によれば、従来の装入装置を
用いて高炉中心部のＯ／Ｃ比を低位に制御することがで
き、炉内上昇ガスの中心流を適正に確保するとともに、
炉芯コークス層の通気性、通液性を良好に維持すること
ができる。これにより操業中のスリップ発生および溶銑
温度と溶銑中Si濃度の変動が少なくなり、高炉の安定操
業を実現できる。この経済効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】装入実験に用いた高炉炉頂部半截縮尺模型を示
し、 (a)は立体斜視図、 (b)は半截縦断面図である。

【図２】高炉半径方向の原料偏在状況と、鉱石とコーク
スの同時装入順序との関係を示すグラフである。

【図３】鉱石とコークスの同時装入順序による原料偏在
現象を説明する図であり、 (a)はＯ_IIとの同時装入、
(b)はＯ_Iとの同時装入、 (c)は同時装入なしの場合で
ある。

【図４】本発明の鉱石（Ｏ_II）とコークスの同時装入に
おけるコークス同時装入比の影響を示すグラフである。

【図５】実施例における炉内充填層上部での相対Ｏ／Ｃ
比の半径方向分布実測値の一例を示すグラフである。

【図６】炉頂部ガス温度の半径方向分布を、実施例と比
較例および従来例とを対比して示すグラフである。

【図７】炉頂部ガス温度の半径方向分布を、他の実施
例、比較例と従来例とを対比して示すグラフである。

【図８】実施例の操業で使用した鉱石((a)) およびコー
クス((b)) の粒度分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１：高炉炉頂部半截模型２：ベル３：ベルカップ４：ベル昇降駆動
装置５：アーマー６：コークス層７：コークス混合または単独鉱石層８：炉頂部側壁９：アクリル板半截面 10：装入原料 11：表層コークス 12：表層崩れコー
クス 13：同時装入コークス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−86105（ＪＰ，Ａ) 特開平７−150207（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21B 5/00 311 C21B 5/00 301

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炉頂から交互に装入するコークスと鉱石の
うち、鉱石装入の１チャージを複数バッチに分割して、
１バッチ目は鉱石だけを装入し、引き続いて装入する２
バッチ目以降はコークスの一部と鉱石とを同時に装入す
る高炉操業方法であって、鉱石と同時に装入するコーク
スの重量割合加重平均粒径を鉱石の粒径の粗い方から10
嵩体積％を占める粗粒鉱石の嵩体積割合加重平均粒径の
2.5倍以上とし、かつ、上記コークスの量 (嵩体積％、
Ｙ) と鉱石の量 (嵩体積％、Ｘ) との関係を下記イ式を
満たすように調整することを特徴とする高炉操業方法。 0.05×Ｘ＜Ｙ≦ 0.1×Ｘ・・・・・イ