JP3238037B2 - 高炉の操業法 - Google Patents

高炉の操業法

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JP3238037B2 JP05208195A JP5208195A JP3238037B2 JP 3238037 B2 JP3238037 B2 JP 3238037B2 JP 05208195 A JP05208195 A JP 05208195A JP 5208195 A JP5208195 A JP 5208195A JP 3238037 B2 JP3238037 B2 JP 3238037B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新しい管理指数を導入
し、これを管理することにより、安定した操業を継続
し、生産性を向上させる高炉操業法に関する。
【0002】
【従来の技術】炉下部の状態を把握する試みとして、炉
腹ゾンデや羽口ゾンデによる観察や炉内サンプル採取が
なされてきているが、これらはスポット的なものであ
り、継続して炉内状態を把握する手段ではない。そこ
で、スラグ、メタル反応に着目し、溶銑中のSi,Mn
値をもとに、炉下部領域の還元状態あるいは半径方向の
還元状態を把握しようという試みがなされてきた。
【0003】また、これまで低Si操業に関する検討は
多くなされているが、操業管理に適用する試みは少な
く、スラグ、メタルの各成分値、溶銑温度の測定値から
炉内状況を判断する一指標として、槌谷らのMn,S
i,S分配比(日本鉄鋼協会編、中間報告書「高炉内現
象とその解析」、(1979)、p126)、田村らの
Si推定値(鉄と鋼、67(1981)、p2635)
による指標が提案されている。槌谷らは、Si,Mnの
スラグ−メタルへの分配比は(3)(4)式の酸素分圧
で異なり、酸素分圧は(5)式の反応で規定されるとし
た。
【0004】 [Si]+O2 =(SiO2 ) ・・・(3) [Mn]+1/2O2 =(MnO) ・・・(4) C+1/2O2 =CO ・・・(5) ここで、[Si]:メタル中Si値、(SiO2 ):ス
ラグ中SiO2 値 [Mn]:メタル中Mn値、 (MnO):スラグ中M
nO値
【0005】また、田村らは、(6)式の反応でメタル
中Siを推定し、反応を支配する酸素分圧PO C-COにつ
いては、槌谷らと同様、(5)式の反応で規定されると
した。 (SiO2 )+2C=[Si]+2CO ・・・(6)
【0006】酸素分圧を決定する(5)式の反応系のC
O分圧PCOについては、 槌谷らは、PCO(atm)={1+0.967×送風ゲ
ージ圧}+0.192×{羽口、出銑口間距離−0.7
5} 田村らは、PCO(atm)=0.9869×10-5
b、 Pb:送風圧 で評価している。また、(3)(4)(6)式の平衡値
を算出する上で重要な溶銑温度については、本来炉床湯
溜り温度を代表する値を用いるべきであるが、両者と
も、出銑時の溶銑温度を使用している。
【0007】本発明者らは、高炉内でのSi移行反応を
酸素分圧を測定することにより考察し(鉄と鋼、75
(1989)、p1286)、炉床部におけるSiの分
配反応は(7)式で表され、酸素分圧は(8)式のスラ
グ中(FeO)で規定されることを示した。 2(FeO)+[Si]=(SiO2 )+2Fe ・・・(7) Fe+1/2O2 =(FeO) ・・・(8)
【0008】このように、Si,Mnの分配反応を規定
する酸素分圧については、(5)式および(8)式とで
は異なること、また例えばSiの反応を例にとると、
(6)(7)式とでは、関係する熱力学の諸数値ならび
に温度依存性が異なるため、各溶銑温度に対するSi,
Mnの平衡値が異なることになる。
【0009】これまでに提案されている槌谷らのMn,
Si,S分配比や田村らのSi推定値は定性的な方向性
を示す目安とはなりうるが、管理指標として、操業アク
ションに結びつける指標とはなっていない。また、高炉
操業が悪化した場合には、通常操業では、焼結鉱の品質
制御を実施する余裕はなく、燃料比の大幅な上昇で対応
せざるを得ない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】高炉操業が悪化した場
合には、コークス比10kg/t単位の燃料比増アクシ
ョンを実施する必要があり、その場合には、安定操業状
態に復帰するのに時間を要する。そのため、本発明は、
操業が悪化する前に、事前に操業悪化の兆候を察知し、
必要最低限のアクションで、高炉操業を立て直し、安定
した操業を継続できる高炉操業方法を提供することを目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、スラグ−メタ
ル反応によるSi,Mn,Sの分配が、スラグ中(Fe
O)の酸素分圧によって支配されると考え、高炉安定操
業時の平衡Si,Mn,S値をベースに、操業中の溶銑
Mn,Si,S値との対比から、炉内状態を診断し、操
業アクションに結びつけたものであり、前記課題を解決
するため、(1)炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に装
入する高炉操業法において、溶銑温度T、溶銑中の[M
n]、[Si]、[C]とスラグ中の(MnO)、(M
gO)、(SiO2 )、(CaO)を測定し、(a)式
の反応該溶銑温度Tでの平衡〔Mn〕を求め、(1)式
に示すNMn指数を算出し、NMnが100未満の場合に、
装入物品質を向上させるか、および/または、燃料比を
上昇させることを特徴とする高炉の操業法である。
【0012】 NMn=(溶銑中[Mn]/平衡[Mn]eq)×100 ・・・(1) (MnO)+Fe=Mn+(FeO) ・・・(a) ここで、平衡[Mn]eqはスラグ中(FeO)=0.
2〜0.3wt%とした時の(a)式の反応の平衡Mn
値で、(a)式の反応の平衡定数KMnは KMn=aFe・aMnO /aFeO ・aMn =exp(−8.469+18255.9/T) T≧1809 =exp(−9.319+19791.2/T) T<1809 で表される。
【0013】(2)炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に
装入する高炉操業法において、溶銑温度、溶銑中の[M
n]、[Si]、[C]とスラグ中の(MnO)、(M
gO)、(SiO2 )、(CaO)、(Al23 )を
測定し、(a)、(b)式の反応の該溶銑温度Tでの平
衡[Mn]および平衡[Si]を求め、(1)、(2)
式に示すNMn,NSi指数を算出し、NMnが100未満お
よびNSi≧100の時には炉内半径方向で装入物分布
(Ore/Coke)を調整し、NMnが100未満およ
びNSi<100の時には、装入物品質を向上させるか、
および/または、燃料比を上昇させることを特徴とする
高炉の操業法である。
【0014】 NSi=(溶銑中[Si]/平衡[Si]eq)×100 ・・・(2) (SiO2 )+2Fe=Si+2(FeO) ・・・(b) ここで、平衡[Si]eqはスラグ中(FeO)=0.
2〜0.3wt%とした時の(b)式の反応の平衡Si
値で、(b)式の反応の平衡定数KSiは KSi=aSiO2・aFe 2 /aSi・aFeO 2 =exp(12.909+36436.82/T) で表される。
【0015】(3)炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に
装入する高炉操業法において、溶銑温度T,溶銑中の
〔Mn〕,〔Si〕,〔C〕,〔S〕とスラグ中の(M
gO),(SiO2 ),(CaO),(Al23 ),
(S)を測定し、(c)式の反応の該溶銑温度Tでの平
衡状態におけるS分配比Ls eqを求め、(2c)式に示
すNs を算出し、Ns が100未満の時に、装入物品質
を向上させるか、および/または、燃料比を上昇させる
ことを特徴とする高炉の操業法。
【0016】 Ns =(スラグ中(S)/溶銑中〔S〕)/Ls eq×100・・・(2c) 1/2S2 =S ・・・(c) ここで、平衡S分配比Ls eqはスラグ中(FeO)=
0.2〜0.3wt%とした時の(c)式の反応の平衡
S分配比(=(S)/〔S〕eq)で、(c)式の反応の
平衡定数Ks は、 Ks =(Ps21/2 /as =exp(−15050/T
+2.23) で表される。
【0017】(4)装入物品質の向上として、焼結鉱被
還元性指数JIS−RIを1〜2%上昇させる又は焼結
鉱成分(FeO)を0.5wt%〜1.0wt%低下さ
せ、および/または燃料比を3kg/t〜10kg/t
増加させることを特徴とする(1)〜(3)に記載の高
炉の操業法である。
【0018】
【作用】以下、本発明を詳細に説明する。まず、スラグ
−メタル反応によるSi,Mn移行反応が、(7)式お
よび(9)式で表され、(8)式のスラグ中(FeO)
の酸素分圧で規定されることを示す。 (FeO)+[Mn]=(MnO)+Fe ・・・(9)
【0019】炉内の酸素分圧を規定する要因として、
(5)式と(8)式が考えられている。本発明者らは、
操業中に採取されたレースウエイ奥のスラグ中(Fe
O)は数wt%から14wt%程度含有されており、炉
床部への滴下過程において、(7)、(9)、(10)
式の反応で0.2〜0.3wt%程度まで低下すること
を確認した。 (FeO)+[C]=Fe+CO ・・・(10)
【0020】また、高炉操業が安定している時には、炉
外排出時のスラグ中(FeO)は0.2〜0.3wt%
である。排出スラグ中(FeO)は0.1wt%以下で
排出されることはなく、また炉内還元状態が悪い時に
は、スラグ中(FeO)は高いレベルで排出される。
【0021】スラグ中(FeO)が0.2wt%未満と
なり難い点については、炉床部では(7)式の右側への
脱Si反応ならびに(10)式の反応の進行が(Fe
O)=0.2wt%未満では極端に遅くなること、また
(FeO)<0.2wt%のスラグが、もし炉床部に到
達したとしても、(7)式の左側の復Si反応により、
スラグ中(FeO)が増加する反応が生じ、最終的には
(FeO)=0.2〜0.3wt%で安定することを、
図1に示すスラグ−メタル反応の基礎実験において明ら
かにした。(FeO)=0.2〜0.3wt%の時の酸
素分圧は、槌谷ら、田村らが示した(5)式で規定され
る酸素分圧PO C-COよりも1桁以上大きいことから、炉
内酸素分圧は炉内還元反応の進行度合を示すスラグ中
(FeO)、すなわち(8)式の酸素分圧PO Fe-FeO
よって規定されると考えるのが妥当である。
【0022】(7)式、(9)式のSi,Mn移行反応
の基準状態については、排出スラグ中(FeO)≧0.
2wt%で、高炉が安定操業している時には、スラグ中
(FeO)=0.2〜0.3wt%であることから、こ
の(FeO)の値に対する平衡値を基準状態に設定する
ことが合理的である。
【0023】次に、NMn,NSi指数を導入した理由とそ
の基準値が100となることを示す。炉内の還元状態を
把握する方法として、スラグ中の(FeO)を分析し、
(FeO)=0.2〜0.3wt%に対する差を直接検
知する方法が望ましいが、(FeO)の分析は時間を要
するため、通常のスラグ分析項目にはない。通常のスラ
グ分析では、簡易的な方法として、迅速測定が可能な
T.Feを測定している所もあるが、このT.Feの分
析値には、(FeO)中のFe分の他に、スラグ中に巻
込まれた粒鉄が含まれており、精度面で問題が残る。そ
こで、スラグ−メタル反応(7)式、(9)式のSi,
Mn移行反応を活用し、前述した基準状態に対する平衡
Mn,Si値に対して、操業中の溶銑中Mn,Si値を
比較することにより、間接的ではあるが、炉内の酸素分
圧の変化を推定する方法が本発明による方法であり、そ
の比を指数NMn,NSiで表している。しがたって、基準
状態を満足する炉内状態がNMn,NSi指数では100と
なる。
【0024】次に、平衡[Si][Mn]値ならびにN
Si,NMn値を導出する方法を説明する。(7)式の反応
の平衡定数KSiは KSi=aSiO2・aFe 2 /aSi・aFeO 2 =exp(12.909+36436.82/T) ・・・(11) (9)式の反応の平衡定数KMnは KMn=aFe・aMnO /aFeO ・aMn =exp(−8.469+18255.9/T) T≧1809 =exp(−9.319+19791.2/T) T<1809 ・・・(12)
【0025】 ここで、aSi=fSi・[Si] ・・・(13) logfSi=eSi (Si)・[Si]+eSi (C) ・[C] +eSi (Mn)・[Mn] ・・・(14) eSi (Si)=34.5/T+0.089 ・・・(15) eSi (C) =380/T−0.023 ・・・(16) eSi (Mn)=−940/T+0.495 ・・・(17) aFe=0.66 ・・・(18) aFeO =(FeO)×(0.05483×B2 − 0.10498×B+0.06186) ・・・(19) aSiO2=4.364×NSiO2 3 −0.7552×NSiO2 2 ・・・(20) NSiO2=(95−(MgO)−(Al23 ))/((101.65 ×B+95)+(0.42×B+0.49)・(MgO) −(0.481×B+0.411)・(Al23 )) ・・・(21) aMn=fMn・[Mn] ・・・(22) logfMn=eMn (Si)・[Si]+eMn (C) ・[C] ・・・(23) eMn (Si)=−1838.0/T+0.694 ・・・(24) eMn (C) =−1371.0/T+0.690 ・・・(25) aMnO =fMnO ・(MnO) ・・・(26) fMnO =(5.9×((CaO)+1.4×(MgO))/ (SiO2 )+1.6)×10-3 ・・・(27)
【0026】 なお、[Si] :溶銑中Si濃度(wt%) [C] :溶銑中C濃度(wt%) [Mn] :溶銑中Mn濃度(wt%) (FeO)eq :(9)式の平衡時のスラグ中のFeO
濃度=0.2(wt%) (FeO) :スラグ中のFeO濃度(wt%) (MnO) :スラグ中のMnO濃度(wt%) (Al23 ):スラグ中のAl23 濃度(wt%) (MgO) :スラグ中のMgO濃度(wt%) (CaO) :スラグ中のCaO濃度(wt%) (SiO2 ) :スラグ中のSiO2 濃度(wt%) B :スラグ塩基度(=(CaO)/(SiO
2 )) T :炉床部における溶銑温度(K)
【0027】(7)(9)式での(FeO)=0.2〜
0.3wt%に対する平衡[Si]、[Mn]値を導出
するためには(14)〜(27)式を(11)(12)
式に代入して関係式を導出し、[Si][Mn]以外の
スラグ、メタルの成分値ならびに炉床部での溶銑温度デ
ータを代入することにより推定できる。上記基準値のス
ラグ(FeO)は、基準状態のFeOの活量を一定と考
えると、スラグ塩基度によって、(FeO)含有量は異
なる。スラグ塩基度1.2〜1.25の時、(FeO)
eq=0.2wt%、塩基度1.3近傍の時、(FeO)
eq=0.3wt%となる。通常操業範囲内では、スラグ
流動性を考慮して、高炉のスラグ塩基度は1.2〜1.
3の間に設定するため、基準値の(FeO)=0.2〜
0.3wt%の範囲内にある。
【0028】溶銑温度Tは炉床部での溶銑温度を示す
が、通常は出銑時の溶銑温度を測定するため、誤差が生
じる。本発明者らは、炉床部での溶銑温度と出銑時の溶
銑温度との差を検知するため、出銑口開孔棒を改造し、
先端に熱電対を装備した開孔棒を用いることにより、炉
内炉床部における溶銑温度を検出した。その後開孔棒を
引き抜き、出銑開始後の溶銑温度を検出することによ
り、炉床部での溶銑温度と出銑時の溶銑温度との差を明
らかにした。測定によると、炉内炉床部の溶銑温度のほ
うが、出銑後の溶銑温度TPIG に比べ、平均的にΔT
PIG =約25℃高い結果を得た。したがって、上記計算
に使用する溶銑温度T(K)は(28)式で評価され
る。
【0029】 T=TPIG +ΔTPIG +273 (K) ・・・(28) ここで、ΔTPIG =25(℃) TPIG :出銑時の溶銑温度(℃) NMnは(28)式の溶銑温度Tにおける(a)式の平衡
[Mn]の値と溶銑中の[Mn]を測定し、(29)式
に示すように、その比を百分率で表示したものである。
Siは(28)式の溶銑温度Tにおける(b)式の平衡
[Si]の値と溶銑中の[Si]を測定し、(30)式
に示すように、その比を百分率で表示したものである。 NMn=(溶銑[Mn]/平衡[Mn]eq)×100(%)・・・(29) NSi=(溶銑[Si]/平衡[Si]eq)×100(%)・・・(30)
【0030】つぎに、NMn,NSi指数と操業状態との関
係を示す。NMn値については、炉床部近傍でのスラグ−
メタルの接触反応によって生じることから、(FeO)
の存在状態と直接関係する指標である。(FeO)は
(10)式の反応でも消費されるが、炉内の還元状態が
悪く、スラグ中(FeO)が0.2〜0.3wt%より
も高い場合には、(9)式の右側の反応の進行量が多く
なり、メタル中[Mn]値は低下する。その場合、メタ
ル中[Mn]値はスラグ中(FeO)=0.2〜0.3
wt%時の平衡[Mn]値に比べ低い数値となる。した
がって、炉内の還元状態が悪い時には、NMn値<100
となる。一方、炉内還元状態が良好な場合、スラグ中
(FeO)=0.2〜0.3wt%に達するのが速く、
[Mn]≧[Mn]eqの状態で、(9)式の反応がスラ
グ中(FeO)=0.2〜0.3wt%に達した場合、
その後の反応進行は極端に遅くなり、そのまま炉外に排
出される。この場合、NMn値≧100となる。
【0031】したがって、NMn値によって、融着帯下端
レベルあるいは局部的にOre/Cokeの高い部分の
有無の判定すなわち過剰な(FeO)が落ちていないか
を判定できるため、炉下部における炉内還元状態が把握
できる。 つまり、NMn≧100:融着帯下面レベルは高い位置に
あり、余裕のある操業状態と判定され、燃料比低減も可
能である。 NMn<100:融着帯下面レベルは低い位置にある、あ
るいは炉内の還元状態が悪く、スラグ中に高濃度の(F
eO)が存在する。この場合、炉況改善アクションが必
要なことを示唆する。
【0032】一方、NSi値については、(FeO)の存
在状態と関係するが、高炉半径方向の融着帯形状や送風
条件などによっても影響を受ける。羽口先温度を低くす
ると、SiOガス発生が抑制され、SiOガスからのメ
タル中へのSi移行量は少なくなる。また、融着帯が上
昇し、スラグ−メタルの滴下領域が拡がると、SiOガ
スとメタルとの接触時間が長くなるため、メタルへのS
i移行量が増える。このように、メタル中へのSi移行
は必ずしもスラグ中(FeO)のみによって影響されな
い。
【0033】図2は、レースウエイ近傍を滴下するメタ
ル中Si値と炉床部におけるスラグ−メタル反応による
メタル中Si値の推移と(7)式の平衡Si値との関係
を示す図である。NSi<100となるケースは2通り考
えられる。1つは、炉内還元状態が悪く、スラグ中(F
eO)が0.2〜0.3wt%よりも高い場合である。
この場合、レースウエイ近傍の酸素分圧が高く、メタル
中への[Si]移行量が少なくなる上、(7)式の脱S
i反応も進行するため、炉床部でのメタル中[Si]<
[Si]eq値となる傾向にある。
【0034】他のケースは、炉内還元状態は良好である
が、羽口先温度が低く、SiO経由によるSi移行量が
少ないケースである。この場合、炉床部ではスラグ中
(FeO)=0.2wt%であり、(7)式の左側への
加Si反応が生じるが、この反応速度が遅いため、スラ
グ中(FeO)=0.2wt%における(7)式の平衡
Siに到達する前に、出銑されるケースである。両ケー
スとも、図2(c)の経路を経ることになるが、炉内の
操業状態は全く異なる。前者は操業状態は悪いが、後者
は操業状態は悪くなく、意識して低Siを目指した操業
状態にある。両ケースの違いは、炉床部での酸素分圧が
異なる点であるため、この操業状態はNMn値を併用する
ことで判別できる。
【0035】NSi≧100となるケースは、NMnと同
様、炉内還元状態が良好でスラグ、メタルの滴下時に
(7)式の右側への反応の進行過程すなわち[Si]≧
[Si]eqの状態で、スラグ中(FeO)=0.2wt
%に達した場合に相当する。つぎに、NMn,NSi値を併
用することにより、操業状態を判定する方法について説
明する。NMn値、NSi値の意味するところは、上述した
通りであるが、下記に示すように、NMn,NSi値による
炉況判定が可能となる。
【0036】(1)NMn≧100の時、 (i)更にNSi≧100の時:融着帯は上昇し、余裕の
ある操業状態にあることを意味する。図3(a)が本ケ
ースに相当するが、この期間の操業は良好で、余裕のあ
る操業が行われていた時期である。この場合、NMn≧1
00、NSi≧100を満たす条件の範囲内での燃料比の
低減アクションが可能であり、図3(a)の後期の操業
は、燃料比を低減させた期間に相当する。基本的には、
Mn=100程度までは、燃料比低減アクションが可能
である。
【0037】(ii)更にNSi<100の時:溶銑温度は
通常1500〜1550℃であるが、溶銑温度によっ
て、下記2ケースに分かれる。 出銑時の溶銑温度TPIG ≧1530℃の時、スラグ中
(%FeO)=0.2〜0.3wt%時の平衡Si濃度
が高く、炉床部で(7)式の加Si反応は生じている
が、その反応速度が遅いため、平衡に到達しないうちに
出銑されていることを示唆する。この場合、余裕のある
操業状態にある。図3(b)の場合がこのケースに相当
するが、炉況は安定しており、溶銑温度は高い。溶銑温
度に対する平衡Si濃度が高く、NSi<100となって
いる。図3(b)の後半の操業は、溶銑温度が適正水準
に低下するまで、燃料比を低減した例であるが、溶銑温
度の低下に伴い、平衡Si濃度は低下し、NSi≧100
に変化している。したがって、本ケースの場合、操業状
態は良好であり、燃料比の低減アクションが可能であ
る。
【0038】出銑時の溶銑温度TPIG <1530℃の
時に、実績Si値が低い場合に見られる。この場合、加
Si領域が狭いケースや低羽口先温度、高スラグ塩基度
さらには早期出銑を行っているケースが考えられる。こ
の場合も、操業状態は悪くない。図3(c)の例は、半
径方向のガス利用率分布(ηCO分布)から推定して、融
着帯形状はL型と推定され、この場合、加Si領域が狭
いことを示唆している。本ケースは適正操業状態にある
ことを示唆している。
【0039】(2)NMn<100の時、 (i)更にNSi≧100の時:局部的に(FeO)の高
いスラグが滴下する融着帯の低い部分はあるが、加Si
領域は広いことを意味している。融着帯形状は逆U型に
近い形状かW型であることを意味する。図3(d)の例
は、中心流過多の操業で、ゾンデ情報から判断して、逆
U型融着帯形状となっており、炉周辺部の融着帯が低下
している時の操業例である。この場合、周辺部のOre
/Cokeを低減させる鉱石蹴りモードを増やした装入
物分布調整を指向した結果、炉周辺部の融着層を上昇で
き、操業改善がなされた。つまり、このケースでは、融
着帯が低下している部分を検知できれば、装入物分布調
整程度で、操業改善が可能な操業レベルにあることを示
唆している。
【0040】(ii)更にNSi<100の時:炉内還元状
態は悪く、高(FeO)スラグが量多く滴下している状
態にある。図3(e)の操業例は、NMn<100,NSi
<100の時に、操業改善アクションとして、装入物分
布アクションを指向した例であるが、炉況は改善せず、
操業は不安定化し、炉況不調に至った例である。このケ
ースにおいては、装入物品質の改善(JIS−RIの上
昇、焼結鉱(FeO)低減)もしくは燃料比の上昇など
によって、一旦融着帯を上昇させ、炉内還元状態を改善
する早急なる操業改善アクションが必要である。
【0041】以上の操業例から判断して、表1にNMn
Siの管理指標とアクション基準をまとめた。判定の順
番としては、最初にNMn値により、炉内還元状態を判定
し、つぎにNSi値、溶銑温度をもとに、半径方向の融着
帯形状や炉内状態を判定する。操業改善アクションが必
要なケースはNMn<100の時であり、NSi値によっ
て、アクション基準を判断すればよい。このように、N
Mn,NSiの100を基準とした管理が可能となる。
【0042】通常操業範囲では、NMn,NSi指数は14
0以下の数字であるが、NMn,NSi指数が100以下と
なり、操業改善アクションが必要になる場合のアクショ
ン量について検討を行った。NMn,NSi指数の値によっ
て、アクションレベルは異なるが、基準値との差ΔNMn
(=NMn−100),ΔNSi(=NSi−100)で比較
すると、ΔNMn,ΔNSiとも−10当り、焼結鉱被還元
性指数JIS−RIの1%の上昇あるいは焼結鉱成分
(FeO)の0.5wt%の低下、あるいは燃料比3〜
5kg/tの上昇で、NMn>100となる操業改善に至
っている。
【0043】操業状態が悪化傾向にあると判断された時
には、NMn=80程度に低下する時があるため、通常操
業範囲内では、NMn,NSi指数を基にした操業改善アク
ションは、JIS−RIを1〜2%上昇させる、あるい
は焼結鉱成分(FeO)を0.5〜1wt%低下させ
る、および/または燃料比を3〜10kg/t増加させ
る。これらはアクション代としては、少ないほうであ
り、少ないアクションで対処できることに本発明の意義
がある。例えばJIS−RIのさらなる上昇あるいは焼
結鉱(FeO)のさらなる低下、および/または燃料比
のさらなる増加はコスト上昇要因となり、もとの状態へ
の復帰に時間を要することになる。
【0044】操業アクションとして、Ore/Coke
の高い部分を低くするアクションは、Ore/Coke
の高い部分の還元状態を改善するためで、半径方向の温
度分布やηH2,ηCO分布から、Ore/Cokeの高い
部分を検知し、装入物分布調整にて改善し、操業の安定
化を図る手段である。
【0045】次に、Ns 指数の求め方を説明する。Ns
は、 Ns =(スラグ中(S)/溶銑中〔S〕/Ls eq×100 ・・・(2c) で定義する。平衡S分配比Ls eq(=(S)/
〔S〕eq)は下記式から導出する。 (2c)式の反応の平衡定数Ks =(Ps21/2 /as =exp(−15050/T+2.23) ・・・(31)
【0046】また、 as =fs ×〔S〕 ・・・(32) logfs =−0.037×〔S〕+0.11×〔C〕−0.026 ×〔Mn〕+0.063×〔Si〕 ・・・(33) サルファイドキャパシティCs は、 Cs =(S)×(Po2/Ps21/2 =Ls eq/fs ×(PO21/2 ×exp(15050/T−2.23)。 よって、 平衡S分配比LS eq=Css /{(Po21/2 ×exp(15050/T−2.23)}・・・(34) で表される。
【0047】なお、Cs は任意のスラグ組成と温度から
(35)式で表される。 ln(Cs )=7.92MCaO +0.79MMgO −6.34MAl2O3 −7.92MSiO2−22780/T+4.72・・・(35) ここで、MCaO ,MMgO ,MAl2O3 ,MSiO2:CaO,
MgO,Al23 ,SiO2 のモル分率 平衡酸素分圧PO2 eqについては、NSi,NMnで規定した
ように、(FeO)=0.2〜0.3wt%における
(8)式の酸素分圧PO2 Fe-FeOで規定される。
【0048】次に、Ns 値を使用することにより、操業
状態を判定する方法について説明する。Ns 値の意味す
ることろは、上述した通りであるが、平衡酸素分圧が
(FeO)=0.2〜0.3wt%で規定されると考え
ると、Nsi値,NMn値と同様にNS 値=100が基準と
なる。
【0049】図5は、高炉の操業状態が良好な時と不調
に至る過程ならびに操業不調時のNs 値の推移を示す。
高炉の操業状態が良好な時は、Ns ≧100であり、高
炉の操業状態が不調に至る過程では、Ns が順次低減
し、操業不調時にはNs <100である。したがって、
s 値によって、高炉の操業状態が判定可能である。N
s 値のトレンドを監視し、Ns 値が順次低下傾向にあ
り、Ns <100となった場合に、たとえば、焼結鉱被
還元性指数JIS−RIを1〜2%にさせる、または焼
結鉱(FeO)を0.5wt%〜1.0wt%低下させ
ることにより、装入物品質を向上させるか、および/ま
たは、燃料比を3〜10kg/t増加させることによっ
て、操業不調に至る前の早期の操業改善が可能である。
【0050】
【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。対象高炉は内容積5000m3 級の大型高炉
であり、送風温度1250℃、送風湿度30g/Nm
3 、酸素使用量10500Nm3 /h、微粉炭吹込み量
100kg/tに維持しながら、溶銑を約12000t
/d製造していた。NMn,NSi値は溶銑・スラグ成分な
どの操業データをもとに、8時間毎に計算し、管理して
いる。
【0051】実施例1は、出銑比2.3の操業状態から
出銑比2.4の増産操業に移行する過程で、溶銑温度1
536℃、溶銑中[C]=5.07wt%、[Mn]=
0.41wt%、[Si]=0.48wt%、スラグ中
(CaO)=41.31wt%、(SiO2 )=34.
36wt%、(MgO)=8.34wt%、(Al23
)=13.73wt%、(MnO)=0.23wt%
でNMn値=120.6、NSi値=109.6の状態か
ら、溶銑温度1516℃、溶銑中[C]=4.87wt
%、[Mn]=0.29wt%、[Si]=0.35w
t%、スラグ中(CaO)=41.51wt%、(Si
2 )=34.05wt%、(MgO)=8.20wt
%、(Al23 )=13.79wt%、(MnO)=
0.24wt%でNMn値=95.1、NSi値=100.
0の状態に低下していた(図4参照)。NMn値、NSi
を監視する前ならば、操業アクションには至らないケー
スではあるが、表1の判定基準によれば、操業状態は厳
しい状況にあると判定され、操業改善アクションを考慮
すべきと判断された。プロフィルメーターによる半径方
向の装入物分布の降下速度ならびに炉内ゾンデ情報をチ
ェックした結果、周辺部の装入物の降下速度が大きく、
周辺部固体温度も低下傾向にあり、周辺部の熱流比が過
大状態にあると判断した。ここで、周辺部とは、炉壁か
ら炉半径の1/3までの範囲である。そこで、周辺部の
熱流比を緩和(下げる)させるアクションすなわち、炉
内への鉱石蹴りを強め、周辺部のOre/Cokeを低
下させるアクション(鉱石蹴りモードを指向)を実施し
たところ、NMn値、NSi値は上昇傾向となり、両数値は
100以上に回復し、その後順調な操業を継続できた
(図4(a))。つまりNMn値、NSi値による管理は妥
当であり、また本ケースでは装入物分布アクションが適
正であったことが実証された。
【0052】実施例2は、出銑比2.4の操業を継続し
ている過程で、溶銑温度1520℃、溶銑中[C]=
5.07wt%、[Mn]=0.42wt%、[Si]
=0.42wt%、スラグ中(CaO)=41.73w
t%、(SiO2 )=34.11wt%、(MgO)=
7.97wt%、(Al23 )=13.85wt%、
(MnO)=0.23wt%でNMn値=132.4、N
Si値=122.5と高めに推移し、表1により、余裕の
ある操業状態にあると判定されたため、燃料比低減アク
ションを実施したケースである。燃料比は480kg/
tから476kg/tまで低減し、その過程で、溶銑温
度1510℃、溶銑中[C]=4.92wt%、[M
n]=0.39wt%、[Si]=0.29wt%、ス
ラグ中(CaO)=41.51wt%、(SiO2 )=
34.05wt%、(MgO)=7.98wt%、(A
23 )=13.98wt%、(MnO)=0.29
wt%でNMn値=110.7、NSi値=89.8となっ
た。燃料比低減過程では送風条件は変更していない。表
1の判定基準をもとに炉内状況を判定すれば、融着帯形
状がL型に近くなり、加Si領域が狭くなった状態と判
定される。この状態は炉況的には問題ないと考えられ
た。この判定をもとに、この操業状態を継続した結果、
低Siの高品質溶銑を安定して供給できた(図4
(b))。以上のように、管理指標として、NMn,NSi
値を導入することにより、炉内状況の判定がより精度良
く行えるようになった。
【0053】実施例3は、出銑比2.3の操業を継続し
ている過程で、Ns 値が120程度から低下傾向とな
り、溶銑温度1511℃、溶銑中〔C〕=4.92wt
%、〔Mn〕=0.33wt%、〔Si〕=0.42w
t%、〔S〕=0.022wt%、スラグ中(CaO)
=41.23wt%、(SiO2 )=34.41wt
%、(MgO)=6.42wt%、(Al23 )=1
4.58wt%、(MnO)=0.30wt%、(S)
=0.83wt%でNs 値=97.5となったため、コ
ークス比3kg/t増の熱アクションをとった。その結
果、Ns 値は105.0に上昇し、安定操業を継続でき
た。このように、Ns 値は高炉操業の管理指標として使
用できる。
【0054】
【表1】
【0055】
【発明の効果】以上説明したように、本発明法において
は、新しい管理指標NMn,NSi,Ns値を導入し、この
値をもとに、燃料比増減、装入物分布調整などの調整を
行い、NMn≧100またはNs ≧100をキープするこ
とにより、融着帯の過度の低下を防止できる。この結
果、高炉の安定操業が継続できるとともに、高炉の生産
性向上に寄与でき、安定した溶銑供給が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(FeO)含有スラグとメタルとの脱Si、加
Si反応の推移を示す図
【図2】レースウエイ近傍を滴下するメタル中Si値と
炉床部におけるスラグ−メタル反応によるメタル中Si
値の推移と(2)式の平衡Si値との関係を示す図
【図3】NMn,NSi値のレベルと操業状態との関係を示
す図
【図4】NMn,NSi値を管理した時の操業例を示す図
【図5】Ns 値のレベルと操業状態との関係を示す図
フロントページの続き (72)発明者 中山 岳志 大分県大分市大字西ノ洲1番地 新日本 製鐵株式会社 大分製鐵所内 (72)発明者 森本 忍 大分県大分市大字西ノ洲1番地 新日本 製鐵株式会社 大分製鐵所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21B 5/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に装入
    する高炉操業法において、溶銑温度T、溶銑中の[M
    n]、[Si]、[C]とスラグ中の(MnO)、(M
    gO)、(SiO2 )、(CaO)を測定し、(a)式
    の反応の該溶銑温度Tでの平衡[Mn]を求め、(1)
    式に示すNMn指数を算出し、NMnが100未満の場合
    に、装入物品質を向上させるか、および/または、燃料
    比を上昇させることを特徴とする高炉の操業法。 NMn=(溶銑中[Mn]/平衡[Mn]eq)×100 ・・・(1) (MnO)+Fe=Mn+(FeO) ・・・(a) ここで、平衡[Mn]eqはスラグ中(FeO)=0.
    2〜0.3wt%とした時の(a)式の反応の平衡Mn
    値で、(a)式の反応の平衡定数KMnは KMn=aFe・aMnO /aFeO ・aMn =exp(−8.469+18255.9/T) T≧1809 =exp(−9.319+19791.2/T) T<1809 で表される。
  2. 【請求項2】 炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に装入
    する高炉操業法において、溶銑温度、溶銑中の[M
    n]、[Si]、[C]とスラグ中の(MnO)、(M
    gO)、(SiO2 )、(CaO)、(Al23 )を
    測定し、(a)、(b)式の反応の該溶銑温度Tでの平
    衡[Mn]および平衡[Si]を求め、(1)、(2)
    式に示すNMn,NSi指数を算出し、NMnが100未満お
    よびNSi≧100の時には炉内半径方向で装入物分布
    (Ore/Coke)を調整し、NMnが100未満およ
    びNSi<100の時には、装入物品質を向上させるか、
    および/または、燃料比を上昇させることを特徴とする
    高炉の操業法。 NSi=(溶銑中[Si]/平衡[Si]eq)×100 ・・・(2) (SiO2 )+2Fe=Si+2(FeO) ・・・(b) ここで、平衡[Si]eqはスラグ中(FeO)=0.
    2〜0.3wt%とした時の(b)式の反応の平衡Si
    値で、(b)式の反応の平衡定数KSiは KSi=aSiO2・aFe 2 /aSi・aFeO 2 =exp(12.909+36436.82/T) で表される。
  3. 【請求項3】 炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に装入
    する高炉操業法において、溶銑温度T,溶銑中の〔M
    n〕,〔Si〕,〔C〕,〔S〕とスラグ中の(Mg
    O),(SiO2 ),(CaO),(Al23 ),
    (S)を測定し、(c)式中の反応の該溶銑温度Tでの
    平衡状態におけるS分配比Ls eqを求め、(2c)式に
    示すNs を算出し、Ns が100未満の時に、装入物品
    質を向上させるか、および/または、燃料比を上昇させ
    ることを特徴とする高炉の操業法。 Ns =(スラグ中(S)/溶銑中〔S〕)/Ls eq×100・・・(2c) 1/2S2 =S ・・・(c) ここで、平衡S分配比Ls eqはスラグ中(FeO)=
    0.2〜0.3wt%とした時の(c)式の反応の平衡
    S分配比(=(S)/〔S〕eq)で、(c)式の反応の
    平衡定数Ks は、 Ks =(Ps21/2 /as =exp(−15050/T
    +2.23) で表される。
  4. 【請求項4】 装入物品質の向上として、焼結鉱被還元
    性指数JIS−RIを1〜2%上昇させる又は焼結鉱成
    分(FeO)を0.5wt%〜1.0wt%低下させ、
    および/または燃料比を3kg/t〜10kg/t増加
    させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
    の高炉の操業法。
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