JP3590543B2

JP3590543B2 - 高炉への含鉄粉吹き込み方法

Info

Publication number: JP3590543B2
Application number: JP10210699A
Authority: JP
Inventors: 和也国友
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-04-09
Filing date: 1999-04-09
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-04-09
Also published as: JP2000297307A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高炉内へ鉄鉱石粉、還元鉄粉、製鉄ダストなど鉄分を含有する粉体を高炉下部の羽口から吹き込む高炉操業において、羽口前の温度レベルの低下を防止し、安定的な操業を維持すると共に、高炉出銑比の増大を達成する高炉への含鉄粉体の吹き込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高炉操業においては、溶銑成分の制御や安価な原燃料の利用による銑鉄コストの低減を目的として、高炉羽口からの粉粒体吹込操業が実施されている。また堅型のコークス充填層炉を用いたいわゆる溶融還元炉の操業においても、原料として粉状の鉄鉱石もしくはその他の金属酸化物粉を羽口から吹き込むのが一般的である。
酸化鉄粉の吹き込みにおいては、鉄鉱石粉を塊成化せずに直接利用したり、焼結鉱粉を返鉱として焼結工場に戻すことなく利用し、焼結鉱焼成エネルギーの低減を図ることにより、原料コストの低減を行える。この方法には酸化鉄粉が脱珪反応の作用をもち、溶銑中Ｓｉが低減する効果も付随する。
【０００３】
一方、粉体として微粉炭の吹き込みは通常行われている。これはオールコークス操業の場合に、羽口前温度が上昇して操業が不安定になりやすく、また最大出銑比が抑えられるなどの操業上のデメリットがあったので、このデメリットを解消することと、コークス使用量の低減を図るために行うもので、コークス比の低減や出銑比の上昇を図る目的を有する。
さらに、上記した作用の複合効果を狙いとして、２種以上の粉体を吹き込む技術も開発されており、例えば、粉鉄鉱石と共に微粉炭を吹き込む操業法（特公昭５８−５６７２１号公報）が提案されている。これは、微粉炭比３０〜１５０ｋｇ／ｐにおいて粉鉄鉱石を５〜５０ｋｇ／ｐ吹き込むことにより溶銑Ｓｉを低減するものである。
【０００４】
このような高炉操業において、安定的かつ効率的な高炉の操業状態を達成するためには、炉下部特に羽口前の温度レベルを確保し、溶解能力、銑滓流動性を確保するとともに、直接還元反応熱の補償を行うことが重要である。しかし、このような熱補償を考慮せずに高炉操業を指向すると、短期的には良好な操業を維持できる場合もあるが、熱的な余裕が徐々になくなり、炉熱レベルの低下を招き、いわゆる冷え込みといった大事故にもつながる可能性を有する。
一方、酸化鉄を含有する粉体（以下、含鉄粉と称す）を吹き込まない従来の操業においては、羽口前の温度は一定の管理値幅で管理されているが、含鉄粉を吹き込む場合の管理は行われておらず、その結果としてＳｉの低下に見られるように、炉熱レベルの低下を余儀なくされる操業が行われてきており、数々の炉況不調を招いていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
高炉羽口から炉内に吹き込まれる含鉄粉とまたこれに加えて微粉炭の量が多くなると、以下の問題が発生し、原燃料コスト削減の効果に限界がでてくる。
高炉内へ吹き込まれた粉体により通気性悪化、荷下がり変動等を生じて炉冷に結び付く場合があり、安定な高炉操業が阻害される。すなわち、吹き込まれる含鉄粉の量が多くなると、レースウェイ近傍での含鉄粉の溶融還元が十分に進展しないため、風圧変動や荷下がり変動等を生じて炉冷に結び付くものである。
【０００６】
また、微粉炭の場合は吹き込まれる量が多くなると、レースウェイ内での微粉炭の燃焼が充分に進展せず、未燃焼の微粉炭がコークス充填層に持ち込まれて通気性の悪化や荷下がり変動等を生じ、これもまた炉冷に結び付く。
一方、含鉄粉と微粉炭を同時に吹き込む方法は、含鉄粉の溶融のために微粉炭の燃焼熱を利用できる方法ではあるが、レースウェイ内での粉体量が粉体単味の吹き込みより多くなるために、同時多量吹き込み時には微粉炭の燃焼性が悪化したり、微粉炭の燃焼性は確保されても含鉄粉の昇温が十分ではなく、レースウェイ先端での含鉄粉の溶融還元が充分に進展せず、炉冷に結び付く惧れがある。
【０００７】
一般に、含鉄粉（還元鉱石等）を高炉の羽口から吹き込んだ場合、吹き込み原単位が多いほど、また、吹き込み粉体の還元率が低いほど羽口前の温度は低下する。これは、羽口前の温度は少なくとも１９００℃程度は維持する必要があるため、常温の粉体を多量に吹き込むと当然のことながら、温度レベルが維持できなくなるとともに、含鉄粉の還元は吸熱反応であるため、還元率が低いほど温度降下は大きくなる。
このように、羽口前の温度が低下し過ぎると、溶銑温度が低下したり、還元・昇温が遅れたりするため、安定的な高炉操業ができなくなる。
【０００８】
本発明は、高炉羽口から含鉄粉を吹き込む操業方法、または、これに加えて微粉炭を同時に吹き込む操業方法において、羽口前の温度レベルを低下させることなく、前記問題点を解決することを目的とするもので、高炉安定操業下において、含鉄粉をまたは、これに加えて微粉炭を多量に吹き込むことが実現できる方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであって、その要旨するところは、下記手段にある。
（１）鉄分を含有する粉体を羽口から吹き込みを実施している高炉の操業において、羽口から吹き込む物質の質、量によって増減すべき酸素濃度ΔＯを下記（１）式によって算出し、下限酸素分率（Ｘｏｍｉｎ（％）＝２１＋ΔＯ）を設定し、それ以上の酸素富化率で送風空気中に添加する酸素濃度を富化し、羽口前の温度を１９００℃以上に調整する高炉への含鉄粉吹き込み方法。
【００１０】
ΔＯ＝５．１７−０．０１４Ｔ＋０．１１２Ｍ＋８５．７Ｗｏ＋４８．７Ｗｃ＋Ｐｏ（１３＋２４Ｘｈ＋１６Ｘｗ）・・・（１）
Ｗｏ：重油原単位（ｋｇ／Ｎｍ³ ）
Ｗｃ：微粉炭原単位（ｋｇ／Ｎｍ³ ）
Ｐｏ：粉体原単位（ｋｇ／Ｎｍ³ ）
Ｘｈ：粉体中Ｆｅ₂ Ｏ₃ 重量分率（−）
Ｘｗ：粉体中ＦｅＯ重量分率（−）
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は含鉄粉を吹き込む高炉操業において、羽口前の温度管理の重要性に着目し、含鉄粉の吹き込み時に低下する羽口前の温度を、送風温度、送風湿分、酸素富化率、補助燃料原単位、吹き込み粉体原単位との関連で特定の管理限界幅に維持しようとするものである。
なお、本発明でいう含鉄粉とは、鉄鉱石粉、還元鉄粉、製鉄ダストなどを指し、また還元鉄については鉄鉱石を一定レベルまで還元したものである。
【００１２】
羽口前の温度は、一般に送風温度の上昇、送風湿分の低下、酸素富化率の増加により上昇するので温度の上昇に有効である。酸素富化率の増加は、燃料比への寄与は少ないが、生産性の向上には有用な手段である。
また、重油や微粉炭などの補助燃料の吹き込みも、羽口前の温度を低下させる。このうち、送風温度や送風湿分は熱風炉や脱湿装置の設備上の制約があり、羽口前の温度の低下に対処するには自ずと限界がある。
【００１３】
補助燃料の吹き込み量は操業設計の前提条件であり経済性やコークスの製造能力を考慮して設定されるため、羽口前の温度維持だけのために補助燃料を減少させるのは得策ではない。
一方、送風空気への酸素富化率は他の制約が少なく、独立に設定が可能であるとともに、送風中の酸素富化率を上げれば、送風量を減少せしめることができ、その分送風中の窒素分率が低下する。その結果羽口前の温度の上昇に繋がり、粉体吹き込みによる総体的な熱量の低下を防止するのに効果的である。
【００１４】
羽口から含鉄粉を吹き込む高炉操業においては、前述した如く粉体の含有鉄分の量により、羽口前での温度は降下するのでその降下量に応じ、温度を上昇せしめる作用を有する酸素を送風空気中に添加することにより、羽口前での温度降下を防ぎ、羽口前の温度を管理限界内に保持することができる。
このことは、重油や微粉炭などの補助燃料についても言えることで、上記と同様の処置を執ることにより、同様の作用効果をもたらし、羽口前の温度を管理限界内に確保することは容易である。
また、送風温度と送風中の湿分についても、そのときの状態に応じ、送風空気中に添加する酸素濃度を増減してやれば、上記同様の結果が得られる。
【００１５】
本発明者は、このような知見に基づき種々の条件を設定し、多くの試験を繰り返し行い、試行錯誤の結果、溶銑温度を低下させず、また荷下がりを悪化させない限界の酸素富化率として、送風温度、送風湿分、補助燃料原単位、吹き込み粉体原単位と組成の関数とし、羽口前で最低限必要とする温度を設定しておき、その温度から逆算して必要とする酸素の最低限界値を求めた。
しかして、それ以上の酸素富化率で高炉の操業を行えば、炉況に不調を起こすことなく、順調に操業を実施し得ることが確認でき、下記（１）式のごとき実験式を導きだした。本式に基づき、通常の高炉操業において必要とする羽口前での理論燃焼温度を設定し、本式に基づき各因子毎にその値を代入してやれば、送風中に富化すべき酸素濃度が求まり、その値を保持することにより、羽口前での適切な温度を確保できる。
【００１６】
すなわち、羽口から吹き込む物質の質、量によって増減すべき酸素濃度を下記（１）式によって算出し、下限酸素分率（Ｘｏｍｉｎ（％）＝２１＋ΔＯ）を設定するものである。
ΔＯ＝５．１７−０．０１４Ｔ＋０．１１２Ｍ＋８５．７Ｗｏ＋４８．７Ｗｃ＋Ｐｏ（１３＋２４Ｘｈ＋１６Ｘｗ）・・・（１）
ただし、Ｔ：送風温度（℃）
Ｍ：送風中湿分（ｇ／Ｎｍ^３）
Ｗｏ：重油原単位（ｋｇ／Ｎｍ^３）
Ｗｃ：微粉炭原単位（ｋｇ／Ｎｍ^３）
Ｐｏ：粉体原単位（ｋｇ／Ｎｍ^３）
Ｘｈ：粉体中Ｆｅ２Ｏ３重量分率（−）
Ｘｗ：粉体中ＦｅＯ重量分率（−）
なお、本発明者の経験によれば、現在稼働中の高炉においては、本発明で特定した羽口前の温度を１９００℃以上に保持しなければ、送風の顕熱の不足により、溶銑の温度低下が起こり、高炉の炉体冷え込みを生じ炉況に不調の原因と基となる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を実際の高炉に適用した実施例について説明する。
操業を行った高炉は内容積３２７３ｍ^３を有するベルレス高炉である。表１には含鉄粉の組成の１例として、本発明の実施例に使用した鉄分含有粉体について示した。また、表２には本発明での実施条件とその結果を示し、同時に比較のために比較例についても同表に同様に示した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
表２において操業結果として示している指標は、安定的な高炉操業の目安としている指標であり、それぞれ通常は以下の基準で管理しているものである。すなわち、羽口前温度は１９００℃以上、溶銑温度は１５００℃以上、溶銑温度変動は１０℃未満、送風圧力変動は５０ｇ／ｃｍ^２未満、荷下がり異常は発生しないことをそれぞれ安定操業の目安としており、それを外れる場合は、炉熱低下、炉熱変動、通気変動、還元異常など高炉操業にとって好ましくない状況が生じていると判断される。
【００２１】
表２より明らかなように、酸素濃度を適正に保持した本発明の適用例である実施番号１〜５においては、操業結果はいずれも前記安定操業範囲に入っており、操業上問題が無いことが判る。
一方、実施番号６〜１０の比較例においては、酸素濃度が他の操業条件より決まる下限値よりも低く、羽口前温度が低下し過ぎたために、各種指標は安定操業範囲を逸脱している。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば高炉操業において、羽口前での燃焼温度を低下させることなく、羽口より鉄分含有粉体，およびこれに加えて補助燃料を吹き込むことができ、溶銑温度の低下や、還元・昇温の遅れが回避できるため、安定した高炉操業を維持しつつ、出銑比の増大を達成することができる。

Claims

鉄分を含有する粉体を羽口から吹き込みを実施している高炉の操業において、羽口から吹き込む物質の質、量によって増減すべき酸素濃度ΔＯを下記（１）式によって算出し、下限酸素分率（Ｘｏｍｉｎ（％）＝２１＋ΔＯ）を設定し、それ以上の酸素富化率で送風空気中に添加する酸素濃度を富化し、羽口前の温度を１９００℃以上に調整することを特徴とする高炉への含鉄粉吹き込み方法。
ΔＯ＝５．１７−０．０１４Ｔ＋０．１１２Ｍ＋８５．７Ｗｏ＋４８．７Ｗｃ＋Ｐｏ（１３＋２４Ｘｈ＋１６Ｘｗ）・・・（１）
ただし、Ｔ：送風温度（℃）
Ｍ：送風中湿分（ｇ／Ｎｍ ³ ）
Ｗｏ：重油原単位（ｋｇ／Ｎｍ ³ ）
Ｗｃ：微粉炭原単位（ｋｇ／Ｎｍ ³ ）
Ｐｏ：粉体原単位（ｋｇ／Ｎｍ ³ ）
Ｘｈ：粉体中Ｆｅ ₂ Ｏ ₃ 重量分率（−）
Ｘｗ：粉体中ＦｅＯ重量分率（−）