JP3651443B2 - 高炉の操業方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高炉の操業方法に関するもので、特に微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上の微粉炭多量吹き込み操業に好適な高炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
微粉炭吹き込みは、微粉炭とコークスとの価格差に基づくコストメリットが大きいことから多くの高炉で採用され、高炉操業の合理化に大きく寄与している。特に近年ではコークス炉の炉命延長の観点からもその重要性が認識され、微粉炭の多量吹き込みが益々指向されるようになってきた。
【０００３】
高炉内に吹き込む微粉炭量を増していくと種々の問題点が顕在化してくるが、そのうちの一つに微粉炭の燃焼率低下に起因した問題がある。すなわち、微粉炭吹込み量が増すに従って酸素過剰率（送風中の全酸素量と微粉炭を完全燃焼させるために必要な理論酸素量との比）が低下するため微粉炭の燃焼率（微粉炭中の可燃分の消費率）が低下し、レースウェイ内で燃焼しきれない未燃チャーが炉内に多量に排出され、その一部が炉内（主として炉芯）に蓄積されて炉内の通気性を悪化させる原因となる。
【０００４】
また、一部の未燃チャーは炉内で消費されずに炉頂から排出されてしまう。すなわち、吹き込んだ微粉炭は炉内で熱源・還元剤として有効活用されずに単に炉内を通過するだけになってしまい、この結果、コークス置換率（微粉炭吹き込み比に対するコークス比の削減量の比率）が低下し、効率のよい高炉操業を行うことができなくなる。
【０００５】
従来、このような問題を回避するために、送風温度を高めたり、送風中の酸素富化率を高めたりすることによって、吹き込み直後の微粉炭の燃焼量を上昇させてレースウェイから排出される未燃チャーの発生量を極力低減させる方法や、炉内におけるソルーションロス反応量を増やすために炉頂から投入するコークス量を増加させる方法或いは炉頂における径方向の鉱石／コークスの層厚分布を調整する方法などの対応策が、単独で又は２つ以上を組み合わせて実施されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の対応策における操業諸元の変更は極めて経験的であり、理論的に見て適正値であるかどうかの基準はないのが現状である。すなわち、コークス比や送風条件などの操業条件が一定のときの燃焼条件の設定方法、又は燃焼条件が一定のときのコークス比などの操業条件の設定方法などにおいて、定量的な基準は存在しない。
【０００７】
したがって本発明の目的は、上記のような従来技術の課題を解決し、微粉炭多量吹き込み操業においても炉内での微粉炭の高い燃焼性が得られ、これにより炉内の通気性を適切に確保することができるとともに、炉頂からの未燃チャーの排出も極力抑制することができる高炉の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】
本発明者らは、高炉内に吹き込まれる微粉炭の燃焼性、特に１８０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上の微粉炭を吹き込んで行う微粉炭多量吹き込みに操業における微粉炭の燃焼性について検討を行い、その結果、粗粒の割合が少ない粒度分布を有し且つ比表面積が所定レベル以上の微粉炭を高炉内に吹き込むことにより、微粉炭の燃焼性が顕著に高まり、炉内通気性も良好に維持できることを見い出した。
また、このような所定の粒度分布と比表面積の微粉炭を用いることによる燃焼性の向上は、微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上、とりわけ２００ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上の微粉炭多量吹き込みに操業において特に顕著であることも判明した。
【０００９】
本発明は以上のような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
[1] 粒径７４μｍ以下の微粉の割合が８０ｍａｓｓ％以上、比表面積が４５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上の微粉炭を高炉の羽口から炉内に吹き込むことを特徴とする高炉の操業方法。
[2] 上記[1]の方法において、微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上であることを特徴とする高炉の操業方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の高炉の操業方法は、粉砕処理して得られた微粉炭であって、粒径７４μｍ以下の微粉の割合が８０ｍａｓｓ％以上、比表面積が４５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上の微粉炭を高炉の羽口から炉内に吹き込むものであり、これにより羽口先のレースウェイ内において微粉炭の高い燃焼性が得られる。
【００１１】
ここで、微粉炭の比表面積は下式で表すことができる。
【数１】

【００１２】
図１は、幾つかの炭種の微粉炭について、その比表面積と燃焼性との関係を調べ、これを整理して示したものである。なお、対象とした微粉炭の粒度分布は、比表面積が４２００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上のものは粒径７４μｍ以下の微粉の割合が８０ｍａｓｓ％以上であった。
【００１３】
図１によれば、比表面積が増加するほど微粉炭の燃焼性は向上し、比表面積が４５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上の微粉炭は、比表面積が３８００ｃｍ^２／ｃｍ^３程度の微粉炭に比べて燃焼率が５％以上も向上している。また、より優れた燃焼性を得るためには、微粉炭の比表面積を５０００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上とすることが好ましい。
なお、微粉炭の比表面積に上限はないが、設備能力、粉砕コスト、微粉炭の流動性の悪化による配管閉塞等の面から、一般的には６０００ｃｍ^２／ｃｍ^３程度が比表面積の上限となる。
【００１４】
微粉炭の燃焼性を高めるには、図１に示されるように微粉炭の比表面積を所定のレベル以上とすることが重要であるが、これに加えて微粉炭が粗粒の割合が少ない粒度分布を有すること、具体的には粒径７４μｍ以下の微粉の割合が８０ｍａｓｓ％以上、好ましくは８５ｍａｓｓ％以上（特に微粉炭吹込み量が２００ｋｇ／溶銑ton以上の場合）であることが必要である。これは、比表面積が４５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上であっても粗粒の割合が多い粒度分布であると、その粗粒分の燃焼性が劣るために微粉炭全体としての燃焼率が低下するからである。
【００１５】
以上のような所定の粒度分布と比表面積の微粉炭を用いることによる燃焼性の向上は、微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上、とりわけ２００ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上の微粉炭多量吹き込みに操業において顕著である。これに対して微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ未満の場合には、元々微粉炭の燃焼性は大きな問題とならないので、本発明の効果は比較的小さい。図６は、従来の高炉操業における微粉炭吹き込み量とコークス置換率との関係を示すものであるが、微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／溶銑ton以上となると微粉炭の燃焼性の低下によりコークス置換率が急激に低下し、特に微粉炭吹き込み量２００ｋｇ／溶銑ton以上ではコークス置換率の低下は顕著である。そして、本発明法によれば、図６に示すような微粉炭の燃焼性が著しい微粉炭吹き込み量１８０ｋｇ／溶銑ton以上（特に２００ｋｇ／溶銑ton以上）の操業における微粉炭の燃焼性を顕著に改善できるものである。
なお、微粉炭の粒度分布は、例えばレーザ回折法による公知の粒度分布測定装置（例えば、“堀場レーザ回折式粒度分布測定装置ＬＡ−５００”）により測定することができ、この測定された粒度分布から粒径７５μｍ以下の微粉割合を求めることができ、また、上記式に基づいて比表面積を求めることができる。
【００１６】
図２は、幾つかの炭種の微粉炭について比表面積と粒度分布（粒径７４μｍ以下の微粉の割合）との関係を調べた結果を示したものであり、図中の斜線で示した領域が本発明法において高炉内に吹き込む微粉炭である。微粉炭の比表面積を高めるには基本的には粉砕ミルによる粉砕を強化する（例えば、粉砕ミルの緊張油圧を高めること等による粉砕強化）ことが必要であるが、同図に示されるように、比表面積が４５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上であっても粒径７４μｍ以下の微粉の割合が８０ｍａｓｓ％未満である微粉炭（粗粒の割合が多い粒度分布を有する微粉炭）や、粒径７４μｍ以下の微粉の割合が８０ｍａｓｓ％以上であっても比表面積が４５００ｃｍ^２／ｃｍ^３未満の微粉炭があり、これらの微粉炭を高炉に吹き込んでも十分な燃焼性を得ることはできない。したがって、所望の粒度分布と比表面積の微粉炭を得るためには、炭種の選択に加えて、微粉炭を得るための粉砕処理において炭種に応じて粉砕ミル内の循環風量や緊張油圧等を適正に制御する必要がある。
【００１７】
図３（ａ），（ｂ）は、従来用いられている微粉炭（図３（ａ））と本発明法で用いる微粉炭（図３（ｂ））の粒度分布、比表面積等の一例を示している。これによれば、本発明法で用いる微粉炭は、従来用いられている微粉炭に比べて粒径１００μｍ以上の粗粒の割合が非常に少なく、一方において粒径２０〜４０μｍ範囲の粒度ものが非常に多くなっており、この結果、従来用いられている微粉炭は比表面積４２６１ｃｍ^２／ｃｍ^３、調和平均粒径：１５．００μｍ、粒径７４μｍ以下の微粉の割合：８０．２ｍａｓｓ％であるのに対して、本発明で用いる微粉炭は比表面積４８９３ｃｍ^２／ｃｍ^３、調和平均粒径：１４．１６μｍ、粒径７４μｍ以下の微粉の割合：９１．２ｍａｓｓ％であり、このような微粉炭を用いることにより羽口先のレースウェイ内での微粉炭の高い燃焼性を得ることができる。
【００１８】
【実施例】
微粉炭吹き込み量を１８０〜２００ｋｇ／溶銑ｔｏｎとした高炉操業（出銑比：２．２０Ｔ／Ｄ／ｍ^３、酸素富化率：４．５％、送風温度１１８０℃）において、以下のような粒度分布及び比表面積を有する微粉炭の吹き込みを行った。
本発明例の操業：粒径７４μｍ以下の微粉の割合：８０〜９５ｍａｓｓ％、比表面積：４５００〜５５００ｃｍ^２／ｃｍ^３の微粉炭
比較例の操業：粒径７４μｍ以下の微粉の割合：７５〜８５ｍａｓｓ％、比表面積：３８００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上、４５００ｃｍ^２／ｃｍ^３未満の微粉炭
これら本発明例及び比較例の操業において、炉下部の圧損とコークス置換率（各１日１点の実績）を調べた。
【００１９】
図４は本発明例及び比較例における炉下部での圧損を炉内ガス流速との関係を示したものであり、本発明例では炉内ガス流速に拘りなく比較例に比べて炉下部での圧損が効果的に低減している。
また、図５は本発明例及び比較例におけるコークス置換率を示したものであり、本発明例は比較例に比べて燃焼性が約５％改善された。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上の微粉炭多量吹き込み操業においても炉内での微粉炭の高い燃焼性が得られ、このため炉内通気性を適切に確保することができるとともに、炉頂からの未燃チャーの排出も極力抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微粉炭の比表面積と燃焼性のとの関係を示すグラフ
【図２】微粉炭の比表面積と粒度分布との関係を示すグラフ
【図３】従来用いられている微粉炭（図３（ａ））と本発明法で用いる微粉炭（図３（ｂ））の粒度分布、比表面積等の一例を示すグラフ
【図４】実施例における炉下部での圧損を炉内ガス流速との関係で示すグラフ
【図５】実施例におけるコークス置換率を微粉炭の比表面積との関係で示すグラフ
【図６】従来の高炉操業における微粉炭吹き込み量とコークス置換率との関係を示すグラフ

Claims (2)

1. 粒径７４μｍ以下の微粉の割合が８０mass％以上、比表面積が４５００ｃｍ^２／ｃｍ^３以上の微粉炭を高炉の羽口から炉内に吹き込むことを特徴とする高炉の操業方法。
2. 微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／溶銑ｔｏｎ以上であることを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方法。

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