JP3700457B2

JP3700457B2 - 高炉の操業方法

Info

Publication number: JP3700457B2
Application number: JP09175799A
Authority: JP
Inventors: 秀行鎌野; 幹治武田; 泰平野内; 健佐藤; 真野村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000282110A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の操業方法に係わり、特に、高炉への原料装入時に、その中心部へ細粒のコークスが流れ込むのを防止し、所望する通気、通液性を確保して円滑な操業を図る技術である。
【０００２】
【従来の技術】
図４に、高炉炉内の状態を模式的に示す。高炉では、炉頂から鉄源の鉄鉱石（塊鉱石や焼結鉱、ペレット等）及び副原料の石灰石等からなる鉱石１と、コークス２といった原料が交互に装入され、炉内に鉱石１とコークス２の層状の充填層が形成される。この交互に装入される鉱石１あるいはコークス２をそれぞれ１チャージ分の鉱石あるいは１チャージ分のコークスと呼ぶ。各チャージの鉱石は、それぞれ１回の装入で炉内へ装入される場合もあるし、また１チャージ分の鉱石を２回以上の装入に分割して行う場合もある。この分割された鉱石の装入をそれぞれバッチと呼ぶ。同様に、１チャージ分のコークスも分割してバッチ分けて装入されることもある。前記炉内に形成された充填層へ炉の下方に設置した羽口１０から高温の空気あるいは酸素富化空気を吹き込むことで、コークスを燃焼して高温の還元性ガスを生成させ、これが炉内の充填層中を上昇する間に、鉱石の還元が溶融を行い、溶融した銑鉄及びスラグが炉床８へ滴下し、これを炉床８に開口した出銑口１１から炉外へ出銑することで溶融銑鉄が製造される。
【０００３】
この高炉を安定に操業するには、炉内の高温ガスの流れを適正に制御することにより、炉内の充填層の温度分布を適正にし、昇温、還元、溶融を安定に行うことが必要である。従来の研究では、炉壁部に比べて炉中心部のガス流れを多くすると、炉内の充填層を形成する原料が安定して降下し、昇温、還元、溶融が安定に行われることが判っている。炉壁部側にガス流れが多くなると、円周方向に不均一なガス流れとなりやすく、その結果、円周方向に２つないし４つ設けられる出銑口１１から出銑される溶銑スラグの成分がばらつくといった不安定な操業になり易い。
【０００４】
炉中心部にガス流を多くするような操業を行う手段として最も基本的なものは、当炉内へ装入する原料の粒径を制御し、炉中心部へ粗い原料を装入し、炉壁部へ細かい原料を装入することで、炉中心部のガス通気抵抗を炉壁部に比べて小さくするものである。つまり、原料の炉内への装入時に炉内の充填層を形成する原料の粒径分布を適正にすることが、安定操業の重要な操作手段となっている。
【０００５】
原料を装入する手段の一つに、炉頂に設置したホッパ（図示せず）よりで装入シュート３を介して装入するベルレス装入装置が知られている。これは、一回の原料装入にあたり、装入シュート３を所定の旋回数だけ旋回させて炉内へ装入しながら各旋回数における傾動角を変更させて原料を炉内へ散布するものであり、装入シュート３の鉛直下方とのなす角（傾動角θ）を順次変更させながら装入することにより、充填層の任意の位置に原料を配置することができる。この傾動角の変更は、原理的には任意に変更できるものではあるが、数十トンの原料を装入シュートの十数回の旋回中に装入するという規模の設備であるので、旋回途中で傾動角をいきなり大きくしたり、あるいは小さくしたり自在に変更することは、設備的にも負荷が大きいのみならず、傾動角を変更中に装入される原料の炉内での着地地点が制御し難いと言った問題がある。そのため、傾動角の変更は、経時的に徐々に小さくする、あるいは大きくするといった一方向で行うのが普通である。
【０００６】
前記した高炉での適正な原料粒径分布をこのベルレス装入装置で達成するためには、炉頂のホッパから排出される原料を経時的に粒径変化できることが好ましい。一般に、ホッパへ上方から粉粒体を投入していくと、投入された原料の着地地点を頂上とする山を形成するが、その山の頂上付近は粒径の細かいものが存在し、ホッパー壁部の裾野の方には粒径の粗いものが存在する。従って、その後下方の排出口から排出させる時、その山の粒径の細かいものから排出され、最後にホッパ壁部の粒径の粗いものが排出されるという特性がある。従来は、前記した装入シュートの傾動角を大きい角度から徐々に小さい角度へ変更しながら旋回させるという所謂「順傾動方向」に装入シュート３を動かしていた。また、同時に炉内での原料堆積表面形状を炉壁部で高く炉中心部で低いすり鉢形状とすることが行われており、これにより、炉内へ原料が着地した後に、比較的粗い原料が炉中心部へ転がる効果を期待していた。また、このすり鉢形状の原料堆積表面形状では、炉中心部の充填層の厚みが炉壁部よりも薄くなるので、その点でも炉中心部のガス流を多くする効果が期待できる。
【０００７】
ところで、高炉４に通常装入するコークス２は、粒度が２０ｍｍ以上の塊コークスである。これは、高炉４が縦長で、炉下部から吹き込む熱風の上方への通気（通気性）と、炉内で生じた熔融物の滴下（通液性）が円滑に行われるようにするためである。この塊コークス２には、高価な粘結炭を多量に配合した配合炭をコークス炉で乾留し、破砕、篩分で適切なサイズにしたものが選択、使用される。しかしながら、最近は、粘結炭節約の観点から、粒径１０〜２０ｍｍ以下の篩下コークス（以下、小塊コークスという）の高炉使用が注目されるようになった。この小塊コークスを高炉４で使用するには、前記した高炉４の通気性、通液性を損なわないような使用、つまり充填が望まれる。そのため、小塊コークスの高炉への装入技術に関して、従来より研究開発が多々行われている。
【０００８】
例えば、特公昭５２−４３１６９号公報は、コークスと鉱石とを層状装入して高炉を操業するに際して、鉱石と小塊コークスとを予め混合しておき、この混合物と前記コークスとで層状を形成させる技術を開示している。これによって、鉱石の軟化溶融特性が改善でき、鉱石の液化が早くなるというメリットがあった。しかしながら、炉中心部（特に、図４に示した炉芯９、所謂デッド・マン）を形成するコークスの粒径が低下し、炉床部の通液性を阻害して円滑な操業が行い難いという問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、小塊コークスを多量に使用しても、円滑に且つ安定して操業可能な高炉の操業方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
ベルレス装入装置を介して上記した小塊コークスを多量に使用して適正なガス流分布を達成するために、種々の検討と実験が行なわれた。その結果、小塊コークスを炉中心部へ流れ込ませないためには、１チャージ分の鉱石の量を２バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチの鉱石と小塊コークスを混合して、他の鉱石バッチとは独立して炉内へ装入する。そして、その鉱石と小塊コークスの混合したバッチを炉壁側へ装入するという方法に想到した。また、これによる小塊コークスの炉中心部への流れ込みを完全に防ぐためには、装入シュートの傾動を順傾動方向へ操作するのではなく、その反対、即ち、炉中心部から炉壁部方向へ傾動角を変更（逆傾動方向）することが必要であるという知見を得た。逆傾動方向へ原料の装入を行うと、すり鉢形状の炉内堆積表面の低いレベルから原料の流れ込みを抑える効果を発揮するからである。
【００１１】
すなわち、本発明は、鉱石とコークスとからなる原料のうち、少なくとも鉱石を、炉頂に設けられた装入シュートを旋回させつつ炉中心部から炉壁方向に傾動させて装入する高炉の操業方法において、前記鉱石の１チャージ分を２バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチを小塊コークスと混合した混合バッチとなし、該混合バッチを、炉内を炉半径方向に炉中心部、炉壁の２領域に区分したうちの炉壁部へ装入することを特徴とする高炉操業方法である。
【００１２】
ここで、炉壁部とは炉内の原料堆積面における炉半径を１としたときに炉中心から０．７〜１の長さに相当する領域とすると好適である。炉中心から０．７の長さに相当する領域は面積でほぼ１／２に相当するので、この炉中心部の領域に小塊コークスが流れ込んでしまうと、全体的に充填層の通気抵抗が上昇することに繋がるからである。
【００１３】
また、小塊コークスとしては、粒径が２０ｍｍ以下のコークスを使用することが好ましい。通常、高炉に使用されるコークスは、篩により粒径が２０ｍｍを超える程度で、平均粒径５０ｍｍ程度に篩分けられて使用されるが、この篩い下に相当する２０ｍｍ以下のコークスを直接高炉で使用することで、容易に小塊コークスを得ることができる。また、単に篩い下を直接使用するのみであると、コークスのハンドリング中に発生した微粉コークスを炉内へ装入することになるので、この微粉を除く必要がある場合には、さらに１０ｍｍ未満の粉を篩うことで、小塊コークスとして１０〜２０ｍｍ程度のものを使用するのが良い。
【００１４】
本発明では、小塊コークスを含む混合バッチを他の鉱石バッチと分けて炉壁部領域へ装入するため、小塊コークスの炉中心部への流れ込みをほぼ完全に防止することができ、炉中心部のコークス粒径の低下を防止できる。また、混合バッチを炉壁部に装入することで、ガス流の少ない炉壁部であっても、鉱石の軟化特性を改善による鉱石の還元、溶融の改善が図られ、操業の安定化に寄与することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
まず、本発明では、従来、高炉４の炉壁側から中心側へ装入シュート３の傾斜角を変更しつつ装入物を流し込んでいたのを逆にして、中心１３側から炉壁１２側へ流し込むようにした。
【００１７】
図１（ａ）は、従来の順傾動方向へ傾動角を変更して鉱石を装入した時の炉内の原料の堆積状態を模式的に示している。炉壁側から鉱石１の装入を行っているため、コークス２の堆積面の斜面上に装入された鉱石が斜面に沿って炉中心部側へ流れ込む。そこで、ある旋回数において装入された原料が落下地点から炉中心部へ亘って広い範囲で堆積する。これに対して、後述の本発明で行うように逆傾動方向にコークス２の装入を行うと、先に装入したコークスが堰となって、次の旋回で装入されるコークスは、落下地点に山を形成し、順傾動方向に装入するのに比べて遥かに狭い場所に堆積する。これにより、装入物の落下位置への原料装入が非常に精度よく行うことができるのである。
【００１８】
そこで、本発明では、この現象を利用して、鉱石チャージを２つ以上のバッチに分割して、その一つのバッチを小塊コークスと混合した混合バッチとし、この混合バッチを炉壁部へ装入することにより、小塊コークスを炉壁部に集中的に使用することが可能となり、多量の小塊コークスを使用しても高炉の安定操業に好適である炉中心部のガス流を多くすることができるのである。
【００１９】
図２は、本発明で、鉱石チャージを２バッチに分割し、その一方の鉱石バッチ（混合バッチという）１ａに小塊コークスを混ぜた時の炉内堆積状況を示す。小塊コークスを混ぜない鉱石バッチ（非混合バッチという）１ｂを炉内の炉中心部へ装入した後に、小塊コークスを混ぜた鉱石バッチ１ａを炉壁部へ装入している。このように鉱石バッチを分けて小塊コークスを装入することで、炉中心部へ鉱石を装入するバッチに小塊コークスが混じることがなく、また、小塊コークスを装入する鉱石バッチは炉壁部へ逆傾動方向に装入するので、炉中心部へ小塊コークスが流れ込むことがない。従って小塊コークスの使用量を増やしていっても、炉中心部へ小塊コークスが混入し、炉中心部のガス流を抑制することがなくなる。
【００２０】
ここで、炉壁部とは、炉内の原料堆積面における炉半径ｒ０を１とした時、炉中心から０．７〜１の長さに相当する領域とすると好適である。図２に示すように、炉中心から小塊コークスを混ぜた鉱石のバッチ１ａの堆積位置までの距離をｒ１とすると、ｒ１／ｒ０≧０．７となるように小塊コークスを混ぜた鉱石バッチを装入すると好適である。
【００２１】
【実施例】
ベルレス装入装置を備えた５０００ｍ³級の高炉操業に、本発明に係る方法と従来の方法とを期間を別にして適用した。その操業で製造した銑鉄の出銑量は、９０００ｔ／ｄ〜１１０００ｔ／ｄであり、操業条件としては、送風量６５００Ｎｍ³／ｍｉｎ、炉頂圧力２６０ｋＰａ、コークス比４５０ｋｇ／ｔ、微粉炭比７０ｋｇ／ｔを基準とした。
【００２２】
また、装入物としては、コークス２が平均粒径５０ｍｍに整粒した塊状の高炉コークスであり、鉄鉱石１が、粒径１５〜２５ｍｍ程度の焼結鉱及び鉄鉱石、石灰石等である。小塊コークスには、前記高炉コークスの整粒時に発生した粒径１０〜２０ｍｍのものを利用した。１チャージあたりの装入量は、コークス２が３５トン、鉱石１が１１０トンである。
【００２３】
最初に、コークスの装入時に、炉の周辺部に小塊コークスを充填して操業した。その後、本発明に係る操業方法に切り替え、鉄鉱石の装入時に、小塊コークスと混合した鉱石を炉の周辺部に装入した。なお、装入シュート３は、旋回速度８ｒｐｍを基準にして適宜変更し、また傾斜角は、最初４５°でシュートの１旋回毎に１°づつ増加させた。
【００２４】
操業状況を図３に示す。図３より、炉の通気性は、従来方法及び本発明方法の場合で大差がないことがわかる。しかしながら、本発明によれば、炉床でのスラグ・バランスの崩れが少なく、円滑な操業ができたのに対し、従来の方法では、長い期間に渡り、送風量の低減を余儀なくされる状況があった。また、コークスの全体使用量に対する小塊コークスの量は、従来法では、２％、本発明では、６％であり、本発明の方が多量に使用できている。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、小塊コークスを多量に使用しても、従来より円滑に且つ安定した高炉操業ができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉へ鉱石を装入した時の炉内充填層の堆積状況を示す図であり、（ａ）は順傾動方式、（ｂ）は逆傾動方式の場合である。
【図２】本発明に係る方法で形成した炉内充填層の表面堆積状況を示した図である。
【図３】本発明及び従来の方法で操業した状況を比較した図である。
【図４】一般的な高炉の内部状況を示す図である。
【符号の説明】
１鉱石
１ａ混合バッチ
１ｂ非混合バッチ
２コークス（塊コークス）
３装入シュート
４高炉
５混合物（小塊コークスを混合した鉱石）
６融着帯（軟化帯）
７シャフト部
８炉床
９炉芯（デッド・マン）
１０羽口
１１出銑口
１２炉壁
１３炉中心線

Claims

鉱石とコークスとからなる原料のうち、少なくとも鉱石を、炉頂に設けられた装入シュートを旋回させつつ炉中心部から炉壁方向に傾動させて装入する高炉の操業方法において、前記鉱石の１チャージ分を２バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチを小塊コークスと混合した混合バッチとなし、該混合バッチを、炉内を炉半径方向に炉中心部、炉壁の２領域に区分したうちの炉壁部へ装入することを特徴とする高炉操業方法。