JP3750173B2

JP3750173B2 - 高炉の操業方法

Info

Publication number: JP3750173B2
Application number: JP00773396A
Authority: JP
Inventors: 亮太村井; 登坂本; 道貴佐藤; 達郎有山
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-01-19
Filing date: 1996-01-19
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: JPH09194913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高炉の送風羽口から微粉炭および粉状酸化鉄を多量に吹き込むことを可能とする高炉の操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉による製銑工程におけるコスト低減手段として、高価なコークスを安価な燃料で代替する方法が行なわれ、古くは羽口から重油やタールを吹き込む方法があり、昭和５０年代前半に石油価格が高騰すると石油に替わり微粉炭を吹き込む方法が多数の高炉で行われるようになった。高炉への微粉炭の吹き込みについては、例えば、「材料とプロセス」Ｖｏｌ．８（１９９５）第３１９頁に報告されているように、溶銑１ｔｏｎ当たり２００ｋｇを超える量の微粉炭が吹き込まれる高炉操業もみられるようになった。
【０００３】
一方、最近、高炉用鉄源としては、被還元性および高温性状が良好であるとの理由で焼結鉱が多量に使用され、全鉄鉱石中の７０〜９５wt.%程度が焼結鉱として使用されている。焼結鉱は、焼成後、高炉原料として適するよう破砕され篩分けされ、所定の粒度範囲内のものだけが高炉に装入される。そして、残部の篩下の細粒焼結鉱（篩下焼結鉱）は返し鉱と呼ばれ、焼結原料として焼結鉱製造工程に戻されて新原料と共に再焼成される。返し鉱は通常、焼結鉱配合原料の２０wt.%程度を占めており、焼成エネルギーの損失になり焼成コストの上昇につながっている。
【０００４】
上記焼成コストの上昇を回避するために、発生した篩下焼結鉱を返し鉱とせず、直接、高炉の羽口から吹き込むことが有効である。例えば、特開昭６４−３６７１３号公報は、高炉炉頂の装入条件として、シャフト部における鉄鉱石（以下、「鉱石」という）とコークスとの装入量比率を一定に保ちつつ、羽口より粉状鉱石および微粉炭を吹き込む方法（以下、「先行技術１」という）が開示されている。
【０００５】
また、特開平２−２６３９０７号公報は、羽口先理論燃焼温度（以下、「羽口先温度」という）、および、羽口より吹き込む微粉炭と酸素との量比率（以下、「微粉炭／送風中酸素比率」という）の範囲を限定することにより、粉状鉱石および微粉炭を多量に、且つ安定して吹き込む方法（以下、「先行技術２」という）を開示している。
【０００６】
ところで、羽口から高炉内に篩下焼結鉱の如き酸化鉄を吹き込む場合、そのほぼ１００wt.%が下記（１）および（２）式：
Ｆｅ₂Ｏ₃＋３Ｃ＝２Ｆｅ＋３ＣＯ−１０５０ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｆｅ ----------（１）
ＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ−６８０ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｆｅ ----------（２）
で表わされる直接還元反応により溶融還元されるものと考えられる。しかしながら、これらの反応はいずれも吸熱反応であるのでコークスが消費され、結果的に高炉の燃料比を増大させることになる。従って、焼結返し鉱を低減することにより高炉におけるコスト合理化を図るためには、従来よりも更に多量の微粉炭を吹き込む技術が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した先行技術１の方法によれば、高炉シャフト部における鉱石とコークスとの層厚さ比率を一定に保つことにより、微粉炭および粉状鉱石を同時に安定して吹込み、原料化することができる。しかしながら、これらの吹込み量は出銑量に対して一義的に決められ、大量に使用することを意図しているものではないので、コスト合理化の面では十分とはいえない。
【０００８】
一方、先行技術２の方法には、粉状鉱石（篩下焼結鉱）および微粉炭を多量に、且つ安定して吹き込むことが提案されてはいるが、この中では羽口先温度および微粉炭／送風中酸素比率の範囲を限定することにより、微粉炭の燃焼性を良好に維持することが提案されている。そして、炉頂ガス中の煤濃度が上昇し始めるときの微粉炭／送風中酸素比率を、微粉炭の高炉内消費限界と定め、微粉炭／送風中酸素比率の上限として求めている。
【０００９】
ここで、微粉炭を多量に吹き込むためには、微粉炭／送風中酸素比率をできるだけ大きくする必要がある。しかしながら、上記（１）および（２）式による微粉炭消費に関する研究が未だ十分になされていなかったためであろうか、先行技術２に記載されている微粉炭／送風中酸素比率の上限を、更に上げることができる可能性が残されている。
【００１０】
従って、この発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決することにより、微粉炭と篩下焼結鉱との両方を同時に多量に吹き込み、しかも安定して吹き込み、製銑プロセスにおける焼結鉱歩留りの向上およびコスト合理化を図ることができる高炉の操業方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述した観点から、高炉羽口から吹き込む微粉炭／送風中酸素比率の上限を更に上げることができる高炉の操業方法を開発すべく鋭意研究を重ね、次のようにして上記課題を解決した。
【００１２】
微粉炭の高炉内における消費は、酸素による燃焼の他に、下記（３）式：
ＣＯ₂ ＋Ｃ＝２ＣＯ ----------（３）
による所謂ソリューションロス反応、並びに、上述した下記（１）および（２）式：
Ｆｅ₂Ｏ₃＋３Ｃ＝２Ｆｅ＋３ＣＯ−１０５０ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｆｅ ----------（１）
ＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ−６８０ｋｃａｌ／ｋｇ・Ｆｅ ----------（２）
による直接還元反応等により行なわれる。
【００１３】
ところで、微粉炭粒子は、コークスと比較して粒径が小さく、比表面積が大きいので、同時に吹き込まれた粉状鉄鉱石（従って、篩下焼結鉱）との反応性が極めて強く、従って、（１）および（２）式で表わされる直接還元反応による微粉炭の消費量を無視することができない。即ち、この直接還元反応による微粉炭の消費量を増加させれば、燃焼性は一定であっても微粉炭の吹込み量を増大させ得ることが期待できる。
【００１４】
本発明者等は上記点に着眼し、微粉炭／送風中酸素比率の上限を、従来技術における値よりも大きくすることが可能であると考え試験を行なった。しかしながら、レースウェイ内での微粉炭滞留時間は極めて短く、微粉炭と篩下焼結鉱との接触確率は小さく、篩下焼結鉱は大部分が従来いわれているように、レースウェイ端においてベッドコークスと溶融還元反応を起こすことがわかった。
【００１５】
しかし、本発明者等は更に試験を重ねた結果、下記事項を見出した。即ち、レースウェイ深度を十分深くし、羽口より吹き込まれた微粉炭と篩下焼結鉱との接触確率を上昇させると、微粉炭／送風中酸素比率の上限値を更に上げることができることが明らかとなった。
【００１６】
なお、羽口からの微粉炭および篩下焼結鉱の吹き込みはいずれも、羽口先温度を低下させる。羽口先温度は１８００〜２６００℃の間で操業することが望ましいが、微粉炭および篩下焼結鉱の吹き込みによる羽口先温度の低下分は、送風空気への酸素富化、または調湿蒸気の低減により行なうことができる。但し、高炉プロセスにおいて、熱風と共に純酸素を吹き込む操業、即ち、酸素富化操業は、純酸素が余剰に存在する特別な場合を除き純酸素製造プラント等の工程が増えることとなり、コスト高となる。従って、高炉プロセスにおいてはできるだけ純酸素使用量は少ない方が望ましい。上記理由により、この発明では、微粉炭吹き込みおよび篩下焼結鉱の吹き込みによる羽口先温度低下に対する調節は、調湿蒸気の低減により行なった。
【００１７】
この発明の高炉の操業方法は、上述した知見に基づきなされたものであり、高炉の羽口から微粉炭および酸化鉄を吹き込み、羽口先理論燃焼温度（羽口先温度）を１８００〜２６００℃にする高炉の操業方法において、レースウェイ深度Ｄと羽口口径Ｄ_jとの比Ｄ／Ｄ_jの値を７．７〜８．９の範囲内に保持しつつ操業することに特徴を有するものである。また、上記操業方法において、酸化鉄として篩下焼結鉱を使用することに特徴を有するものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、この発明を図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の高炉操業方法を実施するための装置の全体構成を説明する概念図である。製鉄所の石炭２０ヤードで発生した微粉炭を微粉炭粉砕ミル１９で所定の粒度に粉砕した後、微粉炭搬送ライン１８により、微粉炭吹き込み装置７、６、５に装入され、次いで、微粉炭は、微粉炭分配装置４を経て羽口２から高炉１内へ吹き込まれる。
【００１９】
一方、焼結機１７で焼成された焼結鉱は篩１６でふるい分けされ、所定粒度範囲の焼結鉱は、篩下焼結鉱搬送ライン１２により高炉１の炉頂へ搬送される。これに対して、篩下となった篩下焼結鉱は、篩下焼結鉱搬送ライン１３により篩下焼結鉱吹き込み装置１１、１０、９に装入され、次いで、篩下焼結鉱は、微粉炭分配装置４を経て羽口２から高炉１内へ吹き込まれる。
【００２０】
微粉炭および酸化鉄としての篩下焼結鉱はいずれも、高温の送風と共に高炉１の羽口２から吹き込まれる。この場合、羽口２前理論燃焼温度が、通常の高炉操業時の範囲内である１８００〜２６００℃の範囲となるように設定する。このようにして羽口２から吹き込まれた微粉炭および篩下焼結鉱は、レースウェイ３内である時間滞留する。この間に微粉炭は送風中酸素により燃焼され、また、上記（１）、（２）および（３）式等により微粉炭および篩下焼結鉱は反応して消費される。その際、レースウェイ３の深度（Ｄ）と羽口２の口径（Ｄ_j）との比Ｄ／Ｄ_jの値を、７．７〜８．９の範囲内に保持しつつ操業する。
【００２１】
次に、レースウェイ深度を所定値に制御する方法、および、Ｄ／Ｄ_jの値を、７．７〜８．９の範囲内に保持すべき理由を説明する。
高炉のレースウェイ深度Ｄと羽口径Ｄ_jとの比Ｄ／Ｄ_jは、下記（４）式：
Ｄ／Ｄ_j＝１．３７４４×１０^-2ＲＦ＋１．５５０ ----------（４）
但し、Ｄ：レースウェイ深度（ｍ）
Ｄ_j：羽口口径（ｍ）
ＲＦ：レースウェイファクター
であり、レースウェイファクターＲＦは、下記（５）式：
ＲＦ＝（γ_goＶ_g ²Ｔ_tＰ_o）／（ｇＳ²Ｔ_oＰｄ_stγ_st）----（５）
但し、γ_go：ガスの密度（ｋｇ／ｍ³）
Ｖ_g：ボッシュガス量（Ｎｍ³／ｓ）
Ｔ_t：羽口先温度（Ｋ）
Ｐ_o：大気圧（ｋｇ／ｃｍ²）
ｇ：重力加速度（ｋｇ／ｓｅｃ²）
Ｓ：羽口断面積（ｍ²）
Ｔ_o：大気温度（Ｋ）
Ｐ：送風圧力（ｋｇ／ｃｍ²）
ｄ_st：羽口前コークス粒径（ｍ）
γ_st：羽口前コークス密度（ｋｇ／ｍ³）
で表わされる。従って、レースウェイ深度を算出することができる。
【００２２】
一方、送風中酸素を低減していき、微粉炭の燃焼性が悪化すると、未燃焼の微粉炭が煤として炉頂ガス中に排出される。送風条件を変化させ、（４）式で求められるＤ／Ｄ_jが、７．７以上になると、微粉炭／送風中酸素比率を、従来認められていた微粉炭／送風中酸素比率の上限値として、例えば、先行技術２に記載された値０．６４よりも増加させても、炉頂ガス中に煤が含まれないことを見出した。一方、Ｄ／Ｄ_jが、８．９以上になると炉内でスリップが多発するようになり、炉況が悪化した。
【００２３】
なお、ここで、微粉炭／送風中酸素比率における微粉炭は、羽口から吹き込まれる１時間当たりの微粉炭の重量（ｋｇ／ｈｒ）を意味し、送風中酸素は、羽口から吹き込まれる１時間当たりの酸素の重量（ｋｇ／ｈｒ）を意味するである（以下同じ）。
【００２４】
従って、上記理由により、Ｄ／Ｄ_jの値が７．７〜８．９の範囲内となるように送風条件を調整すべきである。
図２は、送風条件を変化させることにより得られた、炉頂ガス中に煤が含まれない上限の微粉炭／送風中酸素比率（以下、「限界ＰＣ／Ｏ₂」という）と、Ｄ／Ｄ_jの値との関係を示すグラフである。
【００２５】
従来の高炉操業条件の場合に（４）および（５）式で算出されるＤ／Ｄ_jの値は、７．１以下であり、Ｄ／Ｄ_jの値が７．１のとき、微粉炭／送風中酸素比率を０．６４以上にすると、炉頂ガス中の煤濃度が急激に上昇し、限界ＰＣ／Ｏ₂であることが確認された。これは、微粉炭の燃焼空間において酸素が不足したため、微粉炭の燃焼率が低下したことを示す。
【００２６】
ところが、送風条件を変更し、Ｄ／Ｄ_jの値を７．５を起点に増加させていくと、微粉炭／送風中酸素比率を従来の限界ＰＣ／Ｏ₂である０．６４より大きくしても炉頂ガス中の煤濃度の急激な増加は認められないことがわかった。そして、Ｄ／Ｄ_jの値が７．７超えでは、限界ＰＣ／Ｏ₂がほぼ０．８１の一定値に収束した。従って、図２中において、限界ＰＣ／Ｏ₂＝０．８１の内、Ａで示した量は送風中酸素により燃焼して消費される微粉炭に相当し、Ｂで示した量はレースウェイ内で粉状酸化鉄と直接還元反応を起こして消費される微粉炭に相当するものと考えられる。
【００２７】
このように、レースウェイの深度を増加させることにより、限界ＰＣ／Ｏ₂を従来認められていた値よりも増大させ得ること、即ち、微粉炭／送風中酸素比率を従来よりも大きくとることができることがわかった。
【００２８】
【実施例】
次に、この発明を実施例により更に詳細に説明する。
内容積４２８８ｍ³の高炉において、出銑量を９７００ｔ／ｄおよび羽口からの返し鉱（篩下焼結鉱）吹き込み量を８０５００ｋｇ／ｈｒの一定値とし、送風条件を選定することによりＤ／Ｄ_jの値を３水準：７．１、７．５および７．７に調整し、更に、各Ｄ／Ｄ_jの水準において微粉炭／送風中酸素比率（ＰＣ／Ｏ₂）を０．５８〜０．８１の範囲内で種々の値に変化させた試験操業を行なった。
【００２９】
表１、２および３に、Ｄ／Ｄ_jの値がそれぞれ、７．１、７．５および７．７の場合の試験条件を示す。表１および２に示した試験条件は、本発明の範囲外のもの、そして、表３に示した試験条件は、本発明の範囲内のものであり、すべての試験条件による高炉操業において、炉頂ガス中の煤濃度を測定した。
【００３０】
【表１】

【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

表１に示したＤ／Ｄ_j＝７．１の場合の試験は、基準となる操業例である。ＰＣ／Ｏ₂が０．６４以下では、煤濃度は許容される値であったが、ＰＣ／Ｏ₂が０．６４を超えると、煤濃度は急激に上昇し、限界ＰＣ／Ｏ₂をオーバーした。
【００３３】
表２に示したＤ／Ｄ_j＝７．５の試験は、微粉炭と篩下焼結鉱との接触効果を高めるためにレースウェイ深度Ｄを大きくし、Ｄ／Ｄ_jの値を大きくした場合の操業例である。ＰＣ／Ｏ₂が０．７４以下では、煤濃度は許容される値であったが、ＰＣ／Ｏ₂が０．７４を超えると、煤濃度は急激に上昇し、限界ＰＣ／Ｏ₂をオーバーした。
【００３４】
表３に示したＤ／Ｄ_j＝７．７の試験は、微粉炭と篩下焼結鉱との接触効果を一層高めるためにレースウェイ深度Ｄを更に大きくし、Ｄ／Ｄ_jの値を大きくした場合の操業例である。ＰＣ／Ｏ₂が０．８１以下であれば、煤濃度は許容される値であり、限界ＰＣ／Ｏ₂が０．８１まで増大した。
【００３５】
本発明者等は、表１〜３に準じてＤ／Ｄ_jの値を更に大きくした試験操業を行なった。その結果、Ｄ／Ｄ_jの値を更に大きくしても、限界ＰＣ／Ｏ₂はほぼ８．１に収束した。これは、微粉炭と篩下焼結鉱との接触効率の改善効果が、Ｄ／Ｄ_jの値が７．７程度で飽和することを示すものである。
【００３６】
一方、Ｄ／Ｄ_jの値を増加させた試験操業において、Ｄ／Ｄ_jの値が８．９を超えると、高炉装入物の荷下がり不調が発生した。
図３は、試験操業におけるＤ／Ｄ_jの値と高炉装入物の荷下がり不調発生頻度（１日にスリップが発生した回数）との関係を示す。
【００３７】
上述した試験結果から、限界ＰＣ／Ｏ₂を増加させ、且つ安定した高炉操業を行なうためには、Ｄ／Ｄ_jの適正値は、７．７〜８．９の範囲内であることが確認された。
【００３８】
また、羽口から吹き込まれた微粉炭と篩下焼結鉱とが、レースウェイ内でよく混合し接触するためには、篩下焼結鉱と微粉炭と重量比（篩下焼結鉱／微粉炭比率）が、０．８以上であることが必要であることが、表１〜３の結果からわかる。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、下記効果を発揮する高炉の操業方法を提供することができるので、工業上有用な効果がもたらされる。
【００４０】
羽口から吹き込まれた微粉炭と篩下焼結鉱とが、レースウェイ内でよく混合し接触するよう十分な反応空間、即ち、レースウェイ深度が確保されるので、微粉炭が効率よく燃焼または消費されるようになった。その結果、
▲１▼微粉炭および篩下焼結鉱を多量に消費することができるようになるので、コークス使用量の低減、および、篩下焼結鉱の有効利用による焼結鉱製造コストの低減により、溶銑製造コストの低減を図ることができる。
【００４１】
▲２▼微粉炭の効率よい燃焼または消費を達成するために、微粉炭／送風中酸素比率を減少させて酸素消費量を増加させる必要がないので、高価な酸素を送風中に増富化させることを要せず、従って、溶銑を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の高炉操業方法を実施するための装置の全体構成を説明する概念図である。
【図２】高炉操業において、炉頂ガス中に煤が含まれない上限の微粉炭／送風中酸素比率（限界ＰＣ／Ｏ₂）と、レースウェイ深度Ｄと羽口口径Ｄ_jとの比Ｄ／Ｄ_jの値との関係を示すグラフである。
【図３】試験操業におけるＤ／Ｄ_jの値と、高炉装入物の荷下がり不調発生頻度（１日のスリップ発生回数）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１高炉
２羽口
３レースウェイ
４微粉炭分配装置
５、６、７微粉炭吹き込み装置
８篩下焼結鉱分配装置
９、１０、１１篩下焼結鉱吹き込み装置
１２焼結鉱搬送ライン
１３篩下焼結鉱焼結鉱搬送ライン
１４、１５、１６篩
１７焼結機
１８微粉炭搬送ライン
１９微粉炭粉砕ミル
２０石炭

Claims

高炉の羽口から微粉炭および酸化鉄を吹き込み、羽口先理論燃焼温度を１８００〜２６００℃にする高炉の操業方法において、レースウェイ深度Ｄと羽口口径Ｄ_jとの比Ｄ／Ｄ_jの値を７．７〜８．９の範囲内に保持しつつ操業することを特徴とする高炉の操業方法。
前記酸化鉄として篩下焼結鉱を使用することを特徴とする請求項１記載の高炉の操業方法。