JP3787231B2 - 高炉中心部への装入物装入方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉により生産される銑鉄の品質ならびに生産量の変動に伴う炉内状況の変化に対しても安定な融着帯を形成し、円滑な高炉操業を行うための融着帯形状を形成するのに適した高炉中心部への装入物装入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉における主な制御手段は装入物分布制御と送風制御の二つがある。送風制御によりレースウェイ条件（レースウェイ形状、レースウェイ内温度分布、レースウェイ内ガス組成分布ほか）が決まるが、装入物分布制御は、高炉内の反応伝熱を左右するガス流分布、融着帯の形状を決める唯一の手段であるため、最もよく用いられかつ最も重要な制御手段である。
【０００３】
一般に高炉は高炉炉頂部より鉄鉱石、焼結鉱、ペレット（以下、単に鉄鉱石と称す）と、コークスを交互に装入し、炉下部の送風羽口（以下、単に羽口と称す）より熱風を吹き込んで操業を行っている。高炉においては、羽口先端部分でコークスと熱風との反応により生じたＣＯガスを含む高温の炉内ガスで、前記鉄鉱石を炉内降下中に加熱−還元（間接還元）−溶融する。
さらに、鉄鉱石の溶融物を滴下中に滴下帯部に存在するコークスで還元（直接還元）しつつ湯溜り部に集め、適時、出銑口より炉外に排出する。この鉄鉱石は溶融滴下する直前に軟化融着状態（以下、単に融着帯と称する）となり、コークスを挟んで炉内に存在している。
【０００４】
このように、高炉内においては、装入した鉄鉱石が塊の状態にある塊状帯部、軟化融着した状態にある融着帯、溶融滴下状態にある滴下帯部が存在しており、前記炉内ガスは羽口先端部よりこの滴下帯部、融着帯、塊状帯部を順次通って炉外に流出している。この三者の通気抵抗は融着帯が最も大きく、次いで塊状帯部であり、滴下帯部が最も小さくなっている。したがって、融着帯の形状によって塊状帯部と滴下帯部の形状も異なり、炉内の通気性およびガス利用率が異なったものとなる。
【０００５】
例えば、融着帯の頂部が高くなるいわゆる中心流型融着帯においては、塊状帯部が狭くなる反面、滴下帯部が広くなるので通気性は良好となると同時に、炉内ガスが炉心部を常時流れてガス流が安定化するためにガス利用率も高位のレベルに維持できる。
また、融着帯頂部が低くなる、いわゆるフラット型融着帯においては、塊状帯部が広くなる反面、滴下帯部が狭くなるので通気性は悪くなると同時に、炉内ガスが偏流する可能性があり、ガス利用率が低下する場合もある。
この通気性およびガス利用率は生産性および燃料比に深い関係を有するものであり、高炉操業中に該融着帯の位置および形状を検知し、これによって融着帯を最適制御すれば、通気性およびガス利用率を調節することができ、生産性の増大、燃料比の節減を図ることができる。
【０００６】
このような高炉内での融着帯の制御方法としては、幾つかの発明が開示されているが、例えば特公昭６３−６１３６７号公報に提示されている技術によれば、高炉の炉腹部あるいはそれ以下の部分から炉内に１個または複数個のゾンデを挿通し、該ゾンデから得られるガス体および固体温度、ガス組成の実測値から融着帯の上側および下側の位置を求めるとともに、該融着帯の位置が高炉操業上最適な位置を占めるように、高炉の半径方向の鉄鉱石層厚とコークス層厚の比（Ｏ／Ｃ）の分布および粒度分布を制御することを特徴としている。
【０００７】
すなわち、融着帯の制御として高炉へ装入する鉄鉱石とコークスのＯ／Ｃの分布を制御することによって適切な融着帯を得ることができるとされており、その理由として、鉄鉱石層はコークス層に比べて粒子径および層の空間率が小さいので、高炉の半径方向のうちで鉄鉱石層厚が相対的に厚い部分ではガスの通気性は悪く、そのためその部分を流れるガス流速、ガス流量が低下する。ガス流量の低下はいろいろな面に影響を及ぼし、伝熱に関しては単位断面積を流れるガス顕熱量の低下、固体物質への伝熱性の悪化をもたらす。反応に関しては、鉄鉱石を還元するのに充分なガス量が供給されないために還元ガスの濃度が低下し、還元推進力が弱まることから、還元率の相対的低下をもたらす。
以上のことから、半径方向でＯ／Ｃの高い部分は還元率の低下、ガス体および固体温度の低下をもたらす。
【０００８】
したがって、例えば中心部で高い融着帯を実現するためには炉下部の中心部に充分な熱を供給することが必要である。そのためには炉中心部にガスの供給を増加する操作、すなわち中心部のＯ／Ｃを小さくすることが必要であり、また周辺部で高い融着帯を実現するためには同様な理由から、周辺部のＯ／Ｃを小さくする操作が必要であると述べられている。
【０００９】
しかし、従来法における通常の高炉装入物の装入方法に従えば、例えば図４に示すように、コークス（Ｃ）と鉄鉱石（Ｏ）とを順次層状に装入すると炉中心部においては、鉄鉱石の装入層の厚みが厚くコークス装入層の厚みが薄くなる傾向を避けることはできない。
これは鉄鉱石の安息角がコークスの安息角に比べて小さく、かつ鉄鉱石とコークスの嵩密度が大きく異なり、均一に装入されたコークスを鉄鉱石装入時に鉄鉱石が削り込み、勢い炉中心部において鉄鉱石層が必然的に厚くなる現象を生じるためである。したがって、炉中心においては炉下部から供給されるガスの流れが、炉中心部の鉄鉱石層の厚い部分では通気性が悪くなり、その結果ガスはガス流れが比較的容易な炉周辺部に向かいその部分を流れることになる。
【００１０】
このような装入物の分布状態に対して高炉中心部のみにコークスを特別の手段によって装入し、炉中心部にチムニー状のコークス堆積状態を積極的に保持せしめようとする技術が例えば特公平６−３７６４９号に開示されている。
該公報に記載された技術を高炉操業に適用すれば、炉中心部にコークスのチムニーを容易に作ることができるはずであるが、後述するように高炉の実操業においては一旦作られたチムニー状のコークス層では通気性が過大となり、下方向からの上昇ガス流が強すぎてチムニー状に堆積しようとするコークスを吹き上げ、図５に模式的に示すようにコークスが周辺部に飛散し、実際には目的とするコークス中心部装入の効果は意外に少ない状態にあるものと判断される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、融着帯の適切な形状については知られており、例えば図３に示すように、融着帯を中心部が高い逆Ｖ型にすることが、現状の高炉操業を行う上で理想的な形状とされている。この形状を得るためには上記したように、炉中心部のＯ／Ｃを小さくする必要があり、これは言い換えると炉中心部のコークス量ができるだけ多くなるような装入物の装入方法が好ましいと言うことである。
【００１２】
実際の高炉における装入物（鉄鉱石、コークス等）の装入分布状態、すなわち適切なＯ／Ｃを保つための高炉半径方向での分布状態を得るためには、それに適した装入設備が必要となる。しかし、ベルレス高炉においては、上記の調整を実施しようと思えば、旋回シュートの傾動角を広範囲に動かす必要があり、そのため、高出銑比の操業条件下では、装入物を炉内に装入するのに時間が長くかかり過ぎるという問題が生じ、所望のＯ／Ｃ分布を炉半径方向で作り込めない状況が起こることもあった。
【００１３】
また前述のように、炉中心部へのコークス装入は炉中心部を上昇するガス流の影響を受けるので、その対応策も考慮したうえで適切な装入方法を採用しなければ、目的とする効果が得られない惧れがあり、これらのことを総括したうえで、従前の装入設備によって簡便容易に上記した如きＯ／Ｃの炉半径方向での分布状態を得ることができる装入技術についての開発が強く要望されていた。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、下記手段にある。
【００１５】
（１）ベルレス高炉における装入物の高炉内装入に際し、旋回シュートを介しコークスを高炉炉壁側から装入を開始し、旋回シュートを順次高炉中心方向へ移動させながら炉中心から炉口半径に対して０．２〜０．４の範囲で装入を完了させ、次いで、装入堆積コークスの上部に鉄鉱石を炉壁側からコークス堆積部を越えない位置まで順次装入する高炉中心部への装入物装入方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明者らが高炉における装入物の装入状態を考察したところでは、前述したように高炉中心部に装入されるコークスはその比重が軽く、かつ嵩密度が小さいため炉下部からの上昇ガス流によって吹き上げられ飛散するので、その間隙部に比重の重い鉄鉱石が流れ込み（鉄鉱石は安息角が小さいので容易）、炉中心部に所望とするコークスの堆積層を得るには多くの困難性が伴うことが判明した。
【００１７】
そこで本発明者らは高炉内融着帯の制御において、高炉装入物中の高炉半径方向でのＯ／Ｃを適切な分布状態に調整するために、特別の装入装置を要せず従来の装入物装入装置を用いて行うべく鋭意研究・検討を重ねた結果、ベルレス高炉においては、炉内への装入物中コークスの装入位置を適切な範囲に調整することによって、上記問題点の解決を容易に図ることができるとの知見を得ることができた。
【００１８】
すなわち、コークス装入位置の適正化について種々の実験を行い、多くの試行錯誤を重ねた結果、コークスの装入を炉壁側から行い、炉中間部位の適当な位置で装入を終えコークスの堆積層を作り、その上部に鉄鉱石を装入することによって、堆積したコークス層を鉄鉱石の炉心方向への流れ込みを利用し、該堆積コークスを炉中心部へ押し込み、炉中心部にコークスを主体としたチムニー状のコークス層を形成せしめることができるとの見通しを得、本発明を完成するに至った。
【００１９】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および２は本発明装入方法によって装入された装入物を模式的に示したもので、図１において、コークス（Ｃ）を炉壁側から装入し炉中心部に達する前の炉半径方向で炉口半径に対して０．２〜０．４の範囲の炉中間部位で装入を停止する。しかる後、装入堆積コークス上に鉄鉱石（Ｏ）を炉壁側から順次装入して行き、先に装入した炉中間部位に存在するコークス（Ｃ）の堆積部位を越えない位置で鉄鉱石（Ｏ）の装入を終了する。かくした装入を行うことにより、堆積されているコークス（Ｃ）は鉄鉱石（Ｏ）の炉中心部方向への流れ込みにより、上方より炉中心方向へ押し込まれ、図２に示したような装入物の分布状態が得られる。
【００２０】
すなわち、炉中心部には装入コークス層の流動化コークス（前記したように炉中心部に存在するコークスは絶えず炉中心を上昇するガス流によって舞い上がり、上昇・降下を繰り返すので流動化された状態となっている）と鉄鉱石との混合した混合物が堆積された状態となる。このような装入物層を確保できれば、炉中心部に所望の通気性の良好なチムニーが炉中心部に形成されるので、目的とする融着帯を容易に得ることができる。
【００２１】
なお、本発明においては本発明者らが先に発明し、特願平９−３４１９７１号にて既に出願している「高炉への装入物装入方法」を本発明に適用することも本発明の主旨から当然可能である。すなわち該発明の要旨は、「ベルレス高炉における装入物の高炉内装入に際し、高炉直上の炉頂ホッパー内へ下部に鉄鉱石を投入後、次いでその上部にコークスを投入し、該炉頂ホッパー内で鉄鉱石とコークスを層状に貯留後、遮断弁を開放し旋回シュートを介して装入物を高炉内へ装入することを特徴とする高炉への装入物装入方法」にあるので、図６に示すように炉頂ホッパーに貯留された下部鉄鉱石を炉壁側から順次炉中心方向へ装入を継続し、炉中間部位でコークスの装入を終えることによって前記したと同様に、次回に装入される鉄鉱石によって中間部位に堆積されたコークスが炉中心部への押し込まれるので、同様の効果が得られる。この場合、炉頂ホッパーに貯留するコークスを多目にするとより効果が期待できる。
【００２２】
本発明において炉壁から炉中心部へ向けて装入するコークスの停止位置（炉中間部）の範囲を炉半径方向で炉口半径に対して０．２〜０．４に限定したが、これは炉中心部のガス上昇流の影響を受ける範囲を避けるために設定した値である。
また、炉中間部側に装入するコークスは、鉄鉱石との兼ね合いからその粒度を選択し、適正な粒度を保持し炉中心部でコークスが適当量残留するよう調整する必要がある。
さらに、上記コークスはその反応性からみて高反応性コークスを必要とせず、低反応性コークスで充分である。
【００２３】
【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３２８０ｍ³ を有する微粉炭吹き込み実施中の高炉である。表１に高炉で本発明による装入物の装入パターンと全装入物でのＯ／Ｃを示した。
また、本発明の実施による結果はシャフト上部ゾンデ中心部のガス利用率を尺度としてその効果を示した。これらはいずれも７日間同一装入方法を継続したものであり、表１中の数値はその間での平均値を表している。
【００２４】
【表１】

【００２５】
実施番号１〜４は装入パターン▲１▼、▲２▼について実施したものであり、実施番号５〜７についてはコークスの粒度および低反応性コークスの使用等について実施した。なお、実施番号８については比較のために従来例を挙げた。
表１から明らかなように、本発明によれば良好な融着帯が従来例に比して安定して得られた結果、高炉操業が安定し、かつ高出銑比を確保することができた。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明装入方法を実施することにより、コークスを炉半径方向でその分布を適正かつ確実に形成させることができ、適切な高炉内融着帯形状を安定して得ることが可能となったため、円周方向に安定した周辺ガス流を形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高炉への装入物の装入初期の状態を示す図
【図２】本発明の装入方法によって得られた装入物の装入層の状態を示す図
【図３】高炉内での逆Ｖ型融着帯の例を示す図
【図４】通常の高炉装入における鉄鉱石層とコークス層の形状を示す図
【図５】炉中心部の上昇ガス流が大きい場合の炉中心部の装入コークスの状態を模式的に示す図
【図６】炉頂ホッパーでの装入物の貯留状態を示す図

Claims (1)

1. ベルレス高炉における装入物の高炉内装入に際し、旋回シュートを介しコークスを高炉炉壁側から装入を開始し、旋回シュートを順次高炉中心方向へ移動させながら炉中心から炉口半径に対して０．２〜０．４の範囲で装入を完了させ、次いで、装入堆積コークスの上部に鉄鉱石を炉壁側からコークス堆積部を越えない位置まで順次装入することを特徴とする高炉中心部への装入物装入方法。

Images