JP3874313B2 - 高炉操業方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石の多量使用と高炉スラグ比を低減する高炉操業方法、特に微粉炭多量吹き込み時の高炉の安定操業に関する。
【０００２】
【従来の技術】
豪州、インドの鉄鉱石のＡｌ2 Ｏ3 量は２．０mass％以上が主体であり、ブラジルなどの低Ａｌ2 Ｏ3 鉱石に対してＡｌ2 Ｏ3 量は倍以上もある。高炉操業では高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を１４．０〜１５．５％に管理しており、鉱石のＡｌ2 Ｏ3 量が上昇することは好ましくない。しかし日本は地理的に豪州とインドに近く、輸送費を下げるためにもこれらの地域の高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石をより多く使用することが求められている。
【０００３】
また、高炉に装入するコークスを代替し、溶銑原価の低減を目的として高炉羽口から微粉炭を吹込む技術はコークス炉の老朽化対策としても重要であり、日本国内ではほぼ全高炉に採用され、微粉炭吹込み量は１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の例も報告されている。
【０００４】
例えば、「材料とプロセス」７（１９９４），ｐ１２６には、コークスＤＩの向上と高酸素富化操業、低Ａｌ2 Ｏ3 ・高被還元性焼結鉱の使用、局所的な高Ｏ／Ｃ（鉱石／コークス比）部を形成させない装入物分布制御により、１週間の微粉炭比２００ｋｇ／ｔ−ｐの操業試験が達成できたと報告されている。これは融着体厚み増加を装入物の低Ａｌ2 Ｏ3 化で抑制したと考えられる。
【０００５】
また、「材料とプロセス」８（１９９５），ｐ．３１９には炉下部通気・通液性の改善のためにスラグ比を低下（３２０→２８０ｋｇ／ｔ−ｐ）させ、ＨＰＳ鉱の全面使用による塊成鉱の高ＲＩ（被還元性）化、コークス強度向上を実施し、月間微粉炭比２１８ｋｇ／ｔ−ｐの操業結果が得られたことが報告されている。ＨＰＳ鉱が低ＳｉＯ2 ・低Ａｌ2 Ｏ3 鉱であるのはよく知られているので、融着帯厚み増加を装入物の低ＳｉＯ2 化と低Ａｌ2 Ｏ3 化で抑制したと考えられる。
【０００６】
特開昭６１−５６２１１号公報には、高炉操業において焼結鉱塩基度（Ｃ／Ｓ）を２以上とし、高炉スラグの目標塩基度より上昇分は高炉にてＳｉＯ2 源副原料の装入により調整し、軟化融着帯レベルを下降させることにより溶銑中Ｓｉ濃度を低下させることを特徴とする高炉操業方法が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石はブラジルの低Ａｌ2 Ｏ3 鉱石などより安価であるので、今後は高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の使用技術の確立が高炉操業の重要課題の一つになると考えられる。しかし、高炉操業においては高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を管理値以下に押さえる必要があり、高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石を多量に配合するとカルシウムフェライト融液の融点上昇により融液生成量が減少するため、焼結鉱の製造歩留り低下や品質（特に強度とＲＤＩ）の悪化が問題となるので、従来は高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石の配合量を増加させることは困難であった。
【０００８】
高炉の安定操業のためには高炉炉下部の通気性・通液性の改善が必要であり、特に高炉羽口から微粉炭を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上吹き込む際には微粉炭比増加により炉頂から装入するコークス量が減少（コークススリットの縮小）するので、高炉内のＯ／Ｃが高くなり、融着帯厚み増加とそれ以下の炉芯部を含む炉下部の通気性の悪化が問題となる。炉下部の通気性改善のためには、高炉スラグ比の低減が必要である。
【０００９】
そこで、高炉スラグ比を低減するため、焼結鉱のＳｉＯ2 成分の低減が検討されてきた。しかし、高炉操業においては高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を高炉操業の管理値以下にする必要があり、低ＳｉＯ2 の鉱石を多量に配合すると高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量が高炉操業の管理値以上になり、スラグ粘性が上昇してスラグ流動性が悪化することが問題となっている。
【００１０】
特開昭６１−５６２１１号公報の方法は、塩基度上昇で焼結鉱高温性状を改善して軟化融着帯の収縮率や通気抵抗を改善しているが、塩基度を上昇させると高炉スラグ量を増加させる欠点があるので、炉下部の通気性改善が必要な微粉炭多量吹き込み操業への適用は困難である。
【００１１】
本発明法は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高炉での高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石の多量使用を可能にし、特に微粉炭多量吹き込み時における高炉スラグ比を低下して炉下部の通気性・通液性が改善できる高炉操業を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は以下を要旨とする。
（１） Ａｌ2 Ｏ3 を２．０〜３．０mass％、ＳｉＯ2 を３．９〜４．９mass％、ＭｇＯを０．５〜１．２mass％含有する高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱、およびＡｌ2 Ｏ3 を１．０〜１．７mass％、ＳｉＯ2 を４．５〜６．０mass％、ＭｇＯを０．８〜２．５mass％含有する低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を製造し、高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 成分が高炉の操業管理値以下となるように前記高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱と低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を配合し、高炉に装入することを特徴とする。
【００１３】
（２） 高炉羽口から１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を吹き込む高炉操業において、上記（１）に記載の操業を行うことを特徴とする。
【００１４】
ここで、高炉スラグ比は銑鉄１ｔ当りに生成するスラグ量を示し、Ｃ／ＳはＣａＯ／ＳｉＯ２で表せる塩基度である。なお、高炉スラグ中にはＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯの他に０．２％程度のＦｅＯやアルカリ成分が含まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の多量使用を可能にし、高炉スラグ量を低減して、特に高微粉炭比操業における高炉操業を安定化するものである。
まず、本発明法１の方法を以下に説明する。
従来、焼結鉱中のＡｌ2 Ｏ3 量が２．０mass％以上となると、融液生成量の減少、還元粉化しやすい「ヘマタイト＋柱状カルシウムフェライト」共存組織が増加し、また還元時に生成する高ＦｅＯ融液の融点を逆に下げて軟化しやすくするため、焼結鉱の強度、ＲＤＩ（還元粉化性）、高温還元・軟化溶融性状が悪化する問題があった。
【００１６】
そこで、高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石を多量に配合しても優れた品質の焼結鉱を製造できる焼結原料の配合条件を種々検討した結果、焼結鉱中のＳｉＯ2 が３．９〜４．９mass％、ＭｇＯが０．５〜１．２mass％、Ａｌ2 Ｏ3 が２．０〜３．０mass％となるように高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石と他の鉱石、副原料を配合して高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱とすることにより、優れた強度、ＲＤＩ（還元粉化性）、ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性）、高温還元・軟化溶融性状の焼結鉱が得られることを見出した。さらにＳｉＯ2 が４．５〜６．０mass％、ＭｇＯが０．８〜２．５mass％、Ａｌ2 Ｏ3 が１．０〜１．７mass％である低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を前記高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱と配合し、高炉に装入することにより高炉スラグの粘性に大きな影響を及ぼす高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を容易に高炉操業の管理値以下に調整できることを見出し、本発明に至った。
【００１７】
ここで、高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱中のＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％の範囲と規定したのは、Ａｌ２Ｏ３量が２．０〜３．０ｍａｓｓ％と高い場合はＳｉＯ２を４．９ｍａｓｓ％以下、ＭｇＯを１．２ｍａｓｓ％以下に同時に低減することにより、焼結鉱の強度に悪影響を及ぼすＭｇＯ量を低減することにより、強度を維持しながらトータルのスラグ量を低減することができる。また、焼結層内の熱量は一定の条件下であるため、スラグ量が低減すると焼結層温度が上昇してマグネタイトが増加し、気孔率も増加して還元性が改善されるため、焼結鉱のＲＤＩ（還元粉化性）、ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性）、高温還元・軟化溶融性状が改善できる。ただし、ＳｉＯ２を３．９ｍａｓｓ％未満、ＭｇＯを０．５ｍａｓｓ％未満まで低下させると焼結鉱の強度とＲＤＩが悪化するため好ましくない。この場合、Ａｌ２Ｏ３量が通常焼結鉱より高いので、コークス配合比も通常焼結鉱の場合より増加させるとＲＤＩが向上し、ＭｇＯが低い値であるので被還元性に悪影響を及ぼすＦｅＯも大幅には増加しない。
【００１８】
高炉スラグの粘性を一定に保つため、スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量は通常１４．０〜１５．５％に管理する必要がある。そこで、上記の高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を高炉に多量に装入する場合、Ａｌ2 Ｏ3 を１．０〜１．７mass％に規定した低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱と混合して高炉に装入することにより、高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を操業管理値以下に調整する。さらに低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱中のＳｉＯ2 を４．５〜６．０mass％、ＭｇＯを０．８〜２．５mass％と高い値に規定するのは上記の高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を装入する場合にスラグ中のＳｉＯ2 、ＭｇＯ量を調節するためである。
【００１９】
低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱は品質が安定しており、ＳｉＯ2 、ＭｇＯを上記の値に規定しても焼結鉱品質上は問題ない。この場合、Ａｌ2 Ｏ3 が１．０〜１．７mass％と低レベルであるので、コークス配合比は通常焼結鉱の場合より低く
することができる。
なお、前記高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱と低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を混合する方法としては、別々の鉱石槽からそれぞれの焼結鉱を設定した割合で輸送ベルト上に切り出す方法が最も簡便で良い。
【００２０】
次に、本発明法２の高炉スラグ量を低減して操業を安定化する方法を以下に説明する。
従来、焼結鉱中のＳｉＯ２を４．９％以下にすると強度やＲＤＩ（還元粉化性）が悪化する問題があった。そこで、品質の優れた低ＳｉＯ２焼結鉱を製造できる焼結原料の配合条件を種々検討した結果、焼結鉱成分のＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％、Ｃ／Ｓを２．０〜２．８となるように鉱石、副原料を配合して高Ｃ／Ｓ焼結鉱とすることにより、優れたＲＤＩ（還元粉化性）、ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性）、高温還元・軟化溶融性状の焼結鉱が得られることを見出した。さらに、ＳｉＯ２を４．５〜６．０ｍａｓｓ％、ＭｇＯを１．３〜２．５ｍａｓｓ％、Ｃ／Ｓを０．５〜１．２とした低Ｃ／Ｓ焼結鉱を製造し、高炉スラグ比が高炉の操業管理値以下となるように前記高Ｃ／Ｓ焼結鉱と低Ｃ／Ｓ焼結鉱を配合して高炉に装入すれば高炉スラグ量を低減して炉下部の通気性・通液性の改善が可能になることを見出し、本発明に至った。
【００２１】
ここで、焼結鉱中のＭｇＯを０．５〜１．２mass％、Ｃ／Ｓを２．０〜２．８の範囲に規定したのは、焼結鉱中のＳｉＯ2 が３．９〜４．９mass％と低い場合は、ＭｇＯを１．２mass％以下に低減し、Ｃ／Ｓを２．０以上に増加させることにより、焼結鉱のＲＤＩ（還元粉化性）、ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性）、高温還元・軟化溶融性状が改善できる。ただし、ＭｇＯが０．５mass％未満、Ｃ／Ｓが２．８超になると焼結鉱品質が悪化するため好ましくない。
【００２２】
高炉のスラグ比を操業管理値以下にするためには、通常、スラグ中のＭｇＯを６．０〜８．０％、Ｃ／Ｓを１．２〜１．３に管理する必要がある。したがって上記の高Ｃ／Ｓ焼結鉱を高炉に多量に装入する場合、Ｃ／Ｓを０．５〜１．２に規定した低Ｃ／Ｓ焼結鉱と上記高Ｃ／Ｓ焼結鉱とを混合して高炉に装入することにより、高炉スラグ中のＣ／Ｓを操業管理値範囲に調整することができる。Ｃ／Ｓが０．５〜１．２の低Ｃ／Ｓ焼結鉱の場合は、ＳｉＯ2 とＭｇＯ量は高い方が好ましく、ＳｉＯ2 は４．５〜６．０mass％、ＭｇＯは１．３〜２．５mass％が適正である。ここで、ＳｉＯ2 が６．０mass％超ではＪＩＳ−ＲＩと高温還元・軟化溶融性状が悪化し、ＭｇＯが２．５mass％超では強度が低下するため好ましくない。なお、この場合の焼結鉱のコークス配合比は通常の焼結鉱レベルの配合で良い。
【００２３】
次に、本発明法３の方法を説明する。
安価原燃料多量使用操業を志向して、高炉羽口から１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を吹き込む場合、高炉炉下部の通気性・通液性の改善が従来にも増して顕在化してきたため、炉下部の通気性に大きな影響を及ぼすスラグ成分の管理及び焼結鉱品質が特に重要になってきた。
【００２４】
燃料比が５００ｋｇ／ｔ−ｐの前提で微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔ−ｐ（コークス比は３５０ｋｇ／ｔ−ｐ）に増加すると、鉱石／コークス比（Ｏ／Ｃ）は４．５レベルに上昇する。微粉炭比が２００ｋｇ／ｔ−ｐ（コークス比は３００ｋｇ／ｔ−ｐ）になると、Ｏ／Ｃは５．５まで上昇する。通常操業のＯ／Ｃは４．０未満であるので、微粉炭比１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上では鉱石層厚が大幅に増加することになり、融着帯形状が肥大化することになる。
【００２５】
図１に微粉炭比６０、２００ｋｇ／ｔ−ｐ吹き込み操業でのシミュレーション結果に基づく炉内融着帯形状の変化を示す。微粉炭比が増加すると融着帯が肥大化しているのが分かる。この融着帯の肥大化を抑制できれば炉内通気性が改善される。
【００２６】
本発明法１の方法と微粉炭多量吹込み技術との組み合わせは、安価な高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石を多量に使用しても焼結鉱の高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善できるので融着帯の肥大化を抑制して安定操業を実現できるとともに、溶銑製造コストの低減効果が大きい。また、本発明法２の方法との組み合わせでは特に高炉スラグ比の低減効果が大きく、溶銑製造コストの低減にも貢献できる。
【００２７】
【実施例】
微粉炭吹き込み量の少ない通常操業時に、本発明法の「高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱と低Ａｌ２Ｏ３焼結鉱」または「高Ｃ／Ｓ焼結鉱と低Ｃ／Ｓ焼結鉱」を混合して装入した場合、第３表の期間Ｄ，Ｅに示すように、従来法（比較例３）に比較しても高炉操業上問題なく、スラグ比の低減効果が見られた。
本発明法は特に微粉炭多量吹き込み操業の場合に効果が大きいため、以下の実施例では微粉炭多量吹込みの例で説明する。
（実施例１）
まず、本発明法１の高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱と低Ａｌ２Ｏ３焼結鉱の焼結鉱品質について述べる。焼結鉱は４５０ｍ２の焼結機で製造した。従来法と実施例１の焼結鉱を比較して、焼結鉱の成分及びＲＤＩとＪＩＳ−ＲＩの測定結果を表１に、高温還元・軟化溶融性状測定結果を図２に示す。本発明法で使用する焼結鉱は、ＲＤＩとＪＩＳ−ＲＩに加えて高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善されているのが分かる。本発明法１では、高Ａｌ２Ｏ３鉄鉱石（低ＳｉＯ２、低ＭｇＯ）と、低Ａｌ２Ｏ３鉄鉱石（高ＳｉＯ２、高ＭｇＯ）の２種類の焼結鉱を製造し、これらを高炉スラグ中のＡｌ２Ｏ３ 成分が１５．５％以下、ＭｇＯ成分が６．０％以上となるように混合して高炉に装入して使用することにより、高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱の多量使用（焼結鉱比で４０％）が可能となった。これらの焼結鉱を製造する方法として、複数の焼結機で造り分ける方法または同一の焼結機で時間帯を分けて造り分ける方法のいずれかを選択することができる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
（実施例２）
次に、本発明法２の高Ｃ／Ｓ焼結鉱と低Ｃ／Ｓ焼結鉱の焼結鉱品質について述べる。実施例１と同様に、焼結鉱は４５０ｍ2 の焼結機で製造した。従来法と実施例２の焼結鉱を比較して、焼結鉱の成分及びＲＤＩとＪＩＳ−ＲＩの測定結果を表１に、高温還元・軟化溶融性状測定結果を図２に示す。実施例２で使用する焼結鉱も、ＲＤＩとＪＩＳ−ＲＩに加えて高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善されているのが分かる。
実施例２では、高Ｃ／Ｓ鉄鉱石（低ＳｉＯ2 、低ＭｇＯ）と、低Ｃ／Ｓ鉄鉱石（高ＳｉＯ2 、高ＭｇＯ）の２種類の焼結鉱を製造し、これらを混合して高炉に装入して使用することにより、高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 成分を１５．５％以下、ＭｇＯ成分を６．０％以上に調整しながら、高炉スラグ比を２８０ｋｇ／ｔ−ｐ以下に低減することが可能になった。これらの焼結鉱を製造する方法は実施例１と同様に、複数の焼結機で造り分ける方法または同一の焼結機で時間帯を分けて造り分ける方法のいずれかを選択することができる。
【００３０】
（実施例３）
実施例１または２の焼結鉱を使用して、微粉炭吹き込み量を１８０ｋｇ／ｔ−ｐに増加させたＡ高炉（内容積３８００ｍ3 ）での実施例を説明する。本発明法を従来法と比較して表２の期間Ｂ〜Ｃにまとめた。
従来法では、微粉炭比１３０ｋｇ／ｔ−ｐの操業レベル（比較例１）から微粉炭比１８０ｋｇ／ｔ−ｐ操業（期間Ａ、比較例２）に多量使用する過程で通気抵抗が増大し、スリップ頻度が増し、炉体放散熱も増えた。これは、微粉炭比の増加によりＯ／Ｃが上昇し、炉内全圧損が大きくなったためで、特に１７０ｋｇ／ｔ−ｐ以上でその傾向が顕著であった。
【００３１】
一方、複数の焼結鉱をほぼ均等割合に混合して同時に使用する本発明法１、２に切り換えると、微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／ｔ−ｐでもむしろ炉内全圧損値と炉体放散熱量は低下し、スリップ発生回数は激減した。これはＲＤＩ値低下による炉上部の通気性改善に加え、シャフト部での被還元性が向上し、さらに通気抵抗を悪化させることを懸念した融着帯根部の肥大化も高温性状の改善により防止したためであり、炉下部の異常も全く見られなかった。
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上に増加させても、本発明法により炉内全圧損値を増加させることなく、高炉安定操業を長期に継続することができた。
本発明法は、高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の多量使用や高炉スラグ量の低減を可能にし、特に微粉炭多量吹き込み時の高炉の安定操業を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉内融着帯をシミュレーションした図
【図２】本発明法の焼結鉱の高温性状測定結果
【発明の属する技術分野】
本発明は、高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石の多量使用と高炉スラグ比を低減する高炉操業方法、特に微粉炭多量吹き込み時の高炉の安定操業に関する。
【０００２】
【従来の技術】
豪州、インドの鉄鉱石のＡｌ2 Ｏ3 量は２．０mass％以上が主体であり、ブラジルなどの低Ａｌ2 Ｏ3 鉱石に対してＡｌ2 Ｏ3 量は倍以上もある。高炉操業では高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を１４．０〜１５．５％に管理しており、鉱石のＡｌ2 Ｏ3 量が上昇することは好ましくない。しかし日本は地理的に豪州とインドに近く、輸送費を下げるためにもこれらの地域の高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石をより多く使用することが求められている。
【０００３】
また、高炉に装入するコークスを代替し、溶銑原価の低減を目的として高炉羽口から微粉炭を吹込む技術はコークス炉の老朽化対策としても重要であり、日本国内ではほぼ全高炉に採用され、微粉炭吹込み量は１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の例も報告されている。
【０００４】
例えば、「材料とプロセス」７（１９９４），ｐ１２６には、コークスＤＩの向上と高酸素富化操業、低Ａｌ2 Ｏ3 ・高被還元性焼結鉱の使用、局所的な高Ｏ／Ｃ（鉱石／コークス比）部を形成させない装入物分布制御により、１週間の微粉炭比２００ｋｇ／ｔ−ｐの操業試験が達成できたと報告されている。これは融着体厚み増加を装入物の低Ａｌ2 Ｏ3 化で抑制したと考えられる。
【０００５】
また、「材料とプロセス」８（１９９５），ｐ．３１９には炉下部通気・通液性の改善のためにスラグ比を低下（３２０→２８０ｋｇ／ｔ−ｐ）させ、ＨＰＳ鉱の全面使用による塊成鉱の高ＲＩ（被還元性）化、コークス強度向上を実施し、月間微粉炭比２１８ｋｇ／ｔ−ｐの操業結果が得られたことが報告されている。ＨＰＳ鉱が低ＳｉＯ2 ・低Ａｌ2 Ｏ3 鉱であるのはよく知られているので、融着帯厚み増加を装入物の低ＳｉＯ2 化と低Ａｌ2 Ｏ3 化で抑制したと考えられる。
【０００６】
特開昭６１−５６２１１号公報には、高炉操業において焼結鉱塩基度（Ｃ／Ｓ）を２以上とし、高炉スラグの目標塩基度より上昇分は高炉にてＳｉＯ2 源副原料の装入により調整し、軟化融着帯レベルを下降させることにより溶銑中Ｓｉ濃度を低下させることを特徴とする高炉操業方法が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石はブラジルの低Ａｌ2 Ｏ3 鉱石などより安価であるので、今後は高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の使用技術の確立が高炉操業の重要課題の一つになると考えられる。しかし、高炉操業においては高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を管理値以下に押さえる必要があり、高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石を多量に配合するとカルシウムフェライト融液の融点上昇により融液生成量が減少するため、焼結鉱の製造歩留り低下や品質（特に強度とＲＤＩ）の悪化が問題となるので、従来は高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石の配合量を増加させることは困難であった。
【０００８】
高炉の安定操業のためには高炉炉下部の通気性・通液性の改善が必要であり、特に高炉羽口から微粉炭を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上吹き込む際には微粉炭比増加により炉頂から装入するコークス量が減少（コークススリットの縮小）するので、高炉内のＯ／Ｃが高くなり、融着帯厚み増加とそれ以下の炉芯部を含む炉下部の通気性の悪化が問題となる。炉下部の通気性改善のためには、高炉スラグ比の低減が必要である。
【０００９】
そこで、高炉スラグ比を低減するため、焼結鉱のＳｉＯ2 成分の低減が検討されてきた。しかし、高炉操業においては高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を高炉操業の管理値以下にする必要があり、低ＳｉＯ2 の鉱石を多量に配合すると高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量が高炉操業の管理値以上になり、スラグ粘性が上昇してスラグ流動性が悪化することが問題となっている。
【００１０】
特開昭６１−５６２１１号公報の方法は、塩基度上昇で焼結鉱高温性状を改善して軟化融着帯の収縮率や通気抵抗を改善しているが、塩基度を上昇させると高炉スラグ量を増加させる欠点があるので、炉下部の通気性改善が必要な微粉炭多量吹き込み操業への適用は困難である。
【００１１】
本発明法は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高炉での高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石の多量使用を可能にし、特に微粉炭多量吹き込み時における高炉スラグ比を低下して炉下部の通気性・通液性が改善できる高炉操業を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は以下を要旨とする。
（１） Ａｌ2 Ｏ3 を２．０〜３．０mass％、ＳｉＯ2 を３．９〜４．９mass％、ＭｇＯを０．５〜１．２mass％含有する高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱、およびＡｌ2 Ｏ3 を１．０〜１．７mass％、ＳｉＯ2 を４．５〜６．０mass％、ＭｇＯを０．８〜２．５mass％含有する低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を製造し、高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 成分が高炉の操業管理値以下となるように前記高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱と低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を配合し、高炉に装入することを特徴とする。
【００１３】
（２） 高炉羽口から１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を吹き込む高炉操業において、上記（１）に記載の操業を行うことを特徴とする。
【００１４】
ここで、高炉スラグ比は銑鉄１ｔ当りに生成するスラグ量を示し、Ｃ／ＳはＣａＯ／ＳｉＯ２で表せる塩基度である。なお、高炉スラグ中にはＣａＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯの他に０．２％程度のＦｅＯやアルカリ成分が含まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明は、高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の多量使用を可能にし、高炉スラグ量を低減して、特に高微粉炭比操業における高炉操業を安定化するものである。
まず、本発明法１の方法を以下に説明する。
従来、焼結鉱中のＡｌ2 Ｏ3 量が２．０mass％以上となると、融液生成量の減少、還元粉化しやすい「ヘマタイト＋柱状カルシウムフェライト」共存組織が増加し、また還元時に生成する高ＦｅＯ融液の融点を逆に下げて軟化しやすくするため、焼結鉱の強度、ＲＤＩ（還元粉化性）、高温還元・軟化溶融性状が悪化する問題があった。
【００１６】
そこで、高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石を多量に配合しても優れた品質の焼結鉱を製造できる焼結原料の配合条件を種々検討した結果、焼結鉱中のＳｉＯ2 が３．９〜４．９mass％、ＭｇＯが０．５〜１．２mass％、Ａｌ2 Ｏ3 が２．０〜３．０mass％となるように高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石と他の鉱石、副原料を配合して高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱とすることにより、優れた強度、ＲＤＩ（還元粉化性）、ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性）、高温還元・軟化溶融性状の焼結鉱が得られることを見出した。さらにＳｉＯ2 が４．５〜６．０mass％、ＭｇＯが０．８〜２．５mass％、Ａｌ2 Ｏ3 が１．０〜１．７mass％である低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を前記高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱と配合し、高炉に装入することにより高炉スラグの粘性に大きな影響を及ぼす高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を容易に高炉操業の管理値以下に調整できることを見出し、本発明に至った。
【００１７】
ここで、高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱中のＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％の範囲と規定したのは、Ａｌ２Ｏ３量が２．０〜３．０ｍａｓｓ％と高い場合はＳｉＯ２を４．９ｍａｓｓ％以下、ＭｇＯを１．２ｍａｓｓ％以下に同時に低減することにより、焼結鉱の強度に悪影響を及ぼすＭｇＯ量を低減することにより、強度を維持しながらトータルのスラグ量を低減することができる。また、焼結層内の熱量は一定の条件下であるため、スラグ量が低減すると焼結層温度が上昇してマグネタイトが増加し、気孔率も増加して還元性が改善されるため、焼結鉱のＲＤＩ（還元粉化性）、ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性）、高温還元・軟化溶融性状が改善できる。ただし、ＳｉＯ２を３．９ｍａｓｓ％未満、ＭｇＯを０．５ｍａｓｓ％未満まで低下させると焼結鉱の強度とＲＤＩが悪化するため好ましくない。この場合、Ａｌ２Ｏ３量が通常焼結鉱より高いので、コークス配合比も通常焼結鉱の場合より増加させるとＲＤＩが向上し、ＭｇＯが低い値であるので被還元性に悪影響を及ぼすＦｅＯも大幅には増加しない。
【００１８】
高炉スラグの粘性を一定に保つため、スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量は通常１４．０〜１５．５％に管理する必要がある。そこで、上記の高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を高炉に多量に装入する場合、Ａｌ2 Ｏ3 を１．０〜１．７mass％に規定した低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱と混合して高炉に装入することにより、高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 量を操業管理値以下に調整する。さらに低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱中のＳｉＯ2 を４．５〜６．０mass％、ＭｇＯを０．８〜２．５mass％と高い値に規定するのは上記の高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を装入する場合にスラグ中のＳｉＯ2 、ＭｇＯ量を調節するためである。
【００１９】
低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱は品質が安定しており、ＳｉＯ2 、ＭｇＯを上記の値に規定しても焼結鉱品質上は問題ない。この場合、Ａｌ2 Ｏ3 が１．０〜１．７mass％と低レベルであるので、コークス配合比は通常焼結鉱の場合より低く
することができる。
なお、前記高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱と低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を混合する方法としては、別々の鉱石槽からそれぞれの焼結鉱を設定した割合で輸送ベルト上に切り出す方法が最も簡便で良い。
【００２０】
次に、本発明法２の高炉スラグ量を低減して操業を安定化する方法を以下に説明する。
従来、焼結鉱中のＳｉＯ２を４．９％以下にすると強度やＲＤＩ（還元粉化性）が悪化する問題があった。そこで、品質の優れた低ＳｉＯ２焼結鉱を製造できる焼結原料の配合条件を種々検討した結果、焼結鉱成分のＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％、Ｃ／Ｓを２．０〜２．８となるように鉱石、副原料を配合して高Ｃ／Ｓ焼結鉱とすることにより、優れたＲＤＩ（還元粉化性）、ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性）、高温還元・軟化溶融性状の焼結鉱が得られることを見出した。さらに、ＳｉＯ２を４．５〜６．０ｍａｓｓ％、ＭｇＯを１．３〜２．５ｍａｓｓ％、Ｃ／Ｓを０．５〜１．２とした低Ｃ／Ｓ焼結鉱を製造し、高炉スラグ比が高炉の操業管理値以下となるように前記高Ｃ／Ｓ焼結鉱と低Ｃ／Ｓ焼結鉱を配合して高炉に装入すれば高炉スラグ量を低減して炉下部の通気性・通液性の改善が可能になることを見出し、本発明に至った。
【００２１】
ここで、焼結鉱中のＭｇＯを０．５〜１．２mass％、Ｃ／Ｓを２．０〜２．８の範囲に規定したのは、焼結鉱中のＳｉＯ2 が３．９〜４．９mass％と低い場合は、ＭｇＯを１．２mass％以下に低減し、Ｃ／Ｓを２．０以上に増加させることにより、焼結鉱のＲＤＩ（還元粉化性）、ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性）、高温還元・軟化溶融性状が改善できる。ただし、ＭｇＯが０．５mass％未満、Ｃ／Ｓが２．８超になると焼結鉱品質が悪化するため好ましくない。
【００２２】
高炉のスラグ比を操業管理値以下にするためには、通常、スラグ中のＭｇＯを６．０〜８．０％、Ｃ／Ｓを１．２〜１．３に管理する必要がある。したがって上記の高Ｃ／Ｓ焼結鉱を高炉に多量に装入する場合、Ｃ／Ｓを０．５〜１．２に規定した低Ｃ／Ｓ焼結鉱と上記高Ｃ／Ｓ焼結鉱とを混合して高炉に装入することにより、高炉スラグ中のＣ／Ｓを操業管理値範囲に調整することができる。Ｃ／Ｓが０．５〜１．２の低Ｃ／Ｓ焼結鉱の場合は、ＳｉＯ2 とＭｇＯ量は高い方が好ましく、ＳｉＯ2 は４．５〜６．０mass％、ＭｇＯは１．３〜２．５mass％が適正である。ここで、ＳｉＯ2 が６．０mass％超ではＪＩＳ−ＲＩと高温還元・軟化溶融性状が悪化し、ＭｇＯが２．５mass％超では強度が低下するため好ましくない。なお、この場合の焼結鉱のコークス配合比は通常の焼結鉱レベルの配合で良い。
【００２３】
次に、本発明法３の方法を説明する。
安価原燃料多量使用操業を志向して、高炉羽口から１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を吹き込む場合、高炉炉下部の通気性・通液性の改善が従来にも増して顕在化してきたため、炉下部の通気性に大きな影響を及ぼすスラグ成分の管理及び焼結鉱品質が特に重要になってきた。
【００２４】
燃料比が５００ｋｇ／ｔ−ｐの前提で微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔ−ｐ（コークス比は３５０ｋｇ／ｔ−ｐ）に増加すると、鉱石／コークス比（Ｏ／Ｃ）は４．５レベルに上昇する。微粉炭比が２００ｋｇ／ｔ−ｐ（コークス比は３００ｋｇ／ｔ−ｐ）になると、Ｏ／Ｃは５．５まで上昇する。通常操業のＯ／Ｃは４．０未満であるので、微粉炭比１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上では鉱石層厚が大幅に増加することになり、融着帯形状が肥大化することになる。
【００２５】
図１に微粉炭比６０、２００ｋｇ／ｔ−ｐ吹き込み操業でのシミュレーション結果に基づく炉内融着帯形状の変化を示す。微粉炭比が増加すると融着帯が肥大化しているのが分かる。この融着帯の肥大化を抑制できれば炉内通気性が改善される。
【００２６】
本発明法１の方法と微粉炭多量吹込み技術との組み合わせは、安価な高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石を多量に使用しても焼結鉱の高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善できるので融着帯の肥大化を抑制して安定操業を実現できるとともに、溶銑製造コストの低減効果が大きい。また、本発明法２の方法との組み合わせでは特に高炉スラグ比の低減効果が大きく、溶銑製造コストの低減にも貢献できる。
【００２７】
【実施例】
微粉炭吹き込み量の少ない通常操業時に、本発明法の「高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱と低Ａｌ２Ｏ３焼結鉱」または「高Ｃ／Ｓ焼結鉱と低Ｃ／Ｓ焼結鉱」を混合して装入した場合、第３表の期間Ｄ，Ｅに示すように、従来法（比較例３）に比較しても高炉操業上問題なく、スラグ比の低減効果が見られた。
本発明法は特に微粉炭多量吹き込み操業の場合に効果が大きいため、以下の実施例では微粉炭多量吹込みの例で説明する。
（実施例１）
まず、本発明法１の高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱と低Ａｌ２Ｏ３焼結鉱の焼結鉱品質について述べる。焼結鉱は４５０ｍ２の焼結機で製造した。従来法と実施例１の焼結鉱を比較して、焼結鉱の成分及びＲＤＩとＪＩＳ−ＲＩの測定結果を表１に、高温還元・軟化溶融性状測定結果を図２に示す。本発明法で使用する焼結鉱は、ＲＤＩとＪＩＳ−ＲＩに加えて高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善されているのが分かる。本発明法１では、高Ａｌ２Ｏ３鉄鉱石（低ＳｉＯ２、低ＭｇＯ）と、低Ａｌ２Ｏ３鉄鉱石（高ＳｉＯ２、高ＭｇＯ）の２種類の焼結鉱を製造し、これらを高炉スラグ中のＡｌ２Ｏ３ 成分が１５．５％以下、ＭｇＯ成分が６．０％以上となるように混合して高炉に装入して使用することにより、高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱の多量使用（焼結鉱比で４０％）が可能となった。これらの焼結鉱を製造する方法として、複数の焼結機で造り分ける方法または同一の焼結機で時間帯を分けて造り分ける方法のいずれかを選択することができる。
【００２８】
【表１】
（実施例２）
次に、本発明法２の高Ｃ／Ｓ焼結鉱と低Ｃ／Ｓ焼結鉱の焼結鉱品質について述べる。実施例１と同様に、焼結鉱は４５０ｍ2 の焼結機で製造した。従来法と実施例２の焼結鉱を比較して、焼結鉱の成分及びＲＤＩとＪＩＳ−ＲＩの測定結果を表１に、高温還元・軟化溶融性状測定結果を図２に示す。実施例２で使用する焼結鉱も、ＲＤＩとＪＩＳ−ＲＩに加えて高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善されているのが分かる。
実施例２では、高Ｃ／Ｓ鉄鉱石（低ＳｉＯ2 、低ＭｇＯ）と、低Ｃ／Ｓ鉄鉱石（高ＳｉＯ2 、高ＭｇＯ）の２種類の焼結鉱を製造し、これらを混合して高炉に装入して使用することにより、高炉スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 成分を１５．５％以下、ＭｇＯ成分を６．０％以上に調整しながら、高炉スラグ比を２８０ｋｇ／ｔ−ｐ以下に低減することが可能になった。これらの焼結鉱を製造する方法は実施例１と同様に、複数の焼結機で造り分ける方法または同一の焼結機で時間帯を分けて造り分ける方法のいずれかを選択することができる。
【００３０】
（実施例３）
実施例１または２の焼結鉱を使用して、微粉炭吹き込み量を１８０ｋｇ／ｔ−ｐに増加させたＡ高炉（内容積３８００ｍ3 ）での実施例を説明する。本発明法を従来法と比較して表２の期間Ｂ〜Ｃにまとめた。
従来法では、微粉炭比１３０ｋｇ／ｔ−ｐの操業レベル（比較例１）から微粉炭比１８０ｋｇ／ｔ−ｐ操業（期間Ａ、比較例２）に多量使用する過程で通気抵抗が増大し、スリップ頻度が増し、炉体放散熱も増えた。これは、微粉炭比の増加によりＯ／Ｃが上昇し、炉内全圧損が大きくなったためで、特に１７０ｋｇ／ｔ−ｐ以上でその傾向が顕著であった。
【００３１】
一方、複数の焼結鉱をほぼ均等割合に混合して同時に使用する本発明法１、２に切り換えると、微粉炭吹き込み量が１８０ｋｇ／ｔ−ｐでもむしろ炉内全圧損値と炉体放散熱量は低下し、スリップ発生回数は激減した。これはＲＤＩ値低下による炉上部の通気性改善に加え、シャフト部での被還元性が向上し、さらに通気抵抗を悪化させることを懸念した融着帯根部の肥大化も高温性状の改善により防止したためであり、炉下部の異常も全く見られなかった。
【００３２】
【表２】
【表３】
【発明の効果】
以上のように、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上に増加させても、本発明法により炉内全圧損値を増加させることなく、高炉安定操業を長期に継続することができた。
本発明法は、高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の多量使用や高炉スラグ量の低減を可能にし、特に微粉炭多量吹き込み時の高炉の安定操業を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉内融着帯をシミュレーションした図
【図２】本発明法の焼結鉱の高温性状測定結果
Claims (2)
- Ａｌ２Ｏ３を２．０〜３．０mass％、ＳｉＯ２を３．９〜４．９mass％、ＭｇＯを０．５〜１．２mass％含有する高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱、およびＡｌ２Ｏ３を１．０〜１．７mass％、ＳｉＯ２を４．５〜６．０mass％、ＭｇＯを０．８〜２．５mass％含有する低Ａｌ２Ｏ３焼結鉱を製造し、高炉スラグ中のＡｌ２Ｏ３成分が高炉の操業管理値以下となるように前記高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱と低Ａｌ２Ｏ３焼結鉱を配合し、高炉に装入することを特徴とする高炉操業方法。
- 高炉羽口から１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を吹き込む高炉操業において、請求項１に記載の操業を行うことを特徴とする高炉操業方法。
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