JP3879539B2 - 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、例えば、高炉の減産操業から再び減産操業前の操業に移行する際、炉内装入物の降下（以下荷下りと称する）不良や通気性悪化を抑制し、短期間に移行可能とする高炉の操業方法に関するものである。なお、減産操業とは、その前の３ヶ月平均出銑量より５％以上減少させた操業を３ヶ月以上継続させた場合を称し、また、通常操業とは、高炉の使用年限によっても変わるが、その高炉自体の標準的な生産量（出銑量）での操業状態を言う。高炉の公称装入物表面レベルとは、高炉建設時の高炉仕様に基づいて公示された炉頂から装入される装入物の表面レベルを指す。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ベル式高炉は、図１に示す縦断面において、その炉頂部に小ベル１、大ベル２が順次設けられると共に、炉下方に送風支管３を介して羽口４が数十個、更にその下方には数個の出銑口５が夫々設けられている。装入物は炉頂より装入されて、一旦小ベル１上に受けられ、小ベル１から大ベル２上に供給され、大ベル２から炉内に供給される。操業中は常に小ベル１または大ベル２のいずれかが閉鎖され、炉頂部内が一定圧に保たれている。なお、６は融着帯、７は炉芯、８は付着物、９は羽口４前に形成されたレースウェイ、10は炉底の溜まった溶銑を示し、送風支管３に連通する送風本管には送風量を計測するための風量計と、送風圧力を計測するための圧力計が設けられている。
【０００３】
高炉の操業においては、前記羽口４より高温高圧空気（以下熱風と称する）を吹き込み（以下送風と称する）、あるいは熱風に酸素を富化して送風し、炉頂からの装入物である塊コークス及び前記羽口４から熱風と共に吹き込まれた微粉炭を燃焼させて、還元ガス（ＣＯガス）を生成し、この還元ガスにより炉頂から装入された鉄鉱石等高炉原料を還元し、羽口４より下方の出銑口５より溶銑10として出銑する。なお、装入物とは、燃料としての塊コークスと、原料としての鉄鉱石、焼結鉱、ペレット等（鉄鉱石で代表する）を指す。
【０００４】
ところで、高炉操業中に出銑量を減少させる場合は、上記送風の量を減少させる。送風量を減少させると、羽口からの風速が低下すると共に還元ガスの生成量も低下することになる。
羽口前には、熱風により塊コークスが旋回しながら燃焼しているレースウェイと呼ばれる部位が存在する。このレースウェイには、塊コークスの旋回時に互いに衝突することにより発生するコークス粉、及び羽口から吹き込まれた微粉炭の未燃粉が存在する。
従って、羽口前の風速が低下すると、レースウェイが小さくなると共に、前記未燃粉がレースウェイの奥にある炉芯に蓄積される。
【０００５】
前記炉芯は、高炉下部中央に存在する塊コークス主体の充填領域であり、その更新周期は５日〜２週間と言われているが、この炉芯に存在するコークスは、上方より滴下する溶銑中への浸炭や、溶滓中のFeO との反応により劣化し細粒化していく。
【０００６】
このため、高炉操業において、出銑量を現操業状態より５％以上減少させた操業を、３ヶ月以上の長期に亘って実施した場合、すなわち、減産操業を実施した場合、前記炉芯として蓄積されたコークスの更新周期はさらに長くなり、塊コークスの劣化が進展していく。
さらに、送風量の減少に伴う炉内通過ガス量の低下により、炉下方壁部が低温となり、ガス流速の低い領域には付着物が生成する。
これらは総称して炉下部不活性現象とよばれ、高炉内の通気性、通液性の悪化や炉内装入物の荷下り不良を招き、円滑な操業を阻害する要因となる。
【０００７】
このような高炉の操業を３ヶ月以上継続している減産操業下においては、必ずしも顕在化しない程度の炉下部不活性現象でも、生産量を再び回復させ、元の生産基準に戻す過程において、前記炉下部不活性現象の影響が問題となり、生産量を回復させた操業状態への移行が停滞してしまう場合がある。
【０００８】
このため、その都度対処療法的に、高炉ボッシュ部におけるガス発生量の減少対策、鉄鉱石等高炉原料の粒径増やその強度向上、装入される塊コークス比率の増加等を実施し高炉内通気性向上を図りながら徐々に増産操業に移行している。このような対策で徐々に高炉内活性化を図り減産移行前の炉内状態に戻し、最終的に減産前の生産量の操業が可能となる。
【０００９】
増産操業状態への移行を早期に行うべく、減産操業時の前記炉下部不活性現象を解消する手段として、例えば特許第2889026 号では、休風時に羽口から炉芯部にプローブを挿入し、送風による燃焼もしくはプラズマトーチにより直接加熱するといった方法が、また、特開平05-098323 号では、送風を休止する10時間以上も前から燃料比を 600kg/p・tとし、さらに休風時に炉芯部までコークス排出管を挿入し、不良の炉芯コークスを強制的に排出する方法が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許第2889026 号に開示の方法では、炉芯に蓄積している粉の除去は可能であるが、劣化したコークスは残存しその除去効果は少ない。また、特開平05-098323 号に開示の方法は、コークスの置換は可能であるが、炉下方壁部の付着物の除去が出来ない。いずれにしても、両者は大規模な設備を必要とし、かつ、高温の炉内にプローブまたは排出管等を挿入するため、その作業は危険を伴い困難である。
【００１１】
本発明は、上記したような問題を解決せんとしてなされたものであり、例えば、高炉の減産操業から再び減産操業前の操業に移行する際、炉内装入物の荷下り不良や通気性悪化を抑制し、短期間に移行を可能とする高炉の操業方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る高炉の操業方法は、減産操業から再び減産操業前の操業に移行する際、出銑量の確保よりも、まず、炉芯および炉下方壁部の状態を減産操業前の状態に回復させることとしている。そして、このようにすることで、減産操業前の操業に早期に移行することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、上記したような炉芯および炉下方壁部の不活性な状態で操業を継続しながら、不活性な状態を早急に解消する方法について検討を行った。
炉芯部の不活性となる原因は空隙率の低下であり、これは炉心部に存在するコークスの粒径の低下、および粉コークスの蓄積が原因である。高炉の炉頂から装入された塊コークスは、炉内への落下衝撃、炉内での降下時の摩擦等により機械的に損耗して粒径が細かくなっていく。従って、炉心部のコークス粒径を増加させるためには、初期装入粒径の増加、または強度の増加が必要となる。
【００１４】
また、炉芯更新に寄与するコークス量は、炉頂から装入される塊コークスの数％ではあるが、装入物中に占めるコークス量の比率を上げて炉頂から装入される塊コークスの絶対量を上げることにより炉芯の更新を促進することができる。炉芯部の粉コークス発生防止対策としては、塊コークスの強度増加によりコークス粉発生を抑制することが可能であり、また装入塊コークス量の上昇により微粉炭の吹込み量を低下または停止させ、未燃焼微粉炭の発生を抑制することが可能である。なお、コークス量の装入割合を示す指標をコークス比で表し、コークス比は生産される溶銑１ton 当たりの装入コークス量（kg）の割合で示し、kg/p・tで表示する。
【００１５】
これらの施策を実施することにより、炉芯部の通気性が減産操業前の操業に早期回復し、炉内ガス量の増加を図ることができる。炉内ガス量の増加により、蓄積されたコークス粉は高炉ガスと共に炉頂から炉外に排出され、さらに、炉下方壁部にも炉内ガスが回り込み、壁部に付着した付着物の除去も可能となる。これら炉下方壁部の不活性な状態を解消する手段を、減産操業から減産操業前の操業に移行する際に、集中的に実施することにより、炉内状態を減産操業から減産操業前の操業に変化させることができる。
【００１６】
本発明に係る高炉の操業方法は、上記の知見に基づいて成されたものであり、減産操業から再び減産操業前の操業に移行する際、炉芯および炉下方壁部の状態を減産前の状態に回復させるものであり、炉芯の状態を減産操業前の状態に回復させる方法として、減産操業時に使用中のコークスに対し、更に、(1)冷間強度を 0.5％以上向上させた塊コークスを装入すること、(2)粒径を１mm以上増大させた塊コークスを装入すること、(3)コークス比を 20kg/p・t 以上増加させること、の少なくともいずれか１つを採用するものがある。
【００１７】
このようにすることで、従来技術のように大規模な設備を必要とせず、操業を継続しながら炉芯部の劣化したコークスと装入コークスを早期に確実に置換でき、羽口からの送風量が増加しても炉内で発生するガス量に応じて炉内通気性、通液性が確保され、高炉での増産移行が速やかに可能となる。
【００１８】
しかしながら、この施策は、減産前の操業状態となる高炉内圧力を保った通常操業を継続しながら炉下方壁部の不活性な状態を活性化させる方法であり、炉芯の更新や炉下方壁部の付着物の除去に１週間から数週間を要する。このため、さらに、短期的に炉内状態を活性化させる手段として、炉内装入物を減尺し処理する方法を発案し検討した。
【００１９】
一般に高炉操業は、鉄鉱石と還元ガスの熱交換及び還元反応を最大限行わせるため、炉内の装入物表面レベルを可能な限り高くしている。炉頂から鉄鉱石及び塊コークスが装入されるが、鉄鉱石は、炉内を降下するに伴い塊状のまま還元ガスにより昇熱、還元される。炉内の中段で昇熱、還元された鉄鉱石は、軟化融着、液体となって融け落ち炉下部へと滴下していく。この鉄鉱石が軟化融着する部位を融着帯と称し、この融着帯より下方ではコークスのみの充填層の中を液体が滴下している状態となっている。一方、コークスは、炉内のガスや鉄鉱石等との反応により化学的に若干侵食されるものの、大部分は羽口前に到達し燃焼して消滅する。
【００２０】
前記融着帯と呼ばれる領域の高さは、高炉の操業状態や炉内半径方向によって異なるが、装入物表面レベルからの距離で、羽口と装入物表面レベルとの距離の50〜80％に相当する高さである。また、炉芯と呼ばれる停滞域は、前記融着帯の下部から炉底にかけて円錐状に存在する。
さらに、減尺により装入物表面レベルが通常操業時の融着帯位置よりも低下すると、炉内はコークスのみとなって炉芯が剥き出しになる。さらに減尺操業を継続すると、炉芯を形成するコークス自体も消費されていく。
【００２１】
炉芯コークスを可能な限り消費した後、炉頂から粒径の大きいコークスを装入することにより空隙の多い炉芯を再形成することが可能となる。また、減尺後に剥き出しになった炉下方壁部に付着した付着物は機械的に除去することができる。以上のように、減尺操業により炉下部の不活性な状態を短期間に解消することが可能である。
【００２２】
そこで、本発明に係る高炉の操業方法では、上記の知見に基づき、炉芯の状態を減産前の状態に回復させる方法として、炉内装入物表面レベルを、高炉羽口位置と公称装入物表面レベル間の80％以上減尺した位置とした後、新たに塊コークスを装入するようにしたり、場合によっては、前記減尺した後新たなコークスを装入する前に、あるいは、新たなコークスを装入することに代えて、炉下方壁部に存在する付着物を機械的に除去することとしている。このように、炉下方壁部の付着物を除去することにより炉内の活性化がより早期に図られるようになる。
【００２３】
ここで、新たに装入するコークスの冷間強度を0.5％以上向上させた塊コークスを装入するのが望ましいのは、表１のように 0.5％未満では塊コークスの粉化抑制による炉内ガスの通気性向上が図れないためである。また、粒径を１mm以上増大させた塊コークスを装入するのが望ましいのは、表２に示すように、冷間強度の向上と同様、粒径が１mm未満しか増大していない塊コークスでは炉内ガスの通気性向上が図られないからである。
【００２４】
本発明に係る高炉の操業方法において、炉内装入物表面レベルを、高炉羽口位置と公称装入物表面レベル間の80％以上減尺するのは、80％以上の減尺により減産操業で劣化した炉芯コークスが炉内装入物から露出され、炉芯コークスの消耗が早まって新しい塊コークスとの早期置換が図られ、同時に壁部付着物も露出して機械的な除去が可能となるからである。
【００２５】
また、付着物を機械的に除去する手段としては、▲１▼付着部とは反対側の上方壁部に設けた開孔から付着物を銃撃除去すること、▲２▼付着物の背面側鉄皮を開孔して付着物に発破を仕掛け付着物を除去すること、▲３▼付着物の背面側鉄皮を開孔して油圧ジャッキを取付け付着物を炉内に突き落とすこと、▲４▼炉頂からの装入物を付着物に衝突させ除去すること、等がある。
減尺とは、炉頂からの装入物の装入を停止して送風のみを行い、炉内に堆積している炉芯コークスを燃焼させ、鉄鉱石を還元、溶融させて炉内装入物を消費させ、装入物表面レベルを低下させることである。装入物表面レベルが通常操業時の前記融着帯よりも低下すると、炉芯が剥き出しになり炉芯のコークス自体も消費される。
本発明の高炉の操業方法は、ベル式高炉のみならずベルレス高炉においても適用でき、また、減産操業前の操業状態が通常操業、増産操業のいずれの操業状態であれ、減産操業状態から減産操業前の状態以上に移行可能である。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明に係る高炉の操業方法について具体的に説明する。
高炉の操業方法において、通常操業状態での３ヶ月間平均出銑量に対し、３ヶ月の平均出銑量を５％以上減少させた操業を３ヶ月以上継続実施した減産操業後、再び減産操業前の平均出銑量まで回復させるにあたって、減産操業時のコークスに対し、更に、塊コークスの潰裂強度（冷間強度）の増加、塊コークスの平均粒径の増加、コークス比の増加、のうちいずれか一つ以上を実施した。さらに、炉内通気性、装入物の荷下りの許容する限り炉内ガス量を増加させた。
【００２７】
この操業状態を２週間〜１ヶ月継続し、炉内圧力や炉下方壁部の熱負荷測定で不活性状態が解消されたと判断された時点で、さらに炉内ガス量を増加させ、元の生産量まで回復させた。この様な操業で、各々の諸元を単一に変化させて操業を継続し、炉芯状態の好転及び炉下方壁部の付着物の除去結果である送風圧力の低下が所定値に達する調査を行い、その結果を表１、２、３に示した。
表１、２、３の評価は、操業変更後２週間後に、送風圧力の低下から炉内圧力損失が５％低下したと思われるものを○、そうでないものを×で評価した。
【００２８】
なお、表１、２、３における、高炉操業条件は、高炉内容積2700m³、通常操業状態での出銑量5400ton/日、コークス潰裂強度82％、塊コークスの下限粒径15mm、平均粒径55mm、コークス比400kg/p・t であった。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【表３】

【００３２】
表１、２、３より、塊コークスの潰裂強度0.5 ％以上の増加、塊コークスの平均粒径1.0mm 以上の増加、コークス比の20kg/p・t以上の増加のいずれかの処置により、操業変更２週間で炉内圧力損失が５％向上していることが確認された。
【００３３】
（比較例）
内容積2700m³の高炉で下記試験を実施し、その効果を確認した。
この高炉の生産量4900ton/日の通常操業から生産量4600ton/日への減産操業を３ヶ月間継続した後、元の操業状態に回復させるに際し、塊コークスの潰裂強度を83.0％から83.5％に、塊コークスの粒径15mm以上で平均粒径を54mmから55mmに、コークス比を460kg/p・t から480kg/p・t に減産操業時のコークスをそれぞれ変更し、20日間操業を継続した。その間、高炉ボッシュ部のステーブ温度が70℃以上の上昇を継続するようになるのを確認し、また、送風圧力も炉内ガス量補正で減産操業前と同じ範囲にあることを確認したところで、送風量を増加させた。その結果、操業変更後15日後に減産操業時の出銑量の５％増加に到達し、さらに、３週間にて生産量を減産操業前の値4900ton/日に回復させることができた。
【００３４】
（実施例）
内容積2700m³の高炉で、生産量5200ton/日から4700ton/日への減産操業を３ヶ月間継続した後、元の操業状態に回復させるに際し、１日費して羽口から公称装入物表面レベルの90％に相当する羽口上方２ｍ位置まで減尺操業を実施し、休風後発破を用いて炉内付着物を除去した後、通常操業通りの粒径の塊コークスを炉頂から、減尺操業により消費した炉芯のコークス相当量に当たる約500ton装入し、その後は通常操業通り鉄鉱石と塊コークスを層状に装入し通常操業の公称装入物表面レベルまで充填させた後、送風を開始した。以降送風量を順次増加させたところ、減尺操業開始から３日後に減産操業時の出銑量の５％増加に到達し、５日後に生産量を減産操業前の値5200ton/日まで回復させることができた。
【００３５】
上記比較例及び実施例の操業方法と従来からの操業方法を比較して表４に示す。表４より、本発明法は従来法に比べおよそ１/4〜1/20に操業移行期間が短縮されている。
【００３６】
【表４】

【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る高炉の操業方法は、減産操業から再び通常操業または増産操業等減産操業前の操業に移行する際、炉芯および炉下方壁部の状態を減産操業前の状態に回復させることとしているので、炉内装入物の荷下り不良や通気性悪化を抑制し、短期間に移行可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉の縦断面を示す図である。
【符号の説明】
１ 小ベル
２ 大ベル
３ 送風支管
４ 羽口
５ 出銑口
６ 融着帯
７ 炉芯
８ 付着物
９ レースウェイ
１０ 溶銑

Claims (3)

1. 炉頂から装入物を装入し、羽口より熱風を送風する高炉の操業方法において、
   減産操業から減産操業前の操業に移行する際、炉内装入物表面レベルを、高炉羽口位置と公称装入物表面レベル間の 80 ％以上減尺した位置とした後、新たに塊コークスを装入することで、炉芯および炉下方壁部の状態を減産操業前の状態に回復させることを特徴とする高炉の操業方法。
2. 新たに装入する塊コークスは、減産操業時に使用中のコークスに対し、(1)冷間強度を0.5 ％以上向上させたもの、(2)粒径を１mm以上増大させたもの、の少なくともいずれか１方であることを特徴とする請求項１記載の高炉の操業方法。
3. 請求項１または２記載の高炉の操業方法において、新たに塊コークスを装入するに代えて、あるいは、新たに塊コークスを装入する前に、炉下方壁部に存在する付着物を機械的に除去することを特徴とする高炉の操業方法。

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