JP3907570B2 - 溶銑製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭材内装塊成化物と、焼結鉱を主要配合物とする高炉原料とを使用した竪型炉による溶銑製造方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高炉操業では、焼結鉱を主体にペレット、塊鉱石等からなる高炉原料と、燃料（兼還元剤）としてのコークスとを交互に炉頂から層状に装入し、炉下部の送風口（羽口）から予熱空気（熱風）と補助燃料である微粉炭等を吹き込んで高炉原料を還元・溶融することにより溶銑を製造している。
【０００３】
これに対し、本発明者らは、粉鉱石と石炭粉の混合物を３５０〜５５０℃の温度に加熱した状態で熱間成形した炭材内装塊成化物を、焼結鉱、ペレット、塊成鉱等の高炉原料に混合して高炉へ装入することにより、高炉操業を改善する方法を開示した（特許文献１参照）。この方法によれば、塊成化物中の石炭と鉱石による見かけ上の直接還元反応（吸熱反応）が、高炉内の低温域から開始し、またその反応により発生するガスはＣＯガスが主体であるため、混合した焼結鉱、ペレット、塊成鉱等の高炉原料の還元に利用されるので、ガス利用率を向上でき、それに伴い燃料比を低下させることができる。また、燃料として装入したコークスとＣＯ2ガスとの反応が抑制されることから、コークスの粉発生量が低下できるとともに、高炉内の通気性が向上する。その結果、微粉炭を多量に吹き込んでも低燃料比でかつ安定操業が行えるとするものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２９０７０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現状の高炉操業においては、従来の焼結鉱を主要配合物とする高炉原料の炉内での還元性と対粉化性とを維持する観点から、焼結鉱の低温還元粉化指数ＲＤＩの管理が重要であり、通常ＲＤＩ＜２５％に管理されている。ところが、このＲＤＩは、必ずしも上記熱間成形した炭材内装塊成化物（以下、単に「炭材内装塊成化物」ともいう。）を、焼結鉱を主要配合物とする高炉原料に混合使用した場合に最適なものとはいえず、炭材内装塊成化物を添加した効果を十分に発揮できない場合があった。
【０００６】
すなわち、炭材内装塊成化物が焼結鉱を主要配合物とする高炉原料とともに炉頂から装入されると、炭材内装塊成化物の内部で石炭と鉄鉱石とによる直接還元反応が低温域から開始され、熱保存帯温度は従来に比べ低下する。この際発生するＣＯガスによって炭材内装塊成化物自身および焼結鉱が間接還元される。しかしながら従来のＲＤＩ＜２５％の焼結鉱の場合、融着〜溶け落ち温度は１２００〜１４５０℃であるのに対し、炭材内装塊成化物の融着〜溶け落ち温度は１０００〜１２００℃と大きな乖離がある。このため、高炉内における融着帯が形成される温度領域が拡大して炉下部における通気性が低下し、その結果、炭材内装塊成化物を添加しただけの期待しうる燃料比の低減効果が十分に得られない問題があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、高炉などの竪型炉に熱間成形された炭材内装塊成化物を高炉原料とともに装入して溶銑を製造する場合に、炭材内装塊成化物を添加したことによる燃料比の低減効果が十分に得られる溶銑製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
その要旨は、竪型炉に、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、３５０〜５５０℃に加熱した状態で熱間成形した炭材内装塊成化物と、焼結鉱の配合率が２０％以上の高炉原料と、コークスとを炉頂部から装入し、送風口から予熱した空気を吹き込んで溶銑を製造する方法であって、焼結鉱の還元粉化指数ＲＤＩを、下式の関係を満たすように、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢに応じて定めることを特徴とする溶銑製造方法である。
ＲＤＩ≧２５×｛１＋（％ＣＣＢ）２／３５０００｝…（１）
ここに、％ＣＣＢは、％ＣＣＢ＝（炭材内装塊成化物の装入質量）／｛（炭材内装塊成化物の装入質量）＋（高炉原料の装入質量）｝×１００で定義される炭材内装塊成化物の配合率である。
【００１１】
さらに、前記熱間成形した炭材内装塊成化物が、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、１℃／ｓ以上の加熱速度で昇温し３５０〜５５０℃に加熱した状態で熱間成形したものであることを特徴とする溶銑製造方法である。
【００１２】
さらに、前記熱間成形した炭材内装塊成化物が、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、１℃／ｓ以上の加熱速度で昇温し３５０〜５５０℃に加熱した状態で１４７００Ｎ／ｃｍ以上の成形圧で熱間成形したものであることを特徴とする溶銑製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の溶銑製造方法で使用する炭材内装塊成化物は粉鉱石と還元剤である石炭粉とを混合し、３５０〜５５０℃で熱間成形することによって、バインダーを添加することなく炭材内装塊成化物を成形することができる。このためには、還元剤である石炭には、ギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５の石炭を用いることが好ましい。
【００１４】
以下に、本発明の溶銑製造方法で使用する炭材内装塊成化物について説明する。還元剤である石炭は、２６０℃を超えると乾留反応が始まり軟化溶融し、５５０℃を超えると固化する。したがって、３５０〜５５０ ℃の温度域で粉鉱石と石炭を混合し加圧成形すると、粉鉱石粒子間の空隙に溶融した石炭が容易に浸入し、粉鉱石同士を強固に連結することができる。このため、セメント類などのバインダーが不要となりバインダー由来のスラグ発生がないため、竪型炉内でのスラグ比上昇による通液性の悪化が本発明法では問題とならない。また、スラグ量そのものを低減することができる。
【００１５】
また、最高流動度付近の温度で成形すると炭材内装塊成化物の密度が高くなり、圧潰強度も高くなるので、搬送時、溶解炉装入時および竪型炉内での割れや粉化を抑制することができる。その結果、炭材内装塊成化物の製品歩留りが向上し、還元、溶解時の竪型炉内の通気性も良好となる。また、炭材内装塊成化物の密度が高くなると、鉱石粉と炭材との接触が密になり、還元されやすくなり還元時間が短くなる。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭を使用し、３５０〜５５０℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いることが好ましい。
【００１６】
使用する石炭のギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である場合は、１℃／ｓ以上の加熱速度で成形温度まで加熱し、３５０〜５５０℃で熱間成形することが好ましい。熱間成形時、成形温度までの石炭の昇熱速度が大きくなると軟化溶融性が向上するため、加熱速度は１℃／ｓｅｃ以上の加熱速度で加熱する。特に、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが１以下の場合は、加熱速度を規制することが、密度および圧潰強度の高い炭材内装塊成化物を得る上で重要なことである。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭を使用した場合は、１℃／ｓ以上の加熱速度で加熱し３５０〜５５０℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いることが好ましい。
【００１７】
さらに、使用する石炭のギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である場合は、１℃／ｓ以上の加熱速度で成形温度まで加熱し、１４７００Ｎ／ｃｍ以上の成形圧で３５０〜５５０℃で熱間成形することが好ましい。炭材内装塊成化物は、熱間成形時に加圧成形することにより粉鉱石粒子間の空隙に溶融した石炭が十分に浸入し、粉鉱石同士が強固に連結したものとなる。成形圧が小さいと粉鉱石粒子間の空隙への溶融した石炭の浸入しが不十分となり、密度および圧潰強度の高い炭材内装塊成化物を得ることができないので、熱間成形時の成形圧は１４７００Ｎ／ｃｍ 以上とすることが好ましい。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭を使用し、１℃／ｓ以上の加熱速度で加熱し、１４７０Ｎ／ｃｍ以上の成形圧で３５０〜５５０℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いることが好ましい。なお、炭材内装塊成化物の大きさは２０ｍｍ〜８０ｍｍ径のものが好ましい。また、ギーセラー最高流動度はＪＩＳ Ｍ ８８０１ギーセラー流動度試験法に基づいて測定する。
【００１８】
なお、上記炭材内装塊成化物は、特開平１１−９２８３３号公報に詳細に開示してある炭材内装塊成化物の製造方法に基づいて製造することができる。
【００１９】
上記炭材内装塊成化物とともに装入される焼結鉱の還元粉化指数ＲＤＩを従来の焼結鉱（ＲＤＩ＜２５％）より高いＲＤＩ≧２５％とする。焼結鉱のＲＤＩは、例えば焼結機における焼結鉱の生産速度の上昇、粉コークス原単位の減少、ＳｉＯ2やＣａＯなどのスラグ量の減少、Ａｌ2Ｏ3量の増加などの手段により容易に上昇させることができる（日本鉄鋼協会編、鉄鋼便覧、第３版、第II巻、丸善株式会社、昭和５４年１０月１５日発行、ｐ．１１２参照）。すなわち、これらの手段を適宜選択し組み合わせて、冷間強度や落下強度等を悪化させない範囲でＲＤＩを上昇させればよい。ＲＤＩを上昇させることにより焼結鉱の被還元性ＲＩも上昇し、焼結鉱が炉内上部から中部にかけて降下する間に従来よりも短時間で還元されるため、融着〜溶け落ち温度は従来の焼結鉱の１２００〜１４５０℃より低温側に移動して、炭材内装塊成化物の融着〜溶け落ち温度１０００〜１２００℃に近づく。これにより、高炉内における融着帯が形成される温度領域が縮小して通気性が改善され、上昇ガス流の中心流が維持されて炉体放散熱の上昇が防止され、燃料比の上昇が抑制される。その結果、ＲＤＩを上昇させることにより焼結鉱の被還元性ＲＩも上昇し、焼結鉱が炉内上部から中部にかけて降下する間に従来よりも短時間で還元されるため、融着〜溶け落ち温度は従来の焼結鉱の１２００〜１４５０℃より低温側に移動して、炭材内装塊成化物の融着〜溶け落ち温度１０００〜１２００℃に近づく。これにより、高炉内における融着帯が形成される温度領域が縮小して通気性が改善され、上昇ガス流の中心流が維持されて炉体放散熱が減少し、燃料比が低下する。なお、ＲＤＩを上昇させると炉内上部の低温領域で焼結鉱の還元粉化量が増大し通気性を悪化させることが懸念される。しかし、上述のように炭材内装塊成化物は比較的粒径の大きいもの（２０〜８０ｍｍ）が使用でき鉱石層に大きな空隙を確保できるため、還元粉化量が過大でなければ通気性を悪化させるおそれは少ない。なお、還元粉化指数ＲＤＩはＪＩＳ Ｍ ８７２０鉄鉱石−低温還元粉化試験法に基づいて測定する。
【００２０】
さらに、後述の実施例で示すように、焼結鉱のＲＤＩを、ＲＤＩ≧２５×｛１＋（％ＣＣＢ）2／３５０００｝とすることにより、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢに応じて、最も効率的に燃料比の低減効果が得られる。すなわち、ＲＤＩのさらなる上昇により焼結鉱の被還元性ＲＩもさらに上昇させることができ、焼結鉱が炉内上部から中部にかけて降下する間にさらに短時間で還元されるため、焼結鉱の融着〜溶け落ち温度はより炭材内装塊成化物の融着〜溶け落ち温度１０００〜１２００℃に近づく。これにより、高炉内における融着帯が形成される温度領域がさらに縮小して通気性が改善され、上昇ガス流の中心流が維持されて炉体放散熱の上昇が防止されて、燃料比の上昇が抑制される。その結果、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢの上昇による燃料比低減効果をより十分に得ることができる。なお、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢを増加させるほど鉱石層に大きな空隙が多量に確保されるため、焼結鉱のＲＤＩをさらに上昇させても低温還元粉化量が増加することによる通気性の悪化の懸念は少ない。ただし、ＲＤＩの上限値は、過大な低温還元粉化量による通気性の阻害を回避するため、好ましくは６０％、さらに好ましくは５５％、特に好ましくは５０％とする。
【００２１】
本発明は、焼結鉱を主要配合物とする高炉原料に炭材内装塊成化物を添加して用いるものであるが、ここに、「焼結鉱を主要配合物とする高炉原料」とは、焼結鉱、ペレット、塊鉱石等からなる高炉原料であって、高炉原料中の焼結鉱の配合率が２０％以上のものをいう。
【００２２】
次に、本発明の溶銑製造方法に用いる竪型炉について説明する。竪型炉としては、従来の高炉をそのまま用いてもよいが、従来の一般的な高炉より寸胴のＤｔ／Ｈ≧０．２、より好ましくはＤｔ／Ｈ≧０．２×｛１＋（％ＣＣＢ）2／３５０００｝のプロフィルを有する炉（以下、「低炉」とも呼ぶ。）を用いることが好ましい。ここに、Ｄｔ：ストックラインレベルにおける炉内壁の直径で定義される炉口径であり、Ｈ：炉内壁における炉底板レベルからストックライン水平レベルまでの高さで定義される炉高である。低炉としては、例えば図１に示すように、竪型炉１の下部に出銑口２を有する湯溜まり部、湯溜まり部の上方に複数の送風口（羽口）３、炉頂部に原料装入口４を設けた、高炉と同様に炉中部（炉腹部）が膨らんだ形式の炉を用いることができる。Ｄｔ／Ｈを従来の高炉より大きくしても（すなわち炉高Ｈを従来の高炉より低くしても）、還元速度の速い炭材内装塊成化物５およびＲＤＩの高い（すなわちＲＩも高い）焼結鉱を主要配合物とする高炉原料を用いているため、十分に還元が行われるため問題とならない。また、還元に不要な過剰な炉高部分が省略されることにより、従来この過剰な炉高部分を降下する際に生じていたコークスの粉化が防止されるため、炉内の通気性が確保されて上昇ガス流の中心流が維持され、炉体放散熱が増加することがなく、本発明による燃料比の低減効果が確実に得られる。
【００２３】
また、炉高Ｈを低くできることによりコークスに加わる荷重が低下しコークスの粉化量が減少することにより、燃料比低減を実現するためコークスの配合量を低減しても通気性が悪化する問題は生じない。さらに、炉高Ｈを低くできるため、低炉（竪型炉）１の建設コストも低減できる。なお、Ｄｔ／Ｈの上限値は、炉側壁に設けられた送風口３から吹き込まれたガスが炉内水平断面全体にわたり十分に上昇流となるよう、好ましくは１．０、さらに好ましくは０．７、特に好ましくは０．５とする。
【００２４】
炭材内装塊成化物５は、高炉原料６に所定の配合率で混合し、この混合した原料を従来の高炉と同様に低炉（竪型炉）１の炉頂部の原料装入口４からコークス７と交互に層状に装入する。なお、炭材内装塊成物５と高炉原料６とは、事前に混合せずに別々に装入してもよい。
【００２５】
一方、羽口３から ９００〜１３００℃程度の温度に予熱した空気を吹き込む。予熱空気には必要により酸素を富化してもよい。また、予熱空気とともに、必要により微粉炭、重油、廃プラスチックなどの補助燃料を吹き込んでもよい。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、低炉（竪型炉）１は高炉と同様の炉腹部が膨らんだ形式の炉としたがこれに限られるものではなく、例えばキュポラと同様に炉径が高さ方向で一定の炉であってもよい。
【００２７】
【実施例】
本発明の溶銑製造方法による燃料比の低減効果を確認するため、焼結鉱のＲＤＩおよび％ＣＣＢを種々変化させた場合における燃料比の変化をシミュレーション計算により求めた。ここに、シミュレーション計算は、銑鉄の生産量を６００万トン／年（一定）、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔｈｍ（一定）、Ｄｔ／Ｈ＝０．２０（一定）とし、高炉原料としては、焼結鉱とペレットの配合率を質量％で５０：５０（一定）として行った。炭材内装塊成化物は、表１に示す粉鉱石と表２に示す石炭粉を質量％で７８：２２（粉鉱石：石炭粉）の割合で混合し、その混合物を４５０℃の温度に加熱し、線圧２００００Ｎ／ｃｍの成形圧で体積６ｃｍ3の大きさの塊成化物に熱間成形したものとした（なお、本例では粉鉱石と石炭粉の混合割合を７８：２２としたが、石炭量は石炭中の炭素量と鉱石中のＦｅ量に応じて還元必要量以上となるよう適宜調整することが好ましい）。そして、ＲＤＩ＝２５％で％ＣＣＢ＝０％のときの燃料比ＦＲ0を基準（１００％）とし、ＲＤＩと％ＣＣＢとの組み合わせごとに計算された燃料比ＦＲから、燃料比低減率％ＤＦＲを、％ＤＦＲ＝（ＦＲ0−ＦＲ）／ＦＲ0×１００（％）の式により求めた。計算結果を図２に示す。図２中の曲線Ａは、燃料比低減率％ＤＦＲが１０％となるＲＤＩと％ＣＣＢとの組み合わせを示すものである。そして、この曲線Ａより右側の斜線を施した領域Ｂは、燃料比低減率％ＤＦＲが１０％以上となる領域を示しており、この領域ＢにおけるＲＤＩと％ＣＣＢとの関係は、ＲＤＩ≧｛１＋（％ＣＣＢ）2／３５０００｝で表される。したがって、この領域Ｂ内のＲＤＩと％ＣＣＢとの組合せとすることにより、燃料比が、炭材内装塊成化物を用いない従来の高炉操業に比べ１０％以上低減でき、炭材内装塊成化物を使用した効果を十分に発揮させることができる。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明の溶銑製造方法によれば、高炉などの竪型炉に熱間成形された炭材内装塊成化物を高炉原料とともに装入して溶銑を製造する場合に、炭材内装塊成化物を添加したことによる燃料比の低減効果が十分に得られる。さらに、高炉原料中の主要配合物である焼結鉱のＲＤＩを緩和する（上昇させる）ことができるため、焼結機の生産性の向上、燃料原単位の低減、低廉な焼結原料の使用が可能となることなどにより、焼結鉱の製造コストが低減でき、ひいては溶銑の製造コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する図で、竪型炉（低炉）の概要を示す垂直断面図である。
【図２】実施例における％ＣＣＢとＲＤＩとの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…竪型炉（低炉）
２…出銑口
３…送風口（羽口）
４…原料装入口
５…炭材内装塊成化物
６…高炉原料
７…コークス
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭材内装塊成化物と、焼結鉱を主要配合物とする高炉原料とを使用した竪型炉による溶銑製造方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高炉操業では、焼結鉱を主体にペレット、塊鉱石等からなる高炉原料と、燃料（兼還元剤）としてのコークスとを交互に炉頂から層状に装入し、炉下部の送風口（羽口）から予熱空気（熱風）と補助燃料である微粉炭等を吹き込んで高炉原料を還元・溶融することにより溶銑を製造している。
【０００３】
これに対し、本発明者らは、粉鉱石と石炭粉の混合物を３５０〜５５０℃の温度に加熱した状態で熱間成形した炭材内装塊成化物を、焼結鉱、ペレット、塊成鉱等の高炉原料に混合して高炉へ装入することにより、高炉操業を改善する方法を開示した（特許文献１参照）。この方法によれば、塊成化物中の石炭と鉱石による見かけ上の直接還元反応（吸熱反応）が、高炉内の低温域から開始し、またその反応により発生するガスはＣＯガスが主体であるため、混合した焼結鉱、ペレット、塊成鉱等の高炉原料の還元に利用されるので、ガス利用率を向上でき、それに伴い燃料比を低下させることができる。また、燃料として装入したコークスとＣＯ2ガスとの反応が抑制されることから、コークスの粉発生量が低下できるとともに、高炉内の通気性が向上する。その結果、微粉炭を多量に吹き込んでも低燃料比でかつ安定操業が行えるとするものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２９０７０９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現状の高炉操業においては、従来の焼結鉱を主要配合物とする高炉原料の炉内での還元性と対粉化性とを維持する観点から、焼結鉱の低温還元粉化指数ＲＤＩの管理が重要であり、通常ＲＤＩ＜２５％に管理されている。ところが、このＲＤＩは、必ずしも上記熱間成形した炭材内装塊成化物（以下、単に「炭材内装塊成化物」ともいう。）を、焼結鉱を主要配合物とする高炉原料に混合使用した場合に最適なものとはいえず、炭材内装塊成化物を添加した効果を十分に発揮できない場合があった。
【０００６】
すなわち、炭材内装塊成化物が焼結鉱を主要配合物とする高炉原料とともに炉頂から装入されると、炭材内装塊成化物の内部で石炭と鉄鉱石とによる直接還元反応が低温域から開始され、熱保存帯温度は従来に比べ低下する。この際発生するＣＯガスによって炭材内装塊成化物自身および焼結鉱が間接還元される。しかしながら従来のＲＤＩ＜２５％の焼結鉱の場合、融着〜溶け落ち温度は１２００〜１４５０℃であるのに対し、炭材内装塊成化物の融着〜溶け落ち温度は１０００〜１２００℃と大きな乖離がある。このため、高炉内における融着帯が形成される温度領域が拡大して炉下部における通気性が低下し、その結果、炭材内装塊成化物を添加しただけの期待しうる燃料比の低減効果が十分に得られない問題があった。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、高炉などの竪型炉に熱間成形された炭材内装塊成化物を高炉原料とともに装入して溶銑を製造する場合に、炭材内装塊成化物を添加したことによる燃料比の低減効果が十分に得られる溶銑製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
その要旨は、竪型炉に、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、３５０〜５５０℃に加熱した状態で熱間成形した炭材内装塊成化物と、焼結鉱の配合率が２０％以上の高炉原料と、コークスとを炉頂部から装入し、送風口から予熱した空気を吹き込んで溶銑を製造する方法であって、焼結鉱の還元粉化指数ＲＤＩを、下式の関係を満たすように、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢに応じて定めることを特徴とする溶銑製造方法である。
ＲＤＩ≧２５×｛１＋（％ＣＣＢ）２／３５０００｝…（１）
ここに、％ＣＣＢは、％ＣＣＢ＝（炭材内装塊成化物の装入質量）／｛（炭材内装塊成化物の装入質量）＋（高炉原料の装入質量）｝×１００で定義される炭材内装塊成化物の配合率である。
【００１１】
さらに、前記熱間成形した炭材内装塊成化物が、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、１℃／ｓ以上の加熱速度で昇温し３５０〜５５０℃に加熱した状態で熱間成形したものであることを特徴とする溶銑製造方法である。
【００１２】
さらに、前記熱間成形した炭材内装塊成化物が、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、１℃／ｓ以上の加熱速度で昇温し３５０〜５５０℃に加熱した状態で１４７００Ｎ／ｃｍ以上の成形圧で熱間成形したものであることを特徴とする溶銑製造方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の溶銑製造方法で使用する炭材内装塊成化物は粉鉱石と還元剤である石炭粉とを混合し、３５０〜５５０℃で熱間成形することによって、バインダーを添加することなく炭材内装塊成化物を成形することができる。このためには、還元剤である石炭には、ギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５の石炭を用いることが好ましい。
【００１４】
以下に、本発明の溶銑製造方法で使用する炭材内装塊成化物について説明する。還元剤である石炭は、２６０℃を超えると乾留反応が始まり軟化溶融し、５５０℃を超えると固化する。したがって、３５０〜５５０ ℃の温度域で粉鉱石と石炭を混合し加圧成形すると、粉鉱石粒子間の空隙に溶融した石炭が容易に浸入し、粉鉱石同士を強固に連結することができる。このため、セメント類などのバインダーが不要となりバインダー由来のスラグ発生がないため、竪型炉内でのスラグ比上昇による通液性の悪化が本発明法では問題とならない。また、スラグ量そのものを低減することができる。
【００１５】
また、最高流動度付近の温度で成形すると炭材内装塊成化物の密度が高くなり、圧潰強度も高くなるので、搬送時、溶解炉装入時および竪型炉内での割れや粉化を抑制することができる。その結果、炭材内装塊成化物の製品歩留りが向上し、還元、溶解時の竪型炉内の通気性も良好となる。また、炭材内装塊成化物の密度が高くなると、鉱石粉と炭材との接触が密になり、還元されやすくなり還元時間が短くなる。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭を使用し、３５０〜５５０℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いることが好ましい。
【００１６】
使用する石炭のギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である場合は、１℃／ｓ以上の加熱速度で成形温度まで加熱し、３５０〜５５０℃で熱間成形することが好ましい。熱間成形時、成形温度までの石炭の昇熱速度が大きくなると軟化溶融性が向上するため、加熱速度は１℃／ｓｅｃ以上の加熱速度で加熱する。特に、ギーセラー最高流動度ｌｏｇＭＦが１以下の場合は、加熱速度を規制することが、密度および圧潰強度の高い炭材内装塊成化物を得る上で重要なことである。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭を使用した場合は、１℃／ｓ以上の加熱速度で加熱し３５０〜５５０℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いることが好ましい。
【００１７】
さらに、使用する石炭のギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である場合は、１℃／ｓ以上の加熱速度で成形温度まで加熱し、１４７００Ｎ／ｃｍ以上の成形圧で３５０〜５５０℃で熱間成形することが好ましい。炭材内装塊成化物は、熱間成形時に加圧成形することにより粉鉱石粒子間の空隙に溶融した石炭が十分に浸入し、粉鉱石同士が強固に連結したものとなる。成形圧が小さいと粉鉱石粒子間の空隙への溶融した石炭の浸入しが不十分となり、密度および圧潰強度の高い炭材内装塊成化物を得ることができないので、熱間成形時の成形圧は１４７００Ｎ／ｃｍ 以上とすることが好ましい。したがって、本発明で使用する炭材内装塊成化物には、ギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭を使用し、１℃／ｓ以上の加熱速度で加熱し、１４７０Ｎ／ｃｍ以上の成形圧で３５０〜５５０℃で熱間成形した炭材内装塊成化物を用いることが好ましい。なお、炭材内装塊成化物の大きさは２０ｍｍ〜８０ｍｍ径のものが好ましい。また、ギーセラー最高流動度はＪＩＳ Ｍ ８８０１ギーセラー流動度試験法に基づいて測定する。
【００１８】
なお、上記炭材内装塊成化物は、特開平１１−９２８３３号公報に詳細に開示してある炭材内装塊成化物の製造方法に基づいて製造することができる。
【００１９】
上記炭材内装塊成化物とともに装入される焼結鉱の還元粉化指数ＲＤＩを従来の焼結鉱（ＲＤＩ＜２５％）より高いＲＤＩ≧２５％とする。焼結鉱のＲＤＩは、例えば焼結機における焼結鉱の生産速度の上昇、粉コークス原単位の減少、ＳｉＯ2やＣａＯなどのスラグ量の減少、Ａｌ2Ｏ3量の増加などの手段により容易に上昇させることができる（日本鉄鋼協会編、鉄鋼便覧、第３版、第II巻、丸善株式会社、昭和５４年１０月１５日発行、ｐ．１１２参照）。すなわち、これらの手段を適宜選択し組み合わせて、冷間強度や落下強度等を悪化させない範囲でＲＤＩを上昇させればよい。ＲＤＩを上昇させることにより焼結鉱の被還元性ＲＩも上昇し、焼結鉱が炉内上部から中部にかけて降下する間に従来よりも短時間で還元されるため、融着〜溶け落ち温度は従来の焼結鉱の１２００〜１４５０℃より低温側に移動して、炭材内装塊成化物の融着〜溶け落ち温度１０００〜１２００℃に近づく。これにより、高炉内における融着帯が形成される温度領域が縮小して通気性が改善され、上昇ガス流の中心流が維持されて炉体放散熱の上昇が防止され、燃料比の上昇が抑制される。その結果、ＲＤＩを上昇させることにより焼結鉱の被還元性ＲＩも上昇し、焼結鉱が炉内上部から中部にかけて降下する間に従来よりも短時間で還元されるため、融着〜溶け落ち温度は従来の焼結鉱の１２００〜１４５０℃より低温側に移動して、炭材内装塊成化物の融着〜溶け落ち温度１０００〜１２００℃に近づく。これにより、高炉内における融着帯が形成される温度領域が縮小して通気性が改善され、上昇ガス流の中心流が維持されて炉体放散熱が減少し、燃料比が低下する。なお、ＲＤＩを上昇させると炉内上部の低温領域で焼結鉱の還元粉化量が増大し通気性を悪化させることが懸念される。しかし、上述のように炭材内装塊成化物は比較的粒径の大きいもの（２０〜８０ｍｍ）が使用でき鉱石層に大きな空隙を確保できるため、還元粉化量が過大でなければ通気性を悪化させるおそれは少ない。なお、還元粉化指数ＲＤＩはＪＩＳ Ｍ ８７２０鉄鉱石−低温還元粉化試験法に基づいて測定する。
【００２０】
さらに、後述の実施例で示すように、焼結鉱のＲＤＩを、ＲＤＩ≧２５×｛１＋（％ＣＣＢ）2／３５０００｝とすることにより、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢに応じて、最も効率的に燃料比の低減効果が得られる。すなわち、ＲＤＩのさらなる上昇により焼結鉱の被還元性ＲＩもさらに上昇させることができ、焼結鉱が炉内上部から中部にかけて降下する間にさらに短時間で還元されるため、焼結鉱の融着〜溶け落ち温度はより炭材内装塊成化物の融着〜溶け落ち温度１０００〜１２００℃に近づく。これにより、高炉内における融着帯が形成される温度領域がさらに縮小して通気性が改善され、上昇ガス流の中心流が維持されて炉体放散熱の上昇が防止されて、燃料比の上昇が抑制される。その結果、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢの上昇による燃料比低減効果をより十分に得ることができる。なお、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢを増加させるほど鉱石層に大きな空隙が多量に確保されるため、焼結鉱のＲＤＩをさらに上昇させても低温還元粉化量が増加することによる通気性の悪化の懸念は少ない。ただし、ＲＤＩの上限値は、過大な低温還元粉化量による通気性の阻害を回避するため、好ましくは６０％、さらに好ましくは５５％、特に好ましくは５０％とする。
【００２１】
本発明は、焼結鉱を主要配合物とする高炉原料に炭材内装塊成化物を添加して用いるものであるが、ここに、「焼結鉱を主要配合物とする高炉原料」とは、焼結鉱、ペレット、塊鉱石等からなる高炉原料であって、高炉原料中の焼結鉱の配合率が２０％以上のものをいう。
【００２２】
次に、本発明の溶銑製造方法に用いる竪型炉について説明する。竪型炉としては、従来の高炉をそのまま用いてもよいが、従来の一般的な高炉より寸胴のＤｔ／Ｈ≧０．２、より好ましくはＤｔ／Ｈ≧０．２×｛１＋（％ＣＣＢ）2／３５０００｝のプロフィルを有する炉（以下、「低炉」とも呼ぶ。）を用いることが好ましい。ここに、Ｄｔ：ストックラインレベルにおける炉内壁の直径で定義される炉口径であり、Ｈ：炉内壁における炉底板レベルからストックライン水平レベルまでの高さで定義される炉高である。低炉としては、例えば図１に示すように、竪型炉１の下部に出銑口２を有する湯溜まり部、湯溜まり部の上方に複数の送風口（羽口）３、炉頂部に原料装入口４を設けた、高炉と同様に炉中部（炉腹部）が膨らんだ形式の炉を用いることができる。Ｄｔ／Ｈを従来の高炉より大きくしても（すなわち炉高Ｈを従来の高炉より低くしても）、還元速度の速い炭材内装塊成化物５およびＲＤＩの高い（すなわちＲＩも高い）焼結鉱を主要配合物とする高炉原料を用いているため、十分に還元が行われるため問題とならない。また、還元に不要な過剰な炉高部分が省略されることにより、従来この過剰な炉高部分を降下する際に生じていたコークスの粉化が防止されるため、炉内の通気性が確保されて上昇ガス流の中心流が維持され、炉体放散熱が増加することがなく、本発明による燃料比の低減効果が確実に得られる。
【００２３】
また、炉高Ｈを低くできることによりコークスに加わる荷重が低下しコークスの粉化量が減少することにより、燃料比低減を実現するためコークスの配合量を低減しても通気性が悪化する問題は生じない。さらに、炉高Ｈを低くできるため、低炉（竪型炉）１の建設コストも低減できる。なお、Ｄｔ／Ｈの上限値は、炉側壁に設けられた送風口３から吹き込まれたガスが炉内水平断面全体にわたり十分に上昇流となるよう、好ましくは１．０、さらに好ましくは０．７、特に好ましくは０．５とする。
【００２４】
炭材内装塊成化物５は、高炉原料６に所定の配合率で混合し、この混合した原料を従来の高炉と同様に低炉（竪型炉）１の炉頂部の原料装入口４からコークス７と交互に層状に装入する。なお、炭材内装塊成物５と高炉原料６とは、事前に混合せずに別々に装入してもよい。
【００２５】
一方、羽口３から ９００〜１３００℃程度の温度に予熱した空気を吹き込む。予熱空気には必要により酸素を富化してもよい。また、予熱空気とともに、必要により微粉炭、重油、廃プラスチックなどの補助燃料を吹き込んでもよい。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、低炉（竪型炉）１は高炉と同様の炉腹部が膨らんだ形式の炉としたがこれに限られるものではなく、例えばキュポラと同様に炉径が高さ方向で一定の炉であってもよい。
【００２７】
【実施例】
本発明の溶銑製造方法による燃料比の低減効果を確認するため、焼結鉱のＲＤＩおよび％ＣＣＢを種々変化させた場合における燃料比の変化をシミュレーション計算により求めた。ここに、シミュレーション計算は、銑鉄の生産量を６００万トン／年（一定）、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔｈｍ（一定）、Ｄｔ／Ｈ＝０．２０（一定）とし、高炉原料としては、焼結鉱とペレットの配合率を質量％で５０：５０（一定）として行った。炭材内装塊成化物は、表１に示す粉鉱石と表２に示す石炭粉を質量％で７８：２２（粉鉱石：石炭粉）の割合で混合し、その混合物を４５０℃の温度に加熱し、線圧２００００Ｎ／ｃｍの成形圧で体積６ｃｍ3の大きさの塊成化物に熱間成形したものとした（なお、本例では粉鉱石と石炭粉の混合割合を７８：２２としたが、石炭量は石炭中の炭素量と鉱石中のＦｅ量に応じて還元必要量以上となるよう適宜調整することが好ましい）。そして、ＲＤＩ＝２５％で％ＣＣＢ＝０％のときの燃料比ＦＲ0を基準（１００％）とし、ＲＤＩと％ＣＣＢとの組み合わせごとに計算された燃料比ＦＲから、燃料比低減率％ＤＦＲを、％ＤＦＲ＝（ＦＲ0−ＦＲ）／ＦＲ0×１００（％）の式により求めた。計算結果を図２に示す。図２中の曲線Ａは、燃料比低減率％ＤＦＲが１０％となるＲＤＩと％ＣＣＢとの組み合わせを示すものである。そして、この曲線Ａより右側の斜線を施した領域Ｂは、燃料比低減率％ＤＦＲが１０％以上となる領域を示しており、この領域ＢにおけるＲＤＩと％ＣＣＢとの関係は、ＲＤＩ≧｛１＋（％ＣＣＢ）2／３５０００｝で表される。したがって、この領域Ｂ内のＲＤＩと％ＣＣＢとの組合せとすることにより、燃料比が、炭材内装塊成化物を用いない従来の高炉操業に比べ１０％以上低減でき、炭材内装塊成化物を使用した効果を十分に発揮させることができる。
【００２８】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明の溶銑製造方法によれば、高炉などの竪型炉に熱間成形された炭材内装塊成化物を高炉原料とともに装入して溶銑を製造する場合に、炭材内装塊成化物を添加したことによる燃料比の低減効果が十分に得られる。さらに、高炉原料中の主要配合物である焼結鉱のＲＤＩを緩和する（上昇させる）ことができるため、焼結機の生産性の向上、燃料原単位の低減、低廉な焼結原料の使用が可能となることなどにより、焼結鉱の製造コストが低減でき、ひいては溶銑の製造コストも低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する図で、竪型炉（低炉）の概要を示す垂直断面図である。
【図２】実施例における％ＣＣＢとＲＤＩとの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１…竪型炉（低炉）
２…出銑口
３…送風口（羽口）
４…原料装入口
５…炭材内装塊成化物
６…高炉原料
７…コークス
Claims (3)
- 竪型炉に、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、３５０〜５５０℃に加熱した状態で熱間成形した炭材内装塊成化物と、焼結鉱の配合率が２０％以上の高炉原料と、コークスとを炉頂部から装入し、送風口から予熱した空気を吹き込んで溶銑を製造する方法であって、焼結鉱の還元粉化指数ＲＤＩを、下式の関係を満たすように、炭材内装塊成化物の配合率％ＣＣＢに応じて定めることを特徴とする溶銑製造方法。
式： ＲＤＩ≧２５×｛１＋（％ＣＣＢ）２／３５０００｝
ここに、％ＣＣＢは、％ＣＣＢ＝（炭材内装塊成化物の装入質量）／｛（炭材内装塊成化物の装入質量）＋（高炉原料の装入質量）｝×１００で定義される炭材内装塊成化物の配合率である。 - 前記熱間成形した炭材内装塊成化物が、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、１℃／ｓ以上の加熱速度で昇温し３５０〜５５０ ℃に加熱した状態で熱間成形したものであることを特徴とする請求項１記載の溶銑製造方法。
- 前記熱間成形した炭材内装塊成化物が、鉱石粉とギーセラー最高流動度ＭＦがｌｏｇＭＦ＞０．５である石炭との混合物を、１℃／ｓ以上の加熱速度で昇温し３５０〜５５０℃に加熱した状態で１４７００Ｎ／ｃｍ以上の成形圧で熱間成形したものであることを特徴とする請求項１記載の溶銑製造方法。
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