JP4149080B2

JP4149080B2 - 製銑原料の製造方法、製銑原料、および高炉の操業方法

Info

Publication number: JP4149080B2
Application number: JP14893999A
Authority: JP
Inventors: 誠章内藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: JP2000336410A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製銑原料の製造方法、製銑原料、および高炉の操業方法に係り、特に還元粉化の生じない高被還元性の塊成鉱を製造する製銑原料の製造方法、製銑原料、および該塊成鉱を装入する高炉の操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より製造されている焼結鉱は、還元粉化性指数（ＲＤＩ値）によって異なるが、いずれも５００℃〜７００℃の還元領域で還元粉化が生じる。また、その鉱石類であるペレットや塊鉱石も、焼結鉱に比較すると還元粉化量は少ないが、炉内において還元粉化が生じており、従来技術では還元粉化の生じない塊成鉱は存在していない。
【０００３】
一方、高炉操業において、炉内における塊状帯部分の温度分布、特に塊状帯部分の高さ方向における５００℃〜８００℃の低温領域の長さを適正化することは、操業の安定化および還元ガス利用率を向上させ、燃料比を低減する上で極めて重要である。すなわち、５００℃〜８００℃の低温領域は、炉内に装入された焼結鉱や塊成鉱などの鉄源の還元粉化が最も発生し易い温度域であるため、該低温領域の存在を確認した場合には、還元粉化の抑制策を実施することが高炉の安定操業上から必要であった。
【０００４】
従来の高炉操業では、炉内に上記低温領域が存在していると認知したときには、焼結鉱の還元粉化を抑制し、通気性の改善を図る手段として、焼結鉱の耐還元粉化指数（ＲＤＩ）の低減、装入物の分布調整を図っているが、燃料比の上昇によって炉内状況の再構築に至る場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、焼結鉱の還元粉化の対策として行われる低ＲＤＩ化は、焼結鉱の被還元性を悪化させる傾向があり、還元効率の低下により高炉燃料比が上昇し、さらには焼結鉱の製造コストも増大する傾向にある。また、将来の低燃料比操業を安定して継続するためには、還元粉化が殆どなく、被還元性の良好な塊成鉱の開発が必要である。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、還元粉化が殆どなく、被還元性の良好な塊成鉱を製造することができる製銑原料の製造方法、この方法により製造される製銑原料、この製銑原料を装入することにより、低燃料比操業を安定して継続することができる高炉の操業方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明に係る製銑原料の製造方法は、ヘマタイト鉱石を７５０℃未満の予備還元温度で予備還元して微細気孔を針状マグネタイトに比べ多く含む半球状マグネタイトからなる粉鉱石とし、該粉鉱石を小粒に塊成化し、該塊成化する際に炭素を含有させ、かつ複数粒を結合して塊成鉱を製造するものである。
【０００９】
上記ヘマタイト鉱石中に炭素を含有させておき、マグネタイト粉鉱石を塊成化する際に炭素増量させることがより好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る製銑原料は、上記のいずれかの方法により、塊成鉱として製造される。
【００１２】
さらに、本発明に係る高炉の操業方法は、炉頂から原料および燃料を装入するとともに、羽口から送風調整して製銑を行う高炉の操業方法において、原料として、ヘマタイト鉱石を７５０℃未満の予備還元温度で予備還元して微細気孔を針状マグネタイトに比べ多く含む半球状マグネタイトからなる粉鉱石とし、該粉鉱石を小粒に塊成化し、該塊成化する際に炭素を含有させ、かつ複数粒を結合した塊成鉱を装入する。
【００１４】
上記ヘマタイト鉱石中に炭素を含有させておき、マグネタイト粉鉱石を塊成化する際に炭素増量させることがより好ましい。
【００１６】
本発明によれば、高炉へ装入する製銑原料がマグネタイト鉱石の場合、還元粉化しないことを利用している。また、ヘマタイト鉱石を予備還元してマグネタイト粉鉱石を製造しているのは、天然的に存在するマグネタイト粉鉱石の場合、マグネタイト粒子中に気孔が殆ど存在していないため、塊成化しても被還元性の改善代が少ないからである。
【００１７】
ヘマタイト鉱石の予備還元温度を７５０℃未満としているのは、ヘマタイトがマグネタイトに還元する過程で微細気孔を多く含む半球状マグネタイトを積極的に製造するためである。予備還元温度を７５０℃以上とすると、Fｅ原子の拡散が速くなるため、ヘマタイトがマグネタイトに還元する過程で、微細気孔の少ない針状マグネタイトが生成し気孔率が低下する傾向にあり、被還元性の高い塊成鉱を得ることができないからである。また、マグネタイト粉鉱石を塊成化する際に、炭素を含有させるのは、被還元性を高めるためである。さらに、マグネタイト粉鉱石を小粒に塊成化し、複数粒を結合して塊成鉱とするのは、塊成化の粒子が小さい方が被還元性が高くなり、かつ、いびつな形状により、転動を抑制し、挿入物分布制御を可能とするためである。
【００１８】
このように、還元粉化が殆どなく、被還元性の良好な塊成鉱を開発し、これを製銑原料として炉頂から装入することにより、高炉の低燃料比操業を安定して継続することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づき説明するが、本発明は本実施の形態に限るものではない。
【００２０】
まず、本発明の操業方法に用いる高炉について説明する。図１は、高炉内の状況を示す概略図である。図示するように、高炉１は上部へ向けて順次縮径された有底筒体状を呈しており、その炉頂からは鉄鉱石等の原料２、およびコークスや石炭等の固体燃料３が装入され、側壁下部に設けられた羽口４からは熱風とともに酸素や微粉炭が吹き込まれて製銑を行っている。羽口４は、羽口径、炉内突出し長、および吹き込み圧力等が調整可能になっており、レースウェイ５の空間部が形成される。
【００２１】
炉内下部に位置する炉芯６は固体燃料３が詰まった層であり、溶銑７およびスラグ８から浮力を受けて浮力と荷重の大小によって下面は溶銑中に浮遊または炉底に沈下している。
【００２２】
また、高炉シャフト部上方には、上昇ガスによる鉱石およびコークスの乾燥、予熱が生じる塊状帯９が形成され、鉱石の間接還元、コークスのソルーションロスの反応が生じている。なお、高炉１の上部には、炉内に原料および燃料等の装入物を装入する不図示の炉頂装入装置が設けられている。さらに、高炉１の上部には、炉上部から排出されるガスを導入するための不図示のダクトが接続されており、このダクトには揮発成分回収装置等が介設されている。
【００２３】
このような高炉１を使用して、本実施形態の高炉の操業方法は以下のように実施される。
【００２４】
鉱石類の還元粉化は、ヘマタイトからマグネタイトへの還元過程で、結晶構造が変化し、この変化により亀裂が発生し、粉化に至ると考えられている。そのため、ヘマタイトを低減し、カルシウムフェライト、マグネタイトの生成を促進する方法が提案されている。また、マグネタイト粉鉱石を原料とする場合でも、焼結に使用する過程で、ヘマタイトが生成するため、還元粉化を抑制することはできなかった。
【００２５】
本実施形態の高炉の操業方法は、原料として装入する塊成鉱の製造において、ヘマタイト鉱石（Ｆｅ₂Ｏ₃）を予備還元してマグネタイト粉鉱石（Ｆｅ₃Ｏ₄）を製造し、この粉鉱石を塊成化することを指向した。これは、図２に示すように、原料がマグネタイト鉱石の場合、５００℃〜８００℃の低温領域においても還元粉化しないことを利用している。
【００２６】
ヘマタイト鉱石を予備還元してマグネタイト粉鉱石を製造することを前提にしているのは、天然的に存在するマグネタイト粉鉱石の場合には、マグネタイト粒子中に気孔が殆ど存在していないため、塊成化しても被還元性の改善代が少ないからである。本発明における予備還元法については、公知の予備還元技術を採用することが可能である。
【００２７】
ヘマタイト鉱石の予備還元温度については、予備還元温度によって微細気孔量が異なり、図３に示すように、７５０℃以上の予備還元温度では、気孔率が低下する傾向にある。したがって、被還元性の高い塊成鉱とするためには、予備還元温度が７５０℃未満であることが好ましい。
【００２８】
また、マグネタイト粉鉱石を塊成化する際に、炭素を含有させることが好ましい。炭素を含有させるのは、被還元性を高めるためである。具体的には、ヘマタイト鉱石中に炭素を含有させておき、マグネタイト粉鉱石を塊成化する際に炭素増量させることが考えられる。
【００２９】
本発明者らは、実公平１−２７０３８号公報にて提案した高炉内反応シミュレータを用いて調査し、下記のような知見を得た。なお、同公報における高炉内反応シミュレータは、鉱石類とスクラップを混合使用した場合の炉内還元性、還元粉化性、および溶融滴下性状について検討したものであり、上部より鉱石を充填するとともに、下部より還元ガスを導通して、これら還元ガスと鉱石を向流接触する炉芯管と、該炉芯管の一部を包囲して還元ガス下流方向に移動自在に設けた加熱器とを有する装置である。
【００３０】
まず第一に、本発明により製造した塊成鉱は還元粉化しないことを確認した。第二に、ヘマタイト粉鉱石の予備還元温度を７００℃未満として製造したマグネタイト粉鉱石を塊成化した塊成鉱は、同じ塊成化条件下において、被還元性が良好であった。これは、７００℃未満の温度で予備還元を行うと、１μｍ程度の微細気孔が多く生成し、全気孔率も高い粉鉱石が得られることによる。
【００３１】
第三に、マグネタイト粉鉱石を予備還元して製造したマグネタイト粉鉱石を粒径３〜１０ｍｍの小粒に塊成化し、かつ複数粒を結合した塊成鉱が最も被還元性が良好である。すなわち、塊成化の単一粒子を小さくする方が被還元性を高くすることができる。そして第四に、通常の焼結鉱に対比しても、被還元性だけでなく、高温性状も良好であることを確認した。
【００３２】
このように、本実施の形態において採用する塊成鉱は、還元粉化せず、被還元性の良好なことが判明した。このように、還元粉化が殆どなく、被還元性の良好な塊成鉱を開発し、これを製銑原料として炉頂から装入することにより、炉内に５００℃〜８００℃の低温領域が存在しても、塊成鉱が還元粉化せず、その被還元性が良好であるので、高炉の低燃料比操業を安定して継続することができる。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明の好適な実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限るものではない。
【００３４】
［実施例１］
本実施例における対象高炉は内容積が３０００ｍ³の中型高炉であり、送風温度１２００℃、送風湿度２５ｇ／Ｎｍ³−ａｉｒ、酸素富化量０．０１３Ｎｍ³／Ｎｍ³−ａｉｒ、微粉炭吹込み量１８０ｇ／Ｎｍ³−ａｉｒの条件下で、羽口前フレーム温度を２１００℃に維持しながら、溶銑を６０００ｔｏｎ／日で製造した。実施例１では、製銑原料として装入する塊成鉱の製造方法において、ヘマタイト鉱石を７５０℃未満で予備還元してマグネタイト粉鉱石を製造し、該粉鉱石を塊成化したものを３０％配合した。
【００３５】
表１は、実施例１としてマグネタイト塊成鉱を３０％用いた操業方法と従来法との比較結果を示している。
【表１】

【００３６】
被還元性指数（ＪＩＳ−ＲＩ）及び耐化還元粉化性指数（ＲＤＩ）が、通常使用している焼結鉱（ＪＩＳ−ＲＩ：６５％、ＲＤＩ：３８％）に比べて高いマグネタイト塊成鉱（ＪＩＳ−ＲＩ：７５％、ＲＤＩ：２％）を３０％使用する事により、炉内通気性が良好に維持した中で、炉内反応指数であるシャフト効率が従来よりも３％工場し、コークス比が９kg／ｔ低減することが可能になった。
【００３７】
よって、実施例１によれば、塊成鉱が還元粉化せず、その被還元性が良好であるので、高炉の低燃料比操業を安定して継続できることが確認された。
【００３８】
［実施例２］
実施例２では、ヘマタイト鉱石中に炭素を含有させ、マグネタイト粉鉱石を塊成化する際に炭素増量させている以外は、実施例１と同様である。なお、マグネタイト粉鉱石への炭素含有量は、強度維持のため２０％以下を目標とし、ここでは４％に調整している。
【００３９】
表２は、実施例２として実施例１にさらにＣを４％内装したマグネタイト塊成鉱を３０％用いた操業方法と従来法との比較結果を示している。
【表２】

【００４０】
被還元指数（ＪＩＳ−ＲＩ）及び耐還元化粉化性指数（ＲＤＩ）が、通常使用している焼結鉱（ＪＩＳ−ＲＩ：６５％、ＲＤＩ：３８％）に比べて高いマグネタイト塊成鉱（ＪＩＳ−ＲＩ：８０％、ＲＤＩ：３％）を３０％使用することにより、炉内通気性が良好に維持した中で、炉内反応指数であるシャフト効率が従来よりも４％向上し、コークス比が１９kg／ｔ低減することが可能になった。実施例２では、実施例１で用いたマグネタイト塊成鉱にさらにＣを４％内装させたことにより、実施例１で用いたマグネタイト塊成鉱の被還元性が５％向上し、実施例１よりもコークス比を大幅に向上させることができた。
【００４１】
よって、実施例２によれば、塊成鉱が還元粉化せず、実施例１よりもさらに被還元性が良好であるので、高炉の低燃料比操業を安定して継続できることが確認された。
【００４２】
［実施例３］
実施例３では、ヘマタイト鉱石を予備還元して製造したマグネタイト粉鉱石を粒径３〜１０ｍｍの小粒に塊成化し、かつ複数粒を結合して塊成鉱を製造した以外は、実施例１と同様である。
【００４３】
表３は、実施例３として実施例１のマグネタイト塊成鉱を粒径３〜１０ｍｍの小粒塊成鉱を複数結合して製造した場合の操業方法と従来法との比較結果を示している。
【表３】

【００４４】
被還元性指数（ＪＩＳ−ＲＩ）及び耐還元粉化性指数（ＲＤＩ）が、通常使用している焼結鉱（ＪＩＳ−ＲＩ：６５％、ＲＤＩ：３８％）に比べて高いマグネタイト塊成鉱（ＪＩＳ−ＲＩ：７８％、ＲＤＩ：２％）を３０％使用することにより、炉内通気性が良好に維持した中で、炉内反応指数であるシャフト効率が従来よりも５％向上し、コークス比が１８kg／ｔ低減することが可能になった。
実施例３では、マグネタイト塊成鉱を粒径３〜１０ｍｍの小粒塊成鉱を複数結合して製造することにより、実施例１よりもマグネタイト塊成鉱の被還元性を３％向上し、実施例１よりもコークス比を大幅に向上させることができた。
【００４５】
よって、実施例３によれば、塊成鉱が還元粉化せず、実施例１よりもさらに被還元性が良好であるので、高炉の低燃料比操業を安定して継続できることが確認された。
【００４６】
［実施例４］
実施例４では、ヘマタイト鉱石中に炭素を含有させ、予備還元して製造したマグネタイト粉鉱石を粒径３〜１０ｍｍの小粒に塊成化し、かつ複数粒を結合して塊成鉱を製造するものであり、それ以外は、実施例１と同様である。
【００４７】
表４は、実施例４、として実施例１のマグネタイト塊成鉱を粒径３〜１０ｍｍの小粒塊成鉱とし、それらを複数結合して塊成鉱を製造した場合の操業方法との比較結果を示している。
【表４】

【００４８】
被還元指数（ＪＩＳ−ＲＩ）及び耐還元粉化性指数（ＲＤＩ）が、通常使用している焼結鉱（ＪＩＳ−ＲＩ：６５％、ＲＤＩ：３８％）に比べて高いマグネタイト塊成鉱（ＪＩＳ−ＲＩ：８０％、ＲＤＩ：２％）を３０％使用することにより、炉内通気性が良好に維持した中で、炉内反応指数であるシャフト効率が従来よりも５％向上し、コークス比が２６kg／ｔ低減することが可能になった。
【００４９】
実施例４では、マグネタイト塊鉱石を粒径３〜１０ｍｍの小粒塊成鉱を複数結合し、かつ内装炭素量を増加させたことにより、実施例１に比べてさらにマグネタイト塊成鉱の還元成が１０％向上し、実施例よりもコークス比を大幅に向上させることが出来た。よって、高炉の低燃料比操業を安定して行うことが出来る。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、還元粉化が殆どなく、被還元性の良好な塊成鉱を開発し、これを製銑原料として高炉へ装入することにより、低燃料比操業を安定して継続することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高炉の操業方法の一実施形態に使用する高炉の炉内状況を示す概略図である。
【図２】本発明において、マグネタイト鉱石が還元粉化しないことを示す説明図である。
【図３】本発明において、ヘマタイト粉鉱石の予備還元温度と気孔率との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１高炉
２原料
３固体燃料
４羽口
５レースウェイ
６炉芯
７溶銑
８スラグ
９塊状帯

Claims

ヘマタイト鉱石を７５０℃未満の予備還元温度で予備還元して微細気孔を針状マグネタイトに比べ多く含む半球状マグネタイトからなる粉鉱石とし、該粉鉱石を小粒に塊成化し、該塊成化する際に炭素を含有させ、かつ複数粒を結合して塊成鉱を製造することを特徴とする製銑原料の製造方法。
ヘマタイト鉱石中に炭素を含有させておき、マグネタイト粉鉱石を塊成化する際に炭素増量させることを特徴とする請求項１に記載の製銑原料の製造方法。
請求項１または２に記載の方法によって、製造されることを特徴とする製銑原料。
炉頂から原料および燃料を装入するとともに、羽口から送風調整して製銑を行う高炉の操業方法において、原料として、ヘマタイト鉱石を７５０℃未満の予備還元温度で予備還元して微細気孔を針状マグネタイトに比べ多く含む半球状マグネタイトからなる粉鉱石とし、該粉鉱石を小粒に塊成化し、該塊成化する際に炭素を含有させ、かつ複数粒を結合した塊成鉱を装入することを特徴とする高炉の操業方法。
ヘマタイト鉱石中に炭素を含有させておき、マグネタイト粉鉱石を塊成化する際に炭素増量させることを特徴とする請求項４に記載の高炉の操業方法。