JP4155225B2

JP4155225B2 - 高炉操業方法

Info

Publication number: JP4155225B2
Application number: JP2004132579A
Authority: JP
Inventors: 厚彦酒井; 峰宏水野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: JP2005314733A

Description

本発明は結晶水が多く、鉄品位の低い安価な鉱石を使用する高炉操業方法に関する。詳細には、高結晶水含有の塊鉱石を装入する際の高炉の通気性の悪化に伴う炉内還元遅れを解消することにより、塊鉱石使用時の高炉操業への悪影響を抑制しつつ、焼結鉱への高結晶水粉鉱石の配合と併せて、高炉への高結晶水鉱石の装入量を増加させることができる高炉操業方法に関する。

近年、良質の鉄鉱石が枯渇してきたため、製鉄原料として高炉に装入する塊鉱石に、鉄品位の低い劣質な鉄鉱石を使用する比率が高くなる傾向にある。鉄品位の低い劣質な鉄鉱石としては、たとえば、褐鉄鉱石が挙げられる。これは、化学式Fe₂O₃・H₂OやFe₂O₃・nH₂O(nは整数)等を主鉱物としており、このため、褐鉄鉱石は結晶水を４〜１０質量％程度含有している。

このような結晶水を４質量％以上含有する鉄鉱石（以下、「高結晶水鉄鉱石」という。）を、塊鉱石として高炉に装入する場合、高炉上部において結晶水離脱時の割れあるいは強度低下により、高結晶水鉄鉱石からなる塊鉱石、すなわち、結晶水を４質量％以上含有する高結晶水塊鉱石（以下、「高結晶水塊鉱石」という。）が炉内で粉化して炉内通気性を阻害する。その結果、還元が遅れて、未還元状態のFeOがCaO又はSiO₂と反応し低融点化合物を形成するため、融着帯の肥大化により炉下部通気性が悪化する。

このように、高結晶水塊鉱石の使用量を増加させると、通気性の悪化により高炉操業が不安定化するという問題点があった。

従来から、このような高結晶水塊鉱石を高炉に装入して用いる方法として、種々の提案がなされている。

特許文献１には、粒度３ｍｍ以下の割合が１質量％以下になるように整粒した、気孔率３０質量％以上の高結晶水塊鉱石を焼結鉱と混合して高炉に装入すること、そして、用いる焼結鉱の還元粉化指数及び高炉シャフト部の炉内温度５００〜７００℃の低温還元域における装入物の滞留時間に応じて、高結晶水塊鉱石の使用量を調整することによって、高結晶水塊鉱石を使用しても、安定した高炉操業が可能となることが記載されている。

特許文献２には、高結晶水塊鉱石を粒度５〜３０ｍｍのものが８５質量％以上を占めるように整粒して、原料の一部として高炉に装入すると、炉頂ガス温度の上昇を抑制することができるので、微粉炭を吹き込む高炉操業において高結晶水塊鉱石を用いることができることが、記載されている。

特許文献３には、微粉炭を吹き込む高炉操業において、微粉炭の吹き込み量に応じて高結晶水塊鉱石を単独で又は他の原料と混合して高炉に装入すると、炉頂ガス温度の上昇を抑制することができると、記載されている。

特開平4-263003号公報特開2000-144219号公報特開2001-140007号公報

本発明は高結晶水塊鉱石を使用するときの悪影響を抑制しつつ、高結晶水塊鉱石を原料の一部として高炉に装入する際に、その装入率を増加することができる高炉操業方法を提供することにある。

上述した特許文献１記載の発明は、高炉に高結晶水塊鉱石を装入するときの通気性の悪化に対して対策がとられていないため、高炉操業へ影響を与えることなく高結晶水塊鉱石の装入率を増加させることはできないという問題点がある。

また、特許文献２及び３に記載の発明は、高結晶水塊鉱石の適当量を高炉に装入し結晶水の蒸発熱によって、高炉の炉頂温度を低下させることが主目的であり、ここでも高炉に高結晶水塊鉱石を装入するときの通気性の悪化に対して対策がとられていないため、高炉操業へ影響を与えることなく高結晶水塊鉱石の装入率を増加させることはできないという問題点がある。

このように、すでに提案された高結晶水塊鉱石を使用する技術は、すべて高炉における対応のみに終始しており、高炉操業を焼結鉱の製造と関連づけて高結晶水塊鉱石の使用量を増加させるとの発想は皆無であった。

本発明者らは、高炉操業と焼結鉱製造とのトータルで高結晶水塊鉱石の使用量を増加させようとの発想の下に種々検討した。そして、焼結鉱の原料として、結晶水を４質量％以上含有する高結晶水鉄鉱石からなる粉鉱石（以下、「高結晶水粉鉱石」という。）を使用すると、JIS M 8713で規格化されている焼結鉱被還元性（以下、「焼結鉱ＲＩ」という。）が向上することに着目した。そして、高結晶水粉鉱石を焼結鉱の原料に積極的に配合することによって、焼結鉱ＲＩを高めた上で高炉に装入すれば、高結晶水塊鉱石の使用量の増加に伴う高炉通気性の悪化を抑制できるのではないかとの着想を得て、焼結鉱の原料に高結晶水粉鉱石を配合する実験を行った。

図１は、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率と焼結鉱気孔率の関係を示す図であり、高結晶水粉鉱石の配合率（質量％）の増加とともに、焼結鉱の気孔率（質量％）が大きくなることを示している。これは、焼結鉱の製造時において高結晶水粉鉱石の結晶水が脱離し気孔を形成するためであると思われる。

図２は、焼結鉱気孔率と焼結鉱ＲＩの関係を示す図であり、このような気孔率（質量％）の大きい焼結鉱を用いれば、焼結鉱と還元ガスの接触面積が大きくなるため、焼結鉱ＲＩ（％）もまた増加することを示している。

図３は、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率（質量％）と高炉内圧損変化（ＭＰａ）の関係を示す。高結晶水塊鉱石の装入率が増加するにつれて、高炉内圧損が上昇して、高炉内の通気性が悪化することが分かる。

図４は、焼結鉱ＲＩ（％）と高炉内圧損変化（ＭＰａ）の関係を示す。焼結鉱ＲＩ（％）が上昇すると高炉の通気性が改善されることが分かる。これは、焼結鉱ＲＩ（％）が向上すると、未還元状態のＦｅＯの量が低減するので、低融点化合物の生成が少なくなって、融着帯厚みが減少するので、融着帯部での通気性が改善されるためであると思われる。

これらの現象から、高結晶水塊鉱石の高炉装入量を増加させても、焼結鉱ＲＩを上昇させることができれば、高炉の通気性を悪化させることなく高結晶水塊鉱石の使用量を増加させることができるとの知見を得た。

焼結鉱ＲＩを上昇させる方法としては、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率を調整することで、焼結鉱の気孔率を制御して、焼結鉱ＲＩを調整する方法がある。これは、焼結鉱中の気孔率が増加すると還元ガスと焼結鉱の接触面積が増加するため焼結鉱ＲＩが上昇し（図２参照）、そして、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率が増加すると焼結鉱製造時の結晶水の脱離によって気孔率が上昇する（図１参照）ためである。この方法によれば、焼結の熱レベル低下によって気孔率を増加させる方法に比較して、焼結鉱の強度及び歩留の悪化を抑制できる。このように、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率を大きくしても、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率を増加させることによって高炉及び焼結の操業への悪影響を回避しつつ安価な高結晶水鉱石を高炉及び焼結において使用できるとの知見を得た。

具体的には、図３及び図４から、高結晶水鉄鉱石の高炉装入率の１質量％の増加に対して、焼結ＲＩ（％）を０．４８％以上増加させれば、高炉の通気性を悪化させることがないことが分かった。

この際、焼結鉱中のＳｉＯ_２含有量を低減すると、高炉の通気性をさらに改善することができる。

図５は、焼結鉱中のＳｉＯ_２含有量と焼結鉱ＲＩ（％）の関係を示す図であり、焼結鉱中のＳｉＯ_２含有量が低下するにつれて、焼結鉱ＲＩ（％）が増加することを示す。これは、焼結鉱の製造時の融液量が減少するため、焼結鉱の気孔率が上昇し、その結果、高炉内において融着帯厚みが低下するためであると思われる。なお、この際、高炉上部において焼結鉱の粉化量が多くなるため、高炉上部での通気性が悪化する懸念があるが、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合量を増加させることによる焼結鉱ＲＩ（％）の改善を図ることで、解決できる。

このように、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率を増加させるときに、焼結鉱中のＳｉＯ_２含有量を低減すると、高結晶水鉱石の「塊／粉」の量比が変動しても高炉―焼結の安定操業を確保できるという利点がある。

本発明においては、焼結鉱ＲＩ（％）を改善することにより、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率増加を図るものであるため、焼結鉱の使用比率が高くないと効果が十分に発揮されない。

したがって、本発明の効果を十分に発揮するためには、少なくとも焼結鉱比を７５質量％とする必要がある。焼結鉱比の上限は好ましくは９８％である。なお、焼結鉱比とは高炉主原料（主として塊鉱石、焼結鉱、ペレット）のうち焼結鉱が占める割合をいう。また、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率とは高炉主原料（主として塊鉱石、焼結鉱、ペレット）に占める高結晶水塊鉱石の装入率（質量％）をいう。

本発明は、このような知見に基づき、高炉操業と焼結鉱製造のトータルで高結晶水塊鉱石の使用量を増加させようとの発想の下に完成したものであり、焼結鉱比を７５質量％以上にするとともに、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率の増加に伴う通気性の悪化に対して、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率を増加させることによって焼結鉱ＲＩ（％）を改善し、高炉の通気性の悪化を抑制するものである。

具体的には、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率の増加に伴い、(a)焼結鉱に配合する高結晶水粉鉱石の量を増やすこと、あるいはさらに、(b)焼結鉱中のＳｉＯ_２含有量を低下させることによって、高炉の安定操業を確保するものである。

すなわち、本発明にかかる高炉操業方法は、次の(1)又は(2)である。

以下、それぞれ、本発明(1)及び本発明(2)という。本発明(1)及び本発明(2)を総称して、本発明ということがある。

(1) 高結晶水塊鉱石を原料の一部として高炉に装入する高炉操業方法であって、焼結鉱比を７５質量％以上とするとともに、結晶水を４質量％以上含有する高結晶水塊鉱石の高炉への装入率を１質量％増加させるにつれて、焼結鉱に占める結晶水含有量４質量％以上の高結晶水粉鉱石の配合率を２．２質量％以上増加させることを特徴とする高炉操業方法。

(2) 高結晶水塊鉱石を原料の一部として高炉に装入する高炉操業方法であって、焼結鉱比を７５質量％以上とするとともに、結晶水を４質量％以上含有する高結晶水塊鉱石の高炉への装入率を１質量％増加させるにつれて、焼結鉱に占める結晶水含有量４質量％以上の高結晶水粉鉱石の配合率を２．２質量％以上増加させるとともに、焼結鉱中のＳｉＯ _２含有量を０．１質量％以上低減させることを特徴とする高炉操業方法。

本発明によると、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率を増加させても、高炉の通気性の悪化を抑制することができるので、高炉安定操業を確保しつつ高炉−焼結トータルでの高結晶水鉱石の使用量を増加させることが可能となる。したがって、安価な高結晶水鉱石の使用量増加により原料コストを低減することができる。

本発明の効果を確認するため、実炉において試験操業を実施した。

炉内容積２１５０ｍ^３、微粉炭比１３０ｋｇ／ｐｔ、焼結鉱比７５質量％、出銑比１．９２ｔ／ｄ／ｍ^３の定常操業時の高炉において、試験操業を実施した結果を表１及び表２に示す。

表１中のCase1〜3は、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率の増加に伴って高炉圧損変化（ＭＰａ）が増加することを示している。

表２中のCase１〜8は本発明を用いた場合の結果である。Case１〜4は、高炉に装入する高結晶水塊鉱石の装入率の増加に伴って、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率を増加した場合を示す。そして、Case5〜8は、さらに、焼結鉱中のＳｉＯ_２含有量を低減させた場合である。本発明を用いた場合は、いずれも高炉内圧損を上昇させることなく、高炉への高結晶水塊鉱石の装入率を増加させることができた。

表１と表２において、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率が同じケースを比較すると、表２では焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率を増加させているため、高炉―焼結トータルでの高結晶水鉄鉱石の使用量が多い。表２のうち、Case7及びCase8は、高結晶水塊鉱石の装入率をさらに上昇させた場合であり、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率を増加させることにより、通気性の悪化を抑制することができた。

炉内容積５０５０ｍ^３、微粉炭比１００ｋｇ／ｐｔ、焼結鉱比８０質量％、出銑比２．０５ｔ／ｄ／ｍ^３の定常操業時の高炉において、試験操業を実施した結果を表３に示す。

表３中のCase1及びCase2は、高結晶水塊鉱石の高炉への装入率の増加に伴って高炉圧損変化（ＭＰａ）が増加することを示している。

Case3は、本発明を実施した場合であり、Case2と比較すると、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率を増加させることによって、焼結ＲＩが上昇して、高炉内圧損変化が通常のベース操業レベルまで低下することが分かる。また、Case4は、高結晶水塊鉱石の装入率をさらに増加させた本発明例であり、焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率を増加させるとともに、焼結鉱中のＳｉＯ２含有量を低減させることによって、高結晶水塊鉱石の装入率をさらに増加させても、高炉内圧損の上昇を抑制できたことが分かる。

高結晶水塊鉱石の高炉への装入率を増加させても、高炉の通気性の悪化を抑制することができるので、高炉安定操業を確保しつつ高炉−焼結トータルでの高結晶水鉱石の使用量を増加させることが可能となる。したがって、安価な高結晶水鉱石の使用量増加により原料コストを低減することができる。

焼結鉱に占める高結晶水粉鉱石の配合率と焼結鉱気孔率の関係を示す図である。焼結鉱気孔率と焼結鉱ＲＩの関係を示す図である。高結晶水塊鉱石の高炉への装入率と高炉内圧損変化の関係を示す図である。焼結鉱ＲＩと高炉内圧損変化の関係を示す図である。焼結鉱中のＳｉＯ_２含有量と焼結鉱ＲＩの関係を示す図である。

Claims

高結晶水塊鉱石を原料の一部として高炉に装入する高炉操業方法であって、焼結鉱比を７５質量％以上とするとともに、結晶水を４質量％以上含有する高結晶水塊鉱石の高炉への装入率を１質量％増加させるにつれて、焼結鉱に占める結晶水含有量４質量％以上の高結晶水粉鉱石の配合率を２．２質量％以上増加させることを特徴とする高炉操業方法。
高結晶水塊鉱石を原料の一部として高炉に装入する高炉操業方法であって、焼結鉱比を７５質量％以上とするとともに、結晶水を４質量％以上含有する高結晶水塊鉱石の高炉への装入率を１質量％増加させるにつれて、焼結鉱に占める結晶水含有量４質量％以上の高結晶水粉鉱石の配合率を２．２質量％以上増加させるとともに、焼結鉱中のＳｉＯ _２含有量を０．１質量％以上低減させることを特徴とする高炉操業方法。