JP4751180B2 - 高炉操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鉱石原料、特に、高アルミナ鉄鉱石原料を使用する高炉操業において、スラグの流動性を適正に管理し、炉況の安定化を図る高炉操業方法に関するものである。

近年、高炉操業において、高品質の鉄鉱石の枯渇に伴い、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）含有量の高い鉄鉱石を使用せざるを得ない状況が続いている。アルミナ含有量の高い鉄鉱石（高アルミナ鉄鉱石）を使用すると、必然的に、スラグ中のアルミナが増えることになるが、一般に、アルミナの増加はスラグの流動性を悪化させる。

そして、スラグの流動性が悪化すると、炉底からのスラグの排出が円滑に行われず、送風圧力の上昇や送風圧力の変動を招き、結局は、送風量を下げざるを得ず、生産性が阻害される。

従来、スラグ中のアルミナ濃度を下げるため、硅石や石灰石を投入し、スラグ組成を調整する手法が用いられているが、硅石や石灰石を投入すると、必然的にスラグ量が増加する。このスラグ量が増加すると、熱的な損失が増加し、還元材比が上昇する。また、このスラグ量が増加すると、多量のスラグを円滑に排出する必要が生じ、高炉の生産性を阻害する。

スラグ量の増加に伴う還元材比の上昇に対処するため、焼結鉱の被還元性を改善し生産性を高める高炉操業方法が、幾つか提案されている（例えば、特許文献１及び２、参照）が、これら方法は、基本的なスラグの流動性に係る問題を解決するものではない。

また、スラグの粘性に着目し、ＭｇＯの含有量を規定した高炉操業方法が、特許文献３に開示されているが、アルミナ濃度に応じた適切なスラグ組成は開示されていない。

一般に、流動性の指標として粘度が用いられるが、高炉操業の安定化において問題とすべき点は、通常、１５００〜１５５０℃の温度レベルにある高炉から排出されるスラグの温度（出滓温度）に対応したスラグの粘性ではなく、その温度範囲より数十度から百度程度低い温度にある炉芯や炉床部におけるスラグの流動性である。

出滓温度におけるスラグの粘性が多少増減してもスラグの粘性は充分に低く、出滓作業にそれ程の影響を及ぼさないので、出滓時のスラグ粘性の増減は、高炉操業を不安定化せしめる決定的な要因にはならない。

即ち、高炉操業の安定化を図るためには、出滓温度１５００〜１５５０℃より数十度から百度程度低い温度にある炉芯や炉床部におけるスラグの流動性を適正に管理する必要がある。

スラグの流動性は、スラグ中に固相が析出し始めると急激に低下するから、スラグの流動性を管理する指標としては、粘度より、固相析出温度が最適である。しかし、これまで、スラグの流動性を、固相析出温度で管理する試みはなされていない。

特開平１１−４３７１０号公報 特開平１１−２９８０３号公報 特開２００２−２７５５１３号公報

本発明は、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、炉況の安定化に大きく影響するスラグ管理の現状に鑑み、スラグ組成を調整して適正な流動性を確保し、高炉操業を継続して安定化することを課題とする。

高炉操業の安定化を図るためには、前述したように、出滓温度１５００〜１５５０℃より数十度から百度程度低い温度にある炉芯や炉床部におけるスラグの流動性を適正に管理する必要があるが、スラグの流動性は、スラグ中に固相が析出し始めると急激に低下する。そこで、本発明者は、スラグの流動性を、固相析出温度で管理することを試みた。

そして、本発明者は、種々のスラグ組成（４％＜ＭｇＯ＜１０％、１４％＜Ａｌ₂Ｏ₃＜１８％、１．１＜ＣａＯ／ＳｉＯ₂＜１．３）において、アルミナ濃度が上昇する時の、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）及びＭｇＯ濃度の変化と、固相析出温度との関係を鋭意調査した。

その結果、固相析出温度Ｔは、１３６０〜１４４０℃であり、Ａｌ₂Ｏ₃量、ＭｇＯ量、及び、塩基度（＝ＣａＯ／ＳｉＯ₂）で推定できることが解った。

固相析出温度Ｔ（１３６０〜１４４０℃）は、出滓温度１５００〜１５５０℃と比べると、１００℃以上低く、通常は、高炉操業上の問題にならないように思われる。

しかし、本発明者は、高炉の炉芯及び炉床部には、出滓温度よりも１００℃程度低い領域が存在し、その領域におけるスラグの流動性が急激に悪化すると、高炉操業が不安定化することを見出した。

即ち、本発明者は、出滓温度よりも１００℃程度低い炉芯及び炉床部において、スラグの固相析出温度を適正に維持すれば、適正なスラグ流動性を確保でき、高炉の安定操業を継続できることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１） 高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業方法において、スラグの組成及び塩基度を調整することにより、下記（１）式で定義されるスラグの固相析出温度Ｔ（℃）を調整し、スラグの流動性を制御することを特徴とする高炉操業方法。
Ｔ=｛0.4131（ＭｇＯ） ³ -8.443（ＭｇＯ） ² +52.08（ＭｇＯ）-92.29｝・（Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ）
+｛-5.311（ＭｇＯ） ³ +111.1（ＭｇＯ） ² -718.2（ＭｇＯ）+1601｝・Ｂ
+17.94（ＭｇＯ）+1017 ・・・（１）
ここで、Ｂ（塩基度）＝ＣａＯ／ＳｉＯ ₂
（ＭｇＯ）、（Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ）、（ＣａＯ）、（ＳｉＯ ₂ ）：スラグ中の各成分
（ＭｇＯ、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＣａＯ、ＳｉＯ ₂ ）の質量％

（２） 前記（Ａｌ₂Ｏ₃）が増加する時、Ｂ（塩基度）及び（ＭｇＯ）を調整し、固相析出温度Ｔを１３９０℃以下の温度範囲に維持することを特徴とする前記（１）に記載の高炉操業方法。

本発明によれば、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、炉芯及び炉床部にて、スラグの固相析出温度を適正に維持し、適正なスラグ流動性を確保できるので、良好な通気性を維持しつつ、出銑率を所定値に保持することができ、その結果、高炉操業を継続して安定化することができる。

高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、スラグ組成を調整して適正な流動性を確保することは、炉況を安定状態に維持する上で重要である。そこで、まず、本発明において固相析出温度をスラグの流動性を示す指標として採用する理由について説明する。

図１に、スラグＡ（Ａｌ₂Ｏ₃＝１８．２％、ＭｇＯ＝７．４％、ＣａＯ／ＳｉＯ₂＝１．１５）及びスラグＢ（Ａｌ₂Ｏ₃＝１４．０％、ＭｇＯ＝７．２％、ＣａＯ／ＳｉＯ₂＝１．２６）の粘度と温度の関係を模式的に示す。図に示すように、一般に、スラグの粘度は、温度の降下に伴い緩やかに上昇し、固相が析出し始めると（図中、Ａ’、Ｂ’の点の温度が、固相析出温度）、急激に上昇する。

また、図に示すように、通常、固相析出温度は、高温での融体の粘性から推定することは難しく、高温での融体の粘度が低いからといって、固相析出温度も低いという訳ではない。

即ち、スラグの流動性を適正に制御するためには、粘度ではなく、固相析出温度を用いる必要があり、そのためには、固相析出温度を適確に推定する必要がある。

本発明者は、スラグの液相化温度に基づいて、固相析出温度を推定する式を設定した。図２に、塩基度１．２５のスラグの組成と液相化温度との関係を示す。スラグの液相化温度は、Ａｌ₂Ｏ₃量及びＭｇＯ量によって大きく変化する。

本発明者は、スラグの組成と塩基度、及び、実測液相化温度を統計的に処理した結果、固相析出温度Ｔは、下記（１）式で推定できることが解った。
Ｔ=｛0.4131（ＭｇＯ）³-8.443（ＭｇＯ）²+52.08（ＭｇＯ）-92.29｝・（Ａｌ₂Ｏ₃）
+｛-5.311（ＭｇＯ）³+111.1（ＭｇＯ）²-718.2（ＭｇＯ）+1601｝・Ｂ
+17.94（ＭｇＯ）+1017 ・・・（１）
ここで、Ｂ（塩基度）＝ＣａＯ／ＳｉＯ₂
（ＭｇＯ）、（Ａｌ₂Ｏ₃）、（ＣａＯ）、（ＳｉＯ₂）：スラグ中の各成分
（ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＯ、ＳｉＯ₂）の質量％

図３に、推定固相析出温度と実測固相析出温度との相関を示す。図に示すように、上記（１）式に基づいて推定する固相析出温度は、スラグの流動性を示す指標として充分に機能するものである。

本発明では、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、高炉の炉芯及び炉床部の良好なスラグ流動性及び通気性を確保し、高炉の安定操業を維持するために、高アルミナ鉄鉱石に起因してスラグ中の（Ａｌ₂Ｏ₃）が増加した場合に、スラグのＢ（塩基度）及び（ＭｇＯ）を調整し、上記（１）式により推定する固相析出温度Ｔ（℃）の上限を１３９０℃で管理することが好ましい。

なお、固相析出温度の推定式は、上述の通り、予め実験的にスラグの組成と塩基度、及び、実測液相化温度を統計的に処理した結果から求められるものであり、上記（１）式に限定されるものではない。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例）
内容積３２７３ｍ³の高炉における操業に本発明を適用した結果を、従来操業の対比例と併せて、表１に示す。

本発明を適用した実施例では、安定操業時の実績から、固相析出温度の上限を１３９０℃で管理した。

実施例においては、出滓率（溶銑排出時間に対するスラグ排出時間）が９４．５％以上であるが、対比例においては、いずれも９３％未満で出滓が不良である。

また、実施例においては、送風圧力の変動が５０ｇ／ｃｍ²以下であるが、対比例においては、いずれも５０ｇ／ｃｍ²を超えており、出銑比も低く、還元材比も高くなっている。

なお、表１には、出滓温度、スラグ成分より推定したスラグ粘度も併せて示したが、３〜４ポアズ程度で充分低い。炉況の良かった実施例と炉況の悪かった対比例とを説明する指標として粘度は有効でないことが明らかである。

前述したように、本発明は、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、炉芯及び炉床部にて、スラグの固相析出温度を適正に維持し、適正なスラグ流動性を確保できるので、良好な通気性を維持しつつ、出銑率を所定値に保持することができるものである。

したがって、本発明は、高炉操業を継続して安定化することができる高炉操業方法として有用なものである。

スラグＡ（Ａｌ₂Ｏ₃＝１８．２％、ＭｇＯ＝７．４％、ＣａＯ／ＳｉＯ₂＝ １．１５）及びスラグＢ（Ａｌ₂Ｏ₃＝１４．０％、ＭｇＯ＝７．２％、ＣａＯ／Ｓｉ Ｏ₂＝１．２６）の粘度と温度の関係を模式的に示す図である。 塩基度１．２５のスラグの組成と液相化温度との関係を示す図である。 推定固相析出温度と実測固相析出温度との相関を示す図である。

符号の説明

Ａ’ スラグＡの固相析出温度
Ｂ’ スラグＢの固相析出温度

Claims (2)

1. 高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業方法において、スラグの組成及び塩基度を調整することにより、下記（１）式で定義されるスラグの固相析出温度Ｔ（℃）を調整し、スラグの流動性を制御することを特徴とする高炉操業方法。
   Ｔ=｛0.4131（ＭｇＯ） ³ -8.443（ＭｇＯ） ² +52.08（ＭｇＯ）-92.29｝・（Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ）
   +｛-5.311（ＭｇＯ） ³ +111.1（ＭｇＯ） ² -718.2（ＭｇＯ）+1601｝・Ｂ
   +17.94（ＭｇＯ）+1017 ・・・（１）
   ここで、Ｂ（塩基度）＝ＣａＯ／ＳｉＯ ₂
   （ＭｇＯ）、（Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ）、（ＣａＯ）、（ＳｉＯ ₂ ）：スラグ中の各成分
   （ＭｇＯ、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＣａＯ、ＳｉＯ ₂ ）の質量％
2. 前記（Ａｌ₂Ｏ₃）が増加する時、Ｂ（塩基度）及び（ＭｇＯ）を調整し、固相析出温度Ｔを１３９０℃以下の温度範囲に維持することを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。

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