JP4764304B2

JP4764304B2 - 高炉操業方法

Info

Publication number: JP4764304B2
Application number: JP2006268414A
Authority: JP
Inventors: 昭人笠井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008088476A

Description

本発明は、コークス炉で製造したコークスを還元材として用いて溶銑を製造する高炉の操業方法に関する。

近年、高炉用のコークスとして、高炉内通気性および鉱石の還元効率をともに向上させて高炉操業の改善を図るべく、高強度でかつ高反応性を兼備したものが望まれている。しかしながら、一般に室炉式コークス炉（以下、単に「コークス炉」という。）で製造したコークスの性状は、強度と反応性との間に負の相関関係があり、強度と反応性の両者を同時に高めることは困難である。すなわち、コークス原料である配合炭の粘結炭比率を増加するとコークスの強度は上昇するが、反応性が低下するとともに、高価な粘結炭の使用割合が増えるためコストアップとなる。逆に、非微粘結炭比率を増加すると反応性が上昇するとともに、安価な非微粘結炭の使用割合が増えるためコストダウンとなるが、強度が低下する。

一方、コークス炉で製造したコークスを所定の粒度ごとに篩い分け、各粒度のコークスを高炉の異なる場所に装入することにより、高炉内の通気性や鉱石の還元性を改善し、高炉操業を改善しようとする方法が多数開示されている（例えば、特許文献１〜８参照）。しかしながら、これらの従来技術では、コークス炉で一定の配合条件のコークス原料（配合炭）を用いて製造したコークスを単に篩い分けしただけのものを用いているので、粒度は異なっても強度および反応性自体には変化がないため、必ずしも高炉の各装入場所それぞれに最適な性状のコークスが装入されたものとならず、上記改善効果が十分に得られない問題があった。
特開平７―２８６２０３号公報特許第２７５２５０２号公報特許第２７６９８３５号公報特開昭５７−１７４４０３号公報特開２００４−３０７９２８号公報特開平２００１−２７９３０７号公報特許第３４８５７８７号公報特開平６−２６４１１８号公報

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたもので、コークスの製造技術と高炉での使用技術とを一体的に見直すことにより、高炉内通気性および鉱石の還元効率をともに、従来法よりさらに向上しうる高炉操業方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、コークス炉で製造したコークスを還元材として用いて溶銑を製造する高炉の操業方法であって、下記〔１〕〜〔５〕の工程を備えたことを特徴とする高炉操業方法である。
〔１〕前記コークス炉にて高反応性低強度コークス（Ａ）と低反応性高強度コークス（Ｂ）とを造り分けて、前記高反応性低強度コークス（Ａ）の反応性指数ＣＲＩを３０超とするとともに、前記低反応性高強度コークス（Ｂ）のＣＲＩとの差を５以上とし、かつ、前記低反応性高強度コークス（Ｂ）のドラム強度指数ＤＩ ^１５０ _１５と前記高反応性低強度コークス（Ａ）のＤＩ ^１５０ _１５との差を０．５以上とするコークス製造工程
〔２〕前記高反応性低強度コークス（Ａ）を整粒して小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）を調製する第１整粒工程
〔３〕前記低反応性高強度コークス（Ｂ）を整粒して大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）と小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）とを調製する第２整粒工程
〔４〕前記小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）および前記小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）を鉱石類（Ｃ）に混入して混合物（Ｄ）とする混合工程
〔５〕この混合物（Ｄ）と前記大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）とを交互に前記高炉に装入する装入工程。

請求項２に記載の発明は、下記式１を満たすように、前記高炉への前記小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）の装入量Ｗ_Ａ２［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］を調整する請求項１に記載の高炉操業方法である。
式１Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００≦Ｃ_ＳＬ＋Ｃ_Ｃ−Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）
ここに、％Ｃ_Ａは前記高反応性低強度コークス（Ａ）のＣ含有率［質量％］、Ｃ_ＳＬは前記高炉におけるソリューションロスＣ量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、Ｃ_Ｃは溶銑中のＣ含有量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、Ｗ_Ｂ２は前記低反応性高強度コークス（Ｂ_２）の前記高炉への装入量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、％Ｃ_Ｂは前記低反応性高強度コークス（Ｂ）のＣ含有率［質量％］、Ｗ_ＰＣは前記高炉における微粉炭比［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、％Ａｓｈ_ＰＣは前記微粉炭の灰分［質量％］、％ＢＲ_ＰＣは前記微粉炭のレースウェイ内燃焼率［％］である。

請求項３に記載の発明は、前記式１に替えて下記式２を満たすように、前記高炉への前記高反応性低強度コークス（Ａ_２）の装入量Ｗ_Ａ２［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］を調整する請求項２に記載の高炉操業方法である。
式２Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００≦Ｃ_ＳＬ−Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）

請求項４に記載の発明は、前記コークス炉で使用する全石炭量に対する非微粘結炭の使用割合をＸ質量％としたとき、前記非微粘結炭の配合割合をＸ質量％より高めた配合炭（Ｐ）と、前記非微粘結炭の配合割合をＸ質量％より低めた配合炭（Ｑ）とを作製し、これらの配合炭（ＰおよびＱ）を前記コークス炉の別々の炭化室に装入して乾留することにより、前記高反応性低強度コークス（Ａ）と前記低反応性高強度コークス（Ｂ）とを造り分ける請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉操業方法である。

本発明の高炉操業法によれば、高炉内の各所定装入場所にそれぞれ好適性状を備えたコークスを装入することにより、高炉内通気性および鉱石の還元効率をともに、従来法よりさらに向上できるようになり、その結果、高炉操業のさらなる安定化、効率化が実現できる。

上述したように、本発明は下記〔１〕〜〔５〕の工程を備えたことを特徴とする。

〔１〕前記コークス炉にて高反応性低強度コークス（Ａ）と低反応性高強度コークス（Ｂ）とを造り分けるコークス製造工程
〔２〕前記高反応性低強度コークス（Ａ）を整粒して小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）を調製する第１整粒工程
〔３〕前記低反応性高強度コークス（Ｂ）を整粒して大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）と小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）とを調製する第２整粒工程
〔４〕前記小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）および前記小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）を鉱石類（Ｃ）に混入して混合物（Ｄ）とする混合工程
〔５〕この混合物（Ｄ）と前記大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）とを交互に前記高炉に装入する装入工程。

〔実施形態〕
以下、上記各工程について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る、コークス炉および高炉からなる溶銑製造工程を説明するためのフロー図である。

・コークス製造工程
本工程においては、コークス炉（１）にて高反応性低強度コークス（Ａ）と低反応性高強度コークス（Ｂ）とを造り分ける。

ここで、高反応性低強度コークス（Ａ）は、鉱石類に混合して鉱石の還元性を向上させる目的で用いられるものであることから、その反応性はできるだけ高くすることが望まれるが、他方その強度は過度に粉化しない程度に確保されていれば十分であり、スペーサとして用いられる通常のコークスほどの強度を必要としない。

一方、低反応性高強度コークス（Ｂ）は、主に塊コークスとして高炉内での通気性を確保するためのスペーサの役目を担うことから、その強度はできるだけ高くすることが望まれるが、他方その反応性は、上記高反応性低強度コークス（Ａ）の並存によりそれほど必要とせず、通常のコークスよりも低くすることができる。

以上の観点より、高反応性低強度コークス（Ａ）の反応性指数ＣＲＩは、通常のコークスより高めの３０超、さらには３５以上、特に４０のものが好ましく、また、低反応性高強度コークス（Ｂ）のＣＲＩより５以上、さらには１０以上高くするのが好ましい。ここで、ＣＲＩとは、粒径２０±１ｍｍのコークス２００ｇを、１１００℃にて、ＣＯ₂ガスを５ＮＬ／ｍｉｎの流量で流して２ｈ反応させた時のコークスの質量減少率（％表示）をいう。

一方、低反応性高強度コークス（Ｂ）のドラム強度指数ＤＩ^１５０ _１５は、高反応性低強度コークス（Ａ）のＤＩ^１５０ _１５より０．５以上、さらには１．０以上高くするのが好ましい。ここで、ＤＩ^１５０ _１５とは、ＪＩＳＫ２１５１に準じてドラム試験機で１５０回転後の１５ｍｍ以上の塊の質量割合（％表示）をいう。

上記２種類のコークス（ＡおよびＢ）は、コークス炉（１）にて例えば以下のようにして造り分けることができる。すなわち、全購入石炭の粘結炭（Ｌ）と非微粘結炭（Ｍ）との購入割合が固定されている場合、コークス炉（１）で使用する全購入石炭量（Ｌ＋Ｍ）に対する非微粘結炭（Ｍ）の使用割合をＸ質量％としたとき、非微粘結炭（Ｍ）の配合割合をＸ質量％より高めた配合炭（Ｐ）と、非微粘結炭（Ｍ）の配合割合をＸ質量％より低めた配合炭（Ｑ）とを所定の割合で作製し、これらの配合炭（ＰおよびＱ）をコークス炉（１）の別々の炭化室に装入して乾留すればよい。これにより、配合炭（Ｐ）から高反応性低強度コークス（Ａ）が、配合炭（Ｑ）から低反応性高強度コークス（Ｂ）が、それぞれ製造できる。

ここで、高反応性低強度コークス（Ａ）は後述の第１整粒工程で粉砕等により小粒化されることから、配合炭（Ｐ）を乾留して高反応性低強度コークス（Ａ）を製造する炭化室では、その炉温を従来より高めて予め乾留後のコークスを細粒化するようにしてもよい。一方、低反応性高強度コークス（Ｂ）は後述の第２整粒工程で説明するように主として大塊で用いることから、配合炭（Ｑ）を乾留して低反応性高強度コークス（Ｂ）を製造する炭化室では、その炉温は従来と同じかやや低めて細粒化をできるだけ抑制するようにするのが好ましい。

・第１整粒工程
本工程においては、上記のようにしてコークス炉（１）で製造された高反応性低強度コークス（Ａ）を整粒して小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）を調製する。

ここで、小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）とは、鉱石類と同程度の粒度まで小粒化したものをいい、粒径範囲の下限は高炉内ガスにより流動化しない下限サイズである５ｍｍ程度、上限は鉱石類の上限とほぼ同等の４０ｍｍ、望ましくは３０ｍｍ、さらに望ましくは２０ｍｍ程度とする。

このような粒度に調製するため、例えば高反応性低強度コークス（Ａ）を破砕機（２）と篩（３）を組み合わせて整粒し、篩上を小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）とし、篩下は後述の低反応性高強度コークスの篩下とともに粉コークス（Ｆ）とし焼結機で焼結鉱製造用の固体燃料として利用する。

〔３〕第２整粒工程
本工程では、低反応性高強度コークス（Ｂ）を整粒して大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）と小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）とを調製する。

ここで、大塊低反応性高強度コークス（以下、単に「大塊コークス」ともいう。）（Ｂ_１）とは、通常の塊コークスと同等の粒度（例えば粒径４０〜１００ｍｍ）のものをいい、小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）とは、それより小さい粒度（上記小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）と同等の粒度）のものをいう。

このような粒度に調製するため、低反応性高強度コークス（Ｂ）を従来と同様、二段の篩（４および５）を用いて整粒し、各篩上を大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）および小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）とし、篩下は上記高反応性低強度コークス（Ｂ）の篩下とともに粉コークス（Ｆ）とし焼結機で焼結鉱製造用の固体燃料として利用する。

〔４〕混合工程
本工程では、上記第１および第２整粒工程で調製した、小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）および小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）（これらを総称して「小粒コークス」と呼ぶ。）を鉱石類（Ｃ）に混入して混合物（Ｄ）とする。

ここで、鉱石類とは、焼結鉱、ペレット、塊鉱石等の鉱石の他、必要により、石灰石、珪石等の造滓材を含むものをいう。

小粒コークス（Ａ_２およびＢ_２）の鉱石類（Ｃ）への混入は、例えば従来と同様、ベルトコンベア上にそれぞれを所定量ずつ切り出すことにより行うことができる。

ここで、鉱石類（Ｃ）への小粒コークス（Ａ_２およびＢ_２）の混入量、換言すれば、小粒コークス（Ａ_２およびＢ_２）の高炉への装入量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］は、以下のようにして決定することができる。すなわち、まず、小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）については、上記第２整粒工程で篩い分けにて得られた全量を用いることから自動的に定まる。次いで、下記式１を満たすように、高炉（６）への小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）の装入量Ｗ_Ａ２［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］を定める。

式１Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００≦Ｃ_ＳＬ＋Ｃ_Ｃ−Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）
ここに、％Ｃ_Ａは高反応性低強度コークス（Ａ）のＣ含有率［質量％］、Ｃ_ＳＬは高炉（６）におけるソリューションロスＣ量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、Ｃ_Ｃは溶銑中のＣ含有量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、Ｗ_Ｂ２は小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）の高炉（６）への装入量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、％Ｃ_Ｂは低反応性高強度コークス（Ｂ_２）のＣ含有率［質量％］、Ｗ_ＰＣは前記高炉における微粉炭比［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、％Ａｓｈ_ＰＣは前記微粉炭の灰分［質量％］、％ＢＲ_ＰＣは前記微粉炭のレースウェイ内燃焼率［％］である。

上記式１は以下の考え方より導出されたものである。すなわち、高炉（６）内においては、ソリューション反応および溶銑への浸炭に用いられるＣ源としては、粒度の小さい炭材から優先的に消費され、それらが消費され尽くしたあとで、最も粒度の大きい大塊コークスが消費される。よって、高炉（６）におけるソリューションロスＣ量Ｃ_ＳＬと溶銑中のＣ含有量（すなわち、浸炭量）Ｃ_Ｃとの合計量から、小粒コークス中のＣ量（Ａ_２およびＢ_２のＣ量の合計量）と、羽口から吹き込まれた微粉炭のうちレースウェイ内で燃焼し切らずに未燃焼のままレースウェイから流出した部分（レースウェイ内での未燃焼分）のＣ量とを差し引いた残部［Ｃ_ＳＬ−（Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００＋Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００）−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）］が、大塊コークス（Ｂ_１）から消費されるＣ量に相当する。したがって、小粒コークス（Ａ_２）の装入量を増加することにより、この大塊コークス（Ｂ_１）から消費されるＣ量を可及的に少なくすることができ、大塊コークス（Ｂ_１）の劣化が抑制され、高炉内の通気性および通液性を向上させることができる。しかしながら、小粒コークス（Ａ_２）の装入量を過剰にすると、上記大塊コークス（Ｂ_１）のソリューションロス等によるＣ消費はなくなるものの、小粒コークス（Ａ_２および／またはＢ_２）が消費し切れずに残存してしまい却って還元材比が上昇してしまうので、上記大塊コークス（Ｂ_１）からの消費Ｃ量［Ｃ_ＳＬ−（Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００＋Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００）−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）］≧０の範囲、つまり、Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００≦Ｃ_ＳＬ−Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）の範囲で小粒コークス（Ａ_２）の装入量Ｗ_Ａ２を調整するのがよいこととなる。

〔５〕装入工程
本工程においては、上記のようにして鉱石類（Ｃ）に小粒コークス（Ａ_２およびＢ_２）の配合割合を調整した混合物（Ｄ）と、大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）とを交互に高炉（６）に装入する。

この結果、混合物（Ｄ）は鉱石層を形成するが、鉱石層中に高反応性の小粒コークス（Ａ_２）を混入したことにより、鉱石の還元効率が従来よりさらに向上する。また、大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）はコークス層を形成するが、当該大塊コークス（Ｂ_１）は、それ自身高強度であることに加え、上記鉱石層中の小粒コークス（Ａ_２）の優先的な消費によってソリューションロス等による劣化が抑制されるので、高炉内通気性も従来よりさらに向上する。

（変形例）
上記実施形態では、小粒コークス（Ａ_２）の高炉への装入量は上記式１を満たす範囲とする例を示したが、これに替えて下記式２を満たす範囲としてもよい。

式２Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００≦Ｃ_ＳＬ−Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）

上記式２は、上記式１より溶銑への浸炭量Ｃ_Ｃを除外したものである。すなわち、大塊コークス（Ｂ_１）は、炉芯コークスを形成し、最終的には溶銑中に浸炭して消費されるものであるので、この浸炭分は大塊コークス（Ｂ_１）に受け持たせても、大塊コークス（Ｂ_１）の劣化にはさほどの影響を及ぼさないことから、ソリューションロス反応分のみを考慮したものである。

また上記実施形態では、高反応性低強度コークス（Ａ）と低反応性高強度コークス（Ｂ）との造り分けを、室炉のみを用いて異なる組成の配合炭を別々の炭化室で乾留して製造する手段を例示したが、高反応性低強度コークス（Ａ）は成型コークス法で製造し、低反応性高強度コークス（Ｂ）は室炉で製造する手段を用いてもよい。成型コークス法を用いることで所望の粒径のコークスを直接製造できるので、成型コークス製造設備を別途必要とするものの、小粒コークス（Ａ_２）作製のための整粒工程を省略できるとともに、破砕による歩留低下を防止できるメリットがある。

また上記実施形態では、全購入石炭における粘結炭（Ｌ）と非微粘結炭（Ｍ）との購入割合が固定されている場合において、高反応性低強度コークス（Ａ）と低反応性高強度コークス（Ｂ）の石炭配合（非微粘結炭（Ｍ）の配合割合）を調整することで、鉱石の還元効率および高炉内通気性を向上させる例を示したが、低反応性高強度コークス（Ｂ）の石炭配合（非微粘結炭（Ｍ）の配合割合）は現状どおりとして該コークスの反応性および強度は現状レベルに維持することによって高炉操業を現状レベルに維持しつつ、高反応性低強度コークス（Ａ）製造のために非微粘結炭（Ｍ）の配合割合を高めた分だけ、全購入石炭における非微粘結炭（Ｍ）の購入割合を現状より増やすことでコークス製造コストを低減することも可能である。

本発明の効果を確証するため、まず、全購入石炭の粘結炭（Ｌ）と非微粘結炭（Ｍ）との購入割合が固定されている場合についてシミュレーション計算を実施した。

本シミュレーション計算の前提条件は、国内の代表的な一貫製鉄所における高炉操業およびコークス炉操業の平均的なデータより以下のように定めた。なお、以下の数値のうち、一定値および基準値の表示のないものは固定値である。また、基準値は、コークスの造り分けを行わない従来技術（比較例）の場合における値である。また、コークス性状の変化量および高炉操業の変化量は、下記注１〜４にて注記するように、各種文献データを参照しつつ妥当な値に設定した。

（前提条件）
・購入石炭：粘結炭８０％、非微粘結炭２０％（一定値）
・コークス生産量：３９５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（基準値）
・コークスの粒度別割合：
通常コークスまたは低反応性高強度コークス：大塊コークス８５％、小粒コークス１０％、粉コークス５％
高反応性低強度コークス：小粒コークス９５％、粉コークス５％
・コークスの灰分：１２質量％
・微粉炭比：１２５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（基準値）
・微粉炭の灰分：８質量％
・微粉炭のレースウェイ内燃焼率：８０％
・高炉におけるソリューションロスＣ量：９０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ
・コークス性状：
基準値：ＤＩ^１５０ _１５：８４．５、ＣＲＩ：３０．０
変化量：非微粘結炭の配合割合：＋１０質量％あたり、ＤＩ^１５０ _１５：−１．０（下記注１参照）、ＤＩ^１５０ _１５：−１．０あたり、ＣＲＩ：＋５．０（下記注２参照）
・高炉操業の変化量：大塊コークスのＤＩ^１５０ _１５：＋１．０あたり、大塊コークス比：−１０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（下記注３参照）、小粒コークスのＣＲＩ：＋１０あたり、微粉炭比：−４ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（下記注４参照）

注１：(1)「特開２００２−２９４２５０号公報」の表１における炭種とＤＩ１５０／１５実測値との関係、および(2)「坂輪ら：鉄鋼技術の流れ第２シリーズ、第１２巻、石炭・コークス、２００２年１２月２０日発行、日本鉄鋼協会、ｐ．１０２」の図４．２．５における冷間強度ＤＩ^１５０ _１５（％）に及ぼす一般炭使用（＋１０％）の影響度合いを参考にして設定した。
注２：(3)「特開平１０−３６８５５号公報」の表２におけるコークス冷間強度ＤＩの操業実績値とΣＣＲＩとの関係を参考にして設定した。
注３：(4)「特開平６−１０８１２６号公報」の表１におけるコークス冷間強度（ＤＩ１５０／５０）（％）と燃料比（ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）との関係、(5)「日本鉄鋼協会編、第３版鉄鋼便覧第II巻製銑・製鋼、昭和５４年１０月１５日発行、丸善、ｐ．２５９」の図５・８４におけるＤＩ^３０ _１５〔％〕とコークス比〔ｋｇ／ｔ〕との関係に(6)「燃料協会誌、第５８巻、第６３１号（１９７９）、ｐ．９３３」の表３における各種ＤＩ指数間の関係式を用いて変換して得られた、ＤＩ^１５０ _１５〔％〕とコークス比〔ｋｇ／ｔ〕との関係、および(7)「ＩＳＩＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｖｏｌ．４５（２００５）、Ｎｏ．１０、ｐ．１３７６」のＦｉｇ．１７におけるＤＩ１５０−１５（％）とＲＡＲ［還元材比］（ｋｇ／ｔ）との関係を参考にし、燃料比（還元材比）の減少は全量コークス比の減少とみなすことより設定した。
注４：(8)「ＩＳＩＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、Ｖｏｌ．４５（２００５）、Ｎｏ．１０、ｐ．１３８２」のＦｉｇ．６におけるＪＩＳ−ＲＩ＝７０％でのＣＲＩ（％）とＲＡＲ［還元材比］（ｋｇ／ｔ）との関係を参考にし、燃料比（還元材比）の減少は全量微粉炭比の減少とみなすことより設定した。

（計算条件）
［比較例］（従来技術に相当）
コークス炉のすべての炭化室に装入する配合炭の配合割合を、購入石炭の割合と等しい、粘結炭８０％、非微粘結炭２０％（一定）とする。コークス炉で製造されたコークス（通常コークス）は、全量、大塊コークスと小粒コークスと粉コークスとに分級し、大塊コークスはコークス層に、小粒コークスは鉱石類に混合して鉱石層に装入する。

［発明例１］（上記実施形態に相当）
コークス炉の全炭化室の８．３％分の炭化室に装入する配合炭は、高反応性低強度コークスの原料として、その配合割合を、購入石炭の割合より非微粘結炭の配合割合を高めた、粘結炭４０％、非微粘結炭６０％とする。残りの炭化室に装入する配合炭は、低反応性高強度コークスの原料として、その配合割合は、購入石炭の割合と上記高反応性低強度コークス用原料の配合割合とからバランス計算により決定する。そして、コークス炉で製造された高反応性低強度コークスは、小粒コークスと粉コークスとに分級する一方、低反応性高強度コークスは、大塊コークスと小粒コークスと粉コークスとに分級し、大塊コークスはコークス層に、小粒コークスは鉱石類に混合して鉱石層に装入する。

（計算結果）
シミュレーション計算の結果を上記前提条件および計算条件とともに下記表１に示す。

上記表１に示すように、発明例１は従来（比較例）に比べて、小粒コークス比が２８ｋｇ／ｔ-ｐｉｇ上昇（４０→６８ｋｇ／ｔ−ｐｉg）し、これに伴って、還元材比一定の条件では大塊コークス比は２８ｋｇ／ｔ-ｐｉｇ低下することとなるが、大塊コークスのＤＩ^１５０ _１５が従来（比較例）より０．４（８４．５→８４．９）高くなることにより、大塊コークス比はさらに４ｋｇ／ｔ-ｐｉｇ低下し、トータルで３２ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ低下（３３６→３０４ｋｇ／ｔ−ｐｉg）している。

一方、高反応性低強度コークス由来の小粒コークス（小粒高反応性低強度コークス）（Ａ_２）３３ｋｇ／ｔ−ｐｉｇを鉱石層に添加したことにより、ソリューションロスＣ量９０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇのうち２９ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（３３×（１−１２／１００）＝２９）分が通常コークスから高反応性低強度コークスに置換されている。したがって、微粉炭比は、従来（比較例）に比べて、３ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ低下（（２９／９０）×（５０−３０）×０．４＝３）している。以上の結果、還元材比はトータル７ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ低下（５０１→４９４ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）しており、溶銑製造コストの大幅な低減効果が得られることが分かる。

なお、発明例１では、大塊コークス比は従来（比較例）より３２ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ減少（３３６ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ→３０４ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）しているため、スペーサとしての機能が阻害されるようにも思える。しかしながら、大塊コークスのソリューションロスＣ量も従来（比較例）より２４ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ減少（３２→８ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ；大塊コークス量で２７ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ減少に相当）しており、ソリューションロス反応にて消費されずに残存する大塊コークス量は従来（比較例）とほぼ同等であり、スペーサとしての機能にはほとんど影響を及ぼさない。

次に、低反応性高強度コークス（Ｂ）における非微粘結炭（Ｍ）の配合割合は従来どおりに維持しつつ、高反応性低強度コークス（Ａ）製造のため非微粘結炭（Ｍ）の配合割合を高めた場合についてシミュレーション計算を実施した。

本シミュレーション計算の前提条件は、下記に示すように購入石炭の割合が一定値でなく基準値である（すなわち、購入石炭の割合が変化しうる）点を除き、上記実施例１と同様である。

（前提条件）［上記実施例１の前提条件との相違点のみを示す］
・購入石炭：粘結炭８０％、非微粘結炭２０％（基準値）

（計算条件）
［発明例２］（上記実施形態の変形例に相当）
コークス炉の全炭化室の８．３％分の炭化室に装入する配合炭は、高反応性低強度コークスの原料として、その配合割合を、従来（上記実施例１の比較例、以下、単に「比較例」という。）より非微粘結炭の配合割合を高めた、粘結炭４０％、非微粘結炭６０％とする。残りの炭化室に装入する配合炭は、低反応性高強度コークス（＝通常コークス）の原料として、従来（比較例）と同じ配合割合に維持する。そして、上記発明例１と同じく、コークス炉で製造された高反応性低強度コークスは、小粒コークスと粉コークスとに分級する一方、低反応性高強度コークス（＝通常コークス）は、大塊コークスと小粒コークスと粉コークスとに分級し、大塊コークスはコークス層に、小粒コークスは鉱石類に混合して鉱石層に装入する。

（計算結果）
シミュレーション計算の結果を、比較例と対比させて、上記前提条件および計算条件とともに下記表２に示す。

上記表２より明らかなように、大塊コークスのＤＩ^１５０ _１５は従来（比較例）と同じに維持されていることから、上記発明例１のようなＤＩ^１５０ _１５の上昇による大塊コークス比のさらなる低減効果は得られない。しかしながら、高反応性低強度コークス由来の小粒コークス（小粒高反応性低強度コークス）（Ａ_２）を上記発明例１と同じ３３ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ分を鉱石層に添加したことにより、微粉炭比は、従来（比較例）に比べて、３ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ低下している。したがって、還元材比の低下は、上記発明例１の７ｋｇ／ｔ−ｐｉｇより少ないものの、３ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（５０１→４９８ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）の低減効果が得られている。

これに加えて、上記発明例１および比較例に比較し、高価な粘結炭の購入割合が減少し、安価な非微粘結炭の購入割合が増加したことによって、コークスの製造コストが低減でき、上記還元材比の低下ともあいまって、溶銑製造コストの大幅な低減効果が得られる。

なお、発明例２では、大塊コークス比は従来（比較例）より２８ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（３３６ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ→３０８ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）減少しているものの、大塊コークスのソリューションロスＣ量も従来（比較例）より２４ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（３２→８ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）減少（大塊コークス量で２７ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ減少に相当）しており、ソリューションロス反応にて消費されずに残存する大塊コークス量は従来（比較例）とほとんど同じであり、スペーサとしての機能に影響を及ぼさないのは上記発明例１と同様である。

本発明の一実施形態に係る、コークス炉および高炉からなる溶銑製造工程を説明するためのフロー図である。

符号の説明

１：コークス炉
２：破砕機
３，４，５：篩
６：高炉
Ａ：高反応性低強度コークス
Ａ_２：小粒高反応性低強度コークス（小粒コークス）
Ｂ：低反応性高強度コークス
Ｂ_１：大塊低反応性高強度コークス（大塊コークス）
Ｂ_２：小粒低反応性高強度コークス（小粒コークス）
Ｃ：鉱石類
Ｄ：混合物
Ｆ：粉コークス
Ｌ：粘結炭
Ｍ：非微粘結炭
Ｐ，Ｑ：配合炭

Claims

コークス炉で製造したコークスを還元材として用いて溶銑を製造する高炉の操業方法であって、下記〔１〕〜〔５〕の工程を備えたことを特徴とする高炉操業方法。
〔１〕前記コークス炉にて高反応性低強度コークス（Ａ）と低反応性高強度コークス（Ｂ）とを造り分けて、前記高反応性低強度コークス（Ａ）の反応性指数ＣＲＩを３０超とするとともに、前記低反応性高強度コークス（Ｂ）のＣＲＩとの差を５以上とし、かつ、前記低反応性高強度コークス（Ｂ）のドラム強度指数ＤＩ ^１５０ _１５と前記高反応性低強度コークス（Ａ）のＤＩ ^１５０ _１５との差を０．５以上とするコークス製造工程
〔２〕前記高反応性低強度コークス（Ａ）を整粒して小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）を調製する第１整粒工程
〔３〕前記低反応性高強度コークス（Ｂ）を整粒して大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）と小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）とを調製する第２整粒工程
〔４〕前記小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）および前記小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）を鉱石類（Ｃ）に混入して混合物（Ｄ）とする混合工程
〔５〕この混合物（Ｄ）と前記大塊低反応性高強度コークス（Ｂ_１）とを交互に前記高炉に装入する装入工程。
下記式１を満たすように、前記高炉への前記小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）の装入量Ｗ_Ａ２［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］を調整する請求項１に記載の高炉操業方法。
式１Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００≦Ｃ_ＳＬ＋Ｃ_Ｃ−Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）
ここに、％Ｃ_Ａは前記高反応性低強度コークス（Ａ）のＣ含有率［質量％］、Ｃ_ＳＬは前記高炉におけるソリューションロスＣ量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、Ｃ_Ｃは溶銑中のＣ含有量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、Ｗ_Ｂ２は前記小粒低反応性高強度コークス（Ｂ_２）の前記高炉への装入量［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、％Ｃ_Ｂは前記低反応性高強度コークス（Ｂ_２）のＣ含有率［質量％］、Ｗ_ＰＣは前記高炉における微粉炭比［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］、％Ａｓｈ_ＰＣは前記微粉炭の灰分［質量％］、％ＢＲ_ＰＣは前記微粉炭のレースウェイ内燃焼率［％］である。
前記式１に替えて下記式２を満たすように、前記高炉への前記小粒高反応性低強度コークス（Ａ_２）の装入量Ｗ_Ａ２［ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ］を調整する請求項２に記載の高炉操業方法。
式２Ｗ_Ａ２×％Ｃ_Ａ／１００≦Ｃ_ＳＬ−Ｗ_Ｂ２×％Ｃ_Ｂ／１００−Ｗ_ＰＣ×（１−％Ａｓｈ_ＰＣ／１００）×（１−％ＢＲ_ＰＣ／１００）
前記コークス炉で使用する全石炭量に対する非微粘結炭の使用割合をＸ質量％としたとき、前記非微粘結炭の配合割合をＸ質量％より高めた配合炭（Ｐ）と、前記非微粘結炭の配合割合をＸ質量％より低めた配合炭（Ｑ）とを作製し、これらの配合炭（ＰおよびＱ）を前記コークス炉の別々の炭化室に装入して乾留することにより、前記高反応性低強度コークス（Ａ）と前記低反応性高強度コークス（Ｂ）とを造り分ける請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉操業方法。