JP4894949B2 - 高炉操業方法 - Google Patents
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更には、下記特許文献2に記載されるように、石炭と鉄鉱石とを混合し、成型した成型物を乾留して製造されるフェロコークスを用いた方法もある。フェロコークスは、高反応性のため、焼結鉱の還元を促進すると共に、一部還元された鉄鉱石が含まれているので、高炉の熱保存帯温度を下げることができ、還元材比を低下させることができる。
フェロコークスを用いた場合の炉頂ガス温度制御方法として、下記特許文献3に記載されるように高炉装入原料を加熱した後に炉頂から装入する方法や、下記特許文献4に記載されるように、羽口からの送風の酸素富化率、羽口からの還元材の吹き込み量、羽口からの送風の窒素富化率の中から選ばれる1種、又は2種以上を制御する方法がある。
羽口からの投入水素量が増え、酸化鉄の還元のうち、水素還元の比率が大きくなっていくと、シャフト部の温度が低下し、鉄鉱石、焼結鉱等装入物の低温領域での滞留時間が拡大する可能性があることを示唆している。シャフト部の低温領域の拡大は、焼結鉱の還元粉化領域の拡大を意味し、還元による鉄鉱石等の粉化により、通気性及び装入物降下挙動を悪化させる。
高炉装入原料の一部としてフェロコークスを使用する高炉操業の際に、高炉の炉頂部に設置された原料装入用のバンカー内で高炉装入原料を加熱する方法であるが、例えば、1日10000tの溶銑を製造する高炉において、約15000tの鉄鉱石、約3200tのコークスを100℃〜200℃に予熱するためには膨大な熱量を必要とし、経済的でないと考えられる。
高炉装入原料の一部としてフェロコークスを使用する高炉操業の際に、羽口からの送風の酸素富化率、羽口からの還元材吹き込み量、羽口からの送風の窒素富化率の中から選ばれる1種、又は2種以上を制御する方法であるが、この方法では、各高炉の操業毎の最適条件を事前に詳細に調査する必要があること、また送風への酸素富化、窒素富化、吹き込み還元材の吹き込み量には高炉毎の設備能力上、調整幅に限界があることも考えられ、非常に優れた技術でありながら、送風機、酸素分離器、吹き込み還元材乾燥、粉砕、搬送設備などの多岐にわたる大規模な設備投資が必要となる可能性がある。
前記少なくとも一つを制御は、高炉のシャフト部から吹き込むシャフトガスの吹き込み温度、吹き込み量、及び吹き込み高さ位置からなるグループから選択された少なくとも一つを制御することにより、炉頂ガス温度を80℃超えに制御することからなるのが好ましい。
前記シャフトガスの吹き込みは、シャフト部に設けられたシャフトガスの吹き込み管から6〜100m/sの先端ガス流速でシャフトガスを高炉内に吹き込むのが好ましい。前記先端ガス流速が、10〜72m/sであるのがより好ましく、15〜72m/sであるのが最も好ましい。
前記シャフトガスの吹き込み量は、20〜200Nm3/tであるのが好ましい。
前記シャフトガスの吹き込みは、水平または水平から下向き45°の範囲の角度でシャフト部から高炉内にシャフトガスを吹き込むことからなるのが好ましい。前記角度は下向き15°〜45°であるのが好ましい。
前記シャフトガスの吹き込みは、高炉円周方向の4ヶ所以上から高炉内にガスを吹き込むことからなるのが望ましい。
前記シャフトガスは、O2の除去された燃焼排ガスであるのが望ましい。
前記シャフトガスは、少なくともCO及びCO2の何れか一方又は双方を含有する燃焼排ガスであるのが望ましい。
前記シャフトガスは、高炉ガスであるのが望ましい。
さらに、前記シャフトガスの吹き込み管の先端ガス流速を6〜100m/s以下として、シャフト部からシャフトガスを吹き込むため、吹き込む部位に、鉱石、コークスの混合層形成が生じにくく、高炉操業に悪影響がでない。
また、前記シャフトガスの吹き込み量を、20〜200Nm3/tとして装入物の加熱を行なうため、装入物の昇温が効率的にできる。
また、前記シャフトガス吹き込み角度を水平0°から下向き45°の範囲で行なうため、シャフトガス吹き込み部分を閉塞させることがない。
また、前記シャフトガスの吹き込みは、高炉円周方向の4ヶ所以上から行なうことにより、高炉円周方向で均一な炉頂温度維持が可能となる。
また、シャフトガスとして、少なくともCO及びCO2の何れか一方又は双方を含有する燃焼排ガスを用いることとしたため、炉内の還元作用を阻害することがなく、高炉ガスを始め、多種の燃焼排ガス及びその顕熱を利用することができる。
また、シャフトガスとして高炉ガスを用いることとしたため、炉内雰囲気を確保することができる。
図1は、本実施形態の高炉操業方法が適用された高炉の全体図である。シャフトとは、この高炉のうち、高炉上部から下方に向けて下広がりになった部分である。
この高炉1では、羽口2から熱風を吹き込み、炉内に装入されたコークスを燃焼させて鉄鉱石を還元、溶融させて溶銑とし、炉床部に設けた図示しない出銑孔から出銑する操業を行う。なお、図中の矢印は、ガス流れを示している。
なお、本発明におけるシャフトガス吹き込みによる炉頂ガス温度制御の対象となるフェロコークスの使用量は、熱保存帯温度低下効果が発現し、高炉炉頂ガス温度の低下が生じ始める全コークス量の2mass%以上から、高炉炉内でガス化しきれなかったフェロコークスが炉下部に多量に存在して高炉内部の通気性が悪化する全コークス量の60mass%までである。さらに、前記フェロコークスが全コークス量の10mass%以上、35mass%以下であるのがより好ましい。
高炉の熱物質収支モデルによる炉頂ガス温度変化の検討結果を下記表1に示す。
ヒートロス、微粉炭比を一定にして熱保存帯温度、シャフト効率が炉頂温度に及ぼす影響を調査した。表中のベースに対して、装入物分布調整等でガス還元効率を表すシャフト効率を0.05改善させた場合のケース1では、還元材比はベースに対して、−18.2kg/tとなり、炉頂温度の低下は、−14.6℃であった。一方、フェロコークスを使用した場合に想定される熱保存帯温度が大幅に低下したようなケース2では還元材比は−37.0kg/tとなり、炉頂ガス温度の低下は、−85.7℃であった。どちらのケースも還元材比の低下により炉頂ガス温度は低下するが、熱保存帯温度が低下したケース2の方が、炉頂ガス温度低下に及ぼす影響が大きいことが分かる。また、一般に還元材比を低下させると炉頂ガス温度も低下するが、還元材比1kg/t低減時の炉頂ガス温度低下量は、ケース1では−0.8、ケース2では−2.32となり、熱保存帯温度低下を伴う還元材比低下時は、炉頂ガス温度の低下幅が大きいことがわかる。従って、フェロコークス使用によって熱保存帯温度低下を介して還元材比低減を図る場合には、通常の還元材比低減よりも炉頂ガス温度の確保に留意する必要がある。そのため、高炉においてフェロコークスを使用するような場合は、炉頂ガス温度の低減対策として本発明に示すシャフト部からのシャフトガスの吹き込みによる温度制御を行う高炉操業方法がより有効となるのである。
前記シャフトガスが高炉の周方向全周から等間隔に吹き込まれるように、本発明では、少なくとも高炉円周方向の4カ所以上から行う。4カ所以上で等間隔の配置で吹き込むことにより、高炉円周方向でほぼ均一の温度分布を得ることができる。好ましくは6カ所以上がよい。また、前記シャフトガス吹き込み管3の高さ位置を調整可能とするため多段配置とする理由は、シャフトガスの温度や高炉1の炉頂部の温度に応じて、シャフトガスの吹き込み高さ位置を変更可能としたものである。また、本発明においては、図2に示す理由から、シャフトガスは、原料表層から7mより下に吹き込む。図2は、シャフトガスを吹き込んだ際、炉頂温度と固体(装入物)温度にシャフトガスが及ぼす効果を示したもので、原料表層からの各位置における温度変化を示したものである。即ち、吹き込んだシャフトガスにより、装入物が加熱され、同時に炉頂ガス温度も上昇するが、装入物はシャフトガス吹き込み位置が原料表層から7mに達した段階で装入物加熱もほぼ完了する結果が得られ、その結果から、シャフトガスは、原料表層から7mより下に吹き込む必要があることが判明した。
これに対し、図5は、シャフトガス吹き込み管3を上向きの角度に設置し、シャフトガス4の吹き込みを上向きに行う、水平に対するシャフトガス4の傾斜角度θ<0°の吹き込みの場合である。このような場合には、シャフトガス吹き込み管3への鉱石5やコークス6の流れ込みが容易となり、それらの流れ込み19によるシャフトガス吹き込み管3の閉塞が発生すると考えられる。
更に、シャフトガスの吹き込み温度は、200℃未満では、制御対象である炉頂ガス温度と差が小さくなり、昇温効果が不足するため、200℃以上の温度が装入物加熱のために必要であり、上限は、吹き込み設備の耐熱温度、コストから定まるが、1000℃以下が好ましい。
本実施形態では、炉内容積5000m3の高炉において、フェロコークスを装入原料として用いない通常の操業であるコークス比390kg/t、微粉炭比100kg/tの操業条件をベースに、鉄:コークス=0.4:0.6の質量比のフェロコークスを使用した操業試験を行った。フェロコークスは、以下のようにして製造した。鉄鉱石と石炭との混合物(0.4:0.6の質量比率)に、バインダーとしてアスファルトピッチと軟ピッチの混合物を5mass%添加して、ミキサーで撹拌して混合した後、線圧5t/cmで成型して6ccのブリケット成型物を製造した。鉄鉱石には、粒径100ミクロン以下(−100μm)のペレットフィードを用いた。石炭には最大平均反射率1.0%の石炭を用いた。石炭の粒度は、全量を粒径3mm以下(−3mm)に粉砕したものを用いた。このブリケットを専用の乾留炉であるシャフト炉で加熱して石炭を乾留し、フェロコークスを製造した。そして、このフェロコークスと鉄原料とを混合し、その混合物と塊コークスとを交互に炉内に装入して操業を行った。
ケース1〜ケース10の試験後、更にコークス比を低減し、フェロコークス比を増大し、還元材比を低減化して実際に高炉操業を行った。試験ケース11〜ケース20のフェロコークス使用条件、試験条件と高炉操業結果を示す。
また、シャフトガスとして、高炉の炉頂ガスの一部を用いる場合については、高炉の炉頂ガスは製鉄所内でエネルギー源として有効に使用されているため、その炉頂温度の必要回復量に応じて、シャフトガスの吹き込み量、吹き込み高さ位置、吹き込み温度の操作因子を調整することにより、より少ない高炉ガス循環量で、最大限の効果を得ることが可能となり、省エネルギーにつながる。
また、シャフトガスとして、O2の除去された燃焼排ガスを用いることにより、炉内の還元作用を阻害することがない。
また、シャフトガスとして高炉ガスを用いることにより、炉内雰囲気を確保することができる。
Claims (15)
- 高炉への装入原料としてフェロコークスを使用し、
高炉のシャフト部から高炉内にガスを吹き込み、
高炉のアップテイクで測定された炉頂ガス温度に応じて、前記ガスの吹き込み温度、吹き込み量、及び、吹き込み高さ位置からなるグループから選択された少なくとも一つを制御することにより、炉頂ガス温度を80℃超えに維持すると共に、
高炉の炉内温度が前記ガスの温度より低い位置をガス吹き込み高さ位置となるように、ガス吹き込み管の高さ位置を多段配置として、ガス吹き込み高さ位置を制御する、
高炉操業方法。 - 前記装入原料が、鉄鉱石、コークスと前記フェロコークスを含み、
前記フェロコークスが、コークスとフェロコークスの合計である全コークス量の2mass%以上、60mass%以下である、
請求項1に記載の高炉操業方法。 - 前記装入原料が、鉄鉱石、コークスと前記フェロコークスを含み、
前記フェロコークスが、コークスとフェロコークスの合計である全コークス量の10mass%以上、35mass%以下である、
請求項1に記載の高炉操業方法。 - 前記ガスの吹き込みが、シャフト部に設けられたガスの吹き込み管から6〜100m/sの先端ガス流速でガスを高炉内に吹き込むことからなる請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記先端ガス流速が、10〜72m/sである請求項4に記載の高炉操業方法。
- 前記先端ガス流速が、15〜72m/sである請求項5に記載の高炉操業方法。
- 前記ガスの吹き込み温度が、200〜1000℃である請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記ガスの吹き込み量が、20〜200Nm3/トン−銑鉄である請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記ガスの吹き込みが、水平または水平から下向き45°の範囲の角度でシャフト部から高炉内にガスを吹き込むことからなる請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記角度が、下向き15°〜45°である請求項9に記載の高炉操業方法。
- 前記ガスの吹き込みが、原料表面から7m以上深い位置から高炉内にガスを吹き込むことからなる請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記ガスの吹き込みが、高炉円周方向の4ヶ所以上から高炉内にガスを吹き込むことからなる請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記ガスが、O2の除去された燃焼排ガスである請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記ガスが、少なくともCO及びCO2の何れか一方又は双方を含有する燃焼排ガスである請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記ガスが、高炉ガスである請求項1に記載の高炉操業方法。
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