JP5251408B2 - 高炉操業方法 - Google Patents
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(1)ベル・アーマー型炉頂装置を用いて、塊鉱石を含む鉱石とコークスとを交互に高炉炉内に装入する高炉操業方法において、高炉炉内に鉱石を装入するために高炉炉頂へ装入物を搬送する装入ベルトコンベア上に前記鉱石を積載するにあたり、前記塊鉱石のうちで当該積載された鉱石全体の3体積%以上5体積%以下の体積の塊鉱石を、装入ベルトコンベアの先頭部に配置することを特徴とする高炉操業方法。
1.塊鉱石および塊コークスの混合物の堆積時の偏析現象
本発明者らは、塊鉱石の落下点近傍に塊鉱石と塊コークスとの均一な混合層を作成できる装入方法を見出すべく、実高炉のベル・アーマー型炉頂装入装置を模擬した実物大の装置による装入実験を実施し、詳細な解析を行った。なお、ベル・アーマー型装入装置の常法によりアーマー(ムーバブルアーマー)の位置を変化させることで、炉内半径方向であれば塊鉱石の落下点を任意の位置に設定することができる。したがって、炉内半径方向のいずれかの落下点での現象を正確に把握し、その結果に基づいて装入を適切に制御して塊鉱石と塊コークスとの均一な混合層を形成することができれば、炉内半径方向の全面にわたって塊鉱石と塊コークスとの均一な混合層を配置することが可能である。そこで、装入工程全体における原料の振る舞いについて詳細に検討を行った。
以上の検討を基礎として偏析分離現象を抑制する方法を検討するにあたり、発明者らは、塊コークス斜面上に、鉱石を落下させたときに、先頭に落下した一部の鉱石が、高炉内の最表層をなすコークス層(実質的にコークスのみが堆積する層)における落下点付近の内部に入り込む現象に着目した。
この均一な混合層の形成条件を調査したところ、この領域に含まれる塊鉱石量は、落下する際の鉱石の衝撃エネルギー、すなわち、落下距離、装入量、および、塊鉱石粒子の粒径や密度、また、下部からのガス流速に依存するものの、通常の高炉操業範囲においては、これらの因子の中では、主として粒径および装入される全鉱石量に影響を受け、その他の因子による影響は小さいことがわかった。
1.装入装置
実高炉(内容積2150m3)のベル-アーマー型炉頂装入系を模擬した実物大の装入装置による装入実験を実施した。
使用原料として実高炉使用品を用い、装置下部からは高圧ブロアにより実高炉相当量のガス流速分布を与えると、炉内に装入される原料は、実炉と同等の装入エネルギーで落下し、実高炉相当の上昇ガスによる圧力損失を受けながら堆積するため、本実験装置によって実高炉内状況を精緻に再現した高炉原料の堆積挙動を観察することができる。
上記の装入装置を用いて、次のような実験を行った。
まず、実高炉条件で塊コークスを装入ベルトコンベアから大ベルホッパーを介して炉内へ装入し、装入実験装置の炉口部に斜面を有するコークス層を形成した。次に、装入ベルトコンベア上には、鉱石を配置するが、この際、装入ベルトコンベアの先頭に全鉱石に対する所定体積比率だけ塊鉱石を配置し、残りの鉱石は、残部の塊鉱石と焼結鉱とを混合して装入ベルトコンベアに配置した。この混合比率は装入実験ごとに変化したが、各実験の装入ベルトコンベア上では混合比率が一定になるように配置した。また、この装入ベルトコンベア先頭に配置する塊鉱石については、結晶水の高低に応じた被還元性による影響を比較するため、結晶水含有率(結晶水量)が3質量%の鉱石と5質量%の鉱石とを用いた。なお、これらの塊鉱石は、後述する荷重軟化実験でも同じ鉱石銘柄を用いた。
次に、上記の装入実験において、落下点近傍に形成された塊コークスおよび塊鉱石からなる積層構造、すなわちコークス層、鉱石層および混合層からなる構造を、それぞれの層高および粒径を約1/3スケールに縮小して高さ300mm、直径70mmの充填層を黒鉛坩堝内に再現し、高温荷重軟化滴下実験を行った。黒鉛坩堝における各層の積層状態を概念的に示す断面図である図3に示されるように、黒鉛坩堝内の最下部にはコークス層を堆積させ、その上に塊鉱石が混合されたコークス層、すなわち混合層を堆積させ、さらにその上に塊鉱石と焼結鉱とからなる鉱石層を配置した。この構造において、混合層における塊鉱石が「コークス充填層に混入した鉱石」に相当する。
上記の装入実験および高温荷重軟化滴下実験の条件およびそれらの結果を表1に示した。
安定(○):装入実験において同条件での実験回数が4回以上であって、その場合における混合率のばらつき((最大値−最小値)/平均値)が10%未満
不安定(×):装入実験において同条件での実験回数が4回以上であって、その場合における混合率のばらつきが10%以上
判定不能(−):装入実験において同条件での実験回数が4回以上であって、混合層が形成できない場合がある
○(良好):到達還元率が同条件での全ての実験において80%以上
△(可):到達還元率が60%以上80%未満となる場合がある
×(不可):到達還元率が同条件での全ての実験において60%未満
○(良好):高温通気抵抗指数が同条件での全ての実験において400×105K/m1.3未満
△(可):高温通気抵抗指数が400×105K/m1.3以上500×105K/m1.3未満
×(不可):高温通気抵抗指数が同条件での全ての実験において500×105K/m1.3以上
○(良好):評価1,2,3のいずれもが○(良好)である
△(可):評価1,2,3のいずれもが○(良好)または△(可)である
×(不可):評価1,2,3のいずれかが×(不可)または−(判定不能)である
b−大ベル
c−アーマープレート
d−ストックレベル
e−原料
f−送風ブロア
Claims (3)
- ベル・アーマー型炉頂装置を用いて、塊鉱石を含む鉱石とコークスとを交互に高炉炉内に装入する高炉操業方法において、高炉炉内に鉱石を装入するために高炉炉頂へ装入物を搬送する装入ベルトコンベア上に前記鉱石を積載するにあたり、前記塊鉱石のうちで当該積載された鉱石全体の3体積%以上5体積%以下の体積の塊鉱石を、装入ベルトコンベアの先頭部に配置することを特徴とする高炉操業方法。
- 前記装入ベルトコンベアの先頭部に配置される塊鉱石は、結晶水を4質量%以上含む塊鉱石であることを特徴とする請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記コークスは平均粒径が30mm以上の塊コークスであって、前記装入ベルトコンベアの先頭部に配置される塊鉱石は、当該塊コークスからなる高炉炉内のコークス層に浸透可能なように当該塊コークスよりも平均粒径が小さい、請求項1または2に記載の高炉操業方法。
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