JP5400600B2

JP5400600B2 - 高炉操業方法

Info

Publication number: JP5400600B2
Application number: JP2009287955A
Authority: JP
Inventors: 睦田中; 良行松井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-12-18
Also published as: JP2011127197A

Description

本発明は、ペレット、焼結鉱および塊鉱石からなる鉄鉱石原料とコークスを交互に層状に装入する高炉操業方法に関し、特にペレット多配合条件下においても溶銑中のＳ含有量を低位に維持しうる高炉操業方法に関する。

高炉操業に用いられる鉄鉱石原料は、需給バランス等によって高炉に拠らずほぼ一定の塊鉱石配合率（鉄鉱石原料中の１０〜３０質量％程度）となっており、残りの配合率は焼成鉱である、焼結鉱とペレットで按分されている。

本出願人の加古川製鉄所に設置された高炉では、ペレット配合率を３０〜４０質量％程度まで高めたペレット多配合操業を行っているが、焼結鉱に置換してペレットの配合割合を上昇させると、溶銑中のＳ含有量（以下、「溶銑Ｓ」と略称することあり。）が上昇する傾向が見られ、下工程の製鋼工程における脱硫コストが上昇する問題があった。

ここで、高炉内における溶銑の脱硫を促進するため、種々の提案がなされており、例えば、特許文献１では、鉄鉱石とコークスを層状に装入する高炉操業において、高炉内でＭｇＯ含有物質とＣが共存状態で存在するよう、該ＭｇＯ含有物質の周囲にコークスを、または装入するコークスをＭｇＯ含有コークスと置換して、またはＭｇＯを含有した含炭ペレットを高炉内へ装入する高炉内における溶銑Ｓの低減方法が開示されている。

このように、高炉内にＭｇＯ含有物質を装入することにより、一定の脱硫効果が得られることが知られているものの、ＭｇＯ含有物質の周囲にコークスを装入するために、ＭｇＯ含有物質として最も一般的なドロマイト（ＣａＣＯ_３・ＭｇＣＯ_３）を用いると、ドロマイトが熱分解して発生したＣＯ_２ガスによりコークスがソリューションロス反応して劣化しやすく、また、ＭｇＯ含有コークスやＭｇＯを含有した含炭ペレットを製造することも工業規模では実用的でなく、いまだ実用化に至っていない。

一方、特許文献２には、高炉の鉄鉱石原料として用いられるペレットとして、ＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比およびＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量比と、粒径分布を規定した高炉用自溶性ペレットが開示されている。このような自溶性ペレットを用いることで、ペレットを多配合する高炉操業において、高炉内におけるシャフト部の通気性を改善することができるようになった。

また、特許文献３には、高炉の鉄鉱石原料として用いられるペレットとして、鉄品位％ＴＦｅに応じた最適なＣａＯ／ＳｉＯ_２質量比とＭｇＯ／ＳｉＯ_２質量比の組み合わせの範囲を規定した高炉用自溶性ペレットが開示されている。高炉用鉄原料として、このような自溶性ペレットを焼結鉱と併用して用いることで、高炉内における融着帯の通気性を改善することができるようになった。

上記特許文献２、３に記載の発明のように、鉄鉱石原料であるペレットへのＭｇＯ添加量の調整により、ペレット自身の高温性状を改良して、焼結鉱と同等の高温性状に近づけることで、高炉内の通気性改善に一定の効果があることが知られているものの、このペレットへのＭｇＯ添加量の変化が高炉内における脱硫効果にどのように影響するかについては定量的な検討がなされておらず、明確でなかった。

したがって、焼結鉱をペレットに置換することにより生じる溶銑Ｓ上昇の問題に対しては、確実に対応しうる方策はいまだ確立していないのが現状であった。

特開２００４−２４４６８１号公報特開２００８−２８０５５６号公報特開２００９−１４９９４２号公報

そこで、本発明は、鉄鉱石原料として焼結鉱とペレットを併用する高炉操業において、ペレット配合率が変化しても、確実に溶銑Ｓを低位に維持しうる高炉操業方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明者らは、まず、焼結鉱に置換してペレットの配合割合を上昇させると、溶銑Ｓが上昇する傾向が見られる原因について種々検討を行った結果、以下のような推定メカニズムによるとの推論に到達した。

すなわち、通常、塊鉱石はスラグ成分含有量（脈石量）が５〜１０質量％程度の低スラグ成分含有量のものが使用され、焼結鉱は、その強度を確保するため、スラグ成分含有量が１５〜２５質量％程度の高スラグ成分含有量のものが使用されるのに対し、ペレットは、前記両者の中間の、スラグ成分含有量が１０〜２０質量％程度の中スラグ成分含有量のものが使用される。このため、焼結鉱に置換してペレットの配合割合を高くすると、高炉スラグの発生量が減少し、スラグ比［ｋｇ／ｔ−溶銑］が低下する。

ところで、高炉への装入原料中のＳ分の大半はコークス中のＳであり、このＳは、レースウェイ近傍の高温場で発生した高温ガス中ではＳ含有ガス成分となるが、このＳ含有ガス成分は炉内を上昇中に鉄鉱石類に吸収され、その後炉床でのスラグ−メタル反応によってスラグ側に多く分配されることによって高炉内において溶銑からの脱硫が実現されている。

このため、上記のように、焼結鉱に置換してペレットの配合割合を高くすると、スラグ比が低下し、その結果、炉床においてメタル（溶銑）量に対するスラグ量が減少し、スラグ側に分配されるＳの絶対量が減少するので、溶銑中のＳ含有量が上昇すると考えられる。

上記推論を検証するため、鉄鉱石原料として焼結鉱とペレットを併用している加古川製鉄所第３高炉（内容積：４５００ｍ^３）において、ペレット配合率を３０〜３９質量％の間で変化させた期間の操業データを解析して、ペレット配合率とスラグ比との相関関係、および、スラグ比と脱硫率との相関関係を調査した。

ここに、ペレット配合率は、ペレット、焼結鉱および塊鉱石からなる鉄鉱石原料中のペレットの配合割合（単位：質量％）であり、スラグ比は、溶銑１トン当たりに発生するスラグ量（単位：ｋｇ／ｔ−溶銑）であり、脱硫率は、〔溶銑中のＳ量〕／〔高炉への装入全Ｓ量〕×１００（単位：％）である。

調査結果を図１および図２に示す。

図１に見られるとおり、ペレット配合率の上昇とともにスラグ比が低下しており、また、図２に見られるとおり、スラグ比の低下に伴って脱硫率が低下することが確認でき、上記推論が裏付けられた。

そこで、次に、高炉装入ＭｇＯ量と脱硫比との相関関係を調査した。

調査結果を図３に示す。同図に見られるとおり、高炉装入ＭｇＯ量の増加とともに脱硫率が上昇することがわかった。

図１〜図３の各図中に示した相関直線の傾きより、ペレット配合率を１質量％上昇させるとスラグ比が１．７２ｋｇ／ｔ−溶銑減少し、スラグ比が１ｋｇ／ｔ−溶銑減少すると脱硫率が０．０２９％低下し、一方、高炉装入ＭｇＯ量を１ｋｇ／ｔ−溶銑増加すると脱硫率が０．１７９％上昇することがわかる。このことから、ペレット配合率を１質量％上昇させたことによるスラグ比の減少に伴う脱硫率の低下分を補填して脱硫率を元のレベルに維持するのに必要な高炉装入ＭｇＯ量は、１．７２×０．０２９／０．１７９＝０．２７９ｋｇ／ｔ−溶銑となる。

上記知見に基づき、焼結鉱に置換してペレットの配合割合を上昇させる際には、スラグ比の低下に伴う脱硫率の低下分を補填する分だけ高炉装入ＭｇＯ量を増加すればよいと考え、以下の発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、ペレット、焼結鉱および塊鉱石からなる鉄鉱石原料とコークスを交互に層状に装入する高炉操業方法において、前記鉄鉱石原料中のペレットの配合割合（以下、「ペレット配合率」という。）を上昇させる場合には、高炉へのＭｇＯの装入量（以下、「高炉装入ＭｇＯ量」という。）を増加させ、前記ペレット配合率を低下させる場合には、前記高炉装入ＭｇＯ量を減少させることを特徴とする高炉操業方法である。

請求項２に記載の発明は、前記ペレット配合率の変更量１質量％に対して、前記高炉装入ＭｇＯ量を溶銑１トン当たり０．２〜０．８ｋｇ変化させる請求項１に記載の高炉操業方法である。

請求項３に記載の発明は、前記高炉装入ＭｇＯ量の増減を、前記ペレットのＭｇＯ含有量を１質量％以上の範囲で調整することにより行う請求項１または２に記載の高炉操業方法である。

本発明によれば、ペレット配合率に応じて高炉装入ＭｇＯ量を調整することで、脱硫率を確実かつ高位に維持することが可能となり、鉄鉱石原料として焼結鉱とペレットを併用する高炉操業において、ペレット配合率が変化しても、安定して溶銑Ｓを低位に維持しうる高炉操業方法を提供することが実現できるようになった。

ペレット配合率とスラグ比との関係を示すグラフ図である。スラグ比と脱硫率との関係を示すグラフ図である。高炉装入ＭｇＯ量と脱硫率との関係を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態について、さらに詳細に説明する。

〔実施形態〕
本発明は、ペレット、焼結鉱および塊鉱石からなる鉄鉱石原料とコークスを交互に層状に装入する高炉操業方法において、ペレット配合率を上昇させる場合には、高炉装入ＭｇＯ量を増加させ、ペレット配合率を低下させる場合には、高炉装入ＭｇＯ量を減少させることを特徴とする。

ここに、高炉装入ＭｇＯ量の調整は、例えば、鉄鉱石原料に塊状のＭｇＯ含有物質を混合し、この混合物を炉頂から装入するに当たり、該塊状のＭｇＯ含有物質の量を変更することにより容易に行うことができる。ＭｇＯ含有物質としては、ドロマイト、蛇紋岩、マグネサイト、マグネシアクリンカ等を用いることができる。

また、ペレット配合率の変更量１質量％に対して、高炉装入ＭｇＯ量を溶銑１トン当たり０．２〜０．８ｋｇ変化させるのが好ましい。０．２ｋｇ／ｔ−溶銑未満では、脱硫率の低下が十分に阻止できず、一方０．８ｋｇ／ｔ−溶銑を超えると脱硫率の上昇が頭打ちとなり、余分なＭｇＯ含有物質の装入により溶銑の製造コストが増加するためである。高炉装入ＭｇＯ量のより好ましい上限は溶銑１トン当たり０．６ｋｇである。なお、上述の図１〜図３の解析結果より、ペレット配合率の変更量１質量％に対して、高炉装入ＭｇＯ量を溶銑１トン当たり０．２７９ｋｇ変化させるのが最も推奨される。

また、高炉装入ＭｇＯ量の増減を、ペレットのＭｇＯ含有量を１質量％以上の範囲で調整することが好ましい。以下に好ましい理由を述べる。

上記で例示したように、高炉装入ＭｇＯ量の調整は、鉄鉱石原料に塊状のＭｇＯ含有物質を混合し、この混合物を炉頂から装入するに当たり、該塊状のＭｇＯ含有物質の量を変更することで行うことができるが、この手段に代えて、鉄鉱石原料を構成する焼成鉱である、焼結鉱および／またはペレットとして、予めＭｇＯ含有物質を添加して製造したものを装入するに当たり、それらのＭｇＯ含有量を変更することで行うことができる。

ここで、一般的に、焼結鉱はペレットよりも軟化溶融温度が高く、また、焼結鉱やペレットのＭｇＯ含有量を高めると、焼結鉱やペレット中のスラグ成分の融点が高まり、焼結鉱やペレットの軟化溶融温度が上昇することが知られている。

このため、焼結鉱のＭｇＯ含有量を増加させると、焼結鉱の軟化溶融温度がさらに上昇してペレットの軟化溶融温度との差が開き、高炉内における融着帯の幅が拡大する方向に作用するので、高炉内の通気性が阻害されるおそれがある。

これに対し、ペレットのＭｇＯ含有量を増加させると、ペレットの軟化溶融温度が上昇して焼結鉱の軟化溶融温度に近づき、高炉内における融着帯の幅が縮小する方向に作用するので、高炉内の通気性が改善されることが期待される。

したがって、焼結鉱のＭｇＯ含有量を調整（増減）するよりも、ペレットのＭｇＯ含有量を調整（増減）する方がより推奨される。

また、ペレットのＭｇＯ含有量を調整（増減）する場合、軟化溶融性状の改善効果を発揮させるため、ＭｇＯ含有量が１質量％以上の範囲で調整するのが望ましい（例えば、西田礼次郎ら，「ペレットの改質と高炉使用」，Ｒ＆Ｄ神戸製鋼技報，第３４巻，第４号，１９８４年，ｐ．２８−３５、特に第７，９，１１図参照）。

よって、高炉装入ＭｇＯ量の増減を、ペレットのＭｇＯ含有量を１質量％以上の範囲で調整することが好ましい。

本発明の適用性を確証するため、上記の加古川製鉄所第３高炉（内容積：４５００ｍ^３）にて、本発明の適用による脱硫率の変化を調査した。

ペレット配合率を３０％から３１％へと１％増配するにあたり、ペレットのＭｇＯ含有量のみを１質量％以上の範囲で増加させて、高炉装入ＭｇＯ量を溶銑１ｔ当たり約０．５ｋｇ増加させた。

その結果、ペレット配合率が３０％の期間では、脱硫率は平均９２．２％であったものが、ペレット配合率を３１％に増配した後の期間では、脱硫率は平均９３．３％へと上昇し、本発明の適用により、ペレット増配による高炉スラグ比の低下にも関わらず、却って脱硫率が改善されることを確認した。

Claims

ペレット、焼結鉱および塊鉱石からなる鉄鉱石原料とコークスを交互に層状に装入する高炉操業方法において、前記鉄鉱石原料中のペレットの配合割合（以下、「ペレット配合率」という。）を上昇させる場合には、高炉へのＭｇＯの装入量（以下、「高炉装入ＭｇＯ量」という。）を増加させ、前記ペレット配合率を低下させる場合には、前記高炉装入ＭｇＯ量を減少させることを特徴とする高炉操業方法。
前記ペレット配合率の変更量１質量％に対して、前記高炉装入ＭｇＯ量を溶銑１トン当たり０．２〜０．８ｋｇ変化させる請求項１に記載の高炉操業方法。
前記高炉装入ＭｇＯ量の増減を、前記ペレットのＭｇＯ含有量を１質量％以上の範囲で調整することにより行う請求項１または２に記載の高炉操業方法。