JP5434828B2 - 高炉休風の立ち上げ方法 - Google Patents
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Description
上記した炉内発生ガスの熱によって、装入したコークス91や焼結鉱92は加熱され、焼結鉱92の酸化鉄は還元されて、還元鉄が生成する。
この反応には、直接還元反応(FeOs+Cs→Fes+COg:吸熱反応)と、間接還元反応(2Cs+O2g→2COg、FeOs+COg→Fes+CO2g:発熱反応)とがあり、これらの反応は、前記した層状に装入した鉱石部分であって、温度が1000〜1400℃に上昇している融着帯94やその周辺(以下、融着帯等ともいう)で起こる。なお、上記した反応式中の添字の「s」は固体、「g」は気体を、それぞれ示す。
前記した通り、融着帯94は溶銑の生産に重要であり、融着帯94全部に、融着帯94の反応に必要な量の炉内発生ガスを供給すると共に、融着帯94等での還元反応に必要な温度を維持することが重要となる。
上記した炉内発生ガス量や融着帯94等の温度が安定すると(定常状態になると)、溶銑の生産が変動せず、生産量を高位に安定させることが可能となる。
一般に、高炉90に増産が求められる場合、上記した通り、還元鉄の生産量は、酸素の消費量に密接に関連するため、生産量の増加を目的とした吹き込み酸素量(以下、装入酸素量ともいう)の増加によって増産が行われる。
しかし、装入酸素量の増加は、CO等の炉内発生ガス量の増加につながり、炉内通気の際の圧損の増加に繋がって、高炉炉内での炉内発生ガスの流路を大きく変動させる事態に繋がる場合がある。
なお、上記した非定常状態とは、高炉にトラブルが発生したときのみを指すのではなく、高炉休風後の立ち上げ(操業再開)時も指す。
この特許文献1は、休風前に、羽口からの微粉炭吹き込み量を減少すると共に、炉頂から装入するコークス量を増大させて、高炉休風に入る際の高炉の熱流比を高め、休風立ち上げ後に、温度を速やかに回復させることを記載している。特に、特許文献1は、「1勤務単位(8時間)以内で早期に定常操業状態に回復させる」ことを目的としており、休風に入る前に諸条件を整えれば、休風立ち上げが円滑となり、早期に元の定常状態に回復できることを記載している。
つまり、引用文献1には、増産についての記載がない。
この特許文献2には、炉内通気抵抗とボッシュガス量増加率の限界値との関係を求め、これを増産時の管理に用いる方法が記載されている。この方法は、装入酸素量を増加させて増産する考え方に基づくものであり、装入酸素量の増加に際してボッシュガス量で増加率を管理し、その増加率を所定の値以下とすることで、高炉操業の定常状態を大きく崩さないことを提案するものである。
つまり、特許文献2に記載の技術は、定常操業時において、高炉操業の諸元変更の実施による増産技術であるため、上記したような短時間での増産は不可能であり、逆に、定常状態を維持した中での増産操業の難しさを表していることになる。
また、高炉の休風前96〜24時間の平均コークス比に対して、高炉の休風12時間前から休風直前までの平均コークス比の増加量を、10〜60(kg/トン−溶銑)とすることより、平均コークス比を、休風時における高炉炉内の温度低下分と出銑量を増加させることを補償する発熱量に見合う量にできる。
従って、高炉休風を活用することで、休風立ち上げ後に、短時間で安定した高炉の生産量調整が可能になり、高炉の生産弾力性を大幅に向上できる。
また、高炉の休風前96〜24時間の平均コークス比に対して、高炉の休風12時間前から休風直前までの平均コークス比の増加量を、10〜60(kg/トン−溶銑)とすることより、平均コークス比を、休風時における高炉炉内の温度低下分と出銑量を増加させることを補償する発熱量に見合う量にできる。
従って、高炉休風を活用することで、休風立ち上げ後に、短時間で安定した高炉の生産量調整が可能になり、高炉の生産弾力性を大幅に向上できる。
まず、本発明に想到した経緯について説明した後、本発明の一実施の形態に係る高炉休風の立ち上げ方法について説明する。
高炉の休風中は、高炉炉内への加熱空気(酸素)の吹き込みを停止するため、羽口前でコークスや微粉炭が燃焼せず、燃焼熱が供給されないことから、高炉炉内の温度が低下する。そのため一般に、1)休風入り前にコークス比を増加、2)休風後の加熱空気の供給時に微粉炭の吹き込み量を増加、等を実施して、高炉休風完了後の操業開始(立ち上げ)時に、低下した温度を速やかに上昇できるようにしている。
このように、休風中に降下した融着帯の休風後の立ち上げ時の挙動は、前記した特許文献1に記載がある。休風後の立ち上げ時は一般に(特許文献1を含めて)、上記した通り、休風前に定常操業時よりも多くのコークスを炉内に投入するのが通例であり、前記した特許文献1では、熱流比の観点で、休風前に多くのコークスを炉内に投入することを記載している。これらを前提に、特許文献1では、融着帯の挙動について「休風時の熱流比を適正に制御することによって、送風再開立ち上げ時における好ましくない軟化融着帯の上昇を抑えること」(段落[0025])を、発明の主眼とすることを記載している。
上記したように、高炉休風後の立ち上げについて、従来は降下した融着帯が送風再開と共に上昇していくものとされていた。
そこで、本願発明者らは、高炉休風後であって、羽口送風の再開(加熱空気の供給再開)後の炉頂ガスのガス利用率ηCOに着目した。この炉頂ガスのηCOは、反応による生成ガスの比率で表示される(ηCO(%)=(CO2体積%)/{(CO2体積%)+(CO体積%)}×100)もので、ηCOの値が48〜51%、かつ5分間におけるηCOの値の変化量が0.3%以下の場合に、適正に安定して反応しているものと考えられる。
この現象は、上記したような、融着帯が上昇していくという穏やかな現象を表すものとは考えにくいものであった。即ち、羽口送風の再開後における融着帯の挙動は、ηCOが乱高下するような挙動、言い換えると、休風中の融着帯と羽口送風再開後に安定した融着帯とは、時間をかけて移動したといえるような連続的なものではなく、休風中の融着帯は、形状が一旦大幅に崩れ、その後の炉内発生ガスの安定的な流れと共に、新たな融着帯を形成する、と推定できるものであった。
以上に示した知見を前提として、本願発明者らは、炉内発生ガスの安定的な流れを阻害しない範囲であれば、休風後の羽口送風再開後の吹き込み酸素量を、上記した休風前の定常状態の吹き込み酸素量より増加させても、高炉操業が安定することに新たに想到した。
即ち、本発明の第1の実施の形態に係る高炉休風の立ち上げ方法は、休風後の高炉の立ち上げから3時間以上9時間以下の範囲内における高炉への吹き込み酸素量を、休風前の定常操業時の平均吹き込み酸素量Q(Nm3/分)よりも増加させ、かつ高炉の休風12時間前から休風直前(休風開始)までの平均コークス比を、休風前の定常操業時での平均コークス比よりも増加させる方法である。以下、詳しく説明する。
ここで、所定の量とは、休風前の定常操業(定常状態)時、即ち高炉の休風96時間前から24時間前までの平均吹き込み酸素量Q(Nm3/分)に対して、増産を目的として増加させた吹き込み酸素量を指す。なお、休風前の定常操業時を、上記した時間範囲としたのは、休風の開始時期が近づくに伴い、休風に入るための準備(例えば、コークス比の上昇)を行うため、操業条件が定常操業とは異なるためである。そこで、操業変動のない定常操業の時期として、上記した時間範囲を規定した。
一方、9時間を超えた場合、吹き抜けに似た炉内温度低下がみられた。これは、炉内装入物(コークスや焼結鉱)の入れ替わりが一巡(休風時の装入物が全て休風後の装入物に入れ替わること)し、融着帯が安定に生成して定常状態となった後に、炉内発生ガスが増量され、非定常状態を招いたためと考えられる。
従って、吹き込み酸素量の増加完了時間を、3時間以上9時間以下としたが、下限を3.5時間、上限を8時間、更には7時間とすることが好ましい。
この吹き込み酸素量は、以下の式で表される。
{吹き込み酸素量(Nm3/分)}={高炉への吹き込み空気量(Nm3/分)}×0.21+{高炉への吹き込み富化酸素量(Nm3/分)}
従って、この算出した吹き込み酸素量を、上記した高炉の休風前96〜24時間で平均することにより、平均吹き込み酸素量Q(Nm3/分)を算出できる。
また、定常操業時の平均吹き込み酸素量Qは、高炉の大きさにもよるが、一般的に、500(Nm3/分)以上3000(Nm3/分)以下程度である。
一般に、休風時に低下する炉内温度の補償を目的に、休風時の炉内にはコークスを豊富に入れ、低下した炉内温度を上昇させる(低下した出銑温度も上昇させることができる)。しかし、吹き込み酸素量を増加させると、焼結鉱の消費される速度(溶銑の単位時間あたりの生産量)も増加するため、溶銑温度の上昇代が低減する可能性がある。
本発明者らの知見では、吹き込み酸素量を増加させる量範囲が1.25×Qを超えると、溶銑温度の上昇代が無い場合が懸念された。
以上のことから、増加させる平均吹き込み酸素量を、1.00×Q(Nm3/分)を超え、1.25×Q(Nm3/分)以下としたが、本発明の効果をより顕著に得るには、下限を、1.05×Q(Nm3/分)、更には1.10×Q(Nm3/分)とすることが好ましい。
なお、コークス比とは、溶銑1トンを製造するのに必要なコークス量であり、詳細には、高炉装入コークス量の装入鉄分1トンあたりに使用するコークス量であり、吹き込み微粉炭の量は考慮しない。従って、平均コークス比は、上記した高炉の休風前96〜24時間でのコークス比を平均することにより算出できる。
また、定常操業時の平均コークス比は、例えば、250(kg/トン−溶銑)以上550(kg/トン−溶銑)以下程度である。
ここで、平均コークス比の増加量が10(kg/トン−溶銑)未満の場合、炉内温度が低下し、高炉操業に支障をきたす。一方、60(kg/トン−溶銑)を超える場合、高炉炉内温度が高くなり過ぎ、荷下がり発生回数が増加して、吹き抜けに直結する恐れがある。
以上のことから、平均コークス比の増加量を、10(kg/トン−溶銑)以上60(kg/トン−溶銑)以下としたが、例えば、休風時間の変動に応じて、休風時間の下限が8時間程度あれば、増加量の下限を20(kg/トン−溶銑)とし、休風時間の上限が48時間程度あれば、増加量の上限を45(kg/トン−溶銑)とするのがよい。
この高炉休風の立ち上げ方法では、休風後の高炉の立ち上げから3時間以上で、しかも高炉の炉頂ガスのガス利用率ηCOが48%以上51%以下、かつガス利用率ηCOの変化量が5分間で0.3%(0.3%/5分)以下となる時期までにおける高炉への吹き込み酸素量を、前記した平均吹き込み酸素量Q(Nm3/分)を基準として、1.00×Q(Nm3/分)を超え、1.25×Q(Nm3/分)以下に増加させる。
ηCO(%)=(CO2体積%)/{(CO2体積%)+(CO体積%)}×100
一般に、炉頂ガスのηCOが50%近傍の場合、高炉炉内の反応が安定している(定常状態にある)とされている。
そこで、本実施の形態では、図1(A)に示すように、ηCOが48%以上51%以下の範囲内で推移する場合を、安定していると定義した。
そこで、本実施の形態では、図1(B)に示すように、5分間隔での炉頂ガスの測定結果が、−0.3%以上0.3%以下の変化量である場合を、安定していると定義した。具体的には、5分間でηCOが48.0%から48.5%に変化(変化量が0.5%)する場合を安定していないこととし、5分間でηCOが49.5%から49.3%に変化(変化量が0.2%)する場合を安定していることとする。
炉内装入物は、羽口送風再開(立ち上げ開始)後、概ね9時間を経過すると炉内装入物の入れ替わりが一巡し、融着帯の位置や形状が安定する。ここで、9時間経過前である概ね6〜7時間の経過時点においては、炉頂ガスのηCOが安定する傾向がみられ、融着帯やその近傍における焼結鉱の還元反応が安定する傾向がみられる。
そこで、炉頂ガスのηCOが安定するまでに、吹き込み酸素量の増加を完了させることを必須要件とした。ここで、炉頂ガスのηCOが安定する時間は、概ね6〜7時間の場合が多く、少なくとも9時間(炉内装入物の一巡)以前である。
このため、短期間にかつ安定的に高炉の生産量を増加させるためには、本発明の第1の実施の形態よりも、第2の実施の形態の方がより好ましい。
本発明は、休風立ち上げ後、例えば9時間で、炉内発生ガスを最大で1.25倍に増やすという、短時間で炉内発生ガス量を増加させる方法である。
また、出銑比が増加するほど、多くの炉内発生ガス量を要する。一般に、炉内発生ガス量が増加するほど、高炉炉内の装入物の下降速度が増加するため、荷下がりが発生し易くなる。
ここでは、内容積4250m3のベル式大型高炉を用い、休風前96〜24時間の定常操業で、出銑量1.74トン/日/m3、コークス比340(kg/トン−溶銑)の操業を実施し、48時間の休風を行った後に、出銑量を1.95トン/日/m3(+0.21トン/日/m3)とし、生産量を12%増加させた。
この結果、その後の操業においても、荷下がりの発生を抑制した安定した操業を達成できた。
一方、比較例1〜5は、平均コークス比の増加量、高炉への吹き込み酸素量の増加完了時間、及びその増加量のいずれか1が、上記した条件から外れた場合の操業条件及びその操業結果である。
しかし、実施例1〜3は、上記したように、平均コークス比の増加量、高炉への吹き込み酸素量の増加完了時間、及びその増加量が、前記した条件を満足しているため、短期間にかつ安定的に高炉の生産量を増加でき、実際の操業に採用できることを確認できた(評価:○)。
そこで、実施例4、5では、高炉への吹き込み酸素量の増加完了時間を、炉頂ガスのηCOが安定する時期まで、即ち高炉の立ち上げから3時間以上で、高炉の炉頂ガスのηCOが48〜51%、かつηCOの変化量が5分間で0.3%以下となる時期(吹き込み酸素量の増加完了時の炉頂ガスのηCO:45〜55%、増加完了時の炉頂ガスのηCOの変化量:0.5%以上の場合あり)までとした(実施例4:3時間、実施例5:6時間)。
このため、実施例1〜3と比較して、荷下がりの発生回数を低減でき、実際の操業に採用できることを確認できた(評価:◎)。
また、比較例3のように、平均コークス比の増加量が上限を上回る場合(60(kg/トン−溶銑)超)は、休風立ち上げ後、高炉炉内の温度が高くなり過ぎ、荷下がり発生回数が増加して、吹き抜けに直結する恐れがあった。
以上のことから、比較例1〜5は、いずれも実際の操業に採用できる操業条件ではない。
また、本発明の高炉休風の立ち上げ方法は、炉体設備の補修等を目的とした通常行う高炉休風時に適用できることは勿論であるが、例えば、上記した炉体設備の補修等を目的とした休風を行うことなく、増産を行う必要が生じた場合にも適用できる。この場合の増産方法としては、例えば、短時間(1〜2時間程度)の休風を、7〜10日間隔で複数回(2〜5回程度)繰り返す。なお、7〜10日間隔としたのは、高炉炉芯の更新期間や高炉操業の安定確認期間を考慮したことによる。
このときの高炉の休風前96〜24時間とは、最初に行う休風直前を基準とする。
Claims (2)
- 休風後の高炉の立ち上げから3時間以上9時間以下の範囲内における該高炉への吹き込み酸素量を、該高炉の休風96時間前から24時間前までの平均吹き込み酸素量Q(Nm3/分)に対し、1.00×Q(Nm3/分)を超え1.25×Q(Nm3/分)以下に増加させ、かつ前記高炉の休風96時間前から24時間前までの平均コークス比に対して、該高炉の休風12時間前から該休風直前までの平均コークス比の増加量を、10(kg/トン−溶銑)以上60(kg/トン−溶銑)以下とすることを特徴とする高炉休風の立ち上げ方法。
- 休風後の高炉の立ち上げから3時間以上で、しかも該高炉の炉頂ガスのガス利用率ηCOが48%以上51%以下、かつ該ガス利用率ηCOの変化量が5分間で0.3%以下となる時期までにおける該高炉への吹き込み酸素量を、該高炉の休風96時間前から24時間前までの平均吹き込み酸素量Q(Nm3/分)に対し、1.00×Q(Nm3/分)を超え1.25×Q(Nm3/分)以下に増加させ、更に前記高炉の休風96時間前から24時間前までの平均コークス比に対して、該高炉の休風12時間前から該休風直前までの平均コークス比の増加量を、10(kg/トン−溶銑)以上60(kg/トン−溶銑)以下とすることを特徴とする高炉休風の立ち上げ方法。
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