JP5754109B2 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents
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Description
この融着帯の通気性が高炉全体の通気性に大きく影響を及ぼしており、高炉における生産性を律速している。低コークス操業を行う場合、使用されるコークス量が減少することからコークススリットを限りなく薄くすることが考えられる。
例えば、特許文献1においては、ベルレス高炉において、鉱石ホッパーのうち下流側の鉱石ホッパーにコークスを装入し、コンベア上で鉱石の上にコークスを積層し、炉頂バンカーに装入して、鉱石とコークスとを旋回シュートを介して高炉内に装入するようにしている。
さらに、特許文献3では、高炉操業における融着帯形状の不安定及び中心部付近におけるガス利用率の低下を防止し、安全操業と熱効率の向上を図るために、高炉における原料装入方法おいて、全鉱石と全コークスを完全混合した後炉内に装入するようしている。
しかしながら、鉄鉱石とコークスを混ぜた混合層と、コークス単体の層とでは、通気抵抗が異なるため、コークススリットをなくすことで均一な通気抵抗となる層を形成させる必要がある。前述した特許文献3に記載された従来例では、コークススリットがない高炉について記載されているが、高炉における具体的な原料装入方法については言及されていない。
そこで、本発明は、上記従来技術の課題に着目してなされたものであり、コークススリットを存在させることなく、通気抵抗を低減させた装入原料層を形成することができる高炉への原料装入方法を提供することを目的としている。
この方法によると、中心コークス層を形成してからその周囲に混合層を形成するので、中心コークス層内に混合層の鉱石類原料が混入することを確実に防止して、中心コークス層を正確に形成することができる。
この方法によると、コークス専用シュートでコークスを高炉の軸心部に投入するので、中心コークス層を正確に形成することができる。
この方法によると、特に旋回シュートを順傾動制御する場合に、混合層の形成が軸心部近くなる前に中心コークス層を形成することができ、中心コークス層への混合層の鉱石類原料の流れ込みを確実に防止することができる。
このため、融着帯下部の鉱石類原料の高温ガスとの接触面積が拡大されて、浸炭を促進することができる。
図1は本発明による高炉への原料装入方法の一実施形態を模式的かに示す図である。
図中、1は、焼結鉱、ペレット及び塊状鉱石の少なくとも一つからなる鉱石類原料2を貯蔵する鉱石類原料ホッパー、3はコークス4を貯蔵するコークスホッパーである。これら鉱石類原料ホッパー1及びコークスホッパー3から所定比率で切出された鉱石類原料2及びコークス4は鉱石コンベア5によって上方に搬送されてリザービングホッパー6に鉱石類原料2及びコークス4が混合されて高炉装入原料7として貯留される。このリザービングホッパー6から切出された高炉装入原料7は装入コンベア8によって高炉10の炉頂に搬送され、レシービングシュート11を介して複数例えば3つの第1炉頂バンカー12b、第2炉頂バンカー12a、第3炉頂バンカー12cの1つ例えば第1炉頂バンカー12bに投入されて貯留される。ここで、第1炉頂バンカー12bに貯留される鉱石類原料及びコークスの混合原料は、コークス量が混合原料の全量の30%以下となるように調整されている。ここで、コークス量を混合原料の全量の30%以下に調整する理由は以下のとおりである。なお、以下の説明においては、第1炉頂バンカー12bを単に炉頂バンカー12b、第2炉頂バンカー12aを単に炉頂バンカー12a、第3炉頂バンカー12cを単に炉頂バンカー12cと言う。
このとき、混合させるコークス量が全量の30%以下であるときには、炉頂バンカー12bに貯留された時点で、コークスと鉱石類原料とで大きな偏析を生じることはなく、旋回シュート16によって形成される鉱石類原料とコークスとの混合層の混合率を略均一にすることができる。
しかも、炉頂バンカー12bから混合原料を排出する際の排出順序は、図2に示すように、高炉の中心軸に近い排出口に近い位置から上方に順次移動し、その後高炉の中心軸から外側に離れる方向に移動し、最後に傾斜側壁の上端側が配設される。
そして、炉頂バンカー12a〜12cから流量調整ゲート13により所定の流量に調整されて排出されたコークス、混合原料及び鉱石類原料は、集合ホッパー14で混合されて直下のベルレス式装入装置15へ送られ、このベルレス式装入装置15の旋回シュート16により高炉10内に装入される。
このとき、旋回シュート16が略垂直状態に傾動している初期装入状態では、炉頂バンカー12b及び12cの流量調整ゲート13が閉じられ、炉頂バンカー12aのみの流量調整ゲート13が開かれて、この炉頂バンカー12aに貯留されているコークスのみが旋回シュート16に供給されて、図2に示すように、軸心部に中心コークス層12dが形成される。
ここで、中心コークス層12d及び混合層12eのコークス量は、中心コークス層12dのコークス量が全コークス量の10質量%以上に設定され、混合層12eのコークス量が全コークス量の65質量%以上に設定されている。
このように中心コークス層12d及び混合層12eで構成される層を順次積層することにより、高炉10内の軸心部では通気抵抗の小さい中心コークス層12dが高炉下部から高炉上部に向かって形成され、その周囲にコークスと鉱石類原料とが完全混合された混合層12eが形成される。
このため、溶融層の上部側に鉱石類原料が軟化した融着帯が形成され、この融着帯の上部側で鉱石類原料の還元が行われる。
このとき、図5の右半部に示すように、高炉10の下部では、混合層12eにおいて、鉱石類原料とコークスとが完全混合されて、鉱石類原料間にコークスが入り込んだ状態となり、コークススリットが無いので、通気性が改善されるとともに、高温ガスが直接鉱石類原料間を通過するため伝熱遅れがなく伝熱特性を改善することができる。
このときの還元反応は、FeO+CO=Fe+CO2で表される。
また、ガス化反応は、C+CO2=2COで表される。
しかしながら、本実施形態では、前述したように、軸心部のコークスのみの中心コークス層12dとその周囲のコークスと鉱石類原料とを完全混合した混合層12eとで形成される装入層を積層したので、混合層12eでコークススリットが形成されることがなく、ガス流れを均一化して、良好な伝熱性を確保して安定的な通気改善が可能となり、上記従来例の問題点を解決することができる。
この実験装置は、円筒状の炉体31の内周面に炉芯管32を配置し、この炉芯管32の外側に円筒状の加熱用ヒーター33を配置する。炉芯管32の内側には耐火物で構成された円筒体34の上端に黒鉛製るつぼ35を配置し、このるつぼ35内に装入原料36が装入されている。この装入原料36には、高炉下部の融着層と同程度の状態となるように、パンチ棒37を介して連結した荷重負荷装置38により上部から荷重を負荷する。円筒体34の下部には、滴下物サンプリング装置39が設けられている。
加熱用ヒーター33には加熱温度制御用の熱電対42が配設され、この熱電対42で温度を測定しながら図示しない制御装置で加熱用ヒーター33を制御することによって、るつぼ35を1200℃〜1500℃に加熱する。
ここで、るつぼ35内に装入された装入原料36の鉱石としては50〜100質量%の焼結鉱と、0〜50質量%の塊鉄鉱石を混合したものを用いた。
この図7に示すように、コークスを混合しない場合には、1400℃以上の高温域で通気抵抗が急激に上昇するのに対し、コークスを混合した場合には通気抵抗が顕著に低下する。このとき、コークスの混合量を増やした場合には、その効果が大きくなることが分かる。これは、コークスを混合することによって、鉱石の変形が抑制され、また混合コークス近傍の空隙が維持されるため、鉱石の変形によって粒子間の空隙が減少するために、通気抵抗値が上昇する現象が防止されるためである。
本実施形態の混合層12eについて、全コークス量に対する混合層12eに混合するコークス量を表すコークスの混合率を69質量%とし、高炉の一日の出銑量(t/d)を炉内容積(m3)で除した数値である出銑比を2.0とした実施例1、コークスの混合率を84質量%とし、上記出銑比を2.0とした実施例2及びコークスの混合率を84質量%とし、出銑比を2.5とした実施例3と、比較例として、コークスの混合率を0質量%とし、出銑比を2.0とした比較例1、コークスの混合率を34質量%とし、出銑比を2.0とした比較例2及びコークスの混合率を34質量%とし、出銑比を2.5とした比較例3とについて個別に原料装入を行った操業結果を下記表1に示す。
ガス利用率=CO2/(CO2+CO)×100
ここで、CO2は炉頂CO2濃度[%]、COは炉頂CO濃度[%]である。
また、ΔP/Vは高炉内での通気抵抗を指数化した指標であり、下記式より計算する。
ΔP/V=(BP−TP)/BGV
ここで、BPは送風圧力[Pa]であり、TPは炉頂圧力[Pa]であり、BGVはボッシュガス量[m3(標準状態)/min]である。
また、表1から明らかなように、コークスの混合率を前述した65質量%以上に設定することにより、低コークス比とした低還元材比においても通気抵抗低減することができることが実証された。
さらにまた、上記実施形態においては、炉頂バンカーを3つ設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、混合原料を貯留する炉頂バンカー12bを省略して、炉頂バンカー12a及び12cからコークスと鉱石類原料とを排出する過程で混合原料を形成するようにしてもよい。また、炉頂バンカーは4つ以上設けるようにしてもよい。
Claims (5)
- 焼結鉱、ペレット、塊状鉱石などの鉱石類原料及びコークスの高炉装入原料の高炉内への装入を旋回シュートで行う高炉の操業方法であって、
前記高炉装入原料を前記高炉に装入する際に、軸心部に中心コークス層を形成し、該中心コークス層の外側に前記鉱石類原料及びコークスを混合させた混合層を形成するようにし、
前記高炉の炉頂に配設した3つの第1、第2及び第3炉頂バンカーと、該第1、第2及び第3炉頂バンカーの排出口に配設され当該第1、第2及び第3炉頂バンカーから排出される原料を混合して前記旋回シュートに供給する集合ホッパーとを備え、
前記第1炉頂バンカーに前記鉱石類原料と前記コークスとを当該コークス量が全量の30%以下となるように混合させた混合原料を貯留し、前記第2炉頂バンカーに前記コークスのみを貯留し、前記第3炉頂バンカーに前記鉱石類原料のみを貯留し、前記混合層を形成する際に、前記第1、第2及び第3炉頂バンカーから同時に前記混合原料、前記コークス、及び鉱石類原料を排出し、前記集合ホッパーで混合して前記旋回シュートに供給することを特徴とする高炉への原料装入方法。 - 前記旋回シュートの原料装入先が軸心部であるときに、前記コークスのみを貯留した前記第2炉頂バンカーからコークスのみを排出して前記中心コークス層を形成することを特徴とする請求項1に記載の高炉への原料装入方法。
- 前記旋回シュートは、装入開始時に軸心部に前記中心コークス層を形成する垂直傾動状態に制御され、その後徐々に外周側に向かって前記混合層を形成するように逆傾動制御されることを特徴とする請求項2に記載の高炉への原料装入方法。
- 前記高炉の軸心部にコークスを投入するコークス専用シュートを前記旋回シュートの旋回領域外に設け、該コークス専用シュートからコークスを軸心部に投入することにより、前記中心コークス層を形成するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の高炉への原料装入方法。
- 前記コークス専用シュートからコークスを投入することによる中心コークス層の形成は、前記旋回シュートにより前記混合層を形成する原料が軸心部に流れ込み始める前に行うようにしたことを特徴とする請求項4に記載の高炉への原料装入方法。
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