JP5842738B2

JP5842738B2 - 高炉操業方法

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Publication number: JP5842738B2
Application number: JP2012133653A
Authority: JP
Inventors: 理郎浦辺; 謙一樋口; 正具門脇
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: JP2013256696A

Description

本発明は、鉄鉱石原料層(以下、鉱石層とも称す)中の塊鉱石の偏析を抑制するために粒径制御を行って、高炉に搬送し、難還元性の塊鉱石を還元力が高位の高炉の中心〜中間部かつ鉱石原料層の下部に装入することで、還元材の使用量の低減を図った高炉操業方法に関する。

一般に、高炉は、炉頂部より鉄鉱石原料（塊鉱石、焼結鉱）とコークス（還元材）とを交互に装入し、高炉内に鉱石原料層とコークス層を交互に形成して、炉下部の羽口より熱風を吹き込んで操業を行っている。これにより、羽口先端部分でコークスと熱風との反応により生じたＣＯガスを含む高温の炉内ガスによって、炉内を降下する鉱石を加熱し還元して溶融させている。

しかし、鉱石層中では、ＣＯガスによる鉄鉱石原料(以下、鉱石とも称す)の還元が進行し、ＣＯガスがＣＯ₂ガスになるため、鉱石層中の上部ではガス還元能力が低下し、これが高炉操業の還元律速要因となり、コークスを含む還元材比の使用増等を招いていた。

そこで、例えば、特許文献１には、センターフィード型の原料装入装置を有するベルレス高炉で鉱石とコークスの混合装入を行なう際に、原料の炉内装入後にコークス混合鉱石層中のコークスの径方向分布が均一となり、混合性が良好となる原料装入方法として、コークス混合鉱石層中に混合されるコークスの粒径をコークス層の塊コークスの粒径の０．２倍以上、かつ鉱石１の粒径の１．３倍未満とする、コークス混合鉱石層を形成する原料装入方法が提案されている。

しかし、この原料装入方法は、高炉の半径方向に均一な混合割合を実現させるコークスの粒径について開示されているが、塊鉱石と焼結鉱の分離には言及していない。
また、特許文献２には、鉄鉱石とコークス質量比（Ｏ／Ｃ）が４．５以上となるように高炉炉頂部より鉄鉱石とコークスを交互に層状に装入し、炉中心部が高く且つ炉中間部から周辺部の垂れ下がりのない良好なＶ型の融着帯形状に制御する高炉操業方法において、高炉内の鉄鉱石層の炉半径方向の中間部から周辺部（炉半径をｒとすると、０．５ｒからｒの範囲）の鉄鉱石中に粒径が５ｍｍ〜４０ｍｍの中小塊コークスを混合し、その混合比率を１％以上１０％以下とする高炉操業方法が提案されている。

しかし、この高炉操業方法も鉱石層中に混合する中小塊コークスの粒径及びその混合比率を規定するもので、塊鉱石と焼結鉱の分離には言及していない。

すなわち、通常の高炉操業では半径方向、高さ方向で炉内の還元力が異なり、高炉周辺部かつ鉱石層上部が最も還元力が劣位であり、高炉の中心〜中間部かつ鉱石層の下部が最も還元力が高位である。高炉を中心部（中心から１／３半径の範囲）、中間部（中心から半径１／３〜２／３の中空円の範囲）、周辺部（中心から半径２／３〜炉壁までの中空円の範囲）に分割した場合、断面積比は１：３：５、ガス量比は２：１：１程度になる。よって、周辺部の還元力は中心部の１／１０程度、さらに鉱石層の上部に行くに従い還元力が劣位となる。

したがって、小塊コークスのような還元補助材（ＣＯ₂ガスを還元力のあるＣＯガスに再生する機能を有したカーボン源）を高炉周辺部かつ鉱石層上部に、塊鉱石のような（鉱石層の７０〜８０％を占める焼結鉱と比較して）難還元性の鉱石を高炉の中心〜中間部かつ鉱石層の下部に装入することが望ましい。

しかし、２種類の鉱石（塊鉱石と焼結鉱）を混合させる場合、この２種類の鉱石は、通常、複数の搬送手段に乗り継がせて高炉まで搬送される過程で混合されるため、その搬送混合過程において塊鉱石が鉱石原料中を移動し、密度や粒径の差異が大きくなるほど、偏析（もしくは分離）しやすくなり、鉱石層の下部に偏析し、塊鉱石のような難還元性の鉱石を高炉の中心〜中間部かつ鉱石原料層の下部に装入することができなく、還元材の使用量の低減できないという問題がある。先行技術文献はこのような塊鉱石と焼結鉱の分離には言及されていない。

特開２０１０−１０６３３３号公報特開２００２−３９１０号公報

上記に述べたように、焼結鉱、塊鉱石等の鉱石原料は、通常、複数の搬送手段に乗り継がせて高炉まで搬送されるため、その搬送過程において鉱石原料中の塊鉱石は、高密度の為に、輸送過程において、高炉炉内への排出順番が入れ替わる（塊鉱石は重たいので、下に沈んでゆき鉱石原料層下層に偏析する）。搬送された鉱石原料は、炉内への装入当初は高炉周辺部に装入され、徐々に中心方向へ流れ込むことから、下層に偏析した塊鉱石は還元力が劣位の高炉周辺部に装入される可能性が高くなる。

そこで、本発明は、搬送過程における塊鉱石の鉱石原料層中の偏析を抑制するための粒径制御を行って、塊鉱石のような（鉱石原料層の７０〜８０％を占める焼結鉱と比較して）難還元性の鉱石を還元力が高位の高炉の中心〜中間部かつ鉱石原料層の下部に装入することで、還元材の使用量の低減が図れる高炉操業方法を提供することを課題とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究し、その結果、２種類の鉱石を混合させる場合、密度や粒径の差異が大きくなるほど、偏析（もしくは分離）しやすくなる。例えば、密度が軽く粒径の大きいものは上層に偏析し、ひどい場合には上層で分離する。そして、逆に密度が重く粒径の小さいものは下層に偏析する。このことから、塊鉱石の粒径比を焼結鉱との密度差を考慮して調整することで、塊鉱石の偏析、分離が起きないようにすることができることを見出して、本発明を完成した。

本発明の要旨は、次の通りである。

（１）焼結鉱、塊鉱石、及び還元補助材を各貯槽から切り出して積層状態にした鉱石原
料を、複数の搬送手段に乗り継がせて高炉まで搬送し、該高炉内にコークスと交互に装入
することにより、炉内に鉱石層とコークス層を交互に形成する高炉操業方法において、高炉内への鉱石原料の装入方法は、高炉に搬送された鉱石原料が、炉内への装入当初は高炉周辺部に装入され、徐々に中心方向へ流れ込む装入方法であり、
前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の平均粒径の粒径比（塊鉱石／焼結鉱）Ｙと、前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の見掛密度比（塊鉱石／焼結鉱）Ｘとの関係が、下式（１）と（２）で挟まれた領域になるように、前記塊鉱石の粒径を調整することにより、該塊鉱石を前記高炉の径方向中心〜中間部で、かつ鉱石層の下部に装入することを特徴とする高炉操業方法。
Ｙ＝０．７０Ｘ3＋０．１５Ｘ2＋０．２０Ｘ＋０．７０・・・（１）
Ｙ＝０．２０Ｘ3＋０．１５Ｘ2＋０．２０Ｘ−０．１５・・・（２）

（２）前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の平均粒径の粒径比（塊鉱石／焼結鉱）Ｙと、前
記焼結鉱に対する前記塊鉱石の見掛密度比（塊鉱石／焼結鉱）Ｘとの関係が、下式（３）と（４）で挟まれた領域になるように、前記塊鉱石の粒径を調整することを特徴とする上記（１）記載の高炉操業方法。
Ｙ＝０．５０Ｘ3＋０．１５Ｘ2＋０．２０Ｘ＋０．４５・・・（３）
Ｙ＝０．３０Ｘ3＋０．１５Ｘ2＋０．２０Ｘ＋０．１０・・・（４）

（３）前記前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の平均粒径の粒径比Ｙは０を超え１．５以下
の範囲内、前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の見掛密度比Ｘは０．５を超え１．５以下の範囲内であることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の高炉操業方法。

本発明は、焼結鉱に対する塊鉱石の平均粒径の粒径比Ｙと見掛密度比Ｘとの関係が、所定の式を満足するように、塊鉱石の粒径を調整するので、高炉までの搬送過程（複数の搬送手段の乗り継ぎ）において、塊鉱石が他の鉱石原料中から偏析、分離しようとすることを抑制できる。

これにより、例えば、焼結鉱、塊鉱石、及び還元補助材を各貯槽から切り出して搬送逆手段上に積層して高炉に搬送装入する際に、塊鉱石が鉱石層中に偏析（もしくは分離）することがないので、最も還元力が高位である高炉の中心〜中間部かつ鉱石層の下部に塊鉱石（鉱石層の７０〜８０％を占める焼結鉱と比較して難還元性である）を装入することができる。このため、高炉における還元効率が改善され、還元材の使用量の低減が図れるという顕著な効果を奏する。

本発明の一実施の形態に係る高炉への原料装入方法の説明図である。同高炉への原料装入方法を用いて原料が装入された高炉の炉内伏況の説明図である。鉱石層の焼結鉱に対する塊鉱石の平均粒径の粒径比（塊鉱石／焼結鉱）Ｙと見掛密度比（塊鉱石／焼結鉱）Ｘとの関係を示すグラフである。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。

まず、鉱石原料を各貯槽から切り出して搬送手段上に積層して、高炉に搬送装入する輸送フローの概要について説明する。

輸送フローの概要は次の通りである。
（１）各銘柄別に原料庫に装入され原料がスクリーンを経て秤量槽に装入される。
（２）各原料は秤量槽から層状に輸送ベルトコンベア上に排出されて、中継槽に装入される。
（３）中継槽は下部から装入用のベルトコンベア上に排出されて高炉の炉頂まで輸送される。
（４）ベル式高炉であれば、炉頂まで輸送された原料は旋回シュート（回転しながら円周方向の量バランスをとる設備）を経て固定ホッパーに装入され、小ベル、大ベルを経て炉内に装入される。
（５）ベルレス式高炉であれば、炉頂の固定ホッパーに貯留されたのち、旋回シュートを経て炉内に装入される。

さらに、輸送フローを図に基づいて具体的に説明する。

図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る高炉への鉱石原料の装入方法は、焼結鉱１、塊鉱石２、還元補助材３（例えば、小塊コークスや含炭塊成ペレット）、及び副原料４を各貯槽５〜８から輸送用ベルトコンベア１０上に切り出して積層状態にし、該輸送用ベルトコンベア１０、中継槽１１、装入用ベルトコンベア１２、旋回シュート１３、固定ホッパー１４、小ベル１５、及び大ベル１６に乗り継がせて高炉炉内１７まで搬送し、高炉炉内１７に別途搬送されて来たコークスと交互に装入して、鉱石層１８とコークス層１９を交互に形成するものである。これにより、最も還元力が高位である高炉炉内１７の中心〜中間部かつ鉱石層１８の下部に塊鉱石２（鉱石層の７０〜８０％を占める焼結鉱１と比較して難還元性である）を装入することが可能となる。尚、上記鉱石原料と交互に高炉炉内１７に装入するコークスは、別途設けた貯槽（図示せず）から切り出した後、該鉱石原料とは別のタイミングで輸送用ベルトコンベア１０を介して中継槽１１に搬送したものである。

以下、詳細に説明する。

まず、図１に示すように、各貯槽５〜８に装人された焼結鉱１、塊鉱石２、還元補助材（例えば、小塊コークス）３、及び副原料４を、それぞれスクリーン（篩選別機）２０〜２３にかけて篩分け処理を行い、その篩上を各秤量槽２４〜２６にそれぞれ装入する。なお、篩分け処理を行った際の篩下は、例えば、焼結鉱の原料等にリサイクルされる。そして、各秤量槽２４〜２６に装入された焼結鉱１、塊鉱石２、還元補助材３、及び副原料４を、焼結鉱１の秤量槽２４側から副原料４の秤量槽３６側へ移動中の輸送用ベルトコンベア１０上に秤量槽２４〜２６から層状に積層した状態となるように順次切り出す。これにより、輸送用ベルトコンベア１０上に積層伏態の鉱石原料９が形成される。

具体的には、輸送用ベルトコンベア１０上に切り出された層状の焼結鉱１、塊鉱石２、還元補助材３、及び副原料４の各先頭位置が、略同一位置となるように、焼結鉱１、塊鉱石２、還元補助材３、及び副原料４を各秤量槽２４〜２６から順次切り出す。また、層状となった焼結鉱１、塊鉱石２、還元補助材３、及び副原料４の各々の搬送方向長さや厚みは、鉱石原料９の配合割合により決定されるが、ここでは、焼結鉱１の搬送方向長さを最も長くし（鉱石層の７０〜８０％を占めるようにする）、その上に積層される塊鉱石２を焼結鉱１よりも短くし、その上に積層される還元補助材３及び副原料４を塊鉱石２よりも短くしている。なお、各層の厚みは同一厚みとしている。

このように、還元補助材３の切り出し位置を、焼結鉱の先頭側（搬送方向下流側）にすることで、この鉱石原料９を高炉炉内１７に装入した際に、還元補助材３が高炉炉内１７の周辺部（炉壁側）の鉱石層１８中に位置できるようにする。

次に、鉱石原料９を、輸送用ベルトコンベア１０で中継槽１１まで搬送し、この中継槽１１内へ装入した後、中継構２０の下部から装入用ベルトコンベア１２上に排出して、高炉炉内１７の上方まで輸送する。そして、鉱石原料９を、回転しながら円周方向の量バランスをとる旋回シュート１３により固定ホッパー１４へ装入した後、装入手段である小ベル１５と大ベル１６を順次経て、高炉炉内１７に装入する。

なお、本実施の形態では、上記した輸送用ベルトコンベア１０、中継槽１１、装入用ベルトコンベア１２、旋回シュート１３、固定ホッパー１４、小ベル１５、及び大ベル１６が、複数の搬送手段を構成する。しかし、鉱石原料が乗り継ぐ複数（例えば、２〜６台、８台以上）の搬送手段であれば、上記した構成に限定されるものではない。

次に、高炉の半径方向の還元力について説明する。

高炉を半径方向に、中心部（中心から半径１／３位置までの円柱の範囲）、中間部（半径１／３位置から半径２／３位置までの円筒の範囲）、周辺部（半径２／３位置から炉壁内面までの円筒の範囲）に分割した場合、その断面積比は１：３：５になり、ガス量比は２：１：１程度になる。つまり、高炉の周辺部の還元力は中心部の１／１０程度になる。さらに鉱石層の下部から流れるCOガスは上部に行くに従い鉱石中の酸素を奪ってCO₂ガスとなることから還元力が低下する。

よって、小塊コークスのような還元補助材（ＣＯ₂ガスを還元力のあるＣＯガスに再生する機能を有したカーボン源）を高炉周辺部かつ鉱石層上部に、塊鉱石のような（鉱石層の７０−８０％を占める焼結鉱と比較して）難還元性の鉱石を高炉の中心〜中間部かつ鉱石層の下部に装入することが望ましい。

従って、図２に示すように、還元補助材３を、上記した高炉炉内１７の周辺部の鉱石層１８中に位置させることが必要であるため、還元補助材３を秤量槽２５から輸送用ベルトコンベア１０上に切り出す位置（還元補助材３の配置位置）を、積層状態となる鉱石原料９の先頭側にしている。

一方、中継槽１１、固定ホッパー１４、小ベル１５、及び大ベル１６は、一度全ての鉱石原料が装入された後、この焼結鉱を下部より排出する構成であるため、鉱石原料を構成する焼結鉱、塊鉱石、還元補助材、及び副原料の装入順番と排出順番が入れ替わる。特に、鉱石原料中の塊鉱石は、焼結鉱に比較して高密度かつ小粒径であることから、鉱石原料の搬送過程において、他の鉱石原料から沈降し易く（原料の下部に偏析・分離し）、鉱石原料中で偏析を起こし易い。このように、鉱石原料中で塊鉱石の偏析が大きくなると、塊鉱石が、中継槽、固定ホッパー、小ベル、及び大ベルで更に偏析を起こし、中継槽、固定ホッパー、小ベル、及び大ベルで、順次下層部に沈降（偏析）する。鉱石原料は、当初は高炉周辺部に装入され、徐々に中心方向に流れ込むことから、鉱石層下層に偏析した塊鉱石は、高炉炉内１７で最も還元力が劣位である高炉周辺部に装入されることとなる。

従来は、還元補助材の混合位置を鉱石原料の先頭側にすることで、還元材の使用量の低減が図られてきたが、本発明は、さらに塊鉱石のような難還元性の鉱石を還元力が高位の高炉の中心〜中間部かつ鉱石層の下部に装入することで、還元材の使用量の低減を図るようにしたものである。このため、搬送過程における塊鉱石の鉱石層中の偏析を抑制するための粒径制御を行うことによって、鉱石層の下層部に塊鉱石が沈降（偏析）することを抑制した。

そこで、本発明者らは、まず、鉱石層中に混合させた塊鉱石の偏析を示す指標として、下式（Ａ）で示される塊鉱石の偏析指数を規定した。

塊鉱石の偏析指数は、次の通り定義する。

塊鉱石の偏析指数＝（焼結鉱、塊鉱石の混合物全体の重心位置−塊鉱石単独の重心位置）／（上記混合物全体の層厚）・・・式（Ａ）
なお、重心位置を設定する際に用いる原点は、鉱石層の上部表層とし、鉛直下方向が「正」の値をとる軸で、重心位置を測定している。
尚、重心位置は、（ａ）炉径方向の７ヶ所で、直径２５ｍｍのパイプを鉱石層の鉛直方向に貫通するまで打ち込んで、鉱石層をサンプリングする。（ｂ）そのサンプリングした鉱石層の表層から５０ｍｍ毎の層厚で鉱石を採取して、この採取した鉱石を原料別（焼結鉱、塊鉱石別）に仕分して、各原料の重量を測定する。（ｃ）鉱石層の表層から取り出した各層厚の中央部までの距離（即ち、表層から、２５ｍｍ、７５ｍｍ、１２５ｍｍ・・・）と、それぞれの重量の加重平均を基にして算定した。

ここで、上記した偏析指数が「正」の値の場合、塊鉱石が、鉱石層の上層に偏析することを意味する。偏析指数が「正」の値ということは、焼結鉱と塊鉱石の混合物全
体の重心位置から鉱石層の上部表層（原点）までの距離が、塊鉱石単独の重心位置か
ら原点までの距離より長いことを意味する。従って、塊鉱石は、焼結鉱との混合物全体の重心より上方、即ち鉱石層の上層に偏析していることになる。

一方、上記した偏析指数が「負」の値の場合、塊鉱石が、鉱石層の下層に偏析することを意味する。偏析指数が「負」の値ということは、焼結鉱と塊鉱石の混合物全体の重心位置から鉱石層の上部表層（原点）までの距離が、塊鉱石単独の重心位置から原点までの距離より短いことを意味する。従って、塊鉱石は、焼結鉱と塊鉱石の混合物全体の重心より下方、即ち鉱石層の下層に偏析していることになる。

鉱石中に偏析した塊鉱石が難還元性で有る場合には、その偏析した部位が還元材比の低減のネックとなることから、上記の偏析指数は、−０．２０以上０．２０以下（±２０％以内の偏析の範囲）にする必要がある。

ここで、塊鉱石の偏析指数が＋０．２０を超える場合、粒径も大きいことから、鉱石原料の搬送過程で、塊鉱石が徐々に鉱石層の上層に偏析し、切り出し順番に対して、炉内への排出順番が遅くなる傾向となり、高炉炉内への装入時に塊鉱石が鉱石上層又は表層に排出され、鉱石層の下部に装入することができなくなる。

一方、塊鉱石の偏析指数が−０．２０未満となる場合、焼結鉱の搬送過程で、塊鉱石が徐々に鉱石層の下層に偏析し、切り出し順番に対して、炉内への排出順番が早くなる傾向となり、高炉周辺部（半径２／３位置から炉壁内面までの円筒の範囲）よりも狭い範囲、即ち、高炉炉壁内面と接する鉱石層中の下部に集中的に排出される。

従って、塊鉱石２を高炉炉内１７の還元力の高い中心〜中間部かつ鉱石層１８の下部に位置させるには、塊鉱石の偏析指数を−０．２０以上０．２０以下とする必要があり、好ましくは下限を−０．１５、更に好ましくは−０．１０である。一方、上限を好ましくは０．１５、更に好ましくは０．１０とする。

このように、鉱石原料の搬送過程で塊鉱石の沈降を防止して塊鉱石の偏析、分離を抑制
するためには、塊鉱石の偏析指数を低位に維持する必要がある。この塊鉱石の偏析指数は
、塊鉱石の「見掛密度比」と「粒径比」によって変化するため、塊鉱石の偏析指数と、塊鉱石の平均粒径及び見掛密度との関係について検討した。この結果を図３に示す。

この関係の算出に際しては、コンピュータによるシミュレーションを行った。
また、実際の高炉では、上記の様に、パイプを打ち込み、５０ｍｍずつ上層から試料を採取した後、この採取試料を仕分けし秤量することで算出可能であるが、実際の高炉でのサンプリングは、炉内が高温高圧のため困難なので、実機のスケールを落としたオフライン試験機などを用いた結果で評価した。そして、上記したオフライン試験結果とシミュレーション結果のデータを、近似した範囲で規定した結果が、図３となる。

この図３の縦軸は、焼結鉱に対する塊鉱石の平均粒径の粒径比（塊鉱石／焼結鉱）Ｙで
あり、横軸は、焼結鉱に対する塊鉱石の見掛密度比（塊鉱石／焼結鉱）Ｘである。なお、図３に示す曲線の一般式は、式（５）で示される。
Ｙ＝αＸ3＋０．１５Ｘ2＋０．２０Ｘ＋δ ・・・（５）
ここで、平均粒径の粒径比Ｙは０を超え１．５以下、見掛密度比Ｘは０．５を超え１．５以下、α：０．２０〜０．７０、δ：−０．１５〜０．７の範囲である。密度比の変更は容易ではないので、粒径比（平均粒径の比）を調整することが好ましい。

ここで、塊鉱石の偏析指数が＋０．２０の場合、その曲線は図３に示す「×」印を結ぶ曲線、即ち下記式（１）となる。
Ｙ_(+0.20)＝０．７０Ｘ³＋０．１５Ｘ²＋０．２０Ｘ＋０．７０・・・（１）

一方、塊鉱石の偏析指数が−０．２０の場合、その曲線は図３に示す「◆」印を結ぶ曲線、即ち式（２）となる。
Ｙ_(-0.20)＝０．２０Ｘ³＋０．１５Ｘ²＋０．２０Ｘ−０．１５・・・（２）
従って、塊鉱石の偏析指数が−０．２０〜＋０．２０を満足するには、αを０．２０〜０．７０、δを−０．１５〜０．７０、にする。

なお、塊鉱石の偏析指数の上限を、更に好ましい＋０．１０にする場合、その曲線は、図３に示す「▲」印を結ぶ曲線、即ち式（３）となる。
Ｙ_(+0.10)＝０．５０Ｘ³＋０．１５Ｘ²＋０．２０Ｘ＋０．４５・・・（３）
即ち、αを０，５０以下、δを０，４５以下、にする。

一方、塊鉱石の偏析指数の下限を、更に好ましい−０．１０にする場合、その曲線は、図３に示す「■」印を結ぶ曲線、即ち式（４）となる。
Ｙ_(-0.10)＝０．３０Ｘ³＋０．１５Ｘ²＋０．２０Ｘ＋０．１０・・・（４）
即ち、αを０．３０以上、δを０．１０以上、にする。

以上のことから、上記した式（１）と式（２）で挟まれた領域、更に、好ましくは式（４）と式（５）で挟まれた領域を満足するようにするには、塊鉱石の粒径又は真密度を調整すればよい事が分る。ここで、式（３）と式（４）で挟まれた領域が最も好ましい領域である。

しかし、本発明では塊鉱石の粒径を調整することを選択する。この理由は下記（１）、
（２）による。
（１）塊の鉱石を粉砕し、セメントなどのバインダーを用いて再度塊成化する工程が必要
となる見掛密度の調整と比較して、篩網の篩目を変更で可能な粒径の調整の方が容易である。
（２）塊鉱石以外の焼結鉱と比較して、塊鉱石の使用量（２０〜３０％）の方が少ないこ
とにより、塊鉱石以外の焼結鉱の粒径を調整するよりも、塊鉱石の粒径を調整する方が効
率的（効き代が大きい）である。

また、使用する焼結鉱や塊鉱石の粒度や見掛密度を考慮すれば、図３に示すように、粒径比Ｙは０を超え１．５以下の範囲内、見掛密度比Ｘは０．５を超え１．５以下の範囲内、とすることが既存の高炉操業にそのまま適用出来るので好ましい。

ここで、塊鉱石の粒径の調整に際しては、粒径を５ｍｍ以上とすることが好ましい。これは、高炉内への５ｍｍ未満の混入は特に、シャフト部の通気悪化やガス偏流を惹起する可能性が高く、好ましくないことに起因する。

上記のように塊鉱石の粒径制御を行なうことにより、塊鉱石を高炉の還元力の高い中心〜中間部かつ鉱石層の下部に位置させるように装入することができ、高炉操業での還元材の使用量の低減が図れる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、内容積５８００ｍ³級のベル式高炉に、焼結鉱、塊鉱石、及び還元補助材、副原料を含む鉱石原料とコークスを交互に装入すると共に羽口より微粉炭を吹き込んで、高炉の操業を行った。

この鉱石原料は、複数の搬送手段、即ち、図１に示す輸送用ベルトコンベア１０、中継槽１１、装入用ベルトコンベア１２を順次乗り継がせ、旋回シュート１３、固定ホッパー１４、小ベル１５、及び大ベル１６を順次介して高炉炉内１７に装入した。また、高炉への鉱石原料（Ｏ）とコークス（Ｃ）の原料装入パターンは、１チャージを、コークス（１Ｃ）、コークス（２Ｃ）、鉱石原料（１Ｏ）、鉱石原料（２Ｏ）の順序で、４バッチに分割して行った。なお、鉱石原料中の塊鉱石は、各貯槽（秤量槽）から輸送用ベルトコンベア上への切り出し位置を、鉱石原料全体の先頭部にした。この塊鉱石が積層されている部分の鉱石原料が、上記した最初に装入される鉱石原料（１Ｏ）となる。また、高炉へ装入される鉱石原料は、比較例と発明例のいずれも、大ベルから炉内への落下位置が同一となるように調整した。この結果を、表１に示す。

なお、表１に記載の焼結鉱と塊鉱石の平均粒径は、以下の方法で求めた。
まず、篩目が２５ｍｍ、１５ｍｍ、１０ｍｍ、７ｍｍ、及び５ｍｍの５段階の網を用いて、５ｍｍ未満、５ｍｍ以上７ｍｍ未満、７ｍｍ以上１０ｍｍ未満、１０ｍｍ以上１５ｍｍ未満、１５ｍｍ以上２５ｍｍ未満、２５ｍｍ以上の粒度領域に節分け、その各割合を求めた。そして、５ｍｍ未満を０．２５ｍｍ、５ｍｍ以上７ｍｍ未満を６ｍｍ、７ｍｍ以上１０ｍｍ未満を８．５ｍｍ、１０ｍｍ以上１５ｍｍ未満を１２．５ｍｍ、１５ｍｍ以上２５ｍｍを２０ｍｍ、２５ｍｍ以上を３０ｍｍとして、これらを前記した割合に乗算することで、平均粒径を求めた。

まず、表１に示す評価期間１の結果について説明する。

この評価期間１は、平均粒径１７ｍｍの焼結鉱に混合する塊鉱石として、鉄分６０質量％で、密度が２．５０ｇ／ｃｍ³のものを用いた結果である。
そして、比較例１は塊鉱石の平均粒径が９．０ｍｍと小さく、焼結鉱と塊鉱石の平均粒径比Ｂ／Ａが式（１）（２）の算出値の下限を外れていることから、還元指標、通気、ガス分布指標が悪く、還元材比が高く、出銑比も低いものであった。
発明例１−１は塊鉱石の平均粒径を大きくして１０．０ｍｍとし、焼結鉱と難還元性鉱石の平均粒径比を式（１）（２）の算出値の範囲内としたものであり、また、発明例１−２は塊鉱石の平均粒径を、更に、大きくして１６．５ｍｍとし、焼結鉱と塊鉱石の平均粒径比を式（３）（４）の算出値の範囲内としたものである。この結果、発明例１−１は比較例１に比して、還元指標、通気、ガス分布指標が改善され、還元材比が低くなり、出銑比の向上を図れた。また、発明例１−２は発明例１−１よりも、更に、還元指標、通気、ガス分布指標が改善され、還元材比、出銑比も良好にすることができた
。

ここで、直接還元は吸熱反応であり、これが増加すると炉熱指標の低下を招き、最終的には還元材比増を余儀なくされる。また、ガス利用率は、発熱反応である間接還元の度合いを示す値であり、これが向上することは還元材比の低減に寄与する。

次に、表１に示す評価期間２の結果について説明する。

この評価期間２も、評価期間１と同様、平均粒径１７ｍｍの焼結鉱を用い、この焼結鉱
に混合する塊鉱石として、鉄分６６質量％で、密度が２．８０ｇ／ｃｍ3のものを用いた結果である。
比較例２は、塊鉱石の平均粒径が１２．５ｍｍで、焼結鉱と塊鉱石の平均粒径比Ｂ／Ａが式（１）（２）の算出値の下限を外れていることから、還元指標、通気、ガス分布指標が悪く、還元材比が高く、出銑比も低いものであった。
発明例２−１は塊鉱石の平均粒径を大きくして１４．５ｍｍとし、焼結鉱と塊鉱石の平均粒径比Ｂ／Ａを式（１）（２）の算出値の範囲内とした結果、比較例２に比して、還元指標、通気、ガス分布指標が改善され、還元材比が低くなり、出銑比の向上を図れた。また、発明例２−２は塊鉱石の平均粒径を、更に、大きくして２０．５ｍｍとし、焼結鉱と塊鉱石の平均粒径比Ｂ／Ａを式（４）の算出値と同じにした結果、発明例２−１よりも、更に、還元指標、通気、ガス分布指標が改善され、還元材比、出銑比も良好にすることができた。

以上の結果から、本発明の高炉への原料装入方法を用いることで、高炉操業の還元が律速する影響を緩和し、還元材の使用量の低減が図れることを確認できた。

注）上記表１の評価期間の副原料使用量はいずれも０．５ｋｇ／ｔ−ｐであり、使用量の増減はさせていない。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の高炉への原料装入方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

また、前記実施の形態においては、ベル式高炉の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、例えば、ベルレス式高炉でもよい。なお、ベルレス式高炉の場合、鉱石原料を固定ホッパーに装入した後、旋回するシュートを経て、高炉の炉内に装入する。

更に、前記実施の形態においては、高炉への焼結鉱（Ｏ）とコークス（Ｃ）の原料装入パターンの１チャージを、４バッチに分割して行っ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、例えば、コークス（Ｃ）と焼結鉱（Ｏ）の２バッチに分割して行ってもよい。

１：焼結鉱、２：塊鉱石、３：還元補助材、４：副原料、：５〜８：貯槽、９：鉱石原料、１０：輸送用ベルトコンベア、１１：中継槽、１２：装入用ベルトコンベア、１３：旋回シュート、１４：固定ホッパー、１５：小ベル、１６：大ベル、１７：高炉炉内、１８：鉱石層、１９：コークス層、２０〜２３：スクリーン、２４〜２６：秤量槽

Claims

焼結鉱、塊鉱石、及び還元補助材を各貯槽から切り出して積層状態にした鉱石原料を、複数の搬送手段に乗り継がせて高炉まで搬送し、該高炉内にコークスと交互に装入することにより、炉内に鉱石層とコークス層を交互に形成する高炉操業方法において、
高炉内への鉱石原料の装入方法は、高炉に搬送された鉱石原料が、炉内への装入当初は高炉周辺部に装入され、徐々に中心方向へ流れ込む装入方法であり、
前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の平均粒径の粒径比（塊鉱石／焼結鉱）Ｙと、前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の見掛密度比（塊鉱石／焼結鉱）Ｘとの関係が、下式（１）と（２）で挟まれた領域になるように、前記塊鉱石の粒径を調整することにより、該塊鉱石を前記高炉の径方向中心〜中間部で、かつ鉱石層の下部に装入することを特徴とする高炉操業方法。
Ｙ_{（＋０．２０）}＝０．７０Ｘ^３＋０．１５Ｘ^２＋０．２０Ｘ＋０．７０・・・（１）
Ｙ_{（−０．２０）}＝０．２０Ｘ^３＋０．１５Ｘ^２＋０．２０Ｘ−０．１５・・・（２）
前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の平均粒径の粒径比（塊鉱石／焼結鉱）Ｙと、前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の見掛密度比（塊鉱石／焼結鉱）Ｘとの関係が、下式（３）と（４）で挟まれた領域になるように、前記塊鉱石の粒径を調整することを特徴とする請求項１記載の高炉操業方法。
Ｙ_{（＋０．１０）}＝０．５０Ｘ^３＋０．１５Ｘ^２＋０．２０Ｘ＋０．４５・・・（３）
Ｙ_{（−０．１０）}＝０．３０Ｘ^３＋０．１５Ｘ^２＋０．２０Ｘ＋０．１０・・・（４）
前記前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の平均粒径の粒径比Ｙは０を超え１．５以下の範囲
内、前記焼結鉱に対する前記塊鉱石の見掛密度比Ｘは０．５を超え１．５以下の範囲内であることを特徴とする請求項１又は２記載の高炉操業方法。