JP5857916B2 - 高炉装入鉱石への混合用小中塊コークスの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉に装入する鉄鉱石、ペレット、塊鉱石等の鉄源中に混合する小中塊コークスの制御方法に関するものであり、特に前記小中塊コークスの粒径や発生量を制御する方法に関するものである。

高炉への原料装入は、炉上部から、還元材としてのコークス、および鉄源としての焼結鉱、ペレット、塊鉱石など（以下、これらの鉄源を総称して鉱石という。）を、高炉内で層となるように交互に装入するのが一般的である。

一方、操業に際しては、炉下部の羽口から加熱空気を吹き込むことによって羽口前のコークスが燃焼消費されて還元ガスが生じる。これに伴って鉱石は炉内を降下していき、炉下部から上昇する高温の還元ガスによって加熱、還元され、軟化溶融して銑鉄となる。銑鉄は炉内を滴下して炉下部に蓄積し、定期的に出銑口から取り出される。

近年の高炉操業では、コークス使用量の低減を目的として羽口から加熱空気と共に微粉炭を多量吹き込む高PCI操業への移行が積極的に推進されている。この高PCI操業では、炉上部から装入する鉱石量がコークス量に対して相対的に多くなってきているので、特に軟化融着帯の通気抵抗が増加し易い状況となっている。なお、軟化融着帯とは、鉱石が軟化溶融し始めてから滴下するまでの領域をいい、高炉内において最も通気抵抗の大きい領域である。

このような状況下において、高炉操業の効率および安定性を高めるためには、軟化融着帯の通気性を良好に保つことが有効であることが知られている。軟化融着帯の通気性を良好に保つには、一度に装入する鉱石量を低減させて軟化融着帯の厚みを低減する方法、および炉上部から装入するコークスの一部を鉱石と同時に装入する方法がある。

前記方法のうち、コークスの一部を鉱石と同時に装入する方法として、鉱石層中に２０質量％までのコークスを混入する方法が特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された方法は、鉱石中にコークスを混合装入することにより通気抵抗の高い軟化融着帯へのガスの侵入を可能とさせるものである。

しかしながら、コークス炉から出てくるコークスの粒度分布が制御困難である中、特許文献１には、所定量の混合用コークス量を確保するための方法について記載されていない。所定量の混合用コークス量が確保できない場合、軟化融着帯での通気性悪化が引き起こされ、高炉操業の効率悪化及び安定性が崩れる危険性がある。

また、特許文献２には、鉱石中に混入するコークス粒径の鉱石粒径に対する比の値を１．４〜９．０とする方法が開示されている。この特許文献２に開示された方法は、コークスを混合した鉱石層（以下、混合層という。）の軟化融着帯におけるメタルへの浸炭速度を制限して軟化融着帯における圧力損失を低減することを可能としている。

しかしながら、コークス炉から出てくるコークスの粒度分布が制御困難である中、特許文献２には、鉱石に混合するコークスを所定の粒径に制御する方法が示されていない。鉱石に混合するコークスの粒度分布変化により所定粒度の混合層ができない場合、軟化融着帯における前記圧力損失低減効果が低下し、高炉操業の安定性が崩れる可能性がある。

また、前記粒径範囲内であっても、混合層中において受ける偏析は、混合するコークスの粒径により異なる。従って、混合用コークスの粒度制御を行わない場合、混合層中において混合したコークスが偏析し、軟化融着帯での望む圧力損失低減効果が局所的になることにより高炉操業の効率悪化が引き起こされる危険性がある。

また、特許文献３には、混合層中に混入するコークスの粒度の粗い方から２０質量％の平均粒度ｄp（mm）を、鉱石に混入するコークスの装入量Ｗ（質量％）に応じて、ｄp＞Ｗ＋２０の範囲に保って装入する方法が開示されている。

しかしながら、コークス炉から出てくるコークスの粒度分布が制御困難である中、特許文献３には、鉱石に混合するコークスを所定の粒径に制御する方法が示されていない。コークス炉から出てくるコークスの粒度分布が制御困難であれば、混合用コークスの粒度分布も一定であることは考えられないので、混合用コークスの炉内堆積位置を制御することは困難である。従って、期待する高炉操業の効率化及び安定性を達成することは困難である。

また、特許文献４では、コークスと鉱石の密度差に起因する粒子偏析効果と、コークスと鉱石の粒度差に起因する粒子偏析効果とを相殺させるため、同時装入するコークスの荷重平均粒径と鉱石の荷重平均粒径を制御する方法が開示されている。

特許文献４に開示された方法は、鉱石と混合用コークスの粒径比率及び重量比率を所定範囲に調整して混合層内における高炉半径方向O／C分布の制御を実施し、高炉の通気性及び通液性を良好に維持し、高炉安定操業を維持することが可能としている。

しかしながら、特許文献４には、混合用コークスの粒径制御方法についての言及がなされていない。制御が困難であるコークス粒度分布から規定の粒径のコークスを選別制御することができなければ、混合用コークスの混合層内分布が望む位置とは異なってしまい、期待する高炉操業安定化の達成は困難となる。

特開昭５９‐４１４０２号公報 特開昭６１‐１５３２１１号公報 特開平４‐６３２１２号公報 特開平８‐２８３８０４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、鉱石中に小中塊コークスを混合して高炉内に装入するに際し、従来は、コークスの粒度分布や量の制御が困難であることから、高炉操業に好ましい混合用小中塊コークスの粒度や量を確保することができないという点である。

本発明は、鉱石中に小中塊コークスを混合して高炉内に装入するに際し、粒度分布の制御が困難であるコークス炉で製造したコークスの粒度分布を、高炉操業に好ましい粒度に制御、または必要な量を確保するための制御方法を提供することを目的としている。

本発明の高炉装入鉱石への混合用小中塊コークスの制御方法は、上記目的を達成するために、なされたものである。

すなわち、本発明は、
コークス槽から切出されて塊コークス篩にかけられたコークスのうちの篩下コークスを小中塊回収篩に搬送する経路中に、前記篩下コークスの分級と非常退避経路への切り替えが可能な、分級領域と遮蔽領域を有する分級装置を設置し、前記篩下コークスを鉱石への混合用小中塊コークスとすべく前記分級装置の前記分級領域で分級するアンダーサイズの前記篩下コークスを所定の粒度に制御することを最も主要な特徴としている。

本発明では、塊コークス篩の篩下コークスと小中塊回収篩の間に篩下コークスの分級と非常時退避経路への切り替えが可能な分級装置をさらに設置するので、混合用小中塊コークスを所定粒度に制御することができる。従って、軟化融着帯の通気性を維持または向上させることが可能となって、高炉操業の効率及び安定性を高めることが可能となる。

また、本発明において、例えば屋外の原料貯蔵ヤードに貯蔵しているコークスをコークス槽に装入することで、塊コークス篩における篩下コークスの発生量を制御すれば、鉱石への混合用小中塊コークスの発生量をも制御することができる。

本発明により、鉱石への混合用小中塊コークスの粒度を制御することができるので、鉱石に混合する混合用小中塊コークスの粒度変動に起因する、高炉へ装入した後の混合用小中塊コークスの炉内堆積位置及び混合用小中塊コークスの鉱石層中の混合状態の変化を抑制することができる。

また、高炉操業状況に応じて混合用小中塊コークスの炉内堆積位置の変更及び鉱石層中の混合状態の変更の実施が容易となり、高炉の日々の操業において効率向上が可能となる。

さらに、本発明により、高炉操業において粒径の異なる塊コークスを同時に使用している場合にも、鉱石への混合用小中塊コークスの粒度を一定にすることが可能となるので、高炉操業時における変動を抑制することができる。

高炉における従来のコークス切り出しフローを示した図である。 本発明の制御方法に使用する分級装置の概略構成図である。 高炉における本発明のコークス切り出しフローを示した図である。 本発明の制御方法に使用する分級装置の使用状態を説明する図で、（ａ）は通常操業中、（ｂ）は非常退避時を示す。 塊コークス篩の篩下コークスの粒度分布と、この篩下コークスを、本発明方法を適用した場合と適用しない場合について、小中塊回収篩で篩分けした小中塊コークスの粒度分布を示した図である。

本発明は、鉱石中にコークスを混合して高炉内に装入するに際し、混合用小中塊コークスの粒度を高炉操業に好ましい粒度に制御するという目的を、塊コークス篩の篩下コークスと小中塊回収篩の間に篩下コークスの分級と非常時退避経路への切り替えが可能な分級装置を設置することで実現した。

以下、本発明について詳細に説明する。
先ず、高炉における従来のコークス切り出しフローを、図１を用いて説明する。

コークス槽１から切り出されたコークスは、コークス槽１の下方に設置した塊コークス篩２で、粒径が３０〜４５mmを超える篩上コークスと、粒径が３０〜４５mm以下の篩下コークスに篩分けられる。

このうち、篩上コークスはコークス秤量ホッパ３で所定量秤量されて装入コンベア４に供給され、高炉原料として高炉に装入される。一方、篩下コークスはベルトコンベア５ａ，５ｂ，５ｃにより小中塊回収篩６まで搬送される。

小中塊回収篩６では、粒径が５〜２０mmを超える小中塊コークスと、粒径が５〜２０mm以下の粉コークスに分別し、小中塊コークスは小中塊槽７に送られ、鉱石の装入時に小中塊コークス秤量ホッパ８から所定量切り出されて鉱石と混合した後、装入コンベア４により高炉内に装入される。一方、粉コークスは一旦粉コークスホッパ９に貯留された後、必要時に焼結工場等に送られて使用される。

前記コークス切り出しフローにあっては、通常、小中塊コークスの発生量を変更する場合、塊コークス篩２もしくは小中塊回収篩６の網目を変更することにより行っている。従って、小中塊コークスの発生量の変更と同時に粒度分布も変化する。

また、前記コークス切り出しフローでは、小中塊回収篩６やベルトコンベア５ａ，５ｂ，５ｃでトラブルが発生した場合、塊コークス篩２で発生した篩下コークスを処理できなくなって塊コークス篩２の使用が不可能となる。従って、高炉へ塊コークスを装入出来なくなって、高炉操業に大きな影響を与える。

そこで、小中塊回収篩６やベルトコンベア５ａ，５ｂ，５ｃでトラブルが発生した時にも、高炉操業が継続できるよう、塊コークス篩２の篩下コークス搬送経路の途中に、例えば切替ダンパー１０を設置し、非常退避ができるようにしている。なお、図１中の１１は非常退避経路である。

前記コークス切り出しフローでは、小中塊コークスの発生量や粒度の制御を小中塊回収篩６の網目を変更することによって行っているため、粒度だけを制御することができない。

そこで、小中塊コークスの粒度だけの制御を可能にするために、篩下コークスの小中塊回収篩への搬送経路に分級装置を新たに設置することを考えた。

しかしながら、篩下コークスの小中塊回収篩への搬送経路に分級装置を新たに設置するに際し、従来の切替ダンパーのような非常退避機能を保持するためには搬送経路の分割等の大幅な設備改造が必要となる。

また、高炉操業から混合用小中塊コークスの要望する粒径制御範囲にオンタイムで対応するためには、仕様変更が容易な設備である必要がある。
そこで、発明者らは様々な検討を重ね、本発明方法に適用する分級装置を開発した。

図２は、本発明の制御方法に適用する分級装置の概略構成を示した図である。この分級装置２１は、コークス槽１より切出されたコークスを塊コークス篩２で篩分けした篩下コークスの粒度制御を行うものであり、以下の構成となっている。

２１は、図３に示したように、コークス切り出しフローにおける、例えばベルトコンベア５ｂと５ｃの乗り継ぎ部に設置する分級装置である。この分級装置２１は、上部を遮蔽領域２２、下部を分級領域２３とした構造体２４を、例えば上下方向に傾斜配置したレール２５に沿ってスライド可能に構成したものである。

そして、前記構造体２４をスライドすることで、塊コークス篩２で篩分けした篩下コークスを所定の粒度に分級する場合と、非常退避させる場合の切り替えを行うものである。そして、篩下コークスを分級した際のアンダーサイズの篩下コークスは前記小中塊回収篩６への搬送経路であるベルトコンベア５ｃに送る一方、オーバーサイズの篩下コークスは従来とは別系統にて例えばヤード３１に送るようにする。

前記遮蔽領域２２は、ベルトコンベア５ｂから落下してくる篩下コークスの衝撃に耐え、かつ下部の分級領域２３に導くことができるものであれば、所要厚さの平板状の板材を使用するなど、その構造は問わない。

また、前記分級領域２３の構造は小中塊回収篩６に使用した網構造でも構わないが、メンテナンス性・詰まり難さ等を考慮すると振動式のグリズリー構造を採用することがより好ましい。

また、前記構造体２４のスライドは、所定位置への移動と所定位置での固定が行えるものであれば、自動で行うものでも手動で行うものでも良い。

以下、図３に示すように、図１に示したコークス切り出しフローにおける切替ダンパー１０に換えて、上記構成の分級装置２１をベルトコンベア５ｂと５ｃの乗り継ぎ部に設置して、混合用小中塊コークスの粒径や発生量を制御する本発明方法について説明する。

先ず、コークス槽１から切出され、塊コークス篩２にかけられたコークスのうち、篩上コークスは、コークス秤量ホッパ３から所定量ずつ切り出されて装入コンベア４に供給され、塊コークスとして高炉へ装入される。

一方、塊コークス篩２にかけられたコークスのうち、篩下コークスは、ベルトコンベア５ａ，５ｂによって分級装置２１に送られる。

そして、通常操業時は、図４（ａ）に示すように、構造体２４を上方にスライドさせて非常退避経路１１への入口を遮蔽領域２２で遮断する。これにより、ベルトコンベア５ｂから送られてくる篩下コークスは遮蔽領域２２上に落下し、分級領域２３に案内されて所定の粒度に分級される。

分級領域２３で分級された篩下コークスのうち、アンダーサイズの篩下コークスは前記小中塊回収篩６への搬送経路であるベルトコンベア５ｃに送られる。そして、小中塊回収篩６で篩分けされた篩上の小中塊コークスは小中塊槽７に送られ、鉱石の装入時に小中塊コークス秤量ホッパ８から所定量切り出されて鉱石と混合した後、装入コンベア４により高炉内に装入される。一方、オーバーサイズの篩下コークスは従来とは別系統にてヤード３１へ搬送される。

すなわち、既設原料槽及び搬送設備を用い、塊コークス篩２の篩下コークスを安価で新規の設置や仕様の変更が容易な分級装置２１によって所定の粒度に分級する本発明によれば、日々変動するコークス炉から出てくるコークス粒度分布にオンタイムで対応することが可能となる。

従って、高炉に装入する混合用小中塊コークスの粒度をより高精度に制御することができ、軟化融着帯の通気性を維持または向上させることが可能となって、高炉操業の効率及び安定性を高めることが可能となる。これが請求項１に係る発明である。

また、高炉内にコークス層を形成するための装入において、コークスを複数バッチに分けて装入する際、バッチ毎に塊コークス篩２の網目を変更して、使用する塊コークスの下限を変更する場合がある。

この場合、網目の異なる塊コークス篩２で篩分けした篩下コークスは、通常、同一の搬送ラインに送られ処理されるので、全ての塊コークス篩２が同一の網目である場合と比較して小中塊コークスの粒度分布が拡がることになる。この場合も、請求項１に係る発明を適用することにより、所定粒度に制御することが可能となって粒度分布が狭くなり、高炉操業の効率及び安定性を高めることが可能となる。

このように、請求項１に係る発明によれば、鉱石への混合用小中塊コークスの粒度を所定の粒度に制御することができる。

しかしながら、高炉操業の要望により塊コークス篩２にかけられたコークスのうちの篩下コークスの粒度分布を変更する場合がある。このとき、請求項１に係る発明による混合用小中塊コークスの粒度制御では、所定粒度範囲にある混合用小中塊コークスの量が高炉での使用量に比べて不足する場合がある。

このような場合は、屋外の原料貯蔵ヤードのコークスをコークス槽１に搬送して、請求項１に係る方法で粒度制御を行うことで、所定粒度に制御された混合用小中塊コークスの量を、高炉での使用量に足るものとすることができる。これが請求項２に係る発明である。

請求項２に係る発明においては、屋外の原料貯蔵ヤードに貯蔵している小中塊コークスの代替として、分級装置２１にて分級したオーバーサイズの篩下コークスを破砕して用いても良い。

一方、小中塊回収篩６等のトラブル時には、図４（ｂ）に示すように、分級装置２１の構造体２４を下方にスライドさせて、ベルトコンベア５ｂから流れてくる篩下コークスを全量、非常退避系統１１に退避させるようにする。

以下に、本発明の実施例を説明する。
対象高炉は炉内容積３７００m³の高炉であり、出銑比は２．０ton／m³・day、コークス比は３５０kg／pt、鉱石層の混合コークス比は４０kg／ptで操業しており、混合用コークスの発生量と使用量のバランスが取れている。

コークス炉から出てきたコークスをコークス槽に受入れ、塊コークス篩で篩分けした篩下コークスと、篩下コークスから小中塊回収篩にて篩分けした小中塊コークスの粒度分布を、本発明未適用及び本発明適用の各々についてのコークス粒度分布を調査した。その結果を図５に示す。

図５より明らかなように、本発明方法を適用することにより、小中塊コークスの粒径の最大値が小さくなり、下記表１に示すようにコークス粒度分布のピークを持つ粒径である１５〜２５mm粒度の存在割合が、本発明方法未適用の５４％に比べて６７％となった。

一方で、図５および下記表２に示すように、小中塊コークスの粒度分布が狭小化されたことにより該粒度分布を持つ小中塊コークス発生量が使用量２９６ton／dayに対して５７ton／day不足することになった。

この不足分を補うため、屋外の原料貯槽ヤードに貯蔵してあるコークスをコークス槽に受入れて切出し、塊コークス篩で篩分けした篩下コークスとして回収して再度分級装置にかけることにより前述した不足分を補うことが可能となった。

その結果、本発明を適用した高炉では、混合用小中塊コークスの粒径及び発生量を制御することが可能となり、ひいては軟化融着帯での通気性を確保することができ、高炉操業の効率及び安定性を維持または向上させることができた。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

１ コークス槽
２ 塊コークス篩
５ａ，５ｂ，５ｃ ベルトコンベア
６ 小中塊回収篩
７ 小中塊槽
１１ 非常退避経路
２１ 分級装置
２２ 遮蔽領域
２３ 分級領域
２４ 構造体
２５ レール

Claims (4)

1. コークス槽から切出されて塊コークス篩にかけられたコークスのうちの篩下コークスを小中塊回収篩に搬送する経路中に、前記篩下コークスの分級と非常退避経路への切り替えが可能な、分級領域と遮蔽領域を有する分級装置を設置し、前記篩下コークスを鉱石への混合用小中塊コークスとすべく前記分級装置の前記分級領域で分級するアンダーサイズの前記篩下コークスを所定の粒度に制御することを特徴とする高炉装入鉱石への混合用小中塊コークスの制御方法。
2. 屋外の原料貯蔵ヤードにストックしている小中塊コークスをコークス槽に装入することで、塊コークス篩における篩下コークスの発生量を制御して鉱石への混合用小中塊コークスの発生量をも制御することを特徴とする請求項１に記載の高炉装入鉱石への混合用小中塊コークスの制御方法。
3. 前記分級装置で分級した篩下コークスのうちのオーバーサイズの篩下コークスを破砕してコークス槽に装入することで、塊コークス篩における篩下コークスの発生量を制御して鉱石への混合用小中塊コークスの発生量をも制御することを特徴とする請求項１に記載の高炉装入鉱石への混合用小中塊コークスの制御方法。
4. 前記分級装置は、上部を遮蔽領域、下部を分級領域とした構造体を上下にスライド可能としたものであることを特徴とする請求項１に記載の高炉装入鉱石への混合用小中塊コークスの制御方法。

Images