JP5906668B2 - 高炉操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉操業方法に関するものであり、特に羽口先速度を決定するものである。

従来の知見としては、高炉に吹き込む熱風の羽口先での速度（以下、羽口先速度と称す）が小さい場合は、中心部まで熱風が送られず、炉壁側に熱風が流れやすくなる。また、高炉の炉床に堆積したコークスの塊である炉芯に対して充分に熱風が流れず、熱供給が行われないために炉芯の温度が低下し、炉芯に溶解して滴下した銑滓の流動性が低下することで銑滓の排出不良が懸念される。

一方、羽口先速度が大きい場合には、炉芯に対する熱風の衝風エネルギーが増加し、炉芯のコークスが粉化し、この粉化によって炉芯が目詰まりすることで、炉内中心部まで熱風が流れきれずに通気不良を起こし、炉壁側に熱風が流れる周辺流化が懸念される。このため、羽口先速度の範囲を経験的に決定し、操業を行っているのが実状である。
なお、特許文献１の従来技術では、高炉レースウェイにおけるコークス粉化を抑制するための高炉操業を提案しているが、羽口風速の変化量が所定の範囲となるように、送風温度、送風湿度、酸素富化率等を設定している。また、特許文献２の従来技術では、レースウェイの脈動周波数が所定の範囲となるように、羽口径、風温、羽口ガス圧力、燃料吹き込み量等を調整し、レースウェイの深度を制御している。すなわち、これら特許文献１、２の従来技術は、何れも羽口先速度を定量的に決定するものではない。

特開平７−３０５１０４号公報 特開２００７−２８４７２５号公報

上記のように、高炉操業においては、羽口先速度を経験的に決定しており、通気性などに関する高炉の状況（以下、炉況と称す）を安定的にすることが課題であり、羽口先速度はその炉況を決定する因子の一つとなっている。羽口先速度が小さいことで起こる銑滓の排出不良によって、炉内の溶融物のレベルが増加し圧損領域が上昇すると通気性が阻害される。また、羽口先速度が大きいことで起こる炉芯コークスの粉化によっても通気性が阻害される。

このような通気性の阻害は、炉内での原料の棚吊りを発生させやすくし、原料の荷下りが悪くなり、さらに原料が棚吊りの状態から炉内に落下した場合、羽口に原料が衝突し破損する可能性もある。また、炉芯コークスの粉化によるガスの周辺流化は炉体への熱負荷を増加させ、さらには炉壁から外部に放出される熱量が増加し、より多くの熱量を高炉に投入せざるを得なくなる。

このように、羽口先速度の設定は操業に大きく影響を及ぼすものであるが、この羽口先速度の決定は未だ経験的に行われており、定量的な決定方法がなかった。
本発明の課題は、高炉プロフィールから圧力変動を抑制可能な羽口先速度を決定し、安定した高炉操業を行うことである。

本発明の一態様に係る高炉操業方法は、羽口前圧力［ｋＰａ］と炉頂圧力［ｋＰａ］との差分で表される炉内でのガスの圧損［ｋＰａ］をΔＰとし、送風流量［Ｎｍ ^３ ／ｍｉｎ］をＶとし、送風流量当たりの圧損ΔＰ／Ｖ［ｋＰａ・ｍｉｎ／Ｎｍ ^３ ］の変動を示す指数としてΔＰ／Ｖの標準偏差である圧力変動指数σΔＰ／Ｖ［ｋＰａ・ｍｉｎ／Ｎｍ ^３ ］を定義し、高炉内容積［ｍ ^３ ］を高炉羽口数で除した値を高炉指標と定義し、圧力変動指数を０.２５以下に抑制するために、各高炉羽口からの吹き込み速度である羽口先速度［ｍ／ｓ］を高炉指標で除した値が１.７５以上且つ２.２５以下の範囲内となるように、羽口先速度を制御することを特徴とする。

本発明の一態様に係る高炉操業方法は、羽口先速度を高炉指標で除した値が１.８０以上且つ２.００以下の範囲となるように、羽口先速度を制御することを特徴とする。

本発明の一態様に係る高炉操業方法によれば、羽口先速度を高炉指標で除した値と圧力変動指数との関係に基づき、羽口先速度を制御しているので、高炉ごとに適切な羽口先速度を設定することができる。すなわち、高炉プロフィールから圧力変動を抑制可能な羽口先速度を決定し、安定した高炉操業を行うことができる。

羽口先速度Ｖｔと圧力変動指標σΔＰ／Ｖとの関係を示す操業実績である。 羽口先速度Ｖｔを高炉指標ｖ‐ｔｕｙで除した値Ｖｔ／ｖ‐ｔｕｙと圧力変動指数σΔＰ／Ｖとの関係を示す図である。 新高炉における操業実績を示す図である。

以下、本実施形態について説明する。
本実施形態は、各高炉羽口からの吹き込み速度である羽口先速度Ｖｔと、高炉プロフィールを考慮した高炉指標ｖ‐ｔｕｙを用いると共に、炉況を示す圧力変動指数σΔＰ／Ｖによって整理することで、各高炉における適正な羽口先速度Ｖｔの決定を行うものである。

ここで、高炉指標ｖ‐ｔｕｙとは、高炉内全容積に対して熱風を供給する際の羽口１本当たりが賄うべき容積に相当する指標であり、高炉内容積［ｍ³］／高炉羽口数［本］である。すなわち、高炉のプロフィールによって決定される定数である。
また、圧力変動指数σΔＰ／Ｖは、ΔＰ／Ｖの標準偏差であり、ΔＰは羽口前圧力［ｋＰａ］と炉頂圧力［ｋＰａ］との差分（羽口前圧力−炉頂圧力）で表される炉内でのガスの圧損［ｋＰａ］であり、Ｖは送風流量［Ｎｍ³／ｍｉｎ］である。したがって、圧力変動指数σΔＰ／Ｖ［ｋＰａ・ｍｉｎ／Ｎｍ ^３ ］は、送風流量当たりの炉内圧損ΔＰ／Ｖ［ｋＰａ・ｍｉｎ／Ｎｍ ^３ ］の変動を示す指数であり、この圧力変動指数σΔＰ／Ｖが大きいほど、炉内圧損の変動が大きいことを示す。すなわち、炉内圧損はガス流れの変化によって変動を起こすため、圧力変動指数σΔＰ／Ｖの値により、ガス流れの安定性が示され、この値が小さいほどガス流れが安定していることを示す。

図１は、羽口先速度Ｖｔと圧力変動指標σΔＰ／Ｖとの関係を示す操業実績である。
図中の高炉ごとの括弧内には、高炉内容積と高炉羽口数とを示している。羽口先速度Ｖｔは、圧力変動指数σΔＰ／Ｖと定性的には相関が考えられるが、この図１からも分るように、羽口先速度Ｖｔと圧力変動指標σΔＰ／Ｖとの関係においては、直接的な相関は見られない。

図２は、羽口先速度Ｖｔを高炉指標ｖ‐ｔｕｙで除した値Ｖｔ／ｖ‐ｔｕｙと圧力変動指数σΔＰ／Ｖとの関係を示す図である。
このように、羽口先速度Ｖｔを高炉指標ｖ‐ｔｕｙで除した値Ｖｔ／ｖ‐ｔｕｙで整理すると、圧力変動指数σΔＰ／Ｖとの間に、相関が見られることが分った。そして、Ｖｔ／ｖ‐ｔｕｙを１.７５以上、且つ２.２５以下の範囲内にて操業を行うことで、圧力変動指数σΔＰ／Ｖを０.２５以下に抑制でき、安定操業が可能だと考えられる。

しかし、羽口先速度Ｖｔの調整には羽口径の変更など大掛かりな作業を必要とし、羽口の変更によるコストアップも考えられる。そのため、Ｖｔ／ｖ‐ｔｕｙを１.８０以上、且つ２.００以下の範囲内にて操業を行うことが現実的であり、この範囲内にて羽口先速度Ｖｔを決定することで、圧力変動指数σΔＰ／Ｖの値を抑制し、ガス流の変動を抑制した安定操業を図ることができる。

上記のように、高炉指標ｖ‐ｔｕｙを用い、高炉の羽口先速度Ｖｔを決定し操業を行うことで、圧力変動指数σΔＰ／Ｖの値を低減し、炉内のガス流の安定化を図れるため、高炉の安定操業が可能となる。また、Ｖｔ／ｖ‐ｔｕｙの値を、１.７５以上、且つ２.２５以下の範囲とすることで、圧力変動指数σΔＰ／Ｖの値を充分に抑制することができる。また、Ｖｔ／ｖ‐ｔｕｙの値を、１.８０以上、且つ２.００以下の範囲とすることで、羽口先速度Ｖｔの変更に必要となる羽口径の調整作業などを低減できるので、コストアップを抑制することができる。

ここで、新高炉において、羽口先速度Ｖｔを決定し、羽口径の設計に反映させた実施例について説明する。
図３は、新高炉における一日ごとの操業実績を示す図である。
上記のように、羽口先速度Ｖｔを決定したことで、圧力変動指数σΔＰ／Ｖを０.２５以下に安定させることができた。また、炉況も安定したため、積極的にコークス比の低減、小塊コークス比の増加を行い、このときのコークス比３６０［ｋｇ／ｔ］、小塊コークス比７０［ｋｇ／ｔ］という成績を得ることができた。

Ｖｔ…羽口先速度
ｖ‐ｔｕｙ…高炉指標
σΔＰ／Ｖ…圧力変動指数

Claims (2)

1. 羽口前圧力［ｋＰａ］と炉頂圧力［ｋＰａ］との差分で表される炉内でのガスの圧損［ｋＰａ］をΔＰとし、送風流量［Ｎｍ ^３ ／ｍｉｎ］をＶとし、前記送風流量当たりの前記圧損ΔＰ／Ｖ［ｋＰａ・ｍｉｎ／Ｎｍ ^３ ］の変動を示す指数として前記ΔＰ／Ｖの標準偏差である圧力変動指数σΔＰ／Ｖ［ｋＰａ・ｍｉｎ／Ｎｍ ^３ ］を定義し、
   高炉内容積［ｍ ^３ ］を高炉羽口数で除した値を高炉指標と定義し、
   前記圧力変動指数を０.２５以下に抑制するために、各高炉羽口からの吹き込み速度である羽口先速度［ｍ／ｓ］を前記高炉指標で除した値が１.７５以上且つ２.２５以下の範囲内となるように、前記羽口先速度を制御することを特徴とする高炉操業方法。
2. 前記羽口先速度［ｍ／ｓ］を前記高炉指標で除した値が１.８０以上且つ２.００以下の範囲内となるように、前記羽口先速度を制御することを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。

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