JP5966609B2 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉内への原料装入を旋回シュートで行う高炉への原料装入方法に関するものである。

高炉は、一般的に焼結鉱、ペレット、塊状鉱石等の鉱石類原料とコークスとを炉頂から層状に装入し、羽口より燃焼ガスを流して、銑鉄を得る。装入された高炉装入原料であるコークスと鉱石類原料は炉頂より炉下部へと降下し、鉱石の還元と原料の昇温が起こる。鉱石類原料層は、昇温と上方からの荷重により鉱石類原料間の空隙を埋めながら徐々に変形して、高炉のシャフト部の下方においては非常に通気抵抗が大きくガスが殆ど流れない融着層を形成する。

従来、高炉への原料装入は、鉱石類原料とコークスを交互に装入しており、炉内では鉱石類原料層とコークス層が交互に層状となっている。また、高炉内下部には融着帯と呼ばれる鉱石が軟化融着した通気抵抗の大きな鉱石類原料層及びコークス由来の比較的通気抵抗が小さいコークススリットが存在する。
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が限りなく薄くなることが考えられる。

融着帯の通気抵抗を改善するためには、鉱石類原料層にコークスを混合することが有効であることが知られており、適切な混合状態を得るために多くの研究が報告されている。
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。

また、特許文献２では、炉頂のバンカーに鉱石とコークスとを別々に貯留して、コークスと鉱石を同時に混合装入することで、コークスの通常装入用バッチ、コークスの中心装入用バッチ及び混合装入用バッチの３通りを同時に行うようにしている。

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化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。

特開平３−２１１２１０号公報 特開２００４−１０７７９４号公報 特公昭５９−１０４０２号公報

融着帯の通気抵抗を改善するためには、前述した特許文献３に記載された従来例のように、鉱石層にコークスを混合することが有効であることが知られている。
一方で、鉱石とコークスには粒径差が存在する。すなわち、鉱石の粒径は約１０mm程度であるのに対し、コークスの粒径は大きく、特に塊コークスの粒径は６０mmにも及ぶ。
上記したような粒径の異なる粒子を混合した場合、粒度範囲が広がって空隙率が低下する。

従って、従来の鉱石類原料とコークスとをそれぞれ交互に高炉内に装入して、鉱石類原料層とコークス層を交互に形成する炉内装入方式から、直ちに、鉱石類原料とコークスとを混合した混合原料として高炉内へ装入する炉内装入方式に切り替えた場合、高炉の塊状帯（混合原料充填層）における通気性が悪化し、シャフト圧力の変動や吹き抜けが発生し易くなる。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、鉱石類原料とコークスの炉内装入を、従来の個別装入方式から混合装入方式に切り替える際に、通気性の悪化を極力抑制して、上記の切換えをスムーズに行う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する。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．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を、旋回シュートを用いて高炉内へ装入する高炉操業方法において、
前記鉱石類原料と前記コークスとをそれぞれ交互に高炉内に装入して、鉱石類原料層とコークス層とを交互に積層する炉内装入方式から、前記鉱石類原料と前記コークスとを混合した混合原料として高炉内へ装入する炉内装入方式に切り替えるに際し、
まず、１チャージ当たり装入する鉱石類原料とコークスの一部をそれぞれ同時に切り出し、混合して装入することにより、鉱石類原料層とコークス層との間に第一の混合層を挟んだ三層を一組とする第一のサンドイッチ層を継続して形成し、
ついで、前記第一のサンドイッチ層が融着帯に到着した時点で、鉱石類原料とコークスの同時切り出し混合量を前記第一のサンドイッチ層よりも多めにして、鉱石類原料層とコークス層との間に前記第一の混合層より厚みを増した第二の混合層を挟んだ三層を一組とする第二のサンドイッチ層を継続して形成し、
さらに、前記第二のサンドイッチ層が融着帯に到着した時点で、鉱石類原料とコークスの同時切り出し混合量を前記第二のサンドイッチ層よりもさらに多めにして、鉱石類原料層とコークス層との間に第二の混合層よりさらに厚みを増した第三の混合層を挟んだ三層を一組とする第三のサンドイッチ層を継続して形成し、
引き続き、前記した要領で、鉱石類原料とコークスとの同時切り出し混合量を段階的に増加させ、
最終的に、鉱石類原料とコークスの全てを同時に切り出して混合させた完全混合層として高炉内に装入する
ことを特徴とする高炉への原料装入方法。

２．前記高炉装入原料を高炉内に装入するに際し、高炉の軸心部に中心コークス層を形成することを特徴とする前記１に記載の高炉への原料装入方法。

本発明によれば、高炉内への鉱石類原料とコークスの装入を、従来の個別装入方式から混合装入方式に切り替える際に、通気性の悪化が生じず、従って安定した炉内通気性の下で良好な高炉操業を継続できる。

本発明の高炉への原料装入方法の一実施形態を示す模式図である。 本発明に従う、鉱石類原料とコークスの切り出し要領を示す図である。 原料装入方法の切り替え操業中における通気性指数ΔＰ／Ｖの推移を示す図である。

本発明は、鉱石類原料とコークスとをそれぞれ交互に高炉内に装入して、鉱石類原料層とコークス層を交互に形成する通常の高炉操業から、鉱石類原料とコークスとを混合した混合原料として高炉内へ装入する融着層レス高炉操業に移行する過渡期における原料装入方法である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
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に示す図である。
図中、符号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層、２はコークス層、そして３が鉱石類原料層とコークスの混合層である。また、４は炉頂バンカーであり、この例では、炉頂バンカー４ａに鉱石類原料を、炉頂バンカー４ｂにコークスを貯留した場合について示している。また、５は流量調整ゲート、６は集合ホッパー、７は旋回シュート、８は送風管である。そして、符号９で融着帯、１０で塊状帯を示し、１１で高炉全体を示す。

従来は、図１に示したとおり、鉱石類原料とコークスとをそれぞれ交互に高炉内に装入して、鉱石類原料層１とコークス層２を交互に形成していた。
本発明は、このような従来の原料装入方式から、鉱石類原料とコークスとを混合原料として高炉内へ装入する方式に切り替えようとするものである。
この場合、１チャージ当たり装入する鉱石類原料とコークスの一部をそれぞれ同時に切り出し、混合して高炉内に装入するわけであるが、その際、各炉頂バンカーから同時に切り出す量は最初は少量にとどめる。その結果、高炉内では、図１に示すように、鉱石類原料層１とコークス層２との間に第一の混合層３−１が挟まれた第一のサンドイッチ層１２−１が形成される。

このように、最初に形成する混合層の厚みを少なくするのは、次の理由による。
鉱石とコークスには粒径差が存在するので、このような粒径の異なる粒子を混合した場合には、粒度範囲が広がって空隙率の低下が避けられない。従って、最初から混合層の量を多くすると、高炉の塊状帯（混合原料充填層）において下方から流れる還元ガスの抜け道がなくなり、空隙率の低い混合層を通らなければならなくなるため、通気性が大幅に悪化し、シャフト圧力の変動や吹き抜けの発生を余儀なくされる。
しかしながら、最初に形成する混合層の割合が、１チャージ当たりに装入される原料、例えばコークス量の５〜１０質量％程度であれば、若干の空隙率の低下が避けられないものの、実操業においては支障を来さない。特に少量の混合層を高炉半径方向に対して狭い範囲に形成する場合、下部から流通する還元ガスが混合層を迂回して流れることが可能となるため通気性の悪化を抑制することが可能となる。
上記した第一のサンドイッチ層１２−１の形成を、連続して行う。

ついで、上記した第一のサンドイッチ層１２−１が融着帯９に到着したら、その時点で、鉱石類原料とコークスの同時切り出し混合量を前回よりも幾分多めにして、鉱石類原料層１とコークス層２との間に厚みを増した第二の混合層３−２（図示省略）が挟まれた第二のサンドイッチ層１２−２（図示省略）を形成する。

このように、第一のサンドイッチ層が融着帯に到着した時点で、混合層におけるコークス混合量を、最初に形成した混合層よりも多くする理由は、次のとおりである。
混合層は、塊状帯の通気性に対してはマイナスに作用するが、融着帯においては、そのマイナスを超える通気性の改善効果がある。従って、第一のサンドイッチ層が融着帯に到着して、融着帯での通気性が向上した段階では、混合層の量を幾分多めにして塊状帯の通気性を低下させても、増加した分の混合層に起因した通気性の低下は、融着帯での通気性の向上分で十分に補償される。
上記した第二のサンドイッチ層の形成も、連続して複数層行う。

さらに、上記した第二のサンドイッチ層が融着帯に到着したならば、その時点で、鉱石類原料とコークスの同時切り出し混合量を前回よりもさらに多めにして、鉱石類原料層１とコークス層２との間にさらに厚みを増した第三の混合層３−３（図示省略）が挟まれた第三のサンドイッチ層１２−３（図示省略）を形成する。
この第三のサンドイッチ層の形成も暫くの間継続して行う。

上記と同様の要領で、鉱石類原料とコークスとの同時切り出し量を段階的に増加させて、第四のサンドイッチ層（図示省略）、第五のサンドイッチ層（図示省略）・・・を形成して行く。
そして、最終的に、鉱石類原料とコークスの全てを同時に切り出して混合させた完全混合層（図示省略）として高炉内に装入するのである。
かくして、通気性の悪化のおそれなしに、高炉内への鉱石類原料とコークスの装入を、従来の個別装入方式から混合装入方式に切り替えることができ、切換え後も、良好な炉内通気性の下で安定した高炉操業を実施することができる。

次に、図２を参照して、原料の具体的な切り出し要領について説明する。
従来の高炉操業では、鉱石類原料とコークスとをそれぞれ交互に切り出し、集合ホッパーに供給していた（図２（ａ））。
本発明では、１チャージ当たり装入する鉱石類原料とコークスの一部をそれぞれ同時に切り出す。具体的には、まずコークスの大部分を切り出したのち、残りのコークスと少量の鉱石類原料を同時に切り出し、ついで残りの鉱石類原料を切り出す（図２（ｂ））。このような切り出しを行うと、図１に示したように、鉱石類原料層１とコークス層２との間に少量の混合層３−１が挟まれた第一のサンドイッチ層１２−１が形成される。
かような原料切り出しは、暫くの間継続して行う。

ついで、第一のサンドイッチ層１２−１が融着帯９に到着したならば、鉱石類原料とコークスの同時切り出し混合量を前回よりも幾分多めにして（図２（ｃ））、鉱石類原料層１とコークス層２との間に厚みを増した第二の混合層３−２（図示省略）を挟んだ第二のサンドイッチ層１２−２（図示省略）を形成する。このような原料切り出しも暫くの間継続して行う。

その後、第二のサンドイッチ層１２−２が融着帯に到着したならば、鉱石類原料とコークスの同時切り出し混合量を前回よりもさらに多めにする（図２（ｄ））ことにより、鉱石類原料層１とコークス層２との間にさらに厚みを増した第三の混合層３−３を挟んだ第三のサンドイッチ層１２−３（図示省略）を形成する。

上記と同様の要領で、鉱石類原料とコークスとの同時切り出し混合量を段階的に増加させることにより、第四のサンドイッチ層（図示省略）、第五のサンドイッチ層（図示省略）・・・を順次形成して行き、最終的に、鉱石類原料とコークスの全てを同時に切り出して混合させた完全混合層（図示省略）として高炉内に装入するのである。

また、本発明では、高炉の軸心部に中心コークス層を形成することもできる。
この場合は、旋回シュート７の原料装入先を高炉の軸心部とし、コークスを貯留した炉頂バンカー４ｂからコークスのみを排出することによって、高炉の軸心部に中心コークス層（図示省略）を形成すれば良い。
そして、その後、中心コークス層の外側に、上記した要領でサンドイッチ層を形成するのである。
かかる中心コークス層の形成により、高炉の軸心部における通気性が向上するので、高炉全体の通気性も改善されるのである。

この際、原料ストックライン高さにおける中心コークス層の形成位置は、高炉無次元半径において０以上、０．３以下とすることが望ましい。
また、中心コークス層を形成するために装入されるコークス量は、１チャージ当たりのコークス装入量の２０〜４０質量％程度とするのが好ましい。というのは、軸心部へのコークス装入量が２０質量％に満たないと軸心部周辺の通気性の改善が十分でなく、一方４０質量％より多いコークスを軸心部に集中させた場合には、混合層に使用するためのコークス量が低下するだけでなく、軸心部をガスが流れすぎてやはり炉体からの抜熱量が増加するからである。

内容積：４０００ｍ³級、出銑量：約９０００ｔ／Ｄの高炉において、図２に示したような、原料切り出し要領に従って、鉱石類原料とコークスの切り出し量を段階的に増加させた。
ここに、１チャージ当たり鉱石類原料量は１３０ｔ／ｃｈ、コークス量は２７ｔ／ｃｈ、コークス比は３４０ｋｇ／ｔ−溶銑とした。
また、原料の切り替え操業中は、炉頂圧圧力計と送風圧圧力計の差分から炉内圧力を継続して測定し、これを送風量で除算して通気性指数（ΔＰ／Ｖ）として通気性を評価した。ここで、ΔＰ：炉内差圧（送風圧力−炉頂圧力）［Ｐａ］、Ｖ：送風量［Ｎｍ³／ｍｉｎ］である。

通常の原料装入方式から、本発明に従う原料装入方式に切り替えるに際し、まず最初に鉱石類原料とコークスの同時切り出しを行う場合、最初のコークス切り出し量は１．５ｔ／ｃｈとして、第一のサンドイッチ層を形成した。
かような原料切り出しを５０回にわたって行った。

そして、上記した第一のサンドイッチ層が融着帯に到着した時点で、鉱石類原料とコークスの同時切り出し量を前回よりも幾分多めにするわけであるが、その際のコークス増量分は１．５ｔ／ｃｈとし、切り出しコークス量を３．０ｔ／ｃｈとして第二のサンドイッチ層を形成した。
かような原料切り出しも５０回継続した。

その後、第三のサンドイッチ層の形成に際しては、コークス量をさらに３．０ｔ／ｃｈ増量し、切り出しコークス量を６．０ｔ／ｃｈとして第三のサンドイッチ層を形成した。
かような原料切り出しも５０回継続した。

その後、第四のサンドイッチ層の形成に際しては、コークス量をさらに６．０ｔ／ｃｈ増量し、切り出しコークス量を１２．０ｔ／ｃｈとして第四のサンドイッチ層を形成した。
かような原料切り出しも５０回継続した。

その後、第五のサンドイッチ層の形成に際しては、コークス量をさらに４．０ｔ／ｃｈ増量し、切り出しコークス量を１６．０ｔ／ｃｈとして第五のサンドイッチ層を形成した。
かような原料切り出しは１００回以上継続した。最終的に本装入条件により中心コークス以外の全コークスが鉱石と混合された。

上述した原料の切り替え操業中に測定した通気性指数（ΔＰ／Ｖ）の変動を図３に示す。
同図に示したとおり、本発明に従い原料の装入方式を切り替えた場合は、通気性指数（ΔＰ／Ｖ）の大幅な上昇はほとんど見られず、炉内通気性は安定していることが分かる。

１ 鉱石類原料層
２ コークス層
３−１ 第一の混合層
４ 炉頂バンカー
５ 流量調整ゲート
６ 集合ホッパー
７ 旋回シュート
８ 送風管
９ 融着帯
１０ 塊状帯
１１ 高炉
１２−１ 第一のサンドイッチ層

Claims (2)

1. 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を、旋回シュートを用いて高炉内へ装入する高炉操業方法において、
   前記鉱石類原料と前記コークスとをそれぞれ交互に高炉内に装入して、鉱石類原料層とコークス層とを交互に積層する炉内装入方式から、前記鉱石類原料と前記コークスとを混合した混合原料として高炉内へ装入する炉内装入方式に切り替えるに際し、
   まず、１チャージ当たり装入する鉱石類原料とコークスの一部をそれぞれ同時に切り出し、混合して装入することにより、鉱石類原料層とコークス層との間に第一の混合層を挟んだ三層を一組とする第一のサンドイッチ層を継続して形成し、
   ついで、前記第一のサンドイッチ層が融着帯に到着した時点で、鉱石類原料とコークスの同時切り出し混合量を前記第一のサンドイッチ層よりも多めにして、鉱石類原料層とコークス層との間に前記第一の混合層より厚みを増した第二の混合層を挟んだ三層を一組とする第二のサンドイッチ層を継続して形成し、
   さらに、前記第二のサンドイッチ層が融着帯に到着した時点で、鉱石類原料とコークスの同時切り出し混合量を前記第二のサンドイッチ層よりもさらに多めにして、鉱石類原料層とコークス層との間に第二の混合層よりさらに厚みを増した第三の混合層を挟んだ三層を一組とする第三のサンドイッチ層を継続して形成し、
   引き続き、前記した要領で、鉱石類原料とコークスとの同時切り出し混合量を段階的に増加させ、
   最終的に、鉱石類原料とコークスの全てを同時に切り出して混合させた完全混合層として高炉内に装入する
   ことを特徴とする高炉への原料装入方法。
2. 前記高炉装入原料を高炉内に装入するに際し、高炉の軸心部に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。

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