JP6041072B1 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Abstract

高炉内反応性の改善を図り、より還元材比の低減が可能となる原料装入方法を提供する。高炉装入原料を旋回シュートを用いて１チャージ毎に高炉内へ装入する高炉への原料装入方法であって、前記高炉装入原料が、焼結鉱、ペレット、及び塊状鉱石からなる群より選択される少なくとも１つを含有する鉱石類原料と、コークスとを含有し、前記１チャージで装入される高炉装入原料の１０質量％以上を酸性ペレットとし、前記１チャージで装入されるコークスの６０〜７５質量％を、前記鉱石類原料との混合層として装入し、残り２５〜４０質量％のコークスはコークス単独で装入する、高炉への原料装入方法。

Description

本発明は、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。

近年、地球温暖化防止の観点からＣＯ_２削減が求められている。鉄鋼業においてはＣＯ_２排出量の約７０％が高炉によるものであり、高炉におけるＣＯ_２排出量の削減が求められる。高炉におけるＣＯ_２削減は、高炉で使用する還元材（コークス、微粉炭、天然ガスなど）の削減により可能である。

さらに、最近では、鉄鋼需要の増大に伴い、製造がより容易である酸性ペレット（成分中のＣａＯ（質量％）とＳｉＯ_２（質量％）の比（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）が０．５以下のもの）の使用量が増大している。

そして、かかる酸性ペレットは、高炉内における還元性ならびに高温での溶融性状が悪く、その利用により、高炉の還元性ならびに通気性を悪化させることが知られて（非特許文献１）いる。

従って、酸性ペレットの利用時には、酸性ペレットの還元性ならびに通気性を改善し、還元材使用量の増加を抑制することが要求される。

ここで、融着帯の通気抵抗を改善するためには、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おり、鉱石層にコークスを混合するための様々な方法が報告されている。

例えば、特許文献１には、ベルレス式高炉において、鉱石ホッパーのうち下流側の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堆積させた後、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せしめる技術が開示されている。

また、特許文献２には、炉頂のバンカーに鉱石とコークスを別々に貯留しつつ、コークスと鉱石を同時に混合装入することで、コークス装入用バッチ、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通りを同時に行う技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、高炉における原料装入方法として、高炉操業における融着帯形状の不安定性及び中心部付近におけるガス利用率の低下を防止し、安定操業と熱効率の向上を図るために、全鉱石と全コークスを混合した後、原料を高炉内に装入する技術が開示されている。

また、特許文献４には、混合コークスによる反応性向上効果を享受する手段として、高反応コークスとＪＩＳ還元率が低い鉱石を混合することで、低反応性鉱石を高効率に反応させて高炉の反応性を向上させる技術が開示されている。

加えて、特許文献５には、炉内に装入される全コークス量の６０〜７５質量％については、鉱石類原料との混合層として装入する一方、残り２５〜４０質量％のコークス量はコークススリットとして残存させることによって、鉱石類原料とコークスとを混合層として炉内装入する場合に懸念される通気性の劣化を解消する技術が開示されている。

特開平３−２１１２１０号公報 特開２００４−１０７７９４号公報 特公昭５９−０１０４０２号公報 特公平０７−０７６３６６号公報 国際公開第２０１３／１７２０４４号

藤井成美ら：鉄と鋼、一般社団法人 日本鉄鋼協会、１９６８年、第５４巻、第１２号（１９６８）、ｐ．１２４１−１２５９

前述した酸性ペレットは、高炉内における還元性や、高温での溶融性状が悪く、その利用によって、高炉の還元性ならびに通気性を悪化させることが知られている（前掲非特許文献１参照）。従って、酸性ペレット利用時には、酸性ペレットの還元性ならびに通気性を改善すると共に、還元材使用量の増加を抑制する必要がある。

また、一般的に高炉の炉内は、中心部と周辺部は共にガスが流れやすい一方で、中間部はガスが流れにくいことが多いため、高炉の半径方向でガス流分布が存在している。従って、そのガス流分布に応じて、コークス混合率ならびに酸性ペレットの半径方向における配置を設計する必要がある。

しかしながら、特許文献１〜３には、鉱石層へコークスを混合する手段が記載されているのみで、高炉半径方向の好適なコークス混合率分布は明示されていない。また、特許文献４にも、コークスと鉱石の反応性ならびにその最大粒度が記載されているのみで、コークスと鉱石の、好適な配合比と炉口方向の好適な分布はいずれも明示されていない。さらに、特許文献５でも、酸性ペレットの利用については何ら考慮されていない。

従って、酸性ペレット利用時においては、好適なペレット配置及び炉内の混合コークス分布を新規に構築する必要がある。

本発明は、上記の課題を解決すべく開発されたもので、前述のように高炉内のガス流分布に注目し、流れが少ない箇所にコークスを多量混合し、かつ低反応性である酸性ペレットを効果的に高炉内に装入することで炉内反応性の改善を図り、より還元材比の低減が可能となる原料装入方法を提供することを目的としている。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１． 高炉装入原料を旋回シュートを用いて１チャージ毎に高炉内へ装入する高炉への原料装入方法であって、
前記高炉装入原料が、焼結鉱、ペレット、及び塊状鉱石からなる群より選択される少なくとも１つを含有する鉱石類原料と、コークスとを含有し、
前記１チャージで装入される高炉装入原料の１０質量％以上を酸性ペレットとし、
前記１チャージで装入されるコークスの６０〜７５質量％を、前記鉱石類原料との混合層として装入し、
残り２５〜４０質量％のコークスはコークス単独で装入する、高炉への原料装入方法。

２．前記１に記載の高炉への原料装入方法において、
前記鉱石類原料を前記１チャージ当たり２バッチで装入し、
１バッチ目を炉口無次元半径のうち０．０〜０．８の範囲に装入し、
２バッチ目を炉口無次元半径の０．６〜１．０の範囲に装入し、
前記混合層として装入されるコークスの６０〜８０質量％を前記１バッチ目に装入し、
前記１チャージで装入される酸性ペレットの７０〜１００質量％を前記２バッチ目に装入する、高炉への原料装入方法。

本発明によれば、ガス流れが少ない箇所にコークスを多量混合し、かつ酸性ペレットを装入することで炉内反応性の向上を図り、酸性ペレット使用時の操業悪化を抑制することにより還元材比の低減が可能となる。

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。 高炉内のガス流速分布を示す図である。 高炉への原料堆積状況を示す図である。

本発明は、焼結鉱、ペレットおよび塊状鉱石を含む鉱石類原料並びにコークスの高炉装入原料を、旋回シュートを用いて、１チャージ毎に、高炉内へ装入する高炉操業において、ガス流れが少ない箇所にコークスを多量混合し、かつ酸性ペレットを装入することで炉内反応性の向上を図り、酸性ペレット使用時の操業悪化を抑制することにより還元材比の低減を図るものである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を用いて説明する。
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。
ここに、本発明では、焼結鉱、ペレット、塊鉱石のうち少なくとも一つを含む、高炉装入原料として通常用いられる鉱石類原料、およびコークスを用いた原料を、１チャージ毎に旋回シュートを使って高炉内へ装入する。なお、本発明における１チャージとは、コークスを用いたコークススリット（コークス層）を形成したのち、鉱石類原料をコークスと混合した混合層を装入する一連の流れを１回行うことを意味する。

図１中、符号１は、焼結鉱、ペレット及び塊状鉱石のうち少なくとも一つを含む鉱石類原料２を貯蔵する鉱石類原料ホッパー、符号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、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、複数の、例えば３つの炉頂バンカー１２の１つに投入されて貯留される。なお、図１中、符号１４は集合ホッパー、符号１５はベルレス式装入装置である。

また、炉頂バンカーからの原料装入順序としては、まず、高炉の中心部に、コークススリットを形成する場合には、旋回シュート１６の原料装入先を高炉の炉壁内周部とし、コークスのみを装入した炉頂バンカー１２からコークスのみを装入することによって、コークス層を形成する。その際、高炉の中心部に、中心コークス層を形成したり、炉壁内周部に、炉壁部（炉口無次元半径：１．０）から中心軸部（炉口無次元半径：０）に向かって、周辺コークス層を形成したりしても良い。

旋回シュート１６の原料装入先が高炉の炉壁部を向いている状態では、鉱石類原料が装入された炉頂バンカー１２の流量調整ゲート１３を閉じ、コークスのみを装入した炉頂バンカー１２のみの流量調整ゲート１３を開き、この炉頂バンカー１２に貯留されているコークスのみを旋回シュート１６に供給することによって、コークススリットを形成したり、高炉の中心部に、中心コークス層を形成したりする。

ついで、炉頂バンカー１２からコークス装入と鉱石類原料装入とを同時切り出しで行うのであるが、その際の装入順序は、高炉の中心軸に近い、すなわち炉口無次元半径が０の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、最後に傾斜側壁の上端（炉口無次元半径：１．０）側が装入されることが好ましい。

本発明の特徴は、コークスや鉱石類原料を高炉に装入するに際し、その１チャージで装入される高炉装入原料の１０質量％以上を酸性ペレットとすることである。というのは、酸性ペレットの使用比率が１０質量％以上になると、還元材比の上昇が顕著になるからである。なお、１チャージで装入される高炉装入原料における酸性ペレットの比率は、高炉操業の大幅な悪化を防止する観点から５０質量％以下とすることが好ましい。

本発明で、鉱石類原料は、焼結鉱、ペレット及び塊状鉱石からなる群より選択される少なくとも１つを含んで入ればよい。

そして、上記１チャージで装入されるコークスの６０〜７５質量％については、鉱石類原料との混合層として装入する一方で、残り２５〜４０質量％のコークスはコークス単独で装入する。単独で装入されたコークスは、高炉中でコークススリット（コークス層）を形成する。

混合層として装入されるコークスの量を、１チャージで装入される全コークスの６０質量％以上とすることにより、コークスの混合による通気性と還元性の向上効果を得ることができる。一方、混合層として装入されるコークスの量を、１チャージで装入される全コークスの７５質量％以下とすることにより、残りのコークスを鉱石類原料と混合せずに単独で装入し、コークススリットとして残存させることができる。その結果、コークススリットの通気性を確保することができる。そのため、上記１チャージ中のコークス量の６０〜７５質量％については、鉱石類原料との混合層として装入し、残り２５〜４０質量％のコークスはコークス単独で装入する。

また、本発明では、鉱石類原料を１チャージ当たり２バッチで装入することができる。
図２に、高炉内のガス流分布を示す。炉口無次元半径が０．４以下の領域並びに０．７以上の領域はガスが流れやすく、炉口無次元半径が０．４〜０．７の領域はガスが流れにくいため、他の領域と比較し還元反応の遅れが懸念されることが分かる。

また、図３に高炉への原料堆積状況を示す。１バッチ目は炉口無次元半径で０．０〜０．８の領域に装入され、２バッチ目の鉱石は炉口無次元半径で０．６以上の領域に装入されている。このように２バッチ目はおおむねガスが流れやすい炉周辺部に装入されることが好ましい。
すなわち、１バッチ目には混合コークスを偏析させ、２バッチ目には酸性ペレットを偏析させると、反応遅れ領域の反応性の改善ができることが期待されるので、鉱石類原料を１チャージ当たり２バッチで装入するに際し、１バッチ目を炉口無次元半径のうち０．０〜０．８の範囲に装入し、さらに２バッチ目を炉口無次元半径の０．６〜１．０の範囲に装入することが好ましい。そしてさらに、前記混合層として装入されるコークスの６０〜８０質量％を前記１バッチ目に装入し、前記１チャージで装入される酸性ペレットの７０〜１００質量％を前記２バッチ目に装入することが好ましい。

本発明において、原料装入の１バッチ目は、炉口無次元半径で０．０〜０．８（少なくとも０．１〜０．７）の領域に装入され、２バッチ目の鉱石は炉口無次元半径で０．６以上の炉壁（炉口無次元半径：１．０）までの領域に装入されている。
このような装入状態では、２バッチ目がおおむねガスが流れやすい炉周辺部に装入される。従って、１バッチ目には混合コークスを偏析させると共に、２バッチ目には低反応性鉱石を偏析させると、反応遅れ領域における反応性の改善が期待されるのである。

また、１バッチ目に混合するコークス量を、上記混合層中のコークス量（１チャージ中のコークス量の６０〜７５質量％を意味する）のうちで、さらに６０〜８０質量％の比率とすると、より炉内反応性の向上が図れ、一層安定した高炉操業を行うことができる。

さらに、２バッチ目に装入する鉱石類原料に、酸性ペレットの合計量のうちの７０〜１００質量％を含ませ、ガス流が少なく還元遅滞の懸念される炉口無次元半径０．０〜０．８の領域に装入される酸性ペレットの量を低減することで、酸性ペレットに起因する反応性悪化を抑制することができる。

［実施例１］
酸性ペレットを含有する高炉装入原料を、旋回シュートを用いて１チャージ毎に高炉内へ装入した。その際、装入するコークスの一部は鉱石類原料との混合層として装入した。残りのコークスについては鉱石類原料と混合せずに単独で装入し、コークススリットを形成した。１チャージで装入される高炉装入原料中の酸性ペレット量、混合層として装入されるコークスの量、単独で装入されてコークススリットを形成するコークスの量は、表１に示す通りとした（試験Ｎｏ．１〜５）。

使用した鉱石類原料は、Ｆｅを５８質量％含有するものであった。使用した酸性ペレットは、鉄分が６５質量％含有し、かつＣａＯとＳｉＯ_２の比ＣａＯ／ＳｉＯ_２が０．０５のものであった。また、使用したコークスはカーボンを８８質量％含むものであった。

さらに、上記試験Ｎｏ．１〜５の高炉原料装入の条件における通気性指標と、還元性指標を以下の手順で評価した。評価結果を表１に併記する。

［通気性指標］
通気性指標は、高炉の全圧損を送風量で除した値として定義され、以下の式で求めることができる。前記通気性指標は、単位風量の風が流通するのに要する通気抵抗を表す指標である。
通気性指標＝全圧損（Ｐａ）／送風量（ｍ^３／ｍｉｎ）

［還元性指標］
還元性指標は、高炉上部のガス成分のうち、ＣＯとＣＯ_２の濃度の和に占める、ＣＯ_２濃度の百分率であり、以下の式によって求めることができる。
還元性指標＝[ＣＯ_２（体積％）／｛ＣＯ_２（体積％）＋ＣＯ（体積％）｝]×１００
還元性指標は、ＣＯ_２濃度が高いほど、ＣＯガスと酸化鉄が反応しＣＯ_２の生成量が増えていることを表しており、鉱石のＣＯガスによる反応性の良否（還元性指標が高いほうが反応性が良好）を表している。

表１より、発明例と比較例を比べると、発明例の還元性指標は、いずれも比較例に比べ高い値を示していることが分かる。

［実施例２］
実施例１における１チャージを２バッチで装入する方法で、高炉への原料装入を行った。１バッチ目で装入されるコークス量を、混合層中の混合コークス量のうちの５０〜９０質量％とし、かつ２バッチ目に装入する鉱石類原料に、酸性ペレットの合計量のうちの５０〜１００質量％を含有させた。試験条件（試験Ｎｏ．６〜１７）を表２に示す。なお、試験に用いた鉱石類原料や、酸性ペレット等は、実施例１と同じ物性のものを用いた。

さらに、上記試験Ｎｏ．６〜１７の高炉原料装入の条件における通気性指標と、還元性指標を実施例1と同じ手順で評価した。評価結果を表２に併記する。

表２より、発明例の還元性指標は、いずれも比較例に比べ高い値を示していることが分かる。

以上の実施例より、本発明の方法によれば、炉内反応性を向上できることが分かる。

１ 鉱石類原料ホッパー
２ 鉱石類原料
３ コークスホッパー
４ コークス
５ 鉱石コンベア
６ リザービングホッパー
７ 高炉装入原料
８ 装入コンベア
１０ 高炉の炉頂
１１ レシービングシュート
１２ 炉頂バンカー
１３ 流量調整ゲート
１４ 集合ホッパー
１５ ベルレス式装入装置
１６ 旋回シュート

Claims (2)

1. 高炉装入原料を旋回シュートを用いて１チャージ毎に高炉内へ装入する高炉への原料装入方法であって、
   前記高炉装入原料が、焼結鉱、ペレット、及び塊状鉱石からなる群より選択される少なくとも１つを含有する鉱石類原料と、コークスとを含有し、
   前記１チャージで装入される高炉装入原料の１０質量％以上を酸性ペレットとし、
   前記１チャージで装入されるコークスの６０〜７５質量％を、前記鉱石類原料との混合層として装入し、
   残り２５〜４０質量％のコークスはコークス単独で装入する、高炉への原料装入方法。
2. 請求項１に記載の高炉への原料装入方法において、
   前記鉱石類原料を前記１チャージ当たり２バッチで装入し、
   １バッチ目を炉口無次元半径の０．０〜０．８の範囲に装入し、
   ２バッチ目を炉口無次元半径の０．６〜１．０の範囲に装入し、
   前記混合層として装入されるコークスの６０〜８０質量％を前記１バッチ目に装入し、
   前記１チャージで装入される酸性ペレットの７０〜１００質量％を前記２バッチ目に装入する、高炉への原料装入方法。

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