JP6354810B2 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents
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Description
鉄鋼業においては、CO2排出量の約70%が高炉によるものであるため、高炉におけるCO2排出量の削減が求められている。そして、高炉におけるCO2排出量の削減は、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。この還元材を削減するには、鉱石層の還元効率を向上することが必要である。
例えば、非特許文献2には、コークス層厚が高炉の炉腹部における平均値で180mm以下となると、高炉の通気抵抗が上昇してしまうことが示されている。
例えば、特許文献1には、コークス層厚の薄い箇所が局所的に発生することを防止するために、確保するべきコークス層厚の下限を定めている。ここでは炉口平均600mm以上を確保すれば、炉内でのコークス層厚が局所的にも下限を下回らないとしている。
1.高炉の炉頂部から旋回シュートを用いて高炉内にコークスと鉄原料とを交互に装入する高炉への原料装入方法において、少なくとも焼結鉱を含む鉱石原料と、少なくとも10質量%の塊鉱石とを鉄原料として高炉内に装入するに当たり、
前記鉄原料の装入を2回以上に分割して行うこと、
該鉄原料の2回目以降の装入において、前記塊鉱石の全量の少なくとも80質量%を前記高炉炉口での半径位置(r)を炉口半径(R)で無次元化した無次元半径(r/R):0.2〜0.8の範囲に装入すること
を特徴とする高炉への原料装入方法。
まず、本発明の条件のうち、塊鉱石の偏析装入条件の解明経緯について説明する。
発明者らは、各種塊鉱石が高炉内の融着帯の通気性に及ぼす影響を調査するため、高炉内条件を模擬した還元試験を行い、塊鉱石の挙動を確認した。
また、7は気体加熱炉であり、この気体加熱炉7もその内部に加熱装置8を備えている。なお、9はガス混合器、10はガス流通用の配管、11は圧力計、12は熱電対、13は押え板、14は台座、15は接続棒であり、この接続棒は黒鉛または金属製とすることが好ましい。
なお、この測定装置は、試料加熱炉1と気体加熱炉7とを並列配置としている。このように、並列配置としたので、気体加熱炉7で加熱された気体は、試料加熱炉1内に横方向から侵入することになる。その結果、図1に示すように、侵入した加熱気体は試料充填容器1内の試料充填層6を水平に流れるので、高炉融着帯におけるガス流れを再現できるのである。
以上より、塊鉱石を試料層5すなわち鉄原料層の上層に偏析(混合)することが、コークス層が薄い条件において、高炉内の通気性の改善に効果があることがわかった。
本発明は、鉄原料およびコークスを、高炉に装入する方法であって、高炉への原料装入は、公知公用の旋回シュートを備えるベルレス式装入装置を用いることができる。
まず、コークスを装入する。すなわち、旋回シュートの原料装入先を、高炉の中心部から高炉の炉壁内周部に向かって動かす際に、コークスのみを貯留した炉頂バンカー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。
というのは、従来は、塊鉱石の使用比率が10質量%以上になると、還元材比の増加が余儀なくされていた。ところが、本発明を適用すれば、通気性が改善されて還元効率が向上するため、従来は塊鉱石の使用比率が10質量%以上において不可避とされていた、還元材比の増加を回避することができる。なお、塊鉱石の使用量が30質量%を超えると、通気抵抗の上昇が抑えられなくなるおそれがあるため、鉄原料に混合する塊鉱石は30質量%以下であることが望ましい。
本発明に使用する鉱石原料は、少なくとも焼結鉱を含むが、酸化鉄ペレット、鉄スクラップ等、高炉装入原料として通常用いられるものが含まれていても良い。なお、鉱石原料における焼結鉱の比率は50〜100質量%であることが鉄原料の被還元性を確保する点で好ましい。
そこで、本発明では、この領域の原料装入手順を上述のとおり規定した。かかる規定に従うことで、低コークス比操業下でも、効果的に高炉の通気性の改善効果が得られる。さらに、その中でも、高炉の上記した半径r/Rで0.2以上0.58未満の領域は、特に鉄原料層が厚い領域となっている。したがって、この領域の鉄原料層の上層に塊鉱石を偏析装入することが好ましく、2回目以降の原料装入のうち60%以上をこの領域に装入することが好ましい。
図4(a)に示したように、塊鉱石を鉄原料層の下層に偏析した場合、溶融した塊鉱石がコークス層と接触しているため、溶融物が降下してコークス層へ浸入していく。従って、塊鉱石を鉄原料層の下層に偏析した場合には、コークス層が薄いと、コークス層が閉塞して高炉内の通気抵抗が上昇してしまう。
また、塊鉱石を偏析させるに際し、塊鉱石は焼結鉱中に均等に混合している必要はなく、単に混合していれば十分である。
なお、本実施例に用いた鉄原料として、鉱石原料は全て鉄含有量が58質量%の焼結鉱を用い、塊鉱石は鉄含有量が60質量%で表2に示す結晶水含有量のものを用いた。また、コークスはカーボンを88質量%含むものであった。
さらに、塊鉱石の装入方法を変更し、各装入方法について通気抵抗指数を評価した。
具体的には、比較例1、2、4、6および7は、1チャージにおける上記鉄原料中の10〜30質量%を塊鉱石および残部を焼結鉱として均等に混合し、この鉄原料を分割することなく一度に装入した。
1回目は、鉱石原料と1チャージにおける全塊鉱石量の30質量%または20質量%以下を含んだ鉄原料とを装入し、
2回目は、残りの鉄原料(1回目の装入に含まれない残りの塊鉱石を含む)を装入した。鉄原料の装入は、貯鉱槽から塊鉱石と鉱石原料を所定量ずつ排出し、ベルトコンベアで炉頂バンカーに搬送した後、高炉に装入した。1回目と2回目で塊鉱石の排出量を変更することで、鉄原料中の塊鉱石の比率を調整した。
なお、各実施例の2回目の原料装入位置は表2に記載のとおりとした。
通気抵抗指数は、以下の式で求めることができる。
通気抵抗指数=(PB 2−PT 2)/V1.7×100
ここで、PB:送風圧(kPa)、PT:炉頂圧(kPa)、V:送風量(Nm3/分)である。この通気抵抗指数が大きいほど炉内での圧力損失が高く通気性が悪いことを示し、低いほど炉内通気性が良好であることを示す。
各実験条件と実験結果を表2に示す。
なお、比較例1と比べて比較例2は、結晶水含有量が多い塊鉱石を鉄原料層の全体に混合した場合である。表2に示したとおり、比較例2は、塊鉱石の結晶水含有量が多いため、通気抵抗指数が高いことがわかる。
さらに、塊鉱石比率が20%と多く通気が比較的に悪い操業となる、発明例5と比較例6とを比較すると、発明例5の通気抵抗は改善されていることがわかる。さらにまた、塊鉱石比率が30%と多く通気が悪い操業となる、発明例6と比較例7とを比較すると、発明例6の通気抵抗は改善されていることがわかる。
2 試料充填容器
3 加熱装置
4 コークス層
5 試料層(鉄原料層)
6 試料充填層
7 気体加熱炉
8 加熱装置
9 ガス混合器
10 ガス流通用の配管
11 圧力計
12 熱電対
13 押え板
14 台座
15 接続棒
16 負荷手段(錘)
Claims (4)
- 高炉の炉頂部から旋回シュートを用いて高炉内にコークスと鉄原料とを交互に装入する高炉への原料装入方法において、少なくとも焼結鉱を含む鉱石原料と、少なくとも10質量%の塊鉱石とを鉄原料として高炉内に装入するに当たり、
前記鉄原料の装入を2回以上に分割して行うこと、
該鉄原料の2回目以降の装入において、1チャージの全塊鉱石量の少なくとも80質量%を前記高炉炉口での半径位置(r)を炉口半径(R)で無次元化した無次元半径(r/R):0.2〜0.8の範囲に装入すること
を特徴とする高炉への原料装入方法。 - 前記塊鉱石は結晶水含有量が6質量%以上であ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。
- 前記コークスの層厚(mm)をLcおよび平均粒径(mm)をDcとしたとき、Lc/Dcが2以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の高炉への原料装入方法。
- 前記2回目以降に装入する前記1チャージの全塊鉱石量の60質量%以上を、前記高炉の炉口での半径位置(r)を炉口半径(R)にて無次元化した無次元半径(r/R)が0.2以上0.58未満の範囲に装入することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の高炉への原料装入方法。
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