JP6743621B2 - 高炉操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉内壁の吹付け補修に伴う高炉操業方法に関する。

高炉操業では安定操業を維持するため、炉内通気性を良好に保つことが重要となる。
他方、高炉は、使用日数の増加と共に高炉内壁が損耗するため、定期的に高炉内壁を吹付け補修して長寿命化を図る必要がある。
しかし、高炉内壁に耐火物を吹付ける際、耐火物の一部が炉内装入物上に落下して固着し、高炉操業再開後の炉内通気性が悪化する要因となっている。
なお、本明細書では、高炉内壁に付着せず炉内装入物上に落下した耐火物を「リバウンドロス耐火物」と呼ぶ。

そこで、特許文献１では、リバウンドロス耐火物が高炉内で溶融する時に、通常のスラグ成分とほぼ同じ成分となるように、吹付け補修を実施する直前及び直後、又は直前あるいは直後に、石灰石等のフラックス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２では、ワイヤーもしくはチェーンを炉内装入物表面に展開させた後、炉壁損傷部に不定形耐火物を吹付け、補修完了後にワイヤーもしくはチェーンを引上げ、炉内装入物表面で固化したリバウンドロス耐火物を破砕する技術が開示されている。

特開２０００−２７３５１０号公報 特開平１０−４６２１７号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術の場合、石灰石を主体とする材料をリバウンドロス耐火物の改質に使用するため、炉内通気性の回復が遅れるという知見を、本発明者らは得ている。
また、特許文献２記載の技術の場合、リバウンドロス耐火物の破砕により高炉操業再開初期の炉内通気性の悪化は抑制できるものの、破砕して残留するリバウンドロス耐火物が炉内通気性を悪化させることに加えて、溶融したリバウンドロス耐火物の流動性が低いため炉内通気性の回復が遅れるという課題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高炉休風時に不定形耐火物を高炉内壁に吹付けて補修した後の高炉操業再開後の悪化した炉内通気性を早期に回復させることが可能な高炉操業方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る高炉操業方法は、
高炉休風時に不定形耐火物を高炉内壁に吹付けて補修するに際し、
吹付け補修前及び／又は吹付け補修後に、ＣａＯを２０質量％以上含む製鋼スラグを炉内に装入し、該製鋼スラグと炉内に落下する前記不定形耐火物とを接触させることを特徴としている。

高炉操業では、炉内装入物を炉口近傍まで堆積させて溶銑を製造している。高炉休風時に、炉内装入物の最上面を高炉炉高方向に一定のレベル低下させ、高炉の上部内壁を露出させて当該内壁を補修することが一般に行われている。高炉内壁の補修には、不定形耐火物の吹付けが用いられているが、吹付けた不定形耐火物の一部は高炉内壁に付着せず、炉内装入物上に落下してリバウンドロス耐火物となる。
高炉内壁に吹付けられる不定形耐火物は、高炉内の高温雰囲気下における耐損耗性を向上させるため、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２を含んでいる。そのため、リバウンドロス耐火物は融点が高く、高炉操業再開後にリバウンドロス耐火物が高炉内に残存していると、炉内通気性が悪化する。

そこで、本発明では、吹付け補修前及び／又は吹付け補修後に、ＣａＯを２０質量％以上含む製鋼スラグを炉内に装入して、該製鋼スラグとリバウンドロス耐火物とを接触させ、リバウンドロス耐火物を早期に溶融させる。
ＣａＯは、リバウンドロス耐火物の成分であるＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２と反応し、低融点の複合酸化物（溶融スラグ）を形成する。炉内装入物上に配置する製鋼スラグのＣａＯが２０質量％以上であれば、少なくとも炉内通気性を早期に回復できる程度に低融点の溶融スラグが生成するという知見を本発明者らは得ている。なお、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２のみでは、低融点の溶融スラグは形成されない。

また、本発明に係る高炉操業方法では、前記製鋼スラグに加えて、前記吹付け補修前及び／又は前記吹付け補修後に、ＳｉＯ_２を２０質量％以上含む調整材を炉内に装入することを好適とする。

リバウンドロス耐火物と製鋼スラグが反応することによって、リバウンドロス耐火物が溶融し炉内通気性が向上する。しかし、生成した溶融スラグは通常の高炉スラグに比べて、１４００℃未満の低温域では流動性が悪化する可能性がある（ＣａＯ濃度が高く、高塩基度である）ため、特に休風後の高炉操業再開時においては、炉床への滴下後に炉外への排出が円滑にできないおそれがある。
そこで、製鋼スラグに加えて、ＳｉＯ_２を２０質量％以上含む調整材を装入して、生成した溶融スラグの塩基度を低下させることにより、溶融スラグの流動性を良好に保つことが可能となる。

本発明に係る高炉操業方法では、吹付け補修前及び／又は吹付け補修後に、融点低下作用のある製鋼スラグを炉内に装入して、製鋼スラグとリバウンドロス耐火物とを接触させる。これにより、リバウンドロス耐火物が早期に溶融し、高炉操業再開後の悪化した炉内通気性を早期に回復させることができる。

続いて、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

高炉は、稼動年数の経過により高炉内壁に損傷が生じ、高炉内壁の補修が必要となる。
不定形耐火物の吹付けによって高炉内壁の補修を行う場合、高炉内の炉内装入物の最上面を補修位置より下まで下げる、いわゆる減尺操業が行なわれる。
減尺操業は、炉上部より燃料を装入しない状態で、炉下部の羽口からの送風を継続し、炉内装入物の最上面位置を所定のレベルまで下げた後に終了する。次いで、高炉の操業を一時的に停止する休風を行う。休風の際は、炉内圧力を順次降下させて発生ガス回収系統を遮断し、送風管の熱風弁を閉じ、炉内への熱風吹込みを停止する。

本発明の一実施の形態に係る高炉操業方法では、吹付け補修前及び吹付け補修後、もしくは、吹付け補修前又は吹付け補修後に、ＣａＯを２０質量％以上含む製鋼スラグを炉内に装入し、製鋼スラグとリバウンドロス耐火物とを接触させる。
製鋼スラグに含まれるＣａＯは、リバウンドロス耐火物の成分であるＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２と反応し、低融点の溶融スラグを形成する。

製鋼スラグは一度溶融したスラグが再度固化したものであり、成分の偏析が少なく溶融しやすいため反応性が良いという特徴を有している。このため、従来技術（石灰石などのフラックス原料を単独あるいは鉱石と混合し装入する技術）と比べて早期に溶融し、リバウンドロス耐火物の低融点化を図ることができる。
また、製鋼スラグは塩基度（ＣａＯの質量／ＳｉＯ_２の質量）が高い（塩基度が１．５〜４．０）ため単位量当たりのＣａＯ含有量が多く、リバウンドロス耐火物と製鋼スラグの接触界面では、より効率的な低融点化が可能となると考えられる。
従って、例えば高炉スラグを炉内装入物上に配置する場合に比べて、少量でリバウンドロス耐火物の低融点化が可能となり、高炉操業再開後の炉内スラグ量を低減することができる。炉内スラグ量の低減は炉内通気性の早期回復に直結する。

なお、製鋼スラグに加えて、吹付け補修前及び吹付け補修後、もしくは、吹付け補修前又は吹付け補修後に、ＳｉＯ_２を２０質量％以上含む調整材を炉内に装入することが好ましい。
生成した溶融スラグは、塩基度が高いため流動性が低く、炉外への排出が円滑にできないおそれがある。そのため、製鋼スラグに加えて、ＳｉＯ_２を２０質量％以上含む調整材を装入して溶融スラグの塩基度を低下させ、溶融スラグの流動性を良好に保つことが好ましい。

塩基度の高い製鋼スラグがリバウンドロス耐火物に直に接触することにより、製鋼スラグに含まれるＣａＯがリバウンドロス耐火物に含まれるＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２と反応し、低融点で高塩基度の溶融スラグが生成される。生成した溶融スラグは、調整材に含まれるＳｉＯ_２と反応し、塩基度が低く、１４００℃未満の低温域においても安定した流動性を有する溶融スラグとなる。これにより、リバウンドロス耐火物の低融点化と良好な流動性の両立を図ることができる。

調整材としては、例えば硅石（ＳｉＯ_２が９０質量％程度）、硅石と石灰石の配合物（配合物全体としてのＳｉＯ_２が２０質量％以上）等を用いると良く、高炉スラグ（ＳｉＯ_２が３５質量％程度）を用いても効果がある。なお、焼結鉱はＳｉＯ_２が５〜６質量％程度であり、ＳｉＯ_２の濃度が不足するため顕著な効果が得にくい。

以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。

本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
炉容積が２１５０ｍ^３、炉口径が７．６ｍの高炉において、炉内装入物（焼結鉱、コークス等の原燃料）の最上面レベルを炉口から７ｍ低下させた後に休風した。次いで、高炉内壁の損傷部に不定形耐火物（Ａｌ_２Ｏ_３：４３質量％、ＳｉＯ_２：４５質量％）を吹付けて補修するに際し、吹付け直前及び／又は吹付け直後に、所定量の製鋼スラグもしくは製鋼スラグと調整材とを炉内に装入した。
その後、送風を開始して高炉操業を再開した。高炉操業開始後は、直ちに前記炉内装入物を常用される方法で装入（焼結鉱とコークスを積層する装入）して炉口近傍まで原燃料を積層した。
なお、「所定量の製鋼スラグもしくは製鋼スラグと調整材」とは、リバウンドロス耐火物の量に見合うだけの製鋼スラグ等の量をいう。

試験結果は炉内通気性の回復速度により評価した。具体的には、高炉操業再開後の単位送風量当りの炉内圧力損失（ΔＰ／Ｖ）が基準値＋５％以下に低下するまでに要した時間を炉内通気性の回復速度と定め、炉内通気性の回復速度が１．５時間未満の場合を◎（優）、１．５時間以上２時間未満の場合を○（良）、２時間以上の場合を×（不良）とした。

炉内圧力損失（ΔＰ）は、［高炉送風圧（ＭＰａ）−高炉炉頂圧（ＭＰａ）］で定義される。高炉送風圧は高炉羽口における圧力である。
送風量をＶ（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）とすると、単位送風量当りの炉内圧力損失（ΔＰ／Ｖ）は、［高炉送風圧（ＭＰａ）−高炉炉頂圧（ＭＰａ）］÷送風量Ｖ（Ｎｍ^３／ｍｉｎ）となる。ΔＰ／Ｖは通常、無単位で使用される。
ΔＰ／Ｖの値は、高炉が同じであっても操業時や休風後の立ち上げ時によって通常異なるが、概ね０．０３〜０．０５程度の範囲を持つ値となる。休風後の立ち上げ時は一般にΔＰ／Ｖが大きく、一定の時間経過後にΔＰ／Ｖが低下し安定する。

休風時装入物は、製鋼スラグ、調整材、及び石灰石とした。製鋼スラグには、ＣａＯを２０質量％以上含む製鋼スラグＡと、ＣａＯの含有量が２０質量％未満である製鋼スラグＢを使用し、調整材には、ＳｉＯ_２を２０質量％以上含む硅石を使用した。
休風時装入物に含まれる成分を表１に、各実施例及び各比較例における休風時装入物の種類、装入量、及び評価結果を表２に示す。なお、表２の空欄は全てゼロｔｏｎである。

表２より以下のことがわかる。
・ＣａＯを２０質量％以上含む製鋼スラグを炉内に装入すると、炉内通気性の回復が速くなる（実施例１と比較例１の対比）。
・製鋼スラグの炉内装入時期は吹付け補修前と吹付け補修後のいずれでもよく、いずれにおいても炉内通気性の回復効果が認められる（実施例１と実施例２の対比）。
・製鋼スラグに加えて、ＳｉＯ_２を２０質量％以上含む調整材を炉内に装入すると、炉内通気性の回復がさらに速くなる（実施例１と実施例３の対比）。
・調整材の炉内装入時期は吹付け補修前と吹付け補修後のいずれでもよく、いずれにおいても炉内通気性の回復効果が認められる（実施例３と実施例４の対比）。
・石灰石（溶融していないもの）に比べて、製鋼スラグ（一旦溶融したもの）のほうが炉内通気性の回復効果が高い（実施例３と比較例２）。

Claims (2)

1. 高炉休風時に不定形耐火物を高炉内壁に吹付けて補修するに際し、
   吹付け補修前及び／又は吹付け補修後に、ＣａＯを２０質量％以上含む製鋼スラグを炉内に装入し、該製鋼スラグと炉内に落下する前記不定形耐火物とを接触させることを特徴とする高炉操業方法。
2. 請求項１記載の高炉操業方法において、前記製鋼スラグに加えて、前記吹付け補修前及び／又は前記吹付け補修後に、ＳｉＯ_２を２０質量％以上含む調整材を炉内に装入することを特徴とする高炉操業方法。