JP6769507B2 - 高炉の原料装入方法 - Google Patents
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Description
高炉の安定操業を維持するためには、良好な炉内通気性を確保し、炉内ガス流れの安定化(すなわち安定した中心ガス流および炉壁ガス流の確保)を図る必要がある。炉内通気性は、主として装入物(コークスおよび鉱石)の性状、粒度および装入量により大きく影響を受けるが、それに加えて、炉頂からの装入物の装入方法、すなわち炉内に装入する装入物の分布状況(以下、「装入物分布」という)によっても大きく左右される。
しかしながら、還元材、特にコークスを削減する場合、炉内通気性を担保しているコークスが減少するため、高炉内全体で(Ore/Coke)の値が大きくなり、炉内通気抵抗が増加するという問題がある。
また、高炉内に原料を装入する場合、1回で装入する量の原料を炉頂ホッパーに投入し、その炉頂ホッパー内を炉内圧力まで昇圧してから炉内への原料装入を行い、その後再び炉頂ホッパー内に原料を投入するために炉頂ホッパー内を大気圧まで排圧する、という工程が必要である。この炉頂ホッパーの昇圧、排圧に要する時間は、原料の量に係らず炉頂ホッパーの容量に応じてほぼ一定である。ここで、特許文献1の方法において還元鉄だけを装入しようとする場合、特許文献1の実施例にも記載があるように、1チャージで装入される鉱石量の10分の1程度の量の還元鉄を装入することになる。しかし、上述したような炉頂ホッパーの昇圧、排圧に要する時間からして、通常のベルレス高炉の炉頂ホッパーでそのような少量の還元鉄を装入するバッチを設定することは、原料装入に必要な時間が長くなることに繋がり、生産性に大きな影響を及ぼすため好ましくない。
[1]炉頂部に複数の主ホッパーと、該主ホッパーよりも容量の小さい副ホッパーを有するベルレス装入装置を備えた高炉における原料装入方法であって、
高炉内の炉頂部における炉半径方向でのガス組成分布(x)を測定し、該ガス組成分布(x)に基づきCO2%/(CO%+CO2%)の値が0.57以上となる炉半径方向での領域(A)を特定し、1つの主ホッパーに保持された鉱石を排出して旋回シュートにより炉内に装入する際に、鉱石が領域(A)に落下する期間の一部又は全部において、副ホッパーに保持された鉄スクラップ又は/及び還元鉄を排出して鉱石とともに装入し、当該鉄スクラップ又は/及び還元鉄の鉄分と同等の量に相当する鉱石と置換することを特徴とする高炉の原料装入方法。
[3]上記[2]の原料装入方法において、1チャージの鉱石装入を複数バッチで行う場合に、1チャージ分の鉄スクラップ又は/及び還元鉄を、1つのバッチのみで装入するか、若しくは複数のバッチに分割して装入することを特徴とする高炉の原料装入方法。
[4]上記[1]〜[3]のいずれかの原料装入方法において、1つの主ホッパーに保持された鉱石を排出して旋回シュートにより炉中心側から炉壁側に向かって順次装入する際に、
装入すべき鉱石全量の28質量%の装入が完了した時点から60質量%の装入が完了する時点までの期間の一部又は全部において、副ホッパーから鉄スクラップ又は/及び還元鉄を排出することを特徴とする高炉の原料装入方法。
装入すべき鉱石全量の35質量%の装入が完了した時点から82質量%の装入が完了する時点までの期間の一部又は全部において、副ホッパーから鉄スクラップ又は/及び還元鉄を排出することを特徴とする高炉の原料装入方法。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかの原料装入方法において、さらに、ガス組成分布(x)に基づきCO2%/(CO%+CO2%)の値が0.65以上となる炉半径方向での領域(Aa)を特定し、鉱石が領域(Aa)に落下する期間の一部又は全部においては、副ホッパーからの鉄スクラップ又は/及び還元鉄の排出速度を、他の期間での排出速度の1.5倍以上とすることを特徴とする高炉の原料装入方法。
以上のことから本発明によれば、高い生産性で安定した高炉操業が可能となる。
本発明において鉱石とは、鉄源である焼結鉱、塊鉱石、ペレットなどの1種以上を意味する。また、鉱石には、主にスラグの成分調整を目的とした副原料(例えば、石灰石、珪石、蛇紋岩など)が混合される場合があるが、本発明はこのような場合を含む。
また、本発明において鉱石と置換する鉄スクラップ等の量は、還元負荷低減の効果が発現する最低使用量を勘案して、装入される鉱石中の鉄分の2質量%以上とすることが想定される。また、鉄スクラップ等の使用量が多い場合は、特定部位に集中的に投入しなくても、高還元負荷領域を含めて鉱石中への混合量が増加するため、装入される鉱石中の鉄分の20質量%以下の条件で本発明を適用するのが望ましい。
また、図3及び図4は、本発明で使用する高炉のベルレス装入装置の他の実施形態を模式的に示したものであり、図3は炉体上部を切り欠いた状態で示す全体斜視図、図4は図3のIV−IV線に沿う模式断面図である。図1及び図2の実施形態と同様、このベルレス装入装置1bも炉体中心軸を中心とする1つの仮想円(炉体水平断面における仮想円)上にホッパー中心軸を有する3基の主ホッパー2と、1基の副ホッパー3を有しているが、この副ホッパー3は3基の主ホッパー2に中心に配置され、そのホッパー本体及び排出口の中心軸が炉体中心軸と一致するように設けられている。
また、副ホッパー3は、鉄スクラップ等の排出速度を制御できるようにするため、その排出口に流量調整弁(図示せず)を備えている。
副ホッパー3は、少量原料用のホッパーであるため、複数ある主ホッパー2のそれぞれに較べて容量が小さい。ここで、副ホッパー3の容量に特別な制限はないが、副ホッパーの容量が過大であると、設備レイアウトなどの面で不利な場合があると考えられる。副ホッパー容量の目安としては、後述するように、例えば、鉄スクラップ比50kg/t(嵩密度3.0)、鉱石比1550kg/t(嵩密度1.85)の場合は、鉄スクラップの鉱石に対する体積は1/50となり、鉱石を貯蔵する主ホッパーに対して副ホッパーの容量が30%であれば15チャージ(0.3/(1/50)≒15.5)の装入分の鉄スクラップが副ホッパーに貯蔵できることから、主ホッパー容量の30%程度が副ホッパー容量の目安と言える。
高炉の炉上部では、ガス濃度のうちCO2/(CO+CO2)に濃淡がある。高炉内では、還元ガスであるCOが酸化鉄と反応し、酸素を得ることでCO2に変わる。CO2/(CO+CO2)はガス利用率と呼ばれ、その値が高い領域は還元反応の負荷が高いことを示しており、一般に、CO2/(CO+CO2)が0.57以上の領域が、高還元負荷の領域であると考えられる。図5に、高炉内の炉頂部におけるCO2/(CO+CO2)の標準的な炉半径方向分布を示すが、この炉半径方向分布の場合には、特に高還元負荷と考えられるCO2/(CO+CO2)が0.57以上の領域は無次元半径0.4〜0.7の範囲であり、この領域に鉄スクラップ等を装入すれば還元負荷が緩和できると考えられる。
高炉内の炉頂部における炉半径方向でのガス組成分布(x)は、通常、高炉内の炉頂部において炉半径方向の複数箇所(通常5〜7箇所程度)でガスサンプリングを行い、そのガス分析を行うことで求める。
したがって、CO2%/(CO%+CO2%)の値が0.57以上となる炉半径方向での領域(A)が無次元半径0.4〜0.7の領域であって、1つの主ホッパー2に保持された鉱石を排出して旋回シュート4により炉中心側から炉壁側に向かって順次装入する場合には、装入すべき鉱石全量の28質量%の装入が完了した時点から60質量%の装入が完了する時点までの期間の一部又は全部において、副ホッパー3から鉄スクラップ等を排出すればよい。
また、CO2%/(CO%+CO2%)の値が0.57以上となる炉半径方向での領域(A)が無次元半径0.4〜0.7の領域であって、1つの主ホッパー2に保持された鉱石を排出して旋回シュート4により炉壁側から炉中心側に向かって順次装入する場合には、装入すべき鉱石全量の35質量%の装入が完了した時点から82質量%の装入が完了する時点までの期間の一部又は全部において、副ホッパー3から鉄スクラップ等を排出すればよい。
副ホッパー3から装入される1チャージ分の鉄スクラップ等は、主ホッパー2から装入される主原料である鉱石に較べて少量であるが、少量原料とはいえ、副ホッパー3に鉄スクラップ等を投入する際には、副ホッパー内の圧力調整(排圧、均圧)にそれなりの時間を要する。ここで、各チャージの原料装入にあたり、副ホッパー3に1チャージ分の鉄スクラップ等のみを保持させ、副ホッパー3から1チャージ分の鉄スクラップ等が装入される度に、副ホッパー3に対して1チャージ分の鉄スクラップ等を搬送・投入するようにした場合、その都度、副ホッパー3内の圧力調整(排圧、均圧)を行う必要があり、これが高炉の生産性に影響を及ぼすおそれがある。また、鉄スクラップ等を副ホッパーに搬送するための搬送スケジュール調整などの負担も増大し、生産性や操業安定性に影響を及ぼすおそれもある。
この実施形態では、副ホッパー3に保持(貯蔵)された複数チャージ分の鉄スクラップ等は、鉄スクラップ等の装入が必要な各チャージ毎に、1チャージ分ずつ分割して装入される。また、1チャージの鉱石装入を複数バッチで行う場合には、状況に応じて、1チャージ分の鉄スクラップ等を、1つのバッチのみで装入してもよいし、複数のバッチに分割して装入してもよい。
具体例としては、鉱石比1550kg/t(嵩密度1.85)、鉄スクラップ比50kg/t(嵩密度3.0)の場合、両者の体積比は50:1となる。ここで、例えば、鉱石装入に用いる主ホッパー2に対して容積比30%の副ホッパー3を鉄スクラップ装入に用いる場合、鉱石装入の1チャージが1バッチでなされるとすると、副ホッパー3には15チャージ(50×0.3)分の鉄スクラップを保持(貯蔵)させることができ、この場合には、15チャージに1回、鉄スクラップを炉頂上に搬送して副ホッパー3に投入すればよいことになる。つまり、15チャージに1回、鉄スクラップの投入のために副ホッパー3内の圧力調整(排圧、均圧)を行えばよく、それ以外の各チャージでは、副ホッパー3内の圧力を炉内圧と同じに維持したまま、ゲートの開閉で投入量を制御すればよい。
この試験では、図10に示すように模型試験装置から旋回シュートを取り外し、搬送コンベア上に複数個のサンプリングボックスを設置し、このサンプリングボックスを原料排出と同期して一定速度で移動することで、排出原料を分割回収した。回収した排出原料について、鉄スクラップを磁力選別することで排出原料中の鉄スクラップの比率を求めた。
図11によれば、比較例1に対して、発明例1では目標とする装入比率0.28〜0.60の領域に的確に鉄スクラップを装入できていることが判る。また、さらに最もCO2/(CO+CO2)の値が高い領域に集中して鉄スクラップを装入する発明例2のような操作も可能であることを確認した。
図12によれば、比較例2に対して、発明例3では目標とする装入比率0.35〜0.82の領域に的確に鉄スクラップを装入できていることが判る。
表1に、各実施例の操業条件を高炉操業予測モデルにより評価した結果をまとめて示す。これによれば、発明例は目標のタイミングで鉄スクラップを排出できたことから、通気性や還元性が改善し、高炉の還元材比の低減が可能であった。この結果から、本発明により高炉の還元材比の低減が可能であることが確認できた。
2 主ホッパー
3 副ホッパー
4 旋回シュート
5 集合ホッパー
6 高炉本体
7 装入ベルトコンベア
Claims (6)
- 炉頂部に複数の主ホッパーと、該主ホッパーよりも容量の小さい副ホッパーを有するベルレス装入装置を備えた高炉における原料装入方法であって、
高炉内の炉頂部における炉半径方向でのガス組成分布(x)を測定し、該ガス組成分布(x)に基づきCO2%/(CO%+CO2%)の値が0.57以上となる炉半径方向での領域(A)を特定し、1つの主ホッパーに保持された鉱石を排出して旋回シュートにより炉内に装入する際に、鉱石が領域(A)に落下する期間の一部又は全部において、副ホッパーに保持された鉄スクラップ又は/及び還元鉄を排出して鉱石とともに装入し、当該鉄スクラップ又は/及び還元鉄の鉄分と同等の量に相当する鉱石と置換することを特徴とする高炉の原料装入方法。 - 副ホッパーに複数チャージ分の鉄スクラップ又は/及び還元鉄を保持させておき、鉄スクラップ又は/及び還元鉄の装入が必要な各チャージ毎に、副ホッパーに保持された鉄スクラップ又は/及び還元鉄のなかから1チャージ分の鉄スクラップ又は/及び還元鉄を装入することを特徴とする請求項1に記載の高炉の原料装入方法。
- 1チャージの鉱石装入を複数バッチで行う場合に、1チャージ分の鉄スクラップ又は/及び還元鉄を、1つのバッチのみで装入するか、若しくは複数のバッチに分割して装入することを特徴とする請求項2に記載の高炉の原料装入方法。
- 1つの主ホッパーに保持された鉱石を排出して旋回シュートにより炉中心側から炉壁側に向かって順次装入する際に、
装入すべき鉱石全量の28質量%の装入が完了した時点から60質量%の装入が完了する時点までの期間の一部又は全部において、副ホッパーから鉄スクラップ又は/及び還元鉄を排出することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高炉の原料装入方法。 - 1つの主ホッパーに保持された鉱石を排出して旋回シュートにより炉壁側から炉中心側に向かって順次装入する際に、
装入すべき鉱石全量の35質量%の装入が完了した時点から82質量%の装入が完了する時点までの期間の一部又は全部において、副ホッパーから鉄スクラップ又は/及び還元鉄を排出することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高炉の原料装入方法。 - さらに、ガス組成分布(x)に基づきCO2%/(CO%+CO2%)の値が0.65以上となる炉半径方向での領域(Aa)を特定し、鉱石が領域(Aa)に落下する期間の一部又は全部においては、副ホッパーからの鉄スクラップ又は/及び還元鉄の排出速度を、他の期間での排出速度の1.5倍以上とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の高炉の原料装入方法。
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