JP7107050B2

JP7107050B2 - 高炉操業方法

Info

Publication number: JP7107050B2
Application number: JP2018135442A
Authority: JP
Inventors: 航尚松田; 佳宏伊丹; 正具門脇; 良諭西河
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2022-07-27
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: JP2020012161A

Description

本発明は、高炉操業方法に関する。

高炉内で生成される銑鉄を、高炉内に過剰に滞留させずに出銑することは、高炉の操業にとって重要である。そのためには、炉内で生成される銑鉄生成速度と、出銑孔から排出される銑鉄の出銑速度を管理しなければならない。出銑速度が遅すぎて炉内のスラグレベル（溶融スラグと気体の界面の高さ位置）が所定の高さ以上に上昇すると、送風圧力の変動が大きくなり、安定した操業が維持できなくなる。炉内のスラグレベルが送風羽口の設置高さまで到達すると、スラグが送風羽口を閉塞してしまい操業不能となる。
炉内のスラグレベルの変動幅が大きい場合には、炉内のスラグレベルが送風羽口のレベルに到達していなくても、送風圧力が大きく変動するため、やはり安定した操業状態の維持が困難になる。

炉内のスラグレベルを安定化させる方法として、出銑孔を複数設けて同時に出銑する方法が知られている。特許文献１には、出銑中に、羽口より下方の炉体側壁部または炉底部で、相対熱負荷が、所定値を超える部位が発生した時、２以上の出銑孔から同時期に出銑を行い、熱負荷を軽減する方法が記載されている。

特許文献２には、複数の出銑孔から同時に出銑する出銑方法において、ラップ時間（同時に出銑する時間）と出銑孔径を決定し、スラグレベルを数値解析により導出して、出銑孔と開口するタイミングを設定し、スラグレベルが出銑孔の高さに達した場合に出銑孔を閉塞する方法が記載されている。

特開２００３－００３２０５号公報特開２０１５－２０６１０７号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の方法には、以下の問題があった。
特許文献１に記載の方法は、炉床の熱バランスが崩れて安定した操業状態が維持できなくなった場合に、一時的に複数の出銑孔から同時出銑する方法である。そのため、安定した操業状態を維持する方法として用いることができなかった。

特許文献２に記載の方法は、炉内のスラグレベルを安定化させる技術としては有用であるものの、想定している出銑比が最大でも２．５４ｔ／ｄ／ｍ³程度である。そのため、出銑比が２．６以上の高出銑比操業に適用できるか不明であった。
また、複数の出銑孔から同時に出銑する方法は、単独出銑と比べて溶銑樋への負荷が大きいこと、および出銑孔毎に作業員が必要になるため、作業性やコストの点で不利である。
しかしながら、特許文献２に記載の方法は、作業性やコストを考慮していないため、これらを考慮できる方法が望まれていた。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の出銑孔から同時に出銑する出銑方法において、高出銑比においても、作業性やコストを悪化させずに安定した操業状態が維持できる高炉操業方法の提供を目的とする。

本発明の高炉操業方法は、複数の出銑孔から、出銑開始時刻をずらして出銑を開始し、複数の前記出銑孔で同時に出銑するラップ時間と、１つの前記出銑孔のみから出銑する単独出銑時間とを生じるように出銑する、高炉操業方法において、出銑比を２．６ｔ／ｄ／ｍ³以上、２．８ｔ／ｄ／ｍ³以下、各出銑孔の出銑における1回の前記ラップ時間と前記出銑時間との比が、０．１５以上、０．２５以下であることを特徴とする。
本発明では、出銑比が２．６ｔ／ｄ／ｍ³以上の条件において、各出銑孔の１回の出銑におけるラップ時間と出銑時間の比を、０．１５以上とするため、高出銑比においても、炉内のスラグレベルや送風圧を安定させることができ、安定した操業状態が維持できる。ラップ時間と出銑時間の比を０．２５以下とするため、同時出銑の時間が長くなり過ぎて作業性やコストが悪化するのを防止できる。

本発明では、各出銑孔からの１回の出銑時間を１５０分以上、１８０分以下とし、前記ラップ時間を２５分以上、４０分以下とすることが好ましい。
本発明によれば、各出銑孔の１回の出銑におけるラップ時間と出銑時間の比が、０．１５以上、０．２５以下の条件において、実操業上の必要十分な出銑時間とラップ時間を設定するので、安定した操業をしつつ、生産性を向上させられる。

本発明では、前記単独出銑時間を８０分以上、１２０分以下とすることが好ましい。
本発明によれば、各出銑孔の１回の出銑におけるラップ時間と出銑時間の比が、０．１５以上、０．２５以下の条件において、実操業上の必要十分な単独出銑時間を設定するので、安定した操業をしつつ、生産性を向上させられる。

本発明では、前記出銑開始時刻は、現在出銑中の今回出銑速度が、出銑を開始する出銑孔の前回出銑での前回平均出銑速度に到達した後の時刻であることが好ましい。
本発明によれば、出銑開始時刻を前回の平均出銑速度に達した後の時刻とするため、同時出銑時にも、高炉全体の出銑速度が、単独出銑時と同程度となり、安定した操業をしつつ、生産性を向上させられる。

出銑孔毎の出銑時刻を示すタイミングチャート出銑時間と出銑速度の関係を示すグラフ。図１をフロー図で示した図。実施例において、ラップ時間比と圧力損失の関係を示した図。実施例において、ラップ時間比と日内最大貯銑滓の関係を示した図。

以下、図面に基づき本発明に好適な実施形態について、詳細に説明する。
まず、本発明を創出するに至った経緯について、説明する。
特許文献２に記載のように、炉内のスラグレベルを安定化させるための手段として、ラップ時間を調整することは公知である。

一方で、高出銑比操業においては、炉内のスラグレベルのような、操業状態の変動が、より大きくなるため、どのようなラップ時間とすれば、操業が安定化するかは明確でなかった。また、ラップ時間を長くしすぎると、樋への負担や作業性の悪化を招くため、なるべくラップ時間を短くしたいという要求もあった。

本発明者はこれに対して、高出銑比操業における、操業実績を分析し、操業状態の変動を抑制できる操業条件を検討した。

その結果、出銑比が２．６ｔ／ｄ／ｍ³以上の条件においては、１回あたりのラップ時間と出銑時間の比が操業状態の変動に影響することを突き止めた。また、１回あたりのラップ時間と出銑時間の比は、出銑比が２．６ｔ／ｄ／ｍ³未満の条件では、操業状態の変動に大きく影響しないことも見出し、本発明を創出するに至った。
以上が、本発明を創出するに至った経緯の説明である。

次に、本実施形態に係る高炉操業方法について、説明する。
＜対象高炉＞
本実施形態に係る高炉操業方法の適用対象となる高炉は、出銑比が２．６ｔ／ｄ／ｍ³以上の操業ができ、かつ複数の出銑孔から同時に出銑できる設備があれば、特に容積や構造等の条件は限定されない。

複数の出銑孔から同時に出銑できる設備とは、高炉の各出銑孔に対応した位置に設けられ、マッドガンで開口可能なマッド材で充填された開口部、開口部から出銑した銑鉄およびスラグを流すための溶銑樋が挙げられる。溶銑を転炉に運ぶトーピードカーの停留所であって、溶銑樋の終端に設けられるもの、スラグを回収する鍋、スラグの水砕用の貯留槽等も挙げられる。装入物についても、鉄源と還元材の種類を特に限定しない。

＜操業条件＞
本実施形態に係る高炉操業方法は、出銑比が２．６ｔ／ｄ／ｍ³以上の操業である。出銑比が２．６ｔ／ｄ／ｍ³未満の場合、ラップ時間や出銑時間を本実施形態に係る操業条件としてもしなくても、操業状態の変動に大きく影響しないためである。出銑比が２．８ｔ／ｄ／ｍ³以上の場合、ラップ時間や出銑時間を本実施形態に係る操業条件としても、操業状態の変動の抑制が困難な可能性があるためである。

出銑比以外の操業条件は特に限定しない。鉄源と還元材の装入方法、例えば１チャージあたりのバッチ数や炉径方向の装入物分布等も、出銑比が２．６ｔ／ｄ／ｍ³以上の操業を安定して行えるのであれば、特に限定しない。

＜操業方法＞
本実施形態に係る高炉操業方法は、複数の出銑孔から、出銑開始時刻をずらして出銑を開始し、同時に出銑する時間であるラップ時間と、１つの出銑孔のみから出銑する単独出銑時間を生じるように出銑する。

以下の説明では、１つの出銑孔に関して出銑時間内に、ラップ時間と単独出銑時間の両方を有する出銑方法をラップ出銑と呼ぶ。単独出銑時間が存在せず、常に複数の出銑孔から同時出銑する出銑方法をパラレル出銑と呼ぶ。

出銑孔の数は、少なくとも２つ必要である。３つ以上、例えば４つでもよい。出銑孔の円周方向の位置も特に限定しないが、均等配置するのが好ましい。

図１に出銑孔毎の出銑時刻を示すタイミングチャートを示す。図２に、図１の各時刻に対応する出銑速度を示す。図３に、図１に対応するフロー図を示す。
図１のＴＨ１～ＴＨ４は、４つの出銑孔に対応する番号である。図１では、ＴＨ４は溶銑樋の整備、補修のために一時的に不使用としているため、ＴＨ１～ＴＨ３の３つの出銑孔から出銑する。

まず、図１の時刻ｔ０にＴＨ１から出銑を開始する（図３のＳ１）。開始後、出銑速度が所定の速度に達すると（図３のＳ２）、ＴＨ２からも出銑を開始する（図３のＳ３）。この時刻は図１および図２ではｔ１と記載されている。
所定の速度とは、当該出銑孔（Ｓ３から出銑を開始する出銑孔ＴＨ２）での前回の出銑の際の出銑速度の平均（前回平均出銑速度）である。ＴＨ２から出銑を開始する時刻ｔ１は、現在出銑中の出銑孔ＴＨ１での（今回出銑速度）が、前述した前回平均出銑速度に到達した後の時刻である。例えば、図１および図２のＴＨ１の２回目の出銑開始時刻ｔ５は、出銑孔ＴＨ３での今回の出銑（時刻ｔ３から）が、出銑孔ＴＨ１での前回の出銑（図１では時刻ｔ０～ｔ２の出銑）における平均出銑速度に達した時刻である。これは、出銑開始時刻を前回の平均出銑速度に達した後の時刻とするため、図２に示す、全出銑孔の合計出銑量が、単独出銑時と同程度となり、安定した操業をしつつ、生産性を向上させられるためである。

ＴＨ２から出銑開始後、ラップ時間Ｔ_Lが経過すると（図３のＳ４）、その時刻ｔ２でＴＨ１からの出銑を終了する（図３のＳ５）。
ＴＨ２から出銑開始後、ＴＨ２からの前回平均出銑速度に今回出銑速度が到達すると（図３のＳ６）、その時刻ｔ３でＴＨ３から出銑を開始する（図３のＳ７）。
ＴＨ３から出銑開始後、ラップ時間Ｔ_Lが経過すると（図３のＳ８）、その時刻ｔ４でＴＨ２からの出銑を終了する（図３のＳ９）。

ＴＨ３から出銑開始後、ＴＨ３からの前回平均出銑速度に今回出銑速度が到達すると（図３のＳ１０）、その時刻ｔ５でＴＨ１から出銑を開始する（図３のＳ１１）。
ＴＨ１から出銑開始後、ラップ時間Ｔ_Lが経過すると（図３のＳ１２）、その時刻ｔ６でＴＨ３からの出銑を終了する（図３のＳ１３）。
その後はＳ２に戻って各ステップを繰り返す。

各出銑孔の出銑における１回のラップ時間Ｔ_Lと出銑時間Ｔ_oの比Ｔ_L／Ｔ_o（以下、ラップ時間比ともいう）は、０．１５以上、０．２５以下である。
ラップ時間Ｔ _Lと出銑時間Ｔ _oの比が０．１５未満であると、同時出銑時間が短すぎて、ラップ操業による操業の安定化の効果が得られない恐れがある。
ラップ時間Ｔ_Lと出銑時間Ｔ _oの比が０．２５超であると、同時出銑時間が長くなり過ぎてパラレル出銑に近くなり、樋への負担や作業性の悪化を招く恐れがある。

具体的な出銑時間としては、各出銑孔からの１回の出銑時間Ｔ_oを１５０分以上、１８０分以下とし、ラップ時間Ｔ_Lを２５分以上、４０分以下とすることが好ましい。実操業上の必要十分な出銑時間とラップ時間であるため、安定した操業をしつつ、生産性を向上させられる。

また、単独出銑時間（Ｔ_s＝Ｔ_o－２Ｔ_L）は、８０分以上、１２０分以下とすることにより、ラップ時間比Ｔ _L ／Ｔ _oが０．１５以上、０．２５以下の条件において、実操業上の必要十分な単独出銑時間Ｔ _sとなり、安定した操業をしつつ、生産性を向上させられる。

なお、図１では１回の出銑時間Ｔ_o、ラップ時間Ｔ_Lおよび単独出銑時間Ｔ_sはいずれの出銑孔でも同程度としているが、ラップ時間比が０．１５以上、０．２５以下の範囲内であれば、同じでなくてもよい。

このように、本実施形態によれば、複数の出銑孔から、出銑開始時刻をずらして出銑を開始し、同時に出銑する時間であるラップ時間と、１つの出銑孔のみから出銑する単独出銑時間を生じるように出銑する、高炉操業方法において、出銑比を２．６ｔ／ｄ／ｍ³以上、２．８ｔ／ｄ／ｍ³以下、各出銑孔の１回の出銑におけるラップ時間と出銑時間の比が、０．１５以上、０．２５以下である。
そのため、高出銑比においても、炉内のスラグレベルや送風圧を安定させることができ、安定した操業状態が維持できる。

以下、実施例に基づき、本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例には限定されない。
出銑比、ラップ時間と出銑時間の比を変更した操業を行い、操業の安定性を評価した。具体的な手順は以下の通りである。

対象高炉は容積が４０００～５０００ｍ³級の大型の高炉である。鉄源として焼結鉱を用い、還元材としてコークスを使用して溶銑を製造していた。
この高炉に対し、出銑比、ラップ時間、出銑時間を変更した操業を行い、操業が安定するか否かを検討した。操業が安定するか否かの指標としては、炉内の圧力損失、および日内最大貯銑滓を測定した。圧力損失は高炉本体に設置された圧力計の値とそれぞれの圧力計間の距離から求めた。日内最大貯銑滓は、炉内での銑滓の計算生成速度と出銑滓の実績との差分からで求めた。

結果を表１に示す。表１から、ラップ時間比と圧力損失の関係をグラフにしたものを図４に示す。ラップ時間比と日内最大貯銑滓の関係をグラフにしたものを図５に示す。

表１、図４、および図５に示すように、出銑比が２．６未満では、ラップ時間比と圧力損失および日内最大貯銑滓の間には特に相関が見られなかった。そのため、出銑比が２．６未満では、ラップ時間比は操業の安定化への寄与度が高くないことが分かった。

一方で、出銑比が２．６以上になると、ラップ時間比０．１５以上、０．２５以下にしないと、圧力損失および日内最大貯銑滓が大きくなり過ぎて、操業が不安定となることが分かった。そのため、出銑比が２．６以上では、ラップ時間比は操業の安定化への寄与度が高いことが分かった。

また、ラップ時間比０．１５以上、０．２５以下の条件を満たす実施例１～３では、各出銑孔からの１回の出銑時間が１５０分以上、１８０分以下、ラップ時間が２５分以上、４０分以下、単独出銑時間が８０分以上、１６５分以下であった。

Claims

複数の出銑孔から、出銑開始時刻をずらして出銑を開始し、複数の前記出銑孔で同時に出銑するラップ時間と、１つの前記出銑孔のみから出銑する単独出銑時間とを生じるように出銑する、高炉操業方法において、
出銑比を２．６ｔ／ｄ／ｍ³以上、２．８ｔ／ｄ／ｍ³以下、
各出銑孔の出銑における１回の前記ラップ時間と前記出銑時間との比が、０．１５以上、０．２５以下であることを特徴とする、高炉操業方法。
各出銑孔からの１回の前記出銑時間を１５０分以上、１８０分以下とし、
前記ラップ時間を２５分以上、４０分以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の高炉操業方法。
前記単独出銑時間を８０分以上、１２０分以下とすることを特徴とする、請求項１または２に記載の高炉操業方法。
前記出銑開始時刻は、現在出銑中の今回出銑速度が、出銑を開始する出銑孔の前回出銑での前回平均出銑速度に到達した後の時刻であることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高炉操業方法。