JP7130898B2 - 高炉の操業方法 - Google Patents
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Description
近年、微粉炭をコークスの一部代替燃料(還元材)として高炉の羽口から吹込む微粉炭吹込み式の高炉操業が一般的となっている。最近では150kg/tp以上と微粉炭の使用量が多い高微粉炭吹込み操業も安定して行われるようになってきた。
そのため、微粉炭の吹込み比が高くなると、微粉炭の灰分由来の酸性スラグが増加し、レースウェイ奥の鳥の巣部に滞留するスラグ層(通称:鳥の巣スラグ)の粘度や融点が上昇する。そうすると鳥の巣スラグの滞留量(ホールドアップ)が増加し、高炉下部での通気性が悪化する(図15参照)。
また、特許文献2の方法は、微粉炭吹込み比が0~40kg/tpと少なく、これでは鳥の巣スラグの滞留量(ホールドアップ)を低減することができない。また、特許文献2には鉱石の性状が記載されておらず、吹込んだ際に鉱石の還元不足により高炉の溶銑温度が低下する可能性があり、さらなるコークス比の増加が必要となる。さらに、特許文献2の技術は、溶銑のSi低減に関する技術であり、本発明のように高炉下部での通気性を向上させることを目的とするものではない。
即ち、本発明の高炉の操業方法は、石炭を粉砕して微粉炭とすると共に、強熱減量が9質量%以上12質量%以下の鉄鉱石を粉砕して微粉鉱石とし、質量%で、SiO2:50~60%、Al203:20~30%の灰分を含む最大粒径1000μm以下の微粉炭を用いた操業であって、前記微粉炭の吹込み比を150kg/tp以上とし、前記微粉鉱石の吹込み比を2.5kg/tp以上50.0kg/tp以下として、前記微粉炭及び微粉鉱石を羽口から吹込むことを特徴とする。
図1に示すように、本実施形態の高炉1の操業方法は、石炭を粉砕して微粉炭とすると共に、強熱減量が9質量%以上12質量%以下の鉄鉱石を粉砕して微粉鉱石とし、微粉炭の吹込み比を150kg/tp以上とし、微粉鉱石の吹込み比を2.5kg/tp以上50.0kg/tp以下として、微粉炭及び微粉鉱石を羽口2から吹込むことを特徴とする(上述した「kg/tp」は、溶銑1トン当たりの質量(kg)、以下同じ)。
上述した微粉炭は、例えば最大粒径1000μm以下、平均粒径=50μmのものであり、高炉1内に150kg/tp以上吹込まれる。つまり、本発明の操業方法は、高微粉炭比操業を対象としており、高微粉炭比操業において炉内通気を改善し、ひいては高炉1操業におけるコークス比(溶銑1トンを製造するに当たり、要するコークスの質量(kg))低減を目的とした技術となっている。
そのため、微粉炭吹込み比が多くなると、微粉炭由来の酸性スラグが増加し、図11に示すようなレースウェイ奥(=鳥の巣部3)に滞留するスラグ層(通称:鳥の巣スラグ4)の粘性や融点が上昇し、通気性が低下(圧損が上昇)する。その結果、高炉1の下部での通気性が悪化する。
そこで、本発明の高炉1の操業方法では、通気改善と冷え込み防止とを両立できるように、鉱石性状と吹込み比を適正な条件に規定している。
微粉鉱石は、鉄鉱石を粉砕して得られるものである。この微粉鉱石の原料となる鉄鉱石は、強熱減量が9質量%以上、且つ、12質量%以下となるものである。鉄鉱石中の強熱減量(LOI)は、JIS M8850に準じて測定される指標であり、鉄鉱石の場合は主に結晶水の含有量を示している。
ここで、一般的に高炉1で微粉炭として使用される石炭のHGIは40~90である。石炭のHGIを40以上とするのは、HGIが40未満になると粉砕性が悪化し、粒度が大きくなるため設備磨耗等が起こるからである。また、石炭のHGIを90以下とするのは、HGIが90より大きくなると、石炭が細かく粉砕されすぎて配管詰まりの原因となるからである。
また、図5に示すように、鉄鉱石の強熱減量(LOI)と、比表面積(BET)とは正の相関があり、強熱減量を大きくすると比表面積も高くなる。比表面積が高い微粉鉱石(鉄鉱石)は、レースウェイ中で反応しやすくなるため、微粉鉱石の還元率を向上させることも可能となる。
なお、鉄鉱石の強熱減量(LOI)が9質量%未満の場合、HGIが低い鉄鉱石が原料として用いられるため粉砕しにくい。そのため、微粉鉱石の粒径が大きくなり、設備磨耗が大きく搬送配管の破れ等の操業トラブルに繋がり使用できなくなる。また、鉄鉱石の強熱減量(LOI)が小さい鉱石は比表面積が小さく、羽口2吹込み時レースウェイ中での還元率が低下する。そのため、レースウェイ奥で炉芯コークスとの直接還元反応による吸熱量も大きくなって、溶銑温度低下(炉熱低下)を招きやすくなる。その結果、圧損が逆に上昇し、微粉鉱石の吹込みによる効果も得られなくなる。
次に、微粉鉱石の吹込み比について説明する。
後述する図9の計算フローを用いて微粉鉱石の吹込み比と圧損低減量の関係を計算した。計算結果を図6に示す。微粉鉱石の吹込み比を増加させることで鳥の巣スラグ4の粘度が低下し、滴下線速度が向上するため、スラグホールドアップが低下(スラグ滞留量が減少)する。その結果、圧損低減量が増加する。しかし、微粉鉱石の吹込み比が20kg/tp以上になると鳥の巣領域のスラグ量が増加し、スラグ温度低下の影響により圧損低減量が減少する。なお、微粉鉱石の吹込み比が50kg/tpより増加すると微粉鉱石の吹込み比=0kg/tp(ベース)の条件よりも圧損が上昇してしまい、効果がなくなる。
図7に示すように、実高炉で図8のフローに従って操業を行うと、微粉鉱石の吹込み比が1.3kg/tpでは圧損は低下せず、吹込み比が2.5kg/tpから図6と同様に圧損が低下した。これは、1.3kg/tp吹込み時は吹込み比が小さく、円周方向に25本ある羽口2に、微粉鉱石が等量配分できず、円周バランスが乱れたため、通気性の改善効果が得られなかったと考えられる。そこで、本発明の操業方法においては、本発明の効果が発現する微粉鉱石の吹込み比の下限を2.5kg/tp以上とした。
なお、上述した微粉鉱石は、ローラミル、ボールミルなどで粉砕処理を施した鉱石を示すものであり、1000μm以下に粉砕した鉄鉱石を示している。また、微粉炭は、ローラミル、ボールミルなどで粉砕処理を施した石炭を示すものであり、石炭と同じローラミル、ボールミルで粉砕され、1000μm以下に粉砕した石炭を示している。
まず、「微粉鉱石の吹込み比」に対する「圧損低減量」の変化を、図9の計算フローに従って求める。なお、この「圧損低減量」は、圧損が吹込み前に比してどの程度低減したかを示しており、例えば「圧損低減量が増加した」とは、圧損が減少したことを意味し、「圧損低減量が減少した」とは、圧損が増加したことを意味する。これに対し、「圧損変化量」は、吹込み前に比して圧損が吹込み前に比してどの程度増減したかを示している。「圧損変化量が増加した」とは、圧損が増加したことを意味し、「圧損変化量が減少した」とは、文字通り圧損が減少したことを意味する。
また、吹込んだ微粉鉱石の全量が鳥の巣スラグ4のスラグ比に合算されるとして、微粉鉱石の吹込み比と鳥の巣スラグ4の量(w)との関係を求めた。求められた関係を、図10(c)に示す。なお、鳥の巣スラグ4の成分はサンプリング調査を元にボッシュスラグ成分と微粉炭中のスラグ成分の比が0.18:1.00の割合で滞留すると算出している。また、吹込み比=0の状態の鳥の巣スラグ4の成分及び量は、塩基度(C/S)=0.75で一定、鳥の巣スラグ量=64kg/tpとして計算を行った。なお、塩基度(C/S)は、スラグ中に含まれるCaO(質量%)とSiO2(質量%)の比である。
次に、鳥の巣スラグ4の粘度(μ)を求めた。各フラックス比における鳥の巣スラグ4の粘度の温度依存性を実験で求めている。
上述した手順で求められた微粉鉱石の吹込み比と鳥の巣スラグ4の粘度(μ)との関係を図10(e)に示す。
さらに、ホールドアップ(h)については、「材料とプロセス 加藤ら vol.28、2015年、S25」に記載されている関係式をもとに、微粉鉱石の吹込み比とホールドアップ(h)との関係を求めた。求められた関係を、図10(g)に示す。
最後に、微粉鉱石の吹込み比と圧損低減量(圧損変化量)との関係を求めた。圧損は、「鉄と鋼 福武ら、vol.66、1980年、P1974」に記載されている計算式から算出した。なお、計算諸元は表3に示す通りである。求められた微粉鉱石の吹込み比と圧損変化量との関係を、図10(h)に示す。
上述した事前実験は、事前準備として、図11に示すような回転式トルクメータ5を用意し、酸化防止のためセラミックペーストを純鉄るつぼ7と回転式トルクメータ5の純鉄ロータ6とに塗布しておく。さらに、JS1000の校正液を用いて回転式トルクメータ5の純鉄ロータ6を校正し、回転数とトルクとの関係を求めておく。このような校正を行うと、y=ax+bという1次回帰式が得られ、ロータ係数(K0)を求めることが可能となる。なお、ロータ係数:K0=標準粘度(mPa・s)÷回帰係数bにより求めることができる。
図10(d)の関係式からそれぞれの粘度を求め、スラグの塩基度と粘度との関係を指数関数で求める。一例としてフラックス比=20kg/tpの場合についてまとめたスラグの塩基度と粘度との関係を図14に示す。図14の関係式から塩基度=0.75の粘度を求めることが可能となる。
上述した手順で導かれた図10(e)の関係、言い換えれば図6の関係によれば、吹込み前に比して圧損が低下する(圧損低減量が増加する、あるいは圧損変化量がマイナスになる)のは、微粉鉱石の吹込み比が0kg/tp以上、且つ、50kg/tp以下ということになり、微粉鉱石の吹込み比の上限を規定することができる。
この実機テストに用いた高炉1は、2112m3の実高炉であって、出銑比=1.8t/m3/dayの高炉である。高炉1に吹込む微粉鉱石の鉱石量を0.0kg/tp⇒1.3 kg/tp⇒2.5kg/tp⇒5.0kg/tpの順番で変更しつつ、テスト操業を5日間に亘って実施した。
実機テストの結果を、以下の表7に示す。
図7に示すように、実施例は微粉鉱石の吹込み比が2.5kg/tp、5.0kg/tpとなっており、比較例は微粉鉱石の吹込み比が0.0kg/tp、1.3kg/tpとなっている。
このことから、通気性の改善効果が得られるのは、微粉鉱石の吹込み比が2.5kg/tp以上の場合と判断することができる。
想定することが可能な値を採用している。
2 羽口
3 鳥の巣部
4 鳥の巣スラグ
5 回転式トルクメータ
6 純鉄ロータ
7 純鉄るつぼ
Claims (2)
- 石炭を粉砕して微粉炭とすると共に、強熱減量が9質量%以上12質量%以下の鉄鉱石を粉砕して微粉鉱石とし、質量%で、SiO2:50~60%、Al203:20~30%の灰分を含む最大粒径1000μm以下の微粉炭を用いた操業であって、
前記微粉炭の吹込み比を150kg/tp以上とし、前記微粉鉱石の吹込み比を2.5kg/tp以上50.0kg/tp以下として、前記微粉炭及び微粉鉱石を羽口から吹込む
ことを特徴とする高炉の操業方法。 - 前記鉄鉱石と石炭と一緒に粉砕することを特徴とする請求項1に記載の高炉の操業方法。
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