JP7348467B2 - 高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法に関する。

一般に、高炉の操業においては、塊鉱石、焼結鉱やペレット等で構成される鉄源と、コークスとを炉頂から炉内に交互に装入して層状とする。一方で、炉体下部の羽口から炉内に微粉炭を含む熱風が吹き込まれる。これにより、炉内の鉄源が加熱されるとともに、コークスや微粉炭の一部がガス化して生じた還元ガス、又はコークスそのものによって鉄源が還元され、銑鉄が得られる。

このような高炉の安定操業のために種々の技術が開発されている。例えば、以下の特許文献１には、安価な高結晶水鉱石を用いて圧力損失の増大を抑制しつつ安定に高炉操業を行う方法として、水素を含む物質を補助還元材として羽口から吹き込む高炉操業方法が開示されている。

また、例えば、特許文献２には、三重管ランスを用いて、微粉炭、都市ガス、及びＯ_２を吹き込むことにより、微粉炭の燃え残りである未燃チャーを抑制する高炉操業方法が開示されている。

また、例えば、特許文献３には、特定の原料を高炉軸心部へ装入することによって炉内に吹き込まれた還元ガスと装入された原料とを効率よく接触させる技術が開示されている。

特開２００６－１２４７６９号公報 特開２０１３－１９００６号公報 特開平１－２０８４０９号公報

ところで、コークスは、鉄源を還元する還元材としての機能、燃料としての機能、及び炉内全体にガスを行き渡らせるための空隙を確保するためのスペーサーとしての機能を有する重要な原料である。一方で、コークスは、一般に高価であるため、コークス使用量を削減することで銑鉄の製造コストを削減することが望まれている。しかしながら、コークスの使用量を減らすと、コークスによるスペーサーとしての機能が一部損なわれることにより、炉内の圧力損失が増大する。炉内の圧力損失が増大するとガスの流れが変動し、例えば、ガスが通気性の良い部分に偏って流通する吹き抜けが発生することがある。この吹き抜けにより、鉱石層とコークス層の積層状態が乱れ、鉄源の還元効率が低下する。また、圧力損失の増大によって一酸化炭素ガスによる鉄源の還元効率が低下し、炉内の温度が低下する。炉内の温度が低下すると、銑鉄の製造効率が低下する。さらに、炉内の温度が低下することで溶銑の温度が低下し、溶銑の粘度が高くなり、場合によっては出銑できなくなる。

従来知られた方法では、コークス使用量を低減させつつ炉内の圧力損失を低減させる高炉の操業方法について、十分な対応ができない。例えば、特許文献１に記載の高炉操業方法では、炉内に吹き込まれたガスの流れは考慮されておらず、補助還元材の分解によって生じた水素ガスのうちの一部は、鉄源の還元に寄与せず、鉄源が還元されない領域が発生する可能性がある。その結果、炉内の圧力損失の増大を抑制できない可能性がある。

また、特許文献２に記載の高炉操業方法では、三重管ランスの構造が複雑であり、その製作コストが高いうえ、耐久性が低いため、交換頻度が高くなる。そのため、操業コストが増加し、その結果、銑鉄の製造コストが増加する。また、特許文献２に記載の三重管ランスは、それぞれの吹き込み口が小さいため、三重管ランスにおける圧力損失が増大し、吹き込みが不安定となる可能性がある。

特許文献３に記載の高炉への原料装入方法では、微粉炭比が高い条件での操業や水素を炉内に導入した条件での操業については、考慮されていない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、低コークス比の操業条件において、より安定して継続した操業が可能な高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法を提供することにある。

本発明者らは、コークスを少なくとも高炉の軸心部に装入し、補助還元材の量、微粉炭の量及び高炉の軸心部に装入するコークスの量を制御することで、炉内の圧力損失を抑制することができるという知見を得るに至り、鋭意検討した結果、本発明をするに至った。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］ コークスを少なくとも高炉の炉体の軸心部に装入し、補助還元材と微粉炭とを吹き込むことで炉内に装入された鉄源から銑鉄を製造する高炉の操業方法であって、
前記微粉炭の使用量は、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下であり、
前記補助還元材の使用量は、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下であり、
前記微粉炭の使用量をｘ（ｋｇ／ｔｐ）、前記補助還元材の使用量をｙ（ｋｇ／ｔｐ）、前記軸心部に装入される中心コークス量をｚ（ｋｇ／ｔｐ）としたときに、下記式（１）を満足し、
前記補助還元材の水素含有量が、１１．３質量％以上２３．２質量％以下であり、前記補助還元材が、天然ガス、都市ガス及びメタンからなる群から選択される１種以上である、高炉の操業方法。
３６－０．１０４ｘ－０．０９７ｙ≦ｚ≦１０８－０．３１３ｘ－０．２９０ｙ ・・・式（１）
［２］ コークスを少なくとも高炉の炉体の軸心部に装入し、補助還元材と微粉炭とを前記高炉に吹き込むことで、前記高炉の炉体内に装入された鉄源を還元して銑鉄を得る銑鉄の製造方法であって、
前記微粉炭の使用量は、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下であり、
前記補助還元材の使用量は、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下であり、
前記微粉炭の使用量をｘ（ｋｇ／ｔｐ）、前記補助還元材の使用量をｙ（ｋｇ／ｔｐ）、前記軸心部に装入される中心コークス量をｚ（ｋｇ／ｔｐ）としたときに、下記式（１）を満足し、
前記補助還元材の水素含有量が、１１．３質量％以上２３．２質量％以下であり、前記補助還元材が、天然ガス、都市ガス及びメタンからなる群から選択される１種以上である、銑鉄の製造方法。
３６－０．１０４ｘ－０．０９７ｙ≦ｚ≦１０８－０．３１３ｘ－０．２９０ｙ ・・・式（１）

本発明によれば、低コークス比の操業条件において、より安定して継続した操業が可能な高炉の操業方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る高炉の操業方法又は銑鉄の製造方法が適用される高炉の一例を示す模式図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また、図中の各構成要素の比率、寸法は、実際の各構成要素の比率、寸法を表すものではない。

＜＜１．高炉の概要＞＞
まず、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法の説明に先立ち、図１を参照して、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法が適用される高炉について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法が適用される高炉の一例を示す模式図である。

高炉１は、鉄源を還元して溶銑を製造する装置である。高炉１としては、図１に示すように、ベルレス式の高炉が用いられる。高炉１は、炉体１０、羽口１１、送風本管１２、送風管１３、微粉炭吹き込みランス１４、補助還元材吹き込みランス１５、出銑口１６、出滓口１７、及び旋回シュート１８を備える。なお、図１に示した高炉は、あくまでも本発明の一例である。そのため、本実施形態に係る高炉の操業方法又は銑鉄の製造方法が適用される高炉の構成は、適宜変更されてよい。

炉体１０は、上端が開口した竪型の反応容器である。炉体１０は、図１に示すように、高さ方向において、上部から、炉口部１０１、シャフト部１０２、炉腹部１０３、朝顔部１０４、羽口部１０５、炉底部１０６に区分される。炉口部１０１から、炉体１０の内部に各種公知の方法で鉄源及びコークスが装入される。シャフト部１０２は、一般的に、その内径が下方に向かって拡張し、炉腹部１０３において内径が最大となり、朝顔部１０４の内径は、下方に向かって縮小する。羽口部１０５には、後述する羽口１１が設けられる。炉底部１０６には、鉄源が還元されて生成した溶銑５０が貯留される溜まり部１０７が設けられる。炉体１０は、中空の鉄皮と、鉄皮の内面に張られた耐火物で形成される。

羽口１１は、炉体１０の側面の下部側に位置する羽口部１０５に設けられ、熱風炉（図示せず。）で生成された、酸素を含有する熱風を炉体１０の内部に吹き込むための吹き込み口である。炉体１０は、複数の羽口１１を備えることができる。羽口１１を通じて、熱風、後述する補助還元材又は微粉炭が炉内に吹き込まれる。

送風本管１２は、炉体１０を囲むように設けられる環状管である。送風本管１２には、熱風炉及び送風管１３が接続されており、送風本管１２は、熱風炉から送られた熱風を送風管１３に供給する。

送風管１３には、送風本管１２及び羽口１１が接続される。送風管１３は、送風本管１２から送られた熱風を、羽口１１を通じて炉内に供給する。

微粉炭吹き込みランス１４は、管状であり、羽口１１を通じて微粉炭を炉体１０の内部に供給する。微粉炭吹き込みランス１４は、例えば、送風管１３の壁面から送風管１３の内部に挿入される。微粉炭吹き込みランス１４から供給される微粉炭は、熱風とともに炉体１０の内部に吹き込まれる。

微粉炭吹き込みランス１４は、所定の量の微粉炭が炉内に吹き込まれれば、特段制限されず、例えば、円管、角管、又は径が異なる管が同心状に配置された多重管等を用いることができる。

補助還元材吹き込みランス１５は、管状であり、羽口１１を通じて水素を含有する補助還元材を炉体１０の内部に供給する。補助還元材吹き込みランス１５は、例えば、送風管１３の壁面から送風管１３の内部に挿入される。

補助還元材吹き込みランス１５から炉内に吹き込まれた補助還元材は、炉内で熱分解して、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス及び水素ガスとなる。そのため、補助還元材吹き込みランス１５の構造又は補助還元材の吹き込み方法による、炉内のガスの流れ、炉内温度変化又は鉄源の還元反応への影響は小さいと考えられる。従って、補助還元材吹き込みランス１５は、設定された量の補助還元材が炉内に吹き込まれれば、特段制限されず、例えば、円管、角管、径が異なる管が同心状に配置された多重管等を用いることができる。

補助還元材吹き込みランス１５が単管の場合、補助還元材吹き込みランス１５は、複数種類の還元材が混合された補助還元材を炉内に吹き込むことができる。また、補助還元材吹き込みランス１５が多重管ランスの場合は、補助還元材吹き込みランス１５の内部に形成される複数の空間のそれぞれに、それぞれ異なる還元材を供給することで、複数種類の補助還元材を同時に炉内に吹き込むことができる。

出銑口１６は、溜まり部１０７に設けられ、鉄源の還元により生成された溶銑５０を出銑する。出銑口１６は複数設けられ、溶銑５０を連続的または間歇的に出銑することができる。

出滓口１７は、炉床の出銑口１６より上方に設けられる。鉄源の還元により生成されたスラグは、出滓口１７から排出される。出滓口１７は複数設けられ、スラグを連続的または間歇的に出滓することができる。

旋回シュート１８は、炉体１０の上方に設けられ、鉄源及びコークスを炉体１０の上端の炉口部１０１から内部に装入する。旋回シュート１８は、旋回装置によって、軸心周りに旋回可能であり、軸心方向に対して、任意のシュート角度を設定可能である。鉄源及びコークスは、旋回シュート１８の傾斜角度や回転速度が制御されることで、所望の炉内の所望の位置に装入される。

＜＜２．高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法＞＞
次に、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法について説明する。なお、以下の説明においては、高炉１を用いて本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法を説明するが、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法が適用される高炉は、上述した高炉１に限定されないことはいうまでもない。

本実施形態に係る高炉の操業方法は、コークスを少なくとも高炉の炉体の軸心部に装入し、補助還元材と微粉炭とを吹き込むことで炉内に装入された鉄源から銑鉄を製造する高炉の操業方法である。そして、同方法において、微粉炭の使用量は、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下であり、補助還元材の使用量は、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下であり、微粉炭の使用量をｘ（ｋｇ／ｔｐ）、前記補助還元材の使用量をｙ（ｋｇ／ｔｐ）、前記軸心部に装入される中心コークス量をｚ（ｋｇ／ｔｐ）としたときに、下記式（１）を満足する。また、本実施形態に係る銑鉄の製造方法は、上記高炉の操業方法により銑鉄を得る方法である。なお、［ｋｇ／ｔｐ］は、銑鉄製造量１トン当たりの質量を示す単位である。また、ここでいう軸心部とは、炉体１０の軸心Ｃの近傍部分であり、例えば、軸心Ｃを０、炉体１０の炉壁部を１とする無次元半径で考えた場合、軸心部から片方の半径の無次元半径０~０．１５の範囲を軸心部としてもよい。また、中心コークスが装入される部分を軸心部としてもよい。

３６－０．１０４ｘ－０．０９７ｙ≦ｚ≦１０８－０．３１３ｘ－０．２９０ｙ ・・・式（１）

以下に、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法に用いられる原料について詳細に説明した後、高炉の操業プロセス及び銑鉄の製造プロセスを詳細に説明する。

＜２．１．原料＞
まず、本実施形態に係る高炉の操業方法に用いられる各原料について説明する。

［鉄源］
高炉１を用いて銑鉄を製造するための鉄源は、塊鉱石、焼結鉱、又はペレットの少なくともいずれかを含む。塊鉱石は、鉱山から採掘された鉄鉱石が粉砕されたものである。焼結鉱は、鉄鉱石が塊鉱石より細かく粉砕された粉鉱石にコークスと石灰石とを混合して焼結することにより得られる。ペレットは、微粉状の鉄鉱石、水、及び粘結材を加えて焼成することで得られる焼成体である。

本実施形態に係る高炉の操業方法又は銑鉄の製造方法に使用される焼結鉱又はペレットは、上述したものに限られず、公知のものを使用することができる。例えば、焼結鉱又はペレットに含まれる鉄鉱石に替えて、高炉ダスト、製鉄の過程で生じる含鉄ダスト、スラッジ、又はスケール等で構成される１種又は２種以上の混合物を使用することができる。

また、鉄源として用いられる、塊鉱石、焼結鉱、又はペレットは、いずれも従来の高炉の操業に使用される平均粒径及び粒度分布範囲を有するものを使用することができる。また、鉄源は、ＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３を含む。

鉄源として用いられる、塊鉱石、焼結鉱、又はペレットの装入割合は、従来の高炉操業方法で適用される割合とすることができる。例えば、質量％で、塊鉱石は１５質量％以下であり、焼結鉱は６０質量％以上９０質量％以下であり、ペレットは４０質量％以下であり、塊鉱石と、焼結鉱と、ペレットの合計が１００質量％となるようにすることができる。これにより本実施形態に係る高炉操業を実現し得る、高炉炉内の還元性を担保可能な効果を奏する。

焼結鉱の還元粉化指数（ＲＤＩ：Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ）は、特段制限されないが、例えば、２０％以上３６％以下とすることができる。ＲＤＩは、好ましくは、２２％以上３４％以下である。ＲＤＩが２０％未満であると、焼結鉱の還元が抑制され、還元途中に生成されるＦｅＯが増加するため、圧力損失が増大し、炉況不調となる可能性がある。ＲＤＩが３６％超であると、焼結鉱が微粉化して鉱石層が密になり、炉内のガスの圧力損失が増大して、鉄源とコークスの積層状態が乱れて鉄源の還元効率が低下する可能性がある。ＲＤＩは、より好ましくは、２４％以上３２％以下である。

焼結鉱の被還元性（ＲＩ：Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ）は、特段制限されないが、例えば、６２％以上７０％以下とすることができる。ＲＩは、好ましくは、６４％以上７０％以下である。上記範囲のＲＩを有する焼結鉱を使用することで、炉体１０の内部の還元ガスによる焼結鉱の還元性を維持しつつ、焼結鉱の粉化による、圧力損失の増大を抑制することが可能となる。ＲＩは、より好ましくは、６６％以上７０％以下である。

なお、ＲＤＩは、例えば、ＪＩＳ ８７２０：２００９ 鉄鉱石－低温還元粉化試験方法に準拠した方法で評価することができる。詳細には、所定の粒度を有する焼結鉱を静置状態で一酸化炭素と窒素とで構成されるガスを用いて、５５０℃の温度で３０分間等温還元を行う。還元後の焼結鉱を１００℃以下の温度に冷却し、所定の回転ドラムを用いて合計９００回転動する。その後、公称目開き２．８ｍｍの篩を用いてふるい分けを行う。ＲＤＩは、還元反応前の焼結鉱の質量に対する、篩通過分の質量で表される。

また、ＲＩは、例えば、ＪＩＳ ８７１３：２００９ 鉄鉱石－被還元性試験方法に準拠した方法で評価することができる。詳細には、容器に入れて天秤につるした測定試料を、一酸化炭素及び窒素の混合ガスを用いて９００℃の温度で１８０分間等温還元を行う。ＲＩは、還元前測定試料中に鉄と結合していた酸素の質量に対する還元によって除去された酸素の質量の比率として求められる。

［還元材］
還元材としては、微粉炭、補助還元材、及びコークスを用いる。銑鉄製造量１トン当たりの還元材の使用量である還元材比（ＲＡＲ：Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ａｇｅｎｔ Ｒａｔｉｏ）は、銑鉄製造量１トン当たりの微粉炭の使用量である微粉炭比（ＰＣＲ：Ｐｕｌｖｅｒｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｒａｔｉｏ）と、銑鉄製造量１トン当たりの補助還元材の使用量である補助還元材比と、銑鉄製造量１トン当たりの微粉炭の使用量であるコークス比（ＣＲ：Ｃｏａｌ ｒａｔｉｏ）と、の合計で算出できる。還元材比は、鉄源の性状、コークスの性状、微粉炭の性状、補助還元材の種類、高炉設備等に応じて、適宜変更することが可能であるが、還元材比は、例えば、５００ｋｇ／ｔｐを基準として±２％の範囲内とすることが好ましい。以下、各還元材について説明する。

（微粉炭）
本実施形態に係る微粉炭は、微粉炭吹き込みランス１４を用いて羽口１１を通じて炉内に吹込むことができる大きさであれば特段制限されず、従来の高炉操業方法に用いられる微粉炭を使用することができる。表１に微粉炭の元素分析と工業分析の一例を示す。なお、表１に示した微粉炭は、あくまでも一例であり、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法に用いられる微粉炭は、表１に示した微粉炭に限定されるものではない。

微粉炭比は、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下とする。微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔｐ未満である場合、装入された鉄源を還元するためにコークス量を増加する必要が生じ、低コークス比での高炉の操業が困難となり、製造コストが増加する。微粉炭比が２２０ｋｇ／ｔｐを超えると、未燃チャーの増加に加え、コークス層厚が低下することで圧力損失が増大し、炉況不調に陥る。微粉炭比は、好ましくは、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２１０ｋｇ／ｔｐ以下、より好ましくは、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２００ｋｇ／ｔｐ以下である。

（補助還元材）
本実施形態に係る補助還元材としては、気体還元材、液体還元材又は固体還元材の少なくともいずれかが用いられる。補助還元材には、例えば、水素原子を構成原子として含有する物質が用いられ、灰分を生じない物質が用いられることが好ましく、詳細には、炭化水素を含む材料が用いられることが好ましい。

気体還元材としては、具体的には、メタン、エタンやプロパン等を含む、天然ガスや都市ガス、水素やメタンを含むコークス炉ガス、又は一酸化炭素と水素を多く含む石炭ガス化ガス等、及び水素ガスからなる群から選択される１種又は２種以上を使用することができる。液体還元材としては、例えば、重油、又はタール等を用いることが好ましい。

固体還元材としては、例えば合成樹脂を使用することができる。なお、微粉炭も固体還元材の一つと言えるが、本実施形態においては、微粉炭は、固体還元材には含まないものとする。よって、本実施形態において、微粉炭は、補助還元材には含まれない。そのため、本実施形態においては、合成樹脂と微粉炭を混合した混合物を還元材として用いてもよいが、この場合においても、合成樹脂分のみを固体還元材とする。

表２に補助還元材として使用可能な物質の元素分析と工業分析の一例を示す。なお、表２に示した物質は、あくまでも一例であり、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法に用いられる補助還元材は、これらの物質に限定されるものではない。

補助還元材比は、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下とする。当該範囲の補助還元材を炉内に吹き込むことで、補助還元材の分解によって水素ガスが発生する。水素は、一酸化炭素と比較して、鉄源を還元する速度が大きい。そのため、補助還元材の分解によって生じた水素ガスにより、鉄源が短時間で還元されるため、鉄源の還元過程で生成する比較的低融点のＦｅＯが減少する。補助還元材を吹き込むことで低融点のＦｅＯが減少するため、補助還元材を吹き込まない場合と比較して、後述する融着層３０１は、低温領域では生成しづらくなり、後述する融着帯３０は狭くなる。その結果、炉下部における融着帯３０に起因して生じる圧力損失の増大が抑制される。補助還元材の使用量が１０ｋｇ／ｔｐ未満であると、補助還元材による鉄源の還元が促進されないために融着帯３０が薄層化されず、炉下部におけるガスの圧力損失を低減することができない。また、炉内の酸素は、補助還元材と優先的に反応するため、補助還元材の使用量が５０ｋｇ／ｔｐ超の場合、微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔｐ以上では、未燃チャーが炉内に滞留する。その結果、炉内の下方部分で圧力損失が増大し、炉況不調に陥る。補助還元材比は、好ましくは、１０ｋｇ／ｔｐ以上４０ｋｇ／ｔｐ以下であり、より好ましくは、１０ｋｇ／ｔｐ以上３０ｋｇ／ｔｐ以下である。当該範囲の量の補助還元材を炉内に吹き込むことで、炉下部におけるガスの圧力損失を低減することができる。

本実施形態に係るコークスは、特段制限されず、従来の高炉操業方法に用いられるコークスを使用することができる。コークスの粒径又は粒度分布は、特段制限されず、コークス同士に生じる空隙の空隙率、又はコークスの反応性等によって適宜定められてよい。また、コークス比は、先立って説明したように、例えば、還元材比が設定されている場合は、還元材比から、微粉炭比と補助還元材比を減じたものとすることができる。

（コークス）
本実施形態において、炉内に装入されるコークスは、後述する中心コークス領域２０１及びコークス層２０３を形成する。以下では、中心コークス領域２０１のコークスを単に「中心コークス」という。銑鉄製造量１トン当たりの中心コークス量ｚは、微粉炭比ｘ（ｋｇ／ｔｐ）、補助還元材比ｙ（ｋｇ／ｔｐ）、としたときに、下記式（１）を満足する。

３６－０．１０４ｘ－０．０９７ｙ≦ｚ≦１０８－０．３１３ｘ－０．２９０ｙ ・・・式（１）

なお、先立って説明したように、微粉炭比ｘは、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下であり、補助還元材比ｙは、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下である。

中心コークス量ｚが上記式（１）を満足することで、羽口１１から吹き込まれた補助還元材から生成される水素ガスは、炉体１０の径方向の偏りが抑制されて上方に流れることが可能となる。その結果、鉄源が、その炉内位置によらず均一に還元されることが可能となる。また、中心コークス量が上記式（１）を満足することで、鉄源が還元されて生成した溶滴の円滑な流れが確保され、高炉の操業が安定化される。一方、中心コークス量ｚが上記式（１）の上限を超える場合、水素ガスが中心コークス領域２０１から直接炉頂に流れ、鉄源に接触する水素ガスが減少して、還元効率が低下する。また、中心コークス量ｚが上記式（１）の下限を下回る場合、比較的空隙率の高い中心コークス領域２０１を流れるガス量が減少し、空隙率の低い原料層を流れるガス量が上昇するため、適正範囲以上に炉内全体の圧力損失が増大し、炉況不調に陥る。

なお、中心コークスと、コークス層２０３のコークスは、互いに異なる平均粒径又は粒度分布を有するものであってもよいし、同じものであってもよい。

以上の操業条件で高炉の操業が行われる場合、炉体１０の内部に導入される水素ガス量は、１０ｋｇ／ｔｐ以上２２ｋｇ／ｔｐ以下とすることが好ましい。水素ガスは、水素を含む補助還元材の熱分解、微粉炭に含まれる水素分のガス化、及び炉体１０の内部の湿分の熱分解によって発生する。水素ガス量を１０ｋｇ／ｔｐ以上２２ｋｇ／ｔｐ以下とすることで、より一層効率よく鉄源が還元される。また、１０ｋｇ／ｔｐ以上２２ｋｇ／ｔｐ以下とすることで、炉下部における圧力損失の増大を抑制することが可能となる。

＜２．２．高炉の操業プロセス及び銑鉄の製造プロセス＞
次に、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法を説明する。

まず、高炉内の鉄源の還元反応について説明する。高炉内の鉄源は、一酸化炭素ガス又は水素ガスによって還元される。一酸化炭素ガスは、コークス、微粉炭、又は補助還元材の燃焼によって生じ、水素ガスは、微粉炭に含まれる水素分のガス化、炉内の湿分熱分解又は補助還元材の燃焼によって生じる。

一酸化炭素ガスによる鉄源の還元反応は、下記式（Ｉ）～（ＩＩＩ）で表される。ＣＯによってＦｅ_２Ｏ_３がＦｅまで還元される反応は、全体として発熱反応であるため、ＣＯによるＦｅ_２Ｏ_３の還元が進むと、炉内温度は上昇する。
３Ｆｅ_２Ｏ_３＋ＣＯ→２Ｆｅ_３Ｏ_４＋ＣＯ_２ ・・・式（Ｉ）
Ｆｅ_３Ｏ_４＋ＣＯ→３ＦｅＯ＋ＣＯ_２ ・・・式（ＩＩ）
ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ_２ ・・・式（ＩＩＩ）

また、水素ガスによる鉄源の還元反応は、下記式（ＩＶ）～（ＶＩ）で表される。Ｈ_２によってＦｅ_２Ｏ_３がＦｅまで還元される反応は、全体として吸熱反応であるため、炉内の温度がより高温であるほど、水素による還元反応は促進される。
３Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｈ_２→２Ｆｅ_３Ｏ_４＋Ｈ_２Ｏ ・・・式（ＩＶ）
Ｆｅ_３Ｏ_４＋Ｈ_２→３ＦｅＯ＋Ｈ_２Ｏ ・・・式（Ｖ）
ＦｅＯ＋Ｈ_２→Ｆｅ＋Ｈ_２Ｏ ・・・式（ＶＩ）

鉄源がＦｅまで還元される過程で生じるＦｅＯは、鉄源に含まれるＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３とともに低融点の化合物を生成し、この低融点の化合物は炉内で溶融する。還元反応において中間生成物であるＦｅＯの存在量が多くなると、低融点の化合物が増加する。この化合物が溶融することにより、鉄源が互いに融着する。炉内の鉄源が融着した領域には、ガスが流れないため、通気抵抗が増大し、圧力損失が増大する。そのため、高炉の安定操業には、鉄源の融着量を低減することが重要である。

水素は、一酸化炭素と比較して、鉄源を還元する速度が大きい。そのため、補助還元材の分解によって生じた水素ガスにより、鉄源が短時間で還元されるため、鉄源の還元過程で生成する比較的低融点のＦｅＯが減少する。補助還元材を吹き込むことで低融点のＦｅＯが減少するため、補助還元材を吹き込まない場合と比較して、後述する融着層３０１は、低温領域では生成しづらくなり、後述する融着帯３０は狭くなる。その結果、炉下部における融着帯３０に起因して生じる圧力損失の増大が抑制される。

操業中の高炉１において、図１に示したように、炉体１０の内部には、旋回シュート１８によって、炉頂から炉体１０の軸心部にコークスが装入される。続いて、炉体の径方向に鉄源及びコークスが層状となるように装入される。軸心部へのコークスの装入及び径方向への鉄源及びコークスの装入が繰り返されることで、炉体１０の軸心部に柱状の中心コークス領域２０１が形成され、中心コークス領域２０１の周囲に鉱石層２０２とコークス層２０３と、が形成される。この中心コークス領域２０１、鉱石層２０２、及びコークス層２０３で構成される領域は、塊状帯２０と呼ばれることがある。本実施形態に係る鉱石層２０２とコークス層２０３の形成方法は、特段制限されず、公知の方法で、鉱石層２０２とコークス層２０３を形成することができる。

このとき、装入される中心コークスの量は、式（１）を満足する。なお、中心コークスと、コークス層２０３のコークスとが同じものである場合、それらを装入方法によって区別してもよい。例えば、旋回シュート１８を炉体の垂直方向に対して、１２度以下として挿入したコークスを中心コークスとし、２６度以上で装入したコークスをコークス層２０３のコークスとしてもよい。

中心コークス領域２０１が形成されることで、炉内のガスが炉内の軸心部における上方への流れである中心流を確保することが可能となる。中心流によって、ガスの偏心が抑制されて炉内のガス及び溶滴が下方に円滑に流れ、その結果、高炉操業を安定化することが可能になる。

塊状帯２０は、図１に示したように、炉内の上方に形成される。塊状帯２０では、５００℃前後から鉄源の還元反応が生じ始め、９００℃～１０００℃程度でＦｅＯが生成する。

塊状帯２０が形成された炉内には、羽口１１から酸素を含有する熱風、微粉炭及び補助還元材が吹き込まれる。熱風は、例えば熱風炉で製造され、送風本管１２、送風管１３を通じて羽口１１から炉内に吹き込まれる。微粉炭は、微粉炭吹き込みランス１４から送風管１３を通じて羽口１１から炉内に吹き込まれる。補助還元材は、補助還元材吹き込みランス１５から送風管１３を通じて羽口１１から炉内に吹き込まれる。このとき、微粉炭比は、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下となり、補助還元材比は、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下となるように炉内に吹き込まれる。

コークス、微粉炭又は補助還元材は、熱風に含まれる酸素によって燃焼し、一酸化炭素及び水素ガスを含む還元ガスが生成する。

一方、炉内に装入された鉄源とコークスは、高温の炉内を下降する。鉄源は、下降しながら還元されるが、還元過程でＦｅ_２Ｏ_３及びＦｅ_３Ｏ_４より融点が低いＦｅＯが生成する。ＦｅＯは、鉄源に含まれるＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３とともに低融点の化合物を形成するため、鉄源は半溶融状態となり、相互に融着して、鉱石層２０２において鉄源が融着した領域である融着層３０１を形成する。熱風、補助還元材又は還元ガスは、空隙が多い中心コークス領域２０１を優先的に流れ、熱風は、コークスと反応しながら炉内を上昇する。還元ガスが中心コークス領域２０１を優先的に流れるため、融着層３０１は、まず炉内軸心付近に形成される。中心コークス領域２０１を流れる熱風、補助還元材又は還元ガスの一部は、軸心付近に形成された融着層３０１に衝突し、径方向に向かって流れるようになる。そして、径方向に流れる、熱風、補助還元材又は還元ガスによって、軸心部よりも炉壁側に位置する鉄源の一部が還元されてＦｅＯとなって相互に融着し、先に形成された融着層３０１より低い位置で、新たな融着層３０１となる。先に形成された融着層３０１と新たに形成された融着層３０１との間には、スリット状となったコークス層２０３であるコークススリット３０２が形成される。このようにして、融着層３０１とコークススリット３０２とが積層された領域である融着帯３０は、軸心部付近において上方に凸状となるように形成される。そして、炉内に吹き込まれた熱風、補助還元材又は還元ガスは、主にコークススリット３０２を通過して上方に流れる。

還元ガスによって鉄源が還元されて生成した溶銑５０は、炉内における融着帯３０の下方部分を滴下して、溜まり部１０７に貯留される。この溶銑５０が滴下する領域は、滴下帯４０と呼ばれる。滴下帯４０は、主としてコークスによって形成された領域である。溶銑５０と、鉄源に含まれるＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３等を含有する溶融スラグ６０は、溜まり部１０７に貯留され、溶融スラグ６０より比重が大きい溶銑５０は、溶融スラグ６０より下方に貯留される。

そして、溜まり部１０７に貯留された溶銑５０は、出銑口１６から出銑され、溶融スラグ６０は、出滓口１７から出滓される。

以上、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法を説明した。上述したように、コークスは、還元ガスの流路として機能するため、低コークス比で高炉を操業した場合、還元ガスの流路が減少し、圧力損失が生じやすくなる。しかしながら、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法においては、コークスを少なくとも高炉の炉体の軸心部に装入し、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下の微粉炭と、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下の補助還元材とを吹き込み、軸心部に装入される中心コークス量を所定の範囲の量にすることで、低コークス比の操業条件を採用した場合であっても圧力損失を抑制し、安定な高炉操業が可能である。詳細には、本実施形態によれば、炉体の径方向における軸心部、炉壁近傍の部分、及び軸心部と炉壁近傍の部分の間の中間部分への還元ガスの分散が適正化される。そのため、還元ガスのうちの水素ガスが効率よく鉄源と接触して鉄源が還元されることになり、還元過程におけるＦｅＯの生成量を抑制することが可能となる。これにより、融着帯３０の厚みが小さくなり、炉下部の圧力損失が低減される。また、未燃チャーの残存が抑制される。その結果、低コークス比の操業条件において、より安定して継続した操業が可能となる。

なお、高炉１は、図１に示したベルレス式の高炉に限られず、ベル式の高炉であってもよい。ベル式の高炉を用いる場合にも、中心コークス挿入用のシュートを用いるなどして、本実施形態の条件を満足するように中心コークスを装入することで、低コークス比の操業条件において、より安定して継続した操業が可能となる。

また、図１に示した高炉１では、微粉炭吹き込みランス１４を用いて微粉炭を吹き込み。補助還元材吹き込みランス１５を用いて補助還元材を吹き込んでいるが、微粉炭及び補助還元材の吹き込みは図１に示した態様に限られない。例えば、二重管状のランスを用いて、例えば、その内管から微粉炭を吹き込み、外管から補助還元材を吹き込んでもよい。また、三重管状のランスを用いて、内管から微粉炭を吹き込み、中管から補助還元材を吹き込み、外管から酸素を吹き込んでもよい。三重管ランスを用いることで、微粉炭比が５０ｋｇ／ｔｐ以上、３００ｋｇ／ｔｐ以下の範囲で、微粉炭の燃焼性をより一層改善することが可能となる。

また、高炉の管理者が本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法に基づいて、微粉炭比、補助還元材比、及び中心コークス量等を決定し、高炉を操業してもよいし、コンピュータ等の制御装置により、本実施形態に係る高炉の操業方法及び銑鉄の製造方法に基づいて、微粉炭比、補助還元材比、及び中心コークス量等を決定し、高炉を操業してもよい。

また、熱風は、例えば、内部に珪石レンガを格子状に組んだ蓄熱室を持つ円筒状の熱風炉で生成されてもよい。送風本管１２に供給される熱風の温度は、熱風炉において蓄熱量や熱風供給量を制御することで調整されてもよい。また、例えば、熱風炉からと送風本管１２との接続部に設置した熱電対によって測定された温度を熱風の温度としてよい。また、熱風に含まれる酸素の含有率は、熱風炉において空気と酸素を混合することで任意に調整することができる。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例は、あくまでも本発明の一例であって、本発明を限定するものではない。

４５００ｍ^３級の内容積を有するベルレス式高炉を用いて、出銑比を２．１ｔ／ｄ／ｍ^３還元材比を約５００ｋｇ／ｔｐとして操業試験を行った。本操業試験では、鉄源として、焼結鉱、塊鉱石及びペレットを用いた。焼結鉱の平均粒径は、２０ｍｍであり、塊鉱石の平均粒径は２３ｍｍであり、ペレットの平均粒径は、１８ｍｍであった。操業試験に用いた焼結鉱、塊鉱石及びペレットの割合は、それぞれ７５質量％、１０質量％及び１５質量％であった。

原料の装入には、旋回シュートを用い、コークス層を形成するためのコークスの装入、中心コークス領域を形成するためのコークスの装入、及び鉱石層を形成するための鉄源の装入の３ダンプで１チャージとし、複数回チャージして原料を炉内に装入した。中心コークスを装入する際には、旋回シュート角度が水平方向に対して可能な限り垂直に近づけて、炉体の軸心部にコークスを堆積させた。

補助還元材には、表３に示した組成を有する都市ガスを使用した。微粉炭及び都市ガスは、それぞれ単管の吹き込みランスを用いて、羽口から炉内に吹き込んだ。そして、各操業試験は、表４に示した条件で行った。

表４に示した酸素富化率は、熱風炉から高炉に吹き込まれる熱風中の酸素濃度と大気中の酸素濃度の差で定められる。この酸素富化率は、熱風炉で熱風を調整する際の、空気の酸素濃度及び供給量と、酸素濃度及び供給量に基づいて求められる。

また、表４に示したＩｎｐｕｔＨ_２は、銑鉄１トンを製造するために導入される水素ガスの重量である。水素ガス利用率は、銑鉄１トンを製造するために導入された水素ガスの重量Ａ［ｋｇ／ｔｐ］に対する、銑鉄１トンを製造するために利用された水素ガスの重量Ｂ［ｋｇ／ｔｐ］であり、下記式（３０１）で求められる。
水素ガス利用率（％）＝（Ａ－Ｂ）／Ａ×１００ ・・・式（３０１）

操業安定性の評価は、炉下部における圧力損失を測定することで行った。圧力損失は、炉内における羽口近傍の圧力と、炉体の中央下部に位置する炉腹部における圧力との差とした。操業安定性の評価について、炉下部の圧力損失が基準操業例以下となり、かつ、炉下部の圧力損失値が±３％の範囲内で２日間維持していた場合、操業安定性を良好（○）とし、それ以外の場合、操業安定性を不良（×）とした。以上を合わせて表４に示した。

基準操業例は、ＰＣＲを１５０ｋｇ／ｔｐ、及び中心コークス比を６８．６ｋｇ／ｔｐと、補助還元材の吹き込みは行わなかった例である。基準操業例では、ＣＲが比較的高い値での操業であったことから、塊状帯及び炉下部の圧力損失は、適正レベルであり、圧力損失の変動も起こらず、長期的に安定操業が可能であった。

比較例１は、ＰＣＲを１５０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを１０ｋｇ／ｔｐ、及び中心コークス比を６８．６ｋｇ／ｔｐとした例である。

比較例１において、ＰＣＲを１５０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを１０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は１０．６ｋｇ／ｔｐとなった。また、水素ガス利用率は、４４．３％であった。比較例１では、中心コークス比が大きく、中心コークス領域に還元ガスが流れる量が過剰となったため、塊状帯に流れる還元ガスの量が減少し、還元に寄与する水素ガスの利用率が低下した。そのため、水素ガスによる塊状帯の鉄源の還元が促進されず、炉下部の圧力損失の低減効果は抑制された。その結果、炉下部の圧力損失が変動し、操業安定性が不良となった。

実施例１は、ＰＣＲを１５０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを１０ｋｇ／ｔｐ、及び中心コークス比を５７．１ｋｇ／ｔｐとした例である。実施例１は、比較例１と比べて、中心コークス比を減少させ、その他の条件は、比較例１と同様の条件で操業試験を行った例である。

実施例１では、水素ガス利用率は４６．６％であり、比較例１の水素ガス利用率よりも大きな値となった。実施例１では、還元ガスが炉内をより偏りなく流れ、塊状帯に流れ込む還元ガスの量が増加した。これにより、鉄源と還元ガスとが十分に接触し、還元が促進されて水素ガス利用率が上昇した。その結果、実施例１の炉下部圧力損失が低下し、操業安定性は良好となった。

より詳細には、実施例１において、中心コークス比を比較例１よりも減少させたことで、炉体の軸心部に流れる還元ガスの量が減少した一方、鉄源と一酸化炭素ガスの接触頻度が増加して炉内の温度が上昇したため、水素による還元反応が促進されたと考えられる。炉内の温度が還元反応によって高くなり、炉内のより上方で、水素による還元反応が促進されたことから、融着帯が薄層化し、炉下部の圧力損失が低減したと考えられる。その結果、操業安定性は良好となったと考えられる。

比較例２は、ＰＣＲを１５０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を５７．１ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２９７ｋｇ／ｔｐとした例である。

比較例２において、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は１８．９ｋｇ／ｔｐとなった。また、水素ガス利用率は、４５．２％であった。比較例２は、実施例１と比較して、ＮＧＲを増加させたものの、中心コークス比は、実施例１と同量であるため、炉体の軸心部に流れる還元ガスの割合が相対的に増加した。これにより、水素ガスによる還元反応が十分でなくなった結果、炉下部の圧力が変動し、操業安定性が不良となった。

実施例１と比較例２より、単純にＮＧＲを増加させただけでは、補助還元材由来の水素ガスによる還元促進効果が十分には得られないことが分かった。

実施例２は、ＰＣＲを１５０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を４４．６ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２９８ｋｇ／ｔｐとした例である。

実施例２では、水素ガス利用率は、４６．５％であった。また、実施例２では、炉下部圧力損失は７１．８ｋＰａとなり、操業安定性は良好であった。実施例２では、水素ガス利用率が実施例１と同程度まで上昇した。実施例２のＮＧＲは、比較例２のＮＧＲと等しいが、中心コークス比を減少させたことにより還元ガスが炉内をより偏りなく流れ、塊状帯に流れ込む還元ガスの量が増加したことで、水素ガス利用率が向上したと考えられる。その結果、ＣＲが約３００ｋｇ／ｔｐと、従来に比べて低くても、炉下部の圧力損失の増大が抑制され、操業安定性が良好となったと考えられる。

比較例３は、ＰＣＲを２２０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを１０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を４４．６ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２７１ｋｇ／ｔｐとした例である。

比較例３において、ＮＧＲを１０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は１２．８ｋｇ／ｔｐとなった。また、比較例３では、水素ガス利用率は４６．３％であった。比較例３は、その水素ガス利用率が実施例２の水素ガス利用率と同程度であったものの、炉下部の圧力が変動し、操業安定性は不良となった。これは、水素ガス利用率は実施例２と同程度であるものの、ＮＧＲが小さくＩｎｐｕｔＨ_２が実施例２と比較して小さく、また、ＰＣＲが実施例２と比較して増加している。そのため、未燃チャーが増大し、炉下部の圧力損失が上昇したと考えられる。比較例３では、ＰＣＲが増大し、ＮＧＲが低下したため、中心コークス量を実施例と同量としても、炉下部の圧力損失の増大を抑制するのに十分な水素ガス利用率ではなかったと考えられる。

実施例３は、ＰＣＲを２２０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを１０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を３３．１ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２７１ｋｇ／ｔｐとした例である。

実施例３において、ＮＧＲを１０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は１２．８ｋｇ／ｔｐとなった。また、実施例３では、水素ガス利用率は４７．５％であった。実施例３では、水素ガス利用率が増加し、炉下部圧力損失の増大も抑制された。その結果、操業安定性は良好となった。実施例３では、比較例３に比べて、中心コークス量を減少させたことにより還元ガスが炉内をより偏りなく流れ、塊状帯に流れ込む還元ガスの量が増加したことで、水素ガス利用率が向上したと考えられる。

比較例４は、ＰＣＲを２２０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を３３．１ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２３１ｋｇ／ｔｐとした例である。

比較例４において、ＰＣＲを２２０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は２１．１ｋｇ／ｔｐとなった。また、比較例４では、水素ガス利用率は４７．１％であった。比較例４では、水素ガス利用率は、比較的高い値となったものの、操業が進行するにつれて炉下部圧力損失が増大し、圧力損失の変動が頻発したため、操業が不可能になった。これは、補助還元材の吹き込みによって、融着帯が薄層化することによる圧力損失が低減するという効果以上に、ＣＲの低下による炉下部圧力損失の増大が大きかったためであると考えられる。

実施例４では、ＰＣＲを２２０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を２２．９ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２２８ｋｇ／ｔｐとした例である。

実施例４において、ＰＣＲを２２０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は２１．１ｋｇ／ｔｐとなった。また、実施例４では、水素ガス利用率は４８．６％であった。実施例４では、比較例４と比べて中心コークス比を減少させたことにより、炉体の軸心部以外の部分に還元ガスが流れるようになり、水素ガス利用率が増大した。これにより、ＣＲが約２３０ｋｇ／ｔｐという、低ＣＲの操業条件においても炉下部圧力損失の増大が抑制され、操業安定性は良好となった。

比較例５は、ＰＣＲを２２０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を８．１ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２２９ｋｇ／ｔｐとした例である。

比較例５において、ＰＣＲを２２０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は２１．１ｋｇ／ｔｐとなった。比較例５では、中心コークス比を８．１ｋｇ／ｔｐまで減少させたことにより、炉内の軸心部、炉壁側部分、及び軸心部と炉壁側との中間部分の還元ガスの流れが変化した。そして、炉体内壁の温度である、スキンフローの温度が大きく上昇し、炉内全体の状態が変動した。その結果、操業安定性は不良となった。このことから、中心コークス比の下限は、２２．９ｋｇ／ｔｐであることが確認された。

比較例６は、ＰＣＲを２１９ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを６０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を２２．９ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２２２ｋｇ／ｔｐとした例である。

比較例６において、ＰＣＲを２１９ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを６０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は２２．９ｋｇ／ｔｐとなった。また、比較例６では、水素ガス利用率は４８．７％であった。比較例６では、炉下部の圧力損失の変動が頻発し、高炉の操業が不可能となった。これは、補助還元材比を増加させ、ＩｎｐｕｔＨ_２を増大させたことによって、融着帯の薄層化による圧力損失の低減効果以上に、ＣＲが少ないことによる、圧力損失の増大が大きかったためであると考えられる。

比較例７は、ＰＣＲを２３０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲ５０ｋｇ／ｔｐ、中心コークス比を２２．９ｋｇ／ｔｐ、ＣＲを２２２ｋｇ／ｔｐとした例である。

比較例７において、ＰＣＲを２３０ｋｇ／ｔｐ、ＮＧＲを５０ｋｇ／ｔｐとしたことにより、ＩｎｐｕｔＨ_２は２１．６ｋｇ／ｔｐとなった。また、比較例７では、水素ガス利用率は４８．５％であった。比較例７では、炉下部の圧力損失の変動が頻発し、高炉の操業が不可能となった。これは、比較例６と同様に、補助還元材比を増加させ、ＩｎｐｕｔＨ_２を増大させたことによって、融着帯の薄層化による圧力損失の低減効果以上に、ＣＲが少ないことによる、圧力損失の増大が大きかったためであると考えられる。

以上の操業試験結果より、ＰＣＲを１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下、ＮＧＲを１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下とし、ＰＣＲをｘ（ｋｇ／ｔｐ）、ＮＧＲをｙ（ｋｇ／ｔｐ）、中心コークス比をｚ（ｋｇ／ｔｐ）としたときに、式（１）を満足することで、従来よりも低いコークス比においても安定して高炉の操業を行うことが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、低コークス比の操業条件において、より安定して継続した高炉の操業が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 高炉
１０ 炉体
１１ 羽口
１２ 送風本管
１３ 送風管
１４ 微粉炭吹き込みランス
１５ 補助還元材吹き込みランス
１６ 出銑口
１７ 出滓口
１８ 旋回シュート
１０１ 炉口部
１０２ シャフト部
１０３ 炉腹部
１０４ 朝顔部
１０５ 羽口部
１０６ 炉底部
１０７ 溜まり部
２０ 塊状帯
３０ 融着帯
４０ 滴下帯
５０ 溶銑
６０ 溶融スラグ
２０１ 中心コークス領域
２０２ 鉱石層
２０３ コークス層
３０１ 融着層
３０２ コークススリット

Claims (2)

1. コークスを少なくとも高炉の炉体の軸心部に装入し、補助還元材と微粉炭とを吹き込むことで炉内に装入された鉄源から銑鉄を製造する高炉の操業方法であって、
   前記微粉炭の使用量は、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下であり、
   前記補助還元材の使用量は、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下であり、
   前記微粉炭の使用量をｘ（ｋｇ／ｔｐ）、前記補助還元材の使用量をｙ（ｋｇ／ｔｐ）、前記軸心部に装入される中心コークス量をｚ（ｋｇ／ｔｐ）としたときに、下記式（１）を満足し、
   前記補助還元材の水素含有量が、１１．３質量％以上２３．２質量％以下であり、
   前記補助還元材が、天然ガス、都市ガス及びメタンからなる群から選択される１種以上である、高炉の操業方法。
   ３６－０．１０４ｘ－０．０９７ｙ≦ｚ≦１０８－０．３１３ｘ－０．２９０ｙ ・・・式（１）
2. コークスを少なくとも高炉の炉体の軸心部に装入し、補助還元材と微粉炭とを前記高炉に吹き込むことで、前記高炉の炉体内に装入された鉄源を還元して銑鉄を得る銑鉄の製造方法であって、
   前記微粉炭の使用量は、１５０ｋｇ／ｔｐ以上２２０ｋｇ／ｔｐ以下であり、
   前記補助還元材の使用量は、１０ｋｇ／ｔｐ以上５０ｋｇ／ｔｐ以下であり、
   前記微粉炭の使用量をｘ（ｋｇ／ｔｐ）、前記補助還元材の使用量をｙ（ｋｇ／ｔｐ）、前記軸心部に装入される中心コークス量をｚ（ｋｇ／ｔｐ）としたときに、下記式（１）を満足し、
   前記補助還元材の水素含有量が、１１．３質量％以上２３．２質量％以下であり、
   前記補助還元材が、天然ガス、都市ガス及びメタンからなる群から選択される１種以上である、銑鉄の製造方法。
   ３６－０．１０４ｘ－０．０９７ｙ≦ｚ≦１０８－０．３１３ｘ－０．２９０ｙ ・・・式（１）

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