JPH01290709A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高炉中心部にコークスを装入する高炉操業方法
に関する。

〔従来の技術〕

高炉操業においては、炉内半径方向の鉱石／コークス重
量比（以下この比をＯ／Ｃと略記する）を高精度に制御
して、炉内のガス流分布、融着帯形状等を目標範囲内に
維持管理することが、高炉の安定操業を図る上で重要と
されている。

このため従来より、ベル式装入装置を備えた高炉におい
ては、ムーバブルアーマの設定位置を鉱石とコークスと
で各々独立に制御することにより炉内半径方向のＯ／Ｃ
分布を制御し、ベルレス式装入装置を備えた高炉におい
ては、分配シュートの傾動角度の調節により炉内半径方
向の０／Ｃ分布を制ｊＢすることが行われている。

しかしながら、前者のムーバブルアーマの設定位置によ
る制御では、鉱石装入時に鉱石の保有している衝撃エネ
ルギーによって、炉内に既に堆積しているコークスの表
層部の一部が層面れを生じ、鉱石とともに炉中心部に流
れ込んでこの部分に鉱石とコークスとの混合層を形成す
ることが知られている（例えばＹ、ＫＡＪＩｌｔＡＲＡ
らＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅＩｒｏｎ　
ａｎｄ　５ｔｅｅｌ　Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｊａ
ｐａｎ　　２３巻１９８３年　１０４５頁）。

そして、このコークスの層面れは鉱石装入量、鉱石粒度
構成、ムーバブルアーマ位置、コークス炉内堆積角、ス
トックレヘル等の種々の要因によって様々に変化し、具
体的な予測が困難であることから、特に炉中心部の炉内
半径方向のＯ／Ｃ分布の制御精度を著しく悪化させる。

また、後者の分配シュートの傾動角度による制御では、
分配シュート１頃動角度を小さく設定することにより、
前者のムーバブルアーマによる制御よりも炉内中心側に
原料が装入でき、炉内半径方向のＯ／Ｃ分布制御性を向
上させることができる。

しかし、コークス装入後の堆積角が１５°を超える場合
には前者の制御の場合と同様に鉱石装入時のコークス層
面れが顕著となり、炉中心部の炉内半径方向のＯ／Ｃ分
布制御性を低下させる。

そこで最近になって、ベル式またはベルレス式等の既設
の装入装置によらないで、別ルート（具体的には装入シ
ュート等）で高炉中心部に原料を直接装入、堆積させる
方法が開発された（実開昭６１−１２０７４３号公報、
特開昭６１−２２７１０９号公報）、この方法によると
、特に高炉中心部の炉内半径方向のＯ／Ｃ分布制御性が
向上する。

そして、この方法で高炉中心部にコークスを装入すれば
、炉中心部のガス流分布が制御されることはもとより、
炉下部コークス層内の液流れ分布をも制御することが期
待できる。

すなわち、炉中心部にコークスのみを重点的に装入し、
炉下部コークス充填層の通気性を改善して、炉床におけ
る溶銑流が炉中心部を優先的に流れるようにすることが
できれば、例えば炉内周辺の炉底側壁レンガの損耗が抑
制されるなどの効果を挙げることができるのである。

しかし、ただ単に炉中心部にコークスを装入するだけで
は、このような効果は得られない。炉床の溶銑流れを、
炉底側壁レンガの損耗が制御できる程度に厳密に管理し
ようとするなら、炉床の溶銑流れを支配する炉下部コー
クス層の充填状態を高炉操業中に正確に把握し、これが
適正となるよう炉中心部に装入するコークスの世や性状
を積極的に制御して行かなければならない。

そして、炉床の溶銑流れを管理する際の前提となる炉下
部コークス層の充填状態の検出方法については、高炉の
休風時に羽口からコークスサンプラーを挿入し、採取し
た羽口レベルのコークスの粒度、性状からその充填状態
を推定する方法と、操業中に羽目からラジオアイソトー
プトレーサーを投入し、出銑孔から排出される溶銑の強
Ｉｆ検知による方法の２つがよく知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前者の方法では１月間に１回程度の頻度
でしか炉下部コークス層の充填状態を検出できず、炉中
心部にコークスを挿入する際の正確な情報は提供できな
い、後者の検出方法もコストと人手がかかるため、連続
測定に不向きであり、炉床の溶銑流れを管理できる程度
に炉下部コークス層の充填状態を逐一正確に検出するこ
とば困難である。

このように従来は、高炉中心部にコークスを装入するこ
とが、炉床の溶銑流れを制御する上で効果的なことは知
られていたが、炉床の溶銑流れを制御する上で前提とな
る炉下部コークス層の充填状態に対しては適切な推定方
法がなく、その結果、炉中心部に装入されるコークスの
量や性状は極めてあいまいなものとなっていた。

炉中心部に装入されるコークスの量や性状があいまいな
まま長期にわたって装入を続けると、炉床中心部のコー
クス充填層の通液性が過多となり、この部分で溶銑の流
速が増大して炉底中心部レンガの損耗を早めるとか、必
要以上に良質、多量のコークスが装入されて銑鉄コスト
を高めるといった弊害を逆に生じる。

本発明は斯かる状況に鑑み、高炉中心部にコークスを装
入する高炉操業方法において、炉下部コークス層の充填
状態を正確かつ連続的に推定し、その結果に基づいて炉
中心部に装入されるコークスの蟹や性状を適正に制御し
、炉床レンガの侵食抑制と銑鉄コストの低減とを図る高
炉操業方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の高炉操業方法は、炉床レンガ温度が炉床の溶銑
の流れによって決定され、後者が前者によって高精度に
推定できることを基本原理とする。

すなわち、炉床レンガ温度から炉床の溶銑の流れが推定
できれば、炉床の溶銑の流れは炉下部コークス層の充填
状態によって決定されるので、推定された炉床の溶銑の
流れから炉下部コークス層の充填状態を推定できる。そ
して、炉下部コークス層の充填状態が推定できれば、炉
中心部にコークスを装入する際に適正な装入管理ができ
、その結果として炉床の溶銑の流れを高精度に制御する
ことが可能となる。そして何よりも、炉床レンガ温度は
測定が容易である。

本発明の高炉操業方法は、斯かる観点から開発されたも
ので、高炉中心部にコークスを装入する高炉操業方法に
おいて、高炉炉底レンガ温度を測定し、該炉底レンガ温
度が、炉底レンガ温度と炉下部コークス層の充填状態と
の関係から求められる適正な充填状態に対応するレンガ
温度範囲に管理されるよう、高炉中心部に装入するコー
クスの量、粒度、熱間性状の少なくともいずれかを制御
するものである。

〔作　　用〕

先ず、炉床レンガ温度、炉床の溶銑の流れ、炉下部コー
クス層の充填状態の関係について説明する。

炉床の溶銑の流れはコークス充填層中では＋１１　＋２
１式で支配されることが知られている（鉄と鋼　第７０
巻　１９８４年　２２２４頁）。

（Ｖｉ）＝Ｏ・・・＋１１ ■＝ハミルトンの演算子 Ｖ：流速ベクトル（ｍ／５ｅｃ） Ｐ：圧力（Ｐ、） μ：溶銑粘度（ｋ（／　ｍ−５ｅｃ　）ρ：熔銑密度（
ｋｇ／ｆｆ１） ε：コークス層空隙率（−） ｄ、：コークス粒径（ｍ） φ：コークス粒子形杖係数（−） 「：重力ベクトル（ｍ／ｓｅｃ”） （１）式は連続式、（２）式は非圧縮性ニュートン流体
の運動方程式に粘性項としてＤａｒｃｙ式を適用したも
のである。

ｆｉｌ　＋２１式から明らかなように、溶銑の流速■は
コークス層の充填状Ｂ　（ｄｙおよびε）たよって決定
される。

一方、炉床レンガの温度は、炉床コークス充填層におけ
る伝熱と、炉底レンガ内の伝導伝熱で決まる。

炉床コークス充填層における伝熱は、（３）式のエネル
ギ一方程式とｆｉｌ　（２１式を連立させることにより
決定される。

ｐ　ＣＰ　（Ｖ　−Ｖ）　Ｔ＝　ｋ　Ｖ”　Ｔ　　　　
−（３＋Ｃ７：溶銑比熱（Ｊ　／　ｋ＋ｒ・℃）Ｔ：溶
銑温度（’Ｃ） ｋ：熱伝導度（Ｊ　／ｍ／ｓｅｃ　　−℃）炉底レンガ
内の伝導伝熱のほうは、上記で決定された炉床コークス
充填層における伝熱で決まる炉床レンガ表面温度を境界
条件として、（４）式の伝熱方程式により決定される。

ｋ’　Ｖ”　Ｔ＝　Ｏ＝・（４１ ｋｌ：炉底レンガ熱伝導度（Ｊ／ｍ−５ｅｃ・℃）（３
）式から明らかなように、炉底レンガ表面温度は溶銑の
流速■に依存する。

このように、炉底レンガ温度は溶銑の流れを介してコー
クス層の充填状態を正確に反映することが明らかである
。

したがって、高炉中心部にコークスを装入する高炉操業
方法において、高炉炉底レンガ温度を測定し、該炉底レ
ンガ温度が、炉底レンガ温度と炉下部コークス層の充填
状態との関係から求められる適正な充填状態に対応する
レンガ温度範囲に管理されるよう、高炉中心部に装入す
るコークスの量、粒度、熱間性状の少なくともいずれか
を制御すれば、適正な炉下部コークス層の充填状態が確
保される。

適正なレンガ温度範囲は、高炉それぞれ特有であり、同
一の高炉でも炉の状態によって変わる。

したがって、高炉吹止時の炉内レンガ損耗量の調査結果
と吹止までのレンガ温度の測定結果の両者の関係から決
定するのも有効な方法の一つである。

適正な炉下部コークス層の充填状態とは、例えば炉床に
おける溶銑流が炉中心部を優先的に流れることができる
状態であり、斯かる充填状態が確保されることにより炉
底側壁レンガの…耗を抑制することができる。

また、炉底レンガ温度がコークス層の充填状態を正確に
反映すれば、炉底レンガ温度に基づいて装入コークスの
量や性状を制御する場合に、コークスに無駄を生しるこ
とがなく、銑鉄コストを低下させることもできる。

高炉中心部にコークスを装入する方法として、ベル式ま
たはベルレス式等の既設装置によらずにシュート等の別
ルートで装入を行う方法を採用すれば、上記制御が一層
高精度に実施できる。

〔実施例〕

第１図は高炉中心部に原料を直接装入するためのシュー
トを別途備えたベル式高炉で発明を実施する場合の模式
図である。

高炉の炉頂部には大ベル、小ベルからなるベル式装入装
置２が設けられている一方、炉壁を貫通し先端が炉中心
部に望む装入シェード５が設けられている。その一方、
炉底部には炉底レンガ温度を測定するための温度計１０
．．１０□が炉底レンガ層１２の炉底中心部、炉底側壁
部にそれぞれ埋設されている。温度計ｉｏ、、ｔｏ□は
演算器１１に接続される。演算２３１１は前述の＋１１
〜（４）弐よりなるシミュレーションモデルをを記憶し
ており、温度計１０．．１０．で測定した炉底レンガ温
度から炉下部コークス層の充填状態が推定できるように
なっている。

温度計の設置箇所は高さ方向、円周方向および半径方向
で１ｍ毎が望ましいが、実際の温度分布にあわせて設：
η数を削減してもよい。

第１図の高炉設備で本発明を実施するには、高炉炉頂に
搬送された装入物１を（コークス４、鉱石類４０）をベ
ル式装入装置２を用いて炉内装入面３上に装入するに先
だって、コークス４を装入シュート５から炉内中心部に
直接装入する。炉内中心部にコークス４が装入されると
、その周囲の装入面３上に装入物１をベル式装入装置２
にて装入する。そして、炉内中心部へのコークス装入と
その周囲への装入物装入とを交互に繰り返して行く。

炉内中心部に装入されたコークス４″は炉内を降下して
、一部は炉芯コークス６となりながらレースウェイ７に
供給され、羽口８からの熱風と反応してＣＯガスを生成
し、炉床に溶銑９を生じさせる。そして、炉芯コークス
６の充填状態によって溶銑９の流速がきまり、溶銑９の
流速は炉床レンガ層１２の温度を決定する。

温度計１０．．１０□にて炉底レンガ温度を温度計の設
置位置に対応させて測定し、演ＴＬ器１１に入力すると
、演算器１１はその入力データと記憶プログラムとに基
づき炉芯コークス６の充填状態を計算する。炉芯コーク
ス６の充填状態は（２）式に示されるようにコークス粒
径（ｄ、）　、コークス層空隙率（ε）で計算される。

炉芯コークス６の充填状態が、溶銑９が炉中心部を優先
的に流れる上で適正であれば、その充填状態に対応する
炉底レンガ温度を保持するよう、炉中心部へのコークス
装入を続ける。

炉芯コークス６の充填状態が、溶銑９が炉中心部を優先
的に流れる上で不適正となれば、これが炉底レンガ温度
の変化となって発現するので、適正な炉芯コークス６の
充填状態となるよう、炉中心部に装入するコークスの社
、粒度、熱間性状の少なくともいずれかを制御する。コ
ークスに対するこのような制御が適正か否かは、炉底レ
ンガ温度の変化から確認される。

以上のようにして、炉底レンガ温度のθり定結果に基づ
き、炉中心部に装入するコークスの量や性状を制御する
ことにより、炉芯コークス６の充填状態が、溶銑９が炉
中心部を優先的に流れる上で常時適正に保持される。

本発明を内容積２７００ｒ＋？、炉口径８．６ｍのべル
・ムーバブルアーマ式高炉にテスト適用した結果を、適
用しなかった場合と比較して、次に説明する。

基本的な原料装入条件はコージスベース１８ｔ２装人０
／Ｃ３，４である。

本発明を適用しない従来法では高炉に既設の装入装置を
用いて原料装入を行う一方、別ルート（装入シュート）
で炉中心部にコークスを量、粒度、熱間性状が一定のま
ま画一的に装入した。別ルートによる炉中心部へのコー
クス装入量は全コークス装入量の５．０重量％とした。

これに対し、本発明法では炉中心部に装入するコークス
の量、粒度、熱間性状を炉底レンガ温度を測定しながり
、積極的に制御した。

操業結果を第２図に示す。操業結果は炉中心部へ装入す
るコークスの量、粒度、熱間性状の指標であるＣ３Ｒ（
反応後強度）指数ならびに炉底中心レンガ温度、送風圧
で示している。

従来法では、炉中心部へ装入するコークスの量、粒度、
熱間性状が一定であり、炉底中心レンガ温度は次第に上
昇し、９００℃に達した。その一方、送風圧力は次第に
低下した。これは、炉中心部へコークスを装入すること
により、炉中心部の通気性、更には炉芯部の通液性が改
善されたことを示している。しかるに、このような状態
のまま操業をｍ）Ｊすると、炉底中心部レンガの損耗の
促進が懸念されるため、炉中心部にコークスを装入する
のを停止した。炉中心部へのコークス装入を停止するこ
とにより、炉底中心レンガ温度が低下を始めた。

炉底中心レンガ温度が６００℃まで低下した時点で、本
発明によるテスト操業を開始した。操業開始にあたって
は、炉底中心レンガ温度の管理範囲を５００〜７００℃
に設定した。これは従来の測定レンガ温度と高炉吹止後
の炉内レンガ損耗調査結果の関係から決定した。

炉中心部へのコークス装入量を全コークス装入量の５．
０％としてテスト操業を開始したところ、従来法のとき
と同様、炉底レンガ温度が上昇し始めたが、７００℃に
達した時点から炉中心部に装入するコークスの量を減少
させ始めたところ、炉底中心レンガ温度は下がり始め、
炉中心部へのコークス装入量が２．０重量％になった時
点で、炉底中心レンガ温度は５００℃近くまで低下した
（Ｉ！ＩＪＩ）。

そこで、炉中心部へのコークス装入量を５．０重け％に
まで回復させ、５．０重量％に保持する一方で、炉中心
部へ装入するコークスの粒径を３（ｉｎから２０ｍｍへ
減少させた。その結果、′炉中心部へのコークス装入量
が５．０重量％に保持されているので、炉底中心レンガ
温度の上昇が懸念されるにもかかわらず、温度上昇は停
止にし、その後わずかながら温度低下が始まった（■ｕ
）。

炉底中心レンガ温度が約５５０℃まで低下した時点で今
度は粒径を３０１１に回復させる一方、Ｃ３Ｒを４０か
ら３５に低下させた。コークスの装入量が５．０重推％
、粒度が３０■璽であるから、炉底中心レンガ温度の上
昇が懸念されるにもかかわらず、温度上昇はなく、一定
温度に保持された（■朋）。

以上のようにして、炉底中心レンガ温度を５００〜７０
０℃に管理すれば、前述したように炉内の溶銑流を制御
し、かつレンガの損耗を抑制できるのである。

本テスト操業では炉中心部に装入するコークスの量、粒
径、熱間性状のいずれか一つを制御したが、これらを組
合せて制御を行えば一層効果的な炉底レンガ温度管理が
可能となる。

また、炉底レンガ温度は炉中心温度のみを対象としたが
、側壁温度、炉底周辺温度のいずれか１つ以上を対象と
してもよいことはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明の高炉操業方法は炉底レンガ温度を炉中心部に装
入するコークスの瞳や性状の制御により適正範囲に管理
し、これにより炉底レンガ温度と密接に結びつく炉下部
コークス層の充填状態を適正ならしめるもので、炉下部
コークス層が適正な充填状態に正確に維持管理されるこ
とから、炉中心部にコークスを装入する高炉操業方法で
問題となる炉底中心部レンガのｔＭ耗が抑えられ、しか
も炉下部コークス層の充填状態の維持管理精度が高いこ
とから、無意味なコークスの装入がなくなり、炉中心部
に装入するコークスのコークスコストも大幅に削減する
ことが可能となる。

また、炉中心部へのコークス装入をベル式、ベルレス式
等の既設の装入装置によらずに、装入シュート等の別ル
ートで行えば、炉中心部における炉内半径方向のＯ／Ｃ
分布制御性が向上し、−層高精度な炉下部コークス層の
充填状態の維持管理を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するのに適した高炉構造の一例を
示し模式図、第２図は本発明による操秦結果を従来法に
よる場合と比較して示した図表である。 図中、ｌ：装入物、２：既設装入装置、４：コークス、
５：装入シェード、６：炉芯コークス、９：溶銑、１０
：温度計、１１：演＊ｔＬ　１２　：炉底レンガ層。 第　　１　　図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高炉中心部にコークスを装入する高炉操業方法にお
   いて、高炉炉底レンガ温度を測定し、該炉底レンガ温度
   が、炉底レンガ温度と炉下部コークス層の充填状態との
   関係から求められる適正な充填状態に対応するレンガ温
   度範囲に管理されるよう、高炉中心部に装入するコーク
   スの量、粒度、熱間性状の少なくともいずれかを制御す
   ることを特徴とする高炉操業方法。 ２、高炉中心部へのコークス装入をベル式またはベルレ
   ス式等の既設装入装置によらずに別ルートで行うことを
   特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。