JPH0541681B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は高炉操業における原料の装入方法に関
し、詳細には、炉頂軸心部に特定の原料を装入し
て炉内上昇ガスを中心流化し、軟化融着帯の形状
を逆Ｖ字形に維持すると共に、炉芯部の通気性お
よび通液性を適正に維持するための原料装入法で
あつて、殊に炉頂軸心部への効率の良い原料装入
方法に関するものである。

［従来の技術］ 高炉を安定にしかも効率良く操業するには、炉
内を上昇するガス流分布を適正に制御することが
重要である。たとえば第１図は高炉操業状況を示
す断面模式図であり、図中Ｏは鉱石、Ｃはコーク
ス、Ｋは塊状帯、SMは軟化融着帯、Coは炉芯コ
ークス、Ｌはレースウエイ、Ｂは羽口、Ｆは溶
銑、Ｅは出湯口を夫々示す。即ち高炉頂部から交
互に装入される鉱石ＯとコークスＣは層状を呈し
つつ徐々に降下し、羽口Ｂから吹込まれる熱風と
コークスとの反応によつて生成する還元性ガス
COの作用で鉱石Ｏは塊状帯Ｋを降下する過程で
還元され、軟化融着帯SMを形成した後炉芯コー
クス層Coの隙間を伝つて炉底部に溜まる。そし
てこの溶銑Ｆは、定期的にまたは連続的に出湯口
Ｅより抜き出される。

この様な高炉操業の効率および安定性を高める
ための制御法については多くの提案がなされてい
るが、現在のほぼ確立した考えでは、たとえば本
願出願人の出願に係る特開昭60−56003号公報に
既に記載し、また特公昭61−42896号や特開昭61
−227109号にも開示されている様に、高炉上昇ガ
スを中心流化して軟化融着帯SMの形状を逆Ｖ字
形に維持したときに操業効率が最も高く且つ安定
すると言われている。そこでこの様な操業状況を
確保するための手段として、鉱石ＯやコークスＣ
の装入方法、積層形状、通気性等について様々の
改良研究が進められている。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者らはかねてより高炉操業の効率および
安定性の向上を目的として研究を進めているが、
今回、過去の数多くの高炉解体調査の結果を統計
的に整理し、更に高炉内の物質移動シミユレーシ
ヨンを検討した結果次の様な事実を明らかにする
ことができた。

(1) 第２図Ａ，Ｂは塊状帯Ｋにおける軸心部の通
気性と操業状況の関係を示した縦断面模式図で
あり、塊状帯Ｋにおける軸心部の通気性が良好
である場合は、高炉上昇ガスは中心流指向とな
るため、鉱石の還元反応は周辺部よりも軸心部
の方が早い位置（即ち高い位置）から進みはじ
め、その結果軟化融着帯SMは第２図Ａに示す
如く逆Ｖ字形で安定する。しかし軸心部の通気
性が悪くなると、通気抵抗が大きいため上昇ガ
スは高炉周壁側へ指向せざるを得ず、その結果
周壁側にも早期還元反応進行領域ができて軟化
融着帯SMは第２図Ｂに示す如くＷ字形を呈す
ることになり、風圧変動や炉壁側への熱損失の
増大、荷下り異常等が頻発し、操業状況は著し
く不安定になる。

(2) 第３図Ａ，Ｂは炉芯コークス層Coの通気性
が炉况に与える影響を説明するための縦断面模
式図であり、炉芯コークス層Coの通気性が良
好である場合、羽口Ｂから吹き込まれる熱風は
通気性のよい炉芯コークス層Coの中心部まで
進行し易くなつているので、第３図Ａの白抜き
矢印で示す如く炉軸心寄りのガスが多くなり、
上昇ガスは中心流を形成して軟化融着帯SMの
形状も逆Ｖ字形で安定に保たれる。これに対し
第３図Ｂは炉芯コークス層Coの通気性が悪い
場合の状況を示したものであり、炉芯コークス
層Coの通気抵抗が大きいため羽口Ｂから吹き
込まれる熱風は高炉壁面方向に分流せざるを得
ず、それに伴なつて周辺部の鉱石Ｏが第２図Ｂ
の場合と同様に早い位置（高い位置）から還元
を受けはじめ、その結果は軟化融着帯SMはＷ
字形となつて炉壁に近い側の高さ方向への通気
抵抗は一層小さくなり、上昇ガスの周辺流は更
に助長されて炉況はますます不安定になる。

(3) また第４図Ａ，Ｂは炉芯コークス層Coの通
液性が炉況に与える影響を示した炉床部におけ
る横断面模式図であり、炉芯コークス層Coの
通液性が良好である場合は、第４図Ａに実線矢
印で示す如く熔銑Ｆは炉芯の中央部を含めて炉
床全体から万遍なく出湯口Ｅ方向へ流れるた
め、炉底周辺壁が集中的に侵食を受ける様なこ
とはない。ところが炉芯コークス層Coの通液
性が悪く従つて炉芯部の通液抵抗が大きい場合
は、第４図Ｂに実線矢印で示す如く出銑中の出
銑Ｆは周辺流を形成せざるを得ず、炉底周辺壁
は著しい侵食を受けることになる。

本発明者らは上記の様な知見を実際の高炉操業
効率の向上に役立てようとして種々研究を重ねた
結果、 高炉内へ装入されるコークスのうち、炉頂周
辺側へ装入されるコークスは高炉内を降下しつ
つ羽口から吹き込まれる熱風によつて殆んどが
燃焼・消失し、炉頂軸心部の一定領域内へ装入
される軸心装入コークスのみが高炉の軸心に沿
つて降下して炉芯コークス層へ取り込まれてい
ること、換言すると炉芯コークス層は炉頂軸心
部の特定領域内へ装入されるコークスによつて
実質的に占められており、軸心装入コークスの
通気性さえ改善してやれば、塊状帯軸心部およ
び炉芯コークス層の通気性を良好に保ち得るこ
と、 第５図の実験例に示す如く、炉芯コークス層
Coが軸心装入コークスによつて全面置換され
る領域（半径：r_h）は、炉頂軸心部における軸
心装入コークスの装入領域（半径r_t）によつて
決まり、この軸心装入コークスの半径r_tと炉頂
部半径R_tが下記［Ａ］式の関係を満たす領域
に、 r_t≧0.03R_t ……［Ａ］ 通気性の向上に適した良質コークスが全装入コ
ークス量の0.2重量％以上を占める様に装入し
てやれば、炉芯コークス層の通気性が良好に保
たれること、 また上記［Ａ］式の要件を満たす高炉軸心部
の半径領域における鉱石層の全部または一部を
コークスで置換してやれば、軸心部降下時にお
けるコークスの粉化が抑制されて炉芯コークス
の通気性、通液性が良好に保たれること、 を確認し、こうした知見を生かした高炉操業法を
開発し本願と同日付けで特許願(1)として特許出願
を行なつた。第５図はこの特許願(1)に記載された
発明の概要と実験法を説明するための縦断面略図
であり、(1)高炉模型の羽口部に相当する位置に抜
き出し口Exを設けて供試コークスを所定速度で
抜き出すことにより、実炉の羽口部から吹き込ま
れる熱風によるコークスの燃焼・消費を再現し、
また(2)炉底部は昇降可能な円形テーブルで形成す
ると共に実験中は所定速度で降下させることによ
つて、実炉における炉芯コークスCoの消費（燃
焼および溶銑への浸炭・溶解）を再現し、炉頂か
ら装入されるトレーサーコークスCtの降下状況
を追跡した結果を示したものである。そして前記
［Ａ］式に示した結論は、この様な実験や実炉を
用いた実績を総合して導いたものである。

上記特許願(1)に記載の発明および前述の公開若
しくは広告公報に開示された発明は、通気性ある
いは通液性の向上に適した高炉装入原料を炉頂の
軸心部へ集中装入することによつて高炉上昇ガス
を中心流下し、軟化融着帯の形状を適正に保つて
炉況を安定化すると共に操業効率を高め、更には
炉底周辺耐火壁の侵食抑制を図るものであり、こ
うした特徴を有効に達成するには、通気性および
通液性改善のための装入原料を炉頂軸心部の狭い
領域へ如何にうまく集中して堆積させるかという
ことが重要となる。

ところで前記特許願(1)に記載の発明や公開・広
告公報記載の発明では、分配シユートや軸心装入
専用のシユートを用いた軸心装入法が開示されて
おり、この方法を採用することによつて軸心装入
の目的は一応達成される。しかしながら炉頂軸心
部へのコークスの堆積状況を厳密に観察した場
合、炉内上昇ガスの流速やコークスの気流に対す
る流動特性（密度、粒径、粒度、粒形等により変
わつてくる）によつては、コークスが上昇ガスに
よつて周辺方向等へ飛散し、軸心装入の目的が十
分に達成されなくなることがある。

本発明はこの様な事情に着目してなされたもの
であつて、その目的は、コークスの気流に対する
流動特性や炉内上昇ガス流の力学的な相互作用ま
でも考慮し、軸心コークスを炉頂軸心部の狭い領
域内へ効率良く集中堆積させることのできる方法
を提供しようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 上記の目的を達成することのできた本発明方法
の構成は、高炉内へコークスと鉱石を交互に積層
装入していく高炉原料装入方法において、鉱石層
の炉軸心部へコークスを置換挿入し、もしくはコ
ークス層の炉軸心部へ良質コークスを装入した
後、その周辺部へ鉱石もしくは通常のコークスを
装入すると共に、前記炉軸心部へ装入されるコー
クスの流動化開始ガス流速U_nfと炉頂部平均ガス
流速U_tが下記［］式の関係を満たす様に軸心
装入コークスの流動化開始ガス流速および／また
は炉頂部平均ガス流速を調整するところに要旨を
有するものである。

0.30≦U_t／U_nf≦0.52 ……［］ ［作用および実施例］ 一般に、上昇ガスが吹き抜けている堆積層（充
填層）の表面に粉粒体を局所的に装入すると、た
とえば第６図に示す如く粉粒体Ｐは円錐状に堆積
するが、その傾斜角度θは上昇ガスの流速に依存
して変化し、流速が大きいほど落下時の粉粒体は
上昇ガスによる持ち上げ方向の力を強く受けて押
し広げられるため傾斜角度θは小さくなり、堆積
面積Ｓは広くなる。そして上昇ガス流速Ｕに対す
る粉粒体堆積層の傾斜角度θは、ガス流速Ｕと粉
粒体Ｐに固有の最小流動化ガス流速（特定のガス
を用いた場合において、粉粒体が流動しはじめる
最小のガス流速：U_nf）との比（Ｕ／U_nf）によ
つて一義的に表わされることが知られており、該
（Ｕ／U_nf）比が大きくなるほど堆積面積Ｓは広
くなる。

ところが本発明者らが原料を高炉頂部へ軸心装
入する際の堆積状況について研究を進めるうち、
次の様なことが分かつてきた。即ち原料堆積層の
表面は炉軸心部を谷底部とする逆円錐台状を呈す
るのが一般的であり、軸心装入コークスはこの谷
底部にお碗を伏せた様な状態で装入されることに
なる（第７図参照）。

また一般に炉内上昇ガスは、第７図に実線矢印
で示す如く堆積層表面に対して垂直方向へ流出す
る傾向が見られ、堆積層上方ではガス流の方向が
炉軸心に向かつて集中している。この様な上昇ガ
ス流が形成されているところへ上記の様な形状で
コークスを装入すると、落下するコークスには炉
軸心方向への力が作用して落下時における当該コ
ークスの分散が抑制されるばかりでなく、第８図
に略示する如く軸心装入コークスＭのうち堆積厚
さの小さい周辺側のコークスMaは、垂直方向に
吹き上げてくる上昇ガスに持ち上げられて破線で
示す如くより軸心寄りのコークスＭ上へ堆積され
ていく。その結果、軸心装入コークスＭの堆積幅
は第８図のＳからSaに縮少されることとなり、
コークスＭを軸心部の一段と狭い領域へ集中的に
堆積せしめ得ることが明らかとなつた。

そしてこの様な集中堆積現象を生じさせるため
の条件について研究を重ねた結果、前記［］式
で規定する如く、炉頂部の平均ガス流速U_tと軸
心装入コークスの流動化開始ガス流速U_nfの比
（U_t／U_nf）が0.30〜0.52の範囲に収まる様に、U_t
および／またはU_nfの値を制御すればよいことが
明らかとなつた。この場合U_tの調整は高炉羽口
部からの吹き込み圧力の増減によつて調整すれば
よく、またU_nf値については、軸心装入コークス
の粒径、粒度分布、粒形、密度、連続気孔の多少
等によつて変わつてくるので、これらの性状を変
えることによつてU_nf値を適宜調整すればよい。

第９図は、実炉を用いてコークス層の上部に鉱
石層を装入・堆積するに当たり、鉱石の装入に先
立つて軸心部にコークスを装入する方法を採用
し、軸心部をコークスリツチもしくは100％コー
クスとすることによりコークスのソリユーシヨン
ロス反応（CO₂＋Ｃ→2CO）による細粒化を防止
し、炉軸心部および炉芯コークス層の通気性（お
よび通液性）を維持する方法［詳細は前記特許願
(1)の明細書参照］を実施する場合において、コー
クス軸心装入操業時におけるU_t／U_nf（比）と軸
心装入コークス堆積領域（r_t／R_t）および軸心部
における（鉱石／コークス＝Ｏ／Ｃ）比の関係を
調べた結果を示したものである。

この図からも明らかな様に（U_t／U_nf）比を高
くするにつれて軸心装入コークスの堆積領域は明
らかに縮少傾向を示し、軸心部への集中堆積効果
が向上している。これに対し軸心部におけるＯ／
Ｃ比を見ると、（U_t／U_nf）が約0.4までの間はそ
の値が増加するにつれてＯ／Ｃ比は急激に減少し
ており、軸心装入コークスへの鉱石（直前チヤー
ジの鉱石層）の混入量は少なくなつているが、
（U_t／U_nf）値が約0.4を超えるとＯ／Ｃ比は急増
している。これは、U_nf値に対してU_t即ち炉内上
昇ガス流速が大きくなり過ぎると、軸心装入コー
クス層の周辺が活発に流動化し、ここへ落下鉱石
が潜り込む現象が表われたものと考えられる。

また第１０図は、実炉を用いて軸心部のＯ／Ｃ
比を色々変えた場合における軟化融着帯の形状変
化を調べた結果を示したものであり、この図よ
り、軸心部のＯ／Ｃ比が約1.0以下の範囲におい
ては軟化融着帯は適正な逆Ｖ字形を呈し炉況が不
安定になつている。これらの実験結果より、軸心
部のＯ／Ｃ比は約1.0以下にすべきであり、この
結果を第９図に当てはめて適正な（U_t／U_nf）比
を求めると、0.3〜0.52という範囲が得られる。

尚上記では鉱石層にコークスを軸心装入する場
合を例にとつて説明したが、同様の趣旨でコーク
ス層の軸心部に粉化し難い良質コークスを装入し
て中心流化を促進する場合にも同様に適用するこ
とができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、軸心装入
コークスを炉頂軸心部の狭い領域に集中して装入
することができるので、炉内上昇ガスの中心流化
が助長されて炉況を一段と安定化させることがで
き、操業効率を高め得るほか炉床周辺壁の溶損も
一層抑制することができる。しかも軸心部への効
率の良い集中装入が達成されるところから、良質
コークスの軸心装入法を採用する場合でも、少な
い良質コークス量で十分に目的を達成することが
でき、経済性においても非常に優れた方法と言う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高炉操業時の内部状況を示す縦断面模
式図、第２図Ａ，Ｂは炉内上昇ガス流分布と軟化
融着帯形状の関係を示す縦断面模式図、第３図
Ａ，Ｂは炉芯コークス層の通気性と軟化融着帯形
状の関係を示す縦断面模式図、第４図Ａ，Ｂは炉
芯コークス層の通液性と溶銑流分布を示す横断面
模式図、第５図は高炉装入原料の降下状況を示す
説明図、第６図は粉粒体の一般的な堆積状況を示
す説明図、第７，８図は本願発明を実施する際の
炉内上昇ガスと軸心装入コークスの堆積状況を示
す説明図、第９図は（U_t／U_nf）比が軸心装入コ
ークスの堆積領域および軸心部のＯ／Ｃ比に与え
る影響を示すグラフ、第１０図は軸心部のＯ／Ｃ
比と軟化融着帯の形状との関係を示す説明図であ
る。 Ｏ……鉱石（層）、Ｃ……コークス（層）、Ｋ…
…塊状帯、SM……軟化融着帯、Ｂ……羽口、Ｌ
……レースウエイ、Co……炉芯コークス（層）、
Ｆ……溶銑、Ｅ……出湯口。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高炉内へコークスと鉱石を交互に積層装入し
   ていく高炉原料装入方法において、鉱石層の炉軸
   心部へコークスを置換挿入し、もしくはコークス
   層の炉軸心部へ良質コークスを装入した後、その
   周辺部へ鉱石もしくは通常のコークスを装入する
   と共に、前記炉軸心部へ装入されるコークスの流
   動化開始ガス流速U_nfと炉頂部平均ガス流速U_tが
   下記［］式の関係を満たす様に軸心装入コーク
   スの流動化開始ガス流速および／または炉頂部平
   均ガス流速を調整することを特徴とする、高炉軸
   心部へのコークス装入方法。 0.30≦U_t／U_nf≦0.52 ……［］