JPH058248B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高炉々体保護上の重要な管理項目の
１つである炉底部での溶銑・溶滓流を適正に制御
する方法に関するものである。尚本明細書では、
固体還元剤として最も代表的なコークスを用いる
場合を主体にして説明を進める。

［従来の技術］ 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を降下しつつ徐々に還元され、
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
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が、それらの研究の殆ん
どは、軟化融着帯SMの形状改善あるいは該融着
帯よりも上方の塊状帯Ｋにおける上昇ガス流の適
正化、更には鉱石ＯとコークスＣの積層形状の改
善等に主眼を置くものであり、前述の公報に開示
したものもその様な主旨に沿うものであつた。こ
れに対し軟化融着帯SMよりも下方に位置する炉
芯コークス層Coの性状等が操業効率等にどの様
な影響を及ぼすか、といつた点について研究され
たことはない。

［発明が解決しようとする問題点］ 一方近年の高炉解体調査結果によれば、炉底耐
火物損傷の最大の問題点は炉底周辺部耐火壁にお
ける異常侵食であることが明らかにされており、
この異常侵食を抑制しない限り高炉寿命は著しく
短くなる危険性があると言われている。

本発明者らはかねてよりこの問題に取り組み鋭
意研究が進めてきたが、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。

即ちその事実は、炉芯コークス層Coの通液性
の良否によつて炉底周辺壁の侵食速度が著しく変
わつてくるという点である。こうした事実は第
２，３図に示す炉床部の横断面略図によつて説明
することができる。即ち第２図は炉芯コークス層
Coの通液性が良好である場合における出銑中溶
銑Ｆの流れを示すものであり、溶銑Ｆは実線矢印
で示す様に炉芯中央部を含めて炉床部全体から万
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３図に実線矢印で
示す如く出銑中溶銑Ｆは周辺流を形成せざるを得
ず、炉底周辺壁は著しく侵食を受けることにな
る。

従つて炉底周辺壁の侵食を防止して炉体寿命を
長く保つ為には、炉芯コークス層Coの通液性を
良好にし、炉底部における溶銑・溶滓流を上記第
２図に示した様な適正な流動形態に制御すること
が望まれる。しかしながら前述した様な従来技術
では、専ら軟化融着帯SMの形状改善或は該融着
帯よりも上方の塊状帯Ｋにおける上昇ガス流の適
正化や鉱石ＯとコークスＣの積層形状の改善等に
主眼を置くものであることは既に指摘した通りで
あり、炉底部における溶銑・溶滓流を適正な流動
形態に制御するという観点からなされた技術は現
在のところ開発されていない。

本発明はこうした事情に鑑みてなされたもので
あつて、その目的とするところは、炉芯コークス
層の通液性を良好に保ち、炉底部における溶銑・
溶滓流を適正な流動形態に制御し、炉底周辺部の
侵食を抑えて高炉の延命化を図ろうとすることに
ある。

［問題点を解決する為の手段］ 上記の目的を達成することのできた本発明に係
る制御法の構成は、高炉頂部からコークス及び鉱
石を交互に装入し、コークス層及び鉱石層を積層
して高炉操業する方法であつて、出湯時における
炉底部の溶銑・溶滓流を制御するに当たり、 鉱石層の軸心部に任意の頻度でコークスを装入
するか若しくはコークス層の軸心部に通液性の良
好なコークスを任意の頻度で装入する軸心装入操
業によつて炉芯コークス層の更新を制御しつつ、
前記軸心部装入の固体コークス重量比率（コーク
ス層におけるコークス総装入量に対する重量百分
率）と炉底温度変動量との関係が下記(1)式を満足
する様に前記軸心部装入のコークス重量比率を調
節することによつて、炉底部に滴下した後出湯口
に向つて流れる溶銑・溶滓の流動形態を、主に炉
底中央部を経て出湯口に流れる様に制御すること
を特徴とする高炉操業における炉底部の溶銑・溶
滓流の制御方法。

1.26（ΔT／Ts）^1.4＜RWc ＜0.58（ΔT／Ts）^1.4 …(1) 但し、 RWc：軸心部装入コークス重量比率 ΔT／Ts：炉底温度変動量 （Ts：軸心装入操業をしないときの平均的
炉底軸心部温度 ΔT：コークスの軸心装入を実施中の炉底
温度とTsとの差） ［作用および実施例］ 本発明者らは、炉芯コークスの通液性によつて
左右される溶銑・溶滓の流動形態が炉底部周辺壁
の侵食に重大な影響を与えるという知見を基に
種々検討した。そしてまず炉芯コークスの更新が
炉頂部の主にどの位置へ挿入されるコークスによ
つて進行していくかということを明らかにする
為、第４図に略示する如く高炉の１／37縮小全周
模型を用いてコークスの降下状況をシユミレート
した。

尚上記シミユレーシヨンにおいては、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
焼消費を再現せしめ、また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）を再現した。

結果は第４図に併記する通りであり、装入コー
クスのうち炉軸心部におけるある特定領域よりも
外周側に装入されるコークスＣは、円錐状を呈す
る炉芯コークス層Coの傾斜面に沿つて周辺方向
へ流れ、前記の様にして燃焼・消費されてい
き、一方炉軸心部におけるある特定領域内に装入
されたコークスＣは炉軸心部に沿つてほぼ垂直に
降下し炉芯コークス層Coとして堆積していく。
尚実炉においては、炉芯コークス層Coは燃焼お
よび溶銑への浸炭・溶解等により徐々に消費され
るが、炉軸心部を降下してくるコークスによる補
給を受けて平衡状態を保つており、ある時期に存
在していた炉芯コークス層Coのすべてが新しい
装入コークスで置換されるのに要する時間は、高
炉の形態や操業条件等によつても異なるが通常は
７〜14日程度であると考えられている。

いずれにしても第４図の結果から明らかにされ
ることは、炉芯コークス層Coの更新が炉軸心部
の極く限られた領域に装入されるコークスによつ
てなされているという事実であり、このことから
炉芯コークス層Coの通液性を改善しようとすれ
ば、炉軸心部の極く限られた領域へ装入されるコ
ークスのみを改質しておけばよいということが判
明し本日付で特許願(1)として特許出願した。上記
出願においては、炉軸心部へ装入するコークス
（以下軸心装入コークスということもある）の装
入半径rtとこれによつて調整可能な炉芯の領域rh
との関係（前記第４図参照）、及び軸心装入コー
クスによつて炉芯充填状態が調整されることを示
した。次の課題として、炉底部における溶銑・溶
滓流を軸心装入コークス量によつて定量的に制御
することが掲げられ、本発明者らは、軸心装入コ
ークスによる溶銑・溶滓流の変化を定量的に把握
する為の検討を進めた。まず本発明者らは、マー
カーを含有させたトレーサーコークスを高炉軸心
部に約２カ月間装入して試験操業を行ない、トレ
ーサーコークス装入量と操業状況との関係につい
て調査した。その結果は第５図に示す。即ち第５
図は、試験操業期間における炉況各因子（炉底温
度及び出銑温度）の時間的推移（軸心装入コーク
スによる影響）を示したものである。尚炉底温度
は、炉床軸心部での耐火煉瓦の温度を示す。

第５図の結果から下記の様に考察できる。即ち
コークスの軸心装入を開始してから約１週間後に
炉底中央部温度（以下単に炉底温度という）が上
昇傾向を示し、その後コークスの軸心装入量の段
階的増化に対応して約７〜10日の時間遅れで炉底
温度が上昇している。又コークスの軸心装入終了
後、約10日の遅れで炉底温度が徐々に低下する傾
向を示している。炉底温度のこの様な変化に対
し、溶銑温度については特徴的な変動は認められ
ず、約1500〜1540℃の温度範囲を維持している。
これらのことは、コークスの軸心装入によつて炉
芯の軸心部や中間部の通液性が改善され、溶銑・
溶滓の流れが炉底中央部を経る好ましい流動形態
に変化し、炉芯の軸心部や中間部での滴下溶銑滓
が増大したことを示すものである。

第６図は、試験操業終了時に炉芯部から採取し
たコークスの各種性状（付着メタル・スラグ量、
コークス履歴温度、粉率、平均粒子径）の炉内分
布を示すグラフである。尚第６図にはコークスの
軸心装入を行なわなかつたときの結果をも併記し
た。第６図には特徴的な変化が現われており、中
間部での付着メタル・スラグ量（ホールドアツプ
量）の減少［第６図ａ］、軸心部でのコークス履
歴温度の上昇［第６図ｂ］、中間部での粉率の低
下［第６図ｃ］、中間部から周辺部にかけてのコ
ークス平均粒子径の増大［第６図ｄ］等が認めら
れる。

これらの結果は、コークス軸心装入に伴う炉芯
部でのコークス充填構造の変化（コークス粒径の
増大：空隙率の上昇）による通気、通液性の改善
を示すものであり、コークス軸心装入が炉底部で
の溶銑・溶滓流の制御に大きな効果を発揮するこ
とを立証するものである。

コークスの軸心装入によつて炉芯部のコークス
粉率やコークス粒径が変化したことについては次
の様に考えることができる。即ちコークスの軸心
装入によつて軸心部の鉱石／コークス（重量比）
が低下し（即ちコークスに対する鉱石量が相対的
に減少）、Coガスによる鉱石の還元反応量が減少
するのでCo₂ガスの発生量が減少し、Co₂ガスと
コークスとのカーボンソリユーシヨン反応（Ｃ＋
Co₂＝2Co）が抑制されてコークスの反応劣化が
減少し、結果的に粉率や粒径の低下の抑制として
現われるものと思われる。

次に本発明者らは、溶銑・溶滓が好ましい流動
形態を示したときの、軸心部装入コークス重量比
率RWcと炉底温度変動量ΔT／Tsとの関係（記
号の意味については前述のとおり）について調査
した。その結果は第７図に示す様に、両者の関係
は指数関数的に表わされ、実炉データは下記(2)式
と(3)式で表わされる範囲内（第７図中ハツチング
で示す）に存在していた。

RWc＝1.26（ΔT／Ts）^1.4 …(2) RWc＝0.58（ΔT／Ts）^1.4 …(3) 即ち、軸心部装入コークス重量比率RWcと炉
底温度変動量ΔT／Tsの関係が下記(1)式を満足す
る様に前記RWc値を調整することによつて炉底
部に滴下した後出湯口に向つて流れる溶銑・溶滓
の流動形態を、主に炉底中央部を経て出湯口に流
れる様に制御することができる。

1.26（ΔT／Ts）^1.4＜RWc ＜0.58（ΔT／Ts）^1.4 …(1) 尚本発明方法の応用例としては、高炉の軸心部
に装入するコークス性状（例えば粒度分布、冷間
強度、熱間強度等）を調節して、炉底温度の変動
を調整することも可能である。

軸心部にコークスを装入する具体的方法として
は、下記の様な各種方法が考えられる。

まず第８図Ａ，Ｂ（炉頂部の縦断面模式図）に
示すベル式高炉では、原料装入用ベル１とは別
に、炉頂軸心部を指向する良質コークス専用の装
入シユート２を配設しておき、通常コークスC_A
を装入するに先立つて炉頂軸心部に適量の良質コ
ークスC_Bを装入し［第８図Ａ］、次いでその外
周側へベル１から通常コークスC_Aを装入する
［第８図Ｂ］。尚ここで良質コークスとは、適正
な粒度構成を有し且つ冷間・熱間圧壊強度の優れ
たコークス（即ち通液性の向上に適したコーク
ス）を意味する。後で装入された通常コークス
C_Aは良質コークスC_Bで堰止められる為軸心部に
入り込むことができず、したがつて軸心装入コー
クスは良質コークスで占められることになる。ま
た第９図Ａ，Ｂはベルレス式高炉の場合で、旋回
式分配シユート３が備えられている。まず分配シ
ユート３を直下方向に向けた状態で炉頂軸心部に
適量の良質コークスC_Bを装入し［第９図Ａ］、
次いで分配シユート３を傾斜（炉壁方向に指向）
させて旋回させながら、良質コークスC_B装入部
の外周側に通常コークスC_Aを装入する［第９図
Ｂ］。

尚第８図、第９図に示した様に、コークス装入
の１チヤージ（１チヤージとは第９図Ｂにおいて
Ｕで示す単位、即ちコークス層と鉱石層の両方で
完結される積層状態の基本装入単位を意味する）
毎に良質コークスC_Bを軸心装入しなければなら
ない訳ではなく、軸心装入コークスを良質コーク
スと通常コークスの混合物として良質コークスの
配合比を変えたり、２〜５チヤージの中から選ば
れる任意チヤージにおいて良質コークスC_Bの軸
心装入を行なつたり、あるいは１チヤージ内のコ
ークス装入を複数バツチに分けて２〜数バツチの
中から選ばれる任意バツチにおいて良質コークス
C_Bの軸心装入を行なう方式等を採用し、炉軸心
部に装入される良質コークスの割合を調節するこ
とも勿論可能である。

上記説明においてはコークス層の軸心部に良質
コークスを装入する場合について述べたが、コー
クス層については従来の如く通常コークスC_Aの
みの装入とし、鉱石層の装入に当たつて軸心部に
良質コークスを装入する様にしても同様の効果が
得られることが分かつた。またこの方法であれ
ば、通常コークスであつても前述の如くカーボン
ソリユーシヨンロス反応を伴わないため、炉芯に
おいては良質コークスとして作用するので以下説
明する。

第１０図Ａ，Ｂは第８図Ａ，Ｂと同じベル式高
炉の場合であり、原料装入用ベル１とは別に炉頂
軸心部のみにコークスＣを装入するためのシユー
ト４を設けている。コークス層Ｃはベルからの一
斉（若しくは数バツチ分割）投入によつて形成さ
れている。そしてその上へ鉱石層Ｏを形成するに
当たつては、鉱石Ｏを装入するに先立つてまず炉
頂軸心部へシユート４から所定量のコークスＣを
装入し［第１０図Ａ］、次いでその外周側へベル
１から鉱石Ｏを装入する［第１０図Ｂ］。そうす
ると炉頂軸心部はコークスＣで占められているた
めこれが堰として作用し鉱石Ｏは炉頂軸心部へ流
入することができず、その結果、炉内における周
辺側は鉱石層Ｏとコークス層Ｃが相互に重なり合
つた通常の堆積構造となるが、炉軸心部は実質的
にコークスＣのみからなる柱状層となる。尚、こ
の場合においても第８，９図に示した方法の場合
と同様に全チヤージ、全バツチにおいてコークス
中心装入を行なう必要はなく、数チヤージ毎、数
バツチ毎に所望の頻度で中心装入を行なえば良
い。また第８，９図に示した方法と第１０図に示
した方法とを組み合わせて実施することも本発明
の技術的範囲に含まれる。

いずれにしても高炉の軸心部にコークスを局部
的に別装入することは、炉芯の通液性や炉底部に
おける溶銑・溶滓流の分布を改善する上で極めて
有効である。

尚本発明で炉芯コークス構成材として軸心装入
される固体還元剤のうち代表的なものは、熱間・
冷間圧壊強度が高く且つ粒度調整された良質コー
クスであるが、良質コークスに代えて他の炭素質
物質、たとえば炭化珪素煉瓦、黒鉛煉瓦、木炭等
を粒度調整して軸心装入し、あるいは良質コーク
スと併用することも勿論可能である。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているから、炉底
での溶銑・溶滓流を定量的に適正に制御すること
ができ、炉底周辺部の侵食を抑えて高炉の延命化
が図れる。

【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断面模式
図、第２，３図は出湯時における溶銑の流れを示
す説明図、第４図は模擬実験炉を用いた装入原料
の降下状況を示す説明図、第５図は軸心装入コー
クスが炉底温度や出銑温度に与える影響を示すグ
ラフ、第６図は試験操業終了時に炉底部から採取
したコークスの各種性状の炉内分布を示すグラ
フ、第７図は軸心部装入コークス量比率RWcと
炉底温度変動量ΔT／Tsとの関係を示すグラフ、
第８〜１０図は本発明で採用される原料装入法を
示す断面説明図である。 Ｏ…鉱石（層）、Ｃ…コークス（固体還元剤）
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（固体還
元剤）、Ｆ…溶銑、Ｅ…出湯口、１…ベル、２，
４…原料装入シユート、３…分配シユート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高炉頂部から固体還元剤及び鉱石を交互に装
   入し、固体還元剤層及び鉱石層を積層して高炉操
   業する方法であつて、出湯時における炉底部の溶
   銑・溶滓流を制御するに当たり、 鉱石層の軸心部に任意の頻度で固体還元剤を装
   入するか若しくは固体還元剤層の軸心部に通液性
   の良好な固体還元剤を任意の頻度で装入する軸心
   装入操業によつて炉芯固体還元剤層の更新を制御
   しつつ、前記軸心部装入の固体還元剤重量比率
   （固体還元剤層における固体還元剤総装入量に対
   する重量百分率）と炉底温度変動量との関係が下
   記(1)式を満足する様に前記軸心部装入の固体還元
   剤重量比率を調節することによつて、炉底部に滴
   下した後出湯口に向つて流れる溶銑・溶滓の流動
   形態を、主に炉底中央部を経て出湯口に流れる様
   に制御することを特徴とする高炉操業における炉
   底部の溶銑・溶滓流の制御方法。 1.26（ΔT／Ts）^1.4＜RWc ＜0.58（ΔT／Ts）^1.4 …(1) 但し、 RWc：軸心部装入固体還元剤重量比率 ΔT／Ts：炉底温度変動量 （Ts：軸心装入操業をしないときの平均的
   炉底軸心部温度 ΔT：固体還元剤の軸心装入を実施中の炉
   底温度とTsとの差）