JPH06145734A - 高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉内の熱保存帯温度を焼結鉱の被還元性に応
じて、最適温度に制御することにより炉全体の還元反応
を促進させて、高い反応効率下でしかも低燃料比で安定
した操業を行う。 【構成】 焼結鉱、結晶水３％以上を有する塊鉄鉱石を
主体とする鉄鉱石、通常冶金用コークスおよびＪＩＳ反
応性が３０％以上で平均粒径２５ｍｍ以下の高反応性コ
ークスを装入して操業を行う高炉の操業方法において、
前記焼結鉱の被還元性に応じて、前記高反応性コークス
の使用比率、ＪＩＳ反応性、粒径、前記結晶水３％以上
含有する含水塊鉄鉱石の使用比率、含有結晶水の異なる
銘柄の塊鉄鉱石の少なくとも１つを調整することにより
高炉炉内の熱保存帯温度を制御する高炉操業方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は焼結鉱の被還元性に応じ
て高炉炉内における熱保存帯温度を制御することによっ
て、効率的で安定した高炉の操業を行う方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】高炉にあっては、焼結鉱、塊鉄鉱石を主
体（７０％以上）とした鉄源と通常冶金用コークスを層
状に装入し、この鉄源を還元した後、金属状態に溶融し
て銑鉄を製造している。このさい、鉄源の還元効率を高
めるためにたとえば特公昭５２−４３１６９号公報に提
案のように、前記鉄源と小塊コークス（平均粒径２０ｍ
ｍ）をあらかじめ混合しておき、この小塊コークス混合
鉄源と通常冶金用コークスを層状に装入することにより
炉内の通気性を改善して還元性の向上を図る手段があ
る。

【０００３】この通常冶金用コークス（ＪＩＳ反応性が
２０％程度）を使用している高炉炉内での融着帯上方の
熱保存帯温度は１０００℃程度であり、通常冶金用コー
クスが炉内でＣ＋ＣＯ₂ ＝２ＣＯのガス化反応を開始す
る温度と同等である。一方鉄源の軟化開始温度は１１０
０℃程度であり、この軟化が開始すると炉内での通気性
が悪化して還元ガスの浸透が不十分になる。このため、
通常冶金用コークスのみを使用すると熱保存帯温度が１
０００℃程度と高温であることから、前記ガス化反応で
生成するＣＯを有効に活用することができず、しかも鉄
源の軟化に伴う通気性の悪化から鉄源と還元ガスの接触
が不均等となる結果、熱保存帯部分における鉄源の間接
還元を有効に活用できず、前記のように鉄源と小塊コー
クスを混合したとしても還元効率を大幅に向上すること
は困難であった。

【０００４】これを改善するため、特開平１−３６１７
０号公報に提案のように、２５ｍｍ以下の高反応性コー
クスを通常冶金用コークスの一部と置換し、この置換し
た高反応性コークスを鉄源または通常冶金用コークスと
混合して高炉に装入するものがある。この高反応性コー
クスは反応性の高い微非粘結炭を冶金用コークス製造炭
に一部配合するか、反応促進触媒としての石灰石、アル
カリ類を冶金用コークス製造炭に配合して製造するもの
である。そして微非粘結炭、石灰石、アルカリ類の配合
量を調節してＪＩＳ反応性を調整する。

【０００５】この高反応性コークスは通常冶金用コーク
スに比して反応性が高く、しかも粒径が比較的小さいこ
とから炉内のＣＯ₂ が高反応性コークス表面に接触して
Ｃ＋ＣＯ₂ ＝２ＣＯのガス化反応がより低温から活発に
行われる。その結果炉内に生じたＣＯガスが鉄源と有効
に反応して鉄源の還元反応が促進される。また前記Ｃ＋
ＣＯ₂ ＝２ＣＯのガス化反応が吸熱反応（−３８．８ｋ
ｃａｌ／ｍｏｌ）であることから、高炉炉内の塊状帯部
分に形成される熱保存帯温度を低下することができる。
このため鉄源の軟化温度との間の温度差が大きくなり、
通気性の悪化が生じることがないので、前記生成したＣ
Ｏと鉄源の接触が均等となり還元効率が向上してコーク
ス比の低減を図ることが可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記鉄源とし
ての焼結鉱は常に一定の原料で製造することはできず、
その時々の原料事情により品質が変化するものである。
たとえば配合する原料の成分、特にＡｌ₂ Ｏ₃ が変化す
るとこれに起因して前記焼結鉱の被還元性が変化する。
たとえばＡｌ₂ Ｏ₃ が高くなると被還元性が悪化する傾
向となり、また反対にＡｌ₂ Ｏ₃ が低くなると被還元性
が良好となる傾向にある。この焼結鉱の被還元性が変動
した際に、前記熱保存帯温度を一定に維持していると還
元反応効率が変化して炉況が不安定となるとともに、こ
れに伴って燃料比が上昇する問題を有する。また高反応
性コークスで低減できる前記熱保存帯温度は９００℃程
度であり、充分なものではなかった。

【０００７】本発明は前記熱保存帯温度を７５０℃程度
まで低下することを可能とし、さらにこの熱保存帯温度
を焼結鉱の被還元性に応じて制御することにより炉全体
の還元反応を促進させて、高い反応効率下で低燃料比で
安定した操業を行うことを課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するものであり、その手段は焼結鉱、結晶水３％以上を
有する塊鉄鉱石を主体とする鉄鉱石、通常冶金用コーク
スおよびＪＩＳ反応性が３０％以上で平均粒径２５ｍｍ
以下の高反応性コークスを装入して操業を行う高炉の操
業方法において、前記焼結鉱の被還元性に応じて、前記
高反応性コークスの使用比率、ＪＩＳ反応性、粒径およ
び前記塊鉱石の使用比率、含有結晶水の少なくとも１つ
を調整することにより高炉炉内の熱保存帯温度を制御す
るものである。

【０００９】

【作用】本発明で使用する高反応性コークスはＪＩＳ反
応性が３０％以上（ＪＩＳ Ｋ２１５１−１９７７の反
応性試験方法で測定したときの値）で平均粒径が２５ｍ
ｍ以下が必要である。これは先にあげた特開平１−３６
７１０号公報に開示されているように、ＪＩＳ反応性が
３０％未満や平均粒径が２５ｍｍを越えるものでは熱保
存帯温度を低下する効果が見られないことによる。

【００１０】この高反応性コークスで低下可能な熱保存
帯温度はせいぜい９００℃であることから、本発明者等
はさらに熱保存帯温度を低下するため種々実験検討した
結果、高反応性コークスに加えて３％以上の結晶水を含
有した塊鉄鉱石を装入することにより、上記熱保存帯温
度を７５０℃程度まで低減することが可能であることを
知見した。塊鉄鉱石の結晶水含有量を３％以上としたの
は、高炉に装入可能な塊鉄鉱石量は多くとも鉄源全体の
３０重量％程度であることから、結晶水含有量を３％未
満とすると熱保存帯温度を低下する効果が少ないものと
なる。

【００１１】次に、熱保存帯温度の制御方法について述
べる。なおこの熱保存帯温度を測定する方法としては、
高炉炉壁からゾンデを挿入して測定する方法が一般的で
あるがこれに限るものではない。図１は高反応性コーク
スの平均粒径、ＪＩＳ反応性、使用比率増加分（通常冶
金用コークスとの使用比率）と熱保存帯温度の低下幅と
の関係を示したものであるが、これからわかるように、
高反応性コークスの使用比率を増加、細粒化、もしくは
ＪＩＳ反応性を向上するに従って前記熱保存帯の温度低
下幅は大きくなる。言い換えれば、高反応性コークスの
使用比率、粒径、ＪＩＳ反応性を調整することにより、
前記熱保存帯温度を制御することが可能であることが判
る。

【００１２】図２は通常冶金用コークスの２０重量％を
ＪＩＳ反応性７０、平均粒度１０ｍｍの高反応性コーク
スに置換して高炉操業を行っている際における３％以上
の結晶水を含有した塊鉄鉱石の使用比率増加分、含有結
晶水量と熱保存帯温度の低下幅との関係を示したもので
ある。これから判るように、塊鉄鉱石の使用量が増加す
ると熱保存帯温度の低下幅は増大し、含有結晶水量の多
い塊鉄鉱石を使用すると前記同様に熱保存帯温度の低下
幅は増大する。つまり、塊鉄鉱石の使用量を調整、含有
結晶水量の異なる塊鉄鉱石を使い分けることにより前記
熱保存帯温度を制御することが可能となる。

【００１３】さらに、焼結鉱の被還元性（以下単にＪＩ
Ｓ−ＲＩと称する）と熱保存帯温度との関係について述
べる。図３は熱保存帯温度が１０００℃の場合における
焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩと還元反応効率の関係を示す。こ
の図から焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが低下すると還元反応効
率が急激に低下することが判る。

【００１４】一方、還元反応効率向上には熱保存帯の温
度を極力低くすることが望ましいが、シャフト上部の温
度が低下するため適正な熱保存帯温度の設定には高炉炉
頂から熱保存帯域までの焼結鉱の低温還元性が重要であ
る。そこでＪＩＳ−ＲＩが５５％、６２％の各焼結鉱の
適正熱保存帯温度を求めるため、本発明者は実公平１−
２７０３８号公報で提案の高炉内反応シミュレータを用
いて試験を行った。これは上部より多孔質塊鉄鉱石を充
填するとともに下部より還元ガスを導通して、該還元ガ
スと多孔質塊鉄鉱石を向流接触する炉芯管と該炉芯管の
一部を包囲して前記還元ガス下流側方向に移動自在に設
けた加熱器を有する装置である。

【００１５】この結果、図４に示すように反応効率の最
も高い熱保存帯温度はＪＩＳ−ＲＩが６２％の焼結鉱の
場合には８８０℃であるが、ＪＩＳ−ＲＩが５５％の焼
結鉱の場合には９３０℃であった。図５は焼結鉱のＪＩ
Ｓ−ＲＩと反応効率が最も良好となる適正熱保存帯温度
との関係を調査したものである。この図から判るよう
に、適正熱保存帯温度は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが大きく
なるに従って低下する。なおこの場合低下幅は焼結鉱の
全気孔率εにより多少異なる。

【００１６】このように、本発明は焼結鉱の被還元性に
応じて炉内に装入する高反応性コークスの使用比率、粒
径、ＪＩＳ反応性、含結晶水塊鉄鉱石の使用比率、含有
結晶水の異なる銘柄の塊鉄鉱石の少なくとも１つを調整
することにより炉内の融着帯上方に形成される熱保存帯
温度を最大の還元反応効率を享受できる適正値に制御す
るものであるが、前記熱保存帯温度の制御幅が小さい場
合には前記高反応性コークスの使用比率、粒径、ＪＩＳ
反応性、前記含結晶水塊鉄鉱石の使用比率、含有結晶水
の異なる銘柄の塊鉄鉱石の調整手段の何れか１つを単独
に調整し、制御幅が大きい場合には前記調整手段を組み
合わせて複数調整することが好ましい。

【００１７】また、含結晶水塊鉄鉱石は炉内において熱
破壊が生じて炉内通気性が変動し易いため、まず高反応
性コークスで熱保存帯温度を制御し、不足分を含結晶水
塊鉄鉱石で制御することが好ましい。この場合高反応性
コークスの使用比率を調整することが粒径、ＪＩＳ反応
性を調整するのに比して熱保存帯温度の制御幅が最も大
きく好ましいが、この調整に伴って通常冶金用コークス
または焼結鉱の量を調整することが必要となり煩雑であ
る。一方、高反応性コークスの粒径を調整することが上
記煩雑化を伴うことがなく好ましいが、細粒化し過ぎる
と高炉ガスに伴って飛散して歩留りが悪化したり、炉内
塊状体部分で目詰まりの原因となり通気性が悪化する場
合がある。さらに高反応性コークスのＪＩＳ反応性を調
整すると、炉内の通気性が変化せず、通常冶金用コーク
スまたは焼結鉱の量を調整する必要がなく高炉としては
最も好ましいが、所望のＪＩＳ反応性の高反応性コーク
スの造り込みに熟練を有する。

【００１８】含結晶水塊鉄鉱石においては、結晶水の含
有量が高い塊鉄鉱石は熱保存帯温度を大きく低下させる
ことができるので好ましいが、そのぶん熱破壊が多く発
生して炉内通気性を悪くすることがある。これに対して
塊鉄鉱石の使用比率を調整することが炉内通気性を大き
く変動させることがないので好ましいが熱保存帯の温度
制御幅が小さい。このように、各調整手段には各々長
所、短所があるためにその時々の高炉操業状態に応じて
前記各調整手段を使い分けることが必要である。

【００１９】

【実施例】以下本発明の実施例を具体的に説明する。表
１に高反応性コークスと含結晶水塊鉄鉱石を使用し、焼
結鉱のＪＩＳ−ＲＩに応じて熱保存帯温度を制御して高
炉を操業した実施例を示す。ここでＡ塊鉄鉱石は結晶水
を８．１％含有した塊鉄鉱石でローブリバー鉱であり、
Ｂ塊鉄鉱石は結晶水を３％含有した塊鉄鉱石でゴア鉱で
ある。

【００２０】

【表１】

【００２１】対象の高炉は内容積３０００ｍ³ の中型高
炉であり、装入原料のＯ／Ｃ（鉱石量／コークス量）が
４．２で、焼結鉱、塊鉄鉱石を主体とした鉄源（焼結
鉱、塊鉄鉱石、ペレット、優良塊鉱石（ハマスレー鉱
石、ニューマン鉱石等）から構成）と、通常冶金用コー
クス（ＪＩＳ反応性２０％、平均粒度５０ｍｍ）を層状
に装入する。さらに羽口前フレーム温度を２１８０℃
（熱風温度１２００℃、送風湿分２５ｇ／Ｎｍ³ −ａｉ
ｒ、酸素富化量０．０１３Ｎｍ³ ／Ｎｍ³ −ａｉｒ、微
粉炭吹込み量１００ｇ／Ｎｍ³ −ａｉｒ）を維持しなが
ら操業を行っているものである。

【００２２】実施例１はＪＩＳ反応性が７０％、粒径５
〜１０ｍｍの高反応性コークスの２０％を通常冶金用コ
ークスに混合して操業していた状態（この状態での熱保
存帯温度は８９０℃）において、前記焼結鉱のＪＩＳ−
ＲＩが６０％から６２％に変化した場合である。この焼
結鉱のＪＩＳ−ＲＩが上昇すると該焼結鉱の最適還元反
応還元効率を示す熱保存帯温度が低温側に移動しても、
そのまま操業を行った結果、炉況が不安定（調整前）に
なったので、調整後に示すようにＡ塊鉄鉱石の使用比率
を増大して熱保存帯温度を制御した例である。

【００２３】これは、先ず焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが６２
％における最適熱保存帯温度は図５から８８０℃である
ことから、最適熱保存帯温度は１０℃（８９０℃−８８
０℃）低下している。これを基にＡ塊鉄鉱石の使用比率
増加分を図２に従って算定すると５％となる。このため
Ａ塊鉄鉱石の使用比率を１８％（１３％＋５％）にし、
前記優良塊鉄鉱石を５％減じて２％とした。これによ
り、熱保存帯温度を上記算定の８８０℃に制御して操業
を行った結果、炉況が安定し燃料比は４８４ｋｇ／ｔ−
ｐｉｇとなった。

【００２４】実施例２は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが５５％
から６８％に変化しても、熱保存帯温度を制御すること
なく操業を行った結果、炉況が不安定となり燃料比が４
８４ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに上昇した（調整前）ので、調整
後に示したように高反応性コークスの使用比率を調整し
て燃料比の低減を図った場合の例であって、このＪＩＳ
−ＲＩの変化前の最適熱保存帯温度は図５から９２０℃
で、変化後の最適熱保存帯温度は８５０℃である。

【００２５】前記焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩの変化により最
適熱保存帯温度が７０℃低下し、使用している高反応性
コークスはＪＩＳ反応性が７０％、粒径が５〜１０ｍｍ
であることから、図１により該高反応性コークスの使用
比率の増加分を算定すると１５％となる。このため高反
応性コークスの使用比率を通常冶金用コークスの２５％
（１０％＋１５％）に調整して熱保存帯温度を上記最適
熱保存帯温度の９２０℃に制御維持した結果、燃料比を
４７３ｋｇ／ｔ−ｐｉｇと大幅に低減することができた
例である。

【００２６】実施例３は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが６２％
から５５％に変化した際に、高反応性コークスのＪＩＳ
反応性の異なるものを使用して熱保存帯温度を制御した
例である。

【００２７】実施例４は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが６２％
から６５％に変化した際に、高反応性コークスの粒径を
調整して熱保存帯温度を制御した例である。

【００２８】実施例５は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが６０％
から６３％に変化した際に、含結晶水塊鉄鉱石の銘柄を
変え（Ａ塊鉄鉱石→Ｂ塊鉄鉱石）て熱保存帯温度を制御
した例である。

【００２９】実施例６は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが５２％
から７５％に変化した際に、高反応性コークスのＪＩＳ
反応性、粒径、使用比率、含結晶水塊鉄鉱石の銘柄、使
用比率の全てを調整して熱保存帯温度を制御した例であ
る。またこれに加えてＣａＣＯ₃ を含有する原料、例え
ば非焼成塊成鉱を使用すると、炉内でのＣａＣＯ₃ の分
解吸熱反応により、熱保存帯温度をさらに低下すること
ができ好ましい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
焼結鉱の被還元性が変動してもこれに応じて高反応性コ
ークスのＪＩＳ反応性、粒径、使用比率、塊鉄鉱石の含
有結晶水、使用比率を調整して適正な熱保存帯温度に制
御することにより、安定した炉況でかつ燃料比を低減し
て効率的な高炉操業が可能となり、この分野における効
果は多大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】高反応性コークスのＪＩＳ反応性、粒径別の使
用比率増加分と熱保存帯温度の低下幅との関係を示すグ
ラフ

【図２】Ａ、Ｂ塊鉄鉱石別の使用比率増加分と熱保存帯
温度の低下幅との関係を示すグラフ

【図３】熱保存帯温度が１０００℃の状態で、焼結鉱の
ＪＩＳ−ＲＩ（被還元性指数）が変化した場合の還元反
応効率を示すグラフ

【図４】焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが５５％、６２％の場合
における反応効率と熱保存帯温度との関係を示すグラフ

【図５】焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩと最適熱保存帯温度との
関係を示すグラフ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿南 邦義 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焼結鉱、結晶水３％以上を有する塊鉄鉱
   石を主体とする鉄鉱石、通常冶金用コークスおよびＪＩ
   Ｓ反応性が３０％以上で平均粒径２５ｍｍ以下の高反応
   性コークスを装入して操業を行う高炉の操業方法におい
   て、前記焼結鉱の被還元性に応じて、前記高反応性コー
   クスの使用比率、ＪＩＳ反応性、粒径および前記塊鉱石
   の使用比率、含有結晶水の少なくとも１つを調整するこ
   とにより高炉炉内の熱保存帯温度を制御することを特徴
   とする高炉操業方法。