JPH0625366B2 - 高炉操業における炉芯固体還元剤層の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高炉操業の進行につれて更新されていく炉芯
固体還元剤層の充填状態を、高炉軸心部に装入される固
体還元剤の装入領域によって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］ 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はレースウェイ、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
スとの反応によっ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
って炉底部に溜まる。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。

この様な高炉作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
うものであった。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、といっ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］ 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ュレーショ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。

即ち第１の事実は、軟化融着帯ＳＭの形状が炉芯コーク
ス層Ｃｏの通気性の良否によって大きく左右されるとい
う点であり、炉芯コークス層Ｃｏの通気性が良好である
ときは吹き込まれたガスが炉の軸心部に集まって中心流
を形成し、軟化融着帯ＳＭの形状は適正な逆Ｖ字形に維
持され、安定した操炉状況が保たれる。ところが炉芯コ
ークス層Ｃｏの通気性が悪くなると、上昇ガスの周辺流
比率が高くなりはじめて遂には軟化融着帯ＳＭはＷ字形
となり、操炉状況は極めて不安定になってくる。こうし
た現象は第２、３図の一部断面模式図によって説明する
ことができる。即ち第２図は炉芯コークス層Ｃｏの通気
性が良好に保たれている場合の状況を示したものであ
り、羽口Ｂから吹込まれる熱風は、通気性の良い炉芯コ
ークス層Ｃｏの中心部まで進入し易くなっているので、
同図中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軟化融着帯ＳＭの形状
も逆Ｖ字形で安定に保たれる。また軟化融着帯ＳＭが逆
Ｖ字型を形成することによって、ガス流は一層中心流の
傾向を強める。これに対し第３図は炉芯コークス層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
なって周辺部の鉱石Ｏが早い位置（高い位置）で還元を
受けはじめ、従って軟化融着帯ＳＭはＷ字形となり炉壁
に近い側の高さ方向への通気抵抗は一層小さくなって上
昇ガスの周辺流が更に助長され、炉況は著しく不安定に
なる。

また本発明者らによって確認されたもう一つの事実は、
炉芯コークス層Ｃｏの通液性の良否によって炉底周辺壁
の侵食速度が著しく変わってくるという点である。こう
した事実は第４、５図に示す炉床部の横断面略図によっ
て説明することができる。即ち第４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の溶銑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
炉芯部中央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
悪く従って炉芯部の通液抵抗が大きい場合は、第５図に
実線矢印で示す如く出銑中の溶銑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。

そこで本発明者らはこれらの事実に基づき、炉芯コーク
ス層Ｃｏの通気性又は通液性の制御を目的として、炉頂
軸心部にコークス（固体還元剤）を別装入する方法を開
発し、別途発明を完成した［本日付で出願した特許出願
(1)］。

この発明は炉芯コークス層Ｃｏが高炉軸心部を降下する
コークスによって更新されることに着目し、粒径や強度
等が他の領域のそれと異なる、特に通気性や通液性の向
上に適したコークスを炉頂軸心部に装入し、炉芯の通気
性や通液性を調整しようとするものである。そして本発
明者らは上記発明を改良すべく更に検討を加え、炉芯を
更新する為に装入されるコークスの軸心装入領域と炉芯
の充填状態との関係を明らかにすれば、高炉操業を更に
効率よく安定に維持できるとの観点から研究を進めた。

本発明はこうした背景のもとでなされたものであって、
その目的とするところは、高炉軸心部に装入されるコー
クスの装入領域又は量によって炉芯の充填状態を適正に
制御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に係る制御法
は２つの発明を含み、 その第１発明は、高炉頂部からコークスおよび鉱石を交
互に装入し、コークスおよび鉱石層を積層していく高炉
操業方法であって、高炉操業の進行につれて更新されて
いく炉芯コークスの充填状態を、高炉軸心部に装入され
るコークスの装入領域又は量によって制御するに当た
り、 前記軸心装入用コークス中にトレーサを含有させて高炉
内に装入し、該装入の時を出発点とし、出銑・滓中に定
常運転時より多く検出される様になった前記トレーサが
再び定常運転レベルに戻った時を終点として出発点から
終点までの時間長さから炉芯コークスの更新期間を判断
し、この判断に基づいてコークスの装入領域を決定する
ところに要旨を有するものである。

又第２の発明は、第１の発明と同様の趣旨でコークスの
装入領域によって炉芯コークス層を制御するに当たり、 異なった濃度のトレーサを含有する検出用コークスを別
々に準備しておき、休風タイミングを見計って数日前か
ら、前記トレーサ濃度の違う検出用コークスを順次高炉
内軸心部へ装入し、休風時に炉芯におけるコークスをサ
ンプリングして該炉芯内における検出用コークスの濃度
分布を検出し、当該濃度分布から炉芯コークスの更新期
間を判断し、この判断に基づいてコークスの装入領域又
は量を決定するところに要旨を有するものである。

［作用および実施例］ 本発明者らは、炉芯コークスの通気性および通液性が高
炉操業効率や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、こうした事実を操業効率の向上に役
立てようとして研究を行った。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
よって進行していくかということを明らかにする為、第
６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ミュレートした。

尚上記シミュレーションにおいては、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って、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６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
の傾斜面に沿って周辺方向へ流れ、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は炉軸心部に沿ってほぼ垂
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
保っており、ある時期に存在していた炉芯コークス層Ｃ
ｏ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、高炉の形状や操業条件等によっても異なるが
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６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っ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の通気
性や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
いという指針が得られた。

そこで、炉軸心部へ装入するコークス（以下軸心装入コ
ークスということがある）による炉芯コークス層Ｃｏの
更新状況を定量的に把握するため、更に検討を進めた。

第７図は、炉頂軸心部の無次元半径（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ：但し
ｒ_ｔは炉軸心からの任意の半径、Ｒ_ｔは炉頂半径を示
す）が0.06,0.08,0.10,0.12となる各軸心部領域に軸心
装入コークスＣｔとしてトレーサーコークスを送り込
み、該トレーサーコークスによる炉芯コークス層Ｃｏの
更新状況（炉芯部におけるトレーサーコークスの濃度分
布）を示したものであり、トレーサーコークスによる炉
芯コークス層Ｃｏの更新領域は炉頂軸心部におけるトレ
ーサーコークスの装入半径（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）に依存してお
り、ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ＝0.12の場合には、炉底周辺部の一部を
除く全ての領域でトレーサーコークスの濃度が１００％
になることを示している。この結果からも、炉芯コーク
ス層Ｃｏが炉頂軸心部へ装入されるコークスによって更
新されていくことを確認することができ、従って炉頂軸
心部へ装入するコークスの粒径や粒度分布、あるいは冷
間若しくは熱間強度等を調整すれば、炉芯コークスＣｏ
の通気性や通液性を任意に調整し得ることが期待され
る。

また第８図は、炉頂軸心部におけるトレーサーコークス
の装入半径（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）と、炉芯コークス層Ｃｏがト
レーサーコークスによって１００％更新される領域（ｒ
_ｈ／Ｒ_ｈ：但しｒ_ｈは軸心装入コークスによって更新さ
れる炉芯コークス層Ｃｏの半径、Ｒ_ｈは炉床半径を示
す）との関係を示したものであり、実線(a) は実炉にお
ける炉芯コークスの全量更新期間を１０日、破線(b) は
同更新期間を７日、破線(c) は同更新期間を１４日と夫
々仮定した場合の結果を示している。これらの結果よ
り、（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）と（ｒ_ｈ／Ｒ_ｈ）の関係を求める
と、更新期間が１０日、７日、１４日のものは、第８図
の実線(a) および破線(b),(c) に対応して下記式，
，によって表わすことができる。

…（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）＝０．１６４（ｒ_ｈ／Ｒ_ｈ）＋０．
０５２ …（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）＝０．２２７（ｒ_ｈ／Ｒ_ｈ）＋０．
０７３ …（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）＝０．１１４（ｒ_ｈ／Ｒ_ｈ）＋０．
０３６ 従って高炉炉芯コークス層Ｃｏの更新期間に応じて上記
式〜等における左辺の値が右辺の値を上回る様に、
即ち第８図において（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）が各線(a),(b),(c)
を上回る様に軸心装入コークスＣｔの半径（ｒ_ｔ）を設
定してやれば、炉芯コークスＣｏを軸心装入コークスＣ
ｔによって確実に更新させることができる。尚上記では
実炉における更新期間は通常７日〜１４日の範囲に収ま
る旨説明したが、高炉の種類や操業条件等によって該更
新期間が１４日を超え、（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）の値が第８図の
線(c) よりも下回ることもあり得ることを考えると（ｒ
_ｔ／Ｒ_ｔ）は0.03以上、即ち（ｒ_ｔ≧0.03Ｒ_ｔ）に設定
するのが好ましい。

尚「軸心装入コークスによる炉芯コークス層の１００％
更新」という観点のみからすると、（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）の値
は大きければ大きいほど好ましく上限を定める必要はな
い。しかしながらこの値が大きくなり過ぎると、軸心装
入コークスのうち外周側に位置するコークスの殆んどは
炉芯コークス層Ｃｏに取り込まれることなく熱風との反
応で燃焼・消費されることとなり、良質コークスの消費
量がいたずらに増加するだけであるので、経済性を考え
ると（ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ）は０．３以下、即ち（ｒ_ｔ≦０．３
Ｒ_ｔ）に設定するのがよい。尚ここでは炉軸心の装入半
径を調整するという観点から説明したが、装入量という
観点から制御する方法にも適用できることは言うまでも
ない。

従って上記の要件を満たす様に軸心装入コークスの装入
半径を設定し、適正な粒度構成を有し且つ冷間・熱間圧
壊強度の優れた良質コークス（即ち通気性の向上に適し
たコークスを意味する）を当該半径領域へ装入すれば、
炉芯コークス層は当該良質コークスで占められることに
なり、第２図で説明した様に高炉上昇ガスは中心流を形
成すると共に軟化融着帯は逆Ｖ字型を安定に保ち、高い
操業効率が保障されるばかりでなく、出湯時の溶銑は第
４図で説明した如く炉床部を万遍無く通過して全方向か
ら出湯口方向へ流れることとなり、炉底周辺壁の溶損も
最小限に抑えられる。

前記第８図を違った角度から考察すれば、第８図は炉芯
コークス層Ｃｏの充填状態が高炉軸心部に局部的装入さ
れるコークスの降下速度Ｖｄ（更新期間に基づく）によ
って左右されることを示している。又第８図の結果か
ら、軸心装入コークスＣｔの半径（ｒ_ｔ）と降下速度Ｖ
ｄとの関係は下記(1),(2) 式の様に表わすことができ
る。

ｒ_ｔ／Ｒ_ｔ＝Ａ（ｒ_ｈ／Ｒ_ｈ）＋α …(1) Ａ＝β＋ｒ・Ｖｄ （但し、α，βは正の定数、ｒは負の定数） 本発明者らはこれらの結果から、更新期間を何らかの手
段で解明することができれば、この更新期間に基づいて
最適な軸心装入コークス領域又は量が決定され、炉芯コ
ークス層の充填状態を該領域によって適正に制御できる
との知見が得られた。

そこで本発明者らは、更新期間を判断する具体的な方法
を検討すべく各種の実験を行なった。

まず金属Ｚｒを０．１％添加したコークスを、炉頂軸心
部から高炉内に１５０kgチャージの割合で１０チャージ
（チャージの意味については後述する）装入した後、溶
銑中のＺｒ層をタップ毎に測定した。その結果は第９図
に示す通りであるが、Ｚｒを装入した時（出発点）から
Ｚｒを検出することができなくなった時点（より正確に
は定常運転での検出量以下になった時点：終点）までの
時間に基づいて更新期間を判断することができる。この
様にＺｒをトレーサとしてコークスに含有させて高炉内
に装入することによって炉芯の更新期間を判断すること
ができる。尚使用されるトレーサとしては、定常操業で
は溶銑・溶滓中にほとんど含まれてこないものが好まし
く、上記Ｚｒ等の様な金属の他、ＴｉＯ_２等の無機化合
物、或はコークスの組織とは違った組成を有する石油コ
ークスや無煙炭等の炭素物質等を例示することができ
る。

次に石油コークス（Ｐｃ）をトレーサとして用い、これ
を異なった濃度（ａ_１，ａ_２，…ａ₁₅）で含有させた検
出用コークスを別々に準備し、休風１５日より毎日検出
用コークスを高炉軸心部に装入し、休風時に炉芯部コー
クスを採取して炉芯内における検出用コークスの濃度分
布を検出した。その結果は第１０図に炉芯の模式図とし
て示した通りであり、図例では羽口部高さに存在する検
出用コークスの濃度はａ_６の部分が最も多いことから更
新期間は１０日であると判断することができる。この様
な構成によっても炉芯コークス層の更新期間を判断する
ことができる。

これらの方法によって炉芯コークス層の更新期間を判断
し、この判断に基づいて、コークスの装入領域を決定す
ることができ、このことによって炉芯の充填状態をコー
クスの装入領域によって制御できる。具体的には更新期
間が短かければ装入領域を小さく、他方更新期間が長け
れば装入領域を大きくすればよい。尚厳密に言えば、コ
ークスが炉頂軸心部に装入されてから炉芯頂部に達する
までの期間は炉芯の更新期間には含まれず、又羽口から
下方の部分の更新をも含めて更新期間とする必要がある
が、装入時点から羽口までの時間に設定しても結果的に
は支障なく操業できる。

前記説明においては、軸心装入コークスとして良質コー
クスを装入すると述べてきたが、このことはその周辺に
装入されるコークスは汎用されている通常コークスで良
いことを意味する。そこで良質コークスと通常コークス
を区分して装入する方法について、２つの例（第１１
図、第１２図）を挙げて説明する。

まず第１１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ュート２を配設
しておき、通常コークスＣ_Ａを装入するに先立って炉頂
軸心部に適量の良質コークスＣ_Ｂを装入し［第１１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１１図(B) ］。後で装入された通常コ
ークスＣ_Ａは良質コークスＣ_Ｂで堰とめられる為軸心部
に入り込むことができず、したがっ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１２図
(A),(B) はベルレス式高炉の場合で、旋回式分配シュー
ト３が備えられている。まず分配シュート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１２図(A) ］、次いで分配シュート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１２図(B) ］。

ところでこれまでの説明では、炉芯コークス層Ｃｏの１
００％を良質の軸心装入コークスで更新する、という想
定の下で前述の第１１図(B) や第１２図(B) に示す如
く、各コークス層の全てにおいて炉軸心部に軸心装入コ
ークスを入れるという操業形態を仮定して軸心装入コー
クスの装入領域を定めた。しかし実際には炉芯コークス
層Ｃｏのすべてが通気性・通液性の向上に適した良質コ
ークスで更新されなければならない訳ではなく、炉芯コ
ークス層Ｃｏの常時一定量以上の良質コークスで占めら
れる様にコントロールしてやれば、炉芯コークス層Ｃｏ
の通気性および通液性は十分良好に保たれるものと考え
られる。そこでこの様な観点に立って更に実験を重ねた
結果、炉芯コークス層Ｃｏ中に占める良質コークスの賦
存量がおよそ０．２重量％を超える様に軸心装入コーク
ス量を調整してやれば、本発明の目的にかなう通気・通
液性の炉芯コークス層Ｃｏを得ることができ、かかる良
質コークス賦存量を確保するためには、前記設定半径
（ｒ_ｔ）内に、通気・通液性の向上に適したものとして
装入される良質コークスが装入される全コークス量の
０．２重量％以上を占める様に、良質コークスの軸心装
入量を調節すればよいことが分かった。

従って第１１図、第１２図に示した様に、コークス装入
の１チャージ（１チャージとは第１２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チャージ
の中から選ばれる任意チャージにおいて良質コークスＣ
_Ｂの軸心装入を行なったり、あるいは１チャージ内のコ
ークス装入を複数バッチに分けて２〜数バッチの中から
選ばれる任意バッ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。

この様な方法を採用しながら、第６図や第８図で説明し
た様な軸心装入コークスの設定半径（ｒ_ｔ）内での装入
領域が適正に調整されれば、炉軸心部を適量の良質コー
クスが降下し、これらが炉芯コークス層Ｃｏの更新に利
用されて炉芯コークスＣｏを通気・通液性の優れたもの
とすることができる。

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
の装入に当たっ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った。またこの
寸法であれば、通常コークスであっても炉芯においては
良質コークスとして作用することも分かったので以下説
明する。

第１３図(A),(B) は第１１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ュート４を設けてい
る。コークス層Ｃはベルからの一斉（若しくは数バッチ
分割）投入によって形成されている。そしてその上へ鉱
石層Ｏを形成するに当たっては、鉱石Ｏを装入するに先
立ってまず炉頂軸心部へシュート４から所定量のコーク
スＣを装入し［第１３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１３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が相互に重なり合っ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。

ところで高炉内においては、羽口から吹込まれる熱風と
コークスの反応により生成する還元性のＣＯ含有ガスが
鉄鉱石に触れながら上昇するが、その過程において鉄鉱
石の還元反応が以下の如く進行し、 Ｆｅ_２Ｏ_３＋ＣＯ→２ＦｅＯ＋ＣＯ_２ ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ_２ 生成したＣＯ_２はコークス層Ｃを通過する過程で下記反
応式によって還元され、再び還元性のＣＯ含有ガスが形
成されて上層側の鉄鉱石の還元反応に利用される。

ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯ 従って各コークス層Ｃ内のコークス粒子は、その直下の
鉱石層Ｏを通過する過程で生成したＣＯ_２との反応によ
り表面から徐々にやせ細って細粒化していくことになる
（ソリューションロス反応）。ところが上記第１３図
(A),(B) に示した様な方法で軸心部を実質的にコークス
Ｃのみからなるものとしておけば、該軸心部を上昇する
ガスは鉱石と接触することがなく従って酸化されること
もないので、還元性ＣＯガスのままの状態で上昇する。
その結果軸心部のコークスＣが［ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯ］
のソリューションロス反応を受けて細粒化する様な恐れ
はなくなり、通常コークスであっても粗粒状態を保った
まま炉芯コークス層Ｃｏを更新していくこととなり、前
記と同様に通気性および通液性の優れた炉芯コークス層
が維持されることになる。

この方法（以下鉱石層改造方法ということがある）は炉
軸心降下時におけるコークス粒の微細化を抑制すること
によって炉芯コークス層Ｃｏの性状を改善するものであ
り、前に述べたコークス層改造方法に比べると、良質コ
ークスを使わなくとも目的を達成し得るという点で経済
的な方法と言うことができる。もっとも鉱石層改造方法
を実施する場合でも、炉頂軸心部から鉱石層内に軸心装
入されるコークスの一部もしくは全部に良質コークスを
使用すれば、堆積圧力による降下時の細粒化も防止さ
れ、炉芯コークス層の通気・通液性の低下を一層確実に
防止することができるので好ましい。尚、鉱石層改造方
法を実施する場合においてもコークス層改造方法と同じ
様に全チャージ、全バッチにおいてコークス軸心装入を
行なう必要はなく、数チャージ毎、数バッチ毎に所望の
頻度で軸心装入を行なえば良い。またコークス層改造方
法を鉱石層改造方法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。

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
体還元在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。

また前記第１１〜１３図の装入例では軸心装入するもの
を除き、通常の装入原料はすべて炉頂壁側からの周辺装
入方式とし、装入原料の流動によって炉軸心方向へ充填
する方法を採用しているので、各装入物の堆積状態はＶ
字形を呈している。しかしながら炉頂装入時の堆積形状
は勿論Ｖ字形に限られる訳ではなく、たとえば分配シュ
ートを利用して原料の装入位置を軸心部から炉壁方向へ
徐々にずらしながら旋回装入する方法を採用し、装入原
料の堆積状態を略水平にすることも可能である。

次に実炉を使用した操業実験結果を示す。

マーカーを含有させたトレーサーコークスを約２か月間
に亘って炉頂軸心部へ装入し、羽口先コークスをサンプ
リングすることによってトレーサーコークスがどの様な
割合で炉芯コークスの更新に寄与していくかを調べた。
尚炉頂軸心部へのトレーサーコークスの装入量は段階的
に増加し、炉芯コークスの全量更新期間を考慮してサン
プリングの２週間前から１５０Kg／チャージ一定とし、
トレーサーコークスの炉頂軸心部における堆積範囲（ｒ
_ｔ／Ｒ_ｔ）は約0.06とした。トレーサーコークスの軸心
装入はベルからの通常コークス装入後（鉱石装入前）に
行ない、トレーサーコークス１５０Kg／チャージ装入時
の炉頂軸心部におけるトレーサーコークス濃度は１８％
とした。

第１４図は上記の実験により得た結果を示すものであ
り、炉芯コークス層内におけるトレーサーコークスの濃
度分布を示している。この結果からも明らかである様
に、トレーサーコークスの炉頂軸心部への装入量が極く
わずかであるため、トレーサーコークス濃度が１８％を
示す領域は非常に小さいが、濃度分布の形状は第６図に
示した実験結果と酷似しており、炉頂軸心部への装入コ
ークスによって炉芯コークスの性状をコントロールし得
ることが確かめられる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、既述の方法によっ
て特定領域又は量を決定してこの領域内に或は所定量の
固体還元剤を装入することによって、炉芯固体還元剤層
の充填状態を適正に制御することができる。

【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断面模式図、第２
図は安定した操業状況を示す要部断面模式図、第３図は
不安定な操業状況を示す要部断面模式図、第４、５図は
出銑時における溶銑の流れを示す説明図、第６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
７、８図は模擬実験結果を示すグラフ、第９図は溶銑中
のＺｒ濃度の経時変化を示すグラフ、第１０図は炉芯コ
ークスＣｏを模式的に示した図、第１１〜１３図は本発
明で採用される原料装入法を示す断面説明図、第１４図
は実際の高炉を用いた実験結果を示すグラフである。 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：レースウェイ Ｃｏ：炉芯コークス（固体還元剤） Ｆ：溶銑、Ｅ：出湯口 Ｃｔ：トレーサーコークス １：ベル ２，４：原料装入シュート ３：分配シュート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高炉頂部から固体還元剤および鉱石を交互
   に装入し、固体還元剤層および鉱石層を積層していく高
   炉操業方法であって、高炉操業の進行について更新され
   ていく炉芯固体還元剤層の充填状態を、高炉軸心部に装
   入される固体還元剤の装入領域又は量によって制御する
   に当たり、 前記軸心装入用固体還元剤中にトレーサを含有させて高
   炉内に装入し、該装入の時を出発点とし、出銑・滓中に
   定常運転時より多く検出される様になった前記トレーサ
   が再び定常運転レベルに戻った時を終点として出発点か
   ら終点までの時間長さから炉芯固体還元剤の更新期間を
   判断し、この判断に基づいて固体還元剤の装入領域を決
   定することを特徴とする高炉操業における炉芯固体還元
   剤層の制御方法。
2. 【請求項２】高炉頂部から固体還元剤および鉱石を交互
   に装入し、固体還元剤層および鉱石層を積層していくに
   高炉操業方法であって、高炉操業の進行につれて更新さ
   れていく炉芯固体還元剤層の充填状態を、高炉軸心部に
   装入される固体還元剤の装入領域又は量によって制御す
   るに当たり、 異なった濃度のトレーサを含有する検出用固体還元剤を
   別々に準備しておき、休風タイミングを見計って数日前
   から、前記トレーサ濃度の違う検出用固体還元剤を順次
   高炉内軸心部へ装入し、休風時に炉芯における固体還元
   剤をサンプリングして該炉芯内における検出用固体還元
   剤の濃度分布を検出し、当該濃度分布から炉芯固体還元
   剤の更新期間を判断し、この判断に基づいて固体還元剤
   の装入領域又は量を決定することを特徴とする高炉操業
   における炉芯固体還元剤層の制御方法。