JPH0681014A - 高炉への成型コークス装入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 成型コークスを用いて中心ガス流を確保する
と同時に室炉コークスの炉壁近傍での粉化を抑制して高
炉の安定操業を達成する方法を提供する。 【構成】 通常操業時あるいは微粉炭多量吹込み操業に
おいて、コークスを還元材として高炉に装入する場合
に、高炉の半径方向で炉中心〜半径の４／５の範囲内に
室炉コークスを装入して、高炉の半径方向で炉壁〜半径
の４／５の範囲にテラスまたは堰を形成してテラス上ま
たは堰と炉壁の間に成型コークスあるいは平均粒径３５
ｍｍ以下の成型コークスを装入し、さらに高炉の半径方
向で炉中心〜半径の１／５の範囲に平均粒径７５ｍｍ以
上の成型コークスを装入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は成型コークスの高炉への
装入方法に関し、高炉中心ガス流を確保すると同時に室
炉コークスの高炉炉壁近傍での粉化を抑制して高炉の安
定操業をはかるものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉においては鉄原料とコークスとを交
互に炉頂部より装入し、羽口より高炉に空気を吹き込ん
でコークスを燃焼させる。コークスの燃焼によって発生
する還元ガス、さらには空気とともに羽口より吹き込ん
だ微粉炭等の燃焼による還元ガスは鉄原料を昇温・還元
し溶融滴下させる。したがって、鉄原料の還元・溶融の
点からは、還元ガスの半径方向分布を適正に制御するこ
とが重要となる。一般に還元材として使用される室炉コ
ークスは広い粒度分布を持つため、炉頂部より装入した
際に粗粒ほど高炉中心部ヘ流れ込み、細粒は高炉周辺部
ヘ堆積する傾向を持つ。

【０００３】中心部に装入された粗粒コークスは通気抵
抗を低下させる働きがあり、中心部の還元ガス流量を確
保する上で重要である。しかしながら室炉コークスの粒
度構成は常に変化しており、中心部へ装入される粗粒コ
ークスも変動することになる。このため中心部の還元ガ
ス流量が不安定となり、高炉炉芯部の温度が低下して炉
芯が肥大し、装入物降下領域の縮小による炉況不調が発
生する問題があった。さらに、今後の微粉炭多量吹込み
操業に伴う高Ｏ／Ｃ（高炉へ装入する１チャージあたり
の鉱石とコークスの重量比）化により、炉内の通気抵抗
は増加すると同時に、コークスより傾斜角の小さい鉱石
がより多く中心部へ流れこむために中心流の確保が困難
になることが予想されている。とくに微粉炭比（ＰＣ
Ｒ）１５０〜２００ｋｇ／ｔに対応するＯ／Ｃのレベル
（Ｏ／Ｃ＝５〜６）では通気抵抗の増大の問題と不十分
な中心流が顕在化して操業を不安定にすることが懸念さ
れている。この微粉炭多量吹込み時の中心流の確保が、
微粉炭多量吹込み操業の成否の鍵を握っていると考えら
れる。

【０００４】上記の中心流確保の対策として実際操業で
は中心部のコークス層厚をできるだけ厚くして中心部の
通気抵抗を小さくする対策が実施されている。炉内側に
室炉コークスを装入する方法は中心流を確保するために
従来から実施されている技術である。炉壁側に成型コー
クスを装入する技術は国家主導の共同研究の中で新日本
製鐵（株）の戸畑４高炉ではじめて実機適用されている
（製銑第５４委員会本委員会提出資料「戸畑第４高炉に
おける成型コークスの高炉使用試験結果」昭和６２年７
月１３日、日本学術振興会）。中心部に粗粒の成型コー
クスを装入する技術はないが、特開平ｌ−６５２０９号
では高炉の炉中心部に粒度の異なる２種類の良質のコー
クスを装入することにより、炉芯コークス層の通気性・
通液性を向上させる技術が開示されている。

【０００５】また、装入されたコークスは炉下部の直接
還元帯においてＣＯガスとのソリューションロス反応を
起こし、組織が脆弱化して機械的強度が低下する。この
ため、多量のコークス粉が発生して高炉内の通気抵抗値
が上昇したり、あるいは、コークス粉が高炉炉芯部に堆
積して炉芯温度が低下し、高炉操業が不安定になる問題
があった。コークス粒径が小さいほど反応劣化による粉
化が激しいため、高炉の安定操業にとっては周辺部に装
入される小塊コークスの反応劣化が特に問題であり、今
後の微粉炭多量吹込み操業に伴う高Ｏ／Ｃ（高炉へ装入
する１チャージあたりの鉱石とコークスの重量比）操業
下では特にこの問題が顕在化する可能性がある。

【０００６】徒来、炉芯部に堆積したコークス粉を除去
して炉芯温度を確保する手段として、高炉燃料比を一時
的に上昇する方法がとられていた。この方法はクリーニ
ング操業と呼ばれるが、増加した燃料比のなかで炉芯温
度上昇に寄与する割合はわずかであり、エネルギー効率
が悪く、また、コークス粉の発生を防止するような根本
的な解決策ではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】微粉炭比（ＰＣＲ）１
５０〜２００ｋｇ／ｔの微粉炭多量吹込み時の高Ｏ／Ｃ
のレベル（Ｏ／Ｃ＝５〜６）の操業で、傾斜角が室炉コ
ークスより小さく中心部ヘ流れ込みやすい成型コークス
を使用することは十分な中心流を確保するという意味で
はきわめて難しく、中心流を確保する別の対策が必要と
なってくる。

【０００８】炉内側に室炉コークスを装入する方法は中
心流を確保する方法として有効であるが、微粉炭多量吹
込み時のＯ／Ｃ＝５〜６の高Ｏ／Ｃのレベルでは炉内側
ヘの室炉コークスの装入により半径方向全体のＯ／Ｃを
変化させるためガス流の変化幅が大きく、高炉操業を不
安定にする可能性が大きい。前記製銑第５４委員会本委
員会提出資料に記載された炉壁側に成型コークスを装入
する技術は炉壁側のテラスまたは堰の面積に限界があ
り、中心への流れ込みがなく周辺に装入できる成型コー
クスの比率は全装入コークス量のたかだか３０％であ
り、３０％超では成型コークスの中心部への流れ込みに
より中心流の確保が困難になる。特開平１−６５２０９
に記載された炉中心部に粒度の異なる２種類の良質のコ
ークスを装入する技術は炉芯の通気性・通液性を向上さ
せるが、本技術のように粒度の異なる２種類のコークス
を準備することは、製造上およびコスト上の問題があ
る。

【０００９】本発明は、高炉中心部の粗粒コークス割合
を一定にすることを可能とし、同時に周辺部の細粒コー
クスの粉化も抑制して、炉芯部の温度低下を未然に防ぐ
高炉操業法を提供することを目的とし、さらに微粉炭多
量吹込み時のＯ／Ｃ＝５〜６の高Ｏ／Ｃのレベルでは十
分な中心流を確保するために実施する個々の方法が不十
分なため、炉芯部の温度低下による炉況不調になりやす
いという問題点を解消した高炉操業法を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するものであって、室炉コークスを炉内側に装入して炉
壁側にテラスまたは堰を形成させ、テラス上または堰と
炉壁の間に成型コークスを装入することにより、粒度偏
析により中心部に装入される粗粒の室炉コークスより粒
径の小さい成型コークスが中心部へ流れ込むのを防止す
ると同時に、中心部に一定量の粗粒成型コークスを装入
し、安定した中心流を確保することを特徴とする。同時
に、高炉周辺部の細粒コークスの粉化を抑制し、炉芯部
の温度低下を防止することを特徴とする。

【００１１】すなわち、本発明の要旨とするところは、
（１）還元材として成型コークスを室炉コークスおよび
他の原料とともに高炉に装入する際に、成型コークスの
粒度を粗粒と細粒に区分して装入することを特徴とする
成型コークスの粒度別装入法、（２）粗粒を高炉の中心
部へ装入し、細粒を高炉の周辺部に装入することを特徴
とする前記（１）記載の成型コークスの粒度別装入法、
（３）微粉炭多量吹込み操業において、還元材として成
型コークスを室炉コークスおよび他の原料とともに高炉
に装入する際に、高炉の半径方向で炉中心〜半径の４／
５の範囲内に室炉コ一クスを装入して、高炉の半径方向
で炉壁〜半径の４／５の範囲にテラスまたは堰を形成し
てテラス上または堰と炉壁の間に成型コークスを装入
し、さらに高炉の半径方向で炉中心〜半径の１／５の範
囲に平均粒径が７５ｍｍ以上の成型コークスを装入する
ことを特徴とする高炉への成型コークス装入方法、
（４）炉壁側のテラスまたは堰の上に平均粒径３５ｍｍ
以下の成型コークスを装入することを特徴とする前記
（３）記載の高炉への成型コークス装入方法にある。

【００１２】ここで、室炉コークスとは石炭をとくに成
型しないで従来の室炉式コークス炉で製造されたコーク
スを意味し、成型コークスとは石炭を事前にある形状に
成型して向流移動層型の連続炉あるいは従来の室炉式コ
ークス炉で製造されたコークスを意味する。また、テラ
スとは図１の３に示すように炉壁近傍に形成された装入
物水平面と定義し、堰とは図１の４に示すように炉壁近
傍に形成された堰のような装入物面と定義する。

【００１３】

【作用】微粉の石炭を圧縮成型したのちに乾留して製造
される成型コークスは室炉コークスに比べて粒度がほぼ
均一で、ＣＯ₂ガスとの反応性が高い。さらに気孔率が
低いことから反応劣化挙動も室炉コークスとは異なる。
本発明は成型コークスのこのような特徴に着目したもの
である。

【００１４】成型コークスの第一の特徴は粒度が均一な
ことである。したがって、粗粒の成型コークスを製造し
て高炉へ装入することで、高炉中心部の粗粒コークスの
割合を一定に保つことができる。このため、高炉中心部
の通気抵抗は低下し中心部の還元ガス流量を安定的に確
保することができる。

【００１５】成型コークスの第２の特徴はＣＯ₂ガスと
の反応性が高いことであり、室炉コークスの場合よりも
約１００℃も低い９００℃程度から反応がはじまる。し
たがって、室炉コークスの炉壁近傍に成型コークスが存
在すれば、ＣＯ₂ガスは成型コークスと優先的に反応す
るため、室炉コークスは反応から保護されて強度劣化を
起こすことが少ない。さらに、通常の室炉コークスにお
いては気孔率が高いため反応がコークス内部でも進行し
て体積粉化を起こすのに対し、成型コークスは気孔率が
低いため反応がコークス表面でしか起こらない。したが
って、ＣＯ₂ガスとの反応によるコークス粉の発生量は
室炉コークスに比べて著しく少ない。高炉に装入される
コークスのうち最も粉化が問題となるのは高炉周辺部に
堆積する細粒コークスであるから、成型コークスを周辺
部に装入してＣＯ₂ガスと優先的に反応させることで細
粒室炉コークスの粉化を抑制し、高炉内でのコークス粉
発生量を著しく低減することができる。

【００１６】上述した成型コークスの粗粒および細粒は
それぞれ別々の成型機で製造してもよいし、一種類の成
型コークスを製造した後に分級して割れのない製品を粗
粒とし、割れて粒径が小さくなったものを細粒としても
よい。いずれかの方法で区分けした成型コークスの粗粒
を高炉中心部へ装入し、細粒を周辺部へ装入すること
で、中心ガス流量が確保されると同時にコークス粉の発
生量も低減される。

【００１７】図１はべルレス高炉で本発明法を実施した
場合の鉱石と室炉コークス・成型コークスの堆積状態の
例を示す図である。炉頂に巻き上げられた鉱石とコーク
スは旋回シュ一卜１を介して炉内に装入される。まず室
炉コークス２を高炉の半径方向で炉中心〜半径の４／５
の範囲内に装入して、高炉の半径方向で炉壁〜半径の４
／５の範囲にテラス３または堰４を形成させる。そのテ
ラス３上または堰４と炉壁５との間に成型コークス６を
装入して、高炉の半径方向で炉壁〜半径の４／５の範囲
に堆積させる。つぎに、高炉の半径方向で炉中心〜半径
のｌ／５の範囲に平均粒径７５ｍｍ以上の粗粒成型コー
クス７を装入し、中心部の通気抵抗の低下をはかる。平
均粒径が７５ｍｍ未満の粗粒成型コークスでは中心部の
通気抵抗が大幅に低下せず、十分な中心流を確保できな
い可能性が大きい。さらに、鉱石８を炉内に装入する
が、高炉の半径方向で炉中心〜半径の１／５の範囲に装
入した粗粒成型コークス７により、１６０ｋｇ／ｔのよ
うな微粉炭多量吹込み条件の場合でも、中心部のガス流
速は十分に確保される。

【００１８】ここで、室炉コークスを高炉の半径方向で
炉中心〜半径の４／５の範囲内に装入するが、この目的
は中心流を確保すると同時に高炉の半径方向で炉壁〜半
径の４／５の範囲にテラスまたは堰を形成させることで
あり、中心部へ流れ込ませないで平均粒径３５ｍｍ未満
の成型コークスを全装入コークス量の３０％以上炉壁部
に装入するためには炉壁〜半径の４／５の範囲のテラス
あるいは堰の形成が最低の条件である。

【００１９】高炉の半径方向で炉中心〜半径の１／５の
範囲に、大塊の成型コークスを装入するが、この範囲を
炉中心〜半径の１／５の範囲に限定したのは炉中心〜半
径の１／５の範囲に装入されたコークスの大部分が炉芯
コークスと入れ替わるためであり、炉中心〜半径のｌ／
５の範囲を広げても炉芯更新に使用されるコークスとは
ならず、かえって中心流が過大に発達しすぎて、高炉操
業が不安定になる可能性が大きい。

【００２０】炉壁〜半径の４／５の範囲のテラスあるい
は堰に装入する成型コークスの平均粒径を３５ｍｍ以下
としたのは炉壁近傍を流れるガス流を抑制するためであ
り、成型コークスの平均粒径を３５ｍｍ超にすると、周
辺流が発達しすぎて炉体熱負荷が上昇し、高炉操業が不
安定になる可能性が大きい。また、成型コークスの平均
粒径を３５ｍｍ以下にしてＣＯ₂ガスとの反応を促進す
ることで細粒の室炉コークスの粉化を抑制し、高炉内で
の粉コークス発生量を低減できる。

【００２１】

【実施例】

（実施例ｌ）本発明の成型コークスの装入方法を内容積
４０００立方メートルの高炉に適用し、従来操業と比較
した。従来操業期間では室炉コークスのみを使用した
が、その平均粒径は５０ｍｍであり、このうち７５ｍｍ
以上の粗粒の重量割合は２％〜５％、３０ｍｍ以下の細
粒の重量割合は５％〜１０％の範囲で変動していた。ま
た、細粒成型コークスを周辺部に装入した期間では室炉
コークスと粒径２５ｍｍの細粒成型コークスを使用して
おり、使用割合は室炉コークスが８５％、成型コークス
がｌ５％である。本法適用期間のコークス使用割合は７
５ｍｍの粗粒成型コークス量が５％、２５ｍｍの細粒成
型コークスが１５％、残りの８０％が室炉コークスであ
り、粗粒成型コークスを中心部へ、細粒成型コークスを
周辺部へ装入した。図２に、本技術適用前後の炉頂ゾン
デの中心温度、炉芯部粉率、炉芯温度、スリップ回数の
推移を示す。従来期間に比ベて、細粒成型コークスを周
辺部へ装入した期間ではコークス粉発生量が減少したた
め炉芯部粉率が低下した。本法適用期間ではさらに中心
温度が８００℃と高く変動も小さかった。この結果、炉
芯温度を高く維持できスリップ回数が減少して高炉の安
定操業が達成できた。 （実施例２）本発明の成型コークスの装入方法を内容積
４４００立方メートルの高炉に適用した。プロフィルメ
ーターの測定により、当初の目標どおり、全コークス中
の４０％の成型コークスを高炉の半径方向で炉壁〜半径
の４／５の範囲に形成させた堰またはテラスに堆積させ
ることができ、炉中心〜半径の１／５の範囲には平均粒
径が７５ｍｍ以上の大塊成型コークスを装入できたこと
を確認した。図３に、本技術適用前後の炉頂ゾンデの中
心温度、炉芯部粉率、炉芯温度、スリップ回数の推移を
示す。この中心部への大塊成型コークスの装入により、
微粉炭比ｌ６０ｋｇ／ｔ、Ｏ／Ｃ＝５の操業レベルにお
いても、十分な中心流を確保することができ、炉頂ゾン
デの中心温度が上昇し、１ケ月後には炉芯部粉率が低下
して炉芯温度が上昇し、スリップ温度が低下した。さら
に、還元効率（シャフト効率）が向上し、安定した操業
を維持することができた。

【００２２】

【実施例３】実施例２と同様な方法で、全コークス中の
４０％の平均粒径３５ｍｍ以下の小塊の成型コークスを
高炉の半径方向で炉壁〜半径の４／５の範囲に形成させ
た堰またはテラスに堆積させることができ、炉中心〜半
径の１／５の範囲には平均粒径が７５ｍｍ以上の大塊成
型コークスを装入できたことを確認した。図４に、本技
術適用前後の炉頂ゾンデの中心温度、炉芯部粉率、炉芯
温度、スリップ回数の推移を示す。その結果、微粉炭比
ｌ６０ｋｇ／ｔ、Ｏ／Ｃ＝５の操業レベルにおいても、
十分な中心流を確保することができ、炉頂ゾンデの中心
温度が上昇し、１ヶ月後には炉芯部粉率が低下して炉芯
温度が上昇し、スリップ温度が低下した。さらに、還元
効率（シャフト効率）が向上し、安定した操業を維持す
ることができた。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、粒度偏析により中心部に装入
される粗粒の室炉コークスより粒径の小さい成型コーク
スが中心部へ流れ込むのを防止すると同時に、中心部に
粗粒の成型コークスを装入することにより中心流を確保
してコークスの粉化を抑制することができる。この結
果、炉芯温度を高く維持できてスリップ回数も低下し、
さらに微粉炭多量吹込み操業においても、高炉の安定操
業を維持でき、還元効率も向上させることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ベルレス高炉で本発明法を実施した場合の鉱石
と室炉コークス・成型コークスの堆積状態を示す図。

【図２】本発明法を実施した前後の炉頂ゾンデの中心温
度、炉芯部粉率、炉芯温度、スリップ回数の推移を示す
図。

【図３】本発明法を実施した前後の炉頂ゾンデの中心温
度、炉芯部粉率、炉芯温度、スリップ回数、還元効率
（シャフト効率）の推移を示す図。

【図４】本発明法を実施した前後の炉頂ゾンデの中心温
度、炉芯部粉率、炉芯温度、スリップ回数、還元効率
（シャフト効率）の推移を示す図。

【符号の説明】

１…旋回シュート ２…室炉コ
ークス ３…テラス ４…堰 ５…炉壁 ６…成型コ
ークス ７…粗粒成型コークス ８…鉱石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永伸一 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内 (72)発明者 織田博史 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 還元材として成型コークスを室炉コーク
   スおよび他の原料とともに高炉に装入する際に、成型コ
   ークスの粒度を粗粒と細粒に区分して装入することを特
   徴とする成型コークスの粒度別装入法。
2. 【請求項２】 粗粒を高炉の中心部へ装入し、細粒を高
   炉の周辺部に装入することを特徴とする請求項１記載の
   成型コークスの粒度別装入法。
3. 【請求項３】 微粉炭多量吹込み操業において、還元材
   として成型コークスを室炉コークスおよび他の原料とと
   もに高炉に装入する際に、高炉の半径方向で炉中心〜半
   径の４／５の範囲内に室炉コークスを装入して、高炉の
   半径方向で炉壁〜半径の４／５の範囲にテラスまたは堰
   を形成してテラス上または堰と炉壁の間に成型コークス
   を装入し、さらに高炉の半径方向で炉中心〜半径のｌ／
   ５の範囲に平均粒径７５ｍｍ以上の成型コークスを装入
   することを特徴とする高炉への成型コークス装入方法。
4. 【請求項４】 炉壁側のテラスまたは堰の上に平均粒径
   ３５ｍｍ以下の成型コークスを装入することを特徴とす
   る請求項３記載の高炉への成型コークス装入方法。