JPH0826368B2 - 炉芯固体還元剤層の充填状態偏位推定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高炉炉芯固体還元剤層の充填状態を固体還
元剤の軸心装入によって制御するに当たり、炉芯固体還
元剤層の充填状態に偏りがある場合に、この偏りを推定
する方法に関するものであり、その結果を利用すれば炉
芯固体還元剤層の充填状態制御を始めとする種々の高炉
操業条件制御を高精度に行なうことが可能となる。尚固
体還元剤としてはコークスの他、木炭や塊状炭等の各種
炭素質材料が例示されるが、本明細書では固体還元剤と
してもっとも代表的なコークスを取りあげて説明を進め
る。

［従来の技術］ 第２図は高炉炉内状況を示す断面説明図で、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
つつ塊状帯Ｋを徐々に降下し、羽口Ｂから吹込まれる熱
風とコークスＣとの反応によって生成する還元性ガス
（CO）の作用で還元され、軟化融着帯SMを形成した後、
溶滴は炉芯コークス層Ａの隙間を通りぬけて炉底部に溶
銑Ｆとして貯留する。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。

この様な高炉操業を安定にしかも効率よく進めるに
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。即ち第３図及び第４図は炉内レースウェイ
Ｌ近傍の炉内ガスの流れを示す要部断面図であり、第４
図に示す様に炉芯コークス層Ａの充填状態（通気性）が
悪化した場合、羽口Ｂから吹込まれる熱風は炉芯側へ進
入し難くなり炉壁側へ流れて周辺流を形成する。そして
ガスの周辺流化によって吹き抜けや付着物の生成が起こ
り、また融着帯形状がＷ字形となり高炉操業が不安定と
なる。これに対し第３図に示す様に炉芯コークス層Ａの
通気性が良好な場合は、熱風は炉芯コークス層Ａの中心
部まで侵入し易くなりガス流は中心流を形成して軟化融
着帯形状も逆Ｖ字形となる。この結果高炉操業状態は安
定化する。

一方高炉解体調査の結果から炉底耐火物損傷の最大の
問題は炉底と炉芯部側壁の接続部（コーナー部）におけ
る異常侵食であることが指摘されているが、この点に関
し特に本発明者が確認した新しい事実は、炉芯コークス
層Ａの充填状態がコーナー部異常侵食に深い関係がある
という事実である。即ち第５図及び第６図は炉床の溶銑
流れを示す水平断面説明図であり、第６図に示す様に炉
芯コークス層Ａの充填状態（通液性）が悪い場合は、溶
銑及び溶滓は炉芯コークス層を迂回して炉芯側壁側を流
れ周辺流を形成し、この周辺流が前記コーナー部の異常
侵食を促進する。これに対し第５図に示す様に炉芯コー
クス層Ａの充填状態が良好である場合は、溶銑及び溶滓
は炉芯コークス層Ａの隙間を通って炉体全体にまんべん
なく流れた後中心流を形成する。上記の様に炉芯コーク
ス層の充填状態（通気性，通液性）は、高炉操業状態や
炉底耐火物の寿命に重大な影響を与える因子であり、高
炉操業上重要な監視項目の一つであるが、現在のところ
これを制御する有効な手段は見出されていない。尚中心
ガス流の制御手段を開示するものとして実公昭61-4289
6,装入物分布均等化方法を開示するものとして特開昭61
-227109等が夫々出願されているが、これらはいずれも
炉芯コークス層の充填状態を制御しようとするものでは
なく、また炉芯コークス層の高炉操業に与える影響を述
べたものでもない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者等はこうした事情に着目し、高炉操業の安定
化や炉底耐火物の損耗に大きな影響を及ぼす炉芯コーク
ス層充填状態の制御方法について検討を重ねた結果、高
炉頂部からコークスおよび鉱石を装入するに当たり鉱石
層の炉軸心部領域にコークスを適宜装入するか又はコー
クス層の炉軸心部領域に通気性および通液性の向上に適
したコークスを適宜装入することによって炉芯コークス
層の充填状態を適正に制御する方法を完成し、別途特許
出願［昭和62年９月３日提出の特許出願（１）］した。

実用高炉においても上記出願方法は優れた効果を発揮
したが、操業状態が円周方向に見て偏った場合には、円
周方向のばらつきがないことを前提にした前記出願
（１）の制御方法に何らかの修飾を施す必要があること
が分かった。

即ち本発明は、実操業上問題となる操業状態の円周方
向偏りを適確に把握し、さらに該偏りに対処し得る方法
を提供しようとするものであり、これにより前記出願
（１）に係る炉芯コークス層の充填状態制御方法の実効
を十分にあげようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ しかして本発明方法は、休風時に高炉円周方向複数点
より炉芯部の固体還元剤を採取し、高炉軸心部に装入さ
れたトレーサー固体還元剤の分布を夫々調べることによ
ってその賦存量を検知し、標準賦存量と対比することに
より炉芯装入固体還元剤層の充填状態偏位を推定する点
に要旨を有するものである。

［作用］ 本発明方法を理解する上で重要な位置を占める前記出
願（１）の方法についてその完成に至る経緯並びに概要
を説明する。

本発明者等は、まず始めに高炉の1/37縮少全周模型を
用いて高炉内の装入物降下時の装入物の流線を調査し
た。第７図は模型実験から得られた高炉内装入物の流線
を模式的に示す断面説明図であり、この図から炉芯部Ａ
へ供給されるコークスは炉頂軸心部に装入したコークス
によって占められることを見出した。尚実験において
は、高炉模型の羽口部に相当する位置に抜出し口Exを設
けて所定速度でコークスを抜出すと共に、炉底部を昇降
可能な円形テーブルで形成して、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の消費
（燃焼および溶銑への侵炭・溶解）を再現した。即ち炉
頂軸心部に堆積したコークスは炉芯コークス層頂部まで
降下した後、炉芯コークスの降下速度が遅い為に（炉芯
コークスが入れ替わるには１〜２週間を要するとされて
いる）、炉芯コークス層の斜面に沿って周辺部へ流れて
いくが、その過程で軸心部堆積コークスの一部が炉芯部
へとり込まれ炉芯コークス層を形成する。そこで炉頂軸
心部に堆積させた軸心装入コークスがどのようにして炉
芯コークスの形成に影響を与えるかについてさらに検討
を重ねた結果、rt/Rt（rt:炉頂部における軸中心装入コ
ークスの堆積半径、Rt:炉頂部半径）が0.03以上の炉頂
軸心部領域において当該領域のコークス層形成域に通気
性及び通液性の向上に適したコークスを装入するか、あ
るいは鉱石層の形成に際して当該領域にコークスを別装
入すれば、炉芯コークス層は当該コークスで占められる
ことになり、第2,3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字形を安定に保
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５図で説明した如く炉床部を万遍なく出湯口方
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。尚上記rt/Rt≧0.03という限界値は高炉の通
常の炉芯コークス更新時間が７〜14日であることから最
も長い14日を若干上回る時間を基にして規定したもので
あり、更新時間が短くなるとrt/Rtの許容下限値は0.03
より大きくなる。ちなみに第８図は炉芯コークスの全量
更新期間が７日,10日及び14日である場合のrt/Rtとrh/R
h（rh:炉床位置における軸心装入コークスによって更新
される炉芯コークス層Ａの半径、Rh:炉床半経を示す）
の関係を示したグラフであり、（ａ），（ｂ），（ｃ）
は夫々更新時間が夫々10日,7日,14日の場合の結果を示
している。そして（ａ），（ｂ），（ｃ）は夫々次式で
表わすことができる。

（ａ）…（rt/Rt）＝0.164（rh/Rh）＋0.052 （ｂ）…（rt/Rt）＝0.227（rh/Rh）＋0.073 （Ｃ）…（rt/Rt）＝0.114（rh/Rh）＋0.036 前記出願（１）の方法の構成並びに作用効果は概略以
上の通りであるが、この方法は高炉操業状態に円周方向
のばらつきがないことを前提にして構成されており、炉
頂軸心へ装入されたコークスがそのままほぼ真下方向へ
降下し炉芯コークス層の頂点へ到達する装入物降下流線
を形成している場合には炉頂軸心装入コークスを炉芯部
へ効率良くしかも均一に堆積させることができる。しか
しながら高炉操業状態は必ずしも常に円周方向において
均等であるとは言えず、例えばなんらかの理由によって
鉱石層とコークス層の荷下がりに不均等が発生した場合
にはそれらの影響を受けて炉芯固体還元剤の充填状態が
円周方向においてバランスを欠くことがあり、通気性等
にも偏りを生じ周辺流が形成されて炉内装入物の消耗ア
ンバランスをまねき、装入物降下流の流れを更に不均等
なものにするという因果関係の繰返しを招く。その結果
軸芯コークスの流線中心が炉芯コークスの中点と一致し
なくなると、軸芯装入コークスが流れのスムーズな方向
に流されてしない、炉芯部へ効率良く均等に堆積させる
ことが困難となる。その結果軸芯コークス層の通気性や
通液性がさらに悪くなって操業状態の悪化や炉底耐火物
の損耗を招く。

こうした事態を回避する為に、本発明においてはトレ
ーサーコークスを使用して炉頂中心にコークスの装入を
行ない、休風時に、高炉円周方向の複数点例えば羽口か
ら炉芯部コークスを採取してトレーサーコークスの賦存
量を調査する。そして軸芯装入コークスの流線が円周方
向にバランス良く分布しているときのトレーサーコーク
ス賦存量（これを標準賦存量という）と対比することに
より、流線の偏りを知り、これによって炉芯固体還元剤
の充填状態偏位を推定することができる。

第１図は、炉頂軸心に装入されたコークスの装入範囲
（rti/Rt）と炉芯部表層部における軸芯装入コークスの
分布範囲の関係を、本発明方法に従ってトレーサーコー
クスを用いて調べた結果を示す高炉内コークス推定流線
図であり、軸心装入コークスの装入範囲（rti/Rt）によ
って炉芯部における軸心装入コークスの供給位置を調整
し得ることが理解される。即ち高炉円周方向の複数点よ
り炉芯コークスを採取して得た炉芯部トレーサーコーク
スの賦存量と標準賦存量を対比することによって軸心装
入コークスの炉芯部供給位置のずれを知り、これを基に
そのときの流線を推定して軸芯コークス層の充填状態の
偏りを推定しさらには該推定結果を基にして炉芯コーク
ス層の偏りを修正する為に必要な炉芯部位置へ適確に軸
心装入コークスを到達させる為の軸心装入コークス装入
範囲（rti/Rt）を推定することができる。こうしたトレ
ーサーコークスの採取による分布調査は高炉円周方向の
少なくとも２箇所において実施する必要があり、調査箇
所が多いほど分布調査は正確となり、炉芯コークス層の
充填状態のの推定をより確実なものとすることができ
る。

推定結果を基にして軸心装入コークスの装入位置を調
整することにより通気性及び通液性の良いコークスを炉
芯部へ正しく供給することができ、炉芯部の充填状態を
良好な状態に維持することができるので、安定した高炉
操業並びに炉底耐火物の寿命の延長等に寄与することが
できる。

尚本発明方法による推定結果を基にして、それを修正
する目的で軸心装入コークス装入位置を積極的に偏位さ
せて推定した後、コークスを装入するに当たっては、軸
心装入コークスの粒度分布，冷間強度，熱間強度等を調
節することにより炉芯コークス層の通気性，通液性を任
意に制御することができる。又軸心部へコークスを装入
する方法としては、種々考えられるが、例えば第9,10図
に示す様にベル式あるいはベルレス式の装入装置におい
て高炉中心部に到達する装入シュートを高炉上部側方か
ら炉軸心まで傾斜状に設け、且つ該装入シュートを前後
左右に摺動可能に形成することにより本発明による推定
に基づいた軸心装入コークスの装入位置の調整を実施す
ることができる。またベルレス式装入装置においては、
分配シュートを炉口軸心位置近傍の上記推定位置に指向
させることにより適確な軸心装入を実施することができ
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
スの流線の偏りを通じて炉芯コークス層の充填状態の偏
りを推定することができこの推定結果を基に偏りを修正
することができる。例えば推定結果を基に、このような
偏りを生じさせる炉況下において軸心装入コークスを炉
芯コークス層へ適確に到達させる上で適正な装入位置を
決定し炉芯コークス層充填状態の修正が可能となる。

かくして炉芯コークス層充填状態に偏りがある場合で
も前記出願（１）に係るコークス軸心装入による炉芯コ
ークス層の充填状態制御方法を確実に実施することがで
き、高炉操業状態を安定化させ、且つ炉底耐火物の損耗
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトレーサーコークス賦存量の検出
・対比法により推定した高炉内装入物流線の偏り状況を
示す模式図、第２図は高炉操業時の内部状況を示す断面
模式図、第３図は中心ガス流下の操業状況を示す要部断
面模式図、第４図は周辺ガス流下の操業状況を示す要部
断面模式図、第5,6図は出銑時の溶銑の流れを示す水平
断面説明図、第７図は軸心装入コークスの降下状況を示
す模式図、第８図は炉芯コークスの更新時間が７日,10
日,14日の場合の（rt/Rt）と（rh/Rh）の関係を示すグ
ラフ、第９〜11図はコークス軸心装入方法の実施態様を
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……レースウェイ Ａ……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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】休風時に高炉円周方向複数点より炉芯部の
   固体還元剤を採取し、高炉軸心部に装入されたトレーサ
   ー固体還元剤の分布を夫々調べることによってその賦存
   量を検知し、標準賦存量と対比することにより炉芯固体
   還元剤層の充填状態偏位を推定することを特徴とする炉
   芯固体還元剤層の充填状態偏位推定方法。