JPH09194913A - 高炉の操業方法 - Google Patents

高炉の操業方法

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JPH09194913A JP773396A JP773396A JPH09194913A JP H09194913 A JPH09194913 A JP H09194913A JP 773396 A JP773396 A JP 773396A JP 773396 A JP773396 A JP 773396A JP H09194913 A JPH09194913 A JP H09194913A
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道貴 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 羽口から微粉炭および酸化鉄を吹き込む高炉
の操業において、羽口から吹き込む微粉炭と送風中酸素
との比率を上昇させた高炉操業技術。 【解決手段】 送風条件を調整し、レースウェイ深度D
と羽口口径Dj との比D/Dj の値を、7.7〜8.9
の範囲内に保持する。望ましくは、酸化鉄として篩下焼
結鉱を使用する。 【効果】 コークス使用量の低減、および、篩下焼結鉱
の有効利用による焼結鉱製造コストの低減、並びに、送
風中への高価な酸素の増富化の不要によるコストの低
減。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高炉の送風羽口
から微粉炭および粉状酸化鉄を多量に吹き込むことを可
能とする高炉の操業方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高炉による製銑工程におけるコスト低減
手段として、高価なコークスを安価な燃料で代替する方
法が行なわれ、古くは羽口から重油やタールを吹き込む
方法があり、昭和50年代前半に石油価格が高騰すると
石油に替わり微粉炭を吹き込む方法が多数の高炉で行わ
れるようになった。高炉への微粉炭の吹き込みについて
は、例えば、「材料とプロセス」Vol.8(199
5)第319頁に報告されているように、溶銑1ton
当たり200kgを超える量の微粉炭が吹き込まれる高
炉操業もみられるようになった。
【0003】一方、最近、高炉用鉄源としては、被還元
性および高温性状が良好であるとの理由で焼結鉱が多量
に使用され、全鉄鉱石中の70〜95wt.%程度が焼結鉱
として使用されている。焼結鉱は、焼成後、高炉原料と
して適するよう破砕され篩分けされ、所定の粒度範囲内
のものだけが高炉に装入される。そして、残部の篩下の
細粒焼結鉱(篩下焼結鉱)は返し鉱と呼ばれ、焼結原料
として焼結鉱製造工程に戻されて新原料と共に再焼成さ
れる。返し鉱は通常、焼結鉱配合原料の20wt.%程度を
占めており、焼成エネルギーの損失になり焼成コストの
上昇につながっている。
【0004】上記焼成コストの上昇を回避するために、
発生した篩下焼結鉱を返し鉱とせず、直接、高炉の羽口
から吹き込むことが有効である。例えば、特開昭64−
36713号公報は、高炉炉頂の装入条件として、シャ
フト部における鉄鉱石(以下、「鉱石」という)とコー
クスとの装入量比率を一定に保ちつつ、羽口より粉状鉱
石および微粉炭を吹き込む方法(以下、「先行技術1」
という)が開示されている。
【0005】また、特開平2−263907号公報は、
羽口先理論燃焼温度(以下、「羽口先温度」という)、
および、羽口より吹き込む微粉炭と酸素との量比率(以
下、「微粉炭/送風中酸素比率」という)の範囲を限定
することにより、粉状鉱石および微粉炭を多量に、且つ
安定して吹き込む方法(以下、「先行技術2」という)
を開示している。
【0006】ところで、羽口から高炉内に篩下焼結鉱の
如き酸化鉄を吹き込む場合、そのほぼ100wt.%が下記
(1)および(2)式: Fe2 3 +3C =2Fe+3CO−1050kcal/kg・Fe ----------(1) FeO+C =Fe+CO−680kcal/kg・Fe ----------(2) で表わされる直接還元反応により溶融還元されるものと
考えられる。しかしながら、これらの反応はいずれも吸
熱反応であるのでコークスが消費され、結果的に高炉の
燃料比を増大させることになる。従って、焼結返し鉱を
低減することにより高炉におけるコスト合理化を図るた
めには、従来よりも更に多量の微粉炭を吹き込む技術が
必要となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した先行技術1の
方法によれば、高炉シャフト部における鉱石とコークス
との層厚さ比率を一定に保つことにより、微粉炭および
粉状鉱石を同時に安定して吹込み、原料化することがで
きる。しかしながら、これらの吹込み量は出銑量に対し
て一義的に決められ、大量に使用することを意図してい
るものではないので、コスト合理化の面では十分とはい
えない。
【0008】一方、先行技術2の方法には、粉状鉱石
(篩下焼結鉱)および微粉炭を多量に、且つ安定して吹
き込むことが提案されてはいるが、この中では羽口先温
度および微粉炭/送風中酸素比率の範囲を限定すること
により、微粉炭の燃焼性を良好に維持することが提案さ
れている。そして、炉頂ガス中の煤濃度が上昇し始める
ときの微粉炭/送風中酸素比率を、微粉炭の高炉内消費
限界と定め、微粉炭/送風中酸素比率の上限として求め
ている。
【0009】ここで、微粉炭を多量に吹き込むために
は、微粉炭/送風中酸素比率をできるだけ大きくする必
要がある。しかしながら、上記(1)および(2)式に
よる微粉炭消費に関する研究が未だ十分になされていな
かったためであろうか、先行技術2に記載されている微
粉炭/送風中酸素比率の上限を、更に上げることができ
る可能性が残されている。
【0010】従って、この発明の目的は、上述した従来
技術の問題点を解決することにより、微粉炭と篩下焼結
鉱との両方を同時に多量に吹き込み、しかも安定して吹
き込み、製銑プロセスにおける焼結鉱歩留りの向上およ
びコスト合理化を図ることができる高炉の操業方法を提
供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
観点から、高炉羽口から吹き込む微粉炭/送風中酸素比
率の上限を更に上げることができる高炉の操業方法を開
発すべく鋭意研究を重ね、次のようにして上記課題を解
決した。
【0012】微粉炭の高炉内における消費は、酸素によ
る燃焼の他に、下記(3)式: CO2 + C= 2CO ----------(3) による所謂ソリューションロス反応、並びに、上述した
下記(1)および(2)式: Fe2 3 +3C =2Fe+3CO−1050kcal/kg・Fe ----------(1) FeO+C =Fe+CO−680kcal/kg・Fe ----------(2) による直接還元反応等により行なわれる。
【0013】ところで、微粉炭粒子は、コークスと比較
して粒径が小さく、比表面積が大きいので、同時に吹き
込まれた粉状鉄鉱石(従って、篩下焼結鉱)との反応性
が極めて強く、従って、(1)および(2)式で表わさ
れる直接還元反応による微粉炭の消費量を無視すること
ができない。即ち、この直接還元反応による微粉炭の消
費量を増加させれば、燃焼性は一定であっても微粉炭の
吹込み量を増大させ得ることが期待できる。
【0014】本発明者等は上記点に着眼し、微粉炭/送
風中酸素比率の上限を、従来技術における値よりも大き
くすることが可能であると考え試験を行なった。しかし
ながら、レースウェイ内での微粉炭滞留時間は極めて短
く、微粉炭と篩下焼結鉱との接触確率は小さく、篩下焼
結鉱は大部分が従来いわれているように、レースウェイ
端においてベッドコークスと溶融還元反応を起こすこと
がわかった。
【0015】しかし、本発明者等は更に試験を重ねた結
果、下記事項を見出した。即ち、レースウェイ深度を十
分深くし、羽口より吹き込まれた微粉炭と篩下焼結鉱と
の接触確率を上昇させると、微粉炭/送風中酸素比率の
上限値を更に上げることができることが明らかとなっ
た。
【0016】なお、羽口からの微粉炭および篩下焼結鉱
の吹き込みはいずれも、羽口先温度を低下させる。羽口
先温度は1800〜2600℃の間で操業することが望
ましいが、微粉炭および篩下焼結鉱の吹き込みによる羽
口先温度の低下分は、送風空気への酸素富化、または調
湿蒸気の低減により行なうことができる。但し、高炉プ
ロセスにおいて、熱風と共に純酸素を吹き込む操業、即
ち、酸素富化操業は、純酸素が余剰に存在する特別な場
合を除き純酸素製造プラント等の工程が増えることとな
り、コスト高となる。従って、高炉プロセスにおいては
できるだけ純酸素使用量は少ない方が望ましい。上記理
由により、この発明では、微粉炭吹き込みおよび篩下焼
結鉱の吹き込みによる羽口先温度低下に対する調節は、
調湿蒸気の低減により行なった。
【0017】この発明の高炉の操業方法は、上述した知
見に基づきなされたものであり、高炉の羽口から微粉炭
および酸化鉄を吹き込み、羽口先理論燃焼温度(羽口先
温度)を1800〜2600℃にする高炉の操業方法に
おいて、レースウェイ深度Dと羽口口径Dj との比D/
j の値を7.7〜8.9の範囲内に保持しつつ操業す
ることに特徴を有するものである。また、上記操業方法
において、酸化鉄として篩下焼結鉱を使用することに特
徴を有するものである。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、この発明を図面を参照しな
がら説明する。図1は、この発明の高炉操業方法を実施
するための装置の全体構成を説明する概念図である。製
鉄所の石炭20ヤードで発生した微粉炭を微粉炭粉砕ミ
ル19で所定の粒度に粉砕した後、微粉炭搬送ライン1
8により、微粉炭吹き込み装置7、6、5に装入され、
次いで、微粉炭は、微粉炭分配装置4を経て羽口2から
高炉1内へ吹き込まれる。
【0019】一方、焼結機17で焼成された焼結鉱は篩
16でふるい分けされ、所定粒度範囲の焼結鉱は、篩下
焼結鉱搬送ライン12により高炉1の炉頂へ搬送され
る。これに対して、篩下となった篩下焼結鉱は、篩下焼
結鉱搬送ライン13により篩下焼結鉱吹き込み装置1
1、10、9に装入され、次いで、篩下焼結鉱は、微粉
炭分配装置4を経て羽口2から高炉1内へ吹き込まれ
る。
【0020】微粉炭および酸化鉄としての篩下焼結鉱は
いずれも、高温の送風と共に高炉1の羽口2から吹き込
まれる。この場合、羽口2前理論燃焼温度が、通常の高
炉操業時の範囲内である1800〜2600℃の範囲と
なるように設定する。このようにして羽口2から吹き込
まれた微粉炭および篩下焼結鉱は、レースウェイ3内で
ある時間滞留する。この間に微粉炭は送風中酸素により
燃焼され、また、上記(1)、(2)および(3)式等
により微粉炭および篩下焼結鉱は反応して消費される。
その際、レースウェイ3の深度(D)と羽口2の口径
(Dj )との比D/Dj の値を、7.7〜8.9の範囲
内に保持しつつ操業する。
【0021】次に、レースウェイ深度を所定値に制御す
る方法、および、D/Dj の値を、7.7〜8.9の範
囲内に保持すべき理由を説明する。高炉のレースウェイ
深度Dと羽口径Dj との比D/Dj は、下記(4)式: D/Dj =1.3744×10-2RF+1.550 ----------(4) 但し、D :レースウェイ深度(m) Dj :羽口口径(m) RF:レースウェイファクター であり、レースウェイファクターRFは、下記(5)
式: RF=(γgog 2 t o )/(gS2 o Pdstγst)----(5) 但し、γgo:ガスの密度(kg/m3 ) Vg :ボッシュガス量(Nm3 /s) Tt :羽口先温度(K) Po :大気圧(kg/cm2 ) g :重力加速度(kg/sec2 ) S :羽口断面積(m2 ) To :大気温度(K) P :送風圧力(kg/cm2 ) dst:羽口前コークス粒径(m) γst:羽口前コークス密度(kg/m3 ) で表わされる。従って、レースウェイ深度を算出するこ
とができる。
【0022】一方、送風中酸素を低減していき、微粉炭
の燃焼性が悪化すると、未燃焼の微粉炭が煤として炉頂
ガス中に排出される。送風条件を変化させ、(4)式で
求められるD/Dj が、7.7以上になると、微粉炭/
送風中酸素比率を、従来認められていた微粉炭/送風中
酸素比率の上限値として、例えば、先行技術2に記載さ
れた値0.64よりも増加させても、炉頂ガス中に煤が
含まれないことを見出した。一方、D/Dj が、8.9
以上になると炉内でスリップが多発するようになり、炉
況が悪化した。
【0023】なお、ここで、微粉炭/送風中酸素比率に
おける微粉炭は、羽口から吹き込まれる1時間当たりの
微粉炭の重量(kg/hr)を意味し、送風中酸素は、
羽口から吹き込まれる1時間当たりの酸素の重量(kg
/hr)を意味するである(以下同じ)。
【0024】従って、上記理由により、D/Dj の値が
7.7〜8.9の範囲内となるように送風条件を調整す
べきである。図2は、送風条件を変化させることにより
得られた、炉頂ガス中に煤が含まれない上限の微粉炭/
送風中酸素比率(以下、「限界PC/O2 」という)
と、D/Dj の値との関係を示すグラフである。
【0025】従来の高炉操業条件の場合に(4)および
(5)式で算出されるD/Dj の値は、7.1以下であ
り、D/Dj の値が7.1のとき、微粉炭/送風中酸素
比率を0.64以上にすると、炉頂ガス中の煤濃度が急
激に上昇し、限界PC/O2であることが確認された。
これは、微粉炭の燃焼空間において酸素が不足したた
め、微粉炭の燃焼率が低下したことを示す。
【0026】ところが、送風条件を変更し、D/Dj
値を7.5を起点に増加させていくと、微粉炭/送風中
酸素比率を従来の限界PC/O2 である0.64より大
きくしても炉頂ガス中の煤濃度の急激な増加は認められ
ないことがわかった。そして、D/Dj の値が7.7超
えでは、限界PC/O2 がほぼ0.81の一定値に収束
した。従って、図2中において、限界PC/O2 =0.
81の内、Aで示した量は送風中酸素により燃焼して消
費される微粉炭に相当し、Bで示した量はレースウェイ
内で粉状酸化鉄と直接還元反応を起こして消費される微
粉炭に相当するものと考えられる。
【0027】このように、レースウェイの深度を増加さ
せることにより、限界PC/O2 を従来認められていた
値よりも増大させ得ること、即ち、微粉炭/送風中酸素
比率を従来よりも大きくとることができることがわかっ
た。
【0028】
【実施例】次に、この発明を実施例により更に詳細に説
明する。内容積4288m3 の高炉において、出銑量を
9700t/dおよび羽口からの返し鉱(篩下焼結鉱)
吹き込み量を80500kg/hrの一定値とし、送風
条件を選定することによりD/Dj の値を3水準:7.
1、7.5および7.7に調整し、更に、各D/Dj
水準において微粉炭/送風中酸素比率(PC/O 2 )を
0.58〜0.81の範囲内で種々の値に変化させた試
験操業を行なった。
【0029】表1、2および3に、D/Dj の値がそれ
ぞれ、7.1、7.5および7.7の場合の試験条件を
示す。表1および2に示した試験条件は、本発明の範囲
外のもの、そして、表3に示した試験条件は、本発明の
範囲内のものであり、すべての試験条件による高炉操業
において、炉頂ガス中の煤濃度を測定した。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】 表1に示したD/Dj =7.1の場合の試験は、基準と
なる操業例である。PC/O2 が0.64以下では、煤
濃度は許容される値であったが、PC/O2 が0.64
を超えると、煤濃度は急激に上昇し、限界PC/O2
オーバーした。
【0033】表2に示したD/Dj =7.5の試験は、
微粉炭と篩下焼結鉱との接触効果を高めるためにレース
ウェイ深度Dを大きくし、D/Dj の値を大きくした場
合の操業例である。PC/O2 が0.74以下では、煤
濃度は許容される値であったが、PC/O2 が0.74
を超えると、煤濃度は急激に上昇し、限界PC/O2
オーバーした。
【0034】表3に示したD/Dj =7.7の試験は、
微粉炭と篩下焼結鉱との接触効果を一層高めるためにレ
ースウェイ深度Dを更に大きくし、D/Dj の値を大き
くした場合の操業例である。PC/O2 が0.81以下
であれば、煤濃度は許容される値であり、限界PC/O
2 が0.81まで増大した。
【0035】本発明者等は、表1〜3に準じてD/Dj
の値を更に大きくした試験操業を行なった。その結果、
D/Dj の値を更に大きくしても、限界PC/O2 はほ
ぼ8.1に収束した。これは、微粉炭と篩下焼結鉱との
接触効率の改善効果が、D/Dj の値が7.7程度で飽
和することを示すものである。
【0036】一方、D/Dj の値を増加させた試験操業
において、D/Dj の値が8.9を超えると、高炉装入
物の荷下がり不調が発生した。図3は、試験操業におけ
るD/Dj の値と高炉装入物の荷下がり不調発生頻度
(1日にスリップが発生した回数)との関係を示す。
【0037】上述した試験結果から、限界PC/O2
増加させ、且つ安定した高炉操業を行なうためには、D
/Dj の適正値は、7.7〜8.9の範囲内であること
が確認された。
【0038】また、羽口から吹き込まれた微粉炭と篩下
焼結鉱とが、レースウェイ内でよく混合し接触するため
には、篩下焼結鉱と微粉炭と重量比(篩下焼結鉱/微粉
炭比率)が、0.8以上であることが必要であること
が、表1〜3の結果からわかる。
【0039】
【発明の効果】上述したように、この発明によれば、下
記効果を発揮する高炉の操業方法を提供することができ
るので、工業上有用な効果がもたらされる。
【0040】羽口から吹き込まれた微粉炭と篩下焼結鉱
とが、レースウェイ内でよく混合し接触するよう十分な
反応空間、即ち、レースウェイ深度が確保されるので、
微粉炭が効率よく燃焼または消費されるようになった。
その結果、 微粉炭および篩下焼結鉱を多量に消費することができ
るようになるので、コークス使用量の低減、および、篩
下焼結鉱の有効利用による焼結鉱製造コストの低減によ
り、溶銑製造コストの低減を図ることができる。
【0041】微粉炭の効率よい燃焼または消費を達成
するために、微粉炭/送風中酸素比率を減少させて酸素
消費量を増加させる必要がないので、高価な酸素を送風
中に増富化させることを要せず、従って、溶銑を安価に
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の高炉操業方法を実施するための装置
の全体構成を説明する概念図である。
【図2】高炉操業において、炉頂ガス中に煤が含まれな
い上限の微粉炭/送風中酸素比率(限界PC/O2
と、レースウェイ深度Dと羽口口径Dj との比D/Dj
の値との関係を示すグラフである。
【図3】試験操業におけるD/Dj の値と、高炉装入物
の荷下がり不調発生頻度(1日のスリップ発生回数)と
の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 高炉 2 羽口 3 レースウェイ 4 微粉炭分配装置 5、6、7 微粉炭吹き込み装置 8 篩下焼結鉱分配装置 9、10、11 篩下焼結鉱吹き込み装置 12 焼結鉱搬送ライン 13 篩下焼結鉱焼結鉱搬送ライン 14、15、16 篩 17 焼結機 18 微粉炭搬送ライン 19 微粉炭粉砕ミル 20 石炭
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有山 達郎 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高炉の羽口から微粉炭および酸化鉄を吹
    き込み、羽口先理論燃焼温度を1800〜2600℃に
    する高炉の操業方法において、レースウェイ深度Dと羽
    口口径Dj との比D/Dj の値を7.7〜8.9の範囲
    内に保持しつつ操業することを特徴とする高炉の操業方
    法。
  2. 【請求項2】 前記酸化鉄として篩下焼結鉱を使用する
    ことを特徴とする請求項1記載の高炉の操業方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020196769A1 (ja) * 2019-03-28 2020-10-01 株式会社神戸製鋼所 高炉の操業方法
CN114277205A (zh) * 2021-11-19 2022-04-05 中冶赛迪工程技术股份有限公司 一种确定高炉喷吹介质最佳喷吹量的方法

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