JPH09287009A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 経済的負荷を増大することなく高炉スラグの
粘度を精度良く推定し、高炉の安定操業のために速やか
な対応を可能とする。 【解決手段】 高炉の出銑時に、スラグ中のＦｅＯとＭ
ｎＯのモル分率およびメタル中のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ濃度お
よびＣのモル分率を測定し、高炉内のＦｅとＭｎのスラ
グ−メタル間の平衡反応に基づくいて、高炉内のスラグ
浴の温度を求め、その温度とスラグ中のＣａＯ，ＳｉＯ
₂ ，ＭｇＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ 濃度の測定値からスラグ粘度を
計算し、溶銑温度の増減、装入物の組成調整により該粘
度を管理範囲に保持する高炉操業方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉スラグの粘度
を適切に保ち、スラグの流動性を確保することにより、
安定して銑鉄を生産することができる高炉操業方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】出銑滓を手際よく行うことは、高炉の安
定操業にとって非常に重要である。その理由は、単位時
間当たりの銑滓生成量以上に銑滓が排出できない場合、
炉内の貯銑滓量が増大し、通気抵抗増大等の悪影響が出
るばかりでなく、最悪の場合は操業を休止せざるを得な
いからである。単位時間当たりの銑滓排出量はスラグの
粘度に影響され、スラグ粘度が低い程スラグの流動性は
良好となり単位時間当たりの銑滓排出量は増加する。反
対に、スラグ粘度が高い程スラグの流動性は悪化し単位
時間当たりの銑滓排出量は低下する。従って、スラグ粘
度を管理し適正範囲に保持することは、高炉の安定操業
にとって不可欠である。

【０００３】ところで、日常の操業ではスラグ粘度を測
定することは技術的にも経済的にも非常に困難である。
従って、スラグ組成とスラグ温度から（２）式のような
実験式を用いて計算しなければならない。このときのス
ラグ温度としては、溶銑温度または溶銑温度に数十度加
えた温度で計算してきた。しかし、この方法は以下の理
由で、精度良く高炉スラグの粘度を推定することが困難
であった。

【０００４】まず、スラグ温度として、溶銑温度または
溶銑温度に数十度加えた温度を用いているが、これは炉
内のスラグ温度の測定が非常に困難であるために仮定し
ているものであり、必ずしも実際のスラグ温度であると
は限らないことが挙げられる。次に、スラグ粘度の実験
式では温度に強く影響されるため、温度を仮定すること
により誤差が大きくなることが挙げられる。従って、ス
ラグ温度を実測すれば上記の問題点は解決されるが、ス
ラグ温度の測定には特殊なプローブや技術を必要とする
ため、日常実測することは経済的にも技術的にも困難で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
技術では精度良くかつ低コストで高炉スラグの粘度を推
定することが困難であった。このため、本発明では経済
的負荷を増大することなく高炉スラグの粘度を精度良く
推定し、高炉の安定操業のために速やかな対応を可能と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、以下の手段を考え出した。すなわち、
高炉の出銑時に、スラグ中のＦｅＯとＭｎＯのモル分
率およびメタル中のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ濃度およびＣのモル
分率を測定し、高炉内のＦｅとＭｎのスラグ−メタル間
の平衡反応に基づく下記（１）式により高炉内のスラグ
浴の温度を求め、その温度とスラグ中のＣａＯ，ＳｉＯ
₂ ，ＭｇＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ 濃度の測定値から、下記（２）
式によりスラグ粘度を計算し、溶銑温度の増減、装入物
の組成調整により該粘度を管理範囲に保持することを特
徴とする高炉操業方法。

【０００７】該粘度が管理上限値から０．１［ｐｏｉ
ｓｅ］増大する毎に溶銑温度を２［℃］以上４［℃］以
下の範囲で増加させることを特徴とする高炉操業方法。 該粘度が管理下限値から０．１［ｐｏｉｓｅ］低下す
る毎に溶銑温度を２［℃］以上４［℃］以下の範囲で減
少させることを特徴とする高炉操業方法。

【０００８】該粘度が管理上限値から０．１［ｐｏｉ
ｓｅ］増大する毎にスラグ中Ａｌ₂Ｏ₃ を０．８［ｍａ
ｓｓ％］以上１．０［ｍａｓｓ％］以下の範囲で減少さ
せることを特徴とする高炉操業方法。 該粘度が管理上限値から０．１［ｐｏｉｓｅ］増大す
る毎にスラグ中ＭｇＯを０．８［ｍａｓｓ％］以上１．
０［ｍａｓｓ％］以下の範囲で増加させることを特徴と
する高炉操業方法である。

【０００９】 Ｔ_slag［℃］＝（２０３５３−４２３３［％Ｓｉ］ ＋３９１５（ｘ_c ／（１−ｘ_c ））² ） ／（９．４１＋０．１２４［％Ｃ］ −２．２２［％Ｓｉ］−０．８２９（ｘ_c ／（１−ｘ_c ））² ＋ｌｎ（Ｘ_MnO ・（１−２ｘ_c ） ／（［％Ｍｎ］・Ｘ_FeO ・（１−ｘ_c ））））−２７３ ・・・（１） ｌｏｇ η［ｐｏｉｓｅ］ ＝１．７０９・（Ｗ_CaO ／Ｗ_SiO2）² −４．７４２・（Ｗ_CaO ／Ｗ_SiO2） ＋０．９３３・（Ｗ_MgO ／１００）² −１．８８６・（Ｗ_MgO ／１００） ＋７．９９１・（Ｗ_Al2O3 ／１００）² −１．０３２・（Ｗ_Al2O3 ／１００）＋４．２６９×１０⁶ ／Ｔ_slag ² ＋２．６７５×１０³ ／Ｔ_slag＋０．２５８ ・・・（２）

【００１０】ただし、 Ｔ_slag：スラグ温度［℃］ ［％Ｃ］：メタル中のＣ濃度［ｍａｓｓ％］ ［％Ｓｉ］：メタル中のＳｉ濃度［ｍａｓｓ％］ ［％Ｍｎ］：メタル中のＭｎ濃度［ｍａｓｓ％］ ｘ_c ：メタル中のＣのモル分率［−］ Ｘ_MnO ：スラグ中のＭｎＯのモル分率［−］ Ｘ_FeO ：スラグ中のＦｅＯのモル分率［−］ η：スラグ粘度［ｐｏｉｓｅ］ Ｗ_CaO ：スラグ中のＣａＯ濃度［ｍａｓｓ％］ Ｗ_SiO2：スラグ中のＳｉＯ₂ 濃度［ｍａｓｓ％］ Ｗ_MgO ：スラグ中のＭｇＯ濃度［ｍａｓｓ％］ Ｗ_Al2O3 ：スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 濃度［ｍａｓｓ％］

【００１１】

【発明の実施の形態】高炉内でほぼ平衡に到達している
と考えられるＦｅ−Ｍｎ−Ｏ系の反応を考え、スラグ組
成とメタル組成のデータのみからスラグ浴の温度を推定
する。すなわち、（３）式の反応を考えることにより、
スラグ組成とメタル組成からスラグ温度を推定すること
ができる。以下に、Ｆｅ，Ｍｎのスラグ−メタル間の分
配平衡から、炉内のスラグ温度を計算する方法を示す。
スラグ−メタル間のＦｅ，Ｍｎの反応として、下記
（３）式の反応を考えた。

【００１２】 Ｆｅ（１）＋ＭｎＯ（ｓ）＝ＦｅＯ（１）＋Ｍｎ ・・・（３） ΔＧ°₍₃₎ ＝１６７３１６−７８．２６Ｔ ∴Ｋ₍₃₎ ＝（γ_FeO ・Ｘ_FeO ・ｆ_Mn・［％Ｍｎ］） ／（ａ_Fe(1) ・γ_MnO ・Ｘ_MnO ） −ｅｘｐ（ΔＧ°₍₃₎ ／ＲＴ） ここで、ｌｎ γ_FeO ＝５８０／Ｔ ｌｎ γ_MnO ＝３５１／Ｔ ｌｏｇ ｆ_Mn＝０．０５３８［％Ｃ］＋（−１８３８／
Ｔ＋０．９６４）［％Ｓｉ］ ｌｏｇ ａ_Fe(1)＝（０．３６＋１７００／Ｔ）（ｘ_c
／（１−ｘ_c ））²＋ｌｏｇ（（１−２ｘ_c ）／（１−
ｘ_c ）） の関係式を用いてＴについて整理すると、下記（４）式
が得られる。

【００１３】 Ｔ［Ｋ］＝（２０３５３−４２３３［％Ｓｉ］ ＋３９１５（ｘ_c ／（１−ｘ_c ））² ） ／（９．４１＋０．１２４［％Ｃ］−２．２２［％Ｓｉ］ −０．８２９（ｘ_c ／（１−ｘ_c ））² ＋ｌｎ（Ｘ_MnO ・（１−２ｘ_c ） ／（［％Ｍｎ］・Ｘ_FeO ・（１−ｘ_c ）））） ・・・（４） このようにして得られた温度はスラグ−メタル反応が起
きている部分の温度、すなわち、スラグ浴の温度を代表
していると考えられる。従って、スラグ浴の温度とし
て、（１）式が得られる。

【００１４】 Ｔ_slag［℃］＝（２０３５３−４２３３［％Ｓｉ］ ＋３９１５（ｘ_c ／（１−ｘ_c ））² ） ／（９．４１＋０．１２４［％Ｃ］ −２．２２［％Ｓｉ］−０．８２９（ｘ_c ／（１−ｘ_c ））² ＋ｌｎ（Ｘ_MnO ・（１−２ｘ_c ） ／（［％Ｍｎ］・Ｘ_FeO ・（１−ｘ_c ））））−２７３ ・・・（１） ここで、ΔＧ°₍₃₎ ：（３）式の反応の標準自由エネル
ギー変化［Ｊ／ｍｏｌ］ Ｋ₍₃₎ ：（３）式の反応の平衡定数［−］ ｆ_Mn：温度Ｔ［Ｋ］におけるメタル中のＭｎの活量係数
［−］ γ_MnO ：温度Ｔ［Ｋ］におけるスラグ中のＭｎＯの活量
係数［−］ γ_FeO ：Ｆｅと平衡する純溶融ＦｅＯを基準とする温度
Ｔ［Ｋ］におけるスラグ中のＦｅＯの活量係数［−］ ａ_Fe(1) ：メタル中のＦｅの活量［−］ ｘ_c ：メタル中のＣのモル分率［−］ Ｒ：気体定数［Ｊ／Ｋ］

【００１５】上記（１）式は、スラグ組成とメタル組成
の分析値のみからスラグ温度が推定できることを示して
いる。このようにして得られたスラグ温度と実測の溶銑
温度との比較を図１に示す。図１から明らかなように、
スラグ温度と溶銑温度の差は一定ではなく、溶銑温度が
高くなる程その差は大きくなる。従って、従来のスラグ
温度の仮定である溶銑温度そのものまたは溶銑温度に数
十度加えた値とは異なる。溶銑温度とスラグ温度の関係
は、下記（５）式で表される。 Ｔ_slag［℃］＝１．６７＊Ｔ_pig ［℃］−９７７ ・・・（５）

【００１６】一方で、スラグ粘度の実験式として、
（２）式が提示されている。（２）式でスラグ粘度を計
算する際に、（１）式で得られたスラグ温度を用いる。 ｌｏｇ η［ｐｏｉｓｅ］ ＝１．７０９・（Ｗ_CaO ／Ｗ_SiO2）² −４．７４２・（Ｗ_CaO ／Ｗ_SiO2） ＋０．９３３・（Ｗ_MgO ／１００）² −１．８８６・（Ｗ_MgO ／１００） ＋７．９９１・（Ｗ_Al2O3 ／１００）² −１．０３２・（Ｗ_Al2O3 ／１００）＋４．２６９×１０⁶ ／Ｔ_slag ² ＋２．６７５×１０³ ／Ｔ_slag＋０．２５８ ・・・（２） なお、（１）式で計算されるスラグ浴の温度は、Ｓｉ，
Ｓ，Ｐ，Ｔｉのスラグ−メタル反応の計算や熱収支の計
算にも用いることができる。

【００１７】前述の本発明の請求項２および３でスラグ
粘度が０．１［ｐｏｉｓｅ］増減する毎に溶銑温度を２
［℃］以上４［℃］以下の範囲で増減する理由は、
（５）式からこの範囲での溶銑温度の変化は、スラグ温
度に換算して３［℃］以上６［℃］以下の変化に対応し
ており、（２）式からスラグ粘度に換算して０．１［ｐ
ｏｉｓｅ］相当になるからである。

【００１８】また、同様にして本発明の請求項４および
５で、スラグ粘度が０．１［ｐｏｉｓｅ］増加する毎
に、スラグ中Ａｌ₂ Ｏ₃ を０．８［ｍａｓｓ％］以上
１．０［ｍａｓｓ％］以下の範囲で減少させたり、スラ
グ中ＭｇＯを０．８［ｍａｓｓ％］以上１．０［ｍａｓ
ｓ％］以下の範囲で増加させたりする理由も、（２）式
からスラグ粘度に換算して０．１［ｐｏｉｓｅ］相当に
なるからである。すなわち、図２はスラグ組成が一定の
ときのスラグ粘度に及ぼす溶銑温度の影響を示したもの
である。また、図３および図４は溶銑温度が一定のとき
のスラグ粘度に及ぼすスラグ中Ａｌ₂ Ｏ₃ 、スラグ中Ｍ
ｇＯの影響を示したものである。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明を実施例によって説明する。
実施例１は、スラグ粘度の管理範囲を１〜３．５［ｐｏ
ｉｓｅ］にしている高炉で、該粘度が管理上限よりも増
大したために溶銑温度を上昇させたケースである。通常
操業時には、該粘度は管理範囲にあるが、装入鉱石中の
焼結鉱の被還元性指数であるＪＩＳ ＲＩが６７から６
１まで低下したため、炉下部の還元負荷が増大しスラグ
温度は日平均値で１４９５℃まで低下し、溶銑温度は日
平均値で１４８５℃まで低下した。このときのスラグ粘
度は４．５［ｐｏｉｓｅ］まで増大したため、燃料比を
通常の４８５〜４９０ｋｇ／ｔを４９５ｋｇ／ｔまで増
加すると共に、送風湿分を通常の２０〜２３ｇ／Ｎｍ³
から１５ｇ／Ｎｍ³ まで低下させた。その結果、２４時
間後には溶銑温度は１５１５℃まで上昇しスラグ温度は
１５５５℃まで回復した。これによって、スラグ粘度を
２．７［ｐｏｉｓｅ］まで下げることができた。

【００２０】実施例２は、スラグ粘度の管理範囲を２〜
４［ｐｏｉｓｅ］にしている高炉で、該粘度が管理下限
よりも低下したために溶銑温度を下げたケースである。
通常操業時には、該粘度は管理範囲にあるが、装入物分
布の調整によりガス利用率を５０．２％から５２．１％
まで増大することができたため、スラグ温度は日平均値
で１５９６℃まで上昇し溶銑温度は１５４０℃まで上昇
した。このため、スラグ粘度が１．８［ｐｏｉｓｅ］ま
で低下したため、燃料比を通常の４９５〜５００ｋｇ／
ｔを４９０ｋｇ／ｔまで減少させることにより、溶銑温
度を１５３０℃まで低下させ、スラグ温度を１５８０℃
まで低下させることができた。このとき、スラグ粘度は
２［ｐｏｉｓｅ］であり、流動性は良好であった。

【００２１】実施例３は、スラグ粘度の管理範囲を１〜
３．２［ｐｏｉｓｅ］にしている高炉で、該粘度が管理
上限よりも増大したためにスラグ中Ａｌ₂ Ｏ₃ を低下さ
せたケースである。通常操業時には、該粘度は管理範囲
にあるが、装入鉱石とコークスの重量比（Ｏ／Ｃ）を
４．２０から４．５０まで増大させたため、炉下部の還
元負荷が増大しスラグ温度は日平均値で１５０２℃まで
低下し、溶銑温度は日平均値で１４９０℃まで低下し
た。このときのスラグ粘度は３．３［ｐｏｉｓｅ］まで
増大したため、焼結鉱中のＡｌ₂ Ｏ₃ 含有量を通常の
１．８０〜１．９０［ｍａｓｓ％］を１．６５［ｍａｓ
ｓ％］まで低下させた。その結果、スラグ中Ａｌ₂ Ｏ₃
は通常の１５．４［ｍａｓｓ％］から１４．５［ｍａｓ
ｓ％］まで低下した。これによって、スラグ粘度を３．
２［ｐｏｉｓｅ］まで下げることができた。

【００２２】実施例４は、スラグ粘度の管理範囲を１〜
３．２［ｐｏｉｓｅ］にしている高炉で、該粘度が管理
上限よりも増大したためにスラグ中ＭｇＯを増加させた
ケースである。通常操業時には、該粘度は管理範囲にあ
るが、装入鉱石とコークスの重量比（Ｏ／Ｃ）を４．２
０から４．５０まで増大させたため、炉下部の還元負荷
が増大しスラグ温度は日平均値で１５０２℃まで低下
し、溶銑温度は日平均値で１４９０℃まで低下した。こ
のときのスラグ粘度は３．３［ｐｏｉｓｅ］まで増大し
たため、焼結鉱中のＭｇＯ含有量を通常の１．２〜１．
３［ｍａｓｓ％］を１．６０［ｍａｓｓ％］まで増加さ
せた。その結果、スラグ中ＭｇＯは通常の４．５［ｍａ
ｓｓ％］から５．４［ｍａｓｓ％］まで増加した。これ
によって、スラグ粘度を３．２［ｐｏｉｓｅ］まで下げ
ることができた。

【００２３】

【発明の効果】本発明により、高炉スラグの粘度を適切
に保ち、スラグの流動性を確保することにより、安定し
て銑鉄を生産することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実測した溶銑温度と計算したスラグ温度の関係
を示す図

【図２】スラグ組成が一定のときのスラグ粘度に及ぼす
溶銑温度の影響を示す図

【図３】溶銑温度が一定のときのスラグ粘度に及ぼすス
ラグ中Ａｌ₂ Ｏ₃ の影響を示す図

【図４】溶銑温度が一定のときのスラグ粘度に及ぼすス
ラグ中ＭｇＯの影響を示す図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の出銑時に、スラグ中のＦｅＯとＭ
   ｎＯのモル分率およびメタル中のＣ，Ｓｉ，Ｍｎ濃度お
   よびＣのモル分率を測定し、高炉内のＦｅとＭｎのスラ
   グ−メタル間の平衡反応に基づく下記（１）式により高
   炉内のスラグ浴の温度を求め、その温度とスラグ中のＣ
   ａＯ，ＳｉＯ₂ ，ＭｇＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃濃度の測定値か
   ら、下記（２）式によりスラグ粘度を計算し、溶銑温度
   の増減、装入物の組成調整により該粘度を管理範囲に保
   持することを特徴とする高炉操業方法。 Ｔ_slag［℃］＝（２０３５３−４２３３［％Ｓｉ］ ＋３９１５（ｘ_c ／（１−ｘ_c ））² ） ／（９．４１＋０．１２４［％Ｃ］ −２．２２［％Ｓｉ］−０．８２９（ｘ_c ／（１−ｘ_c ））² ＋ｌｎ（Ｘ_MnO ・（１−２ｘ_c ） ／（［％Ｍｎ］・Ｘ_FeO ・（１−ｘ_c ））））−２７３ ・・・（１） ｌｏｇ η［ｐｏｉｓｅ］ ＝１．７０９・（Ｗ_CaO ／Ｗ_SiO2）² −４．７４２・（Ｗ_CaO ／Ｗ_SiO2） ＋０．９３３・（Ｗ_MgO ／１００）² −１．８８６・（Ｗ_MgO ／１００） ＋７．９９１・（Ｗ_Al2O3 ／１００）² −１．０３２・（Ｗ_Al2O3 ／１００）＋４．２６９×１０⁶ ／Ｔ_slag ² ＋２．６７５×１０³ ／Ｔ_slag＋０．２５８ ・・・（２） ただし、 Ｔ_slag：スラグ温度［℃］ ［％Ｃ］：メタル中のＣ濃度［ｍａｓｓ％］ ［％Ｓｉ］：メタル中のＳｉ濃度［ｍａｓｓ％］ ［％Ｍｎ］：メタル中のＭｎ濃度［ｍａｓｓ％］ ｘ_c ：メタル中のＣのモル分率［−］ Ｘ_MnO ：スラグ中のＭｎＯのモル分率［−］ Ｘ_FeO ：スラグ中のＦｅＯのモル分率［−］ η：スラグ粘度［ｐｏｉｓｅ］ Ｗ_CaO ：スラグ中のＣａＯ濃度［ｍａｓｓ％］ Ｗ_SiO2：スラグ中のＳｉＯ₂ 濃度［ｍａｓｓ％］ Ｗ_MgO ：スラグ中のＭｇＯ濃度［ｍａｓｓ％］ Ｗ_Al2O3 ：スラグ中のＡｌ₂ Ｏ₃ 濃度［ｍａｓｓ％］
2. 【請求項２】 該粘度が管理上限値から０．１［ｐｏｉ
   ｓｅ］増大する毎に溶銑温度を２［℃］以上４［℃］以
   下の範囲で増加させることを特徴とする請求項１記載の
   高炉操業方法。
3. 【請求項３】 該粘度が管理下限値から０．１［ｐｏｉ
   ｓｅ］低下する毎に溶銑温度を２［℃］以上４［℃］以
   下の範囲で減少させることを特徴とする請求項１記載の
   高炉操業方法。
4. 【請求項４】 該粘度が管理上限値から０．１［ｐｏｉ
   ｓｅ］増大する毎にスラグ中Ａｌ₂ Ｏ₃ を０．８［ｍａ
   ｓｓ％］以上１．０［ｍａｓｓ％］以下の範囲で減少さ
   せることを特徴とする請求項１記載の高炉操業方法。
5. 【請求項５】 該粘度が管理上限値から０．１［ｐｏｉ
   ｓｅ］増大する毎にスラグ中ＭｇＯを０．８［ｍａｓｓ
   ％］以上１．０［ｍａｓｓ％］以下の範囲で増加させる
   ことを特徴とする請求項１記載の高炉操業方法。