JPH0967603A - 高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高炉炉床部損傷の危険性を的確に把握して炉
床部へのチタンベア−の形成をより効果的に行うことが
できる高炉操業寿命の延命化手段を確立する。 【構成】 高炉操業において、出銑中の出銑口直上の羽
口あるいは該出銑口の直上に最も近い羽口より熱風と共
にCo，Ni，Tiあるいはそれらの酸化物を含有する粉体
（トレ−サ−）を吹き込み、前記出銑口から炉外へ排出
される溶銑中における前記トレ−サ−に係る金属の濃度
に関する時間的変化を追跡すると共に、前記トレ−サ−
の吹き込み開始から排出溶銑中における前記トレ−サ−
に係る金属の濃度が上昇するまでの経過時間Ｔを検知
し、該経過時間Ｔ(min) がその時における出銑比Ｈとの
関係で式「Ｔ＞２０／Ｈ」で示す条件に従うときに、前
記の羽口乃至はその近傍の羽口よりチタン源を吹き込
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炉底部にチタンベア
−（TiＮにTiＣが固溶した物質）を無駄なく効果的に形
成させて炉底煉瓦の局部的侵食を抑制することで高炉操
業寿命の延長化を図った“高炉操業方法”に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、製銑プロセスにおける大
型反応器としての高炉は生産効率の向上を追求してきた
結果次第に大型化する傾向をたどってきたが、それに伴
い「吹き止め→巻き替え→火入れ」といった一連の改修
費用も大幅に増大しており、従って高炉操業寿命の延長
を図ることがより直接的なコストメリットにつながるよ
うになってきた。

【０００３】ところで、高炉を吹き止めるタイミング
は、その時の鉄鋼需要あるいは景気等の社会的要因をも
考慮して決められるものの、基本的には高炉炉体の老朽
化の度合いによって判断される。なお、この高炉炉体は
常に高温，高圧下の苛酷な状態にさらされているが、特
に羽口より上の炉上部においては“原料装入物による摩
耗”や“熱応力の発生”が主な炉体老朽化の原因とな
り、羽口より下の炉下部においては“高温の溶銑流によ
る熱負荷”が主な老朽化の原因と考えられる。

【０００４】ただ、近年は高炉の補修技術も向上してお
り、一定時間の休風をとることで羽口部より上の部分で
あれば炉体の補修が可能になってきている。しかし、羽
口下部より下に位置する高炉の炉下部では、湯溜まり部
分に溶銑，溶滓が蓄積されているのでその部分の補修は
非常に困難を極め、現状では一時休風の間に補修するこ
とは殆ど不可能であると言って良い。従って、高炉の操
業寿命を決定するのは“炉下部の寿命”であるといって
も過言ではない。

【０００５】高炉の炉下部において溶銑，溶滓が蓄積さ
れる部分を炉床部とすると、炉床部では炉底あるいは炉
床側壁の耐火煉瓦が侵食される。その侵食を支配する重
要な因子の１つが、前述した“炉底溶銑流による熱負
荷”である。

【０００６】ところで、高炉炉床部には、コ−クスで充
填された領域（コ−クス充填層）のほか、コ−クスの存
在しない“溶銑のみで占有されている領域（以降 「コ−
クフリ−層」 と呼ぶ）”が存在し得ることが高炉解体調
査によって明らかになっており、またコ−クス充填層は
“溶銑，溶滓中での浮力”及び“上部からの荷重”等と
の兼ね合いによって上下方向に変位することも分かって
いる。そして、このコ−クス充填層とコ−クフリ−層の
２種類の領域では溶銑の通液性が大きく異なるため、そ
の分布状態は溶銑流れ場を支配すると考えられる。

【０００７】そこで、溶銑流による熱負荷を低減するた
めに、チタン源を装入原料に配合するかあるいは羽口よ
り吹き込むことによって意図的にチタンベア−（TiＮに
TiＣが固溶した物質であって炉底あるいは側壁煉瓦に接
触する形で存在して煉瓦を保護する作用を有している）
を炉底に形成せしめる炉底保護対策が一般に講じられて
いる。

【０００８】しかし、炉底あるいは炉床側壁の損耗抑制
のために高炉内へ常時チタン源を投入するのでは非常に
無駄が多くてチタン源のコストがかさむ上に、過剰のチ
タンベア−の生成により溶銑の流動性が著しく悪化し出
銑トラブルを起こすことも考えられる。そこで、この問
題を解決するためには、高炉の操業を継続しながらどの
時点でチタンベア−を生成させるのが有効であるのかを
知る必要がある。

【０００９】このため、特開平４−２９７５１１号公報
には、先に述べたコ−クフリ−層の有無が炉底損耗に大
きな影響を及ぼすことに着目し、高炉の羽口から熱風と
共にCo，Ni，Cuあるいはそれらの酸化物を含有する粉体
を吹き込んで（以降、 吹込み物質を“トレ−サ−”と呼
ぶ）その排出時間から炉底にコ−クフリ−層が形成され
ているか否かを判断すると共に、この判断に基づいて効
果的にチタン源を投入しようという技術が提案されてい
る。

【００１０】しかし、この技術では、“コ−クフリ−層
形成”という炉底全域に及ぶ現象が生じているか否かを
把握するだけのために単に“トレ−サ−の応答時間”を
調べているに過ぎず、そのため局部的であれ炉底摩耗発
生の危険が懸念される炉内状況となったことをタイミン
グ良く的確に検知できるものではない上、“トレ−サ−
の応答時間”から“コ−クフリ−層の有無の判断”を下
すまでにはトレ−サ−応答時間に関する試験を数回行う
必要がある等の不利を余儀なくされるものであった。

【００１１】このようなことから、本発明が目的とした
のは、高炉炉床部損傷の危険性を的確に把握して炉床部
へのチタンベア−の形成をより効果的に行うことができ
る高炉操業寿命の延命化手段を確立することであった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく鋭意研究を行った結果、次のような知見を
得ることができた。即ち、高炉の局部的炉底摩耗には炉
床湯溜まり部の“溶銑流れ場”が深く係わっているとの
考えの下に種々調査を実施した過程で、まず溶銑流れ場
の収束点となる出銑口の位置が注目を集めることとなっ
た。そして、数学モデルにより炉床湯溜まり部の溶銑流
れ場を評価すると、溶銑流れ場に対して出銑口が大きな
影響を及ぼしており、特に出銑口の炉内側の先端がコ−
クス充填層中に位置するかコ−クフリ−層中に位置する
かで出銑口近傍の溶銑流れ場が大きく変化することが分
かった。

【００１３】即ち、図１に示すように出銑口先端がコ−
クス充填層中に位置する場合には、出銑口から押し出さ
れる溶銑は主にコ−クス充填層から供給されることとな
り、コ−クフリ−層中からはあまり供給されない。従っ
て、コ−クフリ−層中を移動する溶銑流速は遅く、炉底
煉瓦の損耗が進行しにくい望ましい状態となる。

【００１４】逆に、図２に示すように出銑口先端がコ−
クフリ−層中に位置する場合には、出銑口から押し出さ
れる溶銑は主にコ−クフリ−層中から供給されることと
なって、コ−クス充填層中からはあまり供給されない。
従って、コ−クフリ−層中を移動する溶銑流速が速くな
り、炉底煉瓦の損耗が進行しやすい望ましくない状態と
なる。

【００１５】そこで、前記数学モデルを用い、図１及び
図２の各状態について出銑口直上の羽口からトレ−サ−
を吹き込んだ場合のその排出時間と濃度変化を試算した
ところ、両状態での排出時間及び濃度変化には図３に示
すように明確な違いのあることが分かった。即ち、図１
の場合では出銑口から押し出される溶銑は主に上方のコ
−クス充填層から供給されるのでトレ−サ−の排出時間
は比較的短く、逆に図２の場合では溶銑が主に下方のコ
−クフリ−層中から供給されるのでトレ−サ−の排出時
間は比較的長い。従って、高炉内にチタンベア−を形成
せしめるに際しての“炉内状態の評価”を上記方法によ
って適切に行えることを知った。

【００１６】そして、この特定羽口から吹き込んだトレ
−サ−の排出時間及び濃度変化を追跡する方法は、前記
特開平４−２９７５１１号公報所載の技術に比べると局
部的な炉内状態の評価も可能であるという利点があり、
また「トレ−サ−の吹込み→排出濃度の測定」という一
連の炉内状態評価試験も基本的には１回で済むという好
ましいものでもあった。

【００１７】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「高炉操業において、 出銑中の出銑
口直上の羽口あるいは該出銑口の直上に最も近い羽口よ
り熱風と共にCo，Ni，Tiあるいはそれらの酸化物を含有
する粉体（トレ−サ−）を吹き込み、 前記出銑口から炉
外へ排出される溶銑中における前記トレ−サ−に係る金
属の濃度に関する時間的変化を追跡すると共に、 前記ト
レ−サ−の吹き込み開始から排出溶銑中における前記ト
レ−サ−に係る金属の濃度が上昇するまでの経過時間Ｔ
を検知し、 該経過時間Ｔが式 Ｔ ＞ ２０／Ｈ 〔但し、 Ｔ：経過時間Ｔ(min) ，Ｈ：その時における出
銑比〕で示す条件に従うときには、 前記の羽口乃至はそ
の近傍の羽口よりチタン源を吹き込むことにより、 高炉
の操業寿命を的確に延長できるようにした点」に大きな
特徴を有している。

【００１８】次いで、本発明において、高炉操業条件を
前記の如くに限定した理由をその作用と共に説明する。

【作用】まず、トレ−サ−を吹き込む羽口を“出銑中の
出銑口直上の羽口”又は“該出銑口直上に最も近い羽
口”とした理由は次の通りである。即ち、出銑口の炉内
側先端が“コ−クス充填層”中に存在するかあるいは
“コ−クフリ−層”中に存在するかは、前述したように
当該出銑口周辺の湯流れに対して大きな影響を及ぼす。
そして、その影響が最も直接的にトレ−サ−の応答時間
に及ぶのは、出銑口から最も近い羽口より吹き込んだ場
合である。従って、炉内状態を正しく評価するため、ト
レ−サ−吹込み羽口は“出銑中の出銑口直上の羽口”又
は“該出銑口直上に最も近い羽口”とした。

【００１９】なお、本発明では、羽口より吹き込むトレ
−サ−としてCo，Ni，Tiあるいはそれらの酸化物を適用
するが、その理由は、Co，Ni及びTiは溶銑中で安定に存
在する上に、通常は溶銑中における濃度が低いために濃
度変化の検出が容易なことにある。なお、Co，Ni，Tiの
酸化物は溶銑中で容易に還元されるので、酸化物の状態
で吹き込んでも十分にトレ−サ−としての役割は達成さ
れる。

【００２０】次に、チタン源の吹込みを実施する前提条
件を Ｔ ＞ ２０／Ｈ 〔但し、 Ｔ：経過時間(min) ，Ｈ：その時における出銑
比〕なる時としたのは次の理由による。即ち、上記式
は、出銑口の炉内側の先端が“コ−クス充填層”中に存
在するのかあるいは“コ−クフリ−層”中に存在するの
かを判断する基準となるものである。つまり、上記式に
おいて、トレ−サ−の吹き込み開始から排出溶銑中にお
ける当該トレ−サ−に係る金属の濃度が上昇するまでの
経過時間Ｔが「２０／Ｈ」よりも大であれば、出銑口か
ら押し出される溶銑は主に下方のコ−クフリ−層中から
供給されていて炉底煉瓦は損耗しやすい状態にあるの
で、チタン源（砂鉄等のTiＯ₂ 含有物質が一般的に使わ
れる）を吹き込んでチタンベア−を形成させる必要があ
る。そして、この状態となった時にチタンベア−を形成
させれば局部的な炉底摩耗をも的確に抑えることができ
る。

【００２１】ここで、前記経過時間Ｔが出銑比Ｈに反比
例しているのは、溶銑の流速は出銑量（即ち出銑比）に
比例しており、経過時間Ｔは溶銑流速に反比例している
ためである。なお、前記式の係数「２０」は数学モデル
による数値計算から導かれた比例定数であり、種々実験
によって実際と良く合致していることが確認された数値
である。

【００２２】例えば、高炉炉床部の溶銑流れをシュミレ
−トできる数学モデルを用い、炉床径：15.0ｍ，炉内容
積：5050ｍ³ の高炉について数値計算を行った結果を図
４乃至図６に示す。上記計算は、表１に示す各ケ−ス毎
に炉床部の溶銑流れ場に関する定常解を求め、その後ト
レ−サ−（ここではCo）を出銑口直上の羽口に吹き込む
計算を行って、出銑された溶銑中のトレ−サ−濃度に関
する時間的変化を求める手順で実施した。

【００２３】

【表１】

【００２４】上記計算結果（図４乃至図６）からも、表
１のケ−ス１，ケ−ス３及びケ−ス５の場合における経
過時間Ｔは何れも前記式「Ｔ＞２０／Ｈ」を満たしてお
り、一方、ケ−ス２，ケ−ス４及びケ−ス６の場合にお
ける経過時間Ｔは何れも上記式を満たさないことが分か
る。従って、この結果からも、図１，図２と図３との関
係に照らして上記式における比例定数は「２０」が適当
であることを確認できる。

【００２５】なお、チタン源を吹き込む羽口は、トレ−
サ−を吹き込んだ羽口乃至はその近傍に位置する羽口の
一つあるいは全部とする。例えば周方向に等間隔で４本
の出銑口を持つ高炉の場合では、トレ−サ−を吹き込ん
だ羽口を含めて高炉の中心角で該羽口から４５°以内に
位置する羽口の一つ乃至は全部よりチタン源を吹き込め
ば良い。このようにすれば、各出銑口について調査する
ことで炉底全体をカバ−することができる。

【００２６】続いて、本発明を実施例により更に具体的
に説明する。

【実施例】

〔実施例１〕炉床径が15.0ｍ、炉内容積が5050ｍ³ で、
No.1出銑口（以降“１TH”というふうに記す），２TH，
３TH及び４THの４本の出銑口を持つ図７に示した高炉を
用いて操業試験を行った。なお、上記高炉には図７で示
すように炉床側壁及び炉底に温度計が設置されている
が、出銑比:2.0で操業中に３TH側の両温度計の指示温度
がそれぞれ１８℃，１５℃上昇した。

【００２７】そこで、３THからの出銑中に、この出銑口
直上の羽口から微粉炭と混合された２０kgの Co₃Ｏ₄ を
熱風と共に２０分間吹き込む一方で、出銑されている溶
銑中のCo（トレ−サ−）濃度を測定した。なお、Co濃度
の測定は、５分おきに溶銑をサンプリングし、酸で溶解
させてから原子吸光法によって調べる方法によった。そ
の結果を図８に示す。

【００２８】上記結果からして、トレ−サ−の吹き込み
開始から排出溶銑中におけるCoの濃度上昇が認められる
までの経過時間Ｔは「１５＜Ｔ≦２０（分）」と判定さ
れ、これは本発明で規定する先の式「Ｔ＞２０／Ｈ」を
満たしているので、３THとのなす角度（高炉の中心角）
が４５°以下の全ての羽口からチタン源（TiＯ₂ ）を合
計で１０ｔ吹き込んだ。この結果、その後の３０時間で
３TH側の温度計の指示温度がどちらも“温度上昇する前
の温度”まで回復し、効果的に炉底部あるいは炉床側壁
にチタンベア−が形成されて炉床部損耗が保護され、炉
の寿命延長につながる効果が得られたと判定された。

【００２９】〔実施例２〕実施例１におけるのと同じ高
炉を用いて出銑比:1.5で操業中に、特に炉底あるいは炉
床側壁の温度計の指示温度上昇は認められなかったが、
４THからの出銑中にこの出銑口直上の羽口から微粉炭と
混合された１５kgの Co₃Ｏ₄ を熱風と共に２０分間で吹
き込む一方で、Co（トレ−サ−）濃度を測定した。な
お、測定方法は実施例１と同様とした。その結果を図９
に示す。

【００３０】上記結果から、トレ−サ−の吹き込み開始
から排出溶銑中におけるCoの濃度上昇が認められるまで
の経過時間Ｔは「２０＜Ｔ≦２５（分）」と判定され
た。これは本発明で規定する先の式「Ｔ＞２０／Ｈ」を
満たしているが、温度計の指示温度上昇が認められない
のでチタン源を吹き込まなかった。すると、２０時間
後、１TH及び４THの炉底温度と炉床側壁温度の両方が上
昇し始め、炉床部損耗の危険がでてきたと判定された。

【００３１】〔実施例３〕実施例１及び２と同じ高炉を
用いて出銑比:2.0で操業中に、２TH側の２つの温度計の
指示温度がにわかに上昇し始め、何れも７℃の上昇を示
した。そこで、２THからの出銑中に、この出銑口直上の
羽口から微粉炭と混合された２０kgの Co₃Ｏ₄ を熱風と
共に２０分間で吹き込む一方で、Co（トレ−サ−）濃度
を測定した。なお、測定方法は実施例１及び２と同様と
した。その結果を図10に示す。

【００３２】上記結果から、トレ−サ−の吹き込み開始
から排出溶銑中におけるCoの濃度上昇が認められるまで
の経過時間Ｔは「５＜Ｔ≦１０（分））」と判定され
た。これは本発明で規定する先の式「Ｔ＞２０／Ｈ」を
満たしておらず、従ってチタン源を吹き込むことを見合
わせていた。すると、１２時間後には、２つの温度計の
指示温度は自然に“上昇する前の温度”にまで回復し、
炉床部損耗の危険が去ったと判定された。

【００３３】

【効果の総括】以上に説明した如く、本発明によれば、
高炉炉床部損傷の危険性をタイミング良く的確に把握し
て炉床部へのチタンベア−の形成を効果的に行うことが
でき、高炉の操業寿命を効率良く延命化することが可能
になるなど、産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】出銑口がコ−クス充填層中に侵入している場合
の炉底断面と溶銑流れ場の特徴を示す模式図である。

【図２】出銑口がコ−クフリ−層中に侵入している場合
の炉底断面と溶銑流れ場の特徴を示す模式図である。

【図３】“出銑口がコ−クス充填層中に侵入している場
合”と“出銑口がコ−クフリ−層中に侵入している場
合”についての「出銑口直上からトレ−サ−を吹き込ん
だ際の出銑溶銑中のトレ−サ−濃度の時間的変化」を数
学モデルにより求めたグラフの概要である。

【図４】各種高炉操業条件（ケ−ス１及びケ−ス２）で
の“出銑溶銑中トレ−サ−濃度の時間的変化”を数学モ
デルにより数値計算した結果を示したグラフである。

【図５】各種高炉操業条件（ケ−ス３及びケ−ス４）で
の“出銑溶銑中トレ−サ−濃度の時間的変化”を数学モ
デルにより数値計算した結果を示したグラフである。

【図６】各種高炉操業条件（ケ−ス５及びケ−ス６）で
の“出銑溶銑中トレ−サ−濃度の時間的変化”を数学モ
デルにより数値計算した結果を示したグラフである。

【図７】実施例で用いた高炉の炉床の断面と温度計の設
置位置を示す模式図である。

【図８】実施例１における排出溶銑中Co濃度の経時変化
を示したグラフである。

【図９】実施例２における排出溶銑中Co濃度の経時変化
を示したグラフである。

【図１０】実施例３における排出溶銑中Co濃度の経時変
化を示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 賢治 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の寿命延長化操業法であって、出銑
   中の出銑口直上の羽口あるいは該出銑口の直上に最も近
   い羽口より熱風と共にCo，Ni，Tiあるいはそれらの酸化
   物を含有する粉体を吹き込み、前記出銑口から炉外へ排
   出される溶銑中における前記吹き込み金属の濃度に関す
   る時間的変化を追跡すると共に、前記粉体の吹き込み開
   始から排出溶銑中における前記吹き込み金属の濃度が上
   昇するまでの経過時間Ｔを検知し、該経過時間Ｔが式 Ｔ ＞ ２０／Ｈ 〔但し、 Ｔ：経過時間Ｔ(min) ，Ｈ：その時における出
   銑比〕で示す条件に従うときには、前記の羽口乃至はそ
   の近傍の羽口よりチタン源を吹き込むことを特徴とする
   高炉の操業方法。