JPH10265813A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多量の微粉炭を吹き込む高炉操業において安
定した炉況を維持する。 【解決手段】 高炉の羽口から各種銘柄の微粉炭のう
ち、１〜３銘柄の微粉炭種を単独あるいは混合して吹き
込み、かつ、その吹込み炭種をある期間ごとに変更する
高炉操業方法であって、高炉炉腹・朝顔部のステーブク
ーラに設置した複数の温度計により、その上下方向で隣
接する温度計の指示値をもとに２点間での相関係数を計
算して推移図に加工し、その係数値が管理範囲内で維持
できるよう、吹込み炭種の選別・変更を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吹込み微粉炭種の選別
・変更の際に出銑、出滓がアンバランス化することな
く、羽口から微粉炭を吹き込む高炉操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉への微粉炭吹込みは、コークス装入
量の節減を一つの目的としている。しかし、コークス
は、燃料として消費されるだけでなく、炉内においてガ
ス流の通路を確保する媒体としての役割も担っている。
したがって、微粉炭吹込みによりコークス装入量を単純
に減らすと、炉内の鉱石／コークス比が増大する。その
ため、微粉炭吹込みを伴った高炉操業では、炉内の通気
性を十分に確保し、鉱石の溶落ち特性悪化に起因した融
着帯根部の肥大化を抑制することが重要になる。高炉内
部では、炉頂から装入された鉱石が高温の還元性ガスと
の熱交換によって軟化収縮し、極端に通気性の悪い融着
帯が形成される。通気性の改善には、この融着帯を逆Ｖ
型に作り込み、ガス透過性のあるコークススリット層を
鉱石と鉱石との間に多く確保する必要がある。

【０００３】また、微粉炭吹込みを伴った高炉操業で
は、炉壁と接する融着帯根部の肥大化が炉内の通気性に
悪影響を及ぼすと考えられている。融着帯根部の肥大化
抑制には、炉の中心部から周辺部にわたって適度なガス
流を確保し、炉内を上昇する還元性ガスが炉径方向に関
して炉内全体に行き渡るように分配させる必要がある。
これにより、鉱石の効率よい還元・溶融反応が進行する
状態が得られる。融着帯の形状は、このように炉内の通
気性及び鉱石の還元・溶融反応に密接に関係している。
そこで、効率のよい高炉操業を達成するため融着帯の形
状を測定することが検討されている。たとえば、特開平
３−１７２０９号公報では、炉頂部のガス温度、ガス成
分、装入物の降下速度等の実測データに基づきガス−装
入固体原料間の熱収支を計算し、融着帯の位置及び形状
をオンライン検出することが紹介されている。また、特
公昭５７−５２９２５号公報では、高炉炉壁高さ方向の
複数箇所それぞれについて炉壁温度を測定し、その平均
値の統計処理によって融着帯根部をオンライン検出する
ことが紹介されている。

【０００４】ところで、微粉炭吹込みを伴った高炉操業
では、代替燃料である微粉炭に多種の銘柄が取り扱わ
れ、それら炭種のうちから１種を単独で又は複数種を混
合し、羽口から高炉内に吹込んでいる。しかし、発熱
量、化学分析値、工業分析値（固定炭素、揮発分、灰分
等の含有量）が炭種ごとに異なるため、吹込み炭種の変
更は炉熱を変動させる要因となる。特に、微粉炭吹込み
量が多い操業では、吹込み炭種が頻繁に変更されること
及び変更される微粉炭量が多いことと相俟つて炉熱変動
要因が強く現れる。吹込み炭種の変更に起因する炉熱の
変動を抑制する方法としては、次の手段が採用されてい
る。 （１）広いヤードをもつ製鉄所では微粉炭種の単独使用
を避け、常にヤードで２〜３種の微粉炭を混合した後で
使用する。 （２）微粉炭１ｋｇ／トン−銑鉄をコークス１ｋｇ／ト
ン−銑鉄に置き換えた際の高炉内燃料効率の増減比率を
意味する微粉炭の評価指数（通常、「微粉炭のコークス
置換率」といわれている）を炭種ごとに算出しておき、
コークスと微粉炭を合計した高炉投入燃料の実質的なト
ータル熱量に過不足や変動が生じないように、吹込み炭
種を選別・変更する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、手段（１）を
敷地の狭い製鉄所で実施しようとしても、複数銘柄の微
粉炭を混合するためのヤードが確保できない。そのた
め、通常は、吹込み炭種の銘柄を変更する移行期間の数
日間を除き、単独炭種の吹込みが避けられない。他方、
手段（２）では、炭種ごとのコークス置換率を試算する
ための補正用データとして、微粉炭性状以外の各種要因
が高炉操業に及ぼす影響度を、たとえば焼結鉱比率、
ペレット比率等の鉱石原料配合比率、風温、風湿等の
送風条件、造滓量、溶銑中のＳｉ含有量、コーク
ス中の灰分含有量等の外乱要因ごとの影響を統計手法で
定量化して係数を求め、外乱要因による影響を取り除い
ている。しかし、炉頂装入物分布制御の効果等のように
依然として影響の度合いが不明な要因が残るため、高精
度のコークス置換率が得られない。

【０００６】このように、多量の微粉炭を吹き込む高炉
操業において安定した炉況を維持するためには、炉頂装
入物分布制御により適正形状の融着帯を作り込むこと、
融着帯形状の検出・監視及び微粉炭種の定期変更に伴う
炉熱の変動を抑制する手段の確立が必要である。しか
し、羽口から吹き込まれる微粉炭は、必ずしも完全に燃
焼されず、未燃焼のまま炉内に入り、融着帯根部近傍に
蓄積する場合がある。蓄積した微粉炭は、炉内のガス流
れを阻害、変動する原因となる。そこで、吹き込まれた
微粉炭と融着帯形状との関係を無視できないが、現状で
は、たとえば炭種変更が融着帯形状や他の炉況に及ぼす
変更度合いのように実炉レベルの検討が不十分である。
また、これらの相関性を取り込んだ検出・監視手段も確
立されていない。本発明は、このような問題を解消すべ
く案出されたものであり、高炉上下方向の２点間におけ
る温度の相関係数から得られる推移図を基準として、相
関係数の係数値が管理範囲内に維持されるように吹込み
炭種を選別又は変更することにより、融着帯形状の大き
な変動を来すことがない多量の微粉炭吹込みを可能に
し、安定した炉況で高炉を操業することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、吹込み炭種をある期間ごとに変更しながら
各種銘柄の微粉炭を単独で又は混合して羽口から高炉に
吹き込む高炉操業であって、高炉の炉腹・朝顔部のステ
ーブクーラに複数の温度計を設置し、各温度計で得られ
た測定値のうち、上下方向で隣接する温度計の指示値を
もとに２点間での相関係数を算出して推移図を作成し、
相関係数の係数値が管理範囲内に維持されるように吹込
み炭種を選別又は変更することを特徴とする。

【０００８】

【実施の形態】高炉は、図１に示すように、シャフト部
１の下方に炉腹・朝顔部２及び湯溜り部３を備えてい
る。炉頂から焼結鉱、コークス等の原料が装入され、シ
ャフト部１の内部で鉱石層Ｓ₁ 及びコークス層Ｓ₂ が相
互に積み重ねられる。炉腹・朝顔部２の下方に位置する
炉壁の円周方向に設けた複数の羽口４から熱風を吹き込
むと、炉内にレースウェイ５が生成する。微粉炭は、微
粉炭吹込みランス１０から熱風と共に吹き込む。高炉内
部では、炉頂から装入され炉内を徐々に降下する鉱石層
Ｓ₁ 、コークス層Ｓ₂ 等の固相、炉内を上昇する還元性
ガスＧを始めとする気相、溶融して炉底に堆積する溶銑
Ｌ₁ 、溶滓Ｌ₂ 等の液相の３流体が流動している。鉱石
層Ｓ₁ 及びコークス層Ｓ₂ は、降下するに従って高温の
還元性ガスＧと熱交換する。シャフトの中段及び下段レ
ベルで焼結鉱の加熱・軟化が進行し、固形のコークスと
併せてスリット構造をもつ融着帯Ｍが形成される。

【０００９】融着帯Ｍは、空間率が著しく低下してお
り、還元性ガスＧ等の上昇ガス流を炉径方向に分散させ
る作用を呈する。そのため、融着帯Ｍを適正な状態にコ
ントロールすると、焼結鉱の還元・溶融反応が炉内全体
で効率よく進行し、湯溜りに溶け落ちた溶銑Ｌ₁ 、溶滓
Ｌ₂ の排出作用が安定状態で管理され、高炉全体が安定
した炉況下に維持される。他方、融着帯Ｍの根部Ｍ₁ の
形状肥大化、根部Ｍ₁ の位置変動等の不適正な状態にあ
るとき、融着帯Ｍの溶落ち状態が悪化し、生鉱石下りの
現象が生じる。このような炉況では、炉芯コークス層Ｓ
₃ 内の空隙率が著しく低下し、溶銑Ｌ₁ 、溶滓Ｌ₂ の流
れを阻害する不透過層Ｍ₂ が形成され、結果として炉底
側壁の周囲に設けた出銑口６、６・・間で出銑、出滓が
アンバランス化すると考えられている。

【００１０】本発明においては、炉腹・朝顔部２のステ
ーブクーラ７、７・・に複数の温度計８、８・・を埋め
込み、炉体上下方向で隣接する温度計８、８・・の指示
値をもとに２点間での相関係数を算出し、算出結果から
推移図を作成する。また、出銑口６の高さに相当する箇
所に、本発明の要件ではないが、高炉炉底側壁撒水に耐
え得る水浸漬型熱流センサ９を取り付ける。熱流センサ
９で得られる情報は、耐火物の侵食状況を監視するのに
使用される外に、温度計８、８・・からの熱情報と共に
データ処理され、炉内に存在する気体、液体、固体の３
流体の移動状況を推定し、炉況の現状を判断することに
使用される。高炉のシャフト部１は、２種類の流体が上
下反対方向に移動する向流熱交換反応炉といえる。すな
わち、鉱石層Ｓ₁ 、コークス層Ｓ₂ 等の低温の固形物が
ゆっくりと下方に向かって降下し、高温の還元性ガスＧ
が上昇する。そこで、シャフト部１から湯溜り部３にか
けて構築する耐火物全体を包むように設けられたステー
ブクーラ７に温度計８、８・・を内蔵させ、上下方向で
隣接する２点間において温度計８、８・・の指示値の相
関関係を分析するとき、２点間の温度指示値が常に同じ
方向に同じ影響量を受けて連動しているか否かを数値的
に定量評価できる。

【００１１】すなわち、高炉のシャフト部１から湯溜り
部３にかけてステーブクーラ７に複数の温度計８、８・
・及び熱流センサ９を設置する。そして、上下方向で隣
接する温度計の指示値に基づいて任意の２点間における
相関関係を求め、長期にわたる高炉操業の変化と関連づ
けるべくデータ処理し、推移図を作成する。一般に融着
帯Ｍの根部Ｍ₁ が炉腹・朝顔部２の近傍に位置すること
から、融着帯形状の変動監視に重点を置いた場合、この
部位の時系列的な傾向管理が有効であり、相関係数の値
が常にある範囲内に維持されるように管理する。具体的
には、たとえば炉内部を上昇する高温ガスＧの流れに乱
れがないか、焼結鉱が軟化・溶融し始めて空間率が低下
し、ガスの流れを著しく阻害する融着帯Ｍの根部Ｍ₁ が
どの高さレベルに存在するか、根部Ｍ₁ が位置変動する
ことなく安定しているか等の定量的に評価する際に適し
た情報が、相関分析結果をもとに作成した推移図から得
られる。羽口から高炉内へ吹き込まれる微粉炭は多銘柄
の炭種の中から１種を単独で又は２〜３種を混合して羽
口より炉内に吹き込むが、炭種の銘柄の選定・変更は、
微粉炭のコークス置換率がなるべく大きく変動しないよ
うにする。

【００１２】

【実施例】図１で説明した温度計８及び熱流センサー９
を備えた高炉において、単位時間当たりの炉内装入原料
の量から計算出滓量を算出し、実際の出滓量との差とし
て定義した炉内残滓量を各出銑口６ごとに求めた。そし
て、出銑口間のアンバランスを炉内残滓量の偏差として
定量化し、偏差量の推移を調査した。アンバランスの発
生時期は、図２に示すように偏差量がゼロから大きく乖
離した時期に相当していた。また、炉底側壁部に設けた
複数の熱流センサ９のうち、任意の２点間で指示値の相
関係数を算出した。算出結果を推移図として図３に示す
ように、溶滓の排出がバランスしている時期では、０〜
１の範囲で相関係数が推移する。しかし、アンバランス
化した時期では、０〜１の範囲を相関係数が大きく下回
る傾向が示された。図３中では、特に２１°と１２０°
の間で４回、２１°と２５０°の間で５回、溶滓Ｌ₂ の
流れを分断する不透過層Ｍ₂ が形成されていることが推
定された。

【００１３】高炉炉体の外周部は、耐火物保護のため、
図４に示すような水冷用ステーブクーラで包み込まれて
いる。このうち高炉炉腹・朝顔部のステーブクーラ７_B2
〜７ _B1内に埋設された温度計８を用いて、上下方向で隣
接する温度計Ｔの二点間における温度指示値から相関係
数を求めた。その相関係数を時間推移図に加工したもの
を図５に示す。羽口吹き込み炭種の種類と混合割合及び
微粉炭種ごとのコークス置換率（２種を混合使用した場
合は平均値）を図５に併記した。ステーブクーラ７_B2〜
７_B1間の相関係数は、通常−０．５〜０．５の範囲内で
推移していた。この相関係数が−０．５〜０．５の範囲
を超え又は下回ったとき、アンバランス化を誘発したこ
とが伺える。すなわち、炉況安定期には、ステーブクー
ラ７_B2〜７_B1内に埋設された温度計間の相関係数がゼロ
近傍（±０．５の領域内）を推移し、ステーブクーラ７
_B2〜７_B1の温度がランダムに推移している。高温ガスＧ
の流れを阻害する可能性のある融着帯根部が、この状態
では適正位置に存在している。しかし、一旦、根部Ｍ₁
が大きく位置変動すると相関係数の絶対値が大きくな
り、アンバランス化を生じていたことが判る。

【００１４】また、融着帯根部Ｍ₁ 位置の変動は、羽口
吹込み炭種の変更時期と一致していた。特に、炭種変更
前後で吹込み炭種のコークス置換率が大きく変わる図５
中ａ〜ｄの場合に、融着帯根部位置も変動して、７_B2〜
７_B1間の相関係数の絶対値が０．５を超える傾向があっ
た。一方、図５中ｅとｆの吹込み炭種変動の場合、それ
ぞれ単独の吹込み炭種変更アクション時における吹込み
炭種のコークス置換率の変動量は小さいが、ｆの時点で
相関係数が０．５を超える現象が見られた。この原因
は、吹込み炭種変更アクションが短期間に２度行われた
ことにより、吹込み炭種のコークス置換率の変動アクシ
ョン量が見掛け上ｇのように合成された形で作用し、結
果的に根部位置を大きく変動させてアンバランス化を誘
発させたことによると推定される。従って、吹込み炭種
変更前後における吹込み炭種のコークス置換率の変動量
を小さくし、かつ吹込み炭種変更間隔を少なくとも４日
ないし５日以上（高炉内の状態が定常状態になって安定
化するのに最低２〜３日かかるため）とすることが炉況
変動を抑制する上で重要であることが判る。

【００１５】以上のことから、羽口吹込み炭種変更前後
における吹込み炭種のコークス置換率の変動量を小さく
し、かつ吹込み炭種変更間隔を少なくとも４日ないし５
日以上とすることは、炭種変更アクションの目安になる
といえる。それと同時に、高炉炉腹・朝顔部のステーブ
クーラに複数の温度計を設置し、上下方向で隣接する温
度計の指示値をもとに２点間での相関係数を算出して時
間推移図に加工するという本手法は、吹込み炭種変更ア
クション実施後の確認等のためにフィードバック用の定
量的情報として用いると有効であることも判った。この
手法を適用し、吹込み炭種のコークス置換率の変動が小
さくなるように吹込み炭種変更のアクションを実施した
ところ、後半に相当する４カ月目の時期では、吹込み炭
種変更アクションを行ったｈとｉのときにも、融着帯根
部位置の大きな変動及び出銑口間のアンバランス化を誘
発させることなく、安定した高炉操業を維持することが
できた。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、炭種変更前後における吹込み炭種のコークス置換率
の変動量を小さくし、かつ吹込み炭種変更間隔を少なく
とも４日ないし５日以上とすることにより、融着帯根部
位置の大きな変動及び出銑口間のアンバランス化を誘発
させることなく、安定した高炉操業を維持することがで
きる。また、高炉の炉腹・朝顔部のステーブクーラに設
置した温度計による相関係数の推移図を用いることによ
り、羽口吹込み炭種の変更に起因した融着帯根部位置の
大きな変動、生鉱石下りの発生、炉底湯溜り内における
溶銑滓の流動阻害部位の発生等が回避できたかどうか
等、吹込み炭種変更アクションの適否を定量的に評価す
る上で有効な監視用フィードバック情報を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 高炉内部における気相、液相、固相の流動状
態を付帯設備と共に模式的に示した図

【図２】 出銑口ごとの炉内残滓量について、その偏差
量の経時変化をプロットしたグラフ

【図３】 炉底側壁部に設置した熱流センサからの情報
をもとに、任意の２点間における指示値の相関係数の経
時変化をプロットしたグラフ

【図４】 高炉炉体水冷用ステーブクーラの取付け位置
を示す図

【図５】 高炉炉腹・朝顔部のステーブクーラに設置し
た、上下方向に隣接するステーブクーラの温度計間の指
示値に関する相関係数の経時変化及び、同期間の羽口吹
込み炭種の種類、割合、吹込み炭種の平均コークス置換
率を示すグラフ

【符号の説明】

１：シャフト部 ２：炉腹・朝顔部 ３：湯溜り
部 ４：羽口 ５：レースウェイ ６：出銑口 ７：ステー
ブクーラ ８：温度計 ９：熱流センサー １０：微粉炭吹込みランス Ｇ：還元性ガス Ｓ₁ ：鉱石層 Ｓ₂ ：コークス層 Ｓ₃ ：炉
芯コークス層 Ｌ₁ ：溶銑 Ｌ₂ ：溶滓 Ｍ：融着帯 Ｍ₁ ：融着帯の根部 Ｍ₂ ：不
透過層 ７_B1、７_B2：朝顔部のステーブクーラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吹込み炭種をある期間ごとに変更しなが
   ら各種銘柄の微粉炭を単独で又は混合して羽口から高炉
   に吹き込む高炉操業であって、高炉の炉腹・朝顔部のス
   テーブクーラに複数の温度計を設置し、各温度計で得ら
   れた測定値のうち、上下方向で隣接する温度計の指示値
   をもとに２点間での相関係数を算出して推移図を作成
   し、相関係数の係数値が管理範囲内に維持されるように
   吹込み炭種を選別又は変更する高炉操業方法。