JPS5910402B2 - 混合装入物による高炉の操業方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は混合装入物による高炉の操業方法に関するもの
である。

従来、高炉への原料装入方法は、鉱石とコークスを交互
に装入し、炉内では鉱石層とコークス層が第１図に示す
如く層状をなしており、その層の層厚、形状等を適正な
形状に保持することが、現在の高炉操業では安定操業と
熱効率の向上のために重要な技術となっている。

しかし、この方法によると、第１図に示す如く還元の進
行によって原料が降下するにつれて炉下部では鉱石層の
一部が融着し、この融着部分は通常融着帯と称され、鉱
石が軟化あるいは一部溶融して岩盤状に融着しているた
め空隙率の非常に小さい状態になっている。

融着帯１は更に降下するにつれて、高温部より溶融し、
羽口３上の高温部で完全に溶融する。

かくの如く鉱石層５が完全に溶融して消失するが、コー
クス層７は羽口３の前面で燃焼するまで残存し、通常炉
芯コークス９と称され、炉底の溶銑上にほぼ円錐体を形
成する。

一方、羽口３前で発生する高温ガスは、空隙率の大きく
、通気抵抗の少い炉芯コークス部９を上昇し、鉱石の融
着層間のスリット状コークス層を通して炉の半径方向の
外側、すなわち炉壁方向へ分配される。

しかし鉱石融着帯１内はガスがほとんど通過できず、炉
芯コークス部９から炉壁方向へのガスの分配は前記スリ
ット状コークス層を通じてのみ行われることとなる。

高炉内では炉内の還元ガスと鉄鉱石とを接触させること
により鉄鉱石が還元される。

この還元反応の熱効率は鉱石と還元ガスとの接触の態様
によって異なる。

従来法では、高炉の半径方向の鉱石の層厚分布、コーク
ス層厚分布、更には羽目からのガスの吹込み方法によっ
て鉱石と還元ガスとの接触の仕方を制御している。

この場合融着帯１の形状が非常に重要な役目を果し、例
えば鉱石融着帯１のコークススリット厚が小さい場合は
、炉芯方向から炉壁方向へのガス分配量が少く、融着帯
・ １が中心部で上部へ延びて前記円錐体が高くなり、
中心部の還元ガスの利用効率が低下し、高炉全体の熱効
率が低減する。

（第３図）また、高炉中心部の融着帯１の位置が炉壁近
傍の高炉周辺部の融着帯よりも低いような場合には、；
融着層が炉内断面全面に拡大し、ガスが通過し易いコー
クススリット層の数が不十分で通気性が不良となり、高
炉全体の通気抵抗の増大、装入物の降下状況の不安定に
より高炉操業に支障を来す結果となる。

高炉炉頂部１１の装入物の直上に第１図に示す如キガス
サンプラー１３があり、これにより炉頂部直径方向のガ
ス温度分布例をそれぞれ第１図、第３図、第５図にて表
わされる融着帯１の型、Ａ型、Ｂ型、Ｃ型に対応して第
２図、第４図、第６図に示す。

すなわち、第１図にて示されるＡ型では、中心部で還元
ガスの利用効率がやや悪いが、全体的には良好であり、
第３図で表わされるＢ型では炉の中心部から中間部へか
けて広い範囲で還元ガスの利用効率が悪く、第５図で表
わされるＣ型では炉壁周辺部で利用効率が悪い状況が示
されている。

かくの如く、従来の鉱石とコークスを交互に層状に装入
する操業方法をとる場合には、融着帯１の形状によって
高炉の熱効率のみならず操業の安定性が大きく影響され
る。

従来は、融着帯の形状は、装入装置によって鉱石、コー
クスのそれぞれの半径方向の層厚分布を変化させること
により調整する方法を採っているが、装入物の炉内での
再分布による層厚の変動もあって、ほぼ第１図Ａ型にて
示される如き融着帯１の形状を維持することが困難であ
る。

更に、この従来方法では、各層の形状を崩さずに降下さ
せる必要があり、そのためには炉芯コークス部９より円
周方向に均等に炉壁方向に向ってガスを分配するコーク
ススリット形成を維持する必要がある。

このようなコークススリットは多重層に亘ってガスを分
配させるために融着帯１は必然的に中央部に円錐体状に
せざるを得す、その結果として第２図に示す如く、必ず
中心部にガスの利用効率の低い部分ができる欠点があっ
た。

本発明の目的は、上記従来の高炉操業における融着帯形
状の不安定および中心部附近におけるガス利用率の低下
を防止し、安定操業と熱効率の向上を図ることができる
高炉の操業方法を提供しようとするものである。

本発明の要旨とするところは、高炉における原料装入方
法において、装入される鉱石とコークスの粒度構成を両
者合計重量の４０％以上重複させ、かつコークスの粒度
下限を鉱石の粒度下限の３倍より大としてなる鉱石およ
びコークスを完全混合したる後、炉内に装入することを
特徴とする混合装入物による高炉の操業方法である。

本発明の実施例を添附図面により従来法と対比して説明
する。

すなわち、本発明による場合には、炉内の原料は鉱石と
コークスが混合状態で存在し、融着帯１は第７図に示す
如く、コークスと軟化融着状態の鉱石が渾然一体となり
、上昇する還元ガスは従来方法では前記の如く融着帯１
のコークススリットを通して分配されるのに対し、本発
明の方法では混合するコークスと融着鉱石の境界に形成
される空隙を通して分配される。

従って炉内のガス温度の分布は第８図に示す如く、炉芯
部においても過度に高温とならず、なだらかな凸状を呈
する。

一方、高炉の円滑な操業のためには、高炉全体の通気性
が重要である。

本発明者らは炉内の通気抵抗を従来法における種々の場
合と本発明法とを対比して測定した。

すなわち、従来の鉱石、コークス層状装入法における塊
鉱石層内の単位厚さ当りの圧力損失△Ｐｏｒｅ（グｌｃ
ｒＶｍ）と塊コークス層、塊コークス・鉱石混合層、コ
ークス鉱石混合融着層、鉱石融着層でのそれぞれの圧力
損失△Ｐｃｏｋｅｓ△Ｐｏ ｒ ｅ＋ｃ ｏｋ ｅ，
哩Ｍ（ ｃ ｏｋｅ＋ｏ ｒ ｅ ）、△ＰＭ（ｏｒｅ
）との比、すなわち、それぞれ た結果は第９図に示すとおりである。

この結果より明らかなとおり、鉱石融着層では通気抵抗
が著しく大きく、従ってコークス、スリット層によって
ようやく還元ガスの上昇分配が可能であり、これなくし
ては不能であることが推察できる。

また、一方コークス鉱石融着層では塊鉱石層に比して数
倍の通気抵抗があることも明らかである。

塊コークス、鉱石混合層の通気抵抗は、これらの混合状
態によって変化し、この混合状態は主として鉱石とコー
クスの粒度構成に依存する。

従来の原料の層状装入法における鉱石とコークスの粒度
構成の一例は第１０図に示すとおりである。

すなわち、従来法においては、鉱石は１７問を中心とし
、コークスは５２ｍｍを中心として重複部分は約２５係
程度である。

本発明者らほ、鉱石の粒度構成を従来どおりとし、コー
クスの粒度構成を第１１図の如く、同一粒度のＡ１、Ｂ
１Ｃ，Ｄ，Ｅの如く、（従来の粒度構成をＡとする）一
定とした原料をそれぞれ混合装入し、単位層厚の厚さ当
りの圧力損失を測定した。

その結果は第１２図に示すとおりである。第１２図より
明らかなとおり、ガス流速の増大に伴って、いずれの場
合も圧力損失が増大するが、従来法の層状装入のＡ法に
比して、圧力損失の大なる場合と小なる場合とがあり、
大なる場合は鉱石とコークスの粒度構成範囲が離れてい
るＡ，およびＢの場合であり、従来法より圧力損失の小
なる場合は、ＣおよびＤの場合の如く粒度構成の重複部
分が大なる場合である。

Ｅの場合は流速が過大で、逆に圧損が急低下した場合で
ある。

この実験より鉱石およびコークスの粒度構成が重複する
程、圧力損失が小さくなることが判明した。

本発明者らは、これらの実験を繰返し、鉱石およびコー
クスの粒度構成が少くとも４０係重複する場合に圧力損
失が極めて小さくなることを見出した。

従って本発明法の実施の場合には鉱石とコークスの粒度
構成を４０係以上重複させることが効果的であることが
判明した。

また、上記Ｅの場合の如く、ガスの流速が過大でガスが
局部的に通気抵抗の少い通路を作り吹抜ける現象は、コ
ークス粒度の下限と密接な関係があり、本発明者らの数
多くの実験の結果、コークス粒度下限が鉱石粒度下限の
３倍より小となると吹抜けることが判明した。

従って、本発明の実施においてもコークス粒度下限を鉱
石粒度下限の少くとも３倍とし、３倍よりも犬とするこ
とが好ま′ しい。

この理由は、コークスと鉱石とで流動化開始速度Ｖ が
異なるためである。

一般に流動化開始速度Ｖ。

は次の（１）式で表わされる。

ここにρ ：粒子の嵩密度（ ｋｇ／ｒｒｌ ）ｇ：重
力加速度 Ｓ 二重力換算係数 Ｃ，Ａ μ ＋ ／’〆）Ｖノ丁口ｌ工Ｌ７ｌ乃込（ｒＶ／
Ａｌｌ − Ｌｌｌ ｃ Ｌ． ）ρ：ガスの密
度（ｋｇ／ｍ’） β：定数（０≦β≦１） Ｃ：定数 ε：充填層の空隙率 φ：粒子の形状係数（０〈φ≦１） ｄ：粒子の平均粒度（ハ） （１）式にて示される如く、コークスと鉱石の粒子の嵩
密度ρ が異なるので同一流動化開始速度Ｖ。

とするためには当然粒子の平均粒度を異にする必要があ
り、その実験的適正値がコーク久粒度を鉱石粒度の３倍
以上とすることにある。

本発明者は、第１１図にて示したＤの場合のコークスお
よび鉱石の粒度構成によって本発明法による混合装入に
よって高炉の実操業実験を実施した結果、次の如き結果
を得た。

すなわち、高炉下部における圧力損失は従来の層状装入
法における融着帯コークス、スリット部の圧力損失に比
してやや犬であるが、高炉上部での圧力損失が従来法に
比して小であり、高炉全体としては本発明法は従来法と
ほほ同一の圧力損失で操業することができることを確認
した。

次に現在の高炉操業においては、炉壁部の羽目よりガス
を吹込むため、いわゆる炉壁効果により炉壁近傍により
多くの上昇ガスが集る傾向がある。

この場合本発明法では混合融着層の形状が第１３図に示
すＥ型となり、炉頂部における炉直径方向のガス温度の
分布は第１４図に示す如く炉壁近傍でガス流が多くなる
。

この状態で操業を続けると、炉壁部で吹抜けを起したり
、炉中心部で加熱不足の装入物が炉床に降りていわゆる
「炉床冷え」を起す結果となり、高炉の安定操業の維持
が困難となる。

この対策として従来法では、炉壁近傍のガス上昇流の仰
制は、鉱石層厚／コークス層厚の比を炉壁近傍を炉中心
部より犬とすることによって調整しているが、本発明に
よる混合装入法では炉の半径方向粒度を変えることによ
って調整できる。

前記第１１図、第１２図により混合された鉱石およびコ
ークスの粒度構成範囲の差が大きいほど圧力損失が増大
することが判明したが更に第１５図、第１６図に示す如
く粒度の構成範囲の差を狭くとっても鉱石及びコークス
の平均粒径を小さくすることによっても圧力損失が増大
することが判明した。

従って、本発明による混合装入法の実施に当っては、後
者の例により、炉壁近傍では装入物の平均粒径を小さく
し、中心部に向って徐々に粒径を犬とすることにより、
炉壁近傍のガス流速を小とし、中心部に向って徐々にガ
ス流速を犬とすることによって混合融着層の形状を第７
図の如くに前記「炉床冷え」を防止することができる。

本発明者らほ、高炉の実操業によって、従来の鉱石およ
びコークス別の層状装入法と、本発明による混合装入法
とを実施して出銑量ｔ当りの所要コークス量、すなわち
、燃料比と、炉頂ＣＯおよびＣＯ２ ガス分析値による
ガス利用率（（６）すなわち、ＣＯ２／ＣＯ＋ＣＯ２を
上記融着帯の従来型Ａ型（第１図）、Ｂ型（第３図）、
Ｃ型（第５図）および本発明法によるＤ型（第７図）、
Ｅ型（第１３図）別に試験した結果は第１表に示すとお
りである。

第１表よシ明らかなとおり、本発明法による場合、特に
Ｄ型融着帯による場合には、ガス利用率および燃料比と
も従来法に比し著しく向上することが判明した。

また本発明者らは、混合装入操業において次の３つの場
合について高炉の実操業によるガス流分布の比較試験を
行った。

（イ）鉱石平均粒径を中心部で３５ｍｍとし炉壁部にて
約８ｍｍとして粒度構成が第１７図ＢＰ曲線にて示す如
くシ、コークスの平均粒径をこれに対応してそれぞれ鉱
石粒径の３倍とし粒度範囲を４０係重復させた場合。

（口）鉱石平均粒径を中心部で２８朋とし、炉壁部にて
約１３ｒＩＬｍとして粒度構成を第１７図ＢＱ曲線にて
示す如くシ、コークスの平均粒径をこれに対応してそれ
ぞれ鉱石粒径の３倍とし、粒度範囲を４０係重復させた
場合。

（ハ）鉱石平均粒径を中心部および炉壁部とも１８朋に
揃え第１７図Ｒ曲線に示す如クシ、コークスの粒径もこ
れに対応して３倍の均一とした場合。

（イ）、（口）、（ハ）各場合の炉頂ガス温度分布はそ
れぞれ第１７図Ａにて示す、Ｐ，Ｑ，Ｒ曲線となり、仲
）の場合が最も熱効率の良好なガス流分布となることが
判明した。

具体的には、第１８図に示す最も単純な場合の如く、鉱
石、コークス共、粒度の細いグループＡと粗いグループ
ＢをそれぜれＯＡ．Ｏ およびＣＡ１ＣＢの如く粒度別
に準備し、更Ｂ に必要に応じて粒度の異なる多数グループを準備してお
き、炉壁近傍に最も細いグループを装入し、中心部に近
づくに従って粒度を粗クシ、中心部に最も粗大のグルー
プを装入するようにし、各グループの装入割合によって
炉内の通気分布を調整することが望ましい。

本発明と従来例とを対比した上記実施例にて明らかなと
おり、本発明は、従来の鉱石、コークス別の層状装入法
を廃し、装入される全鉱石および全コークスを完全混合
したる後炉内に装入し、かつそ倣に、装入される混合装
入物の粒度を炉内半径方向に、炉壁近傍より炉中心部に
向って次第に粗大とし、更に、コークスの粒度下限を鉄
鉱石の粒度下限の少くとも３倍とし、かつコークスの粒
度範囲と鉱石の粒度範囲を少くとも４０％重複させるこ
とにより、次の如き効果を収めることができた。

（イ）融着帯形状によって左右されていた従来法による
高炉操業の安定性や熱効率は、融着帯形状が変動し易く
制御し難い欠点があシ、かつコークススリットにより上
昇ガスを中心部より周辺部＼分配するため融着帯を中心
部で高くする必要があり、そのため中心部のガス流が多
くなシ、高炉全体としてのガスの利用効率が悪い欠点が
解消された。

（０）本発明による混合装入法によればコークススリッ
トは不要であり、融着帯形状の変動が少いので高炉操業
が安定し、制御が容易となった。

（ハ）炉内に装入する鉱石コークスの粒度調整によって
炉内ガス流の半径方向の分布を制御できるので、この点
からも高炉操業が容易となり、安定させることができる
。

（ニ）融着帯にコークススリットを作る必要がないので
炉中心部で融着帯高さを極端に高くする必要がなく、そ
のため中心部のガス流を従来法の如く過多とする必要が
なく、その結果中心部におけるガス利用効率が高くなり
、高炉全体の熱効率も向上できる。

従って、高炉の燃料比を低減することができ、製造原価
を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の層状装入法による融着帯の形状（Ａ型）
を示す高炉の模式断面図、第２図は第１図の場合の炉の
半径方向のガス温度分布図、第３図は従来の層状装入法
における中心部のガス利用効率の悪い場合の融着帯の形
状（Ｂ型）を示す高炉の模式断面図、第４図は第３図の
場合の第２図と同様のガス温度分布図、第５図は従来の
層状装入法における炉壁周辺部のガス利用効率の悪い場
合の融着帯形状（Ｃ型）を示す高炉の模式断面図、第６
図は第５図のガス温度分布図、第７図は本発明による混
合装入法による融着帯の形状（Ｄ型）を示す高炉の模式
断可図、第８図は第７図のガス温度分布図、第９図は従
来法による鉱石融着層および本発明によるコークス、鉱
石融合着層、塊コークス、鉱石混合層、並びに比較のた
めに掲げた塊鉱石、、塊コークス層別の通気抵抗比の比
較図、第１０図は従来の層状装入法による鉱石およびコ
クスの粒度構成図、第１１図、第１２図はそれぞれ鉱石
粒度構成に対するコークス粒度構成範囲の差およびこれ
に対応するガス流速と圧力損失との関係を示す相関図、
第１３図は本発明の混合装入法の融着帯の形状の他の型
七型）を示す高炉の模式断面図、第１４図は第１３図の
場合のガス温度分布図、第１５図、第１６図はそれぞれ
、鉱石およびコークスの粒度構成範囲の差およびこれに
対応するガス流速と圧力損失の関係を示す相関図、第１
７図は鉱石の平均粒度、粒度構成の差による炉頂ガス温
度との関係図、第１８図は鉱石の粒度の大小（０，０）
に対するコークス粒度の大小（Ｃ，Ｃ）の一例を示す粒
度と粒度構成との関係の実施例を示す関係図である。 １・・・融着帯、５・・・鉱石層、７・・・コークス層
、９・・・炉芯コークス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉における原料装入方法において、装入される鉱
   石とコークスの粒度構成を両者合計重量の４０係以上重
   複させ、かつコークスの粒度下限を鉱石の粒度下限の３
   倍より大としてなる鉱石およびコークスを完全混合した
   る後、炉内に装入することを特徴とする混合装入物によ
   る高炉の操業方法。