JPS61104007A - 高炉操業におけるコ−クスの劣化防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 この発明は、高炉操業の安定化をはかることを目的とす
る高炉内コークスの塾的劣化の防止方法に関する。

従来技術とその問題点 高炉シャフト部には焼結鉱、ベレット、コークス等の装
入物の温度とガスの温度がほぼ等しいいわゆる熱保存帯
が形成されることは垂直ゾンデによって実測され、また
理論的にも証明されている。

しかしながら、この領域から羽口に至るまでの炉下部に
おいては、装入物およびガスの温度勾配はいずれも大き
くなるとともに、両者の平均的な温度差も増加する。こ
の状態はコークス粒子内の温度偏差を助長し、特にガス
の温度勾配が大きくなるとコークス粒子の表面と中心の
温度差が一層大きくなることを意味する。

さらに、高燐内でのガスの流れが著しく偏ったりする煩
況不調時にはスリップが頻繁に発生するが１．このよう
な状況下では装入物が低温部から高温部へ短時間で降下
するために、急速に加勢される危険性は上昇する。

一方、順調Ｋｐｋ業されている高炉においてもレースウ
ェイへのコークスの供給は、レースウェイ天井部のきわ
めて挟い領域で起っていることが推察され、このような
’Ａ１１ｌ噴では荷下り４度が他の領域に比べて相対的
に大きく、炉下部で高温度のガスでコークスが急速に加
熱される可能性のあることを示唆する。

ま九、優近では重油価格の高＠により、重油を使用しな
いいわゆるオールコークス操業が実施されているが、こ
のような操業に移行後前記熱保存帯がシャフト上部まで
拡大することが経験されている。また、重油カットは羽
口先におけるコークス消ＩＮ速度が増大する方向に作用
するためＫ、結果的には荷下り速度が早くなり、炉下部
の高温ガスでコークスが急速に加熱されやすい状況を生
み出している。

一般に、高炉炉頂に装入されたコークスは炉内を降下す
る過程で予熱帯を経てほぼ９００℃以上の温度帯に達す
ると、下部より上昇してくるガス中ＣＯ！あるいはＨ，
Ｏによって反応を受け、コークス表面のカーボンが反応
消失して粒子径が減少していく一方、粒子内部では気孔
が拡大し気孔壁が薄くなって強度が低下する。このこと
は外方に対して、あるいはコークス粒子どうしのｌ耗に
対する抵抗力が弱くなったことを示し、反応量による強
度低下の程度、さらＫは外力の程壇に応じてコークスＶ
ｉ崩壊し、発生した粉コークスは装入物の空隙を埋め通
気性を阻害するばかりでなく、炉下部に降下して高温帯
に蓄積したような場合にはスフグあるいは銑鉄の通液性
をも阻害することばなり、高炉炉況を変動させる要因と
なる。

一方、羽口先に降下したコークスは送風中の峻素との反
応により粒径を低下させるとともに、送風により水平方
向に加速され、コークス充填層の壁に衝突する過程で峻
素との反応で生成したＧＯ。

あるいは送風中のＨ，Ｏにより急激なガス化を受けなか
らコークス壁面に沿って上昇し、再び羽口先へ降下する
という旋回運動をしている。このような急激な旋回運動
Ｋ）いてはコークスの明壊が進みやすく、発生した粉コ
ークスはコークス充填層の空隙を低下させることから中
心部へのガス流れ　　　　　。

を抑制し、炉内での均一なガス流れを著しく阻害するこ
とから炉況不調に到らしめる原因となり好ましくない。

周知の通り高炉におけるコークスの役割としては、■通
気剤としての役割、■還元剤としての役割、■塾頭とし
°ての役割に大別され、■の役割は重油等の液体燃料の
吹込み、■の役割は液体燃料吹込みおよび高温送風によ
り代＃０Ｊ能であるが、現在の技術では■の役割は高炉
用コークスに頼らなければならない。また、高炉は下部
よシ反応ガスを供給し上部より鉱石を装入し、・慮元、
溶解等の一連の１応を行なわしめる向流反応塔であるた
め、ガスを安定に通す丸めの最小限の通ズ確保が要求さ
れる。

このように、コークスの急速ｍｅ？により生じる熱衝撃
によりコークスが劣化すると、高炉操業は著しく支滝を
きたすことＫなる。従って、高炉内においてコークスの
熱的劣化を防止し粉コークスの発生をいかに低減させる
かが高炉操業上重要な４題となる。

口前温度上昇時に前記性状判定結果では何等問題のない
コークスでも、実際に使用してみると通気性が悪化し荷
下りが不安定となつ九り、期待したほどの燃料比が低下
しないといりことを経験している。また逆に１判定結果
で不十分な評価を受は九にもかかわらず、かなり、安定
して炉況を維持し得たということも経験している。これ
は、炉内の　　　・昇温速度を考慮した熱的劣化が判定
結果に加味されていないことに起因するものと考えられ
る。

発　　明　　の　　目　　的 この発明は、従来の前記弱点を改善すべくなされたもの
であり、高炉内におけるコークスの熱的劣化を防止して
極めて安定した高炉操業が実施できるコークスの劣化防
止方法を掻案することを目的とするものである。

発　　明　　の　　構　　成 この発明に係るコークスの劣化防止方法は、高炉の垂直
ゾンデ等の計測＊［Ｋより実測される炉内ガス温度を用
いて、加勢により発生するコークス粒子内の勢応力を推
定し、醋記推定値が所定の値以下となるよう送風温度、
送風湿分等の高炉操業諸元を変にしコークスの熱的劣化
を防止することを特徴とするものでらる。

この発明者らは、高温に加熱した実唆炉の中にコークス
を投入して急激に加熱するとコークス粒内に亀裂が入り
、強度も低下することを確認し、さらにこのような強度
低下と加熱されることＫより発生する準応力とがコーク
スの劣化現象に関連していることを知見した。そして、
かかる現象に着目し、コークス粒子内に発生する熱応力
がコークス基質強度（引張強度）を越えると亀裂が生ず
るという機構を見い出し、この発明を完成させたのであ
る。

すなわち、高炉内における温度分布を入力して理論的に
コークス粒子内に発生する熱応力を求め、この値が所定
の数値以下となるように高炉操業諸元を変更してコーク
スの劣化防止をはかったものである。

この発明におけるコークス粒子内の応力分布は以下に示
す方法により求めることができる。

加熱後のコークス粒子内のｒ温度分布は伝熱基礎式（１
）式を＋２１　、　＋３１式で表わされる境界条件下で
解くことにより求める。

ここで、ＴＩ　ＴＢ　ｌ　”Ｗ　：コークス温度、バル
ク温度１反応管壁温度（ｋ） ｔ：時間（Ｓ） ｅ：黒度（＝） ｐ：コークス密度Ｃｔ’Ｑ／ｒｅ） Ｃｐ：比熱（ｈ」・ｋ） ｋｅ　’粒内有効熱伝導度（−／ ｍ’ｓ−に’） δ：ステファン脅ボ〃ツマン 係数（−／Ｉ・３・ｋａ　＞　　　　　　　　　　　ｅ
ｈｐ：境嗅伝熱係牧（）ｏｎ／＆−５−ｋ）と紀伝熱解
析結果を用いて、ある時刻におけるコークス粒子内のｔ
温度分布が求まるため、′４膨張率を温度の１列数とし
て与えると、コークス粒子内の微小要素に′憤く力のつ
り合いから求まる平背式（４）式、および歪成分＃量と
応力成分σｉとの関係式（５）式、（６）式を連立して
（７）式、（８）式の境界条件下で博くことくより、コ
ークス粒子内の応力分布を求めることかで勇る。

＝０　　　　　　　・・・・・・（７）式ｕ１ｒ＝ｏ＝
０　　　　　　　　°−−−°−＋８１式ここで、　ｔ
ｒ：半径方向応力（Ｋｇ／ｎ？　）σθ：接繰方向応力
（Ｋｌ／ｎ？　） Ｅ：ヤング率（即／＋１／） ｙ：ポアソン比（Ｑ／ｒｌ　） Ｕ：変位（ｍ　） α：線膨張係数（１／ｋ） なか、前記（３）式中のＴｅ１（バルクｔａ度）はガス
温度を表わしているが、この値としては公知の高炉数学
モデＡ／（例えば特開昭５２−１０ｆ＋３１２）を用い
て、送風竜、送風温度、装入原料の量とその組成等の操
作パラメータに基づいて予測された、あるいは垂直ゾン
デ等のプローブにより実測された炉内ガス温度の壇を採
用することができる。

この発明では上記のごとく、４炬数学モデ／Ｉ／により
予測された、あるいは垂直ゾンデ等の計測債ｒＩＩＩＫ
より実測された炉内ガス温度分布を用いて、コークス粒
子内の温度分布を伝熱４礎式に基づいて算出し、かかる
条件内におけるコークス粒子内に発生する熱応力を、コ
ークス粒子内の微小要素Ｋｍ＜力のつり合から導き出さ
れる平衡式を解くことにより求める。

そして、このようにして理論的に求めた繰応力値を所定
の数値以下となるように高炉諸元変更により炉内条件を
コントロールしてコークスの劣化防止をはかるのである
。

なお、第１図にスリップ頻度と炉冷事故頻度の関係を示
すごとく、スリップ頻度が１０回７日以上になると炉冷
事故の発生率が急増するので、このような場合にこの発
明方法を適用する。

具　　　体　　　例 第２図は昇温速度とコークス粒子内最大熱応力の関係を
示したものである。昇ａＳ度が速くなる程急速加熱され
る傾向が強（なり、最大応力は増大する。またコークス
粒子径が大きくなるほど中心部の！＋温が遅れる結果、
コークス粒子内の温度偏差はＲ著となり最大応力も増大
する。高炉解体調査結果によると、高炉コークスの引張
強度は３５Ｋｌ／ｄ程度にまで低下している。従って、
第２図中に示すようＫ　Ｏ，７５”Ｃ／Ｓ以上の４温速
度で加熱されると、 （最大燕応力）〉（コークスの引張強度）となるために
熱劣化の危険性が生じる。すなわち、コークスの熱劣化
防止のためには、昇慇速度を０．７５℃／Ｓ以下に抑え
るこケが必要でちることが判明した。

また、第３図は３０００−級高炉を対象に、出銑比をパ
ラメータとして！４−稿速度と羽口前温度の関係を示し
たものである。出銑比一定で羽口前温度を上昇させると
荷下り速度が速くなる結果、外を品速度が増大し、発生
熱応力は大きくなる。すなわち、出銑比の大きな変動に
対して羽口前温度を１橿当Ｋｇ４整しなければ大きな熱
応力が発生しコークスの劣化を生せしめることがわかっ
た。

次に、出銑比１．ｇｔ／ｄ／ぜから２．１　ｔ／ｄ／−
に上昇させる操業時において、当初羽口前温度を従来同
様に２４８０℃に管理していた。ところが、荷下りが不
安定となり通気性も悪化し、出銑時にコークスが吹き出
す等の出跣荒れの回数も増加してきた。

そこで、休風時に羽口先端のコークスを採取し、粒度分
布を測定したところ、従来と明確に差が認めら＋′した
。すなわち、出銑比上昇時に羽口から採取されたコーク
スの平均粒度は以萌に比べて３５層から３０鵡に低下し
ていた。また、採取コークスのｗＡ微境観祭からは做細
な亀裂が多数確認され、熱劣化の進行していることがう
かがわれた。そこで、第３図にしたがって羽口前温度を
２４８０℃から２４００℃に下げ管理した。その結果、
スリップ回数は正常にもどり、羽口先コークス粒度も正
常の４５鵡前後に回復した。

以上のように、出前比に応じた羽口前温度の調整はコー
クスの劣化防止に有効であることが明らかとなり、また
Ｖ−スウェイの深さはこのよう々調整によって安定に維
持でき、炉芯への風の通気をよくし炉芯温度の維持に効
果大であることが確認できた。

発明の効果 この発明は上記のごとく、高炉操業中における炉内コー
クスの熱応力を、昇温速度を考慮して求め、その値が所
定の値以下になるように高炉操業　′諸元を変更してコ
ークスの熱的劣化を防止する方法であり、炉内での粉コ
ークスの発生を低減することができるので、極めて安定
した高炉操業が実施できる。

【図面の簡単な説明】

瀉１図は高φのスリップ頻度と煙冷事故幀度の関係を示
す図表、第２図はこの発明における昇温速度とコークス
粒子内最大熱応力の関係を示す図表、第３図は３０００
ぜ級高炉を対象に、出銑比をパラメータとして昇ｔｍ　
１４度と羽口前τ温度の関係を　　　。 示す図表である。 出願人　　住友金属工業株式会社 ・Ｊ− 代理人　　　押　　　１）　　良　　　久　　、。 第１図 スリップ頻度（回／日） 第２図 昇温速度（”Ｃｌ３） 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高炉操業において、高炉数学モデルにより予測された、
   または垂直ゾンデ等の計測装置により実測された炉内ガ
   ス温度分布を用い、コークス粒子内の温度分布を伝熱基
   礎式に基づいて算出し、かかる温度条件内におけるコー
   クス粒子内に発生する熱応力を、コークス粒子内の微小
   要素に働く力の釣合いから導き出される平衡式を解くこ
   とにより求め、求めた熱応力の値が所定値以下となるよ
   うに送風温度、送風湿分等の高炉操業諸元を変更させる
   ことを特徴とする高炉操業におけるコークスの劣化防止
   方法。