JPS61153215A - 高炉の炉頂ガス発生量の制御方法 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は、高炉の炉頂ガス発生量の制御方法に関するも
のであり、炉内の反応系とくにソリューションロス反応
を正確に把握することで、炉頂発生の可燃性ガス量をよ
シ正確に制御し、もって製鉄所内でのガス需給バランス
を好適に維持するの１に有効な技術について提案する。

高炉の炉頂から発生する可燃性ガスは、熱風炉や加熱炉
、均熱炉、焼鈍炉等で燃料として用いられる。そのため
に高炉からの発生したガスは、−５旦ガスホルダーに蓄
えられ、そこからそれぞれの使用先へ送られるのが普通
である。

（従来の技術） 高炉で発生する可燃性ガスの発生量、およびその組成は
、一般に炉内における還元反応や溶融状＋１・態により
常に変動しており、そして還元反応および溶融状態は、
炉内に装入される原料の化学成分、その物理性状（強度
、粒度〕、固体−ガス間の伝熱状況、羽目での複合送風
条件（送風強度、送風湿分、送風量）の他、炉内壁面の
原料付着物発生１５に伴うガス流変化などの測定不可能
な要素により変動する。

この点、従来技術はかような現状にもかかわらず、通常
の操作方法、すなわち原料切出し制御あるいは複合送風
条件の制御だけで対処しており１４．。

そのために炉頂発生ガス量の制御はほとんど不可１能で
あった。その結果、従来工場内でのガス需給バランスが
崩れ、例えば発生ガスの使用側では使用先毎のガスの最
適分配計画の策定に支障をきたしていたのが実情である
。

（発明が解決しようとする問題点） 要するに本発明の目的は、通常の高炉操業の下で原料の
切出し制御や送風条件の制御を行う方式では、正確な炉
頂ガス発生量の制御ができないという問題点を克服する
こと、すなわち主としてソト・リュージョンロス反応が
正確に予測できないことによる不正確なガス発生量の把
握が起ることを克服する点にある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点克服のために、高炉内に鉄１８鉱石
とともにコークス他の炭材を装入し炉内で還元を起させ
て溶銑を製造すると同時に炉頂よりは可燃性ガスを発生
させて回収する際に、高炉内に装入すべきコークスの熱
間強度Ｏ３Ｒを予め測定し、この熱間強度値にもとすき
炉内におけるカー、１゜ボンソリューション反応を正確
に予測することに１より、所望の高炉炉頂ガス発生量を
得るだめの高炉操業条件設定を行うことを特徴とする高
炉の炉頂ガス発生量の制御方法、を採用する。

（作用） 本発明者らの研究によれば、高炉内ガス発生に大きな影
響を及ばず炉下部でのカーボンソリューションロス反応
量＜　ｃ　＋　ｃｏ２→２００）は、コークス熱間強度
（ＣＳＲ）とよく対応し、また燃料比も該コークス熱間
強度（ＣＳＲ）とよく対応している１、）ことが明らか
になった。以下にこの点について詳しく述べる。

さて、可燃性ガス発生に寄与する高炉内に装入されるカ
ーボン（コークス、重油、微粉炭として装入される。）
の炉外への排出についてみると、ｌｉ通常次のように区
分される。

（１）　　ダストとして炉頂ガスとともに排出されるカ
ーボン・・・ＯＮ　（懸−ｐ） （２）溶銑成分となって排出されるカーボン・・・０２
　（ｋｇＡ−１）　）　　　　　　　　　　　　　　　
　　　、、。

（８）炉内でガス化して排出されるカーボン・・・　　
１０８　（シーｐ〕 ８−１　　羽口からの高温送風に接して燃焼し、あるい
は蒸気に接してガス化するカーボン・・・０８１　（”
／１−１）　） ８−２　　ソリューションロス反応に費やされてガス化
するカーボン・・・０８２（髪１−ｐ）８−８　　溶銑
成分中に還元されることによシガス化するカーボン・・
・０８８（シーｐ） 上記区分のうち本発明の発生ガス量に関係があ１０るの
は、炉内でガス化して排出されるカーボンであり、その
変動は発生ガス量に大きく影響を与える。その中でも特
に、８−２で示したカーボンソリューション反応に費さ
れるカーボンの量の把握が難しく、従来はそのためにガ
ス発生量の予測を１６著しく困難にしていた。このカー
ボンソリューション反応こそ熱的にも高炉操業にも大き
な影響を及ぼし炉況を不安定にする一大要因である。

ところが、本発明者らの研究によれば、上記カーボンソ
リューション反応はコークス熱間強度　２．。

ＣＳＲとよい対応を示すことは上記したが、それ１は次
のような理由によるものと考えられる。

すなわち、炉内下部で発生した００．ガスは、７００〜
８００℃の温度帯でコークスと次のように反応し、 ａ　十ＣＯ，→２００ ＣＯガスを発生させる。その際に、コークス熱間強度Ｃ
ＳＲが低いと炉内降下中に粉状となる傾向にあり、その
ぶん反応しやすい状態となって炉内でのガス化が促進さ
れる。この関係を第２図に示−ｊ□　ＩＬＩまたこのカ
ーボンソリューションロス反応量、コークスの直接投入
量に支配されるが、実際には、高炉操業因子である送風
湿分や送風温度、スラグ比、処理鉱比、コークス灰分、
焼結鉱中ＦｅＯなどの変更によってコークス投入量も変
るから、これｌ）ら操業因子の変更に対応したコークス
投入量を求める必要がある。そこで真のコークス投入量
とも言うべき補正燃料比を求め、これとＣＳＲとの関係
について調査した。その結果を第８図に示す。

上記第２図および第８図の示すところから、補正２．１
燃料比（ＯＦ　Ｒ）　＃／Ｑ−ｐ　ｓ　ソリューション
ロス反応１に消費されるカーボン量（０８２）について
は、それぞれ次式（１）、（２）のように表わすことが
できる。

ＯＦ　Ｒ＝−０，２８・ＣＳＲ＋＄６９．５　　・・・
（１）０３２　＝−０，２５８・ＣＳＲ＋Ｋ　　・・・
（２］式中のＫは他の操業条件により決まる定数上式に
よれば、溶鉱炉に用いるコークスに関してその装入前に
コークス熱間強度ＣＳＲを測定し１・・ておくことによ
り、炉内に装入した後のカーボンソリューションロス反
応を正確に予測することができ、その結果高炉操業条件
としての他の要因：送風量や原料装入量、溶銑成分、ダ
スト発生量等が予め設定できれば、炉頂ガス発生量の正
確な推ｌ一定が可能になることが判った。以下にその手
順を示す。

（１）上記（１）式より補正燃料比（ＯＦＲ）および（
２）式よりソリューションロスカーボン量Ｃ０８２）を
求め、ダスト比および溶銑成分を仮定して、上・。

述した０１，０２，０８８を求め、それらより　１０８
１を得る。

ＤＳＴＲ：ダスト比（ｋ１７／ｌ−ｐ　）、ＤＳ’Ｉ’
ｏ：タス’ト　中０　　（％） ０２＝（０％〕×１０　・・・（４） ０８８＝９．６９５Ｘ　（Ｐ％）＋　８．５１５１　［
Ｓｉ％］＋２．１８６Ｘ（Ｋｎ％〕・・・（５） 式中の（ｐ）　、　（Ｓｉ）　、　（Ｉｎ）　、　（Ｃ
）は銑中Ｐ。

Ｓｉ　、　Ｉｎ　、　Ｏ（チ〕 ０００：コークス中Ｃ（係） ＯＨＯ：装入カーボン量（髪ｔ−ｐ） ０８１＝ＯＨＯ−０２−０３８−０８２・・・　（７）
（２）上記０８１および設定送風湿分Ｂ　Ｍ　（１１７
Ｈｍ８）より次式を計算して送風原単位Ｂ　Ｖ　Ｒ（Ｎ
ｍ’／ｌ−、、）を求める。　　　　　　　　　　　　
　　　　　！・（（〕） （８）上記より炉頂ガス量Ｔ　Ｇ　Ｒ（Ｎｍ８／１−ｐ
）は次の各項の合計で得られる０ ■　送風により羽口先で生成するＯＯ及び送風中■　送
風湿分ＢＭの分解によって発生するＣＯ＋２　　・・・
　（１０） ■　Ｐ　、　Ｓｉ　、　Ｉｎが溶銑中に還元されること
に・・・　（１υ ■　カーボンソリューションロス反応によってよって、
ＴＧＲ＝■＋■＋■＋■ 従って、コークス熱間強度ＣＳＲが得られれば送風原単
位ＢＶＲ、炉頂ガス量ＴＧＲが予測できる。すなわち現
状の高炉操業状態から新しい熱間強度ＣＳＲを有するコ
ークスに切替えた場合　゛・の操業では、次のようにな
る。

（１）時間当りのガス量ＴＧｖ（Ｎｍ８／ｍ、ｎ）を確
保しようとする場合、次式の解を求めると、出銑量ｏｐ
　＜　／（１）、送風指定量Ｂ　Ｖ　（ＮｍＢ／ｍ、ｉ
、）とも自動的に決まる。　　　　　　　　　　　　　
　　　　　１噸）（２）　　またある出銑ｆ（ＯＰ）を
確保しようとする場合、その時の指定送風量ＢＶ　、時
間当りのガス量’［’ＧＶは次のようにして得られる。

さてソリューションロスカーボン量に変更が生じるよう
な場合には、高炉内熱バランスのくずれから装入物の降
下の乱れ、溶銑温度成分の変動にへよる炉況の不安定化
につながりやすいことが知られているが、ソリューショ
ンロスカーボン−ｉが明確な場合には予め熱バランスを
計算して必要熱量を確保することも可能になシ安定した
高炉操業が実現できる。この場合の熱バランスを参考の
ため１０に示す。

Δ　ＨＬ　　＝ｊＢＶＲＸ　　ＢＴＸ　　ＯＢ　　−・
・　　　（１７）式中、ΔＨＬ：送風顕熱変化分（Ｋ０
＆ｌ／１−ｐ）ΔＢＶＲ：送風原単位変化分 ＢＴ：送風温度 ＯＢ：送風比熱（＝　０　、８４　）　（ＫｏａＩｌｏ
、　Ｈｒｎ８　）ΔＨＬＯ＝　２８６２　ＸΔ０８１　
・・・（１８）式中、ΔＨＬＯ：コークス燃焼−変化分
ｔ　ＫＯａ匂−、ノ２゜ΔＨ３ＱＬ＝　８２４０　Ｘ　
ｊ　０８ｇ　　・・・　（１９）式中、ΔＨ８０Ｌ　：
ソリューションロス熱変化弁ＣＫＯａＪ／１−ｐ） ΔＨＴ＝ΔＴＧＲＸ　ＴＧＴＸ　ＯＴ　・・・（２０）
式中、ΔＨＴ：　　炉頂ガス顕熱変化分＜　ＫＯａｌ、
（−ｐ　ｙΔＴＧＲ：　　炉頂ガス量変化分 子ＧＴ：　　炉頂ガス温度 ＯＴ：　　炉頂ガス比熱＜　ＫＯａｌ／ｃ、ＮｍＢ　）
　　＋。

（ご０．８８９　） 上記熱量の変化を送風温度ＢＴで補償するには、その送
風温度ＢＴの変更量ｊＢＴは次式で示される０この補償
は他の高炉操業条件設定因子を変動させることによシ行
うことができる０ 以上要するに上記計算式を用いると、装入直前のコーク
スの熱間強度Ｏ８Ｈさえ測定されれば、そ２・・れに応
じた任意のガス発生量を電子計算機による１設定計算に
よって自由に求めることができ、その結果発生ガス量一
定制御もまた高炉の操業を悪くすることのない任意のガ
ス量を発生させるような操業もできる。その際の発生ガ
ス量制御時に用い−・るデータ処理フローを第１図に示
す。

（実施例〕 高炉内に装入するコークスの熱間強度ＣＳＲを、６０％
より５０係に変化した場合に、時間当りの炉頂ガス発生
量を一定に制御した実施例を説明すＩｌｌる。第１表に
そのときの操業データの変化を示す０コ一クス熱間強度
ＣＳＲが５０％になった時の補正燃料比を（１）式より
求め、燃料比補正項目が０８Ｒ６０チ期と同一として実
績の燃料比と補正燃料比の差を０８Ｒ５０％期にも同じ
値を用いて燃料比１５の予測値を得る。また、Ｏ８Ｈの
変化分１０％（６０→５０〕を（２）式に代入して、Ｃ
ＳＲ６０チ期ノ実績ソリューションロスカーボン量より
０３Ｒ３０％期ノソリューションロスカーボン量を予測
する。これらの予測値及び第１表に示す操業デーりを用
いて、（８）〜（８）式より送風原単位、（９）１〜（
１２）式より炉頂ガス量を求める。

さらにコークス熱間強度ＣＳＲ６０％期と同じ炉頂ガス
発生面（Ｎｍ／ｍｉ、ｎ　’を得るため（１８℃式よシ
得た送風量を設定することにより、ｔｌぼ予測通５シの
ガス発生量が得られた。すなわち、この例では２．７％
の減産を予め予測して同じ炉頂ガス量を確保できた例で
ある。また（１７）〜（２υ式の計算結果より８８℃の
送風温度の上昇が熱バランスを維持するために必要と予
測され、移行時にアクシミ１０ンをとったがこれによｐ
炉況を安定に維持できた。

そして上記ガス発生量の一定化制御による冷間圧延工場
の焼鈍炉の熱量原単位変化の様子を第４図に示す。第４
図よシ明らかなように、ガス発生量の制御により圧力変
動が低減し熱量原単位も低１５滅し顕著な効果が得られ
た。また、ガス発生量が容易に予測できるので、ガス量
一定のみならずガスの使用側の要求量、操業状態に応じ
て炉頂発生ガス量の増減を制御できるようになったので
精度の良い需給管理が可能となった。　　　　　　　　
２１１第１表 （発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、正確な高炉炉頂ガ
ス発生量の制御ができ、ひいては工場内でのガス需給バ
ランス調整が容易になり、またカーボンソリューション
ロス反応が正確に推定でき′・るので高炉の安定した操
業を行うのに役立つという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による炉頂ガス発生量制御フローの図
、 第２図は、コークス熱間強度とソリューションカーボン
量との関係を示すグラフ、 第８図は、コークス熱間強度と補正燃料比との関係を示
すグラフ、 第４図は、本発明実施前後における焼鈍炉燃料Ｉ。 原単位の変動について示すグラフである。 １・・・高炉 ２・・・炉頂装入原料データ採取、設定点８・・・羽口
送風条件データ採取、設定点４・・・操業設定値計算装
置 ５・・・ＣＳＲ測定装置 ６・・・操業条件設定器 特許出願人　　　川崎製鉄株式会社　　　１゜（始？ｌ
すｌ訃ルｄイ丑Ｔ １１、 今４ １直

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、高炉内に鉄鉱石とともにコークス他の炭材を装入し
   炉内で還元を起させて溶銑を製造すると同時に炉頂より
   は可燃性ガスを発生させて回収する際に、高炉内に装入
   すべきコークスの熱間強度ＣＳＲを予め測定し、この熱
   間強度値にもとづき炉内におけるカーボンソリユーシヨ
   ン反応を正確に予測することにより、所望の高炉炉頂ガ
   ス発生量を得るための高炉操業条件設定を行うことを特
   徴とする高炉の炉頂ガス発生量の制御方法。