JPWO2016157794A1 - 高炉への原料装入方法 - Google Patents

Abstract

高炉内の通気性を確保して、高炉操業の安定化および熱効率の向上を達成することができる、高炉への原料装入方法について提案する。鉱石類原料およびコークスを混合した装入原料を、高炉内へ旋回シュートを介して装入するに際し、前記旋回シュートを前記高炉の軸方向に対して平均角度θ１にて傾けて装入原料Ｏ１を供給し、次いで前記旋回シュートを前記平均角度θ１より大きい平均角度θ２にて傾けて、前記装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径の１．１〜３．０倍の粒径を有するコークスが混合された装入原料Ｏ２を供給して原料装入層を形成する。

Description

本発明は、高炉内へ旋回シュートを介して原料の装入を行う、高炉への原料装入方法に関するものである。

高炉は、一般的に焼結鉱、ペレット、塊状鉱石等の鉱石類原料とコークスとを、高炉の頂上付近から炉軸方向へ積層させて装入し、高炉の羽口より燃焼ガスを流してコークスを燃焼させて鉱石から銑鉄を得るための設備である。高炉内に装入された高炉装入原料であるコークスと鉱石類原料は炉頂より炉下部へと降下し、鉱石の還元と原料の昇温が起こる。鉱石類原料層は、昇温と上方からの荷重により鉱石類原料間の空隙を埋めながら徐々に変形して、高炉のシャフト部の下方においては、非常に通気抵抗が大きくガスが殆ど流れない融着層を形成する。

従来、高炉への原料装入は、鉱石類原料とコークスとを交互に装入しており、炉内では鉱石類原料層とコークス層が交互に層状となっている。また、高炉内下部には融着帯と呼ばれる、鉱石類が軟化融着した通気抵抗の大きな鉱石類原料層およびコークス由来の比較的通気抵抗が小さいコークススリットが存在する。
この融着帯の通気性が高炉全体の通気性に大きく影響を及ぼしており、高炉における生産性を律速している。コークス使用量を抑制する、低コークス操業を行う場合は、使用されるコークス量が減少することから、コークススリットが限りなく薄くなることが考えられ、融着帯の通気性を確保することが重要になる。

融着帯の通気性を改善するためには、鉱石類原料層にコークスを混合するのが有効であることが知られている。そこで、コークスの適切な混合状態を得るために多くの研究がなされている。例えば、特許文献１においては、ベルレス高炉において、鉱石ホッパーのうち下流側の鉱石ホッパーにコークスを装入し、コンベア上で鉱石の上にコークスを積層した状態で、炉頂バンカーに装入して、旋回シュートを介して鉱石とコークスとを高炉内に装入するようにしている。

また、特許文献２では、炉頂のバンカーに鉱石とコークスとを別々に貯留して、コークスと鉱石を同時に混合装入することによって、コークスの通常装入用バッチ、コークスの中心装入用バッチおよび混合装入用バッチの３通りを同時に行うようにしている。

さらに、特許文献３では、高炉操業における融着帯形状の不安定化および中心部付近におけるガス利用率の低下を防止し、安全操業と熱効率の向上を図るために、高炉の原料装入方法おいて、全鉱石と全コークスを完全混合した後炉内に装入するようにしている。

特開平３−２１１２１０号公報 特開２００４−１０７７９４号公報 特公昭５９−１０４０２号公報

ところで、融着帯の通気抵抗を改善するためには、前述した特許文献３に記載された技術のように、鉱石層にコークスを混合しておくことが有効である。
しかしながら、特許文献３に記載された代表的なコークスの平均粒径は約４０ｍｍおよび鉱石の平均粒径は約１５ｍｍであり、両者の粒径は大幅に異なることから、単純に混合しただけではコークス間に鉱石が入り込んで空隙率が大幅に低下し、炉内において通気性が悪化し、ガスの吹き抜けや原料の降下不良といったトラブルを生じる可能性がある。

これらのトラブルを回避するためには、炉軸心部にコークスのみの層を形成する方法が考えられる。この方法によれば、炉軸心部にコークス層によるガスの通り道が確保されるため、通気性の改善が可能となる。

しかしながら、高炉還元材として、羽口から微粉炭を大量に吹き込んだ操業を行う場合には、微粉炭未燃焼粉量およびＯｒｅ／Ｃｏｋｅ比（鉱石とコークスとの質量比）の増加により通気性が阻害されるため、特に炉壁周辺の通気性が大幅に悪化することになり、炉軸心部のみ通気性を確保しても炉全体の通気性は十分であるとは言えない。また、前記したような低コークス操業を行う場合には、炉軸心部のコークス層自体の形成が不足することもある。

本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであり、たとえ、コークス量が少なかったり、微粉炭の大量吹込み操業を実施したりする場合であっても、高炉内の通気性を確保して、高炉操業の安定化および熱効率の向上を達成することができる、高炉への原料装入方法について提案することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鉱石類原料およびコークスを混合した装入原料を、高炉内へ旋回シュートを介して装入するに際し、
前記旋回シュートを前記高炉の軸方向に対して平均角度θ１にて傾けて装入原料Ｏ１を供給し、次いで前記旋回シュートを前記平均角度θ１より大きい平均角度θ２にて傾けて、前記装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径の１．１〜３．０倍の粒径を有するコークスが混合された装入原料Ｏ２を供給して原料装入層を形成する高炉への原料装入方法。
ここで、前記鉱石類原料は、焼結鉱、ペレットおよび塊状鉱石などの総称である。また、前記平均角度は、次式にて定義される。

但し、θk,iはｉ周目の旋回シュートの高炉の軸方向に対する角度であり、ｋ＝１がθ１およびｋ＝２がθ２をそれぞれ示している。

なお、前記１では、原料装入層の形成について規定しているが、高炉の全体にわたる積層はコークス層と装入原料層とを交互に積み重ねて高炉操業を行う。さらに、高炉中心部には、軸方向に延びるコークス層を形成してもよい。

２．前記装入原料Ｏ２に混合させるコークスの粒径は、前記装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径の１．５倍以上である前記１に記載の高炉への原料装入方法。

３．前記装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径は、同装入原料Ｏ１に混合させる鉱石類原料の粒径の０．５〜１．５倍である前記１または２に記載の高炉への原料装入方法。

本発明によれば、低コークス量での操業および微粉炭の大量吹込みによる操業においても、高炉内の通気性を確実に確保することができるため、高い熱効率の下に安定した高炉操業が実現される。

旋回シュート方式の高炉を示す模式図である。 従来の原料装入状態を示す模式図である。 本発明に従う原料装入状態を示す模式図である。

以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の原料装入方法を、実機の旋回シュート方式の高炉に適用する場合の例について、図１から３に基づいて説明する。
図１中、符号１は高炉、２は高炉炉口部、３は高炉炉腹部、４ａ〜４ｃは炉頂バンカー、５はコークス層、５ａが中心コークス層および５ｂが周辺コークス層、６は鉱石類原料およびコークスを混合した装入原料層、７は集合ホッパー、８はベルレス式装入装置、９は旋回シュート、10は羽口の送風管である。
なお、この例では、炉頂バンカー４ａおよび４ｂにはコークスのみが、さらに炉頂バンカー４ｃには鉱石類原料のみが、それぞれ貯留されている。また、コークスのみを装入した４ａおよび４ｂには、粒径の異なるコークスを貯留する。そして、炉頂バンカー４ａと４ｃとから同時に切り出し、同様に炉頂バンカー４ｂと４ｃとから同時に切り出すことにより、鉱石類原料およびコークスを混合しての供給を行う。尚、コークス粒径の異なる混合層を形成する手法は上記に限定されず、例えば炉頂バンカーへ原料等を運搬するコンベア上に、予め鉱石類原料およびコークスを混合したものを載せて炉頂バンカーまで運搬し、該混合物を１つの炉頂バンカーから供給しても構わない。

旋回シュート方式の高炉における原料装入は、旋回シュート９によって装入原料とコークスとを交互に装入することにより行っており、炉内ではコークス層５と装入原料層６とを交互に層状に堆積する。
ここで、具体的なコークス層の装入手順の例としては、いわゆる順傾動方式により、図２に示すように、まず、旋回シュート９の原料装入先を高炉１の炉壁内周部とし、コークスのみを装入した炉頂バンカー４ａまたは４ｂからコークスを装入することによって、炉壁内周部に周辺コークス層５ｂを形成する。ついで、旋回シュート９の原料装入先を高炉の軸心部として、炉頂バンカー４ａまたは４ｂからコークスを装入することにより、高炉の軸心部に中心コークス層５ａを形成する。
かように形成したコークス層５の上に、装入原料層６を積み重ねて形成する。従前はこの図２に示すように、単一の装入原料層６を形成していた。

これに対して、本発明では、図３に示すように、炉頂バンカー４ｃからの鉱石類原料と炉頂バンカー４ａからの小粒径のコークスとを同時に切出すことにより混合した、装入原料Ｏ１を、炉心側に供給して内側装入原料層６ａを形成する。さらに、炉頂バンカー４ｃからの鉱石類原料と炉頂バンカー４ｂからの装入原料Ｏ１のコークスよりも大粒径のコークスとを同時に切出すことにより混合した、装入原料Ｏ２を炉壁側に供給して外側装入原料層６ｂを形成する。これら内側装入原料層６ａおよび外側装入原料層６ｂの積層にて装入原料層６を構成する。その際、前記装入原料Ｏ２に混合させるコークスの粒径ＤｐＣ２と、装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径ＤｐＣ１との比ＤｐＣ２／ＤｐＣ１を１．１〜３．０とすることが肝要である。

すなわち、図１に示すように、旋回シュート９の高炉の軸Ｌに対する角度をθとしたとき、まず、旋回シュート９を平均角度θ１にて傾けて炉心側に装入原料Ｏ１を供給して内側装入原料層６ａを形成する。次いで、旋回シュート９を前記平均角度θ１より大きい平均角度θ２にて傾けて、混合コークスの粒径が大きい装入原料Ｏ２を供給して外側装入原料層６ｂを形成する。
ここで、旋回シュート９の前記平均角度θ１およびθ２は、装入原料層の通気性及び反応性を確保する観点から、θ２／θ１を１．１〜２．０とすることが好ましい。

以上のように積層した装入原料層６をコークス層５と交互に積層配置することによって、高炉内の通気性を確実に確保することができる。なぜなら、高炉内のガス流速は、炉の中心から炉壁まで均一でなく分布を有しているため、粒径が異なるコークスを装入することにより通気性が確保できるからである。すなわち、高炉羽口と炉口を結ぶ最短経路にある炉壁部はガスが流れやすいため、そのガス流れを阻害しないよう、通気性の良い大粒径のコークスを装入する。
とりわけ、装入原料Ｏ２に混合させるコークスの粒径ＤｐＣ２と、装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径ＤｐＣ１との比ＤｐＣ２／ＤｐＣ１を１．１〜３．０とすることによって、炉心側に配置される装入原料Ｏ１には、鉱石の還元性を確保するために反応性の高い小さい粒径のコークスを堆積および混合させる一方、装入原料Ｏ２には、通気性を向上させるために通気抵抗の小さい粒径の大きいコークスを堆積および混合させることになり、還元性および通気性を高い次元で両立させることができる。

すなわち、比ＤｐＣ２／ＤｐＣ１が１．１未満では、通気抵抗の小さい粒径の大きいコークスを堆積および混合できないため通気性の向上効果が得られない。好ましくは、１．５以上である。一方、比ＤｐＣ２／ＤｐＣ１が３．０を超えると、通気抵抗は小さくなるが、反応性が更に低下するため、還元性向上の効果が得られない。好ましくは、2.0以下である。

さらに、装入原料Ｏ１に混合させる鉱石類原料の粒径ＤｐＯ１に対する装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径ＤｐＣ１の比ＤｐＣ１／ＤｐＯ１が０．５〜１．５であることが好ましい。
すなわち、比ＤｐＣ１／ＤｐＯ１が０．５未満では、炉中心部近傍に小さい粒径のコークスが混合されて通気抵抗が高くなり高炉の中心部近傍を流れるガス流を阻害する、おそれがあるためである。一方、比ＤｐＣ１／ＤｐＯ１が１．５を超えると、炉心側に配置される装入原料Ｏ１における反応性が小さくなって還元性の向上効果を得ることが難しくなるためである。より好ましくは、1.0〜1.2である。

図１に示した旋回シュート方式の高炉実機において、同一出銑比で鉱石類原料と混合するコークス混合比を同一とした上で、装入原料Ｏ１およびＯ２でのＤｐＣ２／ＤｐＣ１、装入原料Ｏ１でのＤｐＣ１／ＤｐＯ１を表１に示すように種々に変化させた装入原料Ｏ１およびＯ２を用意し、それらを表１に示す旋回シュートの平均角度θ１およびθ２に定めて高炉内に装入する、各操業を行った。それぞれの場合における操業成績を調査した。その調査結果を表１に併記する。
ここで、出銑比は、高炉の一日当たりの出銑量（ｔ／ｄ）を炉内容積（ｍ³）で除した値である。また、還元材比、コークス比及び微粉炭比は、溶銑１ｔを製造する際に使用した還元材量、コークス量及び微粉炭量（kg／ｔ）である。

表１に示すように、発明例１〜９は、コークス比が３３９〜３５３ｋｇ／ｔの範囲であり、比較例１〜３のコークス比３５６〜３６０ｋｇ／ｔと比較して低コークス比となっている。しかしながら、このような低コークス比の操業であっても、通気抵抗の指標であるΔＰ／Ｖを、比較例１〜３における２０．９〜２３．１の範囲より、さらに低い１８．３〜２０．８の範囲に抑制することができた。

１ 高炉
２ 高炉炉口部
３ 高炉炉腹部
４ａ〜４ｃ 炉頂バンカー
５ コークス層
５ａ 中心コークス層
５ｂ 周辺コークス層
６ 装入原料層
６ａ 内側装入原料層
６ｂ 外側装入原料層
７ 集合ホッパー
８ ベルレス式装入装置
９ 旋回シュート
１０ 羽口の送風管

Claims (3)

1. 鉱石類原料およびコークスを混合した装入原料を、高炉内へ旋回シュートを介して装入するに際し、
   前記旋回シュートを前記高炉の軸方向に対して平均角度θ１にて傾けて装入原料Ｏ１を供給し、次いで前記旋回シュートを前記平均角度θ１より大きい平均角度θ２にて傾けて、前記装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径の１．１〜３．０倍の粒径を有するコークスが混合された装入原料Ｏ２を供給して原料装入層を形成する高炉への原料装入方法。
2. 前記装入原料Ｏ２に混合させるコークスの粒径は、前記装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径の１．５倍以上である請求項１に記載の高炉への原料装入方法。
3. 前記装入原料Ｏ１に混合させるコークスの粒径は、同装入原料Ｏ１に混合させる鉱石類原料の粒径の０．５〜１．５倍である請求項１または２に記載の高炉への原料装入方法。

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