WO2014020964A1 - 銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備 - Google Patents

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慶一 中川
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    • F27M2003/16—Treatment involving a chemical reaction
    • F27M2003/165—Reduction

Definitions

  • the present invention relates to a pig iron manufacturing method and a blast furnace facility used therefor.
  • the blast furnace equipment is charged with raw materials including iron ore and coke from the top of the blast furnace main body, and from the tuyere on the lower side of the blast furnace main body, hot air and auxiliary fuel are introduced into the blast furnace injection coal (fine powder).
  • fine powder By blowing in (charcoal), pig iron can be produced from iron ore.
  • Patent Document 2 it has been proposed to improve the combustibility of blast furnace-blown coal by enriching hot air with oxygen and blowing it from the tuyere into the blast furnace body.
  • JP-A-6-220510 JP 2003-286511 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-060508 Japanese Patent Laid-Open No. 11-092809
  • Patent Document 1 adds an oxidizer as described above to the pulverized coal, which increases the running cost.
  • an object of the present invention is to provide a pig iron production method capable of reducing the production cost of pig iron, and a blast furnace facility used for the method.
  • the pig iron manufacturing method according to the first aspect of the invention for solving the above-mentioned problem is to charge a raw material containing iron ore and coke from the top of the blast furnace main body into the inside and from the tuyere of the blast furnace main body to the inside.
  • the blast furnace blow coal has an oxygen atom content rate (dry base) of 10 to 20% by weight and an average fine powder.
  • the pore diameter is 10 to 50 nm.
  • the pig iron production method according to the second invention is characterized in that, in the first invention, the blast furnace-blown coal has a pore volume of 0.05 to 0.5 cm 3 / g. .
  • the pig iron manufacturing method according to the third invention is characterized in that, in the first or second invention, the blast furnace blown coal has a specific surface area of 1 to 100 m 2 / g.
  • the blast furnace equipment according to the fourth invention for solving the above-mentioned problems is a blast furnace main body, and raw material charging means for charging a raw material containing iron ore and coke into the inside from the top of the blast furnace main body.
  • the blast furnace blown coal supply means is characterized in that blast furnace blown coal having an oxygen atom content (dry base) of 10 to 20% by weight and an average pore diameter of 10 to 50 nm is blown.
  • the blast furnace equipment according to a fifth invention is the blast furnace equipment according to the fourth invention, wherein the blast furnace injection coal supply means injects blast furnace injection coal having a pore volume of 0.05 to 0.5 cm 3 / g. It is characterized by being.
  • a blast furnace facility is the blast furnace equipment according to the fourth or fifth invention, wherein the blast furnace injection coal supplying means injects blast furnace injection coal having a specific surface area of 1 to 100 m 2 / g. It is characterized by being.
  • the blast furnace main body is made of blast furnace blown coal having an oxygen atom content (dry base) of 10 to 20% by weight and an average pore diameter of 10 to 50 nm.
  • a raw material quantitative supply device 111 that quantitatively supplies a raw material 1 containing iron ore and coke communicates with the upstream side in the transport direction of a charging conveyor 112 that transports the raw material 1.
  • the downstream side in the transport direction of the charging conveyor 112 is in communication with the top of the furnace top hopper 113 at the top of the blast furnace main body 110.
  • a hot air supply device 114 for supplying hot air 101 (1000 to 1300 ° C.) is connected to a blow pipe 115 provided at the tuyere of the blast furnace main body 110.
  • a supply hopper 120 for supplying the blast furnace blowing coal 11 is disposed in the vicinity of the blast furnace main body 110.
  • the lower part of the supply hopper 120 communicates with the base end side of the belt conveyor 121 that conveys the blast furnace blowing coal 11 from the supply hopper 120.
  • the front end side of the belt conveyor 121 communicates with an upper portion of a receiving hopper 122 that receives the blast furnace blowing charcoal 11.
  • the lower part of the receiving hopper 122 is connected to an upper inlet of a coal mill 123 that pulverizes the blast furnace blown coal 11 from the receiving hopper 122 into a predetermined diameter size (for example, 80 ⁇ m or less).
  • a nitrogen gas supply source 124 for supplying nitrogen gas 102 which is an inert gas is connected to the lower side of the side of the coal mill 123.
  • a base end side of a conveying line 125 for conveying the pulverized blast furnace blown coal 11 by air flow with the nitrogen gas 102 is connected.
  • the front end side of the transfer line 125 is connected to a cyclone separator 126 that separates the blast furnace blowing coal 11 and the nitrogen gas 102.
  • a lower part of the cyclone separator 126 communicates with an upper part of a storage hopper 127 that stores the blast furnace blowing coal 11.
  • the lower part of the storage hopper 127 is connected to the upper side of the injection tank 128.
  • the nitrogen gas supply source 124 is connected to the lower side of the side of the injection tank 128.
  • An upper portion of the injection tank 128 is connected to an injection lance 129 connected to the blow pipe 115.
  • the injection tank 128 is connected to the injection lance 129.
  • the blast furnace blown charcoal 11 supplied into the tank 128 can be conveyed and supplied from the injection lance 129 into the blow pipe 115.
  • reference numeral 110 a denotes a tap hole for taking out molten pig iron (molten metal) 2.
  • the raw material charging unit 111, the charging conveyor 112, the furnace top hopper 113, and the like constitute raw material charging means, and the hot air feeding device 114, the blow pipe 115, and the like generate heat. It constitutes a wind blowing means, the supply hopper 120, the belt conveyor 121, the receiving hopper 122, the coal mill 123, the nitrogen gas supply source 124, the transfer line 125, the cyclone separator 126, the storage hopper 127, the The injection tank 128, the injection lance 129, the blow pipe 115, and the like constitute a blast furnace blowing coal supply means.
  • the blast furnace-blown coal 11 has an oxygen atom content (dry base) of 10 to 18% by weight and an average pore diameter of 10 to 50 nm (preferably 20 to 50 nm).
  • the blast furnace injection coal 11 is a low-grade coal such as subbituminous coal or lignite (oxygen atom content (dry base): more than 18% by weight, average pore diameter: 3 to 4 nm) in a low oxygen atmosphere (oxygen concentration: 5 After removing moisture by heating (110 to 200 ° C. ⁇ 0.5 to 1 hour) and drying in a low oxygen atmosphere (oxygen concentration: 2 volume% or less) (460 to 590) At a temperature of 0 ° C. (preferably 500 to 550 ° C.) ⁇ 0.5 to 1 hour) to remove water, carbon dioxide, tar, etc. as dry distillation gas or dry distillation oil, and then in a low oxygen atmosphere ( It can be easily manufactured by cooling (50 ° C. or less) at an oxygen concentration of 2% by volume or less.
  • a low-grade coal such as subbituminous coal or lignite (oxygen atom content (dry base): more than 18% by weight, average pore diameter: 3 to 4 nm)
  • the raw material 1 is quantitatively supplied from the raw material quantitative supply device 111, the raw material 1 is supplied into the furnace top hopper 113 by the charging conveyor 112 and charged into the blast furnace main body 110.
  • the blast furnace blowing coal 11 is introduced into the supply hopper 120, the blast furnace blowing coal 11 is supplied to the receiving hopper 122 via the belt conveyor 121, It grind
  • the nitrogen gas 102 flows into the cyclone separator 126 via the transfer line 125 by air-transporting the pulverized blast furnace blowing charcoal 11. And the blast furnace blown coal 11 is separated and then discharged out of the system.
  • the blast furnace blown coal 11 separated by the cyclone separator 126 is stored in the storage hopper 127 and then supplied into the injection tank 128, and the nitrogen gas 102 from the nitrogen gas supply source 124 supplies the The air is conveyed to the injection lance 129 and supplied into the blow pipe 115.
  • the blast furnace blown charcoal 11 When the hot air 101 is supplied from the hot air supply device 114 to the blow pipe 115, the blast furnace blown charcoal 11 is preheated and ignited, and becomes a flame near the tip of the blow pipe 115 and becomes a raceway. In the blast furnace body 110 and react with coke in the raw material 1 in the blast furnace body 110 to generate a reducing gas. Thereby, the iron ore in the raw material 1 is reduced to become pig iron (molten metal) 2 and is taken out from the tap outlet 110a.
  • the blast furnace blown coal 11 has an average pore diameter of 10 to 50 nm, that is, a large amount of tar-generating groups such as oxygen-containing functional groups (carboxyl group, aldehyde group, ester group, hydroxyl group, etc.) are eliminated. Although it has decreased, the oxygen atom content rate (dry base) is 10 to 18% by weight, that is, the decomposition (reduction) of the main skeleton (combustion components centering on C, H, O) is greatly suppressed. Yes.
  • the main skeleton contains a large amount of oxygen atoms, and the oxygen in the hot air 101 is contained inside by pores having a large diameter.
  • the tar content is very unlikely to be generated, so that complete combustion can be performed with almost no unburned carbon (soot).
  • oxidizers such as KMnO 4 , H 2 O 2 , KClO 3 , K 2 Cr 2 O 4 to the blast furnace-blown coal, or to enrich the hot air with oxygen.
  • the combustion efficiency can be improved and the generation of unburned carbon (soot) can be suppressed.
  • the oxygen atom content ratio (10 to 18% by weight on a dry base) of the blast furnace blown coal 11 is much higher than the oxygen atom content ratio (several weight% on a dry base) of conventional expensive bituminous coal. Since the supply amount of the hot air 101 can be reduced as compared with the prior art (about 20%), the combustion temperature can be increased even if the calorific value is smaller than that of the conventional expensive bituminous coal (described later [ See ⁇ No. 5> in Examples].
  • the hot air supply pressure (blowing pressure) of the hot air supply device 114 can be reduced as compared with the conventional case, the power consumption of the hot air supply device 114 can be reduced as compared with the conventional case.
  • the supply amount of the blast furnace blown coal 11 can be increased (about 20%) than in the conventional case, so that the raw material 1 is put in the blast furnace main body 110. Since the amount of expensive coke to be charged can be reduced, the manufacturing cost of the pig iron 2 can be further reduced.
  • the average pore diameter needs to be 10 to 50 nm (preferably 20 to 50 nm). This is because if the thickness is less than 10 nm, the ease of diffusion of oxygen in the hot air 101 decreases, causing a decrease in combustibility. On the other hand, if it exceeds 50 nm, it becomes cracked and finer due to heat shock or the like. This is because if the gas is blown into the blast furnace main body 110 and cracks and becomes fine, it passes through the blast furnace main body 110 in a gas stream and is discharged without burning.
  • the oxygen atom content (dry base) needs to be 10% by weight or more. This is because if it is less than 10% by weight, it becomes difficult to completely burn without containing an oxidant and enriching hot air with oxygen.
  • the blast furnace blown coal 11 preferably has a pore volume of 0.05 to 0.5 cm 3 / g, and particularly preferably 0.1 to 0.2 cm 3 / g. This is because, if it is less than 0.05 cm 3 / g, the contact area (reaction area) with oxygen in the hot air 101 is small and may cause a decrease in combustibility, while it exceeds 0.5 cm 3 / g. This is because volatilization of many components results in too much porous components and too few combustion components.
  • the blast furnace blown coal 11 preferably has a specific surface area of 1 to 100 m 2 / g, particularly preferably 5 to 20 m 2 / g. Because, if it is less than 1 m 2 / g, the contact area (reaction area) with oxygen in the hot air 101 is small, which may cause a decrease in combustibility, while if it exceeds 100 m 2 / g, many This is because the volatilization of the component causes the combustion component to become too small due to being too porous.
  • the dry distillation temperature needs to be 460 to 590 ° C. (preferably 500 to 550 ° C.). This is because if the temperature is lower than 460 ° C., tar-generating groups such as oxygen-containing functional groups cannot be sufficiently removed from the low-grade coal, and it becomes very difficult to make the average pore diameter 10 to 50 nm. On the other hand, when the temperature exceeds 590 ° C., the decomposition of the main skeleton of the low-grade coal (combustion components centering on C, H, and O) starts to become remarkable, and the combustion components are excessively reduced by volatilization of many components. Because it will end up.
  • the average pore diameter is 10 to 50 nm, that is, the oxygen-containing functional group (carboxyl group, aldehyde group, ester group, hydroxyl group, etc.) as in the case of the above-described embodiment.
  • the oxygen atom content dry base
  • the main skeleton combustion component centering on C, H, O
  • Decomposition decrease
  • oxygen atoms are further chemically adsorbed. Therefore, when hot air 101 is blown into the blast furnace body 110, the main skeleton contains oxygen atoms more than in the above-described embodiment.
  • oxidizers such as KMnO 4 , H 2 O 2 , KClO 3 , K 2 Cr 2 O 4 to the blast furnace-blown coal, or to enrich the hot air with oxygen.
  • the combustion efficiency can be further improved and the generation of unburned carbon (soot) can be more reliably suppressed than in the case of the above-described embodiment.
  • the manufacturing cost of the pig iron 2 can be further reduced as compared with the case of the blast furnace injection coal 11 of the embodiment described above.
  • the oxygen atom content (dry base) needs to be 20% by weight or less. This is because if it exceeds 20% by weight, the oxygen content is too high and the calorific value becomes too low.
  • the temperature of the partial oxidation treatment is 50 to 150 ° C. This is because, if the temperature is less than 50 ° C., even in an air (oxygen concentration: 21% by volume) atmosphere, the partial oxidation treatment is difficult to proceed. If the temperature exceeds 150 ° C., the oxygen concentration is about 5% by volume. Even so, there is a possibility that a large amount of carbon monoxide and carbon dioxide may be generated by the combustion reaction.
  • ⁇ No. 1 Composition analysis of blast furnace injection coal> The composition analysis (elemental analysis) of the blast furnace blown coal 12 (invention coal) used in the main embodiment described above was performed. For comparison, a composition analysis of conventional blast furnace blown coal (PCI coal: conventional coal) and coal obtained by omitting the dry distillation step in the main embodiment described above (dry coal) was also performed. It was. The results are shown in Table 1 below. All values are on a dry basis.
  • the coal of the present invention has a proportion of oxygen (O) smaller than that of dry coal and is much larger than that of conventional coal, while a proportion of carbon (C) is larger than that of dry coal. It is smaller than conventional charcoal. For this reason, this invention charcoal has a calorific value larger than that of dry charcoal and smaller than that of conventional charcoal.
  • ⁇ No. 2 Surface condition of blast furnace injection coal> The surface state (average pore diameter, pore volume, specific surface area) of the above-described coal of the present invention was measured. For comparison, the surface states of the above-described conventional charcoal and dry charcoal were also measured. The results are shown in Table 2 below.
  • the coal of the present invention has an average pore diameter much larger than that of conventional coal and dry coal.
  • ⁇ No. 3 Amount of oxygen-containing functional group of subbituminous coal>
  • oxygen-containing functional groups hydroxyl group (OH), carboxyl group (COOH), aldehyde
  • the content ratio of each group (COH) and ester group (COO) at each temperature was determined.
  • the horizontal axis represents temperature
  • the vertical axis represents the ratio of the peak area of each oxygen-containing functional group to the total peak area of the oxygen-containing functional group at 110 ° C.
  • ⁇ No. 4 Combustibility of blast furnace injection coal> The relationship between the ratio of unburned carbon remaining when the above-described coal of the present invention was burned with air at 1500 ° C. and the supply flow rate of air was determined. Moreover, the case of the conventional charcoal and the dry charcoal mentioned above was also calculated for comparison. The result is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the residual oxygen concentration in the combustion exhaust gas after burning the charcoal, in other words, the excess oxygen concentration, and the vertical axis represents the unrecovered amount recovered after burning the charcoal. Represents the proportion of fuel carbon.
  • the amount of unburned carbon in the conventional coal and the dry coal gradually increases as the excess oxygen concentration decreases.
  • the charcoal of the present invention can be burned substantially completely without increasing the amount of unburned carbon even when the excess oxygen concentration is lowered.
  • Os (Oa + Oc / 2) / (Cc + Hc / 4)
  • Oa is the molar flow rate of oxygen gas (molecules) in the supply air
  • Oc is the oxygen atomic molar flow rate in the supplied coal
  • Cc is the carbon atomic molar flow rate in the supplied coal
  • Hc is hydrogen in the supplied coal.
  • the heat generation amount of the present invention coal is smaller than that of the conventional coal, it was confirmed that the combustion temperature is higher than that of the conventional coal when the excess oxygen rate is the same as that of the conventional coal.
  • the present invention charcoal has a higher oxygen content than the conventional charcoal, and if the excess oxygen ratio is the same as that of the conventional charcoal, the supply air amount can be smaller than that of the conventional charcoal.
  • the pig iron manufacturing method according to the present invention and the blast furnace equipment used therefor can reduce the manufacturing cost of pig iron, it can be used extremely beneficially in the steel industry.

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Description

銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備
　本発明は、銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備に関する。
　高炉設備は、鉄鉱石及びコークスを含む原料を高炉本体の頂部から内部に装入すると共に、当該高炉本体の側部の下方寄りの羽口から内部に熱風及び補助燃料として高炉吹込み炭（微粉炭）を吹き込むことにより、鉄鉱石から銑鉄を製造することができるようになっている。
　高炉本体の羽口から内部に補助燃料として吹き込む高炉吹込み炭（微粉炭）は、未燃炭素を生じてしまうと、当該未燃炭素が燃焼ガスの流通を阻害してしまう可能性がある。このため、例えば、下記特許文献１においては、ＫＭｎＯ4，Ｈ2Ｏ2，ＫＣｌＯ3，Ｋ2Ｃｒ2Ｏ4等の酸化剤を微粉炭に予め添加しておくことにより、燃焼効率を向上させて未燃炭素（煤）の発生を抑制できるようにすることを提案している。
　また、例えば、下記特許文献２においては、熱風に酸素を富化して高炉本体の内部に羽口から吹き込むようにすることにより、高炉吹込み炭の燃焼性を向上させることを提案している。
特開平６－２２０５１０号公報 特開２００３－２８６５１１号公報 特開平１０－０６０５０８号公報 特開平１１－０９２８０９号公報
　しかしながら、前記特許文献１に記載されている高炉吹込み炭は、上述したような酸化剤を微粉炭にわざわざ添加するため、ランニングコストの増加を招くものとなっている。
　また、前記特許文献２に記載されている燃焼性向上方法では、熱風に多くの酸素を常に加えながら高炉を運転する必要があるため、やはりランニングコストの増加を招くものとなってしまう。
　このようなことから、本発明は、銑鉄の製造コストの低減を図ることができる銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備を提供することを目的とする。
　前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る銑鉄製造方法は、鉄鉱石及びコークスを含む原料を高炉本体の頂部から内部に装入すると共に、当該高炉本体の羽口から内部に熱風及び高炉吹込み炭を吹き込むことにより、原料の鉄鉱石から銑鉄を製造する銑鉄製造方法において、前記高炉吹込み炭が、酸素原子含有割合（ドライベース）を１０～２０重量％とし、平均細孔径を１０～５０ｎｍとしたものであることを特徴とする。
　第二番目の発明に係る銑鉄製造方法は、第一番目の発明において、前記高炉吹込み炭が、細孔容積を０．０５～０．５ｃｍ3／ｇとしたものであることを特徴とする。
　第三番目の発明に係る銑鉄製造方法は、第一番目又は第二番目の発明において、前記高炉吹込み炭が、比表面積を１～１００ｍ2／ｇとしたものであることを特徴とする。
　また、前述した課題を解決するための、第四番目の発明に係る高炉設備は、高炉本体と、鉄鉱石及びコークスを含む原料を前記高炉本体の頂部から内部に装入する原料装入手段と、前記高炉本体の羽口から内部に熱風を吹き込む熱風吹込み手段と、前記高炉本体の前記羽口から内部に高炉吹込み炭を吹き込む高炉吹込み炭供給手段とを備えている高炉設備において、前記高炉吹込み炭供給手段が、酸素原子含有割合（ドライベース）を１０～２０重量％とし、平均細孔径を１０～５０ｎｍとした高炉吹込み炭を吹き込むものであることを特徴とする。
　第五番目の発明に係る高炉設備は、第四番目の発明において、前記高炉吹込み炭供給手段が、細孔容積を０．０５～０．５ｃｍ3／ｇとした高炉吹込み炭を吹き込むものであることを特徴とする。
　第六番目の発明に係る高炉設備は、第四番目又は第五番目の発明において、前記高炉吹込み炭供給手段が、比表面積を１～１００ｍ2／ｇとした高炉吹込み炭を吹き込むものであることを特徴とする。
　本発明に係る銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備によれば、酸素原子含有割合（ドライベース）を１０～２０重量％とし、平均細孔径を１０～５０ｎｍとした高炉吹込み炭を高炉本体に吹き込む、すなわち、含酸素官能基（カルボキシル基、アルデヒド基、エステル基、水酸基等）等のタール生成基が脱離して大きく減少しているものの、主骨格（Ｃ，Ｈ，Ｏを中心とする燃焼成分）の分解（減少）が大きく抑制されている高炉吹込み炭を高炉本体に吹き込むことから、高炉本体の内部に熱風と共に高炉吹込み炭が吹き込まれると、主骨格中に酸素原子を多く含むと共に、径の大きい細孔によって熱風の酸素が内部にまで拡散しやすいだけでなく、タール分が非常に生じにくくなっているため、未燃炭素（煤）をほとんど生じることなく完全燃焼することができるので、廉価な亜瀝青炭や褐炭等の低品位石炭を高炉吹込み炭として使用することができ、銑鉄の製造コストを低減することができる。
本発明に係る高炉設備の主な実施形態の要部の概略構成図である。 亜瀝青炭を窒素雰囲気下で昇温しながら赤外吸収スペクトルを計測したときの、温度と含酸素官能基の含有量割合との関係を表すグラフである。 本発明炭及び乾燥炭並びに従来炭を燃焼させた後に回収された未燃炭素の割合と、燃焼させた後の燃焼排ガス中の残存酸素濃度（過剰酸素濃度）との関係を表すグラフである。 本発明炭及び従来炭を完全燃焼させたときの過剰酸素率と燃焼温度との関係を表すグラフである。
　本発明に係る銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備の実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
〈主な実施形態〉
　本発明に係る銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備の主な実施形態を図１に基づいて説明する。
　図１に示すように、鉄鉱石及びコークスを含む原料１を定量供給する原料定量供給装置１１１は、当該原料１を搬送する装入コンベア１１２の搬送方向上流側に連絡している。この装入コンベア１１２の搬送方向下流側は、高炉本体１１０の頂部の炉頂ホッパ１１３の上方に連絡している。熱風１０１（１０００～１３００℃）を送給する熱風送給装置１１４は、前記高炉本体１１０の羽口に設けられたブローパイプ１１５に連結されている。
　また、前記高炉本体１１０の近傍には、高炉吹込み炭１１を供給する供給ホッパ１２０が配設されている。前記供給ホッパ１２０の下部は、当該供給ホッパ１２０内からの前記高炉吹込み炭１１を搬送するベルトコンベア１２１の基端側に連絡している。前記ベルトコンベア１２１の先端側は、前記高炉吹込み炭１１を受け入れる受入ホッパ１２２の上部に連絡している。
　前記受入ホッパ１２２の下部は、当該受入ホッパ１２２からの前記高炉吹込み炭１１を所定の径サイズ（例えば、８０μｍ以下）に粉砕する石炭ミル１２３の上部の受入口に接続している。前記石炭ミル１２３の側方の下方寄りには、不活性ガスである窒素ガス１０２を供給する窒素ガス供給源１２４が接続されている。前記石炭ミル１２３の上方には、粉砕された前記高炉吹込み炭１１を前記窒素ガス１０２で気流搬送する搬送ライン１２５の基端側が連結されている。
　前記搬送ライン１２５の先端側は、前記高炉吹込み炭１１と前記窒素ガス１０２とを分離するサイクロンセパレータ１２６に連結している。前記サイクロンセパレータ１２６の下方は、前記高炉吹込み炭１１を貯留する貯留ホッパ１２７の上方に連絡している。前記貯留ホッパ１２７の下部は、インジェクションタンク１２８の上方に接続している。
　前記インジェクションタンク１２８の側方の下方寄りには、前記窒素ガス供給源１２４が接続されている。前記インジェクションタンク１２８の上方は、前記ブローパイプ１１５に接続されたインジェクションランス１２９に接続されており、前記窒素ガス供給源１２４から当該インジェクションタンク１２８内に前記窒素ガス１０２を供給することにより、当該インジェクションタンク１２８の内部に供給された前記高炉吹込み炭１１を気流搬送して上記インジェクションランス１２９から上記ブローパイプ１１５内に供給することができるようになっている。
　なお、図１中、１１０ａは、溶融した銑鉄（溶銑）２を取り出す出銑口である。
　このような本実施形態においては、前記原料定量供給装置１１１、前記装入コンベア１１２、炉頂ホッパ１１３等により原料装入手段を構成し、前記熱風送給装置１１４、前記ブローパイプ１１５等により熱風吹込み手段を構成し、前記供給ホッパ１２０、前記ベルトコンベア１２１、前記受入ホッパ１２２、前記石炭ミル１２３、前記窒素ガス供給源１２４、前記搬送ライン１２５、前記サイクロンセパレータ１２６、前記貯留ホッパ１２７、前記インジェクションタンク１２８、前記インジェクションランス１２９、前記ブローパイプ１１５等により高炉吹込み炭供給手段を構成している。
　そして、前記高炉吹込み炭１１は、酸素原子含有割合（ドライベース）が、１０～１８重量％、平均細孔径が、１０～５０ｎｍ（好ましくは、２０～５０ｎｍ）となっている。
　上記高炉吹込み炭１１は、亜瀝青炭や褐炭等の低品位石炭（酸素原子含有割合（ドライベース）：１８重量％超、平均細孔径：３～４ｎｍ）を低酸素雰囲気中（酸素濃度：５体積％以下）で加熱（１１０～２００℃×０．５～１時間）して乾燥することにより水分を除去した後、低酸素雰囲気中（酸素濃度：２体積％以下）で加熱（４６０～５９０℃（好ましくは、５００～５５０℃）×０．５～１時間）して乾留することにより、水や二酸化炭素やタール分等を乾留ガスや乾留油として除去してから、低酸素雰囲気中（酸素濃度：２体積％以下）で冷却（５０℃以下）することにより、容易に製造することができるものである。
　次に、上述した高炉設備１００を使用する銑鉄製造方法を説明する。
　前記原料定量供給装置１１１から前記原料１を定量供給すると、当該原料１が、前記装入コンベア１１２で前記炉頂ホッパ１１３内に供給されて前記高炉本体１１０内に装入される。
　これと併せて、前記供給ホッパ１２０の内部に前記高炉吹込み炭１１を投入すると、当該高炉吹込み炭１１は、前記ベルトコンベア１２１を介して前記受入ホッパ１２２に供給され、前記石炭ミル１２３で所定の径サイズ（例えば、８０μｍ以下）に粉砕される。
　そして、前記窒素ガス供給源１２４から前記窒素ガス１０２を送給すると、当該窒素ガス１０２は、粉砕された前記高炉吹込み炭１１を気流搬送して前記搬送ライン１２５を介して前記サイクロンセパレータ１２６内へ搬送し、前記高炉吹込み炭１１を分離された後、系外へ排出される。
　前記サイクロンセパレータ１２６で分離された前記高炉吹込み炭１１は、前記貯留ホッパ１２７内に貯留された後、前記インジェクションタンク１２８内に供給され、前記窒素ガス供給源１２４からの前記窒素ガス１０２によって前記インジェクションランス１２９に気流搬送されて、前記ブローパイプ１１５の内部に供給される。
　そして、前記熱風送給装置１１４から前記ブローパイプ１１５に熱風１０１が供給されることにより、前記高炉吹込み炭１１が予熱されて着火し、当該ブローパイプ１１５の先端近傍で火炎となってレースウェイ内で燃焼し、前記高炉本体１１０内の前記原料１中のコークス等と反応して還元ガスを生成させる。これにより、前記原料１中の鉄鉱石が還元されて銑鉄（溶銑）２となって前記出銑口１１０ａから取り出される。
　ここで、上記高炉吹込み炭１１は、平均細孔径が１０～５０ｎｍである、すなわち、含酸素官能基（カルボキシル基、アルデヒド基、エステル基、水酸基等）等のタール生成基が脱離して大きく減少しているものの、酸素原子含有割合（ドライベース）が１０～１８重量％である、すなわち、主骨格（Ｃ，Ｈ，Ｏを中心とする燃焼成分）の分解（減少）が大きく抑制されている。
　これにより、上記高炉吹込み炭１１は、前記高炉本体１１０の内部に前記熱風１０１と共に吹き込まれると、主骨格中に酸素原子を多く含むと共に、径の大きい細孔によって前記熱風１０１の酸素が内部にまで拡散しやすいだけでなく、タール分が非常に生じにくくなっているため、未燃炭素（煤）をほとんど生じることなく完全燃焼することができる。
　このため、ＫＭｎＯ4，Ｈ2Ｏ2，ＫＣｌＯ3，Ｋ2Ｃｒ2Ｏ4等の酸化剤を高炉吹込み炭に含有させることや、熱風に酸素を富化するようなことをしなくても、燃焼効率を向上させて未燃炭素（煤）の発生を抑制することができる。
　したがって、本実施形態によれば、廉価な亜瀝青炭や褐炭等の低品位石炭を高炉吹込み炭１１として使用することができるので、高価な瀝青炭等を高炉吹込み炭として使用しなくて済み、銑鉄２の製造コストを低減することができる。
　また、前記高炉吹込み炭１１の酸素原子含有割合（ドライベースで１０～１８重量％）が従来の高価な瀝青炭等の酸素原子含有割合（ドライベースで数重量％）よりも非常に高いことから、前記熱風１０１の供給量を従来よりも削減することができるので（約２０％）、従来の高価な瀝青炭等よりも、発熱量が小さくても燃焼温度を高くすることができる（後述する［実施例］の〈Ｎｏ．５〉を参照）。
　このため、前記熱風送給装置１１４の熱風送給圧力（吹込み圧）を従来よりも低減することができるので、当該熱風送給装置１１４の消費電力を従来よりも削減することができる。
　逆に、前記熱風１０１を従来と同じ量で供給する場合、前記高炉吹込み炭１１の供給量を従来よりも多くすることができることから（約２０％）、前記高炉本体１１０内に前記原料１として装入する高価なコークスの量を削減することができるので、銑鉄２の製造コストをさらに低減することができる。
　なお、前記高炉吹込み炭１１においては、平均細孔径が、１０～５０ｎｍ（好ましくは、２０～５０ｎｍ）である必要がある。なぜなら、１０ｎｍ未満であると、熱風１０１中の酸素の内部への拡散しやすさが低下して、燃焼性の低下を引き起こしてしまう一方、５０ｎｍを超えると、ヒートショック等で割れて微細になりやすく、高炉本体１１０の内部に吹き込んだときに、割れて微細になってしまうと、高炉本体１１０の内部をガス気流に乗ったまま通過して燃焼することなく排出されてしまうからである。
　また、前記高炉吹込み炭１１においては、酸素原子含有割合（ドライベース）も１０重量％以上である必要がある。なぜなら、１０重量％未満であると、酸化剤の含有や、熱風の酸素富化をすることなく、完全燃焼させることが難しくなってしまうからである。
　さらに、前記高炉吹込み炭１１は、細孔容積が、０．０５～０．５ｃｍ3／ｇであると好ましく、特に０．１～０．２ｃｍ3／ｇであると非常に好ましい。なぜなら、０．０５ｃｍ3／ｇ未満であると、熱風１０１中の酸素との接触面積（反応面積）が小さく、燃焼性の低下を引き起こしてしまうおそれがある一方、０．５ｃｍ3／ｇを超えると、多くの成分の揮発によってポーラス過ぎて燃焼成分が少なくなり過ぎてしまうからである。
　くわえて、前記高炉吹込み炭１１は、比表面積が、１～１００ｍ2／ｇであると好ましく、特に５～２０ｍ2／ｇであると非常に好ましい。なぜなら、１ｍ2／ｇ未満であると、熱風１０１中の酸素との接触面積（反応面積）が小さく、燃焼性の低下を引き起こしてしまうおそれがある一方、１００ｍ2／ｇを超えると、多くの成分の揮発によってポーラス過ぎて燃焼成分が少なくなり過ぎてしまうからである。
　ちなみに、前記高炉吹込み炭１１を製造するにあたっては、乾留温度が、４６０～５９０℃（好ましくは、５００～５５０℃）である必要がある。なぜなら、４６０℃未満であると、前記低品位石炭から含酸素官能基等のタール生成基を十分に脱離させることができないと共に、平均細孔径を１０～５０ｎｍとすることが非常に困難になってしまう一方、５９０℃を超えると、前記低品位石炭の主骨格（Ｃ，Ｈ，Ｏを中心とする燃焼成分）の分解が顕著になり始め、多くの成分の揮発によって燃焼成分が減少し過ぎてしまうからである。
〈他の実施形態〉
　なお、前述した実施形態においては、亜瀝青炭や褐炭等の低品位石炭（酸素原子含有割合（ドライベース）：１８重量％超、平均細孔径：３～４ｎｍ）を低酸素雰囲気中で加熱した後、低酸素雰囲気中で加熱して乾留してから、低酸素雰囲気中で冷却することにより、酸素原子含有割合（ドライベース）が、１０～１８重量％、平均細孔径が、１０～５０ｎｍ（好ましくは、２０～５０ｎｍ）となる高炉吹込み炭１１を利用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、前記低品位石炭（酸素原子含有割合（ドライベース）：１８重量％超）１１を前述した実施形態と同様にして乾燥し、前述した実施形態と同様にして乾留し、低酸素雰囲気中（酸素濃度：５体積％以下）で冷却（５０～１５０℃）してから、酸素含有雰囲気中（酸素濃度：５～２１体積％）に曝して（５０～１５０℃×０．５～１０時間）、酸素を化学吸着させて部分酸化させることにより、酸素原子含有割合（ドライベース）が、１２～２０重量％、平均細孔径が、１０～５０ｎｍ（好ましくは、２０～５０ｎｍ）となる高炉吹込み炭２１を利用することも可能である。
　このような高炉吹込み炭２１においては、前述した実施形態の場合と同様に、平均細孔径が１０～５０ｎｍである、すなわち、含酸素官能基（カルボキシル基、アルデヒド基、エステル基、水酸基等）等のタール生成基が脱離して大きく減少しているものの、酸素原子含有割合（ドライベース）が１２～２０重量％である、すなわち、主骨格（Ｃ，Ｈ，Ｏを中心とする燃焼成分）の分解（減少）が大きく抑制されると共に、酸素原子がさらに化学吸着していることから、高炉本体１１０の内部に熱風１０１と共に吹き込むと、前述した実施形態の場合よりも主骨格が酸素原子をさらに多く含有すると共に、前述した実施形態の場合と同様に、径の大きい細孔によって熱風１０１の酸素が内部にまで拡散しやすいだけでなく、タール分が非常に生じにくくなっているので、前述した実施形態の場合よりも未燃炭素（煤）をさらに生じることなく完全燃焼することができる。
　このため、ＫＭｎＯ4，Ｈ2Ｏ2，ＫＣｌＯ3，Ｋ2Ｃｒ2Ｏ4等の酸化剤を高炉吹込み炭に含有させることや、熱風に酸素を富化するようなことをしなくても、前述した実施形態の場合よりも、燃焼効率をさらに向上させて未燃炭素（煤）の発生をより確実に抑制することができる。
　したがって、上記高炉吹込み炭２１によれば、前述した実施形態の高炉吹込み炭１１の場合よりも、銑鉄２の製造コストをさらに低減することができる。
　このとき、上記高炉吹込み炭２１においては、酸素原子含有割合（ドライベース）が、２０重量％以下である必要がある。なぜなら、２０重量％を超えると、酸素の含有量が多過ぎて、発熱量が低くなり過ぎてしまうからである。
　ちなみに、前記高炉吹込み炭２１を製造するにあたっては、前記部分酸化処理の温度が、５０～１５０℃であると好ましい。なぜなら、５０℃未満であると、空気（酸素濃度：２１体積％）雰囲気であっても、部分酸化処理が進行しにくくなってしまい、１５０℃を超えると、酸素濃度が５体積％程度の雰囲気であっても、燃焼反応によって一酸化炭素や二酸化炭素を多く発生させてしまうおそれがあるからである。
　本発明に係る銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備の作用効果を確認するために行った実施例を以下に説明するが、本発明は、各種データに基づいて説明する以下の実施例のみに限定されるものではない。
〈Ｎｏ．１：高炉吹込み炭の組成分析〉
　前述した主な実施形態で用いた高炉吹込み炭１２（本発明炭）の組成分析（元素分析）を行った。また、比較のため、従来の高炉吹込み炭（ＰＣＩ炭：従来炭）と、前述した主な実施形態において乾留工程を省略して得られた石炭（乾燥炭）との組成分析も併せて行った。その結果を下記の表１に示す。なお、値は、すべてドライベースである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記表１からわかるように、本発明炭は、酸素（Ｏ）の割合が乾燥炭よりも小さく、従来炭よりも非常に大きくなっている一方、炭素（Ｃ）の割合が乾燥炭よりも大きく、従来炭よりも小さくなっている。このため、本発明炭は、発熱量が乾燥炭よりも大きく、従来炭よりも小さくなっている。
〈Ｎｏ．２：高炉吹込み炭の表面状態〉
　前述した本発明炭の表面状態（平均細孔径、細孔容積、比表面積）を測定した。また、比較のため、前述した従来炭及び乾燥炭の表面状態も併せて測定した。その結果を下記の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記表２からわかるように、本発明炭は、平均細孔径が、従来炭及び乾燥炭よりも非常に大きくなっている。
〈Ｎｏ．３：亜瀝青炭の含酸素官能基量〉
　亜瀝青炭（米国ＰＲＢ炭）を窒素雰囲気下で昇温（１０℃／分）しながら赤外吸収スペクトルを計測することにより、含酸素官能基（ヒドロキシル基（ＯＨ）、カルボキシル基（ＣＯＯＨ）、アルデヒド基（ＣＯＨ）、エステル基（ＣＯＯ））の温度毎の含有割合量を求めた。その結果を図２に示す。なお、横軸は、温度を表し、縦軸は、１１０℃のときの含酸素官能基の全ピーク面積に対する各含酸素官能基のピーク面積の割合を表す。
　図２からわかるように、上記含酸素官能基、すなわち、タール生成基は、４６０℃になると、ほとんどなくなり、５００℃になると、すべてなくなることが確認された。
〈Ｎｏ．４：高炉吹込み炭の燃焼性〉
　前述した本発明炭を１５００℃の空気で燃焼させたときに残存する未燃炭素の割合と空気の供給流量との関係を求めた。また、比較のため、前述した従来炭及び乾燥炭の場合も併せて求めた。その結果を図３に示す。なお、図３において、横軸は、前記炭を燃焼させた後の燃焼排ガス中の残存酸素濃度、言い換えれば、過剰酸素濃度を表し、縦軸は、前記炭を燃焼させた後に回収された未燃炭素の割合を表す。
　図３からわかるように、従来炭及び乾燥炭は、過剰酸素濃度が低下するにしたがって、未燃炭素量が次第に増加してしまう。これに対し、本発明炭は、過剰酸素濃度が低下しても、未燃炭素量が増加せず、略完全燃焼できることが確認された。
〈Ｎｏ．５：高炉吹込み炭の燃焼温度〉
　前述した本発明炭を下記の条件で１００％完全燃焼させたときの過剰酸素率と燃焼温度との関係を求めた。また、比較のため、前述した従来炭の場合も併せて求めた。その結果を図４に示す。なお、過剰酸素率Ｏｓは、下記の式（１）で定義される値である。
＊燃焼式
　Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2
　Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
＊燃焼条件
・供給空気温度：１２００℃
・空気酸素濃度：２１ｖｏｌ．％
・石炭供給温度：２５℃
・付着水：２％
　過剰酸素率Ｏｓ＝（Ｏａ＋Ｏｃ／２）／（Ｃｃ＋Ｈｃ／４）　　　（１）
　ただし、Ｏａは、供給空気中の酸素ガス（分子）のモル流量、Ｏｃは、供給炭中の酸素原子モル流量、Ｃｃは、供給炭中の炭素原子モル流量、Ｈｃは、供給炭中の水素原子モル流量である。
　図４からわかるように、本発明炭は、発熱量が従来炭よりも少ないものの、従来炭と同一の過剰酸素率の場合、燃焼温度が従来炭よりもむしろ高くなることが確認された。これは、本発明炭が従来炭よりも高い含有酸素割合であることから、従来炭と同一の過剰酸素率にすると、従来炭よりも少ない供給空気量で済ますことができるからである。
　本発明に係る銑鉄製造方法及びこれに使用する高炉設備は、銑鉄の製造コストを低減することができるので、製鉄産業において極めて有益に利用することができる。
　１　原料
　２　銑鉄（溶銑）
　１１，２１　高炉吹込み炭
　１００　高炉設備
　１０１　熱風
　１０２　窒素ガス
　１１０　高炉本体
　１１０ａ　出銑口
　１１１　原料定量供給装置
　１１２　装入コンベア
　１１３　炉頂ホッパ
　１１４　熱風送給装置
　１１５　ブローパイプ
　１２０　供給ホッパ
　１２１　ベルトコンベア
　１２２　受入ホッパ
　１２３　石炭ミル
　１２４　窒素ガス供給源
　１２５　搬送ライン
　１２６　サイクロンセパレータ
　１２７　貯留ホッパ
　１２８　インジェクションタンク
　１２９　インジェクションランス

Claims (6)

  1. 　鉄鉱石及びコークスを含む原料を高炉本体の頂部から内部に装入すると共に、当該高炉本体の羽口から内部に熱風及び高炉吹込み炭を吹き込むことにより、原料の鉄鉱石から銑鉄を製造する銑鉄製造方法において、
    　前記高炉吹込み炭が、
    　酸素原子含有割合（ドライベース）を１０～２０重量％とし、
    　平均細孔径を１０～５０ｎｍとしたものである
    　ことを特徴とする銑鉄製造方法。
  2. 　請求項１に記載の銑鉄製造方法において、
    　前記高炉吹込み炭が、
    　細孔容積を０．０５～０．５ｃｍ3／ｇとしたものである
    　ことを特徴とする銑鉄製造方法。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の銑鉄製造方法において、
    　前記高炉吹込み炭が、
    　比表面積を１～１００ｍ2／ｇとしたものである
    　ことを特徴とする銑鉄製造方法。
  4. 　高炉本体と、
    　鉄鉱石及びコークスを含む原料を前記高炉本体の頂部から内部に装入する原料装入手段と、
    　前記高炉本体の羽口から内部に熱風を吹き込む熱風吹込み手段と、
    　前記高炉本体の前記羽口から内部に高炉吹込み炭を吹き込む高炉吹込み炭供給手段と
    　を備えている高炉設備において、
    　前記高炉吹込み炭供給手段が、
    　酸素原子含有割合（ドライベース）を１０～２０重量％とし、平均細孔径を１０～５０ｎｍとした高炉吹込み炭を吹き込むものである
    　ことを特徴とする高炉設備。
  5. 　請求項４に記載の高炉設備において、
    　前記高炉吹込み炭供給手段が、
    　細孔容積を０．０５～０．５ｃｍ3／ｇとした高炉吹込み炭を吹き込むものである
    　ことを特徴とする高炉設備。
  6. 　請求項４又は請求項５に記載の高炉設備において、
    　前記高炉吹込み炭供給手段が、
    　比表面積を１～１００ｍ2／ｇとした高炉吹込み炭を吹き込むものである
    　ことを特徴とする高炉設備。
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