(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却剤の供給が停止した場合でも羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる酸素高炉の操業方法を提供する。【解決手段】酸素と、気体還元材と、固体還元材と、を羽口から高炉１２内に供給して操業する酸素高炉１０の操業方法であって、固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、気体還元材の流量を増加させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素と、気体還元材と、固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉の操業方法であって、
前記固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記気体還元材の流量を増加させる、酸素高炉の操業方法。
【請求項２】
酸素と、気体還元材と、固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉の操業方法であって、
前記気体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記固体還元材の流量を増加させる、酸素高炉の操業方法。
【請求項３】
酸素と、気体還元材と、２種類以上の固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉の操業方法であって、
１種の固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記気体還元材の流量を変えずに、他の固体還元材の流量を増加させる、酸素高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素または酸素富化空気と、気体還元材および／または固体還元材とを羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素高炉では、羽口から酸素または酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気と、還元材である微粉炭とを吹込むことで、空気を予熱した熱風送風を行う通常高炉と比較して、炉内で鉄鉱石の還元に作用しない窒素ガス量を低減し、これにより、高炉の生産性の向上を実現している。しかしながら、酸素高炉では、羽口から高濃度の酸素を吹込んで炉内の滞留コークスと反応させるので、羽口先温度が異常に高温になるという課題がある。このため、酸素高炉の操業では、羽口先の燃焼領域の温度を通常高炉と同等の２０００℃以上２６００℃以下程度に制御する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、ＣＯ２を含む炉頂ガスを還流させて羽口から純酸素とともに吹込むことで、羽口先温度を所定の温度範囲に制御する方法が開示されている。また、特許文献１には、羽口から常温の純酸素とともに冷却剤であるＨ２ＯまたはＣＯ２を炉内に吹込み、これにより、羽口先温度を所定の温度範囲に制御しながら、窒素を含まない高炉ガスを発生させる方法も開示されている。
【０００４】
特許文献２には、純酸素とともに羽口先温度を調整する重質油を羽口から吹込む酸素高炉の操業方法が開示されている。また、特許文献３には、純酸素の一部に予熱酸素を用いることで、固体還元材である微粉炭の着火性の改善と羽口先温度の調整を両立させる酸素高炉の操業方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１５９１０４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１７１８０７号公報
【特許文献３】特開２０１６−２２２９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
羽口先温度が高温化するのは、酸素高炉に特有の問題であって、例えば、特許文献１では羽口から常温純酸素とともにＨ２ＯやＣＯ２を吹込んだときの吸熱反応を利用して羽口先温度を低下させている。これは、燃焼（酸化）とは逆反応（還元）の吸熱反応を利用して、異常に高温化した羽口先温度を低温化するものである。また、通常高炉で行われている羽口からの微粉炭吹込みも、高炉でのコークス使用量の低減効果だけでなく、固体還元材としての吸熱反応や常温の微粉炭を昇温させることによる羽口先温度の低温化効果も得られる。
【０００７】
一方で、酸素高炉においても、通常高炉と同様に多くの操業トラブルが発生する可能性がある。例えば、炉頂ガス循環設備が停止した場合、冷却剤であるＨ２ＯやＣＯ２が吹込めなくなるので羽口先温度は上昇する。例えば、純酸素とコークスのみの反応では羽口先温度は、３０００℃以上にもなる。また、微粉炭吹込みにおいても、経路内において微粉炭詰りが発生した場合、冷却剤としての機能する微粉炭の供給量が低下するので羽口先温度は上昇する。酸素高炉は通常高炉よりも微粉炭の吹込み量が多いので羽口先温度への影響は特に大きくなる。
【０００８】
羽口先温度が上昇すると、ＳｉＯ２が還元されＳｉＯガスとなって炉内を上昇し、シャフト部等で冷却されて酸化され再度ＳｉＯ２となるときに当該ＳｉＯ２が炉内の原料同士を接着する。この接着により炉内の原料の棚吊が発生しやすくなる。炉内における原料の棚吊は、酸素高炉の安定操業を阻害する原因となる。また、羽口先温度が上昇すると、羽口への熱負荷も大きくなる。羽口への熱負荷は、羽口破損の原因となるので、羽口の寿命が短くなると共に、羽口交換作業による高炉操業のダウンタイムの増加につながり、酸素高炉の生産性を低下させる。
【０００９】
一方、羽口への酸素の供給を停止すれば、酸素とコークスとの反応は停止し羽口先温度は低下するが、羽口が閉塞する可能性が高くなる。通常操業では羽口から酸素（気体）を炉内へ吹込むことで、吹込まれた気体がコークスを押しのけ、これにより、羽口先に空間を形成しているが、酸素が吹込まれなくなるとコークスを押しのけることができず、羽口先の空間が形成されなくなる。また、羽口先の空間が無くなると共に、羽口先温度も低下すると、スラグ固着などにより羽口が閉塞しやすい状態となる。羽口が閉塞すると再送風が困難になるので、酸素高炉では、冷却剤の供給が停止した場合において、羽口閉塞を回避しつつ羽口先温度を制御する操業方法が求められていた。
【００１０】
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却剤の供給が停止した場合でも羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる酸素高炉の操業方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）酸素と、気体還元材と、固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉の操業方法であって、前記固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記気体還元材の流量を増加させる、酸素高炉の操業方法。
（２）酸素と、気体還元材と、固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉の操業方法であって、前記気体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記固体還元材の流量を増加させる、酸素高炉の操業方法。
（３）酸素と、気体還元材と、２種類以上の固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉の操業方法であって、１種の固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、前記気体還元材の流量を変えずに、他の固体還元材の流量を増加させる、酸素高炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の酸素高炉の操業方法により、冷却剤の供給が停止した場合においても羽口閉塞を回避しつつ羽口先温度の上昇を抑制できる。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、冷却剤の供給停止が解消した後に酸素や冷却剤の供給を容易に再開でき、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】酸素高炉設備１０を示す断面模式図である。
【図２】羽口設備１４の断面模式図である。
【図３】ラボ実験設備８０の断面模式図である。
【図４】羽口先温度の時間変化を示すグラフである。
【図５】羽口先温度の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図１は、酸素高炉設備１０を示す断面模式図である。酸素高炉設備１０の高炉１２においても、従来の熱風高炉と同じように炉頂から鉄鉱石や焼結鉱とともにコークスが装入される。高炉１２の炉下部には羽口設備１４が設けられており、当該羽口設備１４から熱風に代えて常温の純酸素が高炉１２内に供給される。
【００１５】
羽口設備１４には、酸素供給配管３２、粉体供給配管４２、気体供給配管７４が接続される。また、炉内観察用の窓ガラスを保護する目的として、羽口設備１４にパージ用の空気を吹込む空気供給配管８８もしくは窒素を吹込む窒素供給配管８９が接続されてもよい。酸素供給配管３２から吹込まれる純酸素の圧力は、熱風高炉での熱風吹込み圧力と同等程度の０．５ＭＰａ以上が好ましい。粉体供給設備４０は、羽口設備１４に微粉炭を供給する設備である。粉体供給設備４０は、粉体供給配管４２と粉体流量計４４と粉体制御弁４６と粉体吹込みタンク４８とを有する。粉体供給配管４２と粉体流量計４４と粉体制御弁４６と粉体吹込みタンク４８は、一般的な熱風高炉に用いられている設備と同じ設備を用いてよい。
【００１６】
本実施形態に係る粉体供給設備４０では、粉体供給配管４２に粉体流量計４４が設けられている。粉体流量計４４は、粉体供給配管４２を流れる微粉炭の流量を測定する。粉体流量計４４として、超音波を用いた流量計、マイクロ波を用いた流量計または静電容量２電極方式の微粉炭流量計を用いてよい。なお、微粉炭は、固体還元材の一例であり、微粉炭に代えて、廃プラスチックを用いてもよい。気体供給配管７４には気体流量計９０と気体制御弁９２とが設けられており、これにより、メタンガスの流量が測定され、メタンガスの流量が制御される。なお、メタンガスは、気体還元材の一例であり、メタンガスに代えて、都市ガス、プロパンガス、製鉄所内で発生する副生ガスを用いてよい。制御装置１００は、粉体流量計４４と、粉体制御弁４６と、粉体吹込みタンク４８と、気体流量計９０と、気体制御弁９２と、に接続されている。制御装置１００は、粉体流量計４４から微粉炭の流量を示す信号を取得し、気体流量計９０からメタンガスの流量を示す信号を取得するとともに粉体吹込みタンク４８、粉体制御弁４６および気体制御弁９２の動作を制御する。
【００１７】
図２は、羽口設備１４の断面模式図である。羽口設備１４は、羽口７０と、バーナー７２とを有する。バーナー７２は羽口７０に内包されるように接続されている。羽口設備１４には、酸素供給配管３２、気体供給配管７４、粉体供給配管４２、空気供給配管８８もしくは窒素供給配管８９が接続されている。なお、図２に示した羽口設備１４における各配管の配置やレイアウトは一例であり、各配管の配置や順番等の条件が変わったとしても、本発明の効果は何れの条件においても発現する。
【００１８】
酸素高炉設備１０では、羽口設備１４から純酸素と微粉炭とメタンガスとを高炉１２内に供給しながら酸素高炉の操業が実施される。微粉炭とメタンガスとを高炉１２内に供給することで、コークス使用量削減の効果だけでなく、微粉炭やメタンガスの吸熱反応を利用し、かつ、常温の微粉炭やメタンガスが昇温するのに必要な顕熱により、羽口先温度の過度な昇温が抑制される。しかしながら、何らかの不具合により微粉炭やメタンガスの供給量が少なくなると、羽口先温度の上昇が抑制できなくなり、羽口先温度が上昇する。羽口先温度が上昇すると、炉内の棚吊りが発生しやすくなるとともに羽口７０の熱負荷が大きくなる。羽口７０の熱負荷の増大は羽口破損の原因となり、羽口７０の寿命が短くなる。
【００１９】
一方、羽口先温度を低下させるために純酸素の供給を停止すると、酸素の供給によって押しのけられていた羽口先のコークスが羽口側に移動し、羽口先の空間が無くなるとともに羽口先温度も低下してスラグ固着による羽口閉塞が発生しやすくなる。羽口閉塞が発生すると、不具合が解消した後に、純酸素や微粉炭やメタンガスの供給を再開することが困難になる。
【００２０】
そこで、本実施形態では、粉体供給配管４２に粉体流量計４４を設け、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置１００は、気体制御弁９２の開度を大きくして気体供給配管７４から吹込まれるメタンガスの流量を増加させる。このように、メタンガスの流量を増加させることで、冷却剤として機能する微粉炭の供給量が少なくなったとしても、羽口先温度の上昇を抑制でき、これにより、炉内の棚吊りの発生や羽口寿命の低下を抑制できる。
【００２１】
また、気体流量計９０で計測しているメタンガスの流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置１００は、粉体制御弁４６の開度を大きくして粉体供給配管４２から吹込まれる微粉炭の流量を増加させる。なお、制御装置１００は、粉体制御弁４６の開度を大きくすることに代えて、または、粉体制御弁４６の開度を大きくするとともに、粉体吹込みタンク４８の圧力を高めてもよい。粉体制御弁４６の開度を大きくするとともに粉体吹込みタンク４８の圧力を高めることで、粉体制御弁４６の開度を最大にして得られる微粉炭供給量より多くの微粉炭を羽口７０に供給できる。このように、微粉炭の流量を増加させることで、冷却剤として機能するメタンガスの供給量が少なくなったとしても、羽口先温度の上昇を抑制でき、これにより、炉内の棚吊りの発生や羽口寿命の低下を抑制できる。
【００２２】
さらに、本実施形態に係る酸素高炉の操業方法では、羽口設備１４への純酸素の供給が継続されるので羽口先の空間が確保でき、羽口先温度が低下し過ぎることも抑制されるので羽口閉塞の発生を抑制できる。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、微粉炭の供給停止が解消した後に微粉炭の供給を再開することが容易になり、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。なお、メタンガスの供給停止というトラブルについても同様に、トラブルが解消した後にメタンガスの供給を再開することが容易になり、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
【００２３】
なお、上記例では、固体還元材として微粉炭のみを用いた例を示したが、これに限らない。固体還元材として２種類以上の固体還元材を用いてもよく、１種の固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、気体還元材の流量を変えずに、他の固体還元材の流量を増加させてもよい。これにより、１種の固体還元材の供給量が低下したとしても他の固体還元材の供給量を増加させることで、羽口先温度の上昇を抑制でき、これにより、炉内の棚吊りの発生や羽口寿命の低下を抑制できる。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
次に酸素高炉設備１０を用いた酸素高炉の操業方法の効果を、高炉の下部を模擬したラボ実験設備８０を用いて確認した実施例１を説明する。図３は、ラボ実験設備８０の断面模式図である。ラボ実験設備８０は、実験炉８４の炉壁８２に図２に示した羽口設備１４が設けられている。高炉１２の下部を模擬し、実験炉８４にコークスを充填した。実験炉８４に充填したコークスの粒径の範囲は６〜１５ｍｍである。
【００２５】
実施例１では、酸素供給配管３２から常温の純酸素４５Ｎｍ３／ｈと、粉体供給配管４２から溶銑１ｔ当たり２００ｋｇに相当する２５ｋｇ／ｈの微粉炭と、気体供給配管７４から溶銑１ｔ当たり２７３Ｎｍ３に相当する３５Ｎｍ３／ｈの気体還元材とを羽口設備１４を通じて実験炉８４に吹込んでコークスを燃焼させた。気体還元材として、４６体積％ＣＯ−４３体積％ＣＯ２−１１体積％Ｈ２の３種混合ガスを用いた。なお、内部監視孔のガラスを保護するために、通常時においても少量の空気を流した。羽口先温度は、バーナー７２の中央部に設けられた内部監視孔の後方に設置された２色式放射温度計８６（株式会社チノー社製、ＩＲ−ＦＬ）を用いて測定した。
【００２６】
図４は、羽口先温度の時間変化を示すグラフである。図４において、横軸は時間（秒）であり、縦軸は羽口先温度（℃）である。図４の（ア）の領域は、純酸素と微粉炭と気体還元材とを実験炉８４に吹込んだ場合の羽口先温度の時間変化を示す。（ア）の領域において羽口先温度は１５００℃以上１８００℃以下の範囲内であった。
【００２７】
図４の（イ）の領域では、微粉炭詰りを再現するために微粉炭の吹込み量を意図的に溶銑１ｔ当たり１００ｋｇに相当する１３ｋｇ／ｈに低下させた。（イ）の領域では、冷却剤として機能する微粉炭の吹込み量が低下したために羽口先温度は上昇し、羽口先温度が２０００℃を超える場合もあった。
【００２８】
図４（ウ）の領域では、気体還元材の吹込み量を溶銑１ｔ当たり４８３Ｎｍ３に相当する６２Ｎｍ３／ｈに増加させた。このように気体還元材の吹込み量を増加させることで羽口先温度は低下し、羽口先温度は１５００℃以上１８００℃以下の範囲内となった。
【００２９】
これらの結果から、冷却剤として機能する微粉炭の吹込み量が何らかの不具合により低下して羽口先温度が上昇したとしても、気体還元材の吹込み量を増加させることで純酸素の供給を継続しつつ羽口先温度の上昇を抑制できることが確認された。本実施形態に係る酸素高炉の操業方法では、制御装置１００を用いて微粉炭の流量を監視し、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になったことが検出された場合に気体還元材の流量を増加させる。これにより、何らかの不具合により冷却剤として機能する微粉炭の供給量が少なくなったとしても、純酸素の供給を継続しつつ羽口先温度の上昇を抑制でき、羽口閉塞を回避できる。そして、羽口閉塞を回避することで、冷却剤の供給停止が解消した後に酸素や冷却剤の供給を容易に再開でき、酸素高炉の安定操業への復帰も容易になる。
【００３０】
（実施例２）
実施例２では、酸素供給配管３２から常温の純酸素４５Ｎｍ３／ｈと、粉体供給配管４２から溶銑１ｔ当たり２００ｋｇに相当する２５ｋｇ／ｈの微粉炭と、気体供給配管７４から溶銑１ｔ当たり２７３Ｎｍ３に相当する３５Ｎｍ３／ｈの気体還元材とを羽口設備１４を通じて実験炉８４に吹込んでコークスを燃焼させた。気体還元材として、４６体積％ＣＯ−４３体積％ＣＯ２−１１体積％Ｈ２の３種混合ガスを用いた。なお、内部監視孔のガラスを保護するために、通常時においても少量の空気を流した。羽口先温度は、バーナー７２の中央部に設けられた内部監視孔の後方に設置された２色式放射温度計８６（株式会社チノー社製、ＩＲ−ＦＬ）を用いて測定した。
【００３１】
図５は、羽口先温度の時間変化を示すグラフである。図５において、横軸は時間（秒）であり、縦軸は羽口先温度（℃）である。図５の（ア）の領域は、純酸素と微粉炭と気体還元材とを実験炉８４に吹込んだ場合の羽口先温度の時間変化を示す。（ア）の領域において羽口先温度は１５００℃以上１８００℃以下の範囲内であった。
【００３２】
図５（イ）の領域では、気体還元材の供給トラブルを再現するために気体還元材の吹込みを意図的に停止させた。（イ）の領域では、冷却剤として機能する気体還元材の吹込みが停止されたので、羽口先温度は上昇し、羽口先温度が２０００℃を超える場合もあった。
【００３３】
図５（ウ）の領域では、微粉炭の吹込み量を溶銑１ｔ当たり３３０ｋｇ相当する４１ｋｇ／ｈに増加させた。このように微粉炭の吹込み量を増加させることで、羽口先温度は低下し、羽口先温度は１５００℃以上１８００℃以下の範囲内となった。
【００３４】
これらの結果から、冷却剤として機能する気体還元材の吹込み量が何らかの不具合により低下して羽口先温度が上昇したとしても、微粉炭の吹込み量を増加させることで純酸素の供給を継続しつつ羽口先温度の上昇を抑制できることが確認された。本実施形態に係る酸素高炉の操業方法では、制御装置１００を用いて気体還元材の流量を監視し、気体還元材の流量が予め定められた流量以下になったことが検出された場合に微粉炭の流量を増加させる。これにより、何らかの不具合により冷却剤として機能する気体還元材の供給量が少なくなったとしても、純酸素の供給を継続しつつ羽口先温度の上昇を抑制でき、羽口閉塞を回避できる。そして、羽口閉塞を回避することで、冷却剤の供給停止が解消した後に酸素や冷却剤の供給を容易に再開でき、酸素高炉の安定操業への復帰も容易になる。
【００３５】
なお、実施例１、２に示した結果は、実機高炉よりも熱損失が大きい実験炉８４を用いた検討であるので、羽口先温度のレベルは実機高炉とは異なるものの、本実施形態に係る酸素高炉の操業方法の実施により、冷却剤である固体還元材または気体還元剤の供給が停止した場合においても、純酸素の供給を継続しつつ羽口先温度の上昇を抑制できることが確認された。なお、上記例では純酸素を供給した例で説明したが、これに限らず、酸素富化空気を供給したとしても同様の効果が得られる。
【００３６】
（実施例３）
次に、酸素高炉設備１０を用いた酸素高炉操業方法の効果を、小型の試験高炉を用いて確認した実施例３を説明する。炉本体は、内容積３．９ｍ３、炉床径０．９５ｍφ、炉口径０．７ｍφ、炉高５．１ｍで、羽口は３本である。基本の試験条件は出銑量１２ｔ／ｄ、コークス使用量３５２ｋｇ／ｔ−溶銑、微粉炭使用量２００ｋｇ／ｔ−溶銑、気体還元材量６９Ｎｍ３／ｔ−溶銑、酸素使用量３８３Ｎｍ３／ｔ−溶銑である。気体還元材としてメタンガスを用いた。微粉炭とメタンガスの吹込みを行わず酸素送風のみを行った場合は、炉内で棚吊が発生した。この棚吊は、羽口先温度の上昇に起因したＳｉＯ２よる炉内での原料同士の接着が原因であった。また、基本の試験条件において、微粉炭の吹込みトラブルが発生し、酸素送風を停止した場合には、羽口閉塞が発生した。
【００３７】
次に、微粉炭の吹込みトラブルが発生し、微粉炭の吹込みが停止した時に、メタンガスの吹込み量を１５５Ｎｍ３／ｔ−溶銑まで増加させた。これにより、羽口閉塞は発生しなかった。微粉炭の設備のトラブルが解消した後に、微粉炭の吹込み量を増加させると共に、メタンガスの吹込み量を６９Ｎｍ３／ｔ−溶銑に戻した。このような操作により、基本の試験条件に容易に復帰させることができた。
【００３８】
このように、冷却剤となる固体還元材の吹込みが何らかの理由により停止し羽口先温度が上昇したとしても、その後、気体還元材の吹込み量を増加させることで羽口先温度の上昇を抑制できることが確認された。なお、実施例３では、微粉炭の吹込みトラブルの例を示したが、メタンガスの吹込みトラブルについても同様に、メタンガスの吹込み量の低下に伴い微粉炭の吹込み量を増加させることで羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。さらに、実施例１〜３では、微粉炭を用いた例を示したが、これに限らず、微粉炭に代えて、または微粉炭とともに廃プラスチックを吹込んだ場合であっても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  酸素高炉設備
１２  高炉
１４  羽口設備
３２  酸素供給配管
４０  粉体供給設備
４２  粉体供給配管
４４  粉体流量計
４６  粉体制御弁
４８  粉体吹込みタンク
７０  羽口
７２  バーナー
７４  気体供給配管
８０  ラボ実験設備
８２  炉壁
８４  実験炉
８６  ２色式放射温度計
８８  空気供給配管
８９  窒素供給配管
９０  気体流量計
９２  気体制御弁
１００  制御装置
【図１】
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【図２】
2020200494.tif 000004
【図３】
2020200494.tif 000005
【図４】
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【図５】
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