(57)【要約】【課題】高反応性コークスの反応性を変更（即ち、反応性向上触媒の添加量を変更）したときの、熱保存帯温度の変動を、簡便な手法で評価する評価方法を提供する。【解決手段】高反応性コークスの反応性を変更したときの熱保存帯温度の変動を定量的に評価する方法であって、（ｉ）一定の昇温条件の下で、高反応性コークスの反応性を変更して、ガス化反応開始温度を測定し、（ii）上記測定温度の変動と、予め求めたガス化反応開始温度と熱保存帯温度の相関関係に基づいて、熱保存帯温度の変動を評価する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高反応性コークスの反応性を変更したときの高炉熱保存帯温度の変動を定量的に評価する方法であって、
（ｉ）一定の昇温条件の下で、高反応性コークスの反応性を変更して、ガス化反応開始温度を測定し、
（ii）上記測定温度の変動と、予め求めたガス化反応開始温度と熱保存帯温度の相関関係に基づいて、熱保存帯温度の変動を評価する
ことを特徴とする高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【請求項２】
前記高反応性コークスが成形コークスであることを特徴とする請求項１に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【請求項３】
前記高反応性コークスの反応性を、触媒の添加量を変えて変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【請求項４】
前記触媒が、Ｆｅ又はＣａであることを特徴とする請求項３に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【請求項５】
前記ガス化反応開始温度を、小型反応ガス化試験装置で求めることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【請求項６】
前記相関関係が、小型反応ガス化試験装置で測定したガス化反応開始温度と、ＢＩＳ炉で測定した熱保存帯温度に基づいて求めたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【請求項７】
前記相関関係において、ガス化反応開始温度と熱保存帯温度がほぼ等しいことを特徴とする請求項６に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の操業において、使用する高反応性コークスの反応性を変更したときの熱保存帯温度の変動を、定量的に評価する評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉製銑法においては、高炉内の反応効率を高めて、還元材比を低減することが、省エネルギーを推進するうえで重要なことであり、そのための方法として、（ｉ）コークスのＣＯ2ガス化反応性を高めるか、又は、（ii）反応開始温度を下げる、かして、熱保存帯温度を下げ、ガス還元を有利に進めることが知られている（特許文献１〜４、参照）。
【０００３】
雰囲気条件（ＣＯ濃度、ＣＯ2濃度）がある程度制限されている炉内で、コークスのＣＯ2ガス化反応性を高める方法としては、コークスを細粒化する方法の他、原料炭に触媒物質（アルカリ金属、アルカリ土類金属化合物、遷移金属、遷移金属化合物等）を混合して乾留する方法が知られている（特許文献５〜９、参照）。しかし、従来方法においては、充分なコークス強度を得ることが困難である。
【０００４】
そして、雰囲気条件（ＣＯ濃度、ＣＯ2濃度）がある程度制限されている炉内で、保存帯温度を下げて、ガス還元を有利に進めるためには、どの程度の反応性を有する高反応性コークスを、どの程度の配合量で使用すればよいかは、これまで定量的に解析されていない。
【０００５】
即ち、還元材比の低下度は、熱保存帯温度の低下度にほぼ比例するので、還元材比を目標分低下させるには、熱保存帯温度を、該目標分に見合う分低下させる必要があるところ、どの程度の反応性を有する高反応性コークスを、どの程度の配合量で使用すれば、熱保存帯温度が、どの程度低下するかについては、これまで定量的に解析されていない。
【０００６】
熱保存帯温度の低下の程度については、例えば、ＢＩＳ炉（断熱型高炉反応シミュレーター、非特許文献１、参照）によって評価する方法があるが、ＢＩＳ炉による試験は、実験準備、実験、及び、実験解析に時間（３日ほど）を要するので、解析結果は、迅速に、操業制御に反映され難い。このため、高反応性コークスの反応性を変更したときの熱保存帯温度の変動を、定量的に評価する評価方法の開発が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０６−１４５７２８号公報
【特許文献２】特開平０６−１４５７２９号公報
【特許文献３】特開平０６−１４５７３０号公報
【特許文献４】特開平０６−１４５７３４号公報
【特許文献５】特開昭６３−１３７９８９号公報
【特許文献６】特開２００１−３４８５７６号公報
【特許文献７】特開２００４−３００１７０号公報
【特許文献８】特開２００８−５６７９１号公報
【特許文献９】特開２００７−１２６５０５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】内藤ら、鉄と鋼、８７（２００１）、３５７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記要望を踏まえ、Ｆｅ、Ｃａ等の反応性向上触媒を含有する高反応性コークスを、高炉の操業にて、通常コークスへ配合して使用する場合において、高反応性コークスの反応性を変更（即ち、反応性向上触媒の添加量を変更）したときの、炉内における熱保存帯温度の変動を、簡便な手法で評価する評価方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するため、高反応性コークスの反応性を変更（反応性向上触媒の添加量を変更）したとき、熱保存帯温度に替わり、簡便に測定できる温度を測定することにより、熱保存帯温度の変動を推定し得る方法について鋭意検討した。
【００１１】
その結果、本発明者らは、小型反応ガス化試験装置で測定する反応開始温度と、ＢＩＳ炉で測定する熱保存帯温度の間に、明瞭な相関関係が存在することを見いだした。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１３】
（１）高反応性コークスの反応性を変更したときの高炉熱保存帯温度の変動を定量的に評価する方法であって、（ｉ）一定の昇温条件の下で、高反応性コークスの反応性を変更して、ガス化反応開始温度を測定し、（ii）上記測定温度の変動と、予め求めたガス化反応開始温度と熱保存帯温度の相関関係に基づいて、熱保存帯温度の変動を評価することを特徴とする高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【００１４】
（２）前記高反応性コークスが成形コークスであることを特徴とする前記（１）に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【００１５】
（３）前記高反応性コークスの反応性を、触媒の添加量を変えて変更することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【００１６】
（４）前記触媒が、Ｆｅ又はＣａであることを特徴とする前記（３）に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【００１７】
（５）前記ガス化反応開始温度を、小型反応ガス化試験装置で求めることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【００１８】
（６）前記相関関係が、小型反応ガス化試験装置で測定したガス化反応開始温度と、ＢＩＳ炉で測定した熱保存帯温度に基づいて求めたものであることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【００１９】
（７）前記相関関係において、ガス化反応開始温度と熱保存帯温度がほぼ等しいことを特徴とする前記（６）に記載の高炉熱保存帯温度の定量評価方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高反応性コークスの反応性を変更したときの高炉熱保存帯温度の変動を、簡便な手法で定量的に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】小型反応ガス化試験装置の一態様を示す図である。
【図２】ＢＩＳ炉の態様を示す図である。
【図３】コークスのＦｅ含有率（％）とガス化反応開始温度（℃）の関係を示す図である。
【図４】コークスのＣａ含有率（％）とガス化反応開始温度（℃）の関係を示す図である。
【図５】コークスのガス化反応開始温度と熱保存帯温度の相関関係を示す図である。
【図６】実施例で確認したコークスの触媒含有率とガス化反応開始温度の関係を示す図である。
【図７】実施例で確認したコークスのガス化反応開始温度と熱保存帯温度の相関関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明について説明する。本発明は、高炉の操業において、高反応性コークスの反応性を変更したときの熱保存帯温度の変動を定量的に評価することを基本思想とするものであって、具体的には、
（ｉ）一定の昇温条件の下で、高反応性コークスの反応性を変更して、ガス化反応開始温度を測定し、
（ii）上記測定温度の変動と、予め求めたガス化反応開始温度と熱保存帯温度の相関関係に基づいて、熱保存帯温度の変動を評価する
ことを特徴とする。
【００２３】
高反応性コークスは、通常（成形しない）コークス（室炉コークスに相当）及び成形コークスのいずれでもよい。高反応性コークスの反応性は、原料炭に添加する触媒の量を変えて変更する。触媒としては、従来使用されている、アルカリ金属、アルカリ土類金属化合物、遷移金属、遷移金属化合物等を使用し得るが、特に、Ｆｅ又はＣａが好ましい。乾留条件は、通常の乾留条件でよい。
【００２４】
図１に、高反応性コークスのガス化反応開始温度を測定する小型反応ガス化試験装置の一態様を示す。なお、この装置は、特開２００７−３０９６７２号に開示のコークスの熱間反応後粉率測定装置と基本的に同じものである。
【００２５】
図１に示す小型反応ガス化試験装置においては、反応外管１の内部に、上部にガス供給口７と周囲に加熱手段２を備える反応内管３が配置されている。反応内管３の底部には、アルミナ球４が充填されていて、その上に、コークス５が装入されている。
【００２６】
ガス排出口８と温度計９を備える管蓋６で、反応内管３を閉じた後、ガス供給口７から、反応ガス（ＣＯ＋ＣＯ2）を、流量：１５〜２５Ｎｌ／ｍｉｎ（好ましくは２０Ｎｌ／ｍｉｎ）で供給し、ガス排出口８から反応後のガスを排出する。反応ガスは、上部の供給口７から反応管底部に入りアルミナ球を通過する間に予熱される。
【００２７】
ここで、ＣＯとＣＯ2の比率は、ＣＯ：ＣＯ2＝５０％：５０％が好ましいが、高炉上部のシャフト部の組成に近いガス組成であればよく、ＣＯ：７０％〜３０％、ＣＯ2：３０％〜７０％であればよい。
【００２８】
小型反応ガス化試験装置には、重量測定器（図示なし）が備えつけられていて、ガス化反応の進行中、温度計９で、コークス温度を測定するとともに、重量測定器で、コークスの重量を測定する。
【００２９】
実験は、常温から所定昇温速度（例えば、１０℃／ｍｉｎ）で昇温し、コークスの重量減少を測定する。
【００３０】
コークスのガス化反応で、コークスが消耗し、コークスの重量が減少するので、単位時間当りのコークスの重量減少率：（１／ｗ0）×（ｄｗ／ｄｔ）（ここで、ｔは、時間［ｍｉｎ］、ｗは、時間ｔにおけるコークスの重量［ｇ］、ｗ0は、コークスの初期重量［ｇ］）が０．００２（ｍｉｎ-1）を超えた温度を、コークスの反応開始温度として測定する。
【００３１】
また、この測定では、昇温速度は一定とするので、温度Ｔ（℃）におけるコークスの重量をｗとする時に、単位温度上昇当りのコークスの重量減少率：（１／ｗ0）×（ｄｗ／ｄＴ）が０．０００２（℃-1）を超えた温度を、コークスの反応開始温度として測定してもよい。
【００３２】
このように、コークスの反応開始温度を定義すると、昇温速度を変えて、該昇温速度一定の下で、コークスの反応開始温度を測定してもよく、常温からの昇温が、所定の昇温速度（５〜２０℃／ｍｉｎ）の範囲であれば、この方法により、コークスの反応開始温度を測定することが可能である。
【００３３】
図３に、触媒としてＦｅを添加したコークスについて測定した、コークス中のＦｅ含有率（％）とコークスのガス化反応開始温度の関係を示す。図３において、○は、成形コークスに係る測定値であり、□は、通常（成形しない）コークスに係る測定値である。
【００３４】
図３から、例えば、成形コークスのガス化反応開始温度（℃）（○、参照）は、コークスのＦｅ含有率の増加に伴い、直線的に低下することが解る。コークスのＦｅ含有率：１０％のとき、成形コークスのガス化反応開始温度（℃）は１０５０℃であるが、コークス中のＦｅ含有率：４５％で、成形コークスのガス化反応開始温度（℃）は９５０℃まで低下している。
【００３５】
同様に、図１に示す小型反応ガス化試験装置を用いて、触媒としてＣａを添加した成形コークスについて、コークスのガス化反応開始温度（℃）を測定した。反応条件は、触媒としてＦｅを添加したコークスの場合と同じである。
【００３６】
図４に、コークスのＣａ含有率（％）とコークスのガス化反応開始温度の関係を示す。図３に示す傾向と同様に、コークスのガス化反応開始温度（℃）は、コークスのＣａ含有率の増加に伴い、直線的に低下する。コークス中のＣａ含有率：５％のとき、コークスのガス化反応開始温度（℃）は１０８０℃であるが、コークス中のＣａ含有率：１５％で、コークスのガス化反応開始温度（℃）は１０４０℃まで低下している。
【００３７】
このように、コークスのガス化反応開始温度は、触媒添加量の増加とともに減少することが判明した。
【００３８】
次に、熱保存帯温度と、小型反応ガス化試験装置で測定したコークスのガス化反応開始温度の相関関係について説明する。この相関関係は、本発明者らが見いだした、本発明の根幹をなす知見である。
【００３９】
熱保存帯温度は、図２に示すＢＩＳ炉で測定する。ＢＩＳ炉は、反応管１０内に鉄鉱石（焼結鉱）１１とコークス１２を交互に層状に充填し、反応管１０の外周に配置した電気炉１３（加熱炉１５と断熱炉１６からなる）を反応管１０の長手方向の上部から下部に移動させつつ、反応ガスを、反応管１０上部のガス導入口１４から導入し、複数の鉄鉱石（焼結）１１層及びコークス１２層を通過させて、反応管１０下部のガス排出口１６から排出する向流移動層タイプの反応試験装置である。
【００４０】
反応管１０は、内径：１０３ｍｍ、長さ：５．４ｍのステンレス管である。電気炉１３は、反応ガスを、高炉融着帯上部の温度（１２００℃）まで予熱して、鉱石還元を終了させるための加熱炉１５と、この温度以下の反応を断熱系で進行させるための断熱炉１６で構成されている。なお、加熱炉１５及び断熱炉１６は、それぞれ、長さが、９５０ｍｍ及び１０９０ｍｍである。
【００４１】
ＢＩＳ炉による熱保存帯温度の測定には、長時間（３日ほど）を要するので、実際の高炉における熱保存帯温度の変動を、迅速に、操業制御に反映することは難しいが、本発明者らは、小型反応ガス化試験装置により簡便に測定できるコークスのガス化反応開始温度及びその変動が、ＢＩＳ炉で測定される熱保存帯温度及びその変動に極めてよく一致することを見いだした。
【００４２】
図５に、コークス中のＦｅ量で整理したコークスのガス化反応開始温度とＢＩＳ炉で測定される熱保存帯温度の相関関係を示す。図中、○は、通常（成形しない）コークスの場合を示し、□は、成形コークスの場合を示す。
【００４３】
図５から、コークスの形態にかかわらず、コークスのガス化反応開始温度とＢＩＳ炉で測定される熱保存帯温度が、ほぼ１対１の対応関係にあることが解る。
【００４４】
即ち、ＢＩＳ炉により熱保存帯温度を測定しなくても、小型反応ガス化試験装置によりコークスのガス化反応開始温度を測定することにより、ＢＩＳ炉で測定される熱保存帯温度とその変動を知ることができるのである。
【実施例】
【００４５】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００４６】
（実施例）
表１に示す性状のＡ炭とＢ炭を５０％ずつ配合した配合炭を乾留してコークスを製造し、ガス化反応開始温度を、図１に示す小型反応ガス化試験装置で測定した。その結果を、表２に示す。また、幾つかのコークスについて、図２に示すＢＩＳ炉で熱保存帯温度を測定した。その結果を、表２に、併せて示す。
【００４７】
図６に、コークス中の触媒含有率とコークスのガス化反応開始温度の関係を示す。コークスのガス化反応開始温度は、コークスの触媒含有率の増加に伴い、直線的に低下する。
【００４８】
図７に、コークスのガス化反応開始温度とＢＩＳ炉ＢＩＳ炉で測定した熱保存帯温度の相関関係を示す。コークスのガス化反応開始温度とＢＩＳ炉で測定した熱保存帯温度は、極めてよい対応関係にある。
【００４９】
【表１】
2010196151.tif 000003
【００５０】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００５１】
前述したように、本発明によれば、高反応性コークスの反応性を変更したときの高炉熱保存帯温度の変動を、簡便な手法で、定量的に評価することができる。その結果、操業制御を、熱保存帯温度の変動に合せ、迅速、適確に行うことができる。よって、本発明は、鉄鋼産業において利用可能性が高いものである。
【符号の説明】
【００５２】
１    反応外管
２    加熱手段
３    反応内管
４    アルミナ球
５    コークス
６    管蓋
７    ガス供給口
８    ガス排出口
９    温度計
１０    反応管
１１    鉄鉱石（焼結鉱）
１２    コークス
１３    電気炉
１４    ガス導入口
１５    加熱炉
１６    断熱炉
１７    ガス排出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010196151.tif 000011