(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結鉱を細粒焼結鉱と粗粒焼結鉱とに分別し、前記細粒焼結鉱に小粒コークスをあらかじめ混合しておき、該混合物と前記粗粒焼結鉱とを別々に装入する粒度別装入法を採用している高炉操業方法において、前記細粒焼結鉱の平均粒径が３〜５ｍｍであり、かつ、前記小粒コークスの平均粒径が、前記細粒焼結鉱の平均粒径の１．２〜２．０倍であることを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
微粉炭比１２０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上で操業を行う請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項３】
高炉内中心部に塊コークスの一部を装入しつつ、高炉内周辺部に塊コークスの残部と鉱石類を層状に装入するコークス中心装入法で操業を行う請求項１または２に記載の高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細粒焼結鉱を使用する高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の通気性を維持しながら焼結鉱の粒径を下げることができれば、焼結工場の製造歩留を上げるのみならず、高炉における焼結鉱の還元効率を高め、還元材比を下げることになり、コスト面からの効果が大きい。
【０００３】
焼結鉱の粒径を低下させながら高炉の通気性を維持する方法として焼結鉱の粒度別装入法が知られている。この方法では、例えば、焼結鉱を焼結工場または高炉庫下で５ｍｍのスクリーンで篩った後、その篩上の５ｍｍ超の粗粒焼結鉱は高炉に装入し、その篩下の５ｍｍ以下は再度３ｍｍのスクリーンで篩った後、その３〜５ｍｍの細粒焼結鉱は上記粗粒焼結鉱とは別に高炉に装入する。通常、細粒焼結鉱を高炉の周辺部に装入し、該周辺部の通気性とガス量の調整に使用している（非特許文献１参照）。
【０００４】
ところが、焼結鉱製造条件の変動等によって、細粒焼結鉱の粒度が小さくなったり、量が多くなったりした場合には、高炉周辺部の通気性が悪化してガス量が減少し、細粒といえども還元が遅れ、炉熱不足に至ることがある。このような場合には、細粒焼結鉱の使用量を減じたり、使用を中止したりする必要があった。
【０００５】
ここで、特許文献１には、焼結鉱を粗粒と細粒に分別し、粗粒を高炉の中心部から中間部に、細粒を高炉の周辺部に装入する粒度別装入法を採用している高炉操業法において、細粒焼結鉱と小塊コークスをあらかじめ混合しておき、該混合物を高炉の周辺部に装入する高炉操業法が提案され、細粒焼結鉱と混合する小塊コークスの粒度は、細粒焼結鉱の粒度と同じかそれ以上であることが望ましいことが開示されている。
【０００６】
この方法によれば、細粒焼結鉱の粒度が小さくなっても、小塊コークスがスペーサの役割をしてその通気性を悪化せず、周辺ガス流が維持されるとともに、細粒焼結鉱と混合された小塊コークスは粒度の小さい分だけまた細粒焼結鉱と混合された小塊コークスは粒度の小さい分だけＣＯ2 との反応がより活発であり、かつ細粒焼結鉱のＣＯ還元で生成したＣＯ2 がコークスのより近くにあり、反応が速いため還元効率が向上し、高い還元効率のもとで高生産性で安定的に高炉を操業することができるとしている。
【０００７】
しかしながら、その実施例では、細粒焼結鉱の平均粒度として１１〜１５ｍｍ、小塊コークスの平均粒度として２０〜２５ｍｍといった比較的大きい粒度を使用する例が記載されているのみであり、５ｍｍ以下といった非常に小さい粒度の細粒焼結鉱を使用する場合についてまでこの方法が適用しうるか否かについては不明であった。
【０００８】
また、特許文献２には、焼結鉱を含む鉱石とコークスを炉頂から交互に装入する高炉の操業方法において、装入する焼結鉱の１〜３０ｗｔ％を粒径１〜５ｍｍの細粒焼結鉱とする際に、該細粒焼結鉱による高炉内の鉱石層の還元率低下量を求め、前記還元率低下量を補う３〜２５ｍｍの小塊コークスの装入量を算出し、該小塊コークスを前記鉱石層に混合して装入する高炉の操業方法が提案されている。
【０００９】
しかしながら、この方法は、焼結鉱の粒度別装入法を行うものでなく、あくまで鉱石中の粒径１〜５ｍｍの細粒焼結鉱の量に応じて添加量が調整された３〜２５ｍｍの小塊コークスを鉱石層全体に混合して装入するものである。
【００１０】
したがって、５ｍｍ超の粗粒焼結鉱と５ｍｍ以下の細粒焼結鉱を別々に装入する焼結鉱粒度別装入法を採用している高炉において、５ｍｍ以下の細粒焼結鉱の粒度や量の変動によって生じる操業の不具合を確実に解消しうる高炉操業方法はいまだ確立していなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】堀  隆一ら，鉄と鋼，ｖｏｌ．７８（１９９２）Ｎｏ．８，ｐ．５６−６２
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−１００９０８号公報
【特許文献２】特開平８−２９５９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、細粒焼結鉱を使用する高炉操業において、細粒焼結鉱の粒度や量が変動しても、焼結工場における製造歩留を高く維持しつつ、細粒焼結鉱の還元遅れを防止するとともに高炉の通気性を維持してより安定な操業を実現しうる高炉操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の発明は、焼結鉱を細粒焼結鉱と粗粒焼結鉱とに分別し、前記細粒焼結鉱に小粒コークスをあらかじめ混合しておき、該混合物と前記粗粒焼結鉱とを別々に装入する粒度別装入法を採用している高炉操業方法において、前記細粒焼結鉱の平均粒径が３〜５ｍｍであり、かつ、前記小粒コークスの平均粒径が、前記細粒焼結鉱の平均粒径の１．２〜２．０倍であることを特徴とする高炉操業方法である。
【００１５】
本発明において、平均粒径とは、篩い分け法で分級後、各篩目間の代表径とその篩目間の質量から算出される質量平均粒径である。例えば、篩目がＤ１、Ｄ２、…、Ｄｎ、Ｄｎ＋１（Ｄ１＜Ｄ２＜・・・＜Ｄｎ＜Ｄｎ＋１）の篩を用いて分級したとき、篩目ＤｋとＤｋ＋１間の質量がＷｋである場合、質量平均粒径ｄｍは、ｄｍ＝Σｋ＝１，ｎ（Ｗｋ×ｄｋ）／Σｋ＝１，ｎ（Ｗｋ）で定義される。ここに、ｄｋは篩目ＤｋとＤｋ＋１間の代表径であり、ｄｋ＝（Ｄｋ＋Ｄｋ＋１）／２である。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、微粉炭比１２０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上で操業を行う請求項１に記載の高炉操業方法である。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、高炉内中心部に塊コークスの一部を装入しつつ、高炉内周辺部に塊コークスの残部と鉱石類を層状に装入するコークス中心装入法で操業を行う請求項１または２に記載の高炉操業方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、焼結鉱を細粒焼結鉱と粗粒焼結鉱とに分別し、前記細粒焼結鉱に小粒コークスを予め混合しておき、該混合物と前記粗粒焼結鉱とを別々に装入する粒度別装入法を採用している高炉操業方法において、前記細粒焼結鉱の平均粒径を３〜５ｍｍとし、かつ、前記小粒コークスの平均粒径を、前記細粒焼結鉱の平均粒径の１．２〜２．０倍とすることで、細粒焼結鉱の粒度や量が変動しても、焼結工場における製造歩留を高く維持しつつ、細粒焼結鉱の還元遅れを防止するとともに高炉内の通気性を維持することが可能となり、より安定した高炉操業が実現できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】小粒コークスの体積配合率と、細粒焼結鉱および小粒コークスの混合物からなる充填層の空隙率との関係を示すグラフ図である。
【図２】（小粒コークスの平均粒径／細粒焼結鉱の平均粒径）比と、相対空隙率との関係を示すグラフ図である。
【図３】発明例と比較例における、温度Ｔとガス化反応速度定数ｋＳとの関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、さらに詳細に説明する。
【００２１】
本発明は、焼結鉱を細粒焼結鉱と粗粒焼結鉱とに分別し、前記細粒焼結鉱に小粒コークスをあらかじめ混合しておき、該混合物と前記粗粒焼結鉱とを別々に装入する粒度別装入法を採用している高炉操業方法において、前記細粒焼結鉱の平均粒径が３〜５ｍｍであり、かつ、前記小粒コークスの平均粒径が、前記細粒焼結鉱の平均粒径の１．２〜２．０倍であることを特徴とする。
【００２２】
上記のように、本発明で用いる細粒焼結鉱の平均粒径は３〜５ｍｍとする。ここで、細粒焼結鉱の平均粒径の下限を３ｍｍとしたのは、細粒焼結鉱の粒度を小さくしすぎると、小粒コークスと混合しても通気性が維持できなくなることに加え、そもそも高炉への装入時に細粒焼結鉱がダストとして飛散してしまうおそれが高まるためである。一方上限を５ｍｍとしたのは、細粒焼結鉱の粒度を大きくしすぎると、焼結工場における製造歩留が低下するためである。
【００２３】
また、小粒コークスの平均粒径を、細粒焼結鉱の平均粒径の１．２〜２．０倍としたのは、以下の解析結果に基づくものである。
【００２４】
まず、粒度範囲が４〜５ｍｍ（平均粒径４．５ｍｍ）の細粒焼結鉱に対して、粒度範囲の異なる３種類の小粒コークスを混合して得られた混合物からなる充填層の空隙率を、２成分粒子モデルを用いて計算により求めた。なお、上記細粒焼結鉱のみからなる充填層の空隙率は０．４、小粒コークスのみからなる充填層の空隙率は、その粒度範囲に関わらず０．５とした。
【００２５】
上記混合物中における小粒コークスの体積混合率と、該混合物からなる充填層の空隙率の関係を図１に示す。同図に見られるとおり、粒度範囲が８〜２０ｍｍ（平均粒径１４ｍｍ）の小粒コークス（後記実施例の「小塊コークス」に相当）とを混合した場合には、小粒コークス（小塊コークス相当）の空隙間に細粒焼結鉱が充填されてしまうため、充填層の空隙率は小粒コークス（小塊コークス相当）の体積混合率の増加に伴ってむしろ低下する傾向を示すのに対し、粒度範囲が６〜８ｍｍ（平均粒径７ｍｍ）、または、０〜６ｍｍ（平均粒径３ｍｍ）の小粒コークスを混合した場合には、充填層の空隙率は小粒コークスの体積混合率の増加に伴って上昇する傾向を示すことがわかった。
【００２６】
この結果から、小粒コークスのサイズとしては、大きいものを用いるよりも、むしろ細粒焼結鉱のサイズに近づける方が、混合物の空隙率は上昇し、通気性が維持できるものと想定された。
【００２７】
そこで、図１のデータを、〔小粒コークスの平均粒径／細粒焼結鉱の平均粒径〕比Ｒ１を横軸とし、混合物の相対空隙率ｅＭを縦軸としてプロットし直すと図２が得られた。ここに、混合物の相対空隙率ｅＭとは、細粒焼結鉱のみ（つまり小粒コークスの混合なし）からなる充填層の空隙率ε０を基準値（１．０）として、小粒コークスを体積混合率で０．０３混合した混合物からなる充填層の空隙率εＭを相対値で表すものであり、ｅＭ＝εＭ／ε０で定義される値である。
【００２８】
図２より、Ｒ１が２．０以下の範囲であれば相対空隙率は１．０を上回り、充填層の空隙率が上昇して通気性が維持できるのに対し、Ｒ１が２．０を超えると相対空隙率が１．０を下回り、小粒コークスの混合により却って充填層の空隙率が低下し、通気性が悪化するおそれのあることがわかる。また、小粒コークスの粒度が大きくなると、Ｃ＋ＣＯ２→２ＣＯの反応式で示されるガス化反応速度が低下するので、細粒焼結鉱の還元遅れを防止する効果が減少する。よって、Ｒ１の上限を２．０とした。一方、Ｒ１が小さくなりすぎると、すなわち、小粒コークスの粒度が小さくなりすぎると、小粒コークスは細粒焼結鉱よりも見掛け密度が小さいことから、高炉への装入時にダストとして飛散してしまう問題が生じる。よって、Ｒ１の下限は１．２、すなわち、小粒コークスの粒度の下限は、上記見掛け密度の差異を考慮して細粒焼結の粒度より少し大きめとした。
【００２９】
以上のように、細粒焼結鉱の平均粒径を３〜５ｍｍとし、かつ、小粒コークスの平均粒径を、前記細粒焼結鉱の平均粒径の１．２〜２．０倍とすることで、細粒焼結鉱と小粒コークスの混合物からなる充填層の空隙率を確保することができるとともに、小粒コークスの存在による細粒焼結鉱の還元促進効果も得られるので、細粒焼結鉱の粒度や量が変動しても、焼結工場における製造歩留を高く維持しつつ、高炉内の通気性を維持することが可能となり、より安定した高炉操業が実現できる。
【００３０】
本発明は、微粉炭比１２０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上で操業を行う高炉操業方法に適用するのが、さらに好ましい。
【００３１】
微粉炭比が１２０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上になると、還元材比一定の条件下ではコークス比が低下し、Ｏ／Ｃが上昇するので、細粒焼結鉱を充填した部分における通気性の確保がさらに難しくなるが、本発明の適用により該充填部分の通気性をより確実に確保でき、安定操業が維持できるようになり、高微粉炭比操業のメリットである、コークスと微粉炭の置換によるコスト低減効果をさらに確実に享受できることとなる。
【００３２】
また、本発明は、高炉内中心部に塊コークスの一部を装入しつつ、高炉内周辺部に塊コークスの残部と鉱石類を層状に装入するコークス中心装入法で操業を行う高炉操業方法に適用するのが、さらに好ましい。
【００３３】
コークス中心装入法を適用している高炉では、必然的に高炉内周辺部のＯ／Ｃが高くなるため、この部分に細粒焼結鉱を装入すると、通気性が悪化するおそれが高まるが、本発明の適用により高炉内周辺部の通気性を確保でき、適正な高炉内ガス流分布を維持できる。
【実施例】
【００３４】
本発明の適用性を確証するため、出願人の加古川製鉄所第１高炉（内容積：４５５０ｍ３）にて、細粒焼結鉱および小粒コークスの装入量を種々変更し、高炉内の圧力損失に及ぼす影響を調査した。なお、同高炉においては、全操業期間を通じてコークス中心装入法を採用し、細粒焼結鉱以外の鉱石類（粗粒焼結鉱＋ペレット＋塊鉱石）には、小粒コークスとの合計量が３０ｋｇ／ｔｈｍ（一定）となるように添加量を調整した、粒度範囲が８〜２０ｍｍ（平均粒径１７ｍｍ）の小塊コークスをあらかじめ混合して装入した。また、細粒焼結鉱または細粒焼結鉱と小粒コークスの混合物を別装入する場合は該混合物を高炉内周辺部に装入した。
【００３５】
その結果を下記表１に示す。操業期間１においては、細粒焼結鉱への小粒コークス混合の効果を検証し、操業期間２においては、小粒コークスを混合した細粒焼結鉱の装入量の影響を検証した。
【００３６】
同表から明らかなように、操業期間１においては、焼結鉱粒度別装入法を適用しない参考例１の操業を基準として、平均粒径が３〜５ｍｍの範囲にある細粒焼結鉱のみを別装入した比較例１の操業では、高炉内における上部圧損、下部圧損、全圧損ともに上昇した。これに対し、同じ粒径範囲にある細粒焼結鉱に、平均粒径比Ｒ１が１．２〜２．０の範囲にある小粒コークスを混合してから別装入した発明例１の操業では、高炉内における上部圧損、下部圧損、全圧損ともに参考例１の操業とほぼ同程度の圧損を維持した。この結果より、細粒焼結鉱に適正粒度の小粒コークスを混合することにより、高炉内の通気性を維持できることが確認できた。
【００３７】
また、操業期間２においては、小粒コークスを混合した細粒焼結鉱の量を段階的に増加したが、細粒焼結鉱比３．４質量％までの範囲では、高炉内圧損にほとんど変化はみられず、通気性が維持されることが確認できた。
【００３８】
また、上記参考例２と発明例３の各操業時において、高炉炉口から、高炉内の径方向および高さ方向の温度分布およびガス組成分布を測定するためのガス採取機構付き垂直水平ゾンデ（例えば、特開２０００−５４０１３号公報参照）を投入し、高炉内周辺部における高さ方向の温度ＴおよびＣＯ、ＣＯ２ガス濃度の変化を測定した。そして、その測定結果を用いて、高炉内周辺部におけるＣ＋ＣＯ２→２ＣＯの反応式で示されるガス化反応の速度定数ｋＳを求め、温度Ｔとガス化反応速度定数ｋＳとの関係をアレニウス・プロットすることにより図３を得た。なお、同図における縦軸の「ｋＳ（相対値）」は、参考例２の１／Ｔ＝０．０００７０におけるガス化反応速度定数ｋＳ・０を基準（１．０）として相対値で表示したものである。
【００３９】
同図に示すように、細粒焼結鉱を別装入しない参考例２の操業時に比べて、細粒焼結鉱に小粒コークスを混合して別装入した発明例３の操業時の方が、細粒焼結鉱を装入した高炉内周辺部におけるガス化反応速度定数が明確に大きくなっており、小粒コークス混合による細粒焼結鉱の還元促進効果が得られることが確認できた。
【００４０】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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