(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱石とコークスとからなる原料のうち、少なくとも鉱石を、炉頂に設けられた装入シュートを旋回させつつ炉中心部から炉壁方向に傾動させて装入する高炉での低Ｓｉ溶銑の製造方法において、前記鉱石の１チャージ分を２バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチを高ＣａＯ含有物質と混合したバッチとなし、該バッチを、炉内を炉半径方向に炉中心部、炉壁部の２領域に区分したうちの炉壁部へ装入することを特徴とする低Ｓｉ溶銑の製造方法。
【請求項２】
鉱石とコークスとからなる原料のうち、少なくとも鉱石を、炉頂に設けられた装入シュートを旋回させつつ炉中心部から炉壁方向に傾動させて装入する高炉での低Ｓｉ溶銑の製造方法において、前記鉱石の１チャージ分を２バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチの全量あるいは一部を金属鉄となし、該バッチを、炉内を炉半径方向に炉中心部、炉壁部の２領域に区分したうちの炉壁部へ装入することを特徴とする低Ｓｉ溶銑の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低Ｓｉ溶銑の製造方法に係わり、詳しくは、スクラップ、還元鉄、あるいは高塩基性物質を高炉の炉壁側へ優先的に装入し、炉芯部の通気性、通液性を阻害することなく安定して低Ｓｉ溶銑を製造する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
図５に、高炉内の状態を模式的に示す。高炉では、炉頂から鉄源の鉄鉱石（塊鉱石や焼結鉱、ペレット等）及び副原料の石灰石等からなる鉱石１と、コークス２といった原料が交互に装入され、炉内に鉱石とコークスの層状の充填層が形成される。この交互に装入される鉱石１あるいはコークス２をそれぞれ１チャージ分の鉱石あるいは１チャージ分のコークスと呼ぶ。各チャージの鉱石は、それぞれ１回の装入で炉内へ装入される場合もあるし、また１チャージ分の鉱石を２回以上の装入に分割して行う場合もある。この分割された鉱石の装入をそれぞれバッチと呼ぶ。同様に１チャージ分の鉱石あるいは１チャージ分のコークスも分割してバッチ分けて装入されることもある。前記炉内に形成された充填層へ炉の下方に設置した羽口１０から高温の空気あるいは酸素富化空気を吹き込むことで、コークスを燃焼して高温の還元性ガスを生成させ、これが炉内の充填層中を上昇する間に、鉱石の還元が溶融を行い、溶融した銑鉄及びスラグが炉床８へ滴下し、これを炉床８に開口した出銑口１１から炉外へ出銑することで溶融銑鉄が製造される。
【０００３】
この高炉を安定に操業するには、炉内の高温ガスの流れを適正に制御して、炉内の充填層の温度分布を適正にし、昇温、還元、溶融を安定に行うことが必要である。従来の研究では、炉壁部に比べて炉中心部のガス流れを多くすると、炉内の充填層を形成する原料が安定して降下し、昇温、還元、溶融が安定に行われることが判っている。炉壁部側にガス流れが多くなると、円周方向に不均一なガス流れとなり易く、その結果、円周方向に２つないし４つ設けられる出銑口１１から出銑される溶銑スラグの成分がばらつくといった不安定な操業になり易い。
【０００４】
このような不安定な操業では、ガスの通気性の比較的悪い場所においても十分な熱を供給して、溶銑温度の低下といった品質悪化を防ぐ必要があるため、高炉全体として炉内へ供給する熱量を増加しなければならない。その結果、高炉内においてＳｉＯ2の還元反応が進み、溶銑中Ｓｉが上昇するといった問題が生じる。溶銑中Ｓｉが高いと、後工程となる溶銑予備処理あるいは製錬処理におけるフラックスの添加量を増やす必要があり、コスト的には不利である。従って、溶銑の品質を安定して良好なものとするためにも、炉内ガス流分布の安定による操業安定が必要である。
【０００５】
炉中心部にガス流を多くするような操業を行う手段として最も基本的なものは、当炉内へ装入する原料の粒径を制御し、炉中心部へ粗い原料を装入し、炉壁部へ細かい原料を装入することで、炉中心部のガス通気抵抗を炉壁部に比べて小さくするものである。つまり、原料の炉内への装入時に炉内の充填層を形成する原料の粒径分布を適正にすることが安定操業の重要な操作手段となっている。
【０００６】
原料を装入する手段の一つに、炉頂に設置したホッパ（図示せず）より装入シュート３を介して装入するベルレス装入装置が知られている。これは、一回の原料装入にあたり、装入シュート３を所定の旋回数だけ旋回させて炉内へ装入しながら各旋回数における傾動角を変更させて原料を炉内へ散布するものであり、装入シュート３の鉛直下方とのなす角（傾動角θ）を順次変更させながら装入することで、充填層の任意の位置に原料を配置するものである。この傾動角の変更は、原理的には、任意に変更できるものではあるが、数十トンの原料を装入シュートの十数回の旋回中に装入するという規模の設備であるので、旋回途中で傾動角をいきなり大きくしたり、あるいは小さくしたり自在に変更することは、設備的にも負荷が大きいのみならず、傾動角を変更中に装入される原料の炉内での着地地点が制御し難いと言った問題がある。そのため、傾動角の変更は、経時的に徐々に小さくする、あるいは大きくするといった一方向で行うのが普通である。
【０００７】
前記した高炉での適正な原料粒径分布をこのベルレス装入装置で達成するためには、炉頂のホッパから排出される原料を経時的に粒径変化できることが好ましい。一般に、ホッパへ上方から粉粒体を投入していくと、投入された原料の着地地点を頂上とする山を形成するが、その山の頂上付近は粒径の細かいものが存在し、ホッパ壁部の裾野の方には粒径の粗いものが存在する。従って、その後下方の排出口から排出させる時、その山の粒径の細かいものから排出され、最後にホッパ壁部の粒径の粗いものが排出されるという特性がある。従来は、前記した装入シュートの傾動角を大きい角度から徐々に小さい角度へ変更しながら旋回させるという所謂「順傾動方向」に装入シュートを動かしていた。また、同時に炉内での原料堆積表面形状を炉壁部で高く炉中心部で低いすり鉢形状とすることが行われており、これにより、炉内へ原料が着地した後に、比較的粗い原料は炉中心部へ転がる効果を期待していた。また、このすり鉢形状の原料堆積表面形状では、炉中心部の充填層の厚みが炉壁部よりも薄くなるので、その点でも炉中心部のガス流を多くする効果が期待できる。
【０００８】
ところで、高炉４で、低Ｓｉ溶銑（溶銑中のＳｉ濃度が０．２重量％以下）を製造する技術に、高塩基性物質を炉の炉壁側に優先的に装入して操業する方法がある。例えば、特開平８−３１１５１１号公報は、高炉装入物の塩基度分布を、炉の無次元半径０．７±０．１より大きい領域（炉壁部）で高く、中心部で低くし、且つ中心部へのコークス装入量を増加して炉芯の通気性、通液性を高く維持して、安定的に低Ｓｉ溶銑を製造するものである。この技術は、図５に示す羽口１３前方の高温域で下記反応により生じたＳｉＯガスが溶銑中に移行するが、該高温域を通過する溶融物の塩基度を高め、ＳｉＯ2の活量を低下させ、ＳｉＯガスの発生を抑制することに基づいている。
【０００９】
ＳｉＯ2 ＋Ｃ（コークス中）→ＳｉＯ（ガス）  ＋ＣＯ（ガス）
ＳｉＯ  ＋Ｃ（溶銑中）→Ｓｉ（溶銑中）  ＋ＣＯ（ガス）
また、特開昭６３−１３７１１０号公報は、鉄スクラップ、還元鉄等のメタリック鉄を高炉装入物へ加え、該メタリック鉄の量を調整して低Ｓｉ溶銑を製造する技術を提案している。この技術は、高炉４内で、固体粒子とガスの熱容量の比である熱流比を高めて操業すると、図５に示した融着帯６が羽口１３レベルに向けて下がり、滴下する溶銑とＳｉＯガスとの接触機会が減ることに基づいている。
【００１０】
これら特開平８−３１１５１１号公報及び特開昭６３−１３７１１０号公報記載の技術を用いると、炉芯（デッド・マン９と称し、コークスがコーン状に堆積している部分、図５参照）の不活性化（通気、通液が悪い状態になる）がある程度防止でき、低Ｓｉ溶銑を製造できるようになった。しかしながら、低Ｓｉ溶銑を確実に製造するには、まだ操業に不安定な面もあり、改良の余地があると考えられていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、高炉で高塩基性物質、鉄スクラップ、還元鉄等を多量に使用しても、確実に溶銑中Ｓｉ濃度を０．２重量％以下にでき、且つ安定した操業が可能な低Ｓｉ溶銑の製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、前記従来の技術を鋭意見直した。その結果、従来通常行われている装入シュートを順傾動方向へ変更しながら装入する方法では、装入物が所定の領域に確実に入らない場合があることが判った。すなわち、前記したように、装入シュートを順傾動方向へ変更して炉内の原料堆積面をすり鉢状に形成する方法では、炉内へ原料が着地した後に比較的粗い原料は炉中心部へ転がる効果で炉中心部の原料粒径を比較的大きいものとしていたが、これと同時に、炉壁部へ装入する高塩基度物質が炉中心部へ流れ込む可能性を生じていたのであった。つまり、従来の装入方法では、装入物充填面が炉中心へ向けて低くなっている（通常、安息角として３０°程度の勾配がつく）。そのため、特開平８−３１１５１１号公報記載の技術では、周辺へ装入した高塩基度物質（ＣａＯ含有量の多い鉄鉱石、石灰石、ドロマイト等）の一部は、その傾斜面を転がったり、あるいは流れ落ちて中心部に充填され、高塩基性物質が炉の周辺部に堆積しておらず、また、炉芯の通気性、通液性も良くならない。
【００１３】
一方、特開昭６３−１３７１１０号公報記載の技術では、炉の半径方向全体にわたって平均して融着帯６の位置が低下するので、特に高温域における羽口１３レベルとの距離が予想したほど短くならず、その領域における溶銑へのＳｉ吸収が抑制されていないと考えられた。そこで、発明者は、これら問題点の対策をさらに研究し、その成果を本発明に具現化したのである。
【００１４】
すなわち、本発明は鉱石とコークスとからなる原料のうち、少なくとも鉱石を、炉頂に設けられた装入シュートを旋回させつつ炉中心部から炉壁方向に傾動させて装入する高炉での低Ｓｉ溶銑の製造方法において、前記鉱石の１チャージ分を２バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチを高ＣａＯ含有物質と混合したバッチとなし、該バッチを、炉内を炉半径方向に炉中心部、炉壁部の２領域に区分したうちの炉壁部へ装入することを特徴とする低Ｓｉ溶銑の製造方法である。その際、前記高塩基性物質を石灰石及び／又はドロマイトとすることが好ましい。
【００１５】
さらに、本発明は、鉱石とコークスとからなる原料のうち、少なくとも鉱石を、炉頂に設けられた装入シュートを旋回させつつ炉中心部から炉壁方向に傾動させて装入する高炉での低Ｓｉ溶銑の製造方法において、前記鉱石の１チャージ分を２バッチ以上に分割し、分割された一つのバッチの全量あるいは一部を金属鉄となし、該バッチを、炉内を炉半径方向に炉中心部、炉壁部の２領域に区分したうちの炉壁部へ装入することを特徴とする低Ｓｉ溶銑の製造方法である。その際、前記メタリック鉄を鉄スクラップ及び／又は還元鉄とすることが好ましく、さらに加えて、前記中心部を炉中心から無次元半径で０．６±０．２の領域とするのが良い。
【００１６】
本発明では、ベルレス式装入装置を備えた高炉４に、鉄鉱石１（鉄鉱石、焼結鉱、その他造滓用鉱石を含む）及びコークス２を交互に装入するに際し、旋回シュート３の傾斜を炉４の中心から周辺へ向かうように変更しつつ旋回させるようにしたので、充填層面に従来生じていた中心向けの勾配が解消された。その結果、周辺部に装入された物質の１部が、あるいは表層が炉４の中心部に入り込むのを完全に防止できるようになる。また、羽口１０前の高温域でのＳｉＯガスの発生や、溶銑への該ガスの吸収が従来より確実に抑制されるようになり、低Ｓｉ溶銑が安定して得られるようになった。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、従来の順傾動方向へ傾動角を変更して鉱石１を装入したときの炉内鉱石の堆積状態を模式的に示している。ここでは、装入シュート３の各旋回毎の鉱石の堆積状況を示している。炉壁側から鉱石の装入を行っているため、コークス２の堆積面の斜面上に装入された鉱石が斜面に沿って炉中心部側へ流れ込む。そこで、ある旋回数において装入された原料が落下地点から炉中心部へ亘って広い範囲で堆積する。これに対して、後述の本発明で行うように、逆傾動方向に鉱石１の装入を行うと、図１（ｂ）に示すように、先に装入したコークスが堰となって次の旋回で装入されるコークスは落下地点に山を形成し、順傾動方向に装入するのに比べて遥かに狭い場所に堆積する。これにより、装入物の落下位置への原料装入が非常に精度よく行うことができるのである。なお、図１においては、コークスは１チャージ分の堆積形状をまとめて示している。
【００１９】
本発明では、この現象を利用して、鉱石チャージを２つ以上のバッチに分割して、その一つのバッチを高ＣａＯ含有物質と混合したバッチとするか、あるいは金属鉄と混合したバッチとし、このバッチを炉壁部へ装入することにより、高ＣａＯ含有物質を炉壁部に集中的に使用することが可能となる。
【００２０】
図２は、鉱石チャージを２バッチに分割し、その一方の鉱石バッチ（混合バッチ）１ａに高ＣａＯ含有物質あるいは金属鉄を混ぜた時の炉内堆積状況を示す。高ＣａＯ含有物質あるいは金属鉄を混ぜない通常の鉱石バッチ（非混合バッチ）１ｂを炉内の炉中心部へ装入した後に、高ＣａＯ含有物質あるいは金属鉄を混ぜた鉱石バッチ１ａを炉壁部へ装入している。このように鉱石バッチを分けて高ＣａＯ物質あるいは金属鉄を装入することで炉中心部へ装入する通常の鉱石バッチ１ｂに高ＣａＯ含有物質あるいは金属鉄が混じることがなく、また高ＣａＯ含有物質あるいは金属鉄を装入する鉱石を装入する鉱石バッチ１ａは炉壁部へ逆傾動方向に装入するので、炉中心部へ高ＣａＯ含有物質あるいは金属鉄が流れ込むことがない。従って、小塊コークスの使用量を増やしていっても、炉中心部へ高ＣａＯ含有物質が混入し、炉中心部のガス流を抑制することがなくなり、また羽口前の高温域でのＳｉＯガスの発生や溶銑への該ガスの吸収が抑制できる。
【００２１】
本発明では、鉄鉱石１に混合する高塩基性物質には、石灰石、ドロマイト、ＣａＯ含有量の高い鉄鉱石等を用いる。さらに、この場合、周辺部に装入された物の全体で塩基度が１．８〜３．０であることが好ましい。１．８未満では、ＳｉＯガスの発生量を低減させる効果が少なく、３．０超えでは後にスラグとなった際、スラグの塩基度が高過ぎて、高炉４の安定操業に悪影響を及ぼすからである。鉄スクラップを混合する場合は、そのサイズをなるべく事前に調整し３〜２００ｍｍ程度にすることが好ましい。あまり大きいと、正常な充填が難しくなるし、小さ過ぎると、通気性を悪化させるからである。還元鉄としては、他の装置で鉄鉱石１を予備還元したものが利用するのが良い。製鉄所内で得られる排ガスの利用で、安価に入手できるからである。その他、市場に流通する鉄スクラップ、製鉄所内で発生する鉄スクラップ等も好適に利用できる。
【００２２】
なお、上記した炉４の中心部、周辺部という領域の大きさは、高炉４の容量によってそれぞれ異なる。しかし、本発明の目的は、炉内のガス流れを中心に多くして（中心流志向という）、安定操業を図ることにあるので、中心部の無次元半径（中心からの距離／炉口部半径）で０．６±０．２を好ましい範囲とする。０．４未満では、明確なガスの中心流分布が得られず、０．８を超えると周辺部に高塩基性物質、あるいは鉄スクラップ等を優先的に装入した効果が十分に発揮できず、溶銑中のＳｉ濃度が安定して０．１５重量％以下にならないからである。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
ベルレス装入装置を備えた５０００ｍ3級高炉の操業に、本発明に係る方法と従来の方法とを期間を別にして適用した。その操業で製造した銑鉄の出銑量は、９０００ｔ／ｄ〜１１０００ｔ／ｄであり、操業条件としては、送風量  ６５００Ｎｍ3／ｍｉｎ、炉頂圧力  ２６０ｋＰａ、コークス比  ４５０ｋｇ／ｔ、微粉炭比  ７０ｋｇ／ｔを基準とした。
【００２４】
また、装入物としては、コークス２が平均粒径５０ｍｍに整粒した塊状の高炉コークスであり、鉄鉱石１が、粒径１５〜２５ｍｍ程度の焼結鉱及び鉄鉱石等である。高塩基性物質には、石灰石、ドロマイトを粒径５〜２０ｍｍに調整したのものを用いた。１チャージあたりの装入量は、コークス２が３５トン、鉄鉱石１が１１０トンである。
【００２５】
鉄鉱石は、２バッチに分割し、先に装入するバッチ（Ｏ１バッチ）は６５トン、後に装入するバッチ（Ｏ２バッチ）は４５トンとした。Ｏ２バッチは、石灰石とドロマイトを含み、Ｏ２バッチ中鉱石の塩基度（ＣａＯ重量％／ＳｉＯ2重量％）は２．０となるように調整した。
【００２６】
最初に比較例１としてＯ１バッチ、Ｏ２バッチ共に装入シュートを炉壁部から炉中心部方向へ変更しながら装入して操業を行った。旋回速度は８ｒｐｍを基準として適宜変更した。Ｏ１バッチは、炉半径方向でほぼ全面に堆積するように装入した。その後、Ｏ２バッチを傾動角を最初６０°から１旋回毎に１度ずつ低減させて炉半径方向で炉中心軸から無次元半径０．５〜１に相当する位置へ着地するように装入した。
【００２７】
その後、本発明に係る装入を実施し、実施例１の操業とした。Ｏ１、Ｏ２バッチの量、構成成分は同一とし、装入シュートの傾動方向を炉中心部から炉壁部へ変更した。Ｏ１バッチは、比較例１と同様に炉半径方向でほぼ全面に堆積するように装入した。その後、Ｏ２バッチを傾動角４５°から１旋回毎に１°ずつ増加させて、炉半径方向で炉中心軸から無次元半径０．５〜１に相当する位置へ着地するように装入した。
【００２８】
これらの操業期間中に多数回の出銑が行われたが、溶銑中のＳｉ濃度は、図３に示すように、本発明の適用時のほうが従来方法の適用時に比べて低くなっている。また、本発明によれば、炉床でのスラグ・バランスの崩れが少なく、円滑な操業ができたのに対し、従来の方法では、長い期間に渡り、送風量の低減を余儀なくされる状況があった。図３の通気抵抗Ｆ２は、［（送風圧力ｋｇ／ｃｍ2）2−（炉頂圧力ｋｇ／ｃｍ2）2］／（炉のガス量Ｎｍ3／ｍｉｎ）1.7で定義される指数であり、本発明の適用により、通気抵抗も低く安定している。
（実施例２）
実施例１と同様な操業条件で、鉄スクラップ、還元鉄を、炉周辺部に装入する操業を行った。装入物としては、コークス２が平均粒径５０ｍｍに整粒した塊状の高炉コークスであり、鉄鉱石１が、粒径１５〜２５ｍｍ程度の焼結鉱及び鉄鉱石等である。鉄スクラップは、製鉄内で発生したもので、平均サイズが長さ５０ｍｍ、幅３０ｍｍ，厚み２０ｍｍ程度のものであり、還元鉄は、粒径１０〜２５ｍｍの還元ペレットを用いた。それらの量は、鉄鉱石１トンあたり、それぞれ０．１トン、０．１トンである。なお、１チャージあたりのコークス量は３５トン、鉱石量は鉄スクラップ還元鉄を加えて１２０トンである。
【００２９】
最初に、比較例２として、鉱石１００トンと鉄スクラップ１０トン、還元鉄１０トンを合わせた１２０トンの１チャージ分の鉱石を１回の装入で炉内へ装入する操業を行った。装入シュートを炉壁部から炉中心部方向へ変更しながら、炉半径方向でほぼ全面に堆積するように装入した。旋回速度は８ｒｐｍを基準として適宜変更した。
【００３０】
その後、実施例１とは別形態の本発明に係る操業を行い実施例２とした。実施例２では、鉄鉱石を２バッチに分割し、先に装入するバッチ（Ｏ１バッチ）は６０トン、後に装入するバッチ（Ｏ２バッチ）は６０トンとした。Ｏ２バッチは、鉄スクラップ１０トン及び還元鉄１０トンを含むバッチとした。
【００３１】
Ｏ２、Ｏ２バッチは、いずれも装入シュートの傾動方向を炉中心部から炉壁部方向へ変更した。Ｏ１バッチは、炉半径方向でほぼ全面に堆積するように装入した。その後、Ｏ２バッチを傾動角４５°から１旋回毎に１°ずつ増加させて炉半径方向で炉中心軸から無次元半径０．５〜１に相当する位置へ着地するように装入した。
【００３２】
これらの操業期間中に多数回の出銑が行われたが、図４に示すように、溶銑中の平均Ｓｉ濃度は、本発明の適用時が０．２０重量％、従来方法の適用時が０．２４重量％であった。つまり、本発明によれば、安定して確実に溶銑中のＳｉ濃度が低減できる。また、本発明によれば、炉床でのスラグ・バランスの崩れが少なく、円滑な操業ができたのに対し、従来の方法では、長い期間に渡り、送風量の低減を余儀なくされる状況があった。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、高ＣａＯ含有物質、金属鉄等の炉壁部装入が確実に行うことができ、従来より安定した低Ｓｉ溶銑が製造できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉へコークスを装入した時の炉内充填層堆積形状を示す模式図であり、（ａ）は、従来の順傾動方式、（ｂ）は、逆傾動方式の場合である。
【図２】本発明による炉内充填層表面堆積形状を示す図である。
【図３】本発明の実施例１及び比較例１の方法による操業で得た溶銑中Ｓｉ濃度等の経時変化を示す図である。
【図４】本発明の実施例２及び比較例２の方法による操業で得た溶銑中Ｓｉ濃度等の経時変化を示す図である。
【図５】一般的な高炉の内部状況を示す図である。
【符号の説明】
１    鉄鉱石
１ａ  混合バッチ
１ｂ  非混合バッチ
２    コークス（塊コークス）
３    旋回シュート
４    高炉（炉）
５    混合物（高塩基性物質を混合した鉄鉱石）
６    軟化帯（融着帯）
７    シャフト部
８    炉床
９    炉芯（デッド・マン）
１０  羽口
１１  出銑口
１２  炉壁
１３  高炉の中心線
【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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