(57)【要約】  【課題】高温被還元性に優れた焼結鉱を使用することにより炉内通気性を改善し、微粉炭多量吹き込みを可能とする高炉操業方法を提供する。  【解決手段】微粉炭吹込量が１５０ｋｇ／ｐ−ｔ以上の高炉操業方法であって、炉頂から装入される酸化鉄装入物の７０質量％以上に、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が５〜１０体積％であり、かつ気孔径が５μｍ未満の気孔割合が５〜１５体積％である焼結鉱を用いる高炉の操業方法。前記焼結鉱として、ＳｉＯ2成分の含有率が３．８〜４．６質量％であり、かつＦｅＯ成分の含有率が５〜９質量％である焼結鉱を用いることが好ましく、また、結晶水含有率が４質量％以上の高結晶水鉱石を２５〜８０質量％配合した焼結原料を用いて焼成された焼結鉱を用いることが好ましい。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出銑量１トン当たり１５０ｋｇ以上の微粉炭を熱風とともに羽口から炉内に吹き込む高炉操業方法であって、炉頂から装入される酸化鉄装入物の７０質量％以上に、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が５〜１０体積％であり、かつ気孔径が５μｍ未満の気孔割合が５〜１５体積％である焼結鉱を用いることを特徴とする高炉の操業方法。
【請求項２】
前記焼結鉱として、ＳｉＯ2成分の含有率が３．８〜４．６質量％であり、かつＦｅＯ成分の含有率が５〜９質量％である焼結鉱を用いることを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方法。
【請求項３】
前記焼結鉱として、結晶水含有率が４質量％以上の高結晶水鉱石を２５〜８０質量％配合した焼結原料を用いて焼成された焼結鉱を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉による銑鉄の製造方法に関し、さらに詳しくは、高温被還元性に優れた焼結鉱を使用する高炉の微粉炭多量吹込操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、コークスと鉄源装入物とを交互に層状に装入し、鉄源装入物を還元および溶融して銑鉄を製造する充填層形式の竪型反応装置である。ここで、鉄源装入物としては、通常は焼結鉱、ペレット、塊鉱石などの酸化鉄装入物が使用されるが、還元鉄、スクラップなどの金属鉄装入物が含まれる場合もある。
【０００３】
通常、焼結鉱は、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）やＳｉＯ2含有率が目標値の範囲内となるように、複数銘柄の鉄鉱石（原料鉱石）と、石灰石、蛇紋岩、ドロマイトなどの副原料を配合し、コークスなどの凝結材を加えた配合原料をドラムミキサーやディスクペレタイザーなどで混合および造粒した後、焼結機により焼成することにより製造される。このようにして製造された焼結鉱は高炉に装入される。
【０００４】
特許文献１には、焼結鉱の気孔径分布を水銀ポロシメーターを用いて測定することにより３００μｍ以下の開気孔の平均気孔径が０．０５〜０．１５μｍの範囲になるように焼結操業の条件または焼結鉱中の成分を調整して製造した高温性状の良好な焼結鉱を用いて高炉などの竪型炉の操業を行う方法が開示されている。  しかし、ここで開示された操業方法においては、微細気孔を増加させる具体的な焼結鉱製造方法および鉄鉱石の配合方法については記載されていない。
【０００５】
また、特許文献２には、鉄含有原料、副原料、炭材および水分を混合または造粒した後、焼結機により焼成する焼結鉱の製造方法において、１２００℃以上に加熱した際に平均気孔径が１０μｍ以下の微細気孔を０．０３５ｃｃ／ｇ以上含有する鉄鉱石と１２００℃以上に加熱した際に平均気孔径が１０μｍ以下の微細気孔を０．０２５ｃｃ／ｇ未満含有する鉄鉱石を配合して高温性状の優れた焼結鉱を製造する方法が開示されている。
【０００６】
しかし、この製造方法は、焼結原料として使用する鉄鉱石全てについて１２００℃以上に加熱した際の平均気孔径が１０μｍ以下の微細気孔体積を測定する必要があること、さらには、鉄鉱石は天然に産出されたものであり成分や粒度などの品質にバラツキが生じることが避けられず、焼結鉱品質管理の面から鉄鉱石が入荷する毎に微細気孔体積を測定する必要があることから、品質管理費用の増加が避けられないという問題がある。また、これらの文献には、本発明が解決しようとする焼結鉱に含有される微細気孔体積の範囲に関する記載はない。
【０００７】
高炉において出銑量１トン当たり１００ｋｇ前後の微粉炭を熱風とともに羽口から炉内に吹き込む微粉炭吹き込み操業は、従来の品質の焼結鉱を使用することにより充分に安定操業が可能である。しかし、微粉炭吹込量が出銑量１トン当たり１５０ｋｇ（以下、「１５０ｋｇ／ｐ−ｔ」とも表示する）以上になると、高炉の炉内通気性の悪化、装入物の降下異常などの高炉操業を阻害する要因が増加し、安定操業に維持することが困難となる。
【０００８】
また、微粉炭多量吹込時には、羽口前レースウェイにおける微粉炭の燃焼性悪化によりチャー（石炭の未燃分）が発生し、微粉炭吹込量が１５０ｋｇ／ｐ−ｔ以上になるとチャーの発生量が著しく増加することが知られている。このチャーは、レースウェイから飛び出したＦｅＯ成分（ウスタイト）を含む液滴スラグ融液（ＦｅＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−ＭｇＯ系スラグ）と接触してスラグ融液に捕捉される。このとき、チャーに含まれる炭素分と液滴スラグ融液に含まれるＦｅＯ成分とが反応し、ＦｅＯ成分は還元されてＦｅとなり、液滴スラグ融液中のＦｅＯ成分は減少し、生成したＦｅは液滴スラグ融液から分離して金属鉄となる。チャーと反応した液滴スラグ融液は、ＦｅＯ成分の低下により融点が上昇し、一部固相を析出させて液滴スラグ融液の粘度を上昇させる。また、液滴スラグ融液に接触して捕捉されてもＦｅＯ成分と未反応のまま固相として液滴スラグ融液中に懸濁するチャーも存在し、これも液滴スラグ融液の粘度を上昇させる。
【０００９】
この液滴スラグ融液の粘度の上昇は、高炉の炉内通気性を悪化させる一因であるため、微粉炭吹込量が１５０ｋｇ／ｐ−ｔ以上の多量吹込操業では、液滴スラグ融液の粘度上昇を抑制する技術が必要となる。この粘度の改善に対しては、鉄源装入物の被還元性を改善して、液滴スラグ融液が滴下する際のＦｅＯ成分の量を予め低減し、チャーとの反応が生じても液滴スラグ融液の融点の上昇を防ぐ方法が提案されている。つまり、焼結鉱の塩基度（以下、「（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比」とも記す）の上昇によって１０００℃以上の高温における焼結鉱の高温被還元性を改善し、高炉炉下部まで未還元のまま降下し残留するＦｅＯ成分の量を低減し、高炉の炉内通気性の悪化を抑制する方法である。
【００１０】
しかし、高炉の炉底湯溜り部におけるトータルスラグ量および（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比には制限があり、トータルスラグ量は３３０ｋｇ／ｐ−ｔ以下、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比は１．３以下に制約される。したがって、焼結鉱の（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比の上昇にともなう（ＦｅＯ＋ＣａＯ＋ＳｉＯ2＋Ａｌ2Ｏ3＋ＭｇＯ）成分の含有率の高い焼結鉱は、被還元性が良好であってもトータルスラグ量に制約され、炉頂から装入される酸化鉄装入物源の７０質量％以上を使用することはできない。また、焼結鉱の（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比の上昇にともない液滴スラグ融液の（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比も上昇するため、液滴スラグ融液の粘度が上昇し、高炉の炉内通気性を悪化させるという問題もある。
【００１１】
ここで、高炉の炉内におけるＦｅＯ成分の還元反応には、ＣＯガスによる間接還元反応と固体炭素（Ｃ）による直接還元反応とがあり、間接還元反応が発熱反応（＋１３９３０ｋＪ／ｍｏｌ）であるのに対し、直接還元反応は吸熱反応（−１５８４９０ｋＪ／ｍｏｌ）である。  つまり、ＦｅＯ成分の直接還元反応は、多量の熱エネルギーを必要とするため、この反応が高炉炉下部で集中して起きると、高炉内の熱的バランスを崩し、高炉操業が不可能となる炉冷事故につながる危険性がある。このため、微粉炭吹込量が１５０ｋｇ／ｐ−ｔ以上の高炉操業では、炉下部に未還元のまま降下し残留するＦｅＯ成分を予め低減しておく必要がある。
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−４３７０９号公報（特許請求の範囲、段落［０００６］および［００１３］）
【００１３】
【特許文献２】特開２００１−３０３１４２号公報（特許請求の範囲、段落［００１０］〜［００１４］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述のとおり、従来技術においては、下記の（ａ）および（ｂ）の問題が残る。すなわち、（ａ）微粉炭吹込量が１５０ｋｇ／ｐ−ｔ以上の高炉操業では、未燃焼チャーの発生量増加も相俟って、高炉炉下部での未還元ＦｅＯ成分と炭素との吸熱をともなう直接還元反応が起きやすく、それにともなってスラグの流動性も悪化する。したがって、微粉炭吹込量の少ない操業時に比して、未還元ＦｅＯ成分の残留量を低減する必要があり、そのためには、高温被還元性の一段と優れた焼結鉱を使用する必要がある。（ｂ）焼結鉱の高温被還元性を改善し、高炉内での未還元ＦｅＯ成分の残留量を減少させて高炉内通気性の悪化を抑制する方法が開示されているが、これを実現させるための微細気孔を増加させた焼結鉱の製造方法は明確でなく、また、その品質管理も容易ではない。
【００１５】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その課題は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合と気孔径が５μｍ未満の気孔割合とを制御して製造される高温被還元性に優れた焼結鉱を使用することにより、高炉炉下部まで未還元のまま降下し残留するＦｅＯ成分を低減して、高炉の炉内通気性を改善する高炉操業方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、上記した課題を解決するために、焼結鉱中の気孔径が５０μｍを超える気孔割合および気孔径が５μｍ未満の気孔割合が高温被還元性、熱間通気性および冷間強度におよぼす効果を調査するとともに、それらの焼結鉱を用いた高炉操業を行い、下記の（ａ）〜（ｆ）の知見を得て、本発明を完成させた。
【００１７】
（ａ）高温被還元性に優れた焼結鉱を高炉の炉頂から装入される酸化鉄装入物の７０質量％以上とすることにより、高炉下部で生成される滴下スラグ融液中のＦｅＯ成分の含有率を低減させることができ、炉下部における通気および通液性を改善することができる。
【００１８】
（ｂ）焼結鉱の、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が５〜１０体積％の範囲内であれば、熱間通気性が向上するので焼結鉱の生産性を確保でき、しかも、焼結鉱中ＦｅＯ成分含有率を増加させることにより冷間強度も確保することができる。
【００１９】
（ｃ）焼結鉱の、気孔径が５μｍ未満の気孔割合が５〜１５体積％の範囲内であれば、高温被還元性が改善され、しかも、焼結鉱中のＳｉＯ2成分含有率を増加させることにより冷間強度も確保することができる。
【００２０】
（ｄ）焼結鉱中のＳｉＯ2成分含有率が３．８〜４．６質量％の範囲内であれば、焼結鉱製造過程における融液生成量が確保されて冷間強度が維持され、かつ、珪酸塩スラグ形成量の増加が抑えられるので、高温被還元性が確保され、好ましい。
【００２１】
（ｅ）焼結鉱中のＦｅＯ成分（マグネタイト成分）含有率が５質量％以上であれば、焼結鉱製造過程で生成する融液量を確保して冷間強度を維持し、かつ、ヘマタイト系鉱物の増加を抑えて還元粉化性の悪化を防止できるので、好ましい。また、ＦｅＯ成分含有率が９質量％以下であれば、焼結過程における融液の過剰な生成を防止することにより微細気孔量を確保して高温還元性を向上させることができるので、好ましい。
【００２２】
（ｆ）高結晶水鉱石の配合率が２５〜８０質量％であれば、焼結鉱に含まれる微細気孔を確保して高温被還元性を向上させることができ、しかも、冷間強度を維持することができるので、好ましい。
【００２３】
本発明は、上記の知見に基いて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示す高炉の操業方法にある。
【００２４】
（１）出銑量１トン当たり１５０ｋｇ以上の微粉炭を熱風とともに羽口から炉内に吹き込む高炉操業方法であって、炉頂から装入される酸化鉄装入物の７０質量％以上に、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が５〜１０体積％であり、かつ気孔径が５μｍ未満の気孔割合が５〜１５体積％である焼結鉱を用いる高炉の操業方法（以下、「第１発明」とも称する）。
【００２５】
（２）前記焼結鉱として、ＳｉＯ2成分の含有率が３．８〜４．６質量％であり、かつＦｅＯ成分の含有率が５〜９質量％である焼結鉱を用いる前記（１）に記載の高炉の操業方法（以下、「第２発明」とも称する）。
【００２６】
（３）前記焼結鉱として、結晶水含有率が４質量％以上の高結晶水鉱石を２５〜８０質量％配合した焼結原料を用いて焼成された焼結鉱を用いる前記（１）または（２）に記載の高炉の操業方法（以下、「第３発明」とも称する）。
【００２７】
本発明において、焼結鉱中の「ＦｅＯ成分」とは、マグネタイト成分（ＦｅＯ・Ｆｅ2Ｏ3）を意味する。
【００２８】
「気孔径」および「気孔割合」とは、それぞれ、焼結鉱中に含まれる気孔の直径、およびその直径を有する気孔が焼結鉱塊の体積に対して占める体積比率を百分率により表した値をいい、その詳細については、後述するとおりである。
【００２９】
また、「焼結原料」とは、原料鉱石および副原料をいう。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の方法によれば、高炉の炉頂から装入される酸化鉄装入物の７０質量％以上に気孔径の分布を調整した高温被還元性に優れた焼結鉱を使用することにより、微粉炭吹込量の増加にともなう高炉内通気性の悪化を防止することができるので、高炉の安定操業を維持しつつ１５０ｋｇ／ｐ−ｔ以上の多量の微粉炭吹込を行うことが可能となり、高出銑比および低還元材比の微粉炭多量吹込操業を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明は、出銑量１トン当たり１５０ｋｇ以上の微粉炭を熱風とともに羽口から炉内に吹き込む高炉操業方法であって、炉頂から装入される酸化鉄装入物の７０質量％以上に、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が５〜１０体積％であり、かつ気孔径が５μｍ未満の気孔割合が５〜１５体積％である焼結鉱を用いる高炉の操業方法である。以下に、本発明の範囲を前記のとおり限定した理由および好ましい範囲について説明する。
【００３２】
（Ａ）高温被還元性に優れた焼結鉱の装入割合：７０質量％以上
本発明において、炉頂から装入される酸化鉄装入物中の高温被還元性に優れた焼結鉱の装入割合を７０質量％以上としたのは、高炉炉下部の炉内通気性を改善するためである。
【００３３】
図１は、炉頂から装入される酸化鉄装入物に占める高温被還元性に優れた焼結鉱の装入割合と、微粉炭吹込量および高炉炉下部通気抵抗との関係を示した図である。同図の関係から、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が５〜１０体積％であり、かつ、気孔径が５μｍ未満の気孔割合が５〜１５体積％である高温被還元性に優れた焼結鉱の配合割合を酸化鉄装入物の７０質量％以上とすることにより、高炉炉下部において溶融滴下するスラグ融液中のＦｅＯ成分の含有率を低減することができる。
【００３４】
したがって、スラグ融液中のＦｅＯ成分が未燃チャーと反応することによるスラグの融点上昇にともなうスラグ粘度の上昇、および炉下部での直接還元反応に基づく吸熱による温度低下を防止し、炉下部における良好な通気性を確保できる。
【００３５】
（Ｂ）焼結鉱の気孔径が５０μｍを超える気孔割合：５〜１０体積％
焼結鉱の気孔径が５０μｍを超える気孔割合を５〜１０体積％の範囲としたのは、焼結鉱製造過程における焼結層の熱間通気性を確保し、かつ、焼結鉱の冷間強度を確保するためである。以下にその理由を詳細に説明する。
【００３６】
図２は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合と熱間通気性指数（ＪＰＵ）との関係を、焼結鉱の種々のＦｅＯ成分含有率について示した図である。同図において、熱間通気性指数（ＪＰＵ）は、焼結鉱製造過程における焼結層の通気性を表す指数であり、下記の（１）式により算出される値である。
【００３７】
ＪＰＵ＝（９．８０７×ｈ／△Ｐ）0.6×Ｑ／Ａ    ・・・・（１）
ここで、ｈは焼結層の層厚（ｍ）、△Ｐは排風機の吸引負圧（ｋＰａ）、Ｑは吸引風量（ｍ3／ｍｉｎ）、そしてＡは有効吸引面積（ｍ2）を表す。
【００３８】
なお、上記の熱間通気性指数は、その値が大きいほど、焼結層におけるガスの通気性が良好であることを示す。
【００３９】
また、同図および後出の図３〜図５において用いた焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合、および気孔径が５μｍ未満の気孔割合は、それぞれ、水銀圧入ポロシメーターを用いた気孔径分布の測定方法により下記のように求めた。
【００４０】
すなわち、粒径１５〜１９ｍｍの焼結鉱を採取し、その１粒を圧入密封容器に装入し、密封容器の中に水銀を満たした後、水銀を徐々に加圧してゆく。圧入圧力とその圧力における水銀の侵入可能な気孔径との関係を予め求めておき、ある圧入圧力で圧入された水銀の侵入量の測定値に基づいて、圧入圧力に対応する気孔径とその気孔体積とを求めた。このようにして求められた所定の気孔径を有する気孔体積を焼結鉱塊の体積で除して百分率（％）により表示し、所定の気孔径を有する気孔の気孔割合とした。この測定方法は、焼結鉱の気孔径分布測定方法として一般に用いられている方法である。本発明における調査では、各焼結鉱試料毎に８回の測定を行って気孔径分布を求めた。
【００４１】
図２の結果によれば、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が増加するにつれて、また、焼結鉱中のＦｅＯ成分含有率の低下にともなって、熱間通気性指数は上昇し、焼結層の通気性は良好になる。したがって、気孔径が５０μｍを超える気孔は、焼結鉱製造過程における通気網の形成に不可欠であり、焼結層の熱間通気性を確保して生産性を向上させるためには、気孔径が５０μｍを超える気孔割合を５体積％以上とする必要のあることが判明した。
【００４２】
図３は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合と冷間強度指数（ＴＩ）との関係を、焼結鉱の種々のＦｅＯ成分含有率について示した図である。同図において、冷間強度指数は、ＪＩＳ  Ｍ  ８７１２に規定された焼結鉱の冷間における回転強度ＴＩ（＋５ｍｍ）を用いて表示した。
【００４３】
図３の結果によれば、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が増加するにつれて、また、焼結鉱中のＦｅＯ成分含有率の低下にともなって、冷間強度指数は低下する。気孔径が５０μｍを超える気孔は、焼結鉱の冷間強度を低下させる要因の一つであり、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が１０体積％以下においては、焼結鉱のＦｅＯ成分含有率を５質量％以上とすることにより冷間強度を確保できるが、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が１０体積％を超えると、焼結鉱のＦｅＯ成分含有率を５質量％以上に増加させて焼結鉱製造過程で生成する焼結融液量を増加させても、冷間強度を確保することが困難となる。冷間強度の低い焼結鉱は、高炉炉内への装入時の衝撃および炉内での装入物の降下にともなう摩耗をはじめとする機械的応力により粒径が著しく低下するため、高炉の炉内通気性を悪化させる。したがって、気孔径が５０μｍを超える気孔割合は１０体積％以下とする必要がある。
【００４４】
上述のとおり、焼結鉱製造時の生産性を確保し、かつ、焼結鉱の冷間強度を確保する観点から、気孔径が５０μｍを超える気孔割合の適正範囲を５〜１０体積％とした。
【００４５】
（Ｃ）焼結鉱の気孔径が５μｍ未満の気孔割合：５〜１０体積％
焼結鉱の気孔径が５μｍ未満の気孔割合を５〜１５体積％の範囲としたのは、高温被還元性を改善し、しかも、焼結鉱中のＳｉＯ2成分含有率を増加させることにより冷間強度も確保できるからである。以下にその理由を説明する。
【００４６】
図４は、焼結鉱に含まれる気孔径が５μｍ未満の気孔割合と高温被還元性指数との関係を、焼結鉱の種々のＳｉＯ2成分含有率について示した図である。同図において、高温被還元性指数は、粒径１９〜２１ｍｍの焼結鉱５００ｇを内径７５ｍｍのステンレス製反応管内に装入し、ＣＯ：３０％およびＮ2：７０％の混合ガスを還元ガスとして１５ＮＬ／分の流量で流し、１１００℃にて６時間還元した後の到達還元率（還元酸素質量実績値／全還元酸素質量理論値×１００％）を用いて示した。
【００４７】
図４の結果によれば、気孔径が５μｍ未満の気孔割合が増加すると、焼結鉱の高温被還元性が改善され、高温被還元性指数は増加する。しかし、気孔径が５μｍ未満の気孔割合が５体積％未満では、焼結鉱のＳｉＯ2成分含有率を３．８質量％未満にまで過度に低下させなければ、高温被還元性指数９０％以上を得るのに充分な改善効果が期待できない。なお、ＳｉＯ2成分含有率を３．８質量％未満にまで過度に低下させると、後述のとおり、冷間強度（ＴＩ）の低下を防ぐことが難しくなり、好ましくない。ここで、高炉解体による炉内調査などの結果によれば、高温被還元性指数が８６％以上、望ましくは９０％であれば、高炉炉下部において未還元のまま残留するＦｅＯ成分（ウスタイト成分）は少なくなり、高炉下部におけるスラグ融液の粘度の上昇や融点の上昇も小さくなって、良好な炉内通気性を確保できる。
【００４８】
したがって、高炉炉下部まで未還元のまま残留するＦｅＯ成分を低減し、高炉下部の炉内通気性を改善するためには、焼結鉱の気孔径が５μｍ未満の気孔割合を５体積％以上とすることが必要である。
【００４９】
図５は、焼結鉱に含まれる気孔径が５μｍ未満の気孔割合と冷間強度指数（ＴＩ）との関係を、焼結鉱の種々のＳｉＯ2成分含有率について示した図である。同図の結果によれば、気孔径が５μｍ未満の気孔割合が増加するにつれて、冷間強度は低下する。
【００５０】
気孔径が５μｍ未満の気孔は微細であるため、気孔径が５０μｍを超える気孔に比較して、冷間強度におよぼす気孔割合の影響は小さいが、５μｍ未満の気孔割合が過度に増加すると、冷間強度指数が低下し、高炉炉内への装入時および炉内における機械的応力により焼結鉱の粒径が低下し、高炉の炉内通気性が悪化する。したがって、焼結鉱の冷間強度を確保するためには、気孔径５μｍ未満の気孔割合を１５体積％以下とする必要がある。
【００５１】
上記の理由により、焼結鉱の高温被還元性の改善および冷間強度の確保の観点から、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を５〜１５体積％の範囲とした。
【００５２】
（Ｄ）焼結鉱のＳｉＯ2成分含有率の好ましい範囲：３．８〜４．６質量％
焼結鉱のＳｉＯ2成分含有率が３．８質量％以上では、前記図５に示されるとおり、焼結鉱製造過程で生成する焼結融液量の減少による冷間強度指数（ＴＩ）の低下を防ぐことができる。したがって、高炉炉内への焼結鉱の装入時における衝撃、および炉内での機械的応力による焼結鉱の粒径低下が抑制され、高炉内通気性の悪化が防止されるので、好ましい。
【００５３】
また、ＳｉＯ2成分含有率が４．６質量％以下であれば、前記図４に示されるとおり、難還元性である珪酸塩スラグの生成量の増加が抑制され、高温被還元性の悪化が防止される。したがって、高炉炉下部まで未還元のまま降下し残留するＦｅＯ成分の増加が抑制され、高炉下部における炉内通気性の悪化が防止されるので、好ましい。そこで、焼結鉱のＳｉＯ2成分含有率の好ましい範囲を３．８〜４．６質量％とした。
【００５４】
（Ｅ）焼結鉱のＦｅＯ成分含有率の好ましい範囲：５〜９質量％
焼結鉱のＦｅＯ成分含有率が５質量％以上では、前記図３に示されるように、焼結鉱製造過程で生成する焼結融液量が確保され、冷間強度指数（ＴＩ）が高く維持されやすい。また、還元粉化性が劣るヘマタイト系鉱物組織の増加を防止し、ＪＩＳ  Ｍ  ８７２０に規定される焼結鉱の還元粉化指数（ＲＤＩ）の上昇（すなわち、悪化）を防ぐことができる。したがって、高炉炉内への装入時および炉内での機械的応力、さらには高炉炉内における還元粉化に基づく焼結鉱の粒径低下を抑制し、高炉の炉内通気性の悪化を防ぐことができるので、好ましい。
【００５５】
また、焼結鉱のＦｅＯ成分含有率が９質量％以下では、前記図２に示されるように、焼結鉱製造過程で過剰な焼結融液が生成しないことから、微細気孔が充分に形成されて高温被還元性が確保されるので、高炉下部の炉内通気性が改善され、好ましい。そこで、焼結鉱のＦｅＯ成分含有率の好ましい範囲を５〜９質量％とした。
（Ｆ）結晶水含有率４質量％以上の高結晶水鉱石の好ましい配合率：２５〜８０質量％
焼結鉱の製造過程において、結晶水が分解・気化した後には気孔などが形成されるため、気孔径が５μｍ未満の微細気孔の生成のためには、高結晶水鉱石中の結晶水の含有率は４％以上であることが好ましい。焼結原料全体に占める高結晶水鉱石の配合率が２５質量％以上の場合には、焼結鉱に含まれる微細気孔量を充分に確保することができることから、高温被還元性が確保される。したがって、高炉炉下部まで未還元のまま残留するＦｅＯ成分の増加を防止することができ、高炉下部における炉内通気性を確保することができるので、好ましい。  
また、焼結原料全体に占める高結晶水鉱石の配合率が８０質量％以下であれば、焼結鉱に含まれる気孔量が過剰となることはなく、冷間強度指数（ＴＩ）を維持することができる。したがって、高炉炉内への装入時の衝撃および炉内における機械的応力により焼結鉱の粒径が低下して炉内通気性が悪化することを抑制することができるので、好ましい。
【００５６】
そこで、焼結原料に占める結晶水含有率４質量％以上の高結晶水鉱石の好ましい配合率を２５〜８０質量％とした。
【実施例】
【００５７】
本発明の高炉の操業方法の効果を確認するため、以下に述べるとおり、焼結機の試験操業を行って焼結鉱を製造し、これを炉内容積２１５０ｍ3の高炉に装入して高炉の試験操業を行い、その結果を評価した。
【００５８】
焼結鉱の製造条件および焼結鉱性状、ならびに高炉操業条件および操業結果をまとめて表１に示した。
【００５９】
【表１】
2006028538.tif 000003
【００６０】
同表において、焼結鉱比率とは、高炉炉頂から装入される酸化鉄装入物の装入質量に対して試験焼結鉱の装入質量が占める比率を示す。また、還元材比とは、出銑量１トン当たりのコークス装入量（ｋｇ）および微粉炭などの補助燃料の吹き込み量（ｋｇ）の総和をいう。
【００６１】
試験番号１〜８は、本発明で規定する範囲を満足する本発明例についての試験であり、試験番号９〜１１は、本発明で規定する条件の少なくとも１つ以上を満足しない比較例についての試験である。
【００６２】
試験番号９は、焼結鉱中のＳｉＯ2成分含有率を５．４質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．６質量％、ＭｇＯ含有率を１．０質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を１．９、およびＦｅＯ成分含有率を１０．０質量％とし、焼結鉱比率を７０質量％、微粉炭吹込量を１３８ｋｇ／ｐ−ｔ、還元材比を５１３ｋｇ／ｐ−ｔとして、出銑比１．８４ｐ−ｔ／ｄ／ｍ3にて操業した。このときの焼結鉱の気孔径分布は、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が４体積％であり、気孔径が５μｍ未満の気孔割合が１０体積％であった。
【００６３】
試験番号９の高炉操業において使用した焼結鉱は、本発明例と比較して気孔径が５０μｍを超える気孔割合が低く、さらにＳｉＯ2成分含有率およびＦｅＯ含有率が高い。このため、冷間強度指数（ＴＩ）は良好であるものの、熱間通気性指数（ＪＰＵ）は９であって適正範囲を下回り、また、高温被還元性指数も管理下限値を下回った。この焼結鉱を使用した高炉操業では、焼結鉱比率を７０質量％としたにも拘わらず、高炉炉下部まで未還元のまま降下し残留するＦｅＯ成分の量を低減することができず、高炉の炉内通気性は悪い状態で推移した。その結果、微粉炭吹込量の上昇を指向したにも拘わらず、１３８ｋｇ／ｐ−ｔまでしか上昇させることができず、還元材比および出銑比ともに良好ではなかった。
【００６４】
試験番号１０は、焼結鉱中のＳｉＯ2成分含有率を５．４質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．８質量％、ＭｇＯ含有率を１．１質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．０、およびＦｅＯ成分含有率を９．８質量％とし、焼結鉱比率を７０質量％、微粉炭吹込量を１３６ｋｇ／ｐ−ｔ、還元材比を５２４ｋｇ／ｐ−ｔとして、出銑比１．８４ｐ−ｔ／ｄ／ｍ3にて操業した。このときの焼結鉱の気孔径分布は、気孔径が５０μｍを超える気孔割合が５体積％であり、気孔径が５μｍ未満の気孔割合が４体積％であった。
【００６５】
試験番号１０の高炉操業において使用した焼結鉱は、本発明例と比較して気孔径が５μｍ未満の気孔割合が低く、さらにＳｉＯ2成分含有率およびＦｅＯ含有率が高い。この焼結鉱を使用した高炉操業では、焼結鉱比率を７０質量％としたにも拘わらず、高炉炉下部まで未還元のまま降下し残留するＦｅＯ成分の量を低減することができず、高炉の炉内通気性は悪い状態で推移した。その結果、微粉炭吹込量の上昇を指向したが、１３６ｋｇ／ｐ−ｔまでしか上昇させることができず、還元材比および出銑比ともに良好ではなかった。
【００６６】
試験番号１１は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を５体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を５体積％、ＳｉＯ2成分含有率を３．８質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．８質量％、ＭｇＯ成分含有率を１．２質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．１、およびＦｅＯ成分含有率を９．０質量％とし、焼結鉱比率を６６質量％とした高炉操業例である。熱間通気性指数（ＪＰＵ）および冷間強度指数（ＴＩ）を焼結操業の適正操業範囲内に管理した上で、高温被還元指数が９０質量％の高温被還元性の良好な焼結鉱を製造できた。この焼結鉱を高炉に装入したが、焼結鉱比率が６６質量％と低かったため、焼結鉱以外の酸化鉄装入物に由来して高炉炉下部まで未還元のまま降下し残留するＦｅＯ成分の増加を抑制することができず、炉内通気性の悪い操業となった。その結果、微粉炭吹込量の上昇を指向したにもかかわらず、１４０ｋｇ／ｐ−ｔまでしか上昇させることができず、還元材比および出銑比ともに良好ではなかった。
【００６７】
試験番号１は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を５体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を１０体積％、ＳｉＯ2成分含有率を４．２質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．８質量％、ＭｇＯ成分含有率を１．２質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．０、およびＦｅＯ成分含有率を８．６質量％とし、焼結鉱比率を７０質量％として高炉操業を行った例である。焼結鉱の熱間通気性指数（ＪＰＵ）を焼結操業の適正操業範囲に管理し、冷間強度指数（ＴＩ）を高炉操業から定められる下限値以上に管理した上で、高温被還元指数を９０質量％とすることができた。この焼結鉱を装入した高炉の炉内通気性は良好に推移し、微粉炭吹込量は１５６ｋｇ／ｐ−ｔまで増加させることが可能となった結果、還元材比は５００ｋｇ／ｐ−ｔ未満にまで低減することができた。
【００６８】
試験番号２は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を１０体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を１０体積％、ＳｉＯ2成分含有率を４．２質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．８質量％、ＭｇＯ成分含有率を１．２質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．０、およびＦｅＯ成分含有率を５．４質量％とし、焼結鉱比率を７０質量％として高炉操業を行った例である。熱間通気性指数（ＪＰＵ）および冷間強度指数（ＴＩ）を適正操業範囲内に管理できた上で、高温被還元指数を９２質量％とすることができた。この焼結鉱を高炉に装入したところ、高炉の炉内通気性は良好に推移し、微粉炭吹込量も１５４ｋｇ／ｐ−ｔの高い水準にすることが可能となった。その結果、高炉操業における還元材比を５００ｋｇ／ｐ−ｔ未満にまで低減することができた。
【００６９】
試験番号３は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を７．５体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を５体積％、ＳｉＯ2成分含有率を４．２質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．８質量％、ＭｇＯ成分含有率を１．２質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．０、およびＦｅＯ成分含有率を７．３質量％とし、焼結鉱比率を８０質量％として高炉操業を行った例である。熱間通気性指数（ＪＰＵ）および冷間強度指数（ＴＩ）を適正操業範囲内に管理できた上で、高温被還元指数を８８質量％とすることができた。この焼結鉱を高炉に装入したところ、高炉の炉内通気性は良好に推移し、微粉炭吹込量も１５５ｋｇ／ｐ−ｔの高い水準にすることが可能となった。その結果、高炉操業における還元材比を５００ｋｇ／ｐ−ｔ未満にまで低減することができた。
【００７０】
試験番号４は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を７．５体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を１５体積％、ＳｉＯ2成分含有率を４．２質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．８質量％、ＭｇＯ成分含有率を１．２質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．０、およびＦｅＯ成分含有率を６．８質量％とし、焼結鉱比率を８０質量％として高炉操業を行った例である。熱間通気性指数（ＪＰＵ）および冷間強度指数（ＴＩ）を適正操業範囲内に管理できた上で、高温被還元指数を９２質量％とすることができた。この焼結鉱を高炉に装入したところ、高炉の炉内通気性は良好に推移し、微粉炭吹込量も１６２ｋｇ／ｐ−ｔの高い水準にすることが可能となった。その結果、高炉操業における還元材比を５００ｋｇ／ｐ−ｔ未満にまで低減することができた。
【００７１】
試験番号５は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を７．５体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を１２体積％、ＳｉＯ2成分含有率を３．６質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．６質量％、ＭｇＯ成分含有率を１．２質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．１、およびＦｅＯ成分含有率を８．９質量％とし、焼結鉱比率を７０質量％として高炉操業を行った例である。熱間通気性指数（ＪＰＵ）および冷間強度指数（ＴＩ）を適正操業範囲内に管理できた上で、高温被還元指数を９４質量％とすることができた。この焼結鉱を高炉に装入したところ、高炉の炉内通気性は良好に推移し、微粉炭吹込量も１５２ｋｇ／ｐ−ｔの高い水準にすることが可能となった。その結果、高炉操業における還元材比は５００ｋｇ／ｐ−ｔ程度の低い水準を確保することができた。
【００７２】
試験番号６は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を７．５体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を１２体積％、ＳｉＯ2成分含有率を４．８質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．７質量％、ＭｇＯ成分含有率を１．４質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．０、およびＦｅＯ成分含有率を７．８質量％とし、焼結鉱比率を７０質量％として高炉操業を行った例である。熱間通気性指数（ＪＰＵ）および冷間強度指数（ＴＩ）を適正操業範囲内に管理できた上で、高温被還元指数を８６質量％とすることができた。この焼結鉱を高炉に装入したところ、高炉の炉内通気性は良好に推移し、微粉炭吹込量も１５１ｋｇ／ｐ−ｔの高い水準にすることが可能となった。その結果、高炉操業における還元材比は５００ｋｇ／ｐ−ｔ程度の低い水準を確保することができた。
【００７３】
試験番号７は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を７．５体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を１０体積％、ＳｉＯ2成分含有率を４．２質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．９質量％、ＭｇＯ成分含有率を０．９質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．０、およびＦｅＯ成分含有率を１０．０質量％とし、焼結鉱比率を７０質量％として高炉操業を行った例である。熱間通気性指数（ＪＰＵ）および冷間強度指数（ＴＩ）を適正操業範囲内に管理できた上で、高温被還元指数を８９質量％とすることができた。この焼結鉱を高炉に装入したところ、高炉の炉内通気性は良好に推移し、微粉炭吹込量も１５３ｋｇ／ｐ−ｔの高い水準にすることが可能となった。その結果、高炉操業における還元材比は５００ｋｇ／ｐ−ｔ程度の低い水準を確保することができた。
【００７４】
試験番号８は、焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合を７．５体積％、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を１０体積％、ＳｉＯ2成分含有率を４．２質量％、Ａｌ2Ｏ3成分含有率を１．６質量％、ＭｇＯ成分含有率を１．２質量％、（ＣａＯ／ＳｉＯ2）比を２．０、およびＦｅＯ成分含有率を７．７質量％とし、焼結鉱比率を７０質量％として高炉操業を行った例である。熱間通気性指数（ＪＰＵ）および冷間強度指数（ＴＩ）を適正操業範囲内に管理できた上で、高温被還元指数を８６質量％とすることができた。この焼結鉱を高炉に装入したところ、高炉の炉内通気性は良好に推移し、微粉炭吹込量も１５２ｋｇ／ｐ−ｔの高い水準にすることが可能となった。その結果、高炉操業における還元材比は５００ｋｇ／ｐ−ｔ程度の低い水準を確保することができた。
【００７５】
以上の結果から、微粉炭吹込量が１５０ｋｇ／ｐ−ｔ以上の多量吹込操業にあっては、装入される酸化鉄装入物の７０質量％以上に、気孔径が５０μｍを超える気孔割合を５〜１０体積％含み、かつ、気孔径が５μｍ未満の気孔割合を５〜１５体積％含む高温被還元性に優れた焼結鉱を用いることにより、高出銑比かつ低還元材比の高炉操業が可能となることが判明した。また、その際の焼結鉱成分組成は、焼結鉱中ＦｅＯ成分含有率を５〜９質量％の範囲にするとともに、ＳｉＯ2成分含有率を３．８〜４．６質量％の範囲とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の方法によれば、高炉の炉頂から装入される酸化鉄装入物の７０質量％以上に気孔径の分布を調整した高温被還元性に優れた焼結鉱を使用することにより、微粉炭吹込量の増加にともなう高炉内通気性の悪化を防止することができるので、高炉の安定操業を維持しつつ１５０ｋｇ／ｐ−ｔ以上の多量の微粉炭吹込が可能となり、高出銑比および低還元材比の微粉炭多量吹込操業を達成できる。したがって、本発明の高炉操業方法は、コークス炉の負荷を低減しつつ、生産性および銑鉄コストの低減をめざす高炉の微粉炭多量吹込操業技術の分野において広範に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】炉頂から装入される酸化鉄装入物に占める高温被還元性に優れた焼結鉱の装入割合と、微粉炭吹込量および高炉炉下部の通気抵抗との関係を示した図である。
【図２】焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合と熱間通気性指数（ＪＰＵ）との関係を、焼結鉱の種々のＦｅＯ成分含有率について示した図である。
【図３】焼結鉱に含まれる気孔径が５０μｍを超える気孔割合と冷間強度指数（ＴＩ）との関係を、焼結鉱の種々のＦｅＯ成分含有率について示した図である。
【図４】焼結鉱に含まれる気孔径が５μｍ未満の気孔割合と高温被還元性指数との関係を、焼結鉱の種々のＳｉＯ2成分含有率について示した図である。
【図５】焼結鉱に含まれる気孔径が５μｍ未満の気孔割合と冷間強度指数（ＴＩ）との関係を、焼結鉱の種々のＳｉＯ2成分含有率について示した図である。
【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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