(57)【要約】【課題】高炉操業を行うに際し、炉下部の融着帯における通気性を改善させることで、低コークス比操業を可能にし、且つ、鉄鉱石ペレットの被還元性を向上させて、低還元材比操業を実現させることが可能な高炉の原料装入方法を提供する。【解決手段】本発明は、焼結鉱及び鉄鉱石ペレット１を含む鉱石と、コークスとを交互に層状に装入する高炉２の原料装入方法において、焼結鉱は、還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下とされ、鉱石中における焼結鉱の配合比率が、35.0質量％以上50.0質量％以下とされ、鉄鉱石ペレット１は、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、且つ粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下とされ、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が、25.0質量％以上40.0質量％以下とされている。【選択図】図４
2018070932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結鉱及び鉄鉱石ペレットを含む鉱石と、コークスとを交互に層状に装入する高炉の原料装入方法において、
前記焼結鉱は、還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下とされ、前記鉱石中における前記焼結鉱の配合比率が、35.0質量％以上50.0質量％以下とされ、
前記鉄鉱石ペレットは、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、且つ前記粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下とされ、前記鉱石中における前記鉄鉱石ペレットの配合比率が、25.0質量％以上40.0質量％以下とされている
ことを特徴とする高炉の原料装入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉（竪型冶金炉）の装入原料として、鉄鉱石ペレットと焼結鉱を用いる高炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、固気向流型の巨大な反応容器（シャフト炉）である。このような高炉では、炉頂部より鉱石とコークスを交互に層状に装入し、且つ炉下部に備えられている羽口より熱風（高温の空気＋酸素）を送風することで、鉱石を昇温還元して、溶銑を製造する。
向流移動層である高炉を安定して操業させるためには、炉内の通気性を確保する、すなわち、充填層の圧力損失（圧損）を低位に保ち、荷下がりを安定させることが重要である。
【０００３】
高炉に装入される原料については、還元材としてはコークス、鉱石としては焼結鉱、鉄鉱石ペレット、塊鉱石、メタルなどが代表的である。また、羽口から吹き込む補助燃料（還元材）については、微粉炭（pulverized coal(PC)、石炭を50μm程度に微粉砕したもの）や、重油が代表的である。
コークスの役割としては、熱源（レースウェイでの燃焼：C+O2→CO2）、還元材（C+CO2→2CO、FeOn+nCO→Fe+nCO2）、加炭材（溶鉄へ浸炭し融点低下）、通気通液性を確保するためのスペーサーが挙げられる。なお、羽口から吹き込む補助燃料（代表的には微粉炭(PC)）で、熱源、還元材、加炭材の役割を代替することは可能であるが、通気通液性を確保するためのスペーサーの役割は、コークスでしか担うことができない。また、高強度のコークスを使用すると、通気性が改善されて、コークス比の低減が可能となるが、高強度のコークスを製造するには、高価で良質な石炭が必要となってくる。
【０００４】
一方で、鉱石には、被還元性が高く、且つ、強度が高いもの、つまり高強度・高被還元性の焼成鉱が適している。高被還元性の鉱石を使用すると還元材比が低下することとなり、高強度の鉱石、つまり粉化しにくい鉱石を使用すると通気性が改善することとなる。それ故、低コークス比操業が可能となる。
このような高炉の操業に関する技術としては、例えば、特許文献１〜４に開示されているものがある。
【０００５】
特許文献１は、高炉の安定操業を阻害せず、炉頂ガス温度をより広い範囲で制御できる、簡便かつ経済的に、高炉炉頂ガス温度を制御することを目的としている。
具体的には、高炉の炉頂から排出されるガスの温度を、装入鉄原料として水分を含有するペレットを配合することにより適正温度範囲に制御する高炉炉頂ガスの温度制御方法であって、前記ペレットが、造粒・焼成後に原料ヤードに貯蔵され、散水処理されたヤードペレットであり、このヤードペレットを、その含水率に応じて、装入鉄原料として少なくとも１０％以上配合する。好ましくは、ヤードペレットの平均粒子径が１０ｍｍ〜１５ｍｍの範囲にあり、かつその含水率が２％〜７％の範囲にあるとよい。
【０００６】
さらに詳しくは、高炉の炉頂から排出されるガスの温度を、装入鉄原料として、造粒・焼成後に原料ヤードに貯蔵され、散水処理されたヤードペレットを、その含水率に応じて、装入鉄原料として少なくとも１０％以上配合する。ヤードペレットは、直送ペレットに比べて、多量の水分を含有するため、炉内でのペレットの含有水分の気化熱が多く、また、顕熱が少なく、さらに水分含有量とともに安息角が大きくなり、炉内の内壁側に堆積しやすく、炉中心部の鉄原料の装入密度が低くなるため、炉内の通気性が阻害されず、炉頂ガスの温度を操業上の弊害を伴わずに、簡便かつ効果的に低下させることができる。
【０００７】
作用効果としては、この技術によれば、高炉の炉頂から排出されるガスの温度を、装入鉄原料として含水率が高くかつ顕熱が少なく、安息角が大きいヤードペレットを一定の割合以上配合するようにしたので、炉内に装入されたときに、ヤードペレットの含有水分の気化熱が多く、また炉内の通気性が阻害されないため、炉頂ガスの温度を、製鉄のトータル消費エネルギの上昇を伴わずに簡便かつ効果的に低下させることができる。それによって、炉頂設備の損傷や乾式集塵機内の結露等の操業上の弊害を確実に防止することができる。
【０００８】
特許文献２は、高炉装入用塊鉱石の性状を基に、高炉操業性に悪影響を及ぼさない様な該塊鉱石の使用比率を適確に予知することを目的としている。
具体的には、高炉装入用塊鉱石を銘柄及び粒子径別に分けて高温荷重還元試験に付して１０００〜１２５０℃内の一定温度における各評価ガス圧損を求め、次式によって求められる平均評価ガス圧損がある限界値を超えない様に各配合率を定めることを目的とした高炉装入用塊鉱石の管理方法を開示している。ただし、平均ガス評価圧損＝Σ［（銘柄・粒子径別の配合率）×（銘柄・粒子径別の圧損）］である。
【０００９】
作用効果としては、この技術によれば、塊鉱石の品質評価法として、それの寄与に基づく炉内圧損を正確に反映する高温還元試験法を採用し、しかも高炉操業を安定に保つ為の最低限の基準及び塊鉱石の銘柄や粒度構成別に実測される圧損を基に最良の配合率を定めることができるので、塊鉱石の有効利用及び高炉操業安定性確保という２つの目的を同時に達成し得る。
【００１０】
特許文献３は、高炉装入用含鉄原料の荷重平均した通気抵抗指数を適切に管理することにより高炉内における通気性を改善し、高炉操業の安定化と銑中Ｓｉの低減を図ることを目的とした高炉装入用含鉄原料の配合調整方法を開示している。
具体的には、高炉装入用含鉄原料の１０００℃以上の高温性状に関する荷重平均した通気抵抗指数を５．７以下となるように調合管理することを目的としている。ただし、荷重平均した通気抵抗指数が５．７以下となるように塊鉱石の銘柄又は配合率の何れか一方又は双方を調整するとよいとされている。または、荷重平均した通気抵抗指数が５．４以下となるように含鉄原料の銘柄又は配合率の何れか一方又は双方を調整するとよいとされている。
【００１１】
この技術によれば、ブレンディング鉱或いは焼結鉱の高温性状変化に即応せしめ夫々の場合に即した的確な調整を行わしめて高炉内での通気性改善をはかり、高炉操業の安定化と共に銑中Siの低減を得しめて有利な操業を行わせ得るものとされ、工業的にその効果があるとされている。
特許文献４は、微粉炭多量吹き込み時の高炉操業を安定化させることを目的としている。
【００１２】
具体的には、微粉炭吹き込み量１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の高炉操業において、ＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％未満、Ａｌ２Ｏ３を１．８〜２．５ｍａｓｓ％含有し、ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．９〜２．５とした高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱を５０〜８０ｍａｓｓ％含む原料を高炉炉頂部から装入するとされている。
微粉炭吹き込み量１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の高炉操業において、ＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％未満、Ａｌ２Ｏ３を１．８〜２．５ｍａｓｓ％含有し、ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．９〜２．５とした高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱を５０〜８０ｍａｓｓ％含み、残部が酸性ペレット、塩基性ペレット、コールドペレット、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．９未満の焼結鉱、塊鉱、スクラップ、還元鉄の２種類以上からなる原料を高炉炉頂部から装入することが望ましいとされている。
【００１３】
また、結晶水を５ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石を焼結新原料中に２５ｍａｓｓ％以上配合、焼成して、ＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％未満、Ａｌ２Ｏ３を１．８〜２．５ｍａｓｓ％含有し、ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．９〜２．５とした高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱を用いることが望ましいとされている。
上記の高炉操業方法において、高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱の装入割合を調整して高炉から排出されるスラグ成分のＣａＯ／ＳｉＯ２を１．２５〜１．３２の範囲に調整することが望ましいとされている。さらには、上記の高炉操業方法において、高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱の装入割合を調整して高炉スラグ比を２８０ｋｇ／ｔ−ｐ以下にして操業することが望ましいとされている。
【００１４】
すなわち、微粉炭吹き込み量１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の高炉操業において、ＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％未満、Ａｌ２Ｏ３を１．８〜２．５ｍａｓｓ％含有し、ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．９〜２．５とした高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱を高炉から装入される原料の５０〜８０ｍａｓｓ％の装入割合とし、高アルミナ焼結鉱の多量使用や高炉スラグ量を低減することを目的としている。
【００１５】
作用効果としては、この技術によれば、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上に増加させても、炉内全圧損値を増加させることなく高炉安定操業を長期に継続することができるとされている。また、高アルミナ焼結鉱の多量使用と高炉スラグ量の低減を可能にし、かつ微粉炭多量吹き込みの高炉操業方法を可能にするとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−２５６７３７号公報
【特許文献２】特開昭６２−８６１０６号公報
【特許文献３】特開昭５９−３８３０８号公報
【特許文献４】特開平１１−０４３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、特許文献１を参照すると、高炉内の通気性の改善、つまり充填層の圧力損失の低減を狙って操業するものとはなっていない。また、鉄鉱石ペレットの粒度分布についての詳細な記載は特にされていない。また、「平均粒子径」についての記載はあるものの、粒子径の小径化や粒度分布を狭くすることについての記載は特にされていない。さらには、焼結鉱の重要な性状である還元粉化指数(RDI)に関する記載は特にされていない。すなわち、特許文献１は、目的、技術的課題、作用効果が、本願発明と異なるものである。
【００１８】
特許文献２を参照すると、鉄鉱石ペレットの粒度分布については、表１に記載されているだけである。つまり、この技術においては、鉄鉱石ペレットの粒度については特に着目されていないと考えられる。また、粒子径の小径化や粒度分布を狭くすることについての記載は特にされていない。さらには、焼結鉱の重要な性状である還元粉化指数(RDI)に関する記載は特にされていない。すなわち、特許文献２の目的が本願発明と異なるものである。また、特許文献２の作用効果における「高炉操業安定性確保」については本願発明と類似していると考えられるが、「塊鉱石の有効利用」については全く異なるものである。
【００１９】
特許文献３を参照すると、鉄鉱石ペレットの粒子径についての記載が全くされていない。さらには、焼結鉱の重要な性状である還元粉化指数(RDI)に関する記載が全くされていない。すなわち、特許文献３は、目的の「操業の安定化」については本願発明と類似していると考えられるが、「銑中Ｓｉ低減」については全く異なるものである。
特許文献４を参照すると、課題の「高炉操業の安定化」については本願発明と類似していると考えられるが、解決手段が全く異なるものである。また、同文献の段落［００２３］には「炉内全圧損を増加させることなく」と記載されており、圧損を低減させることができるものとはなっていない。また、鉄鉱石ペレットの粒子径についての記載が全くされていない。
【００２０】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、装入原料として鉄鉱石ペレットと焼結鉱を用いて高炉操業を行うに際し、炉下部の融着帯における通気性を改善させることで、低コークス比操業を可能にし、且つ、鉄鉱石ペレットの被還元性を向上させて、低還元材比操業を実現させることが可能な高炉の原料装入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】
【００２１】
上記の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる高炉の原料装入方法は、焼結鉱及び鉄鉱石ペレットを含む鉱石と、コークスとを交互に層状に装入する高炉の原料装入方法において、前記焼結鉱は、還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下とされ、前記鉱石中における前記焼結鉱の配合比率が、35.0質量％以上50.0質量％以下とされ、前記鉄鉱石ペレットは、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、且つ前記粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下とされ、前記鉱石中における前記鉄鉱石ペレットの配合比率が、25.0質量％以上40.0質量％以下とされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、装入原料として鉄鉱石ペレットと焼結鉱を用いて高炉操業を行うに際し、炉下部の融着帯における通気性を改善させることで、低コークス比操業を可能にし、且つ、鉄鉱石ペレットの被還元性を向上させて、低還元材比操業を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】鉱石の還元率曲線を比較したグラフである。
【図２】高炉内におけるペレットの還元進行、崩壊挙動の概略を模式的に示した図である。
【図３】ペレット粒子径とペレット還元挙動（還元率、圧損）の関係を示したヒストグラムである。
【図４】高炉装入時の鉱石の粒度分布を示したグラフである。
【図５】高炉上部での鉱石の粒度分布を示したグラフである。
【図６】高炉原料の装入方法の概略を模式的に示した図である（ただし、R&D 神戸製鋼技報,Vol.55,No.2,(2005),p9〜17（参考文献））。
【図７】ペレット粒子径分布の標準偏差σと通気抵抗指数（炉上部）の関係を示したグラフである。
【図８】ペレット粒子径分布の標準偏差σと通気抵抗指数（炉下部）の関係を示したグラフである。
【図９】ペレット粒子径分布の標準偏差σと全通気抵抗指数の関係を示したグラフである。
【図１０】ペレット粒子径分布の標準偏差σとコークス比の関係を示したグラフである。
【図１１】コークス比と通気抵抗指数（炉上部）の関係を示したグラフである。
【図１２】コークス比と通気抵抗指数（炉下部）の関係を示したグラフである。
【図１３】コークス比と全通気抵抗指数の関係を示したグラフである。
【図１４】還元材比と全通気抵抗指数の関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明にかかる高炉の原料装入方法の実施形態を、図を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。
本発明は、焼結鉱及び鉄鉱石ペレット１を含む鉱石と、コークスとを交互に層状に装入する高炉２の原料装入方法に関する技術である。
【００２５】
まず、本発明の概略について、述べることとする。
近年の高炉操業においては、以下に示すことが指向されている。
・溶銑コストの低減に向けて、低コークス比操業を行うこと。例えば、手段として補助燃料多量吹き込み操業などが挙げられる。なお以降については、補助燃料については微粉炭(PC)で代表して説明する。
【００２６】
・CO2削減に向けて、低還元材比操業、低コークス比・高PC比操業を行うこと。
・石炭資源の劣質化対応、価格高騰抑制策として、低コークス比・高PC比操業を行うこと。
なお、還元材比(kg/tp)は、銑鉄1トンを製造する時に必要な還元材（コークス、PC、重油、他）の質量(kg)を示す。PC比(kg/tp)は、銑鉄1トンを製造する時に羽口から吹き込むPC（微粉炭）の質量(kg)を示す。コークス比(kg/tp)は、銑鉄1トンを製造する時に必要なコークスの質量(kg)を示す。
【００２７】
低コークス比操業、すなわち高PC比操業の課題としては、炉内ガス量の増加と、スペーサーの役割を担うコークス量の低下により、高炉２内の通気性が悪化することであり、その結果として、高炉操業の不安定化を招いてしまうことである。したがって、低コークス比操業の実現に向けては、高炉２内における通気性の改善、すなわち充填層の圧力損失の低減が必要となってくる。
【００２８】
一方で、低還元材比操業の課題としては、高炉２内の熱量不足により冷え込んでしまい、高炉操業の不安定化を招いてしまうことである。
ところで、コークスは、複数の石炭を配合して粉砕し、コークス炉で乾留（蒸し焼き）したものである。室炉式コークス炉で乾留されたコークスは、大小の亀裂を多数有し、不定形状を呈している。コークスは、コークス炉から押し出された後に搬送工程を経る途中で落下衝撃等で破壊されることとなる。その破壊された結果として決定される、コークスの粒度分布は概ね正規分布となる。
【００２９】
鉄鉱石ペレット１は、約300μm以下の微粉鉱石と副原料等を球状に造粒し、焼成したものである。この鉄鉱石ペレット１は、結合様式が固相拡散結合であって、形状については球形状である。
焼結鉱は、約10mm以下の比較的粗い粉鉱石、粉コークス、副原料（石灰石等）、返鉱等の原料を所定の割合で配合し、所定量の水を加えて造粒した擬似粒子を焼結機で焼成したものである。この焼結鉱は、結合様式がスラグ結合であって、形状については不定形な形状の多孔体である。
【００３０】
図１を参照すると、焼結鉱は、融着帯到達時（約1200℃）の還元率が高く、鉄鉱石ペレット１より被還元性に優れていることがわかる。しかしながら、焼結鉱は、高炉２のシャフト上部で還元粉化、すなわち粒子径が低下することとなり、高炉２内の通気性に悪影響を及ぼすという問題を有している。
焼結鉱の還元粉化の度合いは、還元粉化指数(Reduction Degradation Index:RDI)として、焼結鉱の還元粉化試験法（参考文献として、例えば：重見彰利、製銑ハンドブック、地人書館、昭和54年、p319）に準じて測定される。
【００３１】
還元粉化指数(RDI)の値が低い焼結鉱が高炉原料としては望ましい。理由としては、高炉２内の通気性が良くなり、充填層の圧力損失（圧損）が低下するためである。
還元粉化指数(RDI)は、粒子径が15〜20mmで、500gの焼結鉱を、550℃で30分間還元した後、回転試験器に装入して30rpmで30分間、900回転させ、目開き3mmの篩を用いて篩い分けた後の粒子径が3mm以下の質量割合である。なお、還元粉化指数(RDI)の算出式は、以下の通りである。
【００３２】
RDI(-)＝篩い分け後の粒子径が3mm以下の試料の質量(g)÷回転試験器に装入した試料の質量(g)×100
なお、回転試験器は、130mmφ×200mm長さの円筒の内部に、15mm高さの羽根を２枚対称の位置に取り付けたものである。
図１を参照すると、鉄鉱石ペレット１は、融着帯到達時（約1200℃）の還元率が低く、被還元性が焼結鉱より劣っていることがわかる。
【００３３】
図２に示すように、鉄鉱石ペレット１の還元は、外周側からトポケミカルに進行することとなる。なお、鉄鉱石ペレット１の還元粉化指数(RDI)は小さいので、高炉２の操業においてはほとんど問題とならない。
詳しくは、図２に示すように、高炉２内での還元過程については、装入後の高炉２上部（塊状帯）では、外周側からトポケミカルに還元が進行することとなる（Fe2O3→FeO）。そして、融着帯より上部（〜約1200℃）の塊状帯では、外周側に鉄シェル（メタルシェル）が形成され、内部には低融点酸化鉄（FeO）が内包されることとなる。続いて、融着帯部（約1200〜1400℃）では、鉄シェルが変形・ラプチャーし、内部溶融物（溶融FeO）が外周囲に染み出して、高炉２内の充填層の空隙を閉塞してしまい、その充填層の圧損が上昇することとなる。すなわち、高炉２内の通気性が悪化してしまうこととなる。
【００３４】
一般に、鉱石の被還元性は、粒子径が小さい、つまり比表面積が大きいほど向上し、粒子径が大きいほど悪化する。一方で、粒子径が小さくなると充填層の空隙率は低下し、通気性が悪化する。粒子径が大きくなると充填層の空隙率は増加し、通気性が向上する。すなわち、鉱石の被還元性と充填層の通気性は両立しない。
図３に示すように、上記したことを踏まえて、本願発明者が鉄鉱石ペレット１の還元挙動を荷重還元実験で調査すると、粒子径が小さくなる（平均粒子径が11.5mmから9.5mmへ）と、1300℃還元率が上昇する、つまり還元率が良くなり、さらに1300℃における充填層の圧損も低下することが明らかとなった。
【００３５】
このような結果が得られた理由としては、還元途中でメタルシェルが厚くなる、つまり構造体として熱間強度に優れる、換言すると収縮が抑制されることとなり、メタル溶融限界までFeO流出を防止して、充填層の炉下部、つまり融着帯での通気性が確保されるためである。
以上より、本発明では、装入原料として、性状の異なる鉄鉱石ペレット１と、焼結鉱と、他の鉱石原料（塊鉱石、メタルなど）を用いて、低コークス比操業と低還元材比操業の両立、つまり通気性の確保と還元効率の向上の両立を可能とする、高炉２の安定操業を目的としている。
【００３６】
図４に示すように、本発明では、鉄鉱石ペレット１については、従来ペレットに対して、粒子径を示す50%径が小さく（9.0mm以上11.0mm以下）、高炉装入時における粒度分布の幅が狭い、つまり粒子径の標準偏差が小さい（σ＝1.6以下）ペレットを使用することとしている。
また、焼結鉱は、還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下のものを使用することとしている。また、鉱石中の配合比率は、鉄鉱石ペレット１が25.0質量％以上40.0質量％以下とし、焼結鉱が35.0質量％以上50.0質量％以下としている。なお、鉄鉱石ペレット１、焼結鉱、鉱石中の配合比率についての詳細は、後述する。
【００３７】
図３に戻って、粒子径が小さい鉄鉱石ペレット１は、還元ガスとの反応比表面積が大きいため、被還元性に優れている。還元途中でメタルシェルが厚くなって、構造体として熱間強度に優れている、つまり収縮が抑制されるため、メタル溶融限界までFeO流出を防止して、炉下部の融着帯での通気性が向上することとなる。
一般的に、充填層の圧力損失は、装入物の平均粒度が大きく、粒度分布の幅が狭い方が低くなる、つまり充填層の空隙率が高くなる。
【００３８】
焼結鉱は、高炉２上部で還元粉化されるため、焼結鉱と鉄鉱石ペレット１、及び、塊鉱石、メタルなどを共に使用すると、高炉２上部の塊状帯での通気性、つまり充填層の圧力損失は、装入時の鉱石各々の粒度分布や、複合原料（焼結鉱＋鉄鉱石ペレット１）の粒度分布（図４参照）ではなく、複合原料の還元紛化後の粒度分布（図５参照）に支配されることとなる。
【００３９】
上記した性状を有する鉄鉱石ペレット１と焼結鉱、及び、塊鉱石、メタルなどを上記した配合比率で用いると、従来技術に比べて、炉上部での通気性が悪化することなく、すなわち炉上部での通気抵抗指数Kが上昇することなく、融着帯での通気性が向上する、すなわち炉下部での圧損が低下し、炉下部での通気抵抗指数Kが低下することとなるので、この通気余裕を活用して、低コークス比操業が可能となる。また、粒子径の小さな鉄鉱石ペレット１は、被還元性に優れているため、還元材比も低減可能となる。
【００４０】
図６に示すように、本発明は、基本構成としては一般的な高炉原料の装入方法である。すなわち、焼結鉱及び鉄鉱石ペレット１を含む鉱石と、コークスとを交互に層状に装入する方法である。
装入方法の一例としては、コークス1回目(C1)/コークス2回目(C2)/鉱石1回目(O1)/鉱石2回目(O2)で1サイクル（1チャージ）とし、繰り返し装入する。コークス中心装入の実施時は、一例として、C2とO1の間、O1とO2の間に装入する。例えば、（参考文献：ふぇらむ，Vol.9(2004)No.10,p721〜728,「コークス中心装入」）に記載の方法で行うとよい。
【００４１】
代表的な鉱石としては、焼結鉱、鉄鉱石ペレット１、塊鉱石、メタルなどが挙げられる。鉱石には、被還元性が高く、且つ強度が高いものが適している。高被還元性の鉱石を使用すると、還元材比が低下して、低還元材比操業が可能となる。また、高強度の鉱石を使用すると、低コークス比操業が可能となる。
コークスの役割としては、熱源（レースウェイでの燃焼：C+O2→CO2）、還元材（C+CO2→2CO、FeOn+nCO→Fe+nCO2）、加炭材（溶鉄へ浸炭し融点低下）、通気通液性を確保するためのスペーサーなどが挙げられる。なお、羽口から吹き込む補助燃料（一般的には、微粉炭(PC)）で熱源・還元材・加炭材の役割は代替可能であるが、スペーサーの役割はコークスでしか担うことができない。また、高強度のコークスを使用すると、通気性が改善し、コークス比の低減が可能となるが、高強度のコークスを製造するには、高価で良質な石炭が必要となってくる。
【００４２】
まず、本発明においては、還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下とされている焼結鉱を用いることとしている。
詳しくは、焼結鉱は、粒子径が約10mm以下の比較的粗い粉鉱石、粉コークス、副原料（石灰石等）、返鉱等の原料を所定の割合で配合し、且つ所定の水を加えて造粒した疑似粒子を、焼結機で焼成したものである。
【００４３】
還元粉化指数(RDI)は、粒子径が15〜20mmで、500gの焼結鉱を、550℃で30分間還元した後、回転試験器に装入して30rpmで30分間、900回転させ、目開き3mmの篩を用いて篩い分けた後の粒子径が3mm以下の質量割合である。なお、還元粉化指数(RDI)の算出式は、以下の通りである。
RDI(-)＝篩い分け後の粒子径が3mm以下の試料の質量(g)÷回転試験器に装入した試料の質量(g)×100
なお、回転試験器は、130mmφ×200mm長さの円筒の内部に、15mm高さの羽根を２枚対称の位置に取り付けたものである。
【００４４】
還元粉化指数(RDI)の値が低い焼結鉱が高炉原料として望ましい理由としては、高炉２内の通気性が良くなり、充填層の圧損が低下する、すなわち充填層の通気抵抗指数Kが低下するためである。
通気抵抗指数Kは、充填層の通気性を表す指数である。その通気抵抗指数Kが大きい値となると、高炉２内の通気性が悪い、つまり充填層の圧損が高くなることを示す。一方、通気抵抗指数Kが小さい値となると、高炉２内の通気性が良い、つまり充填層の圧損が低くなることを示す。なお、通気抵抗指数Kの算出式は、以下の通りである。
【００４５】
K(-)＝(PB2-PA2)/V1.7×106
ただし、
PA(kg/cm2)：A部（炉下部）での圧力
PB(kg/cm2)：B部（炉上部）での圧力
V(Nm3/min)：ボッシュガス量
焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下で、鉱石中における焼結鉱の配合比率が35.0質量％以上50.0質量％以下で、詳細は後述するが、鉄鉱石ペレット１の粒子径を示す質量%が9.0mm以上11.0mmで、粒子径分布の標準偏差σが1.6以下で、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が25.0質量％以上40.0質量％以下とした場合、炉上部における通気性は悪化することはない。炉上部での圧損は上昇しない、つまり、炉上部における通気抵抗指数Kは上昇することはない。鉄鉱石ペレット１の被還元性の向上により、炉下部での圧損が低下する、つまり炉下部における通気抵抗指数Kが低下することとなる。
【００４６】
ところで、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が25.0より小さい場合、還元粉化後における焼結鉱の粒度低下が少ない、つまり粒子径が大きくなってしまい、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下の鉄鉱石ペレット１を使用すると、炉上部での圧損が上昇する、すなわち炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまうこととなる。このような条件下では、鉄鉱石ペレット１の粒子径を示す50%径は11.0mmより大きい方が炉上部での通気性は良くなるが、炉下部での圧損の問題が生じる。
【００４７】
一方で、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が40.0より大きい場合、焼結鉱の還元粉化後の粒度低下が大きくなり過ぎる、つまり粒子径が小さくなり過ぎてしまい、炉上部での圧損が上昇する、すなわち炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまうこととなる。加えて、粒子径を示す50%径が9.0以上11.0mm以下の鉄鉱石ペレット１を使用しても、炉上部での圧損がさらに上昇する、つまり炉上部における通気抵抗指数Kがさらに増加してしまうこととなる。
【００４８】
以上より、本発明においては、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)を、上記したように規定している。
続いて、本発明においては、鉱石中における焼結鉱の配合比率が、35.0質量％以上50.0質量％以下としている。なお、鉱石中における各原料の比率は、以下の通りである。
鉱石＝焼結鉱＋鉄鉱石ペレット＋塊鉱石＋メタル＋他の鉱石原料＝100質量％
鉱石中における焼結鉱の配合比率が35.0質量％以上50.0質量％以下で、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下で、詳細は後述するが、鉄鉱石ペレット１の粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、粒子径分布の標準偏差σが1.6以下で、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が25.0質量％以上40.0質量％以下とした場合、炉上部での圧損は上昇しない、つまり炉上部における通気抵抗指数Kが上昇することはない。炉下部での圧損が低下する、つまり炉下部における通気抵抗指数Kが低下することとなる。
【００４９】
ところで、鉱石中における焼結鉱の配合比率が35.0質量％より小さい場合、焼結鉱の配合比率が小さく、鉄鉱石ペレット１の配合比率が大きいため、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、粒子径分布の標準偏差σが1.6以下の鉄鉱石ペレット１を使用しても、炉上部での圧損が増加する、すなわち炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまうこととなる。
【００５０】
一方で、鉱石中における焼結鉱の配合比率が50.0質量％より大きい場合、焼結鉱の配合比率が大きく、鉄鉱石ペレット１の配合比率が小さいため、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、粒子径分布の標準偏差σが1.6以下の高被還元性の鉄鉱石ペレット１を使用しても、炉下部での圧損の低減効果、つまり炉下部における通気抵抗指数Kの低減効果を得ることができない。
【００５１】
以上より、本発明においては、鉱石中における焼結鉱の配合比率を、上記したように規定している。
次に、本発明においては、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、且つ粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下の鉄鉱石ペレット１を用いている。
鉄鉱石ペレット１は、粒子径が約300μm以下の微粉鉱石と副原料等を球状に造粒し、焼成したものである。鉄鉱石ペレット１粒子径については、粒子径の分布を有している。
【００５２】
なお、鉄鉱石ペレット１集団体の全質量を100%として粒子径の累積分布曲線を求めた時、その累積曲線が50％となる点の粒子径を50%径(mm)としている。
標準偏差σについては、データ（本実施形態においては粒子径）の散らばりの度合を表す数値で、平均値と各データ値の差（偏差）を２乗し、それを算術平均した値の平方根として求めている。
【００５３】
なお、粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下の鉄鉱石ペレット１を製造することは難しいので、現状では標準偏差σが1.6より大きなものを使用している。本実施形態においては、篩を通すことにより上限及び下限をカットし、目標の粒子径分布に調整した。
粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下で、詳細は後述するが、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が25.0質量％以上40.0質量％以下で、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下で、鉱石中における焼結鉱の配合比率が35.0質量％以上50.0質量％以下とした場合、炉上部での通気性は悪化することはない。炉上部での圧損は上昇しない、つまり炉上部における通気抵抗指数Kが上昇することはない。
【００５４】
鉄鉱石ペレット１の被還元性の向上により、還元途中でメタルシェルが厚くなり、構造体として熱間強度に優れ、つまり収縮が抑制されて、メタル溶融限界までFeO流出を防止するので、炉下部の融着帯の圧損が低下する、すなわち炉下部における通気抵抗指数Kが低下することとなる。
ところで、粒子径を示す50%径が9.0mmより小さい場合、鉄鉱石ペレット１の被還元性は向上するが、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下で、鉱石中における焼結鉱の配合比率が35.0質量％以上50.0質量％以下とした場合、炉上部での圧損が上昇する、つまり炉上部における通気抵抗指数Kが上昇してしまうこととなる。
【００５５】
一方で、粒子径を示す50%径が11.0mmより大きい場合、鉄鉱石ペレット１の被還元性向上による炉下部での圧損の低減効果、つまり炉下部における通気抵抗指数Kの低減効果を得ることができない。
また、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、粒子径の分布における標準偏差σが1.6より大きい場合、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下であっても、炉上部での圧損が上昇する、つまり炉上部における通気抵抗指数Kが上昇してしまうこととなる。
【００５６】
以上より、本発明においては、粒子径を示す50%径と、粒子径の分布における標準偏差σを、上記したように規定している。
続いて、本発明においては、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が、25.0質量％以上40.0質量％以下としている。
鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が25.0質量％以上40.0質量％以下で、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下で、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下で、鉱石中における焼結鉱の配合比率が35.0質量％以上50.0質量％以下とした場合、炉上部での通気性は悪化することはない。炉上部での圧損は上昇しない、つまり炉上部における通気抵抗指数Kが、上昇することはない。炉下部での圧損が低下する、すなわち炉下部おける通気抵抗指数Kが、低下することとなる。
【００５７】
ところで、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が25.0質量％より小さい場合、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下の鉄鉱石ペレット１を使用しても、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が少なく、焼結鉱の配合比率が多いので、鉄鉱石ペレット１の被還元性の向上による炉下部における圧損の低減効果、すなわち炉下部における通気抵抗指数Kの低減効果を得ることができない。
【００５８】
一方で、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率が40.0質量％より大きい場合、粒子径を示す50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下の鉄鉱石ペレット１を使用しても、炉上部での圧損が上昇する、つまり炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまうこととなる。
以上より、本発明においては、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の配合比率を、上記したように規定している。
［実施例］
以下に、本発明の高炉２の原料装入方法に従って行った実機テスト（実施例）及び、本発明と比較するために行った実機テスト（比較例）について、説明する。
【００５９】
まず、実施の条件として、5400m3の実高炉にて行い、出銑比を1.9t/m3/dayとした。なお、出銑比とは、一日当たり(day)の出銑量(t)を高炉内容積(m3)で割り戻した値である。また、実機テストの期間は、１週間とした。
上記した条件下で、鉄鉱石ペレット１の粒子径の分布と、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)と、鉱石の配合比率（焼結鉱＋鉄鉱石ペレット１＋他の鉱石原料）を変更させながら、実機テスト操業を実施した。なお、鉱石ペレットの粒子径は、粒子径の分布を有している。粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下のペレットを製造することは難しく、現状においては1.6より大きなものを使用している。本実験では、篩を通すことにより上限及び下限をカットし、目標の粒子径の分布に調整した。
【００６０】
なお、実機テストの条件以外の操業条件（原料条件、衝風条件など）は一定のものとした。通気抵抗指数K（炉上部、炉下部）と、圧力損失（炉上部、炉下部）が操業可能な範囲となるように、コークス比を調整した。
この実機テストの結果として、各条件で操業可能な還元材比、コークス比、通気抵抗指数K（炉上部、炉下部）と圧力損失（炉上部、炉下部）の値が分かる。
【００６１】
表１に、本発明の高炉２の原料装入方法に従って行った実機テストの結果（実施例）を示す。
【００６２】
【表１】
2018070932.tif 000003
【００６３】
表１の実施例１〜６は、鉄鉱石ペレット１の粒度分布、つまり50%径と標準偏差σを変更して行った実機テストの結果である。また、実施例７〜１１は、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)を変更して行った実機テストの結果である。また、実施例１２〜１７は、鉱石中における焼結鉱の配合比率と鉄鉱石ペレット１の配合比率を変更して行った実機テストの結果である。
【００６４】
表１に示すように、実施例１〜１７は、後に述べる比較例１（従来ベース条件）に対して、通気抵抗指数Kが低下しており、高炉２内の通気性が改善されていることがわかる。
このように、改善された通気余裕を活用して、低コークス比操業を行うことが可能となる。すなわち、コークス比を低減して、通気抵抗指数Kに関しては従来ベース条件に戻して操業することが可能となる。
【００６５】
表２に、本発明と比較するために行った実機テストの結果（比較例）を示す。
【００６６】
【表２】
2018070932.tif 000004
【００６７】
表２の比較例１を参照すると、鉄鉱石ペレット１の50%径が11.5mm(＞11.0mm)と大きく、鉄鉱石ペレット１の粒子径分布の標準偏差σが1.8(＞1.6)と大きい。なお、この比較例１は従来ベース条件である。
表２の比較例２、３を参照すると、鉄鉱石ペレット１の粒子径の分布における標準偏差σが2.0や2.3(＞1.6)と大きいので、炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまい、コークス比が増加してしまっていることがわかる。
【００６８】
表２の比較例４、５を参照すると、鉄鉱石ペレット１の50%径が8.2mm,8.8mm(＜9.0mm)
小さいので、炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまい、コークス比が増加してしまっていることがわかる。
表２の比較例６、７を参照すると、鉄鉱石ペレット１の50%径が11.3mm,12.1mm(＞11.0mm)と大きいので、炉下部における通気抵抗指数Kが低下せず、コークス比が低下していないことがわかる。
【００６９】
表２の比較例８を参照すると、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が22.0(＜25.0)と低下している、すなわち小径ペレットを使用しているので、炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまい、コークス比が増加してしまっていることがわかる。
表２の比較例９を参照すると、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)が42.0(＞40.0)と増加しているので、炉上部における通気抵抗指数Kが増加し、コークス比が増加してしまっていることがわかる。また、小径ペレットを使用すると炉上部における通気抵抗指数Kがさらに増加してしまい、コークス比が増加してしまうこととなる。
【００７０】
表２の比較例１０を参照すると、焼結鉱の配合比率が33.0質量％(＜35.0質量％)と低下している、すなわち小径ペレットを使用しているので、炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまい、コークス比が増加してしまっていることがわかる。
表２の比較例１１を参照すると、焼結鉱の配合比率が52.0質量％(＞50.0質量％)と増加している、すなわち小径ペレットを使用しているので、炉下部における通気抵抗指数Kが低下せず、コークス比が低下してしまっていることがわかる。
【００７１】
表２の比較例１２を参照すると、鉄鉱石ペレット１の配合比率が23.0質量％(＜25.0質量％)と低下している、すなわち小径ペレットを使用しているので、炉下部における通気抵抗指数Kが低下せず、コークス比が低下してしまっていることがわかる。
表２の比較例１３を参照すると、鉄鉱石ペレット１の配合比率が42.0質量％(＞42.0質量％)と増加している、すなわち小径ペレットを使用しているので、炉上部における通気抵抗指数Kが増加してしまい、コークス比が増加してしまっていることがわかる。
【００７２】
以上、表２の比較例１〜１３は、目的としている通気性の改善と還元効率の向上を両立させる高炉２の安定操業を行うことができないものとなっている。
図７〜１０は、鉱石中における配合比率が、焼結鉱／鉄鉱石ペレット１／塊鉱石＝40.0質量％／35.0質量％／25.0質量％とし、焼結鉱の還元粉化指数(RDI)＝30とした場合（実施例１〜６、比較例１〜７）における、ペレット性状の通気影響をまとめたグラフである。
【００７３】
図７を参照すると、炉上部における通気抵抗指数Kは、鉄鉱石ペレット１の50%径が大きいほど小さくなり、鉄鉱石ペレット１の粒子径の分布における標準偏差σが小さいほど小さくなることがわかる。
図９、図１０を参照すると、鉄鉱石ペレット１の50%径が9.0mm以上11.0mm以下で、鉄鉱石ペレット１の粒子径の分布における標準偏差σが1.6以下、つまり本発明で規定した範囲の場合、全通気抵抗指数Kが小さくなり、コークス比が低くなることがわかる。また、全通気抵抗指数Kを上限まで上げると、コークス比をもっと低減することができる。
【００７４】
図１１は、コークス比と炉上部における通気抵抗指数Kの関係（実施例、比較例）をまとめたグラフである。図１２は、コークス比と炉下部における通気抵抗指数Kの関係（実施例、比較例）をまとめたグラフである。図１３は、コークス比と全通気抵抗指数Kの関係（実施例、比較例）をまとめたグラフである。
図１１〜１３を参照すると、コークス比が310(kg/tp)以下となり、コークス比が比較例より大幅に低減されていることがわかる。
【００７５】
図１４は、還元材比と全通気抵抗指数Kの関係（実施例、比較例）をまとめたグラフである。図１４を参照すると、還元材比が約500(kg/tp)以下となり、還元材比が比較例より大幅に低減されていることがわかる。
以上まとめると、操業可能条件としては、炉上部における通気抵抗指数Kを0.75以下とし、炉下部における通気抵抗指数Kを1.85以下とし、全通気抵抗指数Kを2.60以下とすることが好ましい。
【００７６】
通気抵抗指数Kを、上記の範囲にして通気余裕があれば、所定量のコークス比を低減させることが可能である。ただし、通気抵抗指数Kが所定値以上となると操業できないため、コークス比を上げざるを得なくなる。
本発明（実施例）により、通気抵抗指数Kが低下する、すなわち高炉２内の通気性が改善される、特に炉下部における通気抵抗指数Kが低下し、炉下部での圧損が低下する、つまり炉下部の融着帯の通気性が改善されるので、高炉２の安定操業が可能となる。
【００７７】
このような通気余裕を活用すると、従来ベース条件（比較例１）に対して、低コークス比操業が可能となる。つまり、コークス比を低減して、通気抵抗指数Kや充填層の圧損を操業可能な範囲（従来ベース条件）に戻して、高炉２の安定操業を行うことが可能となる。本発明で規定した範囲（実施例）であれば、従来ベース条件（比較例１）に対して、コークス比を低減させることができる。また、鉄鉱石ペレット１の被還元性の向上により、熱余裕ができるので、低還元材比操業も実現可能である。
【００７８】
一方で、表２の比較例２〜１３に示すように、本発明で規定した範囲から外れた場合、従来ベース条件（比較例１）に対して、高炉２内の通気性が悪化してしまうため、コークス比を増加させて操業することとなった。
以上、表１の実施例及び表２の比較例に示すように、実機テストの結果によれば、装入原料として鉄鉱石ペレット１と焼結鉱を用いて、本発明に従って原料を高炉２に装入すれば、高炉２の通気性改善（低コークス比操業）と還元効率の向上（低還元材比操業）を両立させることが可能となり、高炉２の安定操業を実現させることができる。
【００７９】
なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００８０】
１  鉄鉱石ペレット
２  高炉
【図１】
2018070932.tif 000005
【図２】
2018070932.tif 000006
【図３】
2018070932.tif 000007
【図４】
2018070932.tif 000008
【図５】
2018070932.tif 000009
【図６】
2018070932.tif 000010
【図７】
2018070932.tif 000011
【図８】
2018070932.tif 000012
【図９】
2018070932.tif 000013
【図１０】
2018070932.tif 000014
【図１１】
2018070932.tif 000015
【図１２】
2018070932.tif 000016
【図１３】
2018070932.tif 000017
【図１４】
2018070932.tif 000018