(57)【要約】【課題】原料性状等の変動等によって生じる鉱石または小塊コークスの粒径の変化に迅速に対処できる高炉操業方法を提供する。【解決手段】鉱石と混合コークスとからなる混合原料と塊コークスとを交互に装入して、高炉内にコークス混合鉱石層とコークス層とを交互に形成させて高炉操業を行う高炉操業方法であって、鉱石の平均粒径と混合コークスの平均粒径とを測定して鉱石に対する混合コークスの粒径比を算出し、粒径比に対応させて混合原料の装入範囲を定める。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱石と混合コークスとからなる混合原料と塊コークスとを交互に装入して、高炉内にコークス混合鉱石層とコークス層とを交互に形成させて高炉操業を行う高炉操業方法であって、
前記鉱石の平均粒径と前記混合コークスの平均粒径とを測定して前記鉱石に対する前記混合コークスの粒径比を算出し、
前記粒径比に対応させて前記混合原料の装入範囲を定める、高炉操業方法。
【請求項２】
前記粒径比と、混合原料の装入範囲とを用いて、コークス混合鉱石層における前記混合コークスの混合度合を示す指標を算出し、
前記指標が予め定められた目標を満足するように前記混合原料の装入範囲を定める、請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項３】
前記鉱石の平均粒径および前記混合コークスの平均粒径は、前記鉱石および前記混合コークスのそれぞれを高炉へ搬送する搬送ラインに設けられた測定装置によって連続測定される、請求項１または請求項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、鉱石に対する混合コークス粒径比に応じて、鉱石と混合コークスとからなる混合原料の装入範囲を調整する、高炉操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
銑鉄を製造する高炉では、通常、原料である鉄鉱石や焼結鉱（以後、これらを「鉱石」と記載する）と還元材であるコークスを交互に高炉の炉頂から装入し、図１に示すように、高炉１０内に鉱石層１２とコークス層１４を交互に形成させている。そして、炉口径方向である矢印１６方向の鉱石層１２およびコークス層１４の分布を調整することで、高炉１０内でのガス流れ１８を制御している。高炉１０における安定操業を維持するには、高炉１０内で良好な通気性を確保し、炉下部の羽口２０から高炉１０内に供給される高温のガス流れ１８を安定化させることが重要である。高炉１０内の通気性は、装入される鉱石およびコークスの性状、粒度、炉頂からのこれら原料の装入方法および高炉１０内における鉱石層１２およびコークス層１４の分布に大きく影響を受ける。
【０００３】
高炉１０内の通気性を改善する方法の一つとして、非特許文献１には、鉱石と粒径の小さいコークス（以後、「小塊コークス」と記載する）とを事前に混合した混合原料と、粒径の大きいコークス（以後、「塊コークス」と記載する）とを交互に高炉に装入し、混合原料からなるコークス混合鉱石層と、塊コークスからなるコークス層とを、層状に交互に形成させる高炉操業方法が開示されている。また、非特許文献２には、混合原料への小塊コークスの混合量を２８ｋｇ／ｔ−ｐｉｇにする高炉操業方法が開示されており、非特許文献３には、混合原料への小塊コークスの混合量を３０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇにする高炉操業方法が開示されている。このように、混合原料の小塊コークスの混合量を規定することで炉下部の通気性が向上し、また、還元効率も向上することが報告されている。なお、「ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ」は、溶銑１トンを生産する際に鉱石中に混合した小塊コークスの混合質量を意味する。
【０００４】
高炉内に装入された鉱石は、高炉内を降下するにつれて昇温・還元され、相互に融着しあって融着層２２と呼ばれる層を形成する。融着層２２は、層内の空隙が少ないので通気性が著しく低下するが、コークス混合鉱石層に形成された融着層では通気性の低下が抑制される。コークス混合鉱石層中に混合された小塊コークスが融着層においてガスパスの役割を果たし、これにより、融着層の通気性の低下が抑制されると考えられている。
【０００５】
また、コークス混合鉱石層とコークス層とを層状に形成させた場合には、前述した融着層の通気性の改善に加え、ガス化開始温度の低下による還元効率の向上が期待される。これは、コークスのガス化開始温度を低下させて熱保存帯温度を低下させることができればＦｅＯ−Ｆｅの還元平衡点の制御が可能になる、という原理に基づくものである。これらをまとめると、鉱石とコークスとを混合した混合原料を用いてコークス混合鉱石層を形成させることで、融着帯の通気性の改善効果と、還元効率の改善効果が期待できる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】下村、外３名「鉄と鋼」、６２（１１）、Ｓ４０４、１９７６、ｐ．２８
【非特許文献２】奥田、外５名「鉄と鋼」、７０（４）、Ｓ１０２、１９８９、ｐ．１０２
【非特許文献３】阿南、外５名「ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ」、１２（１）、１９９９、ｐ．２３４
【非特許文献４】佐藤、外２名「川崎製鉄技報」、２９（１）、１９９７、ｐ．３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
コークス混合鉱石層を形成させることで得られる融着帯の通気性の改善効果および還元効率の改善効果を得るには、粒径や密度の異なる鉱石および小塊コークスを必要な位置に必要な量装入することが重要となる。しかしながら、鉱石および小塊コークスは粒状物であるので、粒径差または密度差によって、コークス混合鉱石層の鉱石および小塊コークスは偏析し、当該偏析によって、融着帯の通気性の改善効果および還元効率の改善効果は低減する。鉱石および小塊コークスの粒径は、原料性状の変動、コークス炉および焼結機等の稼働状態によって変動するので鉱石および小塊コークスの粒径差も変動し、これにより、小塊コークスと鉱石との偏析度合も非定常的に変動する。この対策として、オフラインにて鉱石および小塊コークスの粒径を日に数回測定しているが、基本的には人力による作業であるので迅速な測定は難しい。また、コークス混合鉱石層とコークス層の分布は、高炉の操業状態に応じて変更されるが、装入位置の決定は、未だ、操業者の経験と能力に頼るところが大きく、上述した原料性状の変動に対して迅速に対処できない、という課題があった。本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、原料性状等の変動等によって生じる鉱石または小塊コークスの粒径の変化によって生じるコークス混合鉱石層における小塊コークスの偏析を抑制でき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】
【０００８】
このような課題を解決する本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）鉱石と混合コークスとからなる混合原料と塊コークスとを交互に装入して、高炉内にコークス混合鉱石層とコークス層とを交互に形成させて高炉操業を行う高炉操業方法であって、前記鉱石の平均粒径と前記混合コークスの平均粒径とを測定して前記鉱石に対する前記混合コークスの粒径比を算出し、前記粒径比に対応させて前記混合原料の装入範囲を定める、高炉操業方法。
（２）前記粒径比と、混合原料の装入範囲とを用いて、コークス混合鉱石層における前記混合コークスの混合度合を示す指標を算出し、前記指標が予め定められた目標を満足するように前記混合原料の装入範囲を定める、（１）に記載の高炉操業方法。
（３）前記鉱石の平均粒径および前記混合コークスの平均粒径は、前記鉱石および前記混合コークスのそれぞれを高炉へ搬送する搬送ラインに設けられた測定装置によって連続測定される、（１）または（２）に記載の高炉操業方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る高炉操業方法により、原料性状等の変動等によって生じる鉱石および混合コークスの粒径を迅速に把握し、当該粒径の変化に対応して混合原料の装入範囲を変更する。これにより、コークス混合鉱石層における混合コークスの偏析を抑制することができ、この結果、融着帯の通気性の改善効果および還元効率の改善効果の低減が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】高炉の概略縦断面図である。
【図２】模型実験装置の概略図である。
【図３】コークス混合率Ｘｋの分布を示すグラフである。
【図４】粒径比と混合率の偏差σとの関係を示すグラフである。
【図５】混合率の偏差σと高炉の通気性との関係を示すグラフである。
【図６】装入範囲と混合率の偏差σを確認する実験を説明する図である。
【図７】粒径比２．０の混合原料の装入範囲と混合率の偏差σとの関係を示すグラフである。
【図８】本実施形態に係る高炉操業方法が実施できる高炉設備における測定装置の設置場所および測定装置の一例を示す概略図である。
【図９】測定装置で測定された小塊コークスの平均粒径、焼結鉱の平均粒径および小塊コークスと焼結鉱の粒径比の時間推移を示すグラフである。
【図１０】装入範囲と混合率の偏差σとの関係を示すグラフである。
【図１１】高炉の通気性抵抗指数の時間推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明者らは、鉱石に対する混合コークスの粒径比が大きくなるとコークス混合鉱石層におけるコークスの偏析が大きくなり、また、混合原料の装入範囲を拡大すると、コークス混合鉱石層における混合コークスの偏析が小さくなる、という関係を見出した。この関係を用いて、まず、鉱石および混合コークスの搬送ラインに、鉱石および混合コークスの粒径をオンラインで連続測定できる粒径測定装置を設けて鉱石に対する混合コークスの粒径比を把握し、コークス混合鉱石層における混合コークスの混合度合を予測する。次に、予測された混合コークスの混合度合が、目標として予め定められた混合度合を満足しない場合には、混合原料の装入範囲を拡大して、目標とする混合度合を満足するようにコークス混合鉱石層における混合コークスの混合度合を調整できることを見出して本発明を完成させた。以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。
【００１２】
まず、本実施形態における用語を定義する。本実施形態の説明において、混合コークスは、鉱石に混合されるコークスを意味する。混合原料は、鉱石に混合コークスが混合された原料を意味する。本実施形態では、混合コークスとして平均粒径１０〜４０ｍｍの小塊コークスを用い、コークス層に装入されるコークスとして、平均粒径４０〜７０ｍｍの塊コークスを用いた。また、混合コークスが混合される鉱石としては焼結鉱、塊鉱石、ペレット等である。なお、小塊コークスは、塊コークスを篩分ける際に、篩下に篩分けされたコークスであってよい。また、本実施形態において、平均粒径は、他の別段の記載がない場合、算術平均粒径であって以下の式（１）で算出される粒径を意味する。
【００１３】
平均粒径＝Σ（Ｖｉ×ｄｉ）／Σ（Ｖｉ）・・・（１）
但し、（１）式において、Ｖｉは、粒子径ｄｉである粒子の存在比率であり、粒子径ｄｉは、各篩の篩目の中間径である。
【００１４】
はじめに鉱石に対する小塊コークスの粒径比が、コークス混合鉱石層における小塊コークスの偏析に及ぼす影響について確認した実験結果を説明する。図２は、模型実験装置の概略図である。模型実験装置３０は、実高炉に対して１／１７.８に縮尺した実験装置であり、模型実験装置３０を用いて以下の実験を行った。
【００１５】
まず、炉頂バンカー３２に塊コークスを貯留し、その後、集合ホッパー３６を介して原料装入シュート３８から炉体内に塊コークスを装入して、炉体内にコークス層４８を形成させた。原料装入シュート３８は、炉中心５０を回転軸として旋回しながら炉体内の炉口径方向の全域に原料を装入できる。原料装入シュート３８は、炉中心軸上に設けられたシュートピン４０を回転軸として、炉中心５０側から炉壁４２側に向けて動作させることができ、また、炉壁４２側から炉中心５０側に向けて動作させることもできる。このように、原料装入シュート３８が炉中心５０側から炉壁４２側に向けて動作することを傾動といい、炉壁４２側から炉中心５０側に向けて動作することを逆傾動といい、また、図２における角度θを傾動角という。
【００１６】
次に、炉頂バンカー３４に、平均粒径１ｍｍの焼結鉱と小塊コークスを混合した混合原料を貯留し、その後、集合ホッパー３６を介して原料装入シュート３８から炉体内に混合原料を装入して、炉体内にコークス層４８とコークス混合鉱石層４４とを交互に形成させた。
【００１７】
次に、炉体内に形成されたコークス混合鉱石層４４を、炉口径方向に複数の領域に分割し、各領域における焼結鉱と小塊コークスの質量を測定した。測定された焼結鉱と小塊コークスの質量から、炉口径方向の各領域におけるコークス混合率Ｘｋを以下の式（２）を用いて算出した。
【００１８】
Ｘｋ＝［（小塊コークス質量）／（焼結鉱質量）］×１．６×１０００・・・（２）
但し、（２）式において、焼結鉱質量を銑鉄質量に換算するための補正として１．６を乗じている。
【００１９】
図３は、コークス混合率Ｘｋの分布を示すグラフである。図３において、横軸はｒ／Ｒ０（−）であり、縦軸はコークス混合率Ｘｋである。ここで、Ｒ０は炉口径であり、ｒは炉中心からの距離であり、ｒ／Ｒ０（−）は、炉中心５０からの径方向の距離を０〜１で示す無次元距離である。図３における設定値とは、混合原料のコークス混合率である。コークス混合率Ｘｋは、図３に示すように、炉中心５０側および炉壁４２側が設定値よりも高くなり、その間は、設定値よりも低くなる傾向が見られた。このことから、コークス混合鉱石層４４において、小塊コークスは、炉中心５０側および炉壁４２側に偏析することがわかる。
【００２０】
模型実験装置３０を用いて、炉中心５０側から炉壁４２側に向かって炉口半径の６０％となる位置（図３におけるｒ／Ｒ０＝０．６）に、原料装入シュート３８の傾動角を一定とした状態で６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ相当の混合原料を装入し、炉口径方向に複数に分割された各領域のコークス混合率Ｘｋの設定値に対する混合率の偏差σを算出した。混合率の偏差σは、炉口径方向の各領域における設定値とコークス混合率Ｘｋとの差を２乗し、この平均値の平方根をとった値である。焼結鉱と小塊コークスの平均粒径の比を変えた混合原料を用いて同様の操作を行い、混合原料の粒径比と混合率の偏差σとの関係を確認した。
【００２１】
図４は、粒径比と混合率の偏差σとの関係を示すグラフである。図４において、横軸は小塊コークス／焼結鉱の粒径比（−）であり、縦軸は混合率の偏差σ（ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）である。図４に示すように、粒径比が大きくなると混合率の偏差σも大きくなった。このことから、小塊コークス／焼結鉱の粒径比が小さくなると、小塊コークスの偏析が抑制され、小塊コークス／焼結鉱の粒径比が大きくなると、小塊コークスの偏析が悪化することがわかる。なお、図４において、混合率の偏差σが１６．５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇとなる混合原料の粒径比は１．５である。
【００２２】
図５は、混合率の偏差σと高炉の通気性との関係を示すグラフである。図５において、横軸は混合率の偏差σ（ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）であり、縦軸は高炉の通気性指数である。高炉の通気性指数は、混合率の偏差σを変えたコークス混合鉱石層を再現した高炉で測定された送風圧、炉頂圧および送風量を用いて下記（３）式を用いて算出した。
【００２３】
通気抵抗指数＝（ＰＢ２−ＰＴ２）／Ｖ１．７×１００・・・（３）
但し、（３）式において、ＰＢは送風圧（ｋＰａ）であり、ＰＴは炉頂圧（ｋＰａ）であり、Ｖは送風量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）である。
【００２４】
図５に示すように、混合率の偏差σが小さくなると、高炉の通気抵抗指数が低下したが、混合率の偏差σが１６．５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以下となる領域では、混合率の偏差σが小さくなっても通気抵抗指数は低下せず、一定の値となった。混合鉱石層中の小塊コークスは、融着層中のガスパスの役割を果たすが、混合性が改善してガスパスの機能が確保されれば、さらに混合性が改善されても当該ガスパスの機能に影響しないからである。したがって、混合率の偏差σは、１６．５ｋｇ/ｔ-ｐｉｇ以下を目標とすればよいことがわかる。
【００２５】
次に、模型実験装置３０を用いて、粒径比を２．０とした混合原料の装入範囲と混合率の偏差σとの関係を確認した。図６は、装入範囲と混合率の偏差σを確認する実験を説明する図である。図６に示すように、炉中心５０側から炉壁４２側に向けて原料装入シュート３８を傾動させて混合原料を炉体内に装入した。混合原料の装入範囲Ｌは、原料装入シュート先端から排出された原料の主流落下位置が炉中心５０から炉壁４２へ８０％移動した位置を終点として、主流落下位置の範囲で規定される混合原料の装入範囲である。本実験においては、終点位置は変えずに原料装入シュート３８の傾動開始位置を変えることで、装入範囲を調整した。
【００２６】
図７は、粒径比２．０の混合原料の装入範囲と混合率の偏差σとの関係を示すグラフである。図７において、横軸は混合原料の装入範囲（％）であり、当該値は装入範囲Ｌを炉口径Ｒ０で除して１００を乗ずることで算出される値である。縦軸は混合率の偏差σ（ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）である。図７に示すように、径方向の装入範囲を拡大すると混合率の偏差σは小さくなった。このことから、混合原料の径方向の装入範囲を拡大することで、混合率の偏差σを抑制できる、すなわち、コークス混合鉱石層における小塊コークスの偏析を抑制できることがわかる。
【００２７】
一方、混合原料の径方向の装入範囲を拡大すると、装入後のコークス混合鉱石層の堆積角が低下し堆積形状がフラットな形状になる。さらに、フラット化したコークス混合鉱石層の上に装入されるコークス層もフラットな形状になる。このように、コークス混合鉱石層およびコークス層がフラットな形状になると、高炉内を流れるガスは炉壁４２側を流れるようになる。高温のガスが炉壁４２側を流れると、炉壁４２によって抜熱される抜熱量が上昇するので、これを補償する熱量が必要となる。このため、常に混合原料の装入範囲を拡大することは操業効率の低下を招くことになるので、装入範囲の制御が必要になる。なお、図３〜５、図７に示した関係は、模型実験装置を用いた実験により確認されたものであるが、模型実験装置は実高炉を１／１７.８に縮尺した実験装置であるので、当該関係は実高炉においても同様に成立する。
【００２８】
このように、模型実験装置を用いた実験から、混合原料の粒径比が大きくなるとコークス混合鉱石層の混合率の偏差σが大きくなり、混合原料の径方向の装入範囲を拡大するとコークス混合鉱石層の混合率の偏差σが小さくなることがわかった。このような特性を利用して、本実施形態に係る高炉操業方法では、例えば、混合率の偏差σが１６．５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇとなる粒径比と径方向の装入範囲との関係を把握しておき、混合コークスの粒径比を測定し、当該粒径比に対応させて混合原料の径方向の装入範囲を定める。これにより、混合率の偏差σが１６．５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇを超えて大きくなることを抑制できる。なお、本実施形態において、混合率の偏差σは、コークス混合鉱石層４４における小塊コークスの混合度合を示す指標の一例である。
【００２９】
さらに、粒径比ごとに混合率の偏差σと混合原料の装入範囲との関係を把握しておき、粒径比と混合原料の装入範囲とからコークス混合鉱石層の混合率の偏差σを算出し、この混合率の偏差σが予め定められた目標を満足するように混合原料の径方向の装入範囲を定める。これにより、特定の値ではなく、任意に設定された混合率の偏差σの目標を満足するように、混合原料の径方向の装入範囲を定めることができる。例えば、予め定められた目標が、「混合率の偏差σが一定」である場合には、変化前の粒径比と混合原料の装入範囲とから目標となる混合率の偏差σを算出し、変化後の粒径比においてもコークス混合鉱石層の偏差σが一定になるように混合原料の径方向の装入範囲を定める。これにより、混合原料の粒径比が変わったとしてもコークス混合鉱石層の混合率の偏差σを一定にできる。
【００３０】
図８は、本実施形態に係る高炉操業方法が実施できる高炉設備における測定装置の設置場所および測定装置の一例を示す概略図である。図８（ａ）は、高炉１０および測定装置６２を含む高炉設備１００の概略図を示し、図８（ｂ）は、測定装置６２の概略図を示す。図８（ａ）に示すように、測定装置６２は、貯蔵用ホッパー６０から切り出された焼結鉱および小塊コークスのそれぞれを、炉頂バンカー３４へと搬送する搬送ラインである搬送コンベア６４上に設けられる。測定装置６２は、焼結鉱および小塊コークスの平均粒径をオンラインで連続測定する。測定装置６２は、例えば、レーザー距離計を用いた粒子径分布測定装置である。
【００３１】
測定装置６２は、枠体６６と、レーザーを出力するセンサー６８とを有する。枠体６６は、図８に示すように、搬送コンベア６４をまたぐように設置される。センサー６８は、枠体６６の上側に設置される。センサー６８は、搬送コンベア６４上の焼結鉱および小塊コークスにレーザーを連続的に照射してこれらの粒径と個数とをオンラインで測定して粒径分布を算出する。焼結鉱および小塊コークスの平均粒径は、当該測定によって得られた焼結鉱および小塊コークスの粒径分布から算出される。粒径比は、焼結鉱の平均粒径および小塊コークスの平均粒径から算出される。なお、本実施形態において、上記粒径分布を用いて算出される平均粒径は、例えば調和平均粒径である。
【００３２】
図８に示した高炉設備１００を用いることで、焼結鉱の平均粒径および小塊コークスの平均粒径をオンラインで測定でき、これらを用いて混合原料の粒径比を算出できる。これにより、仮に、混合原料の粒径比が上昇してコークス混合鉱石層における混合率の偏差σが大きくなりそうな場合には、コークス混合鉱石層の混合率の偏差σが目標とする偏差σになるように、混合原料の装入範囲を拡大することで、コークス混合鉱石層における混合率の偏差σが大きくなることが抑制され、この結果、小塊コークスの偏析を抑制できる。これにより、コークス混合鉱石層に形成される融着帯の通気性の改善効果の低減を抑制でき、コークス混合鉱石層の還元効率の改善効果の低減も抑制できる。
【実施例】
【００３３】
図８に示した高炉設備１００を用いて、実際に搬送コンベア６４を用いて高炉１０に搬送された焼結鉱および小塊コークスの平均粒径（調和平均粒径）を測定し、当該調和平均粒径を用いて小塊コークスと焼結鉱の粒径比を算出した。図９は、測定装置で測定された小塊コークスの平均粒径、焼結鉱の平均粒径および小塊コークスと焼結鉱の粒径比の時間推移を示すグラフである。図９（ａ）は小塊コークスの平均粒径の時間推移を示し、図９（ｂ）は焼結鉱の平均粒径の時間推移を示し、図９（ｃ）は小塊コークスと焼結鉱の粒径比の時間推移を示す。
【００３４】
図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、１５時間経過前においては粒径比が２．０以下で操業されていたが、１５時間経過後に小塊コークスの粒径が大きくなり、粒径比が２．５まで上昇した。これにより、焼結鉱に混合されている小塊コークスの偏析は悪化し、コークス混合鉱石層を形成させることで得られる融着帯の通気性の改善効果および還元効率の改善効果が得られなくなることが危惧された。そこで、コークス混合鉱石層の小塊コークスの混合率の偏差σを小さくするために、混合原料の装入範囲を拡大した。
【００３５】
図１０は、装入範囲と混合率の偏差σとの関係を示すグラフである。図１０において、横軸は装入範囲（％）であり、縦軸は混合率の偏差σである。図１０には、粒径比２．０と粒径比２．５の場合における混合原料の装入範囲と、コークス混合鉱石層の混合率の偏差σとの関係を示すグラフが示されている。なお、破線は、図７に示したグラフのプロットを、最小二乗法を用いて直線近似した線である。また、点線は、粒径比２．５の混合原料を用いて測定された装入範囲と混合率の偏差σとの関係を示すプロットを同じく最小二乗法を用いて直線近似した線である。図１０を用いて、混合原料の装入範囲の制御について説明する。
【００３６】
図１０における１５時間経過前の混合原料の粒径比は２．０であり、混合原料の径方向の装入範囲は５０％であるので、図１０の破線を用いて、コークス混合鉱石層４４の混合率の偏差σは１６．５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇと算出できる。また、予め定められた目標は、粒径比が変動したとしてもコークス混合鉱石層４４の混合率の偏差σが一定、であるとする。
【００３７】
図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、１５時間経過後においては、小塊コークスの粒径が大きくなり、粒径比は２．５まで上昇した。粒径比が２．５まで上昇すると、コークス混合鉱石層の混合率の偏差σは、図１０の点線から２１．０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに悪化することが予測される。そこで、粒径比２．０の混合率の偏差σである１６．５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇを維持するという目標を満足するように、混合原料の径方向の装入範囲を定める。具体的には、図１０の点線を参照し、粒径比が２．５になっても混合率の偏差σを１６．５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに維持できる径方向の装入範囲を算出する。
【００３８】
図１０から、混合原料の粒径比が２．５の場合には、混合原料の径方向の装入範囲が５５％である場合にコークス混合鉱石層の混合率の偏差σが１６．５ｋｇ／ｔ−ｐｉｇになることがわかる。このため、本実施例では、２０時間が経過するタイミングで、当該混合原料の径方向の装入範囲を５０％から５５％に拡大した。これにより、粒径比２．５の混合原料が装入されることにより生じるコークス混合鉱石層の混合率の偏差σの悪化が抑制され、コークス混合鉱石層の混合率の偏差σは、粒径比２．０の混合原料が装入されたコークス混合鉱石層の混合率の偏差σに維持される。
【００３９】
図１１は、高炉の通気性抵抗指数の時間推移を示すグラフである。図１１において、横軸は時間経過（ｈ）であり、縦軸は通気抵抗指数（−）である。図１１は、図９に示した小塊コークスおよび焼結鉱を高炉に装入して実施した高炉操業の通気抵抗指数を示す。当該操業において、２０時間経過する前は、混合原料の径方向の装入範囲を５０％として混合原料を高炉に装入し、２０時間経過後は、上述した装入範囲の制御に基づいて混合原料の径方向の装入範囲を５０％から５５％に拡大して混合原料を高炉に装入した。図１１に示した通気抵抗指数は、上記（３）式を用いて計算した。
【００４０】
図９（ｃ）に示すように、混合原料の粒径比は１５時間経過後に上昇しはじめる。上述したように、混合原料の粒径比が上昇すると、コークス混合鉱石層における小塊コークスの偏析が大きくなり、混合率の偏差σが大きくなる。図１１に示すように、１５時間経過後から高炉内の通気抵抗指数は上昇しており、これは、混合原料の粒径比が大きくなることによってコークス混合鉱石層における混合率の偏差σも大きくなり、これにより、高炉内の通気抵抗指数が上昇したと考えられる。なお、通気抵抗指数が高いことは、高炉内の通気性が悪いことを示しており、高炉内の通気性が悪化すると高炉の操業は不安定になる。
【００４１】
一方、２０時間経過する辺りから通気抵抗指数は低下しはじめ、２１時間経過後には小塊コークスの粒径が大きくなる前の通気抵抗指数まで低下した。２０時間経過後に、上述した装入範囲の制御に基づいてコークス混合鉱石層の混合率の偏差σが粒径比２．０と同じ混合率の偏差σになるように、径方向の装入範囲が５０％から５５％に拡大されたのでコークス混合鉱石層における混合率の偏差σが小さくなり、これにより、炉体内の通気抵抗指数が低下したと考えられる。
【００４２】
このように、本実施形態に係る高炉操業方法では、測定装置６２を用いて焼結鉱と小塊コークスの平均粒径を連続測定し、高炉に装入される混合原料の粒径比を算出する。そして、当該混合原料が高炉内に装入されることで形成されるコークス混合鉱石層の混合率の偏差σを算出し、算出された混合率の偏差σが目標値を満足するように混合原料の径方向の装入範囲を定める。
【００４３】
特に、混合原料の粒径比が大きくなって小塊コークスの偏析が悪化すると考えられる場合には、当該粒径比に対応させて混合原料の装入範囲を拡大させることで、コークス混合鉱石層における小塊コークスの偏析を抑制できる。この結果、高炉内における融着層の通気性の改善効果を維持でき、さらには、コークス混合鉱石層の還元効率の改善効果も維持できる。
【００４４】
なお、混合原料の径方向の装入範囲の制御に当たっては、装入物分布を推定可能なシミュレータを使用してもよい。シミュレータとしては、例えば、非特許文献４に記載のシミュレータを用いてよい。このシミュレータには高炉の装入物分布予測モデルが含まれており、当該シミュレータを用いることで、高炉炉頂部に設置された原料装入シュートの傾動角、原料装入シュートの旋回数、対象とする高炉の寸法等に応じた落下軌跡がシミュレートできる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  高炉
１２  鉱石層
１４  コークス層
１６  矢印
１８  ガス流れ
２０  羽口
２２  融着層
３０  模型実験装置
３２  炉頂バンカー
３４  炉頂バンカー
３６  集合ホッパー
３８  原料装入シュート
４０  シュートピン
４２  炉壁
４４  コークス混合鉱石層
４８  コークス層
５０  炉中心
６０  貯蔵用ホッパー
６２  測定装置
６４  搬送コンベア
６６  枠体
６８  センサー
１００  高炉設備
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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