(57)【要約】【課題】フェロコークスを高炉装入原料として使用して低還元材比操業を行う際に、ガス利用率５４．８％以下となるように炉頂ガスのＣＯ2濃度の上昇を抑止して、亜鉛の炉外排出状況の悪化を抑止できる、高炉の操業方法を提供すること。【解決手段】フェロコークスを高炉装入原料として使用して低還元材比の高炉操業を行う際に、炉内への投入水素量を増加させることで、ＣＯガス利用率を５４．８％以下に抑制し、亜鉛排出促進を図ることを特徴とする高炉操業方法を用いる。投入水素量を増加させる手段が、水素含有量の多いガスの羽口からの吹き込み又は送風中の湿分の増加によること、水素含有量の多いガスが、ＬＮＧまたはコークス炉ガスであることが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェロコークスを高炉装入原料として使用して低還元材比の高炉操業を行う際に、炉内への投入水素量を増加させることで、ＣＯガス利用率を５４．８％以下に抑制し、亜鉛排出促進を図ることを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
前記投入水素量を増加させる手段が、水素含有量の多いガスの羽口からの吹き込みであることを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項３】
前記水素含有量の多いガスが、ＬＮＧまたはコークス炉ガスであることを特徴とする請求項２に記載の高炉操業方法。
【請求項４】
前記投入水素量を増加させる手段が、送風中の湿分の増加によることを特徴とする請求項１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、炭材と鉄鉱石との混合物を成型、乾留して製造されたフェロコークスを使用する際の高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の還元材比低下のためには、高炉内に形成される熱保存帯温度を低下させる手法が有効である（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
熱保存帯温度を低下させる手段としては、下記（１）式に示すコークスのガス化反応（吸熱反応）の開始温度の低温化が挙げられる。
ＣＯ2＋Ｃ  →  ２ＣＯ  ・・・  （１）
石炭等の炭材と鉄鉱石とを混合して成型した成型物を乾留して製造されるフェロコークスは、還元された鉄鉱石の触媒効果でフェロコークス中のコークスのＣＯ2反応性を高めることができ、熱保存帯温度の低下によって還元材比を低下させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ここで、高炉還元材比低減に伴い、一般には炉頂ガスのＣＯ2濃度が増加、ＣＯ濃度が低下し、ＣＯガスの利用率（（炉頂ガス中ＣＯ2％／炉頂ガス中(ＣＯ＋ＣＯ2)％）×１００、以下、「ガス利用率」と記載する。）が増加する。ガス利用率増加は、高炉内を循環する物質の挙動に影響を及ぼすと考えられる。亜鉛に関しては、下記（２）式に示す反応によって炉内を循環している。
Ｚｎ（ｇ）＋ＣＯ2  ＝  ＺｎＯ＋ＣＯ  ・・・  （２）
他の装入原料に混入して高炉内に装入された亜鉛は、シャフト部で還元されＺｎ蒸気となって炉頂ガスとして排出されるが、酸化性雰囲気の炉頂部で再酸化して炉壁部に付着する場合がある（例えば、非特許文献２参照。）。炉上部のＣＯガスの酸化度が上がりＣＯ2濃度が上昇すると上記（２）式に示したＺｎＯへの再酸化が促進され、炉壁付着物を形成することによって炉外への排出が不良になると考えられる。炉壁付着物は、その生成による装入物降下挙動の不安定化、剥離した付着物の炉下部への降下による炉熱変動等の操業不安定の要因となる。
【０００５】
一方、これまでの低還元材比操業実績として、還元材比３９６ｋｇ／ｔの記録があることが知られているが、その際のガス利用率は５４．８％であり（非特許文献３参照。）、これを高炉操業安定のためのガス利用率の上限、すなわちＣＯガスの酸化度の上限の目安とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２８５９４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】日本鉄鋼協会  「鉄と鋼」８７、２００１年、ｐ．３５７
【非特許文献２】日本鉄鋼協会  「鉄と鋼」６０、１９７４年、Ｓ−３９１
【非特許文献３】日本鉄鋼協会  「鉄と鋼」６８、１９８２年、ｐ．２３６１
【非特許文献４】日本鉄鋼協会  「鉄と鋼」７９、１９９３年、Ｎ７１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＣＯ2排出量削減のためには、さらに高炉の低還元材比操業を推進することが望ましいが、上記のように亜鉛の炉外排出状況が悪化して、亜鉛に起因する炉壁付着物が形成されるという問題がある。
【０００９】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、フェロコークスを高炉装入原料として使用して低還元材比操業を行う際に、ガス利用率５４．８％以下となるように炉頂ガスのＣＯ2濃度の上昇を抑止して、亜鉛の炉外排出状況の悪化を抑止できる、高炉の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】
【００１０】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）フェロコークスを高炉装入原料として使用して低還元材比の高炉操業を行う際に、炉内への投入水素量を増加させることで、ＣＯガス利用率を５４．８％以下に抑制し、亜鉛排出促進を図ることを特徴とする高炉操業方法。
（２）前記投入水素量を増加させる手段が、水素含有量の多いガスの羽口からの吹き込みであることを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
（３）前記水素含有量の多いガスが、ＬＮＧまたはコークス炉ガスであることを特徴とする（２）に記載の高炉操業方法。
（４）前記投入水素量を増加させる手段が、送風中の湿分の増加によることを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フェロコークスを使用して高炉の還元材比を低下させる際、炉頂ガスのガス利用率（ＣＯ2／(ＣＯ＋ＣＯ2)）の上昇を抑止でき、亜鉛の炉外排出状況の悪化を抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】インプット水素と炉頂ガス利用率の関係を示すグラフ。
【図２】還元材比と炉頂ガス利用率の関係を示すグラフ。
【図３】フェロコークスの使用方法を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、フェロコークスを使用して高炉操業を行うに際し、還元材比低減に伴い上昇するガス利用率を５４．８％以下に抑制しながら、炉外への亜鉛排出促進を図るものであり、炉内への投入水素量を増加させることで、ガス利用率上昇を抑制するものである。この原理を以下に説明する。
【００１４】
熱保存帯温度変更によるＦｅＯ−Ｆｅの平衡ガス組成下記（下記（３）式）の制御がフェロコークス使用による還元材比低減機構の根幹である。
η＝（ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ）／（ＣＯ＋ＣＯ2＋Ｈ2＋Ｈ2Ｏ）  ・・・  （３）
一方、熱保存帯では下記（４）式で示す水性ガスシフト反応が平衡していると考えられる。
Ｋ＝（ＣＯ2＋Ｈ2）／（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ）  ・・・  （４）
従って、熱保存帯でのガス組成は、ＣＯ＋ＣＯ2量のみならず、Ｈ2＋Ｈ2Ｏ量にも影響を受ける。このＨ2＋Ｈ2Ｏ量における水素の総量は、羽口から吹き込まれる送風中湿分、および吹きこみ還元材中から高炉に投入される水素によって決定される。さらに、炉頂のガス組成は熱保存帯温度のガス組成に影響を受ける。高炉の熱・物質収支を表現するリスト（Rist）モデル（例えば、非特許文献４参照。）を用いて算出した、各熱保存帯温度における炉頂（ＣＯ2／(ＣＯ＋ＣＯ2)）×１００（ガス利用率）に及ぼす投入水素量（インプット水素量）の影響を図１に示す。同じ投入水素量では熱保存帯温度の低下に伴ってガス利用率が上昇するが（例えば、熱保存帯温度１０００℃の点から真上へ向かった変化）、熱保存帯温度低下時に投入水素量を増加させると（例えば、熱保存帯温度８５０℃の点から右斜め下方へ向かった変化）、ガス利用率の上昇が抑止されることがわかる。この時の還元材比と炉頂ガス利用率の関係を図２に示す。
【００１５】
図２によれば、熱保存帯温度低下による還元材比の低下に伴いガス利用率が増加するが、インプット水素量を上昇させることにより同じ還元材比でもガス利用率を低下させることができることが分かる。
【００１６】
以上のことから、フェロコークスを使用して熱保存帯温度を低下させて還元材比低減を図る場合、インプット水素を増加することによって炉頂ガスの（ＣＯ2／(ＣＯ＋ＣＯ2)）×１００（ガス利用率）の上昇を抑止でき、亜鉛の炉外排出状況の悪化を抑止することが期待できる。インプット水素の増加方法は、水素含有量の多いガスを羽口から吹き込むことや、送風中の湿分の増加が挙げられる。
【００１７】
羽口から吹き込む水素含有量の多いガスとしては、ＬＮＧやコークス炉ガスを用いることが好ましい。ＬＮＧ（液化天然ガス：水素含有率約２４％）やコークス炉ガス（ＣＯＧ：水素含有率約７０％）等の水素含有量の多いガスを、微粉炭の少なくとも一部に代替して高炉の羽口から吹き込むことで、ＣＯ2削減の効果を高めることができる。送風中の湿分の増加は、水蒸気の添加により行うことができる。
【００１８】
尚、本発明において高炉の低還元材比操業とは、還元材比４７０ｋｇ／ｔ以下の操業を指すものとする。
【実施例１】
【００１９】
フェロコークスの高炉使用試験を実施した。フェロコークスは、石炭と鉱石の混合物をブリケットマシンで成型後、竪型シャフト炉に装入し、乾留して製造され、その寸法は３０×２５×１８ｍｍの印籠型とした。また、フェロコークス中の鉄分は３０ｍａｓｓ％であり、残り７０ｍａｓｓ％のコークス分におけるカーボン分は８８ｍａｓｓ％である。
【００２０】
比較のためのベース操業として、フェロコークスを使用しない通常の高炉操業を行い、ケース１、２をフェロコークスを鉱石層に均一に混合して高炉炉頂から装入した操業を行った場合とした。ケース１、２では、図３に示すように、フェロコークス１は鉱石２に混合して使用し、室炉コークス３と交互に層状に積層して高炉に装入した。高炉還元材比および炉頂ガス利用率の変化を表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１によれば、ベースの場合は、還元材比が４９０ｋｇ／ｔであり、ガス利用率（炉頂ガス利用率）が５０．１％程度にとどまっている。これに対して、ケース１のようにフェロコークスを併用することで還元材比は４４４ｋｇ／ｔに低減したが、ガス利用率が５６．３％と大幅に上昇し、高炉投入亜鉛量に比べ、高炉ダスト中に含まれる亜鉛濃度が大幅に低下した。ケース１の場合、ダスト中に含まれる亜鉛量は高炉に投入される亜鉛量を下回り、亜鉛の炉内蓄積量が増加していると推察される。
【００２３】
一方、フェロコークス使用時にＬＮＧを羽口から吹き込んだケース２の場合、ケース１と同等の還元材比条件でもガス利用率は５４．１％であり、５４．８％以下の低位となり、ダスト中に含まれる亜鉛量はケース１に比べて増加し、投入量と同等であった。フェロコークス使用時であっても、亜鉛の高炉炉内蓄積はない状態で高炉操業が実現できた。
【符号の説明】
【００２４】
１    フェロコークス
２    鉱石
３    室炉コークス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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