(57)【要約】【課題】高炉操業において、低コークス比及び低還元材比での操業を実現する。【解決手段】本発明の高炉の原料装入方法は、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と共にコークスの中心装入を行うに際し、焼結鉱に還元粉化指数(RDI)が25.0以上40.0以下のものを35.0質量％以上50.0質量％以下のものを用い、鉄鉱石ペレット１に50%径が9.0mm以上11.0mm以下で標準偏差σが1.6以下のものを25.0質量％以上40.0質量％以下含むものを用い、１バッチ目と２バッチ目とを合計した鉄鉱石ペレット１の全装入量に対して、２バッチ目が占める割合が60.0質量％以上且つ80.0質量％以下となるように原料を装入すると共に、１バッチ目と２バッチ目とを合計したコークスの全中心装入量に対して、２バッチ目の中心装入量が占める割合が55.0質量％以上、且つ65.0質量％以下となるようにコークスの中心装入を行う。【選択図】図９
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【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と共にコークスの中心装入を行う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％以下とされており、
前記鉱石を炉内に装入するに際しては、鉱石を２回のバッチに分けて装入すると共に、１バッチ目と２バッチ目とを合計した鉄鉱石ペレットの全装入量に対して、前記２バッチ目に装入される鉱石層中に含まれる鉄鉱石ペレットの装入量が占める割合が60.0質量％以上、且つ80.0質量％以下となるように、前記鉱石を炉内に装入するものとし、
前記コークスの中心装入を行うに際しては、前記中心装入されるコークスを２バッチに分けて装入すると共に、１バッチ目と２バッチ目とを合計したコークスの全中心装入量に対して、２バッチ目に装入されるコークスの中心装入量が占める割合が55.0質量％以上、且つ65.0質量％以下となるように、前記コークスの中心装入を行う
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。
向流移動型の炉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、炉内に装入された充填層の圧力損失（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)）であっても、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、コークスに高強度のものを使用すると、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】
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。
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。
【００１０】
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】
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、炉全体の通気性を改善することで、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と共にコークスの中心装入を行う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％以下とされており、前記鉱石を炉内に装入するに際しては、鉱石を２回のバッチに分けて装入すると共に、１バッチ目と２バッチ目とを合計した鉄鉱石ペレットの全装入量に対して、前記２バッチ目に装入される鉱石層中に含まれる鉄鉱石ペレットの装入量が占める割合が60.0質量％以上、且つ80.0質量％以下となるように、前記鉱石を炉内に装入するものとし、前記コークスの中心装入を行うに際しては、前記中心装入されるコークスを２バッチに分けて装入すると共に、１バッチ目と２バッチ目とを合計したコークスの全中心装入量に対して、２バッチ目に装入されるコークスの中心装入量が占める割合が55.0質量％以上、且つ65.0質量％以下となるように、前記コークスの中心装入を行うことを特徴とする。
【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、炉全体の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】従来の鉄鉱石ペレットを含む原料を、従来の装入方法で炉内に装入した場合の原料の堆積状態を示した図である。
【図７】本発明の鉄鉱石ペレットを含む原料を、従来の装入方法で炉内に装入した場合の原料の堆積状態を示した図である。
【図８】本発明の鉄鉱石ペレットを含む原料を、鉱石装入の１バッチ目よりも２バッチ目に多くペレットが配合されるようにして炉内に装入した場合の原料の堆積状態を示した図である。
【図９】本発明の鉄鉱石ペレットを含む原料を、本発明の装入方法で炉内に装入した場合の原料の堆積状態を示した図である。
【図１０Ａ】鉄鉱石ペレットがコークスの層内に入り込んでしまった炉内の原料の堆積状態を示した図である。
【図１０Ｂ】鉄鉱石ペレットがコークスの層内に入り込まないように装入された炉内の原料の堆積状態を示した図である。
【図１１】コークス比と全通気抵抗指数の関係を実施例と比較例で比較して示したグラフである。
【図１２】還元材比と全通気抵抗指数の関係を実施例と比較例で比較して示したグラフである。
【図１３】全通気抵抗指数が２．６となる場合のコークス比（補正コークス比）を実施例と比較例で比較して示したグラフである。
【図１４】全通気抵抗指数が２．６となる場合の還元材比（補正還元材比）を実施例と比較例で比較して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、以下に示すことが志向されている。
・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。
なお、上述した用語の定義については、以下の表１に示す。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
さて、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。
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、高炉の操業においてはほとんど問題とならない。
【００３５】
詳しくは、図２に示すように、高炉内での還元過程については、装入後の高炉上部（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、高炉内の通気性が悪化してしまうこととなる。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
そこで、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ような原料装入を可能としている。
【００３８】
具体的には、図６〜図９に示すように、本発明では、高炉への原料装入はコークスと鉱石（例えば、焼結鉱/鉄鉱石ペレット/塊鉱石/メタル）のそれぞれを２バッチ以上（複数バッチ）に分割して交互に炉内へ装入している。例えば、コークスと鉱石とをそれぞれ２バッチずつ装入する本実施形態では、層状に装入されたコークス第1バッチ(C1)→コークス第2バッチ(C2) →コークス中心装入第1バッチ(CCC1) →鉱石第1バッチ(O1) →コークス中心装入第2バッチ(CCC2) →鉱石第2バッチ(O2)の順に、原料を装入している。
【００３９】
そして、一般的に鉱石粒子はコークス粒子と比較して粒径が小さいため、鉱石層は空隙率が小さく、ガスが流れにくい。つまり、高炉の径方向に沿ったガス流れ分布は鉱石層厚（Lo）とコークス層厚（Lc）の比であるLo/Lc分布で制御することができ、Lo/Lcが低い領域はガスが流れやすい。安定操業のためには中心部のLo/Lcを小さくすることにより適度な中心ガス流を確保し、逆Ｖ型の融着帯を形成すること好ましい。
【００４０】
例えば、本発明でも行われるコークス中心装入は、炉中心にコークスを装入することにより中心部のLo/Lcを低下させ、中心流を強化する役割を果たす。これにより、逆V型の融着帯が形成され、安定操業の役割を果たしている。また、中心装入により、炉芯の活性化や通液性の向上などの効果もある（例えば、「ふぇらむ」、Vol.9 (2004) No.10、p721〜728参照）。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
焼結鉱は、高炉の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、高炉の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。
【００４４】
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。
【００４５】
一方、図７に示す本発明の鉄鉱石ペレット１は、図６に示す従来のペレットよりも、50%粒径が小さくなっている。このように粒径が小さく軽い鉄鉱石ペレット１を用いると、装入の際にコークス層に鉄鉱石ペレット１が潜り込むことはなくなる。しかし、粒径が小さいということは、コークス層の空隙へ鉄鉱石ペレット１が潜り込む可能性も上がり、コークス層の空隙が鉄鉱石ペレット１で塞がれて通気性が若干低下する可能性も高くなる。具体的には、鉱石第１バッチ(O1)の鉄鉱石ペレット１の一部がコークス第2バッチ(C2)のコークス層へ潜り込み、このコークス層の空隙の一部を埋めてしまう虞がある。
【００４６】
そこで、本発明の原料装入方法では、鉱石第１バッチ(O1)と鉱石第２バッチ(O2)とを合計した鉱石の全装入量に対して、鉱石第1バッチ(O1)で装入される鉄鉱石ペレット１の装入量が占める割合をP1（質量%)、鉱石第2バッチ(O2) で装入される鉄鉱石ペレット１の装入量が占める割合をP2（質量%)と定義した場合、P2/（P1＋P2）×100＝60.0〜80.0質量％、P1/（P1＋P2）×100＝20.0〜40.0質量%としている。このようにすれば、コークス層の上側から装入される鉱石第1バッチ(O1)の鉄鉱石ペレット１の絶対量が少なくなり、コークス層の空隙への鉄鉱石ペレット１の潜り込みが抑制され、コークス層の空隙率を増加させることができる（空隙率を低下しないようにすることができる）。
【００４７】
一方、図８に示すように、上記したように鉱石第1バッチ(O1)の鉄鉱石ペレット１を減らして、鉱石第2バッチ(O2)に鉄鉱石ペレット１を増配すると、鉄鉱石ペレット１は球形であるため高炉の中心部へも流れ込み、中心近傍のLo/Lcが増加させてしまい、良好な中心流を得ることができなくなる虞がある。
そこで、図９に示すように、本発明の原料装入方法では、中心装入されるコークスの全中心装入量に対して、第１バッチに中心装入されるコークスの中心装入量が占める割合をCCC1（質量％）、第２バッチに中心装入されるコークスの中心装入量が占める割合をCCC2（質量％）とした場合、上記した条件に加えてCCC2/(CCC1+CCC2)×100＝55.0〜65.0質量％という条件も満足するものとしている。なお、上述したCCC1、CCC2については、中心装入されるコークスが２バッチしかないため、（CCC1＋CCC2＝100質量%)が成立することは言うまでもない。
【００４８】
上述したような条件でコークスの中心装入を行えば、50%粒径が小さい鉄鉱石ペレット１を、「P2/（P1＋P2）×100」が60.0〜80.0質量％となるように鉱石第1バッチ(O1)及び鉱石第2バッチ(O2)に配合しても、中心近傍のLo/Lｃが目立って低下することがなく、高炉の全通気抵抗を低下させて低コークス比で操業を行うことができる。
以下、本発明の原料装入方法の詳細について説明する。
【００４９】
本実施形態の装入方法は、上述したようにコークス第1バッチ(C1)→コークス第2バッチ(C2) →鉱石第1バッチ(O1) →鉱石第2バッチ(O2)の操作を1チャージ（1サイクル）とし、このチャージを繰り返すものとなっている。コークス中心装入を実施する際は、一例として、コークス第2バッチ(C2)と鉱石第1バッチ(O1)との間、あるいは鉱石第1バッチ(O1)と鉱石第2バッチ(O2)の間に実施するとよい。
【００５０】
炉内に装入される鉱石の代表的な原料としては、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。被還元性が高い鉱石を使用すると、還元材比が低下して、低還元材比操業が可能となる。また、強度が高い鉱石を使用すると、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)）でも、熱源、還元材、加炭材の役割を代替することは可能である。しかし、スペーサーの役割について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。
【００５１】
そこで、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。
【００５２】
なお、上述した還元粉化指数(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、粒子径が3mm以下のものが質量割合でどの程度含まれているかで示される。具体的には、還元粉化指数(RDI)は、以下の式を用いて算出される。
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、上述した回転試験器は、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。
【００５３】
このようにして求められた還元粉化指数(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。
ところで、本発明では、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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。この鉄鉱石ペレット１は、粒子径の分布を有している。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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の粒子径や配合比率を、上記したように規定している。
【００６７】
一方、上述したように、高炉への原料装入は、例えば、焼結鉱、鉄鉱石ペレット１、塊鉱石、メタルなどの鉱石と、コークスとを、それぞれを２バッチ以上に分割して交互に炉内へ装入している。具体的には、１チャージの間に、コークス第1バッチ(C1)→コークス第2バッチ(C2)→コークス中心装入第1バッチ(CCC１)→鉱石第1バッチ(O1) →コークス中心装入第2バッチ(CCC2)→鉱石第2バッチ(O2)の順で装入操作が行われる。
【００６８】
ここで、鉄鉱石ペレット１に上述したような50%粒径が小さいものを用いると、鉄鉱石ペレット１が先に装入され堆積されていたコークス層の空隙へ潜り込みやすくなる。
例えば、図１０Ａに示すように、小さい粒径の鉱石を装入すると、鉱石中の鉄鉱石ペレット１の一部がコークス層の空隙へ潜り込む。具体的には、鉱石第１バッチ(O1)の鉄鉱石ペレット１の一部が、先に炉内に装入されていたコークス第2バッチ(C2)の層（充填層）へ潜り込み、コークス層の空隙の一部を埋めてしまう。そうすると、コークス層の通気性が悪化してしまう。
【００６９】
そこで、本発明では、２バッチ目に装入される鉱石層に含まれる鉄鉱石ペレット１の装入量を増やす代わりに、１バッチ目で装入される鉱石層に含まれる鉄鉱石ペレット１の装入量を減らし、鉄鉱石ペレット１をコークス層に潜り込みにくくさせている。
具体的には、鉱石に含まれる鉄鉱石ペレット１の装入量の割合をP1（質量％）、鉱石第2バッチ(O2) で装入される鉱石に含まれる鉄鉱石ペレット１の装入量の割合をP2（質量％）と定義した場合に、鉱石第1バッチ(O1)と鉱石第2バッチ(O2)との合計で示される鉄鉱石ペレット１の全装入量に対して、鉱石第2バッチ(O2)で装入される鉄鉱石ペレット１の装入量が占める割合（P2/（P1＋P2）×100）を60.0質量%以上、且つ、80.0質量％以下に規定している。
【００７０】
このように鉱石第1バッチ(O1)における鉄鉱石ペレット１の装入量が占める割合を60.0質量%以上、且つ、80.0質量％以下に規定した場合、鉱石第1バッチ(O1)における鉄鉱石ペレット１の装入量が占める割合（すなわち、P1/（P1＋P2）×100で示される割合）は20.0〜40.0質量%と小さくなり、鉱石第1バッチ(O1)に含まれる鉄鉱石ペレット１の絶対量が減るため、図１０Ｂに示すようにコークス層への鉄鉱石ペレット１の潜り込みが抑制され、コークス層（コークス第2バッチ(C2)）の空隙率の低下を抑制することができる。
【００７１】
なお、P2/（P1＋P2）×100が60.0質量％未満の場合、P1/（P1＋P2）×100が40.0質量％より大きくなり、コークス層に鉄鉱石ペレット１の一部が潜り込み、空隙率が低下する。そのため、上部通気抵抗指数（全通気抵抗指数）が悪化する。そのため、コークス比を増加しないと操業できない。
また、P2/（P1＋P2）×100が80.0質量％より大きい場合、P1/（P1＋P2）×100が20.0質量％未満となり、鉱石第2バッチ(O2)で装入される鉄鉱石ペレット１が高炉の中心部へ流れ込む量が増加する。これにより、中心近傍の鉱石層厚/コークス層厚（Lo/Lc)が上昇し、安定した中心流を得ることができず、上部通気抵抗指数（全通気抵抗指数）が悪化する。そのため、低コークス比で操業を行うことができない（コークス比を増加しないと操業できない）。
【００７２】
なお、上述した上部通気抵抗指数や全通気抵抗指数などは、高炉内に装入された原料の充填層の通気性を表す指数である通気抵抗指数Kを用いたものとなっている。この通気抵抗指数Kが大きい値の場合には、高炉内の通気性が悪い、つまり充填層の圧損が高いことを示している。一方、通気抵抗指数Kが小さい値の場合には、高炉内の通気性が良い、つまり充填層の圧損が低いことを示している。この通気抵抗指数Kは、以下の式を用いて算出される。
【００７３】
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
一方、図８に示すように、上記したように鉱石第1バッチ(O1)の鉄鉱石ペレット１を減らして、鉱石第2バッチ(O2)に鉄鉱石ペレット１を増配すると、鉄鉱石ペレット１は球形であるため鉱石第2バッチ(O2)から高炉の中心部へ鉄鉱石ペレット１が流れ込みやすくなり、中心近傍のLo/Lcが増加してしまい、良好な中心流を得ることができなくなる虞もある。
【００７４】
そこで、本発明では、２バッチ目に装入される鉱石層に含まれる鉄鉱石ペレット１の量を増やす代わりに、１バッチ目で装入される鉱石層に含まれる鉄鉱石ペレット１の量を減らし、鉄鉱石ペレット１をコークス層に潜り込みにくくさせている。
具体的には、２バッチ目に中心装入されるコークス層（コークス中心層）に含まれるコークス量を増やして、中心近傍のLo/Lcを低下させないようにし、良好な中心流を維持できるようにしている。
【００７５】
具体的には、中心装入されるコークスの全中心装入量に対して、第1バッチのコークス中心装入量が占める割合をCCC1（質量％）、第2バッチのコークス中心装入量が占める割合をCCC2（質量％）と定義すると、コークスの全中心装入量に対する第2バッチのコークス中心装入量が占める割合（CCC2/（CCC1＋CCC2)×100）を、55.0質量％以上、且つ、65.0質量％以下の範囲に規定している。
【００７６】
このように第2バッチのコークス中心装入量が占める割合を55.0質量％以上、且つ、65.0質量％以下の範囲とすれば、鉄鉱石ペレット１が高炉の中心部に流れ込んで、高炉の中心近傍のLo/Lcが低下することがない。そのため、良好な中心流が得られ、炉上部通気抵抗指数が低下する。また、本発明の鉄鉱石ペレット１を用いれば被還元性も向上するため、融着帯の通気改善効果が発現し、炉下部通気抵抗指数も低下する。その結果、炉上部通気抵抗指数と炉下部通気抵抗指数との双方が低下するため、全通気抵抗指数も低下する。
【００７７】
なお、上記したCCC2/（CCC1＋CCC2)×100が55.0質量％未満の場合、鉱石第2バッチの鉄鉱石ペレット１がコークス中心装入へ流れ込む影響で、中心近傍のLo/Lcが増加し、良好な中心ガス流が得られず、上部通気抵抗指数（全通気抵抗指数）が悪化する。そのため、コークス比を増加しないと操業できない（低コークス比操業ができない）。
また、CCC2/（CCC1＋CCC2)×100が65.0質量％より多い場合、CCC1/（CCC1＋CCC2)×100が35.0質量%未満となり、鉱石第1バッチの鉄鉱石ペレット１が高炉の中心へ流れ込む影響で、高炉の中心近傍のLo/Lcが増加し、良好な中心ガス流が得られず、上部通気抵抗指数（全通気抵抗指数）が悪化する。そのため、コークス比を増加しないと操業できない（低コークス比操業ができない）。
【００７８】
以上のように、本発明の高炉の原料装入方法は、鉱石層の鉄鉱石ペレット１が装入の際にコークス層に潜り込むことがないように、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％以下となるような小径な鉄鉱石ペレット１を用いたものとなっている。ただ、小径な鉄鉱石ペレット１を用いるだけであれば、これらの鉄鉱石ペレット１がコークス層の隙間に入り込んで通気性を悪化させたり、転がってコークス中心層のLo/Lcを悪化させたりする可能性があるため、上述したP2/（P1＋P2）×100及びCCC2/（CCC1＋CCC2)×100を調整することで、通気性をさらに良好にできるようにしている。
［実施例］
以下に、本発明の高炉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。
【００７９】
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。
【００８０】
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、炉全体）が操業可能な範囲となるように、コークス比や還元材比を調整した。
この実機テストの結果として、各条件で操業可能な微粉炭比（PC比）、コークス比、還元材比、通気抵抗指数（炉上部、炉下部、全体）、補正コークス比及び補正還元材比（全通気抵抗指数が2.6になる場合のコークス比及び還元材比）の値が分かる。なお、本実機テストの結果において、補正コークス比が284 kg/tp以下、補正還元材比が481 kg/tp以下となる場合に、「○」の評価、つまり合格の評価と判断した。
【００８１】
表２〜表９に、本発明の高炉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。
【００８２】
【表２】
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【００８３】
【表３】
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【００８４】
【表４】
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【００８５】
【表５】
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【００８６】
【表６】
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【００８７】
【表７】
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【００８８】
【表８】
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【００８９】
【表９】
2019127628.tif 000011
【００９０】
表１の実施例１〜４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５〜７は、鉱石中における焼結鉱の配合比率を変更して行った実機テストの結果である。実施例８〜１１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。実施例１２〜１４は、鉱石中における鉄鉱石ペレット１の粒子径分布の標準偏差σを変更して行った実機テストの結果である。実施例１５〜１８は、鉱石中における鉄鉱石ペレットの配合比率を変更して行った実機テストの結果である。実施例１９〜２２は、鉱石の全装入量に対して鉱石第2バッチ(O2)の鉄鉱石ペレット１の装入量が占める割合（P2/（P1＋P2）×100）を変更して行った実機テストの結果である。実施例２３〜２６は、コークスの全中心装入量に対する第2バッチのコークス中心装入量が占める割合CCC2/（CCC1＋CCC2)×100を変更して行った実機テストの結果である。
【００９１】
表１０〜表１７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。
【００９２】
【表１０】
2019127628.tif 000012
【００９３】
【表１１】
2019127628.tif 000013
【００９４】
【表１２】
2019127628.tif 000014
【００９５】
【表１３】
2019127628.tif 000015
【００９６】
【表１４】
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【００９７】
【表１５】
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【００９８】
【表１６】
2019127628.tif 000018
【００９９】
【表１７】
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【０１００】
表１０、表１２、表１４、表１６の比較例１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。比較例２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。
【０１０１】
表１０、表１２、表１４、表１６の比較例３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。比較例４を参照すると、焼結鉱の配合比率が51.0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。
【０１０２】
表１０、表１２、表１４、表１６の比較例５、６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。比較例７、８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。
【０１０３】
表１０、表１２、表１４、表１６の比較例９〜１１を参照すると、鉄鉱石ペレット１の粒子径分布の標準偏差σが1.8,2.0,2.3(＞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。
表１０、表１２、表１４、表１６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１１、表１３、表１５、表１７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。
【０１０４】
表１１、表１３、表１５、表１７の比較例１４〜１７を参照すると、鉱石の全装入量に対して鉱石第2バッチ(O2)の鉄鉱石ペレット１の装入量が占める割合（P2/（P1＋P2）×100）が30.0質量％,40.0質量％,50.0質量％,50.0質量％(＜60.0質量％)と減少している。すなわち、鉱石第1バッチで装入される鉄鉱石ペレット１の量が多いため、装入時にコークス層に鉄鉱石ペレット１がコークス層へ潜り込み、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。比較例１８、１９を参照すると、鉱石の全装入量に対して鉱石第2バッチ(O2)の鉄鉱石ペレット１の装入量が占める割合（P2/（P1＋P2）×100）が85.0質量％,85.0質量％(＞80.0質量％)と増加している。すなわち、鉱石第2バッチで装入される鉄鉱石ペレット１の量が多いため、炉中心に鉄鉱石ペレット１が流れ込み、中心近傍のLo/Lc（鉱石層厚/コークス層厚）が上昇し、安定した中心流を得ることができず、上部通気抵抗指数が悪化してしまい、コークス比が増加してしまっていることがわかる。
【０１０５】
表１１、表１３、表１５、表１７の比較例１８、１９を参照すると、コークスの全中心装入量に対する第2バッチのコークス中心装入量が占める割合CCC2/（CCC1＋CCC2)×100が45.0質量％,50.0質量％ (＜55.0質量％)と減少している。すなわち、第2バッチに中心装入されたコークス中心層が薄いため、鉱石第2バッチで装入される鉄鉱石ペレットが中心に流れ込みやすくなり、装入時にコークス層に鉄鉱石ペレット１が入り込み、中心近傍のLo/Lc（鉱石層厚/コークス層厚）が上昇し、安定した中心流を得ることができず、上部通気抵抗指数が悪化してしまい、コークス比が増加してしまっていることがわかる。比較例２０、２１を参照すると、コークスの全中心装入量に対する第2バッチのコークス中心装入量が占める割合CCC2/（CCC1＋CCC2)×100が70.0質量％,75.0質量％ (＞65.0質量％)と減少している。すなわち、第1バッチに中心装入されたコークス中心層が薄いため、鉱石第1バッチで装入される鉄鉱石ペレット１が中心に流れ込みやすくなり、装入時にコークス層に鉄鉱石ペレット１が入り込み、中心近傍のLo/Lc（鉱石層厚/コークス層厚）が上昇
し、安定した中心流を得ることができず、上部通気抵抗指数が悪化してしまい、コークス比が増加してしまっていることがわかる。
【０１０６】
以上、比較例１〜２３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の安定操業を行うことができないものとなっている。
図１１は、コークス比と全通気抵抗指数の関係（実施例、比較例）をまとめたグラフである。図１２は、還元材比と全通気抵抗指数の関係（実施例、比較例）をまとめたグラフである。
【０１０７】
図１１、図１２を参照すると、コークス比が310(kg/tp)以下となった場合や還元材比が約500(kg/tp)以下となった場合、全通気抵抗指数が比較例より大幅に低減されていることがわかる。
つまり、操業可能条件は、炉上部の通気抵抗指数が0.75以下、炉下部の通気抵抗指数が1.85以下であって、全通気抵抗指数として2.60以下となる。全通気抵抗指数がこの2.60以下の範囲で通気余裕があれば、所定量のコークス比を低減することが可能であると判断できる。
【０１０８】
上述した実施例（本発明の技術範囲）の場合、鉄鉱石ペレット１のコークス層への潜り込みを抑制し、かつ、中心近傍のLo/Lｃの低下を抑制することができるため、上述した実施例よりもさらにコークス比を低減できる可能性がある。また、鉄鉱石ペレット１の被還元性向上により熱余裕ができるため、低還元材比操業も実現できる可能性がある。
そこで、以降に示す「補正コークス比」及び「補正還元材比」を用いて、コークス比や還元材比を実高炉の操業においてどの程度まで低減できるかを評価した。
【０１０９】
図１３は、全通気抵抗指数と補正コークス比（全通気抵抗指数が2.6となるコークス比の値）の関係（実施例、比較例）をまとめたグラフである。図１４は、全通気抵抗指数と補正還元材比（全通気抵抗指数が2.6となる還元材比の値）の関係（実施例、比較例）をまとめたグラフである。
なお、「補正コークス比」とは、全通気抵抗指数[-]=-0.0073×コークス比[kg/tp]+4.584という関係式から、全通気抵抗指数が2.6となる際のコークス比を示している。この全通気抵抗指数が2.6という条件は、実高炉で操業が問題なく行える最大の全通気抵抗指数であり、全通気抵抗指数、言い換えれば充填層の圧力損失が限界の条件で、コークス比をどの程度まで抑えられるかを示したものである。ここで、本実験では、補正コークス比が284kg/tp未満となっているものを効果あり（実施例中  効果○）としており、実施例は全て本条件を満たしている。
【０１１０】
また、「補正還元材比」とは、全通気抵抗指数[-]=-0.0094×還元材比[kg/tp]+7.095という関係式から、全通気抵抗指数が2.6となる際の還元材比を示している。この全通気抵抗指数が2.6という条件は、実高炉で操業が問題なく行える最大の全通気抵抗指数であり、全通気抵抗指数、言い換えれば充填層の圧力損失が限界の条件で、還元材比をどの程度まで抑えられるかを示したものである。ここで、本実験では、補正還元材比が481kg/tp未満となっているものを効果あり（実施例中  効果○）としており、実施例は全て本条件を満たしている。
【０１１１】
図１３、図１４を参照すると、実施例では、補正コークス比が284kg/tp未満となっており、実高炉の操業においてコークス比を大幅に低減できている。また、補正還元材比が481kg/tp未満となっており、実高炉の操業において還元材比を大幅に低減できている。
このことから、実施例では、炉全体の通気性が改善し（炉全体の圧損が低下し）、安定操業が可能となることがわかる。また、実施例では、通気抵抗指数や圧損の実測値を操業可能な限界の範囲に換算して評価することで、通気余裕を活用して低コークス比操業が可能となることがわかる。
【０１１２】
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】
【０１１３】
１  鉄鉱石ペレット
【図１】
2019127628.tif 000020
【図２】
2019127628.tif 000021
【図３】
2019127628.tif 000022
【図４】
2019127628.tif 000023
【図５】
2019127628.tif 000024
【図６】
2019127628.tif 000025
【図７】
2019127628.tif 000026
【図８】
2019127628.tif 000027
【図９】
2019127628.tif 000028
【図１０Ａ】
2019127628.tif 000029
【図１０Ｂ】
2019127628.tif 000030
【図１１】
2019127628.tif 000031
【図１２】
2019127628.tif 000032
【図１３】
2019127628.tif 000033
【図１４】
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