(57)【要約】【課題】高炉における任意の位置のコークス粉率を算出できるコークス粉率の推定方法を提供する。【解決手段】コークス粉率の推定方法であって、塊コークスに付加されるエネルギーと、エネルギーが付加された塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率との関係を求め、高炉の上部から装入された塊コークスが、高炉の任意の位置に降下するまでに付加されるエネルギーの積算値を算出し、エネルギーの積算値と関係とから、高炉内の任意の位置におけるコークス粉の粉率を算出する。【選択図】図６
2019123934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塊コークスに付加されるエネルギーと、前記エネルギーが付加された前記塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率との関係を求め、
高炉の上部から装入された前記塊コークスが、前記高炉の任意の位置に降下するまでに付加されるエネルギーの積算値を算出し、前記エネルギーの積算値と前記関係とから、前記高炉内の任意の位置における前記コークス粉の粉率を算出する、コークス粉率の推定方法。
【請求項２】
前記高炉の所定の高さの水平断面を複数の領域に分割し、
請求項１に記載のコークス粉率の推定方法を用いて、前記複数の領域のそれぞれに降下した塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率の平均値を算出し、
算出された平均値が、前記複数の領域の全てに降下した塊コークスのコークス粉の発生粉率の平均値よりも高くなる領域を特定し、
特定された領域の少なくとも１つの領域に降下する塊コークスの装入領域に、他の装入位置に装入される塊コークスより強度の高い塊コークスを装入する、高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉内の任意の位置のコークス粉率を推定できるコークス粉率の推定方法と、当該推定方法を用いた高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銑鉄を生産する高炉操業では、炉頂より原料である鉱石と還元材であるコークスとがそれぞれ交互に層状になるように装入されたり、鉱石にコークスを混合した混合原料とコークスとが交互に層状になるように装入されて実施される。図１は、高炉１０の概略断面図を示す。高炉操業では、矢印１２で示す高炉１０の炉半径方向（炉口径方向）の鉱石層１４とコークス層１６の堆積後の形状および厚み等の分布を調整することで高炉内でのガスの流れを制御している。
【０００３】
高炉１０の安定操業を維持するには、高炉内の通気性を確保し、炉下部の羽口１８から高炉内部に供給される高温のガス流れ２０を安定化させることが重要である。高炉内の通気性は、装入されるコークスの性状、粒度に大きく影響を受ける。また、高炉内を降下するに伴いコークスに付加される高炉炉壁との摩擦による衝撃やコークス同士の摩擦による衝撃によりコークス自身から生じる細粒粉（以後、コークス粉と記載する）も、高炉１０の通気性に影響を及ぼす。
【０００４】
これは、コークス層１６に存在する塊状のコークス（以後、塊コークスと記載する）間の空隙にコークス粉が入り込みコークス層１６の空隙率が低下し、これにより、高炉１０内の通気性が悪化するからである。したがって、高炉１０の安定操業を維持するには、コークス粉の発生を抑制できる強度の高いコークスを高炉１０に装入することが要求される。
【０００５】
しかしながら、強度の高いコークスを製造するためには、十分な粘結性と炭化度の高い高品位の原料炭が必要となるが、これら高品位の原料炭を調達するために要する費用は甚大となるので、強度の高いコークスを装入することでコークス粉の発生を抑制することは容易ではない。
【０００６】
これに対し、高炉１０内におけるコークス粉の発生位置が特定できれば、当該発生位置に降下するコークスに強度の高いコークスを限定的に用いることで原料の費用の上昇を抑制できる。高炉内におけるコークス粉の発生個所を特定する技術として、特許文献１には、サンプリングパイプを高炉炉芯に打ち込む時間と、高炉炉芯部のコークス粉率との相関を把握して回帰線を作成し、当該回帰線を用いてサンプリングパイプを打ち込む時間から高炉炉芯部のコークス粉率を推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２７１３０８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ａ．Ｍｉｓｒａ、外１名、「Ｓｏｍｅ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｗｏ−ｂｏｄｙ  ａｂｒａｓｉｖｅ  ｗｅａｒ」、Ｗｅａｒ，１９８１年、Ｖｏｌ．６８、Ｎｏ．１、ｐ．４１−５６
【非特許文献２】野内、外３名、「離散要素法に基づく高炉内コークス充填層の応力分布と固体流れの解析」、鉄と鋼，２００６年、Ｖｏｌ．９２、Ｎｏ．１２、ｐ.９５５−９６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１によれば、高炉炉心部の粉率を簡易に推定することができるものの、その測定位置は、サンプリングパイプが打ち込める羽口が設けられた位置に限られ、他の位置のコークス粉率を推定することができない、といった課題があった。本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、高炉における任意の位置のコークス粉率を算出できるコークス粉率の推定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できる本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）塊コークスに付加されるエネルギーと、前記エネルギーが付加された前記塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率との関係を求め、高炉の上部から装入された前記塊コークスが、前記高炉の任意の位置に降下するまでに付加されるエネルギーの積算値を算出し、前記エネルギーの積算値と前記関係とから、前記高炉内の任意の位置における前記コークス粉の粉率を算出する、コークス粉率の推定方法。
（２）前記高炉の所定の高さの水平断面を複数の領域に分割し、（１）に記載のコークス粉率の推定方法を用いて、前記複数の領域のそれぞれに降下した塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率の平均値を算出し、算出された平均値が、前記複数の領域の全てに降下した塊コークスのコークス粉の発生粉率の平均値よりも高くなる領域を特定し、特定された領域の少なくとも１つの領域に降下する塊コークスの装入領域に、他の装入位置に装入される塊コークスより強度の高い塊コークスを装入する、高炉操業方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るコークス粉率の推定方法を用いることで、実際にサンプリングすることなく、高炉内における任意の位置のコークス粉率を推定できる。そして、当該推定方法を用いて、コークス粉率が高くなる位置を特定することで、当該位置に降下するコークスの装入位置に他のコークスよりも強度の高いコークスを装入できる。これにより、原料の費用の上昇を抑制しつつコークス粉の発生を抑制でき、高炉の通気性の改善ならびに高炉操業における還元効率の向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】高炉１０の概略断面図を示す。
【図２】ドラム試験機３０の側面図と断面図である。
【図３】接触する２つの粒子４０の間に作用する圧縮力および粒子間のせん断距離を示す図である。
【図４】粉化エネルギーとドラム試験機３０の回転回数との関係を示すグラフである。
【図５】ドラム試験機の回転回数と粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率との関係を示すグラフである。
【図６】粉化エネルギーと粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率との関係を示すグラフである。
【図７】離散要素法で計算対象とした実寸法相当の高炉領域を示す。
【図８】計算対象とした高炉１０の詳細寸法を示す。
【図９】高炉１０の各位置に降下した粒子に付加された粉化エネルギーの分布を示す。
【図１０】図９に示した参照位置４２における粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率の推定結果を示すグラフである。
【図１１】実施例における高強度の塊コークスを装入する方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を通じて、本発明を説明する。本発明では高炉上部より装入される塊コークスが高炉の任意の位置に降下するまでに付加されるエネルギーの積算値を算出し、当該積算値を用いて、高炉内の任意の位置におけるコークス粉の粉率を算出する。以下の実施形態に示す内容では、このエネルギーの積算値を離散要素法と呼ばれる数値計算手法により算出した。離散要素法（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）という数値計算手法は、個別要素法（Ｄｉｓｔｉｎｃｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｍｅｔｈｏｄ）とも呼ばれている。
【００１４】
本実施形態に係るコークス粉率の推定方法は、この数値計算手法と実験により、塊コークスに付加されるエネルギーと、前記エネルギーが付加された前記塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率との関係を求めておく。そして、高炉内の任意の位置に降下する過程で塊コークスに付加されるエネルギーを、数値計算手法を用いて算出するとともに、上記関係を用いて、塊コークスに付加されたエネルギーによって生じるコークス粉の発生粉率を定量化する。これにより、高炉内の任意の位置におけるコークス粉率を算出できることを見出して本発明を完成させた。なお、本実施形態において、塊コークスとは、粒径１５ｍｍ以上のコークスを意味する。また、粒径１５ｍｍ以上のコークスとは、目開き１５ｍｍの篩で篩上に篩分けされるコークスを意味する。
【００１５】
まず、塊コークスに付加されたエネルギーによって生じるコークス粉の発生粉率を定量化するために、塊コークスに付加されるエネルギーと、当該エネルギーが付加された塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率の定量化を試みた。高炉に装入される塊コークスの強度は、通常、ドラム試験で測定される。ドラム試験とは、ドラム試験機と呼ばれる円筒形の回転ドラムに所定量の塊コークスを充填し、当該回転ドラムを、例えば、１５０回転させて塊コークスに衝撃を加え、その後の塊コークス中に含まれる粒径が１５ｍｍ以上のコークスの重量割合の百分率（ＤＩ１５０１５指数）を測定する試験である。測定されたＤＩ１５０１５指数が大きいほど塊コークスの強度が高く、高品位であるとされる。
【００１６】
このように、ドラム試験は、塊コークスに衝撃を加えた後においても粒径が１５ｍｍ以上を維持する塊コークスの歩留まりを評価する試験であるが、逆に、塊コークスに衝撃を加えることで生成するコークス粉の発生粉率も評価できる。そこで、離散要素法を用いてドラム試験で塊コークスに付加されるエネルギーを算出するとともに、実際にＪＩＳ  Ｋ  ２１５１に準拠してドラム試験を実施して、当該ドラム試験で生成されるコークス粉の発生粉率を実測し、離散要素法により算出されたエネルギーと、コークス粉の発生粉率との関係を求めた。
【００１７】
図２は、ドラム試験機３０の側面図と断面図である。図２（ａ）は、ドラム試験機３０の側面図であり、図２（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２に示すように、ドラム試験機３０は、内径１５００ｍｍ、奥行き１５００ｍｍの回転ドラム３２と、回転ドラム３２の内部に設けられた６枚の羽根３４と、を備える。羽根３４は、高さが２５０ｍｍであり、回転ドラム３２の内側面から中心に向けて６０°毎に設けられている。このドラム試験機３０に１０ｋｇの塊コークスを充填し、１５ｒｐｍの速度で１５０回転させて塊コークスに衝撃を付加した。
【００１８】
このドラム試験機３０を計算対象とし、離散要素法を用いて当該ドラム試験機３０を用いてドラム試験を実施した場合に塊コークスに付加されるエネルギーを算出した。離散要素法では、塊コークスに付加されるエネルギーを、非特許文献１の記載に基づいて算出した。すなわち、非特許文献１では、摩耗に伴い発生する粉の量は垂直応力とすべり距離に比例することを報告している。このため、摩耗に伴い塊コークスに付加されるエネルギーが全量塊コークスの粉化に寄与するものと仮定し、塊コークスに付加されるエネルギーを下記の（１）式を用いて、粒子に作用する圧縮力およびせん断距離から算出した。また、離散要素法の計算条件を表１に示す。
【００１９】
Ｅ＝ｆｎ×Δｓ・・・（１）
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図３は、接触する２つの粒子４０の間に作用する圧縮力および粒子間のせん断距離を示す図である。上記（１）式のｆｎは、図３に示した接触する粒子４０間または粒子―壁間の法線方向に作用する圧縮力（Ｎ）であり、Δｓは、接触する粒子間または粒子―壁間のせん断距離（ｍ）であり、Ｅは、ドラム試験機３０の回転により、塊コークスに付加されるエネルギー（ｋＪ）である。なお、離散要素法による計算では、ドラム試験機３０内におけるコークス粒子の破壊、粉化に伴う粒径の低下や分裂は考慮されていない。
【００２２】
上記（１）式を用いて、ドラム試験機３０に充填された塊コークスを模擬した粒子と粒子との間または粒子とドラム試験機の壁との間の接触点ごとにエネルギーを算出し、ドラム試験機３０が１５０回転するまでに粒子に付加されるエネルギーの積算値を算出した。図４は、粉化エネルギーとドラム試験機３０の回転回数との関係を示すグラフである。図４において、横軸はドラム試験機３０の回転回数（回）であり、縦軸は粉化エネルギー（ｋＪ／ｋｇ）である。ここで、粉化エネルギーとは、粒子に付加された単位質量当たりの積算エネルギーであり、ドラム試験機３０に充填した全粒子に付加された全エネルギーの積算値を全粒子の質量で除することで算出した。図４に示すように、粉化エネルギーは、ドラム試験機３０の回転回数に対してほぼ線形に増加した。
【００２３】
離散要素法で計算対象としたドラム試験機３０と同じ寸法のドラム試験機を用いてドラム試験を実施し、ドラム試験機の回転回数と、粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率との関係を把握した。粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率とは、ドラム試験の前後で増加した粒径５ｍｍ以下のコークス粒子の全コークス質量に対する百分率である。なお、粒径５ｍｍ以下のコークスとは、目開き５ｍｍの篩で篩下に篩分けられるコークスを意味する。
【００２４】
図５は、ドラム試験機の回転回数と粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率との関係を示すグラフである。図５において、横軸はドラム試験機の回転回数（回）であり、縦軸は粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率（質量％）である。図５に示すように、コークス粉の発生粉率は、ドラム試験機の回転回数が多くなるにしたがって高くなった。
【００２５】
図４と、図５の結果を用いて、コークス粉の発生粉率と、粉化エネルギーとの関係を整理すると、図６が得られる。図６は、粉化エネルギーと粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率との関係を示すグラフである。図６において、横軸は粉化エネルギー（ｋＪ／ｋｇ）であり、縦軸は粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率（質量％）である。
【００２６】
図６に示すグラフは、塊コークスに付加された粉化エネルギーとのコークス粉の発生粉率（質量％）との関係を示すグラフとなる。このグラフにより、コークスに付加される粉化エネルギーと、コークス粉の発生粉率とを１対１で対応付けることができる。この対応関係を用いることで、（１）式、圧縮力およびせん断距離から求められるエネルギー（力学的エネルギー）が付加されたコークスからの粉の発生率が予測できる。図６に示したグラフは、ある特定の性状および強度のコークスにおける粉化エネルギーと、コークス粉の発生粉率との関係を示すグラフであるが、このような関係を示すグラフを塊コークスの性状別、塊コークスの強度別にそれぞれ作成しておく。これにより、種々の性状の塊コークス、種々の強度の塊コークスにおいて、コークス粉の発生粉率を算出できる。
【００２７】
次に、数値計算を用いて、高炉１０の上部から装入され、高炉１０内を降下する塊コークスに付加される粉化エネルギーを算出する方法について説明する。図７は、離散要素法で計算対象とした実寸法相当の高炉領域を示す。また、図８は、計算対象とした高炉１０の詳細寸法を示す。高炉１０は円筒形状の構造物であり、実形状である円筒形状を離散要素法で計算対象とすべきであるが、本実施形態では、計算負荷を軽減させるため、中心角度を２０°とした断面が扇形の筒形領域を計算対象とした。
【００２８】
羽口１８から吹込まれる熱風により塊コークスが燃焼消失する状況を模擬し、非特許文献２に基づいて、粒子の重心位置が羽口１８の領域内に到達した粒子を１秒間に５００個の速度で消失させるとともに、高炉１０の炉上部から、予め定められたストックラインが一定になるように一回当たり２．５トン相当分の粒子を装入し、離散要素法を用いて高炉１０を降下して高炉の羽口１８付近で消失する粒子の運動により付加されるエネルギーを算出した。なお、粒子に付加されたエネルギーの算出は、ドラム試験と同様に、上記（１）式を用いて算出し、算出されたエネルギーの積算値を粒子質量で除して、高炉１０の任意の位置に降下するまでに粒子に付加された粉化エネルギーを算出した。このエネルギーが、高炉１０に装入された塊コークスが、高炉１０の任意の位置に降下するまでに付加されるエネルギーの積算値に相当する。
【００２９】
図９は、高炉１０の各位置に降下した粒子に付加された粉化エネルギーの分布を示す。図９に示すように、高炉１０内の壁面付近において粒子に付加される粉化エネルギーが大きくなった。この結果は、粒子に付加される粉化エネルギーの多くが、高炉炉壁とのせん断力によって付加されることを示している。
【００３０】
図１０は、図９に示した参照位置４２における粒径５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率の推定結果を示すグラフである。図１０において、横軸は高炉１０の無次元半径（−）であり、縦軸はコークス粉の発生粉率（質量％）である。高炉１０の無次元半径とは、各位置の中心からの距離を、各位置の高さにおける高炉半径で除した値である。
【００３１】
図１０に示したコークス粉の発生粉率は、図９に示した参照位置４２に存在する塊コークスに付加された粉化エネルギーと、図６に示した粉化エネルギーとコークス粉の発生粉率との関係とを用いて算出した。図１０に示すように、高炉１０内の炉壁近傍および炉中心部の特定の位置において、コークス粉の発生粉率が著しく上昇することがわかる。この炉壁近傍の発生粉率の上昇は、炉壁から塊コークスがせん断力を受けて粉化するからである。また、炉芯側の発生粉率の上昇は、炉芯側は塊コークスの動きが停滞しており、炉芯表層を流れる塊コークスからせん断力を受けて粉化するからである。
【００３２】
高炉１０内における粒径５ｍｍ以下のコークス粉の粉率は、装入時に塊コークス含まれるコークス粉に、図９に示した高炉１０を降下する過程で発生したコークス粉を加えることで算出でき、装入時に塊コークスがコークス粉を含まない場合には、コークス粉の発生粉率が、コークス粉の粉率となる。本実施形態に係るコークス粉率の推定方法では、このようにして、高炉１０内の粒径５ｍｍ以下のコークス粉率を推定する。これにより、実際にサンプリングすることなく、高炉内における任意の位置のコークス粉率を推定できる。
【００３３】
このように、高炉内における任意の位置のコークス粉の発生粉率を算出できれば、コークス粉の発生粉率が高くなる高炉の領域を特定できるので、特定された領域の少なくとも１つの領域に降下する塊コークスの装入領域に、他の装入位置に装入される塊コークスより強度の高い塊コークスを装入できる。強度の高い塊コークスを製造するためには、十分な粘結性と炭化度の高い品位な原料炭を必要とするので、原料の費用は上昇する。上述したように、発生粉率が高くなる領域に降下する装入領域に限定して強度の高い塊コークスを用いることで、強度の高い塊コークスの使用量を抑制しつつ、コークス粉の発生を抑制できる。これにより、原料の費用上昇を抑制しつつ、高炉１０の通気性改善ならびに高炉操業における還元効率の向上が期待できる。なお、コークス粉の発生粉率が高くなる高炉の領域の特定は、例えば、高炉の所定の高さの水平断面を複数の領域に分割し、複数の領域のそれぞれに降下した塊コークスのコークス粉の発生粉率の平均値を算出し、算出された平均値が上記水平断面に降下した全塊コークスの発生粉率の平均値よりも高くなった領域をコークス粉の発生粉率が高くなる領域として特定する。この時、所定の高さは、図９の参照位置４２で示した羽口１８よりも上方であってその近傍とすることが好ましい。特にコークス粉が発生しやすくなるのは、高炉の下方に向かって高炉の水平断面の直径が小さくなる縮流部であるので、所定の高さの水平断面としては羽口上方の縮流部における任意の水平断面とすることが好ましい。具体的には、所定の高さは羽口上方の５ｍ以内の高さとすることができる。
【００３４】
コークス粉の発生粉率が高くなる領域に降下する装入領域に装入する強度の高いコークスとして、例えば、図１０の発生粉率の算出を行った際に前提としたコークスよりも強度の高いコークスを用いてよい。コークスからの発生粉率を推定する際には、実際の高炉で用いられるコークスを用いて実験を行った結果に基づくことが好ましいが、通常の高炉操業に用いられる強度、粒径のコークスであれば、発生粉率が高くなる高炉内領域の特定には大きな影響がないので、簡易的には、通常の高炉操業に用いられるコークスを用いて実験を行った結果を利用できる。この場合には、発生粉率が高くなる領域に降下するコークスの強度を、それ以外の領域に装入されるコークスの強度、すなわち、計算の前提として用いた通常の高炉操業に用いられるコークスの強度よりも高くするだけで、原料の費用上昇を抑制しつつ、高炉１０の通気性改善ならびに高炉操業における還元効率の向上効果が得られる。
【００３５】
なお、本実施形態に係るコークス粉率の推定方法では、コークス粉を粒径５ｍｍ以下のコークス粉とした例を示したが、これに限られない。例えば、粒径１５ｍｍ以下のコークスをコークス粉とする場合には、上述した図５を、ドラム試験機３０の回転回数と粒径１５ｍｍ以下のコークス粉の発生粉率との関係を示すグラフとすればよい。また、塊コークスも粒径１５ｍｍ超のコークスとした例を示したが、これに限られず、コークス粉よりも大きい粒径であって、高炉１０の通気性を維持できる大きさの粒径であればよい。
【００３６】
また、本実施形態では、ドラム試験を用いて塊コークスに付加されるエネルギーと、エネルギーが付加された塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率との関係を測定する例を示した。しかしながら、上記関係は、ドラム試験に限られず、他の試験であってもよい。数値計算手法を用いて当該試験でコークスに付加されるエネルギーを算出するとともに、当該試験の前後で発生したコークス粉の発生粉率が測定できる試験であれば、ドラム試験に代えて用いることができる。
【実施例】
【００３７】
本実施例では、内容積が５０００ｍ３である高炉を用い、旋回シュートを用いて、高炉内に塊コークス（平均粒径４０〜７０ｍｍ）と、小塊コークス（平均粒径１０〜４０ｍｍ）と鉱石を混合した混合原料とを交互に装入し、コークス層１６と混合原料層４４を形成させた。なお、本実施例で用いた混合原料は、鉱石原料としては鉄含有量が５８質量％の焼結鉱を用い、塊鉱石は鉄含有量が６０質量％のものを用いた。また、コークスは固定炭素を８８質量％含むものを用いた。塊コークスに付加されるエネルギーと塊コークスから生じるコークス粉の発生粉率の関係および高炉の任意の位置に降下するまでに塊コークスに付加されるエネルギーの積算値は、実施形態に示したように離散要素法による数値計算と、ドラム強度（ＤＩ１５０１５指数）が８４．４であるコークスの粉化試験の結果とから算出した。
【００３８】
図１０に示したように、炉壁近傍を降下する塊コークスは炉壁とのせん断により発生粉率が高くなることが推定される。このため、炉壁近傍に限定して高強度の塊コークスを装入することで、強度の高い塊コークスの使用量を抑制しつつ塊コークスの粉化を抑制し、これにより高炉の通気性を改善できることが期待できる。
【００３９】
図１１は、実施例における高強度の塊コークスを装入する方法を説明する図である。図１１（ａ）は、高炉断面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ領域の詳細図であり、（ｃ）は、高炉の原料装入領域の断面模式図である。図１１（ｃ）に示したように、高炉の原料装入領域における断面の中心部、中間部、周辺部(炉壁近傍)の面積が等しくなるように３つに分割すると、周辺部は、炉口径の無次元半径で０．８から１．０までの領域になる。この領域に、ドラム強度が８４．９の高強度の塊コークス４６を装入し、他の領域にドラム強度８４．４の塊コークスを装入して高炉操業を実施し、下記（２）式で求められる通気抵抗指数とコークス比を確認した。高強度の塊コークス４６の装入割合は、全コークス質量に対して４５質量％であった。また、比較例として、全ての領域にドラム強度８４．４の塊コークスを装入して高炉操業を実施し、同様に通気抵抗指数とコークス比を確認した。
【００４０】
通気抵抗指数＝（ＰＢ２−ＰＴ２）／Ｖ1.7×１００・・・（２）
【００４１】
上記（２）式において、ＰＢは送風圧（ｋＰａ）、ＰＴは炉頂圧（ｋＰａ）、Ｖは送風量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）である。（２）式で算出される通気抵抗指数が大きいほど、炉内での圧力損失が高く通気性が悪いことを示し、通気抵抗指数が小さいほど炉内通気性が良好であることを示す。
【００４２】
表２に、実施例と比較例の操業条件および通気抵抗指数と、コークス比の測定結果を示す。表２において、コークス比および微粉炭比は、溶銑１ｔを製造するのに要したコークスおよび微粉炭の使用量を示す。
【００４３】
【表２】
2019123934.tif 000004
【００４４】
表２に示すように、高強度の塊コークス４６を高炉周辺部に局所的に装入した実施例の通気抵抗指数は、比較例の通気抵抗指数よりも小さくなった。これにより、高炉内の通気性が改善され、高炉操業が安定化できることが確認された。
【００４５】
一般的にコークスのドラム強度が上昇すると高炉操業におけるコークス比が減少する傾向となる。本実施例の高炉の操業実績では、コークスのドラム強度が０．５上昇すると、高炉操業におけるコークス比が５ｋｇ／ｔ減少する傾向があった。本実施例では、全コークス質量に対して４５質量％のドラム強度が０．５高い高強度の塊コークス４６を用いていることから、そのドラム強度向上によるコークス比の低減効果は２．３ｋｇ／ｔになると考えられる所、表２に示すように本実施例のコークス比は、比較例よりも３ｋｇ／ｔ低減した。
【００４６】
さらに、炉口径の無次元半径で０．８から１．０までの領域に、ドラム強度が８４．９の高強度の塊コークス４６を装入し、他の領域にドラム強度８３．９の塊コークスを装入して高炉操業を実施したところ、他の条件がほぼ同等でコークス比が３３４ｋｇ／ｔとなり、通気抵抗指数が２．９２となった。高炉に装入した塊コークスの平均強度は比較例とほぼ同じであるにもかかわらず、コークス比および通気抵抗が低下し、本発明の方法により高炉操業が安定化できることが確認された。
【００４７】
このように高いコークス比の低減効果が得られた理由は、コークス粉の発生粉率が高くなる領域を特定し、当該領域に限定して高強度の塊コークス４６を装入したことによる効果であるといえる。なお、本実施例では、高炉の半原料装入領域を３つの領域に分割して、その炉壁側の領域に高強度の塊コークスを装入する例を示したが、分割する数は３つに限られない。分割する領域の数を増やすことで、さらに高強度の塊コークス４６を装入する領域を限定できるので、高強度の塊コークス４６の使用量は更に抑制される。また、コークス粉の発生粉率が高くなる高炉の半径方向の領域が複数ある場合には、コークス粉の発生粉率が高くならない領域には高強度の塊コークス４６を装入せず、当該複数の領域の少なくとも１つの領域に高強度の塊コークス４６を装入すれば、高強度の塊コークス４６の使用量を抑制しつつ高炉の通気性を改善できる。
【符号の説明】
【００４８】
１０    高炉
１２    矢印
１４    鉱石層
１６    コークス層
１８    羽口
２０    ガス流れ
３０    ドラム試験機
３２    回転ドラム
３４    羽根
４０    粒子
４２    参照位置
４４    混合原料層
４６    高強度の塊コークス
【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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