(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装入したコークス燃料の燃焼によって、鉄源を溶かし出す溶解炉の操業方法において、新しい種類のコークス燃料を用いる前に予め、少なくとも２種類のコークス燃料を溶解炉で別々に使用して、その溶解炉におけるコークス燃料の嵩比重と、出銑の目標Ｃ値と鉄源の材料Ｃ値との差をその使用したコークス燃料のコークス比である実験コークス比１％当たりの鉄源の吸炭量で除した値である修正コークス比との相関関係を求めておき、新しい種類のコークス燃料を用いるに際し、その新たに使用するコークス燃料の嵩比重を測定し、その測定した嵩比重に基づいて前記相関関係から前記新たに使用するコークス燃料に対応する修正コークス比を決定し、その決定した修正コークス比をコークス比に設定して、前記新たに使用するコークス燃料で前記溶解炉でコークス比以外の操業条件を変えずに操業することを特徴とする溶解炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、キュポラや高炉等の溶解炉の操業方法に関し、特に、燃料としてコークスを使用する溶解炉の操業に必要なコークス比の決定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鋳物を製造するために、溶鉄（溶湯）を造り出すキュポラ等の溶解炉が広く用いられている。
【０００３】
その溶解方法は、例えば、図１に示すようなキュポラ（溶解炉）１の場合、銑鉄や鋼スクラップ等の鉄源Ｓとともに、燃料となるコークス燃料Ｃを炉内に装入し、ベッドコークス層１０を形成する。そのベッドコークス層１０のコークス燃料Ｃを、キュポラ１の側壁を貫通して炉内に開口する羽口４から熱風を吹き込んで燃焼させ、その燃焼熱によって鉄源Ｓを溶かし出している。
【０００４】
炉内のコークス燃料Ｃは、燃焼により減少していくので、連続的に溶解を行うために、鉄源Ｓとともにコークス燃料Ｃも炉内に供給（補充）していく。この補充するコークス燃料Ｃは、図１に符号１１で示すものであり、鉄源Ｓとともに炉頂から装入される追い込めコークス１１と呼ばれている。
【０００５】
ここで、追い込めコークス１１と鉄源Ｓとの装入比率をコークス比と呼び、このコークス比は、溶解炉毎に定める操業条件の一つとされている。最適なコークス比を定めて管理することで、その溶解炉が造り出す溶鉄の温度や成分（炭素含有量等）を適正な範囲に保つことができる。
【０００６】
最適なコークス比は、コークス燃料Ｃの性状や品位によって変わるため、同じキュポラで同じ条件で操業しても、コークス燃料Ｃ自体が変われば、設定するコークス比も変えなくてはならない場合がある。
【０００７】
ところで、従来から、キュポラの主燃料として、鋳物用コークスが使用されてきた。しかし、近年は、鋳物用コークスの市場流通量が減少している。このため、キュポラの安定操業を図る目的で、流通量の多い高炉用コークスを鋳物用コークスの代替品として使用することが望まれるようになってきた。
しかし、高炉用コークスは、鋳物用コークスとは性状が大きく異なるため、そのまま使用した場合、溶鉄の温度や成分（炭素含有量など）が変わり、その数値を適正な範囲内に保つことができない。
【０００８】
そこで、その対策となる技術として、高炉用コークスとともに黒鉛電極屑を使用する技術が開示されている。この技術では、高炉用コークスと黒鉛電極屑をキュポラの燃料として一緒に使用することで、高炉用コークスと鋳物用コークスとの性状の違いが、溶鉄の温度や成分に影響を及ぼさないようにし、高炉用コークスを鋳物用コークスの代替品としてキュポラで使用できるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−００７６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、高炉用コークスといっても多種多様のものがあり、その性状や品位は、その高炉用コークスの種類（産地等）毎に大きく異なる。このため、高炉用コークスの種類が変わる度に、適正なコークス比も変わる可能性が高い。したがって、使用したことがない種類のコークス燃料Ｃ（以下「新コークス」と称する）を燃料として試す場合、まず、その新コークスの適正なコークス比を求める必要がある。
【００１１】
新コークスの適正なコークス比を求める方法として、その新コークスの配合を現状のコークスの中に少しずつ増やしていき、その際の溶鉄の成分変動等を確認しながら適正なコークス比を見つける方法が従来から採用されてきた。
【００１２】
しかし、この方法では手間と時間がかかるため、種々の新コークスを試す機会が増えると、コークス比の決定に要する時間が長くなる。このため、溶解炉の操業に支障を来す恐れがある。また、適正なコークス比が見つかるまでは、そのコークスの大量買い付けができないため、結果的に、新コークスの購入価格が割高になるという問題もある。
【００１３】
そこで、この発明は、適正なコークス比を短時間で決定できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を開けるするために、この発明は、装入したコークス燃料の燃焼によって、鉄源を溶かし出す溶解炉の操業方法において、少なくとも２種類のコークス燃料を溶解炉で使用して、その溶解炉におけるコークス燃料の嵩比重と適正なコークス比との相関関係を求め、新しい種類のコークス燃料を用いるに際し、その新たに使用するコークス燃料の嵩比重を測定し、その測定した嵩比重に基づいて前記相関関係から前記新たに使用するコークス燃料の適正なコークス比を決定し、その決定した適正なコークス比によって、前記新たに使用するコークス燃料で操業することを特徴とする溶解炉の操業方法を採用した。
【００１５】
すなわち、この発明の溶解炉の操業方法は、従来のコークス比決定方法（新コークスの配合を現状のコークスの中に少しずつ増やしていき、その際の溶鉄の成分変動等を確認しながら適正なコークス比を見つける等の方法）により導き出したコークス比と、そのコークスの嵩比重の相関関係（回帰式）を定めることにより、新たに使用するコークス燃料の適正なコークス比は、その嵩比重を実測して、その測定した嵩比重と前記相関関係（回帰式）から決定し、適正なコークス比で操業する構成とした。
【００１６】
このように、或る溶解炉において或る鉄源を溶解するに際し、使用するコークス燃料の嵩比重とそのコークス燃料の適正なコークス比との間には一定の相関関係があることを、本願の発明者らは発見した。ただし、使用する溶解炉や鉄源毎に、その相関関係は異なるものとなる。
【００１７】
この相関関係は、例えば、特定の溶解炉において特定の鉄源に対し、種類の異なる少なくとも２つのコークス燃料を使用することで、各コークス燃料における適正なコークス比を求め、その各コークス燃料の嵩比重の値と適正なコークス比の値をグラフにプロットし、そのグラフ上で、前記プロットした少なくとも２点の情報に基づいて、回帰式により両者の相関関係を求めることができる。なお、プロットする点は、少なくとも２点あれば回帰式を求めることができるが、可能であればプロットする点は少しでも多い方が望ましい。回帰式は、例えば、最小二乗法等の回帰分析を用いてよい。
【００１８】
以上のように、コークス燃料の嵩比重と適正なコークス比の相関関係を求めることで、その溶解炉において前記特定の鉄源に対し、新たに使用するコークス燃料（前記新コークス）の嵩比重を求めるだけで、設定すべき適正なコークス比を簡単に求めることができる。このため、新コークスを試す機会が増えても、コークス比の決定に要する時間は長くはかからない。また、適正なコークス比を短時間で求めることができるので、コークスを大量買い付けする際の各種条件の自由度が高まり、結果的に割高なコークスを使用する事態を回避することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明は、新たに使用するコークス燃料の嵩比重を測るだけで、簡単に設定すべき適正なコークス比を求めることができるので、種々のコークス燃料をキュポラや高炉等の溶解炉で使用する場合に、その適正なコークス比の決定の手間を大幅に減少させ、また、その適正なコークス比を短時間で決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】溶解炉（キュポラ）の全体図
【図２】この発明に係る適正なコークス比の決定方法で定めた回帰式の一例を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
この発明の実施形態を説明する。図１は、前述のように、この発明の溶解炉の操業方法が採用されるキュポラ（溶解炉）１の例である。図中の符号２は、コークス燃料Ｃや鉄源Ｓを装入するための投入口を、符号３は溶鉄の出湯口を、符号４は羽口を、符号５は冷却装置を示す。
【００２２】
このキュポラ１内に、銑鉄や鋼スクラップ、リターン材等の鉄源Ｓとともに、コークス燃料Ｃが投入口２から装入される。図中に示すように、最下部のコークス燃料Ｃからなるベッドコークス層１０の上に、鉄源Ｓとともに、追加のコークス燃料Ｃ（追い込めコークス１１）が順次供給（補充）される。羽口４から吹き込まれた熱風により、それらのコークスＣを燃焼させ、その燃焼熱によって鉄源Ｓを溶かし出して、出湯口３から溶鉄を取り出している。
【００２３】
なお、キュポラ１内での溶湯の成分変化としては、例えば、鉄屑等の材料Ｃ値の少ない鉄源Ｓであれば、その鉄源Ｓはコークス燃料Ｃから吸炭する。この場合、一般的には、コークス燃料Ｃの配合が多くなるほど、キュポラ１内が高温になるので吸炭量が増える傾向にある。また、例えば、材料Ｃ値の高い鉄源Ｓであれば、若干脱炭される場合もある。
【００２４】
この溶解炉において、新しい種類のコークス燃料Ｃ（新コークス）を用いるに際し、その新コークスの適正なコークス比の求め方について、実験例を基に説明する。
【００２５】
まず、種類の異なる複数のコークスを、その同一のキュポラ１で使用することにより、そのキュポラ１におけるコークス燃料Ｃの嵩比重と適正なコークス比との相関関係を求める。このとき、鉄源Ｓは、各コークスに対して同一の素材とする。また、羽口４から吹き込む熱風の条件等、キュポラ１の操業に関するその他の条件は、全て同一とする。
【００２６】
実施例１（コークス比と嵩比重の相関関係の設定）を以下に示す。表１に示す実験Ａ、Ｂ、Ｃでは、コークス燃料Ｃとして、黒鉛電極屑、高炉用コークスＡ（豪州産、高炉コークスＡ）、高炉用コークスＢ（中国ａ社、高炉コークスＢ）を使用した。
【００２７】
【表１】
0005721009.tif 000002
【００２８】
実験Ａ、Ｂ、Ｃは、共に目標出銑Ｃ％を３．６０％と設定して、従来のコークス比決定方法において実験を実施した。実際の実験時における出銑Ｃ％を、表２に示す。
【００２９】
【表２】
0005721009.tif 000003
【００３０】
実験Ａは、表１に示すように、実験コークス比（％）が、黒鉛電極屑を１．５、高炉用コークスＡを１４．０とし、全体として１５．５としたコークス燃料Ｃを用いたものである。実験Ｂは、高炉用コークスＡを７．３、高炉用コークスＢを７．５とし、全体として１４．８としたコークス燃料Ｃを用いたものである。実験Ｃは、黒鉛電極屑を用いず、高炉用コークスＢを１３．５とし、全体として１３．５としたコークス燃料Ｃを用いたものである。
【００３１】
表中の「電極屑」とは、黒鉛電極屑を示す。なお、この実施例で用いる黒鉛電極屑の具体的な成分比率は、固定炭素９８．０重量％、灰分１．２重量％、揮発分０．６重量％、全硫黄分０．５重量％である。
【００３２】
表２に示すように、実験Ｂでは、目標出銑Ｃ％値である３．６０％を得ることができている。しかし、実験Ａ、Ｃでは、目標出銑３．６０％に対して高いＣ値や低いＣ値となっている。
【００３３】
ここから、下記式（１）により、１％当たりの吸炭量を算出した。なお、鉄源Ｓ材料から供給される鉄源材料Ｃ％は、１．２５８％とした。
【００３４】
［式（１）］
１％当たりの吸炭量  ＝（出銑平均Ｃ％値−１．２５８）÷  実験コークス比
【００３５】
式（１）によって求めた各コークス燃料Ｃの１％当たりの吸炭量を、表２の最右欄に示す。この求めた１％当たりの吸炭量を使用して、目標出銑Ｃ％値である３．６０％となるためのコークス比を、修正コークス比として下記式（２）より求めた。
【００３６】
［式（２）］
修正コークス比  ＝（３．６０−１．２５８）÷  １％当たりの吸炭量
【００３７】
その計算した修正コークス比を、表２中の中央欄に示す。なお、表２の参考１、参考２の参考値は、別途に行った実験結果から、黒鉛電極屑、高炉用コークスＡの１％当たりの吸炭量を求め、それらの各コークス燃料Ｃ単体で操業した場合において、修正コークス比を計算上で求めたものである。ここでは、１％当たりの吸炭量を、それぞれ、０．２５４、０．１４９としている。
【００３８】
嵩比重については、任意の容積の把握出来る容器（ここでは、１５００ｍｍ×１８２０ｍｍ×７６０ｍｍを使用）にコークスを充填し、重量測定を行うことにより算出した。
【００３９】
表１及び表２に示す実験値及び参考値を、グラフ上にプロットする。図２は、その実験値及び参考値の情報をプロットしたグラフ図を示す。図中の横軸は、嵩比重（ｋｇ／ｍ３）、縦軸は、修正コークス比（％）を示す。
【００４０】
このグラフ図上で、プロットしたの情報に基づいて、回帰式により両者の相関関係、すなわち、測定した嵩比重と、実験結果より求めた修正コークス比との相関関係（回帰式）を求めた。回帰式は、最小二乗法による回帰分析で求めた。
この嵩比重と修正コークス比の相関関係により、以後の実験では、新たに使用するコークスの嵩比重を測定するだけで、おおよそ適正なコークス比を導き出すことが出来る。
【００４１】
すなわち、このグラフ図の回帰式を用ることにより、そのキュポラ１で新コークスを用いるに際し、その新コークス嵩比重（ｋｇ／ｍ３）を測定すれば、その測定した嵩比重に基づいて、回帰式から適正な修正コークス比を簡単に決定することができる。その決定した適正な修正コークス比によって、新コークスを用いて操業すれば、所望の仕様、成分からなる溶鉄を得ることができる。
【００４２】
一般的に使用される指標のコークス比とは、キュポラ１等の溶解炉１に投入されるコークス燃料Ｃの重量を、鉄源Ｓの重量で除した比率（％）の値である。すなわち、鉄源Ｓと、溶銑を製造するのに必要なコークス量の重量比率を示す指標である。それに対し、実験コークス比とは、実験で実際に採用したコークス比である。
【００４３】
また、１％当たりの吸炭量とは、前述のように、各コークス燃料Ｃの実験コークス比１％当たりの鉄源Ｓに与える吸炭量（吸炭率）である。
【００４４】
修正コークス比とは、目標Ｃ値（３．６％）と鉄源Ｓの材料Ｃ値（１．２５８％）との差を、１％当たりの吸炭量で除したものである。つまり、吸炭量（吸炭率）から修正したコークス比、言い換えれば、鉄源Ｓと、溶銑を製造するのに必要なコークス量との吸炭量ベースでの比率（％）の値である。
【００４５】
実施例２として、実験Ｄを以下に示す。実験Ｄでは、高炉コークスＡと、新たなコークスとして高炉用コークスＣ（中国ｂ社）を使用した。実験Ｄで使用したコークス燃料Ｃは、高炉用コークスＡと高炉用コークスＣとを、表３の最下段に示す４８：５２の比率（重量比率）で混合したものである。この混合コークスの嵩比重を測定し、図２のグラフ図に示す相関関係を用いて、その測定した嵩比重からコークス比を算出した。その結果を表３に示す。
【００４６】
【表３】
0005721009.tif 000004
【００４７】
表３の最下段、最右欄に示すように、測定した嵩比重をもとに算出される適正なコークス比は、１４．７％となる。一般的に、コークス比に関しては、適正コークス比と比べて低いコークス比が設定された場合の方が、高いコークス比が設定された場合に比べ、炉内トラブル等操業に与えるリスクが大きくなると考えられている。
このため、今回の実験においては、この経験則に基づいて、表中の実験コークス比の欄に記載のように、嵩比重から求めたコークス比よりも僅かに高い１４．８％を、実験コークス比として採用した。
【００４８】
実験コークス比を１４．８％とした実験Ｄにおける出銑平均Ｃ％値を、表３中の出銑平均Ｃ％値欄に示す。実験Ｄにおける平均出銑Ｃ％値は、３．５９％であり、目標出銑Ｃ％値である３．６０％をほぼ達成している。なお、上記式（１）より算出した１％当たりの吸炭量は０．１５８％、上記式（２）より算出した修正コークス比は１４．８％となった。
実験Ｄの結果より得られた修正コークス比１４．８％に対して、表３に示す嵩比重から求めたコークス比は１４．７％となり、おおよそ近い値のコークス比を嵩比重との相関関係より算出することが出来た。なお、コークス比を１４．７％で算出すると、出銑Ｃ％値は、３．５８％となる。
【００４９】
このように、使用するコークス燃料Ｃの嵩比重と、それに対する適正なコークス比（修正コークス比）との相関関係を求めておくことで、同じキュポラ１で同じ鉄源Ｓに対して、新たに使用する新コークスの嵩比重を求めるだけで、設定すべき適正なコークス比を簡単に求めることができる。
このため、新コークスを試す機会が増えても、コークス比の決定に要する時間は長くはかからない。また、適正なコークス比を短時間で求めることができるので、コークスを大量買い付けする際の各種条件の自由度が高まり、結果的に割高なコークスを使用する事態を回避することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  キュポラ（溶解炉）
２  投入口
３  出湯口
４  羽口
５  冷却装置
１０  ベッドコークス層
１１  追い込めコークス
Ｃ  コークス燃料
Ｓ  鉄源
【図１】
0005721009.tif 000005
【図２】
0005721009.tif 000006