(57)【要約】      （修正有）【課題】フェロコークスを原料として炉頂から装入する高炉操業を行なう際に、炉頂温度の低下を防止することのできるフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法を提供する。【解決手段】高炉装入原料の一部としてフェロコークスを使用する高炉１操業の際に、前記高炉装入原料を加熱した後、炉頂から装入することを特徴とするフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法。高炉１の炉頂部に設置された原料装入用のバンカー１０内で高炉装入原料を加熱すること、原料装入用のバンカー内に排ガスを吹き込み、高炉装入原料を加熱することが好ましい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉装入原料の一部としてフェロコークスを使用する高炉操業の際に、前記高炉装入原料を加熱した後、炉頂から装入することを特徴とするフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法。
【請求項２】
高炉の炉頂部に設置された原料装入用のバンカー内で高炉装入原料を加熱することを特徴とする請求項１に記載のフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法。
【請求項３】
原料装入用のバンカー内に排ガスを吹き込み、高炉装入原料を加熱することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭と鉄鉱石との混合物を成型して乾留して製造するフェロコークスを、高炉原料として使用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
石炭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、鉄鉱石が一部還元されていると同時に、鉄鉱石の触媒効果でコークスの反応性を高めることができ、例えば、焼結鉱、塊鉱石、ペレット等から構成される鉄原料と混合して高炉原料として使用することにより高炉中のガス利用率を高め、還元材比を低下させることができることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１によれば、コークスは単独で高炉内に装入してコークス層を形成させ、鉄鉱石とフェロコークスとを混合して高炉内に装入することで、還元材比が低減し、生産性も向上するとされている。これは、フェロコークスを用いたことによる、高炉の熱保存帯温度低下と部分還元した鉄鉱石装入の双方の効果が同時に発現する手法であり、非常に有効である。
【０００３】
しかし一方で、フェロコークス等の高反応性コークスを高炉原料として使用すると、コークスガス化反応の高速化により熱保存帯温度が低下することで、炉頂温度が低下する。炉頂温度が低下すると、炉頂での結露の発生や、ダスト付着によるダスト排出不良などの問題が発生する可能性がある。
【０００４】
図１、図２を用いて、炉頂温度が低下するメカニズムを説明する。
【０００５】
高炉上部の高さ方向の温度分布は、熱流比（装入物とガスの熱容量比）を用いて記述される（例えば、非特許文献１参照。）。高炉内の温度分布の代表例を図１に示す。図１は高炉１の縦断面の概略図とその断面における温度分布を示すグラフであり、炉上部では一般に熱流比は１未満であり、一方、炉下部では吸熱反応が進行するため装入物熱容量が見掛け上大きくなって、熱流比は１を超える。両者の中間に熱流比がほぼ１になる領域２ができ、これが熱保存帯に相当する。
【０００６】
炉上部装入物（固体)とガスの熱交換では、ガス側の入口温度は熱保存帯ガス温度、固体側の入口温度は装入時の装入物温度に相当し、熱流比が同一でも、両者の値によって高さ方向の温度分布、およびガス出口温度（炉頂ガス温度に相当）が変化する。熱保存帯温度と熱流比を変化させた場合の、固体温度とガス温度の計算例を図２に示す。縦軸の高さは、高炉における高さ位置を示し、炉頂部の高さを０ｍとして、炉頂部から下向きの長さで示している。図２（ａ）は熱保存帯温度９５０℃、熱流比０．８６４の場合であり、炉頂ガス温度は１５１℃である。図２（ｂ）は熱保存帯温度７５０℃、熱流比０．８６４の場合であり、炉頂ガス温度は１２４℃である。図２（ｃ）は熱保存帯温度７５０℃、熱流比０．９１５の場合であり、炉頂ガス温度は８８℃である。同一の熱流比であっても、熱保存帯温度（炉上部熱交換のガス入口温度に相当）が低下すれば、炉頂ガス温度が低下し、還元材比低減による熱流比上昇が加われば、炉頂温度はさらに低下することが分かる。
【特許文献１】特開２００６−２８５9４号公報
【非特許文献１】重見彰利著  「製銑ハンドブック」地人書館  １９７９年、ｐ．１９０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
通常の高炉操業では、炉頂温度の低下による問題の発生を防止するため、炉頂ガス温度を１００℃以上、好ましくは１２０℃以上に保持した操業を行なっている。しかし、高炉原料としてフェロコークスを多量に使用すると、炉頂温度が低下し、従来の操業条件の調整だけでは、炉頂温度を維持できない怖れがあり問題である。
【０００８】
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、フェロコークスを原料として炉頂から装入する高炉操業を行なう際に、炉頂温度の低下を防止することのできるフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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）高炉装入原料の一部としてフェロコークスを使用する高炉操業の際に、前記高炉装入原料を加熱した後、炉頂から装入することを特徴とするフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法。
（２）高炉の炉頂部に設置された原料装入用のバンカー内で高炉装入原料を加熱することを特徴とする（１）に記載のフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法。
（３）原料装入用のバンカー内に排ガスを吹き込み、高炉装入原料を加熱することを特徴とする（１）または（２）に記載のフェロコークス使用時の高炉炉頂温度低下抑制方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高炉原料としてフェロコークスを多量に使用しても高炉の炉頂温度の低下を防止することが可能であり、還元材比を低下させた操業を安定して行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
高炉の炉頂温度の低下を防止するための方法としては、高炉羽口からの送風熱量の増加が考えられる。送風熱量を増加させれば、炉頂の温度を上昇させることができるが、熱風炉の設備上の制約があり、従来の設備を用いての送風熱量増加は困難である場合がほとんどである。
【００１２】
そこで本発明者らは、高炉装入原料を加熱して炉頂部から高炉内に装入することで炉頂温度低下を防止できると考えた。高炉装入原料である、鉄原料、コークス、フェロコークスを加熱することで、図２における装入時の装入物温度に相当する固体側の入口温度（高さ０ｍの固体温度）が上昇し、温度分布が変化して、ガス出口温度（炉頂ガス温度に相当）が上昇する。
【００１３】
高炉装入原料の加熱は、高炉の炉頂部に設置された原料装入用のバンカー内で行なうことが好ましい。高炉装入原料の加熱を、地上部分に設置された設備で行なう場合、装入原料を高温に加熱し、これを高炉の炉頂から装入するためには炉頂までコンベアで搬送する必要があり、原料搬送コンベアが溶損するため困難である。焼結鉱のように冷却後に高炉に装入する原料を、冷却しないで装入することも効果的であると考えられるが、同じ理由で炉頂までの搬送が困難である。したがって、高炉に原料を装入するために炉頂に設置されたバンカー（ホッパー）内で原料を加熱することが好ましい。
【００１４】
バンカー内で原料を加熱する際には、原料装入用のバンカー内に排ガスを吹き込むことが好ましい。特に、バンカー下部からバンカー内に熱風を送る方法が好ましい。バンカー内での原料の滞留時間は１０分程度であるので、電熱ヒーター等の伝導伝熱を使用する短時間での原料加熱では困難である。
【００１５】
この際、高炉装入原料は、１００℃〜２００℃程度に加熱して高炉に装入することが好ましい。１００℃未満では、高炉装入原料に燃焼排ガス等を流通する際、燃焼排ガス中の水分が高炉装入原料に凝集し、バンカー壁面への付着や棚つりなどにより流動性が悪化する可能性があるためである。また２００℃を超えると炉頂温度が高温になり、バンカーや高炉ガス処理系設備に対して負荷が大きくなる為である。
【００１６】
熱風送風のための熱源としては、高温の排ガスを利用することが好ましい。特に製銑工程で発生する排ガスを用いることが好ましい。焼結クーラーの排ガスや、熱風炉排ガス等の焼結鉱を冷却するための焼結クーラーや、高炉操業に用いる熱風炉は、いずれも高炉の近くに設置されているため、これらの１００〜３００℃程度の排ガスを利用することが効率的である。焼結クーラーの排ガスの主成分は空気であり、特に高温の排ガスは既に蒸気回収等で利用している場合もあるが、そのような場合は１５０〜２００℃程度の排ガスのみを熱風として用いることもできる。熱風炉排ガスの主成分はＮ2、ＣＯ2であり、２００〜３００℃の排ガスを熱風として用いることができる。
【００１７】
高炉装入原料は、バンカー装入前に予熱しておくことが好ましい。予熱温度はコンベアでの搬送が可能な温度として、６０〜７０℃を上限とすることが好ましい。予熱のためにも、例えば焼結クーラーの排ガスや、熱風炉排ガス等の排ガスを利用することが好ましい。炉頂に原料を搬送するコンベアの上流側の、鉱石やコークス等の原料ホッパー内で加熱して予熱することもできる。
【００１８】
炉頂部に設置された原料装入用バンカーは、所定の温度に保温しておくことが好ましい。保温は原料の加熱と同様に、熱風を用い、加熱温度程度に保温することが好ましい。
【００１９】
図３に、コークスをフェロコークスで置換して高炉を操業する際の、計算により求めた熱保存帯温度と炉頂温度との関係の一例を示す。炉頂温度は、熱保存帯温度の低下に比例して低下する傾向がある。また、図４に同様に計算で求めた、熱保存帯温度が８００〜９００℃の場合の、炉頂からの装入物温度と炉頂温度との関係の一例を示す。装入物温度が上昇すると、炉頂温度が比例して上昇することが分かる。これらの結果から、熱保存帯温度と、炉頂温度が１２０℃を超えるのに必要な装入物温度との関係を図５に示す。予め図５のような関係を求めておけば、フェロコークスの使用量に応じた熱保存帯温度の変化から、必要な装入物（高炉装入原料）の加熱温度を求めることができる。
【００２０】
本発明で用いるフェロコークスは、石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して製造した成型物を加熱して、成型物中の石炭を乾留して製造されたものである。なお、石炭と鉄鉱石とを主成分とするとは、フェロコークスの原料が主として石炭と鉄鉱石であることを意味するものであり、石炭と鉄鉱石とを７０ｍａｓｓ％以上含有する原料を用いてフェロコークスを製造するものであるが、通常は石炭と鉄鉱石とを８０ｍａｓｓ％以上含有する原料を使用する。石炭と鉄鉱石の他に成型のためのバインダー等を使用することができる。成型は冷間または熱間で行い、冷間で成型を行なう場合は、原料にバインダーを添加することが好ましい。
【００２１】
高炉装入原料の一部としてフェロコークスを使用する高炉操業としては、従来の高炉装入原料に加えて、あるいは代替して、フェロコークスを使用するものであり、通常は鉄原料、コークス、フェロコークスを高炉装入原料とするものである。鉄原料は焼結鉱、塊鉱石、ペレット等から構成される。フェロコークスの装入方法としては、例えば、フェロコークスを鉄原料と混合した「鉄原料＋フェロコークス」層と、通常のコークス層とを高炉内に交互に装入することができる。高炉の炉頂部から、まずコークスを装入してコークス層を形成し、次に鉄鉱石とフェロコークスとの混合物を装入して、「鉄原料＋フェロコークス」層を形成し、以下、コークス層と「鉄原料＋フェロコークス」層とのサイクルを順次繰り返して高炉の原料装入を行うものである。
【００２２】
図6を用いて、本発明の一実施形態を説明する。鉄原料、コークス、フェロコークス等の高炉装入原料は、バンカー１０内に装入後に高炉１内に装入される。バンカー１０としては、並列して複数のバンカーを有するタイプや、垂直多段式等があり、それぞれのバンカー内で高炉装入原料を加熱することができる。焼結機１１で製造された焼結鉱は、破砕後クーラー１２で冷却後に、装入コンベア１３で炉頂部に搬送されて、バンカー１０内に装入される。クーラー１２の２００℃の排ガスを、排ガス導入管１４によりバンカー１０内に導入し、バンカーの予熱及び高炉装入原料の加熱を行なう。または、熱風炉１５の排ガスを用いて、２００〜３００℃の排ガスをガス導入管１４によりバンカー１０内に導入することもできる。焼結鉱は完全に冷却することなく、６０〜７０℃まで冷却した段階で装入コンベア１３で搬送し、バンカー１０内に装入することが好ましい。その他の鉄原料、コークス、フェロコークスについても装入コンベア１３で炉頂部に搬送して、バンカー１０内に装入して、バンカー内で保持して加熱後、順次高炉内に装入される。その他の鉄原料、コークス、フェロコークスについても装入コンベア１３での搬送前に熱風炉１５の排ガス等により予熱することができる。加熱された原料の装入により、フェロコークス使用による炉頂ガス温度の低下を抑制することが可能となる。
【実施例１】
【００２３】
内容積が５０００ｍ3、の高炉において、フェロコークスを装入原料として用いない通常の操業である、コークス比３９０ｋｇ／ｔ、微粉炭比１００ｋｇ／ｔの操業条件をベースに、鉄：コークス＝０．４：０．６の質量比のフェロコークスを使用した操業試験（Ｃａｓｅ１〜３）を行なった。表１にベース条件およびＣａｓｅ１〜３の高炉操業結果を示す。熱保存帯温度は炉頂から装入した垂直ゾンデで測定した。
【００２４】
【表１】
2008111145.tif 000003
【００２５】
まず通常の操業として、鉄原料として塊鉱石および焼結鉱を用い、コークスと交互に炉内に装入した。この際のコークス比は３９０ｋｇ／ｔ、微粉炭比は１００ｋｇ／ｔ、炉頂ガス温度は１４０℃であった（ベース条件）。
【００２６】
次に、コークスの一部をフェロコークスで置換して操業を行なった。フェロコークスは、以下のようにして製造したものを用いた。鉄鉱石と石炭との混合物（４：６の質量比率）にバインダーとしてアスファルトピッチと軟ピッチの混合物を５ｍａｓｓ％添加して、ミキサーで攪拌して混合後、線圧５ｔ／ｃｍ、成型温度２５℃で冷間成型して６ｃｃのブリケット成型物を製造した。鉄鉱石には粒径１００ミクロン以下（−１００ミクロン）のペレットフィードを用いた。石炭には最大平均反射率１．０％の石炭を用いた。石炭の粒度は、全量を粒径３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に粉砕したものを用いた。このブリケットを専用の乾留炉であるシャフト炉で加熱して石炭を乾留し、フェロコークスを製造した。フェロコークスと鉄原料とを混合し、該混合物と塊コークスとを交互に炉内に装入して操業を行なったところ、炉頂ガス温度は８２℃となりベース条件と比較して低下した。この際、ダスト排出量であるダスト原単位が低下し通気変動が生じるとともに、ダストキャッチャーからの灰出しの際に水分が多量に流れ出し、作業が困難になったため、同条件での操業の継続が困難であった（ＣＡＳＥ１）。
【００２７】
次に、炉頂バンカー内にバンカーの下部から約１５０℃の焼結機クーラー排ガスを導入し、高炉装入原料を加熱した。バンカー内に鉄原料、コークス、フェロコークスを装入して、焼結機クーラー排ガスを流通後約１０分間保持した。鉄原料、コークス、フェロコークスは比熱が異なる為、到達温度はそれぞれ異なった値を示したが、それぞれの温度に各配合質量を積算し、合計質量で除算した値を「装入原料平均温度」としたところ、約７０℃となった。これらの原料を高炉内に装入したところ、炉頂ガス温度は１３１℃まで上昇し、ダスト原単位の向上、通気変動の安定化が確認された（ＣＡＳＥ２）。
【００２８】
さらに、炉頂バンカー内にバンカーの下部から約２３０℃の熱風炉排ガスを導入し、高炉装入原料を加熱した。バンカー内に鉄原料、コークス、フェロコークスを装入して、熱風炉排ガスを流通後約１０分間保持したところ、装入原料平均温度は約１２０℃となった。これらの原料を高炉内に装入したところ、炉頂ガス温度は１４４℃まで上昇し、ダスト原単位、通気性とも通常のベース条件と同等となった（ＣＡＳＥ３）。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】高炉の縦断面の概略図とその断面における温度分布を示すグラフ。
【図２】熱保存帯温度と熱流比を変化させた場合の、固体温度とガス温度のグラフ。
【図３】熱保存帯温度と炉頂温度との関係を示すグラフ。
【図４】炉頂からの装入物温度と炉頂温度との関係を示すグラフ。
【図５】熱保存帯温度と、炉頂温度が１２０℃を超えるのに必要な装入物温度との関係を示すグラフ。
【図６】本発明の一実施形態を説明する概略図。
【符号の説明】
【００３０】
１    高炉
２    熱保存帯
３    塊状帯
４    融着帯
５    滴下帯
６    レースウェイ
１０    バンカー
１１    焼結機
１２    クーラー
１３    装入コンベア
１４    排ガス導入管
１５    熱風炉
【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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