(57)【要約】【課題】微粉炭と粉状のフラックスとの混合粉体を高炉羽口より吹き込む高炉操業方法において、高微粉炭比レベルにおいても、混合粉体の吹込み配管内の圧力変動や配管詰まりを発生させることなく、高炉内へのフラックスの吹込み量を安定させることによって、溶銑中Ｓｉのバラツキを低減して確実に溶銑中Ｓｉを低減できる高炉操業方法を提供する。【解決手段】石炭と、ＣａＯ、ＭｇＯおよび酸化鉄よりなる群から選ばれた１種または２種以上の酸化物を含有するフラックスとを、配合比や粉砕時間等を調整して混合粉砕することにより、混合粉体の流動性指数ＦＩ（Ｃａｒｒの提唱した、▲１▼安息角、▲２▼圧縮度、▲３▼スパチュラ角、▲４▼凝集度または均一度の４種類の値を総合評価して得られる指標）を３０以上とする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭と粉状のフラックスとの混合粉体を高炉羽口より吹き込む高炉操業方法において、前記混合粉体の流動性指数ＦＩを３０以上とすることを特徴とする高炉への粉体吹き込み操業方法。
【請求項２】
前記フラックスが、ＣａＯ、ＭｇＯおよび酸化鉄よりなる群から選ばれた１種または２種以上の酸化物を含有するものである、請求項１に記載の高炉への粉体吹き込み操業方法。
【請求項３】
前記微粉炭の吹込み量が、銑鉄トン当り１００ｋｇ以上である、請求項１または２に記載の高炉への粉体吹き込み操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶銑中のＳｉ濃度を減少させるための高炉への粉体吹き込み操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、製造コストの高いコークスの使用量を低減することや、コークス炉の老朽化対策としてコークス炉の稼働率を軽減すること等の理由から、コークスに代わる燃料として高炉羽口から補助燃料として微粉炭を吹込む高炉操業方法が広く実施されている。
【０００３】
微粉炭比は１００ｋｇ／ｔｈｍ（「／ｔｈｍ」は銑鉄トン当りを意味する。以下同じ。）以上が一般的になり、１５０ｋｇ／ｔｈｍ以上の高微粉炭吹込み高炉操業も行なわれている。
【０００４】
しかしながら、高炉に吹込まれる微粉炭には約１０質量％程度の灰分量が含まれ、この灰分はＳｉＯ２：５０〜６０％、Ａｌ２Ｏ３：２０〜３０％、その他Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯなどからなり、主に酸性成分で構成されている。したがって、羽口から１００ｋｇ／ｔｈｍを超える微粉炭を吹込むと、微粉炭の灰分中のＳｉＯ２を主成分とする酸性スラグがレースウェイ内に大量に増加する。このため、スラグの粘性や融点が上昇し、灰分のレースウェイ内での滓化が遅れる。そして、滓化が遅れた酸性スラグ中のＳｉＯ２が、ＳｉＯ２＋Ｃ→ＳｉＯ＋ＣＯの反応でＳｉＯガスを発生し、この発生したＳｉＯガスが炉下部の高温帯を上昇する間に溶銑中に含まれるＣによってさらに還元されてＳｉとなる。このＳｉは溶銑中に吸収され、溶銑中のＳｉ濃度を増加させる。このように溶銑中のＳｉ濃度が増加すると、後続する製鋼工程では脱珪処理を十分に行なう必要が生じ、その処理による生産性の低下とともに石灰系フラックスの原単位が増加するなど種々の不具合を生じることになる。
【０００５】
そこで、上記不具合を生じることのないように溶銑中のＳｉ濃度の増加を抑制することを目的として、これまでにも溶銑中のＳｉ濃度を低減する高炉操業方法が提案されている。
【０００６】
〔従来技術１〕
例えば、粉状鉄源の吹込み位置から５０〜５００ｍｍ風上の位置側に微粉炭を吹き込むことにより銑鉄中のＳｉ含有量を減少させる、高炉における微粉炭および粉状鉄源の同時吹込み操業方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
〔従来技術２〕
また、石炭とＣａＯ源および／またはＭｇＯ源を含有する造滓剤（フラックスス）とを、１５０〜５００℃の範囲の熱風が導入されている粉砕機で混合粉砕して得られた混合粉体を羽口から高炉内へ吹込み、これにより銑鉄中のＳｉ含有量及びＳ含有量を同時に減少させる、高炉の粉体吹込み操業法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
〔従来技術３〕
また、高炉羽口から炉内にＭｇＯ、ＣａＯ系フラックスと微粉炭を混合して吹き込む際に、フラックスと微粉炭の混合比を０．０７〜０．４の範囲とすることにより、配管詰まりを防止しつつ、微粉炭中にフラックスを均一に分散させて溶銑中のＳｉ濃度を低下させる、高炉へのフラックス吹込み方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１５７７１２号公報
【特許文献２】
特公平８−２６３６９号公報
【特許文献３】
特開平３−２１５６１９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術１では、その実施例において、微粉炭比１３０〜１５５ｋｇ／ｔｈｍにおいて溶銑中Ｓｉの低減効果が示されているが、微粉炭の吹込み系統とは別に粉状鉄源の吹込み系統を必要とし、設備コストが増大する問題がある。
【００１１】
また、従来技術２では、石炭と造滓剤（フラックス）とを混合粉砕して得られた混合粉体を羽口から吹き込んでいるため設備コストの増大の問題はないが、その実施例において、溶銑中のＳｉ濃度の低減効果が示されているものの、微粉炭比は７０ｋｇ／ｔｈｍであり、今日行なわれている微粉炭比１００ｋｇ／ｔｈｍ以上さらには１５０ｋｇ／ｔｈｍ以上の高微粉炭比レベルでの適用性については不明である。
【００１２】
また、従来技術３では、フラックスと微粉炭の混合比を上昇させるとともに、フラックスと微粉炭の混合物の圧縮比および崩壊角が上昇し、混合物の流動性が悪化して配管詰まりが発生し、吹込みが困難になることが記載されているものの、適用できる微粉炭比のレベルについてはなんら開示されておらず、１００ｋｇ／ｔｈｍ以上、さらには１５０ｋｇ／ｔｈｍ以上の高微粉炭比レベルでも適用できるかは疑問である。
【００１３】
すなわち、高微粉炭比レベルの高炉操業においては、一般的に微粉炭の輸送配管中における固気比は高く、圧力変動や配管詰まりが発生しやすい条件下にある。このような条件下において、微粉炭に比べ付着性の高い粉状のフラックスがさらに添加（混合）されると、輸送配管内の圧力変動や配管詰まりがさらに発生しやすくなる。このため、高炉内へのフラックスの吹込み量が変動し、溶銑中Ｓｉ濃度のバラツキが増大して確実なＳｉ低減効果が得られない問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、微粉炭と粉状のフラックスとの混合粉体を高炉羽口より吹き込む高炉操業方法において、高微粉炭比レベルであっても、混合粉体の吹込み配管内の圧力変動や配管詰まりを発生させることなく、高炉内へのフラックスの吹込み量を安定させることによって、溶銑中Ｓｉ濃度のバラツキを低減して確実に溶銑中Ｓｉを低減できる高炉操業方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、微粉炭と粉状のフラックスとの混合粉体を高炉羽口より吹き込む高炉操業方法において、前記混合粉体の流動性指数ＦＩを３０以上とすることを特徴とする高炉への粉体吹き込み操業方法である。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記フラックスが、ＣａＯ、ＭｇＯおよび酸化鉄よりなる群から選ばれた１種または２種以上の酸化物を含有するものである、請求項１に記載の高炉への粉体吹き込み操業方法である。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記微粉炭の吹込み量が、銑鉄トン当り１００ｋｇ以上である、請求項１または２に記載の高炉への粉体吹き込み操業方法である。
【００１８】
（作用）
微粉炭と粉状のフラックスとの混合粉体の流動性指数ＦＩを３０以上とすることにより、混合粉体の流動性が確保され、後述の実施例で示すように、輸送配管内の圧力変動や配管詰まりを防止できる。
【００１９】
ここに、流動性指数ＦＩとは、Ｃａｒｒにより提唱された、粉体の流動性に関する指標である。この流動性指標ＦＩは、▲１▼安息角、▲２▼圧縮度、▲３▼スパチュラ角、▲４▼凝集度または均一度の４種類の値を測定して、それぞれの測定値に対し最高２５点の点数を配点し、合計点で表わすものである。これら４種類の値はパウダーテスタにより測定できる。流動性指数ＦＩの値が大きい粉体ほど流動性が良いことを示す（粉体工学研究会、日本粉体工業協会編、「粉体物性図説」、第１版、産業技術センター、昭和５０年５月１日、ｐ．１４７−１５１参照）。
【００２０】
輸送配管内の圧力変動や配管詰まりを評価する指標として流動性指数ＦＩを選択した理由は以下のとおりである。
【００２１】
すなわち、混合粉体を構成する微粉炭および粉状のフラックスの種類、粒度（平均粒径、粒度分布等）、配合等によって混合粉体の流動性は種々変化する。このため、異なる種類の微粉炭やフラックスを用いた場合や粒度を変更した場合には、微粉炭とフラックスの適正な混合比の範囲が変動する。例えば従来技術３において、フラックスと微粉炭の混合比を上昇させるとともに、フラックスと微粉炭の混合物の圧縮比および崩壊角が上昇し、混合物の流動性が悪化して配管詰まりが発生し、吹込みが困難になることが記載されている。しかしながら、混合物の圧縮比や崩壊角は混合粉体を構成する微粉炭および粉状のフラックスの種類、粒度等によっても変化するものである。この点については、従来技術３にはなんら開示がなされていない。したがって、従来技術３のように、単に微粉炭とフラックスの混合比を一定範囲に規定するだけでは、確実に圧力変動や配管詰まりを防止できない。そこで、混合粉体を構成する微粉炭および粉状のフラックスの種類、粒度、配合など多数の因子の影響を総合して単一の指標で一義的に評価できる指標として、現状最も信頼性の高い流動性指数ＦＩを選択したものである。
【００２２】
フラックスとして、ＣａＯおよび／またはＭｇＯを含有する塩基性フラックスを用いることが好ましい。これにより、酸性スラグ中のＳｉＯ２の活量を低下させるとともに、滓化を促進して炉下部への滴下を加速し、ＳｉＯガスの発生を抑制でき、溶銑中のＳｉを低減できる。また、フラックスとして、酸化鉄を用いることも好ましい。これにより、ＦｅＯ＋ＳｉＯ→Ｆｅ＋ＳｉＯ２の反応でＳｉＯガスの発生を抑制することができ、溶銑中のＳｉ濃度を低減できる。当然のことながら塩基性フラックスと酸化鉄とを混合して用いてもよい。
【００２３】
本発明により、混合粉体の流動性が確保されるため、微粉炭の吹込み量が銑鉄トン当り１００ｋｇ以上、さらには１５０ｋｇ以上の場合でも、輸送配管内での圧力変動や配管詰まりを発生させることなく、混合粉体を安定して高炉内に吹き込めるので、高微粉炭吹込み高炉操業においても溶銑中のＳｉ濃度のバラツキおよびＳｉレベルをともに低減できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
本実施の形態では、石炭とフラックスとしての石灰石とを混合粉砕して混合粉体とする例について説明する。
【００２６】
石炭およびフラックスとしての石灰石は、所定の配合比で粉砕機に投入され所定時間混合粉砕されることにより流動性指数ＦＩが３０以上、好ましくは３５以上、より好ましくは４０以上の混合粉体となる。
【００２７】
なお、流動性指数ＦＩは、上述のように、混合粉体を構成する石炭およびフラックスの種類、配合比、粒度等によって変化するものである。
【００２８】
このため、例えば事前に小型のバッチ式粉砕機を用いて、高炉で使用予定の石炭およびフラックスについて、配合比を種々変更し、かつ粉砕時間を変更することによって粉砕粒度を種々変更した混合粉体を作製し、各混合粉体について流動性指数ＦＩを測定する。そして、流動性指数ＦＩが３０以上、好ましくは３５以上、より好ましくは４０以上となる、配合比と粉砕粒度の組合せを選択すればよい。
【００２９】
このようにして得られた混合粉体は輸送配管により高炉近傍まで気体輸送され、さらに高炉近傍に設けられた分配器により各羽口まで分配、気体輸送される。そして、混合粉体は各羽口から熱風とともに炉内に吹き込まれる。
【００３０】
混合粉体は流動性が良好なため、輸送配管中を円滑に搬送され、圧力変動や配管詰まりを発生させることはない。このため、混合粉体は均一に炉内に吹き込まれ、混合粉体中の石灰石のＣａＯ成分の働きにより溶銑中Ｓｉ濃度のバラツキが低減され、確実に溶銑中Ｓｉ濃度が低減される。
【００３１】
上記実施の形態においては、石炭とフラックスとを混合粉砕して混合粉体としたが、これに限られるものではなく、例えば石炭とフラックスとを別々に粉砕し、得られた微粉炭と粉状フラックスとを混合して混合粉体としてもよい。
【００３２】
また、上記実施の形態においては、フラックスとして石灰石を用いたが、これに限られるものではなく、例えば生石灰、ドロマイト、転炉スラグ、ＭｇＯれんが屑などＣａＯおよび／またはＭｇＯを含有するもの、あるいは鉄鉱石、ミルスケールなど酸化鉄を含有するものを用いてもよい。また、これらを適宜混合して用いてもよい。
【００３３】
本発明が適用される微粉炭比は特に限定されるものではないが、好ましくは１００ｋｇ／ｔｈｍ以上、より好ましくは１５０ｋｇ／ｔｈｍ以上が推奨される。混合粉体の流動性が確保されているため、このような高微粉炭吹込み高炉操業においても輸送配管内での圧力変動や配管詰まりを発生させることなく、混合粉体を安定して高炉内に吹き込める。したがって、高微粉炭吹込み高炉操業による、コークス代替による燃料コスト低減効果およびコークス炉の寿命延長による設備コスト低減効果を確保しつつ、溶銑中Ｓｉの低減による脱珪コスト低減効果が得られる。
【００３４】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、混合粉体の気流輸送実験を実施した。石炭としては、高炉用微粉炭として一般的に使用されている高揮発瀝青炭を用い、フラックスとしては石灰石を用いた。石炭と石灰石とを小型乾燥機で乾燥した後、石炭と石灰石の配合比を１００：０（石炭単味）〜０：１００（石灰石単味）の間で種々変化させて配合し、これを小型のバッチ式ローラミルで粉砕時間を種々変更して混合粉砕を行い、混合粉体を作製した。
【００３５】
そして、各混合粉体の、▲１▼安息角、▲２▼圧縮度、▲３▼スパチュラ角、▲４▼凝集度または均一度の４種類の値をパウダーテスタ（ホソカワミクロン社製）により測定し、各測定値に対する配点を合計することにより流動性指数ＦＩを求めた（前掲：粉体工学研究会、日本粉体工業協会編、「粉体物性図説」、第１版、産業技術センター、昭和５０年５月１日、ｐ．１４７−１５１参照）。
【００３６】
その後、図１に示す実験装置で各混合粉体の搬送性を調査する気流輸送実験を行った。混合粉体Ａをテーブルフィーダ１により内径１２．７ｍｍの輸送配管２内に定量的に切り出し、搬送ガスとしてＮ２ガスを用いて気流輸送させた。輸送配管２は直線状に配置し、距離Ｌ＝２ｍ間の圧力損失ΔＰを計測する差圧計３を設置し、データロガ４により一定時間ごとにΔＰの計測値を集録した。混合粉体Ａの切り出し量は８００ｇ／ｍｉｎ（一定）とし、Ｎ２ガス流量を４０〜６７Ｌ（標準状態）／ｍｉｎ（固気比９．６〜１６．０）の間で段階的に変化させた。図２に気流輸送実験におけるΔＰ／Ｌの経時変化を例示する。輸送配管２中にＮ２ガスのみを流しているときにはΔＰ／Ｌは約８００Ｐａ／ｍと低いレベルにあり、かつΔＰ／Ｌの変動はほとんど認められない。これに対し、混合粉体Ａを輸送配管２中に切り出すと、ΔＰ／Ｌの平均レベルが約１６００Ｐａ／ｍに上昇するとともに、ΔＰ／Ｌの著しい変動が見られる。
【００３７】
ここで、粉体の気流輸送における配管内圧力損失は下記式（１）〜（３）により表わされる。
【００３８】
ΔＰ＝ΔＰａ＋ΔＰｚ  …（１）
ΔＰａ＝λａ・（Ｌ／Ｄ）・［Ｖａ２／（２ｇ）］・ρａ  …（２）
ΔＰｚ＝λｚ・ｍ・（Ｌ／Ｄ）・［Ｖａ２／（２ｇ）］・ρａ  …（３）
ここに、ΔＰ：全圧力損失、ΔＰａ：搬送ガスのみによる圧力損失、ΔＰｚ：粉体による付加圧力損失、λａ：搬送ガスによる摩擦係数、λｚ：粉体による付加摩擦係数、ｍ：固気比、Ｌ：配管距離、Ｄ：配管内径、Ｖａ：搬送ガス線速度、ｇ：重力加速度、ρａ：搬送ガス密度である。
【００３９】
図２に示すように、Ｎ２ガスのみを流しているときのΔＰ／ＬがΔＰａ／Ｌに相当し、混合粉体Ａの切り出しによるΔＰ／Ｌの平均レベルの上昇分がΔＰｚ／Ｌに相当する。
【００４０】
既存の微粉炭輸送配管を用いて（すなわち、ＬおよびＤは一定として）、微粉炭比を上昇させた場合に（すなわち、より多量の微粉炭を吹込む場合に）、配管内全圧力損失ΔＰの上昇をできるだけ小さくするため、上記式（１）〜（３）より、固気比ｍを可能な範囲で上昇させて搬送ガス線速度Ｖａをできるだけ上昇させないことが望ましい。（なお、既存の輸送配管に加えて新たな輸送配管を設置すること、あるいは既存の輸送配管より内径の大きな輸送配管に取り替えることによれば、全圧力損失ΔＰを上昇させることなく微粉炭比を上昇できるが、余分な設備コストがかかる問題がある。）
【００４１】
したがって、微粉炭比を上昇させた場合（すなわち、より多量の微粉炭を吹込む場合）、上記式（３）よりΔＰｚ／Ｌは固気比ｍにほぼ比例して上昇し、これにさらに図３に示すようなΔＰ／Ｌの変動分が加わるため、ΔＰ／Ｌの瞬時値は非常に高くなり、配管詰まりが発生しやすくなる。
【００４２】
以上より、微粉炭比を上昇させた場合において、ΔＰｚ／Ｌの上昇は避け難いものの、ΔＰ／Ｌの変動分を低減できれば、配管詰まりの発生を防止できることとなる。
【００４３】
ΔＰ／Ｌの変動分を定量的に評価する指標として、混合粉体輸送中におけるΔＰ／Ｌの集録データを統計処理して得られた標準偏差σＰを用いた。なお、データロガ４によるデータ集録間隔は０．５秒とした。
【００４４】
図３に、本実験で用いた混合粉体の流動性指数ＦＩとσＰとの関係を示す。図３より明らかなように、流動性指数ＦＩとσＰとは、石炭と石灰石の配合比および粉砕時間（混合粉体の粒度）にかかわらず、ほぼ１：１の相関関係にあることがわかる。そして、流動性指数ＦＩが３０未満になるとσＰが急激に上昇し、圧力変動が非常に大きくなるのに対し、流動性指数ＦＩを大きくするほどσＰが低下し、圧力変動が小さくなることが認められる。したがって、流動性指数ＦＩは３０以上とする必要があり、３５以上とすることが好ましく、４０以上とすることがより好ましい。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、微粉炭と粉状のフラックスとの混合粉体を高炉羽口より吹き込む高炉操業方法において、高微粉炭比レベルであっても、混合粉体の吹込み配管内の圧力変動や配管詰まりを発生させることがない。このため、高炉内へのフラックスの吹込み量が安定し、溶銑中Ｓｉ濃度のバラツキを低減して確実に溶銑中Ｓｉを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の気流輸送実験に用いた実験装置の概略を示すフロー図である。
【図２】実施例の気流輸送実験におけるΔＰ／Ｌの経時変化を例示するグラフ図である。
【図３】混合粉体の流動性指数ＦＩと混合粉体輸送中におけるΔＰ／Ｌの標準偏差σＰとの関係を示すグラフ図である。
【記号の説明】
１…テーブルフィーダ
２…輸送配管
３…差圧計
４…データロガ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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