(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部または全部が予備還元率１０％以上３０％以下の還元鉱石であり残部が通常鉱石である鉱石原料を金属鉄と同時に高炉に装入して高炉操業を行い、
その際に、前記金属鉄の装入量Ｓ（ｋｇ／ｔ）と、前記鉱石原料の平均の還元率ＲＤ（％）とが、下記（１）および（２）式を満足することを特徴とする高炉操業方法。
Ｓ＜１０ＲＤ＋１８０  ……  （１）
Ｓ＞２０ＲＤ−３５０（ただし、右辺の計算値が負値の場合は右辺の値を０とする）  ……  （２）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄鋼業界においても温暖化を代表する地球環境問題への取り組みが必然となっており、炭酸ガスの排出量抑制に関する技術開発が急務となっている。そのため高炉操業に関しては、高炉発生ガス量の低減に繋がる低燃料比操業が望まれている。
【０００３】
従来、燃料比を低減する方法としては、金属化率の高い鉄源、例えばスクラップや還元率の高い還元鉱石の使用が効果的であると考えられていた。例えば、「製銑ハンドブック」（重見彰利著：地人書館１９７９年発行、２００頁、２０１頁）には、「鉄鉱石をWustiteまで予備還元しても、ほとんどその効果は期待できない。予備還元によって金属鉄が生成してはじめてその効果が期待できる。」、「全体の鉱石を軽度に予備還元するよりも、一部の鉱石を高度の予備還元して、混合装入する方が有利である。」と記述されている。
【０００４】
金属化率の高い鉄源を装入する高炉操業方法の例として、特開平１０−２１９３１４号公報には、燃料比低減、生産性向上を目的として、鉄鉱石に還元率が５０〜９０％未満の還元鉄を含む鉄原料を５〜３５ｍａｓｓ％混合して炉頂部から装入する方法が記載されている。また、特開平８−２５３８０１号公報には、原料鉱石を還元して金属化率が４０〜８０％の還元鉱石とし、高炉の炉頂および／または羽口から装入する方法が記載されている。
【０００５】
しかしながら、これら従来技術においては、金属化率の高い鉄源を装入原料としており、金属化率および還元率の低い鉄源を有効に利用する技術は提案されていない。このため、還元率の低い鉄源の利用技術の開発が望まれている。
【０００６】
また、上記公報に記載の技術は、高炉が製鉄所内のエネルギー供給源としての役割を有しており、高炉から発生するガスが製鉄所内でエネルギー源として利用されていることを考慮しておらず、このように予備還元した装入原料を多量に使用した場合には、製鉄所内で必要なエネルギーを供給するだけの高炉発生ガスが得られず、製鉄所内のエネルギーバランスを維持することができなくなるという問題が生じる。すなわち、高炉発生ガス熱量は高炉の燃料比と相関があり、一般に燃料比が低くなれば高炉発生ガス熱量も少なくなる。このため、高還元率の予備還元鉄を使用した場合、燃料比は低減されるものの同時に高炉発生ガス熱量も低下してしまう。なお、ここでいう高炉発生ガス熱量とは製銑１トンあたりの高炉発生ガス量（Ｎｍ３／ｔ）と、高炉発生ガス燃焼時の発熱量（ｃａｌ／Ｎｍ３）とを乗じたもので、製銑１トンあたりの発熱量として定義する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来、高炉の燃料比を低減し、かつ還元鉱石を有効に利用する技術に関しては、高還元率の還元鉱石を装入原料として用いる方法が採用されてきており、低還元率の鉱石を有効に利用する方法は提案されていない。また、高還元率の原料を使用する方法では、製鉄所内のエネルギーとして供給すべき高炉発生ガス熱量が維持できず、還元鉱石の装入量が抑制される問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、今まで有効に利用することができなかった低還元率の還元鉱石を高炉装入原料として利用することができ、高炉燃料比の低減と高炉発生ガス熱量の制御とを両立することができる高炉操業方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
金属鉄が生成する直前の状態（還元率３０％）まで還元した鉱石を高炉に装入して操業した場合には、燃料比は増減せず、高炉発生ガス熱量は増加する。また、スクラップ等の金属鉄を高炉に装入して操業した場合には、燃料比は低減し、高炉発生ガス熱量も低下する。すなわち、低還元率の還元鉱石を高炉に装入する技術と、スクラップ等の金属鉄を高炉に装入する技術とでは相反する作用を有する。
【００１０】
そこで本発明者らはこの点に着目して、低還元率の還元鉱石を高炉装入原料として利用しつつ、同時にスクラップ等の金属鉄を装入する技術を詳細に検討したところ、極めて大きな効果を得るに至った。すなわち、このように低還元率の還元鉱石を金属鉄と同時に高炉に装入することにより、高炉発生ガス熱量を維持したまま、燃料比を通常鉱石のみを装入した場合よりも低減することが可能となった。
【００１１】
本発明は上記知見に基づいてなされたものであって、一部または全部が予備還元率１０％以上３０％以下の還元鉱石であり残部が通常鉱石である鉱石原料を金属鉄と同時に高炉に装入して高炉操業を行い、その際に、前記金属鉄の装入量Ｓ（ｋｇ／ｔ）と、前記鉱石原料の平均の還元率ＲＤ（％）とが、下記（１）および（２）式を満足する条件下で操業を行うことを特徴とする高炉操業方法を提供する。
Ｓ＜１０ＲＤ＋１８０  ……  （１）
Ｓ＞２０ＲＤ−３５０（ただし、右辺の計算値が負値の場合は右辺の値を０とする）  ……  （２）
【００１３】
なお、本発明における通常鉱石とは、採掘された生の鉱石に加えて、焼結鉱、ペレット、ブリケット等のいわゆる処理鉱も含み、既存の設備およびプロセスで製造される還元率１０％未満のものを指す。また、本発明における金属鉄としては、廃車や廃家電製品等から回収された鉄屑等のスクラップ、ＤＲＩ（直接還元鉄）、ＨＢＩ（熱間ブリケット還元鉄）、直接還元ペレット、ミルスケール、ダストやスラッジ等の粉状鉄源の塊成化物、高金属化率の還元鉱石等を挙げることができ、これらの１種または２種以上を用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明における高炉操業方法は、一部または全部が予備還元率１０％以上３０％以下の還元鉱石であり、残部が通常鉱石である鉱石原料を金属鉄と同時に高炉に装入して高炉操業を行う。
【００１５】
上記構成は、本発明者らが高炉の物質・熱収支解析から理論的に見出した知見に基づくものである。以下、この知見、すなわち一部または全部が予備還元率１０％以上３０％以下の還元鉱石であり残部が通常鉱石である鉱石原料をスクラップ等の金属鉄と同時に高炉に装入することにより、高炉発生ガス熱量を維持したまま、燃料比を通常鉱石のみを装入した場合よりも低減することができるという知見について、図面に基づいて説明する。図１は、通常鉱石、ならびに、還元率１０％、２０％および３０％の還元鉱石のそれぞれを鉱石原料とした場合にスクラップ装入量が燃料比に与える影響を示した図であり、図２は、図１と同様の場合にスクラップ装入量が高炉発生ガス熱量に与える影響を示した図である。
【００１６】
図１に示すように、いずれの鉱石原料の場合もスクラップ装入量の増大により燃料比は低減しているが、通常鉱石から還元率１０〜３０％の還元鉱石に高炉装入原料を変更してもそれぞれのスクラップ装入量において燃料比に変化はない。また、図２に示すように、いずれの鉱石原料の場合もスクラップ装入量の増大に応じて高炉発生ガス熱量は低減しているが、通常鉱石から還元率１０〜３０％の還元鉱石に高炉装入原料を変更することにより、それぞれのスクラップ装入量において還元鉱石の還元率の増加に伴い高炉発生ガス熱量は増大している。図１および図２より、金属鉄を装入することにより燃料比を低減することはできるが同時に高炉発生ガス熱量も低減すること、および、還元率１０〜３０％の還元鉱石を装入することにより燃料比を増減させずに高炉発生ガス熱量を増大させることができることがわかる。したがって還元率１０％以上３０％以下の還元鉱石を金属鉄と同時に高炉に装入することにより、金属鉄の装入により燃料比を低減しつつ、これに伴う高炉発生ガス熱量の減少分を還元鉱石の装入により補うことが可能である。
【００１７】
本発明では、金属鉄の装入量Ｓ（ｋｇ／ｔ）と、鉱石原料の平均の還元率ＲＤ（％）とが、下記（１）および（２）式を満足することが望ましい。
Ｓ＜１０ＲＤ＋１８０  ……  （１）
Ｓ＞２０ＲＤ−３５０（ただし、右辺の計算値が負値の場合は右辺の値を０とする）  ……  （２）
【００１８】
このことを図３を参照しながら説明する。
図３は、高炉の物質・熱収支解析により理論的に導き出された図表であって、横軸に鉱石原料の平均の還元率ＲＤ（０〜３０％）をとり、縦軸に金属鉄であるスクラップの装入原単位Ｓ（０〜３００ｋｇ／ｔ）をとって、高炉発生ガス熱量が製鉄所内のエネルギーバランスを維持可能な範囲に斜線を付して示したグラフである。また、図３には、高炉発生ガス熱量の増減量が−１０％、−５％、±０％、＋１０％、＋２０％の一定となる操業における鉱石の還元率と金属鉄装入原単位との関係を実線で示し、高炉の炉頂温度が２００℃となる場合および２５０℃となる操業における鉱石の還元率と金属鉄装入原単位との関係を点線で示したものである。なお、図３は、還元鉱石のみからなる鉱石原料を使用した場合を示している。
【００１９】
図３に示した金属鉄装入量の上限は、製鉄所のエネルギーバランスにより決定されている。
製鉄所内のエネルギーバランスは、製鉄所の規模や構成に依存して変化するが、日本国内の製鉄所の多くはエネルギーの約９０％を外部から購入した石炭によりまかなっており、この石炭を製銑工程で使用すると同時にコークス炉ガス、高炉発生ガスに転換し、これらのガスを製鉄所内の発電所、加熱炉等で燃料ガスとして使用することにより残りの１０％をまかなっている。この燃料ガスとして使用されるガスの発生量は、高炉発生ガスが約８００ｋｃａｌ／Ｎｍ３、コークス炉ガスが約５０００ｋｃａｌ／Ｎｍ３であり、製鉄所内のエネルギーバランスを大きく左右するのは主としてコークス炉ガスであるため、通常の高炉操業では高炉発生ガス熱量は１０％の減少まで許容することができる。図３に示された高炉発生ガス熱量の増減量が−１０％となる場合のＳとＲＤとの関係はＳ＝１０ＲＤ＋１８０であり、このことからＳ＜１０ＲＤ＋１８０とすればよいことが分かる。なお、高炉発生ガス熱量の増加については、エネルギー価格を比較すると石油、電力より安価であり、積極的に増加させることが望ましい。
【００２０】
一方、図３における金属鉄装入量の下限は、設備制約である最高炉頂温度２５０℃によって決定されている。図３に示された高炉の炉頂温度が２５０℃となる場合のＳとＲＤとの関係はＳ＝２０ＲＤ−３５０であり、このことからＳ＞２０ＲＤ−３５０とすればよいことが分かる。ただし、ＲＤの値によっては２０ＲＤ−３５０の計算値が負値となる場合があるが、Ｓが０以下となることは有り得ないので、その場合には２０ＲＤ−３５０を０とする。
【００２１】
以上より、金属鉄の装入量Ｓ（ｋｇ／ｔ）と、還元鉱石を使用した鉱石原料の平均の還元率ＲＤ（％）とが、上記（１）および（２）式を満足することが実操業上望ましいことが示された。
【００２２】
【実施例】
大型高炉（４３００ｍ３）を用いて、下記の基本条件と表１に示した高炉装入原料とで高炉操業を実施した。
基本条件
・送風温度：１２００℃
・送風中湿分：３０ｇ／Ｎｍ３
・酸素富化率：３％
各操業の燃料比、高炉発生ガス熱量について調べた結果を表１に併せて示す。
【００２３】
【表１】
0004724942.tif 000002
【００２４】
表１の比較例１は通常鉱石のみを装入した通常の高炉操業である。比較例２は、還元率３０％の還元鉱石のみを装入し、スクラップを装入しない場合であり、燃料比は比較例１と同じで変化しておらず、高炉発生ガス熱量は１．８０Ｇｃａｌ／ｔ−銑鉄と通常の３０％増に達しており、燃料比の低減効果がなく、高炉発生ガス熱量が余剰であり、操業上のメリットが得られなかった。比較例３は、通常鉱石とスクラップ２００ｋｇ／ｔとを装入し、還元鉱石を装入しない場合であり、スクラップ装入の効果により燃料比を低減することはできたが高炉発生ガス熱量は１．２０Ｇｃａｌ／ｔ−銑鉄と通常より１３％低下し、製鉄所内のエネルギーバランスを崩し、長時間の操業は困難であった。これに対して、実施例１では還元鉱石と同時にスクラップを装入することにより、燃料比を４０ｋｇ／ｔ低減することができ、かつ、高炉発生ガス熱量を操業範囲内である＋４％に維持することができた。また、実施例２では、通常鉱石７２０ｋｇ／ｔおよび還元率２０％の還元鉱石６８０ｋｇ／ｔと同時にスクラップを装入した。装入鉱石の平均還元率は１０％であり、実施例１の場合と同様である。この場合の操業結果は実施例１とほぼ同じであり、通常鉱石の一部を還元鉱石に置換した場合も同等の効果があることが確認された。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高炉操業方法によれば、還元率が１０％以上３０％以下の還元鉱石を使用した鉱石原料と、金属鉄とを高炉に装入することにより、今まで有効に利用できなかった低還元率の還元鉱石を高炉原料として有効に利用することができるとともに、高炉発生ガス熱量を制御して製鉄所内のエネルギーバランスを維持しつつ高炉の燃料比を低減することができ、ひいては炭酸ガス発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】通常鉱石、ならびに、還元率１０％、２０％および３０％の還元鉱石のそれぞれを高炉装入原料とした場合にスクラップ装入量が燃料比に与える影響を示した図。
【図２】図１と同様の場合にスクラップ装入量が高炉発生ガス熱量に与える影響を示した図。
【図３】横軸に鉱石原料の還元率ＲＤをとり、縦軸に金属鉄の装入原単位Ｓをとって、本発明における操業範囲の一例を斜線を付して示す図。
【図１】
0004724942.tif 000003
【図２】
0004724942.tif 000004
【図３】
0004724942.tif 000005