(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の炉頂部から旋回シュートを用いて高炉内にコークスと鉄原料とを交互に装入する高炉への原料装入方法において、少なくとも焼結鉱を含む鉱石原料と酸化鉄ペレットとを鉄原料として高炉内に装入するに当たり、
酸化鉄ペレットを鉄原料に対し１０質量％以上とし、
上記鉄原料の各装入を２回以上に分割して行い、
２回目以降に、酸化鉄ペレットの少なくとも８０質量％を混合して装入し、
高炉炉口での半径位置（ｒ）を炉口半径（Ｒ）で無次元化した無次元半径（ｒ／Ｒ）：０．２〜０．８の範囲に、上記酸化鉄ペレットを上記鉄原料の上層に偏析させることを特徴とする高炉への原料装入方法。
【請求項２】
前記酸化鉄ペレットの塩基度が０．５以下であることを特徴とする請求項１に記載の高炉への原料装入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炉内への原料装入を旋回シュートで行う高炉への原料装入方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点からＣＯ2削減が求められている。
ここに、鉄鋼業においては、ＣＯ2排出量の約７０％が高炉によるものであるため、高炉におけるＣＯ2排出量の削減が求められている。そして、高炉におけるＣＯ2削減は、高炉で使用する還元材（コークス、微粉炭、天然ガスなど）の削減により可能である。
【０００３】
還元材を削減する場合、鉱石層の還元効率を向上することが必要である。非特許文献１によれば、鉱石層の還元効率向上には、鉱石層の層厚を低減し、未還元部分の層厚を低減することが有効であるとされている。
【０００４】
ただし、上記のように鉱石層の層厚の低減を図った場合、コークス層厚も同時に低下する。
そして、高炉においてコークス層厚が低下すると、鉱石が軟化溶融する融着帯における通気抵抗が上昇して安定な操業を阻害することが経験的に知られている。
例えば、非特許文献２には、コークス層厚が高炉の炉腹部における平均値で１８０ｍｍ以下となると、高炉の通気抵抗が上昇してしまうことが示されている。
【０００５】
そこで、このような通気抵抗の上昇による高炉操業の不安定化に対して、コークス層厚を規定値以上確保するような操業が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、このような局所的なコークス層厚箇所が発生することを防止するために、確保するべきコークス層厚の下限を定めている。ここでは炉口平均６００ｍｍ以上を確保すれば、炉内でのコークス層厚が局所的にも下限に至らないとしている。
【０００６】
また、特許文献２では、融着帯における通気抵抗の上昇を防止するために、炉腹部のコークス層厚を平均で２５０ｍｍ以上確保することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１８３１０号公報
【特許文献２】特開平６−１３６４１４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】材料とプロセス  １３巻８９４頁（２０００）
【非特許文献２】鉄と鋼  ８７巻５号３４２頁（２００１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前掲したいずれの特許文献においても、確保すべきコークス層の平均層厚を規定するのみであり、鉱石層側の軟化溶融挙動を考慮した通気性の改善には言及していない。
【００１０】
本発明は、上記した課題を解決すべく開発されたもので、コークス層厚が薄い操業において、通気性を改善するための原料装入方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．高炉の炉頂部から旋回シュートを用いて高炉内にコークスと鉄原料とを交互に装入する高炉への原料装入方法において、少なくとも焼結鉱を含む鉱石原料と酸化鉄ペレットとを鉄原料として高炉内に装入するに当たり、
酸化鉄ペレットを鉄原料に対し１０質量％以上とし、
上記鉄原料の装入を２回以上に分割して、
２回目以降に、酸化鉄ペレットの少なくとも８０質量％を混合して装入し、
高炉炉口での半径位置（ｒ）を炉口半径（Ｒ）で無次元化した無次元半径（ｒ／Ｒ）：０．２〜０．８の範囲に、上記酸化鉄ペレットを上記鉄原料の上層に偏析させることを特徴とする高炉への原料装入方法。
【００１２】
２．前記酸化鉄ペレットの塩基度が０．５以下であることを特徴とする前記１に記載の高炉への原料装入方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、例えば、コークス層厚が薄い操業であっても、通気性悪化の要因となる酸化鉄ペレットを適切な位置に装入することで、高炉の通気性を改善することができる。そのため、コークス層厚が薄い操業となる低コークス比操業下においても、高炉操業の安定化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実験装置の模式図である。
【図２】塩基度が融着帯の通気抵抗におよぼす影響を示した実験結果を示す図である。
【図３】コークススリット層厚が融着帯の通気抵抗におよぼす影響を示した実験結果を示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、融着帯での溶融挙動を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を、具体的に説明する。
まず、本発明の条件のうち、酸化鉄ペレットの偏析装入条件の解明経緯について説明する。
発明者らは、各種酸化鉄ペレットが高炉内の融着帯の通気性に及ぼす影響を調査するため、高炉内条件を模擬した還元試験を行い、酸化鉄ペレットの挙動を確認した。
【００１６】
図１に、コークス層厚と融着帯の通気抵抗の関係を測定するために用いた装置の概略図を示す。図中、符号１は試料加熱炉であり、この試料加熱炉１はその内部に試料充填容器２および加熱装置３を備えている。
また、試料充填容器２の内部には、コークス層４および試料層５（鉄原料層）を層状に充填した試料充填層６を形成する。そして、試料充填層６は、加熱装置３によって温度がコントロールされる。
さらに、７は気体加熱炉であり、この気体加熱炉７もその内部に加熱装置８を備えている。なお、９はガス混合器、１０はガス流通用の配管、１１は圧力計、１２は熱電対、１３は押え板、１４は台座、１５は接続棒であり、この接続棒は黒鉛または金属製とすることが好ましい。
【００１７】
符号１６は負荷手段であり、図１では錘を用いている。そして、この錘１６により、高炉内を模擬した荷重を試料充填層６に付加する。
なお、この測定装置は、試料加熱炉１と気体加熱炉７とを並列配置としている。このように、並列配置としたので、気体加熱炉７で加熱された気体は、試料加熱炉１内に横方向から侵入することになる。その結果、図１に示すように、侵入した加熱気体は試料充填容器１内の試料充填層６を水平に流れるので、高炉融着帯におけるガス流れを再現できるのである。
上記試験装置を用いて、試料層５における酸化鉄ペレットの混合状態を種々に変えて、融着帯の通気抵抗を測定した。その際の実験条件を表１に示す。なお、表１のペレット混合方法おいて「酸化鉄ペレット＋焼結鉱」は酸化鉄ペレットと焼結鉱を均等に混合したものを示す。
【００１８】
【表１】
0006354708.tif 000002
【００１９】
ここで、酸化鉄ペレットの混合方法（酸化鉄ペレットを試料層に均一に混合、酸化鉄ペレットを試料層の上層に偏析混合、酸化鉄ペレットを試料層の下層に偏析混合）、酸化鉄ペレットの塩基度、およびコークス層厚を変えて実験を行った。コークス層厚を変えた際は、初期の単位体積あたりのガス流通量が一定となるようにガス流量も併せて変更した。なお、Ｌｃはコークス層厚（ｍｍ）、Ｄｃはコークス平均粒径（ｍｍ）を表す。
【００２０】
図２に、表１におけるＬｃ／Ｄｃ＝２、試料充填層６の温度が１４００℃の条件において、酸化鉄ペレットの混合方法と酸化鉄ペレットの塩基度が通気抵抗におよぼす影響を示す。なお、コークス層厚、コークス平均粒径はいずれも通気抵抗に影響をおよぼすため、ここではコークス層厚（Ｌｃ）をコークス平均粒径（Ｄｃ）で規格化した指数（Ｌｃ／Ｄｃ）で評価した。また、図２中、○：酸化鉄ペレットを試料層に均一に混合したもの、□：酸化鉄ペレットを試料層の上層に偏析混合したもの、△：酸化鉄ペレットを試料層の下層に偏析混合したものをそれぞれ表している。
【００２１】
図２より、酸化鉄ペレットを装入した場合、酸化鉄ペレットの塩基度に関わらず、酸化鉄ペレットを試料層５の上層に偏析混合した場合に、試料充填層６の通気抵抗が大幅に改善していることがわかる。
また、酸化鉄ペレットの塩基度が０．５以下の酸化鉄ペレットを使用した場合に、特に通気抵抗が上昇しているが、酸化鉄ペレットを試料層５の上層に偏析混合した場合には、通気抵抗の上昇が抑制されていることがわかる。
【００２２】
図３に、酸化鉄ペレットの塩基度が０．１、試料充填層６の温度が１４００℃の条件において、上記指数（Ｌｃ／Ｄｃ）が試料充填層６の通気抵抗におよぼす影響を示す。
図３より、Ｌｃ／Ｄｃの値によらず、酸化鉄ペレットを試料層５の上層に偏析混合した場合は、通気抵抗が大幅に改善していることが分かる。なお、図３中、○：酸化鉄ペレットを試料層に均一に混合したもの、□：酸化鉄ペレットを試料層の上層に偏析混合したもの、△：酸化鉄ペレットを試料層の下層に偏析混合したものをそれぞれ表している。
以上より、酸化鉄ペレットを試料層５すなわち鉄原料層の上層に偏析混合することが、コークス層が薄い条件において、高炉内の通気性の改善に効果があることがわかった。
【００２３】
次に、本発明の原料、並びに、原料装入手順及び原料装入位置について説明する。
本発明は、鉱石原料や、コークス等の原料を、高炉に装入する方法であって、高炉への原料装入は、公知公用の旋回シュートを備えるベルレス式装入装置を用いる。
【００２４】
また、上記鉱石原料およびコークス等は、それぞれ炉頂バンカーに貯留されている。そして、これらの炉頂バンカーからの原料装入順序は、以下のとおりである。
まず、コークスを装入する。すなわち、旋回シュートの原料装入先を、高炉の中心部から高炉の炉壁内周部に向かって動かす際に、コークスのみを貯留した炉頂バンカーからコークスのみを装入することによって、コークス層を形成する。
その際、高炉の中心部に、中心コークス層を形成したり、炉壁内周部に、炉壁部（炉口無次元半径：１．０）から中心軸部（炉口無次元半径：０）に向かって、周辺コークス層を形成したりしても良い。
【００２５】
また、旋回シュートの原料装入先が高炉の炉壁部を向いている状態では、鉱石原料が貯留された炉頂バンカーの流量調整ゲートを閉じ、コークスのみを貯留した炉頂バンカーのみの流量調整ゲートを開き、この炉頂バンカーに貯留されているコークスのみを旋回シュートに供給することによって、コークス層を形成したり、高炉の中心部に、中心コークス層を形成したりすることもできる。
【００２６】
ついで、炉頂バンカーから、コークスと鉱石原料とを切り出して高炉に装入するのであるが、その際は、高炉の中心軸に近い、すなわち、炉口無次元半径が０の位置から順次移動して高炉の中心軸から外側に離れ、最後に炉壁部（炉口無次元半径：１．０）側に装入されることが好ましい。
【００２７】
以上、本発明は、炉頂バンカーからの原料装入手順として、その常法を用いることができる。
ここで、本発明は、鉱石原料を高炉に装入するに際し、その１チャージ中の１０質量％以上を酸化鉄ペレットとする。
というのは、酸化鉄ペレットの使用比率が１０質量％以上になると、還元材比の増加が余儀なくされる。ところが、本発明を適用すれば、通気性が改善されて還元効率が向上するため、酸化鉄ペレットの使用比率が１０質量％以上になると、従来は不可避とされていた還元材比の増加を回避することができる。なお、酸化鉄ペレットの使用量が３０質量％を超えると、通気抵抗の上昇が抑えられなくなるおそれがあるため、鉄原料に混合する酸化鉄ペレットは３０質量％以下であることが望ましい。
【００２８】
本発明において、鉄原料とは、少なくとも焼結鉱を含む鉱石原料と酸化鉄ペレットとを含むものである。
また、本発明に使用する鉱石原料は、少なくとも焼結鉱を含むが、その他、塊鉱石等、高炉装入原料として通常用いられるものであれば良い。
【００２９】
そして、本発明の最大の特徴は、上記解明経緯でも説明したとおり、酸化鉄ペレットを偏析装入するのであるが、その具体的な手順としては、鉄原料の装入を２回以上に分割して、その２回目以降の原料装入に、酸化鉄ペレット量の少なくとも８０質量％を鉄原料中に混合すること、および、かかる２回目以降の鉄原料を、高炉炉口での半径位置（ｒ）を炉口半径（Ｒ）で無次元化した無次元半径（ｒ／Ｒ）：０．２〜０．８の範囲に装入することである。かかる手順とすることで、上記酸化鉄ペレットを上記鉄原料の上層に偏析混合させることができる。
【００３０】
一般に、高炉操業を行うに当たり、高炉の中心部におけるガス流れと周辺部におけるガス流れを確保することで通気性を維持している。すなわち、ガス流れを確保するためには、通気抵抗が大きい鉄原料層の厚みを低下させた操業を行っている。従って、高炉の中心部と周辺部は、鉄原料層の厚みが薄い領域であり、高炉の中間部は鉄原料層厚が厚い領域となっている。
具体的には、高炉の無次元半径ｒ／Ｒで０．２〜０．８の領域は、鉄原料層の厚みが厚い領域となっているのが通例である。そこで、本発明では、この領域の原料装入手順を上述のとおり規定した。かかる規定に従うことで、低コークス比操業下でも、効果的に高炉の通気性の改善効果が得られるからである。
【００３１】
１回目に装入する鉄原料としては、酸化鉄ペレットが含まれていないことが望ましいが、酸化鉄ペレット装入量の２０質量％未満であれば、通気抵抗の上昇が抑制されるため、下層を形成する１回目に装入する鉄原料に含まれていても良い。
【００３２】
さらに、図４に鉄原料が溶融した時の高炉内の模式図を示す。図４（ａ）は酸化鉄ペレットを鉄原料層の下層に偏析混合した場合、図４（ｂ）は酸化鉄ペレットを鉄原料層の上層に偏析混合した場合の様子を表している。
図４（ａ）に示したように、酸化鉄ペレットを鉄原料層の下層に偏析混合した場合、溶融した酸化鉄ペレットがコークス層と接触しているため、溶融物が降下してコークス層へ浸入していく。
従って、酸化鉄ペレットを鉄原料層の下層に偏析混合した場合には、コークス層が薄いと、コークス層が閉塞して高炉内の通気抵抗が上昇してしまう。
【００３３】
一方、図４（ｂ）に示したように、酸化鉄ペレットを、鉄原料層の上層に偏析混合した場合、酸化鉄ペレットが混合された鉄原料層は、酸化鉄ペレットが混合されていない鉄原料層の上層にあってコークス層とは接触していないため、低温から酸化鉄ペレットが軟化して溶融物を生成したとしても、コークス層への浸入が起こらない。そのため、コークス層が閉塞しないので、酸化鉄ペレットを鉄原料層の上層に偏析混合した場合には通気抵抗が上昇しない。さらには、コークス層が薄い条件においても通気抵抗が維持されるという効果も発現する。
【００３４】
特にペレットの塩基度が０．５以下の酸化鉄ペレットを使用した場合には、低温から酸化鉄ペレットの軟化が開始し、溶融物を生成してコークス層への浸入量が多くなるため、溶融鉄原料の浸入層の厚さが増加する。その結果、ガスが容易に流れ得るコークス層が減少し通気抵抗が上昇する。
しかしながら、本発明に従って、酸化鉄ペレットを、鉄原料層の上層に偏析混合することによって、図４（ｂ）に示したように、溶融物がコークス層へ侵入しないので通気抵抗の上昇が抑制されるのである。
【実施例】
【００３５】
本実施例は、内容積が５０００ｍ3である高炉を用い、旋回シュートを用いて、高炉内にコークスと鉄原料とを交互に装入した。
なお、本実施例に用いた鉄原料は、鉱石原料として鉄分が５８質量％含まれる焼結鉱、酸化鉄ペレットは鉄分が６５質量％含まれ、かつＣａＯとＳｉＯ2の比がＣａＯ／ＳｉＯ2＝０．１０のもの、コークスはカーボンを８８質量％含むものであった。
さらに、酸化鉄ペレットの装入方法を変更し、通気抵抗指数を評価した。
具体的には、比較例１，２，４は、上記鉄原料中の１０質量％を酸化鉄ペレットとし、鉄原料を分割装入せずに評価した。
また、比較例３および発明例１，２は、上記鉄原料中の１０質量％を酸化鉄ペレットとし、かつ鉄原料は、２回に分割して装入した。
１回目は、鉱石原料と上記酸化鉄ペレット量の２０質量％未満を装入し、
２回目は、残りの鉄原料を装入した。
なお、各実施例の２回目の原料装入位置は表２および３の記載のとおりとした。
［通気抵抗指数］
通気抵抗指数は、以下の式で求めることができる。
通気抵抗指数＝（ＰB2−ＰT2）／Ｖ1.7×１００
ここで、ＰB：送風圧（ｋＰａ）、ＰT：炉頂圧（ｋＰａ）、Ｖ：送風量（Ｎｍ3／分）である。この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、低いほど炉内通気性が良好であることを示す。
各実験条件と実験結果を表２および表３に示す。
【００３６】
【表２】
0006354708.tif 000003
【００３７】
【表３】
0006354708.tif 000004
【００３８】
表２より、発明例１は、同じ塩基度の酸化鉄ペレットを用いた比較例２と比べても、さらには、塩基度の高い酸化鉄ペレットを用いた比較例１と比べても、その通気抵抗は改善されていることがわかる。従って、本発明に従う原料装入方法は、同じ塩基度の酸化鉄ペレットを鉄原料層全体に混合した場合に比べた場合のみならず、塩基度の高い酸化鉄ペレットを鉄原料層全体に混合した場合に比べても、コークス比を低減できることがわかった。
なお、比較例１と比べて比較例２は、塩基度が低い酸化鉄ペレットを鉄原料層の全体に混合した場合である。表２に示したとおり、酸化鉄ペレットの塩基度が低いため、通気抵抗が高位であることがわかる。
【００３９】
比較例３と発明例１は、酸化鉄ペレットを鉄原料層の上層に偏析混合した場合を比較しているが、比較例３は、酸化鉄ペレットの上下層分割位置（原料装入位置）が本発明の範囲外である。表２より、比較例３と比べて、発明例１の通気抵抗は改善されていることがわかる。
なお、比較例３は、酸化鉄ペレットを上下層に分割しているが、原料装入位置が本発明の範囲外であるため、通気抵抗指数は比較例２と同程度であった。
【００４０】
また、表３に示したように、比較例４は、コークス層厚が薄い場合であって、酸化鉄ペレットを鉄原料層の全体に混合した場合である。これに対して、コークス層厚が比較例４と同じであっても、発明例２のように、酸化鉄ペレットを鉄原料層の上層に偏析混合した場合には、比較例４と比べて通気抵抗が改善され、還元材比を低減できることがわかる。
【００４１】
以上より、酸化鉄ペレットを鉄原料層の上層の適切な位置に偏析混合して装入することで、塩基度が低い酸化鉄ペレットを使用した場合における通気抵抗の上昇を抑制できることが確認できた。そして、かかる通気抵抗の上昇の抑制は、安定した高炉操業につながる。
【符号の説明】
【００４２】
１  試料加熱炉
２  試料充填容器
３  加熱装置
４  コークス層
５  試料層
６  試料充填層
７  気体加熱炉
８  加熱装置
９  ガス混合器
１０  ガス流通用の配管
１１  圧力計
１２  熱電対
１３  押え板
１４  台座
１５  接続棒
１６  負荷手段（錘）
【図１】
0006354708.tif 000005
【図２】
0006354708.tif 000006
【図３】
0006354708.tif 000007
【図４】
0006354708.tif 000008