(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂からコークスと、コークスが混合された酸化鉄原料を交互に装入する高炉の操業方法であって、
前記酸化鉄原料は、ＪＩＳ−Ｍ８７１３に規定された試験方法により測定される還元率の指標であるＲＩが５０以下の低被還元性原料を、全酸化鉄原料に対して０質量％より高く５０質量％以下で含み、
前記コークスが混合された酸化鉄原料の装入は、前記酸化鉄原料が装入される高さにおける炉半径をＲ、炉中心からの半径方向の距離をｒとした場合に、ｒ／Ｒの値が０．７より大きくなる範囲に前記酸化鉄原料の頂点が形成されるように装入される炉壁側バッチと、ｒ／Ｒの値が０．４以上０．７以下の範囲に前記酸化鉄原料の頂点が形成されるように装入される炉中心側バッチの２バッチに分けられ、
前記炉壁側バッチには、前記低被還元性原料の全質量に対して７０質量％以上の前記低被還元性原料を含む酸化鉄原料と、下記数式（１）で算出される調和平均粒径比が１．０以上２．０以下のコークスと、が混合され、
前記炉中心側バッチには、前記炉壁側バッチに装入されなかった前記低被還元性原料を含む酸化鉄原料と、前記調和平均粒径比が２．５以上となるコークスとが混合される高炉操業方法。
調和平均粒径比＝コークスの調和平均粒径／酸化鉄原料の調和平均粒径・・・数式（１）
【請求項２】
前記炉壁側バッチの装入量は、前記コークスが混合された酸化鉄原料全質量に対して５０質量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉において塊鉱石のような低被還元性原料を使用した場合でも、低被還元性原料の還元効率を改善しつつ、高炉の良好な通気性を確保できる高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉では、焼結鉱、鉄鉱石、ペレット等の酸化鉄原料と還元材であるコークスとを、高炉の塔頂部に設けられた原料装入装置を用いて交互に装入し、高炉内に酸化鉄原料層とコークス層を交互に形成し、ＣＯを含む高温の還元ガスにより酸化鉄原料を還元および溶融させている。近年では、環境問題の観点から、高炉の低還元材比操業が推進されている一方で、原料の劣質化により、低被還元性の原料の使用量も増加している。この低被還元性の原料を使用すると、融着帯の肥大化によって炉内の通気性が悪化し、炉下部で直接還元反応が増加して炉熱の低下が起こり、これにより、高炉の生産性が低下し還元材比が高くなる。このため、低被還元性の原料を効率的に還元する高炉操業方法が求められている。
【０００３】
低被還元性の酸化鉄原料を効率よく還元する方法として、特許文献１では、低被還元性の原料である塊鉱石を還元ポテンシャルの高い高炉径方向中心側に装入する方法が提案されている。また、酸化鉄原料の還元効率を改善し、融着帯の通気性を改善する方法として、酸化鉄原料層中にコークスを混合する混合装入も知られており、還元効率を改善の効果を高める種々の方法が提案されている。特許文献２では、鉱石層を上下方向に２つのバッチに分割し、還元ポテンシャルの低い上層側へのコークス混合量を多くすることで、上層側の還元効率を向上させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７０１９２号公報
【特許文献２】特開２００５−２９０５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された高炉操業方法は、炉中心側に低被還元性の塊鉱石を多く装入する方法であるが、塊鉱石は、銘柄ごとに性状が大きく異なり、例えば、結晶水を多く含む塊鉱石は、昇温および還元時に粉化しやすいので、炉内の通気性を悪化させる可能性がある。炉中心側の通気性は、高炉安定操業にとって非常に重要であるので、この部分に塊鉱石を多量に入れることは好ましくない。また、径方向の還元ポテンシャルは高炉の装入物分布によって定まるので、例えば、炉中心側のごく狭い領域で通気性を確保している高炉においては、炉中心側の還元ポテンシャルの高い領域が狭いので、炉口半径をＲ、炉中心からの半径方向の距離をｒとした場合のｒ／Ｒが０〜０．５８となる広い範囲に低被還元性の塊鉱石を装入しても効果がない場合がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載された高炉操業方法は、還元ポテンシャルの低い鉱石層上層へコークス混合量を多くする方法であるが、この方法では、鉱石層上層の還元効率は改善されるものの鉱石層下層の還元効率は低くなる。そのため、低被還元性原料を使用した場合においては、下層に装入された低被還元性の原料が炉内の状態を悪化させる。従って、低被還元性原料を使用する場合には、装入された低被還元性原料の還元効率改善に着目した高炉操業方法が求められていた。
【０００７】
本発明は、低被還元性原料の還元効率を改善しつつ、高炉の炉中心側の良好な通気性を確保できる高炉操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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］炉頂からコークスと、コークスが混合された酸化鉄原料を交互に装入する高炉の操業方法であって、前記酸化鉄原料は、ＪＩＳ−Ｍ８７１３に規定された試験方法により測定される還元率の指標であるＲＩが５０以下の低被還元性原料を含み、前記コークスが混合された酸化鉄原料の装入は、炉壁側バッチと炉中心側バッチの少なくとも２バッチに分けられ、前記炉壁側バッチには、前記低被還元性原料の全質量に対して７０質量％以上の前記低被還元性原料を含む酸化鉄原料と、下記数式（１）で算出される調和平均粒径比が１．０以上２．０以下のコークスと、が混合され、前記炉中心側バッチには、前記炉壁側バッチに装入されなかった前記低被還元性原料を含む酸化鉄原料と、前記調和平均粒径比が２．５以上となるコークスとが混合される高炉操業方法。
調和平均粒径比＝コークスの調和平均粒径／酸化鉄原料の調和平均粒径・・・数式（１）
［２］前記炉壁側バッチの装入量は、前記コークスが混合された酸化鉄原料全質量に対して５０質量％以下であることを特徴とする［１］に記載の高炉操業方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の高炉操業方法を実施することで、低被還元性原料を効率よく還元させることができる。また、炉中心側の良好な通気性も確保でき、高炉の安定した高出銑比操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る高炉操業方法を実施して装入した原料装入層の状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る高炉操業方法を実施して装入した原料装入層の状態を示す模式図である。図１において、１０は、高炉の炉壁を示し、１２は、高炉中心を示す。
【００１２】
原料装入層２０は、コークス層２２と、コークス層２２の上層に設けられた鉱石層２４とから構成される。鉱石層２４は、ＪＩＳ−Ｍ８７１３に規定された試験方法により測定される還元率の指標であるＲＩ（以後、単に「ＲＩ」と称する）が５０より高い焼結鉱、ペレット等（以後、単に「焼結鉱等」と称する）およびＲＩが５０以下の低被還元性原料である塊鉱石（以後、単に「塊鉱石」と称する）を含む酸化鉄原料並びにコークスとの混合原料から構成される。
【００１３】
鉱石層２４は、炉壁側鉱石層２６と、炉中心側鉱石層２８とから構成される。炉壁側鉱石層２６には、塊鉱石と、焼結鉱等と、細粒コークス３０とが混合された混合原料が装入される。炉壁側鉱石層２６に装入される塊鉱石は、塊鉱石全質量に対して７０質量％以上が装入される。また、細粒コークス３０は、酸化鉄原料との調和平均粒径比が１．０以上２．０以下となるコークスである。なお、調和平均粒径比とは、（コークスの調和平均粒径）／（酸化鉄原料の調和平均粒径）で算出される比である。
【００１４】
炉中心側鉱石層２８には、炉壁側鉱石層２６に装入されなかった塊鉱石の残りと、焼結鉱等と、粗粒コークス３２とが混合された混合原料が装入される。なお、粗粒コークス３２は、酸化鉄原料との調和平均粒径比が２．５以上となるコークスである。
【００１５】
通常、鉱石層へ混合されるコークスの調和平均粒径比は、２．５程度が一般的であるが、本実施形態における炉壁側鉱石層２６には、より小粒径であって酸化鉄原料との調和平均粒径比が１．０以上２．０以下となる細粒コークス３０を用いている。細粒コークス３０を用いることで、コークスの比表面積は増加し、ガス化反応量が増えるので、還元ガスであるＣＯや、Ｈ２が生成され、酸化鉄原料の還元が促進される。このように細粒コークス３０と、塊鉱石とを混合することで塊鉱石であっても効率良く還元することができ、還元材比を低減できる。なお、調和平均粒径比が２．０より大きいコークスを炉壁側鉱石層２６に用いると、十分な還元促進効果が得られないので好ましくない。また、調和平均粒径比が１．０未満のコークスを炉壁側鉱石層２６に用いると、炉壁側が極端に小粒径化し通気性が悪化して荷下りが不安定になるので好ましくない。
【００１６】
炉壁側鉱石層２６には塊鉱石が多く装入される一方で、炉中心側鉱石層２８には、相対的に被還元性の高い焼結鉱等が多く装入される。そのため、炉中心側では、コークスの粒径を小粒径化して還元を促進する必要がない。むしろ、炉中心側に小粒径のコークスを装入すると、炉中心側の通気性が悪化して、炉内の状態が不安定になり高炉の出銑比低下につながる。このため、高炉の安定操業のためには、炉中心側に混合するコークスは粒径の大きいもの、すなわち、酸化鉄原料との調和平均粒径比が２．５以上となる粗粒コークス３２を用いている。これにより、通気性が良好な状態を確保し、安定的に高出銑比操業を継続できる。
【００１７】
炉壁側鉱石層２６および炉中心側鉱石層２８を形成されるため、混合原料は、炉壁側バッチと、炉中心側バッチの少なくとも２つのバッチに分けて装入される。なお、炉壁側バッチは、混合原料が装入される高さにおける炉内半径をＲ、炉中心からの半径方向の距離をｒとした場合に、ｒ／Ｒの値が０．７より大きくなる範囲に炉壁側バッチとして装入された混合原料の頂点が形成されるように混合原料が装入される。ここで、混合原料の頂点とは、炉壁側鉱石層２６の中で最も高い点である。なお、同じ高さの点が複数形成され、頂点が１つに定まらない場合においては、全ての頂点がｒ／Ｒの値で０．７より大きくなる範囲に形成されるように混合原料が装入される。
【００１８】
また、炉中心側バッチは、同じく、混合原料が装入される位置における炉内半径をＲ、炉中心からの半径方向の距離をｒとした場合に、ｒ／Ｒの値が０．４以上０．７以下の範囲に炉中心側バッチとして装入された混合原料の頂点が形成されるように混合原料が装入される。ここで、混合原料の頂点とは、炉中心側鉱石層２８の中で最も高い点である。なお、同じ高さの点が複数形成され、頂点が１つに定まらない場合においては、全ての頂点がｒ／Ｒの値で０．４以上０．７以下となる範囲に形成されるように混合原料が装入される。
【００１９】
また、炉壁側鉱石層２６に装入される混合原料の質量比は、全混合原料の質量に対して５０質量％以下とすることが好ましい。炉壁側鉱石層２６に装入される混合原料が５０質量％より多くなると、炉頂より装入された混合原料が堆積した山が崩れて炉中心側に流れこむ可能性が高くなるからである。また、炉壁側鉱石層２６のコークスの混合量および炉中心側鉱石層２８のコークス混合量は、同一でなくてよく、炉壁側鉱石層２６および炉中心側鉱石層２８に含まれる混合原料の全質量に対して２〜１０質量％の範囲内にすることが好ましい。コークス混合量が２質量％より少ない場合には、十分な反応促進効果が発揮されず、好ましくない。コークス混合量が１０質量％より多くなると、コークス比一定とするために、混合コークスをコークス層から振り替えている場合においては、コークス層が薄くなり、通気性が悪化する懸念が高まるので好ましくない。
【００２０】
また、低被還元性原料は、酸化鉄原料の全質量に対して５０質量％以下とすることが好ましい。低被還元性原料が酸化鉄原料の全質量に対して５０質量％より多くなると、還元遅れによる融着帯肥大化による通気性の悪化や、溶融還元（吸熱）の増加による炉熱の低下が発生し、高炉の安定操業の継続が困難になるので好ましくない。
【００２１】
このように、本実施形態における高炉操業方法において、細粒コークス３０が混合され、塊鉱石を多く含む酸化鉄原料を炉壁側に装入できる。これにより、炉壁側に装入された細粒コークス３０の比表面積が大きくなるので、塊鉱石を効率よく還元させることができる。また、同時に、炉中心側に粗粒コークス３２を用いることで、炉中心側の良好な通気性が確保される。さらに、塊鉱石の多くは、炉壁側鉱石層２６に装入されるので、塊鉱石の粉化により、炉中心側の通気性が悪化されることがない。これらにより、炉中心側の良好な通気性が確保でき、安定した高出銑比操業が実現できる。
【実施例】
【００２２】
次に、内容積５０００ｍ３の高炉を用いて、炉頂からコークスとコークスを混合した混合原料を交互に装入してコークス層と鉱石層とを交互に形成させる装入方法で操業試験を行った実施例を説明する。低被還元性原料として、ＲＩが５０の塊鉱石を用いた。当該塊鉱石を酸化鉄原料の全質量に対して３０質量％となるように混合し、その他の酸化鉄原料としてＲＩが６５の焼結鉱を用いた。混合原料は、炉中心側（Ｏ１）と、炉壁側（Ｏ２）の２バッチに等しく分けて装入した。実施例の諸元を表１に示す。
【００２３】
【表１】
0006439717.tif 000002
【００２４】
塊鉱石をＯ１およびＯ２に均等に配分した条件をＢａｓｅとし、期間１では、コークスをＯ１よりもＯ２の方に多く混合した。期間２では、Ｏ１に塊鉱石の全質量に対して７０質量％の塊鉱石を混合し、Ｏ２には、塊鉱石の全質量に対して３０質量％の塊鉱石を混合した。期間３〜９では、Ｏ１に、塊鉱石の全質量に対して３０質量％の塊鉱石を混合し、Ｏ２には、塊鉱石の全質量に対して７０質量％の塊鉱石を混合した。また、期間４〜９では、Ｏ１およびＯ２のコークスと酸化鉄原料との調和平均粒径比を変更した。さらに、期間１０では、Ｏ１に塊鉱石の全質量に対して２０質量％の塊鉱石を混合し、Ｏ２には、塊鉱石の全質量に対して８０質量％の塊鉱石を混合した。
【００２５】
それぞれの期間について、還元材比、コークス比、ガス利用率、通気抵抗指数を測定し、Ｂａｓe期間と比較することで還元性や通気性を評価した。なお、通気抵抗指数としては、下記数式（２）で表されるＫ値を用いた。
【００２６】
Ｋ値＝（（Ｐｂ）２−（Ｐｔ）２／（Ｖｂ）１．７）×１０６・・・数式（２）
【００２７】
なお、上記数式（２）において、Ｐｂは、送風圧（ａｔｍ）であり、Ｐｔは、炉頂圧（ａｔｍ）であり、Ｖｂは、羽口の送風量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）である。
【００２８】
また、還元効率の指標であるガス利用率は、高炉炉頂におけるＣＯ２の分圧（ａｔｍ）およびＣＯの分圧（ａｔｍ）と下記数式（３）を用いて算出した。
【００２９】
ＰＣＯ２／（ＰＣＯ＋ＰＣＯ２）・・・数式（３）
【００３０】
表１から、期間１では、ガス利用率は微増した。しかしながら、Ｂａｓｅ期間と比較して、還元材比は１ｋｇ／ｔ−ｐｉｇしか低減しておらず、その効果は小さかった。期間２では、ガス利用率は、若干増加したものの、通気性の悪化により減風しており、出銑比が低下した。期間２では、炉中心側の塊鉱石の混合量を増やしたので当該塊鉱石が粉化し、これにより、炉内の通気性が悪化した。
【００３１】
期間３では、Ｂａｓｅ期間と比較して大きな変化はなかった。期間４〜７は、実施例であり、ガス利用率はＢａｓｅ期間と比較して上昇し、還元効率は向上した。これにより、期間４〜７の還元材比は、Ｂａｓｅ期間と比較して低減した。また、通気抵抗指数は、Ｂａｓｅ期間と比較して小さくなっており、通気抵抗が低下したことで、高炉の安定的な操業が可能となったことがわかる。これは、炉壁側に混合するコークスの粒径を小径化したことで、炉壁側の塊鉱石が効率的に還元されるようになり、これにより、炉壁側の融着帯の肥大化が抑制され、通気性が改善した。
【００３２】
一方、期間８、９では、Ｂａｓｅ期間と比較し通気抵抗指数が大きくなっており、通気性の悪化により減風しており、出銑比が低下した。期間８においては、炉壁側に酸化鉄原料との調和平均粒径比が１．０より小さいコークスを用いており、これにより、通気性が悪化した。また、期間９においては、炉中心側に酸化鉄原料との調和平均粒径比が２．５より小さい小径のコークスを用いており、これにより、通気性が悪化した。
【００３３】
期間１０も実施例であり、ガス利用率はＢａｓｅ期間と比較して上昇し、還元効率は向上した。これにより、期間１０の還元材比は、Ｂａｓｅ期間と比較して低減した。また、通気抵抗指数も、Ｂａｓｅ期間と比較して小さくなっており、通気抵抗が低下したことで、高炉の安定的な操業が可能となったことがわかる。
【００３４】
このように、本発明に係る高炉操業方法の実施により、低被還元性原料の還元効率を改善して、高炉の低還元材比操業が実現できることが確認された。さらに、高炉の炉中心側の通気性をも改善でき、安定的に高出銑比操業が実現できることも確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１０：    高炉炉壁
１２：    高炉中心
２０：    原料装入層
２２：    コークス層
２４：    鉱石層
２６：    炉壁側鉱石層
２８：    炉中心側鉱石層
３０：    細粒コークス
３２：    粗粒コークス
３４：    頂点
３６：    頂点
【図１】
0006439717.tif 000003