(57)【要約】【課題】出銑滓を妨げることなく炉底煉瓦の損耗を安価にかつ確実に抑制することができる高炉操業方法を提供すること。【解決手段】高炉に設けられた複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する高炉操業において、炉底外周部または炉底壁温度が上昇した際に、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、炉内コークス消費速度を他の羽口の平均より小さくする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉に設けられた複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する高炉操業方法であって、炉底外周部または炉底壁温度が上昇した際に、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、炉内コークス消費速度を他の羽口の平均より小さくすることを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
高炉に設けられた複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する高炉操業方法であって、炉底外周部または炉底壁温度が上昇した際に、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、投入酸素量を他の羽口の平均以下に低減することを特徴とする高炉操業方法。
【請求項３】
高炉に設けられた複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する高炉操業方法であって、炉底外周部または炉底壁温度が上昇した際に、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、吹き込み還元剤を他の羽口より増加させることにより酸素を先行消費させ、結果として炉内コークスによる酸素消費量が他の羽口の平均より少なくすることを特徴とする高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉操業方法に関し、特に複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、銑鉄生産設備では最大のものであり、内容積が５０００ｍ３を超える巨大なものもある。このような巨大な設備においては投資も巨額となるため、その炉寿命延長は投資回収にとって重要である。近年の設備補修技術の向上に伴い、送風を行う羽口より上部はもはやその寿命を規定するものではなくなりつつあり、補修の不可能な羽口下の煉瓦の寿命が重要となってきている。中でも炉床湯溜まり部の炉底煉瓦は溶銑による損耗が著しく、高緻密、高伝熱（高冷却能）の最高級煉瓦を用いていても炉寿命の制約となっている。万が一、損傷により炉底煉瓦に穴が開くと、溶銑が流出し、周囲に火災、水蒸気爆発を起こして設備に甚大な被害が発生するだけでなく、人命にもかかわる災害となる可能性も高い。そのため、古い高炉の操業者は炉底煉瓦温度に気を配る必要があるとともに、経営者は高炉の停止と改修の時期の判断を注意深く行う必要がある。
【０００３】
炉床湯溜まり部（以下、炉床ともいう）については、操業停止後の高炉解体調査から、図５に示すように、コークス充填層、コークスフリースペース、低透過層の３つから形成されていることが知られている。コークスフリースペースは、溶銑の浮力によりコークス充填層が浮上することにより形成されると考えられているが、低透過層の形成機構については必ずしも明らかではない。コークスフリースペースは炉床外周部に形成されることが多く、コークス充填層に比べて溶銑が流れやすいため、選択的な溶銑流（環状流）が形成されて煉瓦の消耗を促進すると考えられている。一方、低透過層はコークス粉の蓄積層であり通液性が悪いため、高炉の順調な出銑の妨げになると考えられており、これに対する種々の解消方法が提案されている（特許文献１〜４等）。
【０００４】
一方、このような低透過層が炉底煉瓦を覆うような形状にすることができれば、コークスフリースペースへの溶銑の流入を防止して炉底煉瓦の損耗を防止することができると考えられる。しかしながら、その形成機構と制御方法が未解明であるため、低透過層が大きくなると炉底温度が低下する一方で出銑滓が不調となる（炉底温度が下がると出銑滓が悪くなる）ことが多く、出銑滓安定と炉底損耗抑制（炉底温度低下）の両立は困難であった。
【０００５】
炉底損耗防止方法としては、ＴｉＯ２などのチタン化合物を炉頂装入物あるいは羽口吹き込みにより供給することにより、炉床湯溜まり内に低融点高粘度のチタンベアを形成して煉瓦を保護する方法が提案されている（特許文献５〜７等）。しかしながら、投入したＴｉが必ずしも損耗の深刻な（煉瓦温度が高い）部位に歩留まる保証がないため、効果が不確実であった。また、高濃度のＴｉは不純物として溶銑品質上問題であるとともに、高価なＴｉによる溶銑コスト上昇も深刻な問題であった。
【特許文献１】特開平９−２２７９１号公報
【特許文献２】特開平８−１３４５１５号公報
【特許文献３】特開平５−７８７１７号公報
【特許文献４】特開平３−２７３０９６号公報
【特許文献５】特公平６−６０３３０号公報
【特許文献６】特公平６−４８８７号公報
【特許文献７】特公平７−７４３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、出銑滓を妨げることなく炉底煉瓦の損耗を安価にかつ確実に抑制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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、高炉に設けられた複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する高炉操業方法であって、炉底外周部または炉底壁温度が上昇した際に、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、炉内コークス消費速度を他の羽口の平均より小さくすることを特徴とする高炉操業方法を提供する。
【０００８】
本発明は、また、高炉に設けられた複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する高炉操業方法であって、炉底外周部または炉底壁温度が上昇した際に、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、投入酸素量を他の羽口の平均以下に低減することを特徴とする高炉操業方法を提供する。
【０００９】
本発明は、さらに、高炉に設けられた複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する高炉操業方法であって、炉底外周部または炉底壁温度が上昇した際に、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、吹き込み還元剤を他の羽口より増加させることにより酸素を先行消費させ、結果として炉内コークスによる酸素消費量が他の羽口の平均より少なくすることを特徴とする高炉操業方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、炉底煉瓦温度が上昇して炉底の局所的な浸食が懸念されるときに、その直上の羽口のコークス消費速度を抑制することによりその部分に対応する低透過層を肥大化させることができ、出銑滓を妨げることなく、チタン化合物を利用した従来の方法に比べて安価かつ確実に炉底温度を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について、より具体的に説明する。
低透過層を直接観察することができるのは、操業休止炉の解体調査のみであるが、調査に莫大なコストがかかる上に、操業中の炉床内部とは異なる状態であるため、調査手段として有効とはいえない。操業中は羽口トレーサー（コバルトや放射性元素）吹き込み試験や炉底煉瓦温度解析による検知が試みられるが、間接的手法であり、低透過層の形状を推定することは困難である。
【００１２】
そこで、本発明者らは、数学シミュレーションによる低透過層の再現を試みた。本シミュレーションでは、離散要素法という手法を用いて炉床内のコークスの動きを計算した。離散要素法は、個々の粒子を弾性球体と仮定して全ての粒子間接触点について力学的相互作用を計算する手法であり、粉体工学や土木工学などで広く用いられる手法であるが、高炉炉床コークス挙動に適用した例はない。
【００１３】
本シミュレーションで用いた計算領域と計算条件を図１および表１に示す。図１は、図２に示すような公知の炉芯コークスの消費機構に基づいている。
【００１４】
【表１】
2005350694.tif 000002
【００１５】
図２の（ａ）に示すように、高炉１は、上方から順に炉頂部２、シャフト部３、炉腹部４、炉底部５を有している。高炉１の炉頂部２には装入装置６が設けられており、この装入装置６から高炉１内に主に鉄鉱石およびコークスからなる原料７が装入される。炉底部５には、炉内反応を生じさせるための熱風を吹き込む複数の羽口８が円周状に設けられており、この羽口８を介して熱風送風管９から高炉１内に熱風を吹き込む。羽口８から送風される領域にはレースウェイ１１が形成される。レースウェイ１１は、羽口８から吹き込まれる衝風のエネルギーによって羽口前のコークスが押しのけられてできる空間である。炉底部５に存在する湯溜まり部１２には、炉内反応により生成された溶銑およびスラグが溶銑層およびスラグ層として存在し、溶銑およびスラグは複数の出銑口１３から周期的に出銑滓される。この場合に複数の出銑口１３は、開口と閉塞とを交互に行う。そして、湯溜まり部１２にコークスフリースペース１４が形成される。なお、参照符号１５は炉芯であり、１６は炉芯も含む下部充填層である。
【００１６】
図２の（ｂ）の炉底部の拡大図に示すように、滴下する炭素未飽和溶銑１７は、燃焼消費域であるレースウェイ１１に集中するコークスに乗って炉周辺部に集中することが知られている。
【００１７】
そのため、図２の（ｂ）にも示すように、炉床コークスも炉床外周部で浸炭により消費されるとして計算した。消費域以外でも溶銑湯溜まり中のコークスはゆっくりと浸炭で小さくなると仮定した。なお、離散要素法では計算できる粒子数に限界があるため、コークス粒径は実際より大きいものとし、相対的な粒径分布は実機と同じと仮定した。
【００１８】
計算結果を図３に示す。炉中心部では、コークス充填層が炉底に接しているため、コークスの移動が遅くなり、滞留時間が長くなる。滞留時間が長いと溶銑への浸炭が進んでコークス粒径が低下し、このコークス粉が炉床外周部の消費域に向かって移動するためコークス充填層の底を覆う低透過層が形成される。計算の結果の低透過層形状は、上述した図５の高炉解体調査結果と同じ特徴をもち、実機の現象をよく再現していることがわかる。また、図３からコークス消費速度を減少させると滞留時間が長くなり低透過層が厚くなることがわかる。
【００１９】
上記計算結果から、低透過層を厚くして炉底煉瓦を溶銑流から保護するためには、コークス消費速度を低下させることが有効であることが推定される。つまり、炉床コークス消費速度は、滴下する炭素未飽和溶銑量に比例すると考えられるから、直上の羽口に流入するコークス量を減らすことにより、そこに搬送されてくる炭素未飽和溶銑を減少させることができ、結果として低透過層を厚くすることができる。
【００２０】
羽口におけるコークス消費量は、コークスが燃焼消費する酸素量に比例することから、羽口への酸素投入流量の減少や吹き込み補助還元剤による酸素の先行消費が炉底温度上昇対策として考えられる。
【００２１】
このため、本発明では、高炉に設けられた複数の出銑口の開口と閉塞とを交互に行うことにより、高炉下部充填層中の溶融スラグおよび銑鉄を間欠的に出銑滓する通常の高炉操業方法を前提とし、炉底外周部または炉底壁温度が上昇した際に、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、炉内コークス消費速度を他の羽口の平均より小さくする。これにより、出銑口付近の炉芯コークス消費を抑制し、温度が上昇した部分に対応する低透過層を肥大化させて炉底を保護することが可能となる。この場合に、低透過層は局部的に肥大化させるのであり、出銑滓の妨げになることはない。
【００２２】
このように、コークス消費速度を低下させるには、その位置の直上の一つまたは複数の羽口に対して、送風量を他の羽口の平均以下に低減するまたは停止することがもっとも確実である。
【００２３】
しかし、このような方法では、吹き込み羽口数減少に伴う送風圧上昇が設備上問題となったり、他羽口のガス速度増加によるコークス粉化を促進したりする可能性がある。羽口毎に酸素富化率が調整可能であるならば、当該羽口に対してのみ酸素富化を停止するのが好ましい。
【００２４】
また、送風中酸素がコークスと接触する前に、他の還元剤に消費させてしまう手段も考えられる。すなわち、重油や微粉炭、天然ガスなどの補助吹き込み還元剤を当該羽口により多く供給して、相対的にコークスが消費する酸素を低減することも好ましい。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例について説明する。
ここでは、内容積４０００ｍ３級の高炉での操業の例を示す。この高炉のコークス比は３４０ｋｇ／ｔ、微粉炭吹き込み量が１７０ｋｇ／ｔである。この高炉ではしばしば東側の炉底煉瓦温度が急上昇し、その都度、ＴｉＯ２羽口吹き込み、煉瓦冷却強化、最隣接出銑口の使用停止などが行われていたが、いずれも効果が不明確であった。つまり、これらの対策の有無にかかわらず、この部位の炉底温度が変動していることから、本発明者らは、内部の低透過層の当該方位における厚さが不安定化していると判断し、本発明を実施することとした。
【００２６】
図４に示すように、最初に当該部位直上の羽口２本を封鎖した。これにより東側炉底温度は低下し始め、その効果が確認された。しかし、４０本の羽口の２本を閉めたことにより送風圧が上昇し、送風機能力の限界から生産量（送風量）を低下させる事態が頻発した。そこで羽口を開口したところ、生産量の安定化は可能となったものの東側炉底温度が再度上昇しはじめた。そこで当該位置直上の羽口２本について吹き込み微粉炭量を倍増させ、その分他の羽口の微粉炭量をわずかずつ減少させた。その結果、炉底温度は再度低下して安定化する一方、風圧などの他の操業状態は良好に維持された。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上説明したように、本発明によれば、チタン化合物を添加することなく安価かつ確実に炉底温度を抑制することができるので、コストを上昇させることなく高炉の生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の基となる高炉内コークスの動きを計算するシミュレーションの条件を示す図。
【図２】高炉下部におけるコークスと炭素未飽和溶銑の流れを示す模式図。
【図３】図１のシミュレーション結果を示す図。
【図４】本発明の実施例における効果を示す図。
【図５】高炉解体調査結果の例を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１……高炉
４……炉腹部
５……炉底部
８……羽口  
９……熱風送風管
１１……レースウェイ
１２……湯溜まり部
１３……出銑口
１４……コークスフリースペース
１５……炉芯
１６……下部充填層
１７……炭素未飽和溶銑
【図１】
2005350694.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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