(57)【要約】【課題】  鉄原料層の全域にわたって良好な還元率を実現でき、これによって燃料比の低減や、溶銑中のシリコン含有量の低減などを可能とする高炉操業方法を提供する。【解決手段】  炉内にコークスと鉄原料とをそれぞれ装入して交互に積層し操業を行う高炉操業方法において、鉄原料は、還元率７０％以上の被還元性の高い原料に、還元率７０％未満の原料が、鉄原料に対して３０〜７０質量％混合されているので、鉄原料層の全域にわたって良好な還元率を実現でき、その結果、燃料比の低減や、溶銑中のシリコン含有量の低減などを可能とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内にコークスと鉄原料とをそれぞれ装入して交互に積層し操業を行う高炉操業方法において、
前記鉄原料は、還元率７０％以上の被還元性の高い原料に、還元率７０％未満の原料が、前記鉄原料に対して３０〜７０質量％混合されていることを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
請求項１記載の高炉操業方法において、前記鉄原料の層の全体にわたって実質的に均一な成分となってい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、高炉の操業方法に係り、更に詳細には、１チャージ（１層）の鉄原料の層の全域にわたって良好な還元率を実現できる高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉においては、その炉頂部から鉄原料（酸化鉄）とコークスとが交互に装入され、鉄原料層とコークス層とを炉内で交互に積層し、炉内を上昇する高温の還元ガスにより鉄原料の還元を行っている。このとき、生成した溶銑は、溶融して炉底部に滴下し出銑口から炉外へ排出される。
従って、装入された鉄原料等の装入物は、還元反応の進行に伴って徐々に降下し、その分だけ新しい装入物が炉頂部から炉内へ装入されることになる。
【０００３】
しかし、溶銑は、コークスの燃焼により発生するＣＯガス（還元ガス）を使用した還元反応によって鉄原料から得られるため、炉内で発生したＣＯガスと接触し易い鉄原料層の下層側ほど、還元反応が起こり易い。このため、鉄原料層の下層側は十分に還元されるが、この還元時にＣＯガスが消費され、鉄原料層の上層側の還元性が低下する現象が生じる。これにより、１チャージ（１層）分の鉄原料層の上下層において、還元率に大きな差が生じ、融着帯の厚さが大きくなる傾向となるため、炉内の通気性を良好に維持した状態で操業を継続するには、高度な熟練した技術を必要とする問題があった。
そこで、特許文献１には、１つの鉄原料層を被還元性の異なる複数の層とし、被還元性の良い（還元率が高い）原料を鉄原料層の上層部に装入して積層する高炉操業方法が提案されていた。これにより、１チャージの鉄原料層の全域にわたって良好な還元率を実現でき、燃料比（製造される溶銑１トン当たりの鉄原料の使用量）の低減や、溶銑中のシリコン含有量の低減などを可能にしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１０９４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、還元率が高い原料は、還元時における結晶構造の変化の度合いも大きく、粉化が進行し易いため通常還元後の強度が低下し易い。
このため、特許文献１に記載された高炉操業方法を使用した場合、一時的に鉄原料の還元率は向上するものの、被還元性の良い原料を装入した上層部は、還元後の粉率が大幅に上昇することとなる。
従って、過重条件下である高炉内では、原料の粉率が上昇することで鉄原料層の空隙率が大幅に低下することから、通気の悪化により、ＣＯガスの流れが阻害されることとなる。これにより、時間の経過と共に還元停滞が生じ、操業の不安定化、高炉の燃料比や溶銑中のシリコン含有量が上昇する等の問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、鉄原料層の全域にわたって良好な還元率を実現でき、これによって燃料比の低減や、溶銑中のシリコン含有量の低減などを可能とす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】
前記目的に沿う請求項１記載の高炉操業方法は、炉内にコークスと鉄原料とをそれぞれ装入して交互に積層し操業を行う高炉操業方法において、
前記鉄原料は、還元率７０％以上の被還元性の高い原料に、還元率７０％未満の原料が、前記鉄原料に対して３０〜７０質量％混合されている。
請求項１記載の高炉操業方法において、還元率とは、ＪＩＳに規定されるものであり、通常ＪＩＳ−ＲＩで表示されるものである。
【０００８】
ここで、被還元性の高い原料の還元率を７０％以上としたのは、コークスと鉄原料とが交互に積層されて荷重がかかる条件下においては、還元率が７０％以上のときに原料の粉化も急激に進行し易くなり、鉄原料層の空隙率が低下して通気性が阻害されると考えられるからである。これにより、炉内を上方に向かって流れるＣＯガスの流れが阻害されるので、操業が不安定化し、また鉄原料層の還元率が低下し、高炉の燃料比や溶銑中のシリコン含有量が上昇する問題を招く。
一方、還元率の上限値については規定していないが、通常使用される原料を考慮すれば、還元率は例えば９５％（好ましくは９０％）程度である。
なお、還元率７０％未満の原料の下限値については規定していないが、通常使用される原料を考慮すれば、還元率は例えば４０％程度である。
【０００９】
また、鉄原料に混合される還元率７０％未満の原料量が７０質量％を超える場合、被還元性の高い原料量が低下し、鉄原料の還元率が低下するため、高炉の燃料比や溶銑中のシリコン含有量が上昇する問題を招く。一方、鉄原料に混合される還元率７０％未満の原料量が３０質量％未満の場合、被還元性の高い原料量が増加し、前記したように鉄原料層の空隙率が低下して通気性が阻害される問題が起こり、その結果、操業が不安定化し、また鉄原料の還元率が低下し、高炉の燃料比や溶銑中のシリコン含有量が上昇する問題を招く。
従って、操業を安定化させ、高炉の燃料比や溶銑中のシリコン含有量を低下させるためには、鉄原料に混合される還元率７０％未満の原料量を４０〜７０質量％とすることが好ましく、更には５０〜７０質量％とすることが好ましい。
【００１０】
請求項２記載の高炉操業方法は、請求項１記載の高炉操業方法において、前記鉄原料の層の全体にわたって実質的に均一な成分となっている。
請求項２記載の高炉操業方法において、鉄原料層は、還元率７０％以上の被還元性の高い原料と、還元率７０％未満の原料とを、例えば、予め混合機等を用いて混合して炉内に装入することで、実質的に均一に配合されて均一な成分にできる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１及び２記載の高炉操業方法は、還元率７０％以上の被還元性の高い原料に、還元率７０％未満の原料が、鉄原料に対して３０〜７０質量％混合されている鉄原料を炉内に装入し、コークスと交互に積層するので、通気性の悪化に伴う還元停滞を抑制し、１チャージの鉄原料層の全域にわたって良好な還元率を実現できる。これにより、燃料比の低減や、溶銑中のシリコン含有量の低減を図ることができる。
【００１２】
特に、請求項２記載の高炉操業方法は、鉄原料層の全体にわたって実質的に均一な成分となっているので、例えば、鉄原料層の上層部と下層部とで異なる成分とした場合のように、装入時における作業性の悪さ、成分の違いに起因する操業トラブル等を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る高炉操業方法に使用する原料の還元率と還元後強度との関係を示す説明図、図２は同高炉操業方法に使用する鉄原料の成分変化による９００℃での還元率変化を示す説明図、図３（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ鉄原料の高温性状試験を行うための試験装置の説明図、部分拡大図、図４は同試験装置で使用する試験条件の説明図である。
【００１４】
本発明の一実施の形態に係る高炉操業方法は、高炉の炉内にコークスと鉄原料とをそれぞれ交互に装入して積層し操業を行う方法である。以下、詳しく説明する。
【００１５】
高炉の炉内に積層される各コークス層の厚みは、例えば２００〜２５０ｍｍ程度（この実施の形態においては２１０ｍｍ）、また炉内に積層される各鉄原料層の厚みは、例えば２５０〜３５０ｍｍ程度（この実施の形態においては３００ｍｍ）である。
この炉内に装入される鉄原料は、装入前に予め混合機等を使用して、還元率７０％以上の被還元性の高い原料（鉱石）に、還元率７０％未満の原料（鉱石）を、鉄原料に対して３０〜７０質量％混合したものである。これにより、鉄原料の層の全体にわたって実質的に均一な成分となっている。
この還元率とは、ＪＩＳの規定に基づいて求めたもので、通常ＪＩＳ−ＲＩで示されるものである。
【００１６】
ここで、還元率７０％以上の被還元性の高い原料としては、例えば、ローブリバー（８７．８％）、ヤンディ（８５．３％）などのオーストラリアのピソライト鉱石、マウントニューマン（７１．９％）などのオーストラリアのヘマタイト鉱石、ホームステット（７５．４％）などのオーストラリアのマラバンバ鉱石、及びテレコール（７３．３％）、サルガオンカ（７６．７％）などのインドのゴア系鉱石等の１種又は２種以上を混合して使用できる。また、還元率７０％未満の原料としては、例えば、ＭＢＲ（４４．７％）、カラジャス（４５．７％）などの南米ヘマタイト鉱石、ハマスレイ（６０．１％）、ゴールズワージ（５３．０％）などのオーストラリアのヘマタイト鉱石、ウエストアンジェラス（６４．８％）などのオーストラリアのマラバンバ鉱石、ハマスレイ高リン（６２．９％）などのオーストラリアの高リンブロックマン鉱石、デンポー（６６．７％）、セサゴア（６２．４％）、フォメント（６７．３％）、バンデッカ（６９．１％）などのインドのゴア系鉱石、及び焼結鉱（６５．８％）等の１種又は２種以上を混合して使用できる。
【００１７】
使用する原料の還元率の境界は、前記した各種被還元性の異なる試料の還元率と還元後の強度との関係に基づいて設定した。この強度は、Ｉ型試験機と呼ばれるものを使用し、ＪＩＳの規定に基づき行った還元率測定後の試料を、外部からの力を加えるため６０分間に１２００回転（２０ｒｐｍ）させ、その後の粒径が５ｍｍを超える（＋５ｍｍ）ものの質量比（％）を測定することで得たものである。このため、５ｍｍを超える粒径の質量比が高ければ高いほど、試料の強度が高いことを意味する。
【００１８】
その結果、図１に示すように、還元率が７０％以上の原料では、還元後の強度が急激に低下することが分かった。これは、還元率が７０％以上になると、還元時の結晶構造の変化量が急激に多くなり、その際に粉化の進行度合が大きくなるためである。
以上のことから、炉内に装入される鉄原料の還元率を７０％を境界として設定した。
ここで、還元率７０％以上の被還元性の高い原料に混合する還元率７０％未満の原料の混合量については、還元率が８２％の原料Ａに還元率が６５％の原料Ｂを、０質量％から１０質量％ずつ１００質量％（全て原料Ｂ）まで混合した試料を使用して行う高温性状試験により得られた図２に示す結果に基づいて設定した。
なお、高温性状試験は、高炉内での還元条件、加重軟化条件を模擬するため、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す試験装置１０を使用し、図４に示す試験条件で実施した。
【００１９】
この試験装置１０は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、軸心方向にガス（Ｎ2 、ＣＯ2 、ＣＯ）を流すための流路１１が設けられた加熱炉１２と、この流路１１に固定配置されコークス１３、１４及び鉄原料１５（原料Ａと原料Ｂの混合物）を装入可能な容器１６とを有している。また、試験装置１０は、架台１７の下部に取付けられ、容器１６内に装入され、下から順に積層されたコークス１４、鉄原料１５、及びコークス１３を、上方から所定荷重で押圧可能な押圧部材１８を有している。なお、容器１６の底部と押圧部材１８の下端部に設けられた押圧板１９には、複数の貫通孔２０、２１がそれぞれ設けられ、流路１１を下方から上方へ向かって流れるガスが、容器１６内部のコークス１４、鉄原料１５、及びコークス１３の空隙を通過して排気される構成となっている。
また、押圧部材１８には熱電対２２が設けられ、加熱炉１２内部の温度を測定できる。
【００２０】
なお、試験条件は、図４に示すように、加熱炉１２内部の温度が９００℃に到達するまで７．５℃／分の速度で昇温し、ここから１０００℃に到達するまで１℃／分の速度で昇温して、その後５℃／分の速度で昇温させた。また、流路１１に流すガス組成は、窒素（Ｎ2 ）量を５５質量％に固定し、試験開始時はＣＯ2 を２５質量％、ＣＯを２０質量％とし、加熱炉１２内の温度が９００℃に到達したときにＣＯ2 が１３．５質量％、ＣＯが３１．５質量％となるようにＣＯ2 量を減少させ、またＣＯ量を増加させて、更に１０００℃を超えたところで、ＣＯ2 が０質量％まで減少するように、またＣＯが４５質量％まで増加するように調整した。
また、試料（鉄原料１５）の量は５００ｇ、ガス流量は２１．０リットル／分、荷重は１．０ｋｇ／ｃｍ2 に、それぞれ設定した。
【００２１】
上記した試験装置１０と試験条件のもとで、各成分比の評価を、９００℃での還元率により行った。
この還元率は、試験前の試料に含まれている全酸素量（試料酸素量）と、単位時間当たりの加熱炉１２の流路１１の出側の全酸素（トータル酸素）量と入側の全酸素量との差を計算した酸素除去量の累積量（累積酸素除去量）とから、以下の計算式で示される。
還元率（％）＝（累積酸素除去量）／（試料酸素量）×１００
【００２２】
試験の結果、図２に示すように、原料Ａ７０〜３０質量％に、それぞれ３０〜７０質量％の原料Ｂを配合した試料で、その他の試料に比べて還元率が大幅に上昇した結果が得られた。
ここで、原料Ｂの配合割合が３０％未満（特に２０％以下）で還元率が低下したのは、原料Ａが被還元性が高い反面、還元後の強度が低いため通気性が悪くなり、還元が停滞したためである。一方、原料Ｂの配合割合が７０％超（特に８０％以上）で還元率が低下したのは、被還元性の高い原料Ａの配合割合が低下し、鉄原料層全体で被還元性が低下したためである。
以上のことから、鉄原料に混合される還元率７０％未満の原料量を３０〜７０質量％とする。
これにより、鉄原料層の全域にわたって良好な還元率を実現でき、その結果、燃料比の低減や、溶銑中のシリコン含有量の低減などを可能にできる。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、内容積が５０００ｍ3 級、羽口の数が４０本の高炉を使用し、焼結鉱に近い還元率（６７．２％）を有する原料Ｂを１００質量％としたものを基準（ベース）として、還元率が本発明の範囲となった実施例１、２、及び本発明の範囲外である比較例１、２についてそれぞれ調査した。この結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１中において、出銑量（トン／日）とは１日当たりの出銑量、風量（Ｎｍ3 ／分）とは全羽口からの熱風の総風量、送風温度（℃）とは熱風の温度、原料Ａとは還元率が７０％以上の被還元性の高い原料、原料Ｂとは還元率が７０％未満の原料、ＪＩＳ−ＲＩ（％）とは還元率、装入割合とは鉄原料中の原料Ａ、Ｂの各質量比、ＲＡＲ（ｋｇ／トン）とは溶銑１トン当たりの原料（鉱石）使用量、ＣＯガス利用率（％）とは還元に有効に使用されたＣＯガス量、ＣＯ還元率（％）とは還元性の指標（高いほど還元性が良好）、還元条件とはベースと比較した結果、通気抵抗指数とは通気性の指標（高いほど通気性が悪い）、炉況とはベース（安定状態）と比較した操業結果、をそれぞれ示している。
なお、風量と送風温度の各条件は、ベース、実施例１、２、及び比較例１、２の全てについて同じ条件（風量：８０００Ｎｍ3 ／分、送風温度：１２００℃）にした。
【００２６】
実施例１のように、原料Ａ（還元率：８２．３％）を３０質量％と、原料Ｂ（還元率：６６．８％）を７０質量％混合した鉄原料を使用した場合、鉄原料に原料Ａを加えた分、ベースよりもＲＡＲが低下し、またＣＯガス利用率が上昇してＣＯ還元率も上昇した。これにより、還元条件はベースと比較して改善された。
なお、通気抵抗指数は、ベースと比較して僅かに上昇したが、炉況は安定した状態であった。
これにより、出銑量をベースと比較して上昇させることができた。
【００２７】
また、実施例２のように、原料Ａ（還元率：８３．４％）を６０質量％と、原料Ｂ（還元率：６７．３％）を４０質量％混合した鉄原料を使用した場合、鉄原料に原料Ａを加えた分、実施例１よりもＲＡＲが更に低下し、またＣＯガス利用率が更に上昇してＣＯ還元率も上昇した。これにより、還元条件は、ベースよりも改善されていた実施例１よりも更に改善された。
なお、通気抵抗指数は、ベースと比較して僅かに上昇したが、炉況は安定した状態であった。
これにより、出銑量を、ベースよりも上昇させることができた実施例１よりも、更に上昇させることができた。
【００２８】
一方、比較例１のように、原料Ａ（還元率：８２．６％）を８０質量％と、原料Ｂ（還元率：６６．９％）を２０質量％混合した鉄原料を使用した場合、鉄原料に加えられた原料Ａの量が本発明の範囲を超えたため、ベースよりもＲＡＲが上昇し、またＣＯガス利用率が低下してＣＯ還元率も低下した。このように、還元条件はベースと比較して悪化した。
なお、原料Ａの増加に伴う鉄原料層の強度低下により、通気抵抗指数がベースと比較して大幅に上昇し、炉況が不安定な状態となった。
これにより、出銑量がベースと比較して低下した。
【００２９】
また、比較例２のように、原料Ａ（還元率：８２．４％）を２０質量％と、原料Ｂ（還元率：６７．４％）を８０質量％混合した鉄原料を使用した場合、鉄原料に加えられた原料Ａの量が本発明の範囲を下回ったため、ベースよりもＲＡＲが上昇し、またＣＯガス利用率が低下してＣＯ還元率も低下した。このように、還元条件はベースと比較して悪化した。
なお、原料Ａの量が少ないため鉄原料層の強度低下は生じず、通気抵抗指数がベースと比較して僅かに上昇した状態であり、炉況は安定な状態であった。しかし、原料Ａの量が少なくなった分、鉄原料層の全域にわたって良好な還元率を実現できなくなったため、出銑量がベースと比較して低下した。
以上のことから、本発明は、鉄原料層の全域にわたって良好な還元率を実現できることを確認できた。
【００３０】
以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の高炉操業方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高炉操業方法に使用する原料の還元率と還元後強度との関係を示す説明図である。
【図２】同高炉操業方法に使用する鉄原料の成分変化による９００℃での還元率変化を示す説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ鉄原料の高温性状試験を行うための試験装置の説明図、部分拡大図である。
【図４】同試験装置で使用する試験条件の説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０：試験装置、１１：流路、１２：加熱炉、１３、１４：コークス、１５：鉄原料、１６：容器、１７：架台、１８：押圧部材、１９：押圧板、２０、２１：貫通孔、２２：熱電対
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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