(57)【要約】【課題】装入物が過剰スペックになることなく低還元材比操業が可能な高炉操業方法を提供すること。【解決手段】炉頂部からコークスと鉱石を交互に装入してコークス層と鉱石層とを交互に積層させる原料装入を行って高炉操業するに際し、装入原料の還元材比を４９０ｋｇ／ｔ以下、装入するコークスのドラム強度指数ＤＩを８４以下とする。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂部からコークスと鉱石を装入して高炉操業する高炉操業方法であって、
装入原料の還元材比が４９０ｋｇ／ｔ以下、装入するコークスのドラム強度指数ＤＩが８４以下であることを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
前記鉱石層を構成する焼結鉱の還元粉化率ＲＤＩが３６％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、高炉操業方法に関し、特に装入物の過剰スペックを避けながら低還元比での操業を行うことができる高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉操業にとって、炉内の通気抵抗を低位に保つことが安定操業の基本である。通気性の良否は高炉内の充填層の空隙率に影響を受け、したがって高炉装入物としては粉発生量の少ないものが好ましく、このような観点から高炉装入物として高ＤＩコークスや低ＲＤＩ焼結鉱を用いることが望ましい。
【０００３】
また、高炉操業においては、溶銑コスト低減が求められており、そのためには安価な原燃料を使用する必要があるが、上述した高ＤＩコークスおよび低ＲＤＩ焼結鉱はそれぞれ高品位の石炭および鉄鉱石から製造されるため、高ＤＩコークスや低ＲＤＩ焼結鉱を用いることは溶銑コスト低減とは相反する。
【０００４】
低スペック装入物を使用可能な技術として、特許文献１に、装入物分布制御により半径方向における周辺部の通気抵抗を低減する技術が開示されている。この技術は通気抵抗低減には有効であるが、周辺部のガス流速が増加することにより炉体抜熱量、すなわちヒートロスが増加してしまう。
【０００５】
近時、高炉操業においては、排出ＣＯ２濃度が高く、エネルギー効率の高い操業が求められており、そのために低還元材比操業が指向されているが、このようにヒートロスが増加する操業では低還元材比操業は困難である。すなわち、還元材比低下を指向する場合、炉下部の熱収支の観点から送風温度の上昇やヒートロス低下が望ましいが、送風温度に制約がある現行の高炉操業においては高ヒートロス操業では還元材比を下げ難い。
【０００６】
したがって、ヒートロスを下げて低還元材比操業を指向する場合、従来は高ＤＩコークスおよび低ＲＤＩ焼結鉱を用いて周辺ガス量を低下させた操業を行わざるを得ないが、これら各々を改善する場合には、高炉トータルとして過剰スペックとなる可能性がある。
【特許文献１】特開２００２−１２９２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、装入物が過剰スペックになることなく低還元材比操業が可能な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】
上記課題を解決するために、本発明は、炉頂部からコークスと鉱石を装入して高炉操業する高炉操業方法であって、装入原料の還元材比が４９０ｋｇ／ｔ以下、装入するコークスのドラム強度指数ＤＩが８４以下であることを特徴とする高炉操業方法を提供する。
【０００９】
また、本発明は、前記鉱石層を構成する焼結鉱の還元粉化率ＲＤＩが３６％以下であ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、ドラム強度指数ＤＩが８４以下という比較的品質が低いコークスを用いて装入原料の還元材比４９０ｋｇ／ｔ以下を達成することができ、装入物が過剰スペックとならずに低還元材比操業が可能となる。
【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。
本発明は、高炉の炉頂部からコークスと鉱石を装入して操業を行う一般的な高炉操業を対象とするものであり、典型例としては高炉の炉頂部からコークスと鉱石を交互に装入してコークス層と鉱石層とを交互に積層させる原料装入を行う高炉操業を挙げることができる。高炉は、巨大な向流充填層反応容器であり、下方の羽口から吹き込まれた熱風が、上記のようにして装入された装入物を通過して上昇する。
【００１２】
この際のシャフト上部で測定される半径方向のガス利用率（ηＣＯ＝ＣＯ２／（ＣＯ＋ＣＯ２）×１００）分布を図１に示す。この図において、中間部（無次元半径０．５）におけるηＣＯと炉壁部（無次元半径１．０）におけるηＣＯとの差ΔηＣＯが周辺部ガス流指数と定義され、その値が大きいほど周辺部に分配されるガス量が多い。上述したように、低スペック装入物を用いた場合、このΔηＣＯが大きくなる。図２にΔηＣＯとヒートロスとの関係を示す。この図から、ΔηＣＯとヒートロスとはほぼ比例関係にあることがわかる。ここで、ヒートロスは、（送風顕熱＋コークス・微粉炭燃焼熱＋間接還元熱）−（微粉炭分解熱＋送風中湿分分解熱＋溶銑・スラグ顕熱＋非鉄酸化物還元熱＋ソリューションロス反応熱）で算出しており、その影響はΔηＣＯが＋１％でヒートロスが＋９．３ＭＪ／ｔの増加となる。また、溶銑温度を一定に保つための熱量換算では、送風温度一定条件においてヒートロス２００ＭＪ／ｔの増加は還元材比１０ｋｇ／ｔ増加に相当する。
【００１３】
装入物としては、焼結鉱およびコークスが用いられるが、上述のようなヒートロスに及ぼす影響は、焼結鉱およびコークスで異なる機構による。具体的には、コークスのドラム強度指数ＤＩがヒートロスに影響を及ぼす機構と、焼結鉱の還元粉化率ＲＤＩがヒートロスに影響を及ぼす機構とは異なっている。本発明はこのことを利用し、低還元材比操業を装入物の過剰スペックアップを招くことなく実現するものである。なお、コークスのドラム強度指数ＤＩは、Ｄ15015と表記されるJIS K 2151に基づく回転強度試験結果と定義され、焼結鉱の還元粉化率ＲＤＩは、５５０℃で３０分間の還元処理をした後、タンブラーで９００回転の衝撃力を与えた後の−３ｍｍの重量割合（製銑ハンドブック  重見彰利著  地人書館  昭和５４年１２月１０日発行  ３１９ページ参考）と定義される。
【００１４】
まず焼結鉱のＲＤＩとヒートロスとの関係について説明する。
特許文献１にも記載されているように、通気性の高い装入物を使用する際に炉内の圧力損失を低下させるには周辺部のガス量を増加させる技術が有効である。図３に焼結鉱のＲＤＩと前述のΔηＣＯとの関係を示す。焼結鉱のＲＤＩの上昇にともないΔηＣＯの値は増加し、その影響はＲＤＩが＋１％でΔηＣＯが＋１．２〜４．５％である。これは、高ＲＤＩ焼結鉱は、炉内に装入した際に還元粉化が大きく、通気性が悪くなるため、図４に示すように相対的に通気抵抗の小さいコークスが周辺部で厚くなるように装入物の分布制御を行い、周辺部ガス指数が大となるような操業を指向したことに起因する。この図３と上述の図２とから、焼結鉱のＲＤＩとヒートロスとの関係は、ＲＤＩが＋１％でヒートロスが１１〜４２ＭＪ／ｔの上昇となる。
【００１５】
次に、コークスのＤＩとヒートロスとの関係について説明する。
ＤＩが低い低強度のコークスを使用する場合には、図５に示すように炉芯内の粉率が増加する。その結果、炉下部においてガス流れが周辺流化し、図６に示すようにΔηＣＯが増加する傾向があり、その影響はＤＩが−１％でΔηＣＯが＋６．５〜１０．６である。この図６と上述の図２とから、コークスのＤＩとヒートロスとの関係は、ＤＩが−１％でヒートロスが約６０〜９９ＭＪ／ｔの上昇となる。このときは、高ＲＤＩ焼結鉱を用いた場合のような装入物分布制御は行わず、装入物の分布は図７に示すようになる。
【００１６】
以上のように、焼結鉱とコークスでは異なる機構によりヒートロスに影響を及ぼす。上述のように溶銑温度を一定に保つための熱量換算では、送風温度一定条件においてヒートロス２００ＭＪ／ｔの増加は還元材比１０ｋｇ／ｔ増加に相当するから、上述の高炉操業結果より装入物性状がヒートロスおよび還元材比におよぼす影響は以下の（１）、（２）に示すように整理することができる。
ＲＤＩ：−１％→ヒートロス：−１１〜−４２ＭＪ／ｔ→還元材比：−０．５６〜２．１ｋｇ／ｔ  ‥‥（１）
ＤＩ：＋１％→ヒートロス：−６０〜−９９ＭＪ／ｔ→還元材比：−３．０〜−４．９ｋｇ／ｔ  ‥‥（２）
【００１７】
以上から、還元材比低減量に及ぼす焼結鉱ＲＤＩおよびコークスＤＩの影響を同時に考慮すると、例えば、図８に示すような関係を得ることができる。図８では、ＲＤＩおよびＤＩの影響は、代表的な値として、ＲＤＩが１％低下で還元材比が０．８ｋｇ／ｔ低下、ＤＩが１％増加で還元材比３．４ｋｇ／ｔ低下とした。ここでは基準のＲＤＩを４４％、基準のＤＩを８３％とし、還元材比が５００ｋｇ／ｔとした等還元材比線を示している。
【００１８】
本発明では、低還元材操業として還元材比４９０ｋｇ／ｔ以下を前提とし、比較的安価なＤＩが８４％以下の低ＤＩコークスを用いて操業を行う。つまり、装入物が図８の斜線に示す部分になるようにして操業を行う。この場合、図８から明らかなように、この例では、還元材比４９０ｋｇ／ｔ以下を維持するために、焼結鉱としてはＲＤＩが３６％以下の低ＲＤＩ焼結鉱を用いる必要がある。
【００１９】
このようにコークスとして比較的安価なＤＩが８４％以下の低ＤＩコークスを用いて低還元材比操業を実現することができるので、装入物の過剰スペックアップを抑えて、低還元材比操業を極力低コストで行うことができる。
【実施例】
【００２０】
内容積４４００ｍ３の高炉を用いて焼結鉱ＲＤＩおよびコークスＤＩを変化させて操業を行った。その結果を表１に示す。還元材比：５００ｋｇ／ｔ、焼結鉱ＲＤＩ：４４％、コークスＤＩ：８３％の装入物品質を基準とした（比較例１）。比較例２として還元材比低下を指向する際にコークスおよび焼結鉱両方のスペックアップを図った事例を示す。また、実施例１として本発明を適用して装入物品質を設定した事例を示す。比較例２および実施例１はいずれも目標の還元材比に到達した。これにより、比較例２の装入物品質設定は過剰スペックであったことが明らかとなった。実施例１は比較例２に対しコークスＤＩスペックを緩和することができ、装入物コストを抑えて低還元材比を達成可能なことが確認された。
【００２１】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上説明したように、本発明によれば、装入物が過剰スペックとならずに低還元材比操業が可能となるので、低コストで低還元材比操業を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】シャフト上部で測定される半径方向のガス利用率（ηＣＯ＝ＣＯ２／（ＣＯ＋ＣＯ２）×１００）分布を示し、かつ炉壁部ガス流指数ΔηＣＯの定義を示す図。
【図２】ΔηＣＯとヒートロスとの関係を示す図。
【図３】焼結鉱ＲＤＩとΔηＣＯとの関係を示す図。
【図４】高ＲＤＩ焼結鉱を用いた場合の装入物分布制御の例を示す図。
【図５】コークスＤＩと炉芯内コークス粉率との関係を示す図。
【図６】コークスＤＩとΔηＣＯとの関係を示す図。
【図７】低ＤＩコークスを用いた場合の装入物の装入例を示す図。
【図８】還元材比低減量に及ぼす焼結鉱ＲＤＩおよびコークスＤＩの影響を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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