(57)【要約】【課題】高炉炉体の炉壁極近傍のガス流のみを独立して制御することができ、コークス使用量低減およびガス利用率の向上を図ることができる高炉設備を提供すること。【解決手段】高炉炉体１と、高炉炉体１の炉頂２の原料装入堆積面に炉口１ａの外周部に沿って配置される円筒部材１４とを有し、円筒部材１４を配置した状態で炉口１ａから原料が装入される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉体と、前記高炉炉体の炉頂の原料装入堆積面に炉口外周部に沿って配置される円筒部材とを有し、前記円筒部材を配置した状態で前記炉口から原料が装入されることを特徴とする高炉設備。
【請求項２】
円筒部材を高炉炉体の炉頂の原料装入堆積面に炉口外周部に沿って配置し、その状態で、前記炉口から原料を装入することを特徴とする高炉設備における原料装入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉炉体の炉壁極近傍のガス流制御が可能な高炉設備およびその原料装入方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、巨大な向流充填層反応容器であり、その炉壁の最高温度は１０００℃を超える一方、２０年を超える長寿命が要求される。炉内における原料降下による摩耗や熱衝撃に長時間耐え得るのは、亜鉛とアルカリ化合物により生成する炉壁付着物層が存在するためである。しかし、炉壁付着物層が厚すぎると、炉内実稼働容積減少、原料降下の不安定化、脱落時の吸熱反応による炉冷トラブルなどの原因となるため、その厚さを適切に管理することが重要である。
【０００３】
炉壁付着物厚を制御する方法としては、装入物分布による炉半径方向ガス分布制御が一般的に行われている。亜鉛やアルカリの多い安価劣質原料を使用する場合、より強い炉壁流を確保して炉壁付着物の過度な成長を抑制する必要がある。
【０００４】
炉半径方向のガス流の強さは、ガス中のＣＯ２濃度（ガス利用率ηＣＯ）により測定することができる。ガス流速が大きいほど還元ガスの反応時間が短いためηＣＯは小さくなる。炉壁流の強さの指数として、半径方向の最大ηＣＯと炉壁のηＣＯの差をとり、国内外の高炉における亜鉛量との関係を図５に示す。この図から、亜鉛の多い原料を使用する場合はより強い炉壁流を指向して亜鉛の過度の付着を防止していることがわかる。
【０００５】
安価な高亜鉛原料を使用する場合、強い炉壁流が必須であるが、炉壁付近が占める面積は広いため、全体のガス利用率を低下させ、還元材比を低減しつつ付着物層厚の肥大化を避けるには、炉壁極近傍のみを低ガス利用率としつつ、それ以外のほとんどの領域を高ガス利用率にする必要がある。このため、従来は、図６に示すように、高炉炉体２１の炉口２２から原料を装入する際に、鉱石より通気性の良いコークスを炉壁２３近傍に集中して装入することにより炉壁の通気性を確保することが行われている。
【０００６】
しかしながら、このような方法を採用する場合には、炉壁近傍のガス流のみを独立に制御することはできないので、高炉全体のガス利用率が低くなり、使用するコークス量が増加してしまうため不経済である。また、使用したコークスは製鉄所外に排出される段階でＣＯ２になるため、コークス使用量の増加はＣＯ２発生量の増加に直結するといった環境問題にもなる。
【０００７】
一方、従来、種々の目的で、原料の装入を制御する方法が提案されているが（特許文献１，２等）、これらの技術においても炉壁近傍のガス流のみを独立に制御するということは考慮されていない。
【特許文献１】特開昭６０−９３２８７号公報
【特許文献２】特開平６−２７９８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、高炉炉体の炉壁極近傍のガス流のみを独立して制御することができ、コークス使用量低減およびガス利用率の向上を図ることができる高炉設備およびそのようなことが可能な高炉設備における原料装入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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、高炉炉体と、前記高炉炉体の炉頂の原料装入堆積面に炉口外周部に沿って配置される円筒部材とを有し、前記円筒部材を配置した状態で前記炉口から原料が装入されることを特徴とする高炉設備を提供する。
【００１０】
また、本発明は、円筒部材を高炉炉体の炉頂の原料装入堆積面に炉口外周部に沿って配置し、その状態で、前記炉口から原料を装入することを特徴とする高炉設備における原料装入方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、炉頂の原料装入堆積面に炉口外周部に沿って円筒部材を配置し、その状態で炉口から原料を装入するようにしたので、装入原料のうちコークスを円筒部材と炉壁との間の炉壁極近傍に集中して供給することができる。したがって、炉壁極近傍のガス流のみを独立して制御することができ、炉壁流を安定して確保し、それ以外の部分を高ガス利用率とすることができるので、炉壁への亜鉛等の付着を防止しつつ高炉全体のガス利用率を向上させることができる。また、円筒部材と炉壁との間の炉壁極近傍のみにコークスを集中して装入するのでコークス使用量を削減することができ、溶銑コストを低減することができるとともに、発生ＣＯ２を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る高炉設備の全体構造を概略的に示す模式図である。この図に示すように、この高炉設備は、高炉炉体１を有し、この高炉炉体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となっている。そして、高炉炉体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から炉口１ａを介して高炉炉体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は熱風送風管９から送られてきた熱風を高炉炉体１内に吹き込む。羽口８から送風される領域には羽口８から吹き込まれる衝風のエネルギーによってコークスが押しのけられてできる空間であるレースウェイ１１が形成される。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出銑口１３から周期的に排出される。
【００１３】
また、高炉炉体１の炉頂部２の原料装入堆積面７ａには炉口１ａ外周部に沿って円筒部材１４が配置される。この円筒部材１４は、炉口１ａから装入され、原料堆積面に差し込まれる。そして、円筒部材１４と炉壁１ｂとの間に炉壁装入部１５が形成される。この炉壁装入部１５の幅は狭いほどよいが、実際には、装入原料の落下幅、炉口パネルと円筒部材１４の経年変形、円筒部材１４による原料降下の抑制などを勘案して決定される。具体的には４００〜１５００ｍｍ程度である。
【００１４】
このように構成される高炉設備では、このように円筒部材１４が配置された状態で原料である鉄鉱石およびコークスが装入される。コークスが装入される場合には、円筒部材１４と炉壁１ｂとの間の炉壁装入部１５に集中して供給することができる。コークスは鉄鉱石より通気性が良いので、このように炉壁極近傍部分に集中してコークスを供給することにより炉壁流を安定して確保することができる。他の部分については、コークス装入量を少なくすることによりガス利用率を高くすることができる。また、炉壁部分に集中してコークスを供給することができるのでコークス使用量自体を削減することができる。このため、コークス比と還元材比が低下し、ＣＯ２排出量と溶銑コストを低下させることができる。
【００１５】
次に、本発明の効果を確認するために、４０００ｍ３の高炉の１／１５縮尺模型による実験を行った結果について説明する。図２に実験装置の模式図を示す。（ａ）は従来型のものであり、（ｂ）は本発明の円筒部材を用いたものである。なお、この模型の炉口の直径は６００ｍｍであり、円筒部材と炉壁との間の距離は６０ｍｍが例示される。図２の（ａ）に示すように、従来型のものでは、鉄鉱石よりも通気性の良いコークスを炉壁部に集中させるようにコークスを装入するが、炉壁極近傍部に集中させることは困難である。これに対して図２の（ｂ）に示すように、本発明のものでは円筒部材の存在によりコークスを炉壁極近傍部に集中させることができる。図３に模型実験による原料の堆積形状と風速測定結果を示す。
【００１６】
図３の（ａ），（ｂ）は堆積形状測定結果であり、（ａ）が従来のもの、（ｂ）が本発明の円筒部材を用いたものである。なお、これらに示すように、円筒部材を用いたものについては、円筒部材の外側に装入されるコークスの量は従来と同じコークス層厚になるように設定した。また、ここでは、円筒部材と炉壁との距離を極力小さくし、２５ｍｍになるようにした。これらに示すように、本発明の円筒部材を用いたものは、円筒部材の存在により円筒より内側に装入するコークスを減少させることができ、コークス装入量の総量を（ａ）の従来の場合に比べて２０％削減することができた。
【００１７】
一方、図３の（ｃ），（ｄ）は風速測定結果であり、（ｃ）が従来のもの、（ｄ）が本発明の円筒部材を用いたものである。これらに示すように、円筒部材を用いることにより、炉壁ガス流を従来と同等に維持しつつ、円筒より内側ではガス流を抑制することができ、ガス利用率を従来よりも高めることができていることがわかる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の実施例について説明する。
ここでは、本発明を内容積４０００ｍ３級の高炉設備に適用した例を示す。この高炉設備のコークス比は３６０ｋｇ／ｔ、微粉炭吹き込み量は１４０ｋｇ／ｔ、還元材比は５００ｋｇ／ｔである。この高炉設備においては、ガス利用率向上とコークス比低減を目的として炉壁のコークス量を減少させると、亜鉛の排出量が減少して原料降下不調や溶銑温後急低下などの操業不調に陥る傾向があった。
【００１９】
このような高炉設備の高炉炉体に図１に示すように円筒部材を設置した。円筒部材は炉口半径で炉壁から１０％の位置に設置した。図４に円筒部材設置前後の操業推移を示す。この図に示すように、円筒部材を設置後にガス利用率が約２％向上し、亜鉛排出量は同等に維持されていることが確認された。炉壁極近傍のガス流を維持しつつ円筒部材より内側のコークス量を減少させたため、亜鉛排出量を維持しつつガス利用率が向上したとものと考えられる。また、装入するコークス量が減ったため、コークス比と還元材比が低下し、ＣＯ２排出量と溶銑コストを低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る高炉設備を示す模式図。
【図２】本発明の効果を確認するために用いた実験装置の模式図。
【図３】図２の装置での実験結果を示す図。
【図４】本発明の実施例における効果を示す図。
【図５】従来の高炉設備における炉壁ガス流と原料中亜鉛量との関係を示す図。
【図６】従来の高炉設備における原料装入状態を示す模式図。
【符号の説明】
【００２１】
１……高炉炉体
１ａ……炉口
１ｂ……炉壁
２……炉頂部
６……装入装置
７……原料
１４……円筒部材
【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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