(57)【要約】【課題】高炉内の出銑口付近にコークスフリースペース安定的にかつ長期間に亘って確保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３１に設けられた複数の出銑口３３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３４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を行う際に、出銑口３３付近またはその直上のコークス消費速度を他の周方向位置よりも上昇させる。【選択図】図５
2005194545.tif 000002
【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、出銑口付近またはその直上のコークス消費速度を他の周方向位置よりも上昇させ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、出銑口がコークスフリースペースに位置するように、出銑口付近またはその直上のコークス消費速度を他の周方向位置よりも上昇させることを特徴とする高炉操業方法。
【請求項３】
出銑口直上位置付近に存在する羽口への投入酸素量を他の羽口よりも５％以上増加させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高炉操業方法。
【請求項４】
出銑口直上位置付近に存在する羽口への吹き込み補助燃料を停止することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項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、溶銑と副産物であるスラグ（溶滓）を生産するプロセスであるため、それらを安定して排出（出銑滓）する速度が時として生産性を律する。このため、安定した出銑滓は高炉操業において非常に重要であるが、炉床湯溜り部ではコークス充填層を液体が通過する必要があるため、特に粘性の高いスラグの排出は順調に行われないことがある。これを防止するためには、スラグ量を減らす（スラグ比低減）、スラグ粘度を低下させる（出銑温度上昇、成分調整強化）、炉芯充填層コークス粒径の増加（装入コークス粒径、強度増）などが一般的に行われるが、いずれも溶銑コストを増加させるばかりか、溶銑成分に悪影響を及ぼすこともある。
【０００３】
炉床内の溶銑滓の速度は出銑口付近が最も大きいため、単位長さ当たりの抵抗力（圧力損出ΔＰ／Ｌ）も出銑口付近が最も大きい。一方、炉床では溶銑とスラグの浮力によりコークス充填層が浮上しており、炉底部にはコークスフリースペースと呼ばれるコークスを実質的に含まない領域が存在する。このコークスフリースペースは、炉芯コークスの充填層に比べて格段に通液抵抗が小さいため、溶銑が選択的に流れることが知られている。
【０００４】
そこで、出銑口付近にコークスフリースペースを安定的に確保することにより、コスト増をともなわずに出銑滓を安定的に行うことを意図した技術がいくつか提案されている。例えば、特許文献１では、出銑口を閉塞するために使用する粘土状耐火物（マッド）の注入量を調整することにより出銑口前にフリースペースを安定的に確保しようとする技術が提案されている。また、特許文献２では、出銑口付近のレンガ形状により、出銑口周囲のフリースペース化を促進している。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された技術は、コークスフリースペース形状を直接制御するのではなく、炉内側出銑口先端位置をフリースペース内に合わせる受動的な手法であるため、効果が不明確であり、必ずしも有効な技術ではない。また、特許文献２に記載された技術は、コークスフリースペースを直接制御するものであり、効果は見られるものの、レンガの損耗が進行するため、その効果は１年程度しか持続しない。
【特許文献１】特開２００２−６０８１９号公報
【特許文献２】特開２００２−１５５３０７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、高炉内の出銑口付近にコークスフリースペースを安定的にかつ長期間に亘って確保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】
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、炉芯コークスの消費速度によりコークスフリースペース形状を間接的に制御することが有効であることを見出した。
【０００８】
本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、以下の（１）〜（４）を提供する。
【０００９】
（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、出銑口付近またはその直上のコークス消費速度を他の周方向位置よりも上昇させることを特徴とする高炉操業方法。
【００１０】
（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、出銑口がコークスフリースペースに位置するように、出銑口付近またはその直上のコークス消費速度を他の周方向位置よりも上昇させることを特徴とする高炉操業方法。
【００１１】
（３）上記（１）または（２）において、出銑口直上位置付近に存在する羽口への投入酸素量を他の羽口よりも５％以上増加させることを特徴とする高炉操業方法。
【００１２】
（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、出銑口直上位置付近に存在する羽口への吹き込み補助燃料を停止することを特徴とする高炉操業方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、出銑口付近またはその直上の炉芯コークス消費速度を他の周方向位置よりも上昇させたので、出銑口付近にコークスフリースペースを安定的にかつ長期間に亘って確保することができる。これにより安定してスムーズに出銑滓を行うことができ、高炉の生産性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明について、より具体的に説明する。
まず、本発明に至った経緯について説明する。
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は、特開平２−８８７０８号公報にも記載されているように、コークスフリースペースは、一般的に荷重と浮力とのバランスからその有無が決まると考えられているが、これを実験や計測により検証した例はない。そこで本発明者らはコークスフリースペース形状を決める要因を明らかにするための水模型実験を行った。
【００１５】
炉芯コークスの消費機構としては、特開平２−８８７０８号公報に記載されているように、炉芯コークスがコークス燃焼点であるレースウェイで消費されるとする説もあるが、採取実験結果によればレースウェイ付近の溶銑Ｃ濃度が出銑Ｃ濃度より１％以上低いことから、本発明者らは溶銑への浸炭による消費が支配的であると考えた。
【００１６】
図１を参照してこの炉芯コークスの消費機構を示す。
図１の（ａ）は高炉の構造を概略的に示す模式図である。この図に示すように、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。
【００１７】
図１の（ｂ）の炉底部の拡大図に示すように、コークスのほとんどはレースウェイ１１の燃焼により消費されるため、炉下部のコークスはレースウェイ１１に集束する流れになる。滴下する溶銑滓１７もこのコークスに搬送されてレースウェイ１１に向かうが、レースウェイ１１内には溶銑滓の出口がないため、その手前で下方に滴下する。結果として炉下部における溶銑滓の滴下は炉周辺部に集中することになる。滴下した溶銑滓は炉床の湯溜まり部１２に貯留するが、そこで浸炭反応により炉芯コークスを消費する。
【００１８】
このようなコークス消費を再現する実験装置の模式図を図２に示す。この実験装置は透明な樹脂からなっており、幅４０ｃｍ、厚さ８ｃｍ、高さ５０ｃｍの本体２１と、その天壁端部に設けられた幅１２ｃｍ、厚さ８ｃｍ、高さ４０ｃｍの装入管２２とを有し、装入管から直径２０ｍｍの木製球（ビーズ）２５を本体２１および装入管２２に充填し、任意の高さまで液体を満たす。本体の５０×４０ｃｍの面には６×６ｃｍの粒子排出口２３を形成した。その位置はコークス消費域を模擬している。そして、その粒子排出口２３から粒子を排出させつつ、同数の粒子を装入管から供給した。粒子充填層が浮上して形成される粒子フリースペース形状が定常になるまで粒子の搬出を続けた。なお、本体２１の粒子排出口２３が形成された面には、排出した木製球を受けるための受け部材２４が取り付けられている。
【００１９】
図３に実験結果を示す。ここでフリースペース形状が荷重により決定されるならば、粒子の排出位置によらずフリースペースの形状は液面高さを境界として上下対称な形とならなければならないが、図３の（ａ）、（ｂ）の実験結果は、粒子排出位置を異ならせても、粒子フリースペースが最も大きい位置は粒子排出位置であることを示す。この実験結果から、コークスフリースペース形状は荷重により決定されるのではなく、コークス消費位置で決定されることが推定される。つまり、コークス消費の早い部分のコークスフリースペースが高くなり、高炉炉床のコークスフリースペースも炉芯コークス消費の速い部分が大きいと推定される。一方、荷重はコークスフリースペースの平均高さを決めるが、形状には影響しない。
【００２０】
炉芯コークスの消費が滴下溶銑への浸炭であるならば、溶銑滓の滴下量がコークス消費速度を決めていると考えられる。滴下溶銑滓はレースウェイに流れ込むコークスに載って周方向に移動するため、基本的には周辺部での溶銑滓滴下量が多く、したがってコークスフリースペースも周辺部で大きい。高炉は略円筒形であるため、通常、レースウェイでのコークス消費量も円周方向で均一であるが、コークス消費速度の大きなレースウェイがあれば、その付近の溶銑滓滴下量が多いことが容易に推定される。つまり出銑口直上の羽口でのコークス消費を促進することで、出銑口付近にコークスフリースペースを安定して確保することができる。
【００２１】
そのことを図４および図５を用いて説明する。
図４は通常の高炉操業におけるレースウェイおよび炉床のコークスフリースペースを示す図であり、（ａ）は高炉のレースウェイ付近の水平断面図、（ｂ）は出銑口部分の側面図、（ｃ）は高炉を出銑口部分で切断した垂直断面図である。レースウェイ３２は、高炉３１の周縁に沿って多数形成され、その下方に出銑口３３が形成される。レースウェイ３２の大きさは、対応する羽口でのコークス消費量によって決定され、通常の高炉操業では図４の（ａ）に示すように一定である。そして、図４の（ｂ），（ｃ）に示すように、高炉下部充填層３４のコークスフリースペース３５は出銑口３３の下方にある。
【００２２】
図５は出銑口の直上の羽口でのコークス消費を促進した高炉操業におけるレースウェイおよび炉床のコークスフリースペースを示す図であり、図４と同様、（ａ）は高炉のレースウェイ付近の水平断面図、（ｂ）は出銑口部分の側面図、（ｃ）は高炉を出銑口部分で切断した垂直断面図である。この図に示すように、出銑口３３直上にはコークス消費が促進された結果大きくなったコークス促進レースウェイ３２ａが形成されている。すなわち、出銑口３３付近またはその直上のコークス消費速度が大きくなっている。その結果、図５の（ｂ），（ｃ）に示すように、高炉下部充填層３４のコークスフリースペース３５は上方に広がり、出銑口３３はコークスフリースペースに位置することとなる。
【００２３】
以上のようなことから、本発明では、出銑口付近またはその直上の炉芯コークス消費速度を他の周方向位置よりも上昇させ、出銑口付近にコークスフリースペース安定的にかつ長期間に亘って確保することができるようにした。これにより安定してスムーズに出銑滓を行うことができ、高炉の生産性を高めることができる。また、原料の変更もともなわないため、コストを上昇させることがない。
【００２４】
以上のように、出銑口直上の羽口でのコークス燃焼を促進することにより、出銑口付近またはその直上の炉芯コークス消費速度を増加させて、溶銑滓滴下流を出銑口付近に集中させることができるが、羽口でのコークス燃焼速度は酸素投入量により決まるため、その羽口の送風量または酸素濃度を増加することでコークス燃焼の促進を実現することができる。
【００２５】
具体的には、出銑口直上位置付近に存在する羽口への投入酸素量を他の羽口よりも５％以上増加させることが好ましい。また、コークス燃焼を促進する羽口は、出銑口直上付近の１つの羽口であっても、複数の羽口であってもよい。微粉炭やオイルなどの羽口吹き込み補助燃料を用いると、その分コークス消費量が減るので、コークス消費速度を上昇させたい出銑口直上位置付近に存在する羽口への吹き込み補助燃料を極力減じることが好ましく、吹き込み補助燃料を停止することが最も好ましい。
【００２６】
なお、以上の実施形態では、出銑口付近またはその直上の炉芯コークス消費速度を増加させるために、出銑口直上の羽口でのコークス燃焼を促進させたが、これに限らず、適宜の手段により出銑口付近の炉芯コークスの消費を直接促進するようにしてもよい。
【実施例】
【００２７】
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。この高炉の通常の操業では、コークス比が３４０ｋｇ／ｔ、微粉炭吹き込み量が１７０ｋｇ／ｔである。この高炉では微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔ以上になるとスラグの排出に長時間を要すという問題があった。そこで、本発明に基づいて、出銑口直上の羽口でのコークス燃焼を促進することにより、出銑口付近またはその直上の炉芯コークス消費速度を増加させ、出銑滓の改善を行った。具体的には、出銑口直上３個の羽口に純酸素吹き込みランスを設置し、酸素投入量を他の羽口より５％多くした結果、図６に示すように、明らかに排滓性が改善した。次に、同じ羽口の微粉炭を停止したが、図６に示すように、同様の効果を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、出銑口付近にコークスフリースペースを安定的にかつ長期間に亘って確保することができるので、安定してスムーズに出銑滓を行うことができ、高炉の生産性を高めることができる。また、原料の変更をともなわないため、コストを上昇させることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】高炉の炉芯コークスの消費機構を説明するための図。
【図２】高炉でのコークス消費を再現する実験装置を示す模式図。
【図３】図２の装置での実験結果を示す図。
【図４】通常の高炉操業におけるレースウェイおよび炉床のコークスフリースペースを示す図であり、（ａ）は高炉のレースウェイ付近の水平断面図、（ｂ）は出銑口部分の側面図、（ｃ）は高炉を出銑口部分で切断した垂直断面図。
【図５】出銑口の直上の羽口でのコークス消費を促進した高炉操業におけるレースウェイおよび炉床のコークスフリースペースを示す図であり、（ａ）は高炉のレースウェイ付近の水平断面図、（ｂ）は出銑口部分の側面図、（ｃ）は高炉を出銑口部分で切断した垂直断面図。
【図６】本発明の効果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３０】
１，３１……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
１３，３３……出銑口
１４，３５……コークスフリースペース
１５……炉芯
１６，３４……下部充填層
１７……溶銑滓
３２……レースウェイ
３２ａ……コークス消費促進レースウェイ
【図１】
2005194545.tif 000003
【図２】
2005194545.tif 000004
【図３】
2005194545.tif 000005
【図４】
2005194545.tif 000006
【図５】
2005194545.tif 000007
【図６】
2005194545.tif 000008