(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉羽口部から微粉炭を吹き込むとともに、焼結鉱を含む鉄源とコークスを交互に高炉頂部から装入し、炉内持込水分を30kg/t-pig以上とし、出銑比を2.2以上2.5以下で操業を行う高炉操業方法において、
前記焼結鉱の被還元速度を0.435〜0.500（%/min）としたことを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
前記焼結鉱の被還元速度を0.435〜0.500（%/min）とするために、該焼結鉱中のT-Feを58.6%〜60.0%としたことを特徴とする請求項１記載の高炉操業方法。
【請求項３】
高炉炉内の炉壁周辺に形成される還元領域の長さに対応して前記焼結鉱の被還元速度を調整することを特徴とする請求項１または２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、超大型高炉において、出銑比2.2以上2.5以下の超高出銑比操業の安定継続を可能とする高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉操業にあっては、焼結鉱，鉄鉱石，ペレット等からなる鉄源とコークスを交互に高炉炉内に装入している。
【０００３】
この、高炉炉頂より装入された鉄源は、還元されるとともに、溶融して高温の溶銑となり、炉下部の湯溜り部に滴下する。
【０００４】
従来の高炉操業において、炉頂から装入される鉄源のうち、焼結鉱の占める割合は通常60〜90wt%と非常に高く、焼結鉱の被還元性等の性状により高炉の還元効率がほぼ決定される。このことにより、焼結鉱の被還元性等の性状改善は、高炉の生産性、すなわち出銑比の向上にとって非常に重要となる（特許文献１）。
【０００５】
特許文献１に開示された高炉操業方法にあっては、焼結鉱の塩基度、アルミナ、シリカ、MgOを規定し、焼結鉱の被還元性を向上させ、還元材比の低減および高炉の生産性の安定化を図っている。
【０００６】
そして、焼結鉱の成分を適正範囲とした場合、還元性（被還元速度）が向上し、出銑比（t/m3/d）2.1レベルまでの改善が図られる。
【特許文献１】特開2002−060808号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１に記載された発明では、出銑比2.1レベルまでの改善が達成されるものの、出銑比2.2以上の超高出銑比を安定継続するための満足な条件とはいえない。
【０００８】
ところで、近年、ローブリバー、ヤンディー等の高水分鉱石の多量配合が行われ、さらに羽口先温度の上昇を抑制するために、熱風への水分多量添加が行われている。しかし、炉内に持ち込まれる水分量が多くなると、炉上部の炉壁近傍を上昇するガス中の水分が炉上部に位置する装入物表面に結露（水分凝縮）する現象が発生する。特に、炉壁近傍の通気性、昇温還元性を阻害して炉況を不安定にすることが本発明者等により確認されている。また、雨天時には更に影響が大きい。
【０００９】
このため、炉内に持ち込まれる水分量が多くなると、超高出銑比の高炉操業の安定継続がより一層困難となる問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、上記のように、炉内に持ち込まれる水分量が多くなる状態において超高出銑比の安定継続を実現する高炉操業方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
高炉において、超高出銑比操業を継続する場合、炉内における装入物（鉄源、コークス）の降下速度が上昇することになる。このため、低出銑比操業と比較して、焼結鉱の被還元時間が短くなる。また、炉内持ち込み水分量の増加は塊状帯上層部の周辺部に低温領域を形成して間接還元領域を狭くする。このようなことから、焼結鉱の被還元時間が短縮して被還元状態の悪化を招くことになる。
【００１２】
本発明は、被還元性に優れた焼結鉱を使用することで、上記被還元時間の短縮を還元効率の向上でカバーし、炉内における還元遅れ等の発生を抑制して超高出銑の安定継続を可能とする。
【００１３】
具体的には、出銑比2.2以上となった場合、炉内装入物の降下速度は特許文献１における出銑比2.1の場合よりも更に速くなる。このままでは、炉内の還元状態は悪化し、ソリューションロスカーボン量（SLC）の増大を招き、炉熱の急低下、炉況不安定の要因となる。
【００１４】
そこで、本発明者は、出銑比2.2以上の超高出銑比を継続するために、焼結鉱の被還元速度を速くすることに着目し、本発明をなすに至ったものである。
【００１５】
また、焼結鉱の被還元速度を向上させる手段として、焼結鉱内の鉄分比率（T-Fe）を規定することができることに着目し、本発明をなすに至ったものである。
【００１６】
本発明の目的を達成する第１の方法は、請求項１に記載のように、高炉羽口部から微粉炭を吹き込むとともに、焼結鉱を含む鉄源とコークスを交互に高炉頂部から装入し、炉内持込水分を30kg/t-pig以上とし、出銑比を2.2以上2.5以下で操業を行う高炉操業方法において、前記焼結鉱の被還元速度を0.435〜0.500（%/min）としたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の目的を達成する第２の方法は、請求項２に記載のように、上記した第１の方法において、前記焼結鉱の被還元速度を0.435〜0.500（%/min）とするために、該焼結鉱中のT-Feを58.6%〜60.0%としたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の目的を達成する第３の方法は、請求項３に記載のように、上記したいずれかに記載の方法において、高炉炉内の炉壁周辺に形成される還元領域の長さに対応して前記焼結鉱の被還元速度を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、炉内持込み水分が30kg/t‐pig（溶銑）以上となることにより還元領域が縮小する条件下で、しかも2.2以上2.5以下の超高出銑比操業で生じる炉内装入物の降下速度の上昇に伴い炉内還元時間、すなわち焼結鉱の被還元時間が短くなる操業状態であっても、焼結鉱の還元速度を0.435〜0.500（%/min）、または焼結鉱のT-Feを58.6〜60.0％とすることで、焼結鉱が未還元状態で炉下部に降下することを防止して安定した操業の継続が可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る高炉操業方法を図面に示す実施形態を参照しながら説明する。
【００２１】
図４は、本発明を実施した超大型高炉の概略断面図で、大ベル１下方の炉壁部分に装入物（焼結鉱，鉄鉱石，ペレット等からなる鉄源、コークス）の炉内装入分布調整用のアーマープレート４を装備した内容積5700ｍ３の超大型高炉であり、送風羽口２から温度1240℃、風量が8500〜8700Nm3／min、酸素富化量22000〜23000Nm3／hrの熱風を微粉炭と共に炉内に吹き込んでいる。炉口部３における直径（φ）は１１ｍ、高炉の送風羽口２の中心からストックラインSLまでの距離（H）は２７ｍである。
【００２２】
また、炉上部の炉内ガス温度を測定するために、シャフト上部に炉径方向に挿出入可能な水平ゾンデ５、６を設けると共に、炉高さ方向に挿入可能な垂直ゾンデ７を設けている。この水平、垂直ゾンデ５、６、７により、高さ方向および半径方向の温度を検出した。また、高炉には、炉頂からコークスの付着水分、焼結鉱の付着水分、鉱石の付着水分および結晶水が投入され、送風羽口２から吹込む微粉炭の含有水素、送風湿分が投入される。
【００２３】
炉頂ガス中の含水量が例えば50ｇ／Nm3〜60ｇ／Nｍ３の場合、図３に示す飽和水蒸気曲線から、炉頂ガス中の露点が63〜67℃程度であることが明らかとなった。
【００２４】
一方、垂直ゾンデ７の検出データから、塊状帯上層部において温度が露点レベルにて一定の領域が存在することが確認された。
【００２５】
これらのことから、塊状帯上部かつ周辺部に露点レベルにて水分が液体として存在する湿潤帯領域が存在すると推定される。なお、オフライン試験によれば、昇温状態が悪化した場合、間接還元領域での還元率が著しく悪化するすることが確認された。
【００２６】
また、持ち込み水分量が増加し、周辺部の昇温状態が悪化した場合、還元指標が悪化することも実炉確認された。このように、炉内持込み水分量の増加は、超高出銑比操業を安定して継続することが困難となる。
【００２７】
本発明は、高炉に持ち込まれる水分量を30kg/t‐pig以上とし、この場合高炉上部に形成する湿潤領域が長くなり、装入した鉄源を加熱、還元する高温領域（400℃以上の還元領域）のレベルが図５に示すように、高炉周辺部において大きく下部に移動し、炉中心部は殆ど変化しない。一方、融着帯Yは根部が若干下方に垂れ下がるが、殆ど変化がない。このため、間接還元の開始位置から終了位置までの区間（間接還元領域）Xが短くなる。図５において、線１は水分が25kg/t‐pig、出銑比2.1t/m3/dの場合における400℃の等温線、線２は水分が30kg/t‐pig、出銑比2.2t/m3/dの場合における400℃の等温線を示しており、特に梅雨時期などで原料の付着水分が多くなっている場合には、間接還元領域Xの短縮傾向が著しい。
【００２８】
出銑比が2.2〜2.5t/m3/dとなった場合、装入物の降下速度が速くなり、特に還元が最も進行する炉下部領域（炉腹〜朝顔部領域）の炉径方向周辺部（炉径方向に３分割した最外側領域）における降下速度の上昇が著しい。このため、上記のように短くなった間接還元領域を装入物が速い速度で降下するため、被還元速度の速い焼結鉱が必要となる。
【００２９】
炉内において、焼結鉱の被還元速度が悪くなると、炉内ガス（CO）による間接還元率が低くなり、コークス中のCによる炉下部での直接還元率が増加して炉況が悪化する。一方、焼結鉱の被還元速度が良好であると、これとは逆に、直接還元率が低下して炉況が安定する。
【００３０】
このため、持込水分30kg/t‐pig、出銑比2.2〜2.5t/m3/dの高炉で、直接還元の指標であるソリューションロスカーボン量（SLC）と焼結鉱の被還元速度との関係を調査し、その結果を図１に示す。なお、ソリューションロスカーボン量とは、この反応に寄与するカーボン量（kg/t‐pig）である。
【００３１】
図１において、横軸を焼結鉱の被還元速度（%／min）、縦軸をソリューションロスカーボン量としており、被還元速度とは、還元雰囲気条件下（温度900℃、CO74%、CO２26%）において、1hr保持した場合の還元率を60（min/h）で除した値である。
【００３２】
この結果、焼結鉱の被還元速度が0.435（%／min）以上になるとSLCが低減し、安定した操業が行えることが解った。
【００３３】
直接還元反応は吸熱反応であり、この反応量が増加すると炉内の熱レベルが低下して安定した操業ができなくなる。
【００３４】
図２に焼結鉱の被還元速度とT-Feとの関係を示す。
【００３５】
図２に示すように、焼結鉱の鉄分比率であるT-Fe（mass%）と被還元速度（％／min）との間には非常に強い相関が認められ、焼結鉱のT-Fe（mass%）により被還元速度（%／min）を調整することで超高出銑比を実現することが可能となる。被還元速度0.435〜0.500での焼結鉱内のT-Feは、58.6〜60.0%である。
【００３６】
また、出銑比を高めると炉内における装入物（鉄鉱石、コークス）の降下速度（時間）が短縮する。
【００３７】
以上のように、超高出銑比の安定継続を志向した場合には、炉内還元時間が短縮するため、焼結鉱の被還元速度の向上が必須となり、出銑比2.2以上を継続する場合には図１から被還元速度が0.435（%／min）レベルの焼結鉱を用いればよい。これは図２より、焼結鉱T-Fe58.6％レベルに相当する。
【００３８】
また、焼結鉱の被還元速度を高くするために、T-Feの高い即ち、高品位の鉄鉱石を使用する場合にはそれだけ溶銑コストが高くなることから、このコストの上昇を抑制するためには還元領域の長さに応じて焼結鉱の被還元速度を調整することが好ましい。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。表１に本発明の高炉操業方法による操業結果を改善前の比較例と改善後の実施例と比較して示す。対象とする高炉は、図４の説明で示す内容積5700ｍ３、ストックライン−送風羽口長さ２７ｍ、送風温度1240℃の超大型高炉である。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
なお、表１において、炉内降下時間とは、炉内に装入されてから、送風羽口レベルに到達するまでに要する時間、炉内還元寄与時間とは、炉内降下時間のうち、炉内温度400℃レベルまでの時間を除く時間、還元領域長さXとは、400℃の等温線の最下端位置から融着帯Y上面までの長さを示す。
【００４２】
（実施例１）
改善前では、被還元速度0.420（%/min）の焼結鉱を用いて操業を行った。しかし、ソリューションロスカーボン量が増加し、炉熱が低下した。この結果、操業が不安定となり、出銑量は12,400（t/d）で、出銑比（t/m3/d）は2.15あり、目標とする出銑比2.20以上が得られなかった。
【００４３】
このため、改善後では、被還元速度が良好（0.445（%/min））な焼結鉱を使用して操業を実施したところ、ソリューションロスカーボン量が減少し、COガス利用率が改善し炉内の還元性が向上した。この結果、操業は安定し出銑量も12,400（t/d）から13,500(t/d)に増加した。すなわち、出銑量（t/d）が比較例１の12800から13500へと増加し、出銑比（t/m3/d）が2.15から目標とする出銑比2.2を超える2.34となった。なお、持込み水分量は改善前と同等の35（kg/t-p）であった。
（実施例２）
改善前では、被還元速度が0.410（%/min）の焼結鉱を使用し、持込み水分39（kg/t-p）の条件の下で操業を行った。この結果、ソリューションロスカーボン量、COガス利用率が悪化し炉況は不安定なものとなった。出銑量についても12,100(t/d)であり、目標とする出銑比2.20を下回る2.10であった。
【００４４】
このため、改善後１では、焼結鉱の被還元速度を0.420（%/min）に改善したものを使用し、持込み水分量も34（kg/t-p）に低減した。この結果、還元領域が長くなり、しかも、悪化していた上記ソリューションロスカーボン量、COガス利用効率が改善し、炉況は安定していた。出銑量についても13,300（t/d）となり、出銑比も目標以上の2.30レベルまで回復した。
【００４５】
改善後２では、持込み水分量が38（kg/t-p）に増加して、改善後１より還元領域が短くなったので、この還元領域に対応して被還元速度が改善後１より良好な0.452（%/min）の焼結鉱を使用した。この結果、ソリューションロスカーボン量、COガス利用率、出銑量、出銑比も改善後１と略同等とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】出銑比2.２以上での焼結鉱の被還元速度とソリューションロスカーボン量との関係を示す図。
【図２】焼結鉱のT-Feと被還元速度との関係を示す図。
【図３】飽和水蒸気曲線図。
【図４】本発明を実施した高炉の概略構成を示す図。
【図５】高炉内での400℃の等温線を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１  大ベル
２  送風羽口
３  炉口部
４  アーマープレート
５、６  水平ゾンデ
７  垂直ゾンデ
SL  ストックライン
【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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