(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上で、Ａｌ２Ｏ３を１．８〜２．５ｍａｓｓ％含有する高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱を５０〜８０ｍａｓｓ％含む原料を高炉炉頂部から装入する高炉操業であって、前記焼結鉱は、結晶水を５ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石を焼結新原料中に２５ｍａｓｓ％以上配合、焼成して、ＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％未満、Ａｌ２Ｏ３を１．８〜２．５ｍａｓｓ％含有し、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．９〜２．５となるように製造し、前記高炉炉頂部から挿入する原料の残部が酸性ペレット、塩基性ペレット、コールドペレット、ＣａＯ／ＳｉＯ２が１．９未満の焼結鉱、塊鉱、スクラップ、還元鉄の２種類以上からなり、前記高Ａｌ2Ｏ3焼結鉱の挿入割合を調整して高炉スラグ比を２８０ｋｇ／ｔ−ｐ以下にして高炉操業することを特徴とする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微粉炭多量吹き込みの時の高炉操業安定化を目的とし、高アルミナ焼結鉱の多量使用と高炉スラグ比を低減する高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コークスとの代替効果により溶銑原価低減効果が大きく、コークス炉の老朽化対策としても重要な微粉炭吹き込みが最近注目され、日本国内ではほぼ全高炉に採用されている。例えば「材料とプロセス」７（１９９４），ｐ１２４には微粉炭比１８０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の吹き込み操業を装入物分布の改善（シャープな逆Ｖ型の融着帯を維持）と羽口前条件の改善で安定して継続している結果が報告されている。また「材料とプロセス」７（１９９４），ｐ１２６には１週間の微粉炭比２００ｋｇ／ｔ−ｐの操業試験結果が報告され、コークスＤＩの向上と高酸素富化操業、低Ａｌ2 Ｏ3 ・高被還元性焼結鉱の使用、局所的な高Ｏ／Ｃ部を形成させない装入物分布制御により達成した内容が記載されている。
【０００３】
融着帯厚み増加による炉下部通気性悪化を抑制するために、低Ａｌ2 Ｏ3 ・高被還元性焼結鉱を使用したと報告しているので、装入物の低Ａｌ2 Ｏ3 化で融着帯厚み増加を抑制したと考えられる。さらに「材料とプロセス」８（１９９５），ｐ．３１９には月間微粉炭比２１８ｋｇ／ｔ−ｐの操業結果として、炉下部通気・通液性の改善のためにスラグ比の低下（３２０→２８０ｋｇ／ｔ−ｐ）と塊成鉱の高ＲＩ（被還元性）化（ＨＰＳ鉱の全面使用）、コークス強度向上を実施したことなどが報告されている。ＨＰＳ鉱が低ＳｉＯ2 ・低Ａｌ2 Ｏ3 鉱であるのはよく知られているので、融着帯厚み増加を装入物の低ＳｉＯ2 化と低Ａｌ2 Ｏ3 化で抑制したと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
微粉炭吹き込み操業において、微粉炭を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上吹込むためには次の技術課題を解決しておく必要がある。それは▲１▼微粉炭比増加により炉頂から装入するコークス量が減少（コークススリットの縮小）するので、高炉内の鉱石／コークス比（Ｏ／Ｃ）が高くなることによる融着帯厚み増加とそれ以下の炉芯部を含む炉下部の通気性の悪化、▲２▼羽口での微粉炭燃焼量増加によりガス流れが炉内で周辺流化し、炉体からの放散熱増加による熱損失の増大、▲３▼熱流比（固体熱容量／ガス熱容量）の低下により炉内ガス温度が上昇するので、炉頂から排出するガスの顕熱の増加による熱効率低下などである。微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上になると、装入物の荷下がり悪化や圧力損失、炉体熱負荷増などにより操業が不安定になることが他に報告されているので、これらの技術課題の解決は重要と考えられる。
【０００５】
その中でも特に、微粉炭比増加で鉱石／コークス比（Ｏ／Ｃ）が高くなることによる融着帯厚み増加の問題が大きいと考えられる。炉下部の圧力損失が増加すると同時にガスの中心流れが抑制されて周辺流が助長されるので、荷下がりが不安定になり炉体熱負荷が増大する。ところが、Ｏ／Ｃが高くなることによる融着帯厚み増加とそれ以下の炉下部通気性の悪化に対する装入物の改善対策はすでに説明した文献にあるように、装入物の低ＳｉＯ2 化と低Ａｌ2 Ｏ3 化（１．７ｍａｓｓ％未満）を実施した例が見られる程度である。
しかし、１９９６年の日本鉄鋼業全体の焼結鉱Ａｌ2 Ｏ3 の平均値は１．８０ｍａｓｓ％強であり、今後も焼結鉱Ａｌ2 Ｏ3 は徐々に増加していくことが予想されるので、多くの高炉が長期的に低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を製造し、使用するのは困難であると考えられる。それに加えて高Ａｌ2 Ｏ3 鉱石は通常の鉱石より安価であるので、今後は高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の使用技術の確立が高炉操業の重要課題の一つになると考えられる。
【０００６】
他に特開平６−１００９１１号公報には、微粉炭吹き込み高炉操業において、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上とし、投入水素量を１５〜２０ｋｇ／ｔ−ｐとし、さらに酸素を３〜５％富化することを特徴とする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法が記載されている。水蒸気吹き込み量の増加と酸素富化により融着帯を逆Ｖ字形に変化させて通気性を改善する方法であるが、水蒸気と酸素を別に製造して高炉に吹き込むため、高炉操業コストが大幅に悪化する欠点がある。
【０００７】
特開昭６１−５６２１１号公報には、高炉操業において焼結鉱塩基度（Ｃ／Ｓ）を２以上とし、高炉スラグの目標塩基度より上昇分は高炉にてＳｉＯ2 源副原料の装入により調整し、軟化融着帯レベルを下降させることにより、溶銑中Ｓｉ濃度を低下させることを特徴とする高炉操業方法が記載されている。
この方法は、塩基度上昇で焼結鉱高温性状を改善して軟化融着帯の収縮率や通気抵抗を改善しているが、高炉スラグ量を増加させる欠点があるので、炉下部の通気性改善が必要な微粉炭多量吹き込み操業への適用は困難である。
【０００８】
特開平９−１３１０７号公報には、１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の多量の微粉炭を吹き込む高炉操業法において、炉頂から装入されるコークスを除く装入物の８０％以上に、Ａｌ2 Ｏ3 成分が１．９〜２．５％、ＳｉＯ2 成分が４．０〜４．８％、ＭｇＯ成分が１．２〜２．４％、ＣａＯ成分が６．０〜９．０％の焼結鉱を用いる高炉操業方法が記載されている。
この方法は高炉スラグ量の上昇を抑制し、焼結鉱滴下スラグの粘度を改善して、高出銑比、低燃料比操業が可能になるとしている。しかし、焼結鉱の強度を向上させるＳｉＯ2 成分、ＣａＯ成分がそれぞれ４．８％以下、９．０％以下と低く、焼結鉱の強度を低下させるＭｇＯ成分が１．２％以上であるので、高炉に装入される焼結鉱の被還元性は良好であるが、微粉炭多量吹き込み操業で重要な焼結鉱強度が低下する欠点がある。また、炉頂から装入されるコークスを除く装入物の８０％以上に本焼結鉱を使用するので、高炉スラグのＡｌ2 Ｏ3 成分やＭｇＯ成分を調整する自由度が少なく、さらに大幅な成分調整をするには塊状の副原料を高炉に直接装入するか、粉状の副原料を高炉羽口から直接吹き込むことが必要になり、高炉操業に悪影響を与えることが懸念される。
【０００９】
本発明法は、上記の問題点を解決するためになされたもので、焼結鉱成分を適正に調整して強度、被還元性ともに優れた高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を製造し、その焼結鉱を高炉から装入される原料の５０〜８０ｍａｓｓ％の装入割合で装入して、高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の多量使用と高炉スラグ比の低下を可能にする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
具体的には微粉炭吹き込み量１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上で、Ａｌ2Ｏ3を１．８〜２．５ｍａｓｓ％含有する高Ａｌ2Ｏ3焼結鉱を５０〜８０ｍａｓｓ％含む原料を高炉炉頂部から装入する高炉操業であって、 （１）前記焼結鉱は、結晶水を５ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石を焼結新原料中に２５ｍａｓｓ％以上配合、焼成して、ＳｉＯ2を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％未満、Ａｌ2Ｏ3を１．８〜２．５ｍａｓｓ％含有し、ＣａＯ／ＳｉＯ2が１．９〜２．５となるように製造し、前記高炉炉頂部から装入する原料の残部が酸性ペレット、塩基性ペレット、コールドペレット、ＣａＯ／ＳｉＯ2が１．９未満の焼結鉱、塊鉱、スクラップ、還元鉄の２種類以上からなり、前記高Ａｌ2Ｏ3焼結鉱の装入割合を調整して高炉スラグ比を２８０ｋｇ／ｔ−ｐ以下にして高炉操業することを特徴とする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【００１１】
なお、本発明における高炉炉頂部から装入する原料とは、焼結鉱、塊鉱、ペレット、団鉱、スクラップ、還元鉄、雑原料の合計を示しており、鉄マンガン鉱、製鋼スラグ、石灰石、その他副原料は含まない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
燃料比が５００ｋｇ／ｔ−ｐの前提で微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔ−ｐ（コークス比は３５０ｋｇ／ｔ−ｐ）に増加すると、鉱石／コークス比（Ｏ／Ｃ）は４．６レベルに上昇する。微粉炭比が２００ｋｇ／ｔ−ｐ（コークス比は３００ｋｇ／ｔ−ｐ）になると、Ｏ／Ｃは５．４まで上昇する。微粉炭比が低い通常装入時のＯ／Ｃは４．０未満であるので、微粉炭比１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上では鉱石層厚が大幅に増加することになり、融着帯形状が肥大化することになる。
【００１３】
図１に微粉炭比６０、２００ｋｇ／ｔ−ｐ吹き込み操業でのシュミレーション結果に基づく炉内融着帯形状の変化を示す。微粉炭比が増加すると融着帯が肥大化しているのが分かる。この融着帯の肥大化を抑制できれば炉内通気性が改善される。
本発明は高微粉炭比操業においても、高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱の多量使用を可能にし、高炉スラグ量を低減して操業を安定化するものである。
焼結鉱成分のＳｉＯ2 が３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯが０．５〜１．２ｍａｓｓ％未満、Ａｌ2 Ｏ3 が１．８〜２．５ｍａｓｓ％、ＣａＯ／ＳｉＯ2 が１．９〜２．５になるように製造した焼結鉱は強度（ＳＩ、ＴＩ）、被還元性（ＪＩＳ−ＲＩ）、高温還元・軟化溶融性状がともに優れている。この焼結鉱の還元粉化性（ＲＤＩ）はやや悪化するが、焼結鉱製造時のコークス配合比の増加や配合原料中の生石灰配合比の増加により通常焼結鉱のＲＤＩレベルまで改善されることが分かった。
【００１４】
焼結鉱成分の中で、ＳｉＯ2 を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％未満、ＣａＯ／ＳｉＯ2 を１．９〜２．５の範囲としたのは、Ａｌ2 Ｏ3 が１．９〜２．５ｍａｓｓ％の範囲の高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱では、ＳｉＯ2 が３．９ｍａｓｓ％未満になると強度の低下が見られ、４．９ｍａｓｓ％超になると被還元性と高温還元・軟化溶融性状の悪化が見られたからであり、ＭｇＯが０．５ｍａｓｓ％未満まで低下させると高温還元・軟化溶融性状の悪化が顕著になり、１．２ｍａｓｓ％以上になると強度が低下するためである。ＣａＯ／ＳｉＯ2 も１．９未満になると強度の低下が見られ、２．５超になると高温還元・軟化溶融性状が悪化する。なお、Ａｌ2 Ｏ3 が１．９〜２．５ｍａｓｓ％の範囲としたのは、Ａｌ2 Ｏ3 が１．９ｍａｓｓ％以上になると上記の焼結鉱成分の範囲に制御する効果が顕著になるが、２．５ｍａｓｓ％超になると効果が見られなくなり強度低下が顕著になるからである。
【００１５】
次に結晶水を５ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石を焼結新原料中に２５ｍａｓｓ％以上配合するとしたのは、焼成中に結晶水が蒸発することにより表１に示した焼結鉱中の微細気孔が増加し、高温還元・軟化溶融性状の改善がより顕著になるからである。
低ＳｉＯ2 ・低ＭｇＯ・高Ａｌ2 Ｏ3 ・高ＣａＯ／ＳｉＯ2 焼結鉱の高炉への装入割合を高炉から装入される原料の５０〜８０ｍａｓｓ％としたのは、８０ｍａｓｓ％を超えると高炉操業に悪影響を与えないで高炉スラグ組成を制御、調整することは困難になるからであり、一方５０ｍａｓｓ％未満になると上記の焼結鉱を使用する効果が見られなくなるからである。
【００１６】
この高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を高炉から装入される原料の５０〜８０ｍａｓｓ％に規定して高炉に装入するので、スラグの粘性や溶銑の脱硫率に影響を及ぼす高炉スラグのＡｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ成分の割合を残部の酸性ペレット、塩基性ペレット、コールドペレット、ＣａＯ／ＳｉＯ2 が１．９未満の焼結鉱、塊鉱、スクラップ、還元鉄などの装入により容易に調整することができ、高炉スラグ量を低減することが可能になるのも本発明の特徴である。
また、高炉スラグのＣａＯ／ＳｉＯ2 を１．２５〜１．３２に制御することにより高Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱使用時においても高炉操業をより安定化させ、溶銑の脱硫率もより向上させることができる。高炉スラグのＣａＯ／ＳｉＯ2 を１．２５以上としたのは、それ以下になると脱硫率が悪化し始めるからである。１．３２以下としたのは、それ以上になるとスラグ初晶がダイカルシウムシリケートになり、スラグの融点の変化が大きくなって流動性が悪化するからである。高炉スラグ比を２８０ｋｇ／ｔ−ｐ以下にするとしたのは、高炉操業の安定がより顕著になるからである。
【００１７】
まず、低ＳｉＯ２・低ＭｇＯ・高Ａｌ２Ｏ３・高ＣａＯ／ＳｉＯ２焼結鉱の製造試験結果について述べる。焼結鉱は４５０ｍ２の焼結機で製造した。従来法と本発明法１（参考例）の焼結鉱を比較して、強度（ＳＩ）とＲＤＩ、ＪＩＳ−ＲＩの測定結果を表１に、高温還元・軟化溶融性状測定結果を図２に示す。本発明法１（参考例）で使用する焼結鉱は、強度とＪＩＳ−Ｒ１に加えて高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善されているのが分かる。本発明法１（参考例）では、高Ａｌ２Ｏ３で低ＳｉＯ２、低ＭｇＯ、高Ｃ／Ｓの焼結鉱を製造しており、これを高炉に装入して使用することにより、高Ａｌ２Ｏ３焼結鉱の使用が可能になる。
【００１８】
次に、結晶水を５ｍａｓｓ％以上含有する鉱石を焼結新原料中に３０ｍａｓｓ％配合して焼結した低ＳｉＯ2 ・低ＭｇＯ・高Ａｌ2 Ｏ3 ・高ＣａＯ／ＳｉＯ2 焼結鉱の製造試験結果について述べる。同じように、焼結鉱は４５０ｍ2 の焼結機で製造した。従来法と本発明法２の焼結鉱を比較して、強度（Ｓ１）とＲＤＩ、ＪＩＳ−ＲＩの測定結果を表１に、高温還元・軟化溶融性状測定結果を図２に示す。本発明法２で使用する焼結鉱は、表１に示すように水銀ポロシメーターで測定した１２０μｍ以下の微細気孔が多いので、ＪＩＳ−ＲＩに加えて高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善されているのが分かる。
【００１９】
本発明法１（参考例）、および、本発明法２では、高Ａｌ２Ｏ３で低ＳｉＯ２、低ＭｇＯ、高Ｃ／Ｓの焼結鉱を製造しており、これを高炉から装入される原料の５０〜８０ｍａｓｓ％に規定して装入して使用することにより、高炉スラグ成分のＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯを操業方針に応じて調整しながら高炉スラグ比を低減することが可能になる。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
本発明法１（参考例）または本発明法２の焼結鉱を使用して、微粉炭吹き込み量を１８０ｋｇ／ｔ−ｐに増加させたＡ高炉（内容積３８００ｍ３）での実施例を説明する。本発明法１（参考例）および本発明法２の実施例を従来法と比較して表２にまとめた。従来法では、微粉炭比１３０ｋｇ／ｔ−ｐの操業レベル（比較例１）から微粉炭比１８０ｋｇ／ｔ−ｐ操業（期間Ａ、比較例２）に移行する過程で通気抵抗が増大し、スリップ頻度が増し、炉体放散熱も増えた。これは、微粉炭比の増加によりＯ／Ｃが上昇し、炉内全圧損が大きくなったためで、特に１７０ｋｇ／ｔ−ｐ以上でその傾向が顕著である。一方、本発明法の焼結鉱１（参考例）および本発明法２に切り換えると、微粉炭吹き込み量が１６０ｋｇ／ｔ−ｐでもむしろ炉内全圧損値と炉体放散熱量は低下し、スリップ発生回数は激減した。これは強度増加による炉上部の通気性改善に加え、シャフト部での被還元性が向上し、さらに高温性状の改善により、通気抵抗を悪化させる融着帯根部の肥大化を防止したためと考えられる。炉下部の異常も全く見られなかった。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
【発明の効果】
以上のように、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上に増加させても、本発明法により炉内全圧損値を増加させることなく高炉安定操業を長期に継続することができた。
本発明法は、高アルミナ焼結鉱の多量使用と高炉スラグ量の低減を可能にし、かつ微粉炭多量吹き込みの高炉操業方法を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉内融着帯をシュミレーションした図
【図２】本発明法の焼結鉱の高温性状測定結果を示す図
【図１】
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【図２】
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