(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉頂部から装入する鉄原料中の平均アルミナ含有量が１．８質量％以上であり、羽口から吹き込む微粉炭量が１５０ｋｇ／ｔ以上である高炉操業方法において、少なくとも送風中の湿分量の調整と、微粉炭の石炭配合の調整を行うことにより、送風中の湿分、コークス、および、微粉炭に含まれる水素の合計質量で定義される炉内への投入水素量を６〜１０ｋｇ／ｔにしたことを特徴とする高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルミナ含有量が高い安価な鉄原料を多量に使用しながら、高生産性・低燃料比での高炉操業を可能にする高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高生産性及び低燃料比の高炉操業において、１５０ｋｇ／ｔ以上の多量の微粉炭を羽口から吹き込む場合は、装入コークス量が少なくなるため、装入する焼結鉱、ペレット、塊鉱石等の鉄原料とコークスとの質量比（以下Ｏ／Ｃと記す）は全体的に高くなり、炉内、特にシャフト部での鉄原料層の還元負荷が高くなるため、鉄原料が未還元状態のままで炉下部へ滴下してくる。
このような状態になると、吸熱を要する還元反応が起こる割合が増加するため、炉下部においては熱量に不足を来す事態となる。
【０００３】
従来、このような事態が発生した場合に、出銑比の低下や燃料比の増加を避つつ、炉下部の熱不足を解消するために採られる処置としては、送風温度の上昇や送風湿分の低下など、増熱に繋がるアクションを実施していた。
一方、最近の原料事情や鉄源コストの低減を図る狙いから、安価ではあるが、被還元性が低い高Ａｌ2 Ｏ3 含有鉄鉱石を高炉用原料として多量に使用されるようになってきており、このためさらに炉内の鉄原料層の還元負荷は高まる傾向にあり、炉下部の熱不足の問題が顕在化しつつある。
【０００４】
従来の微粉炭吹き込み操業方法としては、例えば、特許第３０１４５４９号公報には、主に高アルミナ焼結鉱を用いて微粉炭の吹き込み量が１００ｋｇ／ｔ以上での高炉操業を行う際に、送風湿分を低減（１５ｇ／Ｎｍ3 以下）するとともに、小塊コークスの混合装入、鉄鉱石層厚低減、および焼結鉱の被還元性の内の１つまたは２つ以上の炉下部通気性向上の操業アクションを用いて、高生産性及び低燃料比の高炉操業を達成できることが開示されている。
【０００５】
また、特開平０５−９５１７号公報では、微粉炭の吹き込み量が１００ｋｇ／ｔ以上での高炉操業時に、同時に羽口から吹き込む熱風の送風温度を上昇（１１００℃以上）し、熱風の湿分を低下（１０ｇ／Ｎｍ3 以下）させることにより微粉炭の燃焼効率を上げて、コークス比・低燃料比を低減させる高炉操業方法が開示されている。
【０００６】
上記の特許第３０１４５４９号公報及び特開平０５−９５１７号公報で開示されている方法は、微粉炭の吹き込み量が１００ｋｇ／ｔ以上の高炉操業方法であり、微粉炭の吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔ以上でかつ高生産性・低燃料比の高炉操業時には、上記のような送風温度上昇や湿分低減等の増熱アクションを実施するだけでは、現実的な設備能力の範囲内においては、炉下部の熱不足の問題は解消できない。
【０００７】
また、特開平０６−１００９１１号公報では、微粉炭の吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔ以上の多量微粉炭高炉操業時に、投入水素量を１５〜２０ｋｇ／ｔと高くしてレースウエイ深度を高めて炉内通気性を向上させ、且つ酸素富化率を３〜５％として炉頂温度を低下せしめることにより、熱効率が低下するのを改善するための方法が開示されている。
しかしながら、この方法では、微粉炭を多量に吹き込むことはできたとしても、熱バランスの観点から燃料比は上昇し、高生産性・低燃料比の高炉操業は困難である。
【０００８】
また、特許第２９６９２４９号公報では、微粉炭の吹き込み量が１００ｋｇ／ｔ程度の高炉操業時に、金属鉄である炭素含有鉄を装入することにより鉄原料層の通気性および鉱石の到達還元率を向上させ、炉下部の熱バランスを改善する方法が開示されている。
この技術は、多量微粉炭吹き込み高炉操業時には有効であるが、高価な金属鉄を用いることによる製造コストの上昇を招くという問題点を有する。
【０００９】
上記したように、従来の各技術では、安価であるが被還元性が低い高アルミナ鉱石を多量に用い、かつ微粉炭の吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔ以上もあり、鉄原料層の還元負荷が非常に高い条件下において、高生産性・低燃料比を維持して高炉操業を行うことは極めて困難であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みて、安価であるが被還元性が低い高アルミナ鉱石を多量に用い、かつ微粉炭の吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔ以上の鉄原料層の還元負荷が非常に高い条件下において、高生産性・低燃料比を維持できる高炉操業を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の技術的課題を解決するものであり、その発明の要旨とするところは、炉頂部から装入する鉄原料中の平均アルミナ含有量が１．８質量％以上であり、羽口から吹き込む微粉炭量が１５０ｋｇ／ｔ以上である高炉操業方法において、少なくとも送風中の湿分量の調整と、微粉炭の石炭配合の調整を行うことにより、送風中の湿分、コークス、および、微粉炭に含まれる水素の合計質量で定義される炉内への投入水素量を６〜１０ｋｇ／ｔにした高炉操業方法である。
【００１２】
【発明実施の形態】
以下に本発明の詳細について説明する。
一般に、低燃料比を維持しつつ微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔ以上とするような高炉操業では、Ｏ／Ｃが高くなり、鉄原料層も厚くなるため鉄原料層の還元負荷は高まり被還元性が低下する。また、高生産操業時においては炉内滞留時間が短縮することにより鉄原料層の還元率が低下し、さらに１０００℃以上の高温領域での被還元性が悪い高アルミナ鉱石を主体とする鉄原料を多量（装入鉄原料中のアルミナ含有量が１．８質量％以上）に用いる場合にも鉄原料層の被還元性が低下する。
【００１３】
このように鉄原料層の被還元性が低下する条件下では、シャフト部の高温領域での還元（間接還元）が低下する結果、未還元状態の酸化鉄が炉下部に滴下し、吸熱反応である下記（１）式の直接還元が多く起こるようになるため、炉下部においては熱が不足する状態になる。
ＦｅＯ＋Ｃ＝Ｆｅ＋ＣＯ        ・・・・・（１）
【００１４】
本発明者らは、炉頂部から装入する鉄原料中の平均アルミナ含有量が１．８質量％以上であり、羽口から吹き込む微粉炭量が１５０ｋｇ／ｔ以上である高炉操業方法において、高生産性・低燃料比を維持しつつ炉下部が熱不足にならないようになし、安定した高炉操業が実施できる方法について鋭意検討を行った。
その結果、銑鉄トン当たりの送風中の湿分、コークス、微粉炭等に含まれる水素の合計重量で定義される高炉への投入水素量が、所定範囲になるように調整することにより、上記高炉操業時に炉下部で熱不足の問題を起こすことなく操業できることを突き止めた。
【００１５】
投入水素量と炉下部の熱レベルとの関係は、以下のように説明できる。
まず、送風中の湿分（Ｈ2 Ｏ）は、羽口先に形成されるレースウエイ内において微粉炭やコークスと下記（２）式で示される吸熱反応を起こし、炉下部の熱量を低下させる方向に働く。
Ｈ2 Ｏ＋Ｃ＝Ｈ2 ＋ＣＯ        ・・・・・（２）
【００１６】
また、微粉炭やコークスは、これらに含有する炭化水素が羽口先に形成されているレースウエイ内において、送風中に含まれる酸素により燃焼し発熱するが、この反応で生成したＨ2 Ｏがさらに滴下帯で上記（２）式の吸熱反応を引き起こし、それぞれの反応熱量が相殺され、全体として炉下部での熱量の増加には殆ど寄与しない。
さらに、微粉炭については、室温に近い温度で吹き込まれるため、微粉炭自体を昇温するのに熱を必要とすので、むしろ炉下部の熱量を低下する方向に作用する。
【００１７】
以上の事実から、熱バランスの観点からみると、炉下部の熱量を増加するためには、高炉への投入水素量を低下させる必要がある。
水素１モル当たりの吸熱量で比較し、吸熱量が大きい順に並べると、送風中の湿分、微粉炭、コークスの順となり、炉内への投入水素量を低下させるには送風中の湿分を低減するのが最も効果的である。
【００１８】
しかして、本発明者らの多くの実験結果によれば、高炉に装入する鉄原料中の平均アルミナ含有量が１．８質量％以上で、且つ微粉炭吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔ以上の高炉操業条件においては、炉内への投入水素量を１０ｋｇ／ｔ以下にすることにより炉下部の熱量低下を抑制することができ、所定の溶銑温度を維持することが可能となり、安定した高生産性・低燃料比の高炉操業を行うことができ得ることを見付け出すことができた。
しかしながら、鉄原料層の還元速度の観点からは、炉内への投入水素量が多い程、水素の還元力を利用することができるため、還元速度を向上させることが可能である。したがって、このような観点からみると投入水素量としては６ｋｇ／ｔ以上は必要であり、投入水素量が６ｋｇ／ｔ未満になると還元停滞が顕在化し、安定した高炉操業を継続することが困難となることも実験結果より得られた。
【００１９】
以上の実験結果から本発明では、炉頂部から装入する鉄原料中の平均アルミナ含有量が１．８質量％以上であり、羽口から吹き込む微粉炭量が１５０ｋｇ／ｔ以上である高炉操業を行うに際しては、炉内への投入水素量を６〜１０ｋｇ／ｔの範囲に限定した。
【００２０】
炉内への投入水素量を上記範囲に調整する方法としては、主に送風中の湿分量の調整、コークス及び微粉炭の石炭配合の調整、微粉炭吹き込み量の調整等で容易に行うことが可能であり、操業状況に応じこれらの何れか一つ、または二つ以上を適宜選択し実施すればよい。
【００２１】
【実施例】
本発明に基づき、高アルミナ鉱石を使用しながら高生産性・低燃料比での高炉操業を行った実施例について以下、その効果と共に説明する。
【００２２】
＜実施例１＞
内容積：４０００ｍ3 の高炉を用い、装入鉄原料中の平均アルミナ含有量が１．８２質量％かつ微粉炭吹き込み量が１６５ｋｇ／ｔで出銑比：２．２ｔ／ｄ／ｍ3 の高炉操業をおこなったところ、炉下部が熱不足状態となり、溶銑温度の管理値：１５２５℃を確保するために５１５ｋｇ／ｔの高い燃料比で操業を行わざるを得なかった。
【００２３】
なお、装入鉄原料の内訳は、アルミナ含有量が１．８５質量％の焼結鉱を８２質量％、アルミナ含有量が１．７０質量％の塊鉱石を１８質量％であり、その他の主な操業条件は、送風温度：１２００℃、酸素富化率：２．６体積％、コークス比：３５０ｋｇ／ｔ、送風中の湿分量：２２ｇ／Ｎｍ3 、コークス中の水素含有量：０．２質量％、微粉炭中の水素含有量：５．３３質量％であった。
また、炉内への投入水素量は、１１．９ｋｇ／ｔであり、その内訳は、送風湿分からの持ち込み量：２．４ｋｇ／ｔ、微粉炭からの持ち込み量：８．８ｋｇ／ｔ、コークスからの持ち込み量：０．７ｋｇ／ｔであった。
【００２４】
そこで、本発明に基づき、送風湿分を２２ｇ／Ｎｍ3 から１４ｇ／Ｎｍ3 に低下させ、且つ微粉炭の石炭配合を変更して微粉炭中の水素含有量を５．３３質量％から４．６５質量％に低下させることにより、炉内への投入水素量を１１．９ｋｇ／ｔから９．９ｋｇ／ｔに低減させた。その結果、溶銑温度が上昇してきたため、溶銑温度を管理値の１５２５℃に維持するようにＯ／Ｃを増加せしめた。
【００２５】
その結果、微粉炭比（１６５ｋｇ／ｔ）及び出銑比（２．２ｔ／ｄ／ｍ3 ）を一定に維持したままで、コークス比を３５０ｋｇ／ｔから３３２ｋｇ／ｔにまで低減することができ、燃料比を５１５ｋｇ／ｔから４９７ｋｇ／ｔにまで低下することができた。
【００２６】
＜実施例２＞
内容積：３２００ｍ3 の高炉を用い、装入鉄原料中の平均アルミナ含有量が１．８２質量％かつ微粉炭吹き込み量が１７５ｋｇ／ｔで燃料比：４９５ｋｇ／ｔの高炉操業をおこなったところ、炉下部が熱不足状態となり、溶銑温度の管理値：１５１５℃を確保するために１．９５ｔ／ｄ／ｍ3 の低い出銑比で操業を行わざるを得なかった。
【００２７】
なお、装入鉄原料の内訳は、アルミナ含有量が１．９３質量％の焼結鉱を７５質量％、アルミナ含有量が１．５０質量％の塊鉱石を１８質量％、アルミナ含有量が１．４０質量％のペレットが７質量％であり、その他の主な操業条件は、送風温度：１２２５℃、酸素富化率：２．５体積％、コークス比：３２０ｋｇ／ｔ、送風中の湿分量：２２ｇ／Ｎｍ3 、コークス中の水素含有量：０．１９質量％、微粉炭中の水素含有量：５．２質量％であった。
また、炉内への投入水素量は、１２．１ｋｇ／ｔであり、その内訳は、送風湿分からの持ち込み量：２．４ｋｇ／ｔ、微粉炭からの持ち込み量：９．１ｋｇ／ｔ、コークスからの持ち込み量：０．６ｋｇ／ｔであった。
【００２８】
そこで、本発明に基づき、送風湿分を２２ｇ／Ｎｍ3 から１６ｇ／Ｎｍ3 に低下させ、且つ微粉炭中水素含有量を５．２重量％から４．２２重量％に低下させることにより、炉内への投入水素量を１２．１ｋｇ／ｔから９．８ｋｇ／ｔに低減させた。
【００２９】
その結果、溶銑温度が上昇してきたため、さらに出銑比を増加させるために酸素富化率を３．３％まで増加し、溶銑温度を管理値の１５１５℃に維持しつつ、出銑比を１．９５ｔ／ｄ／ｍ3 から２．０６ｔ／ｄ／ｍ3 にまで増加することができた。
【００３０】
＜実施例３＞
内容積：５２００ｍ3 の高炉を用い、装入鉄原料中の平均アルミナ含有量が１．８４質量％で出銑比：２．１ｔ／ｄ／ｍ3 、燃料比４９０ｋｇ／ｔの高生産・低燃料比での高炉操業をおこなったところ、炉下部が熱不足状態となり、溶銑温度の管理値：１５２０℃を確保するために微粉炭吹き込み量を１４０ｋｇ／ｔと低い微粉炭吹き込み量で操業を行わざるを得なかった。
【００３１】
なお、装入鉄原料の内訳は、アルミナ含有量が１．８９質量％の焼結鉱を８４質量％、アルミナ含有量が１．５５質量％の塊鉱石を１６質量％であり、その他の主な操業条件は、送風温度：１２４５℃、酸素富化率：２．７体積％、コークス比：３５０ｋｇ／ｔ、送風中の湿分量：２６ｇ／Ｎｍ3 、コークス中の水素含有量：０．２質量％、微粉炭中の水素含有量：５．２１質量％であった。
また、炉内への投入水素量は、１０．９ｋｇ／ｔであり、その内訳は、送風湿分からの持ち込み量：２．９ｋｇ／ｔ、微粉炭からの持ち込み量：７．３ｋｇ／ｔ、コークスからの持ち込み量：０．７ｋｇ／ｔであった。
【００３２】
そこで、本発明に基づき、送風湿分を２６ｇ／Ｎｍ3 から１５ｇ／Ｎｍ3 に低下させ、且つ微粉炭の石炭配合を変更して微粉炭中の水素含有量を５．２１質量％から４．６４質量％に低下させることにより、炉内への投入水素量を１０．９ｋｇ／ｔから８．９ｋｇ／ｔに低減させた。
【００３３】
その結果、溶銑温度が上昇してきたため、溶銑温度も管理値の１５２０℃に維持しつつ、低燃料比（４９３ｋｇ／ｔ）及び出銑比（２．１ｔ／ｄ／ｍ3 ）をほぼ一定に維持しながら微粉炭比を１４０ｋｇ／ｔから１６０ｋｇ／ｔにまで増加せしめ、コークス比を３５０ｋｇ／ｔから３３３ｋｇ／ｔにまで低減することができた。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高価な高アルミナ鉱石を多量に使用しかつ多量の微粉炭を吹き込みながら高生産性・低燃料比での高炉操業が可能となる。