(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークスと酸化鉄系原料を装入する高炉操業方法において、高炉炉頂部の炉半径におけるガス利用率を測定し、該ガス利用率の炉半径方向の測定値が、炉下部の炉況悪化が顕著になるガス利用率の上限値よりも高くなる位置の酸化鉄系原料の一部または全部を金属鉄系原料に置換して装入するに際し、該ガス利用率の上限値を炉内余裕熱量が０となるガス利用率とする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、高炉の操業方法に係わり、特に、酸化鉄系原料とともに金属鉄系原料を使用する高炉の操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常の高炉の操業においては、炉頂より鉄系原料とコークスとを交互に装入し、それらを炉内に層状に堆積させ、羽口より熱風および重油、微粉炭などの補助燃料を吹き込む。羽口より吹き込まれた熱風は、炉内のコークスや羽口より吹き込まれた補助燃料との反応により、還元性ガス（ＣＯ、Ｈ2 ）及びその反応熱を発生させる。
装入された鉄系原料は炉内を降下しながら、還元性ガスや熱風の顕熱により還元、加熱して軟化溶融帯を形成後、コークス層の間隙を伝って炉底に溜まり、出銑口から溶銑が排出される。
【０００３】
ここで、高炉炉頂より装入される上記鉄系原料としては、通常、焼結鉱、鉄鉱石、ペレットなどの酸化鉄を主成分とする酸化鉄系原料が用いられる。
これら酸化鉄は、炉内を降下しながらシャフト下部より上昇してくる還元性ガス（ＣＯ、Ｈ2 ）により徐々に還元（間接還元）・軟化溶融され、融着帯を形成するが、さらにシャフト下部から羽口レベルにかけての高温領域（１０００℃以上）では、溶融した酸化鉄がコークスと直接反応して還元される（直接還元）。
【０００４】
通常、高炉操業において、酸化鉄系原料を円滑に還元・溶解して安定した品質及び量の溶銑を得るために、炉内の間接還元効率の指標として、炉内ガスのモル分率をもとにした次式で定義されるガス利用率が用いられる。
0004585075.tif 000002
【０００５】
上記（１）式で求められるガス利用率は、炉内の還元性ガス（ＣＯ、Ｈ2 ）が酸化鉄系原料との間接反応により酸化性ガス（ＣＯ2 ）とＨ2 Ｏに転換する割合を示すものである。
したがって、このガス利用率を高くするということは、より多くの酸化性ガスに転換することになるため、ガス利用率の増加により所定の酸化鉄の還元に必要な還元性ガス量の低減、さらには燃料比の低減が可能になる。
【０００６】
従来のガス利用率を増加させる方法としては、所定の還元性ガス（ＣＯ、Ｈ2）が接触する酸化鉄の量を増やし反応効率を促進させることで、還元性ガス（ＣＯ、Ｈ2 ）をより多くＣＯ2 、Ｈ2 Ｏへと転換させる方法、つまり、還元性ガス当たりに酸化性原料が持ち込む被還元酸素量を増加させる方法が一般的である。
具体的には、高炉炉半径におけるコークス重量当たりの鉱石重量（以下Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅと称する）を全体的に高くするようにコークスおよび酸化性原料を装入することにより、高炉断面で平均的に燃料（コークスと補助燃料の総和）あたりの酸化鉄系原料の量を増加させ、より低い燃料比で熱バランスがとれるようにする方法である。
【０００７】
また、上記のような低燃料比の高Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ装入操業における安定操業を行うために、特公昭６４−９３７３号公報等では、炉半径の中心領域に装入するコークスの装入量を増加さることにより、Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ下げて通気性を向上（中心流れの向上）させるとともに、炉半径の中間から周辺部の領域のＯｒｅ／Ｃｏｋｅを高めてガス利用率を向上させる高炉操業も知られている。
【０００８】
また、特公昭６４−９３７３号公報等のような炉半径中心領域のＯｒｅ／Ｃｏｋｅ下げた中心流操業において、さらに、炉半径中心領域の酸化鉄系原料の一部をスクラップや還元鉄等の金属鉄系原料に代替し、従来の酸化鉄の還元で生成するＣＯ2 ガスとの反応によるコークス粉化の抑制及び熱負荷軽減を行い中心流れを強化する方法が特開平６−２７９８１８号公報に開示されている。
【０００９】
しかしながら、このような操業方法では、高Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ装入領域のガス利用率はＯｒｅ／Ｃｏｋｅの増加と共にあるレベルまでは向上するが、徐々にガス利用率の向上代は低下し、Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅを上げ過ぎると、シャフト上部より上の炉上部にある１０００℃未満の間接還元域において還元性ガス（ＣＯ、Ｈ2 ）で還元されない酸化鉄系原料が増加（還元遅れ）しやすくなり、その酸化鉄系原料がシャフト上部から高炉羽口の炉下部にある１０００℃以上の高温領域（直接還元領域）で直接コークスと反応する直接還元反応が行われたり、炉床部に滴下することとなる。
【００１０】
直接還元反応は吸熱反応であるため、間接還元反応に比べ、酸化鉄を還元する際の所要熱量がはるかに大きくなるため、熱的に不利となるとともに、炉下部における還元や熱のバランスが崩れ高炉の安定操業を阻害する。
その結果、未還元状態の酸化鉄が炉床部に滴下し、溶銑温度低下、成分のばらつきや風圧変動が増加し、最悪事態として炉下部の冷え込みに至る。
【００１１】
特に、低燃料比を指向した高Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ装入操業においては、炉半径方向の装入分布のわずかなばらつきにより、炉半径方向で極端にＯｒｅ／Ｃｏｋｅが高くなる領域が生じ、これに起因した局所的な還元遅れが生じやすくなるため、これを回避するために従来は、炉半径方向の平均的なＯｒｅ／Ｃｏｋｅを低下させ燃料比を上げた操業に戻さなければならなかった。
【００１２】
【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、低燃料比、高生産を指向した高Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ装入操業時において、装入分布のばらつき等により炉半径方向のガス利用率が極端に高く還元遅れが生じやすい領域が生じた場合に、低燃料比を上げることなく還元遅れによる炉下部の悪影響を回避し、安定的かつ効率的な高炉操業方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の従来技術の問題点を解決するものであり、コークスと酸化鉄系原料を装入する高炉操業方法において、高炉炉頂部の炉半径におけるガス利用率を測定し、該ガス利用率の炉半径方向の測定値が、炉下部の炉況悪化が顕著になるガス利用率の上限値よりも高くなる位置の酸化鉄系原料の一部または全部を金属鉄系原料に置換して装入するに際し、該ガス利用率の上限値を炉内余裕熱量が０となるガス利用率とすることを特徴とする高炉操業方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
通常、高炉では、少なくとも炉頂部において炉径方向の複数箇所で炉内ガスを採取し、そのガス中のＣＯ、ＣＯ2 、Ｈ2 、Ｈ2 Ｏ等の成分を測定後、上記（１）式で定義されるガス利用率を即座に計算する装置が設けられている。
【００１５】
本発明者らは、低燃料比または高生産を指向した高Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ装入操業時の炉半径方向においては、ガス利用率が相対的に高い領域が、炉上部における還元能力が不足し、炉下部の炉況を悪化する傾向が高いという知見を得た。
本発明は、この知見をもとになされたものであり、高炉炉頂部の炉半径におけるガス利用率を測定し、炉半径方向におけるガス利用率が所定値よりも高い領域にある酸化鉄系原料を金属鉄系原料に置換して装入する方法であり、これによりガス利用率が高い領域の炉上部の還元負荷を軽減し、還元能力不足を解消し、よって炉下部の炉況悪化を解消するものである。
【００１６】
ここで、酸化鉄系原料とは、焼結鉱、鉄鉱石、ペレットなどの酸化鉄を主成分とする鉄系原料であり、金属鉄系原料とは、スクラップ、還元鉄、粒鉄などの金属鉄を主成分とする鉄系原料である。
【００１７】
本発明者らの検討によれば、高炉炉頂部で測定するガス利用率は、羽口より吹き込む補助燃料や炉頂から装入するコークスに含まれる炭素が酸素と燃焼・反応して発生する還元ガス（ＣＯ、Ｈ2 ）が、炉頂から装入された鉄鉱石とどのように接触し還元反応するかによって決まり、ガス利用率の高い領域においては、炉上部の間接還元能力が不足し還元されない酸化鉄が増加するために、炉下部でのその酸化鉄の直接還元反応の割合（直接還元率）が増加する傾向があることがわかった。
この場合、直接還元反応は吸熱反応であるため、ガス利用率が所定値以上になると、炉内熱バランスが悪化するとともに特に炉下部の温度低下及び通気性低下等に伴う炉況悪化が顕著になることが判った。
【００１８】
図１は、炉内のガス利用率と直接還元率または鉄鉱石当たりの炉内余熱量との関係を示すものである。ここで炉内余熱量とは、炉内の熱パランスとして、羽口から吹き込まれる熱風の顕熱、原料や炉体等からの抜熱・放熱、補助燃料及びコークスの還元ガス化反応、鉄鉱石の還元反応における反応熱（発熱または吸熱）等における炉内の入熱量と出熱量との差分をとったものである。
図１に示すように炉内のガス利用率の増加とともに直接還元反応の割合（直接還元率）が増加し、その吸熱反応の増加に起因して炉内熱バランス（余裕熱）が低下する。
【００１９】
本発明では、補助燃料の吹込み量やコークス装入量、鉄鉱石装入量、Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ等の条件で決まる図１に示されるような炉内ガス利用率と直接還元率または、炉内熱バランス（余裕熱）との関係から、高炉炉頂部における炉内ガス利用率の炉内半径方向の測定値が、炉下部の温度低下及び通気性低下等に伴う炉況悪化が顕著になるガス利用率の上限値よりも高い領域に対応する位置の酸化鉄系原料の一部または全部を金属鉄系原料に置換して装入する。
【００２０】
炉下部の温度低下及び通気性低下等に伴う炉況悪化が顕著になるガス利用率の上限値は、所定の高炉操業条件で得られる図１のような炉内ガス利用率と直接還元率または、炉内熱バランス（余裕熱）との関係図において、例えば、余裕熱量が０となる炉内ガス利用率を用いることで決定することができる。
【００２１】
これにより、その還元能力が不足している炉上部の領域に供給される還元ガス量当たりの酸化鉄の被還元酸素量が減少するため、その炉上部の領域における還元負荷が軽減される。
この場合、酸化鉄系原料から金属鉄系原料に置換した領域のガス利用率は低下する方向となるが、元々還元負荷が高く還元能力不足の領域であるからガス利用率の低下量は小さく、また、その領域の鉄源を維持できるために、その領域の銑鉄生成量は維持しつつ燃料比を低減することが可能となる。
【００２２】
近年、高炉操業において、低燃料比を指向してＯｒｅ／Ｃｏｋｅを上昇したり、さらに、高生産を指向して補助燃料（微粉炭等）を多量に使用することで炉頂から装入するコークスを減少させる傾向にある。
このようなＯｒｅ／Ｃｏｋｅが高い操業条件下においては、わずかな装入分布のばらつきによって炉半径方向で極端にＯｒｅ／Ｃｏｋｅが高くなる領域が生じ、この領域の炉上部の還元能力不足及び炉下部の炉況悪化が生じ易くなる。
このような場合、従来は、この局所的な還元遅れに起因した炉下部の炉況悪化を回避するために、燃料比が上がるのを承知で炉半径方向全体のＯｒｅ／Ｃｏｋｅを低下させた高炉操業を行わざるを得なかった。
【００２３】
これに対して、本発明では、炉頂におけるガス利用率の測定結果に基づいて、炉半径方向における炉上部の還元能力不足の領域を特定でき、その領域のみに酸化鉄系原料の一部または全量を置換して金属鉄を装入することにより、燃料比を低下させずにその領域の還元遅れを効果的に解消し結果的に炉下部の炉況を改善できる。
【００２４】
還元能力不足の領域を含む炉半径方向全体にある酸化鉄系原料の所定量を金属鉄系原料に置換する方法も考えられるが、還元能力が充分にある領域は、金属鉄系原料に置換することでガス利用率の低下が大きくなり還元効率が低下する。また、一般に置換する金属鉄系原料が多くなると経済性の観点から不利であるため、低下還元のを起因した炉下部の炉況悪化を回避するために、好ましくない。
【００２５】
本発明で、炉半径方向のガス利用率が所定値よりも高く、還元能力が不足する領域に酸化鉄系原料に置換して金属鉄系原料を装入する手段としては、例えば、ベルレス装入装置を装備している高炉においては、金属鉄系原料は炉内に排出されるタイミングで、炉内落下位置をガス利用率が所定値よりも所定位置となるようにシュート角度もしくはノッチを設定して装入すれば良い。
またベル式高炉においては、ムーバブルアーマーを用いて同様の制御が可能である。
【００２６】
酸化鉄系原料と置換すべき金属系原料の量は、アクションをとる際の操業条件により大きく異なるが、通常操業で鉄分相当で１％を置換すると概ねガス利用率が１ポイント程度低下する効果がある。
したがって実操業においては、それを目安にまずアクションをとり、その結果を見て金属系原料の装入量を増減する操作を行うことが好ましい。
【００２７】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明する。
表１に本発明例及び比較例１及び２の内容積４４００立方メートルの高炉の操業条件及びその結果を示す
【００２８】
【表１】
0004585075.tif 000003
【００２９】
比較例１は、低コークス比（＝５１２（ｋｇ／ｔ））、高Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ（＝４．４２（−））操業を行った場合であり、この操業時には、炉頂部における炉半径方向の一部のガス利用率が６１％と過度に高くなり、その結果、炉下部の炉況が悪化（溶銑温度、溶銑中Ｓｉ成分、送風圧力がばらつき、スリップが発生）した。
【００３０】
比較例１の炉下部の炉況悪化の対策として、比較例２として、従来の操業アクションである装入原料全体のＯｒｅ／Ｃｏｋｅを調整する原料装入方法、および本発明例として、炉半径方向の炉内ガス利用率の高い領域の酸化鉄系原料に置換して金属鉄原料を所定量装入する方法を実施した。
【００３１】
比較例２では、炉半径方向の平均のＯｒｅ／Ｃｏｋｅを比較例１の４．４２から４．２６（低下量：０．１６）に低下させて操業した結果、比較例１で炉内半径方向で最大ガス利用率が６１（％）であった領域のガス利用率を５５％まで低下することができた。
しかしながら、比較例２では、平均のＯｒｅ／Ｃｏｋｅを上昇したことに起因して燃料比が５２６（Ｋｇ／ｔ）に上昇（比較例１では５１２（Ｋｇ／ｔ））した。
【００３２】
一方、本発明例では、比較例１の操業において、炉頂におけるガス利用率が６１％に達していた炉半径方向の中間部に対応する酸化物系原料を金属鉄系原料に置換するために、金属鉄系原料を６０〜７０Ｋｇ／ｔの範囲で装入した結果、その領域のガス利用率が５５％にまで低下することができた。
また、この際の燃料比は、４９２（ｋｇ／ｔ）であり、比較例１の燃料比：５１２（ｋｇ／ｔ）よりも低く維持することができた。
【００３３】
以上の実施例から本発明の適用により燃料比を上げずに、炉内ガス利用率の高い領域による炉下部の炉況悪化（溶銑温度、溶銑中Ｓｉ成分、送風圧力がばらつき、スリップが発生）を抑制することができた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、低燃料比または高生産を指向した高Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ装入操業時の装入分布のばらつき等に起因して発生するガス利用率の極端な上昇および還元能力低下による炉下部の炉況悪化を燃料比を上げずに効率的に回避し、安定的かつ効率的な高炉操業方法を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、炉内ガス利用率と直接還元率または、炉内熱バランス（余裕熱）との関係を示す図である。
【図１】
0004585075.tif 000004