(57)【要約】【課題】炉壁への付着物の生成を抑制することで炉体円周方向での熱負荷の偏差の発生を防止し、これにより高効率で高炉を操業することが可能となる高炉の操業方法を、新規設備を導入することなく提供すること。【解決手段】羽口から吹き込む補助還元材として気体還元材および固体還元材を用いた高炉操業方法であって、炉内の円周方向で温度分布が発生した際に、各羽口からの気体還元材の吹き込み量（吹き込み量がゼロの場合を含む）を制御することで前記温度分布を平均化することを特徴とする高炉操業方法を用いる。気体還元材の吹き込みを一部の羽口を用いて行ない、該吹込みを行なう羽口を所定の周期で変更すること、同時に気体還元材の吹き込みを行なう羽口数が、高炉の全羽口数の５０％以上であること、気体還元材の吹き込みを行なう羽口の変更周期が１２時間以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口から吹き込む補助還元材として気体還元材および固体還元材を用いた高炉操業方法であって、炉内の円周方向で温度分布が発生した際に、各羽口からの気体還元材の吹き込み量（吹き込み量がゼロの場合を含む）を制御することで前記温度分布を平均化することを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
気体還元材の吹き込みを一部の羽口を用いて行ない、該吹込みを行なう羽口を所定の周期で変更することを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項３】
同時に気体還元材の吹き込みを行なう羽口数が、高炉の全羽口数の５０％以上であることを特徴とする請求項２記載の高炉操業方法。
【請求項４】
気体還元材の吹き込みを行なう羽口の変更周期が１２時間以下であることを特徴とする請求項２または請求項３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、高炉羽口から補助還元材として固体還元材と気体還元材とを吹き込む高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銑鉄を製造する高炉において、還元材としてコークスが使用されている。コークスは、石炭を乾留して製造されるものであり、製造設備であるコークス炉の建設、運転、補修等の費用を要し、原料としても高価な強粘結炭を必要とするため、一般に高価であり、銑鉄製造コストを高める原因のひとつとなっている。そこで、高炉操業においてコークスの使用量の低減による、銑鉄製造コストの削減が望まれている。
【０００３】
コークスの使用量を減らすために、コークスの一部に代替して羽口から補助還元材吹き込みが行われており、コークスに比較して安価な微粉炭が主に使用される他、廃棄物に含まれる合成樹脂等の固体還元材、そして天然ガス等の気体還元材も羽口から吹き込み使用されている。
【０００４】
これらの還元材が吹き込まれる羽口は、炉体の円周方向に等間隔で設置されているが、炉壁への付着物等の形成による不均一な装入物の降下に起因して、炉内円周方向で熱負荷の偏差が生じることがある。この偏差が大きくなると高炉内のガス分布等に影響を及ぼし、その結果、コークス比の上昇や操業効率の低下に至る場合がある。
【０００５】
このため従来から、高炉の炉壁の付着物形成を抑制、除去して、円周方向における熱負荷の較差の発生を抑制する方法が検討されており、付着物形成により温度低下した箇所に対応する熱風支管の熱風制御弁の開閉により熱風の流量を円周方向に関して制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この方法は高炉の操業効率を維持しながら付着物形成を抑制、除去できることから有利な方法といえる。
【特許文献１】特開平６−２５６８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１に記載の方法では、羽口ごとに接続された熱風支管に熱風制御弁を設けることを必要とするため、熱風制御弁及びその制御機構にかかる新規設備が必要となり、設備コストの上昇を招く。
【０００７】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、炉壁への付着物の生成を抑制することで炉体円周方向での熱負荷の偏差の発生を防止し、これにより高効率で高炉を操業することが可能となる高炉の操業方法を、新規設備を導入することなく提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）羽口から吹き込む補助還元材として気体還元材および固体還元材を用いた高炉操業方法であって、炉内の円周方向で温度分布が発生した際に、各羽口からの気体還元材の吹き込み量（吹き込み量がゼロの場合を含む）を制御することで前記温度分布を平均化することを特徴とする高炉操業方法。
（２）気体還元材の吹き込みを一部の羽口を用いて行ない、該吹込みを行なう羽口を所定の周期で変更することを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
（３）同時に気体還元材の吹き込みを行なう羽口数が、高炉の全羽口数の５０％以上であることを特徴とする（２）記載の高炉操業方法。
（４）気体還元材の吹き込みを行なう羽口の変更周期が１２時間以下であることを特徴とする（２）または（３）に記載の高炉操業方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、気体還元材の吹込み量を制御することで固体還元材の燃焼性を制御できるため、補助還元材由来の炭素消費量を変化させることで、コークス由来の炭素消費量を変化させ、装入物の降下速度に変化をもたらすことによって荷下がりを安定させることが可能となる。これにより、炉壁への付着物の生成を抑制して、炉内円周方向での熱負荷の偏差を抑制しながら高効率で高炉を操業することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明では、新規設備を導入して熱風の流量を炉の円周方向について制御する方法等を用いることなく、炉壁への付着物の生成を抑制し、炉体円周方向での熱負荷の偏差の発生を抑制するために、羽口から補助還元材として気体還元材および固体還元材を吹き込む高炉操業を行なう際に、炉内温度の円周方向分布に応じて気体還元材の吹込み量を円周方向で制御することにより、固体還元材の燃焼性を制御できることに着目した。尚、固体還元材とは主として微粉炭、または合成樹脂材の粉砕物や粒状物等であり、気体還元材とは天然ガス、都市ガス、コークス炉ガス、あるいは水素ガス等であり、高炉内で還元材として働く固体及び気体である。
【００１１】
気体還元材の吹き込み量を増加させた羽口では、気体還元材による助燃効果で固体還元材の燃焼性が向上する。これにより羽口から吹き込まれた補助還元材由来の炭素消費量が増加し、コークス由来の炭素消費量が低下し、装入物の降下速度が低下する。逆に気体還元材の吹き込み量を減少させた、または吹き込みを停止した羽口では、コークス由来の炭素消費量が増加し、装入物の降下速度が増加する。このように気体還元材の吹き込み量の変化により、炉円周方向での任意の場所での装入物の降下速度を制御することができるので荷下がりを安定させることが可能となる。
【００１２】
通常の高炉操業においては、円周方向に均等に配置された複数の羽口全てから、気体還元材と、固体還元材である微粉炭を吹き込むことで炉内状態を円周方向で均一としている。さらに廃プラスチック等の固体還元材を吹き込む場合にも、全ての羽口から吹き込まない場合には、円周方向で均等となる位置の羽口を選択して吹き込みを行ない、円周方向のバランスを崩さないよう配慮している。すなわち、定常状態においては高炉の円周方向での温度分布はほぼ均一な状態に保たれている。したがって、本発明を用いるのは円周方向で炉内の温度分布のバランスが崩れた場合であり、そのような場合に上記のように炉内の円周方向での温度分布に応じて、分布を解消し、温度が平均化するように各羽口からの気体還元材の吹き込み量を制御することが効果的である。
【００１３】
一方で、炉内の円周方向の一部において温度の上昇や低下が発生した場合であっても、炉内全体において気体還元材の吹き込み量を変動させることで温度の不均一性を解消できることが見出され、以下の方法が効果的であることがわかった。
【００１４】
すなわち、まず気体還元材を吹き込む各羽口において、吹き込み量を周期的に変動させる吹込みに変更する。その際に、円周方向に配置された各羽口間において、位相をずらして吹込みを行なうものである。簡単な例としては、各羽口における吹き込み量の周期的な変動を、吹き込みと、吹き込みの停止を交互に行なう吹き込み方法として、隣り合う羽口においては同時に吹き込みを行なわないような位相を選択して吹込みを行なう方法がある。このような吹き込み方法を用いることで、気体還元材の吹き込みを一部の羽口を用いて行なうこととし、吹込みを行なう羽口を所定の周期で変更する方法とすることができる。
【００１５】
上記の方法は、例えば、気体還元材を吹き込む羽口を、羽口のうちの一部とし、その吹き込みを行なう羽口の選択を所定の周期で変更する方法である。具体的には、羽口に順番に番号をつけ、奇数番号の羽口からの吹き込みと、偶数番号の羽口からの吹き込みを、所定の時間間隔で交互に行なう方法や、３の倍数、３の倍数＋１、３の倍数＋２、の３グループの番号の羽口に分けて、それぞれのグループにおいて順番に吹き込みを行なう方法等、円周方向で均等な位置から気体還元材を吹き込みながら、吹き込み位置を周期的に移動する方法である。このような吹き込み羽口の変更は、配管の簡単な切り替えだけで行なうことができ、特別な設備の設置は不要である。
【００１６】
上記のように、気体還元材の吹込みを行なう羽口を周期的に変更する場合、気体還元材の吹き込み羽口を変更する所定の時間周期が１２時間を超えると、気体還元材の吹き込みを停止した羽口においてレースウェイ端に灰分の固着が起こり始める場合がある。そのため気体還元材の吹き込みを開始した際にガス流れが不安定化し、結果として操業が不安定となる場合があるのであまり好ましくない。よって、気体還元材の吹き込み羽口を変更する所定の時間周期が１２時間以下であることが望ましい。
【００１７】
上記のように気体還元材を吹き込む羽口と停止させる羽口を円周方向に順番に設定することで円周方向において荷下がりを安定させることが可能となり、炉壁への付着物の生成を抑制し、炉内円周方向での熱負荷の偏差を抑制しながら高効率で高炉を操業することが容易に可能となる。
【００１８】
温度分布が改善された後は、全ての羽口から気体還元材を吹き込む通常の操業形態に戻して、操業を行なえばよい。尚、気体還元材を全ての羽口から吹き込まない操業形態においても本発明は適用可能である。気体還元材の吹き込みをおこなっている羽口のうちで、気体還元材の吹込み量を周期的に変動させることで、本発明を実施することができる。
【００１９】
ただし、高炉の全羽口数に対する気体還元材の吹き込みを行なう羽口数が５０％未満であると、気体還元材の吹き込みが一部の羽口に集中するため、局所的に装入物の降下速度が遅い領域が発生し、荷下がりの安定性を阻害する可能性がありあまり好ましくない。よって気体還元材の吹き込みを行なう羽口数は全羽口数の５０％以上であることが望ましい。
【００２０】
各羽口からの固体還元材の吹き込み量を変動させても同様の効果は得られるが、上述した気体還元材による固体還元材の燃焼性制御効果が大きいため、また固体還元材の吹き込み量を増加させるとレースウェイ端への灰分の固着が促進されて安定操業の阻害につながるために、気体還元材の吹き込み羽口を制御する方法を用いることが望ましい。
【実施例１】
【００２１】
実高炉において操業試験を行った。使用した高炉は内容積５０００ｍ3、羽口数３８本（羽口番号１〜３８）のものである。溶銑１ｔあたりで、気体還元材の平均吹き込み量は３０ｋｇ／ｔとし、固体還元材の吹き込み量は１００ｋｇ／ｔとした。
【００２２】
なお本実施例においては、固体還元材として微粉炭を、気体還元材として天然ガスを使用して試験を実施した。固体還元材は全ての羽口から均一に吹き込みを行なった。
【００２３】
気体還元材を隣り合う羽口に対して交互に吹き込む本発明方法を用いる場合と、気体還元材を各羽口から均一に吹き込んだ場合とについて操業を行ない、高炉の操業状態を比較した。各羽口番号の羽口における気体還元材の吹込み量を、図１、図２に示す。図１は本発明方法を用いて気体還元材を吹き込んだ場合であり、全羽口数に対する気体還元材の吹き込み羽口数を１９本とし、奇数番号の羽口のみ気体還元材を６０ｋｇ／ｔ吹き込む場合（Ａ）を５時間、偶数番号の羽口のみ気体還元材を６０ｋｇ／ｔ吹き込む場合（Ｂ）を５時間として（Ａ）と（Ｂ）とを交互に繰り返し、時間周期１０時間で実施した。図２は気体還元材を均一に吹き込んだ場合であり、羽口番号１〜３８全てから３０ｋｇ／ｔの吹込みを行なった。
【００２４】
図２に示す気体還元材の吹込みを３１日間行なって高炉を操業したところ、高炉の円周方向において温度分布が発生した。そこで図１に示す気体還元材の吹込みに切り替えたところ、高炉の円周方向において温度は均一化した。この様子を図３に示す。
【００２５】
図３において、横軸は操業期間であり、１〜３１日までの期間（期間１）は図２に示す気体還元材の吹き込みパターンで操業を行った場合、それ以降の３２〜６２日までの期間（期間２）は図１に示す気体還元材の吹き込みパターンで操業を行った場合である。それぞれの期間において、炉体シャフト部において円周方向４ヶ所（Ｎ、Ｓ、Ｅ、Ｗ）に設置された温度計により測定された温度であるシャフト温度、出銑比そして還元材比を測定した。図３によれば、期間１では炉体円周方向に関する温度分布の偏差が生じているのに対し、本発明の適用（期間２）により炉体円周方向に関する温度分布の偏差が減少していることがわかる。また温度分布の偏差が改善されていく過程において、出銑比や還元材比はほぼ一定であることから、高炉の操業効率を低下させること無く、炉体円周方向に関する温度分布が改善されていることが確認された。
【００２６】
このように、本発明では気体還元材吹き込み量を炉体円周方向に関して制御することにより、炉体温度分布の円周方向偏差が小さくなることが分かった。これにより、炉壁への付着物生成が抑制されることなどから、長期間にわたって操業効率を低下させること無く安定操業を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】各羽口からの気体還元材吹き込み量を示す、本発明の一実施形態を示すグラフである。
【図２】通常の操業における各羽口からの気体還元材吹き込み量を示すグラフである。
【図３】高炉の操業状態の変化を示し、本発明の効果を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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