(57)【要約】【課題】高炉において羽口から微粉炭等の還元材の吹き込み操業を行なう際に、コークスの使用量を増加させること無く、従来設備を用いて低コストで、炉の通気性を改善できる、高炉操業方法を提供すること。【解決手段】気体還元材および固体還元材を補助還元材として羽口から吹き込む高炉操業方法であって、気体還元材の吹き込み量を周期的に変動させることを特徴とする高炉操業方法を用いる。補助還元材平均吹き込み量に対する所定の割合として気体還元材の変動量を設定し、気体還元材平均吹き込み量から変動量だけ増加させた量の気体還元材を吹き込む工程と、気体還元材平均吹き込み量から変動量だけ減少させた量の気体還元材を吹き込む工程とを、所定の周期で交互に繰り返すこと、気体還元材の変動量を、補助還元材平均吹き込み量の１０〜５０ｍａｓｓ％に設定すること、気体還元材の吹き込み量の変動周期を、３〜１２時間とすることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体還元材および固体還元材を補助還元材として羽口から吹き込む高炉操業方法であって、前記気体還元材の吹き込み量を周期的に変動させることを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
補助還元材平均吹き込み量に対する所定の割合として気体還元材の変動量を設定し、気体還元材平均吹き込み量から前記変動量だけ増加させた量の気体還元材を吹き込む工程と、前記気体還元材平均吹き込み量から前記変動量だけ減少させた量の気体還元材を吹き込む工程とを、所定の周期で交互に繰り返す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】
気体還元材の変動量を、補助還元材平均吹き込み量の１０〜５０ｍａｓｓ％に設定することを特徴とする請求項２に記載の高炉操業方法。
【請求項４】
気体還元材の吹き込み量の変動周期を、３〜１２時間とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか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】
しかしながら微粉炭吹き込み量の増加に伴い、高炉の炉下部のコークス粉化が促進され、発生した粉が炉芯部に蓄積し、通気性悪化が顕著となるため、安定操業を維持することが困難となる場合もある。さらに微粉炭吹き込み操業において炉下部通気性を悪化させる要因として、レースウェイシェルの成長が指摘される。このレースウェイシェルは、レースウェイ内で微粉炭の燃焼によって生じた灰分が、高融点スラグとなってレースウェイ端に固着し、通気不良層を形成することによって生じるものである。
【０００５】
このレースウェイシェルの生成・成長を抑制するための方法として、微粉炭中灰分の主成分であるＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系スラグの粘性と融点を下げることを目的として、羽口からＣａＯ系造滓剤を吹き込み、スラグの滓化を促進させることによりレースウェイシェルを溶解・除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特公平６−８９３８２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、造滓剤の微粉化および吹き込み設備が必要となるためコスト高であること、また、造滓剤を吹き込むことで高炉スラグ比が上昇すると、スラグ比の上昇に起因して通気性が悪化するため、その分コークス使用量を増加させる必要が生じる、等の問題がある。
【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、高炉において羽口から微粉炭等の還元材の吹き込み操業を行なう際に、コークスの使用量を増加させること無く、従来設備を用いて低コストで、炉の通気性を改善できる、高炉操業方法を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）気体還元材および固体還元材を補助還元材として羽口から吹き込む高炉操業方法であって、前記気体還元材の吹き込み量を周期的に変動させることを特徴とする高炉操業方法。
（２）補助還元材平均吹き込み量に対する所定の割合として気体還元材の変動量を設定し、気体還元材平均吹き込み量から前記変動量だけ増加させた量の気体還元材を吹き込む工程と、前記気体還元材平均吹き込み量から前記変動量だけ減少させた量の気体還元材を吹き込む工程とを、所定の周期で交互に繰り返すことを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
（３）気体還元材の変動量を、補助還元材平均吹き込み量の１０〜５０ｍａｓｓ％に設定することを特徴とする（２）に記載の高炉操業方法。
（４）気体還元材の吹き込み量の変動周期を、３〜１２時間とすることを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の高炉操業方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、補助還元材の羽口吹込みにより形成されるレースウェイシェルの成長を抑制することができる。そのため高炉の通気性が良好な状態を維持しながら、多量の微粉炭等の固体還元材を羽口から吹き込む操業を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明者らは、還元材としてコークスを、さらに補助還元材として固体還元材と気体還元材との羽口吹込みを行なう高炉操業において、羽口先に形成されるレースウェイの大きさが補助還元材の吹き込み量に依存すること、特に、燃焼速度の速い気体還元材による影響が大きいことを見出し、これに着目して本発明を完成した。すなわち、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方法において、固体還元材の吹き込み量はほぼ一定とするが、気体還元材の吹き込み量を周期的に変動させることを特徴とする高炉操業方法である。例えば、補助還元材吹き込み量の単位時間当たりの平均値である補助還元材平均吹き込み量に対して、所定の割合の気体還元材の変動量を設定し、気体還元材の平均吹き込み量である気体還元材平均吹き込み量から変動量だけ増加させた量の気体還元材を吹き込む工程と、気体還元材平均吹き込み量から変動量だけ減少させた量の気体還元材を吹き込む工程とを、所定の周期で交互に繰り返すものである。
【００１１】
上記のように、気体還元材平均吹き込み量から、補助還元材吹き込み量の単位時間当たりの平均値である補助還元材平均吹き込み量に対する所定の割合の変動量だけ増加させた量の気体還元材を吹き込む工程と、同じ変動量だけ減少させた量の気体還元材を吹き込む工程とを所定の時間周期で交互に繰り返すと、羽口先に形成されるレースウェイの大きさが気体還元材の吹き込み量の増減によって変化する。レースウェイシェルの成長は固体還元材から発生する灰分がレースウェイ端に蓄積、固着することに起因することから、灰分がレースウェイ端に蓄積、固着する前にレースウェイの大きさを制御して変動させることで灰分が蓄積、固着するのを防ぎ、レースウェイシェルの成長を抑制することができる。そのため通気が良好な状態を維持することができる。また固体還元材の吹き込み量を周期的に変動させることでもレースウェイの大きさはある程度は変化するが、気体還元材によるレースウェイの大きさの変動効果の方がはるかに大きく、また吹き込み量の増加と共に吹き込まれる灰分の量が増加し、レースウェイシェルの成長を促進する可能性があるため、固体還元材よりも気体還元材の増減で制御することが効果的である。したがって、本発明の操業においては固体還元材と気体還元材とは、同一の羽口から吹込みを行なう必要があるが、同一の羽口から固体還元材と気体還元材の吹込みを行なうのであれば、一時的に固体還元材または気体還元材の吹込みのみが行なわれる状態があったとしても、通気性悪化を防止する効果がある。
【００１２】
気体還元材の吹き込み量の変動量については、補助還元材吹き込み量（気体還元材と固体還元材との合計量）の単位時間当たりの平均値に対して、気体還元材の増加量または減少量の割合を１０〜５０ｍａｓｓ％とすることが好ましい。気体還元材の増減量（変動量）が補助還元材平均吹き込み量の１０ｍａｓｓ％未満の場合には、レースウェイの大きさがあまり変動しないため、レースウェイシェルの成長を抑制する効果が少ない。また気体還元材の増減量（変動量）が補助還元材平均吹き込み量の５０ｍａｓｓ％を超える場合には、気体還元材の優先的な燃焼により固体還元材の燃焼が損なわれ、置換率の低下によりコークス使用量が増加する傾向があり好ましくない。また気体還元材の吹き込み量を減少させた場合に、気体還元材の吹き込み量が０となり、固体還元材の単独吹き込みとなった場合でも本発明の効果は十分に発揮される。
【００１３】
気体還元材の吹き込み量を変動させる時間周期は、３〜１２時間とすることが好ましい。３時間未満の周期で気体還元材の吹き込み量を変動させると、気体還元材の吹き込み量を減少させる工程でレースウェイの大きさが変動する前に気体還元材の吹き込み量を増加させる工程に変わってしまうような場合があり、レースウェイシェルの除去が充分に行われないことがある。また１２時間を超えると、レースウェイシェルの固着が起こり始めることにより、レースウェイの大きさを変動することによるレースウェイシェルの除去効果が得られにくくなり、結果として通気性悪化に至る場合があるので好ましくない。
【００１４】
固体還元材および気体還元材を炉下部の羽口から吹き込む際には、例えば、固体還元材ホッパーから固体還元材を切り出して吹き込みランスから熱風と共に炉内に吹き込み、気体還元材吹き込み装置から別のランスを用いて気体還元材を熱風と共に炉内に吹き込むことで、同一羽口から固体還元材と気体還元材とを混合して炉内に吹き込むことができる。固体還元材としては微粉炭、合成樹脂材を、気体還元材としてはメタンガス、メタンガスを主成分とする天然ガス、都市ガス、コークス炉ガス、水素ガスなど高炉内で還元材として働く気体を使用することができる。
【実施例１】
【００１５】
高炉を模擬した図４に示すコークス充填層型試験燃焼炉を用い、補助還元材として、固体還元材および気体還元材を炉下部から吹き込んだ場合の燃焼実験を実施した。図４において、１は燃焼炉、２はコークス充填層、３は羽口、４は吹き込みランス、５はコークス切り出しホッパー、６は固体還元材切り出しホッパー、７は気体還元材吹き込み装置である。上記試験燃焼炉において、高炉と同様の成分になるように調整した熱風８を炉内に吹き込んで、炉内のコークスを燃焼させた。本実施例においては固体還元材として微粉炭、気体還元材としてメタンガスを使用して試験を実施した。
【００１６】
試験条件は、熱風送風量：３５０Ｎｍ3／ｈｒ、送風温度：１２００℃、送風中酸素濃度：２４ｖｏｌ％、固体還元材平均吹き込み量：３２．５ｋｇ／ｈｒ（高炉操業で１００ｋｇ／ｔ相当）、気体還元材平均吹き込み量：１３．６５Ｎｍ3／ｈｒ（高炉操業で３０ｋｇ／ｔ相当）とした。本発明例として、気体還元材吹き込み量の増減の変動周期を３時間として１周期の吹き込み試験を実施した。図１（ａ）に固体還元材および気体還元材の吹き込み量の時間変化を、（ｂ）に固体還元材と気体還元材の合計量である補助還元材合計の吹き込み量の時間変化と、１周期における補助還元材の平均量とを示す。
【００１７】
また、固体還元材と気体還元材共に一定量で吹き込みを行なう、気体還元材の増減無しで上記と同じ時間吹き込んだ試験を比較例として実施した。図２に、比較例の固体還元材と気体還元材、および両者の合計量である補助還元材合計の吹き込み量の時間変化を示す。
【００１８】
本発明例と比較例において燃焼試験終了後に、形成されたレースウェイシェルの厚さを測定した。測定結果を図３に示す。図３によれば、本発明例では比較例よりもレースウェイシェルの厚さが薄く、レースウェイの大きさを変動させることによってレースウェイシェルの成長が抑制されたことが示された。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態を示すグラフである。
【図２】本発明に対する比較例を示すグラフである。
【図３】レースウェイシェルの厚さに対して本発明の効果を示すグラフである。
【図４】高炉を模擬したコークス充填層型試験燃焼炉を説明する図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    燃焼炉
２    コークス充填層
３    羽口
４    吹き込みランス
５    コークス切り出しホッパー
６    固体還元材切り出しホッパー
７    気体還元材吹き込み装置
８    熱風
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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