(57)【要約】【課題】フェロコークスを用いて高炉の還元材比を低下させる際に、高炉内における粉の発生量をも低減させて、高炉炉下部の通気性を改善することで、安定操業を実現できる、高炉の操業方法を提供すること。【解決手段】中心コークス装入を行なう高炉操業において、フェロコークスを高炉装入原料として用いる際に、フェロコークスの一部を無次元半径０．０〜０．１２の半径方向位置に装入し、フェロコークスの残部と鉄原料とを混合して装入することを特徴とする高炉操業方法を用いる。フェロコークスの球形度が０．７６以上であることが好ましい。【選択図】図２
2012140691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心コークス装入を行なう高炉操業において、フェロコークスを高炉装入原料として用いる際に、
前記フェロコークスの一部を無次元半径０．０〜０．１２の半径方向位置に装入し、
前記フェロコークスの残部と鉄原料とを混合して装入することを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
フェロコークスの球形度が０．７６以上であることを特徴とする請求項１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、高炉操業において還元材比を増加させることなく通気性を改善し、安定操業を可能とする、フェロコークスを用いた高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策としての製鉄プロセスにおけるＣＯ2排出量削減に対しては、高炉の還元材比低下が非常に重要である。高炉の還元材比低下のためには、特許文献１に開示されているように高炉装入原料としてフェロコークスを用いる、高炉の熱保存帯温度低下と部分還元した鉄鉱石装入の双方の効果を同時に発現する手法が有効である。ここで用いられるフェロコークスは、石炭等の炭素含有物質と、鉄鉱石等の鉄含有物質との成型物を乾留して製造するものであり、鉄鉱石が一部還元されていると同時に、鉄鉱石の触媒効果でコークスの反応性を高めることができ、焼結鉱、塊鉱石、ペレット等から構成される鉄原料（以下、「主原料」と記載する。）と混合して使用することにより高炉中のガス利用率を高め、還元材比を低下させることができる。
【０００３】
一方で、高炉内において、コークスは下記式（１）に示すガス化反応（ソルーションロス反応）の進行により脆弱化し、強度が低下する。
Ｃ+ＣＯ2  =  ２ＣＯ      ・・・（１）
上記式（１）のＣＯ2は主原料の還元反応の際に発生する。高炉内上・中部においてコークスが反応を受けるのは主に熱保存帯〜融着帯の領域であるが、劣化したコークスがさらに下方に移動する際に、または上記ガス化反応を受ける過程で、装入物荷重や移動する際の摩擦等により粉が発生する。発生した粉は炉下部に移動すると考えられるが、炉芯部（羽口先レースウェイ奥、つまり高炉下部中心部に広がり、ガス流れ、液流れとも不活性な領域）のコークス粉率増加は通気性悪化の要因となることが知られている。通気性悪化時にはスリップ等の装入物降下不順、それに伴う炉熱変動等により安定操業が阻害され、銑鉄生産量の減少やコークス比上昇につながるため、この炉芯部と言われる領域の縮小が高炉の通気性確保、安定操業という面では重要な課題である。
【０００４】
そこで高炉内における粉の発生量を低減し、通気性を確保する対策として、例えば、気孔形成材を核として、その周辺に補強剤を付着させるという多層造粒プロセスで製造されたコークスを使用することにより、高炉炉下部の通気性改善およびコークス比の低減を可能とする高炉操業方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８５９４号公報
【特許文献２】特開２００６−２０６９８２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「Ｒ&Ｄ神戸製鋼技報」４１、４、１９９１年、ｐ．１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載されているような多層造粒プロセスで製造されたコークスは、上記したように気孔形成材を核として、その周囲に補強剤を付着させるという多層造粒プロセスで擬似粒子を製造し、その擬似粒子を石炭に添加した後、乾留して得られるコークスのことである。このようなコークスを製造するには、コークス炉を含む大幅な設備改造が必要であるため、新たな設備投資が必要となり、コストアップの要因となるので、あまり望ましい方法ではない。
【０００８】
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、フェロコークスを用いて高炉の還元材比を低下させる際に、高炉内における粉の発生量をも低減させて、高炉炉下部の通気性を改善することで、安定操業を実現できる、高炉の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】
【０００９】
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。
（ａ）中心コークス装入を行なう高炉操業において、フェロコークスを高炉装入原料として用いる際に、
前記フェロコークスの一部を無次元半径０．０〜０．１２の半径方向位置に装入し、
前記フェロコークスの残部と鉄原料とを混合して装入することを特徴とする高炉操業方法。
（ｂ）フェロコークスの球形度が０．７６以上であることを特徴とする（ａ）に記載の高炉操業方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高炉内の通気性を確保し、安定的な高炉操業を、フェロコークスを用いて行うことが可能となる。さらに高炉内の通気性の改善により、通気のスペーサーとしての役割を有するコークス比を、より一層低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の効果を確認するために使用した実験装置の模式図
【図２】球形度と粉体の容積比率との関係を示すグラフ
【図３】炉芯形状測定試験時の断面観察結果を示す写真。（ａ）コークス、（ｂ）フェロコークス
【図４】炉心形状測定試験時の炉芯高さ測定結果
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するために、フェロコークスの反応性および形状に着目した。高炉の炉芯部を構成するコークスは、炉中心の狭い領域に装入されたコークスから構成されることが知られている。実炉を模擬した模型実験では、炉口部の無次元半径０〜０．１２の範囲に装入された粒子が炉芯を構成することが確認されている（非特許文献１参照。）。そのためフェロコークスを通常コークスとともに中心領域（炉口部での無次元半径０．０〜０．１２）に装入した場合は、一緒に装入される通常コークスの上記（１）式による反応を反応性が高いフェロコークスが優先的に受けることで、通常コークスの脆弱化、粉化が抑えられ、炉芯が健全化（通気性が改善）すると考えられる。
【００１３】
したがって、中心コークス装入を行なう高炉操業において、主原料の一部としてフェロコークスを用いる際には、使用するフェロコークスの一部を高炉の炉口部での無次元半径０．０〜０．１２に装入する。尚、主原料とは、上記したように鉄原料であり、焼結鉱、塊鉱石、ペレットの中から選ばれる１種または２種以上を含有する鉄原料である。フェロコークスの残部は、主原料と混合して、高炉内に装入する。
【００１４】
また、ここで使用するフェロコークスとして、通常のコークスよりも球形度の大きいものを用いれば、より効果的であると考えられる。球形度が大きいフェロコークスは、球形度が小さいコークスに比較して安息角（堆積角）が小さくなることが予想され、炉芯領域の縮小化（通気性改善）に繋がると考えた。さらに、球形度が大きいフェロコークス粒子を充填した場合には、充填層内への粉の蓄積量が低下することから、充填層内の空隙が確保できるため、高炉内の通気性を維持することが可能であると予想される。フェロコークスは、通常、炭素含有物質と、鉄鉱石等の鉄含有物質との成型物を乾留して製造するため、通常のコークスよりも球形度を大きくすることが容易である。
【００１５】
充填物の球形度の違いが高炉操業に及ぼす影響を調査するため、図１に示す装置を用いて模型実験を行った。実験装置は、内径１００ｍｍのアクリル製円筒容器１を使用し、充填粒子には、球形度が異なるコークス粒子２を粒径４．８ｍｍ〜６．７ｍｍに整粒して使用した。ガス３には空気を、粉体４として粒径０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの粉コークスを使用した。コークス粒子２は装置上部のホッパー６から円筒容器１内に装入し、ガス３と粉体４は装置下部の羽口５から円筒容器１内に供給した。
【００１６】
実験は、コークス粒子２を円筒容器１内に填充した後、円筒容器１下部の粒子抜き出し装置７から粒子の抜き出し、および、粉体４の供給を開始した。実験開始後、円筒容器１上部の圧力検出孔８で圧力を測定し、圧力変化がほぼ０になった時点を定常状態と判断し、粒子の抜き出し、粉体４の供給、および、ガス３の送風を同時に停止した。送風停止後、装置を解体して、コークス粒子２の層内に粉体が占める比率を測定した。実験は、コークス粒子の球形度および送風ガスの流速（ｕ）を変更して行った。
【００１７】
なお用いたコークス粒子の球形度は、粒子の球形度をあらわす指標のひとつであるカルマンの形状係数を下記（２）式により求め、これを球形度として使用した。
φｃ＝｛π（ｄｖ）2｝／４Ａ・・・（２）
ただし、
φｃ：カルマンの形状係数（−）
ｄｖ：粒子の等体積球相当径（ｍ）
Ａ：粒子の平均投影面積（ｍ2）である。
【００１８】
図２に測定結果を示す。ガス流速が大きい場合には、コークス粒子層内における粉体の容積比率が低下した。これはガス流速が大きい場合には、粉体はガス流れに同伴して層上部から排出されているためと考えられる。
【００１９】
また球形度が大きい場合にも、コークス粒子層内における粉体の容積比率が低下した。これは球形度が大きい場合には、粉体がコークス表面にトラップされにくくなり、層内を移動しやすくなるため、粉体が層内に滞留することなく、層上部から排出されやすくなったためと考えられる。
【００２０】
以上の結果より、球形度が大きなコークスを使用することにより、充填層内の粉体の容積比率が低下する。このことから、コークス粒子層内の空隙が確保されることでの通気性改善が期待される。したがって、球形度が大きなコークスとしてフェロコークスを用いることが効果的であることになる。
【００２１】
また高炉操業の安定化には出銑滓排出状況の安定化による液面低位レベル管理が重要であり、そのためには溶銑滓が流れやすいような空隙が確保されたコークス充填層で炉床を健全にするのが効果的である。球形度が大きいフェロコークスを炉中心領域に供給、すなわち炉床に主に供給することは通常コークス保護、炉芯空隙率増加という観点から大変有意義であると考えられる。
【００２２】
さらに、コークス球形度が炉芯形状に及ぼす影響を確認するために別の模型実験による炉心形状測定試験を行った。実験装置には、内径２８８ｍｍ、高さ５００ｍｍのアクリル製半裁模型容器を使用し、模型容器下部周辺部に粒子の排出口を円周方向に８ヶ所設け、模型容器外に粒子を排出した。充填粒子には、通常コークス（球形度０．７５）と、通常コークスよりも球形度が大きいフェロコークス（球形度０．８０）とをそれぞれ粒径２．０〜２．８ｍｍに整粒して使用した。炉芯形状の観察は、炉頂に相当する模型容器上部から模型容器中心部にトレーサーとしてコークスと同粒度の軽石（白色）を連続的に装入することで可視化して行った。実験は粒子を填充した後、装置下部から粒子の排出を開始し、充填層が所定の位置まで降下したら、炉頂から粒子を所定の位置まで装入した。一定時間粒子の排出、装入を繰り返し行い、装置下部からトレーサーが排出され、炉芯形状が明瞭になったことを確認した後、粒子の排出を停止した。模型容器の断面観察結果を図３、炉芯高さの測定結果を図４に示す。図３（ａ）が充填粒子としてコークス１１を用いた場合、図３（ｂ）が充填粒子としてフェロコークス１２を用いた場合である。図３において白く見えるトレーサー１３の下部に炉心１４が観察される。１５は粒子抜き出し位置である。図３（ａ）と（ｂ）とを比較すると、通常コークスに替えて球形度が大きいフェロコークスを用いることで、炉芯形状が小さくなるのが分かり、炉中心方向へのガス流れの安定化を介して通気性改善効果に寄与すると考えられる。
【００２３】
以上のことから、球形度が大きいフェロコークスを高炉の中心領域に装入することで高炉内の圧力損失を低減させる効果があることがわかる。
【００２４】
フェロコークスとしては、球形度０．７６以上のものを用いることが好ましい。特に好ましくは０．８０以上である。フェロコークスは例えば、石炭と鉄鉱石の混合物をブリケットマシンで３０×２５×１８ｍｍの印籠型に成型後、竪型シャフト炉に装入し、乾留して製造することができるが、このように製造したフェロコークスは、通常のコークスに比べて球形度が大きいものとなり、球形度０．７６以上を容易に実現できる。
【実施例１】
【００２５】
内容積５１５３ｍ3の高炉を用いてフェロコークスを中心領域に装入する操業試験を行った。
【００２６】
中心コークス装入を行ない、還元材比４９０ｋｇ／ｔ（コークス比３７０ｋｇ／ｔ、微粉炭比１２０ｋｇ／ｔ）で操業している高炉を比較例１とし、主原料中にフェロコークス（６０ｋｇ／ｔ）を混合して装入するが、中心部（無次元半径位置０.０〜０．１２の領域）には装入しない場合の操業を比較例２とするのに対して、本発明例として主原料中にフェロコークスを混合して装入するが、フェロコークス(６０ｋｇ／ｔ)のうち半量（３０ｋｇ／ｔ）を中心部（無次元半径位置０.０〜０．１２の領域）に装入する操業を行なった。ここでフェロコークスの球形度は通常コークスの球形度０．７５に対して、０．８０であった。操業条件と結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2012140691.tif 000003
【００２８】
表１によれば、比較例１に対して、比較例２では、フェロコークスの使用により、還元材比が下がり、通気抵抗指数が低下して、通気性も改善することが分かる。さらに本発明例のように、積極的にフェロコークスを中心領域に装入することでさらに通気性が改善し、還元材比も低下して、出銑比が同じにも関わらず出銑回数が低下することが分かる。これは高空隙の健全な炉床が形成されたことによる溶銑滓の流れが安定化した結果であると考えられ、この効果で液面レベルを低位に保てたこと、炉芯高さが低下したことにより炉内通気性が改善したためであると考えられる。これにより球形度の高いフェロコークスの中心装入を行なう本発明例は、比較例１、２に対して、還元材比を増加させることなく、また、コークス比を低減したにもかかわらず、通気性を改善することができることが確認された。
【符号の説明】
【００２９】
１    円筒容器
２    コークス粒子
３    ガス（空気）
４    粉体（粉コークス）
５    羽口
６    ホッパー
７    粒子抜き出し装置
８    圧力検出孔
９    空気と粉コークス
１１    コークス
１２    フェロコークス
１３    トレーサー
１４    炉心
１５    粒子抜き出し位置
【図１】
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【図２】
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【図４】
2012140691.tif 000006
【図３】
2012140691.tif 000007