(57)【要約】【課題】コークスベッドの高さを一定に保持することにより、操業を安定化させるとともに生産性の向上を図る。【解決手段】固体燃料を用い、羽口から送風し、鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法において、（ｉ）炉内観察器を、羽口を１段有する竪型溶解炉においては羽口から、羽口を２段有する竪型溶解炉においては下段の羽口から、０．５〜１．５ｍ上方の炉壁に、高さ方向及び／又は炉周方向に、複数設け、（ii-1）当座の操業に適する高さの炉内観察器を決定し、（ii-2）操業中、炉内観察器から、コークスベッドの高さを観察し、コークスベッドの高さを、当座の操業に適する高さの炉内観察器の高さと同レベルになるよう、コークスベッドの高さの上下変動に応じて装入物中のコークス配合量を増減する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体燃料を用い、羽口から送風し、鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法において、
（ｉ）炉内観察器を、羽口を１段有する竪型溶解炉においては羽口から、羽口を２段有する竪型溶解炉においては下段の羽口から、０．５〜１．５ｍ上方の炉壁に、高さ方向及び／又は炉周方向に、複数設け、
（ii-1）当座の操業に適する高さの炉内観察器を決定し、
（ii-2）操業中、炉内観察器から、コークスベッドの高さを観察し、コークスベッドの高さを、当座の操業に適する高さの炉内観察器の高さと同レベルになるよう、コークスベッドの高さの上下変動に応じて装入物中のコークス配合量を増減する
ことを特徴とする竪型溶解炉の操業方法。
【請求項２】
前記羽口を２段有する竪型溶解炉において、炉内観察器を上段羽口に設けたことを特徴とする請求項１に記載の竪型溶解炉の操業方法。
【請求項３】
前記固体燃料が、高炉コークスを含む固体燃料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の竪型溶解炉の操業方法。
【請求項４】
前記コークスベッドの高さが、コークスベッドの上面の中心部及び／又は周辺部の高さであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の竪型溶解炉の操業方法。
【請求項５】
前記装入物中のコークス配合量の増減を、コークス比の増減、及び／又は、ブランクコークスの投入で行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の竪型溶解炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄廃棄物等の鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銑鉄を製造するために用いる竪型炉には、高炉とキュポラがある。高炉では、鉄鉱石（酸化鉄）を鉄源として銑鉄を製造する。炉頂から装入した鉄鉱石が炉内を降下する間に、鉄鉱石中の酸化鉄を、羽口から吹き込む熱風中の酸素とコークスとの反応で生成する高温還元ガス（ＣＯ）で還元する。
【０００３】
高炉では、約６０％以上の還元率を確保するため、送風温度を１０００℃以上とし、かつ、送風速度を高めて、炉内の羽口前にレースウエイを形成し、この領域でのガス利用率：ηCO（＝ＣＯ2／（ＣＯ＋ＣＯ2））が０となるように、還元ガス（ＣＯ）を生成して、銑鉄を製造する。
【０００４】
一方、キュポラは、高炉に比べて内容積が小さい竪型溶解炉で、鉄鉱石に比べて金属化率の高い、鉄屑、鋳物屑、銑鉄等を主体とする鉄源を溶解して、銑鉄を製造する。竪型溶解炉では、還元を必要としない金属化率の高い鉄源を使用するので、炉内において、鉄源を十分に溶解し得る熱量を確保するだけでよい。
【０００５】
竪型溶解炉の操業において、高炉操業のように、羽口前にレースウエイを形成すると、送風中の酸素（Ｏ2）とコークス（Ｃ）の燃焼反応（Ｃ＋Ｏ2→ＣＯ2）で発熱した後、ＣＯ2とコークス（Ｃ）のソルーションロス反応（ＣＯ2＋Ｃ→２ＣＯ）による吸熱で、炉内熱量が低下し、鉄源を十分に溶解することが困難となる。
【０００６】
それ故、竪型溶解炉で金属化率の高い鉄源を溶解する場合、羽口から、酸素富化した冷風や、６００℃以下の熱風を、羽口前にレースウェイを形成しないような、低い送風速度で炉内に吹き込み、さらに、ソルーションロス反応による炉内熱量の低下を抑制するため、鋳物用コークスを固体燃料として使用する。
【０００７】
鋳物用コークスは、高炉用コークスに比べて粒径が大きいので、ソルーションロス反応（吸熱反応）を起こし難い。また、鋳物用コークスは、強度が高く、灰分が少ないので、炉内での粉化量、及び、スラグの発生量が少なく、炉内通気性の維持に貢献する。
【０００８】
ところで、近年、鉄源として、酸化鉄を多く含有し、銑鉄屑に比べ金属化率が低い製鉄ダストを、多量に使用する傾向にあり、竪型溶解炉には、鉄源を溶解する溶解機能に加え、鉄源中の酸化鉄を還元する還元機能も求められている。
【０００９】
このような背景の下で、鉄源として、焼結プロセス鉄屑、鋳物屑、銑鉄等の還元を必要としない鉄源（金属化率の高い鉄源）の他に、ダスト塊成鉱、自己還元性鉱塊（炭材含有率の高い塊成鉱）などの鉄源（金属化率が低く、還元が必要な鉄源）を用いる竪型溶解炉の操業方法が、いくつか提案されている（特許文献１〜３、参照）。
【００１０】
しかし、鉄源の種類や性状が多様化すると、鉄源の所要熱量を正確に推定することが困難となり、固体燃料と鉄源の比率（燃料比）を、適正な値で安定的に維持することが困難となる。この結果、炉内において、鉄源の溶解及び／又は還元反応が起こる位置が変動して、炉況が不安定となり易い。
【００１１】
例えば、燃料比が過少となると、半溶融状態の鉄が羽口レベルまで降下し、羽口の閉塞や損傷を引き起こして、操業の継続ができなくなるトラブルを招くことになる。一方、過大な燃料比は、操業に致命的な影響を与えないが、ガス利用率を低下させて、燃料を浪費するだけでなく、生産性を低下させる弊害がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特表平０１−５０１４０１号公報
【特許文献２】特開平１０−０３６９０６号公報
【特許文献３】特開平０９−２０３５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
燃料比を適正に保つために、現在、溶銑の温度を測定し、その温度に基づいて燃料比を調整する方法が採られている。しかし、鉄源の種類及び性状が多様化して、適確な炉熱の予測は困難であり、炉熱は大きく変動する。このような条件下において、溶銑温度を観測して燃料比を制御する従来の方法は、炉熱の変動に迅速・適確に対処し、炉熱及び炉況を安定化することができない。
【００１４】
これは、溶銑温度は、炉床や樋での溶銑の冷却の影響を受けるとともに、炉内状況が平均化されて、操業に反映されるためであると考えられる。
【００１５】
そこで、本発明は、溶銑温度に代わる新たな制御要因を提供して、上記課題を解決する竪型溶解炉の操業方法を提供することを目的とする。
【００１６】
即ち、本発明者らは、コークスベッドの高さを一定に保持することが、炉熱又は炉況を安定化させる本質的な要因であると考え、この考えに基づき、コークスベッドの高さを、確実に、一定に保持し、炉熱又は炉況を安定化する方法を提供することを目的とする。
【００１７】
コークスベッドは、羽口から、羽口上方の０．５〜１．５ｍの高さまで、コークスのみが充填された層である。コークスベッドでは、コークスが、羽口から導入された空気で燃焼し、発熱していて、コークスベッド上面の温度は、丁度、上方から降下してきたスクラップ等の鉄源が完全に溶解・消滅する銑鉄の融点となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、コークスベッドの高さを安定的に維持するには、コークスベッドの高さを、直接、観察することが最も確実であると発想し、羽口レベル上方の炉壁の特定範囲に、高さ方向及び／又は炉周方向に炉内観察器を設け、コークスベッドの高さの変化を、直接、観察し、炉熱又は炉況の変化との関連性を調査した。その結果、コークスベッドの高さの変化が、炉熱又は炉況の変化を如実に反映していることが判明した。
【００１９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２０】
（１）固体燃料を用い、羽口から送風し、鉄源を溶解、又は、溶解及び還元して銑鉄を製造する竪型溶解炉の操業方法において、
（ｉ）炉内観察器を、羽口を１段有する竪型溶解炉においては羽口から、羽口を２段有する竪型溶解炉においては下段の羽口から、０．５〜１．５ｍ上方の炉壁に、高さ方向及び／又は炉周方向に、複数設け、
（ii-1）当座の操業に適する高さの炉内観察器を決定し、
（ii-2）操業中、炉内観察器から、コークスベッドの高さを観察し、コークスベッドの高さを、当座の操業に適する高さの炉内観察器の高さと同レベルになるよう、コークスベッドの高さの上下変動に応じて装入物中のコークス配合量を増減する
ことを特徴とする竪型溶解炉の操業方法。
【００２１】
（２）前記羽口を２段有する竪型溶解炉において、炉内観察器を上段羽口に設けたことを特徴とする前記（１）に記載の竪型溶解炉の操業方法。
【００２２】
（３）前記固体燃料が、高炉コークスを含む固体燃料であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の竪型溶解炉の操業方法。
【００２３】
（４）前記コークスベッドの高さが、コークスベッドの上面の中心部及び／又は周辺部の高さであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の竪型溶解炉の操業方法。
【００２４】
（５）前記装入物中のコークス配合量の増減を、コークス比の増減、及び／又は、ブランクコークスの投入で行うことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の竪型溶解炉の操業方法。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、竪型溶解炉の操業において、コークスベッドの高さの変化に基づいて操業条件（特に、燃料比）を効果的に変更して、鉄源の溶解、又は、鉄源の溶解及び還元を安定して行なうことができるので、低い燃料比及び高い生産性を達成しつつ、品質が均一な銑鉄を継続して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】１段の羽口を有する竪型溶解炉の一態様（従来例）を示す図である。
【図２】１段羽口の竪型溶解炉に炉内観察器を設けた一態様（発明例）と、コークスの消費量が周辺部と中央部で異なるコークスベッドの一態様を示す図である。
【図３】２段の羽口を有する竪型溶解炉において、上段羽口に炉内観察器を設けた一態様（発明例）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明について、図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１に、１段の羽口を備える従来の竪型溶解炉の一態様を示す。竪型溶解炉は、出銑口３を備える炉底部２、下部炉壁１４に羽口１０を備える炉本体１、ガス吸引口５を備えるガス吸引部４、収容した鉄源で炉頂を封止する炉頂部６、及び、鉄源８を炉内に装入する装入部７から構成されている。
【００２９】
従来の竪型溶解炉の操業においては、炉本体１の内に、羽口１０から、室温又は６００℃以下の空気を送り込み、主として、コークス（固体燃料）を燃焼させ、燃焼熱で鉄源を溶解する。
【００３０】
図２に、図１に示す竪型溶解炉の下部炉壁１４に、羽口１０の上方０．５〜１．５ｍの範囲に、炉内観察器１５を設けた態様（発明例）を示す。
【００３１】
竪型溶解炉の操業においては、操業が安定的に継続し、かつ、燃料比が低くなるコークスベッドの最適高さが存在するはずである。この最適高さを予め予測できれば、炉内観察器を設置する高さは、本来、コークスベッドの最適高さに一致させるべきである。
【００３２】
しかし、コークスベッドの最適高さは、鉄源や固体燃料の種類・性状によって、当然に変化するので、常に一定ではない。また、コークスベッドの最適高さを事前に予測することは、現状の技術水準では困難である。
【００３３】
それ故、本発明では、炉内観察器を設置する高さを、羽口レベルの上方０．５〜１．５ｍの範囲と規定した。これは、これまでの操業実績を踏まえて、この高さの範囲にコークスベッドの最適高さがあることによる。炉内観察器の設置高さが０．５ｍ未満であると、設置位置が低すぎ、また、設置高さが、１．５ｍを超えると、設置位置が高すぎで、コークスベッドの高さを正確に観察できない。
【００３４】
羽口レベルの上方０．５〜１．５ｍの範囲において、炉内観察器を、設置高さを変えて、複数設けておけば、操業の継続中、コークスベッドの高さを、種々の高さ位置で観察しつつ、最適高さに収斂させることもできる。
【００３５】
また、実際の操業において、コークスベッドの高さは、炉周方向で変動があるので、炉内観察器は、炉周方向にも複数設ける。
【００３６】
即ち、炉内観察器を、羽口レベルの上方０．５〜１．５ｍの範囲で、高さ方向、及び／又は、炉周方向に複数設ければ、複数の炉内観察器からコークスベッドの高さを観測し、平均化することができて、コークスベッドの高さを、より正確に把握することができる。
【００３７】
羽口レベルの上方０．５〜１．５ｍの範囲に設ける炉内観察器は、高さ方向、及び／又は、炉周方向において複数設けることが好ましいが、設置個数は特に限定されない。
【００３８】
炉内観察器は、耐熱性の材質及び構造のものとするが、耐熱性の材質及び構造以外に、特段の制限はない。炉内観察器は、炉内を直接目視できる窓としてもよく、また、炉内状況を画像として捉える光学機器で構成してもよい。
【００３９】
炉内観察器でコークスベッドの高さの変動を検知した場合は、操業条件を変更して、コークスベッドの高さの回復を図ることになる。コークスベッドの高さが最適高さより低下した場合は、装入物中のコークス配合量を増加する。一方、コークスベッドの高さが最適高さより上昇した場合は、装入物中のコークス配合量を減少する。
【００４０】
竪型溶解炉の操業においては、コークスベッドの高さを一定に保持することが、炉況を安定化し、操業性能（燃料比や生産性）を高める上で本質的な要因であるが、コークスベッドにおけるコークス消耗量を推定することは、可能であるが誤差を伴い、誤差を含むコークス消耗量の推定が炉況変動の要因となる。
【００４１】
本発明では、羽口上部の炉壁に炉内観察器を設けて、コークスベッドの高さの変化を直接観察して、正確な位置情報を、確実に採取する点が特徴である。
【００４２】
ここで、図３に、２段の羽口、即ち、上段羽口１１及び下段羽口１０’を有する竪型溶解炉において、上段羽口１１に炉内観察器１５を設けた一態様（発明例）を示す。
【００４３】
上段羽口１１を設けることの狙いは、下段羽口１０’から導入した空気で、コークスが羽口先で燃焼して生じる燃焼ガスが、コークスベッドを通過して上昇する過程で、ソルーションロス反応で生じたＣＯガスを、上段羽口１１から送り込む常温又は１００℃以下の空気で完全に燃焼させて、コークスの燃焼効率を高めることである。
【００４４】
したがって、上記狙いを達成するためには、必然的に、上下２段の羽口を有する竪型溶解炉におけるコークスベッドの高さは、丁度、上段羽口の高さに制御されることになる。
【００４５】
このような状況を考慮すると、上下２段の羽口を有する竪型溶解炉において、炉内観察器は、上段羽口の位置に合せて設けるのが、設備構造上、独立して別の位置の炉壁に設けるよりも好ましい。
【００４６】
上下２段の羽口を有する竪型溶解炉においては、上段羽口から送り込む常温又は１００℃以下の空気の作用効果で、固体燃料の完全燃焼を図ることができる。したがって、従来のキュポラ炉においては使用が不適であった高炉用コークスを、高価な鋳物用コークスの一部又は全部に代えて利用することができる。
【００４７】
コークスベッドの消耗量は、コークスベッドの周辺部と中央部で異なる。図２に、周辺部と中央部で消耗量が異なるコークスベッドの一態様を示す。一般に、周辺部のコークスが、周辺から導入された空気で、優先的に燃焼するので、周辺部のコークス消耗量が、中央部のコークス消耗量に比べ大きくなり、コークスベッドの上面は、図２に示すよう形状となる。
【００４８】
このような形状のコークスベッドの上面を、炉外から目視で観察して、その高さを判断する場合、中央部の高さは把握し難いので、中央部及び周辺部の高さに注目して観察するのが好ましい。なお、コークスベッドの中央部は、コークスベッドを、炉の半径方向に沿って、３又はそれ以上に分割した場合において、最も中心に近い領域を意味し、コークスベッドの周辺部は、同場合において、最も炉壁に近い領域を意味する。
【００４９】
装入物中のコークス配合量の増減は、コークス比の増減、及び／又は、ブランクコークスの投入で行う。ブランクコークスの投入は、より迅速にコークスベッドの高さを回復できる点でが好ましい。
【００５０】
なお、装入物中のコークス配合量の増減は、直接、コークスベッドの高さの回復、維持と、炉内熱量の増大に繋がる点で好ましいが、その他、送風条件（送風量、送風温度、酸素量等）を、併せて変更することも有効である。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５２】
（実施例）
２段の羽口を有し、上段の羽口に炉内観察器を設けた竪型溶解炉で、本発明を実施した。設備仕様を表１に示す。上段羽口は、下段羽口から１．２ｍ上方の高さにあり、上段羽口に、炉内観察器を設けた。スクラップを１００％使用する操業では、既に、高炉用コークス１００％使用を達成しており、その操業諸元を表２に示す。
【００５３】
表２に示す操業条件のもとで、本発明に従ってコークス配合量を制御する操業方法と、従来法の溶銑温度でコークス配合量を管理する方法を比較した。
【００５４】
本発明の操業方法では、上段羽口の炉内観察器を通して炉内状況を監視した結果に基づいて、表３に示すアクション方法に沿って、操業を継続した。
【００５５】
その結果、表４に示すように、従来法に比較して、操業変化への対応が迅速に実施できて、減風・休風の回数が大幅に低下し、安定した操業を継続して生産速度を高めることができた。
【００５６】
【表１】
2012162789.tif 000003
【００５７】
【表２】
2012162789.tif 000004
【００５８】
【表３】
2012162789.tif 000005
【００５９】
【表４】
2012162789.tif 000006
【産業上の利用可能性】
【００６０】
前述したように、本発明によれば、竪型溶解炉の操業において、コークスベッドの高さの変化に基づいて操業条件（特に、燃料比）を効果的に変更して、炉況を安定化し、鉄源の溶解又は溶解及び還元を均等に行なうことができるので、品質が均一な銑鉄を継続して製造することができる。したがって、本発明は、鉄鋼製造業において利用可能性が大きいものである。
【符号の説明】
【００６１】
１    炉本体
２    炉底部
３    出銑口
４    ガス吸引部
５    ガス吸引口
６    炉頂部
７    装入部
８    鉄源
９    コークスベッド
１０    羽口
１０’    下段羽口
１１    上段羽口
１２    溶銑
１３    湯溜部
１４    炉壁
１５    炉内観察器
【図１】
2012162789.tif 000007
【図２】
2012162789.tif 000008
【図３】
2012162789.tif 000009