(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉操業中に高炉シャフト下部から朝顔部の炉周辺部の加熱還元状況を常時検出し、加熱還元の遅れが生じた場合に、炉周辺部に金属化率が９２％以上の金属鉄系原料を装入し、かつ炉周辺部に装入される酸化鉄系原料と金属鉄系原料とからなる全鉄系原料中の鉄分の含有量（質量％）に対する金属鉄系原料中の鉄分の含有量（質量％）の割合（質量％）を１２質量％以上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、高炉操業方法に関し、特に、低燃料比、高Ｏｒｅ／Ｃｏｋｅ（以下、Ｏ／Ｃと記す）装入の高炉操業時の課題である高炉の炉内周辺部の還元遅れを低減し、その領域の活性化を図る高炉操業方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常の高炉操業においては、高炉炉頂部より酸化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するとともに、羽口より熱風、さらには微粉炭等の補助燃料を吹き込み、高温下で炉内を降下する鉄系原料を熱風とコークスまたは補助燃料との反応で生じた還元性ガスにより還元することで行われる。
この際、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を得ると共に操業トラブルがない高炉の安定操業においては、酸化鉄系原料とコークスの炉半径方向の堆積分布状態が重要となる。
【０００３】
一般に、低燃料比の高炉操業においては、平均的に炉内のコークスに対する酸化鉄系原料の質量比、つまりはＯ／Ｃ比を高くした状態で炉内の通気性を良好に維持するために、炉中心部のＯ／Ｃ比を低くして、中間部から炉周辺部のＯ／Ｃ比が高くなるように半径方向の堆積分布の調整を行なっている。
このように炉中心部のＯ／Ｃ比を低くし多量のガスを流れやすくした場合、炉内の全体的な通気性は良くなり炉壁への熱負荷も軽減できるが、一方で、ガス利用率（炉内の還元性ガスが酸化鉄系原料との還元反応により酸化性ガスと水に変換する割合）は低下し燃料比が増大する傾向にある。
【０００４】
平均的な炉内のＯ／Ｃ比を維持する都合上、特に炉半径方向で炉壁から半径の１／３程度の炉周辺部のＯ／Ｃ比が高くなる傾向にあり、炉周辺部のＯ／Ｃが過度に高くなると、炉周辺部のシャフト下部から炉腹部、さらには朝顔部において加熱還元遅れが生じて、装入物降下停滞や炉壁での付着物生成を引き起こし、通気性不良、還元効率低下、最悪事態では荷下がり不良および炉下部の冷え込みに至る場合も生じる。
【０００５】
一般に、高炉の周辺部の状況把握は、炉腹部におけるガス流分布すなわち温度分布やガス組成分布により行なわれ、またシャフト部の炉壁温度を監視することでも行なわれる。さらには、近年、炉周辺部の装入物降下速度の検出計も開発され実用化に至っており、例えば、特公昭５７−３ｌｌ０４号公報では、鉄鉱石とコークスの電気抵抗の差を利用した２本のゾンデによる装入物降下速度検出方法が開示されている。
炉内装入物の降下の安定性は、高炉の安定操業にとって非常に重要であり、特に炉周辺部における装入物の降下の安定性は、高炉の通気性、還元効率をほぼ決定することになり、周辺部の装入物降下速度検出計をベースとした装入物分布調整方法はすでに実用化され、高炉安定操業に寄与している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みて、特に低燃料比、高Ｏ／Ｃ装入の高炉操業時に問題となる炉周辺部のシャフト下部から炉腹部、さらには朝顔部において生じる加熱還元遅れを抑制し、その領域の活性化を図ることにより装入物降下停滞や炉壁での付着物生成を防止し、安定した高炉操業を可能とする高炉操業方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するものであって、つまり、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）高炉操業中に高炉シャフト下部から朝顔部の炉周辺部の加熱還元状況を常時検出し、加熱還元の遅れが生じた場合に、炉周辺部に金属化率が９２％以上の金属鉄系原料を装入し、かつ炉周辺部に装入される酸化鉄系原料と金属鉄系原料とからなる全鉄系原料中の鉄分の含有量（質量％）に対する金属鉄系原料中の鉄分の含有量（質量％）の割合（質量％）を１２質量％以上とすることを特徴とする高炉操業方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について、詳細に説明する。
本発明者らは、特に低燃料比、高Ｏ／Ｃ装入の高炉操業時に問題となる炉周辺部のシャフト下部から炉腹部、さらには朝顔部において生じる加熱還元遅れを抑制し、その領域の活性化を図る方法を検討した。
その結果、高炉操業中に高炉シャフト下部から朝顔部の炉周辺部の加熱還元状況を常時検出し、加熱還元の遅れが検出された場合に、炉周辺部に所定の金属化率を有する金属鉄系原料を所定量装入することにより炉周辺部の還元負荷を軽減しその領域を活性化できることが判った。
【０００９】
本発明は、この知見に基づきなされたものであり、高炉シャフト下部から朝顔部の炉周辺部の加熱還元状況を常時検出し、加熱還元の遅れが検出された場合に、炉周辺部に金属化率が７０％以上の金属鉄系原料を装入するものである。
ここで、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り、酸化鉄系原料である焼結鉱、鉄鉱石、ペレットなどの酸化鉄を主成分とする鉄系原料と区別される。
還元鉄には、一般にＤＲＩと呼ばれる直接還元ペレットや、ＨＢＩと呼ばれるＤＲＩよりもやや大きい熱間成型還元鉄などがあり、何れも工業的に利用できる。
また、スクラップは必要に応じて選別や成形などにより装入可能な大きさとして装入する。
【００１０】
金属鉄系原料であるスクラップ、還元鉄、粒鉄などは、酸化鉄系原料である焼結鉱、鉄鉱石、ペレットなどと同様に、ベル＋ムーバブルアーマー方式の装入装置、ベルレスの装入装置の何れかにより高炉炉半径の任意の位置に装入することが可能である。
また、炉周辺部とは、低燃料比、高Ｏ／Ｃ装入の高炉操業時に加熱還元の遅れの問題が生じやすい炉半径方向で炉壁から半径の１／３程度の範囲を言う。
【００１１】
本発明で加熱還元状況の検出は、炉内に剛体型垂直ゾンデを挿入し温度を測定する方法が好ましいが、降下速度検出方法により降下速度が遅くなったら還元状況不良と判断することもできる。また、シャフト下部から朝顔部の位置における煉瓦温度、ステーブクーラー温度を監視し、この温度が低下したときに還元状況が不良と判断することもできる。
この場合、本発明では、加熱還元状況の検出する位置を低燃料比、高Ｏ／Ｃ装入の高炉操業時に生じる加熱還元の遅れに起因する装入物降下停滞や、炉壁での付着物生成が生じやすい炉半径方向の炉壁から半径の１／３程度の炉周辺部で、且つ、高さ方向のシャフト下部から朝顔部の位置とする必要がある。
【００１２】
本発明で炉周辺部に装入する金属鉄系原料の金属化率、すなわち金属鉄系原料中の全鉄分（酸化鉄＋金属鉄）に対する金属鉄の割合は、７０質量％以上である必要があり、それより低い場合には、酸化鉄により還元負荷が増加し炉周辺部の還元負荷を低減して加熱還元遅れを抑制するために充分な効果は得られない。
これは、通常の低燃料比、高Ｏ／Ｃ装入の高炉操業時のシャフト部の間接還元帯（ＣＯやＨ2 の還元性ガスと酸化鉄との還元反応領域）では、通常７０％程度還元されて炉下部の直接還元帯（１０００℃以上の高温でのコークスと溶融酸化鉄との還元反応領域）に降下することが判っており、金属化率７０％以上の金属鉄系原料を用いないと炉下部での還元負荷の軽減効果は得られないためである。
【００１３】
また、本発明では、炉周辺部に装入される全鉄系原料（酸化鉄系原料＋金属鉄系原料）中の鉄分の含有量（質量％）に対する金属鉄系原料中の鉄分含有量の割合を好ましくは１２質量％以上とする。この限定理由は、通常の高炉操業時においては、装入物分布の変動によるＯ／Ｃやガス流の変動があり、これにより炉周辺部の還元負荷も変動しているため、炉周辺部の金属鉄系原料の装入による還元負荷軽減効果を充分に発揮させるためには、炉周辺部に装入される全鉄系原料中の鉄分に対して、金属鉄系原料の鉄分の含有量の割合が１２質量％以上あることが必要があるからである。
【００１４】
また、このように炉周辺部に金属鉄系原料を装入すると、その領域での必要とされる還元熱が減少するため、あたかも局部的に燃料比を増加させたのと同じ効果も享受でき、これにより、炉周辺部に装入される金属鉄全体の平均的な酸化度を低下させられるため、炉周辺部の還元不足により起こるシャフト下部から炉腹部、さらに朝顔部の装入物降下停滞及び炉壁での付着物生成を防止することができる。
【００１５】
また、本発明で高炉操業中に高炉シャフト下部から朝顔部の炉周辺部の加熱還元状況を常時検出し、加熱還元の遅れの発生を判断するための方法としては、予め、操業解析、操業実験を行って、例えば、炉周辺部の剛体型垂直ゾンデによる温度、装入物降下速度、煉瓦温度、またはステーブクーラー温度と炉周辺部の加熱還元状況の関係を求めておき、それぞれの監視データの加熱還元遅れが発生する下限値を求めておき、それぞれの監視データの下限値に基づいて加熱還元の遅れの発生有無を判断することができる。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明の実施例によりその効果を説明する。
表１に本発明の範囲内で高炉操業をおこなった発明例とそれから外れる比較例についての操業結果を示す。
【００１７】
【表１】
0004328001.tif 000002
【００１８】
＜発明例１＞
炉頂より垂直ゾンデを挿入し、これに取り付けられている温度計によりシャフト下部の炉壁近傍の温度を監視していたところ６００℃まで低下したため、金属化率９９％のスクラップを炉周辺部に装入される全鉄系原料中の鉄分に対して、金属鉄系原料の鉄分の含有量の割合が１５質量％となるように装入を開始した。
1 ４時間経過後、シャフト下部の炉壁近傍の温度が７５０℃まで上昇したのでＤＲＩ還元鉄の装入を中止した。
【００１９】
＜比較例４＞
炉頂より垂直ゾンデを挿入し、これに取り付けられている装入物降下速度計によりシャフト下部の炉壁近傍の装入物の降下速度を監視していたところ、あらかじめ操業解析結果から設定した下限値３０ｍｍ／分より低下したため、金属化率７５％のＨＢＩ還元鉄を炉周辺部に装入される全鉄系原料中の鉄分に対して、金属鉄系原料の鉄分の含有量の割合が１０質量％となるように装入を開始した。１６時間経過後、シャフト下部の炉壁近傍の装入物降下速度は３０ｍｍ／分を超えるまでに上昇したのでＨＢＩ還元鉄の装入を中止した。
【００２０】
＜発明例３＞
炉腹部のステーブクーラー温度により炉壁部近傍における還元状況を監視していたところ、あらかじめ操業試験結果から設定していた下限値５０℃より低くなったため、金属化率９２％のＨＢＩ還元鉄を炉周辺部に装入される全鉄系原料中の鉄分に対して、金属鉄系原料の鉄分の含有量の割合が１２質量％となるように装入を開始した。
１４時間経過後、炉腹部のステーブクーラー温度が５０℃を超えるまでに上昇したので還元鉄の装入を中止した。
【００２１】
＜比較例１＞
炉頂より垂直ゾンデを挿入し、これに取り付けられている温度計によりシャフト下部の炉壁近傍の温度を監視していたところ６００℃まで低下したため、炉周辺部のＯ／Ｃの低減を行い、シャフト下部の炉壁近傍の温度は改善されたが、炉中心部のＯ／Ｃを維持して通気性を確保するために全体のＯ／Ｃの低減の調整をせざるを得なくなり、その結果、前記の各発明例に比べ出銑量が低くなり、燃料比が高くなった。
【００２２】
＜比較例２＞
炉頂より垂直ゾンデを挿入し、これに取り付けられている装入物降下速度計によりシャフト下部の炉壁近傍の装入物の降下速度を監視していたところ、あらかじめ操業解析結果から設定した下限値３０ｍｍ／分より低下したため、金属化率６０％のＨＢＩ還元鉄を炉周辺部に装入される全鉄系原料中の鉄分に対して、金属鉄系原料の鉄分の含有量の割合が１０質量％となるように装入を開始した。
しかしながら、２４時間経過しても、シャフト下部の炉壁近傍の装入物降下速度は３０ｍｍ／分を超えず、シャフト下部の炉壁近傍の十分な活性化は図れなかった。
【００２３】
＜比較例３＞
炉腹部のステーブクーラー温度により炉壁部近傍における還元状況を監視していたところ、あらかじめ操業試験結果から設定していた下限値５０℃より低くなったため、金属化率９２％のＨＢＩ還元鉄を炉周辺部に装入される全鉄系原料中の鉄分に対して、金属鉄系原料の鉄分の含有量の割合が８質量％となるように装入を開始した。
しかしながら、２４時間経過しても、炉腹部のステーブクーラー温度は５０℃を超えず炉腹部の炉壁近傍の十分な活性化は図れなかった。
【００２４】
以上から本発明の実施により、出銑量の低下や燃料比の増加等の問題を生じることなく、炉周辺部のシャフト下部から朝顔部における加熱還元遅れを抑制し、その領域の活性化を図ることができ、安定した高炉操業を可能とすることができた。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により、特に低燃料比、高Ｏ／Ｃ装入の高炉操業時に問題となる炉周辺部のシャフト下部から炉腹部、さらには朝顔部において生じる加熱還元遅れを抑制し、その領域の活性化を図ることができ、装入物降下停滞や炉壁での付着物生成を防止し、安定した高炉操業が可能となるという優れた効果が得らるものである。