(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭吹込みを行わず、高炉羽口からの還元ガス量１１０ｋｇ／ｔ・ｐを超える還元ガスのみの吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスをガス改質炉に導き、そのガスにさらに水蒸気と微粉炭を吹き込みにより還元ガス中の水素量の増加と還元ガス量の増加を図り、高カロリー化・高還元性能のガスとなし、該還元ガス生成時に発生するスラグ、チャー、灰分のうちスラグを分離除去した粗製還元ガスとし、還元ガス温度として５００℃以下に低下せしめた還元ガスを高炉の通常羽口のブローパイプ内に臨ませたランスとこれに加え別途設けた還元ガス供給羽口を介し、高炉内へ供給することを特徴とする高炉への還元ガス吹き込み方法。
【請求項２】
前記還元ガスを高炉へ吹き込むに当たり、還元ガスとして還元ガス生成時に発生するスラグ、チャー、灰分のうちスラグとチャーを分離除去した粗製還元ガスを用いることを特徴とする請求項１に記載の高炉への還元ガス吹き込み方法。
【請求項３】
前記還元ガスを高炉へ吹き込むに当たり、還元ガスとして還元ガス生成時に発生するスラグ、チャー、灰分の全てを分離除去した精製還元ガスを用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高炉への還元ガス吹き込み方法。
【請求項４】
前記高炉羽口からの還元ガス吹き込みに当たり、別途設けた還元ガス供給羽口は、通常羽口の近傍に設置して用いることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の高炉への還元ガス吹き込み方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉に設けられた通常羽口から、またはこれに加えて別途設けた還元ガス供給羽口から還元ガスを吹き込む高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業にあっては、コークス代替として、安価で燃焼性がよく発熱量の高い燃料（微粉炭、石油、ナフサ等）を羽口部より吹き込み、溶銑製造コスト低減、生産性向上を図ってきており、特公昭４０−２３７６３号公報にその技術が開示されている。特に直近では価格の点から微粉炭吹き込みが主流となっている。
【０００３】
高炉内に吹き込まれた微粉炭は、高炉内で一部のコークスの代わりに燃焼し、その燃焼性の良さと高い発熱量のために、高温で多量の還元ガスを生成し効率的な還元反応を行う。したがって、炉頂より装入された鉄鉱石は素早く金属状態に還元されるとともに、溶融して高温の溶銑となり、高炉の炉熱が高く生産性が向上する。
【０００４】
また、微粉炭吹き込みに加えて種々のガスを吹き込むことが、特開平４−２６８００３号公報に提示されている。この技術は該公報の記載によれば、羽口部から微粉炭を高炉の内部に吹き込む場合において、微粉炭吹き込み位置の手前１００〜５００ｍｍより天然ガス（ＬＮＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、プロパンガス（ＬＰＧ）などを吹き込み、微粉炭吹き込み位置の雰囲気温度を１５００〜２０００℃に調整することに主眼点を置いている。
【０００５】
さらには、特開平４−３５８０１４号公報には、高炉の羽口部から微粉炭を吹き込む際に、その分解熱によるフレーム温度低下を防止し、高炉の炉熱を確保し、かつ高炉の炉芯内温度を維持することにより、生産性を向上させ燃料比を低下させることを目的とし、予め微粉炭を高炉外にて熱分解し、生成したガス、タール、チャーを全量羽口部から吹き込むか、或いは生成したガス、タールを除去し、残ったチャーのみを羽口部から吹き込む技術が開示されている。
また、その他にも生産性を増すために送風中に酸素を富化した操業も通常実施されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常高炉における微粉炭の吹き込み操業においては、コークス量の低下（代替）を目的として微粉炭を用いるが、微粉炭を増やすにつれて羽口部での燃焼性の悪化が起こり、上記コークス比の低下により鉄鉱石／コークス（Ｏ／Ｃ）が上昇し、鉄鉱石の伝熱・還元面の厳しさから自ずと微粉炭吹き込み量には限界があり、このため、多く使用できたとしても１５０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（出銑ｔ当りの微粉炭吹き込み量（単位ｋｇ）を示すが、以下ｋｇ／ｔ・ｐで表す）が限度とされていた。
【０００７】
さらに、微粉炭を増量するためには、鉄鉱石層の厚さを減じなければならず、そのためには、スラグ成分の低い焼結鉱または高価なペレットの使用を行う等の操業を採用するか、或はコークス比を上昇させることにより、最近では２００〜２５０ｋｇ／ｔ・ｐ程度まで微粉炭を吹き込んだ例も報告されている。
【０００８】
しかし、従来の高炉操業においては、微粉炭を多量に吹き込むと、吹き込んだ微粉炭全量が燃焼せずに一部未燃チャーが発生する。この未燃チャーは上昇ガス流に乗って炉頂より排出されることが多く、微粉炭のコークスに対する置換率が低下し、燃料比上昇、生産量低下を引き起こす。また、この未燃チャーが高炉炉下部中心のコークス層（炉芯と称する）に捕捉された時は、この部分を流下する溶銑滓の通液性を阻害し、ひいてはこの部分のガスの通気性を阻害することになり、高炉の生産量はさらに低下する。
【０００９】
したがって、微粉炭の吹き込み限界量をあげるためには、微粉炭の燃焼性向上対策や溶銑滓の通液性確保のためのコークス強度の上昇、高炉燃料比上昇等を余儀なくされコストアップの要因となっていた。
そこで、他の還元ガスの併用も考えられるが前述したＬＮＧは生産地域が偏在しているのでその利用に難があり、手近にあるＣＯＧの使用は製鉄業全体の燃料バランスからみると、他の鋼材加熱炉等の熱源として用いた方が燃料の熱量を有効に活用できるという観点から有利であり、高炉へ用いるとコスト的に不利益となる。
【００１０】
また、特開平４−３５８０１４号公報にあるように微粉炭を炉外で熱分解し、分解生成物を高炉に吹き込む方法、またはチャーのみを吹き込む方法では、高炉の羽口での微粉炭の熱分解によるフレーム温度低下防止には役に立つが、高炉では熱分解に必要な熱を外部から供給する必要があることや、発生ガスのカロリーは高いが発生ガス収率は少ない。さらに、ガス発生と同時にチャーやタールが多量に発生するために、これら生成物の分離処理が必要になってくる。また、分離しないで直接高炉に吹き込む場合には、タールやチャーによる詰まり付着防止対策が必要となること、また、スラグ分も高炉に直接吹き込まれること等の不都合な問題が発生する。
【００１１】
さらに、高出銑操業のために一般的に酸素富化操業を実施しているが、この操業により羽口先温度（フレーム温度）が上昇する他、熱流比（炉内を通過する固体の速度×固体の比熱）／（炉内を通過するガス速度×ガス比熱）が増加する。これは富化した酸素に相当する送風量を減じて（窒素量が減少することになる）、高炉ボッシュガス中のＣＯ濃度を高めて鉱石の還元速度を上昇させる操業となり、結果としてボッシュガスを減じることに繋がる。
【００１２】
そこで本発明においては、微粉炭吹き込みによる種々の問題点の解決を図るべく、微粉炭に因らざる他の還元材によって高炉操業を実施する方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは下記手段にある。
（１）  微粉炭吹込みを行わず、高炉羽口からの還元ガス量１１０ｋｇ／ｔ・ｐを超える還元ガスのみの吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスをガス改質炉に導き、そのガスにさらに水蒸気と微粉炭を吹き込みにより還元ガス中の水素量の増加と還元ガス量の増加を図り、高カロリー化・高還元性能のガスとなし、該還元ガス生成時に発生するスラグ、チャー、灰分のうちスラグを分離除去した粗製還元ガスとし、還元ガス温度として５００℃以下に低下せしめた還元ガスを高炉の通常羽口のブローパイプ内に臨ませたランスとこれに加え別途設けた還元ガス供給羽口を介し、高炉内へ供給することを特徴とする高炉への還元ガス吹き込み方法。
【００１５】
（２）  前記還元ガスを高炉へ吹き込むに当たり、還元ガスとして還元ガス生成時に発生するスラグ、チャー、灰分のうちスラグとチャーを分離除去した粗製還元ガスを用いる（１）に記載の高炉への還元ガス吹き込み方法。
（３）  前記還元ガスを高炉へ吹き込むに当たり、還元ガスとして還元ガス生成時に発生するスラグ、チャー、灰分の全てを分離除去した精製還元ガスを用いる（１）または（２）に記載の高炉への還元ガス吹き込み方法。
【００１６】
（４）  前記高炉羽口からの還元ガス吹き込みに当たり、別途設けた還元ガス供給羽口は、通常羽口の近傍に設置して用いる（１）〜（３）の何れかに記載の高炉への還元ガス吹き込み方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは高炉へ吹き込む微粉炭に代えて使用できる還元材について鋭意研究検討を重ねた結果、種々の操業条件からみて従来の通常操業で、微粉炭のみの吹き込み量で最大使用量１５０ｋｇ／ｔ・ｐの限界値を超えることは、高炉を安定して操業させるためには困難であるとの結論に到達した。
【００１８】
そこでこの微粉炭に代え得る還元材とし、従来法で提案されている種々の還元材について試行してみたがいずれも望ましい結果が得られなかったが、微粉炭をガス化して使用してみた結果、代替還元材として極めて有効であり、さらにそのガスの改質をおこなってみたところ、よりよい還元材が得られることが判明し、この還元材の使用によって微粉炭換算で、約２００ｋｇ／ｔ・ｐまでの還元材を使用できることが可能であるとの知見を得、本発明の完成をみるに至った。
【００１９】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、微粉炭から還元ガスを製造し高炉羽口に供給するまでの設備フローを示したものである。
まず、石炭５を粉砕設備２にて１００μ程度の微粉状に破砕し、次いでガス化炉３に装入する。一方、破砕された微粉炭５を部分燃焼させるための酸素６（空気または酸素富化空気でもよい）を該ガス化炉３に供給し、炭化水素を主成分とする微粉炭中の揮発分を揮発させる。炭化水素は酸素と反応し、主に一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2 ）を生成し、一部二酸化炭素（ＣＯ2 ）と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）にまで反応が進む。
【００２０】
しかし、還元ガスの生成を目的とするので過剰酸素率は、石炭５の炭化水素量に見合った量の供給に止め、できるだけＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの発生を抑制できるよう考慮する。このようにして生成したガスは１５００〜１６００℃の高熱を有しており、このままの状態で高炉内に供給することもできるが、さらにこのガスをガス改質炉４に導入して、微粉炭７を供給することにより高カロリー化・高還元性能のガスとなすことができる。
【００２１】
またガス改質炉４において、水蒸気８を供給すると供給した水蒸気（Ｈ2 Ｏ）は、高温雰囲気下でＨ2 とＯ2 に分解し還元ガス中のＣＯ、Ｈ2 濃度を上昇させることができ、前記した還元ガスの還元力の不足を補う効果を有する。また、供給された微粉炭中の炭素が完全燃焼したＣＯ2 およびＨ2 Ｏと反応し、還元ガス９としてのＣＯ、Ｈ2 ガスに改質され、還元ガスとしての潜熱を上昇させることができる。
【００２２】
このときの上記反応は吸熱反応であるため、ガス化炉３で発生する高温のガス温度を高炉使用に適する温度１２００℃程度まで低下させることができ、還元ガス温度の調整が可能である。このとき供給すべき還元ガス量が多い場合、または、熱バランス的にガス温度が高炉で使用すべき温度よりも高い場合、温度によってガス容積が変わってくる。
したがって、熱交換器等を用いることにより、還元ガス温度を５００℃程度までに温度を低下させることも考慮する必要がある。例えば、熱交換器によって熱交換された熱は、ボイラー等の熱源として有効利用に役立つ。
このようにして得られた還元ガス９は、ランスを通してブローパイプを流れている熱風１０へ供給される。
【００２３】
前述したように本発明者らは、微粉炭を空気や酸素等の酸化剤と反応させてガス化させるが、酸素と微粉炭の比率を調整し、Ｃ＋１／２Ｏ2 ＝ＣＯ反応である部分燃焼反応を利用して多量の還元ガスを生成させ、さらにガス組成をより高カロリーまたは高還元性能に変えるため、微粉炭添加、水蒸気添加等によるＣ＋ＣＯ2 ＝２ＣＯまたはＣ＋Ｈ2 Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ2 反応により、ＣＯ、Ｈ2 の量を増やせることに着目した。
本発明によれば、ガス化による温度上昇（約１５００℃）により、タール分のガス化、スラグの溶融滴下により分離が可能となり、さらには微粉炭添加、水蒸気添加等を組み合わせることによりガス温度の調節も可能であり、高炉羽口からの吹き込みが極めて容易となる。
【００２４】
本還元ガスを用いることにより、還元ガス使用量を微粉炭に換算して（以下同様）例えば、２００ｋｇ／ｔ・ｐレベルとすることができ、コークス比も低減できる。また微粉炭吹き込み時に持ち込まれる灰分の影響もなくなり、高炉操業の安定にもつながる。さらに、羽口先温度調整やボッシュガス量確保の点で酸素富化操業との併用も可能となり、高出銑比操業の達成も容易となる。
【００２５】
本発明において、高炉に使用できる還元ガスとしては、ガス改質炉で生成される不純物等の夾雑物を含んだ粗製ガスでもよいが、スラグ分離除去したガス、またはスラグとチャーを分離除去したガス、さらにはスラグ、チャー、灰分等の夾雑物を全て取り除いた精製ガスが最も好ましい。しかしこれ等の夾雑物を分離除去するためには設備的に複雑な装置を必要とし還元ガス製造コストの上昇にも繋がり、また還元ガス供給ランスの保全管理にも影響を及ぼす。
したがって、還元ガスとしてどの段階のガスを用いるかは、高炉操業上供給される還元ガス（供給量にもよるが）からもたらされる影響の度合いと、還元ガスのコストとの兼ね合いから決めるべきで、徒にクリーンなガスのみしか使用できないということではない。
【００２６】
図２は還元ガスを高炉羽口へ供給するためのブローパイプにおけるランス配設状態を示した模式図である。
図において、高炉炉壁１１には羽口１２が設けられ、羽口１２の後端にブローパイプ１３が連接されている。ブローパイプ１３には加熱空気等が供給されており、ブローパイプ１３を介して羽口１２から炉内１４に送風される。
このような送風羽口において、ランス１８がブローパイプ１３を貫通して加熱空気の通路内で開口し、該ランス１８を介して還元ガスがブローパイプ１３内に吹き込まれるように構成されており、羽口１２の前方にはガスにより噴流１５が形成され、さらに、炉内１４に充填されたコークスが旋回しながら燃焼する領域、すなわちレースウエイ１６が形成されている。
【００２７】
高炉内への還元ガス吹き込み量であるが、前述のように現在の高炉操業では微粉炭量は、最大限１５０ｋｇ／ｔ・ｐが限界値と言われている。しかし、本発明によれば還元ガスを用いることにより、２００ｋｇ／ｔ・ｐまでは可能となる。
これらの吹き込み還元ガス量は高炉操業における炉況の安定性、吹き込み設備の規模によっても当然左右されるものであり、一概に適正範囲を決めることは困難である。
【００２８】
一方、ブローパイプを介してランスで高炉へ供給するためにはランスの搬送限界量を超える惧れもある。このような場合には、ブローパイプに還元ガス吹き込みに適した何等かの工夫を必要とする。
例えば、図３に示したように高炉の通常羽口のブローパイプ内面に、該ブローパイプの軸線に対して垂直断面がほぼ長方形の扁平形状を有する還元ガス供給管２０を、ブローパイプ軸線に対して長径方向を平行とし、かつ鋭角の傾斜を持たせて設置して還元ガスの大量供給に対処することも考慮する必要がある。
【００２９】
また、高炉操業においては、羽口からの送風に酸素を富化して出銑量の増大を図っているが、この場合においても本発明の還元ガス吹き込み量は、羽口部のフレーム温度が一定になるように心掛ける。
さらに多くの還元ガス量を吹き込みたい時（ガスバランスの調整、高炉下部温度の調整）には、別途設けた還元ガス供給羽口を使用する。
【００３０】
図４は還元ガスの供給量を多くしようとする場合に採用できる手段の１例につて、その装置（還元ガス供給羽口）例の概略を示した図面であるが、本発明においては、供給する還元ガスが大量の場合には、ブローパイプに繋がる高炉の通常羽口の他に、通常羽口の近傍に別途還元ガス供給羽口２５を設置し、この羽口と併用して還元ガスを供給するものである。
【００３１】
本発明における還元ガス供給量の大小については、特段にその量を定める必要は無いが、従来からの本発明者らの経験から判断して、還元ガス量１１０ｋｇ／ｔ・ｐを一応の目安となし、供給還元ガス量が１１０ｋｇ／ｔ・ｐ未満の場合は、通常羽口のブローパイプから供給し、この値を超える場合は、別途設けた還元ガス供給羽口から供給するのが好ましい供給羽口の選択方法と言える。
しかし、これは飽くまでも羽口選択の１例であって、このような供給方法に限らず、通常羽口に供給する還元ガス量を減少し、別途設置した還元ガス供給羽口と併用して還元ガスを供給することは何等差し支えない。
【００３２】
また、高炉の通常羽口からの還元ガスの供給に何等かの支障を生じ、所定量の還元ガス量を確保できない場合（還元ガス供給中のランスの数の如何に拘らず）には、還元ガス供給ラインを全面的に切り替えて別途設置した還元ガス供給羽口より還元ガスを供給し、所望の還元ガス供給量を確保することは可能である。
なお、当然のことながら還元ガス供給羽口を積極的に使用しない場合であっても、高炉の内圧に抗し得るだけの圧力を有する少量の還元ガスは、絶えず該還元ガス供給羽口から供給して置かなければならず、還元ガス供給羽口内への高炉炉内ガスまたは半溶融物の逆流を防ぐ必要がある。
このように、高炉の通常羽口の他に還元ガスの供給のために別途羽口を設置することによって、還元ガス供給の自由度が格段に広がり、高炉操業上多大な効果が期待できる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明の効果を実際の高炉に適用した実施例によって説明する。
操業を行った高炉は内容積３２７３ｍ3 を有する高炉であり、この高炉に種々の還元ガスについて、ブローパイプより通常羽口を通して高炉内へ吹き込みを行った。この場合のランスは図２に示したランスを用いた。また供給還元ガスが多量の場合は、図４に示した還元ガス供給羽口を併用した。
【００３４】
【表１】
0004392100.tif 000002
【００３５】
表１に微粉炭の部分燃焼で得られるガス（Ａ）、さらに水蒸気添加で得られるガス（Ｂ）、微粉炭添加で得られるガス（Ｃ）、さらに水蒸気と微粉炭添加を両方実施して得られるガス（Ｄ）、さらにまたガス（Ｄ）からララグを分離除去したガス（Ｅ）の５種類のガス組成を示した。
またこれらの還元ガスを用いて高炉において還元ガス吹き込みを実施したときの操業条件を表２に示し、さらにその操業によって得られた操業結果を表３に示した。
【００３６】
【表２】
0004392100.tif 000003
【００３７】
【表３】
0004392100.tif 000004
【００３８】
本実施例における実施番号１〜５は、還元ガスの種別を変え通常羽口から還元ガスを吹き込んだ例であり、実施番号６〜１０は同様還元ガスの種別を変え大量の還元ガスを通常羽口から吹き込んだ例である。
実施番号１１〜１５は通常羽口と専用羽口を併用し、還元ガスの種別を変えて還元ガスを吹き込んだ例であり、実施番号１６〜２０は同様に通常羽口と専用羽口の併用で大量のガスを吹き込んだ例である。
【００３９】
表２および表３から明らかなように、還元ガスの通常羽口からの吹き込みで炉況の安定化が図られる。また、還元ガスからスラグの除去を強化することにより、燃料比の低下、出銑量の上昇がみられた。
しかし、還元ガスの通常羽口からの吹き込み量を増すと燃料比・出銑量共に若干の悪化する傾向にあった。また、還元ガスを専用羽口から吹き込むと、燃料比の低減効果、出銑量の増大効果を図ることができた。さらに、還元ガスを専用羽口から吹き込むと、燃料比の低減を期待することはできるが、出銑量の増大効果は期待できない。
【００４０】
以上から、本発明によれば従来例での微粉炭吹き込みに代えて、還元ガスを微粉炭に換算して２００ｋｇ／ｔ・ｐまで吹き込むことができ、安定した高炉操業の基で出銑量を増大させ、コークス比の低減が可能になった。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、予め微粉炭を高炉外にてガス化炉で還元ガスを生成し、さらにそのガスを改質炉にて高カロリー化・高還元性能のガスとなし、羽口部より還元ガスを吹き込むことにより高炉の炉熱が確保され、出銑比が向上し、燃料比低下が図られ、安定した溶銑供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】還元ガス製造のフローを示す図
【図２】高炉羽口部のランス配設状態を示す模式図
【図３】ブローパイプに還元材供給管を設置した状態を示す側断面図。
【図４】通常の高炉羽口の他に別途設けた羽口の配設状態を示す概略図
【符号の説明】
１  高炉
２  粉砕設備
３  ガス化炉
４  ガス改質炉
５  石炭
６  酸素
７  微粉炭
８  水蒸気
９  還元ガス
１０  熱風
１１  炉壁
１２  羽口
１３  ブローパイプ
１４  炉内
１５  噴流
１６  レースウェイ
１８  還元ガス供給ランス
２０  還元ガス供給管
２５  還元ガス供給羽口
【図１】
0004392100.tif 000005
【図２】
0004392100.tif 000006
【図３】
0004392100.tif 000007
【図４】
0004392100.tif 000008