(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭吹き込み操業において、高炉炉頂より、炉内の炉半径方向の炉中心部から炉半径の０．６倍までの範囲に、ＳｉＯ2含有副原料及びＭｇＯ含有副原料の混合物を装入することを特徴とする微粉炭吹き込み操業における炉芯昇熱方法。
【請求項２】
前記ＳｉＯ2含有副原料及びＭｇＯ含有副原料の混合物は、高炉炉頂より鉄鉱石と共に装入するか、または、単独で装入することを特徴とする請求項１に記載の微粉炭吹き込み操業における炉芯昇熱方法。
【請求項３】
前記ＳｉＯ2含有副原料が粉珪石または蛇紋岩からなることを特徴とする請求項１または２に記載の微粉炭吹き込み操業における炉芯昇熱方法。
【請求項４】
前記ＭｇＯ含有副原料がドロマイトからなることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の微粉炭吹き込み操業における炉芯昇熱方法。
【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、詳しくは、高炉羽口からの微粉炭吹き込み操業における副原料の装入による炉芯昇熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄用高炉は大量の銑鉄を製造でき、しかも熱効率が９０％と高い。このため、現在でも銑鉄製造の主流となっている。しかし、高炉は巨大な向流移動層であるために、生産性、生産弾力性等に問題があり、安定した生産性と溶銑品質の確保のためにはより一層の制御性の向上が望まれている。
【０００３】
一方、高炉では鉄源コスト競争力強化の観点から、安価原燃料の多量使用や高微粉炭比高Ｏ／Ｃ操業が実施されつつある。例えば、微粉炭比で１００ｋｇ／ｔ以上の微粉炭を高炉羽口から吹き込み、且つ１チャージあたりの鉱石とコークスの装入重量比（Ｏ／Ｃ）が４．０以上であるような高微粉炭比高Ｏ／Ｃの操業下では、微粉炭比の増大に伴う炉内の粉率上昇やＯ／Ｃの増大に伴う融着帯の垂れ下がり等が発生し、特に高炉炉芯部の通気・通液性が低下しやすくなる。
高炉炉芯部の通気・通液性の低下は、炉床湯流れの不均一さの問題を引き起こすため、安定した高生産性操業を継続するためには、高微粉炭比高Ｏ／Ｃの操業時における有効な炉芯の活性化技術の確立が望まれている。
【０００４】
上記高炉炉芯部の通気・通液性が低下した場合の対策としては、従来から知られている燃料比上昇や水蒸気添加のほかにも、最近いくつかの炉芯活性化方法が開示されている。例えば、特開平６−９３３１９号公報、特開平６−９３３２０号公報では、高炉の休風時に複数の羽口を介して高炉炉芯部の特性を測定することにより炉芯部の状態を判定し、加熱が必要な炉芯部位の近傍にある羽口から中空パイプを挿入して、その部位のコークスをサンプリングすることにより通気孔を設ける方法がある。
【０００５】
また、特願平６−８３７８３号の公開公報（特開平７−２６８４１６号公報）では、高炉休風時あるいは操業時に炉芯粉率を測定し、粉率が２０％以上の場合に加熱が必要な部位や粉除去が必要な部位の近傍にある羽口から中空パイプを挿入して炉芯内コークスをサンプリングすることにより空洞の通気孔を設ける方法が提示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平６−９３３１９号公報、特開平６−９３３２０号公報、特開平７−２６８４１６号公報で示されている方法、すなわち羽口から炉芯内コークスのサンプリングを行い炉芯内に空洞の通気孔を設ける方法では、高炉休風時のコークスサンプリングにより形成された炉芯内の空洞の通気孔が送風立ち上げ時に確実に維持されている保証はない。
【０００７】
したがって、上記のような炉芯の通気孔から炉芯内へ高温ガスの一部を吹き込むことにより炉芯内のコークス、メタル、スラグを加熱したり、コークス粉除去を行う方法では、送風立ち上げ時の炉芯の通気孔の状態により、その効果にバラツキが生じてしまうため、安定して予想通りの効果を得ることは困難である。
また、この方法により炉芯内に形成された空洞の通気孔が仮に送風立ち上げ時に確実に維持されて炉芯部の温度が一時的に上昇したとしても、炉芯表層部位の通気・通液性を悪化させる根本的な原因を解消したわけではないため、操業時に再度炉芯部に通気・通液性の悪い部位が形成される可能性は大きい。
【０００８】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑み、特に高炉の微粉炭吹き込み操業時に炉芯温度低下の原因となる炉芯表層部の通気・通液性の悪化を、副原料を炉頂から装入することによって、根本的に解消することを目的とするものである。
【０００９】
【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）微粉炭吹き込み操業において、高炉炉頂より、炉内の炉半径方向の炉中心部から炉半径の０．６倍までの範囲に、ＳｉＯ2含有副原料及びＭｇＯ含有副原料の混合物を装入することを特徴とする微粉炭吹き込み操業における炉芯昇熱方法。
【００１０】
（２）前記ＳｉＯ2含有副原料及びＭｇＯ含有副原料の混合物は、高炉炉頂より鉄鉱石と共に装入するか、または、単独で装入することを特徴とする上記（１）に記載の微粉炭吹き込み操業における炉芯昇熱方法。
（３）前記ＳｉＯ2含有副原料が粉珪石または蛇紋岩からなることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の微粉炭吹き込み操業における炉芯昇熱方法。
（４）前記ＭｇＯ含有副原料がドロマイトからなることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載の微粉炭吹き込み操業における炉芯昇熱方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、先ず、特に高炉の高微粉炭吹き込み操業において顕著になる、炉芯部の通気・通液性の悪化および炉芯部の温度低下のメカニズムについて検討した。
一般に、高炉の炉芯部の昇温は、高炉上部から滴下してくるメタル及びスラグからの伝熱とレースウェイで発生する高温の還元ガスからの伝熱により行われることが知られている。
従来、高微粉炭比及び低燃料比指向の高Ｏ／Ｃ操業において発生する炉芯温度低下の原因は、高Ｏ／Ｃ操業に起因する融着帯レベルの低下や微粉炭吹き込み量の増大に伴う炉内粉率上昇であると考え、その対策としてＯ／Ｃの低下により融着帯レベル、すなわち炉下部の熱レベルを上昇させたり、微粉炭吹き込み量の低下により炉内粉率を低下させることにより炉芯温度の活性化を行っていた。
しかしながら、この方法では燃料比が上がるため銑鉄の生産量の低下や生産コストの上昇の問題を招いていた。
【００１２】
本発明者らは、上記の高微粉炭比及び低燃料比指向の高Ｏ／Ｃ操業における炉芯部の温度低下メカニズムを実験等により詳細に調査した結果、その原因は上記の他に、羽口から吹き込む微粉炭中のＡｓｈに含まれるＡｌ2 Ｏ3 及びＳｉＯ2に起因してレースウェイ奥で生成されるスラグのＡｌ2 Ｏ3 濃度及び塩基度（Ｃａ／ＳｉＯ2 ）が増加し、スラグの融点及び粘度が上昇するために、炉芯内部への還元ガスの通気性や滴下メタル及びスラグの通液性を阻害し、その結果、炉芯内部への伝熱量が減少するために炉芯温度が低下することが判った。
図２及び図３は、高炉休風時に羽口サンプリングを行い、その中の滴下スラグを分析した結果を示す。
図２及び図３から分かるようにレースウェイ奥（羽口先端から１．５ｍの近傍位置）の滴下スラグ中の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）およびＡｌ2 Ｏ3 の濃度がレースウェイ内や炉芯内に比べてそれぞれ高いことが判る。
【００１３】
本発明者らは、上記の現象を以下のように考察した。一般に微粉炭Ａｓｈ中に８０％前後のＡｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2 が含有されているが、図４に示すように羽口からレースウェイ内に吹き込まれた微粉炭Ａｓｈ中のＳｉＯ2 は、コークス中あるいは微粉炭中のカーボン（Ｃ）と反応してＳｉＯガスとなるため、レースウェイ奥に飛散していくＡｓｈの成分は、吹き込み直前の微粉炭Ａｓｈ成分に比べてしＳｉＯ2 濃度が低くＡｌ2 Ｏ3 濃度が高いものとなる。
したがって、図２及び図３に示されるようにレースウェイ奥で生成される滴下スラグ中の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）及びＡｌ2 Ｏ3 の濃度が、レースウェイ内や炉芯内に比べて高くなる原因は、上記メカニズムでＡｌ2 Ｏ3 濃度が高く、ＳｉＯ2 濃度が低いＡｓｈがレースウェイ奥に付着蓄積するためであると考えられる。この結果、レースウェイ奥の滴下スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 濃度が上昇し、ＳｉＯ2 濃度が低下することにより、滴下スラグの融点及び粘度は上昇するため、スラグは滴下し難くなりレースウェイ奥に滞留するようになり、最終的にレースウェイ奥における炉芯への高温還元ガスの通気性及び滴下メタル・スラグの通液性が悪化する。
【００１４】
以上のような現象は、多量微粉炭吹き込み操業時のように、コークス中に比べて反応性が高い微粉炭中のＡｓｈが多く吹き込まれる場合に顕著になると予想される。
本発明者らは、上記の知見を基に、微粉炭吹き込み操業時に燃料比を上げずに、炉頂から副原料を装入方法することでレースウェイ奥のスラグ組成（スラグ中のＳｉＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3 含有量）を制御し、スラグの融点及び粘度を低下し、炉芯への通気・通液性の向上及び炉芯の昇温を行う方法について検討した。
【００１５】
以下に本発明について詳細に説明する。
図５は、本発明の一例として多量微粉炭吹き込み操業時に高炉炉頂から副原料を装入した場合の羽口レースウェイ奥付近の様子を示す。
通常、高炉炉内１２への送風は、高炉炉壁９に設けられた羽口１０の後端に連結されたブローパイプ１１を介して、加熱空気等の高温ガスを供給することにより行われる。
また、微粉炭の吹き込みは、前記ブローパイプ１１を貫通してガス通路内に開口されたランス１５を用いて、微粉炭をガス通路内に吹き込むことにより行われる。
【００１６】
また、羽口１０前方には、吹き込れた高温ガスによる噴流域１３が形成され、さらに炉内１２に充填されたコークスが旋回しながら燃焼する領域、すなわちレースウェイ１４が形成される。ランス１５から吹き込まれた微粉炭は、その中に含まれるＡｓｈの含有成分であるＳｉＯ2 が噴流域１３の中で、コークス中のカーボン（Ｃ）、或いは吹き込まれた微粉炭中のカーボン（Ｃ）と反応してＳｉＯとなるため、微粉炭Ａｓｈ中のＳｉＯ2 濃度は低下し、Ａｌ2 Ｏ3 濃度は相対的に上昇する。
このようにして、Ａｌ2 Ｏ3 濃度及び塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が高くなった微粉炭中のＡｓｈは、レースウェイ１４奥のコークス充填層の空隙に付着蓄積して、高融点及び高粘度の滴下スラグを形成し、これが炉芯への通気・通液性を悪化させる原因となる。
【００１７】
本発明者らは、この炉芯への通気・通液性を改善するためには、レースウェイ奥に到達するＡｓｈ中のＡｌ2 Ｏ3 濃度及び塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を低下させる方法が有効であり、そのためにＳｉＯ2 濃度の高い副原料を高炉炉頂から装入することで達成できると考え、種々の副原料について検討を行った。
先ず、本発明者らは、炉頂から装入する副原料の銘柄として、ＳｉＯ2 濃度の高い副原料として塊珪石を考えた。しかし、この塊珪石の場合、塊珪石中のＳｉＯ2 成分の一部がコークス中あるいは微粉炭中のカーボン（Ｃ）と反応してＳｉＯとなるため、レースウェイ奥のＡｓｈのＡｌ2 Ｏ3 濃度および塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）の低下は期待できるものの、同時に溶銑中のＳｉを上昇させることがわかった。
【００１８】
そこで、本発明者らは、高い濃度でＳｉＯ2 を含有し、且つのＳｉＯ2 とカーボン（Ｃ）によるＳｉＯ生成反応を抑制する副原料として、ＳｉＯ2 とＭｇＯをそれぞれ４０％弱含む塊蛇紋岩に着目した。本発明者らの実験によれば、この塊蛇紋岩を副原料として用いた場合、塊蛇紋岩中に多量に含有するＭｇＯが微粉炭Ａｓｈ中のＳｉＯ2 の活量を低下させ、ＳｉＯ2 とコークス中あるいは微粉炭中のカーボン（Ｃ）との反応（ＳｉＯ生成反応）を抑制する作用があるため、溶銑中のＳｉを上昇させることなく、レースウェイ奥のＡｓｈ中のＡｌ2 Ｏ3 濃度および塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を低下できる。
【００１９】
また、上記の塊蛇紋岩を副原料として用いた場合と同等な効果を得るための方法として、塊珪石のようなＳｉＯ2 濃度の高い副原料と塊ドロマイトのようなＭｇＯ濃度の高い副原料を予め混合させて用いることも有効である。
本発明では、ＳｉＯ2 濃度の高い副原料を単独で高炉に装入するか、ＳｉＯ2濃度の高い副原料とＭｇＯ濃度の高い副原料を混合して装入するかは、高炉の操業条件によって使い分けることがより好ましい。
【００２０】
以上のように多量微粉炭吹き込み操業において、レースウェイ奥に到達するＡｓｈ中のＡｌ2 Ｏ3 濃度及び塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を低下させ炉芯への通気・通液性を改善するためには、高炉炉頂から装入した上記のＳｉＯ2 濃度の高い副原料がレースウェイ奥付近に多く到達するような副原料の装入方法が必要となる。
【００２１】
図６には、１／２０高炉模型の実験炉を用いて、高炉炉頂部から粒子状の副原料を炉半径方向における炉中心から炉半径の０．６倍までの範囲に装入し、それらが羽口レベルまで降下した際の副原料の分布状態を調査した結果を示す。
図６から炉半径方向の炉中心から炉半径の０．６倍までの範囲に装入した大部分の粒子状の副原料は、高炉の羽口レベルまで降下した際には、高炉内の炉芯表層部の位置からレースウイ奥の範囲に相当する炉半径の０．４〜０．８倍の範囲に０．３以上の高比率で存在することが分かった。
したがって、本発明では、炉半径方向の炉中心から炉半径の０．６倍までの範囲にＳｉＯ2 濃度の高い副原料を単独で、あるいは予め鉱石と混合して、高炉炉頂から装入することにより、高炉内の炉芯表層部の位置からレースウイ奥の範囲に相当する炉半径の０．４〜０．８倍の範囲に高比率で副原料を降下させ、レースウェイ奥の滴下スラグの塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）およびＡｌ2 Ｏ3 濃度を低下させることができ、その結果、図７に示す実炉での実験結果から炉芯への通気・通液性を代表する指標である下部Ｋ値を改善できることが分かった。
【００２２】
つぎに、本発明の実施にあたっての副原料の装入方法について、以下に説明する。
通常、鉄鉱石及びコークスの高炉原料の高炉内への装入は、先ず、それぞれの原料をホッパーからベルトコンベア上に切り出してベルトコンベアにより炉頂ホッパーに供給され、ベル高炉の場合は、大ベルを介して、ベルレス高炉の場合は、旋回シュートを介して、高炉内に順次層状に装入される。
また、高炉における通常の原料装入パターンは、１チャージとして、コークス（Ｃ）、鉄鉱石（Ｏ）、またはコークス（１Ｃ）、コークス（２Ｃ）、鉄鉱石（１Ｏ）、鉄鉱石（２Ｏ）の順序で行っている。
【００２３】
本発明の副原料を装入する方法としては、上記装入パターンの各原料の装入（Ｃ、Ｏまたは１Ｃ、２Ｃ、１Ｏ、２Ｏ）の間に副原料を単独で装入する方法と、上記装入パターンの鉄鉱石（Ｏ）中に副原料を配合して上記装入パターンで装入する方法がある。
前者の副原料の単独装入方法では、高炉内の炉半径方向の意図した位置に副原料を自由に装入できるが、Ｃ、Ｏの装入パターンの場合には、Ｃ装入後に副原料を装入し、１Ｃ、２Ｃ、１Ｏ、２Ｏの装入装入パターンの場合には、２Ｃまたは１Ｏの装入後に副原料を装入することにより、鉄鉱石（Ｏ、１Ｏまたは２Ｏ）による副原料の中心部への流れ込みを利用することがより好ましい。
後者の鉄鉱石中に副原料を配合して装入する方法は、発明者らの実験によれば、炉頂ホッパー用のベルトコンベア上に切り出された鉄鉱石の中間から後半部分に重なるように副原料を切り出すことによって、炉頂ホッパーの上部に副原料、下部に鉄鉱石がそれぞれ供給され、ホッパーから炉内への排出時に、先に鉄鉱石が炉壁近傍から炉中間部の範囲に装入され、その後、副原料が炉中間部から炉中心部の範囲に高い比率で装入することができる。
上記の２通りの副原料装入方法のうち、前者の方法は、１チャージ内のダンプ数が増加するため、高生産操業時には好ましくない。これらの何れの装入方法を用いるかは、高炉の操業条件に応じて選択される。
【００２４】
図１には、鉄鉱石中に副原料を配合して高炉に装入する場合の実施形態の一例をベル高炉（図１ａ）及びベルレス高炉（図１ｂ）のそれぞれにおいて示す。
コークス、鉄鉱石及び副原料は、それぞれベルトコンベアで炉頂に巻き上げられた後、大ベル１（ベル高炉の場合）あるいは旋回シュート２（ベルレス高炉の場合）を介して順次高炉の炉内に装入され、コークスの堆積層（１Ｃ、２Ｃ）３、鉄鉱石層（１Ｏ、２Ｏ）４が形成される。
鉄鉱石層４（この場合は、２Ｏに副原料を混合する）中の炉半径方向の炉中心部から中間部に高い比率で副原料を装入させる方法としては、ベルトコンベア上に切り出された鉄鉱石の中間から後半部分に重なるように副原料を切り出した後、高炉の炉頂ホッパー内に供給することにより炉頂ホッパー内の下部に鉄鉱石、その上部に副原料を貯めることができ、炉頂ホッパーから排出し、大ベル１（ベル高炉の場合）あるいは旋回シュート２（ベルレス高炉の場合）を介して炉内に装入することにより、コークスの堆積層３の上に、炉口半径方向の炉中心部から炉半径の０．６倍までの範囲に副原料が高い比率で存在した鉱石層４を形成することができる。
【００２５】
以上、本発明のように高炉炉頂からＳｉＯ2 濃度の高い副原料を炉半径方向の炉中心部から炉半径の０．６倍までの範囲に高い比率で装入することにより、ＳｉＯ2 濃度の高い副原料を羽口レースウェイ奥付近に高い比率で到達させることができる。これによって、多量微粉炭操業時にレースウェイ奥に到達するコークスＡｓｈ中のＡｌ2 Ｏ3 濃度及び塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を低下させることができ、高炉炉芯への通気・通液性を改善することができる。
本発明の実施により、高炉内に装入される副原料の総量が増加して炉内のスラグ比が上昇し、燃料比が上昇すると同時に通気・伝熱面からは問題が生じる可能性があるため、高炉原料として使用される焼結鉱の製造の際に使用される副原料を焼結鉱の品質を保証できる範囲で低減することが好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明を実際の高炉に適用した実施例について説明する。
３０００ｍ3 級の内容積を有する高炉を用いて表１に示す操業条件で微粉炭吹き込み操業を行った。
表１において、実施番号：１〜８は、ＳｉＯ2 を含有する副原料を装入した本発明例であり、実施番号：９〜１２は、副原料を装入しない比較例である。なお、表中の下部Ｋ値は、高炉炉下部の通気・通液性の代表的指標であり、下部Ｋ値が低いほど通気・通液性が高いことを示す
【００２７】
【表１】
0004307696.tif 000002
【００２８】
表１から実施番号：１〜８の本発明例は、微粉炭吹き込み量が１７０ｋｇ／ｔ以上の多量微粉炭吹き込み操業時においても、ＳｉＯ2 を含有する副原料を装入したことにより、実施番号：９〜１２の比較例に比べて下部Ｋ値が低くなり炉下部の通気・通液性が改善され、炉底底盤レンガ中心温度が高くなったことが分かる。
したがって、本発明の実施により多量微粉炭吹き込み操業時において炉下部の炉芯への通気状態を改善し、炉芯温度を上昇させることができ、高微粉炭比高Ｏ／Ｃ操業で安定操業ができることがわかった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、高微粉炭比及び低燃料比指向の高Ｏ／Ｃ操業において、燃料比を上げずに、高炉炉頂からＳｉＯ2 の含有量が高い副原料を装入することにより、羽口レースウェイ奥に滞留した滴下スラグ中のＡｌ2 Ｏ3 濃度及び高塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）を低下させ、滴下スラグの融点・粘性を下げることにより炉芯への通気・通液性を向上させることができる。
したがって、高微粉炭比高Ｏ／Ｃ操業においても炉芯への通気・通液性を常に良好な状態に維持することができ、高炉安定操業を継続できる等の多大な効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例である副原料の装入方法を説明するための模式図
【図２】高炉休風時の羽口サンプル中の滴下スラグ分析結果を示す図
【図３】高炉休風時の羽口サンプル中の滴下スラグ分析結果を示す図
【図４】微粉炭Ａｓｈ中のＡｌ2 Ｏ3 が高濃度になるメカニズムを示す図
【図５】本発明の炉内羽口からレースウェイ奥付近までの様子を示す模式図
【図６】１／２０高炉模型実験炉における粒子状副原料の炉頂部及び朝顔下部レベルのそれぞれのレベルにおける堆積分布を示す図
【図７】本発明適用時及び通常操業時の高炉内下部Ｋ値の関係を示す図
【符号の説明】
１：大ベル
２：旋回シュート
３：コークス層
４：中間部から中心部に副原料が混合して存在する鉱石層
５：鉱石
６：副原料が混合した鉱石層
７：ムーバブルアーマー（Ｍ・Ａ）
８：落下軌跡
９：高炉炉壁
１０：羽口
１１：ブローパイプ
１２：炉内
１３：噴射域
１４：レースウェイ
１５：微粉炭吹き込み用ランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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