(57)【要約】【課題】高炉から、有害物質である硫黄酸化物等になって大気中等に排気されるおそれがある高炉ガス中のＳ濃度を、環境へ影響を与えることがない排出規制量以下に制御することが容易にできる高炉操業方法を提供する。【解決手段】羽口から熱風と共に微粉炭を吹き込む高炉操業方法において、微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）と、微粉炭中のＳ量（Ｓｐｃ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）の関係が、ＰＣＲ×Ｓｐｃ≦８０になるように調整することにより、高炉から排気される高炉ガス中のＳ濃度を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口から熱風と共に微粉炭を吹き込む高炉操業方法において、
微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）と、その微粉炭中のＳ量（Ｓｐｃ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）を調整することにより、高炉から排気される高炉ガス中のＳ濃度を制御することを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）と、微粉炭中のＳ量（Ｓｐｃ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）の関係が、ＰＣＲ×Ｓｐｃ≦８０になるように調整することを特徴とする請求項１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、羽口から熱風と共に微粉炭を吹き込んで高炉操業を行う高炉操業方法に関するものであって、高炉から排気される高炉ガス中のＳ濃度が低濃度になるように制御することを特徴とするものである。
【背景技術】
【０００２】
羽口から熱風と共に微粉炭を吹き込んで高炉操業を行うことは従来から標準的な高炉操業として行われている。その操業の際に高炉から排気される高炉ガス中に含まれる炭酸ガスは地球温暖化問題の原因となると考えられ、その排出量の削減に向けた努力が世界的になされており、我が国では世界的にもトップレベルの技術が実用化されている。しかし、高炉ガス中に含まれる硫黄（Ｓ）の濃度については、炭酸ガスの濃度に比べて極僅かな濃度であるため特に注目はされておらず、現在まで管理されている事例は殆どなかった。
【０００３】
高炉炉内での硫黄（Ｓ）は、高炉操業中にその９割程度が高炉装入物に吸収されるが、残りの１割程度は高炉装入物に吸収されずに高炉ガス中に残るため、その高炉ガスと共に大気中等に排気されていた。高炉炉内でＳは、コークスと微粉炭より放出されるが、コークス中から放出されるＳの量は略一定で、しかも、コークス中のＳ濃度は微粉炭中に含まれるＳ濃度と比較して低く、また、コークス中から放出されるＳの略全てが高炉装入物に吸収されてしまうため、実際に、高炉ガス中に含まれるＳの濃度を管理するためには、羽口から熱風と共に吹き込まれる微粉炭の量等を管理することが有効で、その結果、高炉から排気される高炉ガス中のＳ濃度を制御することができると考えられる。
【０００４】
前記したように、高炉炉内で放出されたＳは、高炉操業中にその９割程度が高炉装入物に吸収されることから、溶銑（メタル）中やスラグ中のＳ濃度を低減する技術や、そのＳの含有量をもとに羽口からの吹き込み量を規定する技術が開発されており、下記に示す特許文献等にも開示されている。
【０００５】
特許文献１には、溶銑中のＳの含有量と、出銑口より排出されるスラグの塩基度とアルミナの含有量に応じて、羽口から粉状の媒溶剤を吹き込む技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、高炉低焼結鉱比操業において、造滓剤としてＣａＯ源および／又はＭｇＯ源との複合化合物又は混合物の粉体を羽口から吹き込み、高炉出滓塩基度ＣａＯ／ＳｉＯ２を１．２２〜１．３０の範囲に、また、出滓Ａｌ２Ｏ３を１７％以下に調整して溶銑中のＳｉ濃度、そしてＳ濃度を低減させる技術が開示されている。
【０００７】
更には、特許文献３には、羽口から熱風と共に微粉炭を吹き込んで高炉操業を行う高炉操業方法において、炉周辺部のガス利用率および粉状鉄源吹き込み量を調整して、レースウェイでのメタル中のＳ濃度を０．０５ｗｔ％以下にする技術が開示されている。
【０００８】
しかしながら、これらの文献に開示された技術の何れもが、溶銑（メタル）中のＳを対象とする技術であり、高炉から排気される高炉ガス中に含まれるＳの濃度に着目した技術ではない。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６０−４３４１２号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６１４０８号公報
【特許文献３】特開平１０−２１９３１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたもので、高炉で銑鉄を製造するために用いる銑鉄に対する微粉炭の量（質量比）を示す微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）と、その微粉炭中のＳ量（Ｓｐｃ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）を管理することで、高炉から、有害物質である硫黄酸化物等になって大気中等に排気されるおそれがある高炉ガス中のＳ濃度を、環境へ影響を与えることがない排出規制量以下に制御することが容易にできる高炉操業方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１記載の発明は、羽口から熱風と共に微粉炭を吹き込む高炉操業方法において、微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）と、その微粉炭中のＳ量（Ｓｐｃ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）を調整することにより、高炉から排気される高炉ガス中のＳ濃度を制御することを特徴とする高炉操業方法である。
【００１２】
本発明の請求項２記載の発明は、微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）と、微粉炭中のＳ量（Ｓｐｃ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）の関係が、ＰＣＲ×Ｓｐｃ≦８０になるように調整することを特徴とする請求項１記載の高炉操業方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高炉操業方法によると、高炉で銑鉄を製造するために用いる銑鉄に対する微粉炭の量（質量比）を示す微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）と、その微粉炭中のＳ量（Ｓｐｃ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）を管理することで、高炉から、有害物質である硫黄酸化物等になって大気中等に排気されるおそれがある高炉ガス中のＳ濃度を、環境へ影響を与えることがない排出規制量以下に制御することが容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らは、鋭意研究を進めた結果、高炉装入物へＳが吸収され、逆に放出が起こらない、ＦｅＳを安定相とする加硫温度域は９００〜１３００℃であり、この加硫温度域の変化が、高炉から排気される高炉ガス中のＳ濃度が変化する主要因であると推定した。
【００１５】
まず、本発明者らは、実炉で炉内の温度分布に及ぼす微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）の影響を調べた。炉内温度分布は、熱電対を固定したパイプを炉頂堆積表面に設置して装入物と共に降下させるという探査方法の垂直水平ゾンデにより測定した。その炉内温度の測定結果を図２に示す。測定位置は炉内の径方向の３点であり、熱電対を降下させた際に測定された温度が９００℃と１０００℃であるときの羽口Ａからの高さを３点毎に求め（９００℃時と１０００℃時の測定点は図２に黒点で示す）、その羽口Ａからの高さの平均値を図３の表にプロットし、９００℃と１０００℃毎に直線近似線を表記した。
【００１６】
９００℃時の羽口Ａからの高さ位置ｙと微粉炭比ｘの関係は、ｙ＝−０．０９９８ｘ＋３７．０１８、１０００℃時の羽口Ａからの高さ位置ｙと微粉炭比ｘの関係は、ｙ＝−０．０９１６ｘ＋２４．９７１という数式で夫々表すことができる。直線近似線の傾きの差から、微粉炭比ｘの増加と共に、９００℃〜１０００℃の温度域（図３における９００℃と１０００℃の直線近似線同士の間隔）は縮小することが分かる。その感度（９００℃と１０００℃の直線近似線の傾きの差）を求めると、（−０．０９９８）−（−０．０９１６）＝−０．００８２（ｍ／ｋｇ−ｃｏａｌ／ｔｈｍ）である。
【００１７】
レースウェイ内における微粉炭燃焼がＯ２燃焼からＣＯ２燃焼に変化するのは、微粉炭比が１００ｋｇ／ｔｈｍの時点であるため、ここでは、微粉炭比が１００ｋｇ／ｔｈｍの時点を基準とする。微粉炭比が１００ｋｇ／ｔｈｍの時点での９００℃〜１０００℃の温度域は、図３に示す９００℃と１０００℃の直線近似線同士の間隔から１１．２ｍと想定することができる。（図３の二本の直線近似線を更に左に延ばすと微粉炭比が１００ｋｇ／ｔｈｍの時点で、その間隔は１１．２ｍとなる。）
【００１８】
ＦｅＳを安定相とする加硫温度域は、前記したように９００〜１３００℃であるのに対し、ここでの実測値は９００℃〜１０００℃である。実測で得ることができなかった１０００℃を超える温度、すなわち、１０００℃超１３００℃以下では、軟化溶着帯下部温度測定結果からその変化が少ないこと、また、実測値は炉内の径方向３点の平均値であることを考慮し、９００〜１３００℃の縮小率は、９００℃〜１０００℃の５０％であると仮定した。
【００１９】
以上のことから、炉内の９００〜１３００℃温度領域の高さの縮小率は、０．００８２／１１．２×０．５＝０．０３７（％／ｋｇ−ｃｏａｌ／ｔｈｍ）であると考えられ、微粉炭比の増加と共に、Ｓのスラグ及び溶銑中への吸収率（Ｓ吸収率κ）は、０．０３７（％／ｋｇ−ｃｏａｌ／ｔｈｍ）低下すると推定できる。
【００２０】
図４に、９００℃〜１０００℃での実測値による炉内の９００〜１３００℃温度領域の高さの縮小率をもとに想定したＳ吸収率κに及ぼす微粉炭比の影響を示す。Ｓ吸収率κは、κ＝−０．０３７ｘ×１．０３７という数式で表すことができる。このＳ吸収率κを用いることにより、炉内でガス化したＳが高炉装入物に吸収されずに高炉ガス中に残る量を計算することができる。ここでは、微粉炭燃焼シミュレーションによって、レースウェイ内における微粉炭の燃焼率が７０％であると推定し、微粉炭中のＳ／Ｃモル比は０．００２０で一定であるとして、高炉ガス中のＳ量を求め出した。
【００２１】
ここで、微粉炭中のＳ／Ｃモル比が０．００２０であるとした理由を説明する。この微粉炭中のＳ／Ｃモル比は実験により求めた。図５に示す箱型電気炉（ＮＡＢＥＲ高温電気炉：ＣＨＵＧＡＩ  ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＣＯ．ＬＴＤ製）を用いて、大気雰囲気での微粉炭からのガス化の実験を行った。
【００２２】
微粉炭試料は、表１に示す性状の２種類の石炭を粉砕し、７５μｍ以下の径の微粉炭の質量割合が少なくとも５０％になるようにして実験に用いた。２種類の石炭を試料に用いたのは、微粉炭の種類に関わらず微粉炭中のＳ／Ｃモル比が略一定であることを確認するためである。ここでは、２種類の石炭をＬ炭、Ｊ炭として示す。Ｌ炭が高ＶＭ（ＶＭ＝揮発分）の石炭であるのに対し、Ｊ炭は中ＶＭの石炭である。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
実験では、アルミナ坩堝（内径４０ｍｍ）に、前記した試料を夫々１０ｇ装填し、大気雰囲気で加熱した。炉内温度は、保持温度１０００℃、１１００℃、１２００℃の３条件として、試料を装填後、１分、３分、５分、１０分後に夫々サンプリングした。
【００２５】
この実験結果を図６に示す。この図６には、Ｌ炭、Ｊ炭夫々の保持温度毎の時間経過による微粉炭中のＳ／Ｃモル比の変動を示す。燃焼の初期においては、微粉炭の性状差による違いが認められるが、燃焼時間の経過により、全ての微粉炭中のＳ／Ｃモル比は、略０．００２０になっていることが分かる。
【００２６】
図７に、高炉ガス中のＳ量ｙへの微粉炭中のＳ量ｘの影響を示す。プロットした点が実測値、直線近似線が計算値である。Ｙ＝０．０８３ｘ＋０．０２２７という直線近似線で示した計算値と、点で示した実測値は略一致する。この結果から計算値は正しいことが分かる。この図７によると、高炉から排気される高炉ガス中のＳ量が０．８ｋｇ／ｔｈｍ以下の場合には、計算値と実測値の間に差が殆どないことが分かる。
【００２７】
高炉から排気される高炉ガス中のＳ量が０．０９ｋｇ／ｔｈｍ以下のときの、微粉炭比（ＰＣＲ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）と、微粉炭中のＳ量（Ｓｐｃ、単位：ｋｇ／ｔｈｍ）の関係を示すグラフが図１である。例えば、ＰＣＲ×Ｓｐｃ≦８０（＝１００×０．８）になるように調整することで、高炉から排気される高炉ガス中のＳ濃度を低濃度に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明で規定する微粉炭比と、その微粉炭中のＳ量の関係の一例を示すグラフ図である。
【図２】高炉内の温度分布と、垂直水平ゾンデによる測定点を示す高炉の縦断面図である。
【図３】微粉炭比と、垂直水平ゾンデで測定した温度が９００℃と１０００℃であるときの羽口からの高さとの関係を示すグラフ図である。
【図４】Ｓ吸収率κに及ぼす微粉炭比の影響を示すグラフ図である。
【図５】微粉炭中のＳ／Ｃモル比を求めるための実験を行う箱型電気炉を示す説明図である。
【図６】Ｌ炭、Ｊ炭夫々の保持温度毎の時間経過による微粉炭中のＳ／Ｃモル比の変動を示すグラフ図である。
【図７】高炉ガス中のＳ量への微粉炭中のＳ量の影響を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００２９】
Ａ…羽口
【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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