(57)【要約】【課題】水素含有率の高い還元材を吹き込む高炉操業を行なう際に、シャフト部の低温領域の拡大を防止し、炉頂ガス温度の低下を防止可能な高炉操業方法を提供すること。【解決手段】羽口９から、Ｈを１０質量％以上含有する還元材を吹き込む高炉操業において、高炉１の炉壁を熱媒体を流通させるステーブ２を用いて冷却する際に、シャフト部に設置されたステーブ２ａに常温超えの熱媒体を流通させることを特徴とする高炉操業方法を用いる。常温超えの熱媒体として合成油、鉱物油、石炭系タール類の中から選ばれる１種または２種以上を用いることが好ましい。【選択図】図１
2009221546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口から、Ｈを１０質量％以上含有する還元材を吹き込む高炉操業において、高炉の炉壁を熱媒体を流通させるステーブを用いて冷却する際に、シャフト部に設置されたステーブに常温超えの熱媒体を流通させることを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
常温超えの熱媒体として合成油、鉱物油、石炭系タール類の中から選ばれる１種または２種以上を用いることを特徴とする請求項１に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、羽口から水素含有率の高い還元材を吹き込む高炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が問題となっており、製鉄業においても排出ＣＯ2の抑制は重要な課題である。高炉は主にコークスおよび微粉炭を還元材として使用しており、炭酸ガス排出抑制を達成するためにはコークス等を水素含有率の高い還元材で置換する方策が有効である。水素含有率の高い還元材を高炉で用いる技術として、高炉にＬＮＧ（Liquefied Natural Gas：液化天然ガス）を羽口より吹き込み製銑工程で排出される炭酸ガスを低減させる低炭酸ガス排出製鉄法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、水素による酸化鉄の還元反応は比較的大きな吸熱反応であることが知られている。ＣＯガスおよびＨ2ガスによる酸化鉄還元時の反応および反応熱を以下の（ａ）〜（ｆ）に示す（例えば、非特許文献１参照。）。
３Ｆｅ2Ｏ3＋ＣＯ→２Ｆｅ3Ｏ4＋ＣＯ2（反応熱：＋３８ｋｃａｌ／ｋｇＦｅ）・・・（ａ）
Ｆｅ3Ｏ4＋ＣＯ→３ＦｅＯ＋ＣＯ2（反応熱：−３８ｋｃａｌ／ｋｇＦｅ）・・・（ｂ）
ＦｅＯ＋ＣＯ→Ｆｅ＋ＣＯ2（反応熱：＋６０ ｋｃａｌ／ｋｇＦｅ）・・・（ｃ）
３Ｆｅ2Ｏ3＋Ｈ2→２Ｆｅ3Ｏ4＋Ｈ2Ｏ（反応熱：＋５ｋｃａｌ／ｋｇＦｅ）・・・（ｄ）
Ｆｅ3Ｏ4＋Ｈ2→3ＦｅＯ＋Ｈ2Ｏ（反応熱：−９６ｋｃａｌ／ｋｇＦｅ）・・・（ｅ）
ＦｅＯ＋Ｈ2→Ｆｅ＋Ｈ2Ｏ（反応熱：−１１６ｋｃａｌ／ｋｇＦｅ）・・・（ｆ）
上記の反応式は、羽口からの投入水素量が増え、酸化鉄の還元のうち、水素還元の比率が大きくなっていくとシャフト部の温度が低下し、鉄鉱石、焼結鉱等装入物の低温領域での滞留時間が拡大する可能性があることを示唆している。シャフト部の低温領域の拡大は焼結鉱の還元粉化領域の拡大を意味し、還元による鉄鉱石等の粉化により、通気性および装入物降下挙動を悪化させる。また、炉頂ガスの温度も低下させることが指摘されている。炉頂ガス温度は高炉操業上１１０℃以上であることが望ましく、炉頂ガスの温度が低下すると、高炉ガス中の水分が凝結し、設備腐食をきたす等の問題が発生する。
【０００４】
そもそも、従来の通常の高炉操業では、低温領域はほとんど形成されることはなかった。高微粉炭比操業によって高炉へのインプット水素量が増加するケースはあるが、一般的に微粉炭のコークス置換率は通常で０．９程度であり、吹き込み原単位１５０ｋｇ／ｔを超えるような高微粉炭比の場合、置換率はさらに低下する。ゆえに、微粉炭比を増やす操業の場合はインプット水素量の増加とともに還元材比が増加し、炉上部温度はむしろ上昇するのが一般的であり、低温領域はほとんど形成されないためである。一方で、特許文献１に記載の方法のように、ＬＮＧを羽口より吹き込む方法では、天然ガスのコークス置換率は１．１〜１．２程度であり（例えば、非特許文献２参照。）、天然ガス吹き込み量増加に従って還元材比は低下するため、低温領域の形成が実際に問題となる。
【特許文献１】特開平３−２４０９０６号公報
【非特許文献１】「製銑ハンドブック」地人書館  １９７９年、ｐ．７８
【非特許文献２】「材料とプロセス１８」日本鉄鋼協会  ２００５年、ｐ．９８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、天然ガス等の、水素含有率の高い還元材を使用して、かつ還元材比低下を指向する操業を行なう場合、高炉にインプットされる水素増によりシャフト部の温度が低下するという問題がある。
【０００６】
従って本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、水素含有率の高い還元材を吹き込む高炉操業を行なう際に、シャフト部の低温領域の拡大を防止し、炉頂ガス温度の低下を防止可能な高炉操業方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）羽口から、Ｈを１０質量％以上含有する還元材を吹き込む高炉操業において、高炉の炉壁を熱媒体を流通させるステーブを用いて冷却する際に、シャフト部に設置されたステーブに常温超えの熱媒体を流通させることを特徴とする高炉操業方法。
（２）常温超えの熱媒体として合成油、鉱物油、石炭系タール類の中から選ばれる１種または２種以上を用いることを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水素含有率の高い還元材を吹き込む高炉操業において、シャフト部における炉壁部の温度低下を抑制することができる。また、炉頂ガスの温度低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
従来、高炉では炉壁保護の観点から、冷却装置としてステーブを用い、炉壁の内側に多数のステーブを円周方向及び高さ方向に配設させて冷却水を通水している。高還元材比操業（高微粉炭比操業）においては熱流比（降下する装入物の熱容量／炉内ガスの熱容量）が低下傾向となるため、より冷却を重視した操業を行なってきた。しかしながら、水素含有率の高い還元材を吹き込む場合には、上記のようにシャフト部の低温領域の拡大を助長することが懸念される。
【００１０】
そこで本発明者らは、シャフト部のステーブに用いられている熱媒体の温度を高めることを考えた。従来よりも温度の高い熱媒体を用いることで、炉壁部の温度低下を防止して、シャフト部の低温化が軽減されるとともに、炉体からの放散熱が軽減されることを見出して本発明に至った。これにより水素含有率の高い還元材を吹き込んだ際に問題となる低温領域の拡大と炉頂温度の低下が防止され、結果として、高炉操業を安定化し、還元材比の低減に寄与することができる。シャフト部のステーブには通常冷却水が通水されている。この冷却水の代替として、高温の熱媒油を流通させることが特に効果的である。
【００１１】
シャフト部冷却用のステーブの熱媒体は、通常は室温の水を用いるものであり、供給時の温度は４０℃程度であるが、本発明では常温超えの熱媒体をステーブに流通させるものとする。常温とは、熱媒体を特に冷やしたり、熱したりしないで用いる場合の温度であり、本発明で常温超えとは４０℃を超える温度とする。好ましくは、１００℃以上の熱媒体をステーブに流通させるものとする。熱媒体は２００℃以上とすることがさらに好ましい。３００℃以上とすることが特に好ましく、５５０℃以上とするとさらに効果的である。温度が高いほどシャフト部の温度低下を防止する効果が高いが、８００℃以上であると耐熱性の問題で設備が破損するおそれがある。以下、１００℃以上の熱媒体を用いる場合について説明する。
【００１２】
シャフト部のステーブの全てについて１００℃以上の熱媒体を用いることも可能であるが、シャフト部の上部のみに本発明を用いることが好ましい。シャフト部の上部としては、高炉の高さ方向で、羽口よりシャフト部上端迄のうちの、少なくとも上部１／３に前記熱媒体を用いることが好ましい。上記の場合において、上部２／３を最大限として前記熱媒体を用いることが更に好ましい。水素含有率の高い還元材を吹き込む高炉操業においては、シャフト上部の温度低下が顕著となるため、特に低温化が問題となる領域に本発明を適用することが効果的である。
【００１３】
尚、本発明において水素含有率の高い還元材とは、水素（Ｈ）を質量割合として１０％以上含有する、高炉内において鉄の還元材として作用する物質であり、具体的にはＬＮＧ（Ｈ含有率約２３質量％）、ＣＯＧ（コークスを製造する際に発生するコークス炉ガス：Ｈ含有率約２５質量％）、ＢＦＧ（高炉ガス：Ｈ含有率０．２〜０．５質量％）の水素含有量を１０質量％以上に高めたＢＦＧ改質ガス、都市ガス（Ｈ含有率約２３質量％）、液化石油ガス（ＬＰＧ：Ｈ含有率約２３質量％）、メタンを改質して得られた合成ガス（ＣＯとＨ2ガスとからなる還元性ガス、Ｈ含有率約１７質量％）等を用いることができる。ＢＦＧ改質ガスとは、ＢＦＧを水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ2Ｏ＝ＣＯ2＋Ｈ2）により改質し、水素含有率が１０質量％以上になるようにＣＯ2、Ｎ2を分離したガスである。ただし、水（Ｈ2Ｏ）の状態の水素は、本発明で用いる水素含有率の高い還元剤から除くものとする。水素ガスを用いることも可能であるが、純粋な水素ガスは、工業的に入手が困難である。入手が容易なガスとして、たとえば液化天然ガスや、都市ガスが望ましく、これらはメタンを主成分（概ねメタン８０体積％以上）とすることが多い。従って、メタンを約４４質量％含むＣＯＧを改質して水素含有量を高めたＣＯＧ改質ガス（Ｈ含有率約６５ｖｏｌ％）は特に水素含有率が高いので、ＣＯＧ改質ガスを羽口から吹き込む高炉操業に本発明を用いることは特に効果的である。上記水素含有率の高い還元材を、水素含有率の高い還元材吹き込み由来の水素分として３ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上、さらに好ましくは７ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上高炉に吹き込むことによって、本発明の効果をより良く発揮することができる。
【００１４】
図１は高炉の冷却水経路を示す概略図であり、これを用いて本発明の一実施形態を説明する。高炉１の炉壁内には多数のステーブ２が配設されている。水素含有率の高い還元材を羽口９より吹き込んだ際に、低温化が懸念される上部ステーブ２ａに１００℃以上の熱媒体として熱媒油を流通させる。熱媒油の初期通液に際しては所定温度まで昇温する必要があり、燃料を燃焼させた燃焼ガス３の熱により４で熱交換させる。ステーブ２ａを通過した際に、熱媒油は炉体より熱を授受し、昇温あるいは降温する。熱媒油温度が上昇した場合には所定温度まで冷却する必要があり、冷却媒体６を用いて７により熱交換させて冷却する。
【００１５】
高炉シャフト部における低温還元粉化を抑制（例えば、５００℃〜６００℃の領域の形成を抑制）するためには、それより高温の熱媒体をステーブに供給することが最も好ましいが、３００℃程度の熱媒体の供給であっても低温域の拡大防止には充分効果がある。
【００１６】
１００℃以上の熱媒体として使用する熱媒油としては通常、工業的に使用されている合成油、鉱物油、石炭系タール類等を用いればよく、使用雰囲気において、液状で、使用過程において大幅に劣化しないものを用いればよい。
【００１７】
熱媒油として用いる合成油について、具体的に例示すれば、ジメチルヂフェニルオキサイド混合物であるジフェニルＤＴ（Diphynyl DT：Bayer社製、使用温度範囲：〜３３０℃）、テキサーム（Texatherm：Texaco社製、使用温度範囲：〜３３０℃）などがあげられる。
【００１８】
熱媒油として用いる鉱物油としては、具体的に例示すれば、シリコン油、シェルサーミヤオイルＢ（Shell Thermia oil B：Shell社製）などがある。
【００１９】
熱媒油として用いる石炭系タールについて具体的に例示すれば、コールタール系の重質油、ピッチ、石炭液化油、特定の油種（カフジ等芳香族成分が多いもの）からの石油系の減圧残油、エチレンボトム油、改質油、ＦＣＣオイル等が挙げられる。
【００２０】
１００℃以上の熱媒体としては、熱媒油の他に、ガス等を用いることも可能である。特に高温の熱媒体としては燃焼ガス等を用いることが好適である。
【００２１】
熱媒体を流通させる上部ステーブ以外のステーブについては通常通り冷却水を用いて炉壁の冷却を行なう。羽口９からは送風を行い、水素含有率の高い還元材の他に、通常の高炉操業で吹き込みを行なう微粉炭等も吹き込むことが好ましい。
【実施例１】
【００２２】
本発明を内容積５０００ｍ3の高炉操業に適用した。水素含有率の高い還元材としてＬＮＧ（ＣＨ4：８８．５ｖｏｌ％、Ｃ2Ｈ6：４．６ｖｏｌ％、Ｃ3Ｈ8：５．４ｖｏｌ％、その他：１．５ｖｏｌ％）を用い、操業条件を変更して、操業Ｎｏ．１〜５を行なった。各操業の操業条件を表１に示す。操業Ｎｏ．１がベース操業である。
【００２３】
【表１】
2009221546.tif 000003
【００２４】
表１には、各操業における炉壁部温度と炉頂ガス温度の測定結果も併せて示す。ベース操業Ｎｏ．１に対し、ＬＮＧを吹き込んだ操業Ｎｏ．２では、炉壁部において大幅な温度低下が見られ、炉頂ガス温度が低下した。これにより、シャフト部で通気変動が顕著となり、操業が安定しなかった結果、減産となり出銑比が低下した。
【００２５】
これに対し、高炉のシャフト部上部を冷却するステーブの熱媒体として鉱物油のシェルサーミヤオイルＢを３００℃でステーブに供給した操業Ｎｏ．３、鉱物油のシェルサーミヤオイルＢを１００℃でステーブに供給した操業Ｎｏ．４、５５０℃の燃焼ガスをステーブに供給した操業Ｎｏ．５では、操業Ｎｏ．２に比べてシャフト部上部の炉壁部温度が上昇し、炉頂ガス温度も上昇し、出銑比が増加し、通気性が安定した。
【００２６】
操業Ｎｏ．１〜３について、シャフト部上部において水平ゾンデを用いて温度分布を測定した。温度測定は半径方向の７点（測定点１ｐ〜７ｐ）で行った。炉中心側が１ｐであり、炉壁側が７ｐである。結果を図２に示す。
【００２７】
図２によれば、操業Ｎｏ．２では半径方向において全体的に温度の低下が見られ、特に炉壁部において大幅な温度低下が見られた。しかしながら操業Ｎｏ．３の場合には、半径方向において中心部〜中間部にかけては操業Ｎｏ．２とほぼ同等であるが、炉壁部における温度は操業Ｎｏ．１とほぼ同等であった。断面積の大きい周辺部が通気変動に及ぼす影響は大きく、炉壁部分の温度が上昇することで、炉頂ガス温度が上昇し、安定操業には有効であることが分かる。
【００２８】
以上のように、水素含有率の高い還元材を吹き込む高炉操業においては、高炉のシャフト部を冷却するステーブの熱媒体の温度を上昇させることで、炉壁部の温度低下を抑制し、炉頂ガス温度の低下を防止して、安定操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略図。
【図２】炉上部ガス温度分布を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３０】
１    高炉
２    ステーブ
２ａ    上部ステーブ
２ｂ    下部ステーブ
３    燃焼ガス
４    熱交換
５    排ガス
６    冷却媒体
７    熱交換
８    冷却媒体
９    羽口
【図１】
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【図２】
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