(57)【要約】【課題】高炉の増産下においても、脱硫設備の増強・増設を行うことなく、都市近郊の製鉄所に課されている厳しい排ガス排出基準をも確実にクリアできる、高炉ガス中の気相Ｓ濃度を効果的に低減しうる高炉操業方法を提供する。【解決手段】高炉の羽口からストックラインまでの高さ方向距離（Ａ）に対する、炉内壁面における１２００℃の位置から炉中心における１２００℃の位置までの高さ方向距離（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．７以上となるように、装入物分布の制御を行うことを特徴とする高炉操業方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の羽口からストックラインまでの高さ方向距離（Ａ）に対する、炉内壁面面における１２００℃の位置から炉中心における１２００℃の位置までの高さ方向距離（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．７以上となるように、装入物分布の制御を行うことを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
前記装入物分布の制御が、炉中心部にコークス・カラムを形成しつつ、その周縁部側にコークス層と鉱石層とを交互に積層させるコークス中心装入を行うにあたり、炉内最上部における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）をそれぞれ、Ｒ／Ｒｏ≦０．１の炉中心部領域で０．１以下、０．６≦Ｒ／Ｒｏ≦１．０の炉周辺部領域で０．５以上とするものである、請求項１に記載の高炉操業方法。
ここに、Ｌｃはコークス層厚さ、Ｌｏは鉱石層厚さ、Ｒは炉半径方向における炉中心からの距離、Ｒｏは炉口半径である。
【請求項３】
前記装入物分布の制御が、さらに、炉内最上部におけるコークス層のテラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏを０．４〜０．９とするものである、請求項２に記載の高炉操業方法。
ここに、Ｒｔはコークス層のテラス長さである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の操業方法に関し、詳しくは、高炉ガス中のＳ濃度を低減しうる高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の炉頂から排出される高炉ガスは、鉱石や石炭由来のＳをガス状で含有していることから、高炉ガスを燃料として使用するボイラや熱風炉などの排ガス処理系統には脱硫設備が設置されている。
【０００３】
しかしながら、近年の鉄鋼需要増に対応して高炉の出銑量が増大し、これに伴う高炉ガスの発生量の増大により製鉄所からのガス状Ｓの排出濃度および総量とも増加する傾向にある。このため、特に、より厳しい排ガス排出基準を課せられている都市近郊の製鉄所では、該排ガス排出基準を守ることが困難になりつつあり、早急な対策が要請されていた。
【０００４】
対策の一つとして、脱硫設備を増強・増設することも考えられるが、脱硫設備の増強・増設は多大な設備コストがかかる問題がある。
【０００５】
したがって、脱硫設備の増強・増設に依存することなく、高炉操業によって高炉ガス中のガス状Ｓの含有量を低減する手段の開発が強く求められていた。
【０００６】
ここで、高炉内における気相中Ｓの移行経路に関しては、従来多くの研究がなされており、高炉内を上昇するボッシュガス中の気相中Ｓは、融着帯上方の熱保存帯で鉱石により吸収され、ＦｅＳの形態で大部分除去されるといわれている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００７】
しかしながら、従来のＳに関する高炉の技術開発は、ほとんどが溶銑中のＳ含有量の低減に関するものであり（例えば、特許文献１〜３参照）、高炉から排出される高炉ガス中の気相Ｓの濃度の低減に着目したものは見当たらず、該気相Ｓ濃度を効果的に低減しうる高炉操業条件については不明であった。
【非特許文献１】日本鉄鋼協会編：第３版 鉄鋼便覧、第II巻 製銑・製鋼、昭和５４年１０月１５日、ｐ.２３６
【非特許文献２】日本鉄鋼協会技術講座小委員会編：第３３・３４回西山記念技術講座、１９７５年６月１日、ｐ.１４３−１４４
【特許文献１】特開平０４−２４６１１２号公報
【特許文献２】特開平１０−２１９３１５号公報
【特許文献３】特開昭６０−４３４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、高炉の増産下においても、脱硫設備の増強・増設を行うことなく、都市近郊の製鉄所に課されている厳しい排ガス排出基準をも確実にクリアできる、高炉ガス中の気相Ｓ濃度を効果的に低減しうる高炉操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、実機高炉における、高炉ガスの成分分析結果や、垂直水平ゾンデによる高炉内温度分布の測定結果を用いて、高炉ガス中の気相中Ｓの濃度に及ぼす高炉内温度分布の影響などを鋭意調査した結果、気相中Ｓの鉱石への吸収速度（換言すれば、鉱石への加硫速度）は、温度が高くなるにつれて上昇するが、１２００℃近辺で最大になり、それよりさらに高い温度になると、軟化溶融した金属鉄からボッシュガス中への復硫反応が活発化し始め、気相中Ｓの吸収速度は低下する傾向を示すことを見出した。
【００１０】
上記知見より、気相中Ｓの鉱石へのＳ吸収量は、高炉内における１２００℃の等温面の面積に依存すると考え、実機高炉での検証を経て、以下の発明を完成するに至った。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、高炉の羽口からストックラインまでの高さ方向距離（Ａ）に対する、炉内壁面における１２００℃の位置から炉中心における１２００℃の位置までの高さ方向距離（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．７以上となるように、装入物分布の制御を行うことを特徴とする高炉操業方法である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記装入物分布の制御が、炉中心部にコークス・カラムを形成しつつ、その周縁部側にコークス層と鉱石層とを交互に積層させるコークス中心装入を行うにあたり、炉内最上部における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）をそれぞれ、Ｒ／Ｒｏ≦０．１の炉中心部領域で０．１以下、０．６≦Ｒ／Ｒｏ≦１．０の炉周辺部領域で０．５以上とするものである、請求項１に記載の高炉操業方法である。
ここに、Ｌｃはコークス層厚さ、Ｌｏは鉱石層厚さ、Ｒは炉半径方向における炉中心からの距離、Ｒｏは炉口半径である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記装入物分布の制御が、さらに、炉内最上部におけるコークス層のテラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏを０．４〜０．９とするものである、請求項２に記載の高炉操業方法である。
ここに、Ｒｔはコークス層のテラス長さである。
【００１４】
ここで「コークス層のテラス」とは、炉中心から炉壁へ向かってコークス層表面の傾斜角が１５°未満となる付近から炉壁までの領域とする（特公平６−８０１６５号公報、請求項２参照）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高炉の羽口からストックラインまでの高さ方向距離（Ａ）に対する、炉壁における１２００℃の位置から炉中心における１２００℃の位置までの高さ方向距離（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）を所定値（０．７）以上に規定したことで、高炉内にて１２００℃の等温面の面積が十分大きく確保され、炉内を上昇するボッシュガス中の気相中Ｓがほとんど鉱石に吸収されるので、高炉から排出される高炉ガス中の気相中Ｓの濃度を大幅に低減できるようになった。
【００１６】
この結果、高炉の増産下においても、脱硫設備の増強・増設を必要とすることなく（すなわち、設備コストの過度の上昇を招くことなく）、都市近郊の製鉄所に課されている厳しい排ガス排出基準をも確実にクリアできるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１８】
〔実施形態〕
本発明は、高炉の羽口からストックラインまでの高さ方向距離（Ａ）に対する、炉内壁面における１２００℃の位置から炉中心における１２００℃の位置までの高さ方向距離（Ｂ）の比（Ｂ／Ａ）が０．７以上となるように、装入物分布の制御を行うことを特徴とする高炉操業方法である。
【００１９】
ここで、図１に、垂直水平ゾンデにより測定した高炉の縦断面における炉内温度分布の一例を示す。
【００２０】
同図に示すように、羽口の高さ位置Ｔは、羽口の中心軸の高さ位置とし、ストックラインの高さ位置ＳＬは、通常操業時（減尺操業など非定常操業時を除く）における、最上層の装入物の上表面における最高高さ位置とする。
【００２１】
また、炉中心における１２００℃の位置Ｃ、および、炉内壁面における１２００℃の位置Ｗは、上記垂直水平ゾンデによる炉内温度分布の測定結果から求めることができる。なお、高炉内温度分布は、図１に示すように、縦断面の左右方向（図中では、Ｓ方向とＮ方向）で非対称となる場合が多いので、炉内壁面における１２００℃の位置Ｗは、縦断面の左右各方向の炉内壁面における１２００℃の位置Ｗ１およびＷ２を求め、これらの平均高さ位置として求めることができる。
【００２２】
あるいは、上記垂直水平ゾンデによる炉内温度分布の測定結果から求める方法に代えて、炉頂ガスサンプラで測定される炉径方向のガス温度分布およびガス組成分布と操業条件とから、高炉内伝熱反応シミュレーション計算モデルにより炉径方向の１２００℃の等温分布を計算し、その計算結果から炉中心における１２００℃の位置Ｃ、および、炉内壁面における１２００℃の位置Ｗを求めてもよい。
【００２３】
そして、（Ｂ／Ａ）を０．７以上とすると、炉中心領域では１２００℃等温面が上昇してストックラインに近づき、１０００℃程度の熱保存帯から１２００℃等温面までの高さ方向の幅は減少し、この領域での気相中Ｓの除去率は低下すると考えられるものの、高炉内全体で見れば、気相中Ｓの吸収が最も活発化する１２００℃近辺の温度域の面積が十分に大きく確保され、これにより、高炉下部から上昇するボッシュガスから、気相中Ｓが、高炉内を降下する間に金属化した鉱石によってほとんど吸収されてしまうため、炉頂から排出される高炉ガス中のＳ含有量が十分に低減される。
【００２４】
これに対して、（Ｂ／Ａ）が０．７未満では、炉中心領域では１２００℃等温面が下降してストックラインから遠ざかり、熱保存帯から１２００℃等温面までの高さ方向の幅は増加し、この領域での気相中Ｓの除去率は上昇すると考えられるものの、高炉内全体で見れば、気相中Ｓの吸収が最も活発化する１２００℃近辺の温度域の面積が不足し、ボッシュガスからの気相中Ｓの鉱石による吸収が不十分となり、炉頂から排出される高炉ガス中のＳ含有量が十分に低下しなくなる。
【００２５】
（Ｂ／Ａ）は、その上限には特に制約はないが、大きくしすぎると、炉頂ガス温度（特に、炉中心部のガス温度）が上昇し、還元材比の上昇や、炉頂設備の保護のため散水を強化する必要などが生じるので、０．９以下、さらには０．８以下とするのが好ましい。
【００２６】
（Ｂ／Ａ）を０．７以上にするには、例えば、ベルレス装入方式の高炉操業の場合には、以下の装入物分布制御手段を用いればよい。
【００２７】
すなわち、いわゆるコークス中心装入技術（例えば、特公平６−２７２８３号公報参照）を用いて高炉内に鉱石とコークスとを装入するに際し、旋回シュートの傾動角度および旋回数を適宜操作することにより（例えば、特開平１１−１１７００７号公報、段落［００２３］参照）、鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が、炉中心部領域で０．１以下、炉周辺部領域で０．５以上になるように装入を行う。
【００２８】
これにより、炉中心部領域であるＲ／Ｒｏ≦０．１の領域は、コークス・カラムが形成される領域に相当することから、この領域にはできるだけ鉱石の流れ込みを少なくする一方、炉周辺部領域である０．６≦Ｒ／Ｒｒｏ≦１．０の領域には鉱石を厚く積層させて、炉周辺部領域へのガス流れを抑制することで、中心ガス流を確保することができる。
【００２９】
この結果、１２００℃等温面は、炉中心部では上方に押し上げられる一方、炉壁部では炉下部に押し下げられるので、炉内壁面における１２００℃の位置Ｗから炉中心における１２００℃の位置Ｃまでの高さ方向距離（Ｂ）は十分に大きくなり、（Ｂ／Ａ）を０．７以上にすることができる。
【００３０】
ここで、炉中心部領域における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を０．１以下に規定したのは以下の理由による。すなわち、炉中心部領域における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が０．１を超えると、コークス・カラムが鉱石層で分断されることに加え、炉芯コークスとなるコークス・カラム中のコークスが鉱石の還元反応で生成したＣＯ２ガスにより反応劣化して粉化し、炉中心部の通気性が低下して炉中心部へのガス流が減少し、中心ガス流が維持できなくなり、（Ｂ）が小さくなって（Ｂ／Ａ）が０．７以上を確保できなくなるためである。
【００３１】
一方、炉周辺部領域における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を０．５以上に規定したのは以下の理由による。すなわち、炉周辺部領域における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が０．５を下回ると、高炉への鉱石装入量のバランスを保つために炉中間部領域（０．１＜Ｒ／Ｒｏ＜０．６）における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を上昇させる必要があり、炉中心部領域への鉱石の流れ込みが発生しやすくなるため、炉周辺部へのガス流れが過度に増加して炉中心部へのガス流が大幅に減少することになり、やはり（Ｂ）が小さくなって（Ｂ／Ａ）が０．７以上を確保できなくなるためである。
【００３２】
上記のように、鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が、炉中心部領域で０．１以下、炉周辺部領域で０．５以上になるように装入を行うとよいが、このような装入物分布を実現するためには、炉内最上部において、コークス層のテラス長さをＲｔとしたとき、テラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏを０．４〜０．９とするのが好ましい。ここで「コークス層のテラス」は、上述したように、炉中心から炉壁へ向かってコークス層表面の傾斜角が１５°未満となる付近から炉壁までの領域を差す。
【００３３】
従来の焼結鉱を主体とする高炉操業においては、コークス層のテラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏを０．３以下に制限して焼結鉱の分級作用を利用して中心流を確保するもの（例えば、特開２００５−３６３０５号公報、特開２００３−１３８３０４号公報、特開２０００−２１２６１３号公報、特開２０００−２１２６１２号公報参照）であったが、本推奨手段は、コークス層のテラス長さを従来とは逆により長い側に規定することで、炉中心部領域への鉱石（特にペレット）の流れ込みを抑制すると同時に、炉周辺部領域への鉱石の堆積を促進するところに特徴を有するものである。これにより、ペレットを例えば鉱石合計質量の５０質量％以上配合したようなペレット多配合高炉においても、確実に中心流を得ることができ、（Ｂ／Ａ）を０．７以上にすることができる。
【００３４】
ここで、コークス層のテラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏを０．４〜０．９に規定するのが推奨されるのは以下の理由による。
【００３５】
すなわち、コークス層のテラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏを０．４以上とすることで、周辺部領域である０．６≦Ｒ／Ｒｏ≦１．０の領域では、平坦なコークス層の表面に鉱石を装入することができ、鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を０．５以上にすることが容易に実現できる。なお、コークス層のテラスは、炉中心から炉壁に向かって１５°未満の傾斜角度であるので、ペレットの安息角（約２５°）より十分小さく、ペレットが炉中心部領域へ流れ込むことが確実に防止できることとなる。
【００３６】
他方、コークス層のテラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏを０．９以下とすることで、炉中心部領域であるＲ／Ｒｏ≦０．１の領域に、炉芯コークスとなるコークス・カラムを形成できることとなる。
【００３７】
（変形例）
上記実施形態では、本発明をベルレス装入方式の高炉操業に適用する例を示したが、本発明をベル装入方式の高炉操業に適用する場合は、コークスを中心装入専用シュートとベル方式装入装置（下ベルとアーマープレートとの組み合わせ）とを用いて炉中心部とその周縁部とに分けて装入するが、アーマープレートの角度および炉内側への変位量を適宜操作することにより、鉱石層厚さ比の調整を行うことができる（例えば、特開２００６−１３１９６７号公報、段落［００１７］〜［００１９］参照）。
【実施例】
【００３８】
本発明の作用効果を確証するため、内容積１８４５ｍ３（炉口半径Ｒｏ＝３．７ｍ）の実機高炉を用いたペレット多配合操業に対して本発明を適用し、その適用前後における操業結果の変化を調査した。
【００３９】
操業条件としては、鉱石配合はペレット７０質量％＋塊鉱石３０質量％に、外数で石灰石７４ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ、珪石２ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ、転炉スラグ１８ｋｇ／ｔ−ｐｉｇを配合したものとし、微粉炭比は１７８ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ、炉頂圧力はゲージ圧で１．７ｋｇｆ／ｃｍ２［ただし、１ｋｇｆ／ｃｍ２＝９８．０６６５ｋＰａ］に固定した。そして、比較例の期間ではコークス層のテラス長さＲｔを１．０ｍ（テラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏ≒０．２７）とし、発明例の期間ではテラス長さＲｔを１．５ｍ（テラス長さ比Ｒｔ／Ｒｏ≒０．４１）とした。
【００４０】
本発明適用前後における操業結果の変化を図１に示す。なお、同図最下段の炉頂中心部ガス温度は、長手方向に複数の測温点を備えた温度プローブ（クロスゾンデ）を炉口部に差し渡して炉口半径方向の温度分布を測定し、この温度分布から炉口中心におけるガス温度を推定したものである。
【００４１】
その結果、図１に示すように、比較例の期間から発明例の期間に移行することにより、出銑量を増加させても、送風圧力（すなわち、炉内圧力損失）および風圧変動は低下するとともに、炉頂ガス温度は上昇する傾向を示すことがわかった。
【００４２】
また、各期間において、炉内最上部における装入物表面のプロフィルをマイクロ波によるレベル計測装置を用いて測定した結果を図２に示す。同図（ａ）と（ｂ）とを比較すると、比較例の期間では、炉中心部領域で鉱石層厚さが約１５０ｍｍに達し、鉱石（特にペレット）の炉中心部領域への流れ込みが確認されたのに対し、発明例の期間では、炉中心部領域で鉱石層厚さは５０ｍｍ以下と非常に薄くなり、鉱石（特にペレット）の炉中心部領域への流れ込みが大幅に抑制されていることがわかる。また、比較例の期間では、炉内最上部において、コークス層のテラス表面の最高位置と中心部のコークス・カラム表面の最高位置との差ΔＨは約７００ｍｍであり、炉内最上部における鉱石層の平均層厚さＬｏ．ａｖ＝５９０ｍｍの約１２０％に達しているのに対し、発明例の期間では、ΔＨは約３６０ｍｍであり、Ｌｏ．ａｖの約６２％にすぎず、このようにコークス層のテラス表面と中心部表面（コークス・カラム表面）との高さの差が小さいことにより、鉱石（特にペレット）の炉中心部領域への流れ込みが大幅に抑制されたものと想定される。
【００４３】
また、同図（ａ）および（ｂ）のプロフィル測定結果よりＬｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）を計算し、その炉半径方向分布をそれぞれ同図（ｃ）および（ｄ）に示した。
【００４４】
同図（ｃ）と（ｄ）とを比較すると、比較例の期間では、炉内最上部における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が、炉中心部領域で約０．２となり０．１を超えるとともに、炉周辺部領域で０．５を下回る部分が存在するのに対し、発明例の期間では、炉内最上部における鉱石層厚さ比Ｌｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）が、炉中心部領域で約０．０７となり０．１以下になっているのと同時に、炉周辺部領域で常に０．５以上になっていることがわかる。
【００４５】
また、比較例と発明例の各期間において、所定の操業日数ごとに、垂直水平ゾンデにより炉内温度分布の測定を行ったが、その測定結果の一例を図３に示す。同図（ａ）に示すように、比較例の期間では、炉中心部の温度が低下する（へたる）一方、炉周辺部の温度が高くなり（持ち上がり）、いわゆる逆Ｖ字型の温度分布が崩れていわゆるＭ字型の温度分布になっており、（Ｂ／Ａ）の値は０．４７であった。
【００４６】
これに対し、発明例の期間では、中心部の温度が著しく上昇する一方、周辺部の温度が低下し、きれいな逆Ｖ字型の温度分布が得られ、中心ガス流が確保され、（Ｂ／Ａ）の値は０．７１となった。
【００４７】
また、上記比較例および発明例の期間において実測した、（Ｂ／Ａ）と高炉ガス中のガス状Ｓ濃度（種々のガス状Ｓ化合物をＳＯｘに換算した濃度、以下「換算ＳＯｘ濃度」という。）との関係を図４に示す。同図に示すように、比較例の期間では（Ｂ／Ａ）は常に０．７未満となり、高炉ガス中の換算ＳＯｘ濃度は常時３０ｐｐｍを超えるのに対し、発明例の期間では（Ｂ／Ａ）は常に０．７以上となり、高炉ガス中の換算ＳＯｘ濃度は常時３０ｐｐｍ以下になることがわかった。
【００４８】
図５に、本発明適用前後における、高炉ガス中の換算ＳＯｘ濃度の経時変化を示す。なお、本発明適用前後で、コークスはＳ含有量を同一レベルに維持したが、微粉炭については、本発明適用後は、本発明適用前に比べて高Ｓ炭の使用比率を１７％増加させた。同図に示すように、本発明適用前（比較例の期間）は、高炉ガス中の換算ＳＯｘ濃度は平均３４ｐｐｍであったものが、本発明適用後（発明例の期間）は、高炉へのインプットＳ総量を増加させているにも関わらず、高炉ガス中の換算ＳＯｘ濃度は平均２０ｐｐｍにまで低下し、本発明の適用により、高炉ガス中のガス状Ｓを大幅に低減できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明適用前後における高炉操業結果の変化を示す推移図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明適用前後における、高炉内最上部での装入物分布プロフィルを示すグラフ図であり、（ａ）は比較例、（ｂ）は発明例を示す。（ｃ）および（ｄ）は、本発明適用前後におけるＬｏ／（Ｌｃ＋Ｌｏ）の高炉半径方向分布を示すグラフ図であり、（ｃ）は比較例、（ｄ）は発明例である。
【図３】実機高炉での本発明適用前後における高炉内温度プロフィルを示す断面図であり、(a)は比較例、（ｂ）は発明例である。
【図４】（Ｂ／Ａ）と高炉ガス中の換算ＳＯｘ濃度との関係を示すグラフ図である。
【図５】本発明適用前後における高炉ガス中の換算ＳＯｘ濃度の変化を示す推移図である。
【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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