(57)【要約】  高炉に装入されるコークスの粉率が上昇した場合であっても、高炉操業の安定化が実現できる高炉操業方法を提供することを目的とする。  炉下部に設けられた羽口から送風して高炉を操業する高炉操業方法であって、高炉へ搬送されるコークスの粒度分布を逐次測定し、粒度分布から求められる指標に応じて送風量およびコークス比の少なくとも一方を調整する。
2021085221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉下部に設けられた羽口から送風して高炉を操業する高炉操業方法であって、
前記高炉へ搬送されるコークスの粒度分布を逐次測定し、
前記粒度分布から求められる指標に応じて送風量およびコークス比の少なくとも一方を調整する、高炉操業方法。
【請求項２】
前記送風量を調整する場合であって、
前記指標の一定時間での変化量に対して第１の閾値を予め設定し、
前記第１の閾値が正の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が予め設定された第１の閾値以上である場合に前記送風量を減少させ、
前記第１の閾値が負の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が予め設定された第１の閾値以下である場合に前記送風量を減少させる、請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項３】
前記コークス比を調整する場合であって、
前記指標の一定時間での変化量に対して第２の閾値を予め設定し、
前記第２の閾値が正の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が予め設定された第２の閾値以上である場合に前記コークス比を高め、
前記第２の閾値が負の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が予め設定された第２の閾値以下である場合に前記コークス比を高める、請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項４】
前記指標の一定時間での変化量に対して第１の閾値と、前記第１の閾値の絶対値よりも大きい絶対値の第２の閾値を予め設定し、
前記第１の閾値および前記第２の閾値が正の値の場合は、
前記指標の一定時間での変化量が前記第１の閾値以上かつ前記第２の閾値未満となった場合に前記送風量を減少させ、
前記指標の一定時間での変化量が前記第２の閾値以上となった場合に前記コークス比を高め、
前記第１の閾値および前記第２の閾値が負の値の場合は、
前記指標の一定時間での変化量が前記第１の閾値以下かつ前記第２の閾値よりも大きい場合に前記送風量を減少させ、
前記指標の一定時間での変化量が前記第２の閾値以下となった場合に前記コークス比を高める、請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項５】
前記指標は前記コークスに含まれる粒径５ｍｍ以下のコークス粉の粉率である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高炉操業方法。
【請求項６】
前記指標はコークス充填層の空隙率である、請求項１から請求項４のいずれか一項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、高炉に装入されるコークスの粉率の変化に対応させて炉下部の羽口からの送風量を制御する高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉では、炉頂部から酸化鉄を主体とする鉄原料とコークスとが交互に装入され、炉下部の羽口から吹込まれる熱風によりコークスを燃焼させ、生成したＣＯを含む還元性ガスで焼結鉱や塊鉱石における酸化鉄を還元することで銑鉄を製造している。【０００３】
このような高炉の操業において、高炉の通気性は高炉の安定操業に大きく影響する。高炉の通気性を維持するには、コークス間に形成される空隙を確保することが重要であり、原料に小塊や粉が多く含まれると、当該小塊や粉で空隙が埋められてしまい、炉内の通気性が悪化し、高炉の操業が不安定になる。このため、高炉に装入される原料は、高炉装入前の篩分けにより、コークスは２５〜３５ｍｍ以上に、焼結鉱や鉄鉱石は５〜２５ｍｍ以上に粒度調整されるのが一般的である。しかしながら、通常の篩分け操作では、コークスに付着した粉を完全に除去することは困難である。コークスに付着した粉は、炉内で粉が分離し、炉内の通気性の悪化の原因となる。このため、高炉に装入される粉の量をタイムリーに把握することができれば当該粉の量に対応した高炉操業が可能になる。【０００４】
特許文献１および特許文献２には、コンベア上を搬送されるコークスに付着する粉の粉率を測定できる粉率測定装置が開示されている。特許文献１および特許文献２に開示された粉率測定装置では、予め塊コークスに付着した粉の粉率と塊コークスを撮像して得られる画像データにおける平均輝度との関係を把握しておき、コンベア上を高炉へと搬送される塊コークスを撮像して得られた画像データの平均輝度を用いて、当該塊コークスに付着した粉の粉率をオンラインで測定している。【０００５】
特許文献３には、高炉の炉頂バンカーの原料堆積角度から高炉原料の粉率を推定する粉率推定方法が開示されている。特許文献３に開示された粉率推定方法では、炉頂バンカーの原料堆積角度と、原料堆積角度と粉率との相関関係とを用いて高炉原料の粉率を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１８／１０１２８７号
【特許文献２】国際公開第２０１８／１８１９４２号
【特許文献３】特開２０１５−１９６８８８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】山田、外４名、「大型高炉の装入物分布と通気性」、ＫＡＷＡＳＡＫＩ  ＳＴＥＥＬ  ＧＩＨＯ  ＶОＬ．６（１９７４）Ｎｏ．１、Ｐ．１６−３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されているのは、高炉に装入される塊コークスの粉率を測定できる粉率測定装置および粉率測定システムのみであり、当該粉率を用いた具体的な高炉の操業方法については記載されていない。特許文献２には、粉率を用いた高炉の空隙率を測定する装置が開示されているが、高炉の操業方法については記載されていない。【０００９】
特許文献３に開示されているのは、高炉の炉頂バンカーの原料堆積角度から高炉原料の粉率を推定し、当該粉率に対して特定の閾値を設けて高炉操業を行う手法である。しかしながら、特定の閾値による管理では、粉率変動によって引き起こされる高炉の炉況悪化を防ぐことができない。本発明は、高炉に装入されるコークスの粒度分布が変わった場合であっても、当該粒度分布を測定し、測定された粒度分布から求められる指標を用いて羽口からの送風量およびコークス比の少なくとも一方を調整することで高炉操業の安定化を実現でき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】
【００１０】
上記課題を解決するための手段は、以下の通りである。
（１）炉下部に設けられた羽口から送風して高炉を操業する高炉操業方法であって、前記高炉へ搬送されるコークスの粒度分布を逐次測定し、前記粒度分布から求められる指標に応じて送風量およびコークス比の少なくとも一方を調整する、高炉操業方法。
（２）前記送風量を調整する場合であって、前記指標の一定時間での変化量に対して第１の閾値を予め設定し、前記第１の閾値が正の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が予め設定された第１の閾値以上である場合に前記送風量を減少させ、前記第１の閾値が負の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が予め設定された第１の閾値以下である場合に前記送風量を減少させる、（１）に記載の高炉操業方法。
（３）前記コークス比を調整する場合であって、前記指標の一定時間での変化量に対して第２の閾値を予め設定し、前記第２の閾値が正の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が予め設定された第２の閾値以上である場合に前記コークス比を高め、前記第２の閾値が負の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が予め設定された第２の閾値以下である場合に前記コークス比を高める、（１）に記載の高炉操業方法。
（４）前記指標の一定時間での変化量に対して第１の閾値と、前記第１の閾値の絶対値よりも大きい絶対値の第２の閾値を予め設定し、前記第１の閾値および前記第２の閾値が正の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が前記第１の閾値以上かつ前記第２の閾値未満となった場合に前記送風量を減少させ、前記指標の一定時間での変化量が前記第２の閾値以上となった場合に前記コークス比を高め、前記第１の閾値および前記第２の閾値が負の値の場合は、前記指標の一定時間での変化量が前記第１の閾値以下かつ前記第２の閾値よりも大きい場合に前記送風量を減少させ、前記指標の一定時間での変化量が前記第２の閾値以下となった場合に前記コークス比を高める、（１）に記載の高炉操業方法。
（５）前記指標は前記コークスに含まれる粒径５ｍｍ以下のコークス粉の粉率である、（１）から（４）のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
（６）前記指標はコークス充填層の空隙率である、（１）から（４）のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る高炉操業方法の実施により、高炉に装入されるコークスの粒度分布が変わったとしても、当該粒度分布から求められる指標に応じて羽口からの送風量およびコークス比の少なくとも一方を調整することで、炉内のガス流れの乱れを少なくでき、炉内の圧力バランスが大きく崩れるのを抑制できる。このように炉内の圧力バランスが大きく崩れるのを抑制することとで高炉操業の安定化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、粒度分布測定装置１０とその周辺の構成の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、コークス粉が付着した粒径３５ｍｍ以上の塊コークスの平均輝度と粉率との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、４時間でのコークスの粉率変化と炉内通気指数との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、４時間での空隙率の変化量と通気性指数との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、コークスの粉率の変動の一例を示すグラフである。
【図６】図６は、コークスの粉率（ａ）、羽口からの送風量（ｂ）および高炉の上部圧損（ｃ）の変動の一例を示すグラフである。
【図７】図７は、コークス比と上部圧損との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、コークス比と上部圧損との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を本発明の実施形態を通じて説明する。本実施形態に係る高炉操業方法では、高炉に装入されるコークスの粒度分布をオンラインで逐次測定する。図１は、粒度分布測定装置１０とその周辺の構成の一例を示す模式図である。図１を用いて粒度分布測定装置１０について説明するが、粒度分布をオンラインで逐次測定できる装置であれば、図１に示した粒度分布測定装置１０に限らず、他の測定装置を用いてもよい。
【００１４】
粒度分布測定装置１０は、撮像装置１２と、照明装置１４と、演算装置１６とを有する。高炉に装入されるコークス２０は、ホッパ２２に貯留される。ホッパ２２から排出されたコークス２０は、篩２４で篩われて、篩２４の目開きより小さい粒径の粉が落とされた後、コンベア２６によって高炉３０へ搬送される。本実施形態において、篩２４の目開きは３５ｍｍである。このため、コンベア２６によって搬送されるコークス２０は、粒径３５ｍｍ以上の塊コークスと、篩２４を用いて篩っても落下しない塊コークスに付着したコークス粉とを含む。塊コークスに付着したコークス粉の粒径を測定したところ、粒径５ｍｍ以下のコークス粉であった。本実施形態において、粒径５ｍｍ以下のコークス粉とは、目開き５ｍｍの篩いを通過するコークス粉を意味する。
【００１５】
撮像装置１２は、コンベア２６の上方に設けられ、コンベア２６によって搬送されるコークス２０を撮像して、画像データを作成する。撮像装置１２は、例えば、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ型の撮像センサおよびレンズを有するデジタルカメラである。撮像装置１２が設けられる高さは、コンベア２６上であって５００ｍｍ以上１０００ｍｍ以下とすることが好ましいが、搬送されるコークスの全幅が撮像できるように撮像装置１２が有する撮像センサの大きさおよびレンズの画角によって撮像装置１２が設けられる高さを調整してよい。
【００１６】
撮像装置１２は、コークス２０の表面からの反射光を含む光を撮像センサにて受光して画像データを作成する。コークス２０の表面に付着したコークス粉は、コークス２０の表面から反射される反射光に影響を及ぼす。このため、コークス２０の表面から反射された反射光を含む光を受光して作成された画像データには、コークス２０の表面に付着したコークス粉の情報が含まれる。
【００１７】
撮像装置１２で作成された画像データは、算出部と変換部（図示せず）とを有する演算装置１６へ出力される。演算装置１６は、撮像装置１２から出力された画像データを処理する。上述したように画像データは、コークス２０の表面に付着したコークス粉の情報を含むので、演算装置１６の算出部は、画像データからコークス粉の情報を含む特徴量を算出する。算出部は、特徴量として、例えば、画像データにおける各画素の輝度（０〜２５５）を算術平均して平均輝度を算出する。
【００１８】
図２は、コークス粉が付着した粒径３５ｍｍ以上の塊コークスの平均輝度と粉率との関係を示すグラフである。図２の縦軸は塊コークスに付着したコークス粉の粉率（質量％）の実測値である。横軸はコークス粉が付着した塊コークスを撮像して得られた画像データの平均輝度である。粒径３５ｍｍ以上の塊コークスは、目開き３５ｍｍの篩を用いてコークスを篩って準備した。塊コークスの表面に付着したコークス粉の粉率は、塊コークスを１２０〜２００℃で４時間以上恒量になるまで乾燥させた後、目開き５ｍｍの篩を用いて篩い、篩前の質量に対する篩い前後の塊コークスの質量差の割合として算出した。この方法は、乾燥状態では付着粉が剥離してくることを利用した方法である。粉が付着した塊コークスの画像データにおける平均輝度は、所定の照明の下、デジタルカメラで撮像して得られた画像データにおける各画素の輝度（０〜２５５）を算術平均することによって算出した。
【００１９】
図２に示すように、塊コークスに付着したコークス粉の粉率と塊コークスの画像データにおける平均輝度とは高い相関が見られ、相関の強弱を示す寄与率（Ｒ２）は０．６７であった。すなわち、塊コークスに付着したコークス粉の粉率と塊コークスの画像データにおける平均輝度との相関が強いことがわかる。
【００２０】
算出部によって算出された平均輝度は、変換部によって付着粉の粉率に変換される。変換部には、図２に示したコークス表面に付着したコークス粉の粉率と平均輝度との対応関係を示す回帰式が予め記憶されており、変換部は、当該回帰式を用いて算出部によって算出された平均輝度をコークス２０の表面に付着したコークス粉の粉率に変換する。
【００２１】
撮像装置１２は、予め定められた時間が経過した後、再び、コークス２０を撮像して画像データを作成する。予め定められた時間は、例えば、撮像装置１２が撮像するコークス２０の撮像範囲とコンベア２６の搬送速度によって定めてよい。すなわち、予め定められた時間を、コンベア２６の搬送方向における撮像範囲の長さを、コンベア２６の搬送速度で除して算出される時間としてよい。これにより、撮像装置１２は、コンベア２６の搬送方向に対して隙間無くコークス２０を撮像できる。撮像装置１２は、コンベア２６の搬送方向に対して垂直となる方向からコークス２０を撮像することが好ましい。
【００２２】
撮像装置１２で作成された画像データは再び演算装置１６に出力され、当該演算装置１６において、コークス２０に付着したコークス粉の粉率が算出される。本実施形態に係る粒度分布測定装置１０は、上記処理を繰り返し実行することで、コンベア２６で搬送されるコークス２０の表面に付着したコークス粉の粉率、すなわち、粒径５ｍｍ以下のコークス粉の粉率（以下、「コークスの粉率」と記載する場合がある。）をオンラインで測定でき、当該測定により、高炉３０に装入されるコークスの粒径５ｍｍ以下のコークス粉の粉率を把握できる。粒径５ｍｍ以下のコークス粉の粉率は、コークスの全質量に対する粒径５ｍｍ以下のコークス粉の質量割合を示すが、これはコークスにおける粒径５ｍｍ以下となる粒度と粒径５ｍｍ超えとなる粒度との粒度分布であるといえる。すなわち、本実施形態に係る粒径５ｍｍ以下のコークス粉の粉率は、コークスの粒度分布から求められる指標の一例である。
【００２３】
高炉３０では、炉頂部からコークス２０と焼結鉱等の鉄原料とを交互に装入し、炉下部の羽口から熱風を吹込んでコークス２０を燃焼させ、生成したＣＯを含む還元性ガスで酸化鉄を還元して銑鉄を製造する。高炉３０の安定操業を維持するには、高炉内の通気性を確保し、炉下部の羽口から吹込まれる高温のガス流れを安定化させることが重要である。しかしながら、高炉３０に装入されるコークス２０の粉率が高くなると、コークス間の空隙にコークス粉が入り込み、空隙率が低下して炉内の通気性が悪化する。炉内の通気性が悪化すると、炉内のガス流れが乱れ、炉内の圧力バランスが崩れて高炉操業が不安定になる。
【００２４】
図３は、４時間でのコークスの粉率変化と炉内通気指数との関係を示すグラフである。図３の横軸は４時間での粒径５ｍｍ以下のコークス粉率の変化量（質量％）であり、例えば、横軸の「−０．５」は、４時間でコークスの粉率が０．５質量％減少したことを示す。すなわち、横軸の粉率の変化量は、現在のコークスの粉率から、４時間前のコークスの粉率を減算した値である。現在のコークスの粉率とは、直前１時間に高炉に装入されたコークスの各チャージの粉率を逐次測定し、その平均をチャージの平均値とし、直前１時間の各チャージの平均値をさらに平均した値である。例えば、１時間で４チャージのコークスを高炉に装入する場合には、過去４チャージのコークスの粉率の平均値を現在のコークスの粉率としてもよく、これらの移動平均値を現在のコークスの粉率としてもよい。横軸の粉率の変化量は、この操作を１時間毎に実施し、現在のコークスの粉率から４時間前のコークスの粉率を減算した値である。
【００２５】
図３の縦軸は現在の炉内通気指数であり、この炉内通気指数が大きいことは炉内の通気性の周方向のバラつきが大きいことを示す。炉内通気指数とは、高炉内の周方向での温度のバラつきから高炉内でのガス流れのバラつきを評価する指数であって、図３の例では高炉のストックラインから約５ｍ下方の高さに高炉周方向に等間隔に設置した７本の温度計で高炉内周辺部のガスの温度を測定した値の標準偏差の値として測定される数値である。炉内通気指数１２０は、高炉操業における通気性の管理値として用いている値であり、炉内通気指数が１２０を超えると、炉内の圧力バランスが崩れて高炉操業が不安定になる。このため、炉内通気指数が１２０以下になるように制御する必要がある。
【００２６】
図３のプロットは、４時間前の炉内通気指数が１２０以下であった場合に、その後の４時間で高炉操業条件を変更しなかった場合の炉内通気指数の測定値を示す。図３に示すように４時間でコークスの粉率が０．５質量％以上増加すると、炉内通気指数が１２０を超える可能性が高くなる。このため、本実施形態に係る高炉操業方法では、高炉に装入されるコークスの粉率の１時間の平均値が４時間以内に０．５質量％以上上昇した場合に羽口から送風される熱風の送風量を、例えば、５％以上減少させる。これにより、粒径５ｍｍ以下のコークス粉が増えて炉内の通気性が悪化したとしても、羽口からの送風量を減少させることで炉内のガス流れの乱れを少なくでき、炉内の圧力バランスが大きく崩れることを抑制できる。
【００２７】
高炉に装入される原料によってはコークス粉の粉率が常に閾値を超える場合があるので、高炉に装入される原料の状況に対応させて閾値を変化させる必要がある。このため、特定の粉率の閾値による管理では炉内の圧力バランスを大きく崩れるのを防止することは難しい。加えて、装入されるコークス粉の粉率の変化が炉内の圧力バランスを崩れさせやすいことに着目すると、特定の粉率の閾値による管理ではなく、コークス粉の粉率の変化を表す粉率の変化量で管理することが好ましいといえる。
【００２８】
４時間以内におけるコークスの粉率の増加量０．５質量％は、一定時間における予め定められた変化量の第１の閾値の一例である。さらに、羽口からの送風量の減少は、羽口からの送風量の調整の一例である。送風量の減少は、複数回に分けて行ってもよい。送風量の減少を複数回に分けて行う場合には、送風量の減少量の１時間以内の合計が５％以上となるようにすればよい。１時間以内における送風量の合計の減少量が５％未満であると、炉内のガス流れの乱れを少なくする効果が得られない。一方、１時間以内における送風量の合計の減少量が多すぎると高炉操業の変動の原因となる場合がある。このため、１時間以内における送風量の合計の減少量は５％以上かつ１５％以下にすることが好ましく、５％以上かつ１０％以下とすることがより好ましい。
【００２９】
羽口からの送風量を５％以上減少させた後、コークスの粉率の１時間の平均値が低下することなく２時間以内に０．５質量％以上上昇した場合に、羽口からの送風量をさらに５％以上減少させることが好ましい。これにより、粒径５ｍｍ以下のコークス粉がさらに増えることで、炉内の通気性がさらに悪化したとしても、羽口からの送風量を減少させることで炉内のガス流れの乱れを少なくでき、炉内の圧力バランスが大きく崩れることをさらに抑制できる。
【００３０】
炉内の通気性の悪化に対して、炉内でスペーサーとして機能するコークスの装入量を増やす、あるいは、コークス装入量に対する鉄鉱石原料の装入量を減らして原料のコークス比を高めて対応するのが一般的である。しかしながら、コークス比を高めると、ＣＯ２の排出量が増えるとともに銑鉄の生産量も低下する。本実施形態に係る高炉操業方法では、高炉３０に搬送されるコークスの粒度分布を逐次測定し、粒度分布から求められる指標に応じて送風量を調整する。このように、原料のコークス比を高めることなく羽口から吹込む送風量を調整して対応することで、ＣＯ２の排出量の増加および銑鉄の生産量低下を抑制しつつ、通気性悪化によって炉内の圧力バランスが崩れて高炉操業が不安定になることを抑制できる。
【００３１】
一方、コークスの粉率の１時間の平均値が４時間以内に１．０質量％以上上昇した場合には、炉内の通気性が大きく悪化するので羽口からの送風量の調整だけでは対応が困難になる。このため、コークスの粉率の増加量が大きい場合には羽口からの送風量を調整するとともにコークス比も調整することが好ましい。コークス比とは、溶銑１トンを製造するのに用いられるコークス量（ｋｇ）を意味し、その単位はｋｇ／ｔ−ｐｉｇである。
【００３２】
上述のように送風量を５％以上減少させた状態で、コークスの粉率の１時間の平均値が４時間以内に１．０質量％以上増加した場合には、送風量の減少に加えて原料のコークス比を高めることが好ましい。具体的には、還元材比が６００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（溶銑１トン製造するのに用いられる還元材量（ｋｇ））を超えない範囲でコークス比を２０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上増加させる。例えば、微粉炭を５０〜２００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ吹き込んでいる状態で、コークス比が３６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以下である場合には、コークス比を３８０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに高め、コークス比が３６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇより大きく４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ未満の場合は、コークス比を４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに高める。コークス比が既に４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上の場合は、これ以上コークス比を高めない。
【００３３】
コークスの粉率の上昇に対して羽口からの送風量を減少させるとともにコークス比を高める場合には、４時間以内におけるコークスの粉率の増加量０．５質量％と、この値の絶対値よりも大きい絶対値となるコークスの粉率の増加量１．０質量％の２つの閾値を予め設定する。そして、４時間以内におけるコークスの粉率の増加量が０．５質量％以上１．０質量％未満となった場合、コークス比は変えずに羽口からの送風量を減少させる。４時間以内におけるコークスの粉率の増加量が１．０質量％以上となった場合、送風量は変えずにコークス比を高める。これにより、コークスの粉率の１時間の平均値が４時間以内に１．０質量％と大きく増加し、炉内の通気性が大きく悪化すると考えられる場合であっても、炉内の圧力バランスが大きく崩れることを抑制できる。４時間以内におけるコークスの粉率の増加量１．０質量％は、一定時間における予め設定された変化量の第２の閾値の一例である。さらに、コークス比を高めることは、コークス比の調整の一例である。上記例ではコークスの粉率の上昇に対して羽口からの送風量の減少とともにコークス比を増加させる対応を説明したが、これに限らず、送風量の減少のみで対応してもよく、コークス比の増加のみで対応してもよい。すなわち、本実施形態に係る高炉操業方法では、粒度分布から計算した指標に応じて送風量およびコークス比の少なくとも一方を調整する。これにより、炉内のガス流れの乱れを少なくでき、炉内の圧力バランスが大きく崩れるのを抑制でき、高炉操業の安定化が実現できる。
【００３４】
羽口からの送風量の減少量の合計が１５％以上となるか、風量比が１．２以下となった場合には、粒度分布測定装置１０を用いた送風量の制御を中止することが好ましい。送風量の減少量の合計が１５％以上となるか、風量比が１．２以下となる場合には、粒径５ｍｍ以下のコークス粉による通気性の悪化が原因ではなく、別の問題が発生している可能性が高い。このため、粒度分布測定装置１０を用いて送風量を制御するとかえって炉況を悪化させるおそれがある。このため、送風量の減少量の合計が１５％以上となるか、風量比が１．２以下となった場合には粒度分布測定装置１０を用いた送風量の制御を中止することが好ましい。ここで、風量比は、風量比＝羽口からの送風量［Ｎｍ３／ｍｉｎ］／高炉炉容積［ｍ３］で算出される値である。
【００３５】
羽口からの送風量を減少させた場合において、送風量を減少させてから４時間経過した後に、コークスの粉率の１時間の平均値が送風量を減少させた時よりも低下した場合には、羽口からの送風量を減少させる前の送風量に戻すことが好ましい。本実施形態において、羽口からの送風量を５％減少させた場合には羽口からの送風量を５％増加させ、羽口からの送風量を１０％減少させた場合（５％の減少を２回実施）には羽口からの送風量を１０％増加させて、送風量を元の送風量に戻すことが好ましい。
【００３６】
羽口からの送風量を減少させてから４時間が経過すると、炉内のガス流れが安定化する。このため、羽口からの送風量を減少させてから４時間経過後にコークスの粉率における１時間の平均値が増えておらず、当該粉率の平均値が低下した場合には羽口からの送風量を減少させる前の送風量に戻すことが好ましい。送風量を減少させてから４時間が経過した後に羽口からの送風量を元に戻すことで、炉内の圧力バランスを大きく崩すことなく、羽口からの送風量を元の送風量に戻すことができる。
【００３７】
同様に、コークス比を高めてから４時間が経過すると、炉内のガス流れが安定化するので、コークス比を高めてから４時間経過した後にコークスの粉率における１時間の平均値がコークス比を高めた時の粉率よりも増えておらず、当該粉率の平均値が低下した場合にはコークス比を高める前のコークス比に戻してもよい。このように、コークス比を高めてから４時間が経過した後にコークス比を元に戻すことで、炉内の圧力バランスを大きく崩すことなく、コークス比を元のコークス比に戻すことができる。
【００３８】
本実施形態に係る高炉操業方法では、粒度分布から求められる指標として、コークスの粉率を用いた例を示したが、これに限らない。例えば、粒度分布から求められる指標として、高炉内におけるコークス充填層の空隙率（以下、「コークスの空隙率」と記載する。）を用いてもよい。コークスの空隙率は、粒度分布測定装置１０によって測定された高炉に装入されるコークスの細粒の粒度分布と、例えば、レーザー距離計によって逐次測定されるコークスの粗粒の粒度分布と、非特許文献１に記載された佐藤、田口のモデルとを用いて算出できる。上記モデルによると、空隙率εは下記の数式（１）で算出できる。
【００３９】
【数１】
2021085221.tif 000003
【００４０】
上記数式（１）において、ａ、ｂ、ｃ、ｄはパラメータであり、粒子の種類によって実験的に決定される値である。例えば、コークスの場合は、ａ＝０．１５３、ｂ＝０．４１８、ｃ＝０．０１２２５、ｄ＝０．４１６である。ＤＰは調和平均粒径であり、ＩＳＰは下記数式（２）、数式（３）、数式（４）で定義される値である。
【００４１】
【数２】
2021085221.tif 000004
【００４２】
【数３】
2021085221.tif 000005
【００４３】
【数４】
2021085221.tif 000006
【００４４】
数式（３）、（４）において、Ｄｉは、各粒度の中心径であり、Ｗｉは、各粒度の篩下質量比率である。数式（３）によって定義されるＩＰは、粒度分布の分散を表す量であり、数式（２２）によって定義されるＩＳは、比表面積の分散を表す量であり、画像から抽出した特徴量から算出できる。このようにして求められる空隙率を本実施形態に係る高炉操業方法における粒度分布から求められる指標として用いてもよい。
【００４５】
図４は、４時間での空隙率の変化量と通気性指数との関係を示すグラフである。図４の横軸は４時間での空隙率の変化量（体積％）であり、例えば、横軸の「−５」は、４時間で空隙率が５体積％低下したことを示す。すなわち、横軸の空隙率の変化量は、現在の空隙率から、４時間前の空隙率を減算した値である。現在の空隙率とは、直前１時間に高炉に装入されたコークスの各チャージの空隙率を逐次求め、その平均をチャージの平均値とし、直前１時間の各チャージの平均値をさらに平均した値である。例えば、１時間で４チャージのコークスを高炉に装入する場合には、過去４チャージのコークスの空隙率の平均値を現在の空隙率としてもよく、これらの移動平均値を現在の空隙率としてもよい。横軸の空隙率の変化量は、この操作を１時間毎に実施し、現在の空隙率から４時間前の空隙率を減算した値である。
【００４６】
図４の縦軸は現在の炉内通気指数であり、この炉内通気指数が大きいことは炉内の通気性の周方向のバラつきが大きいことを示す。炉内通気指数の意味と測定方法は、図３の縦軸に示した炉内通気指数と同じである。
【００４７】
図４のプロットは、４時間前の炉内通気指数が１２０以下であった場合に、その後の４時間で高炉操業条件を変更しなかった場合の炉内通気指数の測定値を示す。図４に示すように４時間で空隙率の変化量が−５体積％以下となると、炉内通気指数が１２０を超える可能性が高くなる。このため、空隙率を指標とする実施形態に係る高炉操業方法では、高炉に装入されるコークスから求められる空隙率の１時間の平均値の変化量が４時間以内に−５体積％以下となった場合に羽口からの送風量を５％以上減少させる。これにより、空隙率が低下して炉内の通気性が悪化したとしても、羽口からの送風量を減少させることで炉内のガス流れの乱れを少なくでき、炉内の圧力バランスが大きく崩れることを抑制できる。この４時間以内における空隙率の変化量−５体積％は、一定時間における予め設定された変化量の第１の閾値の他の例である。羽口からの送風量の減少は、１回で行ってもよく、複数回に分けて行ってもよい。
【００４８】
高炉に装入される原料によっては、空隙率が常に閾値を超える場合があるので、高炉に装入される原料の状況に対応させて閾値を変化させる必要がある。このため、空隙率の特定の閾値による管理では炉内の圧力バランスを大きく崩れるのを防止することは難しい。加えて、空隙率の変動が、炉内の圧力バランスを崩れさせやすいことに着目すると、特定の空隙率の閾値による管理ではなく、空隙率の変化量で管理することが好ましいといえる。
【００４９】
羽口からの送風量を５％以上減少させた後、空隙率の１時間の平均値が上昇することなく２時間以内に−５体積％以下変化した場合に、羽口からの送風量をさらに５％以上減少させることが好ましい。これにより、空隙率がさらに低下することで、炉内の通気性がさらに悪化したとしても、羽口からの送風量を減少させることで炉内のガス流れの乱れを少なくでき、炉内の圧力バランスが大きく崩れることをさらに抑制できる。
【００５０】
一方、空隙率の１時間の平均値の変化量が４時間以内に−１０体積％以下となった場合には、炉内の通気性が大きく悪化するので羽口からの送風量の調整だけでは対応が困難になる。このため、空隙率の低下量が大きい場合には羽口からの送風量を調整するとともにコークス比も調整することが好ましい。上述のように送風量を５％以上減少させた状態で、空隙率の１時間の平均値の変化量が４時間以内に−１０体積％以下となった場合には、送風量の減少に加えて原料のコークス比を高めることが好ましい。具体的には、還元材比が６００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（溶銑トンあたりｋｇ）を超えない範囲で、コークス比を２０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上増加させる。例えば、微粉炭を５０〜２００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ吹き込んでいる状態で、コークス比が３６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以下である場合には、コークス比を３８０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに高め、コークス比が３６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇより大きく４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ未満の場合は、コークス比を４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに高める。コークス比が既に４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上の場合は、これ以上コークス比を高めない。
【００５１】
空隙率の低下に対して羽口からの送風量を減少させるとともにコークス比を高める場合には、４時間以内における空隙率の変化量−５体積％と、この値の絶対値よりも大きい絶対値となる当該空隙率の変化量−１０体積％の２つの閾値を予め設定する。そして、４時間以内における空隙率の変化量が−１０体積％より大きく−５体積％以下となった場合、コークス比は変えずに羽口からの送風量を減少させ、４時間以内における空隙率の変化量が−１０体積％以下となった場合、送風量を減少させずにコークス比を高める。これにより、空隙率の１時間の平均値の変化量が４時間以内に−１０体積％以下となり、炉内の通気性が大きく悪化すると考えられる場合であっても、炉内の圧力バランスが大きく崩れることを抑制できる。４時間以内における空隙率の変化量−１０体積％は、一定時間における予め設定された変化量の第２の閾値の他の例である。上記例では空隙率の低下に対して羽口からの送風量の減少とともにコークス比を増加させる対応を説明したが、これに限らず、送風量の減少のみで対応してもよく、コークス比の増加のみで対応してもよい。
【００５２】
羽口からの送風量を減少させた場合において、送風量を減少させてから４時間経過した後に、空隙率の１時間の平均値が送風量を減少させた時よりも上昇した場合には、羽口からの送風量を減少させる前の送風量に戻すことが好ましい。羽口からの送風量を５％減少させた場合には羽口からの送風量を５％増加させ、羽口からの送風量を１０％減少させた場合（５％の減少を２回実施）には羽口からの送風量を１０％増加させて、送風量を元の送風量に戻すことが好ましい。
【００５３】
羽口からの送風量を減少させてから４時間が経過すると、炉内のガス流れが安定化する。このため、羽口からの送風量を減少させてから４時間経過後に空隙率の１時間の平均値が低下せず、当該空隙率の平均値が上昇した場合には羽口からの送風量を減少させる前の送風量に戻すことが好ましい。送風量を減少させてから４時間が経過した後に羽口からの送風量を元に戻すことで、炉内の圧力バランスを大きく崩すことなく、羽口からの送風量を元の送風量に戻すことができる。
【００５４】
同様に、コークス比を高めてから４時間が経過すると炉内のガス流れが安定化するので、コークス比を高めてから４時間経過した後に空隙率の１時間の平均値がコークス比を高めた時の空隙率よりも低下せず、当該空隙率の平均値が上昇した場合にはコークス比を高める前のコークス比に戻してもよい。このように、コークス比を高めてから４時間が経過した後にコークス比を元に戻すことで、炉内の圧力バランスを大きく崩すことなく、コークス比を元のコークス比に戻すことができる。
【００５５】
以上、粒度分布から求められる指標の例として、コークス粉の粉率を用いる例と、空隙率を用いる例を説明した。どちらの場合も、一定時間での指標とする値の変化量は、現在の指標の値から一定時間前の指標の値を減算した値である。コークス粉率を指標とする場合には、コークスの粉率が増加する場合が高炉操業にとって好ましくなく、空隙率を指標とする場合には空隙率が減少する場合が高炉操業にとって好ましくない。従って、コークス粉率を指標とする場合には、第１または第２の閾値として正の値を設定し、変化量がその閾値以上となった場合に送風量やコークス比を調整することが好ましい。一方、空隙率を指標とする場合には、第１または第２の閾値として負の値を設定し、変化量がその閾値以下となった場合に送風量またはコークス比を調整することが好ましい。
【実施例１】
【００５６】
本実施形態に係る高炉操業方法を実施した実施例１を説明する。実施例１の高炉操業方法では、粒度分布から求められる指標としてコークスの粉率を用いた。目開き３５ｍｍの篩により篩われたコークスを、コンベアを用いて高炉の貯骸槽に搬送するとともに、粒度分布測定装置１０を用いて搬送されるコークスの粉率をオンラインで測定した。コークスを貯骸槽から４チャージ／時間で高炉に装入した。測定された各チャージのコークスの粉率の平均値を求め、４チャージの平均をもってコークスの粉率とした。このコークスの粉率を用いて羽口からの送風量およびコークス比を制御した。【００５７】
羽口からの送風量の制御として、コークスの粉率が４時間以内に０．５質量％上昇した場合には羽口からの送風量を５％減少させ、さらに当該粉率が２時間以内に０．５質量％以上上昇した場合には羽口からの送風量を５％減少させた。コークス比の制御として、コークスの粉率が４時間以内に１．０質量％以上上昇した場合であって、コークス比が３６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以下である場合にはコークス比を３８０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに高め、コークス比が３６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇより大きく４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ未満の場合にはコークス比を４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに高めた。コークス比が４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上の場合には、これ以上コークス比を高めなかった。【００５８】
羽口からの送風量を減少させた場合において、送風量を減少させてから４時間経過した後にコークスの粉率が送風量を減少させた時の粉率よりも低下した場合には、羽口からの送風量を減少させる前の送風量に戻した。さらに、コークス比を高めてから４時間経過した後に、コークスの粉率がコークス比を高めた時の粉率よりも低下した場合には、コークス比を高める前のコークス比に戻した。【００５９】
図５は、コークスの粉率の変動の一例を示すグラフである。図５において、横軸は時間（ｄａｙ）であり、縦軸は粒径５ｍｍ以下のコークスの粉率（質量％）である。図５に示した□は、羽口からの送風量を５％減少させたことを示し、○は、コークス比を増加させたことを示す。一方、△は、送風量またはコークス比を変更する前に戻したことを示す。【００６０】
図６は、コークスの粉率（ａ）、羽口からの送風量（ｂ）および高炉の上部圧損（ｃ）の変動の一例を示すグラフである。図６において、横軸は時間（ｈ）であり、図６（ａ）の縦軸は粒径５ｍｍ以下のコークスの粉率（質量％）であり、図６（ｂ）の縦軸は送風量（Ｎｍ３/ｍｉｎ）であり、図６（ｃ）の縦軸は上部圧損（ｋＰａ）である。ここで、上部圧損とは、炉頂部の圧力と、炉内のストックラインから約１０ｍ下部に設けられた圧力計の圧力との差圧（ｋＰａ）である。【００６１】
図６（ａ）に示すように、粒度分布測定装置１０によって測定されたコークスの粉率が６.０ｈ以降に上昇しはじめ、８．５ｈの時点で１時間の粉率の平均値が４ｈ以内に０．５％上昇したことが検出されたので送風量を５％減少させた（図６（ａ）の□）。粒径５ｍｍ以下の粉率の１時間の平均値が４時間以内に０．５質量％上昇すると炉内の通気性が悪化して上部圧損が大きくなるところ、図６（ｃ）に示すように上部圧損は大きくならなかった。このことから、送風量を５％減少させることで、コークスの粉率の１時間の平均値が４時間以内に０．５質量上昇したとしても上部圧損が大きくならず、炉内の圧力バランスが大きく崩れることを抑制できることが確認された。【００６２】
さらに、羽口からの送風量を５％減少させた後、４時間経過後にコークスの粉率が送風量を減少させた時よりも低下したので、羽口からの送風量を５％増加させて送風量を変更前の送風量に戻した（図６（ａ）の△）。コークスの粉率の１時間の平均値が４時間以内に０．５質量上昇し、炉内の通気性が悪化したことに対応して送風量を５％減少させたので、送風量を５％増加させると、その分、上部圧損指数が大きくなることが懸念されたが、図６（ｃ）に示すように上部圧損指数は大きくならなかった。このことから、羽口からの送風量を元に戻す時期を、送風量を減少させてから４時間経過後とすることで炉内の圧力バランスが安定化し、羽口からの送風量を元に戻したとしても上部圧損指数が大きくならず、炉内の圧力バランスが大きく崩れることを抑制できることが確認された。【００６３】
実施例１の高炉操業方法の効果を確認するため、同一の高炉において、送風量およびコークス比の制御を適用する前２ヶ月間（比較例１）と、送風量およびコークス比の制御を適用した後の２ヶ月間（実施例１）とで、コークス比と上部圧損の関係を調査した。図７は、コークス比と上部圧損との関係を示すグラフである。図７の横軸はコークス比（ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）であり、縦軸は上部圧損（ｋＰａ）である。比較例１の期間におけるコークスの平均強度ＤＩ（１５０／１５）は８２．８、平均粒径は４２．７ｍｍ、平均粉率は０．６％であった。実施例１の期間のコークスの平均強度ＤＩ（１５０／１５）は８２．７、平均粒径は４２．８ｍｍ、平均粉率は０．７％であった。このように、コークスの平均的な性状は比較例１の期間と実施例１の期間とでほとんど同じであった。【００６４】
図７に示すように、実施例１の高炉操業方法に基づいてコークスの粉率を測定し、当該粉率に基づいて送風量およびコークス比の調整を行った場合のコークス比に対する上部圧損の関係を示す実施例１のプロットの近似直線は、送風量およびコークス比の調整を行っていない比較例１のプロットの近似直線よりも低くなった。この結果から、実施例１の高炉操業方法を適用することで、上部圧損の上昇を抑制できることが確認された。炉内通気性が悪化することで上部圧損が上昇することから、実施例１の高炉操業方法を適用することで炉内通気性の悪化を抑制でき、これにより、高炉操業の安定化が実現できることが確認された。
【実施例２】
【００６５】
次に、本実施形態に係る高炉操業方法を実施した実施例２を説明する。実施例２の高炉操業方法では、粒度分布から求められる指標として空隙率を用いた。目開き３５ｍｍの篩により篩われたコークスを、コンベアを用いて高炉の貯骸槽に搬送するとともに、特許文献２に記載の方法で、搬送されるコークスの細粒の粒度分布と粗粒の粒度分布をオンラインで測定し、コークスの空隙率を求めた。コークスを貯骸槽から４チャージ／時間で高炉に装入した。測定された各チャージのコークスの空隙率の平均値を求め、４チャージの平均をもってコークスの空隙率とした。このコークスの空隙率を用いて羽口からの送風量およびコークス比を制御した。【００６６】
羽口からの送風量の制御として、空隙率の１時間の平均値の変化量が４時間以内に−５体積％以下となった場合には羽口からの送風量を５％減少させ、さらに当該空隙率の１時間の平均値の変化量が２時間以内に−５体積％以下となった場合には羽口からの送風量を５％減少させた。コークス比の制御として、空隙率の１時間の平均値の変化量が４時間以内に−１０体積％以下となった場合であって、コークス比が３６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以下である場合にはコークス比を３８０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに高め、コークス比が３６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇより大きく４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ未満の場合にはコークス比を４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに高めた。コークス比が４００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上の場合には、これ以上コークス比を高めなかった。【００６７】
羽口からの送風量を減少させた場合において、送風量を減少させてから４時間経過した後に空隙率が送風量を減少させた時の空隙率よりも増加した場合には、羽口からの送風量を減少させる前の送風量に戻した。さらに、コークス比を高めてから４時間経過した後に、空隙率がコークス比を高めた時の空隙率よりも上昇した場合には、コークス比を高める前のコークス比に戻した。【００６８】
実施例２の高炉操業方法の効果を確認するため、同一の高炉において、送風量およびコークス比の制御を適用する前２ヶ月間（比較例２）と、送風量およびコークス比の制御を適用した後の２ヶ月間（実施例２）とで、コークス比と上部圧損の関係を調査した。【００６９】
図８は、コークス比と上部圧損との関係を示すグラフである。図８の横軸はコークス比（ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ）であり、縦軸は上部圧損（ｋＰａ）である。比較例２の期間におけるコークスの平均強度ＤＩ（１５０／１５）は８３．０、平均粒径は４４．０ｍｍ、平均空隙率は４８．３％であった。実施例２の期間のコークスの平均強度ＤＩ（１５０／１５）は８２．９、平均粒径は４３．８ｍｍ、平均空隙率は４８．２％であった。このように、コークスの平均的な性状は比較例２の期間と実施例２の期間とでほとんど同じであった。【００７０】
図８に示すように、実施例２の高炉操業方法に基づいて空隙率を求め、当該空隙率に基づいて送風量およびコークス比の調整を行った場合のコークス比に対する上部圧損の関係を示す実施例２のプロットの近似直線は、送風量およびコークス比の調整を行っていない比較例２のプロットの近似直線よりも低くなった。この結果から、実施例２の高炉操業方法を適用することで、上部圧損の上昇を抑制できることが確認された。炉内通気性が悪化することで上部圧損が上昇することから、実施例２の高炉操業方法を適用することで炉内通気性の悪化を抑制でき、これにより、高炉操業の安定化が実現できることが確認された。
【符号の説明】
【００７１】
１０  粒度分布測定装置
１２  撮像装置
１４  照明装置
１６  演算装置
２０  コークス
２２  ホッパ
２４  篩
２６  コンベア
３０  高炉
【図１】
2021085221.tif 000007
【図２】
2021085221.tif 000008
【図３】
2021085221.tif 000009
【図４】
2021085221.tif 000010
【図５】
2021085221.tif 000011
【図６】
2021085221.tif 000012
【図７】
2021085221.tif 000013
【図８】
2021085221.tif 000014
【国際調査報告】
2021085221.tif 000015
2021085221.tif 000016
2021085221.tif 000017
2021085221.tif 000018