(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の高さ方向の微小区間について、装入物荷重、炉内圧力損失、壁面摩擦力を考慮して装入物に作用する下向きの力を求め、該下向きの力を装入物のストックレベルから湯面レベルまで下記（２）式に基づいて積分することにより下向きの合力を求め、該下向きの合力と溶銑滓により装入物が受ける上向きの浮力とが等しくなる条件から、湯溜まり内に沈降する装入物の最下端位置を表す湯溜まり指数を下記（１）式により算出し、該湯溜まり指数が、予め求められた該湯溜まり指数と炉底部の温度との関係に基づいて定められる管理限界値以下となるように、装入物分布の改善およびまたは焼結鉱の高温性状の改善を含む操作を行うことを特徴とする高炉操業方法。
【数８】
0003788114.tif 000010
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高炉の操業方法、特に、炉底熱負荷を制御することにより操業を安定に維持することができる高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業においては、高炉の寿命延長や安定操業の観点から、炉底耐火物が受ける熱的負荷（以下、炉底熱負荷という）を管理し、適正に制御して、この炉底熱負荷の上昇を抑制することが重要である。
【０００３】
出銑される溶銑滓は炉下部の「湯溜まり部」と呼ばれる部分に溜められ、出銑口を開口することによって炉内圧により排出される。湯溜まり部では、スラグと溶銑は密度の差から上層のスラグ層と下層の溶銑層に分離しており、炉底部分には、溶銑が接している。そのため、特に出銑時には、炉底部を流れる溶銑による対流伝熱および伝導伝熱によって炉底熱負荷が増大し、炉底温度が上昇して炉底耐火物が浸食される。したがって、高炉の寿命延長の観点から炉底耐火物の侵食を防止しなければならず、しかも、早期に対応策を講じて炉底熱負荷の上昇を抑制することが必要である。
【０００４】
炉底熱負荷を低減するために、従来から、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）を炉内へ装入し、炉底にチタンベアを形成させる方法が採られてきた。しかしながら、炉底温度が上昇してからＴｉＯ2 を装入するのでは遅く、上昇前の適正な温度に低下させるまでに数日を要する。
【０００５】
炉底熱負荷は、上記のように、炉底部における溶銑の流れ（炉底溶銑流れ）に依存するが、この炉底溶銑流れは炉心コークスの沈降度合いによって大きく支配される。特開平１−１１６０１４号公報においては、炉心コークスの沈降度合いを指数化し、操業諸元から炉心沈降指数を算出して炉底温度をコントロールする方法が提案されている。炉心コークスの沈降度合いが大きいと炉底熱負荷は小さく、炉心コークスの沈降度合いが小さいと炉底熱負荷は大きくなって炉底温度が上昇する。
【０００６】
この炉心沈降指数によれば、炉底熱負荷が増大して炉底温度が上昇する前に対策を採ることができ、早期対応が可能となる。しかしながら、この炉心沈降指数と炉底熱負荷の相関は良いとはいえず、炉心沈降指数が必ずしも炉底熱負荷を反映しているとはいえなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、高炉の炉底熱負荷を管理し、適正に制御して、炉底温度の変動を未然に防止し、操業を安定に維持することができる高炉操業方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記の高炉操業方法にある。
【０００９】
高炉の高さ方向の微小区間について、装入物荷重、炉内圧力損失、壁面摩擦力を考慮して装入物に作用する下向きの力を求め、該下向きの力を装入物のストックレベルから湯面レベルまで後出の（２）式に基づいて積分することにより下向きの合力を求め、該下向きの合力と溶銑滓により装入物が受ける上向きの浮力とが等しくなる条件から、湯溜まり内に沈降する装入物の最下端位置を表す湯溜まり指数を後出の（１）式により算出し、該湯溜まり指数が、予め求められた該湯溜まり指数と炉底部の温度との関係に基づいて定められる管理限界値以下となるように、装入物分布の改善およびまたは焼結鉱の高温性状の改善を含む操作を行う高炉操業方法。
【００１０】
ここで、「装入物の最下端位置」とは、鉄鉱石、コークス等の炉内装入物の最下端位置である。なお、これら装入物の下方部は炉心コークスを形成しており、この炉心コークスが炉下部の溶銑滓が溜められている湯溜まり部内で溶銑滓に浸った状態にあるので、装入物の最下端位置とは、換言すれば、炉心コークスの最下端位置、または炉心コークスの湯溜まり部への沈降の度合いである。
【００１１】
上記の装入物の最下端位置を表す指標として、下記（１）式で定義される湯溜まり指数δ（ｍ）を用いれば、炉底熱負荷の制御を適正かつ容易に行うことができる。
【００１２】
【数１】
0003788114.tif 000002
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の高炉操業方法は、上記のように、装入物荷重、炉内圧力損失、壁面摩擦力および溶銑滓浮力を考慮して装入物の最下端位置（炉心コークスの沈降度合い）を表す湯溜まり指数を計算により求め、一方、この装入物の最下端位置（湯溜まり指数）と炉底熱負荷の関係をあらかじめ求めておいて、その関係に基づいて炉底熱負荷を制御する操業方法で、壁面摩擦力を考慮する点にその特徴がある。
【００１４】
従来の方法では、炉心コークスの沈降度合いを推算するのに、炉内壁面の影響が考慮されていなかった。このため、実際の炉心コークスの沈降度合いと計算で求められる炉心コークスの沈降度合いとの差が大きく、その挙動も異なっているため、炉心コークスの沈降度合いと炉底熱負荷との相関性が良くなかった。
【００１５】
本発明の高炉操業方法においては、装入物荷重、炉内圧力損失、および溶銑滓浮力に加え、壁面摩擦力を考慮して装入物の最下端位置（炉心コークス沈降度合い）を算出し、それに基づいて炉底熱負荷を制御する操業を行う。
【００１６】
装入物の最下端位置を表す指標として、前述した下記（１）式で表される湯溜まり指数δ（ｍ）を用いれば、炉底熱負荷の制御を適正かつ容易に行うことができる。
【００１７】
【数２】
0003788114.tif 000003
【００１８】
（１）式において、右辺の分子は装入物に作用する下向きの力を装入物のストックレベルから湯面レベル（この場合は、溶銑滓のレベル）まで足し合わせた下向きの合力であり、分母は炉心コークスが湯溜まり部分にある溶銑滓により受ける上向きの浮力（すなわち、溶銑滓浮力）である。湯溜まり指数とは、この下向きの合力と上向きの浮力が釣り合う炉心コークスの沈降深さ（装入物の最下端位置）を出銑口を基準として表したものである。
【００１９】
前記の下向きの合力σz は、下記（２）式で表される。
【００２０】
【数３】
0003788114.tif 000004
【００２１】
（２）式の右辺の積分記号の後に続く第１項、すなわち、下記の（２ａ）式は、鉱石とコークス、またはコークスの重量（すなわち、装入物荷重）による下向きの力である。鉱石、コークスの壁面での粘着力Ｃw による上向きの力が働くので、−４Ｃw ／Ｄという修正項が加えられ、下記（２ａ）式で表される。
【００２２】
【数４】
0003788114.tif 000005
【００２３】
なお、前記の鉱石とコークス、またはコークスの重量による下向きの力ρｇとは、炉内温度、および、炉頂ガス成分または炉内圧力分布などの操業データから、公知の方法により融着帯の平均レベルを算出し、このレベルよりも上（塊状帯）では鉱石とコークスの重量による下向きの力を採り、このレベルよりも下（滴下帯）ではコークスの重量による下向きの力を採ってこれらを加えた力である。
【００２４】
同じく、（２）式の右辺の第２項、すなわち、下記の（２ｂ）式は、炉内装入物と壁面との摩擦による上向きの力（すなわち、壁面摩擦力）で、鉱石とコークス、またはコークスの重量による下向きの力ρｇの修正項である。なお、壁面角度φとは、図４に示すように、炉の中心軸を含む縦断面において、炉壁面（下方に広がる形状をなしている）が鉛直方向に対してなす角である。
【００２５】
【数５】
0003788114.tif 000006
【００２６】
（２ｂ）式中のＫs は下記の（２ｂ−２）式で表される土圧係数で、装入物に作用する下向きの合力σz に対する水平方向の力σr 、すなわち、壁面摩擦に起因して装入物に作用する力の比である（図４参照）。
【００２７】
【数６】
0003788114.tif 000007
【００２８】
同じく、（２）式の右辺の第３項、すなわち、下記の（２ｃ）式は、羽口から送風されるガスの炉内圧力損失に伴う上向きの力を装入物のストックレベルから湯面レベルまで足し合わせた力（合力）で、やはり鉱石とコークス、またはコークスの重量による下向きの力ρｇの修正項である。
【００２９】
【数７】
0003788114.tif 000008
【００３０】
すなわち、本発明の高炉操業方法で考慮する装入物荷重による下向きの力は前記（２ａ）式（ただし、粘着力Ｃw による上向きの力に対する修正項が加えられている）で表され、炉内圧力損失に伴う上向きの力は前記（２ｃ）式で、壁面摩擦力による上向きの力は前記（２ｂ）式でそれぞれ表され（いずれも下向きを基準として表示）、溶銑滓浮力は、前記（１）式の右辺の分母で表される。そして、装入物荷重による下向きの力、炉内圧力損失に伴う上向きの力および壁面摩擦力による上向きの力を装入物のストックレベルから湯面レベルまで足し合わせた合力（下向きの合力）が前記（１）式の右辺の分子であって、前述したように、この下向きの合力と溶銑滓浮力が釣り合う炉心コークスの沈降深さを出銑口を基準として表したものが湯溜まり指数である。
【００３１】
上記のように求められる湯溜まり指数δと、炉底熱負荷またはこの熱負荷を受ける結果として定まる炉底部の温度との関係をあらかじめ求めておけば、湯溜まり指数を管理することによって炉底熱負荷の上昇を予知し、早期に炉底熱負荷の低減対策を採ることが可能となる。
【００３２】
炉底熱負荷の低減対策としては、装入物分布の改善、装入する焼結鉱の高温性状の改善等による炉内圧力損失の低下が有効である。
【００３３】
内容積２７００ｍ3 の高炉において、本発明の操業方法で用いる湯溜まり指数と炉底熱負荷との関係を求め、壁面摩擦力を考慮しない従来の炉心沈降指数を用いた場合の炉底熱負荷との関係と比較した。なお、炉底熱負荷を表すものとしては、炉底側壁温度を用いた。その際の基本的な操業諸元を表１に示す。
【００３４】
【表１】
0003788114.tif 000009
【００３５】
図１に従来の炉心沈降指数に基づいて炉底熱負荷の管理を行った場合の炉心沈降指数と炉底側壁温度の関係を示す。また、図２に本発明の操業方法で用いる湯溜まり指数により炉底熱負荷の管理を行った場合の湯溜まり指数と炉底側壁温度の関係を示す。図中に示したｒは相関係数であるが、本発明の操業方法で用いる湯溜まり指数と炉底側壁温度との相関係数ｒ（＝０．７９６）は従来の炉心沈降指数と炉底側壁温度との相関係数ｒ（＝０．５４９）に比べて大きく、炉底熱負荷をよく反映しているといえる。したがって、上記湯溜まり指数δを用いて炉底熱負荷を管理し、制御すれば、炉底熱負荷の変動を従来よりも的確に予知し、早期に対策を講じ得る操業を行うことができる。
【００３６】
次に、実施例によって本発明の高炉操業方法の効果を具体的に説明する。
【００３７】
【実施例】
内容積２７００ｍ3 の高炉において、湯溜まり指数に基づいて炉底熱負荷を制御する本発明の操業方法を実施した。なお、その際の基本的な操業諸元は前記表１に示したとおりである。
【００３８】
図３に、炉底側壁温度と湯溜まり指数および送風圧の推移を示す。図示するように、ある時期から炉底熱負荷をしめす炉底側壁温度が急上昇している。そこで、この時期（４月中頃）における湯溜まり指数を管理限界値とした。
【００３９】
湯溜まり指数を管理限界値内にするべく圧力損失を低下させるような操業を指向した結果、湯溜まり指数を管理限界値以下とし、炉底熱負荷の低下を実現できた。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の高炉操業方法によれば、炉底熱負荷の変動を事前に高精度で予知し、それに対処できるので、炉底温度の上昇を未然に防止することが可能である。これにより、高炉の寿命延長や操業の安定を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の炉心沈降指数に基づく炉底熱負荷の管理を行った場合の炉心沈降指数と炉底熱負荷の関係を示す図である。
【図２】本発明の操業方法で用いる湯溜まり指数に基づく炉底熱負荷の管理を行った場合の湯溜まり指数と炉底熱負荷の関係を示す図である。
【図３】炉底側壁温度、湯溜まり指数および送風圧の推移を示す図である。
【図４】壁面角度の説明図で、炉の中心軸を含む炉の縦断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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