(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を羽口から高炉に吹き込む際に、１ｍｍ以下の粒度を７５ｍａｓｓ％以上とした珪石を０．１〜１．０ｍａｓｓ％、その他を鉄鉱石、石灰石、蛇紋岩として配合した新原料に、コークスを配合して、ＳｉＯ２を４．２〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％に調整して製造した焼結鉱を高炉に装入して操業することを特徴とする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【請求項２】
１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を羽口から高炉に吹き込む際に、１ｍｍ以下の粒度を７５ｍａｓｓ％以上とした珪石を０．１〜１．０ｍａｓｓ％、その他を鉄鉱石、石灰石、蛇紋岩として配合した新原料に、コークスを配合して、ＦｅＯを４．５〜６．５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％に調整して製造した焼結鉱を高炉に装入して操業することを特徴とする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【請求項３】
粒度１．０〜３．０ｍｍの粒子または造粒物を、５０〜１００ｍａｓｓ％含む石灰石を新原料に配合して製造した焼結鉱を高炉に装入することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【請求項４】
粒度０．５〜１．５ｍｍの粒子または造粒物を、５０〜１００ｍａｓｓ％含むコークスを焼結原料に配合して製造した焼結鉱を高炉に装入することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【請求項５】
結晶水を５ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石を焼結新原料中に２５ｍａｓｓ％以上配合して製造した焼結鉱を高炉に装入することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高炉に高温還元性を向上させた焼結鉱を装入して、軟化融着帯の幅が薄くなるように制御し、これによって微粉炭多量吹き込み時の高炉操業安定化を狙った高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コークスとの代替により溶銑原価低減効果が大きく、コークス炉の老朽化対策としても重要な微粉炭吹き込みが最近注目され、日本国内ではほぼ全高炉に採用されている。
例えば「材料とプロセス」７（１９９４），ｐ１２４には、微粉炭比１８０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の吹き込み操業を装入物分布の改善（シャープな逆Ｖ型の融着帯を維持）と羽口前条件の改善により安定に継続している結果が報告されている。
また、同じく「材料とプロセス」７（１９９４），ｐ１２６には、１週間にわたる微粉炭比２００ｋｇ／ｔ−ｐの操業試験結果が報告され、コークスＤＩ（強度）の向上と高酸素富化操業、低Ａｌ2 Ｏ3 ・高被還元性焼結鉱の使用、局所的な高Ｏ／Ｃ部を形成させない装入物分布制御により達成した内容が記載されている。
【０００３】
ここでは、融着帯の厚み増加による炉下部通気性悪化を抑制するために、低Ａｌ2 Ｏ3 ・高被還元性焼結鉱を使用したと報告していることから、装入物の低Ａｌ2 Ｏ3 化で融着帯の厚み増加を抑制したと考えられる。
さらに「材料とプロセス」８（１９９５），ｐ３１９には、月間の微粉炭比２１８ｋｇ／ｔ−ｐの操業結果として、炉下部通気通液性の改善のためにスラグ比の低減（３２０→２８０ｋｇ／ｔ−ｐ）と塊成鉱の高ＲＩ（被還元性）化（ＨＰＳの全面使用）、コークス強度の向上を実施したことなどが報告されている。
ＨＰＳ鉱が低ＳｉＯ2 ・低Ａｌ2 Ｏ3 鉱であるのはよく知られたことで、融着帯の厚み増加を装入物の低ＳｉＯ2 化と低Ａｌ2 Ｏ3 化で抑制したと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
微粉炭吹き込み操業において、微粉炭を多量に吹き込むためには次の技術課題を解決していく必要があると考える。すなわち、
▲１▼  微粉炭比増加によりコークス量が減少（コークススリットの縮小）するので、鉱石／コークス比（Ｏ／Ｃ）が高くなり、これによって融着帯の厚みが増加するとともに、その下に位置する炉下部の通気性が悪化すること、
▲２▼  羽口における微粉炭燃焼量が増加するため、ガス流れが周辺流化し、炉体からの放散熱が増加して熱効率が低下すること、
▲３▼  熱流比（固体熱容量／ガス熱容量）の低下により炉内ガス温度が上昇するので、炉頂からのガス顕熱が増加し、これによって熱効率が低下すること、などである。
【０００５】
微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上になると、装入物の荷下がり悪化や圧力損失、炉体熱負荷増などにより操業が不安定になることが他に報告されており、これらの技術課題の解決は重要と考える。
その中でも特に、微粉炭比増加で鉱石／コークス比（Ｏ／Ｃ）が高くなり、これによって融着帯の厚みが増加することは問題が大きいと考える。
炉下部の圧力損失が増加すると同時にガスの中心流れが抑制されて周辺流が助長されるので、荷下がりが不安定になり炉体熱負荷が増大する。
【０００６】
ところが、Ｏ／Ｃが高くなることによる融着帯の厚み増加とその下に位置する炉下部の通気性悪化と、それに対する装入物の改善策については、すでに説明したように、装入物の低Ａｌ2 Ｏ3 化（１．７ｍａｓｓ％未満）を実施した例が見られる程度である。
しかし、１９９４年の日本鉄鋼業全体の焼結鉱中のＡｌ2 Ｏ3 の平均値は１．７５〜１．８５ｍａｓｓ％の範囲にあり、今後も焼結鉱中のＡｌ2 Ｏ3 は徐々に増加していくことが予想される。
従って、多くの高炉が長期的に低Ａｌ2 Ｏ3 焼結鉱を製造し、これを使用していこうとするのは困難であると考えられる。
【０００７】
一方、特開平６−１００９１１号公報には、微粉炭吹き込み高炉操業において、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上、投入水素量を１５〜２０ｋｇ／ｔ−ｐとし、さらに酸素を３〜５％富化することを特徴とする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法が記載されている。
水蒸気吹込み量の増加と酸素富化により融着帯を逆Ｖ字形に変化させて通気性を改善する方法であるが、水蒸気と酸素を別々に製造して高炉に吹き込むため、高炉操業コストが大幅に上昇する欠点がある。
【０００８】
また特開昭６１−５６２１１号公報には、高炉操業において装入する焼結鉱の塩基度を２以上とし、高炉スラグの目標塩基度よりも高くなった分は高炉にてＳｉＯ2 源副原料を装入することにより調整するとともに、軟化融着帯のレベルを下降させることにより溶銑中Ｓｉ濃度を低下させることを特徴とする高炉操業方法が記載されている。
この方法は、高温性状に優れた塩基度の高い焼結鉱を用いることにより、軟化融着帯の収縮率や通気抵抗を改善しているが、高炉スラグ量を増加させる欠点があるので、炉下部の通気性改善を必要とする微粉炭多量吹き込み操業への適用は困難である。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、装入物のみに着目して高炉内に形成される融着帯の通気性を大幅に改善することを狙っている。
すなわち、微細気孔の多い低スラグ焼結鉱を高炉に装入して高温還元を促進し、軟化融着帯の幅が従来よりも薄くなるように制御可能な微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、具体的に以下のような手段によって上記目的を達成する。
（１）１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を羽口から高炉に吹き込む際に、１ｍｍ以下の粒度を７５ｍａｓｓ％以上とした珪石を０．１〜１．０ｍａｓｓ％、その他を鉄鉱石、石灰石、蛇紋岩として配合した新原料に、コークスを配合して、ＳｉＯ２を４．２〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％に調整して製造した焼結鉱を高炉に装入して操業することを特徴とする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
（２）１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭を羽口から高炉に吹き込む際に、１ｍｍ以下の粒度を７５ｍａｓｓ％以上とした珪石を０．１〜１．０ｍａｓｓ％、その他を鉄鉱石、石灰石、蛇紋岩として配合して新原料に、コークスを配合して、ＦｅＯを４．５〜６．５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ２を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯを０．５〜１．２ｍａｓｓ％に調整して製造した焼結鉱を高炉に装入して操業することを特徴とする微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【００１１】
（３）粒度１．０〜３．０ｍｍの粒子または造粒物を５０〜１００ｍａｓｓ％含む石灰石を新原料に配合して製造した焼結鉱を高炉に装入することを特徴とする（１）または（２）に記載の微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
（４）粒度０．５〜１．５ｍｍの粒子または造粒物を５０〜１００ｍａｓｓ％含むコークスを焼結原料に配合して製造した焼結鉱を高炉に装入することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
（５）結晶水を５ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石を焼結新原料中に２５ｍａｓｓ％以上配合して製造した焼結鉱を高炉に装入することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の微粉炭多量吹き込み時の高炉操業方法。
【００１２】
燃料比が５００ｋｇ／ｔ−ｐの前提で、微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔ−ｐ（従ってコークス比は３５０ｋｇ／ｔ−ｐ）まで増加すると、鉱石／コークス比（Ｏ／Ｃ）は４．５レベルに上昇する。
さらに、微粉炭比が２００ｋｇ／ｔ−ｐ（従ってコークス比は３００ｋｇ／ｔ−ｐ）になると、Ｏ／Ｃは５．５まで上昇する。
通常操業のＯ／Ｃは４．０未満であるので、微粉炭比１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上では鉱石層厚が大幅に増加することになり、融着帯形状が肥大化することになる。
【００１３】
図１に微粉炭比６０ｋｇ／ｔ−ｐ（ａ）および２００ｋｇ／ｔ−ｐ（ｂ）吹き込み操業でのシミュレーション結果に基づく高炉内融着帯形状の変化を示す。
微粉炭比が増加すると融着帯が肥大化しているのが分かる。この融着帯の肥大化を抑制できれば炉内通気性は改善される。
本発明は焼結鉱の微細気孔の増加と低スラグ化により、高炉内の融着帯の幅を薄く制御して微粉炭多量吹き込み操業を可能にする操業を行うものである。
【００１４】
まず、ＳｉＯ2 成分が４．２〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯ成分が０．５〜１．２ｍａｓｓ％の範囲にある焼結鉱は、融液量が少なく、従って、焼結鉱内に形成される微細気孔は集合することなく均一に分散することを見出した。
さらに、ＦｅＯ成分が４．５〜６．５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ2 成分が３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯ成分が０．５〜１．２ｍａｓｓ％の範囲であれば、融液量が少ないにもかかわらず、焼結鉱のＳＩ（落下強度、ＪＩＳＭ８７１１により測定）およびその製造時の歩留りを低下させることなく、微細気孔が均一に分散した焼結鉱の製造が可能なことも見出した。
【００１５】
さらに、粒度１．０〜３．０ｍｍの粒子または造粒物を５０〜１００ｍａｓｓ％含む石灰石を配合したり、粒度０．５〜１．５ｍｍの粒子または造粒物を５０〜１００ｍａｓｓ％含むコークスを配合したりすることにより、焼結鉱内に形成される微細気孔が均一に分散することに加えて、焼結鉱の還元粉化（ＲＤＩ）を抑制できる結果を得た。
また、結晶水を５ｍａｓｓ％以上含む鉄鉱石は結晶水が抜けたあとに微細気孔を生成するが、新原料中２５ｍａｓｓ％以上この鉄鉱石を配合することにより微細気孔の生成がより顕著になることも見出した。
【００１６】
一方、焼結鉱成分のＳｉＯ2 とＭｇＯを同時に低減すると焼結鉱の還元粉化指数（ＲＤＩ）は上昇して悪化するが、粒度１ｍｍ以下の粒子を７５ｍａｓｓ％以上含む珪石（珪砂）を新原料中０．１〜１．０ｍａｓｓ％配合することにより、ＲＤＩの悪化を防止できることも見出した。
この方法に、上記の方法、すなわち粒度１．０〜３．０ｍｍの粒子または造粒物を５０〜１００ｍａｓｓ％含む石灰石を配合したり、粒度０．５〜１．５ｍｍの粒子または造粒物を５０〜１００ｍａｓｓ％含むコークスを配合したりする方法を組み合わせると、さらにＲＤＩの悪化を抑制できることも明らかにした。
本発明は、このような知見に基づき成したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、微細気孔が多くＲＤＩの良好な低スラグ焼結鉱の製造試験結果について述べる。焼結鉱は５００ｍ2 の焼結機で製造した。
従来用いられている焼結鉱と本発明で用いる焼結鉱を比較するために、水銀圧入法により測定した微細気孔分布の測定結果、還元粉化指数（ＲＤＩ）、落下強度（ＳＩ，ＪＩＳＭ８７１１）の測定結果を表１に、高温性状測定結果を図２に示す。
本発明で用いる焼結鉱は微細気孔が多く、低スラグ化の効果も加味されて高温還元性と軟化溶融性状が大幅に改善されているのが分かる。
すなわち、本発明で用いる焼結鉱は、低ＳｉＯ2 かつ低ＭｇＯが特徴であり、焼結鉱のＳｉＯ2 成分を４．２〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯ成分を０．５〜１．２ｍａｓｓ％の範囲に維持すれば、焼結鉱の微細気孔を増加できることを見出した。
【００１８】
一方、ＳｉＯ2 成分が４．２ｍａｓｓ％未満になると、融液量の減少により焼結鉱製造時の歩留り低下が顕著になり、４．９ｍａｓｓ％超になると、融液量の増加で微細気孔が少なくなる傾向が見られた。
また、ＭｇＯ成分が１．２ｍａｓｓ％以下では、１．２ｍａｓｓ％超に比べて強度、歩留りとも顕著に上昇していくが、０．５ｍａｓｓ％未満になると、その効果が頭打ちになる傾向が見られた。
【００１９】
また、ＳｉＯ2 成分が３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯ成分が０．５〜１．２ｍａｓｓ％の範囲では、ＦｅＯ成分が４．５ｍａｓｓ％未満になると、焼結鉱の微細気孔はより多くなるものの、熱量不足から融液量が減少して焼結鉱の強度およびその製造時の歩留りの維持が困難となり、ＦｅＯ成分が６．５ｍａｓｓ％超になると、強度と歩留りは維持されるものの、微細気孔が減少する傾向にあった。
すなわち、焼結鉱のＦｅＯ成分を４．５〜６．５ｍａｓｓ％、ＳｉＯ2 成分を３．９〜４．９ｍａｓｓ％、ＭｇＯ成分を０．５〜１．２ｍａｓｓ％の範囲に維持すれば、焼結鉱の強度およびその製造時の歩留りを維持しながら、微細気孔の多い焼結鉱が製造できることが分かった。
【００２０】
焼結鉱成分のＳｉＯ2 とＭｇＯのレベルを同時に低下させると、還元粉化指数（ＲＤＩ）が悪化するのはよく知られているが、本発明の焼結鉱は、粒度１ｍｍ以下の粒子を７５ｍａｓｓ％以上含む微粉珪石（珪砂）を０．１ｍａｓｓ％以上配合することと組み合わせるので、焼結原料中粒度１ｍｍ以下の微粉部の塩基度が低下し、酸性スラグの生成量が増加して、ＲＤＩに悪いとされる「ヘマタイト＋カルシウムフェライト」組織の生成が抑制される。
その結果、低ＳｉＯ2 ・低ＭｇＯになってもＲＤＩは悪化しない。
【００２１】
一方、前記微粉珪石（珪砂）の配合比を増すほどＲＤＩは改善されるが、前記微粉珪石（珪砂）を１．０ｍａｓｓ％超配合してもその効果は頭打ちになる傾向が見られた。
このような微粉珪石の配合に、すでに説明したような、粒度１．０〜３．０ｍｍの粒子または造粒物を５０〜１００ｍａｓｓ％含む石灰石の配合や、粒度０．５〜１．５ｍｍの粒子または造粒物を５０〜１００ｍａｓｓ％含むコークスの配合を組み合わせると、さらにＲＤＩの悪化を抑制できることも分かった。
このように焼結鉱のＲＤＩ悪化を抑制することにより、高炉シャフト上部の通気性悪化を防止することができる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
次に、高炉（内容積３２００ｍ3 ）に微細気孔の多い焼結鉱を装入して、微粉炭吹き込み量を１７５ｋｇ／ｔ−ｐに増加させた場合の実施例を説明する。
本発明の実施例を従来法と比較して表２にまとめた。
従来法では、微粉炭比１３０ｋｇ／ｔ−ｐの操業レベルから微粉炭比１７５ｋｇ／ｔ−ｐの操業レベル（比較例、期間Ａ）へと微粉炭多量使用レベルへ変更する過程で通気抵抗が増大するとともに、スリップが発生するようになり、炉体放散熱も増えて、高炉操業は不調に陥った。
これは、微粉炭比の増加によりＯ／Ｃが上昇し、焼結鉱層の高温性状が悪化して炉内全圧損が大きくなったためで、特に１６０ｋｇ／ｔ−ｐ以上でその傾向が顕著であった。
【００２４】
一方、微細気孔を増加させた低スラグ焼結鉱を従来焼結鉱と置換した本発明の場合（期間Ｂ〜期間Ｆ）には、微粉炭吹き込み量が１７５ｋｇ／ｔ−ｐであるにもかかわらず、通気抵抗値と炉体放散熱量は低下し、スリップも発生しなくなった。
これは、ＲＤＩ値の低下により炉上部の通気性が改善されたのに加えて、特に通気抵抗を悪化させる要因となる融着帯根部の肥大化も防止できたと考えられ、炉下部の異常も全く見られなかった。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
【発明の効果】
以上のように、微粉炭吹き込み量を１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上に増加させても、本発明により融着帯の通気抵抗を悪化させることなく、高炉安定操業を継続することができる。
本発明は、微粉炭多量吹き込み操業において、微細気孔が多く、かつ低スラグの焼結鉱を装入することにより、軟化融着帯の幅が従来よりも薄くなるように制御し、炉下部の通気抵抗の悪化を抑制して、１５０ｋｇ／ｔ−ｐ以上の微粉炭多量吹き込みにおいても高炉操業の安定化を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉内融着帯をシミュレーションした図
【図２】従来用いられてきた焼結鉱と本発明に用いる焼結鉱の高温性状測定結果を示す図
【図１】
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【図２】
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