(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークスが一部混合された原料と、コークスと、をそれぞれ交互に高炉内へ装入し、原料層とコークス層を多段に積層させる高炉への原料装入方法において、前記原料層中には必ずコークスを混合すると共に、前記原料層中の下層部でコークスの混合率が高く、上層部で混合率が低くなるように装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。
【請求項２】
コークスが一部混合された原料と、コークスと、をそれぞれ交互に高炉内へ装入し、原料層とコークス層を多段に積層させる高炉への原料装入方法において、各原料層を２層以上に分割して装入し、各原料層中には必ずコークスを混合すると共に、分割された各層へ混合されるコークスの混合率が、先に装入される層よりも後で装入される層の方が低くなるように装入することを特徴とする高炉への原料装入方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉炉頂に原料、コークスを装入するにあたり、原料の還元を促進することにより、高効率の高炉操業を得る高炉への原料装入方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今後の鉄鋼業をとりまく環境は一層厳しさを増し、製銑分野においては劣質原燃料の使用比率の増大によるコスト低減、生産率向上による稼動設備基数の削減などが必要になると考えられる。高炉１基あたりの生産量（出銑比）の増大技術や、コークス使用比率の低減技術の確立が重要である。
【０００３】
高炉のコークス比を低減するためには、原料の粒径低下や被還元性の向上などによるガスの利用率向上、周辺流量の適正化による熱バランスの改善などが有効である。また、羽口からの微粉炭の吹込み量を増大させることによってもコークス比の低減が可能である。しかし一方では、これらの操業時には炉内の原料とコークスとの存在比（以下、Ｏ／Ｃ）が大きくなって、炉上部での通気性の悪化、融着帯の肥大化による炉下部の通気性の悪化等が引き起こされることが知られている。
【０００４】
高Ｏ／Ｃ時の操業改善対策の一つとして、原料中に小粒径のコークスを混合させる方法がある。これは、軟化融着帯において、原料から発生した未還元のＦｅＯ系融液がコークスと接触して溶融還元されて還元特性が向上すること、還元されたメタルがコークスによる浸炭のために低温で溶融すること、混合層内のコークスが優先的にソリューションロス反応を起こすために他のコークス層の劣化を抑制することなどを利用する技術である。
【０００５】
しかるに、実際の高炉操業において原料へのコークスの混合量を増やした場合、原料とコークスの粒径や比重が異なるために、ベルや旋回シュートからの落下時や堆積面上において両者が分離してしまう問題がある。そのために、実操業での原料層へのコークスの混合は重量比率で１０％程度を上限とするにとどまっている。このうち、混合層中の原料とコークスとの分離を防止する技術に関しては従来から様々な技術が開発されている。
【０００６】
特開昭６２−１２７４１４号公報では、ペルレス式高炉での原料装入において、原料を炉中心側から炉壁側に装入することにより、原料の中心への流れ込みを防止する技術を開示している。すなわち、中心側から炉壁側へ順次装入することにより、ある時点での装入物が次旋回時の装入物が中心へ流れ込むことを防止するものである。さらに、特開昭６２−２６００１０号公報では、混合原料の堆積角度が２０°を越えないようにすることによって、上記の技術をより効果あるものとしている。
【０００７】
また特開昭６３−１４０００６号公報では、コークスおよび鉱石類の双方をそれぞれ粒度別に２以上に分割して細粒同士、粗粒同士を混合し、細粒の混合物を高炉炉壁周辺に、粗粒の混合物を高炉の中心から中間部に装入する技術を開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術によって、特に高炉堆積面上のコークスの分離と中心部への流れ込みの抑制がある程度可能となった。しかしその反面、炉壁近傍や中間部のコークス混合率や細粒原料の割合が増大し、炉内のガス流分布の制御が困難になるという問題があった。
【０００９】
本発明者らは、コークスを混合した原料層内の還元状態を制御することによって、所定の還元率を得るためのコークス混合率を低減させ、その結果として原料とコークスとの分離によるコークスの流れ込みを抑制できると考えて研究を行った。その結果、原料層の上部のコークス混合率を低下させ、下部の混合率を増加させることによって、原料層内の原料の還元を飛躍的に促進させうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、コークスが一部混合された原料と、コークスと、をそれぞれ交互に高炉内へ装入し、原料層とコークス層を多段に積層させる高炉への原料装入方法において、前記原料層中には必ずコークスを混合すると共に、前記原料層中の下層部でコークスの混合率が高く、上層部で混合率が低くなるように装入することを特徴とする高炉への原料装入方法である。
【００１１】
また、本発明の第２の発明は、コークスが一部混合された原料と、コークスと、をそれぞれ交互に高炉内へ装入し、原料層とコークス層を多段に積層させる高炉への原料装入方法において、各原料層を２層以上に分割して装入し、各原料層中には必ずコークスを混合すると共に、分割された各層へ混合されるコークスの混合率が、先に装入される層よりも後で装入される層の方が低くなるように装入することを特徴とする高炉への原料装入方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。本発明者らは、荷重軟化実験装置を用いて、原料層へのコークスの混合状況が原料の還元性や高温性状に与える影響を調査した。荷重軟化実験装置１は図１にその概要を示す竪型の電気炉で、黒鉛るつぼ２に層状に充填した試料３（原料およびコークス）を炉芯管６内に挿入し、荷重付加装置４で錘り５を調整して試料３に荷重を付加しながら炉芯管６の外側に設けた黒鉛ヒーター７により加熱する。加熱は制御用熱電対８により温度を検出しながら行う。またガス混合装置２０から炉内にＣＯ／ＣＯ2／Ｎ2混合ガスを流入させて試料３の還元、溶融挙動を調べる。黒鉛るつぼ２は内径１００ｍｍのカーボン製であり、下部が黒鉛製の目皿９となっている。
【００１３】
黒鉛るつぼ２への試料３の充填は、下部の目皿９の上に粒径１５〜２５ｍｍのコークスを５０〜８０ｍｍの高さになるように置き、その上に原料あるいは原料とコークスとを混合したものを充填し、さらにその上部に粒径１５〜２５ｍｍのコークスを充填した。原料は焼結鉱９００ｇとした。上部のコークスの上にカーボン製の目皿１０を置いて、炉上方からのパンチ棒１１の荷重を受けるようにした。溶融したメタルは下部の目皿９を通って炉下部のサンプリング装置２１に滴下する。溶融メタルは実験終了後に化学分析に供した。炉外に排出されたガスＣＯ，ＣＯ2の組成をガスクロマトグラフィーによって分析し、実験中の原料の還元率を算出した。還元率はＣＯ2濃度の増加に対応する酸素が原料中酸化鉄が還元して分離したものと見なして、原料中酸化鉄中の酸素量に対する比を計算して求めた。
【００１４】
原料３中にコークスを混合しない実験（無混合）、原料３中に粒径１０〜１５ｍｍのコークスをそれぞれ４５ｇ、９０ｇを均一に混合した２つの実験（各５％、１０％の均一混合）、及び原料を４５０ｇずつに分割し、下部に４５ｇのコークスを混合し、上部にはコークスを混合せずに高さ方向に積層した実験（分割混合）を行った。
【００１５】
実験の結果を図２に示す。コークスを均一に混合した場合、コークス混合率の上昇とともに原料の還元が促進されている。一方、分割混合装入ではコークス混合率５％で還元率が飛躍的に向上し、均一混合のコークス混合率１０％の場合よりも還元が促進されている。これは、下部の混合層では次（１）式で示す還元反応が起こるとともに、（２）式のコークスのソリューションロス反応が起こり、上部のＣＯガス濃度が高くなるためである。
【００１６】
ＦｅＯ＋ＣＯ＝Ｆｅ＋ＣＯ2        （１）
Ｃ＋ＣＯ2＝２ＣＯ                （２）
この結果を基に、より最適な原料とコークスとの混合方法を見出すために、原料層を３分割し、各原料層のコークス混合率を変化させた場合の還元率の変化を調査した。結果を表１に示す。なお、表１で各コークス混合率は各層における原料中に混合されるコークス量を質量百分率で示したものである。
【００１７】
比較例１は上層、中層、下層の各層におけるコークス混合率を５％一定とし、原料層全体でのコークス混合率を５％としている。これに対して、実施例１では原料層全体としてはコークス混合率を５％としながら、上層、中層、下層のコークス混合率をそれぞれ１％、５％、９％とした条件で実験をおこなったものである。
【００１８】
この比較例１および実施例１を比較して分かるように、原料層全体のコークス混合率は５％と同等でありながら、上層、中層、下層のそれぞれでのコークス混合率が下層ほど高く、上層ほど低い装入を行うことによって、原料層全体での還元率は２５．８％から３５．２％と格段に向上することが分かる。
【００２０】
このように本発明において原料層上層の部分におけるコークス混合率は下層部分よりも低い状態にする。これは本発明の原理が前記したごとく、原料層の下層部で鉱石が還元されることにより発生したＣＯ2ガスが、周囲に存在するコークスによりＣＯガスに転換することによって、より上層部の鉱石の還元に寄与するということによる。すなわち、原料層上層部で発生したＣＯ2ガスを上層部内でＣＯガスに転換しても該上層部の上はコークス層であるために、鉱石の還元に寄与することが少ないためである。
【００２１】
以上より、原料層中の鉱石の還元を促進するためには、原料層中にコークスを混入すると共に、その混合率が原料層の下層では高く、上層へいくほど低くしておくほうが、原料層全体に均一に混合しておくよりも、好適であることがわかった。
【００２２】
実際の高炉で、この原料層の構造を形成する方法としては、原料層の一層を形成する原料の量を少なくとも２層以上に分割して装入し、各層へのコークスの混合率を、先に装入される層よりもその後に装入される層の方が低くなるように装入する方法を採用することができる。
【００２３】
これには、分割した各層の原料とコークスを、それぞれ貯鉱槽、貯骸槽から切り出したものを計量ホッパにて混合し、これを炉頂のバンカあるいはベルといった装入装置へ搬送して行うことができる。この装入シーケンスは従来行われている多バッチ分割装入における貯鉱槽、貯骸槽の運転シーケンス変更によって対応することができる。
【００２４】
このような装入方法を採用することによって、各原料層中におけるコークスの全体の混合率を一定とした場合にも、その原料層の下層部にコークス混合率の高い層を形成し、上層へいくほどコークス混合率の低い層を形成することができるため、均一にコークスを混合させた場合よりも各原料層における鉱石の全体の還元を促進することが可能となる。
【００２５】
生鉱石や還元性の悪い焼結鉱の使用時に原料へのコークスの混合率を増加させて還元性を向上させようとした場合、原料とコークスとが分離して混合コークスが高炉中心部へ流れ込んでしまう問題点があった。しかし本発明を用いることによって、所定の還元性を得るためのコークスの混合率を低下させることが可能となり、原料とコークスとの分離を原理的に抑制できる。また、旋回シュートの傾動を炉中心から炉壁に向かって行うことによって、半径方向のコークス混合率分布を効果的に制御することができる。
【００２６】
【表１】
0003838081.tif 000002
【００２７】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、実機高炉での使用試験を行った。高炉は内容積が５１５３ｍ3、炉口直径１１．４ｍで、４０本の羽口を備えている。実験ではコークスと原料とを別個の炉頂バンカーからそれぞれ切出した。微粉炭比１００ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ、処理鉱比７４質量％、送風量７３００ｍ3（標準状態）／ｈｒで一定とし、原料に対して５質量％のコークスを、全コークス比が一定となるように混合した。１チャージの原料を３分割し、下層にＯ１、中層にＯ２、上層にＯ３バッチとして、それぞれのコークスの混合率を変化させてガス利用率等のデータを調べた。各実験での炉半径方向の原料層とコークス層との層厚比は一定となるように装入パターンを適宜調整した。
【００２８】
その結果、表２に示すように下層の混合率が高くなるように装入した場合ほどガスの利用率が向上し、また通気性が良好となり、本発明の効果が実証された。
【００２９】
すなわち、比較例２および実施例２は原料層全体でコークスを質量比で５％混合した例であるが、原料層中に均一に５％混合した比較例２に比べて、Ｏ１バッチのコークス混合率を１１％、Ｏ２，Ｏ３バッチをいずれも２％のコークス混合率とした実施例２の方が、ガス利用率が０．９％向上し、コークス比を１６ｋｇ／ｔ低減できている。また通気抵抗指数も０．０５低減され、通気が良好となっている。
【００３０】
比較例３、実施例３はコークスの混合率を原料層全体で１０％へ上昇させた例であるが、これも原料層全体に均一にコークスを混合した比較例４に対し、コークス混合率を下層のＯ１バッチは１５％、中層のＯ２バッチは１２％、上層のＯ３バッチは３％と下層よりも上層のコークス混合率を上昇させた実施例４ではやはりガス利用率の上昇、通気抵抗指数の低下が見られた。
【００３１】
以上のように、本発明を高炉操業へ適用することで、コークス比の低減、通気抵抗の減少といった好適な操業を実施することができた。なお、表２において、ガス利用率とは、高炉炉頂から排出される炉頂ガス巾のＣ○ガス濃度（ＣＯ％）とＣＯ２ガス濃度（ＣＯ２％）とから、
ガス利用率＝１００＊（ＣＯ２％）／｛（ＣＯ％）＋（ＣＯ２％）｝
の式で求められるものであり、数値が大きいほど高炉内での還元ガスの利用効率が良好であることを示す。
【００３２】
また、通気抵抗指数とは、標準状態換算での１分間当たりの送風景ＢＶ（単位；ｍ3／ｍｉｎ）、と送風圧力ＢＰ（単位；Ｐａ）および炉頂圧力ＴＰ（単位：Ｐａ）とから
【００３３】
【数１】
0003838081.tif 000003
【００３４】
の式で求められる指数である。この数値が大きいほど炉内での圧力損失が高いことを意味し、低いほど炉内通気性が良好であることを示す。
【００３５】
【表２】
0003838081.tif 000004
【００３６】
【発明の効果】
本発明を用いた原料、コークスの装入方法により、高炉のガス利用率の向上が可能であることが明らかとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】荷重軟化実験装置を示す縦断面図である。
【図２】コークスの混合方法による原料の還元性の変化を表わすグラフである。
【符号の説明】
１    荷重軟化実験装置
２    黒鉛るつぼ
３    試料
４    荷重付加装置
５    錘り
６    炉芯管
７    黒鉛ヒーター
８    制御用熱電対
９    下部の目皿
１０    上部の目皿
１１    パンチ棒
２０    ガス混合装置
２１    サンプリング装置
【図１】
0003838081.tif 000005
【図２】
0003838081.tif 000006