高炉へのコークス装入方法
【課題】コークス中心装入を採用するベル式高炉において、１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比操業やペレット多配合操業を行う場合であっても、アーマプレートの変位方式にかかわらず、安定した中心流操業が確保でき、安定な炉況を維持し得る高炉へのコークス装入方法を確立する。
【解決手段】炉中心部には、中心装入専用シュート２により、１チャージあたりの全コークス量（＝C1＋C2＋CC1＋CC2＋CC3）の２〜７．５質量％に相当するコークス量（＝CC1＋CC2＋CC3）を装入するとともに、炉周縁部側には、下ベル３ａとアーマプレート３ｂとの組合せからなるベル方式装入装置３により、残部のコークス量（＝C1＋C2）を複数バッチに分けて装入し、そのうち最後に装入するバッチのコークス量（＝C2）を１チャージあたりの全コークス量の４９質量％超、６９質量％以下とする。
【解決手段】炉中心部には、中心装入専用シュート２により、１チャージあたりの全コークス量（＝C1＋C2＋CC1＋CC2＋CC3）の２〜７．５質量％に相当するコークス量（＝CC1＋CC2＋CC3）を装入するとともに、炉周縁部側には、下ベル３ａとアーマプレート３ｂとの組合せからなるベル方式装入装置３により、残部のコークス量（＝C1＋C2）を複数バッチに分けて装入し、そのうち最後に装入するバッチのコークス量（＝C2）を１チャージあたりの全コークス量の４９質量％超、６９質量％以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉操業の安定化および効率化に寄与し得る原料装入技術に関し、詳しくは本出願人の開発に係るコークス中心装入技術（「コークス軸芯装入技術」ともいう。）の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、高炉操業の安定化および効率化を実現すべく、いわゆる中心流操業の安定化ないし確実化を向上させるコークス中心装入技術を確立し（たとえば特許文献１参照）、さらに低コークス比操業下においてもコークス中心装入操業の実施効果を確実に発揮できる改良技術を完成した（特許文献２参照）。
【０００３】
上記特許文献２に記載の発明は、「コークスを高炉の軸芯部（中心部）へ集中的に投入するコークス軸芯装入手段と、コークスおよび鉱石を高炉の周縁部側へ投入する周縁装入手段とを備えてなる高炉内へ、コークスおよび鉱石を装入する方法において、前記コークス軸芯装入手段によって高炉軸芯部（中心部）のコークス比率を高めるとともに、前記周縁装入手段によって炉壁から０．０２Ｒ〜０．６Ｒ（但しＲは高炉半径）の位置にピーク高さを有するように山状に装入されたコークス層に対し、鉱石装入の少なくとも初期段階で投入される鉱石の投入位置を、前記周縁装入手段によって前記ピーク位置よりも遠心側に設定することにより、前記山状装入コークス層の少なくとも山頂部を含む高地部を崩して高炉軸芯部側（中心部側）へ押し流す様に構成してなることを特徴とする高炉への原料装入方法。」である。
【０００４】
この発明により、軸芯部（中心部）のＯ／Ｃが低くなるとともに炉壁部のＯ／Ｃが高くなり、かつ、それらの中間部はＯ／Ｃが平滑化されてその変化はなだらかであり、途中でＯ／Ｃが急激に上下することがないので炉内の上昇ガスは軸芯部（中心部）へ集中し、安定した中心流操業を継続させることができ、そのために炉況が安定し、かつ経済的な操業が行われるようになった。
【０００５】
ところで、前記周縁装入手段としては、ベル装入方式の高炉の場合、ベルとムーバブルアーマの組合せからなるベル方式装入装置が用いられ、ムーバブルアーマのプレート（アーマプレート）を変位させることによって、上記コークス層のピーク位置を制御している。
【０００６】
ムーバブルアーマとしては、一般的に、原料を反射させるプレート面を垂直に固定したまま炉内側に押し出したり炉壁側に引き込むことができる押出しタイプと、前記プレート面を垂直から斜め上向きの所定の角度までの範囲で変更できるスイングタイプとが用いられている。
【０００７】
押出しタイプのムーバブルアーマを用いた場合は、上記コークス層のピークが明瞭に形成され、引き続く鉱石装入によりコークス層の削り取りが十分に行われて炉中心近傍に混合層が形成され、上記発明の効果が十分に得られることが確認されている。
【０００８】
ところが、スイングタイプのムーバブルアーマを用いた場合は、上記コークス層はなだらかな堆積形状となり、ピークが明瞭に形成されず、このため引き続く鉱石装入によるコークス層の削り取り量が不足して炉中心近傍に十分な厚さの混合層が形成されず、上記発明の効果が十分に発揮されない場合があることが判明した。このように押出しタイプとスイングタイプとで上記コークス層のピークの形成状況に差が生じる理由は以下のように想定される。すなわち、炉内の所定位置にピークを形成しようとしてコークスを装入する場合、コークス粒子は下ベルからプレート面に向かって降下したのちプレート面で反射され、前記所定位置近辺に落下する。このとき、プレート面を斜め上向きにしていると、プレート面で反射されたコークス粒子は、垂直に維持されたプレート面で反射された場合にくらべて、水平方向の速度成分が大きくなる。このようなコークス粒子は、前記所定位置近辺に供給されても、水平方向の慣性力によってさらに炉中心方向に流れ込もうとするため、前記所定位置に明瞭なピークができず、なだらかな装入形状となってしまうものと考えられる。
【０００９】
また、高Ｏ／Ｃ操業において、１チャージ当たりのコークスの装入量を減少するに際し、炉壁側におけるコークスの堆積状況を安定化して炉内ガス流分布の安定化を図る目的で、コークス中心装入技術を用いない方法として、「ベル式高炉において１チャージのコークスを複数バッチに分け装入している操業でのコークス装入方法において、コークスの装入量を低下させる際に、はじめに装入するバッチのコークス量を最後に装入するバッチのコークス量の９５〜９０％にすることを特徴とする高炉におけるコークス装入方法。」が開示されている（特許文献３参照）。
【００１０】
この方法は、１チャージ当たりのコークスの装入量を減少する際に、はじめに装入するバッチのコークス量を優先的に減少させ、最後に装入されるバッチのコークス量をある程度確保することにより、コークス層の傾斜角度の増加を抑制して中心部のＯ／Ｃの過度の上昇を防止し、中心ガス流を維持することによって、炉内ガス流分布を安定化させようとするものである。そして、微粉炭比を１２０ｋｇ／ｔｈｍから１５０ｋｇ／ｔｈｍに上昇させた場合において上記効果が得られることが示されている（特許文献３の[実施例]参照）。
【００１１】
しかしながら、このコークス装入方法では、微粉炭比を１５０ｋｇ／ｔｈｍを超えてさらに上昇させていくと、１チャージ当たりのコークスの装入量がさらに減少し、はじめに装入するバッチのコークス量を優先的に減少させても、最後に装入されるバッチのコークス量を十分に確保できなくなり、コークス層の傾斜角度の増加を抑制できなくなってしまう。また、特許文献３には、鉱石の種類についてはなんら記載がないが、ペレットを多配合した鉱石を使用すると、ペレットは球状であるため中心部に流れ込みやすく、中心部の鉱石層が厚くなりやすい。したがって、微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比操業やペレット多配合操業においては、このコークス装入方法を用いても、中心部のＯ／Ｃが上昇して中心ガス流が維持できなくなり、炉内ガス流分布の安定化が維持できなくなる可能性が高い。
【特許文献１】特開昭６４−６５２０７号公報
【特許文献２】特公平６−２７２８３号公報
【特許文献３】特開平１０−１７９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、コークス中心装入を採用するベル式高炉において、１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比操業やペレット多配合操業を行う場合であっても、アーマプレートの変位方式にかかわらず、安定した中心流操業が確保でき、安定な炉況を維持し得る高炉へのコークス装入方法を確立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、コークスを高炉の中心部と周縁部側とに分けて装入するコークス中心装入操業でのコークス装入方法において、中心部には１チャージあたりの全コークス量の２〜７．５質量％に相当するコークス量を装入するとともに、周縁部側には残部のコークス量を複数バッチに分けて装入し、そのうち最後に装入するバッチのコークス量を１チャージあたりの全コークス量の４９質量％超、６９質量％以下とすることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コークス中心装入を採用するベル式高炉において、１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比操業を行う場合やペレット多配合操業を行う場合であっても、アーマプレートの変位方式にかかわらず、安定した中心流操業が確保できるようになり、安定な炉況を維持でき、より経済的な高炉操業が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
〔実施形態〕
以下、図１の高炉炉頂部における原料装入状況を説明する縦断面図を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の説明においては、本発明の効果を最も顕著に発揮しうる、ベル装入方式でスイングタイプのムーバブルアーマを有する高炉についてのみ説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、ベル装入方式で押出しタイプのムーバブルアーマを有する高炉やベルレス装入方式の高炉にも当然に適用し得るものである。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る高炉１は、コークスを高炉１の中心部へ集中的に投入する中心装入専用シュート２と、コークスおよび鉱石を高炉の周縁部側へ投入するための、下ベル３ａとスイングタイプのアーマプレート３ｂとの組合せからなるベル方式装入装置３とを備えている。
【００１７】
まず、コークス層の形成は、ベル方式装入装置３（下ベル３ａとアーマプレート３ｂとの組合せ）を用いて、コークス装入をＣ１↓Ｃ２↓の２回に分割して行う。具体的には、例えば、Ｃ１↓では、アーマプレート３ｂを垂直の状態として炉壁近傍に落下点を設定して所定のコークス量を装入してベースとなるコークス層Ｃ１厚みを形成する。ついで、Ｃ２↓では、アーマプレート３ｂを斜め上向きに傾動させてＣ１↓より高炉中心寄りの位置Ｐに落下点を設定して残部のコークスを装入し、最終的なコークス層Ｃ２の表面形状を形成する。ここで、↓の付いていない符号（たとえばＣ１）は原料装入（たとえばＣ１↓）で形成された堆積層を意味し、以下同様である。
【００１８】
Ｃ２↓のピーク位置Ｐとしては、炉壁から０．０２Ｒ〜０．６Ｒ（ただし、Ｒは高炉半径）とするのが推奨される。０．０２Ｒより小さいときは炉壁側のコークス層が比較的厚くなる結果、炉壁側の鉱石層が比較的薄くなって上昇ガス流の一部が炉壁側へ偏流して熱放散量が大きくなる。いっぽう０．６Ｒより大きいときは炉壁側のコークス層が薄くなりすぎる結果、炉壁側の鉱石層が厚くなりすぎ炉壁側へのガス流れが不足して鉱石の還元が遅れ、生下りや直接還元量の増加による燃料比の上昇等の懸念が生じるためである。
【００１９】
次に、鉱石層およびコークス・コラムの形成を行う。たとえば、上記コークス層Ｃ１，Ｃ２を形成した後、中心装入専用シュート２とベル方式装入装置３とを交互に使用して、中心部へのコークス装入ＣＣ１↓、周縁部への鉱石装入Ｏ１↓、中心部へのコークス装入ＣＣ２↓、周縁部への鉱石装入Ｏ２↓、中心部へのコークス装入ＣＣ３↓の順序で装入を行う。このように、中心部へのコークス装入と周縁部への鉱石装入とを交互に行うことにより、中心装入コークスＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３が鉱石層で分断されることがなく、上記コークス層Ｃ１，Ｃ２と中心装入コークスＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３とが連続し、中心部に完全なコークス・コラムを形成することができる。
【００２０】
上記１チャージ分の原料装入に際し、中心装入コークス量ＷCC（＝[ＣＣ１＋ＣＣ２＋ＣＣ３]合計コークス量）を１チャージあたりの全コークス量ＷTC（＝[Ｃ１＋Ｃ２＋ＣＣ１＋ＣＣ２＋ＣＣ３]合計コークス量）の２〜７．５質量％とするとともに、最後に装入するバッチであるＣ２コークス量ＷC2（＝Ｃ２コークス量）を１チャージあたりの全コークス量ＷTCの４９質量％超、６９質量％以下とする。
【００２１】
上記のように、中心装入コークス量ＷCCおよびＣ２コークス量ＷC2の範囲を限定した理由を以下に述べる。
【００２２】
まず、中心装入コークス量ＷCCの範囲の限定理由について述べる。中心装入コークス量ＷCCを少なくしすぎると、中心装入コークスＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３が鉱石層Ｏ１，Ｏ２で分断され、中心部に完全なコークス・コラムが形成されなくなるため、中心流が確保できなくなるおそれが高まる。いっぽう、中心装入コークス量ＷCCを多くしすぎると、中心部へのガス流れが過剰になり周縁部へのガス流れが不足し、周縁部の鉱石の還元が遅れ、かえって生下りや直接還元量の増加による燃料比の上昇等の懸念が生じる。したがって、中心装入コークス量ＷCCには適正範囲が存在し、その適正範囲は１チャージあたりの全コークス量ＷTCの２〜７．５質量％であり、より好ましい範囲は５〜６質量％である。
【００２３】
つぎに、Ｃ２コークス量ＷC2の範囲の限定理由について述べる。Ｃ２コークス量ＷC2を少なくしすぎると、中心部へのコークスの流れ込みが不足し、装入後のＣ２コークス層表面の傾斜角度が大きくなり、中心部近傍のコークス層厚みが減少するため、中心流が確保できなくなるおそれが高まる。いっぽう、Ｃ２コークス量ＷC2を多くしすぎると、Ｃ２コークス層表面の傾斜角度が過度に低下し、中心部近傍のコークス層厚みが過度に増加する。この結果、中心流が過剰となり、炉頂温度が過度に上昇するため、実ガス体積が増加し、高炉全圧損はむしろ上昇する。したがって、Ｃ２コークス量ＷC2には適正範囲が存在し、その適正範囲は１チャージあたりの全コークス量ＷTCの４９質量％超、６９質量％以下であり、より好ましい範囲は５０〜６６質量％であり、さらに好ましい範囲は５２〜６２質量％である。
【００２４】
本発明方法によれば、中心部にコークス・コラムが形成されるので、ペレット多配合鉱石を使用しても、中心部にペレットが流れ込むことが防止され、中心流が維持される。本発明は、鉱石の種類により制約されるものではないが、本発明の効果は、鉱石中のペレット配合率が１５％以上、さらには２０％以上、特に２５％以上の操業において、より効果的に発揮される。
【００２５】
〔変形例〕
上記実施形態では、コークスを中心部と周縁部側とに分けて装入する手段として、中心装入専用シュートとベル方式装入装置を用いたが、ベルレス方式装入装置を有する高炉では、旋回シュートを用いて、前記両者の機能を兼ねさせてもよい。
【００２６】
また、上記実施形態では、周縁部に装入するコークスを２回に分けて装入する例を示したが、３回以上に分けて装入してもよい。ただし、１回で装入するとコークス層の厚みが不均一になりやすく、分割数が多くなると装入シーケンスが複雑になり、トラブルが発生しやすくなるので、２回程度が推奨される。
【００２７】
また、上記実施形態では、中心部に装入するコークスを３回に分けて装入する例を示したが、２回または４回以上に分けて装入してもよい。ただし、分割数が多くなると、上記と同様、装入シーケンスが複雑になり、トラブルが発生しやすくなるので、２〜３回程度が推奨される。
【００２８】
また、上記実施形態では、鉱石を２回に分けて装入する例を示したが、１回で装入してもよく、または３回以上に分けて装入してもよい。ただし、上記周縁部へのコークス装入と同様、１回で装入すると鉱石層の厚みが不均一になりやすく、いっぽう分割数が多くなると、装入シーケンスが複雑になり、トラブルが発生しやすくなるので、２回程度が推奨される。
【実施例】
【００２９】
本発明の効果を確認するため、スイングタイプのアーマプレートを有するベル装入方式の高炉（内容積：４５００ｍ3、コークス比：３４０ｋｇ／ｔｈｍ、微粉炭吹込み比：１６０〜１６５ｋｇ／ｔｈｍ）において、中心部へのコークス装入量２水準のそれぞれに対し、Ｃ２コークス量を順次変化させた操業を実施した。なお、装入鉱石中のペレット配合率は２７質量％、焼結鉱配合率は５０質量％、塊鉱石配合率は２３質量％とした。
【００３０】
図２に、１チャージあたりの全コークス量に対するＣ２コークス量の割合と、高炉全圧損（＝羽口圧力−炉頂圧力）との関係を示す。図中、○印および◆印は、１チャージあたりの全コークス量に対する中心装入コークス量の割合が、それぞれ４．５質量％および７．５質量％の場合を示す。
【００３１】
図中、点Ａ１および点Ａ２は比較例を示し、Ｃ１コークス量とＣ２コークス量とが等しい場合である。これらの比較例に対し、Ｃ２コークス量の割合を順次増加させていくと、その割合が４９質量％を超え、６９質量％以下である本発明の範囲内では、高炉全圧損は、比較例に比べ、約０．７〜３．０ｋＰａの大幅な低下を示した。なかでも、Ｃ２コークス量の割合が５０〜６６質量％の範囲において、約２．０〜３．０ｋＰａの圧損低減が確保され、特に、Ｃ２コークス量の割合が５２〜６２質量％の範囲において、約２．７〜３．０ｋＰａという最大の圧損低減効果が得られることがわかった。しかしながら、Ｃ２コークス量の割合がさらに増加して、本発明の範囲を外れる６９質量％超になると、高炉全圧損はほぼ比較例のレベルに戻ってしまい、本発明の効果が得られなくなることがわかった。
【００３２】
よって、本発明により、１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比で、かつ、ペレット配合率が２５％を超えるペレット多配合操業において、スイングタイプのアーマプレートを用いても、安定した中心流操業が確保でき、炉内通気性が大幅に改善されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】高炉炉頂部における原料装入状況を説明する縦断面図である。
【図２】１チャージあたりの全コークス量に対するＣ２コークス量の割合と、高炉全圧損との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：高炉
２：中心装入専用シュート
３：ベル方式装入装置
３ａ：下ベル
３ｂ：アーマプレート
Ｏ１↓，Ｏ２↓：鉱石装入
Ｃ１↓，Ｃ２↓：周縁部へのコークス装入
ＣＣ１↓，ＣＣ２↓，ＣＣ３↓：中心部へのコークス装入
Ｏ１，Ｏ２：鉱石層
Ｃ１，Ｃ２：コークス層
ＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３：中心装入コークス
Ｐ：コークス層Ｃ２のピーク位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉操業の安定化および効率化に寄与し得る原料装入技術に関し、詳しくは本出願人の開発に係るコークス中心装入技術（「コークス軸芯装入技術」ともいう。）の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、高炉操業の安定化および効率化を実現すべく、いわゆる中心流操業の安定化ないし確実化を向上させるコークス中心装入技術を確立し（たとえば特許文献１参照）、さらに低コークス比操業下においてもコークス中心装入操業の実施効果を確実に発揮できる改良技術を完成した（特許文献２参照）。
【０００３】
上記特許文献２に記載の発明は、「コークスを高炉の軸芯部（中心部）へ集中的に投入するコークス軸芯装入手段と、コークスおよび鉱石を高炉の周縁部側へ投入する周縁装入手段とを備えてなる高炉内へ、コークスおよび鉱石を装入する方法において、前記コークス軸芯装入手段によって高炉軸芯部（中心部）のコークス比率を高めるとともに、前記周縁装入手段によって炉壁から０．０２Ｒ〜０．６Ｒ（但しＲは高炉半径）の位置にピーク高さを有するように山状に装入されたコークス層に対し、鉱石装入の少なくとも初期段階で投入される鉱石の投入位置を、前記周縁装入手段によって前記ピーク位置よりも遠心側に設定することにより、前記山状装入コークス層の少なくとも山頂部を含む高地部を崩して高炉軸芯部側（中心部側）へ押し流す様に構成してなることを特徴とする高炉への原料装入方法。」である。
【０００４】
この発明により、軸芯部（中心部）のＯ／Ｃが低くなるとともに炉壁部のＯ／Ｃが高くなり、かつ、それらの中間部はＯ／Ｃが平滑化されてその変化はなだらかであり、途中でＯ／Ｃが急激に上下することがないので炉内の上昇ガスは軸芯部（中心部）へ集中し、安定した中心流操業を継続させることができ、そのために炉況が安定し、かつ経済的な操業が行われるようになった。
【０００５】
ところで、前記周縁装入手段としては、ベル装入方式の高炉の場合、ベルとムーバブルアーマの組合せからなるベル方式装入装置が用いられ、ムーバブルアーマのプレート（アーマプレート）を変位させることによって、上記コークス層のピーク位置を制御している。
【０００６】
ムーバブルアーマとしては、一般的に、原料を反射させるプレート面を垂直に固定したまま炉内側に押し出したり炉壁側に引き込むことができる押出しタイプと、前記プレート面を垂直から斜め上向きの所定の角度までの範囲で変更できるスイングタイプとが用いられている。
【０００７】
押出しタイプのムーバブルアーマを用いた場合は、上記コークス層のピークが明瞭に形成され、引き続く鉱石装入によりコークス層の削り取りが十分に行われて炉中心近傍に混合層が形成され、上記発明の効果が十分に得られることが確認されている。
【０００８】
ところが、スイングタイプのムーバブルアーマを用いた場合は、上記コークス層はなだらかな堆積形状となり、ピークが明瞭に形成されず、このため引き続く鉱石装入によるコークス層の削り取り量が不足して炉中心近傍に十分な厚さの混合層が形成されず、上記発明の効果が十分に発揮されない場合があることが判明した。このように押出しタイプとスイングタイプとで上記コークス層のピークの形成状況に差が生じる理由は以下のように想定される。すなわち、炉内の所定位置にピークを形成しようとしてコークスを装入する場合、コークス粒子は下ベルからプレート面に向かって降下したのちプレート面で反射され、前記所定位置近辺に落下する。このとき、プレート面を斜め上向きにしていると、プレート面で反射されたコークス粒子は、垂直に維持されたプレート面で反射された場合にくらべて、水平方向の速度成分が大きくなる。このようなコークス粒子は、前記所定位置近辺に供給されても、水平方向の慣性力によってさらに炉中心方向に流れ込もうとするため、前記所定位置に明瞭なピークができず、なだらかな装入形状となってしまうものと考えられる。
【０００９】
また、高Ｏ／Ｃ操業において、１チャージ当たりのコークスの装入量を減少するに際し、炉壁側におけるコークスの堆積状況を安定化して炉内ガス流分布の安定化を図る目的で、コークス中心装入技術を用いない方法として、「ベル式高炉において１チャージのコークスを複数バッチに分け装入している操業でのコークス装入方法において、コークスの装入量を低下させる際に、はじめに装入するバッチのコークス量を最後に装入するバッチのコークス量の９５〜９０％にすることを特徴とする高炉におけるコークス装入方法。」が開示されている（特許文献３参照）。
【００１０】
この方法は、１チャージ当たりのコークスの装入量を減少する際に、はじめに装入するバッチのコークス量を優先的に減少させ、最後に装入されるバッチのコークス量をある程度確保することにより、コークス層の傾斜角度の増加を抑制して中心部のＯ／Ｃの過度の上昇を防止し、中心ガス流を維持することによって、炉内ガス流分布を安定化させようとするものである。そして、微粉炭比を１２０ｋｇ／ｔｈｍから１５０ｋｇ／ｔｈｍに上昇させた場合において上記効果が得られることが示されている（特許文献３の[実施例]参照）。
【００１１】
しかしながら、このコークス装入方法では、微粉炭比を１５０ｋｇ／ｔｈｍを超えてさらに上昇させていくと、１チャージ当たりのコークスの装入量がさらに減少し、はじめに装入するバッチのコークス量を優先的に減少させても、最後に装入されるバッチのコークス量を十分に確保できなくなり、コークス層の傾斜角度の増加を抑制できなくなってしまう。また、特許文献３には、鉱石の種類についてはなんら記載がないが、ペレットを多配合した鉱石を使用すると、ペレットは球状であるため中心部に流れ込みやすく、中心部の鉱石層が厚くなりやすい。したがって、微粉炭比が１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比操業やペレット多配合操業においては、このコークス装入方法を用いても、中心部のＯ／Ｃが上昇して中心ガス流が維持できなくなり、炉内ガス流分布の安定化が維持できなくなる可能性が高い。
【特許文献１】特開昭６４−６５２０７号公報
【特許文献２】特公平６−２７２８３号公報
【特許文献３】特開平１０−１７９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、コークス中心装入を採用するベル式高炉において、１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比操業やペレット多配合操業を行う場合であっても、アーマプレートの変位方式にかかわらず、安定した中心流操業が確保でき、安定な炉況を維持し得る高炉へのコークス装入方法を確立することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、コークスを高炉の中心部と周縁部側とに分けて装入するコークス中心装入操業でのコークス装入方法において、中心部には１チャージあたりの全コークス量の２〜７．５質量％に相当するコークス量を装入するとともに、周縁部側には残部のコークス量を複数バッチに分けて装入し、そのうち最後に装入するバッチのコークス量を１チャージあたりの全コークス量の４９質量％超、６９質量％以下とすることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コークス中心装入を採用するベル式高炉において、１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比操業を行う場合やペレット多配合操業を行う場合であっても、アーマプレートの変位方式にかかわらず、安定した中心流操業が確保できるようになり、安定な炉況を維持でき、より経済的な高炉操業が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
〔実施形態〕
以下、図１の高炉炉頂部における原料装入状況を説明する縦断面図を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。なお、以下の説明においては、本発明の効果を最も顕著に発揮しうる、ベル装入方式でスイングタイプのムーバブルアーマを有する高炉についてのみ説明するが、本発明は、これに限定されるものではなく、ベル装入方式で押出しタイプのムーバブルアーマを有する高炉やベルレス装入方式の高炉にも当然に適用し得るものである。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る高炉１は、コークスを高炉１の中心部へ集中的に投入する中心装入専用シュート２と、コークスおよび鉱石を高炉の周縁部側へ投入するための、下ベル３ａとスイングタイプのアーマプレート３ｂとの組合せからなるベル方式装入装置３とを備えている。
【００１７】
まず、コークス層の形成は、ベル方式装入装置３（下ベル３ａとアーマプレート３ｂとの組合せ）を用いて、コークス装入をＣ１↓Ｃ２↓の２回に分割して行う。具体的には、例えば、Ｃ１↓では、アーマプレート３ｂを垂直の状態として炉壁近傍に落下点を設定して所定のコークス量を装入してベースとなるコークス層Ｃ１厚みを形成する。ついで、Ｃ２↓では、アーマプレート３ｂを斜め上向きに傾動させてＣ１↓より高炉中心寄りの位置Ｐに落下点を設定して残部のコークスを装入し、最終的なコークス層Ｃ２の表面形状を形成する。ここで、↓の付いていない符号（たとえばＣ１）は原料装入（たとえばＣ１↓）で形成された堆積層を意味し、以下同様である。
【００１８】
Ｃ２↓のピーク位置Ｐとしては、炉壁から０．０２Ｒ〜０．６Ｒ（ただし、Ｒは高炉半径）とするのが推奨される。０．０２Ｒより小さいときは炉壁側のコークス層が比較的厚くなる結果、炉壁側の鉱石層が比較的薄くなって上昇ガス流の一部が炉壁側へ偏流して熱放散量が大きくなる。いっぽう０．６Ｒより大きいときは炉壁側のコークス層が薄くなりすぎる結果、炉壁側の鉱石層が厚くなりすぎ炉壁側へのガス流れが不足して鉱石の還元が遅れ、生下りや直接還元量の増加による燃料比の上昇等の懸念が生じるためである。
【００１９】
次に、鉱石層およびコークス・コラムの形成を行う。たとえば、上記コークス層Ｃ１，Ｃ２を形成した後、中心装入専用シュート２とベル方式装入装置３とを交互に使用して、中心部へのコークス装入ＣＣ１↓、周縁部への鉱石装入Ｏ１↓、中心部へのコークス装入ＣＣ２↓、周縁部への鉱石装入Ｏ２↓、中心部へのコークス装入ＣＣ３↓の順序で装入を行う。このように、中心部へのコークス装入と周縁部への鉱石装入とを交互に行うことにより、中心装入コークスＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３が鉱石層で分断されることがなく、上記コークス層Ｃ１，Ｃ２と中心装入コークスＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３とが連続し、中心部に完全なコークス・コラムを形成することができる。
【００２０】
上記１チャージ分の原料装入に際し、中心装入コークス量ＷCC（＝[ＣＣ１＋ＣＣ２＋ＣＣ３]合計コークス量）を１チャージあたりの全コークス量ＷTC（＝[Ｃ１＋Ｃ２＋ＣＣ１＋ＣＣ２＋ＣＣ３]合計コークス量）の２〜７．５質量％とするとともに、最後に装入するバッチであるＣ２コークス量ＷC2（＝Ｃ２コークス量）を１チャージあたりの全コークス量ＷTCの４９質量％超、６９質量％以下とする。
【００２１】
上記のように、中心装入コークス量ＷCCおよびＣ２コークス量ＷC2の範囲を限定した理由を以下に述べる。
【００２２】
まず、中心装入コークス量ＷCCの範囲の限定理由について述べる。中心装入コークス量ＷCCを少なくしすぎると、中心装入コークスＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３が鉱石層Ｏ１，Ｏ２で分断され、中心部に完全なコークス・コラムが形成されなくなるため、中心流が確保できなくなるおそれが高まる。いっぽう、中心装入コークス量ＷCCを多くしすぎると、中心部へのガス流れが過剰になり周縁部へのガス流れが不足し、周縁部の鉱石の還元が遅れ、かえって生下りや直接還元量の増加による燃料比の上昇等の懸念が生じる。したがって、中心装入コークス量ＷCCには適正範囲が存在し、その適正範囲は１チャージあたりの全コークス量ＷTCの２〜７．５質量％であり、より好ましい範囲は５〜６質量％である。
【００２３】
つぎに、Ｃ２コークス量ＷC2の範囲の限定理由について述べる。Ｃ２コークス量ＷC2を少なくしすぎると、中心部へのコークスの流れ込みが不足し、装入後のＣ２コークス層表面の傾斜角度が大きくなり、中心部近傍のコークス層厚みが減少するため、中心流が確保できなくなるおそれが高まる。いっぽう、Ｃ２コークス量ＷC2を多くしすぎると、Ｃ２コークス層表面の傾斜角度が過度に低下し、中心部近傍のコークス層厚みが過度に増加する。この結果、中心流が過剰となり、炉頂温度が過度に上昇するため、実ガス体積が増加し、高炉全圧損はむしろ上昇する。したがって、Ｃ２コークス量ＷC2には適正範囲が存在し、その適正範囲は１チャージあたりの全コークス量ＷTCの４９質量％超、６９質量％以下であり、より好ましい範囲は５０〜６６質量％であり、さらに好ましい範囲は５２〜６２質量％である。
【００２４】
本発明方法によれば、中心部にコークス・コラムが形成されるので、ペレット多配合鉱石を使用しても、中心部にペレットが流れ込むことが防止され、中心流が維持される。本発明は、鉱石の種類により制約されるものではないが、本発明の効果は、鉱石中のペレット配合率が１５％以上、さらには２０％以上、特に２５％以上の操業において、より効果的に発揮される。
【００２５】
〔変形例〕
上記実施形態では、コークスを中心部と周縁部側とに分けて装入する手段として、中心装入専用シュートとベル方式装入装置を用いたが、ベルレス方式装入装置を有する高炉では、旋回シュートを用いて、前記両者の機能を兼ねさせてもよい。
【００２６】
また、上記実施形態では、周縁部に装入するコークスを２回に分けて装入する例を示したが、３回以上に分けて装入してもよい。ただし、１回で装入するとコークス層の厚みが不均一になりやすく、分割数が多くなると装入シーケンスが複雑になり、トラブルが発生しやすくなるので、２回程度が推奨される。
【００２７】
また、上記実施形態では、中心部に装入するコークスを３回に分けて装入する例を示したが、２回または４回以上に分けて装入してもよい。ただし、分割数が多くなると、上記と同様、装入シーケンスが複雑になり、トラブルが発生しやすくなるので、２〜３回程度が推奨される。
【００２８】
また、上記実施形態では、鉱石を２回に分けて装入する例を示したが、１回で装入してもよく、または３回以上に分けて装入してもよい。ただし、上記周縁部へのコークス装入と同様、１回で装入すると鉱石層の厚みが不均一になりやすく、いっぽう分割数が多くなると、装入シーケンスが複雑になり、トラブルが発生しやすくなるので、２回程度が推奨される。
【実施例】
【００２９】
本発明の効果を確認するため、スイングタイプのアーマプレートを有するベル装入方式の高炉（内容積：４５００ｍ3、コークス比：３４０ｋｇ／ｔｈｍ、微粉炭吹込み比：１６０〜１６５ｋｇ／ｔｈｍ）において、中心部へのコークス装入量２水準のそれぞれに対し、Ｃ２コークス量を順次変化させた操業を実施した。なお、装入鉱石中のペレット配合率は２７質量％、焼結鉱配合率は５０質量％、塊鉱石配合率は２３質量％とした。
【００３０】
図２に、１チャージあたりの全コークス量に対するＣ２コークス量の割合と、高炉全圧損（＝羽口圧力−炉頂圧力）との関係を示す。図中、○印および◆印は、１チャージあたりの全コークス量に対する中心装入コークス量の割合が、それぞれ４．５質量％および７．５質量％の場合を示す。
【００３１】
図中、点Ａ１および点Ａ２は比較例を示し、Ｃ１コークス量とＣ２コークス量とが等しい場合である。これらの比較例に対し、Ｃ２コークス量の割合を順次増加させていくと、その割合が４９質量％を超え、６９質量％以下である本発明の範囲内では、高炉全圧損は、比較例に比べ、約０．７〜３．０ｋＰａの大幅な低下を示した。なかでも、Ｃ２コークス量の割合が５０〜６６質量％の範囲において、約２．０〜３．０ｋＰａの圧損低減が確保され、特に、Ｃ２コークス量の割合が５２〜６２質量％の範囲において、約２．７〜３．０ｋＰａという最大の圧損低減効果が得られることがわかった。しかしながら、Ｃ２コークス量の割合がさらに増加して、本発明の範囲を外れる６９質量％超になると、高炉全圧損はほぼ比較例のレベルに戻ってしまい、本発明の効果が得られなくなることがわかった。
【００３２】
よって、本発明により、１５０ｋｇ／ｔｈｍを超える高微粉炭比で、かつ、ペレット配合率が２５％を超えるペレット多配合操業において、スイングタイプのアーマプレートを用いても、安定した中心流操業が確保でき、炉内通気性が大幅に改善されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】高炉炉頂部における原料装入状況を説明する縦断面図である。
【図２】１チャージあたりの全コークス量に対するＣ２コークス量の割合と、高炉全圧損との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３４】
１：高炉
２：中心装入専用シュート
３：ベル方式装入装置
３ａ：下ベル
３ｂ：アーマプレート
Ｏ１↓，Ｏ２↓：鉱石装入
Ｃ１↓，Ｃ２↓：周縁部へのコークス装入
ＣＣ１↓，ＣＣ２↓，ＣＣ３↓：中心部へのコークス装入
Ｏ１，Ｏ２：鉱石層
Ｃ１，Ｃ２：コークス層
ＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３：中心装入コークス
Ｐ：コークス層Ｃ２のピーク位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークスを高炉の中心部と周縁部側とに分けて装入するコークス中心装入操業でのコークス装入方法において、
中心部には１チャージあたりの全コークス量の２〜７．５質量％に相当するコークス量を装入するとともに、周縁部側には残部のコークス量を複数バッチに分けて装入し、そのうち最後に装入するバッチのコークス量を１チャージあたりの全コークス量の４９質量％超、６９質量％以下とすることを特徴とする高炉へのコークス装入方法。
【請求項１】
コークスを高炉の中心部と周縁部側とに分けて装入するコークス中心装入操業でのコークス装入方法において、
中心部には１チャージあたりの全コークス量の２〜７．５質量％に相当するコークス量を装入するとともに、周縁部側には残部のコークス量を複数バッチに分けて装入し、そのうち最後に装入するバッチのコークス量を１チャージあたりの全コークス量の４９質量％超、６９質量％以下とすることを特徴とする高炉へのコークス装入方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１３１９６７（Ｐ２００６−１３１９６７Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２３５８０（Ｐ２００４−３２３５８０）
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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