説明

高炉への原料装入方法

【課題】装入鉱石としてペレットを配合した鉱石を用いても、安定した中心流操業が確保でき、安定な炉況を維持しつつ低コークス比および/または高出銑比操業を継続し得るような高炉への原料装入方法を確立する。
【解決手段】軸芯部装入専用シュート2によって軸芯部のコークス比率を高めつつ、ベル方式装入装置3で炉壁から軸芯部寄りの位置にピーク高さPを有するようにコークス層C2を山状に装入し、ついで、このコークス層C2上に鉱石を2回に分けて装入するが、その初回装入鉱石O1↓中のペレット配合比率を全装入鉱石中の平均ペレット配合比率よりも低くしておく。これにより、コークス層C2の一部が鉱石装入により軸芯部側へ押し流されて軸芯部の周囲に形成されたコークス充填部CP中にペレットが混入するのを抑制することができる。

【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軸芯装入(またはコークス中心装入)技術の改良に関する。
【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軸芯装入技術を確立し(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軸芯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が急激に高くなったり低くなることがないので炉内の上昇ガスは軸芯部へ集中し、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】
しかしながら、装入鉱石としてペレットを多量に配合した鉱石を用いると、鉱石が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へ押し流し、高炉軸芯部の周囲にコークス充填部を形成する際に、ペレットがコークス充填部中に混入し、コークス充填部の空隙率を低下させてしまうことがわかった(後述)。このため、装入鉱石としてペレットを多量に配合した鉱石を用いて、現状よりさらにコークス比を低下させたり、出銑比を増大させようとすると、軸芯部周辺の通気抵抗が増大し、安定した中心流操業が維持できなくなるおそれがあり、改善の余地があった。
【0006】
また、ペレット配合比が高い場合の高炉の通気性を改善する目的で、コークス軸芯装入技術を用いない方法として、「ペレットを配合した鉱石類を複数回に分けて炉壁近傍に装入する高炉操業方法において、コークスダンプ後の最初の鉱石ダンプとして、ペレットを主体とする鉱石類を装入すると共にこれに引続くその他の鉱石ダンプとして焼結鉱及び又は塊鉱石を主体とする鉱石類を装入することを特徴とする高炉原料の装入方法。」が開示されている(特許文献3参照)。
【0007】
この方法は、コークスダンプ後の最初の鉱石ダンプとして、ペレットを主体とする鉱石類を装入することにより、コークス層が崩されてその傾斜角が小さくなり、コークス層直上にダンプしたペレットを主体とした鉱石類によって形成される層の傾斜角が小さくなるので、後続の鉱石類ダンプによって形成される鉱石層が、炉壁部に堆積した状態に形成され、中心部の鉱石層の厚みが薄くなるので、中心流操業が可能となり、ペレット配合比が高い場合の高炉の通気性が改善されるとするものである(特許文献3の第2頁右欄1〜17行目参照)。
【0008】
しかしながら、この方法においても、コークスダンプ後の最初の鉱石ダンプとして、ペレットを主体とする鉱石類を装入する際に、コークス層は崩され、少量のペレットとともに炉中心部へ流れ込み、中間〜中心域にかけて空隙率の低いペレット・コークスの混合層が形成されるため(特許文献3の第2頁右欄4〜6行目参照)、低コークス比および/または高出銑比操業においては、炉中間〜中心域の通気抵抗が増大し、安定した中心流操業が維持できない可能性が高い。
【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】特公昭61−12967号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで、本発明は、装入鉱石としてペレットを配合した鉱石を用いても、安定した中心流操業が確保でき、安定な炉況を維持しつつ低コークス比および/または高出銑比操業を継続し得るような高炉への原料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】
【0010】
本発明者らは、上述したコークス充填層へのペレットの混入状況を把握するため、特許文献2に記載の原料装入方法を用いる従来の高炉軸芯操業において、高炉炉頂部より原料堆積層のサンプリングを行った。
【0011】
具体的には、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に示すように、特許文献2に記載の原料装入方法に準拠して、C1↓C2↓CCC1↓O1↓CCC2↓O2↓を1サイクルとして装入される原料堆積層から、特許第3358955号公報に記載のサンプリング治具およびサンプリング方法を用いて、サンプル堆積層の採取を行った。ここで、C1↓,C2↓は周辺部へのコークス装入、CCC1↓,CCC2↓は軸芯部へのコークス装入(ここに、CCCはCenter−Charged Cokeの略)、O1↓,O2↓は鉱石装入を示し、O1↓とO2↓とはペレット配合比が等しいものである。
【0012】
なお、高炉半径方向におけるサンプル堆積層の採取位置は炉壁から0.5R(ただし、Rは高炉半径)の位置とし、鉱石装入O1↓後に鉱石層O1とコークス層C2とを一体に採取し、サンプル堆積層とした。ここで、↓の付いていない符号(たとえばO1)は原料装入(たとえばO1↓)で形成された堆積層を意味し、以下同様である。
【0013】
図2(a)に採取したサンプル堆積層の積層状態を示す。同図から、鉱石層O1とコークス層C2との間に、コークスと鉱石との混合層Mが存在しているのが明らかである。
【0014】
このサンプル堆積層の縦断面写真上において肉眼によりコークス、ペレット、ペレット以外の鉱石(焼結鉱および塊鉱石)および空隙のいずれであるかを判別し、各別に異なるマーキングを施したのち、サンプル堆積層の縦断面全体をストックライン(鉱石層O1の上表面)と平行な直線で10区分に分割し、画像解析により各区分ごとに各原料および空隙の面積比率を測定して、各原料の存在比率および空隙率を求めた。
【0015】
図2(b)に、サンプル堆積層の高さ方向における、全原料中の鉱石割合、鉱石中のペレット濃度および空隙率の変化を示す。なお、同図において、サンプル堆積層の高さは、サンプル堆積層の全高hを基準として無次元化した無次元高さHで表示しており、H=0の位置がコークス層C2の下表面の位置に相当し、H=1.0の位置が鉱石層O1の上表面に相当する。
【0016】
そして、高さ方向における全原料中の鉱石割合の変化から、H=0〜略0.5の範囲がコークス層C2、H=略0.5〜略0.8の範囲が混合層M、H=略0.8〜1.0の範囲が鉱石層O1と判断される。
【0017】
同図より、鉱石中のペレット濃度は、鉱石層O1内(H>0.8)では鉱石中のペレット配合率である30質量%に近い値を維持しているが、混合層M内に入るとその境界部近傍(H=0.8〜0.7)でいったん少し低下した後、さらに下方にいくと混合層Mを越えてコークス層C2内まで(H=0.7〜0.3)急激に上昇しているのがわかる。また、混合層Mは、鉱石層O1およびコークス層C2に比べ空隙率が大幅に低下しているのが明白に見てとれる。
【0018】
このような現象は他の鉱石と異なるペレット特有の物理的性状に由来して生じると説明できる。すなわち、ペレットは球状で、かつ見掛け密度が大きいため、コークス層C2上への鉱石O1↓投入時に、ペレットだけが装入鉱石O1から選択的に分離されやすい。そして、この分離されたペレットが、鉱石に比べて粒径の大きいコークスで構成されたコークス層C2の大きな空隙内に深く落ち込む(潜り込む)ことによって、コークス層C2内へのペレットの選択的な混入が生じると考えられる。
【0019】
上記知見に基づき、コークス層の直上に装入する鉱石中のペレットの存在量を少なくしてコークス層内にペレットをできるだけ混入させないようにすることにより上記課題を解決できると考え、以下の発明を完成するに至った。
【0020】
本発明は、コークスを高炉の軸芯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と、ペレットを配合した鉱石とを装入するに当り、前記コークス軸芯装入手段によって高炉軸芯部のコークス比率を高めつつ、前記周縁装入手段によって炉壁から0.02R〜0.6R(ただし、Rは高炉半径)の位置にピーク高さを有するようにコークス層を山状に装入し、ついで、このコークス層上に、鉱石を複数回に分けて前記周縁装入手段によって装入するが、前記複数回の鉱石装入のうち少なくとも初回装入の鉱石中のペレット配合比率を全装入鉱石中の平均ペレット配合比率よりも低くしておくことによって、前記山状装入コークス層の一部が高炉軸芯部側へ押し流されて高炉軸芯部の周囲に形成されたコークス充填部にペレットが混入するのを抑制するように構成してなることを要旨とする。
【0021】
上記において、少なくとも前記初回装入の鉱石の投入位置は、前記コークス層のピーク位置よりも遠心側に設定するのがより望ましい。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、コークス層上への少なくとも初回装入の鉱石中のペレット配合比率を全装入鉱石中の平均ペレット配合比率よりも低くすることにより、コークス充填部中へのペレットの混入(潜り込み)を抑制でき、高炉軸芯部〜中間部の通気性を高く維持でき、安定した中心流操業が継続できる。このため、炉況が安定し、低コークス比および/または高出銑比操業が達成され、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】
【0023】
〔実施形態〕
以下、上記図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、ベル装入方式の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、ベルレス装入方式の高炉にも当然に適用し得るものである。
【0024】
図1に示すように、本実施形態に係る高炉1は、コークスを高炉の軸芯部へ集中的に投入するコークス軸芯装入手段としての軸芯部装入専用シュート2と、コークスおよび鉱石を高炉の周縁部側へ投入する周縁装入手段としての、ベル3aとアーマプレート3bとの組み合わせからなるベル方式装入装置3とを備えている。
【0025】
まず、コークス層の形成は、ベル方式装入装置3(ベル3aとアーマプレート3bとの組み合わせ)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、アーマプレート3bを操作してC1↓では炉壁近傍にピーク高さを有するように山状にコークス層を装入してベースとなるコークス層厚みを形成したのち、アーマプレート3bの設定を変更してC2↓ではC1↓より高炉軸心寄りの位置Pにピーク高さを有するように山状にコークス層を装入する。
【0026】
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り、いっぽう0.6Rより大きいときには高地部のコークスを崩してコークス充填部を形成し、コークス層の層厚をできるだけ均一化するという効果が十分に発揮されなくなるためである(特許文献2の第3頁左欄下から3行目〜同右欄上から8行目参照)。
【0027】
次に、鉱石層の形成を行うが、鉱石層の形成は鉱石装入を複数回、たとえばO1↓O2↓の2回に分割して行う。具体的には、上記コークス層C1,C2を形成した後、軸芯部装入専用シュート2とベル方式装入装置3とを交互に使用して、軸芯部へのコークス装入CCC1↓、周縁部への鉱石装入O1↓、軸芯部へのコークス装入CCC2↓、および周縁部への鉱石装入O2↓の順序で装入を行う。このように、軸芯部へのコークス装入後に周縁部への鉱石装入を行うことにより、軸芯部装入コークスCCC1,CCC2が鉱石層で分断されることがなく、上記コークス層C1,C2と軸芯部装入コークスCCC1,CCC2とが連続し、軸芯部に完全なコークス・コラムを形成することができる。
【0028】
上記鉱石装入にあたり、複数回(本実施例では2回)に分割した装入鉱石のうち、初回装入鉱石O1中のペレット配合比率を全装入鉱石(O1+O2)中の平均ペレット配合比率よりも低くしておく。
【0029】
山状のコークス層C2上に鉱石を装入することにより、山状コークス層C2の一部が高炉軸芯部側へ押し流され、高炉軸芯部の周囲に堆積しコークス充填部CPが形成される。この際、初回装入鉱石O1中のペレット配合比率を全装入鉱石(O1+O2)中の平均ペレット配合比率よりも低くしている(すなわち、初回装入鉱石O1中の焼結鉱+塊鉱石の配合比率を高めている)ので、球状のペレットと異なり角張った形状の焼結鉱および塊鉱石が優先的にコークス充填部CPの空隙の入り口部に架橋して前記空隙を閉塞するようになる。したがって、O1中にもともと存在するペレットの数が減少する効果と相まって、ペレットがコークス充填部CPの空隙内に落ち込む確率が減少し、コークス充填部CPへのペレットの混入が効果的に抑制されることとなる。なお、ペレットの混入抑制効果を確実に得るためには、O1中のペレット配合率は全装入鉱石(O1+O2)中の平均ペレット配合比率の70%以下とするのが好ましく、40%以下とするのがさらに好ましい。
【0030】
初回の鉱石装入O1↓に際し、アーマプレート3bを調整してコークス層C2のピーク位置Pよりも遠心側にO1↓の投入位置を設定するのがより望ましい。
【0031】
これにより、山状コークス層C2の少なくとも山頂部を含む高地部を崩して、高炉軸芯部側へより多量のコークスを押し流すことができるので、高炉軸芯部の周囲へのコークス充填部CPの形成をより確実に行うことができる。なお、O1↓の具体的な投入位置は、O1↓の装入量(すなわち、鉱石装入の分割数)およびペレット配合率等を考慮して適宜調整すればよい。
【0032】
〔変形例〕
上記実施形態では、周縁部装入手段としてベルとアーマプレートとの組み合わせからなるベル方式装入装置を、コークス軸芯装入手段として軸芯部装入専用シュートをそれぞれ例示したが、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、周縁部装入手段およびコークス軸芯装入手段としての機能を兼ねさせてもよい。
【0033】
また、上記実施形態では、鉱石装入を2回に分けた例を示したが、3回以上に分けてもよい。ただし、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。
【0034】
また、上記実施形態では、鉱石装入を2回に分け、初回装入鉱石中のペレット配合率を全装入鉱石中の平均ペレット配合率よりも低くしておく例を示したが、鉱石装入を3回以上に分けた場合、例えば3回に分けた場合は、その少なくとも初回装入鉱石(初回のみ、または初回+第2回)中のペレット配合率を全装入鉱石中の平均ペレット配合率よりも低くしておいてもよい。
【0035】
また、上記実施形態では、鉱石装入を2回に分け、初回装入鉱石の投入位置を、直前に形成されたコークス層のピーク位置よりも遠心側に設定する例を示したが、鉱石装入を3回以上に分けた場合、例えば3回に分けた場合は、その少なくとも初回装入鉱石(初回のみ、または初回+第2回)の投入位置を、直前に形成されたコークス層のピーク位置よりも遠心側に設定するようにしてもよい。
【0036】
また、上記実施形態では、鉱石装入を2回に分け、その初回装入のペレット配合率を全装入鉱石中の平均ペレット配合率よりも低くする例を示したが、鉱石装入を3回以上に分け、その少なくとも初回の鉱石装入(例えば、初回の鉱石装入のみ、初回+第2回の鉱石装入)のペレット配合率を全装入鉱石中の平均ペレット配合率よりも低くしてもよい。
【0037】
また、上記実施形態では、鉱石装入を2回に分け、初回装入鉱石中のペレット配合率を全装入鉱石中の平均ペレット配合率よりも低くしておき、その初回装入鉱石の投入位置を、直前に形成されたコークス層のピーク位置よりも遠心側に設定する例を示したが、鉱石装入を3回以上に分けた場合、例えば3回に分けた場合は、その少なくとも初回装入鉱石(初回のみ、または初回+第2回)中のペレット配合率を全装入鉱石中の平均ペレット配合率よりも低くしておき、少なくとも初回装入鉱石(初回のみ、または初回+第2回)の投入位置を、直前に形成されたコークス層のピーク位置よりも遠心側に設定するようにしてもよい。
【0038】
また、上記実施形態では、コークス装入を2回に分けた例を示したが、1回で装入してもよく、あるいは3回以上に分けてもよい。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、いっぽう分割数が多くなると上記鉱石装入と同様、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回程度が推奨される。
【実施例】
【0039】
本発明の効果を確認するため、内容積:4500m3、コークス比:340kg/thm、微粉炭吹込み比:170kg/thmの高炉において、図1で示した軸芯装入を行ってはいるもののO1↓,O2↓のペレット配合率が等しい従来操業を比較例として実施し、ついで、全装入鉱石(O1+O2)中の平均ペレット配合比率は一定に維持しつつ、O1↓のペレット配合率を順次低下させた操業を本発明例として実施した。なお、全装入鉱石(O1+O2)中のペレット配合率は30質量%、焼結鉱配合率は45質量%、塊鉱石配合率は25質量%とした。
【0040】
図3および図4に操業結果を示す。
【0041】
図3に、全装入鉱石(O1+O2)中の平均ペレット配合比率に対するO1中のペレット配合率の割合IPO1と、ガス利用率ηCOとの関係を示す。IPO1=100%のプロットが従来例に相当し、IPO1=67%および38%のプロットが本発明例に相当する。図から明らかなように、IPO1を小さくする(O1中のペレット配合率を低下させる)ほどガス利用率ηCOが上昇しており、本発明方法の適用により、コークス充填部へのペレットの混入が抑制されて中心流が確保され、炉内ガス流れが改善された結果、ガス利用率が上昇したものと推認できる。
【0042】
図4に、比較例と本発明例(IPO1=67%)における、日内ソリューションロス・カーボン変動量σSLCを比較して示す。ここに、日内ソリューションロス・カーボン変動量σSLCとは、ソリューションロス・カーボン量の経時的な変動の度合いを表すものであり、ソリューションロス・カーボン量の時間平均データの1日分(24点)のデータから求めた標準偏差である。同図より、本発明方法の適用によりσSLCは4.1kg/thmから3.6kg/thmへと約12%低下しており、炉内ガス流れの改善により操業がより安定化したことを示している。
【0043】
つぎに、上記高炉操業における炉内の状況を把握するため、炉内の伝熱・ガス流れを考慮したシミュレーション計算を実施した。シミュレーション計算の対象としては、上記図4に示した比較例と本発明例(IPO1=67%)を選択した。
【0044】
図5に、比較例と本発明例(IPO1=67%)における、炉内温度分布および高炉全圧損(=羽口圧力−炉頂圧力)を比較して示す。図中、黒塗り部分は軟化融着帯を示す。(a)の比較例より(b)の本発明例のほうが、軸芯部近くの軟化融着帯の厚みが薄くなっており、高炉全圧損も187.4kPaから182.6kPaへと約2.5%低下しており、本発明により、軸芯部周辺の通気性が向上し、炉内ガス流れが改善されたことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【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】(a)はサンプル堆積層の積層状態を示す縦断面図、(b)はサンプル堆積層の高さ方向における、全原料中の鉱石割合、鉱石中のペレット濃度および空隙率の変化を示すグラフ図である。
【図3】全装入鉱石中の平均ペレット配合比率に対するO1中のペレット配合率の割合IPO1と、ガス利用率ηCOとの関係を示すグラフ図である。
【図4】比較例と本発明例における、日内ソリューションロス・カーボン変動量σSLCを比較して示すグラフ図である。
【図5】比較例と本発明例における、炉内温度分布および高炉全圧損を比較して示すグラフ図である。
【符号の説明】
【0046】
1:高炉
2:コークス軸芯装入手段(軸芯部装入専用シュート)
3:周縁装入手段(ベル方式装入装置)
3a: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
CCC1↓,CCC2↓:軸芯部へのコークス装入
O1,O2:鉱石層
C1,C2:コークス層
CCC1,CCC2:軸芯部装入コークス
CP:コークス充填部
P:コークス層C2のピーク位置


【特許請求の範囲】
【請求項1】
コークスを高炉の軸芯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、コークスと、ペレットを配合した鉱石とを装入するに当り、
前記コークス軸芯装入手段によって高炉軸芯部のコークス比率を高めつつ、前記周縁装入手段によって炉壁から0.02R〜0.6R(ただし、Rは高炉半径)の位置にピーク高さを有するようにコークス層を山状に装入し、ついで、このコークス層上に、鉱石を複数回に分けて前記周縁装入手段によって装入するが、前記複数回の鉱石装入のうち少なくとも初回装入の鉱石中のペレット配合比率を全装入鉱石中の平均ペレット配合比率よりも低くしておくことによって、前記山状装入コークス層の一部が高炉軸芯部側へ押し流されて高炉軸芯部の周囲に形成されたコークス充填部にペレットが混入するのを抑制するよう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。
【請求項2】
少なくとも前記初回装入の鉱石の投入位置を前記コークス層のピーク位置よりも遠心側に設定する請求項1に記載の高炉への原料装入方法。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2006−89773(P2006−89773A)
【公開日】平成18年4月6日(2006.4.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−273751(P2004−273751)
【出願日】平成16年9月21日(2004.9.21)
【出願人】(000001199)株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Fターム(参考)】