JP2010047798A - コークス充填槽及びこれを用いた竪型炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コークスの原料炭の変更によるコスト増加、製品コークスに対する煩雑な事前処理を伴うことなく、高炉等の竪型炉に装入されたコークスの炉内粉化を抑制することによる安定した竪型炉操業を可能とする、竪型炉の操業方法を提供すること、また、竪型炉の操業方法に用いるコークス充填槽を提供すること。
【解決手段】コークス炉１から竪型炉６へのコークス搬送ライン中に設置される縦型のコークス充填槽４であって、コークス充填槽４の上部からコークスを装入し、下部からコークスを排出する機構を有し、コークス充填槽４内でコークスを攪拌してコークス表面に摩擦力を付与するための攪拌装置を有することを特徴とするコークス充填槽４を用い、このコークス充填槽４を用いてコークスに摩擦力を付与し、該コークスの回転強度を上昇させた後に竪型炉６へ装入することを特徴とする竪型炉の操業方法を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス充填槽と、これを用いて処理したコークスを高炉等で使用する竪型炉の操業方法に関する。

高炉による溶鉄製造においては、炉頂から焼結鉱、塊鉱石等の塊状鉄原料及び、熱源や還元材源となる塊状のコークスが装入される。そして、炉下部の羽口から炉内へ吹込まれる高温の空気により炉内のコークスや微粉等の吹きこみ還元材がガス化して高温の還元ガスが発生し、該高温ガスが炉内に充填された前記鉄原料やコークス粒子間の間隙を炉頂へ向けて流れ、これら鉄鉱石類やコークスを昇温すると同時に、鉄鉱石類の還元及び溶融を行なう。したがって、前記粒子間の間隙が適正に確保されていないと、炉内の通気抵抗が上昇して装入物降下不順や吹き抜けといった異常現象が発生し、安定な操業が行なわれなくなるばかりか、高炉の生産性が低下する。すなわち、高炉操業には、充填層の通気性の確保が非常に重要である。特に、鉄原料が溶融してメタル・スラグの液滴となる炉下部においては充填層はコークスで構成され、その通気性の良否が操業安定性に大きな影響を及ぼす。

高炉内の主なコークス粉発生領域は炉下部滴下帯とレースウェイ内である（例えば、非特許文献１参照。）。これは、高炉内で反応劣化したコークスが、移動充填層内の機械的磨耗やレースウェイ内での衝撃を受けた際に脆弱部が剥離して粉となるためであると考えられる。

コークスからの粉発生を抑制する手段として、回転強度（代表としてＪＩＳＫ２１５１で規定されるＤＩ150/15）の高いコークスの使用が挙げられる。例えば、非特許文献２にはコークス回転強度ＤＩ150/15の上昇による炉芯部粉率低減が記載されており、回転強度の高いコークスの使用は高炉の通気性改善に有効である。

一方、コークスが製造されてから高炉に装入されるまでに回転強度が発現する処理を加えることができれば、炉内の通気性が向上することで生じた通気面での余裕を出銑量の増加や、コークス比の削減および微粉炭比の上昇等に振り替えることが可能となり、高炉操業として享受するメリットは大きい。強度の高いコークスを製造する方法として、コークス炉から排出された赤熱コークスにコールタールの高沸点留分を吹き込こむことにより冷間強度を上昇させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
「鉄と鋼」８２、１９９６年、ｐ．６４１ 「材料とプロセス」６、１９９３年、ｐ．８４８ 特開平７−１１２５４号公報

上記のように、ＪＩＳＫ２１５１に規定されるＤＩ150/15に代表される回転強度の高いコークスの使用は、高炉の通気性改善に有効であることが知られている。しかしながら、高強度コークスの製造に適した石炭は一般に高価であり、製造コスト面で不利となる。従って、コスト増加を勘案すると使用する石炭の品位向上によるコークス強度改善には制限がある。

一方、コークス炉から排出された赤熱コークスにコールタールの高沸点留分を吹き込こむことにより冷間強度を上昇させる技術では、タールの事前処理や吹き込み装置および吹き込み個所での排ガス処理設備等が必要であり、運転コストがかかるという問題がある。

従って本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、コークスの原料炭の変更によるコスト増加、製品コークスに対する煩雑な事前処理を伴うことなく、高炉等の竪型炉に装入されたコークスの炉内粉化を抑制することによる安定した竪型炉操業を可能とする、竪型炉の操業方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は上記の竪型炉の操業方法に用いるコークス充填槽を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）コークス炉から竪型炉へのコークス搬送ライン中に設置される縦型のコークス充填槽であって、該コークス充填槽の上部からコークスを装入し、下部からコークスを排出する機構を有し、前記コークス充填槽内でコークスを攪拌してコークス表面に摩擦力を付与するための攪拌装置を有することを特徴とするコークス充填槽。
（２）、（１）に記載のコークス充填槽を用いてコークスに摩擦力を付与し、該コークスの回転強度を上昇させた後に竪型炉へ装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。
（３）、（２）に記載の方法で回転強度を上昇させたコークスを、竪型炉の無次元半径で０〜０．３の範囲である半径方向中心部を含む範囲に装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。

本発明によれば、コークス製造時のコスト上昇を伴うことなく、コークスの回転強度の改善が可能となり、通気抵抗の低下により竪型炉安定操業に寄与するとともに、出銑量の増加や、コークス比の削減および微粉炭比の増加等、竪型炉操業の自由度が拡大する効果を得ることができる。

本発明は、前記課題を解決するために、コークスの搬送過程においてコークスの回転強度を向上させて、これを高炉等の竪型炉に装入することでコークスの炉内粉化を抑制するものである。

コークスが脆弱部分を有する場合には、竪型炉装入前にコークスに与える衝撃をどんなに小さくしても、炉内で粉化が発生する。そこで本発明者らは、竪型炉装入前にコークスに与える衝撃を逆に大きくすることで、コークスの表面の脆弱部分を予め粉化させ、この粉状部を除去した後に竪型炉に装入することで、コークスの回転強度を向上させ、炉内でのコークスの粉化を抑制できると考えた。以下、竪型炉として高炉を用いる場合として本発明を説明する。

コークスの高炉装入前の処理設備としては乾式消化設備（ＣＤＱ）が知られている。これは、製造された赤熱コークスの顕熱回収を目的とした設備である。一方、顕熱回収の過程で充填層内を降下することにより、回転強度が上昇する効果も発現している。この効果は磨耗の影響であると考えられている。

従って、ＣＤＱと同様にコークスに磨耗を加えることで、コークスの回転強度を向上可能であると考えられる。本発明はＣＤＱ設備と同等の規模の縦型のコークス充填槽をコークス炉から高炉への搬送過程に設置し、該充填槽内移動時の磨耗による回転強度改善処理をコークス炉から高炉の間で行なうことにより、コークスの品質改善を図るものである。高炉装入時のコークスの回転強度が上昇しさえすれば、前述のように通気抵抗が低下し安定操業に寄与するとともに、出銑量の増加や、コークス比の削減および微粉炭比の上昇等、高炉操業として享受するメリットは大きい。

縦型のコークス充填槽として、例えばホッパーを用いてコークス同士を擦り合わせ、コークスの表面に摩擦力を加えることで、コークスを塊状部と粉状部とに分離し、分離した回転強度の高い塊状部を竪型炉に装入して使用することで炉内粉化を防止できる。

ホッパー使用においては、ホッパー内部におけるコークスの積層により、ホッパー下部のコークスに圧縮力が加わり、また切り出しの際、摩擦力が加わることで、コークス表面の脆弱部分だけでなく、コークス内部に存在する亀裂原因によるコークスの破壊を促進させて、より多量の粉状部を発生させて、これを分離することができる。摩擦力と圧縮力とが合わせて付加されると、更に良い効果を発揮できる。圧縮力を高めるのにはホッパーを大型化してホッパー内部におけるコークスの積層高さを高めればよいが、ホッパー大型化には高額な建設費が必要になる。

そこで本発明においては、コークスに摩擦力を主として加えることにより、コークスを塊状部と粉状部とに分離することにした。コークスに摩擦力や圧縮力を付与するためには、コークス同士をこすり合わせればよいので、通常のホッパー等へ落下させるだけでも一定の効果は得られるが、脆弱部分の粉状化を促進するために、ホッパー内に貯蔵されたコークスを攪拌する攪拌装置を設けることで、コークスに摩擦力を主として加え、ホッパーを大型化することなくコークスの高強度化を促進することができる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

図５は従来技術の一例であり、コークス炉１から高炉６に至るコークス搬送ラインを示す。図１は本発明の一実施形態であり、図５のコークス炉１から高炉６に至る途中に貯蔵、排出機能を有するコークス充填槽４を任意数設けることにより、コークス充填槽４内をコークスが降下する際の磨耗により回転強度を上昇させることができる。ＣＤＱ２が既設の場合は、図１に示すようにＣＤＱ２と高炉６の間の任意の個所にコークス充填槽４を設置することが望ましい。コークス充填槽４の規模は任意であるが、移動層内の磨耗による回転強度改善を勘案すると円筒部の直径６〜９m、高さ１０〜２０m程度の、ＣＤＱと同程度の規模が望ましい。

図２にコークス充填槽４の攪拌装置の一実施形態を、図３にコークス充填槽４の攪拌装置の他の一実施形態を示す。コークス充填槽４は、コークス炉から高炉へのコークス搬送ライン中に設置され、コークス充填槽４の上部からコークスを装入し、下部からコークスを排出する機構を有し、コークス充填槽４内でコークスを攪拌してコークス表面に摩擦力を付与するための攪拌装置１０を有している。図２において攪拌装置１０はロッド１１と回転翼１２とからなり、ロッド１１を矢印で示すように回転させることでコークス充填槽４内のコークス１３を攪拌して、摩擦力を加え、コークス１３の脆弱部分の粉状化を促進する。また図３においては、攪拌棒１４によりコークス１３を攪拌する。

コークス充填槽４の付帯設備としては、図２、３に示すように、コークス充填槽４上部からコークスを装入するためにコークスを搬送するバケットコンベア１５等の輸送機器、コークス充填槽４下部からコークスを排出するフイーダー１６等の機器が必要である。また、本発明ではコークス充填槽４内で粉が発生するので、それらを高炉へ装入する前に除去する必要がある。コークス充填槽４の下部に篩い１７を設置しても良いし、コークス充填槽４〜貯骸槽（コークス貯留槽）５間に篩いを設置しても良い。コークス炉〜貯骸槽５間に篩いが設置されている場合は、コークス充填槽４を既設篩いの上流側に設置して既設篩いを利用しても良い。また、既設の貯骸槽５下の篩いを利用しても良い。なお、高炉へ搬送するコークスの全量を本発明を用いて処理することが望ましいが、その一部のみを処理して高炉に装入する場合であっても効果があり、処理量の選択は任意である。

コークスの一部のみを処理する場合には、高炉の無次元半径で０〜０．３の範囲である半径方向中心部を含む範囲に装入することが好ましい。高炉の炉芯、炉床は炉中心部に装入されたコークスで構成されることが知られている。粉化が防止され、高強度のコークスを炉中心に供給、すなわち炉床に主に供給することで溶銑滓が流れやすいような空隙が確保されたコークス充填層で炉床を健全にすることができ、高炉操業が安定化する。従って、炉中心部に装入されるコークスを選択的に本発明により処理することも運用方法の一つに挙げられる。

内容積５０００ｍ³の高炉におけるコークス搬送ラインに対して本発明を適用した。出銑量１１０００Ｔ／日、コークス比３８０ｋｇ／ｔの操業において、使用コークスの２５ｍａｓｓ%を、図２に示すものと同様の、円筒部の直径９ｍ、高さ１８ｍのコークス充填槽を経由して高炉へ搬送した。本実施例においては既にＣＤＱが設置されていたため、コークス充填槽は図１に示したようにＣＤＱと高炉貯骸槽の間に設置した。

ＣＤＱ出側と、本発明によるコークス充填槽出側でコークスを採取し、コークス炉の操業および使用石炭が同一の条件において各々の回転強度ＤＩ_150/15を測定した。結果を表１に示す。

コークス充填槽で処理することで、コークスの回転強度が改善することが確認された。

次に、コークス充填槽で処理したコークス等を用いて高炉の操業（操業Ｎｏ．１〜３）を行なった。図4に高炉に装入した鉱石２０、コークス２１の無次元半径位置での分布を示す。操業Ｎｏ．１はコークス充填槽での処理を行わない、従来のコークスをコークス２１として用いた場合、操業Ｎｏ．２、３は図４におけるコークス２１ｂのみにコークス充填槽で処理したコークスを、コークス２１ａに従来のコークスを用いた場合である。表２に高炉操業結果を示す。

本発明適用により、操業Ｎｏ．１（比較例）と同一の操業条件において操業Ｎｏ．２（本発明例）では通気抵抗指数が低減した。その結果、操業が安定化したので操業Ｎｏ．３ではコークス比を低減した操業を行なった。操業Ｎｏ．３では、操業Ｎｏ．１（比較例）と同等の通気抵抗指数での低コークス比操業が可能となった。

コークス搬送ライン（本発明の一実施形態）。 コークス充填槽の攪拌装置の一実施形態。 コークス充填槽の攪拌装置の他の一実施形態。 高炉に装入した鉱石、コークスの無次元半径位置での分布を示すグラフ。 コークス搬送ライン（従来技術）。

符号の説明

１ コークス炉
２ ＣＤＱ
３ 湿式消火装置
４ コークス充填槽
５ 貯骸槽
６ 高炉
１０ 攪拌装置
１１ ロッド
１２ 回転翼
１３ コークス
１４ 攪拌棒
１５ バケットコンベア
１６ フイーダー
１７ 篩い
２０ 鉱石
２１ａ、ｂ コークス

Claims (3)

1. コークス炉から竪型炉へのコークス搬送ライン中に設置される縦型のコークス充填槽であって、該コークス充填槽の上部からコークスを装入し、下部からコークスを排出する機構を有し、前記コークス充填槽内でコークスを攪拌してコークス表面に摩擦力を付与するための攪拌装置を有することを特徴とするコークス充填槽。
2. 請求項１に記載のコークス充填槽を用いてコークスに摩擦力を付与し、該コークスの回転強度を上昇させた後に竪型炉へ装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。
3. 請求項２に記載の方法で回転強度を上昇させたコークスを、竪型炉の無次元半径で０〜０．３の範囲である半径方向中心部を含む範囲に装入することを特徴とする竪型炉の操業方法。

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