JP2015178660A - 高炉の原料装入方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1は、高炉において、ガス利用率の低下、炉内圧損の増大、シャフト部でのガス温度の上昇をともに抑制することにより、さらに長期安定操業を確保しつつ、低還元材比、高生産性を実現することを目的としたものである。この特許文献1では、微粉炭比120kg/t−pig以上で操業を行う高炉操業方法において、塊コークスの平均粒径の0.45倍以下で、かつ5mm以上の平均粒径を有する小粒コークスを鉱石類に予め混合している。
特許文献2は、垂直2段型のベルレス高炉の中心部に装入するコークスの粒径を高精度に制御することを目的としたものである。この特許文献2では、垂直2段型のベルレス高炉において、コークスを大塊(通常塊の+10mm)・通常塊(45mm〜55mm)・中塊(15mm〜25mm)の3種類に分けて、焼結鉱については、通常塊(10mm〜20mm)・小塊(1mm〜3mm)に分けて、装入することが示されている。
一方、特許文献3では、原料装入方式がベルアーマ式であって、コークスの粒度が開示されている。しかしながら、補助燃料を多量に用いる操業(高PC比操業)下では、特に、中心流を維持することできず、低還元材比かつ低コークス比で安定的に操業することが困難である。
操業を行うことができる高炉の原料装入方法を提供することを目的とする。
本発明に係る高炉の原料装入方法は、ベルアーマー式で層状装入コークス及び混合コークスを装入すると共に、前記ベルアーマー式とは別に炉中心部に中心装入コークスを装入し、さらに、羽口から150kg/tp以上の補助燃料を吹き込んで高炉の操業を行うに際し、前記中心装入コークスの粒径は40〜90mmとし、前記層状装入コークスの粒径は30〜100mmとし、前記混合コークスの粒径は30〜80mmとし、前記中心装入コークスの粒径及び層状装入コークスの粒径は、「層状装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径上限<層状装入コークスの粒径上限」の関係を満たし、層状装入コークスのコークス量CA(kg/tp)、前記混合コークスのコークス量CB(kg/tp)、中心装入コークスのコークス量CC(kg/tp)としたとき、CC/(CA+CB+CC)=0.06〜0.13、CB/CA=0.13〜0.35を満たすことを特徴とする。
高炉(竪型冶金炉)では、その上部からペレット、焼結鉱、塊鉱石、コークス、石灰石などの原料と還元材とを層状に装入し、下部から熱風を吹込んで、鉄鉱石の還元、溶解等の一連の反応を行わせ、銑鉄を製造している。
近年、コークス(石炭)の品質が劣化すると共に、価格も高騰してきている。このようなことから、高品質なコークスの比率を下げ、一方で、微粉炭(PCという)等の補助燃料を多量に用いる操業(高PC比操業)の開発が進められている。また、CO2の削減の観点からも、高PC比操業の開発が進められている。
本発明では、微粉炭などの補助燃料を多量に用いる高PC比操業であっても、後述するように、高炉への原料の装入に関して規定することにより、炉内通気性を改善し、安定操業ができ、熱余裕を持つことができることを可能としている。
まず、本発明のPC比操業では、150kg/tp以上の補助燃料(微粉炭、PC)を羽口から吹き込むことを前提としている。微粉炭の吹き込み量の国内平均は、現在、120〜130kg/tpであり、この操業では、微粉炭の吹き込み量は国内平均以上である。なお、「kg/tp」とは、銑鉄1トン当たりの微粉炭の吹き込み質量のことである。
鉄鋼精錬、社団法人日本金属学会、(1979)、p120」に示されているように、ベルアーマー式と、ベルレス式(旋回シュート式)との2種類がある。本発明では、原料
装入方式として、ベルアーマ式を採用している。
図1は、ベルアーマー式の原料装入装置の概略図である。
詳しくは、炉内に装入前のコークスを篩に掛けて、粒径が40〜90mmであるコークスを用意し、当該コークスを炉中心部に向けて装入するコークス(中心装入コークス)とする。中心装入コークスの粒径を、40〜90mmの範囲内にすることによって、中心コークス層の空隙率が向上し、中心流が強化する。その結果、逆V型の融着帯が形成でき、圧損を低下すると共に、熱損失も低下させることができる。特に、通気性の向上には、中心装入コークスの平均粒径の大きくするのではなく、粒径の小さいものを低減(粉低減、アンダーカット)する一方で、ある程度、粒径が大きな大塊を用い、さらに、粒度分布幅を狭くすることが効果的であり、上述したように、中心装入コークスの粒径を40〜90mmにすることによって、通気性等を向上させることができる。
詳しくは、炉内に装入前のコークスを篩に掛けて、粒径が30〜100mmであるコークスを用意し、当該コークスを、コークス層C1、C2を形成するためにベル2にて装入するコークス(層状装入コークス)とする。層状装入コークスに関しては、アンダーカットして、粒径の小さいものを低減することにより、コークス層C1、C2における通気性を確保することができる。また、層状装入コークスはベルアーマー式で装入しているため、装入された層状装入コークスのうち、粒径の大きいもの(粒径が上限値に近いもの)は、中心近傍へ流れ込み易くなり、中心流を確保することができ、粒径の小さいものは周辺部に偏析して、周辺流を抑制して熱損失を低減させることができる。
また、混合コークスの粒径は30〜80mmの範囲(下限値30mm、上限値80mm)としている。
これに加え、実際に装入した中心装入コークスの粒径と、実際に装入した層状装入コークスの粒径は、「層状装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径上限<層状装入コークスの粒径上限」の関係を満たすこととしている。
層状装入コークスの粒径の下限値が中心装入コークスの粒径の下限値よりも大きい場合(層状装入コークスの粒径下限>中心装入コークスの粒径下限の場合)は、層状装入コークス中の小塊が少なく、周辺への偏析が不十分となり、周辺流を抑制することができず、熱損失増加や圧損増加の問題が生じる虞がある。
つまり、「層状装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径上限<層状装入コークスの粒径上限」の関係を満たすことにより、中心コークス層の空隙率が高くなり、中心近傍に層状装入コークスの大塊が偏析し、周辺に層状装入コークスの小塊が偏析する。その結果、中心流が確保でき、周辺流が抑制でき、通気性を向上させることができる。
言い換えれば、CA(kg/tp)は、銑鉄1トンを製造する時に鉱石と交互に層状装
入するコークスの質量(kg)であり、CB(kg/tp)は、銑鉄1トンを製造する時に鉱石層へ混合するコークスの質量(kg)であり、CC(kg/tp)は、銑鉄1トンを製造する時に炉中心部へ別装入するコークスの質量(kg)である。
図2Aに示すように、全コークスの装入量(CA+CB+CC)に対する中心装入コークスの装入量(CC)の割合[CC/(CA+CB+CC)]の値が大きくなるほど、徐々に通気性が向上する。
図3Bに示すように、CC/(CA+CB+CC)=0.06〜0.13を満たしている状況下で、層状装入コークスの装入量に対する混合コークスの装入量の割合(CB/CA)の値が大きくなるほど、徐々に還元効率、即ち、融着層の圧損が低減する。つまり、鉱石層へコークス混合装入することにより、融着層の圧損を低減し、還元効率を向上させることができるが、この効果を得るには、混合コークスの装入量が所定量以上である必要がある。図3Bに示すように、層状装入コークスの装入量に対する混合コークスの装入量の割合(CB/CA)が0.13以上であると、上述した効果を得ることができる。一方、図3Aに示すように、CB/CAが0.35を超え、混合コークスを増加しすぎると、特に、低コークス比操業時にはコークススリット層厚が低下し(鉱石層厚が増加し)融着帯の通気性が低下する。このようなことから、CB/CAは、0.13〜0.35であることが必要である。なお、図3A及び図3Bに示したCB/CAの値は、実操業や実験等により求めた値である。
高炉は、内容積が4500m3のベルアーマー高炉をを用いた。出銑比は、1.8t/m3/dayとした。出銑比とは、一日当たり(day)の出銑量(t)を高炉内容積(m3)で割り戻した値である。また、高炉の操業では、補助燃料の吹き込みを、150kg/tp以上とした。また、炉中心部に中心装入コークスを装入した。実施例及び比較例
のテスト期間は1週間で、その間の累積出銑量は、56700トン(4500×1.8×7トン)とした。このテスト(実験)では、コークスの粒度と量を変更した。なお、コークスの原料条件や衝風条件は一定とした。各条件(コークスの粒度、量比)で操業可能な還元材比、コークス比、降下指数を求めた。降下指数は、式(1)により求めた。
実施例1〜27では、中心装入コークスの粒径が40〜90mm、層状装入コークスの粒径が30〜100mm、混合コークスの粒径が30〜80mmであって、中心装入コークスの粒径及び層状装入コークスの粒径は、「層状装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径上限<層状装入コークスの粒径上限」の関係を満たしている。また、CC/(CA+CB+CC)=0.06〜0.13、及び、CB/CA=0.13〜0.35を満たしている。その結果、実施例では、操業が安定し、還元材比<510kg/tp、コークス比<360kg/tp、降下指数(m/h)≦1.20(荷下がり安定、操業安定)とすることができた。
比較例12、13では、混合コークスの粒径の上限値或いは下限値が、本発明の混合コークスの粒径の上限値(80mm)や下限値(30mm)から外れている。
また、比較例1、8、9、14〜16では、中心装入コークスの粒径及び層状装入コークスの粒径が、「層状装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径上限<層状装入コークスの粒径上限」の関係を満たしていない。
図4は、実施例及び比較例におけるコークス比と降下指数との関係を示している。図4に示すように、実施例では、コークス比が低くても降下指数の上昇を抑えていて、当該降下指数を比較例に比べて低くすることができた。
以上、本発明によれば、原料装入がベルアーマー式の高炉で操業を行うに際して、高PC比操業下で炉内通気性を改善して安定操業を行うことができる。さらに、熱余裕もでき、結果として、低還元材比の操業が行えると共に低コークス比操業を行うことができる。
業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
3 アーマー(反発板)
4 中心装入シュート
Claims (1)
- ベルアーマー式で層状装入コークス及び混合コークスを装入すると共に、前記ベルアーマー式とは別に炉中心部に中心装入コークスを装入し、さらに、羽口から150kg/tp以上の補助燃料を吹き込んで高炉の操業を行うに際し、
前記中心装入コークスの粒径は40〜90mmとし、前記層状装入コークスの粒径は30〜100mmとし、前記混合コークスの粒径は30〜80mmとし、
前記中心装入コークスの粒径及び層状装入コークスの粒径は、「層状装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径下限<中心装入コークスの粒径上限<層状装入コークスの粒径上限」の関係を満たし、
層状装入コークスのコークス量CA(kg/tp)、前記混合コークスのコークス量CB(kg/tp)、中心装入コークスのコークス量CC(kg/tp)としたとき、
CC/(CA+CB+CC)=0.06〜0.13
CB/CA=0.13〜0.35
を満たすことを特徴とする高炉の原料装入方法。
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