JP2018070954A

JP2018070954A - 高炉への原料装入方法

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Publication number: JP2018070954A
Application number: JP2016212372A
Authority: JP
Inventors: 佑介柏原; Yusuke Kashiwabara; 和平市川; Wahei Ichikawa; 祐大五十嵐; Yuta Igarashi; 徳久塚原; Norihisa Tsukahara
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-10-29
Filing date: 2016-10-29
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-10-29
Also published as: JP6627718B2

Abstract

【課題】混合コークスの偏析を抑制し、高炉内のコークス混合鉱石層における鉱石と混合コークスとの混合状態を制御できる高炉への原料装入方法を提供する。
【解決手段】高炉への原料装入方法であって、鉱石の平均粒径に対するコークスの平均粒径の比率が１．３以上であり、１チャージで装入する混合原料を２バッチに分割し、第１バッチの装入位置より炉壁側の位置または装入位置と同じ位置から第２バッチの混合原料の装入を開始し、装入位置よりも炉中心側の位置にわたって前記第２バッチの混合原料を装入し、１チャージで装入する鉱石の質量に対する第２バッチで装入する鉱石の質量比をＲＯ２とし、１チャージで装入する混合コークスの質量に対する第２バッチの混合コークスの質量比をＲＯ２ＭＣとした場合に、ＲＯ２ＭＣが、（１）式を満たすことを特徴とする高炉への原料装入方法。
ＲＯ２ＭＣ≦ＲＯ２×１．３８×（混合コークスの平均粒径／鉱石の平均粒径）^{−１．０６}・・・（１）
【選択図】図７

Description

本発明は、高炉への原料装入方法に関する。

近年、地球温暖化防止の観点からＣＯ_２削減が求められている。鉄鋼業においてはＣＯ_２排出量の約７０％が高炉から排出されており、高炉におけるＣＯ_２排出量の削減が求められる。高炉におけるＣＯ_２削減は、高炉で使用する還元材（コークス、微粉炭、天然ガスなど）の削減により可能である。

還元材を削減する場合、鉱石層の還元効率を向上させることが必要であるが、一般的に還元材比が低減すると通気性が悪化するので、還元効率の向上と合わせて通気性の改善も必要となる。鉱石層の還元効率の向上と通気性の改善を両立させる技術として、特許文献１および特許文献２には、鉱石とコークスを同時に装入して、高炉内にコークス層とコークス混合鉱石層とを交互に形成する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１、２に記載された技術は、鉱石の溶融を促進させるために鉱石と同時に装入されるコークスの粒径を小さくしているので、鉱石が溶融し始めてから滴下するまでの領域（軟化融着帯）でコークスが消滅してしまい、軟化融着帯での通気性が不十分となるので還元材の削減量が少ない。

これに対し、特許文献３には、コークス混合鉱石層を形成する際に、コークスの平均粒径を鉱石の平均粒径に対して１．３倍以上とし、炉頂部に設置された炉頂バンカーへ搬送するベルトコンベア上における鉱石とコークスの堆積方法を調整することで、炉頂バンカーから排出される鉱石とコークスとの混合率を均一化する技術が開示されている。

特開平８−２８３８０４号公報特開平１０−１８３２１０号公報特開２０１０−１５０６４２号公報

しかしながら、特許文献３は、高炉内に装入された後におけるコークスの偏析については何ら考慮されていない。特に鉱石とコークスの粒径差が大きい場合には、粒径の大きいコークスが高炉内に装入された後に偏析する。コークスの粒径を鉱石の粒径に対して１．３倍以上とした場合には、装入直前の混合率を制御するだけでは、高炉内における鉱石とコークスの混合状態を適正に制御するには不十分である。

鉱石とコークスとが混合された混合原料を高炉内に装入してコークス混合鉱石層を形成させる場合においては、鉱石とコークスとが均一に混合され、これらがコークス混合鉱石層で近接配置されることによって、還元効率の向上と通気性の改善効果が得られ、高炉で使用する還元材を削減できる。しかしながら、上述したように、特許文献１〜３には、高炉内に装入された後におけるコークスの偏析に対して考慮されていないので、高炉内のコークス混合鉱石層における鉱石とコークスとの混合状態を適正に制御できない、という課題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、鉱石の平均粒径に対して１．３倍以上の平均粒径のコークスを鉱石に混合装入してコークス混合鉱石層を形成させる場合に、当該混合原料が高炉内に装入された後におけるコークスの偏析を抑制し、高炉内のコークス混合鉱石層における鉱石とコークスとの混合状態を制御できる高炉への原料装入方法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］炉頂バンカーに貯留された鉱石およびコークスからなる混合原料を、前記炉頂バンカーの下方に設置された旋回シュートを用いて、高炉に装入するベルレス式高炉への原料装入方法であって、前記鉱石の平均粒径に対する前記コークスの平均粒径の比率が１．３以上であり、１チャージで装入する前記混合原料を２バッチに分割し、第１バッチの装入位置より炉壁側の位置または前記装入位置と同じ位置から第２バッチの前記混合原料の装入を開始し、前記装入位置よりも炉中心側の位置にわたって前記第２バッチの前記混合原料を装入し、１チャージで装入する鉱石の質量に対する第２バッチで装入する鉱石の質量比をＲＯ２とし、１チャージで装入する混合コークスの質量に対する第２バッチの混合コークスの質量比をＲＯ２ＭＣとした場合に、前記ＲＯ２ＭＣが、（１）式を満たすことを特徴とする高炉への原料装入方法。
ＲＯ２ＭＣ≦ＲＯ２×１．３８×（混合コークスの平均粒径／鉱石の平均粒径）^{−１．０６}・・・（１）
［２］第１バッチの前記混合原料に１チャージで装入する混合コークスの全量を混合して装入することを特徴とする［１］に記載の高炉への原料装入方法。
［３］（２）式を満たすｒの範囲内の位置に、混合コークスが混合されていない鉱石からなる層を形成することを特徴とする［２］に記載の高炉への原料装入方法。
ｒ／Ｒ≦０．２・・・（２）
但し、（２）式において、ｒは、前記鉱石からなる層が形成される高さにおける炉中心から水平方向の距離（ｍ）であり、Ｒは、ｒと同じ高さにおける高炉炉体半径（ｍ）である。

本発明の高炉への原料装入方法を実施することで、鉱石の粒径に対して１．３倍以上の粒径のコークスを鉱石に混合装入してコークス混合鉱石層を形成させる場合においても、高炉内に装入された後におけるコークスの偏析を抑制でき、コークス混合鉱石層における鉱石とコークスとの混合状態を適正に制御できる。これにより、鉱石とコークスとを近接配置でき、還元効率の向上と通気性の改善効果が得られ、高炉で使用する還元材量の削減が実現できる。

模型実験装置１０の概略図である。コークス混合率の測定結果を示すグラフである。混合コークスの粒径比と混合コークスの偏析比との関係を示すグラフである。種々のコークス混合率における混合コークスの粒径比と混合コークスの偏析比との関係を示すグラフである。混合コークスの偏析比が２．０である場合の混合コークスの相対混合比と混合コークスの粒径比との関係を示すグラフである。従来の原料装入方法で鉱石を装入した後の鉱石層の堆積状態を示す断面図である。本実施形態に係る原料装入方法で混合原料を装入した後のコークス混合鉱石層の堆積状態を示す断面図である。原料装入方法装入方法および混合コークス比を変えた場合の半径方向におけるコークス混合率分布を示すグラフである。本実施形態に係る別の原料装入方法で混合原料を装入した後のコークス混合鉱石層の堆積状態を示す断面図である。

本発明者らは、鉱石の平均粒径に対する混合コークスの平均粒径の比率（以後、「混合コークスの粒径比」という）が１．３以上である混合コークスと鉱石とが混合された混合原料を用いてコークス混合鉱石層を形成させる場合において、ベルレス式高炉の炉頂バンカーの下方に設置された旋回シュートから混合原料が装入された後に、鉱石と混合コークスの粒径差に起因して、粒径が大きい混合コークスが偏析することを見出した。そして、この対策として、１チャージで装入する混合原料を２バッチに分割し、第１バッチの混合原料の装入位置よりも炉壁側の位置または第１バッチの混合原料の装入位置と同じ位置から第２バッチの混合原料の装入を開始し、第１バッチの混合原料の装入位置よりも炉中心側の位置にわたって第２バッチの混合原料を装入するとともに、第２バッチのコークス混合比を低くして第２バッチのコークス混合率を下げることで、高炉内に装入された後における混合コークスの偏析を抑制できることを見出して本発明を完成させた。以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。

本実施形態の説明において、混合コークスとは、鉱石に混合されるコークスを意味する。また、コークス混合率とは、混合原料の質量に対する混合コークスの質量割合（質量％）を意味し、鉱石混合率とは、混合原料の質量に対する鉱石の質量割合（質量％）を意味する。さらに、混合コークス比とは、１チャージで装入する混合コークス全質量に対する各バッチで装入する混合コークスの質量比（−）を意味し、例えば、第２バッチの混合コークス比とは、１チャージで装入する混合コークス全質量に対する第２バッチで装入する混合コークスの質量比を意味する。同様に、鉱石比とは、１チャージで装入する鉱石全質量に対する各バッチで装入する鉱石の質量比（−）を意味する。

混合コークスとして用いるコークスは、混合コークスの粒径比が１．３以上のコークスであればよく、例えば、コークス単独でコークス層として装入されるコークスの篩下に篩分けされた小塊コークス（平均粒径１０〜４０ｍｍ）を用いてもよく、コークス層として装入される粒径が大きいコークス（平均粒径４０〜７０ｍｍ）を用いてもよい。また、混合コークスを混合する鉱石は、焼結鉱、塊鉱石、ペレット等である。本実施形態において、平均粒径は算術平均粒径であって、Σ（Ｖ_ｉ×ｄ_ｉ）／Σ（Ｖ_ｉ）（但し、Ｖ_ｉ：粒子径ｄ_ｉである粒子の存在比率であり、粒子径ｄ_ｉは、各篩の篩目の中間粒径）で定義される粒径である。

まず、本発明をするに到った高炉原料装入装置の縮尺模型である模型実験装置を用いた原料装入実験について説明する。図１は、模型実験装置１０の概略図である。模型実験装置１０は、実高炉に対して１／１７.８に縮尺した実験装置である。

まず、炉頂バンカー１２にコークスを貯留し、その後、集合ホッパー１８を介して旋回シュート２０から高炉炉体２２内にコークスを装入して、高炉炉体２２内にコークス層２６を形成させた。次に、炉頂バンカー１４に、コークス混合率が４．２質量％になるように、粒径１ｍｍの焼結鉱と混合コークスを混合した混合原料を貯留した。

炉頂バンカー１４の下部に設けられた流量調整ゲート１６を開き、集合ホッパー１８を介して旋回シュート２０から高炉炉体２２内に混合原料を装入して、コークス層２６の上層にコークス混合鉱石層２４を形成させた。このように、１チャージの原料装入として、コークスおよび混合原料を高炉炉体２２内に装入した。その後、高炉炉体２２内に形成されたコークス混合鉱石層２４の高炉炉体２２における半径方向の各位置から混合原料サンプル３０を採取し、それぞれの混合原料サンプル３０のコークス混合率を測定した。

図２は、コークス混合率の測定結果を示すグラフである。図２において、横軸は、ｒ／Ｒ比（−）であり、縦軸は、コークス混合率（質量％）である。なお、ｒ／Ｒ比のｒは、混合原料サンプル３０を採取した高さにおける炉中心２８から水平方向の距離（ｍ）であり、Ｒは、ｒと同じ高さの高炉炉体半径（ｍ）である。

図２に示すように、コークス混合鉱石層２４のコークス混合率は、炉中心側が高くなる。これは、混合コークスの粒径が鉱石の粒径よりも大きいので、この混合コークスと鉱石との粒度差に起因して、粒径の大きい混合コークスが炉中心側に偏析し、これにより、炉中心側のコークス混合率が高くなったと考えられる。

このように混合コークスの粒径比は、混合コークスの偏析に影響を与えることが予測される。そこで、混合コークスの粒径比が混合コークスの偏析にどのように影響するか確認するために、混合コークスの粒径比を０．３、０．８、１．３、１．７、２．４、３．４に調整した混合原料を用いて、図１を用いて説明した原料装入実験を行なった。

図３は、混合コークスの粒径比と混合コークスの偏析比との関係を示すグラフである。図３において、横軸は、混合コークスの粒径比（−）であり、縦軸は、混合コークスの偏析比（−）である。なお、混合コークスの偏析比とは、コークス混合率の平均値に対するコークス混合率の最大値の比率であって、混合コークスの偏析度を表す指数として用いる。図２に示した例において、混合コークスの偏析比は、ｒ／Ｒ＝０．１のコークス混合率（最大値）をコークス混合率の平均値で除した値になる。

図３から、混合コークスの粒径比が１．３未満では、混合コークスの偏析比は２．０以下となりほとんど変化しないことがわかる。しかしながら、混合コークスの粒径比が１．３以上になると、混合コークスの粒径比の増加に比例して混合コークスの偏析比が大きくなり、混合コークスの偏析が顕著になることがわかる。すなわち、混合コークスの粒径比が１．３以上になると、高炉内に装入された後における混合コークスの偏析が顕著になることがわかる。

次に、コークス混合率が混合コークスの偏析にどのように影響するかについて説明する。図１〜図３の原料装入実験で用いたコークス混合率（４．２質量％）の混合原料に対して、コークス混合率を０．３５倍、０．４７倍、１．２７倍に調整した混合原料を用いて、混合コークスの粒径比を１．３以上とした場合の混合コークスの偏析比を確認した。

図４は、種々のコークス混合率における混合コークスの粒径比と混合コークスの偏析比との関係を示すグラフである。図４において、横軸は、混合コークスの粒径比（−）であり、縦軸は、混合コークスの偏析比（−）である。

図４に示すように、コークス混合率を下げると、混合コークスの偏析比が小さくなることがわかる。このように、混合原料におけるコークス混合率を下げることによって、高炉内に装入された後における混合コークスの偏析を抑制できることがわかる。

図５は、混合コークスの偏析比が２．０である場合の混合コークスの相対混合比と混合コークスの粒径比との関係を示すグラフである。図５において、横軸は、混合コークスの粒径比（−）であり、縦軸は、コークス混合率４．２質量％を１．０とした混合コークスの相対混合比（−）である。図５は、図４の混合コークス偏析比が２．０である線と、コークス混合率の各プロファイルとの交点である４つの点を、横軸を混合コークスの粒径比（−）、縦軸を混合コークスの相対混合比（−）としたグラフにプロットし、これらのプロットを通る近似式を示しており、この近似式から以下の（３）式を導くことができる。

混合コークスの相対混合比＝１．３８×（混合コークスの平均粒径／鉱石の平均粒径）^{−１．０６}・・・（３）

コークス混合率が４．２質量％である混合原料を高炉に装入する場合であって、第２バッチの混合コークス比をＲＯ２ＭＣとし、第２バッチの鉱石比をＲＯ２とすると、混合コークスの相対混合比は、ＲＯ２ＭＣ／ＲＯ２であるので、以下の数式（４）が導かれる。

ＲＯ２ＭＣ＝ＲＯ２×１．３８×（混合コークスの平均粒径／鉱石の平均粒径）^{−１．０６}・・・（４）

図４に示したように、コークス混合率が下がると混合コークスの偏析比は小さくなる。このことから、下記式（１）を満足するように、第２バッチの混合コークス比、第２バッチの鉱石比および混合コークスの粒径比を定めることで、混合コークスの偏析比を２．０以下にすることができる。

ＲＯ２ＭＣ≦ＲＯ２×１．３８×（混合コークスの平均粒径／鉱石の平均粒径）^{−１．０６}・・・（１）

混合コークスの粒径比が大きくなったとしても、コークス混合率を下げることによって、ある程度は混合コークスの偏析を抑制できる。しかしながら、混合原料における混合コークスの粒径比が１．３以上となる場合には、高炉内に装入された後に鉱石と混合コークスの粒度差に起因して、粒径の大きい混合コークスが炉中心側に偏析する。このため、高炉内のコークス混合鉱石層における鉱石とコークスとの混合状態を適正に制御するには、高炉内に装入された後における混合コークスの偏析を抑制できる装入方法に変更する必要がある。

図６は、従来の原料装入方法で鉱石を装入した後の鉱石層の堆積状態を示す断面図である。図６において、横軸は、ｒ／Ｒ比（−）であり、縦軸は、ＳＬからの距離（原料のストックラインからの距離（ｍ））である。なお、ｒ／Ｒ比のｒは、鉱石層が形成された高さにおける炉中心２８から水平方向の距離（ｍ）であり、Ｒは、ｒと同じ高さにおける高炉炉体半径（ｍ）である。

図６に示すように、１チャージで装入する鉱石を２バッチに分割して高炉に装入する場合、従来は、第２バッチで装入した鉱石が炉中心側へ流れ込まないように、第１バッチを装入して鉱石層３２を形成させた後、鉱石層３２の上部かつ炉壁側に第２バッチを装入して、鉱石層３４を形成させている。しかしながら、このような装入方法では、高炉の炉壁側から炉中心側に向けて第２バッチの混合原料を装入すると、第１バッチの鉱石が混合コークスとともに炉中心側に流れ込み、混合コークスが炉中心側に偏析する。

図７は、本実施形態に係る原料装入方法で混合原料を装入した後のコークス混合鉱石層の堆積状態を示す断面図である。図７においても、横軸は、ｒ／Ｒ比（−）であり、縦軸は、ＳＬからの距離（ｍ）である。なお、ｒ／Ｒ比のｒは、コークス混合鉱石層が形成された高さにおける炉中心２８から水平方向の距離（ｍ）であり、Ｒは、ｒと同じ高さにおける高炉炉体半径（ｍ）である。

本実施形態に係る原料装入方法では、１チャージで装入する混合原料を２バッチに分割し、第１バッチを装入してコークス混合鉱石層３６を形成させた後、第１バッチの混合原料の装入位置より炉壁側の位置から第２バッチの混合原料の装入を開始し、第１バッチの混合原料の装入位置よりも炉中心側の位置にわたって第２バッチの混合原料を装入する。このように混合原料を装入することで、第１バッチの鉱石が混合コークスとともに炉中心側に流れ込むことを防止できる。さらに第２バッチのコークス混合比を低くしてコークス混合率を下げることで、炉中心側への混合コークスの偏析を抑制できる。

図８は、原料装入方法および混合コークス比を変えた場合の半径方向におけるコークス混合率分布を示すグラフである。図８において、横軸は、図７と同じｒ／Ｒ比（−）であり、縦軸は、コークス混合率（質量％）である。

図８の「Ｏ２混合コークス比３５＋装入方法１」は、第２バッチの混合コークス比を０．３５にして、図６を用いて説明した原料装入方法で高炉に装入したことを示す。また、「Ｏ２混合コークス比１７＋装入方法１」とは、第２バッチの混合コークス比を０．１７にして、図６を用いて説明した原料装入方法で高炉に装入したことを示す。図８に示した例において、第２バッチの混合コークス比を０．１７とした場合、上記数式（１）を満足するが、第２バッチの混合コークス比を０．３５とした場合、上記数式（１）を満足しない。

また、図８の「Ｏ２混合コークス比３５＋装入方法２」とは、第２バッチの混合コークス比を０．３５にして、図７に示した本実施形態に係る原料装入方法で高炉に装入したことを示す。「Ｏ２混合コークス比１７＋装入方法２」とは、第２バッチの混合コークス比を０．１７にして、図７に示した本実施形態に係る原料装入方法で高炉に装入したことを示す。さらに「Ｏ２混合コークス比０＋装入方法２」とは、第１バッチに全ての混合コークスを混合し、第２バッチでは混合コークスを混合しないで鉱石のみを、図７に示した本実施形態に係る原料装入方法で高炉に装入したことを示す。

図８に示すように、従来の原料装入方法である装入方法１で混合原料を高炉に装入した場合には、炉中心側に混合コークスが多量に偏析することがわかる。なお、第２バッチのコークス混合比を０．１７にして、コークス混合率を下げたとしても、装入方法１で混合原料を高炉に装入した場合には炉中心側に混合コークスが多量に偏析する。また、装入方法２で混合原料を高炉に装入した場合であっても、第２バッチのコークス混合比が０．３５である場合には、炉中心側に混合コークスが偏析する。

一方、第２バッチのコークス混合比を０．１７にして、第２バッチのコークス混合率を（１）式を満足するまで下げた上で、装入方法２で当該混合原料を高炉に装入することで、炉中心側への混合コークスの偏析が抑制されることがわかる。また、第１バッチに１チャージで装入する混合コークスを全量装入し、第２バッチの混合コークス比を０にした上で、装入方法２で当該混合原料を装入することで、炉中心側へのコークスの偏析が大幅に抑制されることがわかる。炉中心側は装入される鉱石が少ないので、炉中心側に混合コークスを多量に装入しても還元効率の向上および通気性の改善効果は小さい。このように、本実施形態に係る原料装入方法を用いることで、炉中心側への混合コークスの偏析を抑制でき、コークス混合鉱石層における鉱石とコークスとの混合状態を適正に制御できる。これにより、コークス混合鉱石層において鉱石と混合コークスとを近接配置でき、還元効率の向上と通気性の改善効果が得られ、高炉で使用する還元材量の削減が実現できると考えられる。

また、図８に示すように、第２バッチの混合コークス比を０にした場合には、炉中心側に装入する第２バッチ目の装入により、炉中心側に鉱石単独層を形成することが可能となる。このように、炉中心側に鉱石単独層を形成することで偏析を完全に抑止することになり、コークス混合鉱石層における鉱石と混合コークスとの混合をより適正に制御できる。なお、炉中心側とは、以下の（２）式を満たすｒの範囲内の位置である。

ｒ／Ｒ≦０．２・・・（２）
但し、（２）式においてｒは、鉱石単独層が形成される高さの炉中心２８から水平方向の距離（ｍ）であり、Ｒは、ｒと同じ高さにおける高炉炉体半径（ｍ）である。

図９は、本実施形態に係る別の原料装入方法で混合原料を装入した後のコークス混合鉱石層の堆積状態を示す断面図である。図９においても、横軸は、ｒ／Ｒ比（−）であり、縦軸は、ＳＬからの距離（ｍ）である。なお、ｒ／Ｒ比のｒは、コークス混合鉱石層が形成された高さにおける炉中心２８から水平方向の距離（ｍ）であり、Ｒは、ｒと同じ高さにおける高炉炉体半径（ｍ）である。

図９に示すように、第１バッチの混合原料を炉壁部まで到達しないように装入してコークス混合鉱石層４０を形成させ、第１バッチの装入位置よりも炉壁側の位置から第２バッチの混合原料の装入を開始し、第１バッチの装入位置よりも炉中心側の位置にわたって第２バッチの混合原料を装入してコークス混合鉱石層４２を形成させる。このような装入方法で混合原料を装入することで、炉中間部に装入される混合コークスの割合を高めることができるのでより好ましい。なお、炉中間部とは、下記（５）式を満たすｒの範囲内の位置である。

０．３≦ｒ／Ｒ≦０．７・・・（５）
但し、（５）式においてｒは、コークス混合鉱石層が形成される高さにおける炉中心２８から水平方向の距離（ｍ）であり、Ｒは、ｒと同じ高さにおける高炉炉体半径（ｍ）である。

炉中心側と炉壁側は、通気性を確保しガスの流れを安定化させるために鉱石の装入量が他の部分と比較して相対的に少なくなっている。鉱石の装入量が少ない炉中心側と炉壁側に混合コークスが偏析すると、混合コークスを混合することによって得られる還元効率の向上および通気性の改善効果が小さくなる。したがって、高炉内への混合原料の装入方法としては、混合コークスの偏析を抑制しつつ、鉱石の装入量が多い炉中間部により多くのコークスを混合させることが好ましい。

上記理由から、第１バッチで装入される混合コークスは、鉱石の装入割合が高い炉中間部に多く装入することが望ましく、第１バッチに装入される混合コークスの５０質量％以上を炉中間部に装入することが好ましく、６０質量％以上を炉中間部に装入することがより好ましい。

本実施形態において、混合コークスの粒径比が１．３以上の混合コークスを鉱石に混合している。このような粒径比の混合コークスを用いることで、高炉における軟化融着帯でのコークスの消滅を抑制でき、軟化融着帯での通気性を確保できる。また、混合コークスとして、コークス層２６に装入されるコークスと比較して反応性が高い高反応性のコークスを使用することが好ましい。高反応性のコークスを使用することで、還元材比低減効果を高めることができる。

本実施形態に係る原料装入方法として、第２バッチで装入する混合原料のコークス混合率を、（１）式を満足するように下げた上で、第１バッチの混合原料の装入位置より炉壁側の位置から第２バッチの混合原料の装入を開始し、第１バッチの混合原料の装入位置よりも炉中心側の位置にわたって第２バッチの混合原料を装入する方法を示した。しかしながら、これに限られず、第２バッチで装入する混合原料のコークス混合率を、上記（１）式を満足するように下げた上で、第１バッチの混合原料の装入位置と同じ位置から第２バッチの混合原料の装入を開始し、第１バッチの混合原料の装入位置よりも炉中心側の位置にわたって第２バッチの混合原料を装入してもよい。このように装入しても、炉中心側への混合コークスの偏析を抑制できることを確認している。

内容積が５５００ｍ^３である高炉を用いて、高炉操業を実施して還元材比の低減効果を評価した。ここでは、出銑比、送風条件、混合コークスの性状は一定として、混合原料の原料装入方法およびコークス混合率を変えて還元材比の低減効果を評価した。比較例１〜５および実施例１〜４の評価条件および評価結果を表１に示す。

表１おける原料装入方法の行に記した「１」は、図６を用いて説明した原料装入方法で混合原料を高炉に装入したことを示し、「２」は、図７を用いて説明した原料装入方法で混合原料を高炉に装入したことを示し、「３」は、図９を用いて説明した原料装入方法で混合原料を高炉に装入したことを示す。

また、表１における「Ｏ２鉱石比」とは、１チャージで装入する鉱石の質量に対する第２バッチの鉱石比を示し、「Ｏ２混合コークス比」とは、１チャージで装入する混合コークスの質量に対する第２バッチの混合コークス比を示す。なお、Ｏ２混合コークス比が０とは、第２バッチでは鉱石に混合コークスを混合させず、全ての混合コークスが第１バッチで高炉に装入されることを意味する。さらに、「（１）式の右辺」とは、第２バッチの鉱石比と混合コークスの粒径比と式（１）の右辺を用いて算出される値である。第２バッチの混合コークス比（Ｏ２混合コークス比）がこの値以下の場合、式（１）を満足することになる。

比較例１〜３は、原料装入方法１で混合原料を装入した場合における高炉操業例である。原料装入方法１で混合原料を高炉に装入した場合においては、第１バッチのコークス混合比を高くし、第２バッチのコークス混合比を低くして第２バッチのコークス混合率を下げても、還元材比は増加し、還元材比を低減させることができなかった。

比較例４、実施例１および実施例３は、原料装入方法２で混合原料を高炉に装入した高炉操業例である。原料装入方法２で混合原料を高炉に装入した場合であっても、第２バッチの混合コークス比が高い場合には還元材比は低減しない。一方、第２バッチの混合コークス比を低くして（１）式を満足する０．１７にしたところ、原料装入方法１で混合原料を装入した場合よりも還元材比が低減した。すなわち、図８に示したように、原料装入方法２で混合原料を高炉に装入することで混合コークスの偏析を抑制できるもののそれだけで十分ではなく、さらに、第２バッチの混合コークス比を低くして（１）式を満足させることで、原料装入方法１で混合原料を装入した場合よりも還元材比を低減させることができた。さらに第２バッチの混合コークス比を低くして、第２バッチのコークス混合率を０にすることで、さらに還元材比を低減させることができた。

比較例５、実施例２および実施例４は、原料装入方法３で混合原料を高炉に装入した高炉操業例である。原料装入方法３で混合原料を高炉に装入した場合であっても、第２バッチの混合コークス比が高い場合には還元材比は低減しない。一方、第２バッチの混合コークス比を低くして第２バッチのコークス混合率を（１）式を満足する０．１７にしたところ、原料装入方法１で混合原料を装入した場合よりも還元材比が低減した。すなわち、原料装入方法３で混合原料を高炉に装入することで混合コークスの偏析を抑制できるもののそれだけで十分ではなく、さらに、第２バッチの混合コークス比を低くして（１）式を満足させることで、原料装入方法１で原料を装入した場合よりも還元材比を低減させることができた。さらに第２バッチの混合コークス比を低くして、第２バッチのコークス混合率を０にすることで、さらに還元材比を低減させることができた。また、実施例１〜４から、原料装入方法３で混合原料を装入する方が、原料装入方法２で混合原料を装入するよりも還元材比を低減できることがわかった。

このように、混合コークスの粒径比を１．３以上とし、上記（１）式を満足するように第２バッチの混合コークス比を低くし、図７および図９を用いて説明した本実施形態に係る原料装入方法で混合原料を高炉に装入することで、混合コークスの偏析を抑制し、高炉操業の還元材比を低減させることができ、これにより、高炉で使用する還元材量を削減できることが確認できた。また、第２バッチの混合コークス比を０に近づけることで、高炉操業の還元材比をさらに低減させることができ、これにより、高炉で使用する還元材量もさらに削減できることが確認できた。

１０模型実験装置
１２炉頂バンカー
１４炉頂バンカー
１６流量調整ゲート
１８集合ホッパー
２０旋回シュート
２２高炉炉体
２４コークス混合鉱石層
２６コークス層
２８炉中心
３０混合原料サンプル
３２鉱石層
３４鉱石層
３６コークス混合鉱石層
３８コークス混合鉱石層
４０コークス混合鉱石層
４２コークス混合鉱石層

Claims

炉頂バンカーに貯留された鉱石およびコークスからなる混合原料を、前記炉頂バンカーの下方に設置された旋回シュートを用いて、高炉に装入するベルレス式高炉への原料装入方法であって、
前記鉱石の平均粒径に対する前記コークスの平均粒径の比率が１．３以上であり、
１チャージで装入する前記混合原料を２バッチに分割し、第１バッチの装入位置より炉壁側の位置または前記装入位置と同じ位置から第２バッチの前記混合原料の装入を開始し、前記装入位置よりも炉中心側の位置にわたって前記第２バッチの前記混合原料を装入し、
１チャージで装入する鉱石の質量に対する第２バッチで装入する鉱石の質量比をＲＯ２とし、１チャージで装入する混合コークスの質量に対する第２バッチの混合コークスの質量比をＲＯ２ＭＣとした場合に、前記ＲＯ２ＭＣが、（１）式を満たすことを特徴とする高炉への原料装入方法。
ＲＯ２ＭＣ≦ＲＯ２×１．３８×（混合コークスの平均粒径／鉱石の平均粒径）^{−１．０６}・・・（１）
第１バッチの前記混合原料に１チャージで装入する混合コークスの全量を混合して装入することを特徴とする請求項１に記載の高炉への原料装入方法。
（２）式を満たすｒの範囲内の位置に、混合コークスが混合されていない鉱石からなる層を形成することを特徴とする請求項２に記載の高炉への原料装入方法。
ｒ／Ｒ≦０．２・・・（２）
但し、（２）式において、ｒは、前記鉱石からなる層が形成される高さにおける炉中心から水平方向の距離（ｍ）であり、Ｒは、ｒと同じ高さにおける高炉炉体半径（ｍ）である。