JP2731829B2

JP2731829B2 - 高炉操業法

Info

Publication number: JP2731829B2
Application number: JP5569589A
Authority: JP
Inventors: 誠章内藤; 一良山口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-08
Filing date: 1989-03-08
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JPH02236210A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、高炉で反応性を高めたコークスとともに粒
径３〜10mmのペレットを複数個結合した塊成鉱を使用す
ることによって、生産性を向上させた高炉操業法に関す
る。

（従来の技術）通常の高炉にあっては、炉項から鉄鉱石及びコークス
を層状に装入し、この鉄鉱石を炉内で還元した後、金属
状態に還元・溶融して溶銑を製造している。

このとき、高炉を安定して操業するために、特開昭57
−174403号公報にあっては、高炉に鉄原料とコークスを
順次装入し精錬する高炉操業法において、高炉にコーク
スを装入するにあたり、常時もしくは間欠的に炉周辺部
に15〜25mmを平均粒度とする小塊コークスを、炉中心部
に35〜70mmを平均粒度とする大塊コークスを装入し、操
業することを特徴とする高炉操業法が開示されている。

また、本発明者らは特願昭62−193457号において、15
mm以下の小塊高反応性コークスを使用して、該高反応性
コークスを普通コークス又は鉱石と混合して高炉に装入
することにより、高炉の熱保存帯温度を低下させ、高炉
の反応効率を高める高炉操業法を提案した。

さらに本発明者らは特開昭62−40322号公報におい
て、粒径３〜10mmの複数個のペレットを結合した塊成鉱
内部に空隙部を設けたことを特徴とする製鉄用塊成鉱を
提案した。

（発明が解決しようとする課題）しかし乍ら高炉操業において、炉中心部に35〜70mmを
平均粒度とする大塊コークスを、炉周辺部に15〜25mmを
平均粒度とする小塊コークスを装入することにより、炉
中心部における炉芯の通気通液性が確保でき、安定操業
が可能と考えられるが、通常コークスを使用する操業に
おいては、高炉の反応効率は向上できない。

一方、高炉の反応効率を向上させるためには、小塊高
反応性コークスを鉱石またはコークスと混合して使用す
るのが有効であるが、通常操業においては小塊高反応性
コークスは量が少なく炉中心部に到達とないように装入
するので、炉中心部の還元効率は向上せず、高炉半径方
向全体の反応効率は向上しにくい。また装入物分布制御
により、小塊高反応性コークスを炉中心部に装入する
と、高炉半径方向全体の反応効率は向上できるが、炉中
心部における炉芯の通気通液性の点で問題となり安定操
業に支障となる。

また、反応効率が向上でき、低燃料比操業が可能とな
った場合でも、低燃料比操業時によく見られるように、
ガス流れが不均衡になり、ガス流量の少ない領域が高炉
シヤフト部に生成すると、600〜700℃の低温熱保存帯が
生成し易くなるが、この部位では焼結鉱還元粉化が助長
され、それに伴う高炉シヤフト部の通気不良が生じる結
果、鉱石還元の遅れ、装入物の降下不良など、高炉安定
操業に支障となるケースが多い。

高炉内高さ方向の温度分布は特開昭59−16917号公報
に開示されているように、垂直ゾンデによって測定され
ており、また、特開昭62−054006号公報においては、高
炉炉頂部またはシヤフト上部の水素ガス利用率または水
素ガス利用率/COガス利用率を測定することにより、炉
内温度分布を検知する方法が開示されているが、これら
の情報を用いてペレット使用量を調整するまでには至っ
ていない。

第４図は低還元粉化性焼結鉱、ペレットと通常焼結鉱
の還元粉化指数（以下RDIと称する）ならびに高炉内条
件下で還元した時の間接還元率を比較したものである
が、低還元粉化性焼結鉱、ペレットのいずれも通常焼結
鉱に比べRDIは低く、高炉シヤフト部の粉率を抑制し、
通気不良を解除することは可能で、低燃料比操業下にお
いて安定した操業が期待される。

しかしながら、低還元粉化性焼結鉱ならびにペレット
の両者とも、その還元性については通常焼結鉱に比べ劣
っており、高反応性コークス使用による燃料比低減可能
量を最大限有効に活用できていない。

そこで、本発明にあっては、高炉に装入されるコーク
スの反応性を高め、かつ大塊と小塊に分別して装入する
ことにより、熱保存帯温度を低下させて高炉全体の鉄鉱
石の還元反応を促進させ、炉内粉率を極力少なくして、
効率的に溶銑を製造すること、ならびに、低燃料比操業
下で発生しやすい焼結鉱還元粉化に伴う粉率増加を抑制
して、高い反応効率下、高い生産性で安定的に高炉を操
業することを目的とする。

（課題を解決するための手段および作用）本発明の高炉操業法は、その目的を達成するために、
コークスを大塊と小塊に分別して装入する高炉におい
て、高反応性コークスを大塊と小塊に分別し、大塊高反
応性コークスを炉中心部に、小塊高反応性コークスを炉
中間部より炉周辺部に装入するに際し、該高反応性コー
クスとともに、粒径３〜10mmのペレットを複数個結合し
た塊成鉱（以下、新塊成鉱と称す）を装入することを特
徴とし、さらに高反応性コークスを高炉に装入して操業
を行うに際し、高炉内高さ方向の温度分布または高炉内
半径方向の水素ガス利用率分布を測定し、測定した温度
または水素ガス利用率と基準値との差があらかじめ設定
した値になった時に、通常焼結鉱から新塊成鉱に全量置
換することを特徴とする。

まず、高反応性コークスについて述べる。

本発明で使用する高反応性コークスはJISK2151−1977
の反応性試験方法で測定したときのJIS反応性が30％以
上であることが望ましい。その値が30％未満であると、
後述する熱保存帯温度の低下がほとんどみられない。ま
た高反応性コークスであっても強度を高く保つことは必
要であり、通常コークスと同じ程度の強度を保つことが
望ましい。

高強度を有する高反応性コークスの調整法としては、
強度の高い通常コークスにアルカリ水溶液を添加する方
法または一般炭を成型して乾留する方法などがある。

高反応性コークスは通常炉頂から装入されるコークス
の一部あるいは全量と置換し、かつ該高反応性コークス
を大塊と小塊に分別し、大塊を通常コークスと混合する
か、あるいは単独で炉中心部に鉄鉱石と交互に層状装入
する。小塊は炉中間部から炉周辺部に鉄鉱石および／ま
たは通常コークスと混合して装入するか、あるいは単独
で鉄鉱石と交互に層状装入する。

本発明において、炉中心部とは高炉の炉口部半径の20
％以内の部分を示し、例えば炉口部半径が5mであれば半
径1m以内を炉中心部と称する。この炉中心部を除いた炉
壁までの外側を炉中間部から炉周辺部と称する。

炉中間部から炉周辺部に装入される鉄鉱石および／ま
たは通常コークスに混合使用する高反応性コークスの粒
度は15mm以下とすることが望ましい。この粒度が15mm以
下であれば、コークスの単位重量に対する表面積が増加
し、反応に寄与する割合が大きくなる。

この高反応性コークスは反応性が高いことから、炉内
のCO₂がコークス表面に接触してCOとなる界面反応が円
滑に行われる。また、その結果として炉内に生じたCOガ
スが鉄鉱石と有効に反応して低級酸化物又は金属状態に
還元する反応が促進される。

Ｃ＋CO₂＝2COのコークスのガス化反応は吸熱反応であ
り、高炉シヤフト部における熱保存帯の温度を低下させ
ることができる。たとえば、従来法によるとき、1000℃
程度の熱保存帯が生成し、その値がほとんど変化しない
のに対して、高反応性コークスを使用することによっ
て、熱保存帯の温度を900〜950℃に低下させることが可
能となる。その結果、還元平衡到達点に余裕ができるた
め還元がより進行することになり、シヤフト効率、間接
還元率、COガス利用率が向上し、コークス比を低下させ
ることができる。

また大塊高反応性コークスとして粒度35〜70mmの高反
応性コークスを炉中心部へ装入することによつて、炉中
心部における炉芯の通気通液性が確保され、安定した操
業が可能となり、かつ炉中心部に装入された鉄鉱石の還
元が促進されるため、高炉半径方向全体の還元効率が向
上できる。

また新塊成鉱は、第１図に示すように通常焼結鉱に比
べ、還元粉化性指数（RDI）が低く、還元性も良好であ
るため、新塊成鉱の使用は炉内粉率の低下に効果があ
り、かつ高炉内還元効率向上にも寄与し、燃料比低減に
有効な手段となる。

次に焼結鉱の還元粉化現象について述べる。

高反応性コークスを使用することにより、還元効率は
向上するが、低温での還元が促進された結果、焼結鉱の
還元粉化が助長され、粉発生量が増加し、高炉内の通気
性が悪化し、この悪化抑制策を実施しなければ、高反応
性コークスの効果を最大限に発揮できず、高い生産性を
確保できない。通気性が悪化すると、高炉内高さ方向の
温度分布に600〜700℃の低温熱保存帯が発生し、また、
600〜700℃の低温熱保存帯における水性ガスシフト反応
の進行により、水素ガス利用率が低下する。

第２図は600〜700℃の低温熱保存帯の長さと炉内粉率
増加量との関係を示したもので、低温熱保存帯が長くな
るのに伴い焼結鉱還元粉化率は増加する。

また、第３図は炉頂水素ガス利用率と炉内粉率増加量
との関係を示したもので、水素ガス利用率が低下すると
焼結鉱還元粉化率は増加する。

還元粉化率増加量の絶対値は通常焼結鉱のRDIによっ
て異なるが、例えば、第２図によると約4mの低温熱保存
帯が検出された時に、第３図によると約10％の水素ガス
の利用率の低下が検出された時に、炉内粉率が通常安定
操業時の基準値に比べ５％増加したと判断される。

新塊成鉱は第１図に示すように通常焼結鉱に比べ、還
元粉化性指数（RDI）が低いため、例えば低温熱保存帯
が成長する過程において、通常焼結鉱を新塊成鉱に置換
すると、炉内粉率増加を抑制でき、高炉内の通気性悪化
に伴う操業変動をなくすことが可能となる。また、還元
性も良好であるため、新塊成鉱の使用は高炉内還元効率
向上にも寄与しうる。低温熱保存帯生成過程において、
通常焼結鉱から新塊成鉱への全量置換を判断する基準
は、焼結鉱RDIによって異なるが、炉内粉率が通常安定
操業時の基準値に比べ５％増加した時とする。

本発明では、通常焼結鉱を全量、新塊成鉱に置換し、
高反応性コークスとともに装入する。あるいは、通常は
普通焼結鉱を装入しておき、600〜700℃の低温熱保存帯
の発生有無を検出しながら、その低温熱保存帯が発生し
た時に、通常焼結鉱の装入を止め、新塊成鉱を全量装入
することによって、還元粉化量を抑制し、上述低温熱保
存帯および／または通気不良帯を解消し、安定した高炉
操業を行うことができる。

なお、600〜700℃の低温熱保存帯の測定検出は垂直ゾ
ンデによる温度測定や水平ゾンデによる炉頂部あるいは
シャフト上部半径方向の水素ガス利用率の測定を行うこ
とによって検出可能である。また、RDIはサンプル（15
〜20mm,500g）を還元ガス（CO30％−N₂70％,15Nl/min）
により550℃で30分間還元し、その後回転試験機で900回
転（30rpm×30分間）後の−3mmの重量割合をもって示さ
れる。

（実施例）以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明す
る。

第１表に高反応性コークスおよび粒径３〜10mmのペレ
ットを複数個結合した塊成鉱を使用した高炉操業を従来
法と比較して示す。

対象高炉は内容積3000m³の中型高炉であり、従来法で
は重量比で炉頂からO/C＝3.2の割合で鉄鉱石と通常コー
クスを装入し、羽口前フレーム温度を2270℃（熱風温度
1100℃、添加湿分35g/Nm³、微粉炭吹き込みなし）に維
持しながらRDI40％の通常焼結鉱を使用して溶銑を製造
していた（比較例）。

実施例１は通常コークスを全量高反応成コークス（JI
S反応性50％）に置換した例で、重量比で粒度50mm以上
が20％，粒度50mm未満が80％であり、RDI40％の通常焼
結鉱を全量、粒径３〜10mmのペレットを複数個結合した
塊成鉱（新塊成鉱と称する）に置換したときの操業例で
ある。実施例１中には、通常焼結鉱を装入していた時の
操業結果を付記し（新塊成鉱使用前の操業例）、新塊成
鉱を全量装入した時の操業結果と比較して示す（新塊成
鉱使用後の操業例）。

新塊成鉱の製造は、重量比で原料組成Fe₂O₃約94.0％,
SiO₂2.0％,CaO2.5％の粉鉄鉱石だけを造粒して４〜6mm
の生ペレットをつくり、最高焼成温度1300℃となるよう
に、粉コークスを配合し、焼結機で焼成した後、クラッ
シャーにかけて、３〜６個結合した状態の平均直径約25
mmの塊成鉱とした。実施例２〜４において使用する新塊
成鉱性状も同一のものである。

実施例２は重量比で通常コークスの50％を高反応性コ
ークス（JIS反応性50％）に置換し、そのうち重量比で1
5mm超が70％，粒度15mm以下が30％とした例で、RDI40％
の通常焼結鉱1615Kg/pig−ｔのうち、T.Fe換算で50％に
相当する新塊成鉱（T.Fe66％）685Kg/pig−ｔに置換し
たときの操業例である。実施例２中には、通常焼結鉱使
用時の操業結果を付記し（新塊成鉱使用前の操業例）、
新塊成鉱を装入した時の操業結果と比較して示す（新塊
成鉱使用後の操業例）。

実施例３は重量比で通常コークスの35％を高反応性コ
ークス（JIS反応性45％）に置換し、そのうち重量比で1
5mm超が50％，粒度15mm以下が50％とした例で、垂直ゾ
ンデにより、高炉シヤフト上部の約4mにわたり、600〜7
00℃の低温熱保存帯を検出したので（新塊成鉱使用前の
操業例）、通常焼結鉱を全量新塊成鉱に置換して操業し
た時の操業状態を示す（新塊成鉱使用後の操業例）。

実施例４は重量比で通常コークスの50％を高反応性コ
ークス（JIS反応性50％）に置換し、そのうち重量比で1
5mm超が70％，粒度15mm以下が30％とした例で、水平ゾ
ンデにより高炉内半径方向の水素ガス利用率（＝H₂O/
（H₂＋H₂O））分布を検出した操業において、高炉の炉
壁から1mの位置の水素ガス利用率が基準値（水素ガス利
用率50％）よりも10％低下したことを検出したので（新
塊成鉱使用前の操業例）、通常焼結鉱を全量新塊成鉱に
置換して操業した時の操業状態を示す（新塊成鉱使用後
の操業例）。

装入方法は、実施例１の場合、高反応性コークスの大
塊を中心部に、小塊を炉中間部から周辺部に装入し、焼
結鉱と交互装入した。実施例2,3,4の場合、大塊高反応
性コークスは通常コークスと混合して炉中心部に装入
し、小塊コークスは通常コークスおよび新塊成鉱と1/2
ずつ混合して、炉中間部から周辺部に装入した。

第１表の実施例では、比較例に比べてガス利用率の向
上、コークス比の低下が達成され、燃料比が低下するこ
とができた。なお、実施例１〜４の新塊成鉱使用前の操
業結果は新塊成鉱使用後の操業結果に比較して、コーク
ス比の低下度合が小さく、効率的な高炉操業とはなって
いない。

（発明の効果）以上に説明したように、本発明においては、高反応性
コークスを大塊と小塊に分別し、大塊高反応性コークス
を炉中心部に、小塊高反応性コークスを炉中間部より炉
周辺部に装入することにより、炉中心部における炉芯の
通気通液性を確保し、また熱保存帯の温度を低下させる
ことができるため、シャフト効率を上げることも可能と
なり、高炉全体のガス利用効率を高めて少ないコークス
比で高炉操業を行うことができる。そして低燃料比時に
生成しやすい600〜700℃近傍の低温熱保存帯生成時にお
いても、粒径３〜10mmのペレットを複数個結合した塊成
鉱を装入することにより、粉率増加による通気不良を抑
制でき、長期間安定した操業が可能となる。

このようにして、本発明によるとき、高炉操業の生産
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は粒径３〜10mmのペレットを複数個結合した塊成
鉱と通常焼結鉱のRDIならびに高炉内条件下で還元した
時の間接還元率との比較を示す図、第２図は600〜700℃
の低温熱保存帯の長さと炉内粉率増加量との関係を示す
図、第３図は炉頂水素ガス利用率と炉内粉率増加量との
関係を示す図、第４図は低還元粉化性焼結鉱、ペレット
と通常焼結鉱のRDIならびに高炉内条件下で還元した時
の間接還元率との比較を示す図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】コークスを大塊と小塊に分別して装入する
高炉において、高反応性コークスを大塊と小塊に分別
し、大塊高反応性コークスを炉中心部に、小塊高反応性
コークスを炉中間部より炉周辺部に装入するに際し、前
記高反応性コークスとともに粒径３〜10mmのペレットを
複数個結合した塊成鉱を装入することを特徴とする高炉
操業法。
【請求項２】高反応性コークスを高炉に装入して操業を
行うに際し、高炉内高さ方向の温度分布または高炉内半
径方向の水素ガス利用率分布を測定し、測定した温度ま
たは水素ガス利用率と基準値との差があらかじめ設定し
た値になった時に、通常焼結鉱から粒径３〜10mmのペレ
ットを複数個結合した塊成鉱に全量置換することを特徴
とする高炉操業法。