JP4910631B2 - 高炉の操業方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フェロコークスを高炉原料として使用する際の高炉の操業方法に関する。
石炭と鉄鉱石とを混合して成型した成型物を乾留して製造されるフェロコークスは、鉄鉱石が一部還元されていると同時に、鉄鉱石の触媒効果でコークスの反応性を高めることができ、焼結鉱、塊鉱石、ペレット等から構成される鉄原料と混合して高炉原料として使用することにより高炉中のガス利用率を高め、還元材比を低下させることができることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１によれば、コークスは単独で高炉内に装入してコークス層を形成させ、鉄鉱石とフェロコークスとを混合して高炉内に装入することで、還元材比が低減し、生産性も向上するとされている。これは、フェロコークスを用いたことによる、高炉の熱保存帯温度低下と部分還元した鉄鉱石装入の双方の効果が同時に発現する手法であり、非常に有効である。
フェロコークス使用時には、コークスの高反応性化によって高炉中のガス利用率を高めることにより還元材比低下が期待できる反面、フェロコークスを高炉原料として鉄原料と混合して多量に使用すると、コークスをフェロコークスで置換した分、コークス量が減少することになる。高炉に装入するコークス量が減少すると、高炉内の融着帯においてガスが流れるコークス層（コークススリット）の通気抵抗が上昇するので、ガス流れが阻害される恐れがある。炉内通気性が悪化すると、高炉の安定操業が阻害される恐れがある。
特開２００６−２８５9４号公報
上記のように、フェロコークス使用時に高炉に装入するコークス量が減少すると、炉内通気性が悪化するという問題がある。
したが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、鉄原料とコークスとを炉頂から装入する高炉操業であって、コークスの一部をフェロコークスで代替し、鉄原料とフェロコークスとを混合して炉頂から装入する操業を行なう際に、炉内の通気性悪化を防止することのできる高炉の操業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）鉄原料とコークスとを炉頂から装入する高炉操業であって、前記コークスの一部を石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して乾留して製造したフェロコークスで代替し、前記鉄原料と前記フェロコークスとを混合して炉頂から装入する操業を行なう際に、前記コークスとして調和平均粒径４０ｍｍ以上、タンブラー回転強度（４００回転、６ｍｍ以上指数）８４％以上のコークスを用いることを特徴とする高炉操業方法。
（２）鉄原料とコークスとを炉頂から装入する高炉操業であって、前記コークスの一部を石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して乾留して製造したフェロコークスで代替し、前記鉄原料と前記フェロコークスとを混合して炉頂から装入する操業を行なう際に、前記コークスとして調和平均粒径４０ｍｍ以上、ドラム回転強度（１５０回転、１５ｍｍ以上指数）８１％以上のコークスを用いることを特徴とする高炉操業方法。
（１）鉄原料とコークスとを炉頂から装入する高炉操業であって、前記コークスの一部を石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して乾留して製造したフェロコークスで代替し、前記鉄原料と前記フェロコークスとを混合して炉頂から装入する操業を行なう際に、前記コークスとして調和平均粒径４０ｍｍ以上、タンブラー回転強度（４００回転、６ｍｍ以上指数）８４％以上のコークスを用いることを特徴とする高炉操業方法。
（２）鉄原料とコークスとを炉頂から装入する高炉操業であって、前記コークスの一部を石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して乾留して製造したフェロコークスで代替し、前記鉄原料と前記フェロコークスとを混合して炉頂から装入する操業を行なう際に、前記コークスとして調和平均粒径４０ｍｍ以上、ドラム回転強度（１５０回転、１５ｍｍ以上指数）８１％以上のコークスを用いることを特徴とする高炉操業方法。
本発明によれば、高炉原料としてフェロコークスを多量に使用しても炉内の通気性を良好に維持可能であり、還元材比を低下させた操業を安定して行なうことができる。
本発明においては、フェロコークスを焼結鉱、塊鉱石、ペレット等から構成される鉄原料と混合した「鉄原料＋フェロコークス」層と、通常のコークス層とを高炉内に交互に装入して行なう操業を基本とする。高炉の炉頂部からコークス、鉄鉱石、フェロコークスを装入する際に、まずコークスを装入してコークス層を形成し、次に鉄鉱石とフェロコークスとの混合物を装入して、鉄鉱石とフェロコークスとの混合層（以下、単に「混合層」と記載する。）を形成する。以下、コークス層と混合層とのサイクルを順次繰り返して高炉の原料装入を行うものである。混合層では、鉄鉱石とフェロコークスとが全体としてほぼ均一に混合されていることが望ましいが、少なくとも一部について混合されている状態であれば効果がある。
本発明で用いるフェロコークスは、石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して製造した成型物を加熱して、成型物中の石炭を乾留して製造されたものである。なお、石炭と鉄鉱石とを主成分とするとは、フェロコークスの原料が主として石炭と鉄鉱石であることを意味するものであり、石炭と鉄鉱石とを７０ｍａｓｓ％以上含有する原料を用いてフェロコークスを製造するものであるが、通常は石炭と鉄鉱石とを８０ｍａｓｓ％以上含有する原料を使用する。石炭と鉄鉱石の他に成型のためのバインダー等を使用することができる。成型は冷間または熱間で行い、冷間で成型を行なう場合は、原料にバインダーを添加することが好ましい。
背景技術で述べたように、高炉へのコークスの装入量が減少すると、融着帯におけるコークス層（コークススリット）の通気抵抗が上昇する。通気抵抗を良好に保つために、本発明者らは原料コークスの品質の影響について検討した。そして、コークスの粒径が大きく、かつ、コークス強度が高い場合にはコークス量が減少してもコークススリットの通気性が健全に維持されることを見出し、本発明を完成した。すなわち、調和平均粒径４０ｍｍ以上、タンブラー回転強度（４００回転、６ｍｍ以上指数）８４％以上のコークスを装入原料とする高炉操業方法である。タンブラー回転強度はＪＩＳタンブラーで４００回転の６ｍｍ指数によるタンブラー指数（ＴＩ400/6）である。
調和平均粒径は、篩いの篩目（篩網径）を変化させてコークスを篩い分けした際の、篩いの篩目ｄiのコークスの質量比率をｗiとして、Σｗi／Σ（ｗi／ｄi）で定義される。
コークス強度は、タンブラー回転強度の他に、ドラム回転強度を用いて示されるが、ドラム強度を用いる場合は、調和平均粒径４０ｍｍ以上、ドラム回転強度（１５０回転、１５ｍｍ以上指数）８１％以上のコークスを装入原料とする。ドラム回転強度はＪＩＳドラムで１５０回転の５ｍｍ指数によるドラム指数（ＤＩ150/15）である。
図１にコークスの粒径と、高炉の通気性を示す通気抵抗指数との関係を示す。内容積が５１５３ｍ3、炉口直径１１．４ｍ、炉床直径１５．０ｍの高炉において、還元材比４８５〜４９０ｋｇ／ｔ、出銑量１１０００ｔ／ｄの条件で、ＴＩ400/6＝８３．５、８４．０のコークスについて操業試験を行なった。図１によれば、コークスの粒径４０ｍｍ以上で通気抵抗指数が急激に低下し、通気性が良好になることが分かる。ＴＩ400/6＝８４．０のコークスにおいて、その効果が顕著である。
図１と同様の試験を、ＤＩ150/15＝８０．５、８１．０のコークスについて行なった。結果を図２に示す。図２においても図１と同様に、コークスの粒径４０ｍｍ以上で通気抵抗指数が急激に低下し、通気性が良好になり、ＤＩ150/15＝８１．０のコークスにおいて、その効果が顕著である。
内容積が５１５３ｍ3、炉口直径１１．４ｍ、炉床直径１５．０ｍの高炉で操業試験を実施した。フェロコークスは、以下のようにして製造したものを用いた。石炭と鉄鉱石との混合物（７：３の質量比率）にバインダーとしてアスファルトピッチと軟ピッチの混合物を５ｍａｓｓ％添加して、ミキサーで攪拌して混合後、線圧５ｔ/ｃｍ、成型温度２５℃で冷間成型して６ｃｃのブリケット成型物を製造した。鉄鉱石には粒径１００ミクロン以下（−１００ミクロン）のペレットフィードを用いた。石炭には最大平均反射率１．０％の石炭を用いた。石炭の粒度は、全量を粒径３ｍｍ以下（−３ｍｍ）に粉砕したものを用いた。このブリケットを専用の乾留炉であるシャフト炉で加熱して石炭を乾留し、フェロコークスを製造した。鉄原料としては、塊鉱石および焼結鉱を用い、フェロコークスと鉄原料とを混合し、該混合物と塊コークスとを交互に炉内に装入した。鉄原料の装入量は一定とし、フェロコークスの装入量と、塊コークスの粒径、強度を変化させてＮｏ．１〜１６の操業を行ない、高炉通気抵抗指数を測定した。塊コークスの強度は、タンブラー回転強度（４００回転、６ｍｍ以上指数）またはドラム回転強度（１５０回転、１５ｍｍ以上指数）を測定した。塊コークスの粒径は篩目２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７５ｍｍの篩で分級して粒度分布を求め、調和平均粒径として算出した。
強度をタンブラー回転強度で測定した塊コークスを用いた場合のフェロコークスの装入量、塊コークスの粒径、強度と、高炉出銑量、還元材比、コークス比、高炉通気抵抗指数を表１に、強度をドラム回転強度で測定した塊コークスを用いた場合のフェロコークスの装入量、塊コークスの粒径、強度と、高炉出銑量、還元材比、コークス比、高炉通気抵抗指数を表２に示す。
表１、表２において、還元材比、コークス比はフェロコークス中の炭材を含んだ値である。また、Ｎｏ．１、２、９、１０はフェロコークスを用いない通常の操業の場合であり、本発明の比較例である。
表１において、塊コークスの粒径が３０ｍｍ程度のＮｏ．３、５と、タンブラー回転強度が８４％未満のＮｏ．７、８については、Ｎｏ．１、２の通常の操業の場合に比較して高炉通気抵抗指数が増加し、通気性が悪化した。一方で、塊コークスの粒径が４０ｍｍ以上で、タンブラー回転強度が８４％以上のＮｏ．４、６については、高炉通気抵抗指数が減少し、通気性が良好となった。
表２において、塊コークスの粒径が３０ｍｍ程度のＮｏ．１１、１３と、ドラム回転強度が８１％未満のＮｏ．１５、１６については、Ｎｏ．９、１０の通常の操業の場合に比較して高炉通気抵抗指数が増加し、通気性が悪化した。一方で、塊コークスの粒径が４０ｍｍ以上で、ドラム回転強度が８１％以上のＮｏ．１２、１４については、高炉通気抵抗指数が減少し、通気性が良好となった。
Ｎｏ．４、６、１２、１４の本発明例の操業の際には、高炉出銑量が増加し、還元材比、コークス比は低下した。したがって、炉内の通気性を良好に維持して安定操業を行ないながら、還元材比を低下させることができた。
Claims (2)
- 鉄原料とコークスとを炉頂から装入する高炉操業であって、前記コークスの一部を石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して乾留して製造したフェロコークスで代替し、前記鉄原料と前記フェロコークスとを混合して炉頂から装入する操業を行なう際に、前記コークスとして調和平均粒径４０ｍｍ以上、タンブラー回転強度（４００回転、６ｍｍ以上指数）８４％以上のコークスを用いることを特徴とする高炉操業方法。
- 鉄原料とコークスとを炉頂から装入する高炉操業であって、前記コークスの一部を石炭と鉄鉱石とを主成分とする原料を成型して乾留して製造したフェロコークスで代替し、前記鉄原料と前記フェロコークスとを混合して炉頂から装入する操業を行なう際に、前記コークスとして調和平均粒径４０ｍｍ以上、ドラム回転強度（１５０回転、１５ｍｍ以上指数）８１％以上のコークスを用いることを特徴とする高炉操業方法。
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