JP6167829B2 - 高炉操業方法 - Google Patents
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Description
また、地球温暖化対策として、CO2の排出削減のため、高炉の還元材比の低減が要請され、焼結鉱の被還元性の向上も研究されてきた。
また、高炉羽口部から微粉炭を吹き込むとともに、焼結鉱を含む鉄源とコークスを交互に高炉頂部から装入し、炉内持ち込み水分を30kg/t−pig以上とし、出銑比を2.2以上2.5以下で操業を行う高炉操業方法において、前記焼結鉱の被還元速度を0.435〜0.500(%/min)としたことを特徴とする高炉操業方法を述べている(特許文献2)。
しかし、近年の資源劣質化により高炉で使用する装入物の多種多様化が求められている。上記の特許文献1又は特許文献2に記載の発明は、いずれも高出銑比操業の達成のために装入原料性状を向上させる必要があり、通常時の操業で使用されるコークス、焼結鉱をそのまま使用することはできない。
そこで、コークス及び焼結鉱の品質向上に頼ることなく、高出銑、低還元材比操業を可能とする高精度な装入物分布制御技術の開発が期待される。
装入物分布制御の方法として、最近の大型高炉においては、炉頂部に旋回機能を有し、且つ、その俯仰角度が変更できるシュートを設け、このシュートにより原料をリング状に炉内に装入する旋回シュート式原料装入装置が採用されている(以下、ベルレス高炉と記す。)。
高炉の全体の通気性は、(1)装入物の粒度分布に依存し、そして、径方向の通気抵抗分布は、(2)径方向での鉱石とコークスの層厚比(以下O/Cという。)の分布と、(3)径方向での鉱石とコークスの粒度分布、により形成される。そのため、上記(1)乃至(3)のコントロールにより、高炉内の通気性を改善することが重要である。
本発明の目的は、装入物分布制御により焼結鉱の粒径及びコークスの粒径を径方向に変更し、高出銑、低還元材比操業を可能とする高炉操業方法を提供することである。
本発明は、かかる知見に基づくものである。
(1)高炉への装入前に焼結鉱及びコークスを粗粒と細粒の粒径に篩分けし、細粒焼結鉱と粗粒コークスの一部が炉壁近傍において混合して存在するよう装入し、粗粒焼結鉱と細粒コークスが炉壁近傍から中心コークス近傍の領域において混合して存在するよう装入し、
前記焼結鉱の篩分けの分級点は、15mm〜25mmとし、前記コークスの篩分けの分級点は、略50mmとすることを特徴とする高炉操業方法。
(2)前記焼結鉱の粒径篩分けは、細粒焼結鉱が20質量%〜40質量%で、粗粒焼結鉱が80質量%〜60質量%であることを特徴とする請求項1に記載の高炉操業方法。
(3)前記細粒焼結鉱への前記粗粒コークスの混合量は、0kg/t−pigを超え、20kg/t−pig以下であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の高炉操業方法。
(4)前記粗粒焼結鉱への前記細粒コークスの混合量が0kg/t−pigを超え、50kg/t−pig以下であることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれか1つに記載の高炉操業方法。
ベルレス高炉の装入物装入方法は、一般に、コークス(以下Cと記す。)は、C1、C2の2バッチに分けて装入され、又、鉱石(以下Oと記す。)は、O1、O2の2バッチに分けて装入される。C1、C2、O1、O2の装入を1チャージと称する。ここで、コークスと鉱石それぞれ1バッチで装入し、C1、O1の2バッチを1チャージとする装入や、C1、C2、O1の3バッチを1チャージとする装入方法もある。
以下、本願明細書では、C1、C2、O1、O2の4バッチを1チャージとする装入方法について述べるが、C1、O1、C2、O2等のバッチの順を変えた装入、2バッチ、3バッチを1チャージとする装入方法においても同様である。
図1に傾動角度θの旋回シュート4から炉内に落下したC1、の粒度偏析を示す。高炉炉内に落下したC1は、高炉中心と壁側に向け転がり落ち、一般に、逆W型形状の装入物形状を形成する。この場合、C1の中の粗粒コークス5は、高炉中心方向と壁側に向け転がり落ち、微粒コークス6は、落下地点にとどまりやすい。装入される鉱石も同様である。
炉壁の直前は、粗粒コークス5が堆積しやすいので、通気性が良く、炉内ガスが強く通り易い(いわゆるスキンフロー)。その結果、炉壁が損傷されやすいという問題がある。
これに対し、C1の炉壁近傍に形成された壁際の「くぼみ」にO1を装入し、壁際のO/Cを調整することにより、壁際のガス流をコントロールする技術がある。
一方、図2に示すいわゆるコークステラスの形成技術がある。コークステラスとは、ベルレス高炉において、装入物の落下点を炉壁から炉中心部側へ連続的に移動させ、炉壁近傍におけるコークス堆積形状(プロフィール)を平らなテラス状に形成することである。テラスでは、プロフィールが平らなため粒度偏析が抑制され、粗粒コークス5と微粒コークス6は、均一に堆積される。そのため、コークステラス上にO1を乗せることにより炉壁近傍の鉱石とコークスの堆積比(O/C)を調整し、炉壁近傍の安定なガス流をコントロールすることができる。
C2は、炉の中心流を確保するため、炉中心近傍に装入される。
本発明は、上記の従来の装入分布形成技術をベースとし、更なる通気性および還元性の向上を図るために以下の3ポイントを特徴とする。
(1)鉱石充填層の通気性を向上させるため、焼結鉱の粒度分布を細粒側と粗粒側に分級し、それぞれの充填層の空隙率を相対的に向上させる(図3、図4)。
(2)塊状帯における鉱石充填層の還元性を向上させるため、細粒コークスを鉱石層中に混合させる。
(3)炉壁近傍の軟化融着帯における鉱石充填層の通気性を向上させるため、大塊コークスを鉱石層中に混合させる。
上記3点を満たした装入物分布制御ができれば、十分な通気性改善効果、還元性改善効果が期待でき、装入原料性状を操作することなく、極めて出銑量を増加させた操業が可能となると期待される。
以下、コークステラス形成の装入分布形成をベースとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明では、上記特徴ポイント(1)を目的に、焼結鉱およびコークスを粗粒と細粒に篩分け、高炉の通気性の向上を図る。一般に、充填物の粒度分布が狭いと、空隙率が向上する。
図3は、粗粒と細粒に分級することにより、空隙率が向上することを模式的に示す。
図4に焼結鉱の粒度分級の一例を示す。この例では、18mmを分級点とし、18mm以下の細粒を約30%、18mm以上の粗粒を、約70%得ることができる。
分級点としては、15mm〜25mmとすることができる。
本発明では、篩分けによる細粒焼結鉱及び粗粒焼結鉱をその堆積特性に対応して炉径方向の装入位置を変える。
C1、C2、O1、O2の4バッチに対して、細粒焼結鉱をO1に用い、粗粒焼結鉱をO2に用いることで、上記の本願の特徴ポイント(1)を実現する。O2は、焼結鉱の80%〜60%を占める粗粒焼結鉱とすることで、炉全体の空隙率を上げ、通気性の向上を図ることができる。
そして、粗粒焼結鉱に細粒コークス(略10mm〜50mm)を混合することで、更に、焼結層の通気性を良くし生産性を向上させると同時に、焼結鉱と細粒コークスの粒子を近接させることにより、焼結鉱の還元性を向上させ、還元材比を低下させ上記の本願の特徴ポイント(2)を実現することができる。
細粒コークスの粗粒焼結鉱への混合量は、50kg/t−pig以下が好ましい。50kg/t−pigを超えると細粒コークスは、炉内の直接還元により消費されずに残留し、下層であるC1層に侵入し、C1層のコークス空隙率を低下させ、通気阻害を起こすからである。
細粒焼結鉱は、粗粒コークスを混合し、C1、C2、O1、O2の4バッチ装入のO1として装入する。上記特徴ポイント(3)の炉壁近傍の鉱石充填層の通気性を向上させるため、粗粒コークスを焼結鉱層中に混合させる。テラス上の焼結鉱は、微粒の偏析がなく、燒結鉱に混合した粗粒コークスは、通気性の向上に貢献する。
細粒焼結鉱への粗粒コークスの混合量は、20kg/t−pig以下が好ましい。粗粒コークスの適正混合量は、テラス長さに応じて変化するが、通常操業のテラス長さが1.2〜1.5mであり、このテラス上のみに粗粒コークスを局所的に50kg/t−pig装入しようとすると、炉内平均としては20kg/t−pigの混合量となる。即ち20kg/t−pigは、テラス上の焼結鉱で見れば、50kg/t−pigに相当する。
ここで、装入物分布モデルは、プロフィール計により求められた炉頂装入物の表面形状(計測値)に対して、斜面に堆積する際の粒度偏析を考慮して原料体積層の構造を決定するシミュレーションモデルで、本発明者等によるものである(特開2000−8105号公報)。
これより、本願発明の特徴ポイント(1)、(2)、(3)を満たした装入物分布制御が確保され、安定的に通気性ならびに還元性改善効果が期待できる。
高炉トータルシミュレータは、高炉を昇温帯、還元帯、ソリュ−ションロス帯、融着帯、滴下帯にそれぞれのゾーンに分割することで、実高炉における各領域の機能を模したものであり、各ゾーンにおける熱収支、物質収支、反応を考慮するものである。
計算条件として、内容積が4500m3の高炉を想定し、出銑比3.0の高出銑比操業を仮定した。
従来操業に対して、酸素富化率を表2に示すように出銑比に対して増加させ、出銑比を3.0まで増加させた。
比較例1は、出銑比2.0程度の従来操業である。比較例2は、従来操業の装入物分布をそのまま適用した出銑比3.0の操業である。
本発明例は、装入物分布の条件は、図8及び図9を用い、粗粒焼結鉱分級割合80%、粗粒焼結鉱への細粒コークス混合量50kg/t−pig、細粒焼結鉱へのコークス混合量20kg/t−pigとして、出銑比3.0の操業を設定した。なお、送風温度、送風湿分、コークス比を共通の計算前提とし、溶銑温度が全ての計算結果で等しくなるように微粉炭比と送風量を操作した。
表2に計算結果を示す。比較例2では、比較例1と比べて大幅に圧力損失が増加する。これに対し、本発明例は、圧力損失の低下が見られた。また、本発明例では、圧力損失の低減だけでなく、ガス利用率の向上も増加した。
以上の高炉トータルシミュレータによる検証の結果、本発明の装入物分布制御は、出銑量の増加による通気性の上昇を抑制し、高炉内の通気性の向上に大きく寄与することがわかった。
Claims (4)
- 高炉への装入前に焼結鉱及びコークスを粗粒と細粒の粒径に篩分けし、細粒焼結鉱と粗粒コークスの一部が炉壁近傍において混合して存在するよう装入し、粗粒焼結鉱と細粒コークスが炉壁近傍から中心コークス近傍の領域において混合して存在するよう装入し、
前記焼結鉱の篩分けの分級点は、15mm〜25mmとし、前記コークスの篩分けの分級点は、略50mmとすることを特徴とする高炉操業方法。 - 前記焼結鉱の粒径篩分けは、細粒焼結鉱が20質量%〜40質量%で、粗粒焼結鉱が80質量%〜60質量%であることを特徴とする請求項1に記載の高炉操業方法。
- 前記細粒焼結鉱への前記粗粒コークスの混合量は、0kg/t−pigを超え、20kg/t−pig以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の高炉操業方法。
- 前記粗粒焼結鉱への前記細粒コークスの混合量が0kg/t−pigを超え、50kg/t−pig以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の高炉操業方法。
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