JPH08134516A

JPH08134516A - 高炉操業方法

Info

Publication number: JPH08134516A
Application number: JP6275020A
Authority: JP
Inventors: Shoji Sakurai; 昭二桜井; Takanari Kawai; 隆成河合; Hirotoshi Fujimori; 寛敏藤森; Yoshiyuki Nakajima; 由行中嶋
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-11-09
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1996-05-28
Also published as: CA2180544C; EP0738780B2; DE69508739D1; CA2180544A1; WO1996015277A1; US6090181A; KR100212263B1; EP0738780A4; DE69508739T3; EP0738780A1; ATE178358T1; AU692941B2; AU3815995A; TW284789B; ES2131865T3; EP0738780B1; DE69508739T2

Abstract

(57)【要約】【目的】高炉の通気性及び通液性を現在より一層改善し
て炉況の安定化を図る高炉操業方法の提供することを第
１の目的とし、且つ高炉での良質コークス使用量を大幅
に低減するように、低品位固体還元剤の使用を可能に
し、さらに２００Ｋｇ／ｔｏｎ−ｐｉｇ以上の微粉炭吹
込を可能とする高炉操業方法を提供することを第２の目
的としている。【構成】コークス及び鉱石類を炉頂より装入して銑鉄を
製造する高炉操業において、上記高炉の炉芯部に高強度
塊状体の充填領域を形成して操業する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，銑鉄を製造する高炉操
業方法に関し、詳しくは、高炉の所謂炉芯部に高強度塊
状体による充填層を形成して操業を行い、特に、高炉で
木炭等、低品位固体還元剤の使用及び微粉炭の大量吹き
込みを可能ならしめる高炉の操業方法に係わる。

【０００２】

【従来の技術】一般に、コークス（室炉コークス、成形
コークスの総称）と鉱石類（鉄鉱石、焼結鉱、石灰石等
の総称）を装入し銑鉄を製造する高炉操業では、高炉内
における通気性及び通液性の確保が重要である。それ
は、高炉の通気性が悪くなると、圧力損失の上昇あるい
はガスの偏流が起こり、装入物の降下不順（棚、スリッ
プの頻発）による操業の安定化が崩れるばかりでなく、
炉全体として反応効率が低下し、生産性も低下するから
である。また、通液性の悪化は、羽口レベルでの所謂ノ
ロかぶりによる炉内ガス分配の不均一を起こすばかりで
なく、各出銑口からの銑鉄量がばらつく所謂出銑口偏
差、炉内圧力の上昇を起し、これも前記した装入物の降
下不順につながって操業の安定を崩すのである。そし
て、これら高炉の通気性及び通液性のうちでも、特に高
炉の羽口レベルの下方と鉱石類の軟化融着帯下に存在す
る所謂炉芯コークス層とで構成する炉芯部（図１参照）
での通気、通液性が重要と言われている。それは、該炉
芯部７の機能が炉内ガス流れの分配を支配し、その結果
として装入物降下の安定化に影響を与え、微粉炭の吹込
みを行う際には羽口より前記軟化融着帯までの未燃物の
通路となっているからである。

【０００３】ところで、発明者は、従来よりこの通気性
及び通液性に関し研究を重ねているが、現在の高炉では
それらを常に良好な状態で操業を続けることは困難であ
るとの結論に至った。その理由を以下に説明する。高炉
では、熱源、還元能、ガス分配（通気性）、通液性及び
荷下がりを良好に保つため、比較的良質な高炉用コーク
スを用いている。この高炉用コークスを製造する原料炭
の枯渇問題はさておき、高炉用コークス自体に、気孔率
が高い、あるいは圧壊強度や反応後強度が低いという本
性がある。つまり、一般コークスより比較的良質な高炉
コークスであっても、炉内で受ける種々の物理的及び化
学的現象によって粉化するので、上記したコークス機能
のうちの通気性及び通液性を良くする要因がなく、その
使用だけでは高炉操業の安定化を完全に達成することは
難しいのである。

【０００４】そこで、発明者は、先に特開昭５３−６３
２０６号公報により、上記問題の対策を開示した。その
技術は、「コークスを使用する高炉の操業方法におい
て、重量比にて装入総炭材量の３〜２５％相当量を炭素
質よりなる緻密な高強度塊状材に置換え、前記コークス
と混合して装入使用することを特徴とする高炉の操業方
法」である。

【０００５】しかしながら、この技術は、通常の高炉用
コークスに換え緻密な高強度塊状材を常時装入するた
め、一時的には通気性が改善されたが、該高強度塊状材
が前記炉芯部領域を越えて存在するようになり、炉況を
悪化させて炉全体としての反応効率が低下するようにな
り、生産性の向上につながらなかった。また、該高強度
塊状材が羽口前の所謂レースウエイ部に降下してコーク
スの燃焼不良を起こしたり、炉内の上方まで酸素が存在
してＦｅＯリッチのスラグがレースウエイ部に滴下した
り、レースウエイ部形状の不安定を生じ、かえって高炉
の安定操業が難しくなった。

【０００６】また、この通気性、通液性を良好に保ち、
操業安定性を高める技術に関しては、特開昭６４−６５
２０７号公報に開示された『高炉操業における炉芯固体
還元層の制御方法』がある。それは、高炉操業の進行に
つれ更新されていく所謂炉芯コークス層の通気性及び通
液性を制御するため、「固体還元剤若しくは通気性及び
通液性の向上に適した固体還元剤を、前者は鉱石層の軸
心部に、後者は固体還元剤層の軸心部にそれぞれ軸心装
入用固体還元剤として装入すると共に、前記軸心部は
ｒ_t ≧０．０３Ｒ_t で示される炉軸心部領域内と
定め、該軸心部領域内における軸心装入用固体還元剤量
が全装入固体還元剤量の０．２重量％以上を占めるよう
に装入する」ものである。ここで、Ｒ_t は炉頂部半径、
ｒ_t は炉頂部における炉軸心からの設定半径である。

【０００７】しかしながら、この技術は、軸心装入用固
体還元剤として熱間・冷間圧壊強度が高く且つ粒度調整
された良質コークスを常時且つ炉中心部に装入、使用す
るので、通気性及び通液性が従来に比較し若干良くはな
ろうが、本質的には前記した高炉用コークスの使用問題
と同じであり、通気性及び通液性が飛躍的に改善される
ものではない。また、良質コークスに代えて反応性の悪
い炭化珪素れんが、黒鉛れんが等使用の示唆はしている
が、それらを使用したところで常時装入することから前
記した特開昭５３−６３２０６号公報記載の技術と同じ
問題が生じることが予測され、操業の安定化を図る上で
は疑問が残る。

【０００８】一方、近年盛んになった高炉への微粉炭吹
込みは、良質還元剤の代替としては有効であるが、炉内
ガスに微粒物質の増大をもたらし、炉芯部に未燃物が詰
まり、そのガス分配機能を阻害して通気性、通液性を悪
化する。従って、安定操業の点からは不安があり、現在
の高炉コークスを使用して操業する限り、２００ｋｇ／
ｔｏｎ−ｐｉｇ程度までの吹込みが限界と言われてい
る。そこで、最近は、それ以上の微粉炭吹き込みを安定
的に行うため、該炉芯部の通気性及び通液性を飛躍的に
改善することが期待されている。さらに、良質原料炭の
枯渇から低品位固体還元剤の多量使用も期待されている
が、高炉操業における通気性及び通液性が現在より一層
改善される必要があることは言うまでもない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、高炉の通気性及び通液性を現在より一層改善し
て炉況の安定化を図る高炉操業方法の提供することを第
１の目的とし、且つ高炉での良質コークス使用量を大幅
に低減するように、低品位固体還元剤の使用を可能に
し、さらに２００Ｋｇ／ｔｏｎ−ｐｉｇ以上の微粉炭吹
込を可能とする高炉操業方法を提供することを第２の目
的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者は、上記目的を達
成するため、コークスの高炉内での多種に亙る機能を鋭
意見直した。その結果、現在使用中のコークスは、その
製造に使用する原料石炭の揮発分含有割合が高いので、
気孔率が大で且つ反応面積が過大となり、強度低下によ
る細粒化現象をもたらすことが判った。そこで、高炉の
炉芯部に、主成分が溶銑成分の確保に影響を与えず、気
孔率が低く、比重、圧縮強度の高い緻密な物質であっ
て、炉内でほとんど反応しない物質を用いれば、現在よ
りも飛躍的に高炉の通気性及び通液性の確保ができると
確信し、本発明をなすに到った。

【００１１】すなわち、本発明は、コークス及び鉱石類
を炉頂より装入して銑鉄を製造する高炉操業において、
上記高炉の炉芯部に高強度塊状体の充填領域を形成して
操業することを特徴とする高炉操業方法である。また、
上記発明に加えて、高強度塊状体を高炉の炉頂より補充
装入することを特徴とする高炉操業方法、高強度塊状体
の充填領域を高炉の火入れ前に形成しておくことを特徴
とする高炉操業方法、高強度塊状体が炉芯部以外に堆積
するのを防止することを特徴とする高炉操業方法、上記
高強度塊状体の炉芯部以外の堆積防止を羽口に下りてく
る該高強度塊状体の観察と高炉の平均圧力損失の測定値
に基づき行うことを特徴とする高炉操業方法でもある。
さらに、本発明は、コークスに低品位固体還元剤を用い
ることを特徴とする高炉操業方法であり、コークスと鉱
石類とを混合して炉頂より装入することを特徴とする高
炉操業方法でもあり、加えて、羽口から微粉炭を吹込む
ことを特徴とする高炉操業方法であり、極めつけは、該
微粉炭の吹込量を２００Ｋｇ／ｔｏｎ−ｐｉｇ以上とす
ることを特徴とする高炉炉操業方法である。

【００１２】この場合、『炉芯部』とは、前記したよう
に、高炉の羽口レベルの下方と鉱石類の軟化融着帯下に
存在する所謂炉芯コークス層とで構成する（図１参照）
部分であり、『補充装入』とは、コークス及び鉱石類を
高炉に装入するたびに、毎回装入するのではなく、上記
高強度塊状体が上記炉芯部で充填領域を形成していない
時にのみ装入する、つまり間欠装入を意味している。ま
た、『高強度塊状体』とは、高炉内での高温反応粉化、
摩耗粉化、圧壊粉化に対して、通常の高炉コークスより
格段に強く、溶銑やスラグと反応し難い物質であり、そ
の物性値は後に表１で示す。さらに、『低品位固体還元
剤』とは、木炭等であリ、後に表２で物性値を示す。

【００１３】

【作用】本発明では、コークス及び鉱石類を炉頂より装
入して銑鉄を製造する高炉操業において、上記高炉の炉
芯部に高強度塊状体の充填領域を形成して操業するよう
にしたので、該炉芯部にコークスの燃焼灰、未燃焼物、
ダスト等が詰まるのが抑制でき、その通気性及び通液性
が著しく改良されるようになる。

【００１４】通常の高炉コークスを使用している場合の
炉芯コークスの更新は１〜２週間であったが、本発明の
目的達成のためには、より長時間炉内に滞留して粉化し
ないことが要求される。本発明では、高温反応後強度
（ＣＳＲ）が７０％以上、好ましくは９０％以上、より
好ましくは９５％以上、固体間接触による摩耗防止の目
安であるタンブラー指数が８８％以上、好ましくは９５
％以上、圧縮強度が高炉コークスの２倍以上の高強度塊
状体を使用して、１０週間ないし２０週間程度まで存在
させることができるようになる。ここで、高温反応後強
度（ＣＳＲ）とは、第３版鉄鋼便覧ＩＩ、製銑・製鋼
（社団法人日本鉄鋼協会編）の２０２頁、表４．２３
に記載されている（熱間静置反応＋常温回転試験）法
（大型）によるものであり、１０００±１０℃、ガス雰
囲気ＣＯ₂ １２５リッター／分の下でコークスを１
２０分間反応させた後、ＪＩＳドラム試験法に従ってド
ラムに装入して回転粉化させ、Ｄ₁₅ ¹⁵⁰ で表わされる。

【００１５】また、本発明では、上記高強度塊状体を高
炉の炉頂より補充装入するようにしたり、該高強度塊状
体の充填領域を高炉の火入れ前に形成しておくようにし
たので、炉芯部に高強度塊状体の充填領域は狙い通りで
且つ容易に形成できるようになる。該高強度塊状体の補
充装入方法としては、考えられる如何なる方法でも良い
が、具体的には、鉱石類あるいはコークスの装入時にそ
れぞれの装入量に加えて、炉の中心部に間欠的に入れる
とか、コークス装入時にその中に混合して、図２に示す
ような炉芯部稜線近傍の所謂ドーナツ部１１に連続的あ
るいは間欠的に装入する。これは、高炉内の固体流れを
冷間模型実験により調査した結果、該ドーナツ部１１に
装入するコークスは炉芯円錐部の稜線に沿って流れ、炉
芯コークスを更新することが分かったからである。な
お、一回あたりの装入量としては、２５００ｍ³ 級の高
炉の場合、高強度塊状体／コークスで０．２重量％以
下、０．０６％以下が好ましい。

【００１６】また、本発明では、該高強度塊状体が炉芯
部以外に堆積するのを防止するようにし、該高強度塊状
体の炉芯部以外での堆積防止を羽口に下りてくる該高強
度塊状体の観察と高炉の平均圧力損失の測定値に基づき
行うようにしたので、余分な高強度塊状体が炉芯以外の
部分に蓄積し、高炉操業に支障を起こすこともない。該
高強度塊状体の炉芯部滞在は、図３に模式的に示すよう
に、羽口からの肉眼観察で容易に行われる。また、この
観察は、別法として高炉に装入された種々の観察ゾンデ
（羽口ゾンデ、炉頂ゾンデ、傾斜ゾンデ等）による炉芯
形状の測定でも行うことができる。その際、基準炉芯部
の位置（図３のハ）より拡大している場合には（図３の
イ）、前記補充装入量あるいは頻度を減らすアクション
が取られ、縮小している場合には（図３のロ）、装入量
と頻度の増加を行うことになる。高炉の風圧測定値は、
図４に示すように、炉芯部の大きさによって該風圧が変
動することを利用することになる。なお、図４で明らか
なように、高強度塊状体の装入時期と、それが羽口先に
下りる次期あるいは風圧変動時期は時間遅れを生じる。
また、本発明では、コークスに前記のような低品位固体
還元剤を用いるようにしたので、高炉コークスのように
比較的良質なコークスの使用量を低減できたり、たとえ
入手できなくとも高炉操業が可能となる。その理由は、
高強度塊状体による炉芯部形成で、そのガス分配機能が
安定し、コークスとしては熱源と還元能のみがあれば良
いからである。

【００１７】さらに、本発明では、コークスと鉱石類と
を混合して炉頂より装入するようにしたので、コークス
と鉱石類の積層装入時に比べ、高炉の圧力損失が１割程
度低減することが可能となる。なお、従来の混合装入に
よる高炉操業では、所謂軟化融着帯を安定に形成させ、
炉内半径方向でのガス分配の安定化、通液性の確保のた
めに炉頂での装入物分布制御やコークス、鉱石類の粒
度、鉱石の配合割合の管理強化等多大な労力を要し、長
期的な状況の安定化が難しい。しかし、本発明に係る炉
芯部の存在下では、その通気性及び通液性が改善され、
ガス分配機能及び中心流が確保できるため、問題なく安
定操業が可能となるのである。そして、極めつけの本発
明では、羽口から微粉炭を吹込むようにし、該微粉炭の
吹込量を２００Ｋｇ／ｔｏｎ−ｐｉｇ以上とするように
したので、良質コークスの必要量が従来より大幅に低減
できるようになる。従来の高炉コークス使用では、２０
０Ｋｇ／ｔｏｎ−ｐｉｇで風圧変動が急激に上昇する
が、本発明ではそれが生じないのである。

【００１８】次に、本発明に係る高強度塊状体に関し若
干の捕足しておく。まず、高強度塊状体としては、熱間
強度が強く、圧壊、摩耗が少なく、且つ溶銑、スラグと
の反応性が低いこと、特に、ＦｅＯリッチな高炉滴下帯
スラグや炉床湯溜り部スラグとの反応性の低いことが条
件である。従って、通常、耐熱性無煙炭や黒鉛等の炭素
質であり、その細粒を耐熱性を有するバインダーを使用
し、任意の気孔率、比重、圧縮強度を持った一定寸法の
ものを製造して使用するのが好ましい。しかし、それら
に限らず、カーボン煉瓦や電極等を品質によって分類、
整粒したものや炭化珪素等でも良い。

【００１９】

【表１】

【００２０】。表１は、本発明に係る高強度塊状体の物
性値及び分析値を、通常使用される高炉コークスのそれ
と対比した一例であり、高炉コークスと比較していずれ
も気孔率は低く、比重、圧縮強度は共に非常に高いこと
を示している。表１のＮｏ．１、Ｎｏ．２は、カーボン
煉瓦の一例であり、Ｎｏ．３、Ｎｏ．４は、炭素質粉末
にバインダーを加えて新たに焼成したものの一例であ
り、特にＮｏ．３は、その他の高強度塊状体に比し炭素
含有量が低く、耐滓性を与えるためにＳｉＣを加えて焼
成したものである。Ｎｏ．４は、若干圧縮強度を落とし
たものである。かくのごとく、本発明に係る高強度塊状
体は、緻密にして且つ高強度であり、反応性が低く、炉
頂から羽口に降下する間にほとんど変化せず原形を維持
できるのである。

【００２１】

【表２】

【００２２】なお、該高強度塊状体は、その形状が球又
は球に近い円筒、正立方体又はそれに近い直方体である
ことが好ましく、サイズは３０〜１５０ｍｍ程度が良
い。炉芯部の通気性及び通液性を従来より大きく、しか
も安定させるためである。その結果、該高強度塊状体の
炉内滞在によって、羽口から燃料（重油、ガス、微粉
炭）やフラックス粉等の吹き込みを多量に行うことが可
能となった。

【００２３】以下に、１０ｔｏｎ／ｄａｙの出銑能力を
有する試験高炉を用いた本発明の実施結果を説明する。

【００２４】

【実施例】試験高炉１での適用操業は、炉仕様、装入物
及び送風条件とも、表３に示す値を用い、各実施例、比
較例で一定である。そして、表３の操業条件で安定して
操業している上記高炉１に、表１の高強度塊状体６で炉
芯部７に充填領域を形成させ、操業結果を比較した。炉
芯部７での充填領域の存在及びその正常度は、前記した
ように羽口８に下りてくる該高強度塊状体６の観察と高
炉の風圧変動で判断して操業した。各実施例における操
業期間は、１４日間であり、それが終了した後の各高強
度塊状体６の排出は、各実施例ごとに炉残留物をすべて
取り去った後、炉を冷却して行った。

【００２５】

【表３】

【００２６】

【表４】

【００２７】

【表５】

【００２８】表４及び表５は、実施例の内容とその操業
結果を一括して整理したものであり、高炉操業の安定性
を、スリップ頻度、通気性、通液性の３つで評価してあ
る。また、表４及び表５において、「高強度塊状体」欄
のＮｏ．１等の記号は、表１で述べた高強度塊状体の種
類であり、比較例での「なし」は、それを使用していな
いことを意味する。さらに、「火入れ前」とは、高強度
塊状体での炉芯部を火入れ前から形成してあるの意味
で、従って、火入れ後は２０Ｋｇ／１回の補充装入を１
４日間で３回行えば、本発明の実施には十分である。一
方、操業が開始された後で高強度塊状体を補充装入して
炉芯部にその充填領域を形成する場合を、「火入れ後」
として示してあるが、操業開始後の比較的早い時期に２
０ｋｇ／１回の高強度塊状体を２０回装入してそれによ
り炉芯部を形成させ、その後は３回の補充装入を行って
いる。

【００２９】表４及び表５から、従来のように炉芯部を
通常コークスで形成させた比較例での通気性、通液性
は、本発明を適用した場合に比べ劣っており、本発明に
係る高炉操業方法を適用すれば、それらの改善が可能で
あることが明らかである。ここで、通気性は高炉全体で
のΔＰ（圧力損失）／Ｌ（有効高さ）であり、通液性は
１日６回の出銑をした場合の１回当たりの出銑量偏差を
表わしており、この値が大きい程炉床の通液性が悪いこ
とを示している。また、通常高炉で使用するコークスの
代わりに低品位固体還元材として木炭を使用したり、微
粉炭を２００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ以上吹込んでも、高炉操
業の安定性が失われないことも明らかである。さらに、
コークスと鉱石類の混合装入を実施しても同様の効果が
あることが分かる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、高炉
の通気性及び通液性が従来より大幅に改善され、その状
態が永続できるようになった。その結果、安定した高炉
操業が維持でき、高炉装入物の所謂混合装入が可能とな
った。さらには、２００Ｋｇ／ｔｏｎ−ｐｉｇ以上の微
粉炭吹込み、あるいは高炉での低品位固体還元剤の多量
使用により、通常の所謂高炉コークスの使用量が低減で
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高炉操業方法を実施した際に高炉
炉芯部に形成される高強度塊状体の充填領域を示す図で
ある。

【図２】本発明に係る高炉操業方法の実施に際して、高
強度塊状体を装入する位置を定めるた一例を示す図であ
る。

【図３】本発明に係る高強度塊状体が高炉の炉芯部で存
在する位置を模式的に表わした図であり、図中の記号イ
は過剰、記号ロは過少存在を示す。

【図４】本発明に係る高強度塊状体の羽口レベルへの降
下量と高炉の風圧変動を示す図である。

【符号の説明】

１高炉２装入装置３高炉装入物４れんが５鉄皮６高強度塊状体７炉芯部８羽口（羽口レベル）９出銑口１０開口１１ドーナツ部１２レースウェイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤森寛敏東京都千代田区内幸町２丁目２番３号川崎製鉄株式会社内 (72)発明者中嶋由行東京都千代田区内幸町２丁目２番３号川崎製鉄株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コークス及び鉱石類を炉頂より装入して
銑鉄を製造する高炉操業において、上記高炉の炉芯部に高強度塊状体の充填領域を形成して
操業することを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】高強度塊状体を高炉の炉頂より補充装入
することを特徴とする請求項１記載の高炉操業方法。
【請求項３】高強度塊状体の充填領域を高炉の火入れ
前に形成しておくことを特徴とする請求項１又は２記載
の高炉操業方法。
【請求項４】高強度塊状体が炉芯部以外に堆積するの
を防止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記
載の高炉操業方法。
【請求項５】上記高強度塊状体の炉芯部以外での堆積
防止を、羽口に下りてくる該高強度塊状体の観察と高炉
の平均圧力損失の測定値に基づき行うことを特徴とする
請求項４記載の高炉操業方法。
【請求項６】コークスに低品位固体還元剤を用いるこ
とを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の高炉操業
方法。
【請求項７】コークスと鉱石類とを混合して炉頂より
装入することを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載
の高炉操業方法。
【請求項８】羽口から微粉炭を吹込むことを特徴とする
請求項１〜７のいずれか記載の高炉操業方法。
【請求項９】微粉炭の吹込量を２００Ｋｇ／ｔｏｎ−ｐ
ｉｇ以上とすることを特徴とする請求項８記載の高炉操
業方法。