JPH1060507A

JPH1060507A - 高炉の操業方法

Info

Publication number: JPH1060507A
Application number: JP22236196A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Inada; 隆信稲田; Masaru Ujisawa; 優宇治澤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-08-23
Filing date: 1996-08-23
Publication date: 1998-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】炉内のガス流分布を安定化させ、融着帯根部レ
ベルを適正に制御する方法を提供する。【解決手段】炉内容積２５００ｍ³ 以上の高炉にコーク
スと鉱石を交互に繰り返して層状に装入するに際し、前
記鉱石の一部を既還元鉄源（還元ペレット、球形状のス
クラップまたは冷銑）に替え、炉軸心からの半径方向距
離で炉口半径の０．６倍以下の範囲内に前記コークスと
鉱石を落下させ、炉軸心からの半径方向距離で炉口半径
の０．６倍以上の範囲内に前記の既還元鉄源のみを落下
させる。前記鉱石の一部をあらかじめ既還元鉄源に替え
て混合しておき、それらの落下位置を炉軸心からの半径
方向距離で炉口半径の０．６倍以下の範囲内とする方法
を採ってもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の操業方法、
具体的には、炉内半径方向のガス流分布を安定化させる
とともに、融着帯の炉壁部におけるレベルを適正に制御
して、炉体を保護しつつ操業の安定度を確保できる高炉
の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業においては、鉄源原料（以下、
「鉱石」と記す）を円滑に還元・溶解して、課せられた
量の銑鉄を安定に製造することが基本使命である。もと
より、操業の安定度は炉内を上昇する還元ガスに対し
て、装入物の荷下がり、溶鉄および溶滓の流下を如何に
円滑に維持するかに掛かっている。このため、実操業で
は、炉頂半径方向の装入物分布を制御して、炉内気体・
固体・液体の物流バランスを調整することが日常的に行
われている。

【０００３】一般に、実操業では、シャフト上部レベル
に設けた測温およびガス採取用ゾンデを用いて半径方向
のガス状態分布を測定し、炉内半径方向の物流バランス
を把握する手段が採られている。従って、半径方向の物
流バランス、より具体的には、上記ゾンデの測定値から
推定されるガス流分布を的確に制御するには、炉頂の装
入物分布を目標とするプロフィールに確実かつ安定に積
層させることが重要であり、特に、炉口径の大きな大型
高炉においてはその重要度は高い。

【０００４】高炉内のガス流分布制御においては、炉内
通気性を向上させること、およびガス流分布の変動を少
なくすることが重要である。そして、前者については、
炉中心部ガス流量を強めた分布を指向することにより炉
内通気性を向上させ得ることが、従来から知られてい
る。このようなガス流分布を確実に形成させる方法とし
て、特公昭６４−９３７３号公報に開示された、いわゆ
る「コークス中心装入法」がある。同法は、先端を炉中
心部に臨ませたコークス供給パイプを用いて装入コーク
スの一部を炉中心部に直接装入することにより、同部の
ガス流を強化するとともに同部の装入物分布の変動を抑
え、ガス流を安定化させる効果もある。

【０００５】一方、後者のガス流分布の変動低減につい
ては、炉内半径方向および円周方向における装入物の分
布状況が、操作可能因子以外の装入物分布形成過程に関
与する外乱影響因子により変動するのを最小限に抑える
ことに帰される。なお、外乱影響因子としては、例え
ば、炉内に積層されたコークス層上に鉱石を装入したと
きに、その落下衝撃により生じるコークス層崩れ等があ
る。

【０００６】このような外乱に起因するガス流分布の変
動は、前記の特公昭６４−９３７３号公報や、特開昭６
１−２２７１０９号公報に開示されている炉中心部に原
料を直接装入する方法によれば、炉中心近傍部では低減
される。しかし、炉壁周辺部では変動低減の直接の効果
はない。

【０００７】通常、ベル式あるいはベルレス式装入装置
を用いる装入法は、いずれも装入原料の大半を炉壁部近
傍に装入するようにしているため、装入位置を細かく調
整して炉壁周辺部の装入物分布制御が行われている。し
かし、実操業を見たとき、炉壁周辺部の装入物分布は外
乱影響因子により変動するので、上述の装入位置での微
調整では炉壁周辺部のガス流分布の変動が充分低減され
ているとはいえない。

【０００８】炉壁周辺部の装入物分布制御性が炉中心部
のそれに勝るとも劣らず重要である理由は、炉壁周辺部
が炉断面積の大半を占めているからであり、炉全体のガ
ス流バランスを調整する上で、その制御精度を高めると
ともにその変動を低減することが要求されることにな
る。さらに、現状の装入物分布制御が半径方向制御であ
ることを考慮すると、円周方向（特に炉壁周辺部）の装
入物分布変動の低減も同様に重要であるといえる。

【０００９】しかるに、ベル式高炉においては、ムーバ
ブル・アーマの内側プレートと外側プレートとで装入原
料の反発状況が異なり、その落下軌跡に差を生じる。ま
た、炉壁直近部に原料を落下させ、その位置を制御しよ
うとする際、装入原料がアーマプレートに部分的にしか
反発しない制御域が存在する。上述の構造的な変動要因
に加え、アーマプレートや大ベルの偏損耗なども外乱変
動要因となり、炉内装入物の分布偏差をもたらすことに
なる。

【００１０】一方、ベルレス式高炉においては、炉壁部
から炉中心方向に向かって比較的広範囲に分布させる装
入形態を取っている。しかし、分配シュートを旋回させ
ながら装入するため、装入開始および装入終了タイミン
グによって円周方向に堆積量の偏差を生じたり、装入原
料粒径の変動で分配シュートからの原料落下軌跡（換言
すれば、原料の炉内落下位置）が変動する。これらは、
ベルレス式高炉の外乱変動要因となり、炉内装入物の分
布偏差を惹き起こすことになる。

【００１１】上述のような炉壁周辺部の装入物分布変動
がガス流分布変動を招き、炉況変動につながる事例は少
なくない。

【００１２】そこで、本発明者らの一人は、先に、内容
積２５００ｍ³ 以上の中型〜大型高炉を対象に、原料装
入に際し、コークスおよび鉱石の落下位置を炉中心線か
らの半径方向距離で炉口半径の０．６倍以下の範囲内に
制御することによって炉中心部はもとより炉壁周辺部の
装入物分布の変動を低減し、炉内ガス流分布を安定化さ
せる操業方法を提案した（特願平７−２６１７３１号、
以下、これを「先願」と記す）。

【００１３】これにより炉内ガス流分布を制御し、高炉
の安定操業を維持することが可能となった。しかし、高
炉操業においては、操業の安定を確保することに加え、
炉体の保護を図ることも重要な課題である。

【００１４】通常、炉内半径方向の状態分布を考える上
で、融着帯、すなわち炉内に装入された鉱石が昇温され
て軟化し、融着、溶解する領域の形状が一つの指標とな
っているが、炉体保護を指向する上で、融着帯の炉壁部
におけるレベル（以下、これを「融着帯根部レベル」と
記す）が重要な指標である。この融着帯根部レベルが異
常に上昇すれば、炉壁部の熱負荷が増加して、ステー
ブ、さらには鉄皮の破損を招き、逆に低すぎれば、炉下
部の側壁部における不活性や、荷下がり不順、あるいは
未還元ないし未溶解鉱石の羽口部流入による炉況不調に
陥ることが経験的に知られている。特に、後者の炉下部
側壁部が不活性化した状況に陥った場合、通常のガス流
分布制御では正常化することは難しく、コークス比（燃
料比）の増加による低負荷操業を行うことによって建て
直しすることが必要となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、操業
の安定を確保するとともに、炉体の保護を図るという観
点から、先願の高炉の操業方法をベースに、融着帯根部
レベルを即効的に制御できる方法を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
（１）および（２）の高炉の操業方法にある。

【００１７】（１）炉内容積２５００ｍ³ 以上の高炉に
固体還元剤（コークス）と鉱石を交互に繰り返して層状
に装入するに際し、前記鉱石の一部を既還元鉄源に替
え、炉軸心からの半径方向距離で炉口半径の０．６倍以
下の範囲内にコークスと鉱石を落下させ、炉軸心からの
半径方向距離で炉口半径の０．６倍以上の範囲内に前記
の既還元鉄源のみを落下させることを特徴とする高炉の
操業方法。

【００１８】（２）炉内容積２５００ｍ³ 以上の高炉に
コークスと鉱石を交互に繰り返して層状に装入するに際
し、前記鉱石の一部を既還元鉄源に替えてあらかじめ鉱
石に混合しておき、炉軸心からの半径方向距離で炉口半
径の０．６倍以下の範囲内に前記コークスと鉱石を落下
させることを特徴とする高炉の操業方法。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明（前記（１）および
（２）の発明、なお、これらの発明を本発明方法ともい
う）について詳細に説明する。

【００２０】（１）の発明は、前記のように、炉内容積
２５００ｍ³ 以上の高炉にコークスと鉱石を交互に繰り
返して層状に装入する際に、鉱石の一部を既還元鉄源に
替えて、炉軸心からの半径方向距離で炉口半径の０．６
倍以下の範囲内に前記コークスと鉱石を落下させ、既還
元鉄源は炉軸心からの半径方向距離で炉口半径の０．６
倍以上の範囲内に落下させる方法である。なお、既還元
鉄源としては、還元ペレット、球形状のスクラップまた
は冷銑が使用できる。

【００２１】この方法において、装入原料（コークスお
よび鉱石）の落下位置を炉軸心からの半径方向距離で炉
口半径の０．６倍（０．６Ｒ₀ 、ただし、Ｒ₀ は炉口半
径）以下の範囲内とするのは、先願で説明したように、
次に述べる理由によるものである。すなわち、原料落下
位置を０．６Ｒ₀ 以下の範囲内とすると、原料堆積層
は、炉中間部あるいは炉中心部から炉壁部に向かって下
り勾配の斜面を形成する。そして、前記のコークス層崩
れは鉱石落下位置に対応する炉の中心寄りで発生する
が、層崩れしたコークスは面積の大きな炉壁周辺部に向
かって流れ込むため、コークス層崩れによる炉壁周辺部
のコークス層厚の上昇量は小さく、一方、層崩れしたコ
ークスの炉中心部への流入量はもともと僅かなので、炉
中心部におけるコークス層厚の上昇量も小さくなるから
である。これによって、炉中心部はもとより炉壁周辺部
の装入物分布の変動を低減し、炉内ガス流分布を安定化
させることができる。

【００２２】この方法を実施する高炉を炉内容積２５０
０ｍ³ 以上の高炉とするのは、同じく先願で説明したよ
うに、炉壁周辺部の装入物分布の変動低減効果が２５０
０ｍ³ 以上の炉内容積を有する高炉で明瞭に認められる
からである。

【００２３】コークスと鉱石の高炉内への装入は交互に
繰り返して層状になるように行うが、この層状に装入す
る鉱石の一部を既還元鉄源に替えるのは、通常の未還元
の鉱石を還元、溶解するに要する熱的負荷を軽減し、高
さ方向の温度分布を引き上げて融着帯根部レベルの上昇
を図るためである。

【００２４】これを効果的に実施するには、前記の既還
元鉄源を炉壁部近傍に堆積させることが必要である。そ
のための方法として、既還元鉄源を直接炉壁部近傍に落
下、装入する方法と、既還元鉄源として堆積角の小さな
粒子形状を持つもの、すなわち球に近い形状のものを使
用し、斜面を転動させて炉壁部近傍に流入、堆積させる
方法が考えられるが、前者の方法だけに依存したやり方
では、先述した先願発明の解決した問題、すなわち、装
入原料の大半を炉壁部近傍に装入しているため、炉壁周
辺部の装入物分布が外乱影響因子により変動し、炉壁周
辺部のガス流分布の変動低減が充分ではない、という問
題を再び惹起する危険がある。従って、後者の方法を主
体として考えることが望ましい。

【００２５】そこで、この（１）の発明では、既還元鉄
源として球に近い形状のものを使用し、その装入位置を
炉壁部近傍に限定せず、炉軸心からの半径方向距離で炉
口半径の０．６倍（０．６Ｒ₀ ）以上の炉壁部側とす
る。これによって、後述する実施例に示すように、既還
元鉄源の炉壁部での堆積歩留まりを良好ならしめること
ができ、融着帯根部レベルを適正に、しかも迅速に制御
することができる。

【００２６】装入鉱石に対する既還元鉄源の代替比率は
特に限定はしないが、２〜１０重量％とするのが好まし
い。２重量％未満では明瞭な効果が認められず、１０重
量％を超えると操業諸元に大きな影響を与えたり、融着
帯根部レベルの過度な上昇をもたらしたりするからであ
る。

【００２７】既還元鉄源の代替装入に、特別の手段は必
要ではない。例えば、ベルレス式高炉においては、分配
シュートを旋回させながら装入する際、既還元鉄源の旋
回装入を適宜はさんで上記の代替比率になるようにすれ
ばよい。

【００２８】前記の既還元鉄源としては、前記のよう
に、還元ペレット、球形状のスクラップまたは冷銑を用
いる。これらの鉄源は、形状が球に近く、斜面を転動さ
せて炉壁部近傍に流入、堆積させるのに好適だからであ
る。

【００２９】前記（２）の発明は、炉内容積２５００ｍ
³ 以上の高炉にコークスと鉱石を交互に繰り返して層状
に装入する際に、前記鉱石の一部を既還元鉄源に替えて
あらかじめ鉱石に混合しておき、これらコークスおよび
鉱石の落下位置を炉軸心からの半径方向距離で炉口半径
の０．６倍（０．６Ｒ₀ ）以下の範囲内とする方法であ
る。

【００３０】この方法は、先願における装入形態をベー
スとしたもので、このようにコークスおよび鉱石の落下
位置を炉軸心からの半径方向距離で炉口半径の０．６倍
（０．６Ｒ₀ ）以下の範囲内とすることによって、前述
したように、炉中心部はもとより、炉壁周辺部の装入物
分布の変動を低減することができる。

【００３１】既還元鉄源としては、（１）の発明の場合
と同様、還元ペレット、球形状のスクラップまたは冷銑
を用いる。このような球に近い形状のものを使用する
と、鉱石を炉内に落下（装入）させたときに、鉱石に混
合した既還元鉄源の方が斜面を転動しやすいので、既還
元鉄源を炉壁部近傍に流入、堆積させることができる。
すなわち、通常の未還元の鉱石との形状の差異による分
級効果によって、既還元鉄源が炉壁部近傍へ選択的に堆
積させ、その結果、（１）の発明の場合と同様、融着帯
根部レベルを適正に制御することができる。

【００３２】あらかじめ鉱石に代替混合させておく既還
元鉄源の量は、（１）の発明の場合と同様、２〜１０重
量％とするのが好ましい。

【００３３】

【実施例】

（実施例１）炉内容積５０５０ｍ³ に相当する実炉を１
／２０に縮小したベルレス式模型炉を使用して模型実験
を行った。

【００３４】実験条件を表１に示す。装入条件は、フル
ード数（Ｆｒｏｕｄｅ数）と幾何学的相似比を合わせる
ことを前提に設定した。

【００３５】表１において、装入Ｏ／Ｃ比とは、装入し
たコークス（Ｃ）に対する鉱石（Ｏ）の重量比であり、
既還元鉄源比とは、全鉄源装入量に対する既還元鉄源
（実験では、還元ペッレットを使用）の重量比率であ
る。また、原料落下位置の欄に示した１から９までの数
字は、ベルレス分配シュートの傾動ノッチＮｏ．で、そ
れぞれ表２に示した原料落下位置を表す。つまり、傾動
ノッチＮｏ．６〜９が、前記の炉軸心からの半径方向距
離で炉口半径の０．６倍（０．６Ｒ₀ ）以下の範囲内
（炉中心側）に相当し、傾動ノッチＮｏ．１〜５が炉口
半径の０．６倍（０．６Ｒ₀ ）以上の範囲内（炉壁周辺
側）に相当する。なお、表示されるように、装入旋回数
はコークス、鉱石ともに１０回とし、既還元鉄源につい
ては３回とした。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】実験は、各装入条件（ケースＡ〜Ｄ）に対
して３回行い、炉壁部での全堆積鉄源に対する既還元鉄
源の比（既還元鉄源比）を測定した。

【００３９】結果を図１に示す。図中に示したcaseＡ〜
caseＤは、表１のケースＡ〜Ｄにそれぞれ対応する。ca
seＡ（表１のケースＡ）は装入原料の大半を炉壁部近傍
に装入する装入形態に基づく従来例であり、caseＢ〜Ｄ
（表１のケースＢ〜Ｄ）は本発明例で、caseＢおよびＣ
が前記の（１）の発明例、caseＤが既還元鉄源を通常の
未還元の鉱石に混合して装入する前記の（２）の発明例
に相当するものである。

【００４０】この結果から、本発明例（caseＢ〜Ｄ）の
いづれにおいても、炉壁部において既還元鉄源比率が高
く、既還元鉄源の炉壁部堆積歩留まりが良好であった。
なお、実験毎のバラツキも少なかった。

【００４１】（実施例２）実炉（炉内容積５０５０ｍ
³ ）において本発明（前記（１）の発明）を適用し、融
着帯根部レベルの制御性について試験を行った。

【００４２】試験条件を表３に示す。表３において、装
入Ｏ／Ｃ比、および既還元鉄源比率の意味は、表１にお
けると同じである。また、原料落下位置の欄に示した１
から９までの数字の意味も表１の場合と同じで、それぞ
れ前記の表２に示した原料落下位置を表す。なお、表示
していないが、コークスおよび鉱石の粒径は、実施例１
におけると同じくそれぞれ５ｍｍおよび４ｍｍである。

【００４３】

【表３】

【００４４】炉内における融着帯根部レベルの動きの検
証は、炉壁部に装入した垂直ゾンデ（垂直方向のガス採
取用ゾンデ）による高さ方向における温度分布の測定、
および炉下部側壁のステーブ温度の測定によって行っ
た。

【００４５】結果を図２および図３に示す。図２は炉体
に設置されている温度計によるステーブの温度測定結果
で、Ｂ１〜Ｂ３はベリー・ボッシュ部に相当するステー
ブであり、Ｓ１〜Ｓ４はシャフト下段に相当するステー
ブであるが、本発明方法を適用する前（図中に○で表
示）に比べて、本発明方法の適用後（図中に●で表示）
はステーブ温度が上昇していることがわかる。また、図
３は炉壁部に装入した垂直ゾンデにより測定した高さ方
向の炉内温度分布であるが、ベリー・ボッシュ部に相当
する部分の炉内温度も上昇している。これらの結果か
ら、融着帯根部レベルが上方に移動したことがわかる。

【００４６】

【発明の効果】本発明方法によれば、炉内のガス流分布
を安定化させるとともに、融着帯根部レベルを適正に制
御することができる。これにより、炉内容積の大きい高
炉における炉体の保護ならびに操業の安定性向上に大い
に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】既還元鉄源の炉壁部歩留まりと原料の装入の仕
方との関係を示す図である。

【図２】本発明方法を適用する前と適用した後における
ステーブの温度測定結果で、本発明方法による融着帯根
部レベルの制御性を示す図である。

【図３】炉壁部に装入した垂直ゾンデによる炉内温度の
測定結果で、本発明方法による融着帯根部レベルの制御
性を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉内容積２５００ｍ³ 以上の高炉に固体還
元剤と鉄源原料を交互に繰り返して層状に装入するに際
し、前記鉄源原料の一部を既還元鉄源に替え、炉軸心か
らの半径方向距離で炉口半径の０．６倍以下の範囲内に
固体還元剤と鉄源原料を落下させ、炉軸心からの半径方
向距離で炉口半径の０．６倍以上の範囲内に前記の既還
元鉄源のみを落下させることを特徴とする高炉の操業方
法。
【請求項２】炉内容積２５００ｍ³ 以上の高炉に固体還
元剤と鉄源原料を交互に繰り返して層状に装入するに際
し、前記鉄源原料の一部を既還元鉄源に替えてあらかじ
め鉄源原料に混合しておき、炉軸心からの半径方向距離
で炉口半径の０．６倍以下の範囲内に固体還元剤と鉄源
原料を落下させることを特徴とする高炉の操業方法。