JP2000212612A - 高炉の装入物分布制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉頂のコークス層のテラス長さを適正に制御
して炉況を安定化し、出銑口間での出銑・出滓量のバラ
ツキを抑えた高炉操業を可能にする。 【構成】 旋回シュートを用いて鉱石及びコークスを交
互に炉頂装入する際、高炉内部における鉱石層及びコー
クス層の堆積形状分布を炉壁近傍でフラットな堆積物表
面をもつテラス型に作り込み、コークス層のテラス長さ
比ｒ／ｒ₀ （ただし、ｒ：炉口部の内壁からテラスの肩
部までの距離，ｒ₀ ：炉口部の半径）が０．３以下とな
るように炉口部におけるコークスの堆積形状を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、長期間にわたり安定し
た炉況下での高炉操業を可能にした装入物分布制御方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業では、安定した炉況を維持しな
がら溶銑品位を確保する上で、溶銑，溶滓の安定した排
出管理が極めて重要な要件の一つに挙げられる。溶銑，
溶滓の安定した排出管理は、炉底を活性状態に維持する
上でも有効である。溶銑，溶滓の排出状況が悪化したと
きに採られるアクションには、ラップ出銑の実施，成分
調整によるスラグの流動性向上，燃料比の上昇等、外部
的及び内部的なアクションがある。これらのアクション
は、炉に無理をさせないように、出銑口間ごとに出銑
量，出滓量のアンバランスが解消されるまで継続され
る。しかし、炉況悪化の原因が十分に把握しきれていな
いため、出銑，出滓状況を観察しながら経験的にアクシ
ョンを採る方法が一般的である。高炉出銑作業自体を安
定化させる技術改善については、２，３の方法が提案さ
れているに過ぎない。

【０００３】たとえば、炉底温度差の動的モデル式を用
いてアクション量を定量化することが特開昭６３−１８
００８号公報で紹介されている。この方法では、動的モ
デル式の因子である送風条件，炉頂におけるコークス
比，コークス性状，スラグ組成，炉底冷媒流量等を選択
して操作することにより、動的モデル式に従って炉底温
度差を制御している。特開平８−１４３９１７号公報で
は、高炉のシャフト部及び炉底部それぞれに複数の温度
計を設置している。シャフト部の温度計で付着物の脱落
を検知すると共に、炉底部の温度計からの温度情報と併
用することにより脱落の大きさが判定される。また、炉
底部の温度情報に基づいて炉底湯溜り内での溶銑の流動
不良部位を検出し、検出結果に応じて流動不良部位に対
応する炉頂の原料装入領域の鉱石量に対するコークス量
の比率を下げるとき、流動不良部位の温度が局部的に上
昇し、溶銑の流動不良が解消される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開昭６３−
１８００８号公報では、炉底中心部の１個所に設けた温
度計で上下の温度差を一元的に把握し、炉況悪化、換言
すれば炉底不活性化の状態を評価している。そのため、
出銑口ごとの溶銑，溶滓の排出量のように炉底湯溜り部
円周方向に関するアンバランスについては適切な評価が
できない。また、溶銑流動不良部位の検出結果に応じ炉
頂円周方向の特定方位のみコークス比率を下げる特開平
８−１４３９１７号公報では、融着帯の形状悪化に付随
する生鉱石下がりの発生によって生じる出銑口偏差のよ
うな要因に関しては具体的な改善策が開示されていな
い。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題を解消すべく案出されたものであり、装入されたコー
クス層のテラス長さを適正に管理することにより、出銑
口間で出銑・出滓量がアンバランス化する原因である生
鉱石下りの発生を防止し、長期間にわたって安定した炉
況下で高炉操業することを目的とする。本発明の装入物
分布制御方法は、その目的を達成するため、旋回シュー
トを用いて鉱石及びコークスを交互に炉頂装入する際、
高炉内部における鉱石層及びコークス層の堆積形状分布
を炉壁近傍でフラットな堆積物表面をもつテラス型に作
り込み、コークス層のテラス長さ比ｒ／ｒ₀ （ただし、
ｒ：炉口部の内壁からテラスの肩部までの距離，ｒ₀ ：
炉口部の半径）が０．３以下となるように炉口部におけ
るコークスの堆積形状を制御することを特徴とする。

【０００６】

【実施の形態】高炉は、図１に示すように炉口部１が上
端にあるシャフト部２の下方に炉腹朝顔部３及び炉底湯
溜り部４を備えている。炉頂から焼結鉱，コークス等の
原料が装入され、シャフト部２の内部で鉱石層Ｓ₁ 及び
コークス層Ｓ₂ が相互に積み重ねられる。炉腹朝顔部３
の下方に位置する炉壁の円周方向に複数の羽口５が設け
られており、羽口５から熱風を吹き込むことにより炉内
にレースウェイ６が形成される。高炉内部では、炉頂か
ら装入され炉内を徐々に降下する鉱石層Ｓ₁ ，コークス
層Ｓ₂ 等の固相，炉内を上昇する還元ガスＧを始めとす
る気相，溶融して炉底に滞留する溶銑Ｌ₁ ，溶滓Ｌ₂ 等
の液相の３流体が流動している。鉱石層Ｓ₁ 及びコーク
ス層Ｓ₂ は、炉内を降下するに従って高温の還元性ガス
Ｇと熱交換する。シャフト部２の中段及び下段レベルで
焼結鉱Ｓ₁ の加熱・軟化が進行し、固形のコークスと併
せてスリット構造をもつ融着帯Ｍが形成される。

【０００７】融着帯Ｍは、空隙率が著しく低下してお
り、還元性ガスＧ等の上昇ガス流を炉半径方向に分散さ
せる作用を呈する。そのため、融着帯Ｍを適正な状態に
コントロールすると、焼結鉱の還元・溶融反応が炉内全
体で効率よく進行し、炉底湯溜り部４に溶け落ちた溶銑
Ｌ₁ 及び溶滓Ｌ₂ の排出作業が安定状態で管理され、高
炉全体が安定した炉況下に維持される。他方、中間部Ｍ
₁ の形状が肥大化して垂れ下がる場合等のように融着帯
Ｍが不適正な状態にあるとき、還元性ガスＧとの接触が
阻害されて融着帯Ｍの溶落ちが局部的に悪化し、生鉱石
下りの現象が生じる。このような炉況下では、炉芯コー
クス層Ｓ₃ 内の空隙率が著しく低下し、溶銑Ｌ₁ 及び溶
滓Ｌ₂ の流動を阻害する不透過層Ｍ₂ が形成される。不
透過層Ｍ₂ の形成は、炉底湯溜り部４の側壁に設けた複
数個の出銑口７間での出銑・出滓量のアンバランスとな
って現れる。

【０００８】融着帯Ｍの形状悪化に起因した生鉱石下り
に伴う出銑口偏差を具体的に説明する。内容積２６５０
ｍ³ の高炉に設けられた３本の出銑口のうち、２本で交
互に出銑・出滓した際、発生した出銑口偏差が著しく悪
化した時期の出銑・出滓状況を図２に示す。Ｎｏ．１出
銑口を使用した場合、Ｎｏ．１出銑口側でのスラグ比
（出銑口から排出される溶銑１トン当りに対するスラグ
排出量の割合）がＮｏ．２，Ｎｏ．３出銑口側でのスラ
グ比に比較して著しく低くなっており、アンバランスの
発生が窺がわれる。なお、本件明細書では２本の出銑口
間に発生したスラグ比の差を求めて、出銑口偏差の度合
いを数値的に定量化した。本発明者等は、出銑口偏差を
引き起こさない理想的な装入物分布形状を特定するた
め、炉口部１の炉半径方向に関する分布制御特性、特に
鉱石層Ｓ₁ とコークス層Ｓ₂ との層厚比の制御量及び該
制御量に対応する炉頂装入物の表面形状の影響を調査検
討した。

【０００９】高炉操業が炉内の装入物分布形状に影響さ
れることから、装入物分布形状を最適条件に保って高炉
操業を維持することが長期安定操業に結びつく。炉半径
方向に関する装入物分布形状は、図３に示すように炉頂
装入装置で装入して積み重ねられる鉱石層Ｓ₁ 及びコー
クス層Ｓ₂ の表面形状分布を炉半径方向で制御し、炉頂
部に設置したマイクロ波式プロフィール計等の測深装置
で装入物分布のアクション量を評価・調整することによ
り制御される。アクション量を定量化するため、炉口部
１の半径方向に沿った任意の間隔ごとに鉱石及びコーク
スの装入前後における堆積表面までの深さを測深装置で
細かく測定する。測深装置で得られた測定結果を加工
し、（ｉ）鉱石及びコークスごとの表面形状を表わすデ
ータ及び（ii）鉱石及びコークスの堆積表面までの測定
深度の差から算出される鉱石層Ｓ₁ ／コークス層Ｓ₂ の
層厚分布比を表わすデータを得る。

【００１０】表面形状データから、図３（ａ）に示すよ
うに炉口部１において肩部から炉中心に向かって堆積物
表面が傾斜した傾斜部Ｃ及び炉壁近傍で堆積物表面がフ
ラットになったテラスＴが判る。本件明細書では、炉壁
から肩部までの水平距離ｒを「テラス長さ」と定義し、
炉口半径ｒ₀ との比ｒ／ｒ₀ を「テラス長さ比」と定義
した。テラス長さ比ｒ／ｒ₀ は、炉口半径ｒ₀ が異なる
高炉の大きさに関係なく一般化された指標であり、２基
以上の高炉を評価する場合等に堆積物表面形状を表わす
代表的な指標として使用される。

【００１１】鉱石層Ｓ₁ ／コークス層Ｓ₂ の層厚分布比
から、図３（ｂ）に示すように炉口断面積で３等分した
同心円で区画される中心部，中間部及び周辺部の各領域
ごとの層厚比が求められる。炉の中心からの距離をＬと
するとき、Ｌ／ｒ₀ が０〜０．５７７の範囲を中心部，
Ｌ／ｒ₀ が０．５７７〜０．８１６の範囲を中間部，Ｌ
／ｒ₀ が０．８１６〜１．０の範囲を周辺部とする。そ
して、順次繰り返される鉱石及びコークスの装入を１チ
ャージとし、１チャージ当りに装入された原料全体の鉱
石及びコークスの平均層厚比に対する実測層厚比の比率
を求め、該比率を相対層厚比として中心部，中間部及び
周辺部の各領域における管理指標とした。たとえば、図
３の例では、中心部の相対層厚比が１．０以上、中間部
及び周辺部の相対層厚比が１．０以下になっており、周
辺部の値が最も小さい層厚分布と評価される。

【００１２】本発明者等による調査・研究の結果から、
中間部の相対層厚比は、図４に示すようにスラグ比の偏
差量との間に強い相関関係をもっていることが判った。
すなわち、コークスのテラス長さ比ｒ／ｒ₀ が大きくな
るほど、中間部の相対層厚比及びスラグ比の偏差量は同
様な増大傾向を示した。増大傾向が同様になる理由は、
テラス長さｒが長くなるほど、炉頂装入物の中間部にお
ける層厚比が増加して通気抵抗が上昇する結果、昇温・
還元が遅れた装入原料が融着帯Ｍまで下降したとき溶融
滴下遅れによる融着帯Ｍの垂れ下がり及び肥大化が生
じ、生鉱石下りが発生して炉底湯溜り部４が不活性化す
ることに依るものと推察される。

【００１３】また、コークスのテラス長さｒが設定値を
超えて長くなると、炉中間部における鉱石層Ｓ₁ 及びコ
ークス層Ｓ₂ の相対層厚比が二次曲線的に急増する。相
対層厚比の急増は、複数の出銑口間における出銑・出滓
量のアンバランスとなって現れる。たとえば、鉱石，コ
ークス等の原料９を旋回シュート８（図５）で炉頂装入
するとき、原料装入面の高さＨが炉口部１の円周方向に
関して僅かに偏ることがある。装入面高さＨの偏りは、
Ａ＞Ｂに応じてｒ_A ＜ｒ_B とテラス長さｒに円周方向に
関するバラツキを発生させる原因となる。テラス長さｒ
がある特定長さ以上になると、円周方向に関する相対層
厚比を大きくばらつかせる結果となる。

【００１４】そこで、炉口半径ｒ₀ ＝４．１５ｍ，内容
積２６５０ｍ³ の高炉で操業データを整理した結果を示
す図４にみられるように、コークスのテラス長さｒを
１．２５ｍ以下（テラス長さ比ｒ／ｒ₀ ≦０．３）にす
る条件下で装入物の表面形状を制御した場合、層間層厚
比が小さくなり、出銑口偏差がほぼ解消されていた。こ
のようにしてテラス長さｒを管理しながら高炉操業した
結果、図６に示すように出銑口偏差をほぼ初期レベル
（図２では１ヶ月目のレベル）まで改善できた。出銑口
偏差の解消に伴い炉況が安定化し、羽口５から吹き込ま
れる微粉炭量を増量することも可能になった。

【００１５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、旋回シュートを用いて鉱石及びコークスを炉頂装入
する際、炉口部の半径に対するコークス層のテラス長さ
の比を管理指標とし、テラス長さ比を０．３以下に調整
することにより、鉱石層／コークス層の相対層厚比が適
正に管理され、出銑口間での出銑・出滓量のバラツキが
抑制され、炉況が安定化する。その結果、長期間にわた
って高出銑率で高炉が操業される。更に、炉況の安定化
に伴い微粉炭吹込み量を増量できるため、微粉炭に比較
して高価なコークスも節減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 高炉内における気相，液相，固相の流動状態
を示す模式図

【図２】 出銑口偏差が発生した出銑・出滓量の推移を
示すグラフ

【図３】 炉頂部における鉱石及びコークスの堆積状態
を示す模式図

【図４】 装入物の堆積形状が出銑口偏差に及ぼす影響
を表わしたグラフ

【図５】 テラス長さに円周方向のバラツキが生じる原
因を説明する図

【図６】 本発明に従ってテラス長さを制御したときの
操業条件の推移を示したグラフ

【符号の説明】

１：炉口部 ２：シャフト部 ３：炉腹朝顔部
４：炉底湯溜り部 ５：羽口 ６：レースウェイ
７：出銑口 ８：旋回シュート ９：装入原料
（鉱石，コークス） Ｓ₁ ：鉱石層 Ｓ₂ ：コークス層 Ｔ：テラス
Ｈ：原料装入面の高さ ｒ：テラス長さ ｒ₀ ：炉口部の半径

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 旋回シュートを用いて鉱石及びコークス
   を交互に炉頂装入する際、高炉内部における鉱石層及び
   コークス層の堆積形状分布を炉壁近傍でフラットな堆積
   物表面をもつテラス型に作り込み、コークス層のテラス
   長さ比ｒ／ｒ ₀ （ただし、ｒ：炉口部の内壁からテラス
   の肩部までの距離，ｒ₀ ：炉口部の半径）が０．３以下
   となるように炉口部におけるコークスの堆積形状を制御
   する高炉の装入物分布制御方法。