JPH02228408A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高炉頂部から固体還元剤および鉱石を装入し
、固体還元剤層および鉱石層を積層して高炉操業する方
法に関し、詳細には高炉軸心部に固体還元剤を装入して
炉内上昇ガスを中心流化し、軟化融着体の形状をシャー
プな逆Ｖ字状に維持すると共に、炉芯部の通気性および
通液性を適正に維持するための高炉操業方法に関するも
のである。尚本明細書では、固体還元剤として最も代表
的なコークスを用いる場合を主体にして説明を進める。

［従来の技術］ 高炉を安定にしかも効率良く操業するには、炉内を上昇
するガス流分布を適正上制御することが重要である。た
とえば第７図は高炉操業状況を示す断面模式図であり、
図中ＯＡは鉱石層、ＣＡはコークス層、Ｋは塊状帯、Ｓ
Ｍは軟化融着帯、Ｃｏは炉芯コークス層、Ｌはレースウ
ェイ、Ｂは羽口、Ｆは溶銑、Ｅは出湯口を夫々示す。即
ち高炉頂部から交互に装入される鉱石０とコークスＣは
層状を呈しつつ徐々に降下し、羽口Ｂから吹込まれる熱
風とコークスとの反応によって生成する還元性ガス（Ｃ
Ｏ）の作用で鉱石０は塊状’ｔＫを降下する過程で還元
され、軟化融着ｉｓＭを形成した後炉芯コークス層ＣＯ
の隙間を伝って炉底部に溜まる。そしてこの溶銑Ｆは、
定期的にまたは連続的に出湯口Ｅより抜き出される。

この様な高炉操業の効率および安定性を高めるための制
御法については多くの提案がなされているが、現在のほ
ぼ確立した考えでは、たとえば本願出願人の出願に係る
特開昭６０−５６００３号公報に既に記載し、また特公
昭６１−４２８９６号や特開昭６１−２２７１０９号に
も開示されている様に、高炉上昇ガスを中心流化して軟
化融着帯ＳＭの形状を逆Ｖ字形に維持したときに操業効
率が最も高く且つ安定すると言われている。そこでこの
様な操業状況を確保するための手段として、鉱石０やコ
ークスＣの装入方法、積層形状、通気性等について様々
の改良研究が進められている。

本発明者らはかねてより高炉操業の効率および安定性の
向上を目的として研究を進めているが、過去の数多くの
高炉解体調査の結果を統計的に整理し、更に高炉内の物
買穆動シミュレーションを検問した結果次の様な事実を
明らかにすることができた。

第８図（＾）　、　（Ｂ）は塊状帯Ｋにおける軸心部の
通気性と操業状況の関係を示した縦断面模式図であり、
塊状ｆＫにおける軸心部の通気性が良好である場合は、
高炉上昇ガスは中心流指向となるため、鉱石の還元反応
は周辺部よりも軸心部の方が早い位置（即ち高い位置）
から進みはじめ、その結果軟化融着帯ＳＭは第８図（Ａ
）に示す如くシャープな逆Ｖ字形で安定する。しかし軸
心部の通気性が悪くなると、通気抵抗が大きいため上昇
ガスは高炉周壁側へ指向せざるを得す、その結果周壁側
にも早期還元反応進行領域ができて軟化融着帯ＳＭは第
８図（Ｂ）に示す如くＷ字形を呈することになり、風圧
変動や炉壁側への熱損失の増大、荷下り異常等が頻発し
、操業状況は著しく不安定になる。

Ｎ９図（Ａ）　、　（Ｂ）は炉芯コークス層Ｃｏの通気
性が炉況に与える影響を説明するための縦断面模式図で
あり、炉芯コークス層ＣＯの通気性が良好である場合、
羽口Ｂから吹き込まれる熱風は通気性のよい炉芯コーク
ス層Ｃｏの中心部まで進行し易くなっているので、第９
図（Ａ）の白抜き矢印で示す如く炉軸心寄りのガスが多
くなり、上昇ガスは中心流を形成して軟化融着帯ＳＭの
形状も逆Ｖ字形で安定に保たれる。これに対し第９図（
Ｂ）は炉芯コークス層Ｃｏの通気性が悪い場合の状況を
示したものであり、炉芯コークス層Ｃｏの通気抵抗が大
きいため羽口Ｂから吹き込まれる熱風は高炉壁面方向に
分流せざるを得す、それに伴なって周辺部の鉱石０が第
８図（Ｂ）の場合と同様に早い位置（高い位置）から還
元を受けはじめ、その結果は軟化融着ｆｓＭはＷ字形と
なって炉壁に近い側の高さ方向への通気抵抗は一層小さ
くなり、上昇ガスの周辺流は更に助長されて炉況はます
ます不安定になる。

一方第１０図（＾）　、　（Ｂ）は炉芯コークス層ｃｏ
の通液性が炉況に与える影響を示した炉床部における横
断面模式図であり、炉芯コークス層Ｃｏの通液性が良好
である場合は、第１０図（Ａ）に実線矢印で示す如く溶
銑Ｆは炉芯の中央部を含めて炉床全体から５遍なく出湯
口Ｅ方向へ流・れるため、炉底周辺壁が集中的に侵食を
受ける様なことはない、ところが炉芯コークス層ｃｏの
通液性が悪く従って炉芯部の通液抵抗が大きい場合は、
第１０図（Ｂ）に実線矢印で示す如く出銑中の溶銑Ｆは
周辺流を形成せざるを得す、炉底周辺壁は著しい侵食を
受けることになる。

そこで本発明者らはこれらの事実に基づき、炉芯コーク
ス層Ｃｏの通気性または通液性の制御を目的とし・て、
炉頂軸芯部にコークス（固体還元剤）を別装入する方法
を開発し、別途発明を完成した（特願昭６２−２２０９
８１号）。

この発明は炉芯コークス層ＣＯが高炉軸心部を降下する
コークスによフて更新されることに着目し、高炉頂部か
らコークスおよび鉱石を装入するに当たり、鉱石層の軸
心部領域にコークスＣを装入するかまたはコークス層の
軸心部領域に通気性及び通液性の向上に適したコークス
を適宜装入することによって炉芯の通気性や通液性を適
正に制御しようとするものであフた。またこの発明によ
れば、軸心部の特定領域に装入されるコークス量は全装
入コークスの０．２重量％以上であると規定されている
。

［発明が解決しようとする課題］ ところでコークスの軸心装入は、軸心装入専用シュート
を用いることによフて、その目的は一応達成される。

第１１図は軸心装入法の一例を示す説明図であり、この
図はベル式高炉の場合を示しており、原料装入用ベルと
は別に炉頂軸心部のみにコークスＣを装入するためのシ
ュート４を設けている。尚軸心装入を実施するに当たっ
てはベルムーバブル方式によって行なう場合もあるが、
この場合も手順はほぼ同様である。

コークス層ＣＡはベルからの一斉（若しくは数バッチ分
割）投入によって形成されている。そｌ・てその上へ鉱
石層をＯＡを形成するに当たっては、鉱石０を装入する
に先立つ゛〔まず炉頂軸心部へシュート４から所定量の
コークスＣを装入し［第１１図（Ａ）　］　、次いでそ
の周辺へベル１から鉱石０を装入する［第１１図（Ｂ）
］。そうすると炉頂軸心部はコークスＣで占められるた
めこれが堰として作用し、鉱石０は炉頂軸心部へ流入す
ることができず、その結果、炉内における周辺側は鉱石
層ＯＡとコークス層ＣＡが相互に重なりあった通常の堆
積構造となるが、炉軸心部は実質的にコークスのみから
なる柱状層となる。尚−つの鉱石層を形成するのに、鉱
石を数バッチに分割して投入する場合もあるが、その場
合においてもシュートから炉軸心部へのコークスは、鉱
石の投入に先立ち一度に投入されているのが一般的であ
る［後述の第１図ＣＢ）および第５図（Ｂ）に係る説明
参照］。

しかしながらこれまでのコークス軸心装入方法では、全
装入コークスに対して０．２％以上のコークスを、生産
性（操業作業性）を低下させることなく炉軸心部に装入
するには、比較的大規模な装置（例えば前記シュート４
）を設ける必要があり、設備コストが高くなるという問
題があった。

また高炉操業の向上を図るという観点から投入鉱石量を
増加させようとしても、それに応じて−・度に軸心装入
されるコークス量を任意に増加するには限度があり、例
えば一定量のコークスに対して鉱石量のみを増加させて
も、該コークスは鉱石によって覆われてしまい、このコ
ークスに関してはガス流分布制御性の向上に寄与しなく
なる。

本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって
、その目的は既存の設備を用いても軸心装入コークス量
を任意に増大し得る様な、或は大規模な装置を設けずど
も最適な軸心装入を実施できる様な高炉操業方法を提供
することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成することのできた本発明方法の構成は、
高炉頂部から固体還元剤および鉱石を装入し、固体還元
剤層および鉱石層を積層して高炉操業する方法であフて
、前記鉱石層のうち任意の鉱石層の形成に際して、鉱石
の装入を複数回に分け、各回の鉱石装入に当たっては、
高炉軸心部の特定領域に固体還元剤を装入した後、その
周辺に鉱石を装入する様にして鉱石層を形成し、高炉の
操業を行なう点に要旨を有するもの゛である。

［作用および実施例コ 本発明の要点は鉱石層の軸心部に装入されるコークスを
これまでの様に１回の装入操作で１度に投入するという
ことをせずに、鉱石の装入バッチ数を複数としつつ各バ
ッチ毎にコークスを分割して装入るものであり、これに
よ）て上記目的が見事に達成されることを見出したもの
である。

以下説明の便宜上各コークス層ＣＡおよび各鉱石層ＯＡ
を夫々２バツチで形成する場合について示すが、これは
本発明を実施する際のバッチ回数を制限するものではな
い。

第１図は高炉内堆積状況を示す概念図であり、第１図（
Ａ）は通常の高炉操業、第１図（Ｂ）は従来の軸心装入
、第１図（Ｃ）　、　（Ｄ）は本発明方法による軸心装
入の各場合について示したものである。尚図中ＣＩ　、
　Ｃ２、は各バッチ毎に装入されるコークス、ｏｌ、０
２は各バッチ毎に装入される鉱石を示す。

これまでのコークス軸心装入では、第１図（Ｂ）に示す
様に、鉱石ｏｌの装入に先立ち（即ちコークスＣ２の装
入後）１度に装入されていたのであるが、本発明方法で
は鉱石０１．０２の各バッチの夫々に先立ち軸心装入コ
ークスＣを高炉軸心部の特定領域に装入する様にしたの
で、装入毎のコークス量を増すことなく全軸心装入量を
増加させることかできた。尚コークスの軸心装入量を増
加させるだけであるならば第１図（Ｂ）に示した方法に
よっても可能であるが、この様な方法では高炉軸心部の
装入希望領域［第１図（Ｄ）のｒで示す］を不用意に広
げることにもなり、コークス軸心装入の本来の効果が達
成されなくなる懸念がある。

本発明者らが既存の装置を用いて実験したところによる
と、本発明による複数回分割投入を実施することによっ
て、各チャージ毎（ここでチャージとは第１１図（Ａ）
においてＵで示す単位、即ちコークス層ＯＡと鉱石層Ｏ
Ａの両方で完結される積層状態の基本装入単位を意味す
る）のコークス軸心装入総量を任意に増加させることが
でき、第１図に示した例では、４００ｋｇか・ら６００
　ｋｇ。

１．０００ｋｇへ段階的に増加させており、この１００
０ｋｇというのは、全装入コークス量の約３％に相当す
る量であった。こうして軸心装入コークス量を増加させ
るに従い、中心ガス流が安定すると共にスリップ回数の
減少が図れ、それに伴ないｐｃ比（羽口から吹込む石炭
粉の割合）も増大させることができた。これまでｐｃ比
の増大に際しては炉壁部への熱負荷と圧損の増大が懸念
されてきたが、軸心装入の採用とアーマノツチの調整に
よって熱負荷と圧損の増大を抑制し、銑中ＳＬを上昇さ
せることなく操業することができた。

第２図は炉内状況を示す等温線図であり、第２図（Ａ）
は通常の高炉操業の場合（軸心装入を実施しない場合）
、第２図（Ｂ）は軸心装入コークス量を５００　Ｋｇ／
チャージ（溶銑トン当たり６．９ｋｇ　）とした場合、
第２図（Ｃ）は軸心装入コークス量を１０００にｇ／チ
ャージ（溶銑トン当たり１４．０ｋｇ）とした場合の夫
々について示したものである。

第２図から明らかであるが、軸心装入コークス量を増加
させるに伴ない、融着帯形状はシャープな逆Ｖ字状を呈
していることが分かる。尚この時のｐｃ比は、第２図（
Ａ）の場合が６５にｇ／ｌ（溶銑トン当たり）、第２図
（Ｂ）の場合が７４にｇ／１１第２図（Ｃ）の場合が７
７Ｋｇ／ｌであった。

また軸心装入コークス量を増加させるに伴ない、第３図
の矢印に示す様に炉口ガス温度の上昇が認められ、また
第４図に示す様に炉口軸心部のガス温度の変動が少なく
なった。

上記の説明では各チャージ毎の軸心装入コークス量を任
意に増加させる場合について示したが、本発明の実施は
この様な場合に限らず、装置の大型化を緩和するという
観点からしても有効である。例えば第５図は従来の軸心
装入方法による炉内堆積状況を示す概念図であり、第６
図は本発明方法による炉内堆積状況を示す概念図である
。第５．６図を比較すると明らかであるが、同じ層厚の
鉱石層（０，１＋０２）を形成する場合において軸心部
にコークスの柱状層を形成すること′が中心的課題であ
るという点からすれば、コークスの分割装入による本発
明方法（第６図）では１度に装入する場合（第５図）に
比べて各回の装入量を約１／４に減らすことができる。

このことは軸心部コークス装入専用装置の小型化が図れ
ることをも意味する。また同一量のコークスを軸心に装
入する場合を想定しても分割して装入することによって
装置の小型化が図れる。これらのことは高炉内のガス流
の制御性を向上させる観点からしても極めて有効である
。

尚以上の説明におけるコークス軸心装入の構成は鉱石層
ＯＡの形成に際して鉱石層ＯＡの軸心部に一定量以上の
コークスを装入するものであったが、軸心コークス層Ｃ
０の通気性または通液性を向上させて高炉操業の安定化
を図るという趣旨からすれば、軸心装入用コークスとし
ては冷間・熱間強度が強く粉化し難い（即ち通液性の良
い）良質コークスを一定量以上装入することが一層効果
的である。また本発明の実施に当たっては、チャージ毎
に軸心装入しなければならない訳ではなく、２〜５チヤ
ージの中から選ばれる任意のチャージにおいてコークス
の軸心装入を行なう様にしてもよい。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、既存の設置を用い
ても軸心装入コークス量を任意に増大でき、安定した高
炉操業が約束される。また本発明方法の実施は大規模な
装置を設けずとも、最適なコークス軸心装入が達成でき
るという点からしても有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（＾）〜（Ｄ）は高炉内堆積状況を示す概念図、
第２図は（Ａ）〜（Ｃ）は炉内状況を示す等温線図、第
３図は炉すの径方向におけるガス温度分布を示すグラフ
、第４図はコークス軸心装入量と炉口中心ガス温度変動
の関係を示すグラフ、第５図は従来の軸心装入方法によ
る炉内堆積状況を示す概念図、第６図は本発明方法によ
る炉内堆積状況を示す概念図、第７図は高炉操業時の内
部状況を示す縦断面模式図、第８図（Ａ）　、　（Ｂ）
は炉内上昇ガス流分布と軟化融着帯形状の関係を示す縦
断面模式図、第９図（Ａ）　、　（Ｂ）は炉芯コークス
層の通気性と軟化融着帯形状の関係を示す縦断面模式図
、第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）は炉芯コークス層の通液
性と溶銑流分布を示す横断面模式図、第１１図（Ａ）　
、　（Ｂ）は軸心装入法の一例を示す説明図である。 １・・・ベル　　　　　　４・・・シュートＯＡ・・・
鉱石層　　　　ＣＡ・・・コークス層Ｋ・・・塊状　　
　　　　Ｂ・・・羽口Ｌ・・・レースウェイ　　ＣＯ・
・・炉芯Ｅ・・・出湯口　　　　　Ｃ，Ｃ１，Ｃ２・・
・コークス０　、０１．０２・・・鉱石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高炉頂部から固体還元剤および鉱石を装入し、固体還元
   剤層および鉱石層を積層して高炉操業する方法であって
   、前記鉱石層のうち任意の鉱石層の形成に際して、鉱石
   の装入を複数回に分け、各回の鉱石装入に当たっては、
   高炉軸心部の特定領域に固体還元剤を装入した後、その
   周辺に鉱石を装入する様にして鉱石層を形成し、高炉の
   操業を行なうことを特徴とする高炉操業方法。