JPH05287338A

JPH05287338A - 高炉操業法

Info

Publication number: JPH05287338A
Application number: JP4109087A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Yamaguchi; 一良山口; Hiromitsu Ueno; 浩光上野; Kenji Tamura; 健二田村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】高炉羽口部より微粉炭を１７０ｋｇ／ｔ以上
吹込んでも、その燃焼性を確保してコークスとの置換率
を高く保ち、生産量、燃料比を維持するとともに、羽口
部から吹込まれた粉状鉄源をレースウェイ内で完全に還
元溶融させ、コークス比の上昇を行なわないで、一定の
生産量、一定の溶銑中珪素を維持する。【構成】高炉下部に上下２段の羽口を設置し、上段羽
口より粉状鉄源または微粉炭の少なくとも一方を、下段
羽口より微粉炭を高炉の内部に吹込む。また羽口にプラ
ズマアークヒーターを設置し、粉状鉄源または微粉炭と
ともにプラズマアークヒーターより噴出する高温ガスを
高炉の内部に吹込む。【効果】上段羽口より吹込まれた粉状鉄源は下段羽口に
到達する前に完全に還元溶融され、上下段羽口より吹込
まれた微粉炭はレースウェイ内で完全に燃焼する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、羽口部から微粉炭を多
量に吹込む際に、その燃焼性を確保してコークスとの置
換率を高く維持するとともに、羽口部から吹込まれる粉
状鉄源を安定して還元溶融させることにより、生産性を
向上させ燃料比を低下させる高炉操業法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業にあっては、コークス代替とし
て、安価で燃焼性が良く発熱量の高い燃料（微粉炭、石
油、重油、ナフサ等）を羽口部より吹込み、溶銑製造コ
スト低減、生産性向上をはかってきており、特公昭４０
−２３７６３号公報にその技術が開示されている。とく
に直近では価格の点から微粉炭吹込みが主流となってお
り、燃料比低減（コスト低減）、生産性向上に大きく寄
与している。

【０００３】このようにして吹込まれた微粉炭は高炉内
で一部のコークスの代わりに燃焼し、その燃焼性の良さ
と高い発熱量のために、高温で多量の還元ガスを生成し
効率的な還元反応を行なう。したがって炉頂より装入さ
れた鉄鉱石は迅速に金属状態に還元されるとともに、溶
融して高温の溶銑となり、高炉の炉熱が高く生産性が向
上する。

【０００４】また最近の高炉操業にあっては、後工程で
ある製鋼工程における品質の向上、経済性の観点から低
シリコン操業が指向されている。この種の操業形態の代
表的なものとして、微粉炭とともに酸化鉄粉または還元
鉄粉などの粉状鉄源を羽口部から吹込む方法があり、特
開昭５７−１３７４０２号公報に開示されている。

【０００５】このようにして吹込まれた酸化鉄粉、還元
鉄粉などの粉状鉄源は高炉内で還元反応を受けて金属状
態に還元されるとともに、還元途中で高炉内の溶銑と反
応して２（Ｆｅ０）＋［Ｓｉ］＝２［Ｆｅ］＋（ＳｉＯ
₂ ）の反応により溶銑中の珪素を低下させる。高炉操業
安定時には、羽口部から吹込まれる粉状鉄源の分だけ高
炉の炉頂から装入する鉄鉱石の量を減らすことができ
る。通常、炉頂から装入される鉄鉱石は、炉内の通気性
を維持するために塊成化されたものが使用されているか
ら、予備処理の必要な鉄鉱石に代えて価格の安い粉状鉄
源を使用することは、高炉操業の経済性を高める上でも
効果が大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来の高炉操
業において、微粉炭を多量に吹込むと、吹込んだ微粉炭
全量が燃焼せずに一部未燃チャーが発生する。この未燃
チャーは上昇ガス流に乗って炉頂より排出されるため、
微粉炭のコークスに対する置換率が低下し、燃料比上
昇、生産量低下を引き起こす。またこの未燃チャーが高
炉炉下部中心のコークス層（炉芯と称する）に捕捉され
るため、この部分を流下する溶銑滓の通液性を阻害し、
ひいてはこの部分のガスの通気性を阻害することにな
り、高炉の生産量はさらに低下する。

【０００７】以上の理由から、微粉炭の吹込み量には上
限が存在し、操業にあたっては次に示す過剰酸素率を
１．０以上に維持している。（過剰酸素率）＝（羽口部
より吹込まれる空気、純酸素、微粉炭中の酸素量）／
（微粉炭中の炭素、水素を燃焼させてＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏに
するのに必要な酸素量）

【０００８】過剰酸素率が１．０以上の場合は微粉炭中
の炭素、水素が全量Ｃ＋Ｏ₂ ＝ＣＯ₂ ，２Ｈ＋（１／
２）Ｏ₂ ＝Ｈ₂ Ｏの反応によりＣＯ₂ ，Ｈ₂ Ｏとなり、
これが全量レースウェイ内のコークスとＣＯ₂ ＋Ｃ＝２
ＣＯ，Ｈ₂ Ｏ＋Ｃ＝Ｈ₂ ＋ＣＯの反応によりＣＯ，Ｈ₂
となるため、未燃チャーは発生しない。ところが過剰酸
素率が１．０未満の場合は全量がＣＯ₂ ，Ｈ₂ Ｏになら
ず、一部Ｃ（未燃チャー）が生成する。この未燃チャー
が前述したように、置換率低下、通気不良の原因とな
る。

【０００９】過剰酸素率が１．０のときの微粉炭吹込み
量は、高炉の燃料比が５００ｋｇ／ｔ−ｐｉｇのとき、
１７０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ程度であり、この量が吹込み限
界である。すなわち、この値が高炉生産量、燃料比の限
界であり、これ以上の生産性向上、燃料比低減は望めな
い。

【００１０】また従来の高炉操業において、羽口部から
吹込まれた粉状鉄源は、コークスの旋回燃焼するレース
ウェイといわれる領域で、還元溶融されて溶銑となる。
その還元溶融のために必要な熱量は、あらかじめ送風温
度上昇、コークス比増加等で与えているが、粉状鉄源が
レースウェイ内に滞留する時間が極めて短いために、完
全に還元溶融されないうちにレースウェイ奥（炉芯表層
部）に到達する。そしてこの領域に蓄積し急激に還元溶
融が起きるため、この領域の温度が低下し、通気性、通
液性を阻害する。

【００１１】このとき中心部の鉱石とコークスの比率
（以下Ｏ／Ｃと略す）を減らし、その分中間部から周辺
部のＯ／Ｃを増加する。中間部から周辺部のＯ／Ｃを増
加できない場合は、中心部のＯ／Ｃを減らすとともに全
体のＯ／Ｃを減らす。これにより中心部のガス流を強化
してこの領域の温度を上昇させ、通気性、通液性を維持
する。全体のＯ／Ｃを減らすことはコークス比の上昇と
なり、生産量の減少、溶銑中珪素の増加を招き高炉操業
上好ましくない。

【００１２】また羽口部から吹込んでいる粉状鉄源の量
を減少するかカットしてしまうこともあり、この場合も
生産量の減少、溶銑中珪素増加を招く。羽口部から粉状
鉄源とともに微粉炭を吹込んでいる場合は、粉状鉄源の
還元溶融のために必要な熱量のほかに微粉炭の熱分解の
ための熱量も必要であるため、ある限られた送風温度上
昇、コークス比増加等では、粉状鉄源および微粉炭の吹
込み量に限界がある。

【００１３】そこで本発明は、微粉炭を１７０ｋｇ／ｔ
以上吹込んでも、その燃焼性を確保してコークスとの置
換率を高く保ち、生産量、燃料比を維持するとともに、
羽口部から吹込まれた粉状鉄源をレースウェイ内で完全
に還元溶融させ、コークス比の上昇を行なわないで、一
定の生産量、一定の溶銑中珪素を維持することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するものであって、羽口部から粉状鉄源および微粉炭を
高炉の内部に吹込み、炉頂から鉄鉱石とコークスを交互
に装入する高炉操業法において、高炉下部に上下２段の
羽口を設置し、上段羽口より粉状鉄源または微粉炭の少
なくとも一方を、下段羽口より微粉炭を高炉の内部に吹
込むことを特徴とする。また羽口にプラズマアークヒー
ターを設置し、粉状鉄源または微粉炭とともにプラズマ
アークヒーターより噴出する高温ガスを高炉の内部に吹
込むことを特徴とする。また上下段羽口間の距離は１．
０ｍ以上２．０ｍ以下であることを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明における、高炉下部に上下２段に設置す
る羽口の位置を図１に示す。図１において、１が高炉、
２が上段羽口、３が下段羽口である。下段羽口は、通常
の高炉に設置されている羽口と同じ高さにあるが、上段
羽口は下段羽口より１．０〜２．０ｍ上に設置される。

【００１６】上段羽口より粉状鉄源または微粉炭の少な
くとも一方を高炉内部に吹込むが、吹込まれた粉状鉄源
は上段羽口に形成されるレースウェイ内で完全に還元溶
融されなくても、１．０〜２．０ｍ下に設置されている
下段羽口に到達する間には完全に還元溶融される。上下
段羽口間の距離を１．０〜２．０ｍとした理由は、１．
０ｍ未満では上段羽口より吹込まれた粉状鉄源が下段羽
口に到達する間に完全に還元溶融されず、一方２．０ｍ
を越えると炉頂から装入された鉄鉱石の還元溶融領域と
競合し、上段羽口より吹込まれた粉状鉄源のために炉頂
から装入された鉄鉱石の還元溶融が不十分になるからで
ある。

【００１７】また下段羽口からは微粉炭を吹込むが、微
粉炭の一部を上段羽口より吹込むことができるため、微
粉炭吹込み量を総量として増加できる。よって過剰酸素
率が１．０未満のときの微粉炭吹込み量（１７０ｋｇ／
ｔ）を越えた量の吹込みが達成される。これにより通気
性、通液性不良、燃料比上昇、生産性低下、溶銑珪素上
昇に至ることはない。

【００１８】また本発明においては、上下段羽口より吹
込む粉状鉄源および微粉炭の量をさらに増加させるため
に、羽口部にプラズマアークヒーターを設置してもよ
い。図２に本発明における上段羽口あるいは下段羽口に
設置されるプラズマアークヒーターの状態を示す。図２
おいて、２または３が上段または下段羽口、４が送風支
管、５がプラズマアークヒーター、６が粉状鉄源または
微粉炭吹込みバーナー、９が鉄皮、１０が煉瓦である。
プラズマアークヒーターにより発生する高温ガスにより
粉状鉄源または微粉炭吹込み位置付近の送風温度を上昇
できるため、粉状鉄源の還元溶融のために必要な熱量、
微粉炭の熱分解のために必要な熱量を増加でき、粉状鉄
源、微粉炭の吹込み量を増加できる。

【００１９】さらに本発明におけるもう１つのプラズマ
アークヒーターの設置方法として、プラズマアークヒー
ターを搭載したプローブを下段羽口より挿入し、プラズ
マアークヒーターにより発生する高温ガスの前面に微粉
炭を吹込む方法がある。図３に下段羽口より挿入される
プラズマアークヒーター搭載プローブを示す。図３にお
いて、３が下段羽口、４が送風支管、７がプラズマアー
クヒーター搭載プローブ、９が鉄皮、１０が煉瓦であ
る。

【００２０】図４は本発明におけるプラズマアークヒー
ターを搭載したプローブの構造を示す断面図である。図
４において、５はプラズマアークヒーター、７はプロー
ブ、８は微粉炭吹き出し口を示す。図４において、プラ
ズマアークヒーターにより通常高炉の最大送風温度（１
３００℃）よりも高い温度のガスを発生させ、この高温
ガスの前面に微粉炭を吹き出す。１３００℃以上の高温
場では、微粉炭の熱分解が急速に起こり、通常の１３０
０℃の場合よりも、ガス（燃焼速度が大きい）の生成量
が増加する（すなわちチャーの生成量が減少する）とと
もに、生成したチャーが膨張し、その燃焼速度が大きく
なる。

【００２１】したがって、生成量の増加したガスは送風
支管中で燃焼をほぼ完了するとともに、送風支管中での
チャーの燃焼量も多くなり、レースウェイ内に進入する
チャーの量が減少する。さらに、このチャーは燃焼性、
反応性が高いので、ＣＯ₂ ，Ｈ₂ Ｏと容易に反応して、
ＣＯ₂ ＋Ｃ＝２ＣＯ、Ｈ₂ Ｏ＋Ｃ＝Ｈ₂ ＋ＣＯの反応に
よりＣＯ，Ｈ₂ となるため、過剰酸素率が１．０未満の
場合でも未燃チャーは発生しない。すなわち、未燃チャ
ーはすべてレースウェイ内で消滅し、炉頂よりの排出、
炉芯内への捕捉がない。このため、コークスに対する置
換率の低下、通気不良は起こらない。

【００２２】プラズマアークヒーターにより発生する高
温ガスの種類としては、通常Ｎ₂ 、Ａｒ、空気などを用
いるが、ＣＯ、Ｈ₂ などの還元性ガス、およびこれらに
ＣＯ₂ 、Ｈ₂ Ｏが混合されたガスを用いることもでき
る。

【００２３】

【実施例】以下実施例により本発明の特徴を具体的に説
明する。表１は実施例、表２は比較例の操業結果を示
す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】実施例１上段羽口の送風温度を１２５０℃とし、予備還元なしの
粉鉱石５０ｋｇ／ｔを吹込み、下段羽口の送風温度を１
２５０℃とし、微粉炭１３０ｋｇ／ｔを吹込んだ操業例
である。比較例１に対して送風圧力が低く、コークス
比、燃料比が低く、出銑量が多く溶銑中珪素が低い。

【００２７】実施例２上段羽口に図２に示すプラズマアークヒーターを設置
し、送風温度を１３００℃とし、予備還元率３０％の粉
鉱石５０ｋｇ／ｔおよび微粉炭５０ｋｇ／ｔを吹込み、
下段羽口に図２に示すプラズマアークヒーターを設置
し、送風温度を１３００℃とし、微粉炭１５０ｋｇ／ｔ
を吹込んだ操業例である。

【００２８】実施例３上段羽口に図２に示すプラズマアークヒーターを設置
し、送風温度を１３００℃とし、予備還元率６０％の粉
鉱石７５ｋｇ／ｔおよび微粉炭５０ｋｇ／ｔを吹込み、
下段羽口に図３に示すプラズマアークヒーターを設置
し、送風温度を１３５０℃とし、微粉炭１７５ｋｇ／ｔ
を吹込んだ操業例である。

【００２９】実施例４上段羽口に図２に示すプラズマアークヒーターを設置
し、送風温度を１３００℃とし、予備還元率９０％の粉
鉱石１００ｋｇ／ｔおよび微粉炭５０ｋｇ／ｔを吹込
み、下段羽口に図２に示すプラズマアークヒーターを設
置し、送風温度を１３００℃とし、微粉炭１５０ｋｇ／
ｔを吹込んだ操業例である。

【００３０】実施例５上段羽口の送風温度を１２００℃とし、微粉炭５０ｋｇ
／ｔを吹込み、下段羽口に図３に示すプラズマアークヒ
ーターを設置し、送風温度を１３５０℃とし、微粉炭１
７５ｋｇ／ｔを吹込んだ操業例である。

【００３１】いずれの場合も、粉状鉄源がレースウェイ
内で完全に還元溶融されて溶銑となっているため、比較
例１、２に対比すると生産量は高く、溶銑中珪素は低下
している。

【００３２】比較例１は送風温度を１２５０℃とし、同
一羽口より予備還元なしの粉鉱石５０ｋｇ／ｔおよび微
粉炭１３０ｋｇ／ｔを吹込んだ操業例である。実施例１
に対して、送風圧力が高く、コークス比、燃料比が高
く、出銑量が少なく、溶銑中珪素が高い。比較例２は送
風温度を１２５０℃とし、送風圧力低下、出銑量上昇、
溶銑中珪素低下を狙い、同一羽口よりの予備還元なしの
粉鉱石吹込み量低下（３０ｋｇ／ｔ）および微粉炭吹込
み量低下（１００ｋｇ／ｔ）を実施した操業例である。
比較例１対して、送風圧力低下、出銑量上昇、溶銑中珪
素低下がみられるものの、実施例１には及ばず、実施例
１に対してコークス比、燃料比が高い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、高炉下部に上下２
段の羽口を設置し、上段羽口より粉状鉄源または微粉炭
の少なくとも一方を、下段羽口より微粉炭を高炉の内部
に吹込むことにより、また羽口にプラズマアークヒータ
ーを設置し、プラズマアークヒーターにより発生する高
温ガスにより粉状鉄源または微粉炭吹込み位置付近の送
風温度を上昇することにより、粉状鉄源または微粉炭の
少なくとも一方の吹込み総量を増加できる。これにより
通気性、通液性不良、微粉炭置換率低下、溶銑中珪素上
昇を回避し、生産性向上、燃料比低下をはかり、安定し
た溶銑供給が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】高炉下部に上下２段に設置する羽口の位置を示
す図

【図２】上段羽口あるいは下段羽口に設置されるプラズ
マアークヒーターの状態を示す図

【図３】下段羽口より挿入されるプラズマアークヒータ
ー搭載プローブを示す図

【図４】プラズマアークヒーターを搭載したプローブの
構造を示す断面図

【符号の説明】

１高炉２上段羽口３下段羽口４送風支管５プラズマアークヒーター６吹込みバーナー７プローブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】羽口部から粉状鉄源および微粉炭を高炉
の内部に吹込み、炉頂から鉄鉱石とコークスを交互に装
入する高炉操業法において、高炉下部に上下２段の羽口
を設置し、上段羽口より粉状鉄源または微粉炭の少なく
とも一方を、下段羽口より微粉炭を高炉の内部に吹込む
ことを特徴とする高炉操業法。
【請求項２】羽口にプラズマアークヒーターを設置
し、粉状鉄源または微粉炭とともにプラズマアークヒー
ターより噴出する高温ガスを高炉の内部に吹込むことを
特徴とする請求項１記載の高炉操業法。
【請求項３】上下段羽口間の距離は１．０ｍ以上２．
０ｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項
２記載の高炉操業法。