JPH058249B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高炉炉芯固体還元剤層の充填状態を
固体還元剤の軸心装入によつて制御するに当た
り、高炉炉芯固体還元剤層の充填状態に円周方向
の偏りあるいは局所的偏在があるとき、これに対
処する方法に関するものである。尚固体還元剤と
してはコークスの他、木炭や塊状炭等の各種炭素
質材料が例示されるが、本明細書では固体還元剤
としてもつとも代表的なコークスを取りあげて説
明を進める。

［従来の技術］ 第２図は高炉炉内状況を示す断面説明図で、高
炉頂部から交互に装入される鉱石ＯとコークスＣ
は層状を呈しつつ塊状帯Ｋを徐々に降下し、羽口
Ｂから吹込まれる熱風とコークスＣとの反応によ
つて生成する還元性ガス（CO）の作用で還元さ
れ、軟化融着帯SMを形成した後、溶滴は炉芯コ
ークス層Ａの隙間を通りぬけて炉底部に溶銑Ｆと
して貯留する。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。

この様な高炉操業を安定にしかも効率よく進め
るには、炉内を上昇するガス流分布を適正に制御
することが重要である。即ち第３図及び第４図は
炉内レースウエイＬ近傍の炉内ガスの流れを示す
要部断面図であり、第４図に示す様に炉芯コーク
ス層Ａの充填状態（通気性）が悪化した場合、羽
口Ｂから吹込まれる熱風は炉芯側へ進入し難くな
り炉壁側へ流れて周辺流を形成する。そしてガス
の周辺流化によつて吹き抜けや付着物の生成が起
こり、また融着帯形状がＷ字形となり高炉操業が
不安定となる。これに対し第３図に示す様に炉芯
コークス層Ａの通気性が良好な場合は、熱風は炉
芯コークス層Ａの中心部まで侵入し易くなりガス
流は中心流を形成して軟化融着帯形状も逆Ｖ字形
となる。この結果高炉操業状態は安定化する。

一方高炉解体調査の結果から炉底耐火物損傷の
最大の問題は炉底と炉芯部側壁の接続部（コーナ
ー部）における異常侵食であることが指摘されて
いるが、この点に関し特に本発明者等が確認した
新しい事実は、炉芯コークス層Ａの充填状態がコ
ーナー部異常侵食に深い関係があるという事実で
ある。即ち第５図及び第６図は炉床の溶銑流れを
示す水平断面説明図であり、第６図に示す様に炉
芯コークス層Ａの充填状態（通液性）が悪い場合
は、溶銑及び溶滓は炉芯コークス層を迂回して炉
芯側壁側を流れ周辺流を形成し、この周辺流が前
記コーナー部の異常侵食を促進する。これに対し
第５図に示す様に炉芯コークス層Ａの充填状態が
良好である場合は、溶銑及び溶滓は炉芯コークス
層Ａの隙間を通つて炉体全体に万編なく流れた後
中心流を形成する。上記の様に炉芯コークス層の
充填状態（通気性、通液性）は、高炉操業状態や
炉底耐火物の寿命に重大な影響を与える因子であ
り、高炉操業上重要な監視項目の一つであるが、
現在のところこれを制御する有効な手段は見出さ
れていない。尚中心ガス流の制御手段を開示する
ものとして実公昭61−42896、装入物分布均等化
方法を開示するものとして特開昭61−227109等が
夫々出願されているが、これらはいずれも炉芯コ
ークス層の充填状態を制御しようとするものでは
なく、また炉芯コークス層の高炉操業に与える影
響を述べたものでもない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明者等はこうした事情に着目し、高炉操業
の安定化や炉底耐火物の損耗に大きな影響を及ぼ
す炉芯コークス層充填状態の制御方法について検
討を重ねた結果、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炉軸心部領域にコ
ークスを適宜装入するか又はコークス層の炉軸心
部領域に通気性およ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つて炉芯コークス層
の充填状態を適正に制御する方法を完成し、別途
特許出願［昭和62年９月３日提出の特許出願(1)］
した。

実用高炉においても上記出願方法は優れた効果
を発揮したが、操業状態が円周方向に見て偏つた
場合には、円周方向のばらつきがないことを前提
にした前記出願(1)の制御方法に何らかの修飾を施
す必要があることが分かつた。

即ち本発明は、実操業上問題となる操業状態の
円周方向偏りを適確に把握し、さらに該偏りに対
処し得る方法を提供しようとするものであり、こ
れにより前記出願(1)に係る炉芯コークス層の充填
状態制御方法の実効を十分にあげようとするもの
である。

［問題点を解決するための手段］ しかして本発明方法は、高炉頂部から固体還元
剤および鉱石を交互に装入して固体還元剤層およ
び鉱石層を積層していくに当たり、鉱石層の炉軸
心部領域に固体還元剤を適宜装入するか又は固体
還元剤層の炉軸心部領域に通気性および通液性の
向上に適した固体還元剤を適宜装入することによ
つて高炉炉芯固体還元剤層の通気性分布あるいは
通液性分布を調整することを基本制御に置きつ
つ、高炉全周の羽口における燃焼の円周方向バラ
ンスを偏心させることによつて前記軸心装入コー
クスによる炉芯の更新領域を偏心させ、炉芯にお
ける固体還元剤層の充填構造を調整する点に要旨
を有するものである。

［作 用］ 本発明方法を理解する上で重要な位置を占める
前記出願(1)の方法についてその完成に至る経緯並
びに概要を説明する。

本発明者等は、まず始めに高炉の１／37縮少全
周模型を用いて高炉内の装入物降下時の装入物の
流線を調査した。第７図は模型実験から得られた
高炉内装入物の流線を模式的に示す断面説明図で
あり、この図から炉芯部Ａへ供給されるコークス
は炉頂軸心部に装入したコークスによつて占めら
れることを見出した。尚実験においては、高炉模
型の羽口部に相当する位置に抜出し口Exを設け
て所定速度でコークスを抜出すと共に、炉底部を
昇降可能な円形テーブルで形成して、実験中は所
定速度で降下させることによつて実炉における炉
芯コークスの消費（燃焼および溶銑への侵炭・溶
解）を再現した。即ち炉頂軸心部に堆積したコー
クスは炉芯コークス層頂部まで降下した後、炉芯
コークスの降下速度が遅い為に（炉芯コークスが
入れ替わるには１〜２週間を要するとされてい
る）、炉芯コークス層の斜面に沿つて周辺部へ流
れていくが、その過程で軸心部堆積コークスの一
部が炉芯部へとり込まれ炉芯コークス層を形成す
る。そこで炉頂軸心部に堆積させた軸心装入コー
クスがどのようにして炉芯コークスの形成に影響
を与えるかについてさらに検討を重ねた。

即ち第７図に示される炉頂軸心部の無次元半径
rt／Rt（rt：炉頂部における中心堆積コークスの
堆積半径、Rt：炉頂部半径）が、0.06、0.08、
0.10、0.12の領域内にトレーサーコークスを送り
込んだ場合のトレーサーコークスによる炉芯の更
新状況（炉芯内でのトレーサーコークスの濃度分
布の変化状況）を調べたところ第８図が得られ
た。即ち第８図から明らかなように、炉芯コーク
ス層は高炉の軸心部を降下するトレーサーコーク
スによつて更新され、その更新領域は炉頂軸心部
に対するトレーサーコークス装入半径、即ちrt／
Rtの増大とともに拡大していることが分かる。
例えばrt／Rt：0.12の領域にトレーサーコークス
を装入した場合には、周辺部の一部を除き、炉芯
のほぼ全域がトレーサーコークスによつて更新さ
れており、前記領域に炉芯の通気性や通液性の調
整を目的とするコークスを装入すれば炉芯コーク
ス層の充填状態即ち炉芯の通気性や通液性を任意
に制御できることが分かる。

こうした実験結果を更に積重ねたところ、軸心
装入コークスによつて炉芯コークスが更新される
としても高炉の規模や各種操業条件によつて左右
される炉芯コークスの更新期間が短いものほど上
記主旨の軸心装入コークスの装入領域は広くする
必要があり、更新期間が長いものでは装入領域を
可なり狭くしても炉芯コークスの構成を支配でき
ることが分かつた（後に詳しく述べる）。これら
を総合的に勘案した結果、前記無次元半径rt／Rt
（rt：炉頂部における中心堆積コークスの堆積半
径、Rt：炉頂部半径）が0.03の炉軸心部領域を最
下限として当該領域のコークス層形成域に通気性
及び通液性の向上に適したコークスを装入する
か、あるいは当該領域の鉱石層形成域にコークス
を別装入すれば、炉芯コークス層は当該コークス
で占められることになり、第２，３図で説明した
様に高炉上昇ガスは中心流を形成すると共に軟化
融着帯は逆Ｖ字形を安定に保ち、高い操業効率が
保障されるばかりでなく、出湯時の溶銑は第５図
で説明した如く炉床部を万遍なく出湯口方向へ流
れることとなり、炉底周辺壁の溶損も最小限に抑
えられる。尚上記rt／Rt≧0.03という限界値は高
炉の通常の炉芯コークス更新時間が７〜14日であ
ることから最も長い14日を若干上回る時間を基に
して規定したものであり、更新時間が短くなると
rt／Rtの許容下限値は0.03より大きくなる。ちな
みに第９図は炉芯コークスの全量更新期間が７
日、10日及び14日である場合のrt／Rtとrh／Rh
（rh：炉床位置における軸心装入コークスによつ
て更新される炉芯コークス層Ａの半径、Rh：炉
床半経を示す）の関係を示したグラフであり、
(a)，(b)，(c)は更新時間が夫々10日、７日、14日の
場合の結果を示している。

そして(a)，(b)，(c)は夫々次式で表わすことがで
きる。

(a)…（rt／Rt）＝0.164（rh／Rh）＋0.082 (b)…（rt／Rt）＝0.227（rh／Rh）＋0.073 (c)…（rt／Rt）＝0.114（rh／Rh）＋0.036 前記出願(1)の方法の構成並びに作用効果は概略
以上の通りであるが、この方法は高炉操業状態に
円周方向のばらつきがないことを前提にして構成
されており（第７，８図参照）、炉頂軸心へ装入
されたコークスがそのままほぼ真下方向へ降下し
炉芯コークス層の頂点へ到達する装入物降下流線
を形成している場合には炉頂軸心装入コークスを
炉芯部へ効率良くしかも均一に堆積させることが
できる。

しかしながら炉芯コークス層の充填状態は必ず
しも円周方向に均等であるとは限らず、炉芯の通
気性や通液性が局所的（あるいは部分的）に悪化
した場合には、ガス流や溶銑流に偏りが生じ、高
炉の反応効率や熱効率の低下並びに熱損失の増大
や荷下がりの不安定化の原因となる。

本発明においては、炉芯コークス層充填状態の
こうした局部的悪化に対処する為に、前記構成に
示される様に羽口燃焼の偏心化という手法を採用
しており、これにより前記出願(1)の方法における
問題点を解消することに成功した。

第１図は、模型実験において、高炉模型の周面
に配設された羽口相当抜出し口ExのうちＸ方向
近傍の数個の抜出し口を封鎖してＸ方面での荷下
がりを停止した場合（実高炉での羽口燃焼停止に
相当する）の装入物降下流線を示す断面説明図で
あり、軸心部を降下する装入物粒子は炉芯表層部
においてＸ方向と逆の方向に傾斜しつつ降下して
いる。このことは、高炉全周の羽口における燃焼
を特定方向だけ停止あるいは出力低下させれば当
該方向の荷下がりが停止あるいは遅滞して、該特
定方向とは反対の方向へ軸心装入コークスを重点
的に供給できることを意味しており、重点供給を
受けた炉芯部のコークスのみを更新できることを
示唆している。

即ち前記出願(1)に係る軸心装入コークスによる
炉芯コークス層充填状態の制御を実施する中で、
何らかの理由により炉芯コークス層充填状態が局
部的あるいは片面的に悪化して通気性や通液性に
偏りが生じた場合に、この偏りを是正する為に、
上記制御を行ないながら充填状態の悪化した領域
と180゜反対の方向の羽口における燃焼を停止ある
いは出力低下させることによつて円周方向の燃焼
バランスを偏心させ、目的とする方位の炉芯部側
へ軸心装入コークスを供給して当該炉芯部コーク
スを更新することができる。その結果目的とする
方位の通気性や通液性を任意に目的値に近づける
ことができ、さらには炉況の偏りによつて生じた
炉体温度のばらつきを解消することができる。

本発明方法の基本構成は上記の通りであるが、
炉頂軸心部へコークスを装入するに際しては、軸
心装入コークスの粒度分布、冷間強度、熱間強度
等を調節することにより炉芯コークス層の通気
性、通液性を任意に制御することができる。また
炉芯の通気性あるいは通液性のみに着目するなら
ば軸心装入物は必ずしもコークスに制限する必要
はなく塊状炭やれんが等も使用することができ
る。

又軸心部へコークスを装入する方法としては、
種々考えられるが、例えば第１０，１１図に示す
様にベル式あるいはベルレス式の装入装置におい
て高炉中心部に到達する装入シユートを高炉上部
側方から炉軸心まで傾斜状に設け、該装入シユー
トの先端部から軸心装入コークスを装入すればよ
い。またベルレス式装入装置においては、分配シ
ユートを炉口軸心位置近傍に指向させることによ
り適確な軸心装入を実施することができる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、炉芯コー
クス層の充填状態に応じて軸心装入コークスによ
る充填状態制御を実施しつつ、上記充填状態に円
周方向の偏りがある場合に、該偏りを相殺する様
に高炉羽口燃焼の円周方向バランスを偏心させる
ことによつて偏りを是正することができ、前記出
願(1)の方法による制御効果を十分に発揮させて炉
芯部の通気性並びに通液性を改善することができ
る。

かくして高炉操業状態を安定化させ、且つ炉底
耐火物の損傷を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸ方向の荷下がりを停止した場合の装
入物降下状況を示す高炉模型炉内状態を示す断面
説明図、第２図は高炉操業時の内部状況を示す断
面模式図、第３図は中心ガス流下の操業状況を示
す要部断面模式図、第４図は周辺ガス流下の操業
状況を示す要部断面模式図、第５，６図は出銑時
の溶銑の流れを示す水平断面説明図、第７図は中
心装入コークスの降下状況を示す模式図、第８図
はトレーサーコークス装入領域（rt／Rt）を変え
た場合の炉芯部トレーサーコークス濃度を示すグ
ラフ、第９図は炉芯コークスの更新時間が７日、
10日、14日の場合の（rt／Rt）と（rh／Rh）の
関係を示すグラフ、第１０〜１２図はコークス中
心装入方法の実施態様を示す断面説明図である。 Ｏ…鉱石（層）、Ｃ…コークス（固体還元剤）
層、Ｋ…塊状帯、SM…軟化融着帯、Ｂ…羽口、
Ｌ…レースウエイ、Ａ…炉芯コークス（固体還元
剤）、Ｆ…溶銑、Ｅ…出湯口、Ct…トレーサーコ
ークス、１…ベル、２，４…原料装入シユート、
３…分配シユート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高炉頂部から固体還元剤および鉱石を交互に
   装入して固体還元剤層および鉱石層を積層してい
   くに当たり、鉱石層の炉軸心部領域に固体還元剤
   を適宜装入するか又は固体還元剤層の炉軸心部領
   域に通気性および通液性の向上に適した固体還元
   剤を適宜装入することによつて高炉炉芯固体還元
   剤層の通気性分布あるいは通液性分布を調整する
   ことを基本制御に置きつつ、高炉羽口における燃
   焼の円周方向バランスを偏心させることによつて
   前記軸心装入コークスによる炉芯の更新領域を偏
   心させ、炉芯における固体還元剤層の充填構造を
   調整することを特徴とする炉芯充填構造の制御方
   法。