JPH09157714A - 高炉炉底構造および高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高炉炉床側壁部の温度上昇傾向を検知した際
に、この温度上昇を停止させる操業アクションをとっ
て、その効果を温度上昇部位に的確に、かつすみやかに
作用させることを課題とする。 【解決手段】 ４本以上ので出銑口を有する高炉の炉底
構造を、同一高さ位置にある２本以上の出銑口を１組と
して、高さ位置が互いに異なる２組以上の出銑口によっ
て構成し、この炉底構造を有する高炉を用い、同一高さ
位置にある複数の出銑口を切り換えながら出銑する高炉
操業において、炉床側壁部に設けた温度センサが示す温
度が上昇傾向を示した場合に、それまで出銑していた組
の出銑口とは異なる高さ位置の組の出銑口から出銑する
ように切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の出銑口の構
造に関する炉底構造およびその構造を有する出銑口を活
用して行なう高炉操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉炉内の炉床部分には、炉芯と呼ばれ
るコークスの充填された領域が存在し、その充填コーク
スの空隙部分に、鉱石が還元・溶融されて生じた溶銑・
溶滓がたまっている。炉底レンガとしては、通常カーボ
ンを主成分とする耐火物が使われている。溶銑の流れ
は、炉体の侵食プロフィルや侵食面上に生成した凝固層
の形状、炉芯下端の形状、炉芯内の通液性などによって
異なる。例えば、炉芯全体が完全に沈下して炉底に接触
しているときに比べると、炉芯全体が浮上して炉底との
間に狭い隙間ができているときにはこの隙間を多くの溶
銑が流れ、また、炉芯の中心部が炉底に接触し、周辺部
が浮いて隙間があるときには、この隙間を通って出銑口
へ向かう環状の流れができる。溶銑が多く流れる部分に
位置する炉底あるいは炉床側壁部の耐火物は熱負荷を多
く受ける。一方、通常の高炉操業では、炉底部あるいは
炉床側壁部の耐火物に埋設した温度計により耐火物の温
度変化を監視し、間接的に炉底部あるいは炉床側壁部の
温度状況を評価している。

【０００３】こうして、監視している耐火物温度に上昇
傾向がみられる場合には、耐火物の侵食を防ぐために対
策をとる必要がある。その対策としては、例えば特開平
３−２７４２０７号公報に示されているような外部から
の冷却を制御する方法、特開平３−２４２１１号公報に
示されているような羽口からＴｉを含む原料を吹き込む
方法、あるいは、特開平１−２２５７１１号公報に示さ
れているような炉頂からの装入物や送風条件を制御して
炉芯の通気・通液性をまず変え、これによって溶銑の流
れを変更せしめる方法などが通常取られる。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】しかしながら、特開平３−２
７４２０７号公報のように、外部からの冷却を制御する
方法では、炉内の溶銑の流れが多く、熱負荷の大きい箇
所を強冷却することが望ましいが、冷却構造の設備的制
約により強く冷却すべき箇所と弱くすべき箇所を細かく
コントロールすることは困難である。加えてこの方法
は、まず冷却の効果により炉内における溶銑凝固層の生
成を促進し、この凝固層の生成により溶銑の流路を変更
せしめて耐火物を保護しようとするもので、対策を開始
してから効果が現れるまでにかなりの時間を要する。

【０００５】また、特開平３−２４２１１号公報のよう
に羽口からＴｉを含む原料を投入する方法は、溶銑中に
ＴｉＣやＴｉＮなどチタンベアと呼ばれる凝固物を生成
させ、この凝固物を炉底あるいは炉床側壁部の耐火物に
付着せしめて耐火物を保護しようとするものである。し
かし、羽口から投入されたチタン化合物の多くは、酸化
チタンとしてスラグ成分となり、スラグとともに出滓さ
れてしまって歩留まりが悪い。また溶銑側へ入り込んだ
場合もＴｉは溶銑の流れに乗って移動するので、チタン
ベアを意図した場所に生成・作用させることが難しい。

【０００６】さらに、特開平１−２２５７１１号公報の
ように、炉頂からの装入物や送風条件を制御して炉芯の
通気・通液性をまず変え、これによって溶銑の流れを変
更せしめる方法は、効果が現れるまでに多大な日数を要
し、また、特定の場所に集中して効果を生ぜしめること
が非常に難しい。

【０００７】本発明は、炉床側壁部の温度上昇傾向を検
知した際に、この温度上昇を停止させるべく操業アクシ
ョンをとって、その効果を温度上昇部位に的確に、かつ
速やかに発現させることが可能な高炉炉底構造及び高炉
操業方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高炉操業
時における炉床側壁耐火物の温度変動の解析や、実験室
での模型実験による検討を重ねた結果、高炉炉床部にお
ける溶銑の流れは、炉芯下端の位置と形状により大きな
影響を受けることを見出した。一般に、炉芯が炉底から
浮上している場合、炉芯内部に比べて、炉芯下端と炉底
の間の空隙の方が抵抗が少ないため、溶銑がこの空隙を
より多く流れることは以前から知られている（例えば鉄
と鋼７０（１９８４），ｐ．２２２４）。本発明者らの
知見によれば、炉芯下端と炉底の間の空隙が大きくなっ
た場合、溶銑はこの間隙のうちでも炉芯下端の直下部を
特に多く流れる。従って、炉芯下端の直下部に相当する
炉床側壁部が最も溶銑流による熱負荷を受けやすい。本
発明は、温度測定により、高炉炉床側壁部において熱負
荷の大きい部位が生じたと推定された場合に、炉芯下端
の位置を上方もしくは下方に移動せしめて当該部位の熱
負荷を軽減しようとするものである。

【０００９】すなわち、本発明の要旨とするところは、
（１）４本以上の出銑口を有する高炉の炉底構造におい
て、同一高さ位置にある２本以上の出銑口を１組とし
て、高さ位置が互いに異なる２組以上の出銑口によって
構成された高炉炉底構造、及び（２）、（１）の炉底構
造を有する高炉を用い、同一高さ位置にある複数の出銑
口を切り換えながら出銑する高炉操業において、炉床側
壁部に設けた温度センサが示す温度が上昇傾向を示した
場合に、それまで出銑していた組の出銑口とは異なる高
さ位置の組の出銑口から出銑するように切り換える高炉
操業方法、にある。

【００１０】高炉の炉内は、上部から順に、炉頂から装
入された鉱石とコークスの充填層が交互に積み重なった
塊状帯、鉱石が半溶融状態となった融着帯、鉱石が還元
溶融してコークスの間を滴下する炉芯とに分けられ、炉
芯部分には上方からの荷重がかかっている。ただし、融
着帯より上方の荷重の大部分と融着帯以下の荷重の一部
分は、羽口から吹き込まれた熱風ガスによる浮力と、炉
内側壁によって支えられている。一方、炉底部には、鉱
石が還元溶融して生成した溶銑とスラグが液体となって
溜まっている。炉芯コークスは、この溶銑とスラグの液
体プールに浸かっている状態にあり、溶銑や溶融スラグ
はコークスに比べてかなり比重が大きいことから、溶銑
及びスラグより浮力を受ける。炉芯部分にかかる力のバ
ランスは上方からかかってくる荷重と浮力によって決ま
るが、浮力の方が大きい場合、炉芯の下端部は炉底から
離れて浮上する。浮力は炉底に溜まっている溶銑やスラ
グが多いほど大きくなるので、貯銑・貯滓量が多いほど
炉芯は浮上しやすくなる。また、半径方向では、中心部
に比べて外周部の方が前記した熱風ガスによる浮力と内
壁からの力を受けやすいので、より浮上しやすい。

【００１１】溶銑およびスラグは、鉱石の還元溶融によ
り滴下して炉底部に溜まる一方、出銑口より排出され
る。そこで、炉底部には出銑口に向かう溶銑およびスラ
グの流れができる。溶銑はスラグより比重が大きいため
下方に存在し、この溶銑の流れが炉底または炉床側壁部
の耐火物に熱負荷を与える。溶銑の流れは炉芯下端の浮
沈状態によって大きく影響される。炉芯が浮上した時に
できる炉芯下端と炉底の間の空隙は、炉芯のコークス充
填領域に比べて通液抵抗が小さい。従って、図１のよう
に炉芯５が完全に沈下して炉底についているときに対比
してみると、図２のように炉芯全体が浮上して炉芯５と
炉底との間に狭い隙間ができているときは、この隙間を
溶銑が多く流れる。また、図３のように、炉芯５の中心
部が炉底についており、周辺部が浮いて隙間があるとき
には、この隙間を通って出銑口２へ向かう環状の流れが
できる。本発明者らの知見によれば、炉床部において
は、炉芯５と炉底の間の空隙のうち、炉芯下端の直下部
を最も多くの溶銑が流れ、したがって熱負荷も最大とな
る。図中１は高炉炉体（耐火物）、３は送風羽口、４は
レースウェイ、６は溶銑レベル、７はスラグレベルを示
す。

【００１２】一般に、同一高さ位置にある複数の出銑口
を適宜切り換えながら出銑している従来の操業では、炉
芯下端の位置がほぼ一定領域に定着する傾向があり、こ
の炉芯下端の直下部に相当する炉床側壁部に溶銑の流れ
が集中して熱負荷を多く受けるようになるため、当該位
置の耐火物温度が上昇する。そこで、この温度上昇傾向
が見られた場合には、使用する出銑口を異なる高さ位置
のものに切り換えることによって、炉底部の貯銑量を増
加または減少せしめ、溶銑の浮力を増加または減少させ
て炉芯下端の位置を上昇または下降せしめる。これによ
り、溶銑流が集中して熱負荷を大きく受ける位置を上方
または下方に移動し、特定部位の耐火物が集中的に侵食
されることを防ごうとするものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】図４は、本発明の高炉炉底構造の
１例を示し、同一高さ位置にある２本の出銑口を１組と
して２組の出銑口から構成された計４本の出銑口を有す
る炉底構造を持つ高炉を示す。図中８は高炉炉内を示
す。すなわち、この高炉においては、１号出銑口９と３
号出銑口１１が火入れ時の炉底面上３ｍの高さに、２号
出銑口１０と４号出銑口１２が火入れ時の炉底面上４ｍ
の高さにある。また、水平面上の位置関係については、
２、３、４号の各出銑口は１号出銑口を基準として高炉
の中心軸の回りに、炉頂からみて右回りにそれぞれ８０
°、１８０°、２６０°回転した位置に存在する。な
お、この高炉の内容積は４１００ｍ³ である。一方この
高炉の炉床側壁耐火物内には、温度センサ１３が埋め込
まれている。埋め込み位置は、高さ方向が０．８ｍの間
隔で、各高さについて周方向に１５ないし２０点づつ設
置されている。埋め込み深さは外側鉄皮より０．１ｍ内
部、一部の高さでは０．１ｍ内部および０．２ｍ内部の
両方に設置されている。

【００１４】まず初めに、以下に述べる操業の状況を図
５（ａ）に示す。

【００１５】図４のような炉底構造を有する高炉におい
て、１号出銑口９と３号出銑口１１を切り換えて使う操
業を行っていたところ、初期の炉底面より約０．５ｍ上
方に相当する炉床側壁部で鉄皮より０．１ｍ内部に埋め
込んである温度センサの指示する耐火物温度θ₁ が、周
方向の各位置において、１週間継続して平均１℃／日上
昇した。そこで、この原因を検討し、炉内炉床部分にあ
る炉芯の周辺部が炉底より浮上し、炉芯下端部直下に該
当する部位の周辺部に溶銑の流れが集中したことにある
ものと判断して、１号と３号の出銑口より１ｍ上方に位
置する２号出銑口および４号出銑口を用いて出銑を行う
方法に変更した（）。

【００１６】この変更の結果、上昇傾向を示していた部
位の側壁部耐火物温度θ₁ は、６日後に上昇が停止し、
１０日後より下降傾向に転じて、２５日後には上昇傾向
が開始する以前とほぼ同じ温度にまで下降して落ち着い
た。これは、使用していた出銑口よりも高い位置にある
出銑口を使用する操業に切り換えたことによって炉内の
貯銑量が増加し、溶銑の浮力が増加して炉芯がさらに浮
上し、炉芯下端の位置が上方に移動したことによって、
温度が上昇していた部位の炉内周辺部に溶銑の流れが集
中しなくなったためと推定される。

【００１７】これ以降しばらくは２号出銑口１０と４号
出銑口１２を切り換えて使う操業を行っていたが、今度
は、初期の炉底面より約１．３ｍ上方に相当する炉床側
壁部の耐火物温度θ₂ が、周方向の各位置において上昇
傾向を示した。そこで、この原因も前と同様浮上した炉
芯下端部の直下に該当する部位の周辺部に溶銑の流れが
集中したことにあるものと判断して、今度は２号と４号
の出銑口より１ｍ下方に位置する１号出銑口および３号
出銑口を用いて出銑を行う方法に再度変更した（）。

【００１８】この変更の結果、上昇傾向を示していた部
位の側壁部耐火物温度θ₂ は、５日後に上昇が停止し、
８日後より下降傾向に転じて２０日後には上昇傾向が開
始する以前とほぼ同じ温度にまで下降して落ち着いた。
これは、使用していた出銑口よりも低い位置にある出銑
口を使用する操業に切り換えたことによって炉内の貯銑
量が減少し、溶銑の浮力が減少して炉芯が沈下し、炉芯
下端の位置が下方に移動したことによって、温度が上昇
していた部位の炉内周辺部に溶銑の流れが集中しなくな
ったためと考えられる。

【００１９】一方、本発明に示したような構造の高炉を
用いず、同一高さ位置に４本の出銑口を持つ高炉を用い
た従来法により操業した比較例を図５（ｂ）に示す。

【００２０】出銑口は適宜切り換えて操業を行っていた
ところ、ある時初期の炉底面より約０．５ｍ上方に相当
する炉床側壁部で鉄皮より０．１ｍ内部に埋め込んであ
る温度センサの指示する耐火物温度θ₁ ’が周方向の各
位置において１週間継続して平均１℃／日上昇した。そ
こで、羽口からＴｉを含む鉄鉱石を１０ｋｇ／ｔ−ｐｉ
ｇ吹き込み、チタンベアを生成させて炉床側壁部の耐火
物を保護することを試みた（）。このＴｉ吹き込みを
開始してからθ₁ ’の上昇傾向が見られなくなり、下降
を開始するまでに２０日を要した（）。この時点で、
溶銑の品質確保のため、Ｔｉを含む鉄鉱石の吹き込み量
を６ｋｇ／ｔ−ｐｉｇに減じ、さらに温度θ₁ ’の下降
傾向が１５日間続いたところでＴｉ吹き込みを打ち切っ
た（）。こうして、θ₁ ’が上昇開始する前の温度レ
ベルにまで低下するのにＴｉ吹き込みを開始から数えて
６０日を要した。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、高炉炉床側壁部の耐火
物温度が上昇傾向を示した場合に出銑口の高さ位置を切
り換えることによって炉内の貯銑量を増加または減少さ
せ、その結果として、炉芯下端の位置を上昇または下降
させて炉芯下端直下の特定高さ位置への溶銑流の集中を
防ぎ、当該位置の耐火物の侵食を防止することができ
る。この方法は、従来の種々の方法に比べてより直接的
に溶銑流を制御することができるため、効果が早く現れ
る。したがって、従来法では耐火物の温度上昇を検知し
て対策を開始してから効果が出るまでに長期間を要し、
この間に耐火物の侵食が進んでしまうことがあるが、本
発明ではこのような侵食の進展を防ぐことができ、その
結果として、高炉の寿命を延ばし、設備コストを削減す
ることが可能となる。

【００２２】加えて、従来法で耐火物の保護を試みる場
合、前述の冷却制御法によれば、熱損失が増えて燃料比
が増加する、同じくＴｉ吹き込み法によれば、溶銑の成
分が変化して溶銑品質が低下する、装入物や送風の制御
法によれば、生産性が低下するなど、制御の副作用とし
て負の影響が現れることがあるが、本発明の方法ではこ
れらの操業条件の変更は必要がなく、コスト増や品質・
生産性の低下を伴わない。

【００２３】したがって本発明は高炉炉床部の温度上昇
に対して、高炉の生産性と溶銑品質を確保しながら操業
アクションをとることを可能とし、その結果、高炉の寿
命を延ばすことができるので、設備コストを低減する効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高炉炉床部の模式図で炉芯が沈下している場合
を示す。

【図２】高炉炉床部の模式図で炉芯全体が浮上している
場合を示す。

【図３】高炉炉床部の模式図で炉芯の周辺部のみが浮上
している場合を示す。

【図４】本発明の高炉炉底構造を示す図で（ａ）は平面
図、（ｂ）は側面図。

【図５】（ａ）は本発明を用いた操業例を示す図、
（ｂ）は従来法による操業例を示す図。

【符号の説明】

１…高炉炉体（耐火物） ２…出銑口 ３…送風羽口 ４…レースウェイ ５…炉芯 ６…溶銑レベル ７…スラグレベル ８…高炉炉内 ９…１号出銑口 １０…２号出銑口 １１…３号出銑口 １２…４号出銑口 １３…温度センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４本以上の出銑口を有する高炉の炉底構
   造において、同一高さ位置にある２本以上の出銑口を１
   組として、高さ位置が互いに異なる２組以上の出銑口に
   よって構成された高炉炉底構造。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の炉底構造を有する高炉
   を用い、同一高さ位置にある複数の出銑口を切り換えな
   がら出銑する高炉操業において、炉床側壁部に設けた温
   度センサが示す温度が上昇傾向を示した場合に、それま
   で出銑していた組の出銑口とは異なる高さ位置の組の出
   銑口から出銑するように切り換える高炉操業方法。