JPH0959704A

JPH0959704A - 高炉での炭材の使用方法

Info

Publication number: JPH0959704A
Application number: JP21182595A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Yamaoka; 秀行山岡; Takaiku Yamamoto; 高郁山本; Takanobu Inada; 隆信稲田; Shinichi Suyama; 真一須山; Masaru Ujisawa; 優宇治澤; Shinji Kamishiro; 親司上城
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【解決手段】粉状炭材を、高炉の羽口２前方において熱
風によるコークスの燃焼によって生成する高温ガス５中
に混入させ、高温ガス気流により高炉内へ搬送し、鉱石
の還元反応に使用する。例えば、高炉の羽口上方に設置
された炉壁外面から炉内に貫通する粉状炭材供給用ノズ
ル１を通して粉状炭材を高温ガス中へ混入させる方法を
採用すればよい。【効果】コークス消費量を削減することができるととも
に、低品質のコークスや鉱石を使用することも可能で、
従来の炭材を羽口から吹き込む方法に比べてその経済的
価値は極めて大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉での炭材の使
用方法、特に高炉におけるコークス消費量を削減すると
ともに、低品質のコークスおよび焼結鉱の使用拡大を図
ることができる高炉での炭材の使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の操業においては、従来、コークス
消費量の削減を目的として、羽口からの重油吹込み、タ
ール吹込み、天然ガス吹込み、炭材（微粉炭など）吹込
みなどが実施されてきた。特に、石油価格が高騰した後
は、コークスに代えて炭材を吹き込む高炉操炉方法が検
討され、実施されている。

【０００３】例えば、特公昭６０−４３４０３号公報で
は、所定の範囲の粒度および揮発分を有する微粉炭を熱
風と共に羽口から吹き込み、かつ炉内投入水素量を所定
の範囲に制御することによって炉内反応を制御し、燃料
コストを低減し得る高炉操炉方法が提案されている。ま
た、特公昭６０−５３０８３号および特公昭６０−５３
０８１号の各公報には、粉体燃料吹込み用バーナを高炉
羽口の熱風吹込み用ブローパイプ内へ所定位置で挿入
し、粉体燃料の燃焼率を向上させる方法、および粉体燃
料の吹込み速度をブローパイプの内壁面への灰分付着の
進行状況に応じて所定の速度以上に高めることにより灰
分の付着を回避する方法が開示されている。

【０００４】これら従来の方法は、いずれも粉状の炭材
（たとえば微粉炭）を羽口から吹き込み、熱風により燃
焼させる方法で、炭材を、燃料としてコークスに替えて
利用するもので、この場合、粉状の炭材で代替した分だ
けコークス消費量を削減することができる。しかし、コ
ークス比を低下させることになるため、コークスおよび
焼結鉱の品質を改善、向上させる必要があった。コーク
ス、焼結鉱ともに品質を向上させなければ安定操業が達
成できないからであるが、品質を向上させると、それに
要する費用がコークスと代替燃料（粉状の炭材）の価格
差を上回り、炭材の羽口吹き込みの経済性が疑問視され
る場合すらあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
にコークスに代る炭材を羽口から吹込んで使用した場合
に必要となるコークス及び焼結鉱の高品質化を回避し、
さらに一層低品質のコークスや焼結鉱の使用も可能にで
きる高炉での炭材の使用方法を提供することを課題とし
てなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】高炉に鉄鉱石等とともに
装入されるコークスには、燃料としての役割と還元剤と
しての役割とがある。従来の炭材の利用は、いずれも羽
口からの吹き込みであるということから明らかなよう
に、燃料としての利用であった。しかし、コークスに替
えて炭材を使用する場合、後述するように還元剤として
利用する方が好ましい。

【０００７】本発明はこの前提のもとになされたもので
あって、その要旨は、下記及びの炭材の使用方法に
ある。

【０００８】粉状炭材を、高炉の羽口前方において
熱風によるコークスの燃焼によって生成する高温ガス中
に混入させ、高温ガス気流により高炉内へ搬送し、高炉
内における還元剤として使用することを特徴とする高炉
での炭材の使用方法。

【０００９】粉状炭材の高温ガス中への混入を、高
炉の羽口上方に設置された炉壁外面から炉内に貫通する
ノズルを通して行うことを特徴とする上記に記載の高
炉での炭材の使用方法。

【００１０】前記の粉状炭材が還元剤として関与する高
炉内における還元反応は、酸化鉄の還元反応（FeO ＋Ｃ
→Fe＋CO）や、CO₂ガス、H₂O ガスとのソリューション
ロス反応（CO₂＋Ｃ→ 2CO、H₂O ＋Ｃ→CO＋H₂）であ
る。ソリューションロス反応を生じさせるCO₂ガス、H₂
O ガスは、一般に、酸化鉄のガス還元反応の結果として
生じるものであるため、ソリューションロス反応も還元
反応とみなす。例えば、CO₂ガスは、FeO ＋CO→Fe＋CO
₂の反応により生成するが、前記のCO₂＋Ｃ→ 2CO の
反応と合わせると、全体としてFeO ＋Ｃ→Fe＋COとな
り、酸化鉄のＣによる還元反応が生じていることにな
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】上記本発明方法によって前記の課
題がどのように解決されるか、以下に説明する。

【００１２】表１は、粉状炭材を燃料として用いた場
合、および還元剤として用いた場合におけるコークス反
応負荷〔コークスの全使用量に対する浸炭（銑鉄へのＣ
の溶解）および還元に消費されるコークスの量〕を概念
的に比較して示したものである。すなわち、概数で、高
炉で銑鉄１ｔを製造するために必要なコークスを含む全
炭材を５００ｋｇとし、そのうち燃料として３５０ｋ
ｇ、還元剤および浸炭剤として１５０ｋｇ消費されると
した場合に、使用する粉状炭材２００ｋｇを全て燃料と
して用いた場合がケース１、還元剤および浸炭剤として
１５０ｋｇ、残りの５０ｋｇを燃料として用いた場合が
ケース２である。

【００１３】表１に示されるように、コークス反応負荷
は、ケース１の場合５０％であるのに対して、ケース２
では０％で、コークスは還元反応に全く消費されていな
い。

【００１４】つまり、ケース１のようにコークスの燃料
としての役割を炭材で代替させようとすると、還元剤と
しての役割はコークスが担うことになり、後述するよう
にコークスの炉内での粉化が促進されるので、粉化され
にくい高品質のコークスが必要となる。これに対して、
ケース２では炭材が還元反応に関与し、コークスは還元
反応に全く消費されないのでコークスの粉化は起こらな
い。すなわち、コークスの代替に粉状炭材の利用を考え
るとき、還元剤として利用する方が好ましいと言える。

【００１５】上記のように、従来の微粉炭吹込みでは、
吹込み量を増加させようとすると高品質のコークスを使
用する必要があったが、本発明方法にあっては、コーク
スの還元剤としての役割を炭材で代替するのでコークス
は還元反応に消費されず、コークス品質を向上させる必
要がない。さらに、低品質コークスの活用も可能とな
る。

【００１６】このように、粉状炭材を還元剤として利用
するためには、炉内に投入した粉状炭材をコークスに代
わって還元剤として機能し得る部位に確実に送り込む必
要がある。

【００１７】還元剤として機能し得る部位とは高炉の融
着層である。そのために、本発明方法では、上記のよう
に、粉末炭材を高炉の羽口前方において熱風によるコー
クスの燃焼によって生成する高温ガス中に混入させ、高
温ガス気流により高炉内へ搬送する（前記の発明）。

【００１８】そのための具体的な方策として、羽口上方
に炉壁外面から炉内に貫通するノズル（粉状炭材供給用
ノズル）を設置し、そのノズルを通して粉末炭材を炉内
に吹き込み、羽口前方で生成する高温ガス中に混入させ
てこの炭材を高温ガス気流に乗せるのである（前記の
発明）。

【００１９】図１は本発明方法を説明するための図で、
粉状炭材供給用ノズル取り付け部近傍の模式図である。
同図において、２が羽口であり、その前方にいわゆるレ
ースウエイ８と称される燃焼空間が形成されており、５
がレースウエイ８で熱風によるコークスの燃焼によって
生成し、そこから出ていく高温ガスである。１が羽口上
方に設置された炉壁外面から炉内に貫通する粉状炭材供
給用ノズルで、このノズル１を通して粉状炭材３を炉内
に吹き込み、高温ガス５に混入させる。炉内に投入され
た粉状炭材３は高温ガス５とともに高炉内に搬送され、
融着層６に達してそこで鉄鉱石の還元反応に関与する。
なお、図中に示した（７）の部分はコークス充填層をあ
らわす。

【００２０】粉状炭材を羽口前で生成する高温ガス気流
に混入させ、その気流に乗せて高炉内に搬送するのは、
この高温ガスが、熱風によりコークスが燃焼して生成し
た、ＣＯとＨ₂、Ｎ₂を主成分とするガスであって、炭
材を燃焼し、ガス化することがなく、必ず融着層を通過
するからである。また、炭材として粉状炭材を使用する
のは、粉状であれば気流に乗って流れやすく、融着層で
軟化状態にある鉱石層にほぼ１００％捕捉（トラップ）
されるからである。

【００２１】したがって、粉状炭材を高温ガスに混入さ
せる部位は、羽口と融着層との間の適切な部位であり、
レースウエイの真上部が望ましい。この部位への粉状炭
材の投入は、前記のように、羽口の上方部に炉壁外面か
ら炉内に貫通するノズルを設置し、そのノズルを介して
粉状炭材を吹き込むことにより達成することができる。

【００２２】粉状炭材の粒度は、高温ガス気流とともに
搬送され、かつ羽口から融着層に至る間に存在するコー
クス充填層の間隙を通過することができる程度に充分小
さいことが望ましい。

【００２３】融着層の近傍では、鉱石（焼結鉱、ペレッ
ト、塊鉱石）がＣで還元されるいわゆる直接還元反応
（以下、単に「還元反応」という）が生起し、粉状炭材
が消費される。粉状炭材は粒度が小さいので、その反応
性はコークスの反応性に比べて極めて高く、したがっ
て、粉状炭材がこの部位に存在すれば優先的に還元反応
に消費される。粉状炭材を使用しない場合、また、使用
しても羽口からの吹き込みの場合は、コークスが還元反
応で消費されることになるが、この反応はコークスの強
度を著しく低下させるので、前記のようにコークスの炉
内での粉化が促進される。

【００２４】上記のように、本発明方法によれば、コー
クスの還元反応による消費が抑制されるので、コークス
の強度低下が起こらず、従来よりも低品質のコークスの
使用が可能となる。また、前記のように粉状炭材の反応
性はコークスの反応性に比べて極めて高く、鉱石（焼結
鉱、ペレット、塊鉱石）の還元が促進されるため、鉱石
の被還元性が低くなっても還元遅滞の問題は発生しな
い。即ち、本発明方法によれば、粉状炭材で代替した分
だけコークス消費量を削減できることに加え、従来の微
粉炭吹込みの場合と比較してコークス並びに鉱石の品質
制約を大巾に緩和することができる。

【００２５】なお、表１に示したように、本発明方法で
使用できる粉状炭材の量には制約があるが、還元剤とし
て必要な量以上に粉状炭材を使用する場合には、本発明
方法と従来の羽口から吹き込む方法を併用すればよい。
この場合でも、粉状炭材が優先的に鉱石の還元反応に消
費されるので、コークス及び鉱石の品質制約を緩和でき
ることは明かである。

【００２６】

【実施例】試験高炉を用いて本発明方法を実施し、その
有効性を確認した。

【００２７】試験高炉は、炉内径８００ｍｍ、高さ５．
５ｍで、羽口を３本（１２０゜間隔）有しており、各々
の羽口の上方３００ｍｍの位置に炉壁から炉内に貫通す
るノズルを設置して、Ｎ₂ガスにより粉状炭材を吹き込
んだ。

【００２８】粉状炭材としては、平均粒径０．５ｍｍ以
下に粉砕した石炭（Ｃ：７５％、Ｈ：４％、Ｏ（酸
素）：８％及びＮ：１．４％）を使用した。

【００２９】コークスは、平均粒径２０ｍｍ、Ｃ：８８
％、Ｈ：０．５％、及びＮ：０．５％で、Ｉ型ドラム強
度が８８％、８５％、及び８２％のものを使用した。

【００３０】鉱石は焼結鉱で、平均粒径８ｍｍ、Ｔ．Ｆ
ｅ：５７％、ＪＩＳに規定される還元性が７０％、６５
％、及び６０％のものを使用した。

【００３１】本発明方法を実施するに際しては、粉状炭
材比を２００ｋｇ／ｔとし、その５０％を羽口上方のノ
ズルから吹き込み、残り５０％を羽口から吹き込んだ。
なお、比較のために、粉状炭材（２００ｋｇ／ｔ）を全
て（１００％）羽口から吹き込む方法を実施した。ま
た、ベースとして、炭材を使用しない試験も行った。

【００３２】試験結果を表２に示す。この結果に示され
るように、同一原料条件（即ち、コークス強度及び鉱石
の還元性が同じ）では、本発明例の方が比較例に比べて
コークス比が小さく、コークス削減量が大巾に向上した
（ケース１と７、２と８、・・・、または５と１１の比
較）。なお、比較例であってもコークス消費量を大幅に
削減できるのは、ベースとの比較から明かである。

【００３３】また、コークス削減量（即ち、コークス
比）を同一とした場合、コークス及び鉱石の品質の大巾
な緩和が可能となった（ケース６と１２の比較）。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】本発明方法によれば、コークス消費量を
削減することができるとともに、低品質のコークスや鉱
石を使用することも可能で、従来の炭材を羽口から吹き
込む方法に比べてその経済的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を説明するための図で、粉状炭材供
給用ノズル取り付け部近傍の模式図である。

【符号の説明】

１：粉状炭材供給用ノズル、２：羽口、３：投入された
粉状炭材、４：高温ガス気流に乗って上昇する粉状炭
材、５：レースウエイから出る高温ガス、６：誘着層、
７：コークス充填層、８：レースウエイ、９：炉体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須山真一大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者宇治澤優大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者上城親司大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粉状炭材を、高炉の羽口前方において熱風
によるコークスの燃焼によって生成する高温ガス中に混
入させ、高温ガス気流により高炉内へ搬送し、高炉内に
おける還元剤として使用することを特徴とする高炉での
炭材の使用方法。
【請求項２】粉状炭材の高温ガス中への混入を、高炉の
羽口上方に設置された炉壁外面から炉内に貫通するノズ
ルを通して行うことを特徴とする請求項１に記載の高炉
での炭材の使用方法。