JPH11217606A - 高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｚｎ等の揮発性元素が炉壁に付着して、装入
物の荷下がりに悪影響を及ぼしていた。 【目的】 装入物の荷下がりに悪影響を及ぼすことな
く、高濃度の揮発性元素を含有するダスト類を揮発処理
する。 【解決手段】 炉頂から鉄鉱石２およびコークス３を装
入するとともに、羽口５から熱風等を吹き込んで製銑を
行う高炉の操業方法であって、高炉１の半径方向におけ
る炉中心部に高濃度の揮発性元素を含有するダスト類を
限定装入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炉頂から鉄鉱石お
よびコークスを装入するとともに、羽口から熱風等を吹
き込んで製銑を行う高炉操業方法に係り、特に高濃度の
揮発性元素を含有するダストを原料として炉内に混入し
て揮発処理する高炉の操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】未還元鉱石から銑鉄を製造する方法とし
ては、これまでに種々開発されてきたが、今日でも高炉
法がその主流となっている。この高炉法では、炉頂から
装入された原料は降下していく間に、下から上に向かっ
て流れる高温ガスによって十分に予熱されるとともに、
酸化鉄は一酸化炭素（ＣＯ）により、６０％以上の比率
で間接還元される。高炉法では、このような間接還元率
を確保するために、羽口前にレースウェイ空間を設け、
ここで、ηCO（＝ＣＯ₂ ／（ＣＯ＋ＣＯ₂ ））＝０の還
元ガスを製造するようにしている。また、上記の高温ガ
スとなる燃焼ガスの温度を高めるために、送風温度は１
０００℃以上としている。

【０００３】このような高炉における操業状況の変動要
因として、高炉内での循環成分（アルカリ，亜鉛等）の
挙動があり、従来より循環成分の挙動に関する研究が数
多くなされている。亜鉛に関しては、炉壁部に付着物を
生成して装入物の安定降下を阻害することが判ってお
り、高炉内への亜鉛装入量は０．１５ｋｇ／ｔを上限と
して管理されているのが現状である。

【０００４】製鉄所内で発生するダスト類のうち、特に
亜鉛関係のダストスラッジについては、所内利用や外販
を行っても全量を処理するこはできず、所内に埋立て処
分されている。一方、例えば高炉二次灰等は亜鉛を除く
と、鉄分，Ｃを含有するため、資源として利用すること
が可能である。

【０００５】特に、近年多用されている自動車用防錆鋼
板は亜鉛めっきを施したものであり、外鋼板をプレス加
工する過程で発生するプレス屑あるいは排車から回収さ
れる鋼屑は亜鉛を随伴している。これらプレス屑、鋼屑
等をスクラップとして使用すると、回収される製鋼ダス
ト中に亜鉛（Ｚｎ）が介在することになる。亜鉛含有製
鋼ダストは、従来、亜鉛含有量が少ない場合は焼結鉱原
料として使用されていたが、亜鉛含有量の増加に伴って
高炉の壁面部に付着物を生成するなどの悪影響が無視で
きなくなり、製銑工程では使用困難になっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の高炉の操業方法において、例えば高亜鉛濃度のダスト
塊成鉱のように高濃度の揮発性元素を含有するダスト類
を高炉内に原料として混入すると、炉内でＺｎが酸素と
反応してＺｎＯとなり、炉壁部の煉瓦等に付着して装入
物の荷下がりに悪影響を及ぼすという問題があった。し
たがって、高亜鉛濃度のダスト塊成鉱の装入量を０．１
５ｋｇ／ｔを上限として管理する必要があり、高濃度の
揮発性元素を含有するダスト類の処理方法の開発が望ま
れている。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑み、高濃度の揮発
性元素を含有するダスト類を揮発処理して炉壁部への付
着物の生成を防止し、ダスト中の鉄分を資源として利用
するとともに、揮発成分の濃縮回収を行うことができる
高炉の操業方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係る高炉の操業方法は、炉頂から鉄鉱石および
コークスを装入するとともに、羽口から熱風等を吹き込
んで製銑を行う高炉の操業方法において、高炉の半径方
向における炉中心部に高濃度の揮発性元素を含有するダ
スト類を限定装入するようにしたものである。

【０００９】また、前記高濃度の揮発性元素を含有する
ダスト類の装入量は、原料の全装入量に対して２０％を
上限とする。さらに、前記高濃度の揮発性元素を含有す
るダスト類は、塊成化処理して炉内に装入され、塊成化
された高濃度の揮発性元素を含有するダスト類の粒度
は、１０〜２０ｍｍの範囲であることが好ましい。そし
て、前記高濃度の揮発性元素を含有するダスト類とし
て、高亜鉛濃度のダスト塊成鉱を採用する。

【００１０】本発明は、例えば高亜鉛濃度のダスト塊成
鉱のように、高濃度の揮発性元素を含有するダスト類を
高炉で揮発処理するプロセスを開発したものである。す
なわち、高炉の半径方向における炉中心部のみに高濃度
の揮発性元素を含有するダスト類を限定装入することに
より、例えばＺｎ，Ｓｎ等のような揮発性元素が炉壁方
向に飛散することなく、炉中心部を蒸発して炉頂から排
出される。したがって、揮発性元素の炉壁煉瓦等への付
着が防止され、装入物の荷下がりに悪影響を及ぼすこと
はない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
添付図面に基づき詳細に説明する。まず、本発明の操業
方法に用いる高炉について説明する。図１は、高炉内の
状況を示す概略図である。図示するように、高炉１は上
部へ向けて順次縮径された有底筒体状を呈しており、そ
の炉頂からは鉄鉱石２および固体燃料３が装入され、側
壁下部に設けられた羽口４からは熱風とともに酸素や微
粉炭が吹き込まれて製銑を行っている。 炉内下部に位
置する炉芯５は固体燃料３が詰まった層であり、溶銑６
およびスラグ７から浮力を受けて浮力と荷重の大小によ
って下面は溶銑中に浮遊または炉底に沈下している。な
お、高炉１の上部には、その半径方向における炉周辺部
と炉中心部とに装入物を選択装入しうる不図示の炉頂装
入装置が設けられている。また、高炉１の上部には、炉
上部から排出されるガスを導入するための不図示のダク
トが接続されており、このダクトには揮発成分回収装置
が介設されている。

【００１２】このような高炉１を使用して、本実施形態
の高炉の操業方法は以下のように実施される。すなわ
ち、本実施形態の高炉の操業方法は、炉上部から炉頂装
入装置を使用して鉄鉱石２および固体燃料３を装入する
が、この装入作業において、図２に示すように、高炉１
の半径方向における炉中心部に、高濃度の揮発性元素を
含有するダスト類を限定装入する。鉄鉱石２としては、
例えば赤鉄鉱，磁鉄鉱，焼結鉱等の未還元鉱石が採用さ
れ、固体燃料３としては、４０〜５０ｍｍ程度の粒径の
コークスが採用される。

【００１３】高濃度の揮発性元素を含有するダスト類と
しては、例えば亜鉛粉ダスト，亜鉛屑，スズ粉ダスト，
スズ屑，製鋼ダスト，高炉２次灰等が挙げられる。高濃
度の揮発性元素を含有するダスト類は、高炉１の炉中心
部における通気性を良好に維持するため、非焼結ペレッ
ト化や含Ｃ塊成化等により、１０〜２０ｍｍ程度に塊成
化を施して装入することが好ましく、本実施形態では高
亜鉛濃度のダスト塊成鉱を採用する。塊成化した高濃度
の揮発性元素を含有するダスト類の粒径を１０〜２０ｍ
ｍの範囲で設定したのは、１０ｍｍ未満であると炉中心
部の通気性が阻害されるおそれがあり、２０ｍｍを超え
ると充填率が低下して処理量が減少するからである。例
えば、非焼結ペレットの製造工程は、亜鉛屑等をロッド
ミルやボールミル等で粉砕する粉砕工程と、粉砕した原
料をペレタイザーに装入して生ペレットを製造する造粒
工程とからなっている。

【００１４】また、高濃度の揮発性元素を含有するダス
ト類の装入量は、例えば原料装入量を１ｔとした場合約
５０〜１００ｋｇ／ｔ程度であり、原料の全装入量に対
して２０％を上限として装入する。高濃度の揮発性元素
を含有するダスト類の装入量を２０％を上限としたの
は、亜鉛含有ダスト塊成鉱の装入部位を高炉の中心部位
に限定する必要があり、平均Ｏ／Ｃで装入される理想の
装入条件において無次元半径で０．３以内に装入するた
めの条件である。無次元半径０．３を超えて高濃度亜鉛
ダスト塊成鉱を装入すると、炉壁部に亜鉛付着物が生成
し始める傾向にあり、装入物の安定降下を阻害する可能
性がある。

【００１５】本実施形態における炉中心部とは、炉内の
比較的低熱流比部位を意味しており、高炉１の半径方向
における無次元半径０．３以内の範囲をいう。

【００１６】高炉にはベル式装入装置が設置されている
ベル式高炉と、ベル式装入装置が設置されていないベル
レス高炉とがあるため、中心限定装入モードや中心限定
装入装置を設置する必要性の有無を検討する。具体的に
は、ベルレス式高炉の場合、中心限定装入は可能であ
り、問題ないが、ベル式高炉の場合、中心限定装入モー
ドで装入した条件でも中心部位に装入できるが、操業に
よっては中間部にも高Ｚｎ濃度ダスト塊成鉱が装入され
るケースもあり、長期間の連続装入を前提とした場合に
は、中心限定装入装置が必要な場合がある。

【００１７】また、１／３モデル実験により炉内ガス流
の解析を行ったところ、以下のような結果が得られた。
すなわち、高炉半径方向で無次元半径０．３以内の領域
に関しては、ガス流は中心流化しており、炉内に装入さ
れた亜鉛は炉壁部位に拡散することなく炉頂に排出され
ることを示唆する。

【００１８】例えば、高炉内に亜鉛（Ｚｎ）を装入する
と、図３のような挙動を示すと考えられる。すなわち、
炉内に装入されたＺｎは、ＣＯガスによって酸化され
る。一方、速度論的に酸化されずに残ったＺｎは、１０
００℃近傍（シャフト下部）で揮発する。ＺｎがＣＯガ
スによって酸化されるとＺｎＯとなり、ＺｎＯは１１０
０℃近傍の還元雰囲気においてＺｎガスとなり、その上
昇過程で酸化されてＺｎＯの微粉として炉外に排出され
るか、もしくは装入物に付着して濃縮循環するか、また
は炉壁部に付着する。一方、酸化されずに残ったＺｎ
は、加熱されＺｎ蒸気として炉外に排出される。したが
って、高炉１の半径方向の炉中心部のみにＺｎを装入す
れば、ＺｎＯが炉壁方向に飛散することなく、炉中心部
をＺｎＯまたはＺｎが蒸発上昇して炉頂から排出される
ことになる。これにより、ＺｎＯの炉壁煉瓦等への付着
が防止され、装入物の荷下がりに悪影響を及ぼすのを回
避することができる。

【００１９】よって、高亜鉛濃度のダスト塊成鉱を高炉
１の半径方向における炉中心部へ装入した場合、炉壁部
への付着物の生成を防止することができるだけでなく、
ダスト塊成鉱中の鉄分を資源として有効利用することが
できるとともに、揮発成分であるＺｎを積極的に濃縮回
収することができるものである。なお、炉頂から排出さ
れるＺｎＯおよびＺｎ蒸気は、高炉１の上部に設けたダ
クトを通過し、このダクトに介設された揮発成分回収装
置によって濃縮回収される。揮発成分回収装置として
は、例えば電気集塵器等を採用することができる。この
ように揮発成分である亜鉛等の濃縮回収を達成すること
ができれば、例えば亜鉛製品としての利用価値が生ずる
ことになる。また、亜鉛等の揮発性元素は揮発成分回収
装置により積極的に回収され、空気中に飛散することが
ないので、公害対策にも優れ、又、所内における埋立て
費用をも解消することができるものである。

【００２０】

【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。対象高炉は内容積４０００ｍ3 級の大型高炉
であり、焼結鉱を主体とし、粒度が１０〜２５ｍｍの通
常冶金用小塊コークスを混合した鉄鉱石と通常冶金用コ
ークスを炉頂より交互に装入し、高炉羽口から微粉炭を
熱風と共に吹込み、出銑量９０００ｔ／日で操業してい
る。表１に検討状況の詳細を示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】実施例１は高濃度の揮発性元素を含有する
ダスト塊成鉱（Ｚｎ濃度２ｗｔ％）を、原料の全装入量
に対し２０％装入した例で、装入位置は炉内無次元半径
＜０．３の範囲内となるように、装入物分布制御した。
比較例１は実施例１の操業において、装入位置を炉内無
次元半径＞０．３の部位にまで拡張した例、比較例２は
実施例１において装入量を２５％に増量した例である。
実施例１は長期的に安定した操業が継続されているが、
比較例１、２はＺｎＯの炉壁付着が原因と思われる原燃
料の荷下がり不順が、ダスト塊成鉱を装入し初めてか
ら、数日後に生じ始め、高炉操業が悪化傾向となった。
実施例２は、高Ｚｎ濃度ダスト塊成鉱（Ｚｎ濃度４ｗｔ
％）を、原料の全装入量に対し５％装入した例で、装入
位置は炉内無次元半径＜０．３の範囲内となるように、
装入物分布制御した。比較例３は実施例２の操業におい
て、装入位置を炉内無次元半径＞０．３の部位にまで拡
張した例である。実施例２は長期的に安定した操業が継
続されているが、比較例３はＺｎＯの炉壁付着が原因と
思われる原燃料の荷下がり不順が生じ始め、長期安定操
業に支障となる傾向が認められた。本発明による高炉操
業法は、高揮発分を含有するダストの高炉使用法を提案
したもので、ダスト中の鉄分を資源として利用できるこ
とが明らかになった。また、炉頂発生ダスト中にはＺｎ
が濃縮されており、Ｚｎの資源化も可能と推察される。

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る高炉の
操業方法によれば、高炉の半径方向における炉中心部に
高濃度の揮発性元素を含有するダスト類を限定装入する
ようにしたので、高濃度の揮発性元素を含有するダスト
類を揮発処理して炉壁部への付着物の生成を防止し、ダ
スト中の鉄分を資源として利用するとともに、揮発成分
の濃縮回収を行うことができるという優れた効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高炉の操業方法の一実施形態に使
用する高炉を示す概略図である。

【図２】本実施形態の高炉の操業方法における原料およ
び固体燃料の装入状況を示す概略図である。

【図３】高炉内にＺｎを装入した場合の挙動を説明する
概略図である。

【符号の説明】

１ 高炉 ２ 鉄鉱石 ３ 固体燃料（コークス） ４ 羽口 ５ 炉芯 ６ 溶銑

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】炉頂から鉄鉱石およびコークスを装入する
   とともに、羽口から熱風等を吹き込んで製銑を行う高炉
   の操業方法において、 高炉の半径方向における炉中心部に高濃度の揮発性元素
   を含有するダスト類を限定装入するようにしたことを特
   徴とする高炉の操業方法。
2. 【請求項２】前記高濃度の揮発性元素を含有するダスト
   類の装入量は、原料の全装入量に対して２０％を上限と
   することを特徴とする請求項１に記載の高炉の操業方
   法。
3. 【請求項３】前記高濃度の揮発性元素を含有するダスト
   類は、塊成化処理して炉内に装入されることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の高炉の操業方法。
4. 【請求項４】前記塊成化された高濃度の揮発性元素を含
   有するダスト類の粒度は、１０〜２０ｍｍの範囲である
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに
   記載の高炉の操業方法。
5. 【請求項５】前記高濃度の揮発性元素を含有するダスト
   類として、高亜鉛濃度のダスト塊成鉱を採用することを
   特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
   高炉の操業方法。