JP2001234213A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、高炉羽口より微粉炭を吹き込む高
炉操業において、送風空気中へ酸素富化を行うと共に高
炉炉頂部から金属鉄を装入し、高炉羽口先のレースウェ
イ内での燃焼温度を最適状態に調節し、コークス使用量
の低減を図ると共に高炉出銑比の増大を達成できる高炉
操業方法を提供する。 【解決手段】 微粉炭吹き込みを実施している高炉の操
業において、送風空気中へ富化する酸素濃度と高炉炉頂
から装入する金属鉄との両者の兼ね合いで、前記両者の
量を調整し羽口先のレースウェイ内での燃焼温度を調節
することを特徴とする高炉操業方法。 【効果】 本発明によれば、高炉羽口先のレースウェイ
内での燃焼温度を最適状態に調整管理することができ、
安定した高炉操業を維持しつつコークス使用量の低減が
図られ、高炉での出銑比の増大も達成することができ
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、高炉羽口より微粉
炭を吹き込む高炉操業において、送風空気中へ酸素富化
を行うと共に高炉炉頂部から金属鉄を装入し、高炉羽口
先のレースウェイ内での燃焼温度を最適状態に調節し、
コークス使用量の低減を図ると共に高炉出銑比の増大を
達成できる高炉操業方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から高炉において必要燃料（還元
材）としてのコークスを減らすことは、製鉄用石炭の賦
存の乏しい我国においては、いわゆる省資源、省エネル
ギー、製造コスト低減等の観点から大きい課題となって
いた。このため過去から現在に至るまでいくつもの技術
的開示がなされ、適切に対応することによって顕著な効
果をあげている。その中で送風に関する技術としては、
高圧力化、高温度化、酸素添加、湿分調整等があるが、
これらの諸操作はいずれも容易に実施できるものではな
く、かなりの設備および費用を必要とする。したがっ
て、得られる効果との兼合からみて経済的に成り立つも
のは適宜採用されている。

【０００３】一般に高炉内では、乾燥、還元、溶解、燃
焼、精錬等の諸工程が存在するが、これらはいずれも熱
の出入を伴うもので、その効率は高炉の熱的レベルおよ
びその変動等により影響される。したがって、例えば大
気中に存在する湿分が高炉内に導入されれば、水分を水
素と酸素に分解するために分解熱を必要し、炉内の熱的
レベルを引下げる。また昼間、夜間の大気湿度の変化お
よび季節の湿度変化は炉内の熱的レベルの変動を伴い、
高炉操業の安定を妨げることになり、その結果高炉での
必要燃料消費量を増加させることになる。

【０００４】一方、近年コークスを微粉炭に置き換えて
製造コストの低減を図ろうとする技術が、一般的傾向と
して採用される情勢下にある。微粉炭の吹き込みは高炉
下部の送風導入用羽口部から行われ、ここで微粉炭の熱
分解（ガス化）が行われ還元性ガスを生成する。この際
多くの微粉炭を吹き込むことは多大の分解熱を必要とす
るため、その熱的レベルを引き下げて前記湿分の場合と
同様に高炉操業の安定を阻害する。

【０００５】したがって、この対策として一つは送風の
温度を上げる方策がとられ、また他の方策として送風中
に酸素添加（富化）を行って熱的レベルの低下防止を図
っている。従来の一般的な高炉操業では吹き込み微粉炭
量は製造銑鉄トン当たり５０〜１００ｋｇであり、酸素
添加は純度９９％以上の純酸素を用い、通常の大気酸素
含有量（２１％）に対して２〜４％程度増加させてい
た。

【０００６】さらにまた近年においては、微粉炭を多量
に吹き込む高炉操業法が注目を浴びてきている。この微
粉炭多量吹き込み操業において、最近では１５０ｋｇ／
ｔ−ｐ以上の吹き込みを行う操業も一部で試みられてい
る。しかしながら、微粉炭の多量吹込みに伴う問題とし
て、吹き込み量が増大するに従って、送風中に添加され
る富化酸素量も増加を余儀なくされる点が指摘されてい
る。

【０００７】一般に高炉操業では、安定操業のために炉
頂温度を一定温度以上、また設備的な制約からは一定温
度以下の温度範囲に保持する必要があるが、微粉炭の吹
込み量が増大すると、それに伴って高炉上部のガスと固
体の熱容量流量の比（熱流比）が低下し、炉頂温度が上
昇して、許容限界の上限値を超えるおそれが生じてく
る。このため、少なくとも微粉炭の吹込み量が１５０ｋ
ｇ／ｔ−ｐ以上の多量吹き込み操業では、後述するよう
に酸素富化率を上げて炉内ガス量の低減を図ることが不
可欠と考えられている。しかしながら、酸素富化の吹き
込み酸素量当たりのコストは、空気の２〜２．５倍であ
るため、酸素富化量を増大させることは溶銑コストの上
昇を招き、微粉炭吹き込みのメリットを低減させること
になる。

【０００８】また、微粉炭の吹き込み量の増大に起因し
た炉内通過ガス量の増加、炉頂温度の上昇は、高炉上部
の装入物による圧力損失の増大を招くため、多量の出銑
量を得ようとする高出銑比操業を非常に困難なものとし
ている。したがって、微粉炭の吹き込み量が１５０ｋｇ
／ｔ−ｐ以上の多量吹き込み操業では、酸素富化による
吹き込みガス量の低減が不可欠とされていた。

【０００９】前記に述べたように送風空気中に酸素を富
化すると相対的に送風空気中の窒素濃度は当然のことな
がら低下する。その結果、羽口先のレースウェイ内でコ
ークス（微粉炭）と送風空気中の酸素によって反応生成
する燃焼ガス量も窒素含有量が減少する分だけ全体的に
みて総発生ガス量は低減する。

【００１０】高炉における溶銑の生産量が一定の範囲に
保たれている状態においては、高炉内の全ガス量中にお
ける窒素量が低減した分だけ、高炉装入物内を通過する
単位時間当たりのガス量も低下し、高炉内での上昇ガス
流速が小さくなり圧損の低下となって現れ、その結果、
高炉内での通気性が改善される。したがって通気性が改
善された分だけ送風空気量を増大させることができ、溶
銑の生産量を増加させることが可能となる。

【００１１】従前より送風空気中に酸素を添加する技術
が多く開示されており、例えば、高炉への粉体燃料吹込
方法（特公平１−２９８４６号公報）が提案されてい
る。これは、高炉羽口から粉体燃料吹込用バーナを通
し、熱風吹込用ブローパイプ内へ微粉炭等の粉体燃料を
吹き込むに当たって、熱風中の酸素濃度を２３容量％以
上とするものであり、ブローパイプ内への供給熱風温度
を低下させることなく十分なる燃焼率を得るにある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、送風空気中に
酸素富化（酸素濃度の上昇）を行うことによって、羽口
からの微粉炭吹き込み量一定（高炉操業上望ましい）の
操業下では、羽口先のレースウェイ内の燃焼温度が上昇
し、管理限界温度（通常高炉においては燃焼温度のバラ
ツキによる炉況不安定を防ぐため一定の範囲内に納まる
よう管理している）を超える事態が発生する。レースウ
ェイ内の温度が必要以上に上昇すると、レースウェイ内
でのコークスの粉化が生じ易くなり、発生したコークス
粉による棚吊り、スリップ等の炉況不調をきたし、減風
などの処置を執ることによってこの炉況不安定を解消す
る操作を余儀なくされる。

【００１３】従来このような燃焼温度の上昇に対する降
下対策としては、羽口から供給する微粉炭比を上昇せ
しめて、微粉炭のガス分解（吸熱反応）に要する熱量が
増大せしめることによって間接的に燃焼温度の降下を行
う。蒸気を送風空気中に添加し、と同様に水蒸気の
熱分解に要する熱量によって温度降下を狙う。送風す
る空気の温度を低温に抑えた送風を行うという方策がと
られていた。しかし、これらの対応策はについては微
粉炭吹き込み能力の増強を必するための設備投資が必要
となり、設備費が増大する。、についてはコークス
比が上昇するという欠点が存在する。このような状況下
で微粉炭比を一定の基の羽口先のレースウェイ内での燃
焼温度を管理限界内の一定の範囲内に収め、安定した操
業が行うことができるような高炉操業方法が求められて
いた。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来方
法における問題点を解決するためになされたものであっ
て、その要旨するところは、下記手段にある。 （１） 微粉炭吹き込みを実施している高炉の操業にお
いて、送風空気中へ富化する酸素濃度と高炉炉頂から装
入する金属鉄との両者の兼ね合いで、前記両者の量を調
整し羽口先のレースウェイ内での燃焼温度を調節する高
炉操業方法。 （２） 前記羽口先のレースウェイ内での燃焼温度を調
節するに当たり、送風空気中へ富化する酸素濃度を先に
設定し、それに見合う量の金属鉄を高炉炉頂から装入す
る（１）記載の高炉操業方法。 （３） 前記羽口先のレースウェイ内での燃焼温度を調
整するに当たり、高炉炉頂から装入する金属鉄の量を先
に設定し、それに見合う量の酸素濃度を送風空気中へ富
化する（１）記載の高炉操業方法。

【００１５】（４） 前記羽口先のレースウェイ内での
燃焼温度を調節するに当たり、送風空気中へ富化する酸
素濃度を８％以内とした（１）ないし（３）のいずれか
に記載の高炉操業方法。 （５） 前記羽口先のレースウェイ内での燃焼温度を調
整するに当たり、高炉炉頂から装入する金属鉄の量を４
００ｋｇ／ｔ以内とした（１）ないし（３）のいずれか
に記載の高炉操業方法。 （６） 前記金属鉄として還元鉄を使用するに際して
は、還元鉄の還元度合いに応じ、金属鉄の量を決定する
（１）ないし（３）または（５）のいずれかに記載の高
炉操業方法。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明者らは、送風空気中への酸
素富化を伴う高炉羽口よりの微粉炭吹き込み操業におけ
る羽口先のレースウェイ内燃焼温度の管理の重要性に着
目し、送風空気中への酸素富化によって上昇する羽口先
レースウェイ内の燃焼温度を一定の管理限界内に収める
べく種々検討を行った結果、羽口先のレースウェイ内の
燃焼温度を降下させるためには、先に述べた燃焼温度降
下技術以外でコスト増加に繋がることなしに容易に採用
できる技術として金属鉄（スクラップ，還元鉄等を総称
する）の装入（以下、メタリックチャージと呼ぶ）を思
い付いた。

【００１７】すなわち、メタリックチャージを採用すれ
ば高炉のコークス比（燃料比）を低減できる。これは鉄
鉱石であればその還元に還元材（コークス）を必要とす
るが、スクラップであれは溶解するのみでよく、また、
還元ペレットではその還元率にもよるが鉄鉱石に比し、
通常は還元に要する還元材量が少なくて済み、その分コ
ークス比を低減することができる。その結果、羽口先の
レースウェイ内でのコークスと送風空気中の酸素によっ
て反応生成する燃焼ガス量をコーク比の減少する分だけ
低減する。このことは前述の酸素富化操業と共通の操業
効果を期待できる。

【００１８】メタリックチャージそのものについては、
特開平５−２９５４１０号の他数件の発明が既に開示さ
れているが、後述するように本発明と同様の考え方に基
づいて発明されたものはない。前述したように高炉の羽
口先レースウェイ内の燃焼温度は、送風温度、送風湿
度、酸素富化、液体燃料吹き込み、気体燃料吹き込み、
微粉炭吹き込み等種々のの要因による操業条件の変動に
応じて変化する。

【００１９】一方、高炉を順調に操業するためには、こ
の羽口先レースウェイ内の燃焼温度の管理が重要な事項
である。たとえば炉頂から装入されるコークスの一部を
羽口を通して吹き込む微粉炭で置き換える場合には、エ
ネルギー当量を考慮すると同時に、羽口先レースウェイ
内における燃焼温度が適切な範囲から外れないようにし
なければならない。

【００２０】すなわち、高炉操業条件を変更した場合
（特に羽口を通して吹き込む微粉炭の質・量）には、羽
口先レースウェイ内の燃焼条件が変わるので、その影響
を考慮し、エネルギー管理と同時に燃焼温度も管理しな
ければならない。

【００２１】前記において説明したようにメタリックチ
ャージにおいては、コークス比を低下できるため送風空
気量を減少でき、微粉炭比（溶銑１ｔを製造するのに使
用する微粉炭の量）一定操業下においでは、送風空気量
当たり微粉炭の量が増加するため、レースウェイ内での
燃焼温度を降下させる作用を有する。このようにメタリ
ックチャージでは、酸素富化送風での作用とは逆の作用
を発揮するため、これら両者を共存させた高炉操業を行
うならば、両者のデメリットをそれぞれが打ち消し合
い、総体的にみて大きなメリットに変更し得ることが可
能となる。

【００２２】すなわち、それぞれ単独では問題点とされ
ていた酸素富化による羽口先レースウェイ内燃焼温度の
上昇作用と、メタリックチャージによる羽口先レースウ
ェイ内燃焼温度の降下作用を積極的に組み合わせてやる
ことによって、それぞれの持っていた欠点を互いに補い
合い互助効果を発揮せしめることができ、羽口先レース
ウェイ内の燃焼温度を管理限界範囲内に収めることがで
き、高炉内での通気改善、生産性の向上を図ることが容
易となる。

【００２３】羽口先レースウェイ内の燃焼温度は、送風
空気中に富化する酸素量とメタリックチャージ量によっ
て上・下することは前記した説明の通りであり、通常の
微粉炭吹き込み操業中の高炉においては、管理すべき燃
焼温度限界範囲を予め設定しておき、その範囲を満足せ
しめるために送風空気中への酸素富化量または、メタリ
ックチャージによる金属鉄量の両者のうち、どちらか一
方の量を決めて置くならば、羽口先レースウェイ内の燃
焼温度の上昇または下降量に応じもう一方の量も自ずか
ら定めることができる。

【００２４】本発明者らの経験によれば通常の操業を行
っている内容積３３００ｍ³ の高炉で羽口より微粉炭を
１３０ｋｇ／ｔ−ｐ程度、送風量１０００Ｎｍ³ ／ｔ−
ｐ程度、送風温度１２００℃程度の高炉においては、送
風空気中への酸素富化量を１％増すと、羽口先レースウ
ェイ内における燃焼温度は約５０℃上昇する。

【００２５】一方、金属鉄として還元鉄（金属化率９５
％）を１００ｋｇ／ｔ−ｐ炉頂から装入すると、羽口先
レースウェイ内における理論燃焼温度は約２５℃降下す
る。したがって、燃焼温度の管理限界を予め設定し、酸
素富化量を決めることによってそれに応じて装入すべき
金属鉄量が一義的に求められる。なお、金属鉄として還
元鉄を使用する場合は、その還元されている度合を考慮
に入れる必要がある。一般的に還元度合（金属化率）が
大きい程コークス比の低下量と送風空気量の減少量が大
きくなり、微粉炭比一定では燃焼温度を低下せしめる作
用が大きい。

【００２６】図１および図２には前記の関係を図示し
た。すなわち、図１は送風空気中への酸素富化量と理論
燃焼温度の上昇量の関係，図２は装入金属鉄（金属化率
９５％の還元鉄）量と理論燃焼温度の降下量の関係を示
す。また、図３は管理限界内の理論燃焼温度（２１００
〜２３００℃）を維持するための酸素富化量に対する装
入金属鉄（金属化率９５％の還元鉄）の必要量の関係を
示した。なお、図３におけるＴｆは理論燃焼温度を示
し、（Ｔｆ）毎にその傾向を表したものである。

【００２７】本発明を実施するに際しては、羽口先のレ
ースウェイでの燃焼温度の管理限界を予め定め、送風空
気中に富化する酸素濃度を先に設定するか、または、高
炉炉頂より装入する金属鉄の量を先に設定するかは、そ
の時の高炉操業状況がいかなる状態にあるかによって何
れを優先させてもよく、種々の状況の変化に応じて考慮
し柔軟に対処すべきである。

【００２８】なお、本発明においては送風空気中に富化
する酸素量を無制限に多量使用することは、酸素高炉的
な様相を呈し、コストアップに繋がり経済的な効果を低
減する惧れがあるので、通常の高炉操業においては８％
程度以内に止めておくべきである。また、装入する金属
鉄についても同様な観点から、多量に使用することは、
キューポラの操業に近ずいた役割を果たすことになり、
高炉本来の目的から逸脱するので、通常の高炉操業にお
いては多くとも４００ｋｇ／ｔ程度が限界である。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実際の高炉に適用した実施例
について説明する。操業を行った高炉は内容積３３００
ｍ³ を有し、微粉炭吹き込み中のベルレス高炉である。
表１に本発明での実施条件とその結果を示した。同時に
比較のために従来例と比較例についても同表に同様に示
した。

【００３０】実施番号７は従来例として示したもので、
酸素富化は行ったが、金属鉄を用いなかった例である。
実施番号１〜６は本発明例を示したもので、実施番号１
〜３は酸素富化量を多目に使用し、金属鉄の種類として
スクラップと還元鉄を用い、還元鉄については金属化率
を変え２種類について実施したものである。実施番号４
〜６は酸素富化量を少な目に使用し、その他は実施番号
１〜３と同様にして実施した例である。

【００３１】

【表１】

【００３２】何れの操業においても従来例に比し燃料比
の低減が図られ、かつ出銑比も増大しており、概ね安定
した炉況状態にあったため、減風を必要とすることなく
操業を継続できた。一方、これに対し比較例として示し
た実施番号８については、金属鉄として還元鉄を多く使
用した例であり、実施番号９は、金属鉄を全く使用しな
かった例である。これら比較例では炉況が不安定とな
り、余儀なく減風を行わなければならず、さらには炉況
異常の発生が起こり操業そのものの継続が不可能とな
り、設定条件での操業を中断せざるを得なかった。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、羽
口より微粉炭を吹き込む高炉操業において、送風空気中
へ酸素富化を行うと共に高炉炉頂部から金属鉄を装入す
ることにより、高炉羽口先のレースウェイ内での燃焼温
度を最適状態に調整管理することができ、安定した高炉
操業を維持しつつコークス使用量の低減が図られ、高炉
での出銑比の増大も達成することができる等優れた効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】送風空気中への酸素富化量と理論燃焼温度の上
昇量の関係を示した図。

【図２】装入金属鉄の量と理論燃焼温度の下降量の関係
を示した図。

【図３】管理限界内の理論燃焼温度を維持したときの送
風空気中への酸素富化量と装入金属鉄量との関係を示し
た図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微粉炭吹き込みを実施している高炉の操
   業において、送風空気中へ富化する酸素濃度と高炉炉頂
   から装入する金属鉄との両者の兼ね合いで、前記両者の
   量を調整し羽口先のレースウェイ内での燃焼温度を調節
   することを特徴とする高炉操業方法。
2. 【請求項２】 前記羽口先のレースウェイ内での燃焼温
   度を調節するに当たり、送風空気中へ富化する酸素濃度
   を先に設定し、それに見合う量の金属鉄を高炉炉頂から
   装入することを特徴とする請求項１記載の高炉操業方
   法。
3. 【請求項３】 前記羽口先のレースウェイ内での燃焼温
   度を調整するに当たり、高炉炉頂から装入する金属鉄の
   量を先に設定し、それに見合う量の酸素濃度を送風空気
   中へ富化することを特徴とする請求項１記載の高炉操業
   方法。
4. 【請求項４】 前記羽口先のレースウェイ内での燃焼温
   度を調節するに当たり、送風空気中へ富化する酸素濃度
   を８％以内とした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操業方法。
5. 【請求項５】 前記羽口先のレースウェイ内での燃焼温
   度を調整するに当たり、高炉炉頂から装入する金属鉄の
   量を４００ｋｇ／ｔ以内とした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操業方法。
6. 【請求項６】 前記金属鉄として還元鉄を使用するに際
   しては、還元鉄の還元度合いに応じ、金属鉄の量を決定
   することを特徴とする請求項１ないし請求項３または請
   求項５のいずれかに記載の高炉操業方法。