JP2016113677A - 高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炭材の原単位を更に削減することが可能な、新規かつ改良された高炉の操業方法を提供する。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、高炉の下部に設けられる通常羽口から熱風を高炉内に吹き込む一方で、高炉の炉頂から排出される炉頂排ガスを通常羽口の上方に設けられた循環用羽口から高炉内に吹き込む高炉の操業方法において、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上の高ＲＩ焼結鉱を、高炉内の領域のうち、無次元半径が０．１〜１．０となる領域に装入することを特徴とする、高炉の操業方法が提供される。この観点によれば、いわゆる循環操業において、高ＲＩ焼結鉱を特定の領域に装入するので、ＣＯガス利用率を改善し、ひいては、炭材の原単位を更に削減することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、高炉の操業方法に関する。

鉄鋼業においては、高炉法が銑鉄製造工程の主流を担っている。高炉法においては、炉頂から鉄系原料（酸化鉄を含む原料。主として、焼結鉱）及びコークスを高炉内に層状に装入し、高炉下部の羽口から熱風を送風する。熱風は、高炉内のコークス及び熱風中の微粉炭と反応することで、高温の還元ガス（主としてＣＯガス）を発生させる。すなわち、熱風は、コークス及び微粉炭をガス化させる。還元ガスは、高炉内を上昇し、鉄系原料を加熱しながら還元する。鉄系原料は、高炉内を降下する一方で、還元ガスにより加熱及び還元される。その後、鉄系原料は溶融し、コークスによってさらに還元されながら高炉内を滴下する。鉄系原料は、最終的には炭素を５質量％弱含む溶銑（銑鉄）として炉床部に溜められる。炉床部の溶銑は、出銑口から取り出され、次の製鋼プロセスに供される。したがって、高炉法では、コークス及び微粉炭等の炭材を還元材として使用する。

高炉法は鉄鋼業における銑鉄製造工程の主流を担い、粗鋼生産の約８０％の鉄源供給を支えている。高炉における銑鉄製造には、コークスをはじめとする炭材が必須であるが、種々の技術革新によって操業効率は飛躍的に向上し、銑鉄１トン当たりの炭材使用量（すなわち、炭材の原単位。以降、「還元材比」とも称する）は、５００ｋｇを下回るレベルに至っている。

ところで、近年、地球温暖化防止が叫ばれ、温室効果ガスの一つである二酸化炭素（ＣＯ_２ガス）の排出量削減が社会問題になっている。上述したように、高炉法では、還元材として炭材を使用するので、大量のＣＯ_２を発生する。したがって、鉄鋼業はＣＯ_２ガス排出量において主要な産業のひとつとなっており、その社会的要請に応えねばならない。具体的には、高炉操業での更なる炭材原単位の削減が急務となっている。

特許文献１は、高炉の炉頂から排出される炉頂排ガスを再利用する技術を開示する。すなわち、高炉内で発生したＣＯガスは、高炉内を上昇する間に全て使用されるわけではなく、その一部は炉頂排ガスとして排出される。したがって、炉頂排ガスには、ＣＯ_２ガス及びＣＯガスが含まれる。これらのガスを還元ガスとして再利用することができれば、炭材使用量が削減される。そこで、特許文献１に開示された技術では、炉頂排ガスを改質することでメタンガスを作製し、このメタンガスを羽口から高炉内に導入する。メタンガスは、高炉内で還元ガスとして機能する。

特開２０１１−２２５９６９号公報 特開２０１３−１４７６９２号公報

「環境調和型製鉄プロセス技術開発に関する研究」（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｉｓｆ．ｏｒ．ｊｐ／ｃｏｕｒｓｅ５０／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ０１）

しかし、特許文献１に開示された技術では、炉頂排ガスをメタンガスに改質するための転換装置が別途必要になるという問題があった。さらに、単にメタンガスを高炉内に投入するだけでは、炭材の原単位を十分に削減することができなかった。

そこで、炭材の原単位をさらに削減するための技術として、炉頂排ガスからＣＯ_２ガス及び水蒸気を除去することで炉頂排ガスを改質し、改質炉頂排ガスを循環用羽口から高炉内に吹き込む技術が提案されている。ここで、循環用羽口は、高炉のシャフト部に設けられる。この技術によれば、特許文献１に開示された技術よりも炭材の原単位が削減されることが期待される。

しかし、この技術では、特に高炉の炉壁近傍において、改質炉頂排ガスの利用率、すなわちＣＯガス利用率が低いという問題があった。羽口から高炉内に吹き込まれた熱風は、羽口前でコークス及び微粉炭をガス化させることで、レースウェイと呼ばれる空間を形成する。レースウェイは、高炉下部の径方向の略全域に形成される。このため、熱風は、高炉の中心まで行き渡る。一方、シャフト部から高炉内に導入された改質炉頂排ガスは、このようなレースウェイを形成することができない。したがって、シャフト部から高炉内に吹き込まれた改質炉頂排ガスは、高炉の中心まで行き渡りにくい。この結果、改質炉頂排ガスは、高炉の炉壁近傍を上昇する。このため、高炉の炉壁近傍では、鉄系原料に対して改質炉頂排ガスが過剰になるので、改質炉頂排ガスを十分に利用することができなかった。このため、炭材の原単位を十分に削減することができなかった。

一方、非特許文献１は、高炉操業における炭材の役割の一つである還元材機能を水素に担わせることで、炭材使用量を削減する方法を開示する。非特許文献１に開示された方法では、改質コークス炉ガス（以下、「改質ＣＯＧ」と記す。）を高炉の下部に設けられた通常羽口及び通常羽口の上方に設けられた循環用羽口から高炉内に吹き込む。非特許文献１では、循環用羽口はシャフト部に設けられる。改質ＣＯＧは、コークス炉の乾留過程で発生するＣＯＧを改質することで水素濃度を高めたガスである。

しかし、この技術においても、高炉の炉壁近傍では、鉄系原料に対して改質ＣＯＧガスが過剰になるので、改質ＣＯＧガスを十分に利用することができなかった。すなわち、改質ＣＯＧガスの利用率が低かった。

さらに、改質ＣＯＧガスは、高炉の炉壁近傍を上昇するので、炉壁近傍の焼結鉱の還元粉化を促進する。粉化した焼結鉱は、熱風の通路を塞ぐ場合がある。熱風の通路が塞がれた場合、改質ＣＯＧガスが利用されにくくなる。したがって、非特許文献１に開示された技術では、この点でも改質ＣＯＧガスの利用率が低かった。このため、非特許文献１に開示された技術でも、炭材の原単位を十分に削減することができなかった。

特許文献２では、改質ＣＯＧをシャフト部から高炉内に吹き込む一方で、還元粉化指数（ＲＤＩ）の低い焼結鉱を炉壁側の位置に装入し、還元粉化指数（ＲＤＩ）の高い焼結鉱を炉中心側の位置に装入する。この技術によれば、少なくとも焼結鉱の粉化を抑制することができるので、改質ＣＯＧガスの利用率の改善が期待できる。しかし、この技術によっても、高炉の炉壁近傍では、依然として鉄系原料に対して改質ＣＯＧガスが過剰になってしまう。したがって、特許文献２に開示された技術でも、炭材の原単位を十分に削減することができなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、炉頂排ガスを循環用羽口から高炉内に循環させる操業、いわゆる循環操業において、炭材の原単位を更に削減することが可能な、新規かつ改良された高炉の操業方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、高炉の下部に設けられる通常羽口から熱風を高炉内に吹き込む一方で、高炉の炉頂から排出される炉頂排ガスを通常羽口の上方に設けられた循環用羽口から高炉内に吹き込む高炉の操業方法において、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上の高ＲＩ焼結鉱を、高炉内の領域のうち、無次元半径が０．１〜１．０となる領域に装入することを特徴とする、高炉の操業方法が提供される。

ここで、高炉内の領域のうち、無次元半径が０．２〜１．０となる領域には、他の領域よりもＪＩＳ−ＲＩが高い高ＲＩ焼結鉱を投入してもよい。

また、高炉内の領域のうち、無次元半径が０．８〜１．０となる領域には、他の領域よりもＪＩＳ−ＲＩが高い高ＲＩ焼結鉱を投入してもよい。

また、高炉の下部に設けられる通常羽口からコークス炉ガスを高炉内に吹き込んでもよい。

以上説明したように本発明によれば、いわゆる循環操業において、高ＲＩ焼結鉱を無次元半径が０．１〜１．０となる領域に装入するので、ＣＯガス利用率を改善し、ひいては、炭材の原単位を更に削減することができる。

本発明の実施形態に係る高炉システムの一例を示す説明図である。 循環用改質炉頂排ガス（シャフト部循環ガス）の吹き込み量と高炉内ＣＯガス利用率との対応関係を示すグラフである。 原料層の最上部に配置された各メッシュから高炉中心までの距離（無次元半径）と各メッシュにおけるＣＯガス利用率との対応関係を示すグラフである。 原料層の最上部に配置された各メッシュから高炉中心までの距離（無次元半径）と各メッシュにおけるＣＯガス利用率の変化量との対応関係を示すグラフである。 焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩとＣＯガス利用率の相対値との対応関係を示すグラフである。 焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩと炭材の原単位（炭素消費原単位）との対応関係を示すグラフである。 焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩと炭材の原単位の削減量（炭素消費原単位削減効果）との対応関係を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．高炉システムの構成＞
まず、図１に基づいて、本実施形態に係る高炉システムの構成例について説明する。本実施形態に係る高炉システムは、図１に示すように、高炉１と、熱風炉２と、通常羽口３と、分離装置４と、循環用羽口５とを備える。

高炉１は、水平断面が略円形状となっており、高炉１の炉頂から鉄系原料（酸化鉄を含む原料。主として、焼結鉱）１０及びコークス１１が高炉内に層状に装入される。ここで、本実施形態では、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上の焼結鉱が高炉１に装入される。これにより、高炉１のＣＯガス利用率が飛躍的に向上し、ひいては、炭材の原単位削減量が飛躍的に大きくなる。以下、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上の焼結鉱を「高ＲＩ焼結鉱」とも称する。

ここで、ＪＩＳ−ＲＩは、焼結鉱の被還元性を示すパラメータであり、例えばＪＩＳ Ｍ８７１３に準じて測定される。具体的には、粒度１９．０〜２２．４ｍｍにふるい分けられた５００ｇの焼結鉱を、９００℃のもとで還元ガス（ＣＯ：３０体積％、Ｎ２：７０体積％）により１８０分間還元する。そして、還元前の被還元酸素量に対する還元酸素量の割合を測定し、これをＪＩＳ−ＲＩとする。本実施形態及び後述する実施例のＪＩＳ−ＲＩは、この方法により測定された値とする。また、高炉１のＣＯガス利用率は、炉頂排ガス１４のＣＯ_２ガス濃度を、炉頂排ガス１４のＣＯ_２ガス及びＣＯガス濃度の総和で除算した値である。

高ＲＩ焼結鉱は、無次元半径が０．１〜１．０となる領域に装入される。後述する実施例で示されるように、この範囲におけるＣＯガス利用率は、改質炉頂排ガスの使用量の増加にともなって低下するからである。ここで、無次元半径は、高炉１の水平断面の中心（すなわち、高炉１の中心）から水平断面上の各点までの距離を、水平断面の内半径で規格化（除算）した値である。したがって、高炉１の中心の無次元半径は「０」となり、炉壁内面の無次元半径は「１」となる。

ここで、無次元半径が０．２〜１．０となる領域、特に無次元半径が０．８〜１．０となる領域には、他の領域よりも高いＪＩＳ−ＲＩの高ＲＩ焼結鉱を装入することが好ましい。後述する実施例で示されるように、この範囲におけるＣＯガス利用率は、改質炉頂排ガスの使用量の増加にともなって顕著に低下するからである。

高ＲＩ焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩの上限値は特に制限はない。ただし、後述する実施例に示されるように、ＪＩＳ−ＲＩが６８〜７３の範囲内の値となる場合に、ＪＩＳ−ＲＩの増加に伴う炭材の原単位削減量が非常に大きくなる。また、ＪＩＳ−ＲＩが７８以上となる場合、炭材の原単位削減量がほぼ頭打ちとなる。したがって、ＪＩＳ−ＲＩは、７８以下であることが好ましく、７３以下であることがより好ましい。

なお、無次元半径が０以上０．１未満となる領域には、必ずしも高ＲＩ焼結鉱が装入される必要はない。ただし、この領域にも高ＲＩ焼結鉱が装入されることが好ましい。また、ＪＩＳ−ＲＩが６８未満となる低ＲＩ焼結鉱は、本発明の効果を損なわない範囲で高炉１内の任意の位置に装入してもよい。ただし、無次元半径０．１〜１．０の領域は、ＣＯガス利用率が特に低下する領域なので、この領域には高ＲＩ焼結鉱だけを装入することが好ましい。

熱風炉２は、空気１２を加熱することで熱風を生成する。空気１２は、湿分、富化酸素を含んでいてもよい。熱風には、微粉炭１３が混入される。微粉炭１３を含む熱風は、通常羽口３から高炉１内に吹き込まれる。熱風は、高炉１内のコークス及び熱風中の微粉炭と反応することで、高温の還元ガス（主としてＣＯガス）を発生させる。還元ガスは、高炉１内を上昇し、鉄系原料を加熱しながら還元する。鉄系原料は、高炉内を降下する一方で、還元ガスにより加熱及び還元される。その後、鉄系原料は溶融し、コークスによってさらに還元、浸炭されながら高炉１内を滴下する。鉄系原料は、最終的には炭素を５質量％弱含む溶銑（銑鉄）として炉床部に溜められる。

通常羽口３は、高炉１の下部、例えばボッシュ部に設けられる。通常羽口３は、熱風炉２で生成された熱風を高炉１内に吹き込む。また、通常羽口３は、改質炉頂排ガス１６及びＣＯＧガス１７を高炉１内に吹き込む。ＣＯＧガス１７は、水素ガスを含むので、還元ガスとして機能する。ＣＯＧガス１７は、改質されたものであってもよい。また、ＣＯＧガス１７は、循環用羽口５にも導入されてもよく、循環用羽口５にのみ導入されてもよい。ＣＯＧガス１７は、高炉１に吹き込まれなくても良い。また、改質炉頂排ガス１６は循環用羽口５にのみ導入してもよい。通常羽口３には、他の還元ガス、例えば天然ガス（ＬＮＧ）を導入してもよい。ＬＮＧは、循環用羽口５にも導入されてもよく、循環用羽口５にのみ導入されてもよい。

高炉１の炉頂からは、炉頂排ガス（ＢＦＧ）１４が排出される。この炉頂排ガス１４の一部は、循環用炉頂排ガス１５として分離装置４に導入される。分離装置４は、循環用炉頂排ガス１５からＣＯ_２ガス及び水蒸気を分離除去する。言い換えれば、分離装置４は、循環用炉頂排ガス１５からＣＯガスを分離回収する。

ここで、循環用炉頂排ガス１５からＣＯガスを分離回収する方法は特に問われない。循環用炉頂排ガス１５からＣＯガスを分離回収する方法としては、例えば、銅／活性炭、銅／アルミナ、銅／ゼオライトなどの吸着剤にＣＯを吸着させた後、加熱又は減圧により分離回収する方法、銅を主要成分とする吸収液にＣＯを吸収させた後、加熱又は減圧により分離回収する方法などが挙げられる。ＣＯ_２ガス及び水分が除去された循環用炉頂排ガス１５は、改質炉頂排ガス１６として通常羽口３及び循環用羽口５に導入される。

循環用羽口５は、通常羽口３の上方に設けられる。本実施形態では、循環用羽口５は、高炉１のシャフト部に設けられる。もちろん、循環用羽口５は、シャフト部以外の位置（例えばベリー部）に設けられてもよい。循環用羽口５は、改質炉頂排ガス１６を高炉１内に吹き込む。改質炉頂排ガス１６は、ＣＯガスを主成分とするので、還元ガスとして機能する。ただし、循環用羽口５の前にはレースウェイが形成されないので、改質炉頂排ガス１６は高炉１の中心まで行き渡りにくい。このため、改質炉頂排ガス１６の大部分は高炉の炉壁近傍を上昇する。したがって、炉壁近傍（具体的には、無次元半径が０．８〜１．０となる領域）では、焼結鉱に対して過剰の還元ガスが供給されることになるので、ＣＯガスの利用率が低い。このため、上述したように、無次元半径が０．８〜１．０となる領域では、他の領域よりもＪＩＳ−ＲＩが高い高ＲＩ焼結鉱を装入することが好ましい。

このように、本実施形態では、いわゆる循環操業において、無次元半径０．１〜１．０の領域に高ＲＩ焼結鉱を装入する。循環操業は、炉頂排ガス１４を高炉１内に循環させる、すなわち再利用するであるので、炭材原単位を削減することができる。しかし、後述する実施例に示されるように、循環操業時のＣＯガス利用率は、ベース操業（炉頂排ガス１４を循環させない操業）のＣＯガス利用率よりも低い。その理由の一つとして、上述したように、改質炉頂排ガス１６の大部分が高炉の炉壁近傍を上昇することが挙げられる。炉壁近傍では、焼結鉱に対して過剰の還元ガスが供給されることになるので、ＣＯガスの利用率が低い。そこで、本発明者は、循環操業時のＣＯガス利用率を少なくともベース操業時のＣＯガス利用率と同程度まで改善することができれば、循環操業時の炭材原単位をさらに削減できるのではないかと考えた。そこで、本発明者は、循環操業時のＣＯガス利用率を向上させる方法について鋭意検討した結果、無次元半径０．１〜１．０の領域に高ＲＩ焼結鉱を装入することに想到した。詳細は実施例にて説明する。

＜２．高炉１の操業方法＞
次に、高炉１の操業方法について説明する。高炉１の炉頂から鉄系原料１０及びコークス１１が高炉内に層状に装入される。ここで、本実施形態の鉄系原料には、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上の焼結鉱が含まれる。高ＲＩ焼結鉱は、少なくとも無次元半径が０．１〜１．０となる領域に装入されるが、高炉１の半径方向の全域に装入されても良い。無次元半径が０．２〜１．０となる領域、特に無次元半径が０．８〜１．０となる領域には、他の領域よりも高いＪＩＳ−ＲＩの高ＲＩ焼結鉱を装入することがさらに好ましい。

一方、通常羽口３からは、微粉炭１３を含む熱風が高炉１内に吹き込まれる。熱風は、高炉１内のコークス及び熱風中の微粉炭と反応することで、高温の還元ガスを発生させる。還元ガスは、高炉１内を上昇し、鉄系原料を加熱しながら還元する。鉄系原料は、高炉内を降下する一方で、還元ガスにより加熱及び還元される。その後、鉄系原料は溶融し、コークスによってさらに還元されながら高炉１内を滴下する。鉄系原料は、最終的には炭素を５質量％弱含む溶銑（銑鉄）として炉床部に溜められる。

一方、通常羽口３からは、改質炉頂排ガス１６及びＣＯＧガス１７も高炉１に導入される。さらに、循環用羽口５からも改質炉頂排ガス１６が高炉１に導入される。これらのガスも還元ガスとして高炉１内を上昇し、鉄系原料を還元する。高炉１の炉頂からは、炉頂排ガス１４が排出される。炉頂排ガス１４の一部は、循環用炉頂排ガス１５として分離装置４に導入される。分離装置４は、循環用炉頂排ガス１５からＣＯ_２ガス及び水蒸気を分離除去する。ＣＯ_２ガス及び水分が除去された循環用炉頂排ガス１５は、改質炉頂排ガス１６として通常羽口３及び循環用羽口５に導入される。

このように、本実施形態に係る高炉１の操業方法では、炉頂排ガス１４を循環させる一方で、高ＲＩ焼結鉱を高炉１に装入するので、高炉１のＣＯガス利用率を飛躍的に向上させることができる。この結果、炭材の原単位を飛躍的に削減することができる。

次に、本実施形態の実施例について説明する。本実施例では、図１に示される高炉システムを想定した高炉操業シミュレーションを行うことで、本実施形態に係る高炉１の操業方法によって炭材の原単位が削減されることを確認した。

＜１．シミュレーションに使用したモデル及び操業条件＞
高炉操業シミュレーションには、Ｋ．Ｔａｋａｔａｎｉ，Ｔ．Ｉｎａｄａ，Ｙ．Ｕｊｉｓａｗａ：ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，３９，（１９９９），ｐ１５などに示される、所謂「高炉数学モデル」を用いた。この高炉数学モデルは、概略的には、高炉１の内部領域を高さ方向、径方向、周方向に分割することで複数のメッシュ（小領域）を規定し、各メッシュの挙動をシミュレーションするものである。

また、鉄系原料は全て焼結鉱とし、通常の高炉操業（炉頂排ガスの循環を行わない操業。いわゆるベース操業）の諸元（条件）は表１に示すものとした。また、ベース操業で使用する焼結鉱は、ＪＩＳ−ＲＩが６８の焼結鉱とした。※の付いた条件は以下の操業シミュレーションにおいて固定値扱いとした。なお、本実施例の単位「／ｔ」は、銑鉄１トン当りの量、いわゆる原単位を示す。

また、ＣＯＧ及び改質炉頂排ガスの吹き込み位置（羽口）、温度、及び吹き込み量は表２に示すものとした。したがって、循環用羽口５から改質炉頂排ガスを高炉１内に吹き込む場合、通常羽口３からはベース操業の熱風だけでなく、ＣＯＧ及び改質炉頂排ガスも高炉１に吹き込むことになる。

また、ＣＯＧガスの組成は表３に示すものとし、表４に改質炉頂排ガスの組成の一例を示す。すなわち、改質炉頂排ガスは、炉頂排ガスの組成（成分）によって変化する。このため、高炉操業シミュレーションでは、炉頂排ガスの組成を計算し、その結果に応じて改質炉頂排ガスの入力条件を逐次更新するという処理を繰り返して行う。したがって、表４に示される組成はあくまで一例である。なお、改質炉頂排ガスを４００Ｎｍ^３／ｔで循環させた場合、改質炉頂排ガスの組成は、表４に示される組成に収束しうる。循環用羽口の位置は、還元ガスによる焼結鉱の還元が活発に行われる位置とするのが効果的である。そこで、本実施例では、循環用羽口の位置は、ベース操業時の炉内温度が１１００℃となる位置とした。表１の操業条件に表２〜４の操業条件を組み合わせたものが本実施形態に係る操業方法（すなわち循環操業）に相当する。循環操業で使用する焼結鉱は、特に断りが無い限りＪＩＳ−ＲＩが６８の焼結鉱とした。

＜２．循環用羽口５からのガス吹き込み量とＣＯガス利用率との対応関係＞
本発明者は、まず、循環用羽口５からのガス吹き込み量（シャフト部循環ガス吹き込み量）を変化させ、各吹き込み量に対応する高炉１のＣＯガス利用率（炉内ＣＯガス利用率）を算出した。この結果を図２に示す。図２の横軸は、シャフト部循環ガス吹き込み量を示し、縦軸は炉内ＣＯガス利用率を示す。図２より、炉内ＣＯガス利用率は、シャフト部循環ガス吹き込み量に応じて、直線的に低下することがわかった。

＜３．ＣＯガス利用率が低下する位置の特定＞
本発明者は、高炉１内のどの位置でＣＯガス利用率が低下しているのかを調査するため、以下の演算を行った。すなわち、本発明者は、シャフト部循環ガス吹き込み量を０Ｎｍ^３／ｔ（ベース操業）に設定した。そして、本発明者は、原料層（焼結鉱とコークスとが交互に積層された層）の最上部を構成するメッシュを抽出した。そして、本発明者は、これらのメッシュの無次元半径（より詳細には、メッシュの中心点の無次元半径）と各メッシュのＣＯガス利用率との対応関係を算出した。メッシュのＣＯガス利用率は、メッシュ内のＣＯ_２ガス濃度をメッシュ内のＣＯ_２ガス及びＣＯガス濃度の総和で除算した値である。本発明者は、シャフト部循環ガス吹き込み量を２００Ｎｍ^３／ｔ、４００Ｎｍ^３／ｔ、６００Ｎｍ^３／ｔに設定し、シャフト部循環ガス吹き込み量毎に上記対応関係を算出した。その結果を図３に示す。図３の縦軸は、メッシュのＣＯガス利用率を示し、横軸はメッシュの無次元半径を示す。

さらに、本発明者は、２００Ｎｍ^３／ｔ、４００Ｎｍ^３／ｔ、６００Ｎｍ^３／ｔに対応するメッシュのＣＯガス利用率から０Ｎｍ^３／ｔ（ベース操業）に対応するメッシュのＣＯガス利用率を減算した。すなわち、本発明者は、各メッシュのＣＯガス利用率がシャフト部循環ガス吹き込み量によってどのように変化するかを確認した。その結果を図４に示す。図４の横軸は、メッシュのＣＯガス利用率の変化量を示し、横軸はメッシュの無次元半径を示す。

図４に示すように、シャフト部循環ガス吹き込み量の増加に伴い、無次元半径０．１〜１．０の範囲でＣＯガス利用率の低下がみられた。特に、０．２〜１．０の範囲、０．８〜１．０の範囲で顕著な低下がみられた。したがって、無次元半径０．１〜１．０の領域にＪＩＳ−ＲＩの高い焼結鉱を装入することで、循環操業時のＣＯガス利用率が改善することが推測できる。

＜４．焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩとＣＯガス利用率との対応関係の特定＞
そこで、本発明者は、この領域に装入する焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを調査するために、以下の演算を行った。具体的には、本発明者は、シャフト部循環ガス吹き込み量を４００Ｎｍ^３／ｔに設定した。そして、本発明者は、無次元半径０．１〜１．０の領域に装入する焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを変更し、各ＪＩＳ−ＲＩに対応する炉内ＣＯガス利用率を算出した。そして、本発明者は、各ＪＩＳ−ＲＩに対応する炉内ＣＯガス利用率を、ＪＩＳ−ＲＩ＝６８に対応する炉内ＣＯガス利用率で除算した。すなわち、図２〜図４の測定時に使用している焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩは６８であるため、ＪＩＳ−ＲＩ＝６８を基準とした相対ＣＯガス利用率を計算した。また、本発明者は、比較のために、シャフト部循環ガス吹き込み量を０Ｎｍ^３／ｔ（ベース操業）に設定し、同様の演算を行った。これにより、本発明者は、ベース操業に対応する相対ＣＯガス利用率を計算した。その結果を図５に示す。図５の縦軸は、相対ＣＯガス利用率を示し、横軸は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを示す。

図５に示すように、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上となる場合に、循環操業時のＣＯガス利用率がベース操業時のＣＯガス利用率以上となった。すなわち、循環操業時のＣＯガス利用率が改善された。具体的には、ベース操業では、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上となる範囲内でＣＯガス利用率の改善効果が抑制された。しかし、循環操業では、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上となる範囲内であっても、ＪＩＳ−ＲＩの増加にともなってＣＯガス利用率の改善効果が大きくなった。したがって、循環操業を行う場合には、無次元半径が０．１〜１．０の領域に高ＲＩ焼結鉱を装入することで、炉内ＣＯガス利用率が飛躍的に改善することがわかった。すなわち、ベース操業を行う場合であっても、無次元半径０．１〜１．０の領域に装入する焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを大きくすることで、ＣＯガス利用率が向上する。しかし、ＪＩＳ−ＲＩを高めることによるＣＯガス利用率の改善効果は、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上になると頭打ちになることがわかった。その一方で、循環操業を行う場合には、このような頭打ちがほとんど見受けられなかった。この結果、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上となる範囲では、両者の操業間でＣＯガス利用率に大きな差が現れるようになった。このように、焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを高めることが循環操業時のＣＯガス利用率の改善に大いに効果的であることがわかった。特に、無次元半径が０．１〜１．０の領域に高ＲＩ焼結鉱を装入することが効果的であることがわかった。

＜５．焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩと炭材原単位との対応関係の特定＞
本発明者は、焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩと炭材原単位（炭素消費原単位）との対応関係を調査するために、シャフト部循環ガス吹き込み量を４００Ｎｍ^３／ｔに設定した。そして、本発明者は、無次元半径０．１〜１．０の領域に装入する焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを変更し、各ＪＩＳ−ＲＩに対応する炭材原単位を算出した。また、本発明者は、比較のために、シャフト部循環ガス吹き込み量を０Ｎｍ^３／ｔ（ベース操業）に設定し、同様の演算を行った。これにより、本発明者は、ベース操業に対応する炭材原単位を計算した。その結果を図６に示す。図６の縦軸は炭材の原単位（炭素消費原単位）を示し、横軸は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを示す。

さらに、本発明者は、４００Ｎｍ^３／ｔに対応する炭材原単位から０Ｎｍ^３／ｔ（ベース操業）に対応する炭材原単位を減算した。すなわち、本発明者は、ベース操業時の炭材原単位を基準とした炭材原単位削減量（削減効果）を算出した。その結果を図７に示す。図７の縦軸は、炭材の原単位の削減量（炭素消費原単位削減効果）を示し、横軸は焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを示す。また、図７のグラフＬ１は、ベース操業時の炭材原単位を基準とした炭材原単位削減量を示す。

図６〜図７に示すように、無次元半径０．１〜１．０の領域に装入する焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが６８未満となる場合、炭材の原単位削減量はほぼ横ばいとなった。その一方で、この領域に装入する焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩが６８以上となる場合、炭材の原単位削減量が飛躍的に改善した。ＪＩＳ−ＲＩが６８未満となる範囲内では、主に循環操業によって炭材の原単位が削減されていると推測できる。したがって、無次元半径０．１〜１．０の領域に装入する焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩを６８以上とすることで、炭材原単位が大幅に削減されることがわかった。したがって、ＣＯガス利用率の改善効果が炭材原単位に反映されることがわかった。

さらに、ＪＩＳ−ＲＩが６８〜７３の範囲内の値となる場合に、ＪＩＳ−ＲＩの増加に伴う炭材の原単位削減量が非常に大きくなることもわかった。また、ＪＩＳ−ＲＩが７８以上となる場合、炭材の原単位削減量がほぼ頭打ちとなることもわかった。したがって、ＪＩＳ−ＲＩは、７８以下であることが好ましく、７３以下であることがより好ましいことがわかった。

また、本発明者は、高ＲＩ焼結鉱による炭材原単位削減量をさらに大きいものとするために、無次元半径０．１〜１．０内に装入する高ＲＩ焼結鉱のＪＩＳ−ＲＩについてさらに検討を行った。具体的には、本発明者は、無次元半径０．８〜１．０の領域にＪＩＳ−ＲＩ＝７７程度の高ＲＩ焼結鉱を装入し、無次元半径０．２以上０．８未満の領域にＪＩＳ−ＲＩ＝７１程度の高ＲＩ焼結鉱を装入した。そして、本発明者は、無次元半径０．１以上０．２未満の領域に、ＪＩＳ−ＲＩが６８以上７１未満の焼結鉱を装入した。これにより、本発明者は、無次元半径０．１〜１．０の範囲内の算術平均ＪＩＳ−ＲＩを７３程度とした。この結果、炭材原単位削減量は、点Ａに示す値となった。点Ａが示す炭材原単位削減量は、無次元半径０．１〜１．０の全領域にＪＩＳ−ＲＩ＝７３の焼結鉱を装入した場合の炭材原単位削減量よりも大きくなった。

したがって、無次元半径が０．２〜１．０となる領域には、他の領域（すなわち、無次元半径が０．２未満となる領域）よりもＪＩＳ−ＲＩが高い焼結鉱が装入されることが好ましいことがわかった。さらに、無次元半径が０．８〜１．０となる領域には、他の領域（すなわち、無次元半径が０．８未満となる領域）よりもＪＩＳ−ＲＩが高い焼結鉱を装入することが好ましいこともわかった。なお、この操業方法では、無次元半径が０．８〜１．０となる領域には、全無次元半径内で最も大きなＪＩＳ−ＲＩの高ＲＩ焼結鉱が装入されることになる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１ 高炉
２ 熱風炉
３ 通常羽口
４ 分離装置
５ 循環用羽口

Claims (4)

1. 高炉の下部に設けられる通常羽口から熱風を高炉内に吹き込む一方で、高炉の炉頂から排出される炉頂排ガスを前記通常羽口の上方に設けられた循環用羽口から前記高炉内に吹き込む高炉の操業方法において、
   ＪＩＳ−ＲＩが６８以上の高ＲＩ焼結鉱を、前記高炉内の領域のうち、無次元半径が０．１〜１．０となる領域に装入することを特徴とする、高炉の操業方法。
2. 前記高炉内の領域のうち、無次元半径が０．２〜１．０となる領域には、他の領域よりもＪＩＳ−ＲＩが高い高ＲＩ焼結鉱を投入することを特徴とする、請求項１記載の高炉の操業方法。
3. 前記高炉内の領域のうち、無次元半径が０．８〜１．０となる領域には、他の領域よりもＪＩＳ−ＲＩが高い高ＲＩ焼結鉱を投入することを特徴とする、請求項１または２記載の高炉の操業方法。
4. 前記通常羽口からコークス炉ガスを前記高炉内に吹き込むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉の操業方法。
   

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