JPH04263003A - 高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は結晶水及び付着粉鉱石が
多く、しかも脈鉱成分の多い安価な多孔質塊鉄鉱石を塊
状態のまま高炉に装入することによって、原料コスト及
び燃料比の低減を図るための高炉の操業方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】高炉は焼結鉱、鉄鉱石、ペレット等の鉄
源と、コークスを装入して操業しており、その鉄鉱石と
しては比較的還元性が良く、しかも、熱割れ性の少ない
優良鉄鉱石してのハマスレー鉱石、ニューマン鉱石等を
通常、５から２０パーセント程度使用している。また、
ＭＢＲ鉱石等の熱割れ性鉱石、又は、熱割れ性の少ない
鉱石であるが多孔質で結晶水及び付着粉鉱石（３ミリメ
ートル以下）が多く、しかも、脈鉱成分の多い安価なロ
ーブリバー、ゴア鉱石等の多孔質塊鉄鉱石は高炉シャフ
ト部での粉化量が多く通気不良を惹起して安定した操業
を維持することが出来なくなることが懸念され、この種
の鉱石は直接高炉に装入することは行なず、破砕して焼
結原料に供されて来た。しかし近年おいては、特開平１
−２１９１１１号公報にように、熱割れ性鉱石を炉壁側
部に、前記優良鉄鉱石を炉中心部に装入する方法が提案
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この特開平１−２１９
１１１号公報で提案の熱割れ性鉱石に変えて、上記の様
に焼結原料に供されて来た多孔質塊鉄鉱石をそのままの
状態で装入すると、高炉炉壁側部であっても、粉鉱石に
起因する装入物の目詰まりが発生し、使用できたとして
も精々装入する全鉄源量の１パーセント程度以下であり
、それ以上になると高炉の安定操業が不可能になるもの
であった。また中心部に装入するチャージと炉壁側部に
装入するチャージを別々に設けなければならず煩雑なも
のであった。本発明は上記問題を伴うことなく原料コス
ト、燃料比を低減するために、上記多孔質塊鉄鉱石を多
量に、しかも炉内のいずれの位置に装入しても安定した
高炉操業の維持を可能とすることを課題とするものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するためになされたものであり、その特徴とする第１
の手段は高炉に装入する鉄鉱石として、気孔率３０パー
セント以上、結晶水３パーセント以上を有する多孔質塊
鉄鉱石を使用するに際し、３ｍｍ以下を１パーセント以
下にした該多孔質塊鉄鉱石と焼結鉱とを、これらが少な
くとも高炉々内では混合状態であるように高炉々内に装
入するものである。更に、第２の手段は第１の手段にお
いて、前記焼結鉱の還元粉化指数及び高炉シャフト部の
炉内温度５００から７００度Ｃの低温還元域における装
入物の滞留時間に応じて前記塊鉄鉱石の使用量を調整す
るものである。

【０００５】この３ｍｍ以下の粉鉱石を１パーセント以
下に除去する方法としては、多孔質塊鉄鉱石を振動篩装
置により篩分けした後、該塊鉄鉱石の上方より散水し篩
分けする方法、水槽内に浸漬する方法、熱風炉又はコー
クス炉の排ガスにより予熱して振動を与えて篩分けする
方法等がある。又、多孔質塊鉄鉱石と焼結鉱は少なくと
も高炉々内において混合層を形成できれば良く、その方
法としては多孔質塊鉄鉱石と焼結鉱とを高炉に装入する
に先立ってあらかじめ混合しても良く、装入途中（ベル
上、装入ベルト上）で混合出来ればよく、特に限定する
ものではない。上記、低温還元域における装入物の滞留
時間は、炉頂水素ガス利用率の絶対値との相関関係から
求める方法、もしくはゾンデ装置で求めた炉内垂直方向
の炉内温度分布から求める方法がある。

【０００６】

【作用】本発明者等は安価なローブリバー、ゴア鉱石等
の多孔質、高結晶水で、且つ被還元性の優れた塊鉄鉱石
を塊状態のまま高炉に装入することによって、原料コス
トを低減する方法について種々実験、検討を行なった。 この多孔質塊鉄鉱石は、（１）表面に粒径３ｍｍ以下の
粉鉱石が付着しており、この付着粉鉱石は単に振動篩装
置で篩っても除去できず、その粉鉱石の割合が７パーセ
ント程度と多い。（２）結晶水を３パーセント以上含有
しているために該結晶水が抜ける時に粉化し易く、強度
も弱い。（３）還元粉化し易い。（４）高温になると収
縮して粒度が小さくなる等の性質を有している。

【０００７】このため、そのまま高炉に装入すると、上
記の性質から高炉シャフト部内で目詰まりが発生して炉
内の通気性が悪化する。これにより、軟化、融着開始が
高炉の上部に移行（融着帯上面が上昇）し、鉱石類の間
接還元率の低下を招くと共に炉底に滴下するスラグ溶融
物のＦｅＯが増大し、化１の吸熱反応量を増すため、炉
芯温度の低下、スラグ量の増大を引き起こし、更には融
着帯の肥大化により高炉々下部の通気性が悪化して安定
操業の維持が困難となり、前記多孔質塊鉄鉱石の高気孔
率という利点を活かすことが出来ずに燃料比の上昇を余
儀なくされていた。

【化１】

【０００８】このため、本発明者等は先ずこの多孔質塊
鉄鉱石の前記粉鉱石と炉内の通気性の関係のついて調査
検討した。図２に示すように、耐火物１を内張りした容
器２の上部の装入装置３を設けると共にその下部に装入
塊鉄鉱石を連続的に排出する切出器４を設け、該切出器
４の上方部の周囲に１０００度Ｃの熱風を供給する熱風
配管５を連接し、上部に排気ダクト６を設けた試験装置
により、高炉のシャフト部と同等の熱的条件を作り出し
、前記装入装置３から多孔質塊鉄鉱石と共に装入する粒
度３ｍｍ以下の粉鉱石の割合と容器２内の圧損との関係
を調査した。

【０００９】この結果、図１に示すように粉鉱石の割合
が１パーセント以下になると、容器２内の圧損が急激に
低下することの知見を得た。これはこの割合が高くなれ
ばなる程、容器２内における鉱石層にその粉鉱石による
目詰まりが発生すると共に容器２内における粉鉱石の吹
上循環等に伴う粉鉱石の蓄積部が発生することにより通
気性が悪化する。そしてこの通気性悪化に伴って高温上
昇ガスに偏流が発生し、この偏流部分にある多孔質塊鉄
鉱石が急速に加熱されるために結晶水が急激に気化し、
鉱石内圧の上昇に起因する破壊粉化現象を助長し、通気
障害を加速することも上記圧損上昇の原因と推察される
。

【００１０】反対に粉鉱石の割合が１パーセント以下に
なると、該粉鉱石による鉱石層の目詰まりが少なくなっ
て、容器２内における通気性の悪化がなくなり、該容器
２内におけるガスの流れが安定化し、ピストンフローと
なる。このため容器２内に装入された多孔質塊鉄鉱石は
容器２内を降下するに従って徐々に加熱される結果、結
晶水の気化が徐々に起こり該多孔質塊鉄鉱石の破壊粉化
量が減少し、通気性が悪化しないものと推察される。ま
た、多孔質塊鉄鉱石を焼結鉱と混合して上記容器２内に
装入して層状にした場合、混合することなく別々に装入
して別々の層を形成した場合に比して、通気性が５０パ
ーセント程度良好になることが判明した。

【００１１】これは、前記多孔質塊鉄鉱石が高温域にお
いて収縮して粒径が小さくなることに起因すると考えら
れる。つまり、多孔質塊鉄鉱石のみの単独層を形成して
いる場合には、該多孔質塊鉄鉱石の粒径が収縮すると上
層部からの荷重により下層部の層厚が薄くなって充填密
度が上昇し層内の空隙率が低下することにより通気性が
悪化するのに対し、本発明のように多孔質塊鉄鉱石と焼
結鉱との混合層を形成すると、前記のように該多孔質塊
鉄鉱石の粒径が収縮してもこの温度域では焼結鉱が殆ど
収縮しないことから、層厚としては殆ど変化がなく通気
性の悪化が生じないものと想定される。

【００１２】この結果から、前記のように振動篩装置に
より篩分けした後、該塊鉄鉱石の上方より散水し篩分け
して３ｍｍ以下の粉鉱石の割合（多孔質塊鉄鉱石の表面
に付着した粉鉱石を含む）を１パーセント以下にした多
孔質塊鉄鉱石を、高炉に装入する鉄源の一部として焼結
鉱と共に高炉に装入し、この間の炉内の通気性を測定し
たが、通気性の悪化はなく安定した高炉の操業ができた
。また、多孔質塊鉄鉱石の気孔率に着目し、この気孔率
、粒度と加熱・還元反応効率との関係を実公平１−２７
０３８号公報に提案の高炉内反応シミュレーター（上部
より多孔質塊鉄鉱石を充填すると共に下部より還元ガス
を導通して、該還元ガスと多孔質塊鉄鉱石を向流接触す
る炉芯管と、該炉心管の一部を包囲して前記還元ガス下
流側方向に移動自在に設けた加熱器を有する装置）を用
いて調査した。

【００１３】この結果、図３に示すように、鉄鉱石の粒
度が小さくなるほど加熱・還元反応効率は良好になり、
特に、気孔率が３０パーセント以上の鉱石を２５ｍｍ以
下の粒度に整粒すれば焼結鉱と同等又はそれ以上の加熱
・還元反応効率が得られる。しかし、粒度が３ｍｍ以下
になると加熱・還元反応効率は良好であるが、前記のよ
うに装入物層の空隙率の低下（目詰まり）を助長する事
があり、高炉安定操業に支障となる。更に、気孔率が高
くなるに従って、加熱・還元反応効率が向上することが
判明した。つまり、３０パーセント以上の気孔率を有す
る多孔質塊鉄鉱石が３ｍｍ以上の粒度にすれば焼結鉱と
同等又はそれ以下の燃料で高炉操業が可能になり、又、
従来使用していた優良鉄鉱石（気孔率２５パーセント以
下）より大幅に還元反応効率が向上して燃料比の低減が
可能となることの知見をえた。

【００１４】又、高炉に装入する焼結鉱、鉄鉱石は主に
還元中に粉化するが、この還元粉化は炉内温度が５００
から７００度Ｃの低温還元領域で最も顕著となるもので
ある。この低温還元領域における焼結鉱、鉄鉱石の滞留
（降下）時間と３ｍｍ以下の粉化率を調査するため、前
記同様の高炉内反応シミュレーターを用いて実験を行っ
た。その結果を図４に示す。この図４に示すように、焼
結鉱の還元粉化指数（ＲＤＩ）値が大きくなるに従って
粉化率が上昇し、しかも、滞留時間が長くなるに従って
上昇することが判明した。

【００１５】又、多孔質塊鉄鉱石は滞留時間に関係なく
、還元粉化は滞留時間が２０分間から９０分間の間にお
いて略一定の高い粉化率を示した。また従来より使用し
ている優良鉄鉱石は滞留時間が８０分間程度では粉化が
助長され、それ以外では粉化しにくいことが判明した。 実際に高炉においては、装入物が５００から７００度Ｃ
の低温還元領域を降下する（滞留する）時間は通常３０
分間程度であるが、局部的にＯｒｅ／Ｃｏｋｅが高くな
った場合、低温部が広がり、長くて２時間程度となる場
合とがある。

【００１６】このことにより、装入物の前記低温還元領
域における滞留時間と、焼結鉱の還元粉化指数に応じて
多孔質塊鉄鉱石の装入量を調整する事により、高炉内の
低温還元領域内で発生する還元粉化量を低減して、安定
操業に必要な上限粉率（高炉によって異なるが３ｍｍ以
下の粉率３０パーセント前後）以下に維持可能なことを
見出した。つまり、装入物の低温還元領域における滞留
時間が前記のように３０分程度であれば、従来から使用
している優良鉄鉱石の還元粉化は少なく、しかも、焼結
鉱の粉化も少ないので多量の多孔質塊鉄鉱石を装入出来
る。

【００１７】また、低温還元領域が長く、この領域にお
ける装入物の滞留時間が長くなり８０分を超える場合に
は前記優良鉱石の還元粉化が多くなると共に焼結鉱の粉
化も順次増加するので多孔質塊鉄鉱石の装入量を少なく
する。さらに何れの場合においても、装入する焼結鉱の
還元粉化指数が低いものであれば、当該焼結鉱の還元粉
化が少ないので、さらに多量の多孔質塊鉄鉱石を使用で
きるものである。この多孔質塊鉄鉱石の使用上限割合Ｏ
Ｔは上記上限粉率（３０パーセント）の関係から、ＬＤ
×（δＬ０＋δＬ）＋０Ｓ×（δＳ０＋δＳ）＋０Ｔ×
（δＴ０＋δＴ）＝３０−α で求めることができる。

【００１８】但し、ＬＤ：焼結鉱使用割合、０Ｓ：優良
鉄鉱石使用割合、δＬ：焼結鉱のＲＤＩと炉内の低温還
元領域における焼結鉱滞留時間で決まる焼結鉱の粉化率
（パーセント）、δＳ：炉内の低温還元領域における優
良鉄鉱石滞留時間で決まる優良鉄鉱石粉化率（パーセン
ト）、δＴ：炉内の低温還元領域における多孔質塊鉄鉱
石滞留時間で決まる多孔質塊鉄鉱石粉化率（パーセント
）、δＬ０：焼結鉱の炉内持込み粉率、δＳ０：優良鉄
鉱石の炉内持込み粉率、δＴ０：多孔質塊鉄鉱石の炉内
持込み粉率、α：炉内装入時に粉化する割合、である。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と共に説明す
る。本例は内容積４０００立方メートル級で、Ｏｒｅ／
Ｃｏｋｅを４．２５，羽口前フレーム温度を２２７６度
Ｃ（送風温度：１２５０度Ｃ，送風湿分：２０ｇ／Ｎ立
方メートル、微粉炭吹き込み量：９０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ
）で操業している高炉に、多孔質塊鉄鉱石及び優良鉄鉱
石を振動篩装置で表１中の状態に篩分けした後、多孔質
塊鉄鉱石は散水により該多孔質塊鉄鉱石の表面に付着し
た３ｍｍ以下の粉鉱石を除去し、優良鉄鉱石はそのまま
高炉に装入したものであり、その状況を従来例（優良鉄
鉱石使用）、比較例と共に表２に示す。表２からわかる
ように、本発明の実施例１から５においては従来例（優
良鉄鉱石のみを装入）に比して燃料比を低減することが
でき、炉況も良好であった。この実施例１は従来例の優
良鉄鉱石の一部にかえて多孔質塊鉄鉱石（ゴア鉄鉱石）
を使用した場合である。

【００２０】実施例２は実施例１に比して低温還元領域
に於ける装入物の滞留時間が長くなったので、実施例１
の装入鉄源条件では炉内における粉率が大幅に上昇（１
９パーセントから３０．３パーセント：上記式で算定し
た値）して前記高炉を安定操業するのに必要な上限粉化
率を越える。このためＲＤＩの低い焼結鉱に切換えると
共に多孔質塊鉄鉱石（ローブリバー鉄鉱石）の使用割合
を低下し、優良鉄鉱石の使用割合を増加して前記粉化率
を２５パーセント程度にして炉況の悪化を防止した。実
施例３は実施例１よりＲＤＩの低い焼結鉱を使用したの
で実施例１に比して前記粉率が該実施例１の装入鉄源条
件では低下（１９から１８パーセント）するので優良鉄
鉱石の全部を多孔質塊鉄鉱石（ゴア鉄鉱石）に変えて該
粉率を同程度にした場合である。

【００２１】実施例４は実施例３に比して低温還元領域
に於ける装入物の滞留時間が長くなった場合であり、こ
の際も実施例３の装入鉄源条件では炉内における粉率が
大幅に上昇して前記粉率が３０パーセント以上になるこ
とから、ＲＤＩの低い焼結鉱に切換えると共に多孔質塊
鉄鉱石（ゴア鉄鉱石）の使用割合を低下し、その分、優
良鉄鉱石を使用し、前記粉率を２７パーセント程度にし
た。実施例５はペレットに変えて多孔質塊鉄鉱石（ゴア
鉄鉱石）を使用した場合である。

【００２２】又、比較例１は多孔質塊鉄鉱石（ローブリ
バー鉄鉱石）に付着した粉鉱石の割合が３パーセントと
多い場合であり、この場合は目詰まりが発生し炉況が悪
化し、燃料比も高いレベルになった。更に、比較例２は
多孔質塊鉄鉱石（ゴア鉱石）の粒度が１５ｍｍから３０
ｍｍと粗い場合であり、この場合は炉況は良好であり従
来例に比して燃料比の低減が可能であるが、実施例１か
ら５に比して加熱・還元反応効率が低下し燃料比が若干
高くなった。

【００２３】

【効果】以上説明したように本発明によると、多孔質で
結晶水及び表面付着粉鉱石が多くしかも脈鉱成分の多い
安価な多孔質塊鉄鉱石を、破砕して焼結鉱とすることな
く塊状態のまま高炉に多量に装入して使用可能となり、
原料コストを低減することが可能となる。加えて、多孔
質である特性を生かして加熱・還元効率の向上を図り、
燃料比を低減することが出来る。更に、焼結鉱のＲＤＩ
，装入物の低温還元領域の滞留時間に応じて、上記多孔
質塊鉄鉱石の使用量を調整して適正量に管理することに
より、安定した高炉操業を維持することが可能となるも
のであり、この分野における効果は多大なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】多孔質塊鉄鉱石の表面に付着した３ｍｍ以下の
粉鉱石の割合と装入物中の圧損との関係を示す図

【図２
】粉鉱石の割合と圧損とを調査する試験装置の側断面図

【図３】多孔質塊鉄鉱石の粒度と加熱・還元反応効率と
の関係を示す図

【図４】低温域滞留時間と高炉装入物の粉化率との関係
を示す図

【表１】

【表２】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高炉に装入する鉄鉱石として、気孔率
   ３０パーセント以上、結晶水３パーセント以上を有する
   多孔質塊鉄鉱石を使用するに際し、３ｍｍ以下を１パー
   セント以下にした該多孔質塊鉄鉱石と焼結鉱とを、これ
   らが少なくとも高炉々内では混合状態であるように高炉
   々内に装入するすることを特徴とする高炉の操業方法。
2. 【請求項２】　　前記焼結鉱の還元粉化指数及び高炉シ
   ャフト部の炉内温度５００から７００度Ｃの低温還元域
   における装入物の滞留時間に応じて前記塊鉄鉱石の使用
   量を調整することを特徴とする請求項１記載の高炉の操
   業方法。