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【発明の名称】 焼結鉱造り分けによる高炉操業方法
【発明者】 【氏名】山口 一良

【氏名】高本 泰
【要約】 【課題】微粉炭多量吹込み時に、焼結鉱で形成される融着帯の通気性、還元性を確保し、炉周辺部のＯ／Ｃを上昇させ、この領域の還元効率を向上させることにより、高炉の燃料比低減、生産性向上を達成する。

【解決手段】２種類の焼結鉱を製造し、それぞれの化学組成（ＣａＯ／ＳｉＯ2，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ）を適正な範囲に維持する。２種類の焼結鉱をあらかじめ混合して、あるいは別々に、高炉炉頂部からコ−クスと交互に装入する。焼結鉱の製造方法は、２焼結機を使用するか、または１焼結機の幅方向あるいは高さ方向を２分割する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 羽口部から微粉炭を高炉の内部に吹込み、炉頂部から鉄鉱石とコ−クスを交互に装入する方法において、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を１．９〜２．５，ＳｉＯ2を３．０〜４．５質量％、Ａｌ2Ｏ3を２．０〜２．５質量％、かつＭｇＯを０．２〜０．９質量％に調整した焼結鉱、および塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を１．２〜１．６，ＳｉＯ2を４．５〜５．５質量％、Ａｌ2Ｏ3を１．０〜１．８質量％、かつＭｇＯを０．２〜１．５質量％に調整した焼結鉱の２種類を製造し、該２種類の焼結鉱をあらかじめ混合して、あるいは別々に、炉頂部からコ−クスと交互に装入することを特徴とする、焼結鉱造り分けによる高炉操業方法。
【請求項２】 前記２種類の焼結鉱を焼結機の幅方向を２分割してそれぞれの領域で造り分け、焼結機以降の破砕、整粒を経て混合された該２種類の焼結鉱を、炉頂部からコ−クスと交互に装入することを特徴とする請求項１記載の焼結鉱造り分けによる高炉操業方法。
【請求項３】 前記２種類の焼結鉱を焼結機の高さ方向を２分割してそれぞれの領域で造り分け、焼結機以降の破砕、整粒を経て混合された該２種類の焼結鉱を、炉頂部からコ−クスと交互に装入することを特徴とする請求項１記載の焼結鉱造り分けによる高炉操業方法。
【請求項４】 前記２種類の焼結鉱を別々の焼結機で造り分け、該２種類の焼結鉱をあらかじめ混合して、あるいは別々に、炉頂部からコ−クスと交互に装入することを特徴とする請求項１記載の焼結鉱造り分けによる高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炉頂部から装入される鉄鉱石の大部分を占める焼結鉱の化学組成を適正化して、焼結鉱の被還元性を確保することにより、燃料比を低下させ、生産性を安定化させた高炉操業法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高炉操業にあっては、コ−クス代替として、安価で燃焼性がよく発熱量の高い燃料（微粉炭、石油、重油、ナフサ等）を羽口部より吹込み、溶銑製造コスト低減、生産性向上をはかってきており、特公昭４０−２３７６３号公報にその技術が開示されている。とくに直近では価格の点から微粉炭吹込みが主流となっており、燃料比低減（コスト低減），生産性向上に大きく寄与している。
【０００３】このようにして吹込まれた微粉炭は高炉内で一部のコ−クスの代りに燃焼し、その燃焼性の良さと高い発熱量のために、高温で多量の還元ガスを生成し効率的な還元反応を行う。したがって炉頂部より装入された鉄鉱石はすばやく金属状態に還元されるとともに、溶融して高温の溶銑となり、高炉の炉熱が高く生産性が向上する。
【０００４】従来の高炉操業において、炉頂部から装入される鉄鉱石のうち、焼結鉱の占める割合は通常６０〜９０％と非常に高く、焼結鉱の被還元性等の性状により、高炉の還元効率がほぼ決定される。したがって焼結鉱性状改善は、高炉の燃料比低下、生産性向上にとって非常に重要である。
【０００５】一方微粉炭吹込み、とくに１００ｋｇ／トン以上の多量吹込みにより、高炉の加熱還元効率の指標である熱流比（ガスの熱容量に対する固体の熱容量の比）が低下するため、加熱還元とくに炉周辺部における加熱還元に余裕が生じる。したがって炉周辺部に装入する鉄鉱石とコ−クスの比率（Ｏ／Ｃと称する）を高くして、この領域の還元効率を向上させることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、炉周辺部に装入された鉄鉱石は、高炉羽口部のコ−クス旋回燃焼領域（レ−スウェイと称する）で生成した高温還元ガスとの間で反応伝熱が行われ、鉄鉱石の軟化融着によって融着帯を形成する（炉周辺部に形成するものを根と称する）。この根は、通常の高炉操業においては、炉下部炉周辺部に安定して存在し、位置と厚みに変動のないことが望ましい。また根の通気性が良好で結果として還元性が良好であることが望ましい。
【０００７】しかるに微粉炭を多量に吹込んで炉周辺部のＯ／Ｃが非常に高くなった場合は、鉄鉱石の層厚が厚くなるので、焼結鉱が高炉内を降下するときの加熱還元が遅れ、残留したＦｅＯとシリカ（ＳｉＯ2）が結合してできる低融点化合物にアルミナ（Ａｌ2Ｏ3），マグネシァ（ＭｇＯ）が溶け込む。この融液中にさらにＦｅＯが溶け込み融液の量が増加するため、還元ガスの浸透が悪く（根の通気性が悪く），還元遅れがさらに助長される。このため、炉周辺部のＯ／Ｃを低下させるアクションを実施せざるを得ない。
【０００８】このように焼結鉱の還元遅れが生じる理由は、焼結鉱中の脈石成分であるＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ、カルシァ（ＣａＯ）の組成が適正化されていないことによる。これに還元遅れの結果多量に残留したＦｅＯが加わり、上述した融液生成量の増加を招く。焼結鉱中の脈石成分のうち，ＣａＯは焼結鉱の強度、被還元性を改善すべく塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を確保するために必要であり，Ａｌ2Ｏ3は少ないほどよいが，Ａｌ2Ｏ3の低い鉄鉱石は高価であるためむやみに低減できない。またＳｉＯ2，ＭｇＯは焼結鉱の常温強度、還元粉化性を確保するために必要であり、これらの脈石成分を適正化することがなかなか困難であった。
【０００９】よって微粉炭を多量に吹込んで炉周辺部のＯ／Ｃが非常に高くなった場合は、焼結鉱の還元遅れが生じ上述した不利な現象を招くので、炉周辺部のＯ／Ｃを上昇させることができず、その結果炉周辺部のガス量が増加し、炉体放散熱が増大し、燃料比が増加するとともに、装入物降下異常が発生し、生産性が低下するため、微粉炭多量吹込みによって生じる、炉周辺部における加熱還元の余裕を有効に利用できず、微粉炭吹込み量にも限界があった。ここでいう炉周辺部とは、炉壁から炉口径の１５％の距離までの領域を示す。
【００１０】そこで本発明は、焼結鉱の化学組成を適正化して、融着帯の根の通気性、還元性を良好に維持することにより、微粉炭多量吹込み時に炉周辺部のＯ／Ｃを上昇させ、この領域の還元効率を向上させることにより、高炉の燃料比低減、生産性向上を安定的に行うことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の焼結鉱造り分けによる高炉操業方法は、その目的を達成するために、羽口部から微粉炭を高炉の内部に吹込み、炉頂部から鉄鉱石とコ−クスを交互に装入する方法において、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を１．９〜２．５，ＳｉＯ2を ３．０〜４．５質量％、Ａｌ2Ｏ3を２．０〜２．５質量％、かつＭｇＯを０．２〜０．９質量％に調整した焼結鉱、および塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を１．２〜１．６，ＳｉＯ2を４．５〜５．５質量％、Ａｌ2Ｏ3を１．０〜１．８質量％、かつＭｇＯを０．２〜１．５質量％に調整した焼結鉱の２種類を製造し、２種類の焼結鉱をあらかじめ混合して、あるいは別々に、炉頂部からコ−クスと交互に装入することを特徴とする。
【００１２】また、前記２種類の焼結鉱を焼結機の幅方向を２分割してそれぞれの領域で造り分け、焼結機以降の破砕、整粒を経て混合された２種類の焼結鉱を、炉頂部からコ−クスと交互に装入することを特徴とする。
【００１３】さらに、前記２種類の焼結鉱を焼結機の高さ方向を２分割してそれぞれの領域で造り分け、焼結機以降の破砕、整粒を経て混合された２種類の焼結鉱を、炉頂部からコ−クスと交互に装入することを特徴とする。
【００１４】またさらに、前記２種類の焼結鉱を別々の焼結機で造り分け、２種類の焼結鉱をあらかじめ混合して、あるいは別々に、炉頂部からコ−クスと交互に装入することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明における焼結鉱の造り分けの目的は、焼結鉱の塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2），ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯの化学組成を偏析させ、適正化することにより、１種類の焼結鉱では達成できない性状の改善をはかることにある。
【００１６】２種類の焼結鉱のうち、片方の焼結鉱のＡｌ2Ｏ3を２．０〜２．５質量％と高く偏析させる。Ａｌ2Ｏ3が高くなることによりＳｉＯ2とＦｅＯが結合してできる低融点化合物にＡｌ2Ｏ3が溶け込む量が多くなり融液量が増加するため、この生成融液が焼結鉱で形成される融着帯の気孔中に侵入し、融着帯の通気性が悪く還元遅れを生じる。またＡｌ2Ｏ3が高いためＡｌ2Ｏ3とＦｅＯの結合力が強くＦｅＯの活量が小さくなるので、焼結鉱の被還元性が悪くやはり還元遅れを生じる。この悪い現象を抑制するために、ＳｉＯ2を３．０〜４．５質量％、かつＭｇＯを０．２〜０．９質量％と低くして、ＳｉＯ2とＦｅＯが結合してできる低融点化合物の量を減少させ、この融液中にＭｇＯが溶け込む量も減少するため、融液量は減少する。さらにＣａＯ／ＳｉＯ2を１．９〜２．５と高くすることにより，Ａｌ2Ｏ3とＦｅＯの結合力を弱めることができるため，ＦｅＯの活量を大きく維持して、焼結鉱の被還元性を確保できる。
【００１７】Ａｌ2Ｏ3を２．０〜２．５質量％と数値限定したのは、２．０質量％未満だと１種類の焼結鉱の組成である１．９質量％にほぼ同じで偏析の意味がないこと、また２．５質量％を超えると上述した融液量の増加を抑制できなくなることによる。
【００１８】ＳｉＯ2を３．０〜４．５質量％、かつＭｇＯを０．２〜０．９質量％と数値限定したのは、ＳｉＯ2が３．０質量％未満および／またはＭｇＯが０．２質量％未満だと、焼結鉱の常温強度および／または還元粉化性を確保できないこと、またＳｉＯ2が４．５質量％および／またはＭｇＯが０．９質量％を超えると、上述した融液量の増加を抑制できなくなることによる。
【００１９】ＣａＯ／ＳｉＯ2を１．９〜２．５と数値限定したのは，１．９未満だと１種類の焼結鉱の組成である１．８にほぼ同じで偏析の意味がないこと、また２．５を超えると焼結鉱の常温強度および／または還元粉化性は確保できるが、還元初期にＦｅＯとＣａＯが結合してできる低融点化合物が多量に生成し、この生成融液が焼結鉱で形成される融着帯の気孔中に侵入するため、融着帯の通気性が悪く還元遅れが生じることによる。また２．５を超えると、このＦｅＯとＣａＯが結合してできる低融点化合物が、還元が進行しＦｅＯが減少するにつれてその融点が上昇し流動性が悪化するため、コ−クスとの接触によるＦｅＯの溶融還元、生成金属鉄の浸炭溶融が遅れ、１５００℃を超えても滴下せず、この滴下しない融着帯がレ−スウェイ直上まで降下してきて一気に溶融を余儀なくされるため、装入物降下異常、通気性悪化が生じることも理由に挙げられる。
【００２０】２種類の焼結鉱のうち、もう片方の焼結鉱のＡｌ2Ｏ3を１．０〜１．８質量％と低く偏析させる。Ａｌ2Ｏ3が低いため、ＳｉＯ2とＦｅＯが結合してできる低融点化合物にＡｌ2Ｏ3が溶け込む量が少なく、融液量が増加しないため、この生成融液が焼結鉱で形成される融着帯の気孔中に侵入することによる融着帯の通気性悪化、還元遅れを生じない。またＡｌ2Ｏ3が低いためＡｌ2Ｏ3とＦｅＯの結合力が弱くＦｅＯ の活量が大きくなるので、焼結鉱の被還元性は良好である。このためＣａＯ／ＳｉＯ2を１．２〜１．６と低くでき、ＳｉＯ2を４．５〜５．５質量％、かつＭｇＯを０．２〜１．５質量％と高くしても、融液量の増加を招かない。
【００２１】Ａｌ2Ｏ3を１．０〜１．８質量％と数値限定したのは、１．０質量％未満とするためにはＡｌ2Ｏ3の極めて低い鉄鉱石を使用する必要があり、これらの鉄鉱石は高価であり経済的でないこと、また１．８質量％を超えると１種類の焼結鉱の組成である１．９質量％にほぼ同じで偏析の意味がないことによる。
【００２２】ＳｉＯ2を４．５〜５．５質量％、かつＭｇＯを０．２〜１．５質量％と数値限定したのは、ＳｉＯ2が４．５質量％未満および／またはＭｇＯが０．２質量％未満だと、焼結鉱の常温強度および／または還元粉化性を確保できないこと、またＳｉＯ2が５．５質量％および／またはＭｇＯが１．５質量％を超えると、上述した融液量の増加を抑制できなくなることによる。
【００２３】ＣａＯ／ＳｉＯ2を１．２〜１．６と数値限定したのは，１．２未満だと、残留したＦｅＯとＳｉＯ2が結合してできる低融点化合物が多量に生成し、この生成融液が焼結鉱で形成される融着帯の気孔中に侵入するため、融着帯の通気性が悪くなり結果として還元遅れが生じることによる。また１．２未満だと、多量に生成したＦｅＯとＳｉＯ2が結合してできる低融点化合物は流動性が良いため、コ−クスと接触してＦｅＯの溶融還元およびそれに引き続く生成金属鉄の浸炭溶融が激しく起こり、１４００℃未満の低温で滴下し、溶銑温度が低下し高炉の炉熱が低下することも理由に挙げられる。また１．６を超えると１種類の焼結鉱の組成である１．８にほぼ同じで偏析の意味がないこと、および上述した融液量の増加を抑制できなくなることによる。
【００２４】２種類の焼結鉱のＣａＯ／ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＳｉＯ2，ＭｇＯがそれぞれ上述した範囲にある場合は、ＦｅＯとＳｉＯ2が結合してできる低融点化合物、およびＦｅＯとＣａＯが結合してできる低融点化合物の生成量が少なく、そのため生成融液が焼結鉱で形成される融着帯の気孔中に侵入し、融着帯の通気性悪化、還元遅れを生じない。また融液中のＦｅＯの活量が大きく、焼結鉱の被還元性は良好である。さらに，ＦｅＯとＳｉＯ2が結合してできる流動性の良い低融点化合物の生成量が少ないため、コ−クスとの接触によるＦｅＯ の溶融還元、生成金属鉄の浸炭溶融が激しくなく、１４００℃未満の低温で滴下することもない。さらに，ＦｅＯとＣａＯが結合してできる低融点化合物の生成量も少ないため、コ−クスとの接触によるＦｅＯの溶融還元、生成金属鉄の浸炭溶融が遅れ、１５００℃を超えても滴下しない現象もみられない。
【００２５】そして、本発明において製造した２種類の焼結鉱は、あらかじめ混合して、あるいは別々に、炉頂部からコ−クスと交互に装入して使用するが、どちらの方法でも同じ効果を享受できる。別々に装入する場合は、ＣａＯ／ＳｉＯ2 １．９〜２．５，ＳｉＯ2 ３．０〜４．５質量％，Ａｌ2Ｏ3 ２．０〜２．５質量％，ＭｇＯ ０．２〜０．９質量％の焼結鉱を炉中心部に、ＣａＯ／ＳｉＯ2 １．２〜１．６，ＳｉＯ2 ４．５〜５．５質量％，Ａｌ2Ｏ3 １．０〜１．８質量％，ＭｇＯ ０．２〜１．５質量％の焼結鉱を炉周辺部に装入すると、本発明の効果を最大限に享受できる。
【００２６】また、２種類の焼結鉱を製造するために、別々の焼結機を用いる場合は、あらかじめ混合することも、あるいは別々にでも、炉頂部からコ−クスと交互に装入することが可能である。しかし焼結鉱機の幅方向あるいは高さ方向を２分割して、２種類の焼結鉱を製造する場合は、焼結機以降の破砕、整粒過程であらかじめ混合されるので、再度混合する必要はない。
【００２７】
【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。表１に本発明による高炉操業結果を従来法と比較して示す。対象高炉は内容積 ３０００ｍ3の中型高炉であり、全鉄原料中の焼結鉱使用割合が８０．０質量％，焼結鉱中（ＣａＯ／ＳｉＯ2）＝１．８，（ＳｉＯ2）＝５．６質量％，（ＭｇＯ）＝１．６質量％，（Ａｌ2Ｏ3）＝１．９質量％で操業していた。微粉炭吹込み量１００ｋｇ／トン、燃料比５００ｋｇ／トンに維持しながら溶銑を６０００トン／日製造していた。
【００２８】
【表１】

【００２９】（実施例１）本発明による操業例であり、微粉炭吹込み量を１８０ｋｇ／トンに増加するときに、全鉄原料中の焼結鉱使用割合を８０．０質量％ のままで、別々の焼結機で２種類の焼結鉱を製造し、片方の焼結鉱中（ＣａＯ／ＳｉＯ2）＝２．２，（ＳｉＯ2）＝４．２質量％，（ＭｇＯ）＝０．５質量％，（Ａｌ2Ｏ3）＝２．２質量％とし、もう片方の焼結鉱中（ＣａＯ／ＳｉＯ2）＝１．４，（ＳｉＯ2）＝５．２質量％，（ＭｇＯ）＝１．０質量％，（Ａｌ2Ｏ3）＝１．６質量％とし、前者を炉中心部に、後者を炉周辺部に、別々に装入した。比較例１に対比すると、燃料比が低く、出銑量が多い。
【００３０】（実施例２）本発明による操業例であり、微粉炭吹込み量を１８０ｋｇ／トンに増加するときに、全鉄原料中の焼結鉱使用割合を８５．０質量％ に増加し、焼結機の幅方向を２分割して２種類の焼結鉱を製造し、片方の焼結鉱中（ＣａＯ／ＳｉＯ2）＝２．１，（ＳｉＯ2）＝４．３質量％，（ＭｇＯ）＝０．４質量％，（Ａｌ2Ｏ3）＝２．３質量％とし、もう片方の焼結鉱中（ＣａＯ／ＳｉＯ2）＝１．５，（ＳｉＯ2）＝５．０質量％，（ＭｇＯ）＝０．８質量％，（Ａｌ2Ｏ3）＝１．５質量％とし、焼結機以降の破砕、整粒過程であらかじめ混合された焼結鉱を装入した。比較例１に対比すると、燃料比が低く、出銑量が多い。
【００３１】（実施例３）本発明による操業例であり、微粉炭吹込み量を１８０ｋｇ／トンに増加するときに、全鉄原料中の焼結鉱使用割合を８５．０質量％ に増加し、焼結機の高さ方向を２分割して２種類の焼結鉱を製造し、片方の焼結鉱中（ＣａＯ／ＳｉＯ2）＝２．３，（ＳｉＯ2）＝４．０質量％，（ＭｇＯ）＝０．３質量％，（Ａｌ2Ｏ3）＝２．４質量％とし、もう片方の焼結鉱中（ＣａＯ／ＳｉＯ2）＝１．３，（ＳｉＯ2）＝５．４質量％，（ＭｇＯ）＝１．２質量％，（Ａｌ2Ｏ3）＝１．４質量％とし、焼結機以降の破砕、整粒過程であらかじめ混合された焼結鉱を装入した。比較例１に対比すると、燃料比が低く、出銑量が多い。
【００３２】（比較例１）従来法による操業例であり、微粉炭吹込み量を１８０ｋｇ／トンに増加するときに、全鉄原料中の焼結鉱使用割合を８０．０質量％ のままで、焼結鉱中（ＣａＯ／ＳｉＯ2）＝１．８，（ＳｉＯ2）＝５．６質量％，（ＭｇＯ）＝１．６質量％，（Ａｌ2Ｏ3）＝１．９質量％もそのままとして操業を継続した。実施例１〜３に比べて、燃料比を上昇せざるを得ず、生産量が低下している。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては、２種類の焼結鉱を製造し、それぞれの化学組成を適正な範囲に維持することにより、生成融液の融着帯の気孔中への侵入量増加、融液中のＦｅＯの活量の低下，ＦｅＯの溶融還元、生成金属鉄の浸炭溶融促進による滴下温度の過度の低下，ＦｅＯの溶融還元、生成金属鉄の浸炭溶融遅れによる滴下温度の過度の上昇を抑制し、融着帯の通気性悪化、還元遅れが防止できる。このため、微粉炭多量吹込み時に炉周辺部の Ｏ／Ｃを増加し、この領域の還元効率を向上させることができ、高炉の燃料比低減、生産性向上を安定的に行える。
【出願人】 【識別番号】０００００６６５５
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
【出願日】 平成１２年８月８日（２０００．８．８）
【代理人】 【識別番号】１００１０７８９２
【弁理士】
【氏名又は名称】内藤 俊太 （外１名）
【公開番号】 特開２００２−６０８１２（Ｐ２００２−６０８１２Ａ）
【公開日】 平成１４年２月２８日（２００２．２．２８）
【出願番号】 特願２０００−２３９２９３（Ｐ２０００−２３９２９３）