特許 5770124 高炉操業方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5770124

(24)【登録日】2015年7月3日

(45)【発行日】2015年8月26日

(54)【発明の名称】高炉操業方法

(51)【国際特許分類】

   C21B 5/00 20060101AFI20150806BHJP

【ＦＩ】

   C21B5/00 321

   C21B5/00 311

【請求項の数】1

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-49698(P2012-49698)

(22)【出願日】2012年3月6日

(65)【公開番号】特開2013-185181(P2013-185181A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2014年2月26日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２２年独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「環境調和型製鉄プロセス技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）」

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(73)【特許権者】

【識別番号】714003416

【氏名又は名称】日新製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】樋口 謙一

(72)【発明者】

【氏名】松崎 眞六

(72)【発明者】

【氏名】篠竹 昭彦

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 公児

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１８８８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２１５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９９００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５３−００５２４３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開昭４９−０７９９１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｂ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高炉シャフト部から、水素ガスを含む還元性ガスを吹き込む高炉操業であって、
還元性ガスに含まれる水素ガスの吹き込み量が銑鉄１トン当り２０Ｎｍ^３以上、１５０Ｎｍ^３以下であり、
高炉炉頂部における半径方向のＯ/Ｃの分布係数ａが、下記（１）、（２）式を満たす
ことを特徴とする高炉操業方法。
（０．００３×ＶＨ_２＋１．２）≧ａ≧(０．００３×ＶＨ_２＋０．８５)・・・（１）
ａ≧１．０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
ただし、
ａ；（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２。高炉炉頂部における半径方向を３分割し、炉中心から
炉壁に向け、１，２，３とした場合の、炉周辺部（Ｏ/Ｃ）_３と炉中間部（Ｏ/Ｃ）_２の比である。
ＶＨ_２；水素ガスの吹き込み量（Ｎｍ^３/ｔｐ）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高炉操業方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球環境保護の観点から、二酸化炭素の排出低減の必要性が増大し、高炉における二酸化炭素の削減策が、検討されている。高炉で燃焼されるコークス及び微粉炭（以下ＰＣと記す。）は、主成分である炭素が燃焼し、羽口前レースウェイ内で一酸化炭素となり、高炉内を上昇する際に鉄鉱石を還元して二酸化炭素となって炉頂より排出される。
ここで、炭素が主成分であるコークス及びＰＣに替わり、水素とメタンを大量に含むコークス炉ガス（以下、ＣＯＧと記す。）、メタンを主成分とする天然ガス（以下、ＬＮＧと記す。）、又は、ＣＯＧを改質し水素含有量が多い改質ＣＯＧ等の水素を含む還元性ガスを高炉に吹き込むことにより、高炉から排出される二酸化炭素の低減が期待できる。

【0003】

ＣＯＧ、ＬＮＧ、又は、改質ＣＯＧ等の水素を含む還元性ガスを高炉の羽口から吹き込む技術がある。この方法は、水素ガスを多量に含有する燃料を用い、高炉からの二酸化炭素の排出を抑制することで、有効な手段である。しかし、これらのガスが羽口前で燃焼すると、羽口前温度は低下する。その対応策として送風温度の上昇や、酸素吹き込み量の増加を行うと、熱流比が上昇で、高炉シャフト部の熱不足をきたす。又、羽口前レースウェイという限られた空間で大量のガスを燃焼することには、限界がある。

【0004】

ＣＯＧ、ＬＮＧ、又は、改質ＣＯＧ等の水素を含む還元性ガスを高炉シャフト下部に吹き込む方法が考えられる。この方法は、高炉内の鉱石が溶融する前に水素により鉱石を還元するものであり、高炉からの二酸化炭素の排出を抑制するには、有効な手段である。羽口前温度の低下や、熱流比の上昇といった問題が無い。

【0005】

しかし、高炉のシャフト下部に、水素を含む還元性ガスを吹き込んでも、炉内には、鉱石とコークスが充填されており、吹き込まれたガスは、炉壁近傍の周辺部にとどまり、炉中心まで浸透しない。その結果、炉内の径方向の鉱石還元と通気性維持が不適正になるという問題がある。
従来、高炉のシャフト下部から還元性ガスを吹き込む技術の開示がある。
吹き込みガスが、炉内に均一には拡散しない点を考慮し、炉頂から垂直にパイプを介してガスを吹き込む方法が開示されている（特許文献１）。
次に、炉下部（羽口）から酸素噴射装置により炭化水素流体を吹き込み、炉上方のシャフト下部から、予熱されたＣＯ，Ｈ_２を主として含む還元性ガスを吹き込む発明が開示されている（特許文献２）。
又、ガス燃焼・吹き込み装置により、燃料ガス燃焼し、温度を高めたガスを炉シャフト部に吹き込む発明が開示されている（特許文献３）。
又、プラズマアークヒーターで還元性ガスの温度を上げ、周辺部の鉱石とコークスの比（以下、Ｏ/Ｃと記す。）が高い場合に高温の還元性ガスを周辺部に吹き込む技術の開示がある（特許文献４）。
又、重油を熱分解し、水素の含有量が高い還元性ガス（Ｈ_２：４６％、ＣＯ：４４％）を実機高炉で試験吹き込みを行った技術が開示されている（非特許文献１）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開昭４７−３４０４号公報

【特許文献2】特開昭４７−９１０４号公報

【特許文献3】特許第４７６０９８５号公報

【特許文献4】特開平５−１９５０２７号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】鉄と鋼 第５８年（１９７２）第５号 Ｐ６８〜Ｐ８０

【非特許文献2】ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ Ｖｏｌ.２３（２０１０）−８７９

【非特許文献3】ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ Ｖｏｌ.２３（２０１０）−９４

【非特許文献4】鉄と鋼 Ｖｏｌ.８７（２００１）Ｎｏ５ Ｐ１５４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、特許文献１に記載の発明は、シール性など非常に高い設備技術が要求されるとともに、ベルレス装入装置の高炉では、垂直パイプが旋回シュートの邪魔になり、ベル型装入装置にのみ適用が限定される。又、垂直パイプは、炉中心に設置することは困難であり、装入物の炉内配置を大きく乱すため、安定した高炉操業が困難であるという問題がある。
特許文献２に記載の発明は、炉下部（羽口）からの燃料吹き込みによる炉上部の熱不足を予熱還元性ガスで補うものであり、特許文献３に記載の発明は、炉下部低還元材比の操業によるシャフト上部の温度不足を補うため温度を高めた希釈ガスをシャフト下部に吹き込むものである。又、特許文献４に記載の発明は、周辺部Ｏ/Ｃが高くなったときに周辺部の加熱還元不足を補うものである。これらの文献に記載の発明は、共に、シャフト部の熱不足対策であり、水素を含む還元性ガスが炉中心まで浸透しないということの言及はない。
非特許文献１には、シャフト上部に吹き込んだ還元性ガスの炉内への浸透性をガラス球充填層で調査し、吹き込みガスは、炉周辺にとどまるという記述がある。しかし、これに対する対応策についての検討も記載も無い。又、還元性ガスの吹き込みは、羽口からの重油吹き込みを補填し、重油を変成した還元性ガスを吹き込むことを目的としており、吹き込み量も重油換算で最大２９．６ｋｇ/ｔｐで少量にとどまる。
本願発明は、ＣＯＧ、ＬＮＧ、又は、改質ＣＯＧ等の水素を含む還元性ガスを高炉シャフト下部から吹き込み、高炉からの二酸化炭素の排出を抑制することを課題とする。
高炉のシャフト下部に、水素を含む還元性ガスを吹き込む場合に、還元性ガスは、炉壁近傍の周辺部にとどまり、炉中心まで浸透しない。その結果、炉内の径方向の鉱石還元が変化し、通気性維持が困難となり、高炉操業に支障をきたす。
本発明の目的は、高炉のシャフト下部に水素を含む還元性ガスを吹き込む場合に、炉径方向の鉱石還元と通気性が適正となる高炉操業方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者は、高炉反応シミュレータ（以下、ＢＩＳ炉という。）により、高炉のシャフト下部に、水素を含む還元性ガスを吹き込む実験を行った結果、炉径方向のＯ/Ｃを調整することにより、円滑な高炉操業ができることを見出した。本発明は、この知見に基づいて上記の課題を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは、以下のとおりである。

【0010】

（１）高炉シャフト部から、水素ガスを含む還元性ガスを吹き込む高炉操業であって、
還元性ガスに含まれる水素ガスの吹き込み量が銑鉄１トン当り２０Ｎｍ^３以上、１５０Ｎｍ^３以下であり、
高炉炉頂部における半径方向のＯ/Ｃの分布係数ａが、下記（１）、（２）式を満たす
ことを特徴とする高炉操業方法。
（０．００３×ＶＨ_２＋１．２）≧ａ≧(０．００３×ＶＨ_２＋０．８５)・・・（１）
ａ≧１．０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） ただし、
ａ；（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２。高炉炉頂部における半径方向を３分割し、炉中心から
炉壁に向け、１，２，３とした場合の、炉周辺部（Ｏ/Ｃ）_３と炉中間部（Ｏ/Ｃ）_２の比である。
ＶＨ_２；水素ガスの吹き込み量（Ｎｍ^３/ｔｐ）

【発明の効果】

【0011】

本発明は、高炉のシャフト下部に水素ガスを含む還元性ガスを吹き込む場合に、適正な炉径方向の鉱石還元と通気性が可能な高炉操業方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】吹き込みガスの流れを調査する実高炉１/１０の実験装置を示す図。

【図2】実高炉１/１０の実験装置におけるシャフト吹き込みガスの流れを示す図。

【図3】改質ＣＯＧによる焼結鉱の圧力損失を示す図。

【図4】改質ＣＯＧの吹込み量と焼結鉱の最大圧力損失の関係を示す。

【図5】断熱型ＢＩＳ炉の概略を示す図。

【図6】装入Ｏ/Ｃと１１００℃還元率の関係を示す図。

【図7】ａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２と排出ＣＯ_２の関係を示す図。

【図8】シャフト吹き込み量と分布係数ａの関係を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［水素を含む還元性ガスの組成について］
高炉からの二酸化炭素の排出を抑制するためのシャフト部から吹き込む還元性ガスは、ＣＯＧ、ＬＮＧ、又は、改質ＣＯＧ等の水素を含むガスである。
ＬＮＧ（ＣＨ_４）は、水蒸気改質（ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ＝３Ｈ_２＋ＣＯ)することにより、最大７５％の水素を含み、残りはＣＯである。
ＣＯＧ中のＨ_２は５７％で、ＣＯＧのメタン３２％を全て水蒸気改質するとＨ_２の合計は、７８％に増加する。
ＣＯ_２削減効果が発揮されるように、シャフトから吹き込む改質還元性ガスのＨ_２濃度は５０％以上とし、最大７８％とする。
ＣＯＧの改質方法は本発明の効果には影響を与えない。ＣＯＧに含有されるメタン(ＣＨ_４)の改質方法として、水蒸気や部分酸化などを組み合わせた改質方法が適用でき、所定の改質後に所定のＨ_２濃度のガスが得られれば良い。

【0014】

［水素含有還元性ガスの吹き込み量について］
水素を含む還元性ガスの吹き込み量は、水素量（ＶＨ_２）Ｎｍ^３／ｔｐで表し、２０Ｎｍ^３/ｔｐ乃至１５０Ｎｍ^３/ｔｐとする。下限は、これ以下では、ＣＯ_２削減効果が小さいからである。上限は、製鉄所内のマスバランスで定められる。コークス炉からのＣＯＧ（ＣＨ_４：３２％，Ｈ_２：５７％）生成量は １５６Ｎｍ^３/ｔｐである。下工程へのＣＯＧ供給を考慮し、発生量のうち１００Ｎｍ^３／ｔｐを水蒸気改質するとし、１５３Ｎｍ^３／ｔｐ（１００＊(０．５７＋０．３２＊３)）のＨ_２が生成される。

【0015】

［水素含有還元性ガスを吹き込む時のシャフト部での流れについて］
高炉のシャフト下部に、水素を含む還元性ガスを吹き込む場合に、還元性ガスは、炉壁近傍にとどまり、炉中心まで浸透しない。本発明者等は、実高炉１/１０の実験装置を用いて、シャフト下部にガスを吹き込んだ場合のシャフト内のガスの分配について調査し、すでに発表している（非特許文献２）。
図１に吹き込みガスの流れを調査する実高炉１/１０の実験装置を示す。２〜５ｍｍのコークスを充填し、羽口１から空気８００Ｌ/ｍｉｎ、シャフトのガス吹き込みノズル２からＣＯ_２を８０Ｌ/ｍｉｎあるいは１６０Ｌ/ｍｉｎ吹き込んで装置背面にあるサンプリング孔３から炉内ガスをサンプリングし炭酸ガスの濃度を測定してガスの流れを調査した。図２に実高炉１/１０の実験装置におけるシャフト吹き込みガスの流れを示す。吹き込みガスは、模型幅１０００ｍｍに対し、炉壁からの距離が１５０ｍｍの範囲を上昇している。
５０００ｍ^３クラスのシャフト幅（半径）を８０００ｍｍとすると、実炉においては、シャフト下部に吹き込まれた還元性ガスは、炉壁からの距離が約１２００ｍｍの周辺部の範囲で、シャフト内を上昇すると考えられる。

【0016】

［水素含有還元性ガスを吹き込む時の鉱石還元について］
本発明者等は、水素含有還元性ガスの吹き込みが、鉄鉱石の高温還元性状に及ぼす影響を調査し、すでに発表している（非特許文献３）。
図３に改質ＣＯＧによる焼結鉱の圧力損失を示す。実炉を模擬し、荷重を付加した状態で、水素含有還元性ガスにより焼結鉱を還元した場合の焼結鉱の還元・軟化・溶融による鉱石充填層の通気抵抗を調査したものである。温度パターンは、９００℃まで１０℃/ｍｉｎ、９００℃で３０分保持、９００〜１６００℃まで５℃/ｍｉｎとし、荷重９．８×１０^−２ＭＰａを８００℃から付加した。ガス組成は、Ｈ_２６０％、ＣＯ３０％、Ｎ_２１０％のガスを９００℃以上の位置で吹き込んだ。ガス吹き込み量は、０、１００、３００Ｎｍ^３／ｔｐを吹き込んだ。ガスの分配比率は、吹き込み位置における炉内半径方向を３等分し、中間部の吹き込み量Ｖ_１、周辺部の吹き込み量Ｖ_Ｗが１：５の場合である。
図３で、改質ＣＯＧにより焼結鉱の還元が進行し、改質ＣＯＧを吹き込むことにより焼結鉱充填層の圧損が大幅に低下している。水素の還元力が大きいことを示している。
図４は、改質ＣＯＧの吹込み量と焼結鉱の最大圧力損失の関係を示す。改質ＣＯＧの吹き込みにより、周辺部の圧力損失が大幅に低下する。
このことは、改質ＣＯＧの吹き込みにより、焼結鉱の還元が進み、周辺部の融着帯の融液量が減少し、融着帯が極めて薄くなったものと推定される。その結果、周辺部の圧力損失が大幅に低下すると考えられる。

【0017】

［装入Ｏ/Ｃと１１００℃還元率の関係について］
以上より、シャフト下部から、改質ＣＯＧを吹き込んだ場合、吹き込まれた還元性ガスは、炉の周辺部を上昇する。改質ＣＯＧの含まれるＨ_２は、還元力が強いため、周辺部の鉱石を著しく還元し、その結果、周辺部の圧力損失が低下し、炉内ガスの周辺部への編流が想定される。炉内ガスの周辺部への偏流は、高炉操業の変調をきたす虞がある。そこで、本発明者等は、シャフト下部から水素含有還元性ガスを吹き込む場合に、周辺部のＯ/Ｃをあげ、周辺流を抑制することを考えた。
本発明者等は、まず、断熱型ＢＩＳ炉により、装入Ｏ/Ｃと鉱石還元率の関係を調査した。

【0018】

断熱型ＢＩＳ炉は、加熱型高炉内反応シミュレーター（ＢＩＳ炉）を断熱型に改造したものである。図５に断熱型ＢＩＳ炉の概略を示す。反応管４の中に鉱石５とコークス６を層状に充填し、ヒーター７を移動させ、ガスを反応管４に導入することで、向流移動層としている。断熱は、断熱層８により反応管４からの熱の放散を防止し、反応管４の内部と外壁に接触させた温度計９から温度を検出し、制御部１０により両温度が合致するように、電気炉を制御する（非特許文献４）。

【0019】

図６に水素含有還元性ガスを吹き込んだ場合の装入Ｏ/Ｃと１１００℃還元率の関係を示す。断熱型ＢＩＳ炉により調査したものである。
装入Ｏ/Ｃは、高炉炉頂部における半径方向を３分割し、中心から炉壁に向け、１，２，３とした場合の、分割されたそれぞれの部位におけるＯ/Ｃで管理する。
図６において、ＶＨ_２＝０Ｎｍ^３／ｔｐの直線は、吹き込み還元性ガス中の水素が浸透しない炉の中間部における装入（Ｏ/Ｃ）_２（以下、（Ｏ/Ｃ）_２と記す。）と１１００℃還元率の関係を意味する。一方、ＶＨ_２＝１００Ｎｍ^３／ｔｐの直線は、吹き込み還元性ガスが浸透する炉の周辺部における装入（Ｏ/Ｃ）_３（以下、（Ｏ/Ｃ）_３と記す。）と１１００℃還元率の関係を意味する。

【0020】

例えば、装入Ｏ/Ｃが、５．０の場合で、中間部（Ｏ/Ｃ）_２と周辺部（Ｏ/Ｃ）_３が同じ５．０の場合を考える。吹き込み還元性ガス中の水素が、ＶＨ_２＝１００Ｎｍ^３／ｔｐの場合、還元性ガスが浸透する周辺部の１１００℃還元率は６９％に上昇するが（Ｂ点）、還元性ガスが浸透しない中間部の１１００℃還元率は、５２％にとどまる（Ａ点）。その結果、図４より、周辺部の鉱石充填層の圧力損失は低下し、炉内ガスは、周辺部に集中してしまい、炉況が変化し不調につながる虞がある。

【0021】

図６において、周辺部の圧力損失の低下による周辺部へのガス集中を避けるためには、周辺部の（Ｏ/Ｃ）_３を５．９にすればよい（Ｃ点）。中間部（Ｏ/Ｃ）_２を５．０、周辺部（Ｏ/Ｃ）_３を５．９にし、それぞれの１１００℃還元率を５２％とすれば、周辺部と中間部の炉内ガスのアンバランスを解消することができ、安定した炉況を維持することができると考えられる。

【0022】

［周辺部と、中間部のＯ/Ｃと排出ＣＯ_２の関係について］
前述の如く水素含有還元性ガスを吹き込んだ場合、炉の周辺部（Ｏ/Ｃ）_３と中間部（Ｏ/Ｃ）_２により、炉内の鉱石還元状況が変化し、排出ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）が影響される。
（Ｏ/Ｃ）_３と（Ｏ/Ｃ）_２を変更した場合の排出ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）の変化を前記断熱型ＢＩＳ炉を用いて調査した。

【0023】

周辺部と中間部のＯ/Ｃの比を分布係数ａとした。即ち、ａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）である。
図７にａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２と排出ＣＯ_２の関係を示す。
水素吹込みが、ＶＨ_２＝０Ｎｍ^３／ｔｐの場合、ａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２が１．０のときに、排出ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）は最低値（Ｐ点）を示す。
水素吹込みが、ＶＨ_２＝５０Ｎｍ^３／ｔｐの場合、ａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２が１．０（Ｐ点）〜１．３５（Ｑ点）のときに、水素吹込みが、ＶＨ_２＝０Ｎｍ^３／ｔｐの場合の排出ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）より小さくなる。即ち、水素吹込みが、ＶＨ_２＝５０Ｎｍ^３／ｔｐの場合は、ａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２を１．０（Ｐ点）〜１．３５（Ｑ点）にすれば、ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）の排出を削減することができる。

【0024】

水素吹込みが、ＶＨ_２＝１００Ｎｍ^３／ｔｐの場合、ａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２が１．３（Ｒ点）〜１．６５（Ｓ点）のときに、水素吹込みが、ＶＨ_２＝０Ｎｍ^３／ｔｐの場合の排出ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）より小さくなる。即ち、水素吹込みが、ＶＨ_２＝１００Ｎｍ^３／ｔｐの場合は、ａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２を１．３（Ｒ点）〜１．６５（Ｓ点）にすれば、ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）の排出を削減することができる。

【0025】

［排出ＣＯ_２を削減するための、水素吹込み量ＶＨ_２（Ｎｍ^３／ｔｐ）とａ＝（Ｏ/Ｃ）_３/（Ｏ/Ｃ）_２との関係式の導入について］
前記図７において、Ｐ点（ＶＨ_２＝５０Ｎｍ^３／ｔｐ、ａ＝１．０）、Ｒ点（ＶＨ_２＝１５０Ｎｍ^３／ｔｐ、ａ＝１．３）であれば、排出ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）は、削減できる。
このＰ点、Ｒ点より、排出ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）を削減できる下限である下記式（３）が導かれる。

【0026】

［数式］
ａ≧(０．００３×ＶＨ_２ ＋ ０．８５) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）

【0027】

同様に、Ｑ点（ＶＨ_２＝５０Ｎｍ^３／ｔｐ、ａ＝１．３５）、Ｓ点（ＶＨ_２＝１５０Ｎｍ^３／ｔｐ、ａ＝１．６５）より、排出ＣＯ_２（ｋｇ／ｔｐ）を削減できる上限である下記式（４）が導かれる。

【0028】

［数式］
(０．００３×ＶＨ_２＋ １．２)≧ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）

【0029】

前記式（３）と前記式（４）合成することにより、又、ａは、１．０以上に限られることより、下記式（１）（２）を導くことができる。

【0030】

［数式］
(０．００３×ＶＨ_２＋ １．２)≧ａ≧(０．００３×ＶＨ_２ ＋ ０．８５)・・・（１）

【0031】

［数式］
a ≧ 1.0・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）

【0032】

［水素含有還元性ガスを吹き込む時のＯ/Ｃ制御］
本発明は、水素含有還元性ガスの水素含有量に応じて、Ｏ/Ｃの分布係数ａを前記式（１）及び（２）に従い実施する。
図８に水素含有還元性ガスを吹き込む時の装入物の分布係数ａを示す。制御の仕方は通常操業通り、装入バッチ毎の切り出し位置の変更で調整する。
尚、本発明では、炉中心には中心コ−クスがあり、かつ体積寄与は小さいので、制御精度の観点から中心部は制御しない。
本発明のシャフト吹き込みを行う高炉操業法において、円周方向の吹き込み口の設置数は多ければ多いほど円周方向の均一な吹き込みが可能となり望ましい。一方、過度な数の吹き込み口の設置は、設備費の増大を招くので、吹き込み口の円周方向の間隔を５ｍ以下とすることが望ましい。

【実施例1】

【0033】

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明は、これに限られるものではない。

【0034】

シャフト部に吹き込み口を1つ装備した試験高炉（羽口２個、内容積８ｍ³）を用いて、H₂濃度が６５％の改質ＣＯＧを吹き込み操業評価試験を実施した。結果を表１に示す。
（比較例１）
還元性ガスのシャフト吹き込みがないベース条件の操業は、ａ＝１．０の分布係数において、ｉｎｐｕｔCで４２０ｋｇ／ｔｐ， 排出ＣＯ_２（Ｎｍ^３／ｔｐ) で １３５７であり、通気抵抗指数（K値）、炉体放散熱、スリップ頻度など操業管理指標も良好であった。
（実施例1）
水素吹き込み量 を５０Ｎｍ^３／ｔｐ,とし、分布係数ａは、式（１）を満足する１．１５とした。高炉操業は、安定し、排出ＣＯ_２は６６ｋｇ／ｔｐ削減できた。
（実施例２）
水素吹き込み量 を１５０Ｎｍ^３／ｔｐとし、分布係数ａは、式（１）を満足する１．４５とした。高炉操業は、安定し、排出ＣＯ_２は１３２ｋｇ／ｔｐ削減できた。
（比較例２）
水素吹き込み量 を１８Ｎｍ^３／ｔｐとした。水素吹き込み量が少なく、顕著なＣＯ_２削減効果が発揮されなかった。
（比較例３）
吹き込み量 ５０Ｎｍ^３／ｔｐとし、分布係数ａは、式（１）の上限を超える１．４０とした。過度に壁際に還元負荷が高くなった結果、中間部へのガス流れが過剰に促進されて、通気が安定しなかった。その結果、コークスを増配せざるをえなかったので、排出ＣＯ_２は削減されず、ベースの比較例１に対し、７３ｋｇ／ｔｐ増加した。

【0035】

【表1】

【産業上の利用可能性】

【0036】

高炉のシャフト下部に、水素ガスを含む還元性ガスを吹き込む場合に、炉径方向の鉱石還元と通気性が適正な高炉操業方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0037】

１…羽口、２…ガス吹き込みノズル、３…サンプリング孔、４…反応管、５…鉱石、６…コークス、７…ヒーター、８…断熱層、９…温度計、１０…制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】