特開 2023-172090 高炉操業方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023172090

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】高炉操業方法

(51)【国際特許分類】

   C21B 5/00 20060101AFI20231129BHJP

【ＦＩ】

C21B5/00 314

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022083662

(22)【出願日】2022-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000001258

【氏名又は名称】ＪＦＥスチール株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001542

【氏名又は名称】弁理士法人銀座マロニエ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中内 健

(72)【発明者】

【氏名】岡本 悠揮

(72)【発明者】

【氏名】木宮 宏治

(72)【発明者】

【氏名】石川 和輝

(72)【発明者】

【氏名】早坂 祥和

(72)【発明者】

【氏名】北村 洋平

(57)【要約】

【課題】高炉の長期休風等からの立上の際の羽口の開口のための判断を迅速かつ正確に行うことができる、高炉操業方法を提案する。
【解決手段】高炉を長期休風又は休止した後に操業を再開するための閉止羽口の開口判断を行う高炉操業方法であって、複数の羽口のうちの一部を開口して送風を再開する送風再開工程と、開口した羽口以外の羽口の温度を測定する温度測定工程と、開口した羽口に隣接する羽口の温度と、隣接する羽口以外の閉塞している羽口の温度とを比較することによって、隣接する羽口の開口の可否を判定する判定工程と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高炉を長期休風又は休止した後に操業を再開するための閉止羽口の開口判断を行う高炉操業方法であって、
複数の羽口のうちの一部を開口して送風を再開する送風再開工程と、
開口した羽口以外の羽口の温度を測定する温度測定工程と、
前記開口した羽口に隣接する羽口の温度と、前記隣接する羽口以外の閉塞している羽口の温度とを比較することによって、前記隣接する羽口の開口の可否を判定する判定工程と、
を有する高炉操業方法。

【請求項2】

前記羽口の温度とは、前記羽口の本体温度、及び前記羽口内を流れる冷却水の温度の少なくとも一方である、請求項１に記載の高炉操業方法。

【請求項3】

前記判定工程では、（前記隣接する羽口の本体温度／前記閉塞している羽口の本体温度）が第１閾値以上か否か、及び（前記隣接する羽口内を流れる冷却水の温度／前記閉塞している羽口内を流れる冷却水の温度）が第２閾値以上か否か、の少なくとも一方を判定し、第１閾値及び第２閾値の少なくとも一方を超えた場合に前記隣接する羽口の開口が可能と判定する、請求項２に記載の高炉操業方法。

【請求項4】

前記第１閾値は１．５であり、前記第２閾値は１．０１である、請求項３に記載の高炉操業方法。

【請求項5】

前記判定工程では、さらに前記高炉内での造銑滓量に対する前記高炉からの出銑滓量が所定の割合以上か否かを判定し、所定の割合以上である場合に前記隣接する羽口の開口が可能と判定する、請求項３または４に記載の高炉操業方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高炉を長期休風又は休止した後に通常操業を再開するための閉止羽口の開口判断を行う高炉操業方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高炉は、羽口と呼ばれる送風用の穴から炉内へ吹き込んだ高温空気及び酸素と、炉内のコークスおよび微粉炭との反応によって生成した高温還元ガスによって、装入物（鉄鉱石等）の昇温、還元、溶解を行い、羽口下部の出銑口から溶銑と溶融スラグとを炉外に排出する銑鉄製造設備である。高炉の通常操業時においては、炉内の反応熱と羽口からの熱供給がバランスしているため、高炉の安定的な操業が可能である。

【0003】

ここで、高炉の長期休風または休止を行う際には、高炉内への熱供給が停止する。一方で、高炉内部の温度と大気の温度差によって放熱が継続するため、炉内の冷却が進行し、一部の溶融物は凝固する。このため、高炉の操業再開時、すなわち送風再開時には、炉内の凝固層を溶解させるとともに、凝固物が通過するコークス充填層を溶融物が通過できるまで加熱する必要がある。

【0004】

そのため、高炉の長期休風、または再稼働が見込まれる休止時には、炉内のコークス比を上げて休風に入り、送風後に微粉炭の吹込みが開始できるまでの熱補償を行うとともに、出銑口上の１－２本の羽口以外を耐火物等により閉塞させ、送風に伴って生成する溶銑滓の量を制限し、少量の溶融物の円滑な排出のサイクルを確立し、その後、隣接する羽口を順次に開口し、羽口の開口本数を徐々に増やして通常の操業まで回復させる方法をとっている。他の方法としては、例えば特許文献１に示すように、炉床部昇温バーナによって酸素または、酸素および可燃ガスを炉内に吹き込み、炉内に残留したコークスを燃焼させて炉内残留物の体積を低減させる手法が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６９４７３４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

前述の隣接する羽口の開口を実施する判断は、開口している羽口下の出銑口から排出した溶銑滓の温度、流動性、成分等から判断している。しかしながら、前述の判断方法によって羽口の開口判断を行う場合、温度の測定、流動性の観察、成分分析等のためのサンプリングが可能な状態まで溶銑滓を排出させなければならない。また、溶銑滓がある程度排出したとしても、サンプルを採取し、分析結果が出るまでのリードタイムが必ず発生する。このため、前述の判断方法を高炉の羽口全開まで続けるとなると、判断材料のリードタイムで必要以上に高炉立上げ期間が長期化してしまう。

【0007】

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、高炉の長期休風等からの立上の際の羽口の開口のための判断を迅速かつ正確に行うことができる、高炉操業方法を提案することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の高炉操業方法は、前述の課題を解決すべく開発されたものであり、高炉を長期休風又は休止した後に操業を再開するための閉止羽口の開口判断を行う高炉操業方法であって、複数の羽口のうちの一部を開口して送風を再開する送風再開工程と、開口した羽口以外の羽口の温度を測定する温度測定工程と、前記開口した羽口に隣接する羽口の温度と、前記隣接する羽口以外の閉塞している羽口の温度とを比較することによって、前記隣接する羽口の開口の可否を判定する判定工程と、を有する高炉操業方法である。

【0009】

なお、前記のように構成される本発明に係る高炉操業方法においては、
（１）前記羽口の温度とは、前記羽口の本体温度、及び前記羽口内を流れる冷却水の温度の少なくとも一方であること、
（２）前記判定工程では、（前記隣接する羽口の本体温度／前記閉塞している羽口の本体温度）が第１閾値以上か否か、及び（前記隣接する羽口内を流れる冷却水の温度／前記閉塞している羽口内を流れる冷却水の温度）が第２閾値以上か否か、の少なくとも一方を判定し、第１閾値及び第２閾値の少なくとも一方を超えた場合に前記隣接する羽口の開口が可能と判定すること
（３）前記第１閾値は１．５であり、前記第２閾値は１．０１であること、
（４）前記判定工程では、さらに前記高炉内での造銑滓量に対する前記高炉からの出銑滓量が所定の割合以上か否かを判定し、所定の割合以上である場合に前記隣接する羽口の開口が可能と判定すること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

【発明の効果】

【0010】

本発明の高炉操業方法によれば、高炉を長時間休風または休止した後に操業を再開するための閉止羽口の開口判断を行う際に、羽口の開口を正確かつ迅速に判断することができるため、立上期間が短縮され、いち早く高炉の復旧に移行することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】高炉の炉体断面の一部を示す縦断面模式図である。

【図2】高炉における羽口と出銑口との関係の一実施形態を説明するための平面模式図である。

【図3】羽口温度を、羽口の本体温度で測定する方法の一実施形態を説明するための模式図である。

【図4】羽口温度を、羽口内を流れる冷却水の温度で測定する方法の一実施形態を説明するための模式図である。

【図5】本発明に係る高炉操業方法に従って、羽口の本体温度に基づき閉止開口を開口する一実施形態を説明するためのグラフである。

【図6】本発明に係る高炉操業方法に従って、羽口内を流れる冷却水の温度に基づき閉止開口を開口する一実施形態を説明するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものでない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0013】

図１は、高炉の炉体断面の一部を示す縦断面模式図である。図１に示す実施形態において、高炉を長期間休風する場合、高炉内の羽口直上に充填されている原料（コークス充填層）の表面の高さを高炉の朝顔部の上端よりも減じて休風する。その後、羽口から熱風を徐々に送風して高炉を通常操業に戻す。本発明の一実施形態は、羽口から熱風を徐々に送風して高炉を通常操業に戻す工程を対象とする。

【0014】

本発明の一実施形態に係る高炉操業方法においては、複数の羽口のうちの一部を開口して送風を再開する送風再開工程と、開口した羽口以外の羽口の温度を測定する温度測定工程と、開口した羽口に隣接する羽口の温度と、隣接する羽口以外の閉塞している羽口の温度とを比較することによって、隣接する羽口の開口の可否を判定する判定工程と、を順次実施することで、羽口から熱風を徐々に送風して高炉を通常操業に戻している。また、上記判定工程に加えて、高炉内での造銑滓量に対する高炉からの出銑滓量が所定の割合以上か否かを判定し、所定の割合以上である場合に隣接する羽口の開口が可能と判定する付加判定工程を行うことが好ましい。以下、送風再開工程、温度測定工程、判定工程、付加判定工程を詳細に説明するとともに、本発明に従って開口可能とされた場合のその後の工程についても説明する。

【0015】

＜送風再開工程について＞
図２は、高炉における羽口と出銑口との関係の一実施形態を説明するための平面模式図である。図２に示す実施形態では、高炉の周方向に羽口Ｎｏ．１～４１を備えている。そして、羽口の下方であって羽口Ｎｏ．１～４１に対し図２に示す位置に、出銑口１～４を備えている。

【0016】

本発明の高炉操業方法に係る送風再開工程の一実施形態では、図２に示す羽口と出銑口との関係において、全ての羽口が閉まっている状態から、一部（例えば４つ）の羽口Ｎｏ．１～４を開口し、炉内への送風を再開する。最初に開口する羽口は、図２に示すように、出銑口（ここでは出銑口１）の上部に存在する羽口（ここでは羽口Ｎｏ．１～４）とすることが好ましい。

【0017】

＜温度測定工程について＞
本発明の高炉操業方法に係る温度測定工程の一実施形態では、上記送風再開工程に続き、上記送風再開工程で開口した羽口以外の羽口（羽口Ｎｏ．１～４以外の全羽口）の温度を測定（監視）する。

【0018】

本実施形態では、「羽口の温度」として、「羽口の本体温度（埋込温度）」と「羽口内を流れる冷却水の温度」の双方を測定（監視）する。羽口１１の本体温度については、図３に示すように、各羽口１１の先端（炉内側）に設けられた先端埋込温度計１２によって、各羽口１１の本体温度を測定する。また、羽口１１内を流れる羽口冷却水１３の温度については、図４に示すように、高炉外に設けられた羽口冷却水１３の温度を測定する排水温度計１６によって、羽口１１内を流れた後の羽口冷却水（排水）１３の温度を測定する。測定された羽口１１の本体温度および冷却水温度は、高炉外の記録装置に時系列データとして記録される。なお、図４において、１４は給水ヘッダ、１５は給水温度計、１７は排水トラフである。

【0019】

＜判定工程について＞
本発明の高炉操業方法の一実施形態に係る判定工程では、上記温度測定工程に続き、開口した羽口に隣接する羽口（ここでは５つ目の羽口Ｎｏ．５）の温度（羽口の本体温度および冷却水温度の少なくとも一方）と、隣接する羽口以外の閉塞している羽口の温度（羽口の本体温度および冷却水温度の少なくとも一方）とを比較し、閾値以上か否かを判定する。以下、本発明の高炉操業方法に係る判定工程の一実施形態の詳細な説明および閾値の具体例について説明する。

【0020】

高炉の長期休風中または休止中は、炉内が冷えて羽口の先端付近にあるコークスが凝固した状態となっている。この場合、羽口を開口して送風を再開したとしても、炉内のコークスが動かないため送風が通らず、羽口付近の凝固物のみが溶融することによって羽口が溶損するおそれがある。

【0021】

本実施形態では、上記送風再開工程で一部の羽口（羽口Ｎｏ．１～４）を開口して炉内への送風を再開することにより、開口している一部の羽口の周辺から順に炉内の温度が上がっていく。そして、開口している羽口に隣接する羽口、すなわち本実施形態において開口の判断を行う開口判断羽口（５つ目の羽口Ｎｏ．５）は、隣接する羽口（羽口Ｎｏ．４）からの伝熱により温度が徐々に上がっていく。なお、ここでは、説明を簡単にするために、開口判断羽口を羽口Ｎｏ．５のみとしたが、開口している羽口Ｎｏ．１に隣接する羽口Ｎｏ．４１も同様に判定することができる。

【0022】

一方、隣接する羽口以外の閉塞している羽口（閉塞している羽口Ｎｏ．６～４０：羽口Ｎｏ．４１は開口判断羽口（羽口Ｎｏ．５）と同じである）の温度は、伝熱の影響を受けずにほとんど上がらない。このため、隣接する羽口（５つ目の羽口Ｎｏ．５）の温度（羽口の本体温度および冷却水温度の少なくとも一方）と、隣接する羽口以外の閉塞している羽口の温度（羽口の本体温度および冷却水温度の少なくとも一方）とを比較することにより、隣接する羽口（ここでは羽口Ｎｏ．５）の開口の可否の判定を行うことが可能となる。

【0023】

ここで、「隣接する羽口以外の閉塞している羽口の温度」は、開口羽口（ここでは羽口Ｎｏ．１～４）および隣接羽口（ここでは羽口Ｎｏ．５およびＮｏ．４１）以外の複数の閉塞羽口（ここでは羽口Ｎｏ．６～４０）の温度の平均温度である。なお、羽口の本体温度および冷却水温度の少なくとも一方を比較すれば羽口の開口の可否を判断することができるが、双方を比較することで、より精度よく羽口の開口の可否を判断することが可能となる。

【0024】

以下、実際に上記温度測定工程で記録された羽口の本体温度（埋込温度）と冷却水温度（排水温度）との関係の一例を示す。図５は、羽口Ｎｏ．５～８のそれぞれについて開口判断をする場合における（開口判断羽口埋込温度（Ａ）／当該羽口以外の閉塞羽口埋込温度（Ｂ））の変化を示すグラフである。図６は、羽口Ｎｏ．５～８のそれぞれについて開口判断をする場合における（開口判断羽口冷却水排水温度（Ｃ）／当該羽口以外の閉塞羽口冷却水排水温度（Ｄ））の変化を示すグラフである。図５および図６に示すグラフにおいて、各羽口Ｎｏ．５～８は、Ａ／ＢおよびＣ／Ｄが急激に上昇した時点で開口している。つまり、羽口Ｎｏ．５、Ｎｏ．６、Ｎｏ．７、Ｎｏ．８の順に隣接する羽口が順次に開口している。

【0025】

このＡ／ＢおよびＣ／Ｄがそれぞれ予め定めた第１閾値以上および第２閾値以上の場合に、その開口判断羽口（ここでは羽口Ｎｏ．５～８）の高炉内側が健全な状態である、すなわち、凝固物が溶解してコークスが移動できるようになり、羽口からの送風が通るようになったと判断でき、羽口の開口が可能であると判定することができる。

【0026】

図５および図６のグラフから、Ａ／Ｂの数値が１．５未満およびＣ／Ｄの数値が１．０１未満の場合は、開口判断羽口の温度の上昇が十分ではないことがわかる。そのため、閾値としては、例えばＡ／Ｂは１．５（第１閾値）とすること、Ｃ／Ｄは１．０１（第２閾値）とすることが好ましい。なお、上記の閾値（第１閾値および第２閾値）は、１度でも超えていればよく、閾値を超えた後で閾値未満になった場合であっても「羽口の開口が可能」と判定する。本実施形態では、開口判断羽口埋込温度Ａが閉塞羽口埋込温度Ｂに対して１．５倍以上の温度、および、開口判断羽口冷却水排水温度Ｃが閉塞羽口冷却水排水温度Ｄに対して１．０１倍以上の温度の少なくとも一方が満たされれば、羽口の高炉内側の凝固物の溶解が十分であると判断することが可能である。

【0027】

＜付加判定工程について＞
本発明の高炉操業方法に係る付加判定工程の一実施形態では、上記判定工程に付加することが好ましい工程として、上記判定工程で羽口の温度が閾値以上と判定した場合に、高炉の溶銑滓の排出状態を確認し、高炉からの出銑滓量に対する高炉内での造銑滓量の割合が所定の割合以上か否かを判定し、所定の割合以上であれば隣接する羽口を開口する。

【0028】

羽口の開口本数を増加させると、高炉内への送風量も増加するため、高炉内で生産される造銑滓量は増加する。その際に高炉内で溶融物が溜まり傾向である場合、さらに溶融物を高炉内に溜めていくことになってしまう。そのため上記判定工程において羽口先端の状態のみで羽口の開口を判断すると、溶融物が高炉内に溜まり続けることになる可能性がある。このため、本実施形態では、上記判定工程で羽口の温度が閾値以上と判定した場合に、さらに高炉の溶銑滓の排出状態を確認することが好ましい。

【0029】

具体的には、本付加判定工程における一実施形態では、高炉内で生産された溶銑滓量である「造銑滓量」に対し、高炉外に排出された溶銑滓量である「出銑滓量」の割合を算出し、その割合が所定の割合以上か否かを判定する。ここで、造銑滓量に対する出銑滓量の割合が例えば５０％未満の場合は、溶融物の排出量が少なすぎるため、「所定の割合」は５０％であることが好ましく、８０％であることがより好ましい。なお、本実施形態では、造銑滓量に対する出銑滓量の割合が１００％を超えている場合に羽口の開口が可能であると判定する。上記の判定は、１回の出銑滓作業毎に実行することが好ましい。

【0030】

割合を算出する際の「造銑滓量」は、例えば送風流量やコークス比等の操業条件から計算によって求めることが可能であり、「出銑滓量」は、例えば出銑口の下流側に設けられたセンサ等によって出銑滓量を測定することで求めることが可能である。

【0031】

＜その後の工程について＞
上述した送風再開工程、温度測定工程、判定工程、好ましくは付加判定工程を行い、羽口Ｎｏ．５の開口が行われたのち、６つ目（羽口Ｎｏ．６）以降の閉塞羽口についても、温度測定工程、判定工程、好ましくは付加判定工程を繰り返し実施して順番に開口していき、最終的に全ての羽口を開口する。

【符号の説明】

【0032】

１１ 羽口
１２ 先端埋込温度計
１３ 羽口冷却水
１４ 給水ヘッダ
１５ 給水温度計
１６ 排水温度計
１７ 排水トラフ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】