特開 2024-14725 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】P2024014725

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】高炉操業方法

(51)【国際特許分類】

   C21B 5/00 20060101AFI20240125BHJP

【ＦＩ】

C21B5/00 314

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087624

(22)【出願日】2023-05-29

(31)【優先権主張番号】P 2022115304

(32)【優先日】2022-07-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】長谷川 直輝

(72)【発明者】

【氏名】海瀬 達哉

(72)【発明者】

【氏名】木宮 宏治

(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】操業を停止して高炉を休風し、その後再度送風する高炉操業方法において、コークスの燃焼の進行具合を正確に求めて燃焼完了を正確に知ることができ、スムーズで安定した高炉の立ち上げを行うことができる高炉操業方法を提案する。
【解決手段】高炉羽口の直上の原料充填層表面の高さを高炉朝顔部上端の高さよりも減じて休風し、その後、再度送風を開始するための高炉操業方法であって、高炉休風後に出銑口から炉内に向けて挿入したバーナより、少なくとも酸素を吹き込み、炉内に残留したコークスを燃焼させることで炉内残留物の体積を低減させ、炉内のＣＯ及びＣＯ_２のガス組成からバーナ近傍のコークスの燃焼が完了したと判断された場合に、炉内残留物の体積が低減した体積減少領域に新たにコークスを装入した後に、羽口から送風を行う。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高炉羽口の直上の原料充填層表面の高さを高炉朝顔部上端の高さよりも減じて休風し、その後、再度送風を開始するための高炉操業方法であって、高炉休風後に出銑口から炉内に向けて挿入したバーナより、少なくとも酸素を吹き込み、炉内に残留したコークスを燃焼させることで炉内残留物の体積を低減させ、炉内のＣＯ及びＣＯ_２のガス組成からバーナ近傍のコークスの燃焼が完了したと判断された場合に、前記炉内残留物の体積が低減した体積減少領域に新たにコークスを装入した後に、羽口から送風を行う、高炉操業方法。

【請求項2】

前記炉内のＣＯ及びＣＯ_２のガス組成が１％未満となったとき、前記バーナ近傍のコークスの燃焼が完了したと判断する、請求項１に記載の高炉操業方法。

【請求項3】

前記バーナ近傍のコークスの燃焼が完了したと判断された場合に、さらにバーナを炉内に押し込んで残留コークスを燃焼させることを少なくとも１回行うことで、前記体積減少領域を形成する、請求項１または２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、操業を停止して高炉を休風し、その後、再度送風を開始するための高炉操業方法に関する。

【背景技術】

【0002】

高炉は、送風方向に配置された多数の羽口から吹き込んだ高温空気や酸素と、炉頂から原料とともに装入したコークスとの反応によって生成した高温還元ガスによって、鉄鉱石の昇温、還元、溶解を行い羽口下部に設置した出銑口から溶銑と溶融スラグとを炉外に排出する設備である。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、高炉の長時間の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。送風を再開する時には、炉内の凝固層を溶解させなければならず、そのためには凝固物が通過するコークス充填層を加熱する必要がある。このため、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。それとともに、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させる。その後、隣接部の羽口を開口し、徐々に開口羽口本数を増やし、通常の操業まで回復させる方法をとる。

【0004】

休風後に高炉を通常の操業まで回復させる方法として、特許文献１には、出銑口からバーナを挿入し、当該バーナから酸素等を吹き込んで出銑口－羽口間のコークスを燃焼させて凝固物の体積を減少させた後に、当該体積減少領域に炉頂より新たなコークスを投入し、羽口から送風することで、高炉を通常の操業まで回復できることが開示されている。

【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】

特許文献１では、炉内残存物を極力消費するため、残存コークスの燃焼判断にＯ_２ガスの上昇を用いている。しかしながら、特許文献１には、Ｏ_２濃度の明確な閾値を設けておらず、また、Ｏ_２ガスの緩やかな上昇のみでは燃焼の進行具合を正確に判断することができず、残存コークスの燃焼完了を正確に知ることができなかった。そのため、体積減少領域の形成時期および次工程の新たなコークスの装入時期を正確に知ることができず、スムーズな高炉の立ち上げを行うことができなかった。さらに、バーナが燃焼できる残存コークスの範囲は限定的であるため、バーナを何度か炉内に押し込み燃焼領域を拡大させて、体積減少領域を形成する必要がある場合がある。この場合も、残存コークスの燃焼完了を正確に知ることができないため、休風後炉内温度が高い状態での燃焼領域の拡大を遅延させてしまうおそれがあった。

【0007】

本発明の目的は、操業を停止して高炉を休風し、その後再度送風する高炉操業方法において、コークスの燃焼の進行具合を正確に求めて燃焼完了を正確に知ることができ、スムーズで安定した高炉の立ち上げを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、高炉羽口の直上の原料充填層表面の高さを高炉朝顔部上端の高さよりも減じて休風し、その後、再度送風を開始するための高炉操業方法であって、高炉休風後に出銑口から炉内に向けて挿入したバーナより、少なくとも酸素を吹き込み、炉内に残留したコークスを燃焼させることで炉内残留物の体積を低減させ、炉内のＣＯ及びＣＯ_２のガス組成からバーナ近傍のコークスの燃焼が完了したと判断された場合に、前記炉内残留物の体積が低減した体積減少領域に新たにコークスを装入した後に、羽口から送風を行う、高炉操業方法である。

【0009】

なお、本発明の高炉操業方法においては、
（１）前記炉内のＣＯ及びＣＯ_２のガス組成が１％未満となったとき、前記バーナ近傍のコークスの燃焼が完了したと判断すること、
（２）前記バーナ近傍のコークスの燃焼が完了したと判断された場合に、さらにバーナを炉内に押し込んで残留コークスを燃焼させることを少なくとも１回行うことで、前記体積減少領域を形成すること、
がそれぞれ好ましい態様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、高炉羽口の直上の原料充填層表面を高炉朝顔部上端よりも減じて休風し、その後再度送風する高炉操業において、コークスの燃焼の進行具合を正確に求めて燃焼完了を正確に知ることができ、コークスを燃焼させた体積減少領域への新たなコークスの装入をスムーズに行うことができるので、安定した立ち上げを行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】高炉の炉体断面の一部を示す断面模式図である。

【図2】出銑口からバーナを挿入した状態を示す高炉炉下部の断面模式図である。

【図3】バーナの一例を示す模式図である。

【図4】バーナを用いて残存コークスを燃焼させて炉内残留物の体積を減少させた状態を示す断面模式図である。

【図5】Ｏ_２ガスの緩やかな上昇のみでは残存コークス燃焼完了の判断を誤る場合を説明するための図である。

【図6】炉頂にガスセンサーを設けた本発明の一実施形態を説明するための図である。

【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。また、以下の実施形態では、本発明の対象となる高炉操業方法の一例を説明した後、本発明の高炉操業方法の特徴について説明する。

【0013】

＜本発明の対象となる高炉操業方法の一例について＞
図１は、高炉の炉体断面の一部を示す断面模式図である。図１に示すように、本実施の形態にかかる高炉は、シャフト部、炉腹部、朝顔部、炉床、及び羽口を有する。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、高炉の羽口直上の原料充填層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、羽口から熱風を送風して高炉を通常操業に戻すには、まず、出銑口からバーナを挿入し、バーナから酸素または酸素および窒素を吹き込み、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減少させる。窒素に代えて、ＬＮＧを吹き込んでもよい。

【0014】

図２は、出銑口からバーナを挿入した状態を示す高炉炉下部の断面模式図である。図２に示す実施形態において、高炉休風時において出銑口はマッド材と呼ばれる材質で閉塞されているので、バーナを炉内に挿入するために、まず、マッド材で閉塞された出銑口を開口する。出銑口の開口には、公知の出銑口開口機を用いることができる。出銑口が開口した後、出銑口から高炉炉下部にバーナが挿入される。

【0015】

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれバーナの一例を示す模式図である。図３（ａ）、（ｂ）に示す実施形態において、バーナは、気体が流通する内管と外管との２重管構造を有するとともに、内管と外管との端部を覆うキャップを、外管外部にバーナ温度測定する熱電対を有している。図３（ａ）に示すようにキャップが存在する場合は、内管の気体導入口から吹き込んだ気体が外部に漏れずに外管の気体排出口から排出される。一方、図３（ｂ）に示すようにキャップが存在しない場合は、内管の気体導入口から吹き込んだ気体が炉内に供給される。そのため、バーナは、キャップを存在させた状態で内管から外管に気体を流してバーナを冷却する機能を有するため、安定してバーナを炉内に挿入することができる。

【0016】

また、燃焼開始は、内管から外管の気体の流通による冷却を止め、キャップを溶解させて除去し、例えばバーナの内管から炉内に酸素を吹き込み、外管から窒素を炉下部に吹き込む。窒素の吹き込みは、バーナ先端の冷却による損耗防止のために行われる。酸素だけを吹き込んだ場合、バーナが短時間で損耗してしまう。また、窒素の吹き込みは、爆発防止にも効果がある。高炉の休風後、内管及び外管から吹き込まれる窒素／酸素の比率が１～２になるように、酸素及び窒素の混合ガスを吹き込むことで燃焼を実施する。休風直後の、８００℃～１０００℃の赤熱コークスへ酸素及び窒素の混合ガスを吹き込むことが望ましい。休風直後に吹き込むことで、残留コークスの早期燃焼が期待できる。休風直後のコークスが８００℃に達していない場合でも、酸素及び窒素の混合ガスを吹き込むことで昇温され、その後、燃焼が開始される。なお、窒素に代えてＬＮＧを吹き込んでもよい。

【0017】

図４は、バーナを用いて残存コークスを燃焼させて炉内残留物の体積を減少させた状態を示す断面模式図である。図４に示す実施形態において、燃焼によりコークスが焼失すると、その燃焼消失した空間にさらに安息角に応じてコークスが転がり込み、コークスが順次燃焼消失することで、炉内残留物の体積が減少する。

【0018】

ここで、バーナから吹き込んだ酸素は、バーナ先端にコークスが存在する場合には燃焼によりほぼ消費されるが、バーナ先端のコークスが消失して図４のコークス充填層のような状態になると、酸素の消費量が減少するため、炉内の酸素濃度を測定するとどの程度までコークスが消費されたかがわかる。しかしながら、酸素濃度は緩やかに上昇するため、燃焼の進行具合を正確に把握することができず、残存コークスの燃焼完了の判断を誤ることがある。

【0019】

＜本発明の高炉操業方法の特徴について＞
本発明の高炉操業方法の特徴は、休風後炉内温度が高い状態でのさらなる燃焼領域の拡大を迅速に実施するため、残存コークス燃焼完了の判断をＣＯ、ＣＯ_２ガス組成により実施する点にある。

【0020】

従来、図５に示すように、炉体開口部１、炉体開口部１と接続する２つの上昇管２－１および２－２および上昇管２－１および２－２と接続するダストキャッチャー３（ＤＣ）において、以下の（ａ）、（ｂ）の点で判断の課題が存在していた。
（ａ）上昇管２－１および２－２を通じて炉体開口部１からのＯ_２（空気）の吸い込みが発生して酸素濃度が上昇するため、残存コークス燃焼完了の判断に誤りが生じる。
（ｂ）バーナによる燃焼中、例えば、炉内の北側（炉体開口部１に対して上昇管２－１が接続する側）と炉内の南側（炉体開口部１に対して上昇管２－２が接続する側）とで温度格差が発生する場合がある。その場合、北側で昇温されたガスが北側の上昇管２－１を上昇し、ＤＣ３からの空気を引き込みながら、南側の上昇管２－２からガスが下降してくるガスの流れが発生する。ＤＣ３からの空気を引きこみながら南側の上昇管２－２をガスが下降すると、南側の炉頂ガス分析計４－２で酸素濃度が上昇し、北側の炉頂ガス分析計４－１の測定値と南側の炉頂ガス分析計４－２の測定値との間に乖離が発生する。その結果、酸素濃度上昇による炉頂ガス分析計４－１および４－２間の測定値の乖離により、残存コークス燃焼完了の判断に誤りが生じる。

【0021】

上記（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｏ_２ガスの緩やかな上昇のみでは燃焼の進行具合に気づけないことから、ＣＯ、ＣＯ_２ガスの変化を見ることで、（１）燃焼初期、（２）燃焼中期、（３）焼末期、（４）燃焼終了と、段階的な燃焼の進行を把握する。以下、各燃焼段階におけるＣＯ、ＣＯ_２の状態について説明する。

【0022】

（１）燃焼初期では、吹き込みＯ_２により赤熱コークスが燃焼しＣＯ_２が発生し、残留コークス層が厚いため、ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯが進行し、ＣＯ＞＞ＣＯ_２≒０％となる。
（２）燃焼中期では、吹き込みＯ_２により赤熱コークスが燃焼しＣＯ_２が発生し、残留コークス層が薄くなり、ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯが進行するもＣＯ_２も確認できる。
（３）燃焼末期では、吹き込みＯ２により赤熱コークスが燃焼しＣＯ_２が発生し、残留コークス層がほぼ無くなり、ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯが進行しなくなり、ＣＯ_２＞＞ＣＯ≒０％となる。
（４）燃焼終了では、バーナ近傍に残留コークス層が無くなり、Ｏ_２を吹き込んでもコークスが燃焼しなくなり、ＣＯ_２、ＣＯ≒０％となる。
上記（１）～（４）に示した過程において、ＣＯ、ＣＯ_２濃度を確認することで、燃焼の進行がどこまで進んでいるかを判断することができる。

【0023】

また、燃焼末期から燃焼終了にかけて、ＣＯ_２濃度の急激な低下からＣＯ、ＣＯ_２＜１％の閾値を設け燃焼完了の判断とすることで、さらにバーナを炉内に押し込んで残留コークスを燃焼させる操業を行う場合、炉内が熱いうちにさらなる燃焼領域の拡大を迅速に実施できる。

【0024】

本発明の高炉操業方法では、上述のとおり燃焼完了と判断した後、出銑口バーナからの酸素吹込みを停止して高炉上部から未使用のコークスを充填する。

【実施例0025】

内容積５０００ｍ^３の高炉において、羽口直上の炉内の原料充填層の上面高さを高炉朝顔部上端より１ｍ下まで減尺して休風を行った。高炉の休風直後に、出銑口に図３のバーナを、先端位置が炉内の無次元半径で０．４の位置にくるように設置し、８００℃の赤熱コークスへ酸素及び窒素の混合ガスを吹き込んで燃焼させた。混合ガスは、窒素／酸素の比率が１～２になるように吹き込まれた。吹き込んだ酸素は、バーナ先端にコークスが存在する場合には燃焼により消費される。また、燃焼により、ＣＯ_２及びＣＯが段階的に生成されるので、そのガス組成を図６に示すように炉頂に設けられたガスセンサーで測定することで、上記の通り段階的に燃焼の進行具合を判断した。ＣＯ_２及びＣＯのガス組成がＣＯ及びＣＯ_２のガス組成が１％未満となり燃焼の完了を確認した後、出銑口バーナからの酸素吹込みを停止して高炉上部から未使用のコークスを充填した。出銑口バーナを再度燃焼させて新規に充填されたコークスを加熱し、羽口先端部のコークスの温度が２０００℃を超えた時点で、羽口から１１００℃の熱風を送風し、羽口からの加熱に切り替えて高炉を立ち上げたところ、炉内溶融物の排出がスムーズに行え、順調に定常操業に至ることができた。

【0026】

本発明の高炉操業方法では、炉内溶融物の排出が順調に行える例がほとんどであったことを考慮すると、本発明の方法は、高炉の順調な立ち上げに寄与するものと判断される。

【産業上の利用可能性】

【0027】

本発明に係る高炉操業方法によれば、高炉の再稼働だけでなく、高炉以外の様々の竪型溶解炉においても、安定した操業方法を提供できる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】