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技術 高炉操業方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 国友和也西村恒久折本隆
出願日 2005年10月31日 (15年1ヶ月経過) 出願番号 2005-316963
公開日 2007年5月17日 (13年7ヶ月経過) 公開番号 2007-119891
状態 特許登録済
技術分野 鉄の製造
主要キーワード 液相化温度 アルミナ濃度 送風圧力 MgO量 MgO濃度 鉄鉱石原料 推定式 スラグ粘性
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この項目の情報は公開日時点(2007年5月17日)のものです。
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課題

高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、スラグ組成を調整して適正な流動性を確保し、高炉操業を継続して安定化することを課題とする。

解決手段

高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業方法において、スラグ組成及び塩基度に基づいて、スラグの固相析出温度T(℃)、例えば、下記式で定めるT(℃)を調整し、スラグの流動性を制御する。 T={0.4131(MgO)3-8.443(MgO)2+52.08(MgO)-92.29}・(Al2O3) +{-5.311(MgO)3+111.1(MgO)2-718.2(MgO)+1601}・B +17.94(MgO)+1017 ここで、B(塩基度)=CaO/SiO2、(MgO)、(Al2O3)、(CaO)、(SiO2):スラグ中の各成分(MgO、Al2O3、CaO、SiO2)の質量%。

概要

背景

近年、高炉操業において、高品質鉄鉱石枯渇に伴い、アルミナ(Al2O3)含有量の高い鉄鉱石を使用せざるを得ない状況が続いている。アルミナ含有量の高い鉄鉱石(高アルミナ鉄鉱石)を使用すると、必然的に、スラグ中のアルミナが増えることになるが、一般に、アルミナの増加はスラグ流動性を悪化させる。

そして、スラグの流動性が悪化すると、炉底からのスラグの排出が円滑に行われず、送風圧力の上昇や送風圧力の変動を招き、結局は、送風量を下げざるを得ず、生産性阻害される。

従来、スラグ中のアルミナ濃度を下げるため、硅石や石灰石投入し、スラグ組成を調整する手法が用いられているが、硅石や石灰石を投入すると、必然的にスラグ量が増加する。このスラグ量が増加すると、熱的な損失が増加し、還元材比が上昇する。また、このスラグ量が増加すると、多量のスラグを円滑に排出する必要が生じ、高炉の生産性を阻害する。

スラグ量の増加に伴う還元材比の上昇に対処するため、焼結鉱の被還元性を改善し生産性を高める高炉操業方法が、幾つか提案されている(例えば、特許文献1及び2、参照)が、これら方法は、基本的なスラグの流動性に係る問題を解決するものではない。

また、スラグの粘性に着目し、MgOの含有量を規定した高炉操業方法が、特許文献3に開示されているが、アルミナ濃度に応じた適切なスラグ組成は開示されていない。

一般に、流動性の指標として粘度が用いられるが、高炉操業の安定化において問題とすべき点は、通常、1500〜1550℃の温度レベルにある高炉から排出されるスラグの温度(出滓温度)に対応したスラグの粘性ではなく、その温度範囲より数十度から百度程度低い温度にある炉芯炉床部におけるスラグの流動性である。

出滓温度におけるスラグの粘性が多少増減してもスラグの粘性は充分に低く、出滓作業にそれ程の影響を及ぼさないので、出滓時のスラグ粘性の増減は、高炉操業を不安定化せしめる決定的な要因にはならない。

即ち、高炉操業の安定化を図るためには、出滓温度1500〜1550℃より数十度から百度程度低い温度にある炉芯や炉床部におけるスラグの流動性を適正に管理する必要がある。

スラグの流動性は、スラグ中に固相析出し始めると急激に低下するから、スラグの流動性を管理する指標としては、粘度より、固相析出温度が最適である。しかし、これまで、スラグの流動性を、固相析出温度で管理する試みはなされていない。

特開平11−43710号公報
特開平11−29803号公報
特開2002−275513号公報

概要

高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、スラグ組成を調整して適正な流動性を確保し、高炉操業を継続して安定化することを課題とする。高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業方法において、スラグの組成及び塩基度に基づいて、スラグの固相析出温度T(℃)、例えば、下記式で定めるT(℃)を調整し、スラグの流動性を制御する。 T={0.4131(MgO)3-8.443(MgO)2+52.08(MgO)-92.29}・(Al2O3) +{-5.311(MgO)3+111.1(MgO)2-718.2(MgO)+1601}・B +17.94(MgO)+1017 ここで、B(塩基度)=CaO/SiO2、(MgO)、(Al2O3)、(CaO)、(SiO2):スラグ中の各成分(MgO、Al2O3、CaO、SiO2)の質量%。

目的

本発明は、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、炉況の安定化に大きく影響するスラグ管理の現状に鑑み、スラグ組成を調整して適正な流動性を確保し、高炉操業を継続して安定化することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業方法において、スラグ組成及び塩基度に基づいて固相析出温度T(℃)を調整し、スラグの流動性を制御することを特徴とする高炉操業方法。

請求項2

前記固相析出温度T(℃)が、下記(1)式で定義される温度であることを特徴とする請求項1に記載の高炉操業方法。T={0.4131(MgO)3-8.443(MgO)2+52.08(MgO)-92.29}・(Al2O3)+{-5.311(MgO)3+111.1(MgO)2-718.2(MgO)+1601}・B+17.94(MgO)+1017 ・・・(1)ここで、B(塩基度)=CaO/SiO2(MgO)、(Al2O3)、(CaO)、(SiO2):スラグ中の各成分(MgO、Al2O3、CaO、SiO2)の質量%

請求項3

前記(Al2O3)が増加する時、B(塩基度)及び(MgO)を調整し、固相析出温度Tを1390℃以下の温度範囲に維持することを特徴とする請求項1又は2に記載の高炉操業方法。

技術分野

0001

本発明は、鉄鉱石原料、特に、高アルミナ鉄鉱石原料を使用する高炉操業において、スラグ流動性を適正に管理し、炉況の安定化を図る高炉操業方法に関するものである。

背景技術

0002

近年、高炉操業において、高品質鉄鉱石枯渇に伴い、アルミナ(Al2O3)含有量の高い鉄鉱石を使用せざるを得ない状況が続いている。アルミナ含有量の高い鉄鉱石(高アルミナ鉄鉱石)を使用すると、必然的に、スラグ中のアルミナが増えることになるが、一般に、アルミナの増加はスラグの流動性を悪化させる。

0003

そして、スラグの流動性が悪化すると、炉底からのスラグの排出が円滑に行われず、送風圧力の上昇や送風圧力の変動を招き、結局は、送風量を下げざるを得ず、生産性阻害される。

0004

従来、スラグ中のアルミナ濃度を下げるため、硅石や石灰石投入し、スラグ組成を調整する手法が用いられているが、硅石や石灰石を投入すると、必然的にスラグ量が増加する。このスラグ量が増加すると、熱的な損失が増加し、還元材比が上昇する。また、このスラグ量が増加すると、多量のスラグを円滑に排出する必要が生じ、高炉の生産性を阻害する。

0005

スラグ量の増加に伴う還元材比の上昇に対処するため、焼結鉱の被還元性を改善し生産性を高める高炉操業方法が、幾つか提案されている(例えば、特許文献1及び2、参照)が、これら方法は、基本的なスラグの流動性に係る問題を解決するものではない。

0006

また、スラグの粘性に着目し、MgOの含有量を規定した高炉操業方法が、特許文献3に開示されているが、アルミナ濃度に応じた適切なスラグ組成は開示されていない。

0007

一般に、流動性の指標として粘度が用いられるが、高炉操業の安定化において問題とすべき点は、通常、1500〜1550℃の温度レベルにある高炉から排出されるスラグの温度(出滓温度)に対応したスラグの粘性ではなく、その温度範囲より数十度から百度程度低い温度にある炉芯炉床部におけるスラグの流動性である。

0008

出滓温度におけるスラグの粘性が多少増減してもスラグの粘性は充分に低く、出滓作業にそれ程の影響を及ぼさないので、出滓時のスラグ粘性の増減は、高炉操業を不安定化せしめる決定的な要因にはならない。

0009

即ち、高炉操業の安定化を図るためには、出滓温度1500〜1550℃より数十度から百度程度低い温度にある炉芯や炉床部におけるスラグの流動性を適正に管理する必要がある。

0010

スラグの流動性は、スラグ中に固相析出し始めると急激に低下するから、スラグの流動性を管理する指標としては、粘度より、固相析出温度が最適である。しかし、これまで、スラグの流動性を、固相析出温度で管理する試みはなされていない。

0011

特開平11−43710号公報
特開平11−29803号公報
特開2002−275513号公報

発明が解決しようとする課題

0012

本発明は、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、炉況の安定化に大きく影響するスラグ管理の現状に鑑み、スラグ組成を調整して適正な流動性を確保し、高炉操業を継続して安定化することを課題とする。

課題を解決するための手段

0013

高炉操業の安定化を図るためには、前述したように、出滓温度1500〜1550℃より数十度から百度程度低い温度にある炉芯や炉床部におけるスラグの流動性を適正に管理する必要があるが、スラグの流動性は、スラグ中に固相が析出し始めると急激に低下する。そこで、本発明者は、スラグの流動性を、固相析出温度で管理することを試みた。

0014

そして、本発明者は、種々のスラグ組成(4%<MgO<10%、14%<Al2O3<18%、1.1<CaO/SiO2<1.3)において、アルミナ濃度が上昇する時の、塩基度(CaO/SiO2)及びMgO濃度の変化と、固相析出温度との関係を鋭意調査した。

0015

その結果、固相析出温度Tは、1360〜1440℃であり、Al2O3量、MgO量、及び、塩基度(=CaO/SiO2)で推定できることが解った。

0016

固相析出温度T(1360〜1440℃)は、出滓温度1500〜1550℃と比べると、100℃以上低く、通常は、高炉操業上の問題にならないように思われる。

0017

しかし、本発明者は、高炉の炉芯及び炉床部には、出滓温度よりも100℃程度低い領域が存在し、その領域におけるスラグの流動性が急激に悪化すると、高炉操業が不安定化することを見出した。

0018

即ち、本発明者は、出滓温度よりも100℃程度低い炉芯及び炉床部において、スラグの固相析出温度を適正に維持すれば、適正なスラグ流動性を確保でき、高炉の安定操業を継続できることを見出した。

0019

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

0020

(1)高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業方法において、スラグの組成及び塩基度に基づいて固相析出温度T(℃)を調整し、スラグの流動性を制御することを特徴とする高炉操業方法。

0021

(2) 前記固相析出温度T(℃)が、下記(1)式で定義される温度であることを特徴とする前記(1)に記載の高炉操業方法。
T={0.4131(MgO)3-8.443(MgO)2+52.08(MgO)-92.29}・(Al2O3)
+{-5.311(MgO)3+111.1(MgO)2-718.2(MgO)+1601}・B
+17.94(MgO)+1017 ・・・(1)
ここで、B(塩基度)=CaO/SiO2
(MgO)、(Al2O3)、(CaO)、(SiO2):スラグ中の各成分
(MgO、Al2O3、CaO、SiO2)の質量%

0022

(3) 前記(Al2O3)が増加する時、B(塩基度)及び(MgO)を調整し、固相析出温度Tを1390℃以下の温度範囲に維持することを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の高炉操業方法。

発明の効果

0023

本発明によれば、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、炉芯及び炉床部にて、スラグの固相析出温度を適正に維持し、適正なスラグ流動性を確保できるので、良好な通気性を維持しつつ、出銑率を所定値に保持することができ、その結果、高炉操業を継続して安定化することができる。

発明を実施するための最良の形態

0024

高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、スラグ組成を調整して適正な流動性を確保することは、炉況を安定状態に維持する上で重要である。そこで、まず、本発明において固相析出温度をスラグの流動性を示す指標として採用する理由について説明する。

0025

図1に、スラグA(Al2O3=18.2%、MgO=7.4%、CaO/SiO2=1.15)及びスラグB(Al2O3=14.0%、MgO=7.2%、CaO/SiO2=1.26)の粘度と温度の関係を模式的に示す。図に示すように、一般に、スラグの粘度は、温度の降下に伴い緩やかに上昇し、固相が析出し始めると(図中、A’、B’の点の温度が、固相析出温度)、急激に上昇する。

0026

また、図に示すように、通常、固相析出温度は、高温での融体の粘性から推定することは難しく、高温での融体の粘度が低いからといって、固相析出温度も低いという訳ではない。

0027

即ち、スラグの流動性を適正に制御するためには、粘度ではなく、固相析出温度を用いる必要があり、そのためには、固相析出温度を適確に推定する必要がある。

0028

本発明者は、スラグの液相化温度に基づいて、固相析出温度を推定する式を設定した。図2に、塩基度1.25のスラグの組成と液相化温度との関係を示す。スラグの液相化温度は、Al2O3量及びMgO量によって大きく変化する。

0029

本発明者は、スラグの組成と塩基度、及び、実測液相化温度を統計的に処理した結果、固相析出温度Tは、下記(1)式で推定できることが解った。
T={0.4131(MgO)3-8.443(MgO)2+52.08(MgO)-92.29}・(Al2O3)
+{-5.311(MgO)3+111.1(MgO)2-718.2(MgO)+1601}・B
+17.94(MgO)+1017 ・・・(1)
ここで、B(塩基度)=CaO/SiO2
(MgO)、(Al2O3)、(CaO)、(SiO2):スラグ中の各成分
(MgO、Al2O3、CaO、SiO2)の質量%

0030

図3に、推定固相析出温度と実測固相析出温度との相関を示す。図に示すように、上記(1)式に基づいて推定する固相析出温度は、スラグの流動性を示す指標として充分に機能するものである。

0031

本発明では、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、高炉の炉芯及び炉床部の良好なスラグ流動性及び通気性を確保し、高炉の安定操業を維持するために、高アルミナ鉄鉱石に起因してスラグ中の(Al2O3)が増加した場合に、スラグのB(塩基度)及び(MgO)を調整し、上記(1)式により推定する固相析出温度T(℃)の上限を1390℃で管理することが好ましい。

0032

なお、固相析出温度の推定式は、上述の通り、予め実験的にスラグの組成と塩基度、及び、実測液相化温度を統計的に処理した結果から求められるものであり、上記(1)式に限定されるものではない。

0033

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

0034

(実施例)
内容積3273m3の高炉における操業に本発明を適用した結果を、従来操業の対比例と併せて、表1に示す。

0035

0036

本発明を適用した実施例では、安定操業時の実績から、固相析出温度の上限を1390℃で管理した。

0037

実施例においては、出滓率(溶銑排出時間に対するスラグ排出時間)が94.5%以上であるが、対比例においては、いずれも93%未満で出滓が不良である。

0038

また、実施例においては、送風圧力の変動が50g/cm2以下であるが、対比例においては、いずれも50g/cm2を超えており、出銑比も低く、還元材比も高くなっている。

0039

なお、表1には、出滓温度、スラグ成分より推定したスラグ粘度も併せて示したが、3〜4ポアズ程度で充分低い。炉況の良かった実施例と炉況の悪かった対比例とを説明する指標として粘度は有効でないことが明らかである。

0040

前述したように、本発明は、高アルミナ鉄鉱石を用いる高炉操業において、炉芯及び炉床部にて、スラグの固相析出温度を適正に維持し、適正なスラグ流動性を確保できるので、良好な通気性を維持しつつ、出銑率を所定値に保持することができるものである。

0041

したがって、本発明は、高炉操業を継続して安定化することができる高炉操業方法として有用なものである。

図面の簡単な説明

0042

スラグA(Al2O3=18.2%、MgO=7.4%、CaO/SiO2=1.15)及びスラグB(Al2O3=14.0%、MgO=7.2%、CaO/SiO2=1.26)の粘度と温度の関係を模式的に示す図である。
推定固相析出温度と実測固相析出温度との相関を示す図である。
塩基度1.25のスラグの組成と液相化温度との関係を示す図である。

符号の説明

0043

A’スラグAの固相析出温度
B’ スラグBの固相析出温度

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