JP2019157148A - 高炉への微粉炭吹込み方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管内に微粉炭が強固に付着する前に、比較的短時間のパージで微粉炭の付着を除去し、高炉円周方向の熱バランスを良好に維持し、高炉への安定的な微粉炭吹込みを可能とする方法を提案する。【解決手段】高炉内に吹込む微粉炭を、複数の微粉炭吹込みラインを使って気送し、それぞれの微粉炭吹込みラインの末端部の羽口に配置された微粉炭吹込みランスを通じて炉内へ吹き込む高炉への微粉炭吹込み方法において、前記各微粉炭吹込みラインのパージガスの供給に当たっては、そのパージガスを前回パージの終了から２４時間以内に１５分間以上流す操作微粉炭吹込みライン全数に対して繰返し行う。【選択図】図１

Description

本発明は、微粉炭を高炉内へ吹き込むための微粉炭吹込み方法に関し、特に微粉炭吹込ラインから微粉炭を高炉内に安定的に吹き込むのに有効な微粉炭吹込み方法に関する。

高炉操業においては、還元材であるコークスの代わりとして高炉羽口から微粉炭を吹き込む、微粉炭吹込み操業が行なわれている。高炉への微粉炭吹込み操業は、高炉用コークスに比べて微粉炭の方が安価であるために、コスト低減効果に優れる。また、高炉への微粉炭吹き込み量を増やすことにより、高炉用コークスの製造設備であるコークス炉の負荷軽減を図ることができ、コークス炉の延命にも寄与する。そこで、従来の高炉操業においては、より多くの微粉炭を吹き込むための操業技術の開発が求められており、現在では１５０ｋｇ/ｔ−溶銑以上の微粉炭多量吹込み操業も行われている。

このような微粉炭吹込み比率が高い高炉操業を行う場合、高炉内での微粉炭の燃焼性を向上させて、炉内の通気性の悪化を防ぐことが重要であり、吹込み微粉炭は７４μｍ未満の割合を７５ｍａｓｓ％ないしそれ以上のものを用いることが知られている（特許文献１）。

一方で、微粉炭を高炉の炉内へ吹き込むまでには、いくつかの配管系やバルブ、吹込み装置等を経由させなければならない。ところが、微粉炭を過度に粉砕すると、微粉炭が配管系等の内部に付着し、閉塞させるという問題が発生する。例えば、微粉炭は、その輸送配管の内の、分配器以降の複数の枝管の場合、径が比較的小さく曲率の大きいベンド部において付着しやすいことが知られている（特許文献２）。もし、微粉炭の付着によって配管が閉塞した場合、高炉内の円周方向において微粉炭吹込み量にバラツキが発生し、溶銑の成分変動や炉況不調の原因となる。特に、微粉炭吹込み量が多い高炉操業の場合には、配管の一部において閉塞が発生すると減風や休風を余儀なくされて、減産その他の大きな問題となる。

特開２００２−１９４４０８号公報 特開２０１５−１８７２９４号公報

前記特許文献１，２に開示されているような従来技術では、微粉炭の粒度を厳格に管理しても配管内の閉塞を完全には防ぐことができなかった。例えば、これらの技術では、配管が閉塞した場合、配管内に強固に付着した微粉炭を除去するのに、少なくとも「３時間」、平均では「５時間」以上かかり、その間、微粉炭の吹込み停止が必要であった。その結果、吹込みを継続する羽口と吹込みを停止する羽口との間で炉内の羽口先の温度に較差が生じたり、荷下がり速度の偏差が発生したりする等、高炉円周方向のバランスの悪化が避けられなくなり、コークス比の増加やコストの上昇等を招くという問題があった。

本発明の目的は、配管内に微粉炭が強固に付着する前に、比較的短時間のパージで微粉炭の付着を除去し、高炉円周方向の熱バランスを良好に維持し、高炉への安定的な微粉炭吹込みを可能とする方法を提案しようとするものである。

従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に述べる新規な高炉への微粉炭吹込み方法を開発するに到った。

即ち、本発明は、高炉内に吹込む微粉炭を、複数の微粉炭吹込みラインを使って気送し、それぞれの微粉炭吹込みラインの末端部の羽口に配置された微粉炭吹込みランスを通じて炉内へ吹き込む高炉への微粉炭吹込み方法において、前記各微粉炭吹込みラインのパージガスの供給に当たっては、そのパージガスを前回パージの終了から２４時間以内に１５分間以上流す操作を微粉炭吹込みライン全数に対して繰返し行うことを特徴とする高炉への微粉炭吹込み方法である。

なお、前記のように構成される本発明に係る高炉への微粉炭吹込み方法においては、
（１）前記微粉炭の吹込みは、１５０ｋｇ／ｔ−溶銑以上の量を、羽口を３０本以上有する大型高炉に対して行うこと
（２）前記微粉炭は、粒径７４μｍ以下が７０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下の粒度分布を有すること、
（３）前記パージガスは、窒素ガスまたは、窒素ガスを乾燥空気にて酸素濃度を８ｖｏｌ％以下に調整したガスであること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。

本発明に係る高炉への微粉炭吹込み方法によれば、各々の微粉炭吹込みライン全てに対し、前回のパージ終了から２４時間以内にパージガス（窒素ガスやその混合ガス）を１５分間以上流す操作を繰返し行うことで、微粉炭吹込みラインを周期的にパージすることができる。そのため、微粉炭吹込みラインから微粉炭を炉内に吹込む際、円周バランスを維持したまま微粉炭の吹込み量を大幅に下げることなく、微粉炭吹込みラインの閉塞を抑制し、微粉炭を安定的に吹込み、低コストの高炉溶銑の製造を実現することができる。

また、本発明によれば、窒素やその混合ガスもしくは空気で微粉炭の配管付着を逐一取り除くことができるため、長期的に安定的な微粉炭吹き込みが可能となり、設備トラブルによる悪影響を小さく抑えることができる。

本発明を実施するのに用いて好適な高炉への吹込み設備を模式的に示した図である。 本発明を実施するに当たり、微粉炭吹込みラインのパージを行う順序の一例を説明するための図である。 図２に示す例において、同時にパージを行う微粉炭吹込みラインの一例を説明するための図である。

以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明を実施するのに用いて好適な微粉炭吹込み設備（微粉炭吹込みライン）を模式的に示した図である（内容積５０００ｍ^３の高炉において、出銑比２.３における目標ＰＣＲ（微粉炭吹込み比）を１７５ｋｇ／ｔとした例である。）。この例では、３８か所の羽口１１にそれぞれ二本の微粉炭吹込みランス１２、１３および各ランス毎に微粉炭吹込みライン９、１０を備えたものを例として示してある。

図１における符号１、２は、微粉炭を貯留する吹込みタンクである。この吹込みタンク１、２は、吹込み系統毎に設けられるものであって、２基で一組とした例（１基は予備タンクとして使用される。）である。また、３、４は吹込みタンク１、２からそれぞれ圧送された微粉炭を所定量に振り分ける分配器である。さらに、５、６は吹込みタンク１、２と分配器３、４それぞれをつなぐ送給配管である。この送給配管５、６には、微粉炭に窒素ガスを混合するための混合器７、８が設けられている。混合器７は、第１混合器７ａ、第２混合器７ｂからなり、混合器８は、第１混合器８ａ、第２混合器８ｂからなっている。さらにまた、９、１０は分配器３、４の下流側（高炉側）においてつながる微粉炭吹込みラインである。この微粉炭吹込みライン９、１０は、高炉に設けられた羽口と同数に分岐されており、該分配器３、４によって振り分けられた所定量の微粉炭が高炉羽口において吹き込まれる。

また、図示の１１は、高炉周壁に設けられた高炉羽口（高炉の周囲に配置された複数の羽口のうちの１つを表示している。）であり、１２、１３は高炉羽口１１の送風通路内に配置された吹込みランスである。この吹込みランス１２、１３は、送給経路が異なる微粉炭吹込みライン９、１０にそれぞれつながっており、吹込みタンク１、２から圧送された微粉炭をそれぞれ個別に独立して吹込むことができるようになっているものである。上記微粉炭吹込みライン９、１０には、さらに、圧力調整器１４、１５、微粉炭遮断弁１６ａ、１７ａ、羽口遮断弁１６ｂ、１７ｂ、吹込みコック１８、１９が設けられている。

上記設備は、１つの高炉羽口１１に対して吹込みランス１２、１３が２つ配置されたダブルランス構造としたものである。吹込みランス１２、１３は、送給経路が異なる微粉炭吹込みライン９、１０につながっているため、吹込みランス１２、１３毎の吹込みが可能である。

一例として、上記設備において、本発明を実施する際は、２系統の配管７６本の内１本の微粉炭吹込みを停止する。吹込みを停止させる際は、微粉炭遮断弁１６a、１７aを閉め、微粉炭の吹込みを停止させる。次に、窒素パージ弁２０、２１からパージガスである例えば窒素ガスを吹込み、圧抜きコック配管２２、２３からその窒素ガスと共に微粉炭吹込みライン９、１０の管内壁に付着している微粉炭を管外に排出する。パージガス（窒素）の流量は、通常の微粉炭吹込み時の搬送ガス流量の２〜６倍が好ましい。その理由は、搬送ガスの２倍未満ではパージ流量が足りず付着している微粉炭が除去できず、一方６倍を超えると配管が変形し微粉炭漏れなどのリスクが生じるためである。パージガスは外部に排出するのがより好ましいが、パージガスを高炉内に排出することもできる。パージガスとしては、微粉炭の異常燃焼を防止する理由から、窒素ガスを用いるのが好ましいが、窒素ガスを乾燥空気に混合して酸素濃度を８ｖｏｌ％以下に調整したガスを使うこともできる。

微粉炭吹込みラインの詰りが発生して間引き操業を行う場合においては、間引き本数が増加するに従って前記ＰＣＲが低下していく。そして、間引きした羽口と、所定量の微粉炭を吹き込んでいる羽口とで、羽口先（レースウェイ）温度の較差が拡大し、高炉内の周方向の状態に偏りが生じ、出銑比の低下等の問題が発生する。これに対して、本発明に適合する微粉炭の吹込み方法については、パージによる微粉炭吹込み停止時間が短く、微粉炭吹込みラインの詰りが発生しにくいため、羽口先温度の較差が少なくなり、長期的に安定した操業が可能となる。

なお、本発明を実施する設備として、上述した設備では微粉炭の送給経路を２系統としてその最先端部にそれぞれ吹込みランスを配置したダブルランス構造とした例に従って説明した。しかしながら、吹込みランスの設置本数や開口径、微粉炭の送給経路の数や断面積は、適宜変更してもよく、この点についてはとくに限定されない。また、本発明においては、操業状況等を勘案して、種類、銘柄の異なる微粉炭（半無煙炭、非微粘結炭等）を適宜選択して吹込むことより、微粉炭吹込みラインの閉塞をさらに効率良く防ぐことが可能となる。

図２は、上述した設備において、実際に本発明の微粉炭吹込み方法を実施するに当たり、微粉炭吹込みラインのパージを行う順序の一例を説明する図である。図２に示す例においては、高炉の炉壁下部の周壁に沿って等間隔に、３８箇所（＃１〜＃３８）で高炉羽口１１を設けている。各高炉羽口１１には、図１に示すように、各ランス毎に微粉炭吹込みおよびパージ操作が可能な微粉炭吹込みラインが設けられている。

図３は、図２に示す例において、同時にパージを行う微粉炭吹込みラインの一例を説明するための図である。ここでは、パージ可能な２つの微粉炭吹込みラインを右と左とで分類し、例えば＃１の箇所の高炉羽口１１の右ラインを右−＃１として示し、＃１の箇所の高炉羽口１１の左ラインを左−＃１として示している。図３に示す例においては、同時にパージを行う微粉炭吹込みラインの数を２本とした場合のパージローテーションの一例を示している。図３に示す例では、順番１〜３８の順に２本の微粉炭吹込みラインでパージを行うに当たり、例えば、同時にパージを行う微粉炭吹込みラインを右−＃１と右−＃２０とするように、円周上で対称な位置の２本の微粉炭吹込みラインで同時にパージを行うよう構成している。そうすることで、微粉炭の吹込みを実施しながら順番に微粉炭吹込みラインをパージしても、微粉炭吹込み時の円周バランスを良好に維持することが可能となる。

なお、上述した本発明の高炉への微粉炭吹込み方法では、一部の微粉炭吹込みランスからの微粉炭の吹込みを止めて対応する微粉炭吹込みラインのパージを行う操作を、全ての微粉炭吹込みラインに対し、順番に繰返している。この際、パージ操作は、連続して実施しても良いし、間隔をあけて実施しても良い。ただし、いずれの場合でも、各々の微粉炭吹込みライン全てに対し、前回のパージ終了から２４時間以内にパージガスを連続して１５分間以上流す操作が可能となるように、パージ操作を順番に繰返す必要がある。

＜実験例１＞
図１に示す設備（微粉炭吹込みライン）を使用して、微粉炭の種類、粒度、ライン一本当たりの微粉炭の吹込み量、パージ条件を一定として、同時パージの本数、パージ間隔、パージ時間を変化させて、パージの効果を評価した。パージの効果は、微粉炭が付着する前およびパージ前後の吹込みラインの圧損を測定して評価した。そして、パージ後に微粉炭が付着する前のレベルまで圧損が低下した場合を効果有り（○）、パージ前後で圧損が低下したものの、付着前の圧損まで戻りきらなかった場合を効果不十分（△）、パージ前後で圧損の低下が確認できなかった場合を効果なし（×）とした。結果を以下の表１に示す。

表１の結果から、パージ時間が５分では、パージ前後で圧損が低下せず、付着した微粉炭が除去できなかった。パージ時間が１０分では、パージ前後で圧損が低下したものの、付着前の圧損まで戻りきらなかった。パージ時間が１５分以上では、パージ後に微粉炭が付着する前の圧損まで回復できることがわかった。

一方で、１回のパージ時間を長くすると、微粉炭吹込みラインの全数をパージする時間が長くなり、前回パージの終了から今回のパージ開始までの時間に相当するパージ間隔が長くなった。パージ間隔が２４時間以内であれば、パージ後に微粉炭が付着する前の圧損まで回復できたが、パージ時間が長くなると微粉炭吹込みラインへの微粉炭の付着が強固となり、付着前の圧損まで戻りきらない場合があることがわかった。

また、同時にパージする微粉炭吹込みラインの本数を２本以上とすれば、パージ間隔を減らすことができたが、その分、微粉炭の実効吹込み量が減少した。そのため、同時にパージする微粉炭吹込みラインの本数は、１〜４本とすることが好ましく、２、３本にすることがより好ましいことがわかった。なお、同時にパージする微粉炭吹込みラインが２本以上とする場合、必ずしも同時にパージを開始し終了する必要は無く、例えば１本目のパージ予定時間の半分が経過したところで、２本目のパージを開始し、１本目のパージが終了した時点では２本目のパージ予定時間の半分が経過し、３本目のパージを始めるといった手順を取ることもできる。

以上のことから、本発明の高炉への微粉炭吹込み方法では、各々の微粉炭吹込みライン全てに対し、前回のパージ終了から２４時間以内にパージガスを１５分間以上流す操作を繰返して、微粉炭吹込みラインの閉塞を防止する必要があることがわかった。

＜実験例２＞
ライン一本当たりの微粉炭吹込み量が、１．１ｔ／ｈｒ、出銑比２．３（１７４ｋｇ／ｔ−溶銑）を標準条件として、図１の吹込み設備を適用して１０日間の微粉炭の吹込みを行った場合の配管の詰り本数を調査した。なお、実施例の微粉炭の種類と粒度および炭種性状は、炭種：ジェリンバ炭、粒度：７４μｍ以下の質量比率８０ｍａｓｓ％、炭種性状(ＶＭ：１４．９、Ａｓｈ:１０．３、ＦＣ：７４．８、ＴＳ：０．５６、ＨＧＩ：９２．７)のものを使用した。その結果を表２に示す。

微粉炭吹込み量（実効）＝（設定吹込み量）×（各ラインの吹込み時間の積算）
／（（操業時間）×（全微粉炭吹込みライン数））

表２の結果から、以下のことがわかった。まず、比較例１は、繰返しパージをしない通常の吹込み条件である。配管詰りが１日当たり７．２本発生し、通気性や、円周方向の温度バランス等の炉況が悪化したことから、当初２．３ｔ／日・ｍ^３であった出銑比が２．１ｔ／日・ｍ^３に低下した。比較例２は、１回のパージ時間を１０分で１本ずつパージした場合で、配管詰りが１日当たり３．４本と減少したが、当初２．３ｔ／日・ｍ^３であった出銑比が２．２ｔ／日・ｍ^３に低下した。

一方、実施例１は、１回のパージ時間を１５分で１本ずつパージとした場合で、配管詰りが１日当たり１．５本と減少し、出銑比を２．３ｔ／日・ｍ^３のまま維持する操業ができた。実施例２は、１回のパージ時間を３０分で２本ずつパージとした場合で、前の２本のパージの終了と次の２本のパージの開始の間に、ライン全数から微粉炭を吹き込む時間を挟んで操業し、パージが１周するまでの時間を２３．５時間に設定した。

以上のことから、本発明では、必ずしもパージを連続して行う必要は無く、前回のパージ終了から２４時間以内に再びパージガスを１５分以上連続して流すことで、配管詰りが１日当たり０．２本と減少し、出銑比を２．３ｔ／日・ｍ^３のまま維持する操業ができることがわかった。よって、本発明の高炉への微粉炭の吹込み方法を用いると、長期間の微粉炭安定吹き込みが可能となることが明らかとなった。

本発明の高炉への微粉炭の吹込み方法は、単に高炉への微粉炭の吹込みに限られるものではなく、その他の炉において粉体の吹込みにより配管が詰まるような場合においても、適用が可能である。

１、２ 吹込みタンク
３、４ 分配器
５、６ 送給配管
７、８ 混合器
８ａ 第１混合器
８ｂ 第２混合器
９、１０ 微粉炭吹込みライン
１１ 高炉羽口
１２、１３ 吹込みランス
１４、１５ 圧力調整器
１６ａ、１７ａ 微粉炭遮断弁
１６ｂ、１７ｂ 羽口遮断弁
１８、１９ 吹込みコック
２０、２１ 窒素パージ弁
２２、２３ 圧抜きコック配管

Claims (4)

1. 高炉内に吹込む微粉炭を、複数の微粉炭吹込みラインを使って気送し、それぞれの微粉炭吹込みラインの末端部の羽口に配置された微粉炭吹込みランスを通じて炉内へ吹き込む高炉への微粉炭吹込み方法において、前記各微粉炭吹込みラインのパージガスの供給に当たっては、そのパージガスを前回パージの終了から２４時間以内に１５分間以上流す操作を微粉炭吹込みライン全数に対して繰返し行うことを特徴とする高炉への微粉炭吹込み方法。
2. 前記微粉炭の吹込みは、１５０ｋｇ／ｔ−溶銑以上の量を、羽口を３０本以上有する大型高炉に対して行うことを特徴とする請求項１に記載の高炉への微粉炭吹込み方法。
3. 前記微粉炭は、粒径７４μｍ以下が７０ｍａｓｓ％以上９０ｍａｓｓ％以下の粒度分布を有することを特徴とする請求項１または２に記載の高炉への微粉炭吹込み方法。
4. 前記パージガスは、窒素ガスまたは、窒素ガスを乾燥空気にて酸素濃度を８ｖｏｌ％以下に調整したガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉への微粉炭吹込み方法。