JPH08269509A - 微粉炭吹き込み高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 微粉炭の多量吹き込み高炉操業においても、
最小限のコスト上昇の下で微粉炭の燃焼率を効果的に向
上させ、もって安定した高炉操業を実現する。 【構成】 高炉の微粉炭吹き込み操業において、ブロー
パイプ内に微粉炭を吹き込むに際し、微粉炭の吹き込み
位置を中心として、羽口内径の30％相当の円断面領域に
おける雰囲気温度が1400℃以上でかつ、酸素濃度が21％
以上の条件下に微粉炭を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、微粉炭吹き込み高炉
操業方法とくに微粉炭を多量に吹き込む高炉操業におい
て、最小限のコスト上昇の下で微粉炭の燃焼率を向上さ
せ、もって高炉の安定操業を実現しようとするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】オイルショック以来、高炉操業において
は、コークスや重油よりも値段の安い微粉炭を羽口から
吹き込むことで、溶銑コストの低減が図られている。こ
の微粉炭吹き込み操業は、19世紀にすでにイギリスで行
われており、現在の日本で稼働している高炉のほとんど
がこの設備を備えている。しかしながら、微粉炭を多量
に吹き込んだ場合には、微粉炭が完全には燃焼し切れ
ず、未燃焼の固定炭素成分であるいわゆる未燃焼チャー
を発生する可能性がある。この未燃焼チャーが発生する
と、コークスの置換率が低下し、炉熱の低下を招く危険
性がある。また、粉率が上昇することから、炉内におけ
る通気通液性が悪化し、出銑の悪化、吹き抜けおよびス
リップ発生等の原因にもなる。

【０００３】微粉炭の吹き込み量を増加しても、その燃
焼性を低下させないために最も有効な方法は、燃焼に必
要な酸素と熱を外部から与えることである。例えば、特
公平１-29846号公報では、粉体燃料吹き込み用のバーナ
ーをブローパイプに挿入し、粉体燃料を吹き込むと同時
にブローパイプ内に流れる送風中の酸素濃度を23％以上
とし、未燃料チャーの燃焼率を向上させることによって
高炉操業を経済的に実施する方法を提案している。

【０００４】また、特公平１-29847号公報では、微粉炭
と同時に易燃性のガス燃料を吹き込み、微粉炭周囲のガ
ス温度を上昇させることによって、燃焼性の改善を図っ
ている。しかしながら、上記の技術はいずれも、燃焼に
必要な温度と酸素のいずれか一方について制御を行った
ものにすぎない。

【０００５】燃焼性の改善のためには、燃焼に必要な温
度と酸素量の両方を統合的に管理することが重要である
ところ、従来は、この点につき、十分な検討がなされて
いなかった。また、補助燃料と酸素の使用はコスト上昇
の原因にもなるため、補助燃料使用量と酸素使用量はい
ずれも必要最小限に抑えることが肝要であるところ、こ
の点についても従来は十分な検討が行われていなかっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、微粉炭吹き込み高炉操業方
法において、ブローパイプ内への微粉炭の吹き込み位置
よりも上流側から助燃用の易燃性補助燃料と酸素の供給
を行うことによって、微粉炭の吹き込み位置周辺におけ
るガス温度と酸素濃度を適正に管理し、もって、最小限
の補助燃料使用量および酸素使用量の下に燃焼性を改善
し、併せて高炉の安定操業を実現しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
高炉の微粉炭吹き込み操業において、ブローパイプ内に
微粉炭を吹き込むに当たり、微粉炭の吹き込み位置を中
心として、羽口内径の30％相当の円断面領域における雰
囲気温度が1400℃以上でかつ、酸素濃度が21％以上の条
件下に微粉炭を供給することを特徴とする、微粉炭吹き
込み高炉操業方法である。

【０００８】この発明において、微粉炭の吹き込み位置
を中心とする羽口内径の30％相当の円断面領域につい
て、雰囲気温度：1400℃以上、酸素濃度：21％以上を確
保するには、ブローパイプ内に微粉炭を吹き込む微粉炭
吹き込み管よりも上流側に、酸素吹き込み管および補助
燃料吹き込み管を設置し、これら酸素吹き込み管および
補助燃料吹き込み管から、適量の酸素および易燃性の補
助燃料を吹き込むことが好ましい。

【０００９】

【作用】さて、発明者らはまず、微粉炭吹き込みを行っ
ている羽口内でのガス温度すなわち雰囲気温度の分布に
ついて調査を行った。羽口内の微粉炭燃焼挙動を解明す
るために、微粉炭燃焼用の空炉を製作した。羽口内に
は、図１に示すように、風上側から酸素吹き込み管１、
補助燃料吹き込み管２、微粉炭吹き込み管３を配置し、
微粉炭吹き込み位置および羽口先端には酸素濃度および
雰囲気温度の半径方向分布を測定することのできるセン
サー４，５をそれぞれ設置した。なお、番号６は微粉炭
流であり、また羽口の内径は 100mmとした。上記の実験
炉において、燃焼率は、燃焼後のダストをサイクロンで
サンプリングし、灰分を基準として算出した。また、羽
口後方には、羽口内部における燃焼着火を観察するため
の内部観察用の窓を設けた。

【００１０】補助燃料および酸素を吹き込まない場合に
おける、微粉炭吹き込み位置での半径方向の雰囲気温
度、酸素濃度および羽口先端位置での半径方向の雰囲気
温度、酸素濃度を図２(a), (b), (c), (d)にそれぞれ示
す。吹き込み位置までは雰囲気温度および酸素濃度は送
風条件のままである。それに対して、羽口先端位置で
は、微粉炭の搬送用ガスとして、ガス温が室温で酸素濃
度が送風に比べて低い空気が用いられているため、中心
付近で温度と酸素濃度が共に低下している。この時、空
気によって圧送されてきた微粉炭も同じ領域に存在する
ため、微粉炭は低温、低酸素状態で羽口内を通過するこ
とになり、良好な着火燃焼は望み得ない。実際、羽口後
方からの観察では内部は暗いままであり、着火燃焼は観
察されなかった。

【００１１】ところで、上記した雰囲気温度の低下領域
である微粉炭の通過領域は、横断面が羽口内径の約30％
相当の円断面を呈する円筒状領域である。このように、
微粉炭が狭い領域を通過する理由は、微粉炭吹き込みの
圧送空気の流速が30〜60 m/sと、羽口内に流れている送
風の流速： 200〜230 m/s に比べると極めて遅く、非常
に広がりにくいこと、また、あまり広がってしまうと羽
口に微粉炭の灰分が付着し、羽口閉塞など操業に対する
悪影響が大きくなることによる。

【００１２】次に、羽口の500 mm上流側から20mmφの吹
き込み管を用いて、補助燃料としてプロパンガスを吹き
込んだ場合における、微粉炭吹き込み位置での半径方向
の雰囲気温度、酸素濃度および羽口先端位置での半径方
向の雰囲気温度、酸素濃度を、図３(a), (b), (c), (d)
にそれぞれ示す。図３(a) に示したとおり、吹き込まれ
た補助燃料の燃焼によって吹き込み位置のガス温度は上
昇する一方、酸素濃度は減少する。これは羽口先端位置
でも同様である。しかし、プロパンガスの燃焼領域は羽
口半径の20％程度と非常に狭く、微粉炭が流れている領
域である羽口半径の30％を全てカバーすることができな
いため、常温の輸送空気の影響を受けるだけでガス燃焼
の影響は受けない領域が発生し、羽口先端位置における
微粉炭流の周辺部温度、つまり図３(c) で羽口半径の20
〜40％付近では、温度の低下を招いている。これでは、
微粉炭粒子の昇温にガスの燃焼熱が有効に使用されな
い。

【００１３】ここに、ガスの燃焼領域は吹き込み管の半
径が増加すると拡がる傾向があるので、40mmφの吹き込
み管を使用して微粉炭流全体を燃焼領域で覆うことを試
みた。その時の測定結果を図４(a), (b), (c), (d)に示
す。同図から明らかなように、40mmφの吹き込み管を使
用することにより、微粉炭の流れている羽口半径30％の
領域の温度を1600℃以上にすることができた。これによ
り、羽口先端位置におけるガス温度も微粉炭の流れてい
る全領域にわたって上昇させることができた。

【００１４】ところで、微粉炭を良好に燃焼させるため
には、揮発分の放出が活発になるように微粉炭粒子の周
囲の温度を高めることが必要である。また燃焼時間を充
分に確保するためには、吹き込み位置ですでにガス温度
を高めておく必要がある。そこで、発明者らは、上記の
要請に応え得る最低ガス温度について検討した。その結
果、微粉炭の吹き込み位置における最低温度が1400℃以
上であれば、羽口先において良好な着火が保証されるこ
とが究明された。

【００１５】微粉炭の周囲温度を上昇させるためには、
送風温度を高めに設定することが考えられる。しかしな
がら、送風温度の上昇は、羽口からの入熱量を増加させ
ることになり、高炉全体の熱バランスが崩れるため、操
業は不安定になり易い。微粉炭の燃焼を促進させるため
には、微粉炭が流れている領域についてのみ雰囲気温度
を上昇させればよく、そのためには、微粉炭吹き込み位
置にて、羽口内径の30％相当の円断面領域を通過するガ
スの温度を1400℃以上に管理すれば良い。かくして、送
風全体の温度を上昇させる場合に比し、熱風炉の蓄熱ガ
ス原単位を低下させ得るだけでなく、コストの削減が可
能になる。ここに、羽口内径の30％相当の円断面領域に
ついてのみ、ガス温度を上昇させるためには、補助燃料
の吹き込み管としては、直径が羽口内径の25〜35％程度
のものを使用することが好ましい。

【００１６】次に、発明者らは、燃焼に不可欠な酸素の
羽口内分布について検討した。微粉炭周囲の温度を上昇
させるために補助燃料を使用すると、図４(b), (d)に示
したとおり、補助燃料によって酸素が消費されてしまう
ため、微粉炭が流れている領域の酸素濃度は低下してし
まう。これでは酸素不足によって良好な燃焼は期待でき
ない。

【００１７】これまで、吹き込み位置での酸素濃度を高
めるために行われてきた方法は、環状管より上流で純酸
素を付加する方法か、微粉炭吹き出し口を２重管とし、
その一方から微粉炭を他方から酸素を吹き込む方法であ
った。しかし、酸素を微粉炭の燃焼促進のために最大限
に利用するには、微粉炭流の流れている領域についての
み酸素濃度を空気程度（21％）までは高めてやれば良
い。この観点から考えると、前者は送風全体の酸素濃度
を高めることから、より多くの純酸素を必要とし、コス
ト上昇の原因になる。一方、後者については、吹き込み
位置が微粉炭の吹き込み位置と同じであるため微粉炭の
流れている領域全体をカバーすることが難しい。この
点、酸素も補助燃料と同様に、微粉炭供給位置の上流側
から吹き込んだ方が良いと考えられる。

【００１８】そこで、微粉炭の場合と同様に40mmφの吹
き込み管を使って酸素を吹き込んだ場合における、微粉
炭吹き込み位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度お
よび羽口先端位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度
を、図５(a), (b), (c), (d)にそれぞれ示す。図５(b),
(d)に示したとおり、かような酸素吹き込み法によっ
て、微粉炭が流れる領域のみの酸素濃度を効率良く高め
ることができ、補助燃料を使用してガス温度を高めた場
合でも、微粉炭が流れている羽口半径の30％の領域につ
いてはその酸素濃度を空気と同じ21％程度に維持するこ
とができる。ここに、羽口内径の30％相当の円断面領域
についてのみ、酸素濃度を上昇させるためには、酸素ガ
スの吹き込み管としては、補助燃料の吹き込み管と同
様、直径が羽口内径の25〜35％程度のものを使用するこ
とが好ましい。

【００１９】最後に、酸素ガス吹き込み管と補助燃料吹
き込み管の両方を備えた場合における、微粉炭吹き込み
位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度および羽口先
端位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度を、図６
(a), (b), (c), (d)にそれぞれ示す。かくすることによ
り、図６(b), (d)に示したとおり、微粉炭吹き込み位置
にて羽口径の30％に相当する微粉炭吹き込み領域につい
てのみ、温度を1400℃以上、酸素濃度を21％以上まで高
めることができ、ひいては羽口位置において、温度：14
00℃以上、酸素濃度：21％以上を確保することができ
た。これによって、羽口先で微粉炭が着火燃焼している
様子が羽口後方から観察されるようになり、雰囲気ガス
温度が2000℃以上まで上昇する燃焼点が観測され、微粉
炭の効率良い燃焼が確認された。

【００２０】

【実施例】図１に示した実験炉を使用して微粉炭を燃焼
させ、燃焼率を調査した。 実施例１ この例は、微粉炭吹き込み量：15 kg/mm、送風量：100
Nm³/min 、送風温度：1000℃で燃焼させながら（微粉炭
比：150 kg/tに相当）、酸素吹き込み管からの酸素吹き
込み量および補助燃料吹き込み管からのプロパンガス吹
き込み量を調整して、吹き込み点を通る断面上で吹き込
み点を中心として羽口半径の30％の円を通過するガスの
酸素濃度は21％以上とした上で、その中の最低温度を変
化させたものである。この実験における、雰囲気温度と
微粉炭燃焼率との関係について調べた結果を図７に示
す。同図より明らかなように、微粉炭吹き込み位置にお
ける温度を1400℃以上とすることによって、80％以上と
いう高い燃焼率を得ることができた。

【００２１】実施例２ この例は、同様の送風条件で、吹き込む酸素量とプロパ
ンガス量を調整し、所定領域内の雰囲気温度は最低1400
℃を確保した上で、酸素濃度の最低値を種々に変化させ
たものである。この実験における、酸素濃度と微粉炭燃
焼率との関係について調べた結果を図８に示す。同図よ
り明らかなように、酸素濃度を21％以上とすることによ
って、80％以上という高い燃焼率を得ることができた。

【００２２】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、微粉炭の多
量吹き込み高炉操業においても、最小限のコスト上昇の
下で、微粉炭の燃焼率を効果的に向上させることがで
き、ひいては安定した高炉操業を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】微粉炭燃焼用の実験炉の羽口部を示した図であ
る。

【図２】補助燃料および酸素を吹き込まない場合におけ
る、微粉炭吹き込み位置での半径方向の雰囲気温度、酸
素濃度および羽口先端位置での半径方向の雰囲気温度、
酸素濃度を示したグラフである。

【図３】直径：20mmの補助燃料吹き込み管から補助燃料
としてプロパンガスを吹き込んだ場合における、微粉炭
吹き込み位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度およ
び羽口先端位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度を
示したグラフである。

【図４】直径：40mmの補助燃料吹き込み管から補助燃料
としてプロパンガスを吹き込んだ場合における、微粉炭
吹き込み位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度およ
び羽口先端位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度を
示したグラフである。

【図５】直径：40mmφの吹き込み管を使って酸素を吹き
込んだ場合における、微粉炭吹き込み位置での半径方向
の雰囲気温度、酸素濃度および羽口先端位置での半径方
向の雰囲気温度、酸素濃度を示したグラフである。

【図６】直径：40mmの酸素吹き込み管および直径：40mm
の補助燃料吹き込み管を使用して、酸素とプロパンガス
の両者を併せて吹き込んだ場合における、微粉炭吹き込
み位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度および羽口
先端位置での半径方向の雰囲気温度、酸素濃度を示した
グラフである。

【図７】吹き込み位置での酸素濃度を21％以上とした場
合における、雰囲気温度と燃焼率との関係を示したグラ
フである。

【図８】吹き込み位置での雰囲気温度を1400℃以上とし
た場合における、酸素濃度と燃焼率との関係を示したグ
ラフである。

【符号の説明】

１ 酸素吹き込み管 ２ 補助燃料吹き込み管 ３ 微粉炭吹き込み管 ４ 微粉炭吹き込み位置センサー ５ 羽口位置センサー ６ 微粉炭流

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の微粉炭吹き込み操業において、ブ
   ローパイプ内に微粉炭を吹き込むに当たり、 微粉炭の吹き込み位置を中心として、羽口内径の30％相
   当の円断面領域における雰囲気温度が1400℃以上でか
   つ、酸素濃度が21％以上の条件下に微粉炭を供給するこ
   とを特徴とする、微粉炭吹き込み高炉操業方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、ブローパイプ内に微
   粉炭を吹き込む微粉炭吹き込み管よりも上流側に、酸素
   吹き込み管および補助燃料吹き込み管を設置し、これら
   酸素吹き込み管および補助燃料吹き込み管から、適量の
   酸素および易燃性の補助燃料を吹き込むことにより、微
   粉炭の吹き込み位置を中心とする羽口内径の30％相当の
   円断面領域について、雰囲気温度：1400℃以上、酸素濃
   度：21％以上を確保することを特徴とする、微粉炭吹き
   込み高炉操業方法。