JPH0959705A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送風条件を変更しないで、かつ簡便な手段を
もって、微粉炭の燃焼性の向上を図る方法を提供する。 【構成】 高炉の送風羽口または該送風羽口に接続され
たブローパイプに微粉炭吹き込み用ランスを挿入し、該
ランスから吐出された微粉炭をブローパイプ内からの熱
風流れによって高炉内に吹込むに当たり、該ランスを２
重管構造として、内管から微粉炭を、外管から気体を吹
き込み、内管と外管の相対位置差を設け、外管からの吹
き込み気体質量流量を増大させて吹き込まれた微粉炭の
燃焼性を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銑鉄製造用の高炉
の操業方法に係わるものであり、より詳細には羽口から
の微粉炭吹き込み操業において、吹き込まれた微粉炭の
分散性を簡便な手段によって制御することにより、微粉
炭の燃焼性を改善して、当該高炉を安定に操業する方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高炉の操業形態として、従来は送風羽口
（以下、単に羽口ということもある）より重油またはタ
ール等の液体燃料を多量に吹き込むことにより、コーク
ス比を下げ出銑比を高める操業が行われてきた。しか
し、1970年代に原油価格の高騰によりエネルギー価格体
系が大きく変化した結果、高炉操業はオールコークス操
業が主流となった。

【０００３】オールコークス操業によれば、液体燃料吹
き込みに比較して燃料コストは低下する。しかし、羽口
前理論燃焼温度が高くなり、かつ高炉への水素投入量が
低下するために、荷下がりが不安定になり、スリップが
頻発する、送風圧力の上昇や変動を招く等の不安定操業
を余儀なくされた。このような問題に対しては、これま
で羽口からの湿分調整により対処してきたが、湿分を増
加させる操業は、コークス比の上昇を招くとともに、送
風原単位が増加し吹き抜け限界の面から最大出銑比が限
定されるという限界があった。

【０００４】一方、コークス炉の生産能力不足が顕在化
する状況の中で、上記問題を解決するために、安価な羽
口吹き込み燃料として微粉炭を採用する高炉が増加して
いる。そのような微粉炭吹き込み操業を行えば、コーク
ス比の低下と最大出銑比の上昇が共に実現できるため、
羽口からの湿分調整に関わる問題点は解決する。

【０００５】こういった背景から、現在では微粉炭のさ
らなる多量吹き込み操業が指向されており、一部の高炉
では銑鉄１ｔ当たり200 kg (以後200kg/ptと表示) の微
粉炭を吹き込む操業も実現化している。このような微粉
炭多量吹き込み操業や、さらに微粉炭吹き込み量を増加
していく上でレースウェイ部での微粉炭の燃焼といった
課題がクローズアップされてきた。

【０００６】一般に微粉炭の吹き込みは、高炉の送風羽
口または送風羽口に接続されたブローパイプに微粉炭吹
き込み用ランスを挿入し、このランスから吐出された微
粉炭をブローパイプ内からの熱風流れによって羽口先の
レースウェイ空間へ運ぶことにより行われる。羽口およ
びブローパイプ部では微粉炭のみが燃焼し、レースウェ
イ空間では微粉炭とコークスの同時燃焼反応が進行す
る。

【０００７】微粉炭の多量吹き込み操業では微粉炭と酸
素の比が大きくなり、化学量論的にも微粉炭は燃焼 (ガ
ス化) せず、さらには酸素はレースウェイ内ではコーク
スによっても消費されるために、レースウェイで燃焼し
きれない微粉炭、いわゆる未燃チャーの発生が不可避で
ある。未燃チャーはレースウェイからのガス流に随伴し
て炉内を上昇し、融着帯部でのトラップと滴下するFeO
との反応(FeO＋Ｃ＝Fe＋CO) 、CO₂ とのソリューション
・ロス反応(CO₂＋Ｃ＝２CO) などにより消費されると考
えられるが、その一部は、炉芯部、融着帯根部、シャフ
ト部などの炉内に滞留して通気性の悪化を招いたり、炉
頂からの廃ガスとともに炉頂ダストとして排出されると
考えられる。

【０００８】未燃チャーがこのように炉内滞留あるいは
炉外排出された場合は、吹き込まれた微粉炭は燃料とし
て有効利用されないため、コークスの一部を代替する機
能をはたすことができず、微粉炭吹き込みの効果が減殺
されることになる。このため、吹き込み微粉炭の燃焼効
率を上昇させるための対策が必要となってきている。

【０００９】一般的に微粉炭の燃焼効率を上昇させるた
めには、第１に、送風条件を変更する、具体的には送風
温度上昇や酸素富化を実施することが有効であるが、こ
れはコスト上昇を伴う。第２には、所与の送風条件の中
で、ランスの取付け位置またはランス形状の変更によっ
て、微粉炭の分散性を上昇させて酸素との反応を促進さ
せる方法であるが、極度の分散性増加は羽口の摩耗や羽
口への微粉炭中灰分の溶融および付着を招来する。

【００１０】こういった、複雑な拘束条件の中で最適な
吹き込み方法が模索されているが、例えば、特開平２−
213406号公報には、微粉炭吹き込みランスを同心２重管
化して、外管から供給される燃焼用空気の酸素濃度を調
整することにより燃焼量を制御する方法が開示されてい
る。これは上記の第２の方法により第１の問題点を緩和
するものである。

【００１１】また、特開平６−330113号公報には複数の
ランスをブローパイプに挿入して、ランスの中心軸線が
ブローパイプの中心軸線と交差しないようにすること
で、ブローパイプ内の微粉炭の拡散効率を増加させる方
法が開示されているが、これは第２の方法に属するもの
である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述のように微粉炭の
燃焼率を向上させる方法のうち、特開平２−213406号公
報に開示された方法によれば、酸素富化の効率化には結
びつくが、微粉炭吹き込み量が100 kg/pt 以下において
も、外管からの酸素量が微粉炭のキャリヤガス量の２〜
３倍に及んでおり、微粉炭が多量に吹き込まれ酸素富化
量が大きくなった場合には、圧力損失の増大など吹き込
みランスの外周からの吹き込み量には限界がある。

【００１３】また、特開平６−330113号公報に開示され
た方法では、一本の羽口に複数のランスを挿入するため
に吹き込み系統が複雑化することと、ブローパイプおよ
び羽口部への灰分付着の可能性が増大する。

【００１４】本発明は、これらの問題点を鑑みてなされ
たものであり、送風条件を変更しないで、かつ簡便な手
段をもって、微粉炭の燃焼性の向上を図る方法を提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、同心２重
管のランスを使用して内管から微粉炭を吹き込み、外管
から気体 (例えば空気) を吹き込む操業において、ラン
スの先端構造を変更する、具体的には内管先端と外管先
端の相対位置を変更することや、外管から吹き込む気体
の量と流速を変更することで、内管から吹き込まれた微
粉炭の分散性を制御できるという知見を得た。すなわ
ち、同心２重管のランスを具備した羽口・ブローパイプ
部を模擬した冷間実験装置を用いて、上述した要因、つ
まりランスの先端構造、外管から吹き込む気体の量と流
速が微粉炭の分散に及ぼす影響を調査することにより、
上記解決手段を見い出したのである。

【００１６】よって、本発明による上記問題点の解決手
段は、高炉の送風羽口またはその送風羽口に接続された
ブローパイプに微粉炭吹き込み用ランスを挿入し、この
ランスから吐出された微粉炭をブローパイプ内の熱風流
れによって高炉内に吹込むに当たり、このランスを２重
管構造として、内管から微粉炭を、外管から気体を吹き
込み、内管と外管の相対位置、および／または外管から
の吹き込み気体質量流量、および／または外管と内管と
の間隙距離を調節することにより、吹き込まれた微粉炭
の分散性、つまり燃焼性を制御することである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、内管先端と外管先端の相
対位置差が微粉炭の分散性に及ぼす影響を調査したもの
である。ここで、相対位置差(l) については外管の方が
内管より突き出ている場合をプラス (＋) 、内管の方が
突き出ている場合をマイナス (−) で表示した。また、
微粉炭分散率は微粉炭のブローパイプ断面における存在
率で表示した。なお、図１の「ｈ」は内外管の間隙距離
である。

【００１８】この結果から明らかなように、２重管ラン
スを採用すると単管ランスに比較して微粉炭分散性は向
上し、さらに相対位置差(l) によって向上度が異なるこ
とがわかる。２重管ランス使用においては、内管先端と
外管先端の相対位置差がマイナスの場合には分散性が良
くないが、プラスになると分散性が向上する。しかし、
相対位置差のプラスの値が内管外径を越えてｌ＞18mmと
なると分散性の向上効果が飽和すると同時に、微粉炭が
閉塞気味となるため、あまり好ましくないことが判明し
た。したがって相対位置差(l) は、ｌ＝０〜内管外径(m
m)とするのが望ましい。

【００１９】図２は、外管から吹き込む気体の質量流量
(W) が分散性に与える影響について、外管と内管の間隙
距離(h) 、すなわち外管内径と内管外径の差の半分、を
パラメータにとって調べたものである。図から、気体の
質量流量の大きいほど、また、外管と内管の間隙距離が
小さいほど分散性が良いのは明らかであるが、 W/h、す
なわち気体の流束が 2.0×10⁵kg/m²・H 以上になると効
果が飽和する。さらに分散性を向上させる操作は吹き込
み気体量と吹き込み気体の圧力損失の増加を伴うもので
あるので、必要な分散性を得るのに必要な操作量を選択
することが望ましい。

【００２０】

【実施例】本例では、実際の高炉 (内容積2700m³) に本
発明を適用した場合について説明する。このときの送風
条件は表１の通りであった。羽口前温度の調整は酸素富
化で実施した。実施条件および微粉炭燃焼率の結果を表
２に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】これらの条件の下で、微粉炭の吹き込みラ
ンスの仕様を表２の如く変更して本発明の効果を確認し
た。効果の確認は微粉炭の燃焼率で評価することとし
た。微粉炭の燃焼率はレースウェイ内をサンプリングで
きるゾンデを所定位置に挿入し、採取された未燃微粉炭
を分析に供して、反応前後でのサンプルの炭素／灰分中
Al₂O₃ 比の変化から算出した。なお、微粉炭の燃焼率の
算出方法はこの方法 (灰分中Al₂O₃ をトレーサーとする
化学分析法) に限定されないことは言うまでもなく、他
の成分をトレーサーとしてもよいし、採取物を画像処理
するなどして燃焼率を算出する等の方法を選択すること
もできる。

【００２３】従来例では、微粉炭吹き込みランスに２重
管を使用せずに、通常の単管ランスを使用した場合の例
である。この場合の燃焼率は羽口先端＋250 mmで約30％
で、レースウェイ奥 (羽口先端＋750 mm) ではほぼ60％
であった。

【００２４】一方、本発明法に採用したケース１では微
粉炭吹き込みランスを２重管として、外管と内管の相対
位置差を＋15mmとした場合である。なお、相対位置差の
符号(＋−) は前項の冷間実験装置における符号と同様
である。この場合には、ランス吐き出し部近傍において
微粉炭の分散性が向上したため、燃焼率は羽口先端＋25
0 mmで約35％で、レースウェイ奥 (羽口先端＋750 mm)
ではほぼ65％に上昇した。

【００２５】ケース２では、外管からの気体流量をケー
ス１の1.5 倍としさらに、外管と内管の内径差をケース
１より１mm減少させた場合の結果である。この場合に
は、ランス吐き出し部近傍における微粉炭の分散性がさ
らに向上したため、燃焼率は羽口先端＋250 mmで約40％
で、レースウェイ奥 (羽口先端＋750 mm) ではほぼ70％
に上昇した。

【００２６】さらに、本発明者らは従来技術に見られる
ような、外管から酸素富化した空気を流送する場合にも
本発明が有効であることを確認した。比較例では、表１
の送風条件に合致するような酸素量を送風に富化するの
でなく、外管からの酸素として供給した。その場合、燃
焼率は羽口先端＋250 mmで約33％で、レースウェイ奥
(羽口先端＋750 mm) ではほぼ63％となり、従来例に比
較すると向上効果が確認された。

【００２７】ケース３では、比較例の送風条件にケース
２のランス条件を適用した。その結果、微粉炭の燃焼率
は羽口先端＋250 mmで約45％に、レースウェイ奥 (羽口
先端＋750 mm) ではほぼ80％に上昇した。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の方法によれ
ば、高炉羽口からの微粉炭吹き込み操業に際し、簡便な
装置によって微粉炭の燃焼率を向上させることができる
ので、未燃チャーの炉内滞留に由来する通気性の悪化
や、炉外への排出に伴うコークスとの置換率の低下を回
避して、高炉安定操業を実現するとともに、コストの低
減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２重管ランス使用時の外管と内管の相対位置差
が微粉炭の分散性に与える影響を示したグラフである。

【図２】２重管ランス使用時の外管から吹き込む気体の
質量流量と外管と内管の間隙距離が微粉炭の分散性に与
える影響を示したグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の送風羽口または該送風羽口に接続
   されたブローパイプに微粉炭吹き込み用ランスを挿入
   し、該ランスから吐出された微粉炭をブローパイプ内か
   らの熱風流れによって高炉内に吹込むに当たり、該ラン
   スを２重管構造として、内管から微粉炭を、外管から気
   体を吹き込み、内管と外管の相対位置差を設けて、この
   相対位置差を調節することで吹き込まれた微粉炭の燃焼
   性を制御することを特徴とする高炉操業方法。
2. 【請求項２】 さらに外管からの吹き込み気体の質量流
   量および／または外管と内管との間隙距離を調節するこ
   とを特徴とする請求項１記載の高炉操業法。