(57)【要約】【課題】冷却剤の供給が停止した場合でも羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる、酸素高炉設備および酸素高炉の操業方法を提供する。【解決手段】酸素高炉設備であって、酸素と、気体還元材および／または固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備であって、空気の圧力を高める圧縮機と、圧縮機によって圧力が高められた高圧空気を貯蔵する空気貯蔵設備と、気体還元材および／または固体還元材の流量を測定する流量計と、空気貯蔵設備から羽口への高圧空気の供給を制御する制御装置と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素と、気体還元材および／または固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備であって、
空気の圧力を高める圧縮機と、
前記圧縮機によって圧力が高められた高圧空気を貯蔵する空気貯蔵設備と、
気体還元材および／または固体還元材の流量を測定する流量計と、
前記空気貯蔵設備から前記羽口への前記高圧空気の供給を制御する制御装置と、
を有する、酸素高炉設備。
【請求項２】
酸素と、気体還元材および／または固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備であって、
窒素の圧力を高める圧縮機と、
前記圧縮機によって圧力が高められた高圧窒素を貯蔵する窒素貯蔵設備と、
気体還元材および／または固体還元材の流量を測定する流量計と、
前記窒素貯蔵設備から前記羽口への前記高圧窒素の供給を制御する制御装置と、
を有する、酸素高炉設備。
【請求項３】
請求項１に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、
前記気体還元材および／または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記空気貯蔵設備から前記羽口に前記高圧空気を供給する、酸素高炉の操業方法。
【請求項４】
請求項１に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、
前記酸素は、酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気であり、
前記気体還元材および／または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記空気貯蔵設備から前記羽口に前記高圧空気を供給して酸素を５０体積％未満含む酸素富化空気に希釈する、酸素高炉の操業方法。
【請求項５】
請求項２に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、
前記気体還元材および／または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記窒素貯蔵設備から前記羽口に前記高圧窒素を供給する、酸素高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素または酸素富化空気と、気体還元材および／または固体還元材とを羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備および当該酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素高炉は、羽口から酸素または酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気と、還元材である微粉炭と、を吹き込むことで空気を予熱した熱風送風を行う通常高炉と比較して、高炉内部での鉄鉱石の還元に作用しない炉内の窒素ガス量を低減し、これにより、高炉の生産性の向上を実現している。しかしながら、酸素高炉では羽口から純酸素を吹き込んで炉内滞留コークスと反応させるので、羽口先温度が異常に高温になるという課題がある。このため、酸素高炉の操業では、羽口先温度である羽口先の燃焼領域の温度を通常高炉と同等の２０００℃以上２６００℃以下程度に制御する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、ＣＯ２を含む炉頂ガスを還流させて羽口から純酸素とともに吹き込むことで、羽口先温度を所定の温度範囲に制御する方法が開示されている。また、特許文献１には、羽口から常温の純酸素とともに冷却剤であるＨ２ＯまたはＣＯ２を炉内に吹込み、羽口先温度を所定の温度範囲に制御しながら、窒素を含まない高炉ガスを発生させる方法も開示されている。
【０００４】
特許文献２には、純酸素とともに羽口先温度を調整する重質油を羽口から吹き込む酸素高炉の操業方法が開示されている。また、特許文献３には、純酸素の一部に予熱酸素を用いることで、固体還元材である微粉炭の着火性の改善と羽口先温度の調整を両立する酸素高炉の操業方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−１５９１０４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１７１８０７号公報
【特許文献３】特開２０１６−２２２９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
羽口先の温度が高温化するのは、酸素高炉に特有の問題であって、例えば、特許文献１では羽口から常温純酸素とともにＨ２ＯやＣＯ２を吹き込んだときの吸熱反応を利用して羽口先温度を低下させている。これは、燃焼（酸化）とは逆反応（還元）の吸熱反応を利用して、異常に高温化した羽口先温度を低温化するものである。また、一般的に行われている羽口からの微粉炭吹込みの場合も、高炉でのコークス使用量の低減効果だけでなく、固体還元材としての吸熱反応を利用し、かつ、常温の微粉炭が昇温することにより羽口先温度を低下させている。
【０００７】
一方で、酸素高炉においても、通常高炉と同様に多くの操業トラブルが発生する可能性がある。例えば、炉頂ガス循環設備が停止した場合、冷却剤であるＨ２ＯやＣＯ２が吹込めなくなるので羽口先温度は上昇し、例えば、純酸素とコークスのみの反応では３０００℃以上にもなる。また、微粉炭吹込みにおいても、経路内において微粉炭詰りが発生した場合、微粉炭の冷却剤としての機能が低下するので羽口先温度は上昇する。酸素高炉は通常高炉よりも微粉炭の吹込み量が多いので羽口先温度への影響は特に大きくなる。
【０００８】
羽口先温度が上昇すると、ＳｉＯ２が還元されＳｉＯガスとなって高炉を上昇し、冷却されて再度ＳｉＯ２となるときに当該ＳｉＯ２が高炉内の原料同士を接着する。この接着により高炉内の原料の棚吊が発生しやすくなる。高炉内における原料の棚吊は、酸素高炉の操業を阻害する原因となる。また、羽口先温度が上昇すると、羽口への熱負荷も大きくなる。羽口への熱負荷は、羽口破損の原因となるので、羽口の寿命が短くなると共に、羽口交換作業による高炉操業のダウンタイムの増加に繋がり、生産性を悪化させる。
【０００９】
一方、羽口への酸素の供給を停止すれば、酸素とコークスとの反応は停止し羽口先温度は低下するが、羽口が閉塞する可能性が高くなる。羽口が閉塞する原因は、通常操業では羽口から酸素（気体）を炉内へ吹き込むことで、吹き込まれた気体がコークスを押しのけて羽口先に空間を形成しているが、酸素が吹き込まれなくなればコークスを押しのけられず、空間の形成が不可能になるからである。また、羽口先の空間が無くなると共に、羽口先温度も低下すると、スラグ固着などにより羽口が閉塞しやすい状態となる。羽口が閉塞すると再送風が困難となるので、酸素高炉では、冷却剤の供給が停止した場合に、羽口閉塞を回避しつつ羽口先温度を制御する設備や、当該設備を用いた酸素高炉の操業方法が求められていた。
【００１０】
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却剤の供給が停止した場合でも羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる、酸素高炉設備および酸素高炉の操業方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するための本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）酸素と、気体還元材および／または固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備であって、空気の圧力を高める圧縮機と、前記圧縮機によって圧力が高められた高圧空気を貯蔵する空気貯蔵設備と、気体還元材および／または固体還元材の流量を測定する流量計と、前記空気貯蔵設備から前記羽口への前記高圧空気の供給を制御する制御装置と、を有する、酸素高炉設備。
（２）酸素と、気体還元材および／または固体還元材と、を羽口から高炉内に供給して操業する酸素高炉設備であって、窒素の圧力を高める圧縮機と、前記圧縮機によって圧力が高められた高圧窒素を貯蔵する窒素貯蔵設備と、気体還元材および／または固体還元材の流量を測定する流量計と、前記窒素貯蔵設備から前記羽口への前記高圧窒素の供給を制御する制御装置と、を有する、酸素高炉設備。
（３）（１）に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、前記気体還元材および／または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記空気貯蔵設備から前記羽口に前記高圧空気を供給する、酸素高炉の操業方法。
（４）（１）に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、前記酸素は、酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気であり、前記気体還元材および／または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記空気貯蔵設備から前記羽口に前記高圧空気を供給して酸素を５０体積％未満含む酸素富化空気に希釈する、酸素高炉の操業方法。
（５）（２）に記載の酸素高炉設備を用いた酸素高炉の操業方法であって、前記気体還元材および／または固体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に前記制御装置は、前記窒素貯蔵設備から前記羽口に前記高圧窒素を供給する、酸素高炉の操業方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の酸素高炉設備を用いることで、冷却剤の供給が停止した場合に羽口閉塞を回避しつつ羽口先温度の上昇を抑制できる。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、冷却剤の供給停止というトラブルが解消した後に酸素や冷却剤の供給を容易に再開でき、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る酸素高炉設備１０を示す模式図である。
【図２】第２の実施形態に係る酸素高炉設備１６を示す模式図である。
【図３】第３の実施形態に係る酸素高炉設備１８を示す模式図である。
【図４】羽口設備１４の断面模式図である。
【図５】ラボ実験設備８０の断面模式図である。
【図６】羽口先温度の時間変化を示すグラフである。
【図７】羽口先温度の時間変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図１は、第１の実施形態に係る酸素高炉設備１０を示す模式図である。酸素高炉設備１０は、高炉１２と、酸素供給設備２０と、微粉炭供給設備４０と、空気供給設備５０とを有する。酸素高炉設備１０の高炉１２においても、従来の熱風高炉と同じように炉頂から鉄鉱石や焼結鉱とともにコークスが装入される。高炉１２の炉下部には羽口設備１４が設けられており、当該羽口設備１４から熱風に代えて常温の純酸素が高炉１２内に供給される。
【００１５】
酸素供給設備２０は、常温の酸素を製造し、羽口設備１４に酸素を供給する設備である。酸素供給設備２０は、酸素製造装置２２と、酸素配管２４と、酸素圧縮機２６と、高圧酸素配管２８と、酸素貯蔵設備３０と、酸素供給配管３２とを有する。図１に示した例において、酸素製造装置２２は、深冷分離法によって酸素を製造する設備であり、純酸素を製造する。酸素配管２４は、酸素製造装置２２と酸素圧縮機２６とを接続する配管である。酸素圧縮機２６は、酸素製造装置２２によって製造された純酸素を圧縮する。本実施形態において、酸素圧縮機２６は、純酸素の圧力を０．５ＭＰａ以上に圧縮する。
【００１６】
酸素貯蔵設備３０は、圧縮された純酸素を貯蔵する設備である。このように、圧縮された純酸素を貯蔵する酸素貯蔵設備３０を設けることによって、酸素圧縮機２６と羽口設備１４間における圧縮された酸素の貯蔵量を増やすことができる。このように、圧縮された酸素の貯蔵量を増やすことで、純酸素を高炉に吹き込むことによる圧力低下が抑制されるので安定して高炉１２内に純酸素を供給できる。また、酸素貯蔵設備３０を設けることで、酸素圧縮機２６の装置規模を小さくできる。
【００１７】
酸素供給配管３２は、酸素貯蔵設備３０と羽口設備１４とを接続する配管である。圧縮された純酸素は、酸素供給配管３２および羽口設備１４を経由して高炉１２内に供給される。
【００１８】
微粉炭供給設備４０は、羽口設備１４に微粉炭を供給する設備である。微粉炭供給設備４０は、微粉炭配管４２と微粉炭流量計４４とを有する。微粉炭を微粉炭配管４２に供給する設備は、一般的な熱風高炉に用いられている設備と同じ設備を用いてよい。本実施形態に係る微粉炭供給設備４０では、微粉炭配管４２に微粉炭流量計４４が設けられている。微粉炭流量計４４は、微粉炭配管４２を流れる微粉炭の流量を測定する。なお、微粉炭流量計４４として、超音波を用いた流量計、マイクロ波を用いた流量計または静電容量２電極方式の微粉炭流量計を用いてよい。なお、微粉炭は、固体還元材の一例であり、微粉炭に代えて、廃プラスチックを用いてもよい。
【００１９】
空気供給設備５０は、微粉炭供給設備４０から羽口設備１４に供給される微粉炭の流量が予め定められた流量よりも少なくなった場合に、羽口設備１４に空気を供給する設備である。微粉炭の流量が予め定められた流量よりも少なくなった場合に空気供給設備５０から空気を供給することで羽口先温度の上昇を抑制できる。
【００２０】
空気供給設備５０は、空気圧縮機５２と、高圧空気配管５４と、空気貯蔵設備５６と、空気供給配管５８と、制御装置９０とを有する。空気圧縮機５２は、常温の空気の圧力を高めて高圧空気とする。本実施形態において、空気圧縮機５２は、空気の圧力を０．５ＭＰａ以上に圧縮させる。
【００２１】
高圧空気配管５４は、空気圧縮機５２と空気貯蔵設備５６とを接続する配管である。空気貯蔵設備５６は、圧力が高められた高圧空気を貯蔵する設備である。このように、高圧空気を貯蔵する空気貯蔵設備５６を設けることによって、空気圧縮機５２と羽口設備１４間における高圧空気の貯蔵量を増やすことができる。高圧空気の貯蔵量を増やすことで、空気を高炉に吹き込むことによる空気の圧力低下が小さくなるので、高炉１２内への空気の供給が安定する。
【００２２】
空気供給配管５８は、空気貯蔵設備５６と羽口設備１４とを接続する配管である。制御装置９０は、制御装置９０は、空気貯蔵設備５６と羽口設備１４とを接続する空気供給配管５８に設けられ、空気貯蔵設備５６から羽口設備１４への高圧空気の供給量を制御する。制御装置９０は、例えば、流量調整弁である。
【００２３】
酸素高炉設備１０では、羽口設備１４から純酸素と微粉炭とを高炉１２内に供給しながら酸素高炉の操業が実施される。微粉炭を高炉１２内に供給することで、コークス使用量削減の効果だけでなく、固体還元材としての吸熱反応を利用し、かつ、常温の微粉炭が昇温するのに必要な顕熱により、羽口先温度の過度な昇温を抑制することができる。しかしながら、何らかの不具合により微粉炭の供給量が少なくなると、羽口先温度の上昇が抑制できなくなり、羽口先温度が上昇する。羽口先温度を低下させるために純酸素の供給を停止すると、酸素の供給によって押しのけられていた羽口先のコークスが羽口側に移動し、羽口先の空間が無くなると共に、羽口先温度も低下してくると、スラグ固着などにより羽口が閉塞しやすい状態となる。羽口閉塞が発生すると、微粉炭の供給停止というトラブルが解消した後に、純酸素や微粉炭の供給を再開することが困難になる。
【００２４】
これに対し、本実施形態では、微粉炭配管４２に微粉炭流量計４４を設け、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置９０は、空気供給配管５８を通じて空気貯蔵設備５６から羽口設備１４に高圧空気を供給する。高圧空気を供給することで、羽口設備１４から供給される酸素濃度が低下するので、冷却剤として機能する微粉炭の供給量が少なくなったとしても羽口先温度の上昇は抑制される。また、羽口設備１４への酸素の供給は継続されるので、羽口先温度の温度が低下し過ぎて羽口閉塞が発生することも抑制される。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、微粉炭の供給停止というトラブルが解消した後に酸素や微粉炭の供給を再開することが容易になり、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
【００２５】
羽口保護の観点から微粉炭の吹込みが停止した後、なるべく早く高圧空気を供給することが好ましいが、羽口設備１４からのガスの吹込み量が急激に増加させると、酸素高炉の操業が不安定になる。このため、高圧空気を供給とともに純酸素の供給量を減らして、羽口設備１４からのガスの吹込み量を一定にすることが好ましい。これにより、酸素高炉の操業を安定に維持できる。
【００２６】
なお、図１に示した酸素高炉設備１０では微粉炭を冷却剤として用いる例を示したが、これに限らない。例えば、微粉炭に代えて、または、微粉炭とともに冷却剤として気体還元材を用いてもよい。気体還元材としては、例えば、都市ガス、プロパンガス、製鉄所内で発生する副生ガスを用いてよい。気体還元材を用いた場合においても、気体還元材を羽口設備１４に供給する配管に流量計を設け、気体還元材の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置９０は、空気貯蔵設備５６から羽口設備１４に高圧空気を供給する。これにより、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。
【００２７】
また、図１に示した酸素高炉設備１０では酸素貯蔵設備３０を有する例を示したが、これに限られない。高圧酸素は、常時高炉１２内に供給されるので、酸素貯蔵設備３０を有さなくてもよい。一方、内部監視孔のガラス保護のために流される微量の空気を除く高圧空気は、微粉炭等の冷却剤の流量が予め定められた流量以下になった場合に限り高炉１２内に供給される。このように、高圧空気は常時供給されるものではないので、所定容量の高圧空気を貯蔵できる空気貯蔵設備５６を設けると、高圧空気が供給されない間に空気を圧縮させ、空気貯蔵設備５６に蓄えることができるので、空気圧縮機５２の装置規模を小さくできる。また、所定容量の空気貯蔵設備５６を設けることで、空気を高炉に吹き込むことによる空気の圧力低下が小さくなるので、安定して高炉１２内に空気を供給できる。なお、４０００ｍ３級の高炉１２を用いた場合において、空気貯蔵設備５６の容量は、２５００ｍ３以上５０００ｍ３以下にすることが好ましい。
【００２８】
図２は、第２の実施形態に係る酸素高炉設備１６を示す模式図である。酸素高炉設備１６は、高炉１２と、酸素供給設備２１と、微粉炭供給設備４０と、空気供給設備５１とを有する。酸素高炉設備１６では、当該羽口設備１４から酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気が高炉１２内に供給される。なお、図２の酸素高炉設備１６において、図１に示した酸素高炉設備１０と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。酸素高炉設備１６は、酸素供給配管３４および空気供給配管５９を有する点において、図１に示した酸素高炉設備１０と異なる。
【００２９】
酸素供給配管３４は、酸素貯蔵設備３０と空気供給配管５９とを接続する配管である。酸素貯蔵設備３０に貯蔵された高圧酸素は、酸素供給配管３４、空気供給配管５９および羽口設備１４を経由して高炉１２内に供給される。
【００３０】
空気供給配管５９は、空気供給配管５８とは別に設けられた、空気貯蔵設備５６と羽口設備１４とを接続する配管である。空気供給配管５９を通じて空気貯蔵設備５６から所定量の高圧空気が供給され、純酸素は酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気に希釈される。酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気は、羽口設備１４から高炉１２内に供給される。
【００３１】
このような、酸素高炉設備１６では、羽口設備１４から酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気と微粉炭とを高炉１２内に供給しながら酸素高炉の操業が実施される。微粉炭を羽口設備１４から高炉１２内に供給することで、高炉１２でのコークス使用量削減の効果だけでなく、固体還元材の吸熱反応により羽口先温度の上昇が抑制される効果が得られる。しかしながら、何らかの不具合により微粉炭の供給量が少なくなると、羽口先温度を低温化できなくなるので酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気であっても羽口先温度が上昇する。この対応として、酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気の供給を停止すると、羽口先の空間がなくなるとともに羽口先温度が低下し過ぎて羽口が閉塞する。
【００３２】
本実施形態では、微粉炭配管４２に微粉炭流量計４４を設け、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置９０は、空気供給配管５８を通じて、空気貯蔵設備５６から羽口設備１４に高圧空気を供給して酸素を５０体積％未満含む酸素富化空気に希釈する。これにより、羽口設備１４から供給される酸素負化空気の酸素濃度が低下するので、冷却剤として機能する微粉炭の供給量が少なくなったとしても羽口先温度の上昇は抑制される。また、羽口設備１４への酸素の供給は継続されるので羽口先の空間が確保され、また、羽口先温度の温度が低下し過ぎることが抑制され、これにより、羽口閉塞の発生が抑制される。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、微粉炭の供給停止というトラブルが解消した後に酸素や微粉炭の供給を再開することが容易になり、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
【００３３】
図３は、第３の実施形態に係る酸素高炉設備１８を示す模式図である。酸素高炉設備１８は、高炉１２と、酸素供給設備２０と、微粉炭供給設備４０と、窒素供給設備６０とを有する。酸素高炉設備１８では、当該羽口設備１４から熱風に代えて常温の純酸素が高炉１２内に供給される。なお、図３の酸素高炉設備１８において、図１に示した酸素高炉設備１０と同じ要素には同じ参照番号を付して重複する説明を省略する。酸素高炉設備１８は、窒素供給設備６０を有する点において、図１に示した酸素高炉設備１０と異なる。
【００３４】
窒素供給設備６０は、窒素圧縮機６２と、高圧窒素配管６４と、窒素貯蔵設備６６と、窒素供給配管６８と、制御装置９０とを有する。窒素圧縮機６２は、常温の窒素の圧力を高めて高圧窒素とする。なお、本実施形態において、窒素は、深冷分離法によって酸素を製造する酸素製造装置２２により製造される窒素を用いることができる。また、窒素圧縮機６２は、窒素の圧力を０．５ＭＰａ以上圧縮させる。
【００３５】
高圧窒素配管６４は、窒素圧縮機６２と窒素貯蔵設備６６とを接続する配管である。窒素貯蔵設備６６は、圧力が高められた高圧窒素を貯蔵する設備である。このように、高圧窒素を貯蔵する窒素貯蔵設備６６を設けることによって、窒素圧縮機６２と羽口設備１４間における高圧窒素の貯蔵量を増やすことができる。高圧窒素の貯蔵量を増やすことで、窒素を高炉１２に吹き込むことによる窒素の圧力低下が小さくなるので、高炉１２内への窒素の供給が安定する。
【００３６】
酸素高炉設備１８では、羽口設備１４から純酸素と微粉炭とを高炉１２内に供給しながら酸素高炉の操業が実施される。しかしながら、何らかの不具合により微粉炭の供給量が少なくなると、羽口先温度を低温化できなり、羽口先温度が上昇する。一方、羽口先温度を低下させるために純酸素の供給を停止すると、羽口先の空間がなくなるとともに羽口先温度が低下し過ぎて羽口が閉塞する。
【００３７】
本実施形態では、微粉炭配管４２に微粉炭流量計４４を設け、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合に、制御装置９０は、窒素供給配管６８を通じて窒素貯蔵設備６６から羽口設備１４に高圧窒素を供給する。高圧窒素を供給することで、羽口設備１４から供給される酸素濃度が低下するので、冷却剤として機能する微粉炭の供給量が少なくなったとしても羽口先温度の上昇は抑制される。また、羽口設備１４への酸素の供給は継続されるので羽口先の空間が確保され、また、羽口先温度の温度が低下し過ぎることが抑制され、これにより、羽口閉塞の発生が抑制される。このように、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できるので、微粉炭の供給停止というトラブルが解消した後に酸素や微粉炭の供給を再開することが容易になり、酸素高炉の安定操業への復帰が容易になる。
【００３８】
図４は、羽口設備１４の断面模式図である。羽口設備１４は、羽口７０と、バーナー７２とを有する。バーナー７２は羽口７０に内包されるように接続されている。羽口設備１４が酸素高炉設備１０、１６に設けられる場合に、バーナー７２には外側から、酸素供給配管３２、微粉炭配管４２、空気供給配管５８の順に接続する。一方、羽口設備１４が酸素高炉設備１８に設けられる場合に、バーナー７２には外側から、酸素供給配管３２、微粉炭配管４２、窒素供給配管６８の順に接続する。なお、微粉炭とともに気体還元材を高炉１２内に供給する場合には、気体還元材配管７４は、酸素供給配管３２と微粉炭配管４２との間に接続する。
【００３９】
空気供給配管５８または窒素供給配管６８とバーナー７２との接続部には内部監視窓が設けられており、内部監視窓を保護する目的で、少量の高圧空気や高圧窒素を流している。このような羽口設備１４において、微粉炭の供給量が少なくなると羽口先温度が急激に上昇し、羽口７０の熱負荷が大きくなる。羽口７０の熱負荷が大きくなると、羽口破損の原因となり、羽口の寿命が短くなる。
【００４０】
本実施形態に係る酸素高炉設備１０、１６、１８では、微粉炭の流量が予め定められた流量以下になった場合、空気または窒素を羽口設備１４に供給して羽口先温度の上昇を抑制している。これにより、羽口７０の熱負荷の増大を抑制でき、羽口寿命の低下を抑制できる。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
次に酸素高炉設備１０を用いた酸素高炉の操業方法の効果を、高炉の下部を模擬したラボ実験設備８０を用いて確認した実施例１を説明する。図５は、ラボ実験設備８０の断面模式図である。ラボ実験設備８０は、実験炉８４の炉壁８２に図４に示した羽口設備１４が設けられている。高炉１２の下部を模擬し、実験炉８４にコークスを充填した。実験炉８４に充填したコークスの粒径の範囲は６〜１５ｍｍである。
【００４２】
酸素供給配管３２から常温の純酸素４５Ｎｍ３／ｈと、微粉炭配管４２から溶銑１ｔ当たり３３０ｋｇに相当する量の微粉炭と、を羽口設備１４を通じて実験炉８４に吹込んでコークスを燃焼させた。なお、内部監視孔のガラスを保護するために、通常時においても少量の空気を流した。羽口先温度は、バーナー７２の中央部に設けられた内部監視孔の後方に設置された２色式放射温度計８６（株式会社チノー社製、ＩＲ−ＦＬ）を用いて測定した。
【００４３】
図６は、羽口先温度の時間変化を示すグラフである。図６において、横軸は時間（秒）であり、縦軸は羽口先温度（℃）である。図６の（ア）の領域は、純酸素と微粉炭とを実験炉８４に吹込んだ場合の羽口先温度の時間変化を示す。（ア）の領域では、純酸素を吹込んでいるものの冷却剤としての微粉炭を吹込んでいるので、羽口先温度は１５００から２０００℃になった。
【００４４】
図６（イ）の領域では、微粉炭詰りを再現するために微粉炭の吹込みを意図的に停止させ、純酸素のみを実験炉８４に吹込んだ。（イ）の領域では、冷却剤としての役割を担う微粉炭の吹込みが停止されたので、羽口先温度は上昇し、２０００℃を超える場合もあった。
【００４５】
図６（ウ）の領域では、空気供給配管５８から空気を実験炉８４に吹込み、酸素供給配管３２からの純酸素の供給を停止した。空気の送風温度は、空気圧縮機出側の温度を想定して１８０℃とした。また、最終的には空気の送風量を純酸素の送風量と同じ４５Ｎｍ３／ｈにした。このように空気を送風することで、羽口先温度は１０００〜１５００℃に低下した。
【００４６】
このように、冷却材となる微粉炭の吹込みが何らかの理由により停止し羽口先温度が上昇したとしても、当該微粉炭の吹込みが停止したことを微粉炭の流量計で測定し、その後、空気を吹込むことで羽口先温度の上昇を抑制できることが確認された。そして、制御装置９０を用いて空気の吹込み量を制御し、純酸素と空気との吹込み量の比率を変えることで、純酸素をのみを吹込んだ場合の温度から、空気のみを吹込んだ場合の温度までの間に羽口先温度を制御できる。このように空気の吹込み量を制御することで、羽口先温度を制御できるので、これにより、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。
【００４７】
（実施例２）
次に、酸素高炉設備１８を用いた酸素高炉操業方法の効果を、同じラボ実験設備を用いて確認した実施例２を説明する。実施例２においても、酸素供給配管３２から常温の純酸素４５Ｎｍ３／ｈと、微粉炭配管４２から溶銑１ｔ当たり３３０ｋｇに相当する量の微粉炭と、を羽口設備１４を通じて実験炉８４に吹込んでコークスを燃焼させた。なお、内部監視孔のガラスを保護するために、通常時においても少量の窒素を流した。羽口先温度は、バーナー７２の中央部に設けられた内部監視孔の後方に設置された２色式放射温度計８６（株式会社チノー社製、ＩＲ−ＦＬ）を用いて測定した。
【００４８】
図７は、羽口先温度の時間変化を示すグラフである。図７において、横軸は時間（秒）であり、縦軸は羽口先温度（℃）である。図７の（ア）の領域は、純酸素と微粉炭とを実験炉８４に吹込んだ場合の羽口先温度の時間変化を示す。（ア）の領域では、純酸素を吹込んでいるものの冷却剤としての微粉炭を吹込んでいるので、羽口先温度は１５００から２０００℃になった。
【００４９】
図７の（イ）の領域では、微粉炭詰りを再現するために微粉炭の吹込みを意図的に停止させ、純酸素のみを実験炉８４に吹込んだ。（イ）の領域では、冷却剤としての役割を担う微粉炭の吹込みが停止されたので、羽口先温度は上昇し、２５００℃を超える場合もあった。
【００５０】
図７の（ウ）の領域では、窒素供給配管６８からの窒素を実験炉８４に吹込み、酸素供給配管３２からの純酸素の供給を停止した。窒素の送風温度は、窒素圧縮機出側の温度を想定して１８０℃とした。また、最終的には窒素の送風量を純酸素と同じ４５Ｎｍ３／ｈにした。このように窒素を送風することで、羽口先温度は１５００℃以下に低下した。なお、本実施例で温度測定に使用したＩＲ−ＦＬは８８０℃以下の温度が測定できない。このため、図７の（ウ）の温度が８８０℃以下の部分は平らな波形となっている。実施例１，２では、実験炉であるため熱損失が大きいので、羽口先温度のレベルは実機高炉とは異なるが、微粉炭詰りにより羽口先温度の上昇を抑制できることが確認できた。
【００５１】
（実施例３）
次に、酸素高炉設備１８を用いた酸素高炉操業方法の効果を、小型の試験高炉を用いて確認した実施例３を説明する。炉本体は、内容積３．９ｍ３、炉床径０．９５ｍφ、炉口径０．７ｍφ、炉高５．１ｍで、羽口は３本である。基本の試験条件は出銑量１２ｔ／ｄ、コークス使用量３５２ｋｇ／ｔ−溶銑、微粉炭使用量３２０ｋｇ／ｔ−溶銑、酸素使用量３８３Ｎｍ３／ｔ−溶銑である。微粉炭の吹込みを行わず酸素送風のみを行った場合は、炉内での棚吊が発生した。この棚吊は、羽口先温度の上昇に起因したＳｉＯ２よる高炉内での原料同士の接着が原因と考えられる。また、基本の試験条件において、微粉炭の吹込みトラブルが発生し、酸素送風を停止した場合は、羽口閉塞が発生した。
【００５２】
次に、微粉炭の吹込みトラブルが発生した時に、酸素送風量を低下させつつ空気を送風した。最終的には酸素送風をゼロとし、空気を基本試験条件における酸素使用量と同じ３８３Ｎｍ３／ｔ−溶銑とした。これにより、羽口閉塞は発生しなかった。微粉炭の設備のトラブルが解消した後に、微粉炭の吹込みを開始するとともに、酸素送風量を増加させつつ、空気送風量を低下させ、問題なく、基本の試験条件に復帰させることができた。
【００５３】
このように、冷却材となる微粉炭の吹込みが何らかの理由により停止し羽口先温度が上昇したとしても、当該微粉炭の吹込みが停止したことを微粉炭の流量計で測定し、その後、窒素を吹込むことで羽口先温度の上昇を抑制できることが確認された。そして、制御装置９０を用いて窒素の吹込み量を制御し、純酸素と窒素との吹込み量の比率を変えることで、純酸素をのみを吹込んだ場合の温度から、窒素のみを吹込んだ場合の温度までの間に羽口先温度を制御できる。このように空気の吹込み量を制御することで、羽口先温度を制御できるので、これにより、羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。
【００５４】
また、実施例１、２では純酸素を吹込んだ例を示したが、純酸素に代えて酸素を５０体積％以上含む酸素富化空気と微粉炭を吹込んで酸素高炉の操業を実施した場合においても同様に、空気または窒素を吹込むことで羽口先温度の上昇を抑制しつつ羽口閉塞を回避できる。さらに、実施例１、２では、微粉炭詰りを想定した例を示したが、微粉炭に代えて廃プラスチックを吹込んだ場合であっても同様に効果が得られ、微粉炭に代えて、気体還元材（都市ガス、プロパンガス、製鉄所内で発生する副生ガス）を吹込んだ場合であっても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００５５】
１０  酸素高炉設備
１２  高炉
１４  羽口設備
１６  酸素高炉設備
１８  酸素高炉設備
２０  酸素供給設備
２１  酸素供給設備
２２  酸素製造装置
２４  酸素配管
２６  酸素圧縮機
２８  高圧酸素配管
３０  酸素貯蔵設備
３２  酸素供給配管
３４  酸素供給配管
４０  微粉炭供給設備
４２  微粉炭配管
４４  微粉炭流量計
５０  空気供給設備
５１  空気供給設備
５２  空気圧縮機
５４  高圧空気配管
５６  空気貯蔵設備
５８  空気供給配管
５９  空気供給配管
６０  窒素供給設備
６２  窒素圧縮機
６４  高圧窒素配管
６６  窒素貯蔵設備
６８  窒素供給配管
７０  羽口
７２  バーナー
７４  気体還元材配管
８０  ラボ実験設備
８２  炉壁
８４  実験炉
８６  ２色式放射温度計
９０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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