(57)【要約】【課題】羽口摩耗や羽口詰まりの発生を抑制できる高炉用羽口を提供する。【解決手段】高炉へ粒状固体還元材を吹込む高炉用羽口であって、酸素を含む気体を高炉に吹込む主流通孔と、主流通孔の上方に設置され、粒状固体還元材を吹込む副流通孔と、を有し、副流通孔は、主流通孔から吹込まれる酸素を含む気体によって形成されるレースウェイに粒状固体還元材を吹込める位置に設けられる。【選択図】図１
2020117761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉へ粒状固体還元材を吹込む高炉用羽口であって、
酸素を含む気体を前記高炉に吹込む主流通孔と、
前記主流通孔の上方に設置され、前記粒状固体還元材を吹込む副流通孔と、
を有し、
前記副流通孔は、前記主流通孔から吹込まれる酸素を含む気体によって形成されるレースウェイに前記粒状固体還元材を吹込める位置に設けられる、高炉用羽口。
【請求項２】
前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離Ｌが下記（１）式を満足する、請求項１に記載の高炉用羽口。
Ｌ≦０．４８×｛（ρｆ×Ｖ２）／（ρｐ×ｄ）｝１／４−１／２Ｄ・・・（１）
上記（１）式で、Ｌは前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離（ｍ）であり、ρｆはボッシュガス密度（ｋｇ／ｍ３）であり、Ｖは羽口あたりのボッシュガス流量（ｍ３／ｓ）であり、ρｐはコークスの見かけ密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｄはコークスの粒径（ｍ）であり、Ｄは前記主流通孔の内径（ｍ）である。
【請求項３】
高炉へ粒状固体還元材を吹込む高炉用羽口設備であって、
酸素を含む気体を前記高炉に吹込む主流通孔を有する主流羽口と、
前記主流羽口の上方に設置され、前記粒状固体還元材を吹込む副流通孔を有する副流羽口と、
を有し、
前記副流羽口は、前記主流通孔から吹込まれる酸素を含む気体によって形成されるレースウェイに、前記副流通孔から前記粒状固体還元材を吹込める位置に設けられる、高炉用羽口設備。
【請求項４】
前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離Ｌが下記（１）式を満足する、請求項３に記載の高炉用羽口設備。
Ｌ≦０．４８×｛（ρｆ×Ｖ２）／（ρｐ×ｄ）｝１／４−１／２Ｄ・・・（１）
上記（１）式で、Ｌは前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離（ｍ）であり、ρｆはボッシュガス密度（ｋｇ／ｍ３）であり、Ｖは羽口あたりのボッシュガス流量（ｍ３／ｓ）であり、ρｐはコークスの見かけ密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｄはコークスの粒径（ｍ）であり、Ｄは前記主流通孔の内径（ｍ）である。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の高炉用羽口を用いた粒状固体還元材の吹込み方法であって、
主流通孔から酸素を含む気体を高炉に吹込んでレースウェイを形成させ、
副流通孔から前記レースウェイに粒状固体還元材を吹込む、粒状固体還元材の吹込み方法。
【請求項６】
請求項３または請求項４に記載の高炉用羽口設備を用いた粒状固体還元材の吹込み方法であって、
主流通孔から酸素を含む気体を高炉に吹込んでレースウェイを形成させ、
副流通孔から前記レースウェイに粒状固体還元材を吹込む、粒状固体還元材の吹込み方法。
【請求項７】
前記酸素を含む気体は、酸素を６０体積％以上含む気体である、請求項５または請求項６に記載の粒状固体還元材の吹込み方法。
【請求項８】
前記粒状固体還元材は、廃プラスチックである、請求項５から請求項７の何れか一項に記載の粒状固体還元材の吹込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒状固体還元材を高炉に吹込む高炉用羽口、高炉用羽口設備およびこれらを用いた粒状固体還元材の吹込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、製鉄所では、地球環境問題や化石燃料枯渇問題から省エネが強く求められている。これを受け、最近の高炉操業は、低還元材比（低ＲＡＲ）操業が強力に推進されている。一般的な高炉では、羽口から微粉炭と１２００℃程度の熱風とを吹込み、コークスおよび微粉炭と熱風中の酸素が反応し、ＣＯおよびＨ２ガスといった還元ガスを生成させ、これらの還元ガスにより高炉内の鉄鉱石等を還元している。以前は、コークスのみ、もしくはコークスと羽口から吹込んだ重油を還元材とした操業が主流であったが、現在では１００μｍ以下に微粉砕した微粉炭を羽口から吹込む微粉炭吹込み技術が確立され、還元材の一部がコークスから微粉炭へと置き換えられている。さらに近年では後述のように廃プラスチックなどの還元材も高炉に吹込む技術が確立されている。これら羽口吹込み技術の発達により製銑工程におけるエネルギー使用量は大幅に削減された。
【０００３】
高炉において、羽口から吹込まれた微粉炭等の還元材は、一緒に吹込まれる酸素含有ガスと燃焼反応を起こす。還元材と反応せずに残った酸素、還元材との燃焼反応で生じた二酸化炭素（ＣＯ２）および水蒸気（Ｈ２Ｏ）は、羽口の前方にあるコークス充填層のコークスと反応し、最終的に一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、窒素（Ｎ２）から構成される高温の還元性ガス（以下、ボッシュガスと記載する）となる。羽口先において吹込み還元材が燃焼する量が多ければ多いほどコークスの消費量は少なくなるので、羽口先における吹込み還元材の燃焼率の向上は、製銑工程の省エネにおいて極めて重要になる。
【０００４】
羽口先で生成されたボッシュガスは、鉄鉱石を還元する機能を担うガスであると同時に、羽口前のコークスを押し出して、羽口前にレースウェイと呼ばれる燃焼空間を形成する役割を果たす。レースウェイは羽口から吹込まれた微粉炭等の還元材を十分燃焼させるために必須となる空間であり、仮にレースウェイが形成できないと、羽口から吹込まれた還元材の燃焼率は著しく低下する。したがって、高炉および製銑工程の省エネを達成するには、羽口前にレースウェイを形成させ、そのレースウェイに還元材を安定して供給することが重要になる。
【０００５】
なお、高炉技術の進歩に伴い、羽口から微粉炭以外の様々な原料を吹込む技術が開発されている。一般的な羽口吹込み材は前述の微粉炭であるが、そのほかの代表的な羽口吹込み材としては、プラスチック吹込み技術がある。特許文献１には、フィルム状樹脂から含塩素高分子樹脂材を分離除去したうえで溶融固化して粒状合成樹脂に加工し、またフィルム状以外の樹脂は含塩素高分子樹脂を分離除去及び粉砕処理して粒状化し、これを気流輸送して高炉に吹込む方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１７０００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された技術では、廃プラスチックを６ｍｍ程度の粒状物に加工し、２５ｍｍの吹込みランスから高炉に吹込んでいる。しかしながら、実高炉で長期間にわたり廃プラスチック吹込み操業を行った結果によれば、微粉炭に対し粒径の大きい廃プラスチックは摩耗力が高いので、長期間にわたって廃プラスチックの吹込み操業を行うと羽口やランスの損耗を引き起こす。さらには、多量の廃プラスチックを気流輸送で搬送すると、ある頻度でランスや配管において詰まりが発生する。現状の羽口やランスの設備仕様のまま廃プラスチックの吹込み量の増やすと、羽口やランスの損耗や詰まりによるトラブルが増大し、実質的に高炉の操業が困難になる。
【０００８】
本発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、羽口摩耗や羽口詰まりの発生の増大を抑制できる高炉用羽口、高炉用羽口設備およびこれらを用いた粒状固体還元材吹込み方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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］高炉へ粒状固体還元材を吹込む高炉用羽口であって、酸素を含む気体を前記高炉に吹込む主流通孔と、前記主流通孔の上方に設置され、前記粒状固体還元材を吹込む副流通孔と、を有し、前記副流通孔は、前記主流通孔から吹込まれる酸素を含む気体によって形成されるレースウェイに前記粒状固体還元材を吹込める位置に設けられる、高炉用羽口。
［２］前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離Ｌが下記（１）式を満足する、［１］に記載の高炉用羽口。
Ｌ≦０．４８×｛（ρｆ×Ｖ２）／（ρｐ×ｄ）｝１／４−１／２Ｄ・・・（１）
上記（１）式で、Ｌは前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離（ｍ）であり、ρｆはボッシュガス密度（ｋｇ／ｍ３）であり、Ｖは羽口あたりのボッシュガス流量（ｍ３／ｓ）であり、ρｐはコークスの見かけ密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｄはコークスの粒径（ｍ）であり、Ｄは前記主流通孔の内径（ｍ）である。
［３］高炉へ粒状固体還元材を吹込む高炉用羽口設備であって、酸素を含む気体を前記高炉に吹込む主流通孔を有する主流羽口と、前記主流羽口の上方に設置され、前記粒状固体還元材を吹込む副流通孔を有する副流羽口と、を有し、前記副流羽口は、前記主流通孔から吹込まれる酸素を含む気体によって形成されるレースウェイに、前記副流通孔から前記粒状固体還元材を吹込める位置に設けられる、高炉用羽口設備。
［４］前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離Ｌが下記（１）式を満足する、［３］に記載の高炉用羽口設備。
Ｌ≦０．４８×｛（ρｆ×Ｖ２）／（ρｐ×ｄ）｝１／４−１／２Ｄ・・・（１）
上記（１）式で、Ｌは前記主流通孔の排出口と前記副流通孔の排出口との中心間距離（ｍ）であり、ρｆはボッシュガス密度（ｋｇ／ｍ３）であり、Ｖは羽口あたりのボッシュガス流量（ｍ３／ｓ）であり、ρｐはコークスの見かけ密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｄはコークスの粒径（ｍ）であり、Ｄは前記主流通孔の内径（ｍ）である。
［５］［１］または［２］に記載の高炉用羽口を用いた粒状固体還元材の吹込み方法であって、主流通孔から酸素を含む気体を高炉に吹込んでレースウェイを形成させ、副流通孔から前記レースウェイに粒状固体還元材を吹込む、粒状固体還元材の吹込み方法。
［６］［３］または［４］に記載の高炉用羽口設備を用いた粒状固体還元材の吹込み方法であって、主流通孔から酸素を含む気体を高炉に吹込んでレースウェイを形成させ、副流通孔から前記レースウェイに粒状固体還元材を吹込む、粒状固体還元材の吹込み方法。
［７］前記酸素を含む気体は、酸素を６０体積％以上含む気体である、［５］または［６］に記載の粒状固体還元材の吹込み方法。
［８］前記粒状固体還元材は、廃プラスチックである、［５］から［７］の何れか１つに記載の粒状固体還元材の吹込み方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る高炉用羽口および高炉用羽口設備では、主流通孔から酸素を含む気体を高炉に吹込んでレースウェイを形成させ、主流通孔とは異なる副流通孔からレースウェイに粒状固体還元材を吹込む。このように、レースウェイを形成させる酸素含有ガスを吹込む主流通孔とは異なる副流通孔からレースウェイに粒状固体還元材を吹込むことで粒状固体還元材の吹込み速度を遅くできるので、粒状固体還元材による羽口摩耗の増大を抑制できる。また、粒状固体還元材は副流通孔から吹込まれるので、レースウェイの形成を強化するために主流通孔を小径化したとしても羽口詰まりの発生が増大することもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係る高炉用羽口１０の断面模式図である。
【図２】フルード数（Ｆｒ）と、レースウェイ３０の高さ（Ｈ）および主流通孔１２の内径（Ｄ）の比（Ｈ／Ｄ）との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、別の実施形態に係る高炉用羽口設備２０の断面模式図である。
【図４】図４は、実施例１、比較例１および比較例２に対応した高炉４０の断面模式図である。
【図５】実施例２、比較例３および比較例４に対応した高炉５０の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を通じて本発明を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、主流通孔および副流通孔を有する高炉羽口を高炉に設けた実施形態である。
【００１３】
前述したように、高炉用羽口から粒状固体還元材を吹込む場合、当該羽口前にレースウェイを形成させて粒状還元材を十分に燃焼させ、ガス化させることが重要である。このとき、高炉用羽口から吹込んだ粒状固体還元材を速やかにガス化させないとコークス充填層内にて堆積し、通気性が悪化する。すなわち、高炉の通気性を確保するには、高炉用羽口から吹込んだ粒状固体還元材をレースウェイに速やかに供給し、高温ガスおよび高温輻射により加熱し、着火・燃焼させてガス化することが重要となる。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る高炉用羽口１０の断面模式図である。高炉用羽口１０は、酸素含有ガス（通常の高炉においては、酸素富化した熱風）を吹込む主流通孔１２と、主流通孔１２の上方に設けられ、粒状固体還元材を吹込む副流通孔１４と、を有する。主流通孔１２は、酸素含有ガスを吹込む流通孔であり、吹込んだ酸素含有ガスとコークスとの燃焼・ガス化反応によりボッシュガスを生成してレースウェイ３０を形成させる。副流通孔１４は、主流通孔１２とは異なる流通孔であって、粒状固体還元材を吹込む流通孔である。副流通孔１４には、粒状固体還元材とともに、例えば、２〜２０ｍ／ｓ程度の流速で搬送ガスが流れている。副流通孔は、ガス流量が少ないので、副流通孔からのガス吹込みではレースウェイ３０が形成されない。よって、副流通孔から吹込まれる粒状固体還元材を速やかにレースウェイ３０に供給するには、主流通孔１２によって形成されたレースウェイ３０に対し、粒状固体還元材を直接吹込める位置に副流通孔１４を設置すればよい。
【００１５】
このため、本実施形態に係る高炉用羽口１０では、副流通孔１４の排出口が、レースウェイ３０の上端よりも下方になるように副流通孔１４を設けている。これにより、副流通孔１４から粒状固体還元材をレースウェイ３０に速やかに供給できる。一方、レースウェイ３０の形状は羽口の形状や高炉の送風操業条件によって変化する。
【００１６】
レースウェイ３０の形状は、フルード数Ｆｒと強い相関があることが知られている。フルード数Ｆｒは、下記（２）式で表される無次元数である。
【００１７】
Ｆｒ＝（ρｆ／ρｐ）１／２×Ｕ／（ｇ×ｄ）１／２・・・（２）
ここで、ρｆはボッシュガス密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｕはボッシュガスを主流通孔１２から吹込んだと仮定した場合の主流通孔１２の排出口でのボッシュガス流速（ｍ／ｓ）であり、ρｐは羽口前のコークスの見かけ密度（ｋｇ／ｍ３）であり、ｄは羽口前のコークスの粒径（ｍ）であり、ｇは重力加速度（＝９．８１ｍ／ｓ２）である。
【００１８】
また、ボッシュガス流速Ｕ（ｍ／ｓ）は、下記（３）式で表される。
Ｕ＝Ｖ／（π・Ｄ２／４）・・・（３）
ここで、Ｖは、羽口あたりのボッシュガス流量（ｍ３／ｓ）であり、レースウェイ３０内に吹込まれた酸素含有ガスや炉頂ガス等のガスと、粒状固体還元材および羽口前のコークスがレースウェイ３０において燃焼・ガス化反応を起こし、ＣＯ、Ｈ２、Ｎ２のみで構成される高温ガスになったとして換算した場合の体積流量である。また、ボッシュガス密度ρｆは、上記状態におけるガス密度である。ボッシュガス流量Ｖおよびボッシュガス密度ρｆは、主流通孔１２から吹込まれる酸素含有ガスと粒状固体還元材の温度、組成、流量およびボッシュガスに変化する際の発熱量、レースウェイ３０内の圧力がわかれば算出できる。さらに、πは円周率であり、Ｄは主流通孔１２の内径（ｍ）である。なおレースウェイ３０内の圧力は高炉用羽口１０を設置した高さに炉内圧力計を設置して得た測定値で代替できる。あるいは、主流通孔１２へ吹込む酸素含有ガスの元圧を基準として、高炉用羽口１０への流通経路の圧力損失を計算して減じた数値をレースウェイ３０内の圧力としてもよい。
【００１９】
様々な条件におけるレースウェイ３０の高さを測定するため、実機の高炉と力学的に相似となる実炉の７．７９分の１スケールの小型相似模型を用いて、様々な条件でレースウェイ３０の高さを測定した。小型相似模型では、コークスの代わりに直径３．４４ｍｍ、密度９００ｋｇ／ｍ３のプラスチック粒子を充填し、酸素含有ガスの代わりに圧縮空気を用いた。主流通孔１２の内径を２．８ｍｍ〜１８．０ｍｍの範囲で変化させ、主流通孔１２から吹込む圧縮空気量２００〜３０００Ｌ／ｍｉｎの範囲で変化させ、それぞれの条件でレースウェイ３０の高さを測定した。
【００２０】
図２は、フルード数（Ｆｒ）と、レースウェイ３０の高さ（Ｈ）および主流通孔１２の内径（Ｄ）の比（Ｈ／Ｄ）との関係を示すグラフである。上述した条件でレースウェイ３０の高さＨを測定したところ、図２に示すように、フルード数は、レースウェイ３０の高さおよび主流通孔１２の内径の比と強い相関関係を示すことがわかった。図２から、レースウェイ３０の高さおよび主流通孔１２の内径の比（Ｈ／Ｄ）は、フルード数を用いて下記（４）式で表せる。
【００２１】
Ｈ／Ｄ＝０．７５×Ｆｒ０．５・・・（４）
ここで、Ｈは主流通孔１２の内周端面からのレースウェイ３０の高さ（ｍ）である。また、Ｄは主流通孔１２の内径（ｍ）である。
【００２２】
上記（２）、（３）、（４）式から、下記（５）式が導かれる。
【００２３】
Ｈ＝０．４８×｛（ρｆ×Ｖ２）／（ρｐ×ｄ）｝１／４・・・（５）
【００２４】
副流通孔１４から吹込まれる粒状固体還元材をレースウェイ３０に速やかに供給するには、主流通孔１２の排出口と副流通孔１４の排出口との中心間距離に、主流通孔１２の内径Ｄの半分を加えた距離が、レースウェイ３０の高さＨ以下にならなければならない。したがって、下記（６）式が導かれる。
【００２５】
Ｌ＋１／２Ｄ≦０．４８×｛（ρｆ×Ｖ２）／（ρｐ×ｄ）｝１／４・・・（６）
ここで、Ｌは、主流通孔１２の排出口と副流通孔１４の排出口との中心間距離（ｍ）である。
【００２６】
この（６）式から、下記（１）式が導かれる。この（１）式を満たすように主流通孔１２および副流通孔１４を設けることで、副流通孔１４から粒状固体還元材をレースウェイに速やかに供給できる。一方、上記（１）式を満足しない場合には、副流通孔１４の前方にレースウェイ３０が形成されていないので、吹込んだ粒状固体還元材は燃焼・ガス化されずコークス充填層の隙間に詰まってしまう。この結果、副流通孔１４から吹込まれた粒状固体還元材は、コークス充填層のコークスと融着してしまい、通気性の悪化や荷下がり不良などの操業トラブルを引き起こす。
【００２７】
Ｌ≦０．４８×｛（ρｆ×Ｖ２）／（ρｐ×ｄ）｝１／４−１／２Ｄ・・・（１）
【００２８】
また、主流通孔１２の排出口と副流通孔１４の排出口の中心間距離を近づけすぎてしまうと、両孔間が貫通してしまい、主流通孔１２で噴流が形成されず、レースウェイ３０が形成されなくなる場合がある。このため、主流通孔１２の排出口と副流通孔１４の排出口との中心間距離Ｌは、下記（７）式を満足することが好ましい。
【００２９】
Ｌ＞（Ｄ＋Ｅ）／２・・・（７）
ここで、Ｅは副流通孔１４の内径（ｍ）である。
【００３０】
また、副流通孔１４は、主流通孔１２の直上に設けることが好ましいが、主流通孔１２の直上でなくてもよい。主流通孔１２により、少なくとも主流通孔１２の内径の幅のレースウェイ３０が形成されるので、主流通孔１２の内径までの距離であれば、主流通孔１２と副流通孔１４とは、高炉の周方向に位置がずれてもよい。
【００３１】
主流通孔１２からはレースウェイ３０を形成させるため大流量の酸素含有ガスが流れるのでガス流速が速い。したがって、主流通孔１２から粒状固体還元材を吹込むと、粒状固体還元材が配管に高速で衝突して羽口の摩耗が顕著になる。これに対し、副流通孔１４は、レースウェイ３０を形成させる必要がないので、粒状固体還元材を搬送できる流速であればよい。このため、副流通孔１４から粒状固体還元材を吹込むことで粒状固体還元材の吹込み速度を遅くできるので、羽口摩耗を増大させることがない。特に、ペレット状に成型された廃プラスチックは、最大粒径が数ｍｍ程度になるので、当該廃プラスチックを高炉に吹込む場合には、主流通孔１２から吹込むことができず、副流通孔１４から吹込むことが必須になる。一方、微粉炭のように最大粒径が１ｍｍ以下の微粒子を用いる場合には、摩耗力がそれほど大きくないので主流通孔１２から吹込んでもよい。但し、最大粒径が１ｍｍ以下の微粉炭であっても羽口を摩耗するので、羽口摩耗を抑制するという観点から、微粉炭であっても副流通孔１４から吹込むことが好ましい。
【００３２】
なお、図１に示したように、高炉用羽口１０では、主流通孔１２および副流通孔１４が同一の羽口に設けられているが、これに限らず、図３の示すように、別々の羽口に主流通孔および副流通孔を設けてもよい。図３は、別の実施形態に係る高炉用羽口設備２０の断面模式図である。高炉用羽口設備２０は、酸素を含む気体を吹込む主流通孔２４を有する主流羽口２２と、主流羽口２２の上方に設置され、粒状固体還元材を吹込む副流通孔２８を有する副流羽口２６と、を有する。
【００３３】
高炉用羽口設備２０においても、副流羽口２６から粒状固体還元材をレースウェイ３０に速やかに供給するには、主流羽口２２からの酸素含有ガスの吹込みによって形成されたレースウェイ３０に粒状固体還元材を直接吹込める位置に副流羽口２６を設ければよい。すなわち、主流通孔２４の排出口と、副流通孔２８の排出口との中心間距離Ｌが上記（１）式を満足するように、主流羽口２２および副流羽口２６を設ければよい。
【００３４】
なお、上記（１）式は、羽口からのガス量や、粒状固体還元材の種類等の操業条件によりＬの上限が変化する式となっているが、図１に示した高炉用羽口１０であっても、また図３に示した高炉用羽口設備２０であっても、中心間距離Ｌが定められて高炉に設置される。このため、現実的には、高炉に設置された高炉用羽口１０または高炉用羽口設備２０の中心間距離Ｌに対して操業条件が（１）式を満足する時に、副流通孔から粒状固体還元材の吹込みを行うという操業になる。通常の操業条件では、中心間距離Ｌの上限を０．５ｍ程度として高炉用羽口１０および高炉用羽口設備２０を設計すればよい。
【００３５】
また、本実施形態に係る高炉用羽口を一般的な熱風高炉に高炉用羽口１０を適用させた例で説明したが、これに限られず、高炉用羽口１０から常温の純酸素や酸素を６０体積％以上含む気体を吹込む酸素高炉に適用してもよい。特に、酸素高炉ではボッシュガスの生成量が少ないので、吹込み速度を速めてレースウェイ３０を形成させるために羽口径を細く絞る必要がある。このため、酸素高炉では、粒状固体還元材による羽口摩耗や羽口詰まりの発生が通常の高炉以上に顕著になる。したがって、本実施形態に係る高炉用羽口を酸素高炉に適用することで、通常の高炉に適用した場合よりも羽口摩耗や羽口詰まりの発生をさらに抑制できるといえる。
【００３６】
また、副流通孔１４から吹込む粒状固体還元材として、粒径が１ｍｍより大きい廃プラスチックを用いることが好ましい。廃プラスチックは、容易に入手でき高炉に多量に吹込みたいという要求がある一方で、細粒に破砕することが困難である。このため、廃プラスチックは微粉炭に比べると粒径が大きく、摩耗力も高いので、当該廃プラスチックを主流通孔１２から多量に吹込むと羽口摩耗が顕著になる。これに対し、本実施形態に係る高炉用羽口１０を用いることで、主流通孔１２からレースウェイ３０を形成させるためのガスを高速で吹込み、副流通孔１４から廃プラスチックを高炉に吹込めるので、廃プラスチックを多量に吹込んだとしても羽口摩耗は大幅に抑制される。
【実施例】
【００３７】
次に、本実施形態に係る高炉用羽口を一般的な熱風高炉に適用させた実施例を説明する。実施例および比較例の想定諸元、ボッシュガス、コークスおよび羽口・レースウェイ条件を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2020117761.tif 000003
【００３９】
図４は、実施例１、比較例１および比較例２に対応した高炉４０の断面模式図である。実施例１、比較例１および比較例２では、出銑量を１００００ｔ／ｄ、羽口数が４０の高炉４０に高炉用羽口１０を適用させて操業した。実施例１では、高炉用羽口１０の主流通孔１２から純酸素とともに再循環した酸素高炉炉頂ガス（Ｂガス）を吹込み、副流通孔１４から粒状固体還元材として微粉炭と廃プラスチックを吹込んだ。吹込んだ微粉炭の原単位は、２７０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇであり、廃プラスチックの原単位は、３０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇである。
【００４０】
比較例１では、実施例１と同じ操業条件とした上で、実施例１と同じ原単位の微粉炭および廃プラスチックを主流通孔１２から吹込んだ。また、比較例２においても、実施例１と同じ操業条件とした上で、実施例１と同じ原単位の微粉炭および廃プラスチックを副流通孔１４から吹込んだ。但し、比較例２では、主流通孔１２の排出口と副流通孔１４の排出口との中心間距離が長くなるように主流通孔１２および副流通孔１４を配置し、レースウェイ３０に廃プラスチックを吹込めない位置とした。なお、比較例２は、上記式（１）を満たさない。
【００４１】
上述した実炉の７．７９分の１スケールの小型相似模型を用いて、これらの条件で直径１．０ｍｍの色つき微粒子プラスチックを３．６ｍ／ｓｅｃの気流輸送速度で副流通孔１４または主流通孔１２から吹込む試験を実施した。吹込まれた微粒子プラスチックを高速カメラで撮影して、その挙動を精査した。その結果、比較例１では、微粒子プラスチックをレースウェイ３０に供給できた。しかしながら、主流通孔１２から吹込まれるガスの吹込み速度は、レースウェイ３０を安定して形成させるために、微粒子プラスチックの気流輸送速度よりも速めているので、微粒子プラスチックは、主流通孔１２の内壁に高速で衝突していた。この衝突は、実機においては羽口摩耗を引き起こす原因となる。したがって、比較例１では羽口摩耗を抑制できないことがわかる。
【００４２】
また、比較例２では、副流通孔１４から吹込まれた微粒子プラスチックがレースウェイ３０に吹込めず、副流通孔１４の近傍で微粒子プラスチックが停滞する様子が確認された。この状態になると、実機では炉内の通気性悪化が発生する。また、吹込まれた微粒子プラスチックは完全に燃焼されず、燃焼率が低下するので、製銑工程の省エネにも寄与できなくなる。
【００４３】
一方、実施例１では、微粒子プラスチックをレースウェイ３０に供給できるとともに、副流通孔１４において、微粒子プラスチックは、気流輸送速度で搬送されるので、微粒子プラスチックが配管に高速で衝突することもなかった。これらの結果から、実施例１では、炉内の通気性悪化や、吹込まれた微粒子プラスチックの燃焼率の低下の懸念がなく、また、羽口摩耗や羽口詰まりの増大の懸念もないことが確認された。
【００４４】
図５は、実施例２、比較例３および比較例４に対応した高炉５０の断面模式図である。実施例２、比較例３および比較例４では、出銑量１００００ｔ／ｄ、羽口数４０個の高炉５０に高炉用羽口設備２０を適用させて操業した。実施例２では、主流羽口２２の主流通孔２４から酸素富化した熱風を吹込み、副流羽口２６の副流通孔２８から粒状固体還元材として微粉炭と廃プラスチックを吹込んだ。吹込んだ微粉炭の原単位は、１４０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇであり、廃プラスチックの原単位は、１０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇである。
【００４５】
比較例３では、実施例２と同じ操業条件とした上で、実施例２と同じ原単位の微粉炭および廃プラスチックを主流羽口２２の主流通孔２４から吹込んだ。また、比較例４においても、実施例２と同じ操業条件とした上で、実施例２と同じ原単位の微粉炭および廃プラスチックを副流羽口２６の副流通孔２８から吹込んだ。但し、比較例４では、主流通孔２４の排出口と副流通孔２８の排出口との中心間距離が長くなるように主流羽口２２および副流羽口２６を配置し、レースウェイ３０に廃プラスチックを吹込めない位置とした。なお、比較例４は、上記式（１）を満たさない。
【００４６】
これらの条件で上述した小型相似模型を用いて、直径１．０ｍｍの色つき微粒子プラスチックを３．６ｍ／ｓｅｃの速度で気流輸送して主流羽口２２または副流羽口２６から吹込む試験を行った。吹込まれた微粒子プラスチックを高速カメラで撮影して、その挙動を精査した。その結果、比較例３では、微粒子プラスチックをレースウェイ３０に供給できた。しかしながら、レースウェイ３０を形成させるために主流通孔から吹込まれるガスの吹込み速度を、微粒子プラスチックの気流輸送速度よりも速めているので、微粒子プラスチックが高速で配管に衝突している様子が確認された。この衝突は、実機においては羽口摩耗を引き起こす原因となる。したがって、比較例３では、羽口摩耗を抑制できないことがわかる。
【００４７】
また、比較例４では、副流羽口２６から吹込まれた微粒子プラスチックがレースウェイ３０に吹込めず、副流羽口２６の近傍で微粒子プラスチックが停滞する様子が確認された。この状態になると、実機では炉内の通気性悪化が発生する。また、吹込まれた微粒子プラスチックは完全に燃焼されず、燃焼率が低下するので、製銑工程の省エネにも寄与できなくなる。
【００４８】
一方、実施例２では、微粒子プラスチックをレースウェイ３０に供給できるとともに、副流通孔２８において、微粒子プラスチックは、気流輸送速度で搬送されるので、微粒子プラスチックが配管に高速で衝突することもなかった。これらの結果から、実施例２では、炉内の通気性悪化や、吹込まれた微粒子プラスチックの燃焼率の低下の懸念がなく、また、羽口摩耗や羽口詰まりの増大の懸念もないことが確認された。以上より、本実施形態に係る高炉用羽口１０または高炉用羽口設備２０を用いることで、羽口の摩耗および羽口詰まりの増大や、通気性の悪化を引き起こすことなく、レースウェイ３０に多量の粒状固体還元材を供給できることが確認できた。
【符号の説明】
【００４９】
１０  高炉用羽口
１２  主流通孔
１４  副流通孔
２０  高炉用羽口設備
２２  主流羽口
２４  主流通孔
２６  副流羽口
２８  副流通孔
３０  レースウェイ
４０  高炉
５０  高炉
【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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