(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを、ブローパイプ内に差し込まれたランスを使って羽口を通じて炉内に吹き込む高炉の操業方法において、
複数の吹き込み管を束ねてなる管束型ランスを用い、この管束型ランスのうちの固体還元材用吹き込み管、支燃性ガス用吹き込み管および気体還元材用吹き込み管を介し、高炉の炉内に、固体還元材のみ、固体還元材と支燃性ガスとの２種を同時に、または、固体還元材、支燃性ガスおよび気体還元材との３種を同時に吹き込む際に、２本以上の管束型ランスをブローパイプ内に差込んでその先端部を互いに近接させ、かつ互いの吹き出し流がブローパイプ内で干渉し合うように吹き込むことを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
前記管束型ランスは、並列する３本の吹き込み管を束ねてこれをランス外管内に収容したものであることを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項３】
前記管束型ランスは、ランス中心部を貫通する固体還元材用吹き込み管に対し、螺旋状の支燃性ガス用吹込み管および螺旋状の気体還元材用吹き込み管の両方が、該固体還元材用吹き込み管のまわりに交互に巻き付いて一体化したものであることを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項４】
２本の前記管束型ランスを使ってそれぞれから少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを同時に吹き込む場合、ブローパイプの中心部を流れる支燃性ガスの吹き込み流に対し、その外側に固体還元材の吹き込み流が流れるように吹き込むことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉操業方法。
【請求項５】
２本の前記管束型ランスを使って少なくとも固体還元材と支燃性ガスとをそれぞれのランスから同時に吹き込む場合、それぞれの管束型ランスから吹き込まれる２つの固体還元材吹き込み流については互いに衝突することなく、一方で該固体還元材の吹き込み流と支燃性ガス吹き込み流とは衝突するようなランス配置にして吹き込みを行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉操業方法。
【請求項６】
２本の前記管束型ランスを使ってそれぞれから少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを同時に吹き込む場合、それぞれの管束型ランスから吹き込まれる固体還元材吹き込み流については互いに衝突することなく、一方で、別々の管束型ランスから吹き込まれる支燃性ガス吹き込み流とは合流して衝突すると共に、この流れによって２つの固体還元材吹き込み流が分断されるように吹き込むことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉操業方法。
【請求項７】
２本の前記管束型ランスを使ってそれぞれから少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを同時に吹き込む場合、ブローパイプの中心部を、それぞれの管束型ランスから吹き込まれる固体還元材吹き込み流が衝突する一方、固体還元材吹き込み流には合流衝突しない気体還元材吹き込み流および支燃性ガス吹き込み流を、該固体還元材吹き込み流の外側に導くように吹き込むことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉羽口を通じて炉内に、支燃性ガスと共に、微粉炭などの固体還元材と、ＬＮＧなどの易燃性の気体還元材とを吹き込む、高炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が指摘されており、このことは製鉄業にとっても重要な課題である。この課題に対し、最近の高炉では、低還元材比（銑鉄１ｔ製造当たりの、羽口からの吹き込み還元材と炉頂から装入されるコークスの合計量）操業が推進されている。高炉は、主にコークス及び微粉炭を還元材として使用している。従って、低還元材比操業、ひいては炭酸ガス排出量の抑制を達成するためには、コークスなどを、廃プラやＬＮＧ、重油等の水素含有率の高い還元材で置換する方法が有効である。【０００３】
下記特許文献１に開示の技術は、複数のランスを用いて、固体還元材、気体還元材および支燃性ガスを別々のランスから吹き込むことで、固体還元材の昇温を促進して燃焼効率を向上させ、ひていは未燃粉やコークス粉の発生を抑制して、通気の改善を図ることで還元材比を削減する方法を開示している。また、下記特許文献２は、ランスを同心多重管型とし、内管からは支燃性ガスを吹き込み、内管と外管との間から気体還元材と固体還元材を吹き込む技術を開示している。また、下記特許文献３は、ランス本管のまわりに複数の小径管を並列したものを提案している。さらに、下記特許文献４は、溶融還元炉に支燃性ガスと燃料を吹き込む場合に、燃料供給管の外側に複数の吹き込み管を平行に離して配置し、一のノズルが損耗しても支燃性ガスと燃料の混合状態を常に維持できるようにした多管ノズルを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６２０３８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７４１７１号公報
【特許文献３】特開平１１−１２６１３号公報
【特許文献４】実開平３−３８３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１に記載の高炉操業方法は、気体還元材をも吹き込む点で羽口から固体還元材（微粉炭）だけを吹き込む方法に比べると、燃焼温度の向上や還元材原単位の低減に効果があるが、その効果はなお不十分である。また、前記特許文献２に開示されている重管ランスは、ランスの冷却が必要となるため、外側の吹き込み速度を速くしなければならない。そのためには、内管と外管との隙間を狭くしなければならず、所定のガス量を流すことができないので、必要な燃焼性が得られないおそれがある。一方、ガス量と流速を両立させようとすると、ランス径を大きくしなければならず、ブローパイプからの送風量の低下を招く。その結果、出銑量が低下したり、ランス差し込み口の径が大きくなることに伴う周辺耐火物の破損リスクが増大する。【０００６】
また、前記特許文献３に記載されている技術は、本管のまわりに小径管を複数配置したランスを用いているので、冷却能の低下による小径管閉塞のリスクが高まるだけでなく、ランスの加工コストが高くなるという問題がある。また、この技術では、多重管を途中から並列管に変化させているため、圧力損失と径が大きくなるという問題がある。【０００７】
また、前述したように、高炉は、羽口から熱風も送り込まれるが、固体還元材や支燃性ガスはこの熱風によっても炉内に吹き込まれる。このとき、特許文献４に記載のランスでは、固体還元材と支燃性ガスを同心二重管ランスを用いて吹き込むが、このとき、この二重管ランスの他に気体還元材を吹き込む単管ランスをこれらと並列に配置している。このランスは、送風管及び羽口の断面積に対する該ランスの専有面積が大きく、送風圧力の増加によるランニングコストの増加、あるいは羽口の背面に設置されている炉内監視窓の視野減少を招く。また、ブローパイプにランスを挿入する部分（ガイド管）が大径化することにより、ガイド管部とブローパイプとの接着面が減少し、ガイド管部の剥離が生じやすくなるという問題がある。【０００８】
本発明の目的は、ランスの外径を大きくすることなく、冷却能の向上と燃焼性の向上とを両立させることにより、生産性の向上や還元材原単位の低減を図るのに有効な高炉の操業方法と、この方法の実施に際して用いられるランスの構造を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上掲の目的を実現するために開発した本発明に係る高炉操業方法は、少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを、ブローパイプ内に差し込まれたランスを使って羽口を通じて炉内に吹き込む高炉の操業方法において、複数の吹き込み管を束ねてなる管束型ランスを用い、この管束型ランスのうちの固体還元材用吹き込み管、支燃性ガス用吹き込み管および気体還元材用吹き込み管を介し、高炉の炉内に、固体還元材のみ、固体還元材と支燃性ガスとの２種を同時に、または、固体還元材、支燃性ガスおよび気体還元材との３種を同時に吹き込む際に、２本以上の管束型ランスをブローパイプ内に差込んでその先端部を互いに近接させ、かつ互いの吹き出し流がブローパイプ内で干渉し合うように吹き込むことを特徴としている。【００１０】
本発明においては、
（１）前記管束型ランスは、並列する３本の吹き込み管を束ねてこれをランス外管内に収容したものであること、
（２）前記管束型ランスは、ランス中心部を貫通する固体還元材用吹き込み管に対し、螺旋状の支燃性ガス用吹込み管および螺旋状の気体還元材用吹き込み管の両方が、該固体還元材用吹き込み管のまわりに交互に巻き付いて一体化したものであること、
（３）２本の前記管束型ランスを使ってそれぞれから少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを同時に吹き込む場合、ブローパイプの中心部を流れる支燃性ガスの吹き込み流に対し、その外側に固体還元材の吹き込み流が流れるように吹き込むこと、
（４）２本の前記管束型ランスを使って少なくとも固体還元材と支燃性ガスとをそれぞれのランスから同時に吹き込む場合、それぞれの管束型ランスから吹き込まれる２つの固体還元材吹き込み流については互いに衝突することなく、一方で該固体還元材の吹き込み流と支燃性ガス吹き込み流とは衝突するようなランス配置にして吹き込みを行なうこと、
（５）２本の前記管束型ランスを使ってそれぞれから少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを同時に吹き込む場合、それぞれの管束型ランスから吹き込まれる固体還元材吹き込み流については互いに衝突することなく、一方で、別々の管束型ランスから吹き込まれる支燃性ガス吹き込み流とは合流して衝突すると共に、この流れによって２つの固体還元材吹き込み流が分断されるように吹き込むこと、
（６）２本の前記管束型ランスを使ってそれぞれから少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを同時に吹き込む場合、ブローパイプの中心部を、それぞれの管束型ランスから吹き込まれる固体還元材吹き込み流が衝突する一方、固体還元材吹き込み流には合流衝突しない気体還元材吹き込み流および支燃性ガス吹き込み流を、該固体還元材吹き込み流の外側に導くように吹き込むこと、
がより好ましい解決手段を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る高炉操業方法によれば、高炉内に、固体還元材の他、気体還元材や支燃性ガスのいずれか１以上をブローパイプに差し込んだランスを介し羽口から同時に吹き込む場合、管束型ランスを２本以上使用することで、ランスの外径を大きくすることなく、一方で各吹き込み管それぞれの管径自体を大きく保つことができるので、冷却能の向上と燃焼性の向上との両立を図ることができ、ひいては、還元材原単位を低減することができる。【００１２】
また、本発明では、前記管束型ランスとして、前記支燃性ガスは、筒状の中心部を貫通する固体還元材用吹き込み管を中心として、そのまわりに螺旋状の支燃性ガス用吹込み管および螺旋状の気体還元材用吹き込み管の両方とが交互に巻き付いて一体化したものを使用することにより、固体還元材吹き込み流の周りで気体還元材吹き込み流と支燃性ガス吹き込み流とが旋回するような流動となり、固体還元材を拡散させながら吹き込むことができるので、固体還元材の燃焼効率をより一層向上させることができる。【００１３】
また、本発明によれば、ブローパイプ内に差し込んだ２つの管束型ランスの先端部を近接させると共に、互いの吹き出し方向が干渉し合うように収束させているので、例えば、支燃性ガスを中心としてそのまわりに固体還元材が挟むように、かつその外側に支燃性ガスが包むようなランス配置になっているので、固体還元材の燃焼率をより一層向上させることができる。
また、本発明によれば、固体還元材吹き込み流同士が衝突せずかつ支燃性ガスが別のランスの固体還元材の吹き込み流に衝突するようにランスが配置されることで、固体還元材の燃焼効率がより一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】高炉の概略を示す縦断面図である。
【図２】高炉内にランスから微粉炭だけを吹き込んだときの燃焼状態の説明図である。
【図３】微粉炭だけを吹き込んだときの燃焼メカニズムの説明図である。
【図４】微粉炭、ＬＮＧ及び酸素を吹き込んだときの燃焼メカニズムの説明図である。
【図５】重管型ランスと管束型ランスの圧力損失の比較グラフである。
【図６】燃焼実験時のランス表面温度のグラフである。
【図７】ランス内管の外径とランスの外径との関係を示すグラフである。
【図８】燃焼実験装置の略線図である。
【図９】ランス内の吹き込み管の説明図である。
【図１０】ランスの外観及びブローパイプ内への差し込みの一例を示す図である。
【図１１】ランスからの吹き込み状態の一例を示す図である。
【図１２】微粉炭と酸素の吹き込み状態の説明図である。
【図１３】実験における微粉炭、ＬＮＧ、酸素の吹き込み状態の説明図である。
【図１４】燃焼実験結果の燃焼率の説明図である。
【図１５】ランス内の吹き込み管の他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る高炉操業方法の好適実施形態の一例について説明する。図１は、本発明の高炉操業方法が適用される高炉１の全体図である。高炉１はボッシュ部の炉周方向に複数の羽口３が配置されている。その羽口３には、熱風を送風するためのブローパイプ２が接続され、このブローパイプ２には固体燃料や支燃性ガス等を吹き込むためのランス４が羽口３に向けて差し込まれている。羽口３からの熱風吹き出し方向の前方にある炉内には、炉頂から装入された塊コークス堆積層でもあるレースウエイ５と呼ばれる燃焼空間が形成されている。溶銑は、主として、この燃焼空間において生成する。
【００１６】
図２は、前記ランス４から羽口３を通じて固体還元材（以下、「微粉炭６」の例で述べる）だけを炉内に吹き込んだときの燃焼状態を模式的に示した図である。この図に示すように、ランス４から羽口３を経てレースウエイ５に吹き込まれた微粉炭６の揮発分や固定炭素は、堆積コークス７と共に燃焼し、燃焼しきれずに残る炭素と灰分の集合体、即ち、チャーがレースウエイ５から未燃チャー８として排出される。なお、前記羽口３の熱風吹き出し方向の前方における該熱風の速度は約２００ｍ／ｓｅｃである。一方、ランス４の先端部からレースウエイ５内に到達するまでの距離、即ち、Ｏ２が存在する領域は、約０．３〜０．５ｍである。従って、吹き込み微粉炭粒子の昇温や該微粉炭とＯ２との接触（分散性）は、実質的に１／１０００秒という短時間で反応させることが必要となる。
【００１７】
図３は、ランス４からブローパイプ２内に微粉炭（ＰＣ：Pulverized  Coal）６のみを吹き込んだ場合の燃焼メカニズムを示すものである。前記羽口３からレースウエイ５内に吹き込まれた微粉炭６は、レースウエイ５内の火炎からの輻射伝熱によって粒子が加熱され、さらに輻射伝熱、伝導伝熱によって急激に温度上昇し、３００℃以上昇温した時点から熱分解を開始して、揮発分に着火して燃焼し（火炎が形成され）、１４００〜１７００℃の温度に達する。揮発分を放出した微粉炭は前記未燃チャー８となる。このチャー８は、主に固定炭素で構成されているので、前記燃焼反応と共に炭素溶解反応も生じる。
【００１８】
図４は、ランス４から送風管２内に微粉炭６と共にＬＮＧ９と酸素（酸素は図示せず）とを吹き込んだ場合の燃焼メカニズムを示す。微粉炭６とＬＮＧ９と酸素との同時吹き込みは、単純に平行に吹き込んだ場合を示している。なお、図中の二点鎖線は、図３に示した微粉炭のみを吹き込んだ場合の燃焼温度を示している。このように微粉炭とＬＮＧおよび酸素を同時に吹き込む場合、ガスの拡散に伴って微粉炭が分散し、ＬＮＧと酸素（Ｏ2）の接触によってＬＮＧが燃焼し、その燃焼熱によって微粉炭が急速に加熱、昇温すると考えられ、これによりランスに近い位置で微粉炭が燃焼する。
【００１９】
図５は、従来から一般的に使われる重管型ランスと本発明において用いられる管束型ランスとの圧力損失についての図である。この図から明らかなように、管型型ランスは重管型ランスに比べ、同じ断面積における圧力損失が低い。この差は、管束型ランスの方がそれぞれの吹き込み通路（管内面積）が大きくなることで通気抵抗が減少した結果によるものと考えられる。
【００２０】
図６は、重管型ランスと管束型ランスとの冷却能の比較結果を示す。この図から明らかなように、管束型ランスは重管型ランスに比べ、同じ圧力損失における冷却能が高くなっている。これは、通気抵抗が低いため、同じ圧力損失において流すことのできる流量が大きいためだと考えられる。
【００２１】
図７には、ランスの内管の外径とランスの外径との関係を示す。図７ａは非水冷型、図７ｂは水冷型のランスの外径である。同図から明らかなように、管束型ランスは重管型ランスに比べ、ランスの外径が小さくなっている。これは、並列型ランスでは重管型ランスに比べ、流路、管の厚さ、及び水冷部の断面積を低減可能なためであると考えられる。
【００２２】
重管型ランスと管束型ランスの燃焼性を比較するため、図８に示す燃焼実験装置を用いて燃焼実験を行った。この実験装置で使用した実験炉１１内は、内部にコークスが充填されており、覗き窓からレースウエイ１５の内部を観察することができる。そして、この実験装置には、ブローパイプ１２が取付けられており、外部の燃焼バーナ１３で生じた熱風をこのブローパイプ１２を介して実験炉１１内に送風することができる。また、このブローパイプ１２内にはランス４が差し込まれている。そして、このブローパイプ１２では、送風中への酸素富化も可能である。なお、ランス４は、微粉炭、ＬＮＧ及び酸素のいずれか一または２以上を、ブローパイプ１２内を通じて実験炉１１内に吹き込むことができる。一方、実験炉１１内で発生する排ガスは、サイクロンと呼ばれる分離装置１６で排ガスとダストに分離され、排ガスは助燃炉などの排ガス処理設備に送給され、ダストは捕集箱１７に捕集される。
【００２３】
この燃焼実験では、ランス４として、単管ランス、同心多重管ランス（重管型ランス）、複数本（好ましく、２〜３本）の吹き込み管を束ねて並列状態にしてランス外管内の軸方向に沿って収容した管束型ランスを用いた。そして、
（１）単管型ランスから微粉炭のみを吹き込んだ場合をベースとし、
（２）従来の重管型ランスの内管から微粉炭を吹き込み、内管と中管の隙間から酸素を吹き込み、中管と外管の隙間からＬＮＧを吹き込んだ場合、
（３）本発明に特有のものである管束型ランスのそれぞれの吹き込み管から微粉炭、ＬＮＧおよび酸素の１または２以上を吹き込んだ場合、
について、燃焼率、ランス内圧力損失、ランス表面温度ならびにランスの外径を測定した。燃焼率については、酸素の吹き込み流速を変化させて測定した。燃焼率は、レースウエイの後方からプローブで未燃チャーを回収し、その未燃量から求めた。
【００２４】
図９（ａ）は、従来の重管型ランスの一例を示し、図９（ｂ）は本発明で用いる管束型ランスの一例を示す。該重管型ランスは、内管Ｉに呼び径８Ａ、呼び厚さスケジュール１０Ｓのステンレス鋼管を、中管Ｍに呼び径１５Ａ、呼び厚さスケジュール４０のステンレス鋼管を、外管Ｏに呼び径２０Ａ、呼び厚さスケジュール１０Ｓのステンレス鋼管を用いた。各ステンレス鋼管の諸元は図に示すとおりであり、内管Ｉと中管Ｍの隙間は１．１５ｍｍ、中管Ｍと外管Ｏの隙間は０．６５ｍｍである。
また、図９（ａ）の管束型ランスでは、第１管２１に呼び径８Ａ、呼び厚さスケジュール５Ｓのステンレス鋼管を、第２管２２に呼び径６Ａ、呼び厚さスケジュール１０Ａのステンレス鋼管を、第３管２３に呼び径６Ａ、呼び厚さスケジュール２０Ｓのステンレス鋼管を用い、これらを並列状態にして束ねてランス外管内に一体に収容したものである。
【００２５】
実験では、図１０（ａ）に示すように、ランス外管４内に３本の吹き込み管を並列状態となるように束ねて収容した管束型ランスの管２１からは微粉炭（ＰＣ）を吹き込み、管２２からはＬＮＧを吹き込み、管２３からは酸素を吹き込んだ。なお、図１０（ｂ）に示すように、該管束型ランスのブローパイプ１２への差し込み長さ（挿入深さ）は、図１０（ｂ）に示すように、２００ｍｍとした。また、酸素の流速は１０〜２００ｍ／ｓとし、差し込み方向はランスの先端部が高炉の羽口（炉内側）を向くように斜めに、即ち、後述するように、２本の管束型ランス４ａの先端部をブローパイプ１２内に差し込み（ただし、突き当らないように）、それらの先端部が互いに近接し、かつ互いの吹き出し流がブローパイプ内で干渉し合うような向きに配設する。また、酸素の流速調整は、例えば、図１１に示すように、酸素吹込み管２３の先端部に縮径部２３ａを設け、その縮径部２３ａ先端の内径を種々に変更することで行った。
【００２６】
前記管束型ランス４ａを使って、吹き込みを行なうに当っては、吹き出し流がランス先端部において互いに干渉し合うようなランス配置にすること、例えば、微粉炭の吹き込み流にＬＮＧや酸素が合流して衝突するように調整することが好ましい。図１１（ａ）には、重管型ランス４からの吹き込み状態を、図１１（ｂ）には、管束型ランスからの吹き込み状態の概念を示す。図９（ａ）の構成からも明らかなように、従来の重管型ランスでは、図１１（ａ）に示すように、微粉炭、酸素、ＬＮＧが互いに衝突することなく、同心円状を維持したまま吹き込まれる。一方、管束型ランスでは、例えば、各吹き込み管の向き（配置）を調整することにより、微粉炭流、酸素流、ＬＮＧ流の向きをそれぞれ調整する。好ましくは、図１１（ｂ）に示すように、微粉炭流に対し、ＬＮＧ流と酸素流（ただし、酸素流は図示せず）とが衝突するように、該管束型ランスのそれぞれの吹き込み管の向きを考えて配置する。
【００２７】
各吹き込み管については、その先端部の構造として、先端を斜めに切断したものや、先端を曲げた構造のものを使用することができる。このうち、吹き込み管の先端を斜めに切除したものでは、このことによって吹き込まれるＬＮＧや酸素の拡散状態を変更することができる。また、吹き込み管の先端を湾曲させると、吹き込まれるＬＮＧや酸素の流れの向きを変更することができる。
【００２８】
本発明の好ましい実施例は、ブローパイプ１２内に差し込む管束型ランス４については、２本以上をその先端部がブローパイプの管軸中心付近で近接させ、互いの吹き出し方向が該ブローパイプ１２内で収束して干渉するような向きにすると共に、少なくとも固体還元材吹き込み流と支燃性ガス吹き込み流が一定の関係で干渉するような配置とする。例えば、図１２に示すように、こられを一対としてブローパイプ１２の管軸中心に向けて上下から差し込み、それぞれの先端部を管軸中心付近で近接するように配設する。
【００２９】
本発明のより好ましい実施形態では、２本で一対の管束型ランスを用いる場合において、酸素を吹き込む管２３の位置を、例えば、図１２ａに示すように、吹き込まれる酸素流を微粉炭流（ＰＣ）で挟むようにする場合や、図１２ｂに示すように、吹き込まれる酸素流が別々のランスから吹き込まれる２つの微粉炭流に衝突させるように配設することも好ましい態様の１つである。
【００３０】
この点に関し、例えば、管束型ランスではなく、単管ランスを２本用いる場合は、図１３ａに示すように、２本の単管ランスから吹き込まれる微粉炭流が衝突したり混じり合ったりしないように、ランスを交差するように配置しなけばならない。また、重管型ランスを２本用いる場合もまた、図１３ｂに示すように、２本の重管型ランスから吹き込まれる微粉炭流やＬＮＧ流、酸素流が互いに衝突したり混じり合ったりしないようなランス配置にすることが必要である。
【００３１】
しかし、管束型ランスを２本用いる場合は、図１３ｃに示すように、
ａ．吹き込まれる酸素流を２つの微粉炭流が挟むようなランス配置とした場合（パターンＡ）、
ｂ．２本の管束型ランスからそれぞれ吹き込まれる微粉炭吹き込み流が合流衝突せず、一方で別々のランスから吹き込まれる酸素流とは合流衝突し、かつこの流れによって分断されようなランス配置とした場合（パターンＢ）、
ｃ．２本の管束型ランスからそれぞれ吹き込まれる微粉炭流は合流衝突する一方、それとは衝突しない位置でそれぞれ吹き込み管から吹き込まれるＬＮＧの吹き込み流と酸素の吹き込み流とは合流し衝突すると共に、微粉炭や吹き込み流の外側を流れるように２本の管束型ランスを配置した場合（パターンＣ）
の夫々についても可能である。
【００３２】
次に、図１３ａ〜ｃに示す例について、燃焼実験を行った。この実験で用いた微粉炭の諸元は、固定炭素（ＦＣ：Fixed  Carbon）７１．３％、揮発分（ＶＭ：Volatile  Matter）１９．６％、灰分（Ａｓｈ）９．１％で、吹き込み条件は５０．０ｋｇ／ｈ（製銑原単位で１５８ｋｇ／ｔ相当）とした。また、ＬＮＧの吹き込み条件は、３．６ｋｇ／ｈ（５．０Ｎｍ３／ｈ、製銑原単位で１１ｋｇ／ｔ相当）とした。送風条件は、送風温度１１００℃、流量３５０Ｎｍ３／ｈ、流速８０ｍ／ｓ、Ｏ２富化＋３．７（酸素濃度２４．７％、空気中酸素濃度２１％に対し、３．７％の富化）とした。
【００３３】
図１４には、前記燃焼実験によるそれぞれの例についての燃焼率の結果を示す。同図から明らかなように、３本の吹き込み管を並列に配列した管束型ランスであって、かつ吹き込み酸素流を微粉炭吹き込み流で挟むような管束型ランスの配置とした場合（パターンＡ）、及び吹き込み酸素流が別々のランスから吹き込まれる微粉炭流に衝突するように管束型ランスの配置とした場合（パターンＢ）において燃焼率が高くなっている。このうち、吹き込み酸素流を微粉炭流で挟むようなランス配置をした場合（パターンＡ）は、酸素流を微粉炭流で挟むことで酸素の送風（熱風）への拡散を抑制することができた。なお、吹き込み酸素流が別々のランスから吹き込まれる微粉炭流に衝突するようなランス配置とした場合は、微粉炭流と酸素流との混合性が改善されたことで燃焼が促進されたものと考えられる。また、吹き込み微粉炭流同士が衝突する場合に燃焼率が低いのは、衝突後の微粉炭流の微粉炭密度が高くなりすぎて、燃焼性が低下するためであると考えられる。
【００３４】
本発明で用いる管束型ランス４の他の例としては、例えば、図１５に示すように、中心部を貫通する直筒状の固体還元材用吹き込み管に対し、螺旋状の支燃性ガス用吹込み管および螺旋状の気体還元材用吹き込み管とが互いに交互に巻き付いて一体化したものを使用するようにしてもよい。そして、このようなランス４を用いることにより、微粉炭吹き込み流のまわりではＬＮＧ吹き込み流及び酸素吹き込み流が旋回するような流動となり、微粉炭を拡散しながら吹き込むことができるようになり、微粉炭の燃焼効率をより一層向上させることができる。
【００３５】
前記のような管束型ランスを用いる本発明に係る高炉操業方法では、微粉炭（固体還元材）、ＬＮＧ（気体還元材）、酸素（支燃性ガス）を複数の管束型のランス４を用いて互いの吹き出しが干渉し合うようにして羽口に吹き込むので、ランス外径を極端に大きくすることなく、吹き込み効果を向上させることができるので、冷却能の向上と燃焼性の向上とを両立させることができ、その結果、還元材原単位を低減することができる。
【００３６】
また、中心部を貫通するように配設される直筒状の固体還元材（微粉炭）用吹き込み管に対して、その周りに巻き付くように配設された螺旋状、即ち、螺旋状の気体還元材用吹き込み管、螺旋状の支燃性ガス用吹込み管を合体させてなる管束型ランスを使用することにより、微粉炭（固体還元材）流の周りでＬＮＧ（気体還元材）流と酸素（支燃性ガス）流が旋回するような流動となり、微粉炭（固体還元材）を拡散しながら吹き込むことができ、微粉炭（固体還元材）の燃焼率をより一層向上することができる。
【００３７】
なお、前述した実施形態では、気体還元材としてＬＮＧを用いて説明したが、都市ガスも使用可能であり、他の気体還元材としては、都市ガス、ＬＮＧ以外に、プロパンガス、水素の他、製鉄所で発生する転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガスを用いることもできる。なお、ＬＮＧと等価としてシェールガス（shale gas）も利用できる。シェールガスは頁岩（シェール）層から採取される天然ガスであり、従来のガス田ではない場所から生産されることから、非在来型天然ガス資源と呼ばれているものである。
【符号の説明】
【００３８】
１は高炉、２はブローパイプ、３は羽口、４はランス、５はレースウエイ、６は微粉炭（固体還元材）、７は塊コークス、８はチャー、９はＬＮＧ（気体還元材）、２１は第１管、２２は第２管、２３は第３管
【要約】
【課題】ランスの外径を大きくすることなく、冷却能の向上と燃焼性の向上とを両立させることにより、生産性の向上や還元材原単位の低減を図るのに有効な高炉の操業方法と、この方法の実施に際して用いられるランスの構造を提案すること。
【解決手段】少なくとも固体還元材と支燃性ガスとを、ブローパイプ内に差し込まれたランスを使って羽口を通じて炉内に吹き込む高炉の操業方法において、複数の吹き込み管を束ねてなる管束型ランスを用い、この管束型ランスのうちの固体還元材用吹き込み管、支燃性ガス用吹き込み管および気体還元材用吹き込み管を介し、高炉の炉内に、固体還元材のみ、固体還元材と支燃性ガスとの２種を同時に、または、固体還元材、支燃性ガスおよび気体還元材との３種を同時に吹き込む際に、２本以上の管束型ランスをブローパイプ内に差込んでその先端部を互いに近接させ、かつ互いの吹き出し流がブローパイプ内で干渉し合うように吹き込む高炉操業方法。
【選択図】図１２【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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