(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素又は酸素富化空気を噴出する内管と、微粉炭を噴出する同心の外管とからなる２重管構造を有し、前記内管先端の外周に突起部を設けたことを特徴とする高炉への微粉炭吹き込みバーナ。
【請求項２】
酸素又は酸素富化空気を噴出する内管と、微粉炭を噴出する同心の外管とからなる２重管構造を有し、前記外管先端径を拡大したことを特徴とする高炉への微粉炭吹き込みバーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高炉への微粉炭吹き込みバーナに関し、さらに、先端部の形状を変形させたバーナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業における微粉炭吹き込みは、高炉操業の安定化とともに、燃料としてコークスの代わりに、より安価な微粉炭を使用することによってコストを削減することを目的とし、国内外で行われている。
【０００３】
一般的な微粉炭吹き込みは、図５に示すように、微粉炭バーナ１をそのバーナ先端が羽口３の先端より送風上流側になるように設置し、バーナ１より微粉炭５を搬送ガスとともに羽口３内に吹込み、プローパイプ２、羽口３を通って高炉内に導入される送風ガス６と共に炉体４内に送り込まれる。
【０００４】
バーナ１より吹込まれた微粉炭５は羽口３内及びレースウェイを飛翔している間に燃焼するが、その燃焼率が低い場合には、炭材として充分な発熱量を得ることができず、コークスに対する置換率が低下してしまう。また、燃焼性が低下すると、多量の未燃チャーが発生し、炉下部における粉の蓄積量が増加し、溶銑、溶滓の通液性を悪化させ、高炉操業に悪影響を及ぼす。
【０００５】
一般に羽口内に吹き込まれた微粉炭は送風によって昇温し、揮発分を放出しながら着火燃焼していくが、その燃焼反応は微粉炭の羽口内における滞在時間に比べて遅いため、微粉炭は羽口内ではほとんど燃焼せずにレースウエイに入る。そのため、送風中の酸素はコークスによっても消費されてしまい微粉炭の燃焼率を低下させる原因になっている。
【０００６】
従来より、高炉へ吹込まれる微粉炭の燃焼改善を図るため、様々な提案がなされている。最も一般的には送風温度を高め、送風の酸素富化率を高めることが実施されている。送風温度を高めるのは微粉炭の着火を早めるためであり、酸素富化は微粉炭の燃焼に酸素を利用させるためである。
【０００７】
微粉炭の燃焼は酸素との遭遇が必須条件である。それを効率よく行わせるため、２重管構造の高炉用の微粉炭バーナが多数、提案されている。
【０００８】
例えば、特開平１−９２３０４号公報には、内管微粉炭、外管酸素の２重管構造で、さらに中心の微粉炭吹き出し孔を取り囲んで複数個の酸素ガス吹き出し孔を有するとともに、これら各酸素ガス吹き出し孔の少なくとも先端部の軸線がノズル前方において前記微粉炭吹き出し孔の軸線と交わっていることを特徴とした高炉の微粉炭吹込み用ノズルを開示している。この技術は微粉炭が燃焼する際に必要な酸素を微粉炭存在領域を取り巻く位置に高濃度で供給しようとするものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
近年の高炉操業はコークス炉の老朽化に伴うコークス不足より、微粉炭の吹込み量をより増加させる要求が強くなってきている。２００ｋｇ／ｔ−ｐを越えるような高微粉炭比操業を指向すると、従来の微粉炭の燃焼性改善方法では効果が得られなくなりつつあるか、方法そのものが採用できなくなりつつある。
【００１０】
燃焼性改善のため最も一般的に行ってきた送風温度を高める操業は、通常の熱風炉を用いている場合、既に設備的な送風温度の限界に近い。また、製鉄所のエネルギーバランスの関係上、高燃料比操業を指向しているような場合には出銑温度が高くなりすぎないようにするため送風温度を高くすることができない。また、送風への高酸素富化は熱流比の制約すなわち鉱石の還元を円滑に進ませる必要から送風中酸素濃度は３０％ぐらいまでが限界で、微粉炭の燃焼性を著しく向上させるまでには至らない。
【００１１】
特開平１−９２３０４号公報は微粉炭存在領域を取り巻く位置に高濃度の酸素を供給することは可能であるが、このノズルの２重管構造は内管が微粉炭の通路、外管が酸素の通路であるため、冷えた酸素が高温の送風と微粉炭を分断することとなり、微粉炭の着火を遅らせる。また、ノズル外管より供給される酸素は微粉炭存在領域の外側にあるためコークスによっても消費されることには違いなく、供給した酸素を微粉炭燃焼のみに用いることができない。
【００１２】
本発明は前記従来技術の問題点を解消するものであって、微粉炭の着火を維持したうえで、燃焼する際に必要な酸素を効果的に微粉炭の吹込み領域に供給し、微粉炭の燃焼率を向上させようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、具体的には、２重管構造の微粉炭バーナを用い、内管からは酸素又は酸素富化空気を、外管からは微粉炭を吹込む高炉への微粉炭吹き込みバーナを採用した。さらに効果を高めるうえで、微粉炭吹き込みを行う際に、バーナ内管先端の外周に突起部を設けた微粉炭バーナ、あるいはバーナ外管先端径を拡大した微粉炭バーナを採用した。
【００１４】
本発明の第１の発明は酸素又は酸素富化空気を噴出する内管と、微粉炭を噴出する同心の外管とからなる２重管構造を有し、前記内管先端の外周に突起部を設けたことを特徴とする高炉への微粉炭吹き込みバーナである。
【００１５】
本発明の第２の発明は酸素又は酸素富化空気を噴出する内管と、微粉炭を噴出する同心の外管とからなる２重管構造を有し、前記外管先端径を拡大したことを特徴とする高炉への微粉炭吹き込みバーナである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
２重管鋼管の高炉用の微粉炭バーナを用い、内管からは酸素又は酸素富化空気を、外管からは微粉炭を吹込む場合の微粉炭の燃焼状況を図３に示す。バーナ１は羽口３の内部に先端を開口した２重管構造で、内管から酸素又は酸素富化空気７を噴出し、外管から微粉炭５を噴出する。外管から噴出した微粉炭噴出流８はまず、外側が高温送風６と速やかに接触し高温となり着火する。１０は微粉炭の燃焼進行帯を示している。このような燃焼進行は同じ２重管微粉炭バーナを用いても内管から微粉炭を、外管から酸素または酸素富化空気を吹込む技術とは異なる点である。
【００１７】
着火した微粉炭噴出流の外側部は燃焼し、その部位（燃焼進行帯１０）はさらに高温となり、それと接触する内側部の微粉炭を高温にし、着火帯９で示したように着火が進行する。このように、微粉炭噴出流の着火は微粉炭噴出流の外側から中心側へ進む。しかし、一方で着火後の燃焼の進行は酸素を消費していくことである。微粉炭噴出流８の外側は、送風６中の豊富な酸素によって燃焼は進行するが、微粉炭噴出流８の中心の燃焼の進行は微粉炭吹込み量が増えるほど微粉炭噴出流を取り巻く送風６から拡散してくる酸素との反応は期待できない。
【００１８】
そこで、本発明では２重管微粉炭バーナ１の内管から、酸素または酸素富化空気７を吹き込み、微粉炭噴出流８の中心近傍に燃焼進行に必要な酸素１１を供給することができ、燃焼率を高めることができる。
【００１９】
さらにバーナ先端形状の変更による微粉炭の燃焼状況の改善を明確にするために図４の装置を用いて試験を行った。この装置は、コークス１２を充填した容器に羽口３を設け、羽口３内にバーナ１を配設した。排気はサイクロン１３、バグフィルタ１４で粉体を回収した。この試験装置を用いたときの実験条件は次の通りである。
【００２０】
羽口送風量    ：１．４Ｎｍ3／ｍｉｎ
羽口富化酸素量：０．０４Ｎｍ3／ｍｉｎ
羽口送風温度  ：８５０℃
微粉炭吹込量  ：０．２８ｋｇ／ｍｉｎ
微粉炭バーナ内管酸素量：０．０１Ｎｍ3／ｍｉｎ
上記実験条件をベースに、微粉炭吹込量を０．１〜０．４ｋｇ／ｍｉｎの範囲内で変化させた。
【００２１】
図３に見られるように、微粉炭への着火は微粉炭噴出流の外側から中心側へ移行することから中心側の着火位置はバーナ１の先端から離れた位置、すなわち下流側になる。そのため、燃焼進行に必要な酸素１１は着火以降の位置に高濃度で供給すれば、さらに燃焼性向上に寄与する。図１に示すバーナ１は、内管２１の先端、外管２２の先端位置が同じ位置にある例である。内管２１から酸素又は酸素富化空気を噴出し、内管２１と外管２２との隙間２３から微粉炭を噴出する。内管２１の先端が外管２２の先端より先方に突き出していない場合は微粉炭噴出流中心が着火するまでに内管２１から噴出した酸素７が外方に拡散し、酸素濃度が多少低下する。
【００２２】
次に２重管微粉炭バーナとして図６に示すように、内管２１の先端の外周に突起部３１を設けると、突起部３１の極く近傍で渦乱流が生成して、内管から吹出す酸素を巻き込む作用が生じるために、内管２１の外周から吹出す微粉炭噴出流の中に酸素が供給され、微粉炭の着火性を改善する効果がある。突起部３１は図６では、内管の外径がバーナ先方方向に漸時拡大するテーパ管形状のものを示したが、これに限定されるものではない。
【００２３】
さらに図７に示すように、外管２２の先端に拡径部３２を設けたバーナ１を用いた場合、外管から吹出す微粉炭噴出流が先開きの先端部によって拡散が促進される。そのため微粉炭噴出流が拡がり、低濃度で均等な微粉炭濃度となり、微粉炭全般に渡って充分な酸素が供給される。
【００２４】
図６、図７に示すバーナを用い、内管外周の突起部３１の長さＬ1と角度α、あるいは外管拡大部の長さＬ2と角度βを変化させたときの燃焼率の変化を図８〜図１３に示す。図８〜図１３はそれぞれ角度α又はβが３度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度の時の燃焼率を示している。ここで燃焼率とは試験装置内コークス１２の充填層内に溜まった粉及び排ガスとともに運ばれ、サイクロン１３及びバグフィルタ１４に捕集されたダスト中の未燃チャーの量を吹き込んだ微粉炭の量で割った数値を％表示で示したものである。図６に示す内管外周の突起部のテーパ角αあるいは図７に示す外管拡大部の拡大角βがいずれも５〜２０°の時に燃焼率の向上が見られる。また長さＬ1、Ｌ2の好適範囲は５〜５０ｍｍの範囲にあることが判った。
【００２５】
【実施例】
実施例１
本発明を内容積４３５９ｍ3、羽口数３６本、微粉炭吹き込みを行っている高炉を用いて、図１４、図１５、図１６に示す各バーナＡ、Ｂ、Ｃの効果確認を行った。比較には図１４のバーナＡを用いた。
【００２６】
通常操業時、図１４に示すバーナＡを用いて、送風温度１０５２℃、富化酸素量２６．８Ｎｍ3／ｔ−ｐ、送風の羽口先端速度１７９ｍ／ｓ、出銑比１．７８ｔ／ｄｍ3，燃料比５１４ｋｇ／ｔ−ｐで、燃料比のうち微粉炭比は１０８ｋｇ／ｔ−ｐで３６本の羽口に均等に吹き込む操業を行っていた。ここで微粉炭比を増加させようとしたが、図１７に示すように炉頂ダストの増加、高炉炉下部通気性の悪化、それに伴う荷下がりの不安定と溶銑温度の変動が現われ、操業限界であることが判った。このとき、炉頂ダストを顕微鏡で観察したところ微粉炭の未燃チャーが確認された。
【００２７】
そこで、休風時に微粉炭バーナを本発明の一実施例である図１５のバーナＢに全数取り替え、酸素富化のうち２．０Ｎｍ3／ｔ−ｐを２重管構造の高炉用微粉炭バーナの内管より吹き込む操業を行ったところ、微粉炭比１４０〜１５０ｋｇ／ｔ−ｐまでの高微粉炭操業を行っても、特別な操業上の問題は現われず、順調な操業ができた。さらに微粉炭バーナを本発明の実施例の図１６に示すバーナＣに全数取り替えた結果、微粉炭比１５０ｋｇ／ｔ−ｐまでの高微粉炭操業を行っても、特別な操業上の問題は現われず、順調な操業ができた。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によって、特別な設備投資や消耗材料を必要とすることもなく高炉へ吹込む微粉炭の燃焼性が改善され、微粉炭比の増加によって高価なコークスを減少させ、炭材のコストダウンを図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】２重管構造の微粉炭バーナの縦断面図である。
【図２】従来の微粉炭バーナの縦断面図である。
【図３】実施例の微粉炭バーナの作用の説明図である。
【図４】内管突き出し長さの効果を調査した試験装置のフローシートである。
【図５】一般的な微粉炭吹込みバーナの設置図である。
【図６】別の実施例のバーナの（ａ）縦断面図、（ｂ）正面図である。
【図７】別の実施例のバーナの（ａ）縦断面図、（ｂ）正面図である。
【図８】実施例の燃焼率を示すグラフである。
【図９】実施例の燃焼率を示すグラフである。
【図１０】実施例の燃焼率を示すグラフである。
【図１１】実施例の燃焼率を示すグラフである。
【図１２】実施例の燃焼率を示すグラフである。
【図１３】実施例の燃焼率を示すグラフである。
【図１４】実験に供したバーナの（ａ）縦断面図、（ｂ）正面図である。
【図１５】実験に供したバーナの（ａ）縦断面図、（ｂ）正面図である。
【図１６】実験に供したバーナの（ａ）縦断面図、（ｂ）正面図である。
【図１７】内管の外周に突起物を設けたバーナおよび外管の先端径を拡大した微粉炭バーナの実施例の効果を示す操業推移図である。
【符号の説明】
１    バーナ
２    ブローパイプ
３    羽口
４    炉体
５    微粉炭
６    送風ガス
７    酸素又は酸素富化空気
８    微粉炭噴出流
９    着火帯
１０  微粉炭の燃焼進行帯
１１  酸素
１２  コークス
１３  サイクロン
１４  バグフィルター
２１  内管
２２  外管
２３  隙間
３１  突起部
３２  拡径部
【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】
0003613902.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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