(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口内の横断面形状が、左右方向内径が上下方向内径より大きな楕円形状に形成されるとともに、後端から先端に至る間の羽口内に下記式▲１▼を満たす形状の縮径部を有してなることを特徴とする高炉の送風羽口。
D1＞D2≦D3，d1≧d2≦d3--------▲１▼
但し、D1：後端の左右方向内径，    d1：後端の上下方向内径
D2：縮径部の左右方向内径，  d2：縮径部の上下方向内径
D3：先端の左右方向内径，    d3：先端の上下方向内径
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の送風羽口（以下単に羽口と言うこともある。）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
周知のように従来、高炉では、鉄鉱石（ペレット、焼結鉱を含む）、コークス、石灰石などを上部から装入する一方、下部の羽口から高温の空気を供給することで、コークスを燃料（熱源）及び還元剤として鉄鉱石を還元、溶解し、銑鉄の製造がなされてきたが、その後、製造コストの高いコークスの使用量を低減するため、またコークス炉の老朽化対策としてコークス炉の稼働率を軽減するため、等の理由から、コークスに換わる燃料として高炉羽口から補助燃料を吹込む高炉への補助燃料吹込み操業方法が広く実施されるようになってきた。
【０００３】
そして、上記の高炉操業において、高炉を安定且つ円滑に操業するには、とりわけ、高炉の中心部のガス流量を適正に保つことが重要であるとされ、そのためには、使用する原料の性状、高炉内への原料の装入方法、高炉送風羽口部での操業条件、送風条件、羽口条件を適切に設定することが重要であり、それぞれ種々の工夫がなされている。
【０００４】
ところで、本出願人は、従来より、高炉への微粉炭吹込み量の増大を図るべく高炉送風羽口部の条件について調査、検討を重ねてきた。その過程で高炉送風羽口部における羽口自体に着目した。すなわち、高炉送風羽口部は、図６に示すように高炉11の外周を囲むように設けられた送風管12と、その送風管12に接続された送風支管13と、高炉の下部の炉壁部に周方向に所定間隔で設けられた羽口14を備えて構成されているが、この高炉送風羽口部15においては、羽口14から高炉内に供給される送風空気の運動エネルギーによって羽口先に形成されるレースウエイ16と称する空間域を深くし、炉の中心部に送風空気あるいはコークスと反応したCOガスを流れやすくすることが高炉の安定且つ円滑な操業に大切であると言われてきている。なお、図において、符号17は融着帯、符号18はコークスの降下方向の矢印、符号19はレースウエイより先のガス流れの矢印をそれぞれ示す。
【０００５】
しかしながら、高炉送風羽口部15に用いられている従来の羽口14は、図７に示すように、先細りで羽口内の横断面形状が円形の羽口（以下通常羽口と言う）14が一般的である。一方、上記レースウエイを深く形成するため送風空気の運動エネルギーを増大するには、羽口から送風空気を噴出させるときの流速を大きくすることが必要となるが、送風空気の量は高炉での溶銑生産量に直結するため、任意に変更することはできない。このため、前記通常羽口14のように、羽口先端内径F3を小さくし、羽口先端から噴出する送風空気の流速を大きくすることになるが、このように羽口先端内径F3を小さくし羽口先端での送風空気の流速を大きくする場合、羽口部圧損が増大するため送風圧力を高くする必要があり、送風機の動力が大きくなり、エネルギー消費が大きくなると言った問題があるとともに、微粉炭などの補助燃料を前記通常羽口14を用いて吹き込む場合に、補助燃料（微粉炭）の燃焼が羽口14内でも起こるため背圧が更に高くなると言った問題が起こり、微粉炭を従来より大量に、例えば 150kg／銑鉄ｔ乃至 300kg／銑鉄ｔ以上を安定に吹き込むことが難しい。
【０００６】
そこで、本出願人は、上記問題点を解消すべく、後端から先端に至る間の羽口内に縮径部を備える所謂ラバール羽口構造を用いることを先に提案した（特願平10−370423号参照）。そして、その後の調査、検討において、本発明者等は、高炉の安定且つ円滑な操業を行うためには、高炉送風羽口部の条件として、レースウエイの深さだけでなく、深さと同時に左右の幅が大きいレースウエイの形成が上記問題解決に有効であることを見いだし、本発明をなしたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高炉の安定且つ円滑な操業を行うことを目的としてなしたもので、その構成は、羽口内の横断面形状が、左右方向内径が上下方向内径より大きな楕円形状に形成されるとともに、後端から先端に至る間の羽口内に下記式▲１▼を満たす形状の縮径部を有してなる高炉の送風羽口を要旨とするものである。
D1＞D2≦D3，d1≧d2≦d3--------▲１▼
但し、D1：後端の左右方向内径，    d1：後端の上下方向内径
D2：縮径部の左右方向内径，  d2：縮径部の上下方向内径
D3：先端の左右方向内径，    d3：先端の上下方向内径
【０００８】
上記構成の送風羽口では、縮径部を出た流れは高速の中心流と縮径部の下流側の末広部に沿った拡がりのある流れとができ、これによって高炉内に深度の大きい且つ特に左右方向に拡がりのあるレースウエイが形成でき、レースウエイからのガス流れが、従来よりも炉の中心部へ多く且つ円滑に流れるとともに、レースウエイの上部へも多く流れるようになるため、レースウエイ内のガス圧力損失が低下すること、また、高炉羽口レベルでの高炉横断面積に対するレースウエイの占める総面積の割合が大きくなることから、コークスのレースウエイへの流入部の面積が大きくなり、コークス流入が円滑化され、これによって、装入物のスリップの低減、装入物降下速度の変動、更には羽口圧損の低減が期待できる。なお、縮径部から先端までの横断面形状における左右方向径と上下方向径は同じであってもよいが、前記作用効果を確実に享受するためには、少なくとも先端の左右方向径が縮径部の左右方向径より広い末広がりの形状とすることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る高炉の送風羽口の概要説明図であって、ａは軸方向断面図、ｂはａのA1−A1断面図、ｃはａのB1−B1断面図、ｄはａのC1−C1断面図である。
【００１０】
図１において、羽口内楕円形のラバール羽口１は、中央部に縮径部２が形成され、その縮径部２の上流側（羽口の後端側）に先細りに形成された入口部３、下流側（羽口の先端側）に末広に形成された出口部４を有し、縮径部２の左右方向内径D2、上下方向内径d2、入口部３の左右方向内径D1、上下方向内径d1、出口部４の左右方向内径D3、上下方向内径d3とした場合に、D1＞D2≦D3，d1≧d2≦d3の関係を満たす形状に形成されている。
【００１１】
図２は、比較のために用いた羽口内円形のラバール羽口５の概要説明図であって、ａは軸方向断面図、ｂはａのA2−A2断面図、ｃはａのB2−B2断面図、ｄはａのC2−C2断面図である。この図２において、ラバール羽口５は、中央部に縮径部６が形成され、その縮径部６の上流側に先細りに形成された入口部７、下流側に末広に形成された出口部８を有し、縮径部６の内径E2、入口部７の内径E1、出口部８の内径E3とした場合に、E1＞E2＜E3の関係を満たす形状に形成されている。
【００１２】
上記図１に示す本発明のラバール羽口１（図７に示す通常羽口14の先端内径F3を基準とした場合に、D1＝1.55，d1＝1.41，D2＝1.05，d2＝0.95，D3＝1.36，d3＝1.24）と、図２に示す比較用のラバール羽口５（図７に示す通常羽口14の先端内径F3を基準とした場合に、E1＝1.48，E2＝1.00，E3＝1.30）と、図７に示す通常羽口14と、その通常羽口14を楕円型とした楕円羽口〔図７に示す通常羽口14の先端断面積と同じ先端断面積（長径＝1.30，短径＝0.77）を有する。〕とを準備するとともに、それぞれの羽口をコークス充填層型燃焼試験炉に取付け送風条件を同じにして送風した場合のレースウエイの形状を調査した。その調査結果を図３に模式図として示す。また、その調査と同時に装入物降下速度変動及び羽口圧損を併せて調査した。その調査結果を図４、図５に示す。なお、図４、図５における装入物降下速度変動と羽口圧損は、通常羽口14を1 とした場合の相対値で示す。
【００１３】
図３より明らかなように、レースウエイの深さはほぼ同じに形成されるが、レースウエイの左右方向の幅は、通常羽口14を基準（＝1 ）とした場合に、本発明のラバール羽口１では（＝1.15）、また比較用のラバール羽口５では（＝1.10）、楕円羽口では（＝1.05）となり、本発明のラバール羽口１が最も左右方向の幅が大きく形成できることが分かる。
【００１４】
また、図４より明らかなように、装入物降下速度変動は、通常羽口14を1 とした場合に、楕円羽口では約0.7 、また比較用のラバール羽口５では約0.4 、本発明のラバール羽口１では約0.3 となり、この順で装入物降下速度変動が小さくなることが分かる、これは上記レースウエイの左右方向の幅が大きくなることに起因するもので、左右方向に拡がりのあるレースウエイが形成されることにより、レースウエイへのコークス流入領域の面積が大きくなることにより、コークス流入が円滑化したためと考えられる。また、この時の降下物のスリップ回数は、通常羽口14を1 とした場合に、本発明のラバール羽口１では約0.4 程度で大きな減少が見られた。
【００１５】
また、図５より明らかなように、羽口圧損は、通常羽口14を1 とした場合に、楕円羽口では約1.1 と通常羽口14より大きくなった。この大きくなった理由は、羽口先端断面積がほぼ同じであるが、楕円形状により羽口内表面積が増して摩擦損失が増加したためと考えられる。また、比較用のラバール羽口５と本発明のラバール羽口１は共に約0.5 程度と通常羽口14の半分に軽減された。この羽口圧損が軽減される理由は、羽口の後端と先端の間に縮径部を有する所謂ラバール羽口の場合には、縮径部の断面積と通常羽口の先端断面積とが同じであっても、縮径部を出た流れは高速の中心流と縮径部の下流側の末広部に沿った拡がりのある流れとなり、羽口内面近傍の流速が低く摩擦損失が低減されることから、軽減されるものと考えられる。
【００１６】
上記のように本発明のラバール羽口１では、従来の通常羽口14と比較して装入物降下速度変動やスリップ回数を大幅に少なくでき、また羽口圧損も大きく軽減できることから、従来よりも高炉の安定且つ円滑な操業を行うことができる。また、微粉炭などの補助燃料を吹き込む場合にも、従来より低い羽口圧損でもって例えば微粉炭の場合に 150kg／銑鉄ｔ乃至 300kg／銑鉄ｔ以上の微粉炭を安定に吹き込むことができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る高炉の送風羽口であれば、羽口の縮径部を出た流れは高速の中心流と縮径部の下流側の末広部に沿った拡がりのある流れとができ、これによって高炉内に深度の大きい且つ特に左右方向に拡がりのあるレースウエイが形成でき、高炉羽口レベルでの高炉横断面積に対するレースウエイの占める総面積の割合が大きくなるとともに、レースウエイからのガス流れが、従来よりも炉の中心部へ多く且つ円滑に流れることによって、レースウエイ内のガス圧力損失が低下すること、また、コークスのレースウエイへの流入部の面積が大きくなり、コークス流入が円滑化され、これによって、装入物のスリップの低減、装入物降下速度の変動、更には羽口圧損の低減が期待でき、安定且つ円滑な高炉操業ができる。また、微粉炭などの補助燃料を吹き込む場合にも、従来より低い羽口圧損でもって例えば微粉炭の場合に 150kg／銑鉄ｔ乃至 300kg／銑鉄ｔ以上の大量の微粉炭を安定に吹き込むことができる。また、微粉炭を多く吹き込むことができることから、高価なコークスの使用が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高炉の送風羽口の概要説明図であって、ａは軸方向断面図、ｂはａのA1−A1断面図、ｃはａのB1−B1断面図、ｄはａのC1−C1断面図である。
【図２】羽口内円形のラバール羽口の概要説明図であって、ａは軸方向断面図、ｂはａのA2−A2断面図、ｃはａのB2−B2断面図、ｄはａのC2−C2断面図である。
【図３】羽口形状とその羽口形状によって形成されるレースウエイ形状の関係を示す平面図（高炉の羽口部の水平断面を上から見た図）である。
【図４】羽口形状毎の装入物降下速度変動を比較して示すグラフ図である。
【図５】羽口形状毎の羽口圧損を比較して示すグラフ図である。
【図６】高炉の羽口部の一部を示す断面概念図である。
【図７】従来の送風羽口の概要説明図であって、ａは軸方向断面図、ｂはａのA3−A3断面図、ｃはａのC3−C3断面図である。
【符号の説明】
１：羽口内楕円形のラバール羽口                  ２：縮径部
３：入口部              ４：出口部
５：羽口内円形のラバール羽口                    ６：縮径部
７：入口部              ８：出口部
【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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