(57)【要約】【課題】小粒子径の固体還元剤よりも大粒子径の固体還元剤の燃焼を強く促進させること。【解決手段】本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法は、高炉の羽口に接続されたブローパイプ９に設けられた複数のランスを介して微粉炭を高炉内に吹き込む微粉炭の吹き込み方法であって、ブローパイプ９の主流ガスの上流側に設けられた一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の平均粒子径は、ブローパイプ９の主流ガスの下流側に設けられた二次ランス１０ｂから吹き込まれる微粉炭の平均粒子径よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図４
2014031570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の羽口に接続されたブローパイプに設けられた複数のランスを介して粉状の固体還元剤を前記高炉内に吹き込む固体還元剤の吹き込み方法であって、
前記ブローパイプの主流ガスの上流側に設けられた第１のランスから吹き込まれる前記粉状の固体還元剤の平均粒子径は、前記ブローパイプの主流ガスの下流側に設けられた第２のランスから吹き込まれる前記粉状の固体還元剤の平均粒子径よりも大きい、
ことを特徴とする固体還元剤の吹き込み方法。
【請求項２】
前記第１のランスから吹き込まれる前記粉状の固体還元剤の平均粒子径をｄｐ１とし、前記第２のランスから吹き込まれる前記粉状の固体還元剤の平均粒子径をｄｐ２としたときに、前記第１のランスから前記羽口までの距離Ｌ１と前記第２のランスから前記羽口までの距離Ｌ２とが下式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の固体還元剤の吹き込み方法。
【数１】
2014031570.tif 000006
【請求項３】
前記第１のランスと前記第２のランスとは、前記ブローパイプの対向する周壁に設けられ、前記第１のランスから吹き込まれる前記粉状の固体還元剤のうち最大粒子径の前記粉状の固体還元剤の粒子軌道よりも、前記第２のランスが前記ブローパイプの対向方向に離隔されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体還元剤の吹き込み方法。
【請求項４】
前記第１のランスと前記第２のランスとは、前記ブローパイプの同一方向の周壁に設けられ、前記第１のランスから吹き込まれる前記粉状の固体還元剤のうち最小粒子径の前記粉状の固体還元剤の粒子軌道よりも、前記第２のランスが前記ブローパイプの対向方向の手前側に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体還元剤の吹き込み方法。
【請求項５】
前記粉状の固体還元剤は、微粉炭であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の固体還元剤の吹き込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体還元剤の吹き込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高炉におけるコークスの消費を抑えるために、微粉炭を用いた高炉の操業方法が実用化されている。微粉炭を用いた高炉の操業方法では、熱風を高炉内に供給するブローパイプを介して、微粉炭が熱風と共に高炉内へ供給される。このブローパイプには、ブローパイプ内に吹き込むための吹き込み用ランスが設けられ、微粉炭がブローパイプ内を流れる熱風に吹き込まれる構成である。
【０００３】
この微粉炭は、ブローパイプ内および高炉内のレースウェイと呼ばれる燃焼空間で燃焼されることにより、コークスの代替として機能する。しかしながら、高炉内のレースウェイには多量のコークスが存在するので、ブローパイプから吹き込まれた熱風中の酸素濃度は急激に減少する。しかも、ブローパイプ内のガス流速は一般に２００ｍ／秒という極めて高速なので、吹き込まれた微粉炭が熱風中の酸素と反応可能な時間（すなわち微粉炭の燃焼可能な時間）は極めて短く、２０マイクロ秒程度といわれている。よって、微粉炭をコークスの代替として有効活用するためには、この短時間で微粉炭が燃焼される必要がある。しかしながら、微粉炭の吹き込み量を増していくと、微粉炭の燃焼率が低下して、レースウェイに至るまでに微粉炭が燃焼しきれずに、未燃焼の未燃チャーとして高炉内に残留する。
【０００４】
この未燃チャーは、ソルーションロス反応により高炉内で消費される分もあるが、高炉内消費量には限界値が存在するので、消費限界値以上に未燃チャーが発生すると、炉況不安定や生産性低下の原因となる。具体的には、限界値以上の未燃チャーの発生は、未燃チャーがダストとして炉頂から排出されて燃料比の上昇を招き、更には、未燃チャーが炉芯や溶融帯に蓄積すると、炉芯または溶融帯の通気性および通液性を阻害することになる。
【０００５】
そこで、微粉炭の燃焼効率を向上させる方法が多数提案されている。例えば、特許文献１には、微粉炭と共に酸素または酸素富化空気を吹き込み、これらを効率よく接触させることで微粉炭の燃焼率を向上させる方法が記載されている。また、特許文献２には、微粉炭と共に燃焼用ガスを吹き込み、これらを効率よく接触させることで微粉炭の燃焼率を向上させる方法が記載されている。特許文献３には、微粉炭吹き込み用ランスを複数用意し、ブローパイプの上流側から粒子径の小さい微粉炭を吹き込むことで下流から吹き込んだ微粉炭を昇温して燃焼率を向上させる方法が記載されている。特許文献４には、微粉炭を大粒子径と小粒子径に分離し、二重管ランスの中心から大粒子径微粉炭を吹き込み、二重管ランスの周辺部から小粒子径微粉炭を吹き込むことで、小粒子径微粉炭の燃焼膨張を用いて微粉炭の分散を促進して燃焼率を向上させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−９７０５１号公報
【特許文献２】特開２００６−２４１５２６号公報
【特許文献３】特開平１０−２２６８０６号公報
【特許文献４】特開平８−３３３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、微粉炭のような粉状物質の燃焼挙動は粒子径によって大きく異なる。つまり、粉状物質では、粒子径が小さいほど燃焼し易く、粒子径が大きいほど燃焼し難い。また、小粒子径の粉状物質の燃焼が大粒子径の粉状物質の燃焼よりも進んでしまうと、小粒子径の粉状物質の燃焼による酸素の消費が大粒子径の微粉炭の燃焼を阻害することから、ますます大粒子径の粉状物質が燃焼し難くなる。したがって、大粒子径の微粉炭ほど未燃チャーとして燃え残ってしまう傾向がある。そこで、未燃チャーの発生を抑制するためには、小粒子径の微粉炭よりも大粒子径の微粉炭の燃焼を強く促進させる必要がある。
【０００８】
しかしながら、従来の微粉炭の燃焼効率を向上させる方法では、小粒子径の微粉炭よりも大粒子径の微粉炭の燃焼を強く促進させる方法は存在していなかった。例えば、特許文献１および特許文献２に記載の方法は、微粉炭の粒子径による燃焼挙動の違いを考慮していないので、小粒子径の微粉炭よりも大粒子径の微粉炭の燃焼を強く促進させることができない。また、特許文献３および特許文献４に記載の方法は、むしろ小粒子径の微粉炭を大粒子径の微粉炭よりも早く燃焼させる方法である。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、小粒子径の固体還元剤よりも大粒子径の固体還元剤の燃焼を強く促進させる固体還元剤の吹き込み方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の固体還元剤の吹き込み方法は、高炉の羽口に接続されたブローパイプに設けられた複数のランスを介して粉状の固体還元剤を前記高炉内に吹き込む固体還元剤の吹き込み方法であって、前記ブローパイプの主流ガスの上流側に設けられた第１のランスから吹き込まれる前記粉状の固体還元剤の平均粒子径は、前記ブローパイプの主流ガスの下流側に設けられた第２のランスから吹き込まれる前記粉状の固体還元剤の平均粒子径よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる固体還元剤の吹き込み方法は、小粒子径の固体還元剤よりも大粒子径の固体還元剤の燃焼を強く促進させるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法を適用する高炉の例を示す概略構成図である。
【図２】図２は、羽口の近傍のブローパイプの断面模式図である。
【図３】図３は、一次ランスからブローパイプ内に吹き込まれた大粒子径微粉炭の粒子軌道を示した模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法の第１の実施例を示すブローパイプの概略構成図である。
【図５】図５は、一次ランスから吹き込まれる微粉炭の粒子軌道を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法の第２の実施例を示すブローパイプの概略構成図である。
【図７】図７は、一次ランスから吹き込まれる微粉炭の粒子軌道を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の効果を示す粒子径が１００μｍの微粉炭の燃焼量のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態によりこの発明が限定されるものではない。以下に説明する本発明の実施形態では、粉状の固体還元剤の例として微粉炭の例を用いるが、本発明の実施はこれらの例に限られず、粉状の固体還元剤の一般に適用され得る。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法を適用する高炉の例を示す概略構成図である。図１に示されるように、高炉１は、高炉１の最頂部（炉頂）から鉄鉱石２とコークス３とを交互に層を成すように装入し、高炉１の下部に設けられた羽口４から熱風を送入することにより、コークス３を燃焼させる構成の炉である。
【００１５】
高炉１の内部において、交互に層を成すように装入された鉄鉱石２およびコークス３は、ゆっくりと下降しながら反応し、高炉１の炉底部に銑鉄５とスラグ６とに分離される。この高炉１の内部において、特徴的な領域が溶融帯７および炉心８である。溶融帯７とは、鉄鉱石２が半分溶けた状態で互いに融着しあった状態となる領域であり、炉心８は、コークス３が長期間静止した状態となる領域である。これら溶融帯７および炉心８は、高炉１の反応において重要な役割を果たし、この溶融帯７および炉心８に先述の未燃チャーが蓄積してしまうと炉況不安定および生産性低下の原因となる。
【００１６】
羽口４は、ブローパイプ９から送入される熱風を高炉１の内部へ導く送入口である。ブローパイプ９の途中には、吹き込み用ランス１０が設けられ、吹き込み用ランス１０により、熱風中に微粉炭が投入される。また、高炉１の内部における羽口４の接続領域は、レースウェイ１１と呼ばれる燃焼空間である。
【００１７】
図２は、羽口４の近傍のブローパイプ９の断面模式図である。図２に示されるように、本発明の実施形態にかかる吹き込み用ランスは、一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとを有する。一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂは、羽口４に連接されたブローパイプ９の周壁を斜めに貫通させて設けられている。
【００１８】
一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂは、粉状の固体還元剤として微粉炭を搬送気体に載せてブローパイプ９内に吹き込むためのランスである。ここでは、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の粒子径は、二次ランス１０ｂから吹き込まれる微粉炭の粒子径よりも大きいものとする。
【００１９】
微粉炭の粒子径の分け方は、例えば、以下のように行うことができる。平均粒子径の異なる微粉炭を２種類用意し、平均粒子径の大きい微粉炭を一次ランス１０ａから吹き込み、平均粒子径の小さい微粉炭を二次ランス１０ｂから吹き込む方法が考えられる。また、１種類の微粉炭を所定の粒子径（例えば平均粒子径）で分離し、所定の粒子径以上の微粉炭を一次ランス１０ａから吹き込み、所定の粒子径以下の微粉炭を二次ランス１０ｂから吹き込む方法が考えられる。
【００２０】
以下、簡単のため、一次ランス１０ａから吹き込まれる粒子径の大きい微粉炭を大粒子径微粉炭と記載し、二次ランス１０ｂから吹き込まれる粒子径の小さい微粉炭を小粒子径微粉炭と記載する。
【００２１】
〔粒子軌道〕
以下、一次ランス１０ａからブローパイプ９内に吹き込まれた大粒子径微粉炭の粒子軌道について説明する。
【００２２】
図３は、一次ランス１０ａからブローパイプ９内に吹き込まれた大粒子径微粉炭の粒子軌道を示した模式図である。図３に示されるように、一次ランス１０ａから吹き込まれた大粒子径微粉炭は、噴出された直後において、初速度ｖｐ０が一次物質の搬送気体の噴出速度に一致し、時間の経過と共に、ブローパイプ９の内部を流れる主流ガス（熱風）の流速Ｖに近づく。
【００２３】
一次ランス１０ａから噴出された大粒子径微粉炭の粒子軌道の算出方法はさまざまな方法があり、どの方法を用いてもよい。簡便な方法としては、ブローパイプ内のガス流れを単純な一様流速であると仮定し、下記式（１）より時間ｔの関数として流体中の粒子軌道を求める方法がある。なお、図２に示された大粒子径微粉炭の粒子軌道は、下記式（１）により算出された粒子軌道を表している。
【数１】
2014031570.tif 000003
ここで、τは、緩和時間と呼ばれる定数であり、微粉炭粒子密度ρp、微粉炭粒子径dp、および、ブローパイプ９内の気体の粘性係数μにより定まる。
【００２４】
なお、上記式（１）による計算以外にも、詳細な粒子軌道を計算する方法として、数値流体解析を用いて粒子軌道を計算する方法がある。数値流体解析には、例えばＡＮＳＹＳ  ＦＬＵＥＮＴなどの汎用流体解析ソフトを用いることができる。
【００２５】
ところで、小粒子径の微粉炭は体積に対する表面積が大きく昇温が早いため燃焼反応が早い。また小粒子径の微粉炭は乱流分散効果を受けやすいので、ブローパイプ９内で効率よく分散され、ブローパイプ９内の広範囲における酸素を効率よく使うことが出来る。
【００２６】
一方、大粒子径の微粉炭は、体積に対する表面積が小さく昇温も遅いので、燃焼が遅い。大粒子径の微粉炭が燃焼可能な温度まで昇温されたころには既に小粒子径微粉炭により酸素を消費されているため、酸素欠乏で燃焼効率が悪化する。さらに、大粒子径の微粉炭は乱流による分散効果をあまり受けないので、微粉炭の吹き込み初速度とブローパイプ９の主流ガスで決まる粒子軌道上に高密度で存在することになり、粒子軌道上はさらに厳しい酸素欠乏状態となる。
【００２７】
そこで、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法では、粒子径の大きい微粉炭を吹き込む一次ランス１０ａを、粒子径の小さい微粉炭を吹き込む二次ランス１０ｂよりもブローパイプ９の上流に配置することにより、小粒子径の微粉炭よりも大粒子径の微粉炭の燃焼を強く促進させる。
【００２８】
本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法では、粒子径の大きい微粉炭を粒子径の小さい微粉炭よりも上流からブローパイプ９へ吹き込むことになるので、粒子径の大きい微粉炭の方が粒子径の小さい微粉炭よりもブローパイプ９における滞留時間が長くなる。したがって、粒子径の大きい微粉炭の方が、小さい微粉炭よりもブローパイプ９内を流れる熱風による昇温を強く受けることができ、燃焼効率がより向上する。また、粒子径の大きい微粉炭を粒子径の小さい微粉炭よりも上流からブローパイプ９へ吹き込むので、粒子径の小さい微粉炭が燃焼することによる酸素の消費により、粒子径の大きい微粉炭の燃焼が阻害されることもない。
【００２９】
したがって、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法によれば、従来よりも粒子径の大きい微粉炭を多く利用することができる。そして、従来よりも粒子径の大きい微粉炭を多く利用することにより、微粉炭の粉砕コストを低減することができる。
【００３０】
微粉炭は、粉砕工程にて吹き込みに適した粒子径に粉砕される。一方、微粉炭は、炭種ごとに粉砕性が異なる。ハードグローブ指数（ＨＧＩ）の大きな炭種は粉砕が容易なので、粒子径の小さい微粉炭を容易に製造可能であるが、ハードグローブ指数（ＨＧＩ）の小さな炭種は、粒子径の小さい微粉炭を製造することが困難である。
【００３１】
そこで、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法によれば、ハードグローブ指数（ＨＧＩ）の小さな炭種を、一次ランス１０ａから吹き込むための微粉炭に利用し、ハードグローブ指数（ＨＧＩ）の大きな炭種を、二次ランス１０ｂから吹き込むための微粉炭に利用することにより、微粉炭の粉砕コストを低減することができる。
【００３２】
また、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法によれば、粒子径の違いにより異なるランスから微粉炭を吹き込むので、配管内における微粉炭の詰まりを回避することができる。
【００３３】
さらに、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法では、一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとの位置関係を適切に設定することにより、一次ランス１０ａから吹き込まれる大粒子径微粉炭と二次ランス１０ｂから吹き込まれる小粒子径微粉炭とを羽口４の位置で同じ温度まで昇温させることができる。
【００３４】
一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂから吹き込まれた大粒子径微粉炭および小粒子径微粉炭は、羽口４の位置にて下式（２）のように昇温される。ここで、Ｔｐ０は、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂから吹き込まれた大粒子径微粉炭および小粒子径微粉炭の初期温度であり、Ｔｐ１およびＴｐ２は、それぞれ、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂから吹き込まれた大粒子径微粉炭および小粒子径微粉炭の羽口４の位置での温度である。また、Ｌ１およびＬ２は、それぞれ、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂから羽口４の位置までの距離であり、ｄｐ１およびｄｐ２は、それぞれ、大粒子径微粉炭および小粒子径微粉炭の平均粒子径である。さらに、Ｔｇはブローパイプ９内の熱風温度であり、ｈはブローパイプ内ガス‐微粉炭間の熱伝達係数であり、ρｐは微粉炭の密度であり、Ｃｐは微粉炭の比熱である。
【００３５】
【数２】
2014031570.tif 000004
【００３６】
したがって、一次ランス１０ａから吹き込まれる大粒子径微粉炭と二次ランス１０ｂから吹き込まれる小粒子径微粉炭とを羽口４の位置で同じ温度まで昇温させるためには、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂから羽口４の位置までの距離Ｌ１，Ｌ２と粒子径微粉炭および小粒子径微粉炭の平均粒子径ｄｐ１，ｄｐ２とが、下式（３）で表される関係式を満たせばよい。
【００３７】
【数３】
2014031570.tif 000005
【００３８】
一方、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法では、粒子径の大きい微粉炭を吹き込む一次ランス１０ａを、粒子径の小さい微粉炭を吹き込む二次ランス１０ｂよりもブローパイプ９の上流に配置するので、一次ランス１０ａから吹き込まれた微粉炭が、二次ランス１０ｂに衝突し、二次ランス１０ｂに磨耗およびアッシュの付着が発生する可能性がある。
【００３９】
そこで、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法では、二次ランス１０ｂに磨耗およびアッシュの付着が発生しないように、一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとを適切に配置する。そして、この配置に際し、上述の粒子軌道の計算を用いることができる。粒子径の大きい微粉炭は、ブローパイプ９内の熱風の乱流による分散の影響が少ないので、上述の粒子軌道の計算でも精度良く二次ランス１０ｂに磨耗およびアッシュの付着を回避することができる。
【００４０】
以下では、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法における、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂの適切な配置について、実施例に従い説明する。
【００４１】
〔実施例１〕
図４は、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法の第１の実施例を示すブローパイプの概略構成図である。図４に示されるように、本実施例は、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂがブローパイプ９の対向する周壁に設けられた配置である。また、図４に示されるように、本実施例では、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂは、ブローパイプ９の熱風の流れる方向に対して４５°の角度で設けられている。
【００４２】
一次ランス１０ａは、平均粒子径が５０μｍ以上の微粉炭をブローパイプ９に吹き込むための円筒状のランスである。図４に示されるように、平均粒子径が５０μｍ以上の微粉炭は、一次ランス１０ａの円筒の内部を通り、初速度ｖｐ０でブローパイプ９に吹き込まれる。
【００４３】
二次ランス１０ｂは、平均粒子径が５０μｍ以下の微粉炭をブローパイプ９に吹き込むための円筒状のランスである。図４に示されるように、平均粒子径が５０μｍ以下の微粉炭は、二次ランス１０ｂの円筒の内部を通りブローパイプ９に吹き込まれ、ブローパイプ９内に拡散される。
【００４４】
ブローパイプ９は、熱風を高炉１へ送入するためのパイプである。本実施例では、ブローパイプ９を流れる熱風の流速Ｖは２００ｍ／ｓであり、ガス密度は０．９４ｋｇ／ｍ３であり、粘性係数は５．６×１０−５Ｐａ・ｓであり、粒子の密度は１５００ｋｇ／ｍである。
【００４５】
以上の条件において、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の粒子軌道の計算をした結果が図５に示されている。図５は、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の粒子軌道を示すグラフである。なお、図５に示されるグラフは、一次ランス１０ａの吹き込み口をグラフの原点とし、ブローパイプ９の熱風の流れる方向をグラフのｘ軸とし、ブローパイプ９の横断方向をグラフのｙ軸としている。
【００４６】
ここで、本実施例の一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭は、粒子径の最小値が５０μｍであり、粒子径の最大値が１００μｍである。したがって、図５に示されるグラフにおいて、粒子径が５０μｍの微粉炭の粒子軌道と粒子径が１００μｍの微粉炭の粒子軌道との間の斜線領域が、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の粒子軌道の範囲である。
【００４７】
そこで、二次ランス１０ｂを配置する場合、図５に示される斜線領域よりも上側に配置されるべきである。すなわち、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭のうち最大粒子径の微粉炭の粒子軌道よりも、二次ランス１０ｂがブローパイプ９の対向方向に離隔される。具体的には、二次ランス１０ｂの吹き込み口を一次ランス１０ａの吹き込み口よりも０．１５ｍ下流に配置する場合、二次ランス１０ｂの吹き込み口がブローパイプ９の横断方向（ｙ軸方向）に０．０２７ｍ以上となるように配置されることになる。
【００４８】
以上のように一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとを配置することにより、本実施例では、一次ランス１０ａから吹き込まれた微粉炭が、二次ランス１０ｂに衝突することを回避しながらも、小粒子径の微粉炭よりも大粒子径の微粉炭の燃焼を強く促進させることができる。
【００４９】
〔実施例２〕
図６は、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法の第２の実施例を示すブローパイプの概略構成図である。図６に示されるように、本実施例は、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂがブローパイプ９の同一方向の周壁に設けられた配置である。また、図６に示されるように、本実施例では、一次ランス１０ａおよび二次ランス１０ｂは、ブローパイプ９の熱風の流れる方向に対して４５°の角度で設けられている。
【００５０】
一次ランス１０ａは、平均粒子径が５０μｍ以上の微粉炭をブローパイプ９に吹き込むための円筒状のランスである。図６に示されるように、平均粒子径が５０μｍ以上の微粉炭は、一次ランス１０ａの円筒の内部を通り、初速度ｖｐ０でブローパイプ９に吹き込まれる。
【００５１】
二次ランス１０ｂは、平均粒子径が５０μｍ以下の微粉炭をブローパイプ９に吹き込むための円筒状のランスである。図６に示されるように、平均粒子径が５０μｍ以下の微粉炭は、二次ランス１０ｂの円筒の内部を通りブローパイプ９に吹き込まれ、ブローパイプ９内に拡散される。
【００５２】
ブローパイプ９は、熱風を高炉１へ送入するためのパイプである。本実施例では、ブローパイプ９を流れる熱風の流速Ｖは２００ｍ／ｓであり、ガス密度は０．９４ｋｇ／ｍ３であり、粘性係数は５．６×１０−５Ｐａ・ｓであり、粒子の密度は１５００ｋｇ／ｍである。
【００５３】
以上の条件において、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の粒子軌道の計算をした結果が図７に示されている。図７は、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の粒子軌道を示すグラフである。なお、図７に示されるグラフは、一次ランス１０ａの吹き込み口をグラフの原点とし、ブローパイプ９の熱風の流れる方向をグラフのｘ軸とし、ブローパイプ９の横断方向をグラフのｙ軸としている。
【００５４】
ここで、本実施例の一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭は、粒子径の最小値が５０μｍであり、粒子径の最大値が１００μｍである。したがって、図７に示されるグラフにおいて、粒子径が５０μｍの微粉炭の粒子軌道と粒子径が１００μｍの微粉炭の粒子軌道との間の斜線領域が、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の粒子軌道の範囲である。
【００５５】
そこで、二次ランス１０ｂを配置する場合、図７に示される斜線領域よりも下側に配置されるべきである。すなわち、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭のうち最小粒子径の微粉炭の粒子軌道よりも、二次ランス１０ｂがブローパイプ９の対向方向の手前側に配置される。具体的には、二次ランス１０ｂの吹き込み口を一次ランス１０ａの吹き込み口よりも０．１５ｍ下流に配置する場合、二次ランス１０ｂの吹き込み口がブローパイプ９の横断方向（ｙ軸方向）に０．０１２ｍ以下となるように配置されることになる。
【００５６】
以上のように一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとを配置することにより、本実施例では、一次ランス１０ａから吹き込まれた微粉炭が、二次ランス１０ｂに衝突することを回避しながらも、小粒子径の微粉炭よりも大粒子径の微粉炭の燃焼を強く促進させることができる。
【００５７】
図８は、本発明の効果を示す粒子径が１００μｍの微粉炭の燃焼量のグラフである。図８に示されるグラフは、実施例１と実施例２と比較例とにおける一次ランス１０ａの先端位置から高炉１内部方向へ１ｍの位置における大粒子径微粉炭（１００μｍ）の燃焼量を比較したものである。ここでの比較例は、平均粒子径が５０μｍ以下の微粉炭および平均粒子径が５０μｍ以上の微粉炭の両方を一次ランス１０ａから吹き込んだ例である。なお、一次ランス１０ａの先端位置から１ｍの位置とは、高炉１内のレースウェイ１１の中心に相当する位置である。
【００５８】
図８に示されるグラフから読み取れるように、本発明を適用した実施例１および２は、比較例と比較して、顕著な燃焼促進効果が認められる。
【００５９】
なお、上記実施例では、ブローパイプ９の中心軸を通る同一平面上に一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとを配置する構成のみを取り扱ったが、本発明の実施はこの配置に限らず、例えば、３次元的配置による実施も可能である。一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとを３次元的に配置する場合、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の３次元粒子軌道を算出し、この３次元粒子軌道と二次ランス１０ｂとが交差しないようにすることにより、本発明を適切に実施することができる。また、一つのブローパイプ９に一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとを複数対備えることにより、本発明を実施することも可能である。また、一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとを意図的に同一平面からずらして配置することにより、ブローパイプ９内に渦流を発生させるように配置することも可能である。
【００６０】
以上より、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法は、高炉１の羽口４に接続されたブローパイプ９に設けられた複数のランスを介して微粉炭を高炉１内に吹き込む微粉炭の吹き込み方法であって、ブローパイプ９の主流ガスの上流側に設けられた一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭の平均粒子径は、ブローパイプ９の主流ガスの下流側に設けられた二次ランス１０ｂから吹き込まれる微粉炭の平均粒子径よりも大きいので、小粒子径の微粉炭よりも大粒子径の微粉炭の燃焼を強く促進させることができる。
【００６１】
また、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法は、一次ランス１０ａから吹き込まれる大粒子径微粉炭の平均粒子径をｄｐ１とし、二次ランス１０ｂから吹き込まれる小粒子径微粉炭の平均粒子径をｄｐ２としたときに、一次ランス１０ａから羽口４までの距離Ｌ１と二次ランス１０ｂから羽口４までの距離Ｌ２とが先述式（３）を満たすことにより、一次ランス１０ａから吹き込まれる大粒子径微粉炭と二次ランス１０ｂから吹き込まれる小粒子径微粉炭とを羽口４の位置で同じ温度まで昇温させることができる。
【００６２】
また、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法は、一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとが、ブローパイプ９の対向する周壁に設けられ、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭のうち最大粒子径の微粉炭の粒子軌道よりも、二次ランス１０ｂがブローパイプ９の対向方向に離隔されていることにより、一次ランス１０ａから吹き込まれた微粉炭が、二次ランス１０ｂに衝突することを回避することができる。
【００６３】
または、本発明の実施形態にかかる微粉炭の吹き込み方法は、一次ランス１０ａと二次ランス１０ｂとが、ブローパイプ９の同一方向の周壁に設けられ、一次ランス１０ａから吹き込まれる微粉炭のうち最小粒子径の微粉炭の粒子軌道よりも、二次ランス１０ｂがブローパイプ９の対向方向の手前側に配置されていることにより、一次ランス１０ａから吹き込まれた微粉炭が、二次ランス１０ｂに衝突することを回避することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  高炉
２  鉄鉱石
３  コークス
４  羽口
５  銑鉄
６  スラグ
７  溶融帯
８  炉心
９  ブローパイプ
１０  吹き込み用ランス
１０ａ  一次ランス
１０ｂ  二次ランス
【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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