(57)【要約】【課題】羽口に送風される熱風に酸素を富化すると共に羽口部に微粉炭と酸素を吹込む場合に、微粉炭の燃焼性を向上することが可能な酸素富化率設定方法を提供する。【解決手段】羽口先の燃焼状態に基づいて熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率、即ち羽口吹込み酸素比率を調整する。羽口先の燃焼状態は、羽口吹込み酸素比率に応じて変化するため、予め羽口先の燃焼状態と羽口吹込み酸素比率との関係を把握していれば、羽口先の燃焼状態を良好にするための羽口吹込み酸素比率の最適値を求めることができる。また、羽口吹込み酸素比率と羽口先燃焼状態との関係は、単位銑鉄あたりの吹込み微粉炭量、即ち微粉炭比によって異なる。従って、羽口吹込み酸素比率と、羽口先燃焼状態との関係を、予め微粉炭比毎に求めておけば、微粉炭比が変化したときにも羽口先の燃焼状態を良好にするための羽口吹込み酸素比率の最適値を求めることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口部から高炉内部に送風される熱風に酸素を富化することが可能で、且つ前記羽口部に微粉炭を吹込むと共にその近傍から酸素を吹込むことが可能な場合の酸素富化率設定方法において、前記羽口先の燃焼状態に基づいて前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率を調整することを特徴とする酸素富化率設定方法。
【請求項２】
前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率と、羽口先燃焼状態との関係を予め求め、その関係から、前記羽口先の燃焼状態に基づいて、前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率の最適値を設定し、その最適値になるように前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率を調整することを特徴とする請求項１に記載の酸素富化率設定方法。
【請求項３】
前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率と、羽口先燃焼状態との関係を、単位銑鉄あたりの吹込み微粉炭量毎に予め求めることを特徴とする請求項２に記載の酸素富化率設定方法。
【請求項４】
羽口部から高炉内部に送風される熱風に酸素を富化することが可能で、且つ前記羽口部に微粉炭を吹込むと共にその近傍から酸素を吹込むことが可能な場合に、前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率と、羽口先燃焼状態との関係を予め求め、その関係から、前記羽口先の燃焼状態に基づいて、前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率の最適値を設定し、その最適値になるように前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率を調整することを特徴とする高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽口部から高炉内部に送風される熱風に酸素を富化することが可能で、且つ羽口部に微粉炭を吹込むと共にその近傍から酸素を吹込むことが可能な高炉の酸素富化率設定方法及び高炉操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉法とは、炉頂部から鉄鉱石・焼結鉱やコークスなどの塊成化された原料を装入する一方で、炉下部の羽口から熱風を炉内に吹込み、羽口先でコークスが燃焼することで還元ガスが発生し、その還元ガスが炉内を炉頂部に向かって上昇している過程で、炉内の原料（鉱石）を還元・溶融して銑鉄を製造する方法である。近年では、コークスの塊成化工程でかかるコストを低減するために、石炭を細かく粉砕した微粉炭を羽口部に直接吹込み、これによりコークスと置換して溶銑製造コストを低減する操業を実施している。ここで、羽口先（羽口前）には、熱風が吹込まれる衝撃でレースウエイと呼ばれる直径１ｍ程度の大きさの燃焼空間が形成されており、吹込まれた微粉炭は、この狭い燃焼空間を通過する短い時間の間にできるだけ燃焼させてしまうことが望ましい。その理由は、燃え残った微粉炭は未燃チャーとして炉内に蓄積され、通気性を悪化させる原因となり、安定操業を阻害するためである。
【０００３】
この微粉炭を効率よく燃焼させて操業安定化を図る方法としては、一般的に、１）燃焼空間の温度を高くする方法（反応速度向上）、２）燃焼空間の酸素濃度を高くする方法（反応速度向上）、３）燃焼空間の大きさを調整する方法（反応時間確保）、４）微粉炭の性状（揮発分、粒度）を調整する方法（反応速度向上）などが知られている。このうち、２）の方法の一つとして、例えば下記特許文献１に記載されるように、羽口部に微粉炭を吹込むと同時にその近傍から酸素又は酸素濃度の高い気体を吹込む方法がある。また、３）の方法の一つとして、例えば下記特許文献２に記載されるように、送風条件や羽口部の情報から羽口毎のレースウエイの大きさ（深度）を算出し、それらのレースウエイ深度の高炉円周方向の偏差が小さくなるように微粉炭の吹込み量を調整する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８６５１１号公報
【特許文献２】特公平１−２０２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１に記載される酸素吹込み方法では、高圧の羽口部に多量の酸素を吹込むには吹込み酸素の圧力を高圧に昇圧する必要があり、コストアップとなると共に、羽口に直接吹込まれる酸素は昇温されていないために温度が１００℃程度と低く、多量の羽口酸素吹込みは羽口先燃焼温度を低下させ、かえって微粉炭の燃焼性を低下させるという問題がある。一方、前記特許文献２に記載される微粉炭吹込み方法では、微粉炭の燃焼性を向上させて羽口先の燃焼状態を改善する技術ではないため、操業状況によっては微粉炭の吹込み量を低下させる必要があり、その結果、炉温維持のために高価なコークスを使ってコストアップとなることもある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、羽口に送風される熱風に酸素を富化すると共に羽口部に微粉炭と酸素を吹込む場合に、微粉炭の燃焼性を向上することが可能な酸素富化率設定方法及び高炉操業方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の酸素富化率設定方法は、羽口部から高炉内部に送風される熱風に酸素を富化することが可能で、且つ前記羽口部に微粉炭を吹込むと共にその近傍から酸素を吹込むことが可能な場合の酸素富化率設定方法において、前記羽口先の燃焼状態に基づいて前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率を調整することを特徴とするものである。
【０００７】
また、前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率と、羽口先燃焼状態との関係を予め求め、その関係から、前記羽口先の燃焼状態に基づいて、前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率の最適値を設定し、その最適値になるように前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率を調整することを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率と、羽口先燃焼状態との関係を、単位銑鉄あたりの吹込み微粉炭量毎に予め求めることを特徴とするものである。
また、本発明の高炉操業方法は、羽口部から高炉内部に送風される熱風に酸素を富化することが可能で、且つ前記羽口部に微粉炭を吹込むと共にその近傍から酸素を吹込むことが可能な場合に、前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率と、羽口先燃焼状態との関係を予め求め、その関係から、前記羽口先の燃焼状態に基づいて、前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率の最適値を設定し、その最適値になるように前記熱風への富化酸素と前記微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率を調整することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
而して、本発明の酸素富化率設定方法及び高炉操業方法によれば、羽口部から高炉内部に送風される熱風に酸素を富化することが可能で、且つ羽口部に微粉炭を吹込むと共にその近傍から酸素を吹込むことが可能な場合に、羽口先の燃焼状態に基づいて熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率を調整する。羽口先の燃焼状態は、他の操業条件、例えば熱風の温度や熱風中に含まれる湿分の量などが一定である場合には、熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率に応じて変化する。従って、予め、羽口先の燃焼状態と、熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率との関係を把握していれば、羽口先の燃焼状態を良好にするための熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率の最適値を求めることができ、その最適値になるように熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率を調整すれば、羽口先における微粉炭の燃焼性を向上することができる。
【００１０】
また、熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率と、羽口先燃焼状態との関係は、単位銑鉄あたりの吹込み微粉炭量によって異なる。従って、熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率と、羽口先燃焼状態との関係を、予め単位銑鉄あたりの吹込み微粉炭量毎に求めておけば、単位銑鉄あたりの吹込み微粉炭量が変化したときにも羽口先の燃焼状態を良好にするための熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率の最適値を求めることができ、その最適値になるように熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率を調整すれば、羽口先における微粉炭の燃焼性を確実に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の酸素富化率設定方法及び高炉操業方法が適用された高炉の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】羽口吹込み酸素比率と燃焼温度との関係を示す説明図である。
【図３】図１の高炉において羽口先燃焼状態に応じて羽口吹込み酸素比率を調整したときのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の高炉操業方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の高炉操業方法が適用された高炉の全体図である。図に示すように、高炉１の羽口３には、熱風を送風するための送風管２が接続され、この送風管２を貫通してランス４が設置されている。羽口３の熱風送風方向先方には、レースウエイ５と呼ばれる空間が存在し、主として、この空間で炭材の燃焼が行われる。ランス４から羽口３を通過し、レースウエイ５内に吹込まれた微粉炭（図ではＰＣ：Pulverized Coal）は、コークスと共に、その揮発分と固定炭素が燃焼し、燃焼しきれずに残った、一般にチャーと呼ばれる炭素と灰分の集合体は、レースウエイから未燃チャーとして排出される。前述のように、未燃チャーは炉内に蓄積され、炉内通気性を悪化させるため、レースウエイ５内で微粉炭をできるだけ燃焼させる、つまり微粉炭の燃焼性向上が求められる。
【００１３】
羽口３からレースウエイ５内に吹込まれた微粉炭は、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し、更に輻射伝熱、伝導伝熱によって粒子が急激に温度上昇し、３００℃以上昇温した時点から熱分解が開始し、揮発分に着火して火炎が形成され、燃焼温度は１４００〜１７００℃に達する。ランス４から微粉炭と酸素を平行に吹込んだ場合、微粉炭がＯ2と接触して燃焼し、その燃焼熱によって微粉炭が加熱、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を開始し、燃焼率も上昇する。
【００１４】
本実施形態では、このように微粉炭の燃焼性を向上させるため、ランスを用いて、微粉炭の近傍に酸素を吹込む。例えば、ランス４が所謂単管ランスである場合には、微粉炭を吹込むランス４と酸素を吹込むランス４を２本セットにして各羽口３内に吹込む。また、ランス４が、大径の吹込み管の内側に小径の吹込み管を差し込んだ所謂二重管ランスである場合には、例えば内側吹込み管から微粉炭を吹込み、内側吹込み管と外側吹込み管の隙間から酸素を吹込む。二重管ランスにおける微粉炭と酸素の吹込みは、この逆であってもよいが、酸素と微粉炭を接近させてより燃焼しやすい状態とするのが好ましい。なお、ランスには、酸素供給源からの酸素が直接的に供給される。
【００１５】
本実施形態では、送風管２に供給される熱風にも酸素を富化する。熱風は、ブロワ６で起こした風を熱風炉７に送り、熱風炉７で加熱されて各送風管２に供給される。熱風に富化する酸素は、熱風炉７の上流側に供給される。そのため、送風管２から送風される熱風には加熱された酸素が富化されている。この熱風に富化される酸素と、前述したランス４から吹込まれる酸素は、同じ酸素供給源から供給される。そして、熱風への酸素富化と、前述した微粉炭と共にランス４から吹込まれる酸素の富化との比率は、自在に調整することができる。
【００１６】
単独の送風管２（全体でも結果は同じ）に富化される酸素の富化率と、当該送風管２に挿入されたランス４から吹込まれる酸素の富化率との総和（トータル酸素富化率）を一定として、ランス４から吹込まれる酸素富化率のトータル酸素富化率に対する比率を変化させると、羽口先の燃焼温度、即ち羽口先燃焼状態が変化する。一般には、例えばトータル酸素富化率に対するランス（羽口）吹込み酸素富化率の比率を増加すると、羽口先燃焼状態が良好になり、羽口先燃焼温度が上昇すると考えられている。しかしながら、例えば図２に示すように、或るトータル酸素富化率に対する羽口吹込み酸素富化率の比率（図では羽口吹込み酸素比率、以下、単に羽口吹込み酸素比率とも記す）で羽口先燃焼温度が飽和して、それより羽口吹込み酸素比率を増大しても羽口先燃焼温度は低下することが明らかになった。
【００１７】
図２は、燃焼実験炉において、羽口吹込み酸素比率を変化させたときの羽口先燃焼温度を調査した結果である。燃焼実験炉は、実際の高炉と同じように、炉内にコークスが充填されており、覗き窓からレースウエイの内部を観察することができるようになっている。また、送風管にはランスが差し込まれ、例えば燃焼バーナで生じた熱風を実験炉内に所定の送風量で送風することができる。また、この送風管では、送風の酸素富化量を調整することも可能である。ランスは、微粉炭及び酸素の何れか一方又は双方を送風管内に吹込むことができる。実験炉内で生じた排ガスは、サイクロンと呼ばれる分離装置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、ダストは捕集箱に捕集される。羽口先燃焼温度、つまりレースウエイ内の燃焼温度は、覗き窓から２色温度計によって計測した。２色温度計は、周知のように、熱放射（高温物体から低温物体への電磁波の移動）を利用して温度計測を行う放射温度計であり、温度が高くなると波長分布が短波長側にずれていくことに着目して、波長分布の温度の変化を計測することで温度を求める波長分布形の一つであり、中でも波長分布を捉えるため、２つの波長における放射エネルギーを計測し、比率から温度を測定するものである。
【００１８】
前述のように、微粉炭吹込み原単位、即ち微粉炭比一定で、羽口吹込み酸素比率を増加していくと、或る比率で羽口先燃焼温度はピークとなり、それ以後、羽口吹込み酸素比率を増大するほど羽口先燃焼温度は低下する。これは、前述のように、羽口（ランス）に吹込まれる酸素が加熱されない、常温（低温）の酸素であり、微粉炭の燃焼性向上に寄与する以上に低温の酸素を吹込むと、かえって羽口先燃焼温度を低下させてしまうためであると考えられる。更に、図２から明らかなように、微粉炭比を変えて羽口吹込み酸素比率を変更すると、羽口先燃焼温度が変化するだけでなく、各微粉炭比における羽口先燃焼温度のピークに対応する羽口吹込み酸素比率の値が変化する。従って、設定されている微粉炭比（微粉炭吹込み量）において、羽口先燃焼温度がピークとなる羽口吹込み酸素比率を設定、調整すればよい。
【００１９】
高炉の炉内状況は、送風条件、例えば微粉炭の吹込み量などを一定に保っていても、他の様々な要因、例えば原料（コークスや鉄鉱石など）の物理的及び化学的性状の変動（バラツキ）などで、羽口先の燃焼状態は変化する。つまり、羽口吹込み酸素比率の最適値は炉内状況により変動することを意味している。そのため「羽口先燃焼状態」をセンサー情報により把握して試行錯誤的に最適値を見いだす点が本技術のポイントである。但し、実際の生産設備で羽口吹込み酸素比率を大きく変更して最適点を探す方法は操業上好ましくないので、或る程度望ましい値をラボテスト結果などから求めておいて設定するというやり方が実用的な運用方法となる。
【００２０】
図２では、羽口先燃焼状態として羽口先燃焼温度を用いた。例えば、羽口先燃焼温度は送風圧力と逆の傾向にある。即ち、羽口先の燃焼状態が良好で、羽口先燃焼温度が高いときには、送風圧力が低くなる。逆に、羽口先の燃焼状態が悪化し、羽口先燃焼温度が低いときには、送風圧力が高くなる。これは、炉内の通気抵抗指数とも一致する。即ち、炉内の通気抵抗指数は、周知のように、送風圧力、炉頂部圧力、送風量から求められ、送風圧力が高いほど、炉内通気抵抗指数が大きくなり、通気の状態が悪い。通気状態の低下は、即ち羽口先燃焼温度の低下であり、羽口先燃焼状態の悪化である。従って、これらの羽口先燃焼状態の情報を用いつつ羽口吹込み酸素比率を調整していけば、現状設定されている微粉炭比における羽口先燃焼温度のピーク点、つまり羽口先燃焼状態の最適点を達成する羽口吹込み酸素比率の最適値を探索して把握することができ、その最適値になるように羽口吹込み酸素比率を調整する。
【００２１】
そこで、本実施形態では、羽口３に埋設された温度計Ｔ（羽口埋込み温度）で羽口先燃焼温度を、送風管２に取付けられた圧力計Ｐで炉内通気抵抗指数を検出しながら、羽口吹込み酸素比率を調整した。その例を図３に示す。図３の例では、予め設定された微粉炭比で微粉炭を吹込み、羽口先燃焼温度が安定する羽口吹込み酸素比率で操業を継続していたところ、何らかの要因により羽口先燃焼温度が低下すると共に炉内通気抵抗指数が悪化した。これは、炉内状況の変動により現状設定されている羽口吹込み酸素比率が最適点ではなくなったことを意味している。そこで、現状の炉内状況に合った最適点に合わせるべく、羽口吹込み酸素比率を段階的に上昇させた。まず、一段目の増加により、羽口先燃焼温度は上昇傾向、炉内通気抵抗指数は低下傾向となったため、羽口先燃焼状態は改善方向となったと判断した。更に、二段目の増加を行ったところ、今度は逆に羽口先燃焼温度は低下に転じ、炉内通気抵抗指数は上昇傾向となった。これは、羽口先燃焼状態が悪化したことを示しており、図２でいえば、羽口先燃焼温度がピーク点となる羽口吹込み酸素比率の最適値を通り過ぎてしまったと考えられる。つまり、一段目の増加アクションの羽口吹込み酸素比率の設定が、現状の炉内状況に合った最適値であることが判断できる。そのため、再度、一段目のアクションに戻したところ、羽口先燃焼温度は上昇し、安定した羽口先燃焼温度と炉内通気抵抗指数を得ることができた。
【００２２】
このように本実施形態の高炉操業方法では、羽口部から高炉内部に送風される熱風に酸素を富化することが可能で、且つ羽口部に微粉炭を吹込むと共にその近傍から酸素を吹込むことが可能な場合に、羽口先の燃焼状態に基づいて熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる富化酸素との比率、即ち羽口吹込み酸素比率を調整する。羽口先の燃焼状態は、羽口吹込み酸素比率に応じて変化する。従って、予め、羽口先の燃焼状態と、羽口吹込み酸素比率との関係を把握していれば、羽口先の燃焼状態を良好にするための羽口吹込み酸素比率の最適値を求めることができ、その最適値になるように羽口吹込み酸素比率を調整すれば、羽口先における微粉炭の燃焼性を向上することができる。
【００２３】
また、熱風への富化酸素と微粉炭の近傍から吹込まれる酸素富化との比率、即ち羽口吹込み酸素比率と、羽口先燃焼状態との関係は、単位銑鉄あたりの吹込み微粉炭量、即ち微粉炭比によって異なる。従って、羽口吹込み酸素比率と、羽口先燃焼状態との関係を、予め微粉炭比毎に求めておけば、微粉炭比が変化したときにも羽口先の燃焼状態を良好にするための羽口吹込み酸素比率の最適値を求めることができ、その最適値になるように羽口吹込み酸素比率を調整すれば、羽口先における微粉炭の燃焼性を確実に向上することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１は高炉
２は送風管
３は羽口
４はランス
５はレースウエイ
６はブロワ
７は熱風炉
Ｔは温度計
Ｐは圧力計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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