(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体又は流体が流れる流路を三つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、
前記三つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の管体によって形成された円形断面流路部と、
前記三つの流路のうち二つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした一つ目の縦割り管体の両端部を前記断面円形の管体に接合して形成された一つ目の不完全円形断面流路部と、
前記三つの流路のうち三つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした二つ目の縦割り管体の一端部を前記断面円形の管体に接合し、前記二つ目の縦割り管体の他端部を前記一つ目の縦割り管体に接合して形成された二つ目の不完全円形断面流路部とを備え、
前記円形断面流路部及び前記一つ目及び二つ目の不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とする高炉羽口用複合ランス。
【請求項２】
前記集合流路部を冷却するための冷却流体用の冷却流体流路部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の高炉羽口用複合ランス。
【請求項３】
前記集合流路部の外周に外周管体を設け、前記集合流路部と前記外周管体との隙間を前記冷却流体流路部としたことを特徴とする請求項２に記載の高炉羽口用複合ランス。
【請求項４】
前記三つの流路のうちいずれか一つを前記固体が流れる流路とし、前記三つの流路のうち前記固体が流れる流路を除く二つの流路を前記流体が流れる流路とし、
固体還元材を供給する固体還元材供給手段が前記固体が流れる流路に接続され、
支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給手段が前記流体が流れる流路のいずれか一つに接続されたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の高炉羽口用複合ランス。
【請求項５】
気体還元材を供給する気体還元材供給手段が、前記支燃性ガス供給手段が接続されている前記流体が流れる流路のいずれか一つ以外の流路に接続されたことを特徴とする請求項４に記載の高炉羽口用複合ランス。
【請求項６】
前記円形断面流路部を構成する前記三つの流路のうち一つ目の流路が前記固体が流れる流路を構成し、
前記固体還元材供給手段が前記円形断面流路部によって構成される前記固体が流れる流路に接続されたことを特徴とする請求項４又は５に記載の高炉羽口用複合ランス。
【請求項７】
固体又は流体が流れる流路を三つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、
前記三つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の一つ目の管体によって形成された一つ目の円形断面流路部と、
前記三つの流路のうち二つ目の流路を構成し、前記一つ目の管体に接合されるとともに断面円形の二つ目の管体によって形成された二つ目の円形断面流路と、
前記三つの流路のうち三つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした縦割り管体の両端部を前記一つ目の管体及び前記二つ目の管体に接合して形成された不完全円形断面流路部とを備え、
前記一つ目及び二つ目の円形断面流路部及び前記不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とする高炉羽口用複合ランス。
【請求項８】
固体又は流体が流れる流路を四つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、
前記四つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の一つ目の管体によって形成された一つ目の円形断面流路部と、
前記四つの流路のうち二つ目の流路を構成し、前記一つ目の管体に接合されるとともに断面円形の二つ目の管体によって形成された二つ目の円形断面流路部と、
前記四つの流路のうち三つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした一つ目の縦割り管体の両端部を前記一つ目の管体及び前記二つ目の管体に接合して形成された一つ目の不完全円形断面流路部と、
前記四つの流路のうち四つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした二つ目の縦割り管体の両端部を前記一つ目の管体及び前記二つ目の管体に接合して形成された二つ目の不完全円形断面流路部とを備え、
前記一つ目及び二つ目の円形断面流路部及び前記一つ目及び二つ目の不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とする高炉羽口用複合ランス。
【請求項９】
固体又は流体が流れる流路を四つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、
前記四つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の管体によって形成された円形断面流路部と、
前記四つの流路のうち二つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした一つ目の縦割り管体の両端部を前記断面円形の管体に接合して形成された一つ目の不完全円形断面流路部と、
前記四つの流路のうち三つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした二つ目の縦割り管体の一端部を前記断面円形の管体に接合し、前記二つ目の縦割り管体の他端部を前記一つ目の縦割り管体に接合して形成された二つ目の不完全円形断面流路部と、
前記四つの流路のうち四つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした三つ目の縦割り管体の両端部を前記一つ目の縦割り管体及び前記二つ目の縦割り管体に接合して形成された三つ目の不完全円形断面流路部とを備え、
前記円形断面流路部及び前記一つ目、二つ目及び三つ目の不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とする高炉羽口用複合ランス。
【請求項１０】
固体又は流体が流れる流路を二つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、
前記二つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の管体によって形成された円形断面流路部と、
前記二つの流路のうち二つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした縦割り管体の両端部を前記断面円形の管体に接合して形成された不完全円形断面流路部とを備え、
前記円形断面流路部及び前記不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とする高炉羽口用複合ランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉羽口から微粉炭などの固体還元材と、ＬＮＧ（Liquefied Natural Gas：液化天然ガス）などの気体還元材とを吹き込んで、燃焼温度を上昇させることにより生産性の向上及び還元材原単位の低減を図る高炉の操業方法に用いられるランスに関するものである。
【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問題となっており、製鉄業においても排出ＣＯ２の抑制は重要な課題である。これを受け、最近の高炉操業では、低還元材比（低ＲＡＲ：Reduction Agent Ratioの略で、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）操業が強力に推進されている。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おり、低還元材比、ひいては炭酸ガス排出抑制を達成するためにはコークスなどを廃プラ、ＬＮＧ、重油等の水素含有率の高い還元材で置換する方策が有効である。その際、ランスから固体還元材、気体還元材、支燃性ガスを同時に吹き込むことで、気体還元材の燃焼場により固体還元材の昇温が促進されることで固体還元材の燃焼率が向上し、未燃粉やコークス粉の発生が抑制され、通気が改善することで還元材比が削減できるとされている。下記特許文献１では、例えばランスを三重管型とし、最も内側の管の内側を内管ランス、最も内側の管と内側から二番目の管の間を中間ランス、内側から二番目の管と最も外側の管の間を外管ランスとし、内管ランス、中間ランス、外管ランスの夫々から、固体還元材、気体還元材、支燃性ガスの一種類ずつを吹き込むようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７４１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、羽口に主として熱風を送風する送風管（ブローパイプ）にはランス用ガイド管が設けられており、ランスはランス用ガイド管を通じて送風管内に挿入される。しかしながら、前記特許文献１に記載されるようにランスを重管型とし、管と管の隙間からガスを吹き込む場合、ガスの流速に対する圧力損失が大きく、ガス量と流速を両立させようとすると、ランスの径が極端に増大し、ランス用ガイド管内に挿入できない可能性がある。
【０００５】
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、ランスの径を極端に増加させることなく、還元材原単位の低減を可能とする高炉羽口用複合ランス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、本発明の高炉羽口用複合ランスは、固体又は流体が流れる流路を三つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、前記三つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の管体によって形成された円形断面流路部と、前記三つの流路のうち二つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした一つ目の縦割り管体の両端部を前記断面円形の管体に接合して形成された一つ目の不完全円形断面流路部と、前記三つの流路のうち三つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした二つ目の縦割り管体の一端部を前記断面円形の管体に接合し、前記二つ目の縦割り管体の他端部を前記一つ目の縦割り管体に接合して形成された二つ目の不完全円形断面流路部とを備え、前記円形断面流路部及び前記一つ目及び二つ目の不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明における固体又は流体が流れる二以上の平行な流路とは、流路が互いに交わらず且つ独立しており、各流路を流れる固体又は流体が同一方向に流れる関係にあるものを全て示す。また、固体は搬送ガスと共に流路に流すことが可能で、また搬送ガスが還元性ガスなどの他の機能を有していてもよい。
また、前記集合流路部を冷却するための冷却流体用の冷却流体流路部を備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記集合流路部の外周に外周管体を設け、前記集合流路部と前記外周管体との隙間を前記冷却流体流路部としたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、前記三つの流路のうちいずれか一つを前記固体が流れる流路とし、前記三つの流路のうち前記固体が流れる流路を除く二つの流路を前記流体が流れる流路とし、固体還元材を供給する固体還元材供給手段が前記固体が流れる流路に接続され、支燃性ガスを供給する支燃性ガス供給手段が前記流体が流れる流路のいずれか一つに接続されたことを特徴とするものである。
また、気体還元材を供給する気体還元材供給手段が、前記支燃性ガス供給手段が接続されている前記流体が流れる流路のいずれか一つ以外の流路に接続されたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、前記円形断面流路を構成する前記三つの流路のうち一つ目の流路が前記固体が流れる流路を構成し、前記固体還元材供給手段が前記円形断面流路によって構成される前記固体が流れる流路に接続されたことを特徴とするものである。
また、固体又は流体が流れる流路を三つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、前記三つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の一つ目の管体によって形成された一つ目の円形断面流路部と、前記三つの流路のうち二つ目の流路を構成し、前記一つ目の管体に接合されるとともに断面円形の二つ目の管体によって形成された二つ目の円形断面流路部と、前記三つの流路のうち三つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした縦割り管体の両端部を前記一つ目の管体及び前記二つ目の管体に接合して形成された不完全円形断面流路部とを備え、前記一つ目及び二つ目の円形断面流路部及び前記不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とするものである。
また、固体又は流体が流れる流路を四つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、前記四つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の一つ目の管体によって形成された一つ目の円形断面流路部と、前記四つの流路のうち二つ目の流路を構成し、前記一つ目の管体に接合されるとともに断面円形の二つ目の管体によって形成された二つ目の円形断面流路部と、前記四つの流路のうち三つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした一つ目の縦割り管体の両端部を前記一つ目の管体及び前記二つ目の管体に接合して形成された一つ目の不完全円形断面流路部と、前記四つの流路のうち四つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした二つ目の縦割り管体の両端部を前記一つ目の管体及び前記二つ目の管体に接合して形成された二つ目の不完全円形断面流路部とを備え、前記一つ目及び二つ目の円形断面流路部及び前記一つ目及び二つ目の不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とするものである。
また、固体又は流体が流れる流路を四つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、前記四つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の管体によって形成された円形断面流路部と、前記四つの流路のうち二つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした一つ目の縦割り管体の両端部を前記断面円形の管体に接合して形成された一つ目の不完全円形断面流路部と、前記四つの流路のうち三つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした二つ目の縦割り管体の一端部を前記断面円形の管体に接合し、前記二つ目の縦割り管体の他端部を前記一つ目の縦割り管体に接合して形成された二つ目の不完全円形断面流路部と、前記四つの流路のうち四つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした三つ目の縦割り管体の両端部を前記一つ目の縦割り管体及び前記二つ目の縦割り管体に接合して形成された三つ目の不完全円形断面流路部とを備え、前記円形断面流路部及び前記一つ目、二つ目及び三つ目の不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とするものである。
また、固体又は流体が流れる流路を二つの平行な状態で有する高炉羽口用複合ランスであって、前記二つの流路のうち一つ目の流路を構成し、断面円形の管体によって形成された円形断面流路部と、前記二つの流路のうち二つ目の流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした縦割り管体の両端部を前記断面円形の管体に接合して形成された不完全円形断面流路部とを備え、前記円形断面流路部及び前記不完全円形断面流路部とによって集合流路部を構成したことを特徴とするものである。
なお、前記本発明の高炉羽口用複合ランスを用い、固体還元材及び支燃性ガスを高炉の羽口に吹込み、場合に応じて気体還元材を前記高炉の羽口に吹込むことを特徴とする高炉操業方法は、本発明の高炉羽口用複合ランスの用途として好適である。
【発明の効果】
【００１１】
而して、本発明の高炉羽口用複合ランスによれば、固体又は流体が流れる流路を二以上平行な状態で有し、断面円形の管体によって円形断面流路部を形成し、この円形断面流路部で何れかの流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした縦割り管体を断面円形の管体及び他の縦割り管体の少なくとも一方に接合して不完全円形断面流路部を形成し、この不完全円形断面流路部で何れか他の流路を構成し、円形断面流路部及び不完全円形断面流路部によって集合流路部を構成した。円形断面流路部や不完全円形断面流路部は、重管型ランスにおける管と管の隙間よりも流速に対する圧力損失が小さく、流体として流すガスや固体を搬送するために流すガスのガス量と流速を両立しても、集合流路部の外周径が極端に増加することがないから、ランス全体の径が極端に増加することもない。そのため、所望する量の固体還元材、気体還元材、支燃性ガスを羽口に吹き込むことが可能となり、その結果、還元材原単位を低減することができる。
【００１２】
また、集合流路部の外周に外周管体を設け、集合流路部と外周管体との隙間を、集合流路部を冷却するための冷却流体用の冷却流体流路部とした。そのため、ランス全体の径を極端に増加することなく、しかも集合流路部の冷却性能に優れ、効率よく集合流路部を冷却することができる。
また、円形断面流路部によって固体が流れる流路を構成し、この円形断面流路部によって構成される流路に固体還元材供給手段を接続した。円形断面流路部は、不完全円形断面流路部よりも流動抵抗が小さいので、円形断面流路部によって固体が流れる流路を構成し、その流路に固体還元材供給手段を接続して固体還元材を吹き込めば、固体還元材を円滑に羽口に吹き込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の高炉羽口用複合ランス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】図１の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】図２の微粉炭の燃焼メカニズムの説明図である。
【図４】微粉炭とＬＮＧと酸素と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】燃焼実験装置の説明図である。
【図６】ランス内の吹き込み管の説明図である。
【図７】ランスの外観及び配置の説明図である。
【図８】燃焼実験結果の燃焼率の説明図である。
【図９】燃焼実験結果の圧力損失の説明図である。
【図１０】ランス内の吹き込み管と冷却流体流路部の説明図である。
【図１１】ランス内の吹き込み管と冷却流体流路部の説明図である。
【図１２】ランスの外観及び配置の説明図である。
【図１３】ランス内の吹き込み管の他の例を示す説明図である。
【図１４】ランス内の吹き込み管の更に他の例を示す説明図である。
【図１５】ランス内の吹き込み管の更に更に他の例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の高炉羽口用複合ランス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（ブローパイプ）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のコークス堆積層には、レースウエイ５と呼ばれる燃焼空間が存在し、主として、この燃焼空間で鉄鉱石の還元、即ち造銑が行われる。なお、前述のように、送風管２の壁部には、図示しないランス用ガイド管が挿入されており、このランス用ガイド管の内部にランス４が挿入されている。
【００１５】
図２には、ランス４から微粉炭６だけを吹き込んだときの燃焼状態を示す。ランス４から羽口３を通過し、レースウエイ５内に吹き込まれた微粉炭６は、コークス７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８として排出される。羽口３の熱風送風方向先方における熱風速度は約２００ｍ／ｓｅｃであり、ランス４の先端からレースウエイ５内におけるＯ２の存在領域は約０．３〜０．５ｍとされているので、実質的に１／１０００秒のレベルで微粉炭粒子の昇温及びＯ２との接触効率（分散性）の改善が必要となる。
【００１６】
図３は、ランス４から送風管２内に微粉炭（図では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。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。揮発分が放出してしまうと、前述したチャー８となる。チャー８は、主に固定炭素であるので、燃焼反応と共に、炭素溶解反応と呼ばれる反応も生じる。
【００１７】
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と酸素との吹き込み方法は、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参考に示している。このように微粉炭とＬＮＧと酸素と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。
【００１８】
このような知見に基づき、図５に示す燃焼実験装置を用いて燃焼実験を行った。実験炉１１内には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。送風管１２にはランス４が差し込まれ、燃焼バーナ１３で生じた熱風を実験炉１１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１２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４は、微粉炭及びＬＮＧ及び酸素の何れか一つ又は二以上を送風管１２内に吹き込むことができる。実験炉１１内で生じた排ガスは、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。
【００１９】
燃焼実験では、ランス４に単管ランス、三重管ランス（以下、重管型ランスとも記す）、３本の吹き込み管を並列に束ねて一体とした並列型ランスを用いた。そして、単管ランスから微粉炭のみを吹き込んだ場合をベースとして、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、並列型ランスの夫々の吹き込み管から微粉炭、ＬＮＧ、酸素を吹き込んだ場合の夫々について、燃焼率、ランス内圧力損失、ランス表面温度、並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。
【００２０】
図６ａには重管型ランスの各吹き込み管の諸元を、図６ｂには並列型ランスの各吹き込み管の諸元を示す。重管型ランスでは、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通りである。そして、その結果、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となった。また、並列型ランスでは、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、それらを束ねた。各ステンレス鋼管の諸元は図に示す通りである。なお、並列型ランスの外周径は２５．２９３ｍｍで、重管型ランスの外管Ｏの外径よりやや小径である。
【００２１】
実際のランスは、後段に詳述するように、図６ａ、図６ｂに示す吹き込み管の外側に冷却流体流路部を形成し、内部に冷却流体を流して吹き込み管を冷却する。冷却流体には、水が最適であるが、窒素ガスや空気などのガスを用いることも可能である。図７は、並列型の吹き込み管の外側に冷却流体流を形成して水冷化した並列型ランス４を示す（重管型ランスも同様である）。ランスの上方に突出する二本の管は、夫々、冷却流体の供給側と戻り側に接続される。実験では、図７ａに示すように、並列型ランスの第１管２１から微粉炭（ＰＣ）を吹き込み、第２管２２からＬＮＧを吹き込み、第３管２３から酸素を吹き込んだ。なお、夫々のランスの送風管（ブローパイプ）への差し込み長さは、図７ｂに示すように、２００ｍｍとした。
【００２２】
また、吹き込みに際しては、微粉炭の主流にＬＮＧと酸素とが衝突するように調整することもできる。重管型ランスでは、微粉炭、酸素、ＬＮＧが互いに衝突することなく、同心状に吹き込まれる。一方、並列型ランスでは、例えば吹き込み先端構造を調整することにより、微粉炭流、酸素流、ＬＮＧ流を夫々調整することができる。吹き込み管の先端構造としては、例えば先端を斜めに切除したものや、先端を曲げた構造のものが適用できる。このうち、吹き込み管の先端を斜めに切除する場合には、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すると、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。
【００２３】
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。
【００２４】
図８には、燃焼実験による燃焼率の結果を示す。同図から明らかなように、重管型ランスでは酸素の流速が１００ｍ／ｓまでの範囲、並列型ランスでは酸素の流速が１５０ｍ／ｓまでの範囲では、酸素の流速の増加に伴って微粉炭の燃焼率が増加している。これは、重管型ランスの場合は、流速の増加により熱風に拡散するランスからの吹き込み酸素（以下、ランス由来酸素と記す）が減少し、微粉炭と混合されるランス由来酸素の割合が増加したためであり、並列型ランスの場合は、酸素の流速の増加により熱風に拡散するランス由来酸素が減少し、更に揮発分やＬＮＧの燃焼により消費されるランス由来酸素が減少し、微粉炭と混合されるランス由来酸素の割合が増加したためだと考えられる。なお、重管型ランスの燃焼率のデータが、酸素流速１００ｍ／ｓの範囲までしかないのは、圧力損失が限界となるためである。また、並列型ランスでは、酸素流速が１５０ｍ／ｓ以上の領域で燃焼率が低下しているが、これはランス由来酸素の流速が熱風の流速に近づき、酸素流が微粉炭流と平行に流れるため、ランス由来酸素が微粉炭と混合しないままレースウエイ奥に到達するためである。図９には、重管型ランスと並列型ランスの圧力損失の測定結果を示す。同図から明らかなように、並列型ランスは重管型ランスに比べ、同じ流速における圧力損失が低下している。これは、重管型ランスの流路が管と管の隙間で流動抵抗（通気抵抗）が大きいのに対し、断面円形の管体そのもので構成される並列型ランスの流路の流動抵抗（通気抵抗）が小さいためであると考えられる。
【００２５】
このように、重管型ランスに比べて並列型ランスは、流速に対する圧力損失が小さく、ＬＮＧや酸素のように流体として吹き込み管に流すガス、或いは微粉炭を搬送するための窒素のようなガスのガス量と流速を両立することが可能である。つまり、微粉炭の燃焼率を向上するために必要なＬＮＧや酸素を十分な量、十分な流速で吹き込むことが可能となり、その結果、還元材原単位の低減が可能になると考えられる。しかしながら、本発明者等が鋭意検討した結果、並列型ランスにも改善すべき点があることを見出した。図１０は、並列型の吹き込み管、即ち第１管２１、第２管２２、第３管２３の外周に冷却流体流路部を形成した並列型ランスの断面図であり、図１０ａは各管の軸直角断面図、図１０ｂは縦断面図である。第１管２１、第２管２２、第３管２３の外周に冷却流体流路部を形成しようとする場合、例えば、これらの吹き込み管の外周に外周管体２４を被嵌し、更にその外周管体２４の外周に最外周管体２５を配置する。このように外周管体２４及び最外周管体２５を配置すると、例えば第１〜第３管２１〜２３からなる吹き込み管と外周管体２４との隙間と、外周管体２４と最外周管体２５との隙間の夫々に冷却流体流路部を形成することができる。
【００２６】
このうち、例えば吹き込み管と外周管体２４との隙間を供給側冷却流体流路部１８とし、外周管体２４と最外周管体２５との隙間を戻り側冷却流体流路部１９とする。更に、図１０ｂに示すように、外周管体２４の長さを最外周管体２５の長さより短くして最外周管体２５の先端部と外周管体２４の先端部との間に隙間を作り、最外周管体２５の先端部と第１〜第３管２１〜２３からなる吹き込み管との隙間を蓋体２６で閉塞する。すると、冷却流体は、吹き込み管の外周を覆う供給側冷却流体流路部１８から蓋体２６の手前で折り返して戻り側冷却流体流路部１９に流れ込んで戻る循環系統ができる。そして、このようにすればランス全体の外径を極端に大きくすることなく、束ねられた第１〜第３管２１〜２３の吹き込み管を効率よく冷却することができ、冷却効率も極めて良好である。
【００２７】
しかしながら、図１０ａのように３本（或いは３本以上）の吹き込み管を束ねた並列型ランスには、以下のような問題がある。即ち、束ねられた３本（３本以上）の吹き込み管の中央部分にできる隙間は、冷却流体の流路として機能しない又は殆ど機能しない、単なる空隙であり、空間効率がよくなく、ランス全体の外径増加の原因となる。また、吹き込み管の中央部分にできる隙間には、束ねられる吹き込み管同士の隙間を溶接などによって閉塞しないかぎり、冷却流体が浸入する。浸入した冷却流体は、吹き込み管の端部から漏れ出てしまうので、例えば蓋体２６の部分で吹き込み管の中央部分の隙間を閉塞しなければならないが、この隙間を閉塞するのは困難である。
【００２８】
そこで、本発明者等は、断面円形の管体を束ねてできる隙間をなくすため、例えば図１１に示すような集合流路部３１を開発した。図１１ａは集合流路部３１の軸直角断面図、図１１ｂは縦断面図である。この集合流路部３１は、１本の断面円形の管体（円形管体）３４そのものによって流路を構成する円形断面流路部３２と、断面が円弧状の２本の縦割り管体３５によって２つの流路を構成する不完全円形断面流路部３３とで構成される。縦割り管体３５は、例えば円形断面の管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にしたものであり、この縦割り管体３５を円形管体３４や他の縦割り管体３５の少なくとも一方に接合することによって不完全円形断面流路部３３が形成され、不完全円形断面流路部３３は、夫々、独立した流路を構成する。流路には、流体であるＬＮＧや酸素を流すこともできるし、窒素などの搬送ガスと共に固体である微粉炭を流すこともできる。
【００２９】
より具体的には、図１１ａに示すように、１本の円形管体３４によって１つの円形断面流路部３２を形成すると共に、その円形管体３４の外周面の図示右下方に１本の断面約３／４円弧状の縦割り管体３５の円周方向両端部を接合し且つ前記円形管体３４の外周面の図示左方及び先に接合した縦割り管体３５の外周面の図示左方に１本の断面約３／４円弧状の縦割り管体３５の円周方向両端部を接合することで２つの不完全円形断面流路部３３を形成し、これらの円形断面流路部３２及び不完全円形断面流路部３３によって集合流路部３１を形成している。本実施形態では、円形断面流路部３２を構成する円形管体３４も、不完全円形断面流路部３３を構成する縦割り管体３５も、ステンレス鋼管製とし、縦割り管体３５の円形管体３４又は他の縦割り管体３５への接合には溶接を用いた。各管体の素材や、縦割り管体の接合方法は、上記以外であってもよい。
【００３０】
そして、前記図１０ａと同様に、集合流路部３１の外周に外周管体２４を被嵌し、更にその外周管体２４の外周に最外周管体２５を配置する。このように外周管体２４及び最外周管体２５を配置すると、集合流路部３１と外周管体２４との隙間と、外周管体２４と最外周管体２５との隙間の夫々に冷却流体流路部を形成することができる。そこで、吹き込み管と外周管体２４との隙間を供給側冷却流体流路部１８とし、外周管体２４と最外周管体２５との隙間を戻り側冷却流体流路部１９とする。更に、図１１ｂに示すように、外周管体２４の長さを最外周管体２５の長さより短くして最外周管体２５の先端部と外周管体２４の先端部との間に隙間を作り、最外周管体２５の先端部と集合流路部３１との隙間を蓋体２６で閉塞する。
【００３１】
このように構成されたランス（以下、接合型ランスとも記す）４の外観を図１２ａに、使用状態を図１２ｂに示す。接合型ランス４の送風管への差し込み長さは２００ｍｍとした。この接合型ランス３でも、冷却流体は、集合流路部３１の外周を覆う供給側冷却流体流路部１８から蓋体２６の手前で折り返して戻り側冷却流体流路部１９に流れ込んで戻る。そして、このようにすればランス全体の外径を極端に大きくすることなく、集合流路部３１を効率よく冷却することができ、冷却効率も極めて良好である。このとき、集合流路部３１の管体同士の間には、軸方向に連続する隙間がないので、冷却流体が隙間に浸入することがない。また、本実施形態の接合型ランス４では、円形管体３４からなる円形断面流路部３２から搬送ガスと共に微粉炭を吹き込み、縦割り管体３５からなる不完全円形断面流路部３３の夫々からＬＮＧ及び酸素を吹き込んだ。つまり円形断面流路部３２には微粉炭供給手段が接続され、不完全円形断面流路部３３にはＬＮＧ供給手段及び酸素供給手段が夫々接続される。不完全円形断面流路部３３も、前記重管型ランスにおける管と管の隙間に比べると流動抵抗が小さいが、円形断面流路部３２は更に流動抵抗が小さい。そのため、この円形断面流路部３２から微粉炭を吹き込むことで、微粉炭を円滑に羽口に吹き込むことができる。なお、冷却流体の流路の供給側と戻り側は、前記と逆であってもよい。
【００３２】
図１１において、円形断面流路部３２を内径（直径）１７．５ｍｍ、管厚２．１ｍｍの管で形成し、２つの不完全円形断面流路部３３を内径（直径）２３ｍｍ、管厚２．１ｍｍの縦割り管で形成した場合、円形断面流路部３２の断面積は２４０ｍｍ２、不完全円形断面流路部３３はそれぞれ３２０．１８ｍｍ２となり、また外周管体２４の内径は４２ｍｍであった。また、前記３つの管（縦割り管を含む）を外周管に接するように配置するにあたり、断面図１１上で、各管の中心と外周管の中心とを結ぶ線分が、互いに１２０°の角度を成すように配置した。もし、同様の管厚の管を用いて、第１管２１、第２管２２、第３管２３からなる図１０の並列型で同じ断面積を実現した場合、各管の内径は約１７．５ｍｍ、２０ｍｍおよび１５ｍｍとなり、外径管の内径は５０ｍｍが必要となる。なお、各流路の寸法や配置は上記に限定されないのは言うまでもないが、固体還元材用流路は内径１０〜２０ｍｍ程度の円形管体、支燃性ガス用流路や気体還元材用流路は内径１５〜２５ｍｍ程度の縦割り管体により形成することが好ましい。
【００３３】
図１３〜図１５は、本実施形態の高炉羽口用複合ランス（接合型ランス）４の各種変形例である。これらの図は、全てランスの軸直角断面図である。また、全ての変形例の集合流路部３１の外周に外周管体２４を配置して両者の隙間を供給側冷却流体流路部１８とし、外周管体２４の外周に最外周管体２５を配置して両者の隙間を戻り側冷却流体流路部１９としている。図１３ａでは、２本の円形管体３４を平行に並べて互いに接合することで２つの平行な円形断面流路部３２を形成すると共に、それらの円形管体３４の一方の並列な外周面を連結するように１本の断面半円弧状の縦割り管体３５の円周方向端部を各円形管体３４の外周面に接合することで１つの不完全円形断面流路部３３を形成し、これらの円形断面流路部及び不完全円形断面流路部３３によって集合流路部３１を形成している。また、図１３ｂでは、図１３ａと同様に、２本の円形管体３４を平行に並べて互いに接合することで２つの平行な円形断面流路部３２を形成すると共に、それらの円形管体３４の２つの並列な外周面を夫々連結するように２本の断面半円弧状の縦割り管体３５の円周方向端部を各円形管体３４の外周面に接合することで２つの不完全円形断面流路部３３を形成し、これらの円形断面流路部及び不完全円形断面流路部３３によって集合流路部３１を形成している。
【００３４】
図１４は、固体である微粉炭や流体であるＬＮＧや酸素を流す流路を４つ形成したものである。この接合型ランス４は、１本の円形管体３４によって１つの円形断面流路部３２を形成すると共に、その円形管体３４の外周面の図示左下方に１本の断面約３／４円弧状の縦割り管体３５の円周方向両端部を接合し且つ前記円形管体３４の外周面の図示右方及び先に接合した縦割り管体３５の外周面の図示右方に１本の断面約３／４円弧状の縦割り管体３５の円周方向両端部を接合し且つ前記二つの縦割り管体３５の外周面の図示下方に１本の断面約１／４円弧状の縦割り管体３５の円周方向両端部の夫々を接合することで３つの不完全円形断面流路部３３を形成し、これらの円形断面流路部３２及び不完全円形断面流路部３３によって集合流路部３１を形成している。
【００３５】
図１５は、固体である微粉炭や流体であるＬＮＧや酸素を流す流路を２つ形成したものである。この接合型ランス４は、１本の円形管体３４によって１つの円形断面流路部３２を形成すると共に、その円形管体３４の外周面の図示下方に１本の断面約２／３円弧状の縦割り管体３５の円周方向両端部を接合することで１つの不完全円形断面流路部３３を形成し、これらの円形断面流路部３２及び不完全円形断面流路部３３によって集合流路部３１を形成している。
【００３６】
このように本実施形態の高炉羽口用複合ランスでは、固体又は流体が流れる流路を二以上平行な状態で有し、円形管体３４によって円形断面流路部３２を形成し、この円形断面流路部３２で何れかの流路を構成し、管体の断面を長手方向に連続して切欠いて断面を円弧状にした縦割り管体３５を円形管体３４及び他の縦割り管体３５の少なくとも一方に接合して不完全円形断面流路部３３を形成し、この不完全円形断面流路部３３で何れか他の流路を構成し、円形断面流路部３２及び不完全円形断面流路部３３によって集合流路部３１を構成した。円形断面流路部３２や不完全円形断面流路部３３は、重管型ランスにおける管と管の隙間よりも流速に対する圧力損失が小さく、流体として流すガスや固体を搬送するために流すガスのガス量と流速を両立しても、集合流路部３１の外周径が極端に増加することがないから、ランス全体の径が極端に増加することもない。そのため、所望する量の固体還元材、気体還元材、支燃性ガスを羽口に吹き込むことが可能となり、その結果、還元材原単位を低減することができる。
【００３７】
また、集合流路部３１の外周に外周管体２４を設け、集合流路部３１と外周管体２４との隙間を、集合流路部３１を冷却するための冷却流体用の冷却流体流路部１８とした。そのため、ランス全体の径を極端に増加することなく、しかも集合流路部３１の冷却性能に優れ、効率よく集合流路部３１を冷却することができる。
また、円形断面流路部３２によって微粉炭が流れる流路を構成し、この円形断面流路部３２によって構成される流路に微粉炭供給手段を接続した。円形断面流路部３２は、不完全円形断面流路部３３よりも流動抵抗が小さいので、円形断面流路部３２によって微粉炭が流れる流路を構成し、その流路に微粉炭供給手段を接続して微粉炭を吹き込めば、微粉炭を円滑に羽口に吹き込むことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  高炉
２  送風管
３  羽口
４  ランス
５  レースウエイ
６  微粉炭（固体還元材）
７  コークス
８  チャー
９  ＬＮＧ（気体還元材）
１８  供給側冷却流体流路部
１９  戻り側冷却流体流路部
２４  外周管体
２５  最外周管体
２６  蓋体
３１  集合流路部
３２  円形断面流路部
３３  不完全円形断面流路部
【図１】
0006034313.tif 000002
【図２】
0006034313.tif 000003
【図３】
0006034313.tif 000004
【図４】
0006034313.tif 000005
【図５】
0006034313.tif 000006
【図６】
0006034313.tif 000007
【図７】
0006034313.tif 000008
【図８】
0006034313.tif 000009
【図９】
0006034313.tif 000010
【図１０】
0006034313.tif 000011
【図１１】
0006034313.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0006034313.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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