(57)【要約】【課題】合成樹脂材吹き込みランスの位置の制御を行なうことなく、合成樹脂材の高炉への吹込み量が増加した場合にも合成樹脂材の燃焼性を維持して、高炉の通気性悪化を防止可能な、高炉への合成樹脂材の吹き込み方法を提供すること。【解決手段】高炉の羽口から合成樹脂材を吹き込む高炉操業方法において、合成樹脂材の吹き込み量と吹き込み羽口数とから炉内の圧力損失を推定し、該推定した圧力損失が基準値以下となるように合成樹脂材の吹き込み羽口数を制御することを特徴とする高炉への合成樹脂材の吹き込み方法を用いる。高炉の炉内下部における粉体の物質収支から推定した粉体量を用いて炉内の圧力損失を推定することが望ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の羽口から合成樹脂材を吹き込む高炉操業方法において、合成樹脂材の吹き込み量と吹き込み羽口数とから炉内の圧力損失を推定し、該推定した圧力損失が基準値以下となるように合成樹脂材の吹き込み羽口数を制御することを特徴とする高炉への合成樹脂材の吹き込み方法。
【請求項２】
高炉の炉内下部における粉体の物質収支から推定した粉体量を用いて炉内の圧力損失を推定することを特徴とする請求項１に記載の高炉への合成樹脂材の吹き込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉への合成樹脂材の吹き込み方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉では、炉頂から鉄鉱石、副原料および燃料となるコークスを装入し、炉下部の羽口から約１２００℃の空気を送り込み、羽口先に降下してきたコークスを燃焼させ、高温の還元性ガスを発生させて溶銑を製造する。このコークスは銑鉄１トン当たり約５００ｋｇを必要とする。このコークスを製造するための原料炭は一般炭に比べて高価であるため、コークスの使用量を削減することがコスト削減につながる。そこで羽口から天然ガス等の気体燃料、重油等の液体燃料そして微粉炭等の固体燃料の吹き込みが実施されている。ここで、コークスは吹き込み燃料と置換されることで使用量の削減となる。この置換は、吹き込まれた燃料がレースウェイ内で燃焼し、熱として有効利用されることが重要であると考えられている。特に固体燃料の場合、燃焼しきれない未燃物は炉内に排出され、一部は炉内でガス化反応によって消費されるものの、消費しきれない未燃物は炉内に蓄積してガス流れを阻害し、通気性の悪化につながる可能性がある。
【０００３】
近年では、合成樹脂材の処理方法が環境上の問題となっており、多くは埋め立てまたは焼却処理がなされているが、用地不足や高熱による燃焼炉の耐火物損傷の問題がある。このような問題を解決する方法として、合成樹脂材の粉砕物を高炉の羽口から還元材として吹き込む方法があるが、吹き込み時には合成樹脂材の未燃物が炉内に排出されないように、レースウェイ内で高い燃焼性を維持することが重要である。
【０００４】
合成樹脂材の燃焼性を維持するための技術として、例えば、合成樹脂材の粒度変化に応じて燃焼性が低下することを防止するため、吹き込みランスの位置を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。以下「先行技術１」と記載する。）。
【０００５】
また、合成樹脂材の高燃焼・ガス化を達成するため、合成樹脂材の粒度と強度を適性状態に制御する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。以下「先行技術２」という。）。
【特許文献１】特開平９−２０２９０７号公報
【特許文献２】特開２０００−１４４２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した先行技術には以下の問題がある。先行技術１では、粒径の大きな合成樹脂材を吹込む場合ほど羽口先端から吹き込みランスの距離を長くすることで合成樹脂材の燃焼性が高くなるものの、設備上、羽口先端からランスを設置できる距離には限界がある。さらに、ブローパイプ内で合成樹脂材を燃焼・ガス化させると、ブローパイプ内の圧損が上昇するため、送風限界により操業に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００７】
また先行技術２では、高強度で大粒径の粒子は、途中で分裂・崩壊することなくレースウェイ内で滞留しながら燃焼・ガス化するため、高い燃焼・ガス化率を達成できるとしている。しかしながら、合成樹脂材の羽口１本当たりの吹き込み量が増加すると酸素過剰率が低下し、熱源として有効利用される酸素との燃焼反応の代わりにガス化反応が促進される結果となる。そのため、強度および粒径を適性状態に制御した合成樹脂材であっても、吹込み量が多い場合はレースウェイ温度が低下して炉内での消費速度が低下することから、最終的には炉内への未燃物粉の蓄積により、通気性が悪化する恐れがある。
【０００８】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、合成樹脂材吹き込みランスの位置の制御を行なうことなく、合成樹脂材の高炉への吹込み量が増加した場合にも合成樹脂材の燃焼性を維持して、高炉の通気性悪化を防止可能な、高炉への合成樹脂材の吹き込み方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（ａ）高炉の羽口から合成樹脂材を吹き込む高炉操業方法において、合成樹脂材の吹き込み量と吹き込み羽口数とから炉内の圧力損失を推定し、該推定した圧力損失が基準値以下となるように合成樹脂材の吹き込み羽口数を制御することを特徴とする高炉への合成樹脂材の吹き込み方法。
（ｂ）高炉の炉内下部における粉体の物質収支から推定した粉体量を用いて炉内の圧力損失を推定することを特徴とする（ａ）に記載の高炉への合成樹脂材の吹き込み方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、合成樹脂材の燃焼性を制御することが可能となり、炉内へ合成樹脂材の未燃物である粉体を蓄積させることなく、レースウェイ内で合成樹脂材を消費できることから、炉内の圧損上昇を防ぎ、高炉を良好な状態に維持して操業を継続できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明では、高炉の羽口から合成樹脂材を吹き込む高炉操業方法において、合成樹脂材の吹き込み量と吹き込み羽口数とから炉内の圧力損失を求め、その圧力損失が基準値以下の適性値となるように合成樹脂材の吹き込み羽口数を制御することを特徴とする高炉への合成樹脂材の吹き込み方法によって前記課題を解決する。
【００１２】
炉内の圧力損失は、炉下部における粉体の物質収支から推定した粉体量を用いて求めることが好ましい。高炉の羽口から吹き込まれた合成樹脂材の未燃物である粉体について、レースウェイから炉下部充填層への粉体の排出量を推定し、その推定した排出量と炉下部からの粉体の飛散量および炉下部での粉体の消費速度を用いて炉内の圧力損失を求め、その圧力損失が基準値以下の適性値となるように合成樹脂材の吹き込み羽口数を制御する。
【００１３】
羽口から吹き込まれた合成樹脂材はレースウェイ内で滞留して燃焼・ガス化するが、そこで消費しきれなかった合成樹脂材の未燃物は炉内に蓄積して通気性を悪化させる。そこで本発明者らは、合成樹脂材の吹込み量に応じて適切な吹き込み羽口数を設定することで、羽口一本あたりの合成樹脂材の燃焼・ガス化を適性状態に制御し、合成樹脂材の未燃物粉を炉内へ排出させずに炉内圧損を適性状態に確保することが望ましいと考えた。そこで最適な吹き込み羽口数を以下の方法により決定することとした。
【００１４】
合成樹脂材の未燃物は粉体としてレースウェイから排出されると一部は炉内に蓄積し、かつその蓄積速度は蓄積量に応じて変化するものと仮定すると、その物質収支は下記（１）式で表される。
【００１５】
Ｆin−Ｆout＝ｄＷa／ｄｔ  ・・・（１）
ただし、
Ｆin：粉体の発生速度（レースウェイから炉下部充填層への粉体の排出量）（ｋｇ／ｈ）、
Ｆout：粉体の飛散および消費速度（ｋｇ／ｈ）、
Ｗa：粉体の蓄積量（ｋｇ）である。
【００１６】
ここでＦin、Ｆoutはそれぞれ下記（２）、（３）式で表される。
Ｆin＝Ｗpωc（１−ηc）＋Ｗpωash  ・・・（２）
Ｆout＝ｋＷa  ・・・（３）
ただし、
Ｗp：合成樹脂材の吹き込み量（ｋｇ／ｈ）、
ωc：合成樹脂材中のカーボン分率（−）、
ηc：合成樹脂材中のカーボン燃焼率に対応するパラメータ（−）、
ωash：合成樹脂材中の灰分率（ｋｇ）、
ｋ：合成樹脂材の炉内消費に関するパラメータ（１／ｈ）である。
【００１７】
（１）式に（２）および（３）式を代入すると、粉体の蓄積量Ｗaは時間に関する一次の微分方程式で表されるため、これを解くと下記（４）式が得られる。
【００１８】
Ｗa＝（Ｗpωc（１−ηc）＋Ｗpωash／ｋ）×（１−ｅ-kt）＋Ｗ0×ｅ-kt  ・・・（４）
ただし、
Ｗ0：定常状態における粉体の蓄積量（ｋｇ）である。
【００１９】
ここで得られた粉体の蓄積量が炉内の空隙に占める容積比率を炉容積と粉体の密度から求め、初期充填層の空隙率から蓄積した粉体が占める容積比率を引くことにより補正された空隙率が炉内の実質的な空隙率であると考え、この値を用いて炉内の圧力損失をエルガン（Ｅｒｇｕｎ）によって提案されている下記（５）式を用いて推定した。
ΔＰ／ΔＬ＝１５０｛（１−ε）２μｕ／ε３（Φｄp）２｝＋１．７５｛（１−ε）ρｕ２／ε３（Φｄp）｝  ・・・（５）
ただし、
ΔＰ：炉内の圧力損失（Ｐａ）、
ΔＬ：圧力測定の２点間の距離（ｍ）、
ε：炉内の実質的な空隙率（−）、
μ：流体の粘度（Ｐａ・ｓ）、
ｕ：流体の速度（ｍ／ｓ）、
ρ：流体の密度（ｋｇ／ｍ３）、
Φ：粒子の形状係数（−）、
ｄｐ：粒子の平均粒径（ｍ）である。
【００２０】
この方法により推定された炉内の圧力損失（炉内圧損）が適性領域内であるかを判断する。ここで推定された炉内圧損が適性領域内に入らなかった場合には炉況が不安定化することが考えられる。そこで適性領域内に入るように合成樹脂材の吹き込み羽口数を増加させ、羽口一本あたりの吹込み量を減少させて、炉況を安定化する方向へ導くことで対応する。ただし合成樹脂材の吹き込み羽口数の増加は設備費や運転費の面でコスト増となる要因であることから、適性領域内に入る中で最小となる羽口数で合成樹脂材を吹き込むことが望ましい。また羽口数を増加させる場合には、高炉の円周バランスを考慮してできるだけ円周方向に均一な配置となるようにして吹込みを行なうことが望ましい。
【００２１】
またここで設定する炉内圧損の適性領域は高炉により異なるものである。すなわち、高炉において吹き抜けとなる限界圧力損失、設備上の耐圧上限から決まる限界圧力損失、等によって決まる限界圧力損失をすべて満たす圧力損失以下の領域を適性領域として設定する。
【００２２】
なお上記のηcは実操業における物質収支より計算した燃焼率に対応するパラメータであり、適宜設定することができるが、例えば以下の（６）式を使用して求めることができる。
【００２３】
ηc＝０．９６９−｛０．００５２−０．０１３×ｌｎ（ｎ／Ｎ）｝×Ｗp  ・・・（６）
ただし、ｎ：合成樹脂材の吹き込み羽口数（−）、
Ｎ：全羽口数（−）である。
【００２４】
また上記のｋは定数であり、適用する高炉の実績値を基に（４）、（５）、（６）式を用いて算出した値の平均値を使用した。
【００２５】
本発明の実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は本発明の一実施形態を示す概略図であり、図１において、１は高炉、２は羽口、３はランス、４はブローパイプ、５は合成樹脂材貯蓄ホッパー、６は合成樹脂材吹き込みタンク、７は圧縮空気供給装置、８は分配器である。合成樹脂材は、合成樹脂材貯蓄ホッパー５から合成樹脂材吹き込みタンク６によって切り出され、圧縮空気供給装置７から供給された圧縮空気を搬送ガスとして、合成樹脂材を含んだ混合流体となった後に分配器８により、本発明方法を用いて決定した合成樹脂材の吹き込み羽口数に対応した数に分配され、それぞれ分配された混合流体はランス３からブローパイプ４の高速熱風中に噴出され、羽口２を通して高炉１へ吹き込まれる。
【実施例１】
【００２６】
以下、本発明の実施例について説明する。内容積３２２３ｍ３、羽口数３４本を有する高炉を対象として、合成樹脂材の吹き込み量と吹き込み羽口数から炉内の圧力損失を推定した。図２にその結果を示す。図２よれば、圧力損失の適正範囲の上限（基準値）を１５０ｋＰａとして操業を行なう際に、例えば１５ｋｇ／ｔの合成樹脂材の吹き込み操業を実施する場合に圧力損失が適性領域となる最小吹き込み羽口数は８本であることがわかる。
【００２７】
上記の結果を用いて、羽口４本から平均吹き込み比１５ｋｇ／ｔ（吹き込み羽口１本当たり１３０ｋｇ／ｔ相当）で合成樹脂材の吹き込み操業を行なっていた高炉において、合成樹脂材の吹き込み羽口数を８本として、平均吹き込み比１５ｋｇ／ｔ（吹き込み羽口１本当たり６５ｋｇ／ｔ相当）で合成樹脂材の吹き込みを実施した。図３に炉内圧損の経時変化を示す。
【００２８】
図３において０〜３０日の部分は羽口４本から合成樹脂材の吹き込み操業を行なった際の炉内圧損の経時変化であり、この場合は操業中に徐々に炉内圧損が上昇した後に図３中に矢印で示す吹き抜けが発生した。よってこの場合には羽口一本当たりの合成樹脂材の吹き込み量が多く燃焼性が悪化したことにより、レースウェイから排出された粉体が炉内の通気性を悪化させたと考えられる。
【００２９】
図３のグラフに示す３０日以降が吹き込み羽口数を８本とした場合である。この場合は吹き抜けやスリップが発生することなく炉内圧損が安定して推移し、操業が安定した。このことから、この場合には羽口から吹き込まれた合成樹脂材は粉体としてレースウェイから排出されることなく、レースウェイ内で燃焼・ガス化により消費されたと考えられる。
【００３０】
以上のことから、本発明方法を用いて合成樹脂材の吹き込み量に応じて合成樹脂材の吹き込み羽口数を最適化することで安定操業が可能となることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態を示す概略図である。
【図２】炉内圧損と合成樹脂材の吹き込み量および吹き込み羽口数の関係を示すグラフである。
【図３】炉内圧損の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３２】
１    高炉
２    羽口
３    ランス
４    ブローパイプ
５    合成樹脂材貯蓄ホッパー
６    合成樹脂材吹き込みタンク
７    圧縮空気供給装置
８    分配器
【図１】
2006336086.tif 000003
【図２】
2006336086.tif 000004
【図３】
2006336086.tif 000005