(57)【要約】【課題】高炉シャフト部に予熱ガスを吹込む際に、複数のガス吹込み部で高温ガスを目標とする成分、温度、圧力に制御することなく、予熱ガス吹込み設備のコスト上昇を抑制できる高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置および予熱ガス吹込み方法を提供する。【解決手段】高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置であって、高炉ガスを昇圧する昇圧機と、昇圧された高炉ガスを燃焼して予熱ガスを生成する燃焼炉と、燃焼炉で生成された予熱ガスを貯留するレシーバータンクと、燃焼炉およびレシーバータンクを接続する予熱ガス流路と、予熱ガス流路を遮断する遮断弁とを有し、レシーバータンクは、高炉シャフト部の円周方向に設置された複数のガス吹込みノズルに接続されている。【選択図】図１
2018131649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉ガスを昇圧する昇圧機と、
昇圧された高炉ガスを燃焼して予熱ガスを生成する燃焼炉と、
前記燃焼炉で生成された予熱ガスを貯留するレシーバータンクと、
前記燃焼炉および前記レシーバータンクを接続する予熱ガス流路と、
前記予熱ガス流路を遮断する遮断弁と、
を有し、
前記レシーバータンクは、高炉シャフト部を囲むように設けられた環状管であって、前記高炉シャフト部の円周方向に設置された複数のガス吹込みノズルに接続されている、高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置。
【請求項２】
前記遮断弁と前記燃焼炉との間に、前記予熱ガスの温度、圧力および組成の少なくとも１つを測定するセンサが設けられている、請求項１に記載の高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置。
【請求項３】
高炉ガスを回収し、
前記高炉ガスを昇圧し、
昇圧された前記高炉ガスを燃焼炉で燃焼して予熱ガスを生成し、
前記予熱ガスを、レシーバータンクへ搬送し、
前記レシーバータンクに搬送された前記予熱ガスを高炉シャフト部の円周方向から高炉内へ吹込む、予熱ガス吹込み方法であって、
前記予熱ガスの温度、組成および圧力の少なくとも１つを測定し、
前記予熱ガスの温度、組成および圧力の少なくとも１つの異常が検出された場合に、前記レシーバータンクへの前記予熱ガスの搬送を停止する、予熱ガス吹込み方法。
【請求項４】
前記高炉の炉頂圧力および炉頂温度の少なくとも１つを測定し、
予め定められた閾値を超える炉頂圧力または炉頂温度が検出された場合に、前記レシーバータンクへの前記予熱ガスの搬送を停止する、請求項３に記載の予熱ガス吹込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉操業において、安定した低還元材比操業を実施するための高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置および予熱ガス吹込み方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ２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ＣＯ２排出量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）操業が推進されている。しかしながら、ＲＡＲ（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ａｇｅｎｔ  Ｒａｔｉｏ：銑鉄１ｔ製造当たりの、吹込み燃料と炉頂から装入されるコークスの合計量）を低下させることは吹込み燃料やコークスの燃焼量を低減することであるので、原理的に羽口からの送風量を低減させることになる。この結果、炉内ガス量は減少し、また炉内ガスの有する熱量も減少する。
【０００３】
高炉へ装入される装入物は、高炉内を上昇する炉内ガスにより昇温されるが、炉内ガスの有する熱量が減少すると炉上部において装入物の昇温が遅れ、順調な還元が達成されなくなるおそれがある。加えて、特にシャフト上部で温度低下が生じると、シャフト上部の内壁に炉内ガスに含まれる亜鉛化合物などが付着する、いわゆる壁付きが助長され、これが炉内ガスの流れを阻害して、高炉内の風圧変動や、高炉内の装入物の降下異常などの炉況不調を招く。また、炉上部の温度が低下して１００℃を下回るような場合には、炉頂ガス中の水分が炉頂ガス配管内に結露し、配管内壁の耐火物の劣化や配管腐食といった問題が生じることもある。
【０００４】
高炉操業においては、上述したような各種炉況不調、特に炉上部の昇温不良を回避するには、以下のような対策が採られる。
（１）羽口からの送風中の酸素富化率を下げ、炉内ガス量を増加させることで熱流比を下げ、炉内ガス温度を上昇させる。
（２）羽口からの微粉炭などの燃料吹込み量を増加させることで熱流比を下げ、炉内ガス温度を上昇させる。
（３）還元効率を下げ、還元材比を高くする。
【０００５】
しかしながら、上記（１）の対策は、高炉の生産量低下に繋がるため望ましくない。上記（２）の対策は、羽口からの燃料の吹込み能力に余裕がある場合はよいが、燃料の吹込み能力の限界近くで操業している高炉では、燃料吹込み量を増加させることができない。また、燃料吹込み量を増加させた場合には、炉内ガス量が増えて高炉の生産量を低下させるので、酸素富化を同時に実施する必要がある。しかし、使用できる酸素量にも供給能力上の制限があるので、いつでも採用できる対策にならない。上記（３）の対策は、還元効率を下げて操業することになり、ＣＯ２排出量の削減という本来の目的に逆行する。このように、高炉において低ＲＡＲ操業を行なう場合、通常の操業範囲内での操業条件の変更により各種炉況不調、特に炉上部の昇温不良を回避することは困難である。
【０００６】
炉上部の昇温不良の対策として、特許文献１には、バーナーが設置されたガス吹込み部を高炉シャフト部に４本以上設け、バーナーによって加熱された高温ガスを高炉シャフト部から吹込むことで炉上部の昇温不良を解消させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１０６７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、吹抜けなどの発生により高炉の炉頂圧が変動した場合、シャフト部に設置したガス吹込み部から炉内ガス、鉱石、コークス等が逆流するおそれがある。ガス吹込み部にバーナーを設置した場合、炉内ガスやコークスなどがバーナー部分まで逆流し、重大な問題を発生させる。安全性の観点からは、予熱ガス発生装置と高炉本体とは直接接続されていない方が好ましい。また、逆流防止としてバーナーと高炉との間に、遮断弁を設けることも考えられるが、８００℃以上の高温環境下で動作可能な遮断弁は非常に高価であり、この高価な設備を４ヵ所以上のガス吹込み部の各々に設置する必要があり、設備コストが上昇するという課題があった。
【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本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）高炉ガスを昇圧する昇圧機と、昇圧された高炉ガスを燃焼して予熱ガスを生成する燃焼炉と、前記燃焼炉で生成された予熱ガスを貯留するレシーバータンクと、前記燃焼炉および前記レシーバータンクを接続する予熱ガス流路と、前記予熱ガス流路を遮断する遮断弁と、を有し、前記レシーバータンクは、高炉シャフト部の円周方向に設置された複数のガス吹込みノズルに接続されている、高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置。
（２）前記遮断弁と前記燃焼炉との間に、前記予熱ガスの温度、圧力および組成の少なくとも１つを測定するセンサが設けられている、（１）に記載の高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置。
（３）高炉ガスを回収し、前記高炉ガスを昇圧し、昇圧された前記高炉ガスを燃焼炉で燃焼して予熱ガスを生成し、前記予熱ガスを、レシーバータンクへ搬送し、前記レシーバータンクに搬送された前記予熱ガスを高炉シャフト部の円周方向から高炉内へ吹込む、予熱ガス吹込み方法であって、前記予熱ガスの温度、組成および圧力の少なくとも１つを測定し、前記予熱ガスの温度、組成および圧力の少なくとも１つの異常が検出された場合に、前記レシーバータンクへの前記予熱ガスの搬送を停止する、予熱ガス吹込み方法。
（４）前記高炉の炉頂圧力および炉頂温度の少なくとも１つを測定し、予め定められた閾値を超える炉頂圧力または炉頂温度が検出された場合に、前記レシーバータンクへの前記予熱ガスの搬送を停止する、（３）に記載の予熱ガス吹込み方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置および予熱ガス吹込み方法では、燃焼炉およびレシーバータンクを接続する予熱ガス流路に遮断弁を設け、予熱ガスの吹き込みを制御する。これにより、ガス吹込みノズルごとに遮断弁を設けることなく、ガス吹込みノズルから逆流する炉内ガス、鉱石、コークス等が燃焼炉に到達することを防止できるので、設備コストの上昇を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】高炉１０と、本実施形態に係る予熱ガス吹込み装置３０を示す断面模式図である。
【図２】オフライン実験装置６０を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明する。図１は、高炉１０と、本実施形態に係る予熱ガス吹込み装置３０を示す断面模式図である。図１に示すように、高炉１０の炉下部には複数の羽口１４が設けられ、複数の羽口１４から補助還元材１６と熱風１７とが高炉内に吹込まれて高炉操業が実施される。
【００１３】
高炉１０の炉頂部から排出される高炉ガスＧ０は、ダストキャッチャー２２で粗粒ダストが除去され、湿式除塵機２４で細粒ダストが除去され、炉頂ガス発電装置２６で高炉ガスＧ０の圧力が電気として回収された後に系外２８へ排出される。
【００１４】
高炉１０には８つのガス吹込みノズル１９が設けられている。８つのガス吹込みノズル１９は、シャフト部１８の炉周方向に等間隔となるように設けられている。ガス吹込みノズル１９には、遮断弁が設けられておらず、開放された状態になっている。何れかのガス吹込みノズル１９の近傍には、高炉１０の炉内圧力および炉内温度を測定するセンサ２０が設けられている。さらに、高炉１０の炉頂にも炉頂圧力および炉頂温度を測定するセンサ２１が設けられている。
【００１５】
本実施形態に係る予熱ガス吹込み装置３０は、昇圧機３２と、燃焼炉３４と、レシーバータンク３８と、遮断弁３６とを有する。昇圧機３２は、高炉ガスＧ０を昇圧して高圧ガスを生成する。燃焼炉３４は、高圧ガスを燃焼して、予熱ガスを生成する。レシーバータンク３８は、シャフト部１８を囲むように設けられた環状管であって、燃焼炉３４で生成された予熱ガスを貯留する。遮断弁３６は、弁を遮断状態と開放状態とに切り替えることができ、開放状態では燃焼炉３４からレシーバータンク３８への予熱ガスの搬送を許容し、遮断状態では燃焼炉３４からレシーバータンク３８への予熱ガスの搬送を停止する。
【００１６】
さらに、予熱ガス吹込み装置３０は、回収流路４０と、高圧ガス流路４２と、予熱ガス流路４４と、センサ４８と、センサ５０とを有する。回収流路４０は、高炉ガスＧ０の一部を回収する流路であって、高炉１０の炉頂部とダストキャッチャー２２とを接続する流路から分岐された流路である。高圧ガス流路４２は、昇圧機３２と燃焼炉３４とを接続する流路である。予熱ガス流路４４は、燃焼炉３４とレシーバータンク３８とを接続する流路である。センサ４８は、回収流路４０に設けられ、高炉ガスＧ０の組成、ダスト濃度、温度、圧力を測定する。また、センサ５０は、予熱ガス流路４４の遮断弁３６と燃焼炉３４との間に設けられ、予熱ガスの温度、圧力および組成を測定する。
【００１７】
予熱ガス吹込み装置３０では、まず、ダストキャッチャー２２に導入される前の高炉ガスＧ０の一部が回収され、回収流路４０を通じて、昇圧機３２に搬送される。昇圧機３２では、高炉ガスＧ０が高炉の炉内圧力以上に昇圧されて高圧ガスが生成される。高圧ガスは、高圧ガス流路４２を通じて燃焼炉３４に搬送される。燃焼炉３４では、高圧ガスに支燃ガス４６が導入されて、高炉ガスＧ０中にダストの一部として含まれる炭素が燃焼されて予熱ガスが生成される。
【００１８】
センサ５０は、燃焼炉で生成された予熱ガスの温度、圧力および組成の少なくとも１つを測定する。センサ５０で測定された予熱ガスの温度、圧力および組成の少なくとも１つが予熱ガスとして好ましい範囲内でなく異常と検出された場合に、遮断弁３６の弁が遮断状態となり、レシーバータンク３８への予熱ガスの搬送が停止される。異常と検出された予熱ガスは、例えば、不図示の流路を通じて系外２８へ放散される。一方、予熱ガスの異常が解消されると遮断弁３６の弁が開放状態となり、予熱ガスは、燃焼炉３４からレシーバータンク３８へ搬送される。本実施形態において、センサ４８およびセンサ５０は、例えば、温度を測定する温度センサ、圧力を測定する圧力センサおよび組成を測定する赤外線ガス分析センサを含むセンサである。
【００１９】
レシーバータンク３８は、高炉シャフト部１８の周囲を囲むように設けられた環状管であって、８つガス吹込みノズル１９のそれぞれに接続されている。レシーバータンク３８では、搬送された予熱ガスを貯留するとともに、当該レシーバータンク３８を通じて、８つのガス吹込みノズル１９から予熱ガスの吹込みが行われる。本実施形態において、レシーバータンク３８は、予熱ガスのリザーバーとして機能するのに十分な容量を有している。このようなレシーバータンク３８を用いることで、予熱ガスの圧力や組成の均一性を高めることができる。また、燃焼炉３４が高炉１０から離れた位置に設置されたとしても、レシーバータンク３８を通じて、均一な流量で８つのガス吹込みノズルから予熱ガスを高炉内に吹込むことができる。なお、レシーバータンク３８の容量は、３〜１５秒程度の吹込みができる容量とすることが好ましい。レシーバータンク３８の容量が小さすぎると、燃焼炉３４で生成した予熱ガスの圧力や組成の均一性が悪くなるので好ましくない。また、レシーバータンク３８の容量が大きすぎると、高炉でのトラブル時に遮断弁３６が動作した後も、予熱ガスが高炉内に入り続けることになるので好ましくない。
【００２０】
また、レシーバータンク３８は、高炉シャフト部１８の周囲を囲むように設けられているので、レシーバータンク３８から高炉シャフト部に設けられたガス吹込みノズル１９までの流路は、８つのガス吹込みノズル間でほぼ等しくなる。これにより、レシーバータンク３８からそれぞれのガス吹込みノズル１９までの圧力損失の差を小さくすることができ、ガス吹込みノズル１９から吹込まれる予熱ガスの流量をさらに均一にできる。本実施形態では、ガス吹込みノズル１９には遮断弁が設けられていないので、ガス吹込みノズル１９を通じた高炉内への予熱ガスの吹き込みは、遮断弁３６によって制御される。すなわち、遮断弁３６の弁が開放状態にされている場合に、ガス吹込みノズル１９から高炉内に予熱ガスが吹込まれ、遮断弁３６の弁が遮断状態にされている場合に、高炉内への予熱ガスの吹込みが停止される。
【００２１】
ガス吹込みノズル１９から高炉内に予熱ガスを吹込むには、予熱ガスの圧力が、吹込む位置における高炉１０の炉内圧力より高いことが必要である。高炉内に予熱ガスを吹込むには、予熱ガスの圧力を高炉の炉内圧力よりも０．０２〜０．１０ＭＰａ以上高くすればよい。高炉の炉内圧力は、センサ２０によって測定できるので、予熱ガスとして好ましい圧力は、センサ２０によって測定される圧力に０．０２〜０．１０ＭＰａ以上を加えた圧力になる。
【００２２】
昇圧機３２で昇圧させる圧力は、センサ４８によって測定された高炉ガスＧ０の圧力と、上記予熱ガスとして好ましい圧力とから定めることができる。回収される高炉ガスＧ０は、高炉の炉頂ガス圧（通常０．２０〜０．２５ＭＰａ）を維持している。このため、高炉ガスＧ０を用いることで、昇圧機３２では軽度に昇圧させるだけで、ガス吹込みノズル１９から高炉内に予熱ガスを吹込むための圧力を確保できる。
【００２３】
また、ガス吹込みノズル１９から高炉内に吹込む予熱ガスの温度が吹込む位置の炉内ガス温度より低いと高炉内を逆に冷やしてしまう。このため、予熱ガスの温度は、吹込む位置における高炉の炉内温度よりも高いことが必要である。このため、予熱ガスの温度を５００℃以上、より好ましくは８００℃以上にすることが好ましい。一方、予熱ガス流速などにも依存するが、予熱ガスの温度を１０００℃以上にすると高炉内のステーブへの熱負荷が大きくなるのでステーブ破損が懸念される。このため、予熱ガスの温度を１０００℃未満にすることが好ましい。予熱ガスの温度は、センサ４８によって測定される高炉ガスＧ０の温度、高炉ガスＧ０に含まれるダスト濃度等に基づいて燃焼炉３４の燃焼が制御され、これにより好ましい温度範囲内になるように制御される。
【００２４】
ガス吹込みノズル１９から高炉内に吹込む予熱ガスが酸素を含有すると、高炉内で還元中の鉄酸化物（Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ）を再酸化してしまう。このため、酸素濃度の低い予熱ガスを用いることが好ましく、酸素を含まない予熱ガスを用いることがより好ましい。したがって、燃焼炉３４に供給する支燃ガス４６の酸素は、ダストを含む高炉ガス組成から算出される燃焼に必要な理論酸素量を１以下にすることが好ましい。
【００２５】
さらに、ガス吹込みノズル１９から高炉内への予熱ガスの吹込みは、常時行ってもよく、また、センサ２１によって測定される炉頂温度が低下した場合にのみ行ってもよい。炉頂温度が低下したときに予熱ガスの吹込みを行う場合に、例えば、炉頂温度が所定温度以下（例えば、１１０℃以下）になった場合に、ガス吹込みノズル１９から予熱ガスの吹込みを行うとしてもよい。
【００２６】
予熱ガスの吹込み量は、炉頂温度を概ね１００℃以上に維持できるようなガス吹込み量とすればよい。例えば、ＲＡＲ４７０ｋｇ／ｔ相当の高炉操業では、８００℃の予熱ガスを１００Ｎｍ３／ｔ吹込むことによって、炉上部の温度を１００℃以上に維持でき、これにより炉上部の昇温不良を解消できる。
【００２７】
また、高炉内において吹抜けが発生し、炉頂圧力や炉頂温度が急激に上昇した場合に、高炉内からガス吹込みノズル１９を通じて炉内ガス、鉱石、コークス等の逆流が発生する。このため、センサ２１で、炉頂圧力または炉頂温度の少なくとも１つを測定し、予め定められた閾値を超える炉頂圧力または炉頂温度が検出された場合に、遮断弁３６の弁を遮断状態にし、レシーバータンク３８への予熱ガスの搬送を停止する。これにより、炉内ガス、鉱石、コークス等の逆流によって燃焼炉３４が破損することを防止できる。
【００２８】
本実施形態において、高炉１０のシャフト部１８の炉周方向に等間隔となるよう８つのガス吹込みノズル１９を設けた例を示したが、これに限らない。ガス吹込みノズル１９の設置数や設置形態は特に限定しないが、炉周方向において等間隔で複数箇所に設けることが好ましい。特に、少なくとも、炉周方向において等間隔でｎ箇所（但し、ｎは４以上の偶数）に設け、予熱ガスの吹き込み総量に応じて、前記ｎ箇所のガス吹込みノズル１９のなかから、予熱ガスの吹込みを行うガス吹込みノズル１９を炉周方向に等間隔に選択することが好ましい。この場合のガス吹込みノズル１９の等間隔での設置数は４、８、１６、３２、６４などである。なお、実際の設備では、ガス吹込みノズル１９を炉周方向に等間隔に設けることは、炉体冷却構造等との関係から困難な場合があるので、ガス吹込みノズル１９を設置する位置は、炉周方向に等間隔でなくてもよい。
【００２９】
また、ガス吹込みノズル１９の設置位置は、シャフト部１８の中部から上部の範囲内が好ましく、特に、炉口半径をＲ０とし、ストックラインからの深さがＲ０となる位置をｐ１、シャフト部下端からの高さがシャフト部全高の１／３となる位置をｐ２としたとき、炉高方向において位置ｐ１と位置ｐ２との間にガス吹込みノズル１９を設置し、このガス吹込みノズル１９から予熱ガスを吹込むことが好ましい。ガス吹込みノズル１９の設置位置が高すぎると、高炉原料によって形成される鉱石層またはコークス層が堆積されておらず、その荷重が小さいので、予熱ガスを吹込むことで高炉原料が撹拌され、流動化が生じてしまい高炉原料の降下の安定性が損なわれるので好ましくない。一方、ガス吹込みノズル１９の設置位置が下すぎると、予熱ガスの吹込みが高炉内の軟化融着帯にかかる可能性が高くなるので好ましくない。
【００３０】
また、本実施形態に係る高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置３０および予熱ガス吹込み方法では、高炉内に吹込む予熱ガスを、高炉ガスＧ０を用いて生成している。このように、高炉ガスＧ０を用いることで、高炉ガスＧ０の圧力および温度を利用できるので、昇圧機３２で高圧ガスを生成させるためのエネルギーおよび燃焼炉３４で予熱ガスを生成するためのエネルギーを少なくできる。
【００３１】
また、通常の高炉操業では１０〜３０ｋｇ／ｔ（炭素濃度２０〜３０質量％）のダストが高炉ガスＧ０とともに排出されているので、当該ダストを燃焼炉３４で予熱ガスを生成するための燃料の一部として使用できる。仮に、ダスト排出量原単位が２５ｋｇ／ｔ（炭素濃度２５質量％）であったとすると、２２．９ｋｇ／ｔのＣＯ２排出量を削減できるので、高炉の低ＲＡＲ操業にも寄与できる。また、炭素を燃焼させる分、高炉ガスＧ０の循環量を少なくできるので、燃焼用の酸素量も減らすことができる。
【００３２】
高炉ガスＧ０以外のガスを高炉ガスＧ０とともに燃焼炉３４に導入し、炉内に吹き込むための予熱ガスを得てもよい。高炉ガスＧ０以外のガスとしては、例えば、湿式除塵機２４よりも下流側から抜き出した高炉ガスを用いることができる。すなわち、図１に破線で示すように、湿式除塵機２４と炉頂ガス発電装置２６との間から抜き出した高炉ガスまたは／および炉頂ガス発電装置２６の下流側から抜き出した高炉ガスを、昇圧機３２で昇圧して燃焼炉３４に導入する。湿式除塵機２４で処理された高炉ガスを使用する場合は、より清浄なガスを使用することになるので、高圧ガス流路４２、予熱ガス流路４４や燃焼炉３４でのダストの影響を受けにくく、より安定した予熱ガスの吹込みが実施できる。しかしながら、ダストキャッチャー２２および湿式除塵機２４で高炉ガスＧ０の圧力が低下するので、昇圧機３２で高圧ガスを生成させるためのエネルギーが多く必要となる。なお、高炉ガスＧ０以外のガスとして、例えば、製鉄所のガスホルダーに貯蔵されている高炉発生ガス（Ｂガス）、または高炉発生ガスとコークス炉発生ガス（Ｃガス）の混合ガスなどを用いることもできる。
【００３３】
本実施形態に係る高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置３０では、燃焼炉３４とレシーバータンク３８を接続する予熱ガス流路４４に遮断弁３６を設けて予熱ガスの吹込みを制御する。このように、予熱ガス流路４４に遮断弁３６を設けることによって遮断弁を１つに集約でき、仮に、高炉内で吹抜けが発生してガス吹込みノズル１９から炉内ガス、鉱石、コークス等が逆流しても遮断弁３６の弁を遮断状態にすることで燃焼炉３４に、炉内ガス、鉱石、コークス等が到達することを防止できる。特に、８００℃以上の高温環境下に設置可能な遮断弁は非常に高価であることから、本実施形態に係る高炉シャフト部へのガス吹込み装置を用いることで遮断弁３６の設置数を少なくでき、これにより、高炉１０を含む高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置３０全体の設備コストの上昇を抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態に係る高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置３０では、昇圧機３２、燃焼炉３４で温度、圧力および組成が調整された予熱ガスを、レシーバータンク３８を介してシャフト部１８の円周方向に設置された８つのガス吹込みノズル１９から高炉内に吹込むので、ガス吹込みノズル１９ごとに予熱ガスの温度、圧力および組成を調整する必要がなく、高炉内に吹込む予熱ガスの温度、圧力および組成の調整が容易になる。さらに、８つのガス吹込みノズル１９ごとに温度、圧力および組成を測定するセンサを設ける必要もないので、実施形態に係る高炉シャフト部へのガス吹込み装置を用いることで、高炉１０を含む高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置３０全体の設備コスト削減に寄与できる。
【００３５】
なお、本実施形態では、高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置３０および予熱ガス吹込み方法を一般的な熱風高炉に適用した例を示したが、これに限らない。例えば、本実施形態に係る予熱ガス吹込み装置３０および予熱ガス吹込み方法を、羽口１４から常温の純酸素を高炉内に吹込むことにより溶銑を製造する酸素高炉に適用してもよい。酸素高炉においても高炉内のガス流量が減少し、炉上部の昇温不良が発生する場合があるので、本実施形態に係る予熱ガス吹込み装置３０および予熱ガス吹込み方法を適用させて、炉上部の昇温不良を解消させてもよい。
［実験例］
【００３６】
図２は、オフライン実験装置６０を示す模式図である。図２に示すオフライン実験装置６０を用いて、本実施形態に係る高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置の検証実験を実施した。
【００３７】
オフライン実験装置６０は、バルブユニット６２と、燃焼炉６８と、予熱ガス流路７０と、センサ７２と、制御装置７４と、遮断弁７６と、ブリード流路７８と、試験高炉９０とから構成される。バルブユニット６２は、支燃ガス６４と可燃ガス６６とを、流量を制御しながら燃焼炉６８へ吹込む。燃焼炉６８は、支燃ガス６４および可燃ガス６６を用いて燃焼させ、予熱ガス８０を生成する。
【００３８】
予熱ガス流路７０は、燃焼炉６８と試験高炉９０とを接続する流路である。予熱ガス流路７０には、センサ７２と、ブリード流路７８と、遮断弁７６とが、試験高炉９０に向けて順に設けられている。センサ７２は、予熱ガス８０の温度、酸素濃度および圧力を測定し、当該測定値を制御装置７４に出力する。
【００３９】
制御装置７４は、遮断弁７６の動作を制御する。制御装置７４は、センサ７２から予熱ガスの温度、圧力および酸素濃度の測定値を取得すると、制御装置７４に予め記憶された予熱ガスとして好ましい範囲内か否かを判断する。制御装置７４は、センサ７２によって測定された予熱ガスの温度、圧力および組成が予熱ガスとして好ましい範囲内である場合に、予熱ガスの吹込み適合判定を「適合」とし、遮断弁７６の弁を開放状態に維持する。これにより、予熱ガス８０は、遮断弁７６を通過し、試験高炉９０に吹込まれる。一方、制御装置７４は、センサ７２によって測定された予熱ガスの温度、圧力および組成の少なくとも１つが予熱ガスとして好ましい範囲内でない場合に、吹込み判定を「不適合」とし、遮断弁７６を動作させ、弁を遮断状態に切り替える。
【００４０】
ブリード流路７８は、遮断弁７６の動作に連動し、遮断弁７６の弁が開放状態の場合にブリード流路７８は遮断状態になり、遮断弁７６の弁が遮断状態の場合にブリード流路７８が開放される。これにより、吹込み判定が「適合」となった予熱ガス８０は、遮断弁７６を通過して試験高炉９０に吹込まれる一方で、吹込み判定が「不適合」になった予熱ガス８０は、ブリード流路７８から排出される。このように動作するオフライン実験装置６０を用いて行なった実験条件と実験結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2018131649.tif 000003
【００４２】
本実験において、予熱ガスとして好ましい範囲を、温度が１０００℃未満であって、酸素濃度が０．１０質量％未満であって、圧力が０．２５ＭＰａより高いとした。発明例１から発明例４は、制御装置７４を用いて遮断弁７６の動作を制御した実験例である。比較例１は、制御装置７４を組入れずに行った実験例である。
【００４３】
発明例１における予熱ガス８０は、温度が８００℃、酸素濃度が０．０１質量％以下、圧力が０．４ＭＰａであり、予熱ガスとしてこのましい範囲を満足するので、制御装置７４は、吹込み適合判定を「適合」として、遮断弁７６を開放状態に維持した。このため、発明例１では、予熱ガス８０が試験高炉９０に吹込まれた。
【００４４】
発明例２は、予熱ガス８０の温度が１０００℃より高く、発明例３は、予熱ガス８０の酸素濃度が０．１０質量％より高く、発明例４は、予熱ガス８０の圧力が０．２５ＭＰａより低く、いずれも予熱ガスとして好ましい範囲を満足しない。この場合に、制御装置７４は、吹込み適合判定を「不適合」として、遮断弁７６を動作させて弁を遮断状態に切り替えるので、発明例２〜発明例４においては、試験高炉９０への予熱ガス８０の吹込みが停止され、当該予熱ガス８０は、ブリード流路７８から放出された。
【００４５】
一方、比較例１は、予熱ガス８０の温度が１０３０℃以上であって、予熱ガスとして好ましい範囲を満足しない。しかしながら、比較例１には、制御装置７４が組入れられていないので、当該予熱ガス８０は、試験高炉９０に吹込まれた。１０００℃以上の予熱ガスがシャフト部から吹込まれると、高炉内のステーブへの熱負荷が大きくなり、ステーブ破損による高炉の操業トラブルが発生するおそれがあるので、実機の安定操業に影響及ぼす安全性の低い構成であるといえる。これらの実験から、本実施形態に係る高炉シャフト部への予熱ガス吹込み装置および予熱ガス吹込み方法を用いることで、試験高炉９０へ適切な予熱ガスの吹込みが実証され、実機においてもシャフト部から適切な予熱ガス吹込んで炉上部の昇温不良を解消させつつ、予熱ガス流路７０に設けた遮断弁７６によって高炉操業の安全性を維持できることが確認された。
【符号の説明】
【００４６】
１０  高炉
１４  羽口
１６  補助還元材
１７  熱風
１８  シャフト部
１９  ガス吹込みノズル
２０  センサ
２１  センサ
２２  ダストキャッチャー
２４  湿式除塵機
２６  炉頂ガス発電装置
２８  系外
３０  予熱ガス吹込み装置
３２  昇圧機
３４  燃焼炉
３６  遮断弁
３８  レシーバータンク
４０  回収流路
４２  高圧ガス流路
４４  予熱ガス流路
４６  支燃ガス
４８  センサ
５０  センサ
６０  オフライン実験装置
６２  バルブユニット
６４  支燃ガス
６６  可燃ガス
６８  燃焼炉
７０  予熱ガス流路
７２  センサ
７４  制御装置
７６  遮断弁
７８  ブリード流路
８０  予熱ガス
９０  試験高炉
【図１】
2018131649.tif 000004
【図２】
2018131649.tif 000005