(57)【要約】【課題】燃焼運転時の熱風炉内圧力を十分に高圧化できる熱風炉装置および熱風炉運転方法を提供する。【解決手段】熱風炉装置１は、高炉２に熱風を送風する送風運転および熱風炉内で燃料ガスを燃焼させる燃焼運転を行う熱風炉４と、高炉２から得られるＢＦＧを燃料ガスとして熱風炉４に供給する燃料ガス供給ライン５と、燃料ガス供給ライン５に設置されてＢＦＧを昇圧するブロア５２とを有する。燃料ガス供給ライン５は、高炉２の炉頂２１からＢＦＧを取り出す炉頂ガス回収ライン３の炉頂圧回収設備３５よりも下流側からＢＦＧを取り出す。ブロア５２の動力は、燃焼運転時の熱風炉４の排ガスから排圧および排熱を回収する排気圧回収設備４４１から供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉に熱風を送風する送風運転および熱風炉内で燃料ガスを燃焼させる燃焼運転を行う熱風炉と、前記高炉の炉頂ガスを前記燃料ガスとして前記熱風炉に供給する燃料ガス供給ラインと、前記燃料ガス供給ラインに設置されて前記燃料ガスを昇圧する昇圧機とを有することを特徴とする熱風炉装置。
【請求項２】
請求項１に記載された熱風炉装置において、
前記燃料ガス供給ラインは、前記高炉の炉頂から前記炉頂ガスを取り出す炉頂ガス回収ラインの炉頂圧回収設備よりも下流側から前記炉頂ガスを取り出すことを特徴とする熱風炉装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された熱風炉装置において、
前記燃焼運転時の前記熱風炉の排ガスから排圧および排熱を回収する排熱回収設備を有し、前記昇圧機は前記排熱回収設備で回収した排圧および排熱を動力に用いることを特徴とする熱風炉装置。
【請求項４】
高炉に熱風を送風する送風運転および熱風炉内で燃料ガスを燃焼させる燃焼運転を行う熱風炉の運転方法であって、
前記高炉の炉頂ガスを前記燃料ガスとして前記熱風炉に供給するとともに、前記熱風炉に供給される前記燃料ガスを昇圧機で昇圧することを特徴とする熱風炉運転方法。
【請求項５】
請求項４に記載された熱風炉運転方法において、
前記燃料ガスとして、前記高炉の炉頂から取り出されて炉頂圧回収設備で圧力回収された前記炉頂ガスを用いることを特徴とする熱風炉運転方法。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載された熱風炉運転方法において、
前記燃焼運転時の前記熱風炉の排ガスから排圧および排熱を回収し、回収した排圧および排熱を前記昇圧機の動力に用いることを特徴とする熱風炉運転方法。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載された熱風炉運転方法において、
前記送風運転と、前記熱風炉を前記送風運転から前記燃焼運転に切り替える燃焼切替作業と、前記燃焼運転と、前記熱風炉を前記燃焼運転から前記送風運転に切り替える送風切替作業と、を繰り返すとともに、
前記燃焼切替作業、前記燃焼運転および前記送風切替作業の合計時間を、前記送風運転を行う時間以下とすることを特徴とする熱風炉運転方法。
【請求項８】
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載された熱風炉運転方法において、
前記送風運転と、前記熱風炉を前記送風運転から前記燃焼運転に切り替える燃焼切替作業と、前記燃焼運転と、前記熱風炉を前記燃焼運転から前記送風運転に切り替える送風切替作業と、を繰り返すとともに、
前記燃焼切替作業、前記燃焼運転および前記送風切替作業の合計時間を、前記送風運転を行う時間の２倍以下とすることを特徴とする熱風炉運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱風炉装置および熱風炉運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製銑用の高炉に熱風を供給するために、熱風炉が用いられている（特許文献１参照）。
熱風炉においては、燃焼運転と送風運転とが繰り返される。
燃焼運転の際には、外部から燃料ガスおよび空気が供給され、これらを内部で燃焼させることで、熱風炉内の蓄熱煉瓦が高温まで加熱される。
送風運転には、燃焼時とは逆向きに空気が供給され、供給された空気は蓄熱煉瓦で加熱され、高温とされて高炉へと供給される。
【０００３】
熱風炉は複数本が並列に設置され、一つが燃焼運転する間にも他が送風運転を続けることで、高炉への熱風の供給が途絶えないようにしている。
通常、燃焼運転の際には、燃料ガスとして高炉の炉頂ガス（ＢＦＧ）が利用される。燃焼排気は大気開放されるため、熱風炉内圧力は大気圧よりやや高い程度とされる。
一方、送風運転の際には、高圧の高炉内部に熱風を吹き込むべく、ブロアなどで加圧された空気が熱風炉内に導入されており、熱風炉内圧力は高炉の内部圧力以上とされる。
【０００４】
熱風炉の運用にあたっては、燃焼運転と送風運転とを所定時間毎に切り替えるとともに、切り替えの際に各々の熱風炉内圧力に応じた圧力調整を行っていた。
燃焼運転から送風運転へ切り換える際には、均圧運転を行い、加圧された空気を熱風炉内へ導入し、熱風炉内の圧力を高めていた。
送風運転から燃焼運転に切り換える際には、排圧運転を行い、熱風炉内から徐々に排気することで、熱風炉内の圧力を下げていた。
【０００５】
ところで、特許文献１の熱風炉装置では、燃焼運転の際に供給される燃料ガスおよび空気の圧力を高めることで、いくつかの改善が図られている。
すなわち、燃焼運転時の熱風炉内圧力を従来の大気圧程度よりも高めることで、燃焼ガスの体積を削減し、炉体および設備の小型化が可能となる。また、燃焼運転時の熱風炉内圧力を送風運転時の熱風炉内圧力に近づけることで、各々の間の圧力差が小さくなり、従来の均圧運転および排圧運転時間を短縮でき、省エネルギーとなる。
燃焼運転時の熱風炉内圧力を高めるための具体的な構成として、特許文献１の熱風炉装置では、燃焼運転に用いるＢＦＧを高炉のＢＦＧ回収ラインから取り出す位置を、炉頂圧回収タービン発電設備（ＴＲＴ）よりも上流側の高圧部分としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１４３００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、特許文献１の熱風炉装置では、燃焼運転に用いるＢＦＧを、高炉のＢＦＧ回収ラインのＴＲＴよりも上流側の高圧部分から取り出すことで、燃焼運転時の熱風炉内圧力を高めている。
しかし、高炉のＢＦＧ回収ラインのＴＲＴよりも上流側から取り出したＢＦＧであっても、その圧力（例えば２８０ＫＰａ）は、燃焼運転時の熱風炉内圧力を送風運転時の熱風炉内圧力（例えば５００ＫＰａ）にまで高める程度に十分ではなく、均圧運転および排圧運転を解消するまでには至っていない。つまり、特許文献１においては、均圧運転および排圧運転で調整する圧力差が小さくできたとしても、各々の作業自体は解消することができず、作業効率の削減、運転効率の向上に繋がらないという問題があった。
【０００８】
また、特許文献１のように、高炉のＢＦＧ回収ラインのＴＲＴよりも上流側から取り出されたＢＦＧには、次のような問題がある。
ＢＦＧ回収ラインの高炉に近い部分であるため、高炉の炉頂圧力の変動の影響を受け易く、ＢＦＧの圧力が安定しないため、熱風炉における燃焼運転の安定性が低下する。
さらに、高圧であることからＢＦＧ中に含まれる水分量が多く、熱風炉に導入された際にミストになって耐火煉瓦を劣化させる原因になる。
【０００９】
本発明の目的は、燃焼運転時の熱風炉内圧力を十分に高圧化できる熱風炉装置および熱風炉運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の熱風炉装置は、高炉に熱風を送風する送風運転および熱風炉内で燃料ガスを燃焼させる燃焼運転を行う熱風炉と、前記高炉の炉頂ガスを前記燃料ガスとして前記熱風炉に供給する燃料ガス供給ラインと、前記燃料ガス供給ラインに設置されて前記燃料ガスを昇圧する昇圧機とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の熱風炉運転方法は、高炉に熱風を送風する送風運転および熱風炉内で燃料ガスを燃焼させる燃焼運転を行う熱風炉の運転方法であって、前記高炉の炉頂ガスを前記燃料ガスとして前記熱風炉に供給するとともに、前記熱風炉に供給される前記燃料ガスを昇圧機で昇圧することを特徴とする。
【００１２】
本発明では、熱風炉に供給される燃料ガスを、昇圧機で昇圧することで十分な高圧にすることができる。
このため、熱風炉においては、燃焼運転時の熱風炉内圧力を送風運転時の熱風炉内圧力まで十分に高圧化することができ、燃焼運転時と送風運転時の熱風炉内圧力の差がなくなることで、均圧運転および排圧運転が必要なくなり、各々の作業を解消することができる。
【００１３】
熱風炉の運転において均圧運転および排圧運転が全解消できることで、各々の作業工程を削減でき、作業効率および作業コストを低減できる。また、熱風炉の運転において、均圧運転および排圧運転が占めていた期間を解消でき、運転効率を向上することができる。さらに、熱風炉基数の削減も可能である。加えて、従来の排圧運転時には、熱風炉内に残留していたＢＦＧから、熱風炉内圧力の低下に伴って結露が発生していたが、排圧運転の解消により、このような熱風炉内の結露も防止することができる。
【００１４】
さらに、本発明では、熱風炉に導入される燃料ガスを、昇圧機により断熱圧縮することで昇温させることができる。これにより、従来の燃料ガスの予熱装置や、従来の補助燃料ガスの供給も解消でき、設備および運転コストの抑制ができる。
【００１５】
本発明において、燃焼運転時の熱風炉内圧力を高めることで、燃焼運転の時間も短縮できる。従来は、一般に送風運転に対して燃焼運転の時間が長く設定され、かつ前述した均圧運転および排圧運転が必要であった。しかし、本発明では、均圧運転および排圧運転が解消できるとともに、燃焼運転時間を短縮して送風運転と同程度の時間とすることもでき、燃焼運転と送風運転とが繰り返す簡素な運転スケジュールの設定も可能となる。
【００１６】
上述した作用効果に加え、本発明では、前述した特許文献１における燃料ガスの高圧化による作用効果についても得ることができる。
すなわち、送風運転時の熱風炉内圧力と燃焼運転時の熱風炉内圧力との差が減少し、均圧運転および排圧運転における圧力変動が解消されるため、熱風炉各部の寿命を延長することができる。例えば、鉄皮の疲労破壊の防止、熱風炉内の耐火煉瓦の割れや、煉瓦目地の開きを防止することができ、目地からの熱風炉内ガスの吹き抜けといった問題も解消することができる。
さらに、燃焼運転時の熱風炉内圧力の高圧化により、燃料ガスの体積を抑制でき、熱風炉内断面積を抑制でき、燃焼運転時の燃焼効率も向上でき、炉体および設備を小型化することができる。
【００１７】
本発明の熱風炉装置において、前記燃料ガス供給ラインは、前記高炉の炉頂から前記炉頂ガスを取り出す炉頂ガス回収ラインの炉頂圧回収設備よりも下流側から前記炉頂ガスを取り出すことが好ましい。
【００１８】
本発明の熱風炉運転方法において、前記燃料ガスとして、前記高炉の炉頂から取り出されて炉頂圧回収設備で圧力回収された前記炉頂ガスを用いることが好ましい。
【００１９】
本発明では、燃料ガスとして用いる炉頂ガスが、炉頂圧回収設備で圧力回収された後であるため、高炉の炉頂圧力の変動の影響は炉頂圧回収設備で緩和され、燃料ガスにおける圧力変動を安定化することができる。
本発明では、燃料ガスとして用いる炉頂ガスが、炉頂圧回収設備で圧力回収されて低圧の状態であるため、炉頂ガス中の水分量を低い状態とすることができ、燃料ガスとして導入された際に熱風炉内のミスト発生による耐火煉瓦の劣化などを防止することができる。
本発明では、昇圧機による昇圧ができるため、このような低圧の炉頂ガスを用いても、熱風炉に導入される燃料ガスを十分な高圧とすることができる。
【００２０】
本発明の熱風炉装置において、前記燃焼運転時の前記熱風炉の排ガスから排圧および排熱を回収する排熱回収設備を有し、前記昇圧機は前記排熱回収設備で回収した排圧および排熱を動力に用いることが好ましい。
【００２１】
本発明の熱風炉運転方法において、前記燃焼運転時の前記熱風炉の排ガスから排圧および排熱を回収し、回収した排圧および排熱を前記昇圧機の動力に用いることが好ましい。
【００２２】
本発明では、昇圧機の動力を、熱風炉の燃焼運転時の排ガスから回収した排圧および排熱でまかなうことができ、運転コストを抑制することができる。本発明における昇圧機の効果は、前述した通りであるが、その動力についても熱風炉の燃焼運転時の排エネルギーを利用することで、本発明の実施に必要なコストを最小限にすることができる。
【００２３】
本発明の熱風炉運転方法において、前記送風運転と、前記熱風炉を前記送風運転から前記燃焼運転に切り替える燃焼切替作業と、前記燃焼運転と、前記熱風炉を前記燃焼運転から前記送風運転に切り替える送風切替作業と、を繰り返すとともに、前記燃焼切替作業、前記燃焼運転および前記送風切替作業の合計時間を、前記送風運転を行う時間以下とすることが好ましい。
【００２４】
本発明では、例えば熱風炉２本運転を行う場合、２本の熱風炉を交互に、一方を送風運転とし、その間に他方で燃焼切替作業、燃焼運転および送風切替作業を実行することができる。
本発明では、燃焼切替作業および送風切替作業に圧力調整（均圧および排圧）を含まないので、燃焼切替作業および送風切替作業は燃焼ガスあるいは送風用の空気の切り替えだけでよく、ごく短時間で実行することができる。
そして、本発明では、燃焼運転が高圧で行われるため、送風運転と同程度の時間で十分な蓄熱が得られる。
【００２５】
その結果、２本の熱風炉の一方が送風運転する間に、他方を前後に燃焼切替作業および送風切替作業を伴う燃焼運転とすることができ、２本の熱風炉で従来の３本熱風炉運転と同条件の送風運転させることができる。この際、送風運転は、２本の熱風炉で交互に行われるので、高炉に対する送風が途切れることはない。
なお、偶数本の熱風炉を有する熱風炉装置であれば、２本ずつの熱風炉に対して本発明を適用することができる。
【００２６】
本発明の熱風炉運転方法において、前記送風運転と、前記熱風炉を前記送風運転から前記燃焼運転に切り替える燃焼切替作業と、前記燃焼運転と、前記熱風炉を前記燃焼運転から前記送風運転に切り替える送風切替作業と、を繰り返すとともに、前記燃焼切替作業、前記燃焼運転および前記送風切替作業の合計時間を、前記送風運転を行う時間の２倍以下とすることが好ましい。
【００２７】
本発明では、例えば熱風炉３本運転を行う場合、３本の熱風炉のうち１本を送風運転とし、その間に他の２本で燃焼切替作業、燃焼運転および送風切替作業を実行することができる。
すなわち、送風運転していた熱風炉を燃焼運転に切り換えて２本目の熱風炉で送風運転を行い、所定の送風運転時間が経過したら２本目の熱風炉を送風運転から燃焼運転に切り換えて３本目の熱風炉で送風運転を行う。このとき、１本目の熱風炉は燃焼運転の半分が経過した状態であり、所定の送風運転時間が経過したら３本目の熱風炉を送風運転から燃焼運転に切り換えるとともに、１本目の熱風炉で送風運転を行う。
その結果、３本の熱風炉のうち１本が送風運転する間に、他の２本を前後に燃焼切替作業および送風切替作業を伴う燃焼運転とすることができ、３本の熱風炉を効率的に運転させることができる。この際、送風運転は、３本の熱風炉のいずれかで交互に行われるので、高炉に対する送風が途切れることはない。
さらに、本発明では、送風運転に対して燃焼運転がほぼ２倍の時間となるため、送風運転の時間を短くして蓄熱温度の低下を小さくすることができる。また、燃焼が行われる燃焼室のサイズを小さくすることもできる。
【００２８】
なお、３の倍数本の熱風炉を有する熱風炉装置であれば、３本ずつの熱風炉に対して本発明を適用することができる。
また、熱風炉３本運転の場合で、１本で燃焼運転を実行する間に、２本で送風運転を行うとしてもよく、送風運転を行う２本の熱風炉については、先ず１本目の熱風炉だけで送風運転を行い、１本目の送風運転が半分経過した段階で２本目の熱風炉が送風運転を開始することで、高炉への送風温度を前述した熱風炉２本ないし偶数本の交互運転に比べ高くできる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、燃焼運転時の熱風炉内圧力を十分に高圧化できる熱風炉装置および熱風炉運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の熱風炉装置の一実施形態を示す模式図。
【図２】前記実施形態での送風運転および燃焼運転を示す模式図。
【図３】従来の送風運転および燃焼運転を示す模式図。
【図４】前記実施形態での他の送風運転および燃焼運転を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１において、熱風炉装置１は、高炉２に熱風を供給するものである。
高炉２には、炉頂２１に装入装置２２が設置され、鉄鉱石およびコークスを主体とする装入物が挿入される。高炉２には、複数の羽口２３が炉体の周方向に配列され、各々には環状管２４を介して熱風炉装置１が接続されている。
熱風炉装置１から熱風が供給されると、熱風は環状管２４で分配されて羽口２３から熱風炉内へ均等に吹き込まれる。熱風炉内に吹き込まれた熱風は、装入物を加熱して鉄分の還元反応に寄与したのち、炉頂ガス（ＢＦＧ）として炉頂２１から取り出される。
【００３２】
高炉２には、炉頂ガスを回収する炉頂ガス回収ライン３が接続されている。
炉頂ガス回収ライン３は、炉頂２１に接続された炉頂配管３１によりＢＦＧを取り出し、ダストキャッチャ３２、第１ベンチュリスクラバ３３、第２ベンチュリスクラバ３４を順次通過させることでＢＦＧを除塵する。
除塵されたＢＦＧは、炉頂圧回収設備３５（ＴＲＴ）により圧力および熱などの残留エネルギーを回収され、電力などに変換して再利用される。
エネルギー回収されたＢＦＧは、ガスホルダ３６に貯蔵され、他の設備の燃料などに利用される。
【００３３】
熱風炉装置１は、３本の熱風炉４（４Ａ〜４Ｃ）を備えている。熱風炉４Ａ〜４Ｃは、それぞれ蓄熱室４１および燃焼室４２を有する外燃式である。
蓄熱室４１は、内部に蓄熱用のチェッカー煉瓦が積まれ、炉頂部が燃焼室４２と連通されるとともに、炉底部に送風本管４３および煙道本管４４が接続されている。
燃焼室４２は、中間部に環状管２４に至る熱風本管４５が接続され、炉底のバーナ部分に空気供給管４６および燃料ガス供給管４７が接続されている。
熱風炉４Ａ〜４Ｃは、それぞれ送風本管４３、煙道本管４４および熱風本管４５との接続部分に図示しない開閉弁を有し、動作状態に応じて各々との接続が断続される。
【００３４】
熱風炉４Ａ〜４Ｃにおいては、それぞれ高炉２に熱風を供給する送風運転と、蓄熱するための蓄熱運転とが交互に行われる。
送風運転時には、送風本管４３から空気が導入され、蓄熱室４１を通る間に加熱されて熱風が生成され、熱風が燃焼室４２から熱風本管４５を経て環状管２４へと供給される。
燃焼運転時には、バーナ部分で空気供給管４６からの空気および燃料ガス供給管４７からの燃料ガスによる燃焼が燃焼室４２内で行われ、高温の燃焼ガスが蓄熱室４１に通されてチェッカー煉瓦に蓄熱が行われる。蓄熱室４１を通った燃焼ガスは、煙道本管４４から排出される。
これらの送風運転および燃焼運転に関して、３本の熱風炉４Ａ〜４Ｃの相互の連携については後に詳述する。
【００３５】
送風本管４３には送風用のブロア４３１が設置され、吸入した空気を所定圧力まで昇圧して蓄熱室４１ないし熱風本管４５に送ることができる。ブロア４３１により送風運転時の蓄熱室４１および燃焼室４２の熱風炉内圧力が所定の高圧に維持され、高炉２の内部が高圧であっても羽口２３から熱風を吹き込むことができる。
煙道本管４４にはタービン発電機などの排気圧回収設備４４１が設置され、煙道本管４４を通して排出される燃焼ガスの圧力および熱などの残留エネルギーが回収される。
【００３６】
空気供給管４６には空気供給用のブロア４６１が設置され、燃焼運転時に外気を燃焼室４２へと圧送することができる。
燃料ガス供給管４７は、燃料ガス供給ライン５を介して炉頂ガス回収ライン３に接続され、高炉２から回収されたＢＦＧを燃焼室４２の燃料ガスとして用いることができる。
【００３７】
燃料ガス供給ライン５は、分岐配管５１が炉頂ガス回収ライン３の炉頂圧回収設備３５の下流側に接続され、当該部分から取り出したＢＦＧを熱風炉４に供給することができる。
燃料ガス供給ライン５の途中には、本発明の昇圧機としてのブロア５２が設置されている。燃料ガス供給ライン５を通して燃焼室４２へ送られるＢＦＧは、ブロア５２により所定圧力まで昇圧され、燃焼運転時の燃焼室４２および蓄熱室４１の熱風炉内圧力を所定の高圧に維持することができる。
【００３８】
昇圧機としてのブロア５２は、その動力として、煙道本管４４に設置された排気圧回収設備４４１による回収エネルギーを用いる。例えば、熱風炉４Ａ〜４Ｃのいずれかで燃焼運転を行う際には、ブロア５２により燃料ガスであるＢＦＧを昇圧するが、その動力は現在燃焼運転中の熱風炉４Ａ〜４Ｃのいずれかからの回収エネルギーとすることができる。
【００３９】
ブロア５２により昇圧を行い、燃料ガス供給管４７から燃焼室４２へ供給される燃料ガス（ＢＦＧ）の圧力を高めた場合、燃焼バランスをとるために、空気供給管４６から燃焼室４２に供給される空気の圧力を高める必要がある。そのための昇圧は、ブロア４６１により行うことができる。なお、ブロア４６１の動力も、排気圧回収設備４４１による回収エネルギーとすることができる。また、空気供給用のブロア４６１は、送風用のブロア４３１の風量に余裕があれば、これで代用してもよい。
【００４０】
本実施形態の熱風炉装置１においては、３本の熱風炉４Ａ〜４Ｃのうち２本を用い、各々に送風運転および燃焼運転を交互に実行させる。
図２に示すように、熱風炉４Ａ，４Ｂの２本を用いる場合、例えば基準時点０分から４５分サイクルで、送風運転および燃焼運転を交互に実行させる。
【００４１】
熱風炉４Ａでは、基準時点０分から、送風運転を４５分行い、０．５分で送風運転から燃焼運転への切り替え（燃焼切替作業）を行い、燃焼運転を４４分行い、０．５分で燃焼運転から送風運転への切り替え（送風切替作業）を行い、以降これらの４つの工程を繰り返す。
送風運転は４５分であるから、１サイクル分となる。燃焼運転４４分と燃焼および送風の切替作業０．５分が２回で合計４５分となり、１サイクル分に相当する。
【００４２】
熱風炉４Ａの熱風炉内圧力は、送風運転時には、送風本管４３のブロア４３１により送風用の空気の昇圧が行われ、所定の熱風炉内圧力が維持される。一方、燃焼運転時には、燃料ガス供給ライン５のブロア５２により燃料ガスであるＢＦＧの昇圧が行われ、送風運転時と同じ熱風炉内圧力が維持される。
燃焼切替作業および送風切替作業では、空気の流通方向の反転のために、熱風炉４Ａ〜４Ｃの送風本管４３、煙道本管４４および熱風本管４５との接続部分にそれぞれ設置される図示しない開閉弁を駆動させるための切替時間が発生する。
【００４３】
熱風炉４Ａの熱風炉内温度は、送風運転時に、送風に伴って低下してゆく。一方、燃焼運転時には、燃焼室４２での燃焼により、徐々に上昇してゆき、送風運転の当初必要な温度が確保される。
このような短時間の燃焼運転で十分な蓄熱を行うことができるのは、昇圧機であるブロア５２により燃料ガスであるＢＦＧを昇圧し、燃焼室４２での燃焼運転を高圧で行うことに起因する。
【００４４】
以上のような熱風炉４Ａに対し、熱風炉４Ｂでは、基準時点０分から、０．５分の燃焼切替作業を行い、燃焼運転を４４分行い、０．５分の送風切替作業を行い、送風運転を４５分行い、以降これらの４つの工程を繰り返す。
熱風炉４Ｂにおいても、送風運転４５分が１サイクル分、燃焼運転４４分と燃焼切替作業０．５分および送風切替作業０．５分とで合計４５分が１サイクル分となる。
送風運転時および燃焼運転時の圧力および温度の変化は、熱風炉４Ｂにおいても熱風炉４Ａで説明した通りの挙動を示す。
【００４５】
このように、本実施形態では、図２に示すように、熱風炉４Ａ，４Ｂが４５分サイクルで交互に送風運転と燃焼運転とを行うことができる。
熱風炉４Ａ，４Ｂにおいて、送風運転は４５分サイクルの全体にわたるため、高炉２への送風が途絶えることはない。一方、燃焼運転は、高圧での燃焼とすることで、４４分で所定の蓄熱を行うことができる。これにより、燃焼切替作業および送風切替作業を含めて燃焼運転を４５分サイクルに収めることができ、熱風炉４Ａ，４Ｂの２本での４５分サイクルでの送風および燃焼の交互運転を実現することができる。
図２の運転を行う際には、熱風炉４Ａ，４Ｂの組み合わせではなく、熱風炉４Ａ，４Ｃの組み合わせ、あるいは、熱風炉４Ｂ，４Ｃの組み合わせを用いてもよい。
【００４６】
本実施形態の熱風炉装置１においては、３本の熱風炉４Ａ〜４Ｃの３本を用いるとともに、昇圧機であるブロア５２を用いず、燃焼運転を常圧で行うことで、従来通りの送風運転および燃焼運転を行うこともできる。
図３に示すように、熱風炉４Ａ〜４Ｃの３本を用い、燃焼運転を常圧で行う場合、例えば基準時点０分から４５分サイクルで、送風運転および燃焼運転を交互に実行させる。
ただし、送風運転は４５分の１サイクルであるが、燃焼運転は昇温に時間がかかるため、２サイクル９０分を用いる。さらに、２サイクル９０分においては、燃焼運転７５分の前後には、送風運転時の高圧を燃焼運転時の常圧まで下げる排圧運転７．５分と、燃焼運転時の常圧を送風運転時の高圧まで高める均圧運転７．５分とが設定される。
【００４７】
図３において、熱風炉４Ａ〜４Ｃの各々では、前述した送風運転４５分（１サイクル分）に続いて、排圧運転７．５分、燃焼運転７５分および均圧運転７．５分の計９０分（２サイクル分）が実行され、以降これらの工程が繰り返される。
この際、熱風炉４Ａ〜４Ｃの各々では、互いに１サイクル分ずつ工程がずらされ、高炉２への熱風の供給が途絶えることがない。すなわち、熱風炉４Ａの送風運転に続いて熱風炉４Ｂの送風運転が行われ、さらに熱風炉４Ｃの送風運転が続き、再び熱風炉４Ａの送風運転が行われ、このような繰り返しにより常にいずれかの熱風炉４Ａ〜４Ｃが送風運転を行っている。
【００４８】
このように、図３に示す従来通りの送風運転および燃焼運転では、熱風炉４Ａ〜４Ｃが常圧での燃焼運転を行うため、所期の蓄熱を確保するためには燃焼運転に時間が必要であり、熱風炉４Ａ〜４Ｃの３本運用が必須となる。また、燃焼運転と送風運転との熱風炉内圧力の差を確保するために均圧運転および排圧運転が必要であり、運転作業の繁雑さが避けられない。
【００４９】
以上に説明した通り、本実施形態の熱風炉装置１によれば、とくに図２のような運転を行うことで、以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、熱風炉４（４Ａ〜４Ｃ）に供給される燃料ガス（ＢＦＧ）を、昇圧機であるブロア５２で昇圧することで、十分な高圧にすることができる。
このため、熱風炉４においては、燃焼運転時の熱風炉内圧力を送風運転時の熱風炉内圧力まで十分に高圧化することができ（図２参照）、燃焼運転時と送風運転時の熱風炉内圧力の差がなくなることで、均圧運転および排圧運転（図３参照）が必要なくなり、各々の作業を解消することができる。
【００５０】
本実施形態では、熱風炉４の送風運転および燃焼運転を図２のように行うことで、図３のような均圧運転および排圧運転が全解消することができ、各々の作業工程を削減でき、作業効率および作業コストを低減できる。
また、図２に示す熱風炉４の運転によれば、図３の均圧運転および排圧運転が占めていた期間を解消でき、運転効率を向上することができる。
さらに、図２に示す熱風炉４の運転は、熱風炉４Ａ〜４Ｃのうち２本を用いればよく、１本を休止させ、あるいは保守点検に当てることもできる。
図２のような運転のみを行うのであれば、熱風炉装置１に設置する熱風炉４は２本だけでもよく、基数の削減も可能である。
【００５１】
図３に示す従来通りの運転を行う場合、均圧運転時に熱風炉４の内部に残留していたＢＦＧから、熱風炉内圧力の上昇に伴って結露が発生していた。しかし、図２の運転を行うのであれば、均圧運転の解消により、このような熱風炉内の結露も防止することができる。
【００５２】
さらに、本実施形態では、熱風炉４に導入される燃料ガスを、本発明の昇圧機であるブロア５２、および、空気を昇圧する空気供給用のブロア４６１より、それぞれ断熱圧縮することで昇温させることができる。これにより、従来の熱風炉装置で用いられていた燃料ガスの予熱装置や、従来の補助燃料ガスの供給も解消でき、設備および運転コストの抑制ができる。
【００５３】
本実施形態においては、図２の説明で述べた通り、燃焼運転時の熱風炉内圧力を高めることで、燃焼運転の時間も短縮できる。従来は、一般に送風運転に対して燃焼運転の時間が長く設定され、かつ前述した均圧運転および排圧運転が必要であった。しかし、本実施形態では、均圧運転および排圧運転が解消できるとともに、燃焼運転を短縮して送風運転と同程度の時間とすることもでき、燃焼運転と送風運転とが繰り返す簡素な運転スケジュールの設定も可能となる。
【００５４】
さらに、本実施形態においては、送風運転時の熱風炉内圧力と燃焼運転時の熱風炉内圧力との差をなくすことができ、均圧運転および排圧運転における圧力変動（図３参照）が解消されるため、熱風炉４の各部の寿命を延長することができる。例えば、鉄皮の疲労破壊の防止、熱風炉内の耐火煉瓦の割れや、煉瓦目地の開きを防止することができ、目地からの熱風炉内ガスの吹き抜けといった問題も解消することができる。
さらに、燃焼運転時の熱風炉内圧力の高圧化により、燃料ガスの体積を抑制でき、熱風炉内断面積を抑制でき、燃焼運転時の燃焼効率も向上でき、炉体および設備を小型化することができる。
【００５５】
本実施形態では、熱風炉４に燃料ガスとして炉頂ガス回収ライン３に回収された高炉２の炉頂２１からの炉頂ガス（ＢＦＧ）を用いるとともに、燃料ガス供給ライン５は、分岐配管５１により、炉頂ガス回収ライン３の炉頂圧回収設備３５よりも下流側からＢＦＧを取り出すようにした。
このため、燃料ガスとして用いるＢＦＧが、炉頂圧回収設備３５で圧力回収された後のものになり、高炉２の炉頂２１の圧力変動の影響は炉頂圧回収設備３５で緩和され、熱風炉４のバーナ部分に供給されるＢＦＧにおける圧力変動を安定化することができる。
さらに、燃料ガスとして用いるＢＦＧが、炉頂圧回収設備３５で圧力回収されて低圧の状態であるため、ＢＦＧ中の水分量を低い状態とすることができ、熱風炉４のバーナ部分に導入された際に、熱風炉４の内部でミスト発生による耐火煉瓦の劣化などを防止することができる。
【００５６】
比較として、前述した特許文献１のように、炉頂ガス回収ライン３の炉頂圧回収設備３５よりも上流側からＢＦＧを取り出す場合（図１の分岐配管５１Ｐ参照）、熱風炉４の燃焼運転に供給されるＢＦＧに、高炉２の炉頂２１の圧力変動の影響を受ける可能性があるとともに、より高圧であるためＢＦＧ中の水分量が高く、熱風炉４のバーナ部分に導入された際に、熱風炉４の内部にミストを発生させ、耐火煉瓦の劣化などを招く可能性もある。
しかし、本実施形態では、炉頂ガス回収ライン３の炉頂圧回収設備３５よりも下流側からＢＦＧを取り出すようにしたので、これらの不都合を解消することができる。
【００５７】
本実施形態では、燃料ガス供給ライン５に昇圧機としてブロア５２を設置し、熱風炉４に供給されるＢＦＧを昇圧することができる。
このため、炉頂圧回収設備３５で圧力回収された後の低圧のＢＦＧを用いても、熱風炉４に導入されるＢＦＧを十分な高圧とすることができる。
【００５８】
本実施形態では、煙道本管４４に設置された排気圧回収設備４４１により、熱風炉４の排ガスから排圧および排熱を回収し、回収した排圧および排熱のエネルギーを、昇圧機であるブロア５２および空気供給管４６のブロア４６１の動力に用いている。このため、熱風炉４の燃焼運転時のブロア５２，４６１の動力を、熱風炉４の燃焼運転時の排ガスからの回収エネルギーでまかなうことができ、運転コストを抑制することができる。
従って、本実施形態におけるブロア５２により実現される燃焼運転時の昇圧の効果は、前述した通りであるが、その動力についても熱風炉４の燃焼運転時の排エネルギーを利用することができ、運転に必要なコストを最小限にすることができる。
【００５９】
前述した図２では、本実施形態の熱風炉装置１において、２本の熱風炉４を４５分サイクルで交替させる運転について説明した。これに対し、同じ熱風炉装置１において、３本の熱風炉４を３０分サイクルで運転してもよい。
図４において、熱風炉４Ａ〜４Ｃの３本は、それぞれ基準時点０分から３０分サイクルで、送風運転および燃焼運転を交互に実行させる。
【００６０】
熱風炉４Ａでは、基準時点０分から、送風運転を３０分行い、０．５分で送風運転から燃焼運転への切り替え（燃焼切替作業）を行い、燃焼運転を５９分行い、０．５分で燃焼運転から送風運転への切り替え（送風切替作業）を行い、以降これらの４つの工程を繰り返す。
送風運転は３０分で１サイクル分となる。燃焼運転５９分と燃焼および送風の切替作業０．５分が２回で合計６０分となり、２サイクル分に相当する。
【００６１】
熱風炉４Ａの熱風炉内圧力については、前述した図２と同様である。
すなわち、送風運転時には、送風本管４３のブロア４３１により送風用の空気の昇圧が行われ、所定の熱風炉内圧力が維持される。一方、燃焼運転時には、燃料ガス供給ライン５のブロア５２により燃料ガスであるＢＦＧの昇圧が行われ、送風運転時と同じ熱風炉内圧力が維持される。
燃焼切替作業および送風切替作業では、空気の流通方向の反転のために、熱風炉４Ａ〜４Ｃの送風本管４３、煙道本管４４および熱風本管４５との接続部分にそれぞれ設置される図示しない開閉弁を駆動させるための切替時間が発生する。
【００６２】
熱風炉４Ａの熱風炉内温度は、送風運転時に、送風に伴って低下してゆく。ただし、送風運転の時間が短いため、送風運転の終了時の温度は、前述した図２の送風運転よりも高い温度に保たれている。
一方、燃焼運転時には、燃焼室４２での燃焼により、徐々に上昇してゆき、送風運転の当初必要な温度が確保される。ただし、前述した送風運転時の温度低下の縮小に加え、燃焼運転の時間としてほぼ２サイクル分の時間（５９分）が確保されているため、図２の燃焼運転（２９分）よりも緩やかな上昇特性とすることができ、燃焼温度が低い燃焼運転または燃料ガスの消費が少ない燃焼運転とすることができる。また、燃焼が行われる燃焼室４２のサイズを小さくできる。
【００６３】
以上のような熱風炉４Ａに対し、熱風炉４Ｂでは、基準時点０分から、燃焼運転の後半および０．５分の送風切替作業に続いて、送風運転３０分、燃焼切替作業０．５分、燃焼運転５９分、送風切替作業０．５分の繰り返しが行われる。
また、熱風炉４Ｃでは、基準時点０分から、燃焼切替作業０．５分、燃焼運転５９分、送風切替作業０．５分、送風運転３０分が繰り返し行われる。
【００６４】
このように、図４の運転では、熱風炉４Ａ〜４Ｃが３０分サイクルで順次、送風運転と燃焼運転とを行うことができる。そして、熱風炉４Ａ〜４Ｃのいずれかが送風運転３０分を交替で行うことで、高炉２への熱風の供給を絶え間なく行うことができる。
また、均圧運転および排圧運転（図３参照）が不要であるため、各々の作業を解消することができるとともに、前述した均圧運転および排圧運転における圧力変動による機器の影響、結露の発生などの不都合を解消することができる。また、２本での送風運転を実施すれば、１本での送風運転に比べて送風温度を上げることができる。
【００６５】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
例えば、熱風炉装置１に設置される熱風炉４は３本に限らず、２本（図２の運転が可能）、４本以上（図２の運転または図４の運転が可能）であってもよい。例えば、熱風炉４が４本の場合、その２本ずつを前述した図２の運転とすることができるほか、１本を休止し、３本で図４の運転を行うようにしてもよい。もしくは、４本の熱風炉４のうち、２本を休止し、２本を運転してもよい。
【００６６】
前記実施形態では、図２のような４５分サイクルでの運転、あるいは、図４のような３０分サイクルの運転について説明したが、運転のサイクルタイムは適宜設定すればよく、例えば２０分サイクルと短くしてもよく、あるいは６０分サイクルと長くしてもよい。ただし、サイクルタイムが短いと、工程の切り替えが頻繁となって効率的でない場合もある。一方、サイクルタイムを長くするためには、熱風炉４の容量の大きさが必要となるほか、送風運転および燃焼運転での熱風炉内温度の変化幅が制限される場合もある。従って、熱風炉装置１としての要求条件に応じてサイクルタイムを適宜設定することが望ましい。
【００６７】
前記実施形態では、熱風炉４は外燃式としたが、内燃式あるいは炉頂燃焼式などであってもよく、その形式は限定されない。
また、昇圧機としてブロア５２を用いたが、燃料ガス供給ライン５を通る燃料ガスを昇圧できる装置であれば、他の構成の昇圧機であってもよい。
また、各々の熱風炉４の煙道本管４４に至る排ガスラインに、流量計および流量調整装置を設け、燃料ガスと空気量に見合った排ガス量になるように流量調整することで、燃焼運転と送風運転との切替時の弁の切替動作を不要としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は熱風炉装置および熱風炉運転方法に利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１…熱風炉装置、２…高炉、２１…炉頂、２２…装入装置、２３…羽口、２４…環状管、３…炉頂ガス回収ライン、３１…炉頂配管、３２…ダストキャッチャ、３３…第１ベンチュリスクラバ、３４…第２ベンチュリスクラバ、３５…炉頂圧回収設備、３６…ガスホルダ、４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…熱風炉、４１…蓄熱室、４２…燃焼室、４３…送風本管、４３１…送風用のブロア、４４…煙道本管、４４１…排気圧回収設備、４５…熱風本管、４６…空気供給管、４６１…燃焼用空気加圧用のブロア、４７…燃料ガス供給管、５…燃料ガス供給ライン、５１，５１Ｐ…分岐配管、５２…昇圧機であるブロア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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