(57)【要約】      （修正有）【課題】羽口先燃焼領域の低温化させて適正な温度に制御しつつ、従来よりも化石燃料の使用量及びＣＯ２排出量を削減して実行できる酸素高炉の操業方法の提供。【解決手段】羽口６から少なくとも純酸素を吹き込み、炉頂から窒素の少ない高炉ガスを発生せしめる酸素高炉の操業方法において、羽口６からの純酸素の吹き込みとともに、その羽口６にまた３０〜８０ｋｇ／ｔ−ｐ程度の廃プラスチックを吹き込むことにより、羽口先の温度を低下させ、羽口先燃焼領域における異常高温化を確実に阻止し、化石燃料の使用量やＣＯ２発生量を削減する酸素高炉の操業方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口から少なくとも純酸素を吹き込み、炉頂から窒素の少ない高炉ガスを発生せしめる酸素高炉の操業方法において、前記羽口からの純酸素の吹き込みとともに、その羽口からはまた廃プラスチックを吹き込むことにより、羽口先の温度を低下させることを特徴とする酸素高炉の操業方法。
【請求項２】
前記廃プラスチックの吹込み量は、３０ｋｇ／ｔ−ｐ〜８０ｋｇ／ｔ−ｐ程度とすることを特徴とする請求項１に記載の酸素高炉の操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽口から純酸素を供給し、炉頂から窒素の少ない高炉ガスを発生せしめる酸素高炉の操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の環境問題を背景として、製鉄所においても、省エネや省資源、炭酸ガス（ＣＯ２）発生量の抑制などが強く求められている。こうした要請に応えるべく、最近の高炉では低還元材比（低ＲＡＲ）の操業が強力に推進されている。
【０００３】
一般的な高炉は、熱風炉で発生させた高温の熱風を羽口から炉内に吹き込む操業を行なうのが普通であり、その熱風炉で使用する燃料としては、高炉やコークス炉、転炉などから発生するガスを混合してなる混合ガス（Ｍガス）が用いられている。この場合、高炉内での還元材比は、その熱風のもつ熱量分だけ低減されることとなる。この場合、炭素を主成分とする化石燃料が用いられる還元材の使用量は少なくなるから、ＣＯ２発生量の抑制にもつながる。以下、このような一般的な高炉を熱風高炉と言う。
【０００４】
一方、前記熱風高炉とは異なるタイプの高炉として、羽口から常温の純酸素を高炉内に吹き込むことにより溶銑を製造する酸素高炉がある（特許文献１参照）。この酸素高炉は、実質的に窒素を含まない高炉ガスを発生させ、これを回収して合成化学工業用ガスとして使用する点に特徴がある。ただし、この酸素高炉では、羽口から純酸素を吹き込んでコークスと反応させているため、羽口先の温度が異常に高温になるという技術的な問題があった。
【０００５】
従って、酸素高炉の操業では、羽口先の燃焼領域（レースウェイ）における温度（羽口先温度）を適正な温度に制御することが必須となる。この点に関し、特許文献１は、ＣＯ２を含む高炉炉頂ガスを還流させて羽口から吹き込むことにより、適正温度範囲に制御する方法や羽口からＨ２ＯまたはＣＯ２を吹き込む方法などが提案されている。その他、羽口から重質油を吹き込む従来技術もある（特許文献２参照）。
【０００６】
なお、一般的な熱風高炉においては、羽口から合成樹脂材を高燃焼率で吹き込む方法（特許文献３参照）や、炉底の温度が規定値以上になったときに合成樹脂材を吹き込んで炉底温度を制御する方法（特許文献４参照）などが提案されている。さらには、この熱風高炉内に羽口から廃プラスチックを直接吹き込むようにし、かつ廃プラスチック吹込み量に応じて酸素富化送風をすることで廃プラスチックの燃焼を促進する方法（特許文献５参照）の提案もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−１５９１０４号公報
【特許文献２】特開昭６３−１７１８０７号公報
【特許文献３】特開２００６−１７６８４８号公報
【特許文献４】特開２００２−３６３６２２号公報
【特許文献５】特開平９−１３７２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のように、羽口から熱風に代えて純酸素を吹き込むタイプの前記酸素高炉では、羽口先温度が不可避に高温になることから、その羽口先の温度を低下させる操業を行なうことが必須となる。この点、従来の羽口から熱風を吹き込む一般的な高炉（熱風高炉）では、羽口先が異常に高温化することはなく、これは酸素高炉に特有の問題である。
【０００９】
ところで、特許文献１に開示された前記技術では、羽口から常温純酸素とともにＨ２ＯやＣＯ２を吹き込み、下記の吸熱反応を導くことにより羽口先の温度を低下させる手段がとられている。このときの反応は、燃焼（酸化）と逆反応（還元）の吸熱反応であることから、高温化した羽口先の温度を下げるのに有効に作用する。一方で、下記（１）式および（２）式の反応は羽口先（レースウェイ）において固体炭素を消費してしまうので、コークス使用量の増加を招くことになる。その結果として、酸素高炉では、化石燃料使用量の増加およびＣＯ２発生量の増加がおこるという問題が生じるのである。
Ｈ２Ｏ＋Ｃ→Ｈ２＋ＣＯ        （１）
ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ           （２）
【００１０】
これに対し、特許文献２に開示された技術では、羽口から重油を吹き込み、その重油の熱分解によって羽口先の冷却を行なうので、コークス消費量を増やすことなく酸素高炉の羽口先温度を低下させることができる。一方で、この方法による羽口先の冷却方法は、レースウェイのコークス消費量の増加は起こらないものの、重油はそもそも化石燃料であり、化石燃料使用量の抑制という観点からは十分な対策とはいえない。
【００１１】
また、特許文献３に開示された技術は、熱風高炉の操業において、合成樹脂材の燃焼率を向上させることが目的である。この場合、酸素高炉とは異なり、熱風高炉では、羽口先の温度が高くなりすぎるという問題は起こらないので、合成樹脂材の吹き込みによって羽口先温度を低下させるというような考え方はそもそも存在していない。つまり、この技術は、異常高温化した羽口先温度を低下させて適正温度に制御することが求められる酸素高炉の操業を前提としたものではない。
【００１２】
また、特許文献４に開示された技術は、炉底の温度を制御するために羽口から合成樹脂材を吹き込む方法であって、炉底側壁温度の制御は可能になるものの、酸素高炉に特有の羽口先温度の低温化および温度制御を行なう技術とは異なる。さらに、特許文献５に開示された技術は、酸素高炉ではない通常の熱風高炉に対して酸素富化率を制御して廃プラスチックの燃焼率を上げるための技術であり、酸素濃度が１００％のものを用いる酸素高炉には適用できない。
【００１３】
本発明の目的は、従来技術が抱えている前述した問題を解消して、異常高温化した酸素高炉の羽口先温度を低温化させて適正な温度に制御しつつも化石燃料の使用量およびＣＯ２の発生量を抑制できる新規な酸素高炉の操業方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的の実現に向けて開発した本発明は、羽口から少なくとも純酸素を吹き込み、炉頂から窒素の少ない高炉ガスを発生せしめる酸素高炉の操業方法において、前記羽口からの純酸素の吹き込みとともに、その羽口からはまた廃プラスチックを吹き込むことにより、羽口先の温度を低下させることを特徴とする酸素高炉の操業方法である。
【００１５】
なお、前記のように構成される本発明に係る酸素高炉の操業方法においては、
（１）前記廃プラスチックの吹込み量は、３０ｋｇ／ｔ−ｐ〜８０ｋｇ／ｔ−ｐ程度とすること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る酸素高炉の操業方法によれば、羽口より純酸素とともに廃プラスチックを吹き込むことにより、羽口先の温度を低温化させて適正な温度にすることができる。その結果、酸素高炉に特有の羽口先燃焼領域における異常高温化を確実に阻止することができる。しかも、本発明によれば、従来の酸素高炉操業方法で用いられている羽口先の低温化方法と比べて、化石燃料の使用量やＣＯ２発生量を削減することができる点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る操業方法の対象となる酸素高炉および周辺設備の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の酸素高炉の操業方法で用いる羽口部分の模式図である。
【図３】羽口先温度を２６００℃以下に制御したときの、各種吹込み材についての、本発明の実施例および比較例における化石燃料の使用量を比較したグラフである。
【図４】羽口先温度を２４００℃以下に制御したときの、各種吹込み材についての、本発明の実施例および比較例における化石燃料の使用量を比較したグラフである。
【図５】羽口先温度を２２００℃以下に制御したときの、各種吹込み材についての、本発明の実施例および比較例における化石燃料の使用量を比較したグラフである。
【図６】羽口先温度を２０００℃以下に制御したときの、各種吹込み材についての、本発明の実施例および比較例における化石燃料の使用量を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の対象となる酸素高炉およびその周辺設備の一例を示す図である。図１において、１は酸素高炉、２はガスを混合する混合機、３はガスを予熱して予熱ガスを得るバーナー、４は高炉ガスを用いて発電する発電機、５は純酸素を製造する酸素プラント、６は酸素高炉１内に酸素などを吹き込むためにの羽口である。
【００１９】
図１に示すように、酸素高炉１は従来の熱風高炉と同じように、炉頂から鉄鉱石や焼結鉱、コークスなどが装入される。また、下部の羽口６からは常温の純酸素が吹き込まれる。純酸素は、酸素プラント５にて深冷分離処理等の分離技術を用いて空気から製造されるが、その際に電力を消費する。そこで、ＣＯを多く含んだ燃焼ガスであるコークス炉ガス、高炉ガスあるいはこれらの混合ガスを用いて発電機４にて発電し、その電力で純酸素を製造する方法が用いられる。また、下部の羽口６からは純酸素とともに、必要に応じて微粉炭や、天然ガス、コークス炉ガスなどの羽口吹込みガスも吹き込まれる。
【００２０】
このときに使用する羽口６としては、例えば、図２に示すような同心多重管の内側に酸素−微粉炭バーナーを配した羽口を用い、その内側のバーナー部分からは微粉炭と搬送用の窒素の如き羽口吹込みガスを、そしてそれの外側の環状通路から常温の純酸素を吹き込むタイプをものを用いることができる。また、この場合において、本発明では、羽口内の中心通路部分にバーナーを１本配置し、そのバーナーから微粉炭と廃プラスチックを混合して吹込むか、バーナーを２本配置し、一方からは微粉炭を、もう一方からは廃プラスチックを吹き込むようにしてもよい。
【００２１】
なお、酸素高炉は、ガス流量が小さいため、炉頂部の温度が低下する問題が起こる。例えば、その炉頂ガスの温度が１００℃以下になると、炉頂部で結露が発生して操業トラブルを引き起こす。そこで、炉頂ガスの温度を１００℃以上に保つため、図１に示すように、ＣＯを多く含んだ燃焼ガスである高炉排ガス（Ｂガス）の一部を、バーナー３に導いて部分燃焼させ、高温の予熱ガスにして、高炉シャフト部から吹き込む方法を用いるとよい。
【００２２】
なお、羽口先温度に関しては、２０００℃〜２６００℃の程度にすることが好ましい。羽口先温度が２０００℃未満になってしまうと、特開２００３−２４７００８号公報でも述べられているように、微粉炭の燃焼が不十分となってしまい、未燃チャーが増大して高炉内の圧損が増大する懸念がある。一方で、酸素高炉では、羽口から従来のような熱風（１０００℃以上）ではなく、常温の純酸素を高流速（１００ｍ／ｓ以上）で吹き込むため、常温の酸素自身による羽口冷却効果が得られる。つまり、特開２００３−２４７００８号公報で述べられているような羽口耐火物損傷の懸念は少なく、羽口先温度を２３００℃以下にする必要はない。一方で、特開昭５８−５８２０７号公報によると、羽口先温度が２６００℃を超えると直接還元比率が急増し、炉内の吸熱反応増加により操炉が困難になることが指摘されている。以上を鑑みると、羽口先温度は２０００℃〜２６００℃に制御することが好ましい。
【００２３】
酸素高炉において羽口先温度は、羽口から廃プラスチックを吹き込めば低温化することから、廃プラスチックの吹込み量を調整することで羽口先の温度を適正温度にすることが好ましい。この点、微粉炭でも廃プラスチックと同レベルの羽口先温度低減効果があるが、微粉炭は化石燃料であり、化石燃料使用量の削減およびＣＯ２の削減には逆効果になる。従って、酸素高炉の羽口先温度の低温化と化石燃料使用量の削減との両立を図るためには、できる限り廃プラスチックで羽口先温度を低温化させて羽口先温度をコントロールするようにすることが望ましい。
【００２４】
本発明において、前記廃プラスチックの吹込み量は、適正な羽口先温度（２０００℃〜２６００℃）にするために、３０ｋｇ／ｔ−ｐ〜８０ｋｇ／ｔ−ｐの範囲、好ましくは、４０ｋｇ／ｔ−ｐ〜７０ｋｇ／ｔ−ｐの範囲とする。３０ｋｇ／ｔ−ｐ未満では十分な温度低減効果が得られず、  また、８０ｋｇ／ｔ−ｐ超でば羽口温度の低減が行き過ぎて、炉温を不安定にするからである。
【００２５】
なお、羽口から吹き込む前記廃プラスチックとしては、ＰＥＴ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＶＣなどの使用済みプラスチックを、破砕機にて約１ｍｍ〜５ｍｍ程度の大きさに粉砕したものを使用する。この大きさは、羽口から搬送ガス（羽口吹込みガス）で搬送するのに好適な大きさである。
【実施例】
【００２６】
以下に、高炉内の熱物質収支を計算するシミュレーションにより、本発明の効果を確認したので、その結果を示す。
【００２７】
この実施例では、出銑比５、炉内容積２５１５ｍｍ３、出銑量が１２５７３ｔ／ｄａｙの酸素高炉を想定した例であり、酸素高炉および周辺設備の構成は、図１の構成とした。羽口は、羽口にバーナー管７（中心通路）を内蔵する図２に示すものを用いた。そして、そのバーナー管７から微粉炭と羽口吹込みガスとを吹き込み、そして、羽口とバーナー管７の間（環状通路）から２５℃の純酸素を吹き込んだ。バーナー管７は、外径８９ｍｍとし、羽口は内径１４０ｍｍとした。高炉炉頂の結露を防止するため、高炉排ガス（Ｂガス）のうち２００Ｎｍ３／ｔを１０００℃となるまでバーナー３で部分燃焼させたうえで、予熱ガスとしてシャフト部より吹き込んだ。炉頂からの装入物は、焼結鉱８０ｍａｓｓ％、塊鉄鉱石２０ｍａｓｓ％の混合物とし、シャフト効率は９４％を仮定した。羽口から微粉炭を３００ｋｇ／ｔ吹き込む条件を本検討のベース条件とした。
【００２８】
本発明に適合する例（実施例）としては、羽口から廃プラスチック（羽口吹込み材）を３６ｋｇ／ｔ−ｐ吹き込んだ。また、比較例としては、羽口からの羽口吹込み材として高炉ガス（６８Ｎｍ３／ｔ）、重油（３４ｋｇ／ｔ）を吹き込んだ。これら羽口吹込み材の化石燃料使用量の低減効果を比較するため、羽口吹込み材によって羽口先温度がほぼ一定となる条件で統一して実施例と比較例の化石燃料使用量（ｋｇ−ｆｕｅｌ／ｔ）を比較した。なお、上記羽口吹込み材は、吹込み量を増やせば増やすほど羽口先温度を低減させることができるので、その分は炉内へ供給されるコークスが減少する。コークスは高炉内の通気を確保するための骨材の役割も果たしているので、高炉の操業に必要なコークス量の下限値が存在するはずである。従って、今回の実施例、比較例では、コークス比で２００ｋｇ／ｔを下限値とし、コークス比下限値に達しても羽口先温度を規定温度まで低下させられなかった場合は、水蒸気を吹き込んで、羽口先温度を規定値まで低下させて比較した。
【００２９】
表１は、羽口先温度を２６００℃以下に制御した条件の実施例、比較例における羽口吹込み材の吹込み量と羽口先温度を示したものである。ここで、コークス、微粉炭、重油の吹込み量の和を化石燃料使用量と考えた。水蒸気と廃プラスチックは化石燃料ではないので、化石燃料使用量には加算していない。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
図３は、上記の例についての化石燃料使用量の評価結果を示すものである。図３から従来法の高炉ガス吹き込み操業と水蒸気吹き込み操業では還元材使用量（化石燃料使用量）が大きくなることがわかる。これは吹込み材自体がＣＯ２やＨ２Ｏという酸化物であり、これらを一度ＣＯとＨ２に熱分解する際にコークスを消費してしまうからである。また、比較例のうち重油吹き込みおよび微粉炭吹き込みについては、化石燃料使用量は高炉ガス吹き込みや水蒸気吹込みに比べて、化石燃料使用量が若干少なくなるが、それでも吹込み材自体も化石燃料であるため化石燃料使用量は多い。一方、本発明の実施例である廃プラスチック吹き込みでは、化石燃料使用量を大幅に削減できた。
【００３２】
同様にして、羽口先温度を２４００℃で比較したケース（表２、図４）、２２００℃で比較したケース（表３、図５）、２０００℃（表３、図５）で比較したケースをそれぞれ示す。どの条件でも、廃プラスチック吹き込み条件（３６ｋｇ／ｔ−ｐ〜７５ｋｇ／ｔ−ｐ）では、大きな化石燃料削減効果が得られることがわかった。
また、目標とする羽口先温度が低いほど、化石燃料使用量が増大する傾向になる。これは、羽口冷却のために化石燃料を消費しなければならないためである。化石燃料の使用量を低減するという目的のためには、羽口先温度は高いほうが好ましい。一方で、羽口先温度が高いとスラグの流動性が悪化したり、設備の寿命低下を引き起こしたりする懸念もある。これらは高炉の設備仕様に依存するので、各高炉において適正な羽口先温度を設定し、その温度になるように本発明の方法を用いて羽口先温度を制御すればよい。
【００３３】
【表２】
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【００３４】
【表３】
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【００３５】
【表４】
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【００３６】
これらの結果により、本発明の酸素高炉における廃プラスチック吹き込みは、羽口先温度を効果的に制御することができると同時に化石燃料低減効果を併せ持っており、酸素高炉の羽口吹込み材として優れていることが分った。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明した本発明に係る酸素高炉の操業方法は、酸素高炉特有の課題である異常高温になりやすい羽口先燃焼領域の低温化に有効な技術であるが、この技術はまた、従来の熱風高炉における炉内温度制御の方法としても適用が可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  酸素高炉
２  混合機
３  バーナー
４  発電機
５  酸素プラント
６  羽口
７  バーナー管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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