(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の炉内に同一の羽口から微粉炭と気体燃料を吹き込む操業において、気体燃料の量が下記の式を満たすようにして吹き込むことを特徴とする高炉操業方法。
ＧＲ＜ＰＣＲ（０．９×ＦＣ−ＶＭ）  …  ＜１＞
但し、ＧＲ≧１０  及び、  ＧＲ≧ＰＣＲ（３３／６７−１００／６７×ＶＭ）を除く
ここに、ＧＲ：気体燃料比（ｋｇ／ｔ）
ＰＣＲ：微粉炭比（ｋｇ／ｔ）
ＦＣ：微粉炭中の固定炭素比率（質量比）
ＶＭ：微粉炭中の揮発分比率（質量比）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽口より微粉炭吹き込みを行う高炉操業方法に関し、特に、微粉炭と共に気体燃料を吹き込む高炉操業に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉操業においては、安価で燃焼性が良く、発熱量の高い、例えば、微粉炭のような固体燃料、石油、重油、タールなどの液体燃料、天然ガスコークス炉ガス、還元ガスなどの気体燃料を羽口部から吹き込むことにより、溶銑製造コストの低減、生産性の向上を図っている。吹き込まれた微粉炭などの固体燃料、液体や気体の燃料は、高炉内において一部のコークスの代わりとして燃焼し、その良好な燃焼性と高い発熱量のために、高温で多量の還元ガスを生成し、効率的な還元反応を行ものである。
【０００３】
最近では、安価な微粉炭吹き込む操業が主流となっているが、微粉炭吹き込み操業では、吹き込んだ微粉炭が完全に燃焼せず、一部が未燃チャー（炭素）として残留する。
この未燃チャーは、炉内を上昇するガス流よって炉頂より排出されるため微粉炭のコークスに対する置換率を低下させ、コークス比の上昇、生産量の低下を引き起こす。また、この未燃チャーは高炉の炉下部中心（炉芯）のコークス層に捕捉されるため、この部分での溶銑、溶滓の通液性を阻害し、ひいてはガスの通気性をも阻害することとなり、高炉の生産性はさらに低下する。
このようなことから、微粉炭吹き込み操業に当たっては、過剰酸素率（＝（羽口部より吹き込まれる空気、純酸素および微粉炭中の酸素の量）／（微粉炭中の炭素及び水素を燃焼させてＣＯ２及びＨ２Ｏとするのに必要な酸素の量））を１．０以上に維持することが好ましい。
過剰酸素率が１．０以上では微粉炭中の炭素、水素の全量が燃焼によりＣＯ２及びＨ２Ｏとなり、未撚チャーは発生しないが、過剰酸素率が１．０未満であると一部の炭素が燃焼せず、未撚チャーとなり、上述のような問題の原因となる可能性がある。
したがって、微粉炭の吹き込み量には上限があり、コークス比の低減、銑鉄の製造コストの低減には限度があった。
このように、微粉炭吹き込み操業においては、その効果を十分なものとするには未燃チャーの発生を抑制することが重要であり、種々の技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、羽口部から微粉炭を高炉の内部に吹き込む高炉操業方法において、微粉炭と共に燃料ガスを吹き込むことが開示されている。
燃料ガスの燃焼により形成される高温場において、微粉炭が急速に熱分解され、通常の場合よりも燃焼速度の大きいガスが多量に生成し、チャーの発生が減少すると共に、生成したチャーも膨張して燃焼速度が大きくなるため、過剰酸素率が１．０未満の場合でも、未撚チャーの発生が抑制できるとされている。
また、特許文献２には、高炉の羽口から、微粉炭や重油、タール、天然ガスなどの補助燃料と共に、合成樹脂粒を、補助燃料の吹き込み位置より上流側から吹き込む方法が開示されおり、特定の位置で吹き込むことにより、合成樹脂粒を燃焼性の向上を図り、未撚のまま炉内に残留することによる通気性、通液性の低下を抑制することが開示されている。
また、特許文献３や特許文献４には、微粉炭をガス化炉に導入して還元ガスとし、或いは、ガス化炉からの還元ガスを改質炉で微粉炭や水蒸気を加えてさらに高カロリー、高還元性の還元ガスに改質し、これを高炉に吹き込むことが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１７９３２３号公報
【特許文献２】特開２０００−１７８６１４号号公報
【特許文献３】特開平２００１−２４０９０６号公報
【特許文献４】特開平１１−２４１９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、微粉炭と他の燃料を吹き込んでコークス比を下げることは、溶銑の製造コストを低減するための手段として重要であり、これに伴う種々の制限を取り除いていくことが必要である。
特許文献１では、微粉炭と共に気体燃料を吹き込むことによって、微粉炭吹き込みの際の過剰酸素率の制限を解消できるとしている。しかしながら、微粉炭と共に天然ガス、コークス炉ガスおよび還元ガスなどの気体燃料を吹き込む場合においても、微粉炭に由来する未燃チャーが発生を十分抑制するには至らず、未燃チャーが炉芯部に滞留して炉芯部の通気性、通液性を低下させ、炉況の悪化を招く虞がある。
これは、気体燃料の燃焼速度が微粉炭中の固定炭素の燃焼速度に比べて極めて大きいので、羽口前の燃焼においては、酸素が気体燃料の燃焼に優先的に消費され、固定炭素の燃焼に必要な酸素が十分に供給されず、未燃チャーが発生しやすくなるためと考えられる。
本発明は、このような状況に鑑み、高炉に微粉炭と共に気体燃料を吹き込んで操業する高炉操業方法において、未燃チャーを発生させることなく、安定した高炉操業が可能な高炉操業方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）高炉の炉内に同一の羽口から微粉炭と気体燃料を吹き込む操業において、気体燃料の量が下記の式を満たすようにして吹き込むことを特徴とする高炉操業方法。
ＧＲ＜ＰＣＲ（０．９×ＦＣ−ＶＭ）  …  ＜１＞
但し、ＧＲ≧１０  及び、  ＧＲ≧ＰＣＲ（３３／６７−１００／６７×ＶＭ）を除く
ここに、ＧＲ：気体燃料比（ｋｇ／ｔ）
ＰＣＲ：微粉炭比（ｋｇ／ｔ）
ＦＣ：微粉炭中の固定炭素比率（質量比）
ＶＭ：微粉炭中の揮発分比率（質量比）
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高炉の炉内に同一の羽口から微粉炭と気体燃料を吹き込む操業において、吹き込む気体燃料と微粉炭の量が特定の式＜１＞を満たすように、すなわち、吹き込む気体燃料の量と微粉炭中の揮発分の量の合計の吹き込む微粉炭中の固定炭素の量に対する比率が所定の比率α以下の値となるように、気体燃料の量、微粉炭の量、或いは微粉炭の組成を調整するので、未燃チャーの発生が抑制される。従って、従来、微粉炭と共に気体燃料を吹き込む操業の場合に懸念されていた未燃チャーの発生による炉況の悪化を抑制することができ、安定した高炉操業が可能となる。
また、微粉炭と共に、天然ガスやコークス炉発生ガス、還元ガスなど、コークスに比べて相対的に炭素分の少ない気体燃料を利用することができるので、高炉内での還元ガスの発生量を確保しつつ、コークス比を低減することができる。
従って、相対的に炭素分の少ない燃料への代替により二酸化炭素の発生を抑制することができるほか、コークスの代替資源を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
発明者らは、同一の羽口から微粉炭と共に気体燃料を吹き込んで燃焼させる操業に関して、実験により、種々の微粉炭と気体燃料との競合燃焼を行い、未燃チャーが増加しない条件を検討した。
競合燃焼実験では、微粉炭として固定炭素比率ＦＣ（４５〜７９％）および揮発分比率ＶＭ（１１〜４５％）の異なる１０種の石炭を用い、微粉炭吹き込み量は４０〜２５０kg／ｔの範囲で変化させた。また、気体燃料としてはメタンガスを用い、吹き込み量は０〜１４０kg／ｔの範囲で変化させた。送風温度１２８０℃の条件で、微粉炭およびガス吹込みランスから８００ｍｍ先での未燃チャーの量（重量比）を測定した。未燃チャーの量は、当該位置で採取したダスト中の灰分の分析よりバランス計算により求めた。
【００１０】
その結果を図１に示す。図１は、吹き込んだ気体燃料比ＧＲ（ｋｇ／ｔ）と、［（気体燃料の量ＧＲと微粉炭の揮発分（ＰＣＲ×ＶＭ）の合計）／（微粉炭の固定炭素分（ＰＣＲ×ＶＭ））］との関係を示したものであり、この関係において未燃チャーが５質量％以上と５質量％未満の場合を示している。
【００１１】
図１から判るように、微粉炭比（ＰＣＲ）、気体燃料比（ＧＲ）、微粉炭中の固定炭素比率（ＦＣ）、微粉炭中の揮発分比率（ＶＭ）の関係において、一定の条件を満足させれば未燃チャーの発生率を増加させることなく、一定値以下に維持しつつ、微粉炭と気体燃料を同時に吹き込むことができることが判った。
すなわち、微粉炭中の揮発分は羽口前では直ちにガス化し、気体燃料の挙動と同等に扱えることが判り、下式に示すように、微粉炭の固定炭素量（ＰＣＲ×ＦＣ）に対する気体燃料（ＧＲ）と微粉炭の揮発分量（ＰＣＲ×ＶＭ）の合計（ＧＲ＋ＰＣＲ×ＶＭ）の比（α）を一定以下にするものである。
（ＧＲ＋ＰＣＲ×ＶＭ）／ＰＣＲ×ＦＣ≦α
すなわち、ＧＲ≦ＰＣＲ（α×ＦＣ−ＶＭ）  …  ＜１＞
但し、ＧＲ：気体燃料比（ｋｇ／ｔ）
ＰＣＲ：微粉炭比（ｋｇ／ｔ）
ＦＣ：微粉炭中の固定炭素比率（質量比）
ＶＭ：微粉炭中の揮発分比率（質量比）
α：定数    とするものである。
【００１２】
なお、αは、実験により決まる値であり、未燃チャーの発生率をどの程度に抑えるかによって設定しうる値であるが、安定した操業を行うには、未燃チャーの発生率は５％未満とすることが好ましく、そのためには、図１から判るように、αを０．９以下とすることが好ましいといえる。
【００１３】
本発明においては、石炭の種類、あるいは複数の石炭を混合する場合はその混合比などを変更して、微粉炭中の固定炭素比率（ＦＣ）、微粉炭中の揮発分比率（ＶＭ）を調整すること、或いは、微粉炭比（ＰＣＲ）を調整すること、また或いは、気体燃料比（ＧＲ）を調整することなど、上記の要素の１種または２種以上を調整することにより、上述の＜１＞式を満たすようにして、操業することにより安定した操業が可能となる。
【００１４】
気体燃料の種類は、特に限定するものではないが、天然ガスやコークス炉発生ガス、還元ガスなどが安価であり好ましい。なお、これらのガスを改質したガスでもよい。
【００１５】
ここで、同一の羽口とは、吹き込まれた微粉炭と気体燃料とが同時に羽口前で燃焼する状況であればよく、微粉炭と気体燃料とが同一の羽口内に供給され、羽口から炉内に吹き込まれる場合を意味する。
なお、本発明においては、式＜１＞を満たすように、微粉炭比率（ＰＣＲ）、気体燃料比率(ＧＲ)、或いは更に微粉炭の固定炭素比率(ＦＣ)および／または揮発分比率（ＶＭ）を調整することによって、羽口前での燃焼時の未撚チャーの発生量が抑制できるので、特に羽口内での微粉炭の吹き込み位置と気体燃料の吹き込み位置を限定するものはない。従って羽口内においては、微粉炭の吹き込み位置と気体燃料の吹き込み位置がほぼ同一の位置にあってもよく、或いは、微粉炭吹き込み位置が気体燃料の吹きこみ位置に対して羽口の吹き込み軸に関して、炉内方向に前後して配置されていてもよい。
【実施例】
【００１６】
以下本発明を実施例により詳細に説明する。
内容積３２７３ｍ３を有する高炉に本発明の方法を適用した。
気体燃料として、天然ガス、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、還元ガスを使用した。微粉炭は、固定炭素（ＦＣ）、揮発分（ＶＭ）の異なる３種類の石炭を使用した。定数αは、上記の実験や高炉の操業実績を勘案して、０．９とした。
実施例３においては、式＜１＞を満たすように微粉炭比及び気体燃料比を変化させて操業を行った。
一方、比較例１〜７においては、実施例に使用したものと同じ種類の石炭の他に、固定炭素（ＦＣ）、揮発分（ＶＭ）の異なる２種類の石炭を一部の比較例において使用したが、いずれにおいても、式＜１＞を満たしていないものである。
実施例及び比較例とも、高炉下部通気抵抗指数および送風圧力の変動を調査した。その結果を表１に示す。ここで高炉下部通気抵抗指数ＫＬは、ボッシュガス量ＶＢ（Ｎｍ3／ｍｉｎ）、送風圧力ＰＢ（ｋｇ／ｃｍ2）および羽口から５．８ｍ上方の炉腹部圧力ＰＭ（ｋｇ／ｃｍ2）をもとに、式＜２＞により計算した通気抵抗に関する指標である。
ＫＬ＝（ＰＢ2−ＰＭ2）／ＶＢ1.7  …  ＜２＞
【００１７】
表１から判るように、本発明を適用した実施例３の場合は、高炉下部通気抵抗指数や送風圧力の変動は、いずれも小さく、安定した操業となっている。
一方、式＜１＞を満たさず、本発明の範囲外となった比較例１〜７は、上記の高炉下部通気抵抗指数や送風圧力の変動は、実施例と比べていずれも大きく、安定した操業は行えなかった。
【００１８】
【表１】
0004714544.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】吹き込んだ気体燃料比ＧＲ（ｋｇ／ｔ）と、［（気体燃料の量ＧＲと微粉炭の揮発分（ＰＣＲ×ＶＭ）の合計）／（微粉炭の固定炭素分（ＰＣＲ×ＶＭ））］との関係を示す図である。
【図１】
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