(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風管から羽口を経て高炉内に熱風を吹き込む高炉操業方法において、前記送風管の内部に固体燃料を吹き込むための上流側ランスを二重管とし、前記上流側ランスの内側管及び内側管と外側管との隙間の何れか一方から前記固体燃料及び易燃性ガスの何れか一方を吹き込むと共に前記内側管及び内側管と外側管との隙間の何れか他方から前記固体燃料及び易燃性ガスの何れか他方を吹き込み、前記上流側ランスの吹き込み先端部よりも前記熱風の送風方向下流側に下流側ランスを配置し、前記下流側ランスから支燃性ガスを吹き込み、
前記熱風の送風方向に対して垂直な方向を０°とし、それよりも前記熱風の送風方向下流向きを正、上流向きを負とした場合に、前記下流側ランスからの支燃性ガスの前記送風方向に対する吹き込み方向を−３０°〜＋４５°の範囲としたことを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
前記上流側ランスが前記送風管に差し込まれている位置を基準として、前記下流側ランスからの支燃性ガスの吹き込み位置を、前記送風管の円周方向角度で１６０°〜２００°の範囲としたことを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
【請求項３】
前記下流側ランスの前記上流側ランスからの距離を２７ｍｍ〜８０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の高炉操業方法。
【請求項４】
前記下流側ランスからのガス吹き込み流速を５０ｍ／ｓ〜１４６ｍ／ｓとしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉羽口から微粉炭を吹込んで燃焼温度を上昇させることにより、生産性の向上及び排出ＣＯ２の低減を図る高炉の操業方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が問題となっており、製鉄業においても排出ＣＯ２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：Reduction Agent Ratioの略で、銑鉄１ｔ製造当たりにおける羽口からの吹き込み還元材と炉頂から装入されるコークスの合計量）操業が強力に推進されている。高炉は、主に炉頂から装入するコークス及び羽口から吹込む微粉炭を還元材として使用しており、低還元材比、ひいては炭酸ガス排出抑制を達成するためには、コークスなどをＬＮＧ（Liquefied Natural Gas：液化天然ガス）や重油など、水素含有率の高い還元材で置換する方策が有効である。下記特許文献１では、羽口から燃料を吹き込むランスを三重管とし、三重管ランスの内側管から微粉炭を吹き込み、内側管と中間管の隙間からＬＮＧを吹き込み、中間管と外側管の隙間から酸素を吹き込み、ＬＮＧを先に燃焼させることで微粉炭の温度を上昇させ、微粉炭の燃焼効率を改善している。また、下記特許文献２では、送風管（ブローパイプ）に設置した単管ランスから、送風管を流れる高温空気の中心部に酸素を吹き込んで、その酸素を数百度まで昇温させると共に、羽口を貫くように設置したランスから微粉炭を吹き込み、吹き込まれた微粉炭を数百度の熱酸素と接触させることで微粉炭の昇温を改善し、微粉炭の燃料効率を改善しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７４１７１号公報
【特許文献２】特表２０１３−５３１７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されるように、三重管ランスから微粉炭とＬＮＧと酸素を吹き込む場合、ＬＮＧは燃焼しやすい、所謂易燃性であることから微粉炭よりもＬＮＧが先に燃焼し、ランスから吹き込んだ酸素がＬＮＧの燃焼によって使用されてしまい、酸素と微粉炭の接触性が悪化して燃焼効率が低下する可能性がある。また、三重管ランスは外径が大きくなるので、既存のランス挿通孔では三重管ランスを挿通することができない場合があり、そのような場合にはランス挿通孔の内径を大きくする必要が生じる。また、ＬＮＧは易燃性であり、急速に燃焼するため、ランス先端においてＬＮＧが急速に燃焼すると、ランス先端の温度が上昇し、ランス先端に割れや溶損などの損耗の生じる可能性がある。そして、このような損耗がランス先端に生じた場合、逆火やランスの詰まりなどを誘発する恐れがある。また、特許文献２に記載されるように、羽口先端から微粉炭を吹き込み、微粉炭を熱酸素に接触させる場合には、微粉炭の昇温は改善しても、微粉炭はすぐにレースウェイ内に吹き込まれてしまうから、微粉炭が送風管内や羽口内で燃焼する時間がなく、結果的に微粉炭の燃焼効率が向上しない可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、微粉炭などの固体燃料の燃焼効率を向上させることにより、生産性の向上及び排出ＣＯ２の低減を可能とする高炉操業方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、送風管から羽口を経て高炉内に熱風を吹き込む場合に、送風管の内部に固体燃料を吹き込むための上流側ランスを二重管とし、上流側ランスの内側管及び内側管と外側管との隙間の何れか一方から固体燃料及び易燃性ガスの何れか一方を吹き込むと共に内側管及び内側管と外側管との隙間の何れか他方から固体燃料及び易燃性ガスの何れか他方を吹き込み、上流側ランスの吹き込み先端部よりも熱風の送風方向下流側に下流側ランスを配置し、下流側ランスから支燃性ガスを吹き込む高炉操業方法が提供される。
【０００７】
本発明の固体燃料とは、例えば微粉炭が挙げられる。
また、本発明の支燃性ガスとは、少なくとも５０ｖｏｌ％以上の酸素濃度を有するガスと定義する。
また、本発明で用いる易燃性ガスとは、文字通り、微粉炭よりも燃焼性のよいガスであり、例えば水素を主要成分として含有する水素、都市ガス、ＬＮＧ、プロパンガスの他、製鉄所で発生する転炉ガス、高炉ガス、コークス炉ガスなどが適用可能である。また、ＬＮＧと等価としてシェールガス（shale gas）も利用できる。シェールガスは頁岩（シェール）層から採取される天然ガスであり、従来のガス田ではない場所から生産されることから、非在来型天然ガス資源と呼ばれているものである。都市ガスなどの易燃性ガスは、着火・燃焼が非常に早く、水素含有量が多いものでは燃焼カロリーも高く、また易燃性ガスは、微粉炭と異なり、灰分を含んでいないことも高炉の通気性、熱バランスに対して有利である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の高炉操業方法では、二重管で構成される上流側ランスから固体燃料及び易燃性ガスを吹き込み、その熱風送風方向下流側の下流側ランスから支燃性ガスを吹き込むことにより、易燃性ガスの燃焼で使用された酸素が下流側ランスから供給され、易燃性ガスの燃焼によって昇温した固体燃料が供給された酸素と共に燃焼する。従って、固体燃料の燃焼効率が向上し、結果的に生産性の向上及び排出ＣＯ２の低減を効率的に図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の高炉操業方法が適用された高炉の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１の送風管及び羽口における上流側ランス及び下流側ランスの角度状態を説明する縦断面図である。
【図３】図１の送風管及び羽口における上流側ランス及び下流側ランスの位置を説明する縦断面図である。
【図４】図２の上流側ランス及び下流側ランスの作用の説明図である。
【図５】酸素モル分率の説明図である。
【図６】支燃性ガスの吹き込み位置を送風管円周角度方向に変化させたときの酸素モル分率の説明図である。
【図７】下流側ランスから吹き込まれる支燃性ガスの送風方向に対する吹き込み方向の説明図である。
【図８】下流側ランスから吹き込まれる支燃性ガスの送風方向に対する吹き込み方向の説明図である。
【図９】下流側ランスから吹き込まれる支燃性ガスの送風方向に対する吹き込み方向の説明図である。
【図１０】送風方向に対して支燃性ガスの吹き込み方向を変化させたときの酸素モル分率の説明図である。
【図１１】下流側ランスの上流側ランスからの距離を変化させたときの酸素モル分率の説明図である。
【図１２】下流側ランスからのガス吹き込み流速を変化させたときの酸素モル分率の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の高炉操業方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、この実施形態の高炉操業方法が適用された高炉の全体図である。図に示すように、高炉１の羽口３には、熱風を送風するための送風管２が接続され、この送風管２を貫通してランス４が設置されている。熱風には大気を用いた。羽口３の熱風送風方向先方のコークス堆積層には、レースウェイ５と呼ばれる燃焼空間が存在し、主として、この燃焼空間で鉄鉱石の還元、即ち造銑が行われる。図では、図示左方の送風管２にランス４が１本だけ挿入されているが、周知のように、炉壁に沿って円周状に配置された送風管２及び羽口３の何れにもランス４を挿入設定することは可能である。また、羽口当たりのランスの数も１本に限定されず、２本以上を挿入することが可能である。また、ランスの形態も、単管ランスをはじめ、二重管ランスや複数のランスを束ねたものも適用可能である。但し、現状の送風管２のランス挿通孔では、三重管ランスを挿入することは困難である。また、以下の説明では、送風管２に貫通するランス４を上流側ランスとも呼ぶ。
【００１１】
例えば固体燃料として微粉炭をランス４から吹き込む場合、微粉炭は、Ｎ２などのキャリアガス（搬送ガス）と共に吹込まれる。ランス４から固体燃料として微粉炭だけを吹込む場合、ランス４から羽口３を通過してレースウェイ５内に吹込まれた微粉炭は、コークスと共に、その揮発分と固定炭素が燃焼し、燃焼しきれずに残った、一般にチャーと呼ばれる炭素と灰分の集合体は、レースウェイ５から未燃チャーとして排出される。未燃チャーは炉内に蓄積され、炉内通気性を悪化させるため、レースウェイ５内で微粉炭をできるだけ燃焼させる、つまり微粉炭の燃焼性向上が求められる。羽口３の熱風送風方向先方における熱風速度は約２００ｍ／ｓｅｃであり、ランス４の先端からレースウェイ５内における酸素の存在領域は約０．３〜０．５ｍとされているので、実質的に１／１０００秒のレベルで微粉炭粒子の昇温及び酸素との接触効率（分散性）の改善が必要となる。
【００１２】
羽口３からレースウェイ５内に吹き込まれた微粉炭は、まず送風からの対流伝熱によって加熱され、更にレースウェイ５内の火炎からの輻射伝熱、伝導伝熱によって急激に粒子温度が上昇し、３００℃以上昇温した時点から熱分解が開始し、揮発分に着火して火炎が形成され、燃焼温度は１４００〜１７００℃に達する。揮発分が放出してしまうと、前述したチャーとなる。チャーは、主に固定炭素であるので、燃焼反応と共に、炭素溶解反応と呼ばれる反応も生じる。このとき、ランス４から送風管２内に吹込まれる微粉炭の揮発分の増加により、微粉炭の着火が促進され、揮発分の燃焼量増加により微粉炭の昇温速度と最高温度が上昇し、微粉炭の分散性と温度の上昇によりチャーの反応速度が上昇する。即ち、揮発分の気化膨張に伴って微粉炭が分散し、揮発分が燃焼し、この燃焼熱によって微粉炭が急速に加熱、昇温すると考えられる。一方、ランス４から送風管２内に微粉炭と共に例えば易燃性ガスとしてＬＮＧを吹込む場合、ＬＮＧが送風中の酸素と接触してＬＮＧが燃焼し、その燃焼熱によって微粉炭が急速に加熱、昇温されると考えられ、これにより微粉炭の着火が促進される。
【００１３】
この実施形態では、固体燃料として微粉炭を、易燃性ガスとしてＬＮＧを用いた。また、上流側ランス４には、二重管ランスを用い、二重管ランスからなる上流側ランス４の内側管から微粉炭及びＬＮＧの何れか一方を、内側管と外側管との隙間から微粉炭及びＬＮＧの何れか他方を夫々吹き込む。二重管ランスからの吹き込みは、内側管から微粉炭を吹き込み且つ内側管と外側管との隙間からＬＮＧを吹き込んでも、内側管からＬＮＧを吹き込み且つ内側管と外側管との隙間から微粉炭を吹き込んでもよい。例えば、内側管から微粉炭を吹き込み且つ内側管と外側管との隙間からＬＮＧを吹き込む場合、送風管２内の吹き込み流の外側に位置するＬＮＧが先に燃焼して内側の微粉炭の温度が昇温するという効果が得られる。逆に、内側管からＬＮＧを吹き込み且つ内側管と外側管との隙間から微粉炭を吹き込む場合、送風管２内の吹き込み流の外側に位置する微粉炭が内側に位置するＬＮＧのガス拡散に伴って拡散されるという効果が得られる。何れの場合も、先に燃焼するのはＬＮＧであり、ＬＮＧの燃焼に伴って送風中の酸素が消費される。ここでは、二重管ランスで構成される上流側ランス４の内側管から微粉炭を吹き込み、内側管と外側管との隙間からＬＮＧを吹き込んだ。
【００１４】
この実施形態では、上流側ランス４から微粉炭と共に吹き込まれるＬＮＧの先行燃焼で消費された酸素を補うべく、図２に示すように、上流側ランス４に対し、熱風の送風方向下流側に下流側ランス６を配置し、その下流側ランス６から支燃性ガスとして酸素を吹き込む。具体的に、下流側ランス６は、羽口（部材）３を貫通するようにして配置されている。前述した上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置は、羽口３の送風方向先端部から送風方向と逆方向に例えば１００ｍｍの位置とし、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から下流側ランス６の羽口貫通部中心位置までの距離を例えば８０ｍｍとした。また、図２、図３に示すように、この実施形態の上流側ランス４は送風管２の最上部を貫通して送風管２の中心軸に向かうように配置されている。これに対し、下流側ランス６は、図３に明示するように、上流側ランス４の配置位置から送風管２の円周方向角度θで１６０°〜２００°の位置で羽口３を貫通するようにした。つまり、下流側ランス６を上流側ランス４に対向する位置に配置した。なお、下流側ランス６の羽口貫通部中心位置からの差し込み長さは１０ｍｍとした。
【００１５】
ここで、使用する微粉炭の密度は１４００ｋｇ／ｍ3で、キャリアガスにＮ２を用い、微粉炭の吹き込み条件は１１００ｋｇ／ｈとした。また、ＬＮＧの吹き込み条件は１００Ｎｍ3／ｈで、送風管２からの送風条件は、送風温度１２００℃、流量１２０００Ｎｍ3／ｈ、流速１５０ｍ／ｓで大気を用いた。酸素の吹き込み条件は、流量３５０Ｎｍ3／ｈ、流速１４６ｍ／ｓとした。
【００１６】
上流側ランス４から吹き込まれる微粉炭（ＬＮＧやキャリアガスを含む）の主流は、熱風の送風によって図４に実線で示すように流れる。しかしながら、微粉炭の中には、質量の大きい、つまり慣性力の大きい粉粒も存在し、そうした質量の大きい微粉炭は、図４に破線（破線矢印）で示すように、微粉炭の主流から離れるようにして吹き込み方向先方に流れる。このように微粉炭の主流から離れた微粉炭は、前述したＬＮＧの先行燃焼による昇温効果が小さくなるので燃焼しにくい状態が継続する。そこで、このように微粉炭の主流から離れる微粉炭に対して十分に酸素が供給されるようにするのが望ましいと考えられ、その結果、下流側ランス６が上流側ランス４に対向するように、上流側ランス４の位置に対する下流側ランス６の位置を送風管円周方向角度θで１６０°〜２００°とした。
【００１７】
これを証明するため、下流側ランス６の上流側ランス４に対する送風管円周方向角度を種々に変更し、汎用流体ソフトを用いて、コンピュータによりレースウェイ５内の流体解析を行って微粉炭の周辺の酸素モル分率を評価した。酸素モル分率の評価位置は、図２に示すように、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から熱風の送風方向に３００ｍｍの位置、即ち羽口３の送風方向先端部からレースウェイ５内２００ｍｍの位置とした。コンピュータによる流体解析では、図５に示すように、流体シミュレーションにメッシュを形成し、微粉炭粒子が存在するメッシュのガス中の酸素のモル分率を微粉炭粒子と接触している酸素モル分率と定義した。そして、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から送風方向３００ｍｍの評価地点にある全ての微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率の平均値で評価した。なお、前述のように、送風には大気を使用しているが、下流側ランス６から酸素を吹き込む場合、大気中の酸素は考慮せず、下流側ランス６から吹き込まれる酸素についてのみ微粉炭粒子と接触しているガス中の酸素モル分率を評価する。即ち、下流側ランス６から酸素を吹き込む場合の微粉炭粒子と接触しているガス中の酸素モル分率の数値には、送風中、つまり大気中の酸素分が含まれていない。
【００１８】
図６には、下流側ランス６の上流側ランス４に対する送風管円周方向角度を変更したときの微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率を示す。このとき、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の吹き込み方向は、羽口３（又は送風管２）の半径方向中心に向け且つ熱風の送風方向と垂直（後述する熱風送風方向に対して０°）になるように設定した。なお、比較例として、下流側ランスからは酸素を吹き込まず、大気に酸素を３５０Ｎｍ3／ｈ添加して送風し、その結果、微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率が２．７％一定となった曲線（直線）を下流側ランス６からの酸素吹き込みなしとして図に併記した。図から明らかなように、下流側ランス６の上流側ランス４に対する位置は、送風管円周方向角度θで１６０°〜２００°の範囲で微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率が増大し、送風管円周方向角度θで１８０°のとき、最大となる。これは、前述のように、上流側ランス４と対向するように下流側ランス６を配置することで、主流から離れる微粉炭を含め、上流側ランス４から吹き込まれる微粉炭流に下流側ランス６から吹き込まれる酸素が十分に供給されることを意味し、結果的にレースウェイ５内での微粉炭の燃焼性が向上すると考えられる。
【００１９】
また、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の送風方向に対する吹き込み方向も微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率、即ちレースウェイ５内での微粉炭の燃焼性に影響すると考えられる。例えば熱風の送風方向に対し、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の吹き込み方向が熱風送風方向と垂直であるときを０°とし、それよりも酸素の吹き込み方向（図２の角度γ）が熱風送風方向下流向きを正、上流向きを負とした場合、図７に示すように、送風方向に対する酸素の吹き込み方向が負、つまり上流向きである場合には、酸素流が熱風送風に流されて上流側ランス４から吹き込まれる微粉炭流に届かない可能性がある。また、図８に示すように、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の送風方向に対する吹き込み方向が正、つまり下流向きである場合にも、酸素流が熱風送風に流されて上流側ランス４から吹き込まれる微粉炭流に届かない可能性がある。従って、図９に示すように、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の送風方向に対する吹き込み方向を０°、つまり熱風送風方向と垂直又はその近傍とすれば、熱風送風に抗して、上流側ランス４から吹き込まれる微粉炭流に酸素流を届かせることができる。従って、熱風送風方向に対する酸素の吹き込み方向は、送風方向と垂直を中心として、正負両方向に少しだけ向けてもよいと考えられる。
【００２０】
これを証明するため、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の熱風送風方向に対する吹き込み方向を種々に変更して、前述と同様に、汎用流体ソフトを用い、コンピュータによりレースウェイ５内の流体解析を行って微粉炭の周辺の酸素モル分率を評価した。酸素モル分率の評価位置は、同じく上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から熱風の送風方向に３００ｍｍの位置、即ち羽口３の送風方向先端部からレースウェイ５内２００ｍｍの位置とした。また、コンピュータによる流体解析も、前述と同様に、微粉炭粒子が存在するメッシュのガス中の酸素のモル分率を微粉炭粒子と接触している酸素モル分率と定義し、上流側ランス４の吹き込み先端部中心位置から送風方向３００ｍｍの評価地点にある全ての微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率の平均値で評価した。また、送風に使用される大気中の酸素は考慮せず、微粉炭粒子と接触しているガスの酸素モル分率の数値には大気中の酸素分を含んでいない。
【００２１】
図１０には、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の熱風送風方向に対する吹き込み方向を変更したときの微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率を示す。このとき、上流側ランス４に対する下流側ランス６の位置は送風管円周方向角度で１８０°、即ち上流側ランス４と下流側ランス６が対向するように配置した。また、下流側ランス６からの酸素は、羽口３（又は送風管２）の径方向中心に向けて吹き込んだ。なお、比較例として、下流側ランスからは酸素を吹き込まず、大気に酸素を３５０Ｎｍ3／ｈ添加して送風し、その結果、微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率が２．７％一定となった曲線（直線）を下流側ランス６からの酸素吹き込みなしとして図に併記した。図から明らかなように、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の熱風送風方向に対する吹き込み方向は、送風方向と垂直、即ち０°を最大として、負側、即ち送風方向上流向きに−３０°から正側、即ち送風方向下流向きに４５°の範囲で微粉炭粒子の酸素モル分率が増大している。これは、前述のように、酸素の吹き込み方向を熱風送風方向と垂直方向又はその近傍に設定することで、上流側ランス４から吹き込まれる微粉炭流に下流側ランス６から吹き込まれる酸素が十分に供給されることを意味し、結果的にレースウェイ５内での微粉炭の燃焼性が向上すると考えられる。
【００２２】
次に、図４で考察したような微粉炭流と酸素流の混合性を確認するため、下流側ランス６の上流側ランス４からの距離を種々に変更して、前述と同様に、汎用流体ソフトを用い、コンピュータによりレースウェイ５内の流体解析を行って微粉炭の周辺の酸素モル分率を評価した。酸素モル分率の評価は、前述と同様であり、上流側ランス４に対する下流側ランス６の位置は送風管円周方向角度で１８０°、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の熱風送風方向に対する吹き込み方向は送風方向と垂直、即ち０°、その他の条件は、前述と同様である。図１１に試験の結果を示す。図には、比較例として、下流側ランスからは酸素を吹き込まず、大気に酸素を３５０Ｎｍ3／ｈ添加して送風し、その結果、微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率が２．７％一定となった曲線（直線）を下流側ランス６からの酸素吹き込みなしとして併記した。図から明らかなように、下流側ランス６の上流側ランス４からの距離が２７ｍｍ以上で、下流側ランス６から酸素を吹き込んだ場合の酸素モル分率が下流側ランス６から酸素を吹き込まない場合の酸素モル分率を上回り、距離が大きくなるほど酸素モル分率はリニアに増加している。これは、下流側ランス６を上流側ランス４から或る程度離すことで、上流側ランス４からの微粉炭流と下流側ランス６からの酸素流とが混合したためであると考えられる。但し、操業上では、下流側ランス６の上流側ランス４からの距離が８０ｍｍを超えると、下流側ランス６が羽口に接近して溶損してしまうことや、下流側ランス６の位置まで到達する前に微粉炭が燃焼して送風管２内の圧力が増加し、下流側ランス６から酸素を吹き込むことができなくなるといった問題が生じる。そのため、下流側ランス６の上流側ランス４からの距離は２７ｍｍ〜８０ｍｍが好適であり、最適値は８０ｍｍである。
【００２３】
同様に、下流側ランス６からのガス吹き込み流速を種々に変更して、前述と同様に、汎用流体ソフトを用い、コンピュータによりレースウェイ５内の流体解析を行って微粉炭の周辺の酸素モル分率を評価した。酸素モル分率の評価は、前述と同様であり、上流側ランス４に対する下流側ランス６の位置は送風管円周方向角度で１８０°、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の熱風送風方向に対する吹き込み方向は送風方向と垂直、即ち０°、その他の条件は、前述と同様である。図１２に試験の結果を示す。図には、比較例として、下流側ランスからは酸素を吹き込まず、大気に酸素を３５０Ｎｍ3／ｈ添加して送風し、その結果、微粉炭粒子に接触しているガス中の酸素モル分率が２．７％一定となった曲線（直線）を下流側ランス６からの酸素吹き込みなしとして併記した。図から明らかなように、下流側ランス６からのガス吹き込み流速５０ｍ／ｓ以上で、下流側ランス６から酸素を吹き込んだ場合の酸素モル分率が下流側ランス６から酸素を吹き込まない場合の酸素モル分率を上回り、流速が大きくなるほど酸素モル分率はリニアに増加し、流速１４６ｍ／ｓ以上で飽和している。これは、下流側ランス６からのガス吹き込み流速を或る程度大きくすることで、上流側ランス４からの微粉炭流と下流側ランス６からの酸素流とが送風管の中央付近で混合するようになったためであると考えられる。但し、下流側ランス６からのガス吹き込み流速が大きくなると、圧力損失、コストの増加など操業上好ましくないので、下流側ランス６からのガス吹き込み流速は５０ｍ／ｓ〜１４６ｍ／ｓが好適であり、最適値は１４６ｍ／ｓである。
【００２４】
従って、これらの条件を満足することにより、ランス先端でＬＮＧが燃焼することで微粉炭の昇温が或る程度進行し、更に下流側ランス６からの酸素吹き込みで微粉炭と酸素が接触し、これにより酸素不足が解消されて微粉炭の燃焼性を向上することができる。また、ランス先端での微粉炭の急速な燃焼は抑制されるので、熱によるランス先端の割れや溶損を防止することができる。
【００２５】
この高炉操業方法の効果を確認するために、羽口を３８本有する内容積５０００ｍ3の高炉において、目標溶銑生産量１１５００ｔ／ｄａｙ、微粉炭比１５０ｋｇ／ｔ−溶銑、下流側ランス６の上流側ランス４からの距離８０ｍｍ、下流側ランス６からのガス吹き込み流速１４６ｍ／ｓ、及び前述の送風条件、微粉炭吹き込み条件、ＬＮＧ吹き込み条件とし、下流側ランス６から酸素を吹き込んだ場合と下流側ランスを使用しない場合（大気送風に酸素を富化）の２通りで夫々３日間操業を実施し、平均コークス比（ｋｇ／ｔ−溶銑）の変化を記録して効果を確認した。なお、下流側ランス６から吹き込まれる酸素の熱風送風方向に対する吹き込み方向は熱風送風方向と垂直、下流側ランス６の上流側ランス４に対する位置は、送風管円周方向角度で１８０°とした。結果、下流側ランスを使用しない場合のコークス比は３７０ｋｇ／ｔ−溶銑であったのに対し、下流側ランス６から酸素を吹き込んだ場合のコークス比は３６６ｋｇ／ｔ−溶銑となった。このことから、下流側ランス６から酸素を吹き込むことにより、微粉炭の燃焼効率が向上し、コークス比を低減することができた。また、二重管ランスで構成される上流側ランス４の先端部に、割れや溶損などの損耗のないことも確認された。
【００２６】
このように、この実施形態の高炉操業方法では、二重管で構成される上流側ランス４から固体燃料として微粉炭及び易燃性ガスとしてＬＮＧを吹き込み、その熱風送風方向下流側の下流側ランス６から支燃性ガスとして酸素を吹き込むことにより、ＬＮＧの先行燃焼で使用された酸素が下流側ランス６から供給され、ＬＮＧの燃焼によって昇温した微粉炭が供給された酸素と共に燃焼する。従って、微粉炭の燃焼効率が向上し、結果的に生産性の向上及び排出ＣＯ２の低減を効率的に図ることが可能となる。
【００２７】
また、熱風の送風方向に対して垂直な方向を０°とし、それよりも熱風送風方向下流向きを正、上流向きを負とした場合に、下流側ランス６からの酸素の送風方向に対する吹き込み方向を−３０°〜＋４５°の範囲とした。これにより、微粉炭の燃焼効率が確実に向上する。
また、上流側ランス４が送風管２に差し込まれている位置を基準として、下流側ランス６からの酸素の吹き込み位置を、送風管円周方向角度で１６０°〜２００°の範囲とした。これにより、微粉炭の燃焼効率が確実に向上する。
【００２８】
また、下流側ランスの前記上流側ランスからの距離を２７ｍｍ〜８０ｍｍとすることにより、微粉炭の燃焼効率が確実に向上する。
また、下流側ランスからのガス吹き込み流速を５０ｍ／ｓ〜１４６ｍ／ｓとすることにより、微粉炭の燃焼効率が確実に向上する。
なお、二重管ランスで構成される上流側ランスから微粉炭と酸素を吹き込み、下流側ランスからＬＮＧを吹き込む形態も考えられる。しかし、そのようにした場合、上流側ランスの吹き込み先端部から微粉炭と酸素が反応して、或る程度、微粉炭の燃焼が進み、その結果、微粉炭粒子の昇温が進行しているため、下流側ランスからＬＮＧを吹き込んでもＬＮＧの燃焼による昇温効果は限定的となる。また、微粉炭が燃焼してからは酸素との反応律速となるので、下流側ランスから酸素を吹き込んだ方が微粉炭の燃焼を促進することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  高炉
２  送風管
３  羽口
４  上流側ランス
５  レースウェイ
６  下流側ランス
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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