(57)【要約】【課題】    微粉炭や木片などの粉体状固体燃料を高炉内に吹き込む際に、吹き込まれる固体燃料の高炉内における燃焼率を向上させる方法及び吹き込みランスを提供する。【解決手段】  羽口６に接続するブローパイプ５に設置された固体燃料吹き込みランス４を介して固体燃料を搬送用ガスと共に高炉１内に吹き込む際に、固体燃料吹き込みランスを内管１２及び外管１３からなる二重管構造とし、予め予熱された加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスを外管の内壁面の接線方向に向けて設置したノズル１０、１１を介して外管内に供給し、加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスの旋回流を外管の内部に形成させながら、加熱気体の顕熱或いは燃料ガスの燃焼熱によって内管の内部に供給された固体燃料及び搬送用ガスを加熱すると共に、内管の先端位置では旋回流を形成させながら固体燃料を搬送用ガスと共に吹き込む。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口に接続するブローパイプに設置された固体燃料吹き込みランスを介して固体燃料を搬送用ガスと共に高炉内に吹き込む際に、前記固体燃料吹き込みランスを内管及び外管からなる二重管構造とし、予め予熱された加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスを外管内に供給し、加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスの旋回流を外管の内部に形成させながら、加熱気体の顕熱或いは燃料ガスの燃焼熱によって内管の内部に供給された固体燃料及び搬送用ガスを加熱すると共に、前記内管の先端位置では旋回流を形成させながら固体燃料を搬送用ガスと共に吹き込むことを特徴とする、高炉への固体燃料吹き込み方法。
【請求項２】
前記加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスを、前記外管の内壁面の接線方向に向けて設置されたノズルを介して内壁面の接線方向に向けて供給することを特徴とする、請求項１に記載の高炉への固体燃料吹き込み方法。
【請求項３】
前記内管の先端位置には、内管の内壁面の接線方向に向けて内管を貫通するノズルが備えられ、当該ノズルを介して、前記加熱気体、或いは、燃料ガスと酸素含有ガスとが燃焼して生成した燃焼排ガスを外管から内管に吹き込んで内管の先端位置で旋回流を形成することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高炉への固体燃料吹き込み方法。
【請求項４】
前記加熱気体の供給量または温度、或いは、前記燃料ガスの供給量を、固体燃料の吹き込み量または固体燃料の搬送用ガスの供給量に応じて調整することを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の高炉への固体燃料吹き込み方法。
【請求項５】
羽口に接続するブローパイプに設置され、固体燃料を搬送用ガスと共に高炉内に吹き込むための固体燃料吹き込みランスであって、当該固体燃料吹き込みランスは内管及び外管からなる二重管構造であり、外管には、予め予熱された加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスを外管内に吹き込むための、外管の内壁面の接線方向に向けて外管を貫通するノズルが備えられ、当該ノズルから外管内に供給された加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスは外管内で旋回流を形成すると共に、内管には、その先端位置に、前記加熱気体、或いは、燃料ガスと酸素含有ガスとが燃焼して生成した燃焼排ガスを内管内に吹き込むための、内管の内壁面の接線方向に向けて内管を貫通するノズルが備えられ、当該ノズルから内管内に供給された前記加熱気体或いは燃焼排ガスは旋回流を形成することを特徴とする、高炉への固体燃料吹き込みランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭や木片などの粉体状固体燃料の高炉内への吹き込み方法及び吹き込みランスに関し、詳しくは、吹き込まれる固体燃料の燃焼率を向上させることが可能な吹き込み方法及び吹き込みランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉への微粉炭吹き込みは、コークスや重油との価格差に基づくコストメリットが大きいことから、多くの高炉で採用され、経済性向上に大きく寄与している。近年はコークス炉の炉命延長の観点からも、その重要性が再認識され、益々微粉炭の大量吹き込みが指向されるようになった。
【０００３】
微粉炭は、一般に、熱風を高炉内に供給するためのブローパイプに設置された吹き込みランスを介して搬送用ガスと共にブローパイプ内に吹き込まれ、次いで、ブローパイプ内を通過する熱風と共にブローパイプの先端に接続される羽口から高炉内に吹き込まれる。吹き込まれた微粉炭は、ブローパイプ内、並びに羽口先端のレースウェイと呼ばれる燃焼空間で燃焼し、コークスの代替となる。しかしながら、レースウェイには、多量のコークスが存在するため、熱風中の酸素濃度は急激に減少する。しかも、ブローパイプ内及び羽口内のガス流速は一般に２００ｍ／秒と極めて高速であるため、吹き込まれた微粉炭が熱風中の酸素と反応可能な時間、即ち微粉炭の燃焼可能な時間は極めて短く、２０マイクロ秒程度といわれている。
【０００４】
微粉炭をコークスの代替として有効活用するためには、この短時間の期間で微粉炭を燃焼させる必要があるが、微粉炭の吹き込み量を増していくと、微粉炭の燃焼率が低下して、レースウェイに至るまでに微粉炭が燃焼しきれずに、未燃焼の未燃チャーとして炉内に残留する。この未燃チャーは、ソルーションロス反応により炉内で消費されるが、炉内消費量には自ずと限界値が存在し、そのため、消費限界値以上に未燃チャーが発生すると、ダストとして炉頂から排出されて燃料比の上昇を招き、更には、未燃チャーが炉芯や溶融帯に蓄積すると、通気性や通液性が阻害され、炉況不安定や生産性低下の原因となる。
【０００５】
この問題を解決するために、微粉炭の燃焼率を向上させる方法が多数提案されている。例えば、特許文献１には、ブローパイプ内における熱風と微粉炭との混合効率を向上させ、微粉炭の昇熱速度の上昇ひいては燃焼速度の上昇を図るべく、ブローパイプの側壁に同心二重管構造の吹き込みランスを複数個設け、吹き込みランスの内管と外管との間から微粉炭及び搬送用ガスを吹き込み、内管内部から空気、酸素またはこれらの混合ガスを吹き込む方法が開示されている。特許文献２には、補助燃料の燃焼熱を利用して微粉炭の燃焼率を向上させるべく、ブローパイプから供給される熱風温度を８１０℃以上に調整すると共に、微粉炭吹き込みランスと平行して燃料ガス吹き込み管を配置し、微粉炭と燃料ガスとの混燃を行わせつつ、微粉炭を吹き込む方法が開示され、また、特許文献３には、同様に補助燃料の燃焼熱を利用する方法として、微粉炭吹き込みランスが設置されたブローパイプ内に補助燃料及び酸素を吹き込み、この補助燃料が燃焼して形成される１４００℃以上で且つ酸素濃度が２１％以上の雰囲気中に微粉炭を吹き込む方法が開示されている。特許文献１〜３によれば、微粉炭の大量吹き込み操業においても、高い燃焼率を得ることができるとしている。
【特許文献１】特開平８−１５７９１６号公報
【特許文献２】特公平１−２９８４７号公報
【特許文献３】特開平８−２６９５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には、幾つかの問題点があり、その主たるものを挙げれば、以下の如くである。即ち、特許文献１では、単管ランスの場合に比較すれば微粉炭と熱風との混合が促進されるものの十分とはいい難く、十分に温度が上昇しないまま炉内に吹き込まれる場合が発生する。そのため、微粉炭の燃焼率は十分に高いとはいえず、更なる改善の余地がある。また、特許文献２では、微粉炭は吹き込みランスの先端部以降で燃料ガスと混燃されるので、微粉炭の昇熱時期が遅れ、十分に温度が上昇しないまま炉内に吹き込まれる場合が発生し、補助燃料を利用している割には、微粉炭の燃焼率が十分に高いとはいえず、更なる改善の余地があり、特許文献３では、高い燃焼率は得られるものの、ブローパイプに、微粉炭吹き込みランスを配置した上に、更に、補助燃料吹き込み管及び酸素吹き込み管を設置する必要があり、設備が煩雑になり、ランニングコストの面からも改善の余地がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ブローパイプに設置された固体燃料吹き込みランスを介して、微粉炭や木片などの粉体状固体燃料を高炉内に吹き込む際に、吹き込まれる固体燃料の高炉内における燃焼率を向上させることが可能な吹き込み方法及び吹き込みランスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の発明に係る高炉への固体燃料吹き込み方法は、羽口に接続するブローパイプに設置された固体燃料吹き込みランスを介して固体燃料を搬送用ガスと共に高炉内に吹き込む際に、前記固体燃料吹き込みランスを内管及び外管からなる二重管構造とし、予め予熱された加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスを外管内に供給し、加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスの旋回流を外管の内部に形成させながら、加熱気体の顕熱或いは燃料ガスの燃焼熱によって内管の内部に供給された固体燃料及び搬送用ガスを加熱すると共に、前記内管の先端位置では旋回流を形成させながら固体燃料を搬送用ガスと共に吹き込むことを特徴とするものである。
【０００９】
第２の発明に係る高炉への固体燃料吹き込み方法は、第１の発明において、前記加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスを、前記外管の内壁面の接線方向に向けて設置されたノズルを介して内壁面の接線方向に向けて供給することを特徴とするものである。
【００１０】
第３の発明に係る高炉への固体燃料吹き込み方法は、第１または第２の発明において、前記内管の先端位置には、内管の内壁面の接線方向に向けて内管を貫通するノズルが備えられ、当該ノズルを介して、前記加熱気体、或いは、燃料ガスと酸素含有ガスとが燃焼して生成した燃焼排ガスを外管から内管に吹き込んで内管の先端位置で旋回流を形成することを特徴とするものである。
【００１１】
第４の発明に係る高炉への固体燃料吹き込み方法は、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記加熱気体の供給量または温度、或いは、前記燃料ガスの供給量を、固体燃料の吹き込み量または固体燃料の搬送用ガスの供給量に応じて調整することを特徴とするものである。
【００１２】
第５の発明に係る高炉への固体燃料吹き込みランスは、羽口に接続するブローパイプに設置され、固体燃料を搬送用ガスと共に高炉内に吹き込むための固体燃料吹き込みランスであって、当該固体燃料吹き込みランスは内管及び外管からなる二重管構造であり、外管には、予め予熱された加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスを外管内に吹き込むための、外管の内壁面の接線方向に向けて外管を貫通するノズルが備えられ、当該ノズルから外管内に供給された加熱気体、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスは外管内で旋回流を形成すると共に、内管には、その先端位置に、前記加熱気体、或いは、燃料ガスと酸素含有ガスとが燃焼して生成した燃焼排ガスを内管内に吹き込むための、内管の内壁面の接線方向に向けて内管を貫通するノズルが備えられ、当該ノズルから内管内に供給された前記加熱気体或いは燃焼排ガスは旋回流を形成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、二重管構造の固体燃料吹き込みランスの外管に加熱気体或いは燃料ガスを導入するので、内管を通る固体燃料及び搬送用ガスは加熱気体或いは燃料ガスの燃焼した燃焼排ガスによって加熱されると同時に、内管の先端位置で外管から内管に供給される加熱気体或いは燃焼排ガスによって形成された旋回流により、内管から供給される微粉炭や木片などの固体燃料がブローパイプ中に分散されるので、固体燃料とブローパイプ内の熱風との混合が促進され、単位質量当りの固体燃料の利用できる熱風の顕熱及び酸素の絶対量が増大し、固体燃料の昇温速度並びに燃焼速度が上昇するために、固体燃料のブローパイプ内及び高炉内における燃焼率が上昇する。その結果、微粉炭や木片などの固体燃料の吹き込み量を従来レベルよりも多くすることが可能になり、高価なコークスの使用量を削減可能であり、また、微粉炭や木片などの固体燃料の吹き込み量を従来レベルと同等に保った場合にも、微粉炭や木片などの固体燃料の燃焼率が増加した分に相当するだけのコークス使用量を削減することができ、工業上有益な効果がもたらされる。
【００１４】
また、加熱気体、或いは燃料ガス及び酸素含有ガスは、固体燃料吹き込みランスに設けた流路を通って供給されるので、ブローパイプには固体燃料吹き込みランスのみを設置すればよく、設備が簡素化され、取り扱いが容易になる。しかも、内管と外管との間の狭い空間で燃料ガスを燃焼させるので、燃料ガスの燃焼が安定し、効率良く固体燃料を加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１〜図４は、本発明の実施の形態を示す図であって、図１は、本発明に係る固体燃料吹き込みランスが設置された高炉羽口部の概略図、図２は、本発明に係る固体燃料吹き込みランスの概略図、図３は、図１のＸ−Ｘ’矢視による概略図、図４は、図２のＹ−Ｙ’矢視による概略図である。
【００１６】
図１に示すように、高炉１の側壁部には、高炉１内に熱風を送りこむための羽口６が設置されている。羽口６は、高炉鉄皮２及び耐火物３を貫通して設置された羽口受金物８及び大羽口７により支持され、且つ、ブローパイプ５と接続されている。ブローパイプ５は熱風炉（図示せず）と接続しており、熱風炉で加熱された空気若しくは酸素富化空気が、ブローパイプ５を経由して羽口６から熱風として高炉１内に供給される。熱風の温度は、通常１０００℃以上であり、高い場合には１３００℃を越えることもある。
【００１７】
ブローパイプ５には、微粉炭や木片などの炭素を含有する粉体状固体燃料を高炉１内に吹き込むための、本発明に係る固体燃料吹き込みランス４が、その先端４ａをブローパイプ５のガス流路に突出させて、ブローパイプ５に設置されたガイドパイプ９内に設置されている。図１は粉体状固体燃料として微粉炭を用いた例を示している。固体燃料吹き込みランス４は、粉体状固体燃料を搬送用ガスによって供給し搬送する供給・搬送装置（図示せず）に接続されており、粉体状固体燃料は、搬送用ガスによって固体燃料吹き込みランス４内を搬送される。この供給・搬送装置としては、特段の装置は必要でなく、固体燃料切り出し装置及び搬送用ガス供給装置などから構成される慣用の供給・搬送装置で十分である。搬送用ガスとしては、可燃物である微粉炭などを搬送するため、窒素などの非酸化性ガスまたはＡｒガスなどの不活性ガスが好ましい。
【００１８】
固体燃料吹き込みランス４は、図２に示すように、内管１２と外管１３とからなる二重管で構成され、内管１２の内部が、微粉炭や木片などの粉体状固体燃料の搬送用ガスによる搬送流路となり、内管１２と外管１３との間隙が、空気、酸素、窒素、炭酸ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスなど、またはこれらの混合ガス、或いは、燃料ガス及び酸素含有ガスの流路となっている。図２は、燃料ガスと酸素含有ガスとを供給する例を示している。
【００１９】
外管１３には、図２及び図３に示すように、外管１３の内壁面に沿った旋回流を形成するための、外管１３の内壁面の接線方向に向けた配置されたスリット状のノズル１０とノズル１１とが、外管１３を貫通して設置されている。また、内管１２の先端には、図２及び図４に示すように、内管１２の内壁面に沿った旋回流を形成するための、内管１２の内壁面の接線方向に向けて開口するスリットが内管１２を貫通して設けられ、それぞれ、ノズル１４及びノズル１５となっている。尚、スリット状のノズル１４，１５は、図４では内管１２の円周方向に２箇所設けられているが、内管１２の内壁面に沿った旋回流を形成する流速が得られるならば、供給されるガス流量に応じて１箇所でもまた３箇所以上でも構わない。
【００２０】
ノズル１０及びノズル１１から吹き込む気体としては、予め予熱した、空気、酸素、窒素、炭酸ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスなど、または、これらの混合ガスを使用することができる。更に、ＬＰＧやコークス炉ガスなどの燃料ガスと、この燃料ガスを燃焼するための酸素含有ガスとを組合せて使用することもできる。空気、酸素、窒素、炭酸ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスなど、または、これらの混合ガスの予熱温度は特に限定するものではないが、ブローパイプ５に吹き込まれる固体燃料は、燃焼効率を高める上で２００℃以上に加熱することが好ましく、従って、少なくとも２００℃以上に予熱することが好ましい。本発明では、この予熱された空気、酸素、窒素、炭酸ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスなど、または、これらの混合ガスを、まとめて加熱気体と表示する。
【００２１】
この加熱気体を使用する場合には、ノズル１０及びノズル１１の両方から吹き込む必要はなく、どちらかの一方から吹き込んでもよい。従って、加熱気体を供給する場合には、ノズル１０及びノズル１１はどちらか一箇所でもよい。燃料ガスと酸素含有ガスとを組合わせて吹き込む場合には、燃料ガスと酸素ガスとを別々に供給しても、また、燃料ガスと酸素含有ガスとを予め混合して供給してもよい。図２は、燃料ガスと酸素含有ガスとを別々に供給する例を示している。燃料ガスと酸素含有ガスとを予め混合して供給する場合には、ノズル１０及びノズル１１はどちらか一箇所でもよい。酸素含有ガスとしては、空気、酸素富化空気及び純酸素などを用いることができる。
【００２２】
尚、図１では、固体燃料吹き込みランス４がブローパイプ５に１本のみ配置されているが、固体燃料の吹き込み量に応じて固体燃料吹き込みランス４を複数設置してもよく、また、固体燃料吹き込みランス４がブローパイプ５に接続されたガイドパイプ９内に設置されているが、ガイドパイプ９を設置せず、固体燃料吹き込みランス４をブローパイプ５に直接取り付ける構造であってもよい。更に、固体燃料吹き込みランス４の先端部は、ブローパイプ５の軸心方向に合致させるために曲がっているが、必ずしも曲げる必要はない。
【００２３】
このような構成の本発明に係る固体燃料吹き込みランス４を用いて、高炉１の操業中、ノズル１０及びノズル１１から上記の気体を供給し、外管１３の内部と内管１２の先端位置で、それぞれ外管１３の内壁面及び内管１２の内壁面に沿った旋回流を形成させながら、微粉炭などの粉体状固体燃料を搬送用ガスによって高炉１内に供給する。この場合、燃料ガスを使用した場合と使用しない場合とで、作用・効果が若干異なるので、以下に別々に説明する。
【００２４】
先ず、燃料ガスを使用せず、加熱気体を使用した場合について説明する。
【００２５】
この場合、ノズル１０，１１から固体燃料吹き込みランス４の外管１３の内部に供給された加熱気体は、旋回流を形成しつつ内管１２と熱交換する。旋回流が形成されると、密度が相対的に低い気体、換言すれば温度が相対的に高い気体が旋回速度の遅い軸心側即ち内管１２の周囲に集まり、逆に温度が相対的に低い気体が旋回速度の速い外周側即ち外管１３の内壁側に集まる傾向になる。そのため、内管１２と接触する気体の方が相対的に温度が高くなり、加熱気体の顕熱が内管１２に有効に伝達される。加熱気体から内管１２に伝達された熱により、内管１２内に供給された固体燃料及び搬送用ガスが加熱される。
【００２６】
また、内管１２へ熱を伝達した後の加熱気体は、内管１２の先端位置でノズル１４，１５を介して内管１２の内部に供給される。ノズル１４，１５を通って外管１３から内管１２の内部に供給された加熱気体は、内管１２の内壁面に沿う旋回流を形成し、固体燃料の一部を旋回流内に取込みながら、固体燃料吹き込みランス４の先端４ａからブローパイプ５内に流出する。この旋回流はブローパイプ５内で直ちに消滅することはなく、ブローパイプ５内を通過する熱風中に旋回しながら混入する。この旋回流に乗って固体燃料も熱風内に流出するので、旋回流の旋回方向に分散しながら熱風中に供給される。その結果、固体燃料は未だ高温状態の加熱気体と直接接触することにより加熱されると同時に、固体燃料と熱風との混合が促進され、単位質量当りの固体燃料が利用できる熱風の顕熱及び酸素の絶対量が増大し、固体燃料の昇温速度並びに燃焼速度が上昇する。
【００２７】
このようにして、微粉炭や木片などの固体燃料を高炉１内に吹き込むことにより、固体燃料は、加熱気体によって加熱され、更に、旋回流によって熱風中に分散供給されるので、固体燃料のブローパイプ５からレースウェイに至るまでの燃焼率が上昇し、その結果、微粉炭や木片などの固体燃料の吹き込み量を従来レベルよりも多くすることが可能になり、高価なコークス使用量を削減可能となる。また、微粉炭や木片などの固体燃料の吹き込み量を従来レベルと同等に保った場合にも、微粉炭や木片などの固体燃料の燃焼率が増加した分に相当するだけのコークス使用量を削減することができる。即ち、燃料比を低減させることができる。
【００２８】
次に、燃料ガスを使用した場合について説明する。
【００２９】
この場合、ノズル１０，１１から固体燃料吹き込みランス４の外管１３の内部に供給された燃料ガス及び酸素含有ガスは、外管１３の内部で旋回流を形成しつつ燃焼する。燃焼の開始は着火装置（図示せず）などによって行うものとする。燃料ガスが燃焼すると、外管１３の内部のガスが密度差によって分離され、火炎の両側に密度の異なるガス層が形成される。即ち、旋回速度の遅い内管１２側には、密度の低い高温の燃焼排ガスが存在し、旋回速度の速い外管１３の内壁面側には、密度の低い低温の未燃焼のガスが存在するようになる。そのため、内管１２と接触するガスの方が相対的に温度が高くなり、燃料ガスの燃焼熱が内管１２に有効に伝達される。内管１２に伝達された燃焼熱により、内管１２内に供給された固体燃料及び搬送用ガスが効率良く加熱される。この場合に、外管１３の内壁面近傍では、旋回速度が火炎伝播速度を上回っているため、火炎は内壁面近傍に継続して存在することはできず、そのため、固体燃料吹き込みランス４の内部には、火炎が管状の形になって生成される。本発明では、この火炎を「管状火炎」と称す。
【００３０】
また、高温の燃焼排ガスは、内管１２の先端位置でノズル１４，１５を介して内管１２の内部に供給される。ノズル１４，１５を通って外管１３から内管１２の内部に供給された燃焼排ガスは、内管１２の内壁面に沿う旋回流を形成し、固体燃料の一部を旋回流内に取込みながら、固体燃料吹き込みランス４の先端４ａからブローパイプ５内に流出する。この旋回流はブローパイプ５内で直ちに消滅することはなく、ブローパイプ５内を通過する熱風中に旋回しながら混入する。この旋回流に乗って固体燃料も熱風内に流出するので、旋回流の旋回方向に分散しながら熱風中に供給される。その結果、固体燃料は高温の燃焼排ガスと直接接触することにより加熱されると同時に、固体燃料と熱風との混合が促進され、単位質量当りの固体燃料が利用できる熱風の顕熱及び酸素の絶対量が増大し、固体燃料の昇温速度並びに燃焼速度が上昇する。
【００３１】
微粉炭や木片のように、加熱するとタールを生成する固体燃料の場合には、このタールに起因して固体燃料吹き込みランス４やブローパイプ５の内部に堆積し、円滑な操業を阻害する恐れもあるので、タールが生成されない温度範囲で固体燃料を加熱することが好ましい。即ち、タールは４００℃程度で発生するので、３５０℃以下の範囲で加熱することが好ましい。一方、加熱温度が低すぎると、加熱の効果が低減するため好ましくない。従って、ノズル１０，１１から供給する燃料ガスの供給量は、吹き込まれる粉体状固体燃料が２００℃〜３５０℃となるように、その供給量を決めることが好ましい。酸素含有ガスの供給量は、燃料ガスをほぼ完全燃焼させる程度の供給量でよい。但し、酸素含有ガスを多少過剰に加えても、また、少量の燃料ガスが未燃焼のまま残留する程度であっても構わない。
【００３２】
このタールの生成による問題は、燃料ガスを使用せず、前述した加熱気体を使用する場合についても同様に生ずるので、粉体状固体燃料が３５０℃を超えることがないように、加熱気体の供給量または温度を調整することが好ましい。
【００３３】
このタールの問題に対処する方法として、例えば次の２つの方法がある。１つの方法は、固体燃料の吹き込み量、固体燃料の比熱やサイズ、更には搬送用ガス流量などによって、上記の所定の温度範囲に昇温するために必要な加熱気体の供給量または温度及び燃料ガスの供給量は異なってくるので、予め加熱試験などを実施し、必要な供給量及び温度を把握しておき、高炉１の操業条件の変化に応じて供給量或いは温度を調整する方法である。この場合、固体燃料の吹き込み量は、例えば固体燃料の貯蔵ホッパー（図示せず）に設置した荷重センサーにより固体燃料の一定時間当たりの変化信号から測定することができ、固体燃料の搬送用ガスの供給量は流量計によって測定することができる。
【００３４】
しかしながら、実際の高炉１の操業条件は、製造する溶銑などの変化に応じて、固体燃料の吹き込み量、固体燃料の搬送用ガスの供給量、固体燃料と搬送用ガスの比率（固気比）、吹き込まれる固体燃料の種類が様々に変更されるため、全ての条件を予め想定することは実質的には不可能であり、上記の方法では対処できない場合が発生する。
【００３５】
これに対して、他の１つの方法は、固体燃料が通過する雰囲気の温度をオンラインで測定し、この雰囲気の温度が２００℃〜３５０℃となるように、ノズル１０，１１から供給する加熱気体の供給量及びその温度、或いは燃料ガスの供給量をオンラインで調整する方法である。この方法では、予め加熱試験などを実施する必要がなく、全ての操業条件に対処することができる。
【００３６】
ノズル１０及びノズル１１から供給する加熱気体の供給量及びその温度、或いは燃料ガスの供給量が一定であっても、固体燃料の吹き込み量や固体燃料の搬送用ガスの供給量の増減などの操業条件の変化に対応して、固体燃料の通過する雰囲気の温度が上下に変化する。従って、固体燃料の通過する雰囲気の温度を温度計で連続的に測定し、その変化状況に応じてノズル１０及びノズル１１から供給する加熱気体の供給量及びその温度、或いは燃料ガスの供給量を調整する方法である。
【００３７】
図５に、固体燃料の通過する雰囲気の温度に応じて燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量を制御するための構成の１例を概略図で示す。図５に示すように、固体燃料吹き込みランス４の先端近傍のブローパイプ５中には熱電対１６ａが設置され、熱電対１６ａの測定信号は温度計１６に入力され、温度計１６により固体燃料の通過する雰囲気の温度が測定される。温度計１６の信号は、温度制御装置１７に入力され、温度制御装置１７は、測定された温度が２００℃〜３５０℃の範囲にあるか否かを判定する。測定された温度が２００℃〜３５０℃の範囲外にある場合、温度制御装置１７は流量調整弁１８の開度を調整して燃料ガスの供給量を増加または減少させる。流量計１９は、燃料ガスの流量を測定し、その測定値を流量制御装置２１に送信する。流量制御装置２１は、燃料ガスの流量に応じて燃料ガス／酸素含有ガスの比が一定になるように酸素含有ガスの流量を制御する装置であり、従って、流量制御装置２１は、流量計１９の測定値に応じて流量調整弁２２の開度を調整して酸素含有ガスの供給量を制御する。流量計２０は、酸素含有ガスの流量を測定する装置であり、その測定結果は流量制御装置２１に入力されており、酸素含有ガスの供給量がフィードバック制御されるようになっている。即ち、熱電対１６ａを備えた温度計１６によって測定された、固体燃料の通過する雰囲気の温度に基づき、燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量がオンラインで調整され、固体燃料の通過する雰囲気の温度が２００℃〜３５０℃の範囲内に制御されるようになっている。
【００３８】
尚、図５は燃料ガスの供給量を制御する装置であるが、加熱気体の流量を制御する場合には、温度制御装置１７の出力を流量調整弁１８と同時に流量調整弁２２にも送信し、流量調整弁１８及び流量調整弁２２の開度を温度制御装置１７で制御することにより行うことができる。要は、流量調整弁１８及び／又は流量調整弁２２で流量を制御し、形成される旋回流が適切な温度や流量（流速）に維持される制御であればよく、単一の気体によって実施するものであれば図中１６〜１９の構成のみによって十分な機能を発揮させることも可能である。また、固体燃料の通過する雰囲気の温度を測定する場合、この雰囲気中に設置する熱電対１６ａは、固体燃料の衝突により摩耗する恐れがあるので、耐摩耗性に優れ且つ正確に温度が測定できる専用の保護管の内部に設置し、その保護管を固体燃料の通過する雰囲気中に設置することが好ましい。
【００３９】
このようにして、微粉炭や木片などの固体燃料を高炉１内に吹き込むことにより、固体燃料は、燃料排ガスによって加熱され、更に、旋回流によって熱風中に分散供給されるので、固体燃料のブローパイプ５からレースウェイに至るまでの燃焼率が上昇し、その結果、微粉炭や木片などの固体燃料の吹き込み量を従来レベルよりも多くすることが可能になり、高価なコークス使用量を削減可能となる。また、微粉炭や木片などの固体燃料の吹き込み量を従来レベルと同等に保った場合にも、微粉炭や木片などの固体燃料の燃焼率が増加した分に相当するだけのコークス使用量を削減することができる。即ち、燃料比を低減させることができる。
【００４０】
尚、本発明は上記説明に限るものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明では、ノズル１４，１５を設置して外管１３から排出される気体で再度旋回流を形成しているが、外管１３内では本来旋回流を形成しているので、その旋回流が外管１３から流出した以降も継続して形成されるので、ノズル１４及びノズル１５を設置せずに、外管１３をその先端部で開放し、内管１２の流束と外管１３の流束とを合流させるようにしてもよい。また、加熱ガス及び燃焼排ガスに代わって、他のガスを用いて内管１２の先端部に旋回流を形成するようにしてもよい。更に、固体燃料吹き込みランス４の外周に、冷却水を循環させる流路を設置してもよく、また、燃料ガス及び酸素含有ガスを供給するノズルをそれぞれ２つ以上設置してもよい。要は、固体燃料吹き込みランス４の外管１３で旋回流を形成させ、且つ、固体燃料吹き込みランス４の先端位置で旋回流を形成可能であるならば、その構造はどのようであってもよい。
【実施例１】
【００４１】
図２に示す固体燃料吹き込みランスを用い、図１に示す構成の高炉設備において固体燃料を燃料ガス及び酸素含有ガスと共に高炉内に吹き込む試験を実施した。この固体燃料吹き込みランスには、図５に示す流量の制御設備が備えられている。この試験操業における固体燃料の通過雰囲気の目標温度は３００℃に設定した。
【００４２】
固体燃料としては、微粉炭と木片を粉砕した木片粉との混合物を用い、搬送用ガスとしては純窒素を用い、その流量を１５Ｎｍ3 ／ｈｒとして７００ｋｇ／ｈｒの微粉炭及び木片粉の混合物を吹き込んだ。燃料ガスにはＬＰＧを用い、酸素含有ガスとしては空気を用いた。固体燃料の通過雰囲気の目標温度を３００℃に設定したことで、ＬＰＧの供給量は約３．０Ｎｍ3 ／ｈｒ、空気の供給量は約７２Ｎｍ3 ／ｈｒとなった。この条件下で固体燃料の通過雰囲気の温度は、ほぼ３００℃の一定に制御された。
【００４３】
この試験操業中、高炉の操業条件の変化により、搬送用ガスである純窒素の流量を１５Ｎｍ3 ／ｈｒの一定のままで、微粉炭及び木片粉の混合物の吹き込み量を４００ｋｇ／ｈｒとする場合が発生したが、固体燃料吹き込みランスの先端近傍に設置した熱電対を測温位置とする温度計の測定値に基づく温度制御装置の出力信号により、ＬＰＧ及び空気の流量を制御するそれぞれの流量調整弁の開度が自動的に調整され、ＬＰＧ及び空気の供給量が自動的に変更され、固体燃料の通過雰囲気の温度は、ほぼ３００℃の一定値に制御された。因みに、搬送用ガスである純窒素の流量が１５Ｎｍ3 ／ｈｒで、微粉炭及び木片粉の混合物の吹き込み量が４００ｋｇ／ｈｒの時には、ＬＰＧの供給量は約２．０Ｎｍ3 ／ｈｒ、空気の供給量は約４８．０Ｎｍ3 ／ｈｒとなった。
【００４４】
このようにして微粉炭及び木片粉の混合物の吹き込みを続け、炉頂からダストとして排出される排ガス中の未燃チャーを回収し、高炉内における微粉炭及び木片粉の燃焼率を算出した。また、比較のために、前述した特許文献２による方法を用いて、微粉炭及び木片粉を吹き込む試験も実施した（従来例）。
【００４５】
この試験操業における微粉炭及び木片粉の燃焼率の調査結果を図６に示す。図６に示すように、本発明例では従来例に比較して、微粉炭及び木片粉共に燃焼率が約１０％上昇した。尚、図６に示す燃焼率とは、燃焼率が１の場合に吹き込まれた微粉炭及び木片粉が全て燃焼したことを表している。
【００４６】
また、表１は、微粉炭の吹き込み量を溶銑１トン当たり２００ｋｇの一定として、本発明例と従来例とでコークス比を調査した結果である。表１からも明らかなように、本発明例では従来例に比較して微粉炭の燃焼率が高くなるため、その分に該当するコークス量が削減され、燃料比を溶銑１トン当たり２０ｋｇ削減することができた。
【００４７】
【表１】
2005213591.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る固体燃料吹き込みランスが設置された高炉羽口部の概略図である。
【図２】本発明に係る固体燃料吹き込みランスの概略図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ’矢視による概略図である。
【図４】図２のＹ−Ｙ’矢視による概略図である。
【図５】固体燃料の通過する雰囲気の温度に応じて燃料ガス及び酸素含有ガスの供給量を制御するための概略構成図である。
【図６】微粉炭及び木片粉の燃焼率を本発明例と従来例とで比較して示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  高炉
２  高炉鉄皮
３  耐火物
４  固体燃料吹き込みランス
５  ブローパイプ
６  羽口
７  大羽口
８  羽口受金物
９  ガイドパイプ
１０  ノズル
１１  ノズル
１２  内管
１３  外管
１４  ノズル
１５  ノズル
１６  温度計
１７  温度制御装置
１８  流量調整弁
１９  流量計
２０  流量計
２１  流量制御装置
２２  流量調整弁
【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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