(57)【要約】【課題】微粉炭多量吹き込み時に発生する炉下部の通気性悪化を有効に解消することができる高炉操業方法を提供すること。【解決手段】高炉１の羽口２から微粉炭を吹き込んで高炉操業するに際し、造滓剤と微粉炭とを混合した状態で羽口２から高炉１内に吹き込む。【選択図】図３
2005307303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の羽口から微粉炭を吹き込む高炉操業方法であって、造滓剤と微粉炭とを混合した状態で羽口から高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉操業方法。
【請求項２】
前記造滓剤と微粉炭とは前記微粉炭の燃焼熱で前記造滓剤が溶融可能なように混合されている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】
前記造滓剤の粒度は、造滓剤が前記羽口へ吹き込まれてからレースウェイ端に到達するまでの滞留時間と溶融温度に達する時間が等しくなる粒度以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭多量吹き込みによる炉下部の通気性悪化を改善する高炉操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉への微粉炭吹き込みは、コークス比低減によるコスト削減を目的として多くの高炉で行われており、近年では溶銑トン当たり微粉炭比２００ｋｇ／ｔｈｍを超える微粉炭多量吹き込み操業を行う高炉も見られる。
【０００３】
しかしながら微粉炭吹き込み量の増加に伴い、炉下部のコークス粉化が促進され、発生した粉が炉芯部に蓄積し、通気性悪化が顕著となり、安定操業を維持することが困難となる場合もある。さらに微粉炭吹き込み操業において炉下部通気性を悪化させる要因として、レースウェイシェルの成長が指摘される。このレ―スウェイシェルは、レースウェイ内で微粉炭の燃焼によって生じたＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３を主成分とする灰分が、高融点スラグとなってレースウェイ端に固着し、通気不良層を形成することによって生じる。レースウェイシェルによる通気性の悪化は、溶銑トン当たりの微粉炭比が１００ｋｇ／ｔｈｍ程度まででは問題とならないが、１５０ｋｇ／ｔｈｍ以上の場合に顕著となる。
【０００４】
このレースウェイシェルの生成・成長を抑制するためには、羽口からＣａＯ分を供給し、微粉炭の灰分に由来する高融点スラグと同化させることで、図８の状態図に示すようにレースウェイシェルの融点を低下させ、融解・除去することが有効であると考えられる。
【０００５】
従来、羽口からのＣａＯ分の供給方法については、例えば灰分組成を考慮した微粉炭吹き込み、あるいはフラックス吹き込みが提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、溶銑トン当たり１００ｋｇ／ｔｈｍ以上の微粉炭多量吹き込み操業において、灰分の成分組成として(ＣａＯ＋ＭｇＯ)／ＳｉＯ２の平均値が０．３を超え、かつ揮発分の含有量が２０％以上である微粉炭を吹き込む技術が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、微粉ドロマイト、蛇紋岩、カンラン石、石灰石等を高塩基度微粉媒溶剤として吹き込み、吹き込み量を塩基性媒溶剤と微粉炭中の灰分とを混合したときの塩基度が０．５〜１．３の範囲内とする技術が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、粒度が１ｍｍ以上２ｍｍ以下である微粉ドロマイト、蛇紋岩、カンラン石、石灰石等の粉状造洋剤として吹き込むことにより、レースウェイ外部への飛散することなくレ―スウェイ端に到達し、レースウェイ端部に形成されるシェルを効果的に融解・除去する技術が開示されている。
【０００９】
上記特許文献１では微粉炭を使用しており、また上記特許文献２では媒溶剤は２００メッシュ以下の粒度の使用が望ましいとされているが、このような微粉体では、羽口から吹き込まれた粉体のほとんどはガス流れに追随してレースウェイ外部に飛散してしまい、効果的にレースウェイシェルとの同化に利用されない。そこで多量に吹き込むことで効果を得ようとすると、微粉炭の燃焼性が悪化し、さらにコ―クス粉化が促進され、粉の蓄積により通気性悪化につながることが懸念される。
【００１０】
これに対して、特許文献３では、造滓剤として粒度が１ｍｍ以上２ｍｍ以下の粉体を使用することで、ガス流れに追随して飛散することなく、効果的にレースウェイシェルとの同化に利用されるとしているが、実際には、より有効に造滓剤をレースウェイ端に到達させるためには２ｍｍ超の造滓剤が好ましい。しかしながら、特許文献３に示された技術において粒度が２ｍｍを超えると、造滓剤が溶融温度に昇温される前に火炎温度よりはるかに低温のレースウェイシェルに到達してしまい、造滓剤が未溶融のままレースウェイシェルに蓄積して通気性の悪化を招く結果となり、いまだ不十分である。したがって、微粉炭多量吹き込み時に発生する炉下部の通気性悪化を有効に解消することができる技術が望まれている。
【特許文献１】特開２００２−２０６１０６号公報
【特許文献２】特公平６−８９３８２号公報
【特許文献３】特開２００２−３０２７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、微粉炭多量吹き込み時に発生する炉下部の通気性悪化を有効に解消することができる高炉操業方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、高炉の羽口から微粉炭を吹き込む高炉操業方法であって、造滓剤と微粉炭とを混合した状態で羽口から高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉操業方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、上記高炉操業方法において、前記造滓剤と微粉炭とは前記微粉炭の燃焼熱で前記造滓剤が溶融可能なように混合されていることを特徴とする高炉操業方法を提供する。
【００１４】
さらに、本発明は、上記いずれかの高炉操業方法において、前記造滓剤の粒度は、造滓剤が前記羽口へ吹き込まれてからレースウェイ端に到達するまでの滞留時間と溶融温度に達する時間が等しくなる粒度以下であることを特徴とする高炉操業方法を提供する。
【００１５】
レースウェイ内に滞留し、レースウェイシェルとの同化が生じるという見地からは、吹き込む造滓剤は、ガス流れに追随して飛散することなくレースウェイシェルに到達する粗粒の方が好ましいが、過度に粗粒の造滓剤は、溶融前にレースウェイシェルに到達してしまい、通気性の悪化を招くことから、吹き込む造滓剤の粒度には限界がある。
【００１６】
上記特許文献３のように微粉炭と造滓剤を個々に吹き込む方法では、図１に波線で示すように、造滓剤の粒度が２ｍｍを超えると造滓剤が溶融温度に昇温される前にレースウェイシェルに到達してしまうため、造滓剤の粒度は２ｍｍが限界である。これに対して、本発明では、造滓剤と微粉炭とを混合した状態で羽口から高炉内に吹き込むので、造滓剤は吹き込まれた直後から微粉炭の燃焼熱により高温雰囲気にさらされる。このため、単独吹き込みの場合に比べて造滓剤が効果的に昇温され、溶融しやすくなるので、より粗粒の造滓剤を利用することができ、造滓剤の飛散によるロスを一層効果的に低減することができる。したがって、微粉炭多量吹き込み時に発生する炉下部の通気性悪化を有効に改善することができる。
【００１７】
その理由について以下に説明する。
羽ロヘ供給された造滓剤は、高炉内へ吹き込まれる高温ガスに追随して加速する。ここでガスに追随する粒子の速度Ｕｐは以下の（１）式で表される。
【数１】
2005307303.tif 000003
ただし、
ρｆ：ガス密度（ｋｇ／ｍ３)
ＣＤ：抵抗係数(−)
Ｕｆ：ガス速度(ｍ／ｓ)
ｔ：時間（ｓ）
ρｐ：粒子密度（ｋｇ／ｍ３）
ｄｐ：粒子径（ｍ）
Ｃｃ：カニンガムの補正係数(―)
上記（１）式を数値計算により解くと、粒子速度と経過時間の関係が得られる。これを積分することで粒子の移動距離と時間の関係が得られる。
【００１８】
ここで羽ロヘ吹き込まれた造滓剤粒子の移動距離Ｄは、ランス先端からレースウェイ端までであり、下記(２)式で表される。
【数２】
2005307303.tif 000004
ただし、
Ｄｔ：羽口内径（ｍ）
Ｌ：ランス先端から羽日先までの距離(ｍ)
また、上記（２）式のＲＦは、以下の（３）式で表される。
【数３】
2005307303.tif 000005
ただし、
ρｆ０：標準状態におけるボッシュガス密度（ｋｇ／ｍ３）
Ｖｆ：ボッシュガス量（Ｎｍ３／s）
Ｔｆｔ：羽口先ガス温度（℃）
Ｐ０：大気圧(ｋｇ／ｃｍ２)
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ２）
Ｓ：羽口断面積（ｍ２）
Ｔ０：大気温度(℃)
Ｐ：送風圧力（ｋｇ／ｃｍ２）
ｄｐｔ：羽口前コークス粒度（ｍ）
ρｐｔ:羽口前コークス密度（ｋｇ／ｍ３）
【００１９】
これらの計算結果から、図１に示す造洋剤が羽ロヘ吹き込まれてからレースウェイ端に到達するまでの滞留時間と粒度の関係を得ることができる。
【００２０】
また、微粉炭と同時にランスから吹き込まれた造滓剤は、吹き込まれた直後から微粉炭の燃焼熱による外部からの熱供給によって昇温される。この場合、粒子の伝熱形態は熱伝達であり、昇温速度は以下の（４）式で表される。
【数４】
2005307303.tif 000006
ただし、
ｃｐ：粒子比熱（ｋＪ／ｋｇ／℃）
Ｖ：粒子体積（ｍ３）
Ｔｐ：粒子温度(℃)
Ａ：粒子表面積（ｍ２）
Ｔｆ：ガス温度（℃）
ｈ：熱伝達係数
ここで、ガス温度Ｔｆは後述の図２で示され、上記（４）式の熱伝達係数ｈは以下の（５）式で表される。
【数５】
2005307303.tif 000007
ただし、
μ：ガス粘度(ｋｇ・ｓ／ｍ３)
λｆ：ガス熱伝導度（Ｗ／ｍ／℃）
【００２１】
上記（４）式に造滓剤粒子の物性値を代入すると、図１に示すような造滓剤粒子が溶融温度に達するまでの時間と粒度の関係が得られる。吹き込まれた造滓剤がレースウェイ端で溶融するためには、滞留時間内に溶融温度に達する必要があり、典型例を示す図１の例では、最大粒径は３ｍｍとなる。すなわち、造滓剤の粒度は、造滓剤が羽口へ吹き込まれてからレースウェイ端に到達するまでの滞留時間と溶融温度に達する時間が等しくなる粒度以下であれば滞留時間内に溶融する。この滞留時間と溶融温度に達す時間が等しくなる流度が造滓剤の最大粒径であり、様々な条件下において得られる最大粒径と滞留時間との関係から以下の（６）式が得られる。
ｄMAX＝０．０１３５ｔｒ0.496    ‥‥（６）
ただし、
ｄMAX＝：最大粒径（ｍ）
ｔｒ：滞留時間（ｓ）
本発明を適用することにより、図１の典型例では最大粒径は３ｍｍと従来よりも粗粒の造滓剤を使用することが可能となる。もちろん、レースウェイを滞留時間がより長い構造とすることにより、最大粒径をより大きくすることが可能である。
【００２２】
一方、溶融性の観点からは、造滓剤の粒度は細かい方が好ましいが、上述したように粉体輸送面から吹き込み粒子の粒径に制限が与えられる。すなわち、その粒径が小さくなるほど輸送性が悪くなる。そこで検討したところ粒径が２ｍｍ超えると輸送性にはあまり問題ないことがわかった。したがって、造滓剤の粒径は２ｍｍ以上であることが好ましいと考えられる。
【００２３】
以上のことから、本発明では、微粉炭多量吹き込み時に生成されるレースウェイシェルを融解・除去し、炉下部通気性の問題を有効に解消するために、造滓剤と微粉炭とを混合した状態で羽口から高炉内に吹き込むようにして、微粉炭の燃焼熱で造滓剤が溶融可能なようにし、より粗粒の造滓剤を適用可能とした。つまり、図２に示すように、羽口先端に達するまでのガス温度は、従来技術よりも本発明のほうが高くなり、本発明のほうが粗粒の造滓剤を溶融しやすくなる。この際の造滓剤の粒度は、羽口へ吹き込まれてからレースウェイ端に到達するまでの滞留時間と溶融温度に達する時間が等しくなる粒度以下である必要があり、また、輸送性が良好な粒径であることも必要である。このような観点から造滓剤の好ましい粒径は２ｍｍ超３ｍｍ以下である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、造滓剤と微粉炭とを混合した状態で羽口から高炉内に吹き込むので、造滓剤の粒径が多少大きくても微粉炭の燃焼熱で溶融可能であり、造滓剤を溶融した状態の造滓剤を有効にレースウェイ端に供給することができる。このため、レースウェイシェルの成長抑制、および融解・除去が促進され、炉下部通気性悪化を有効に解消することができ、良好な状態を維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図３は本実施形態に係る高炉操業方法を実施するための設備を示す概略構成図である。図において、符号１は高炉であり、高炉１の下部には羽口２が設けられている。羽口２には熱風４を吹き込むためのブローパイプ３が接続されている。ブローパイプ３には吹き込みランス５が接続されており、この吹き込みランス５には、造滓剤吹き込み設備１０および微粉炭吹き込み設備２０から、造滓剤および微粉炭が供給されるようになっている。
【００２６】
造滓剤吹き込み設備１０は、造滓剤を貯留する造滓剤ホッパー１１と、その下流側に設けられた加減圧切り替えホッパー１２と、さらにその下流側に設けられた吹き込みホッパー１３と、吹き込みホッパー１３からの造滓剤を気送する気送配管１４と、気送配管１４に設けられた切り出し量調整フィーダー１５と、気送配管１４を流れる造滓剤粒を分配する分配器１６と、分配器１６から上記ランス５に至る気送配管１７とを有している。
【００２７】
一方、微粉炭吹き込み設備２０は、微粉炭を貯留する微粉炭ホッパー２１と、その下流側に設けられた加減圧切り替えホッパー２２と、さらにその下流側に設けられた吹き込みホッパー２３と、吹き込みホッパー２３からの微粉炭を輸送する気送配管２４と、気送配管２４に設けられた切り出し量調整フィーダー２５と、気送配管２４を流れる微粉炭を分配する分配器２６と、分配器２６から上記気送配管１７に至る気送配管２７とを有している。すなわち、気送配管２７を気送された微粉炭は、気送配管１７内を気送されている造滓剤へ、合流点２８で合流するようになっている。
【００２８】
すなわち、このような設備においては、気送配管１７内の合流点２８で造滓剤と微粉炭とが合流し、これらが混合した状態で吹き込みランス５からブローパイプ３に噴出され、これらは熱風４によって搬送されて羽口２から高炉１内へ吹き込まれる。
【００２９】
このように造滓剤と微粉炭とを混合した状態で羽口２から高炉１内に吹き込むので、造滓剤は吹き込まれた直後から微粉炭の燃焼熱により高温雰囲気にさらされる。このため、単独吹き込みの場合に比べて造滓剤が効果的に昇温され、溶融しやすくなるので、２ｍｍ超３ｍｍ以下といった、より粗粒造滓剤を利用することができ、造滓剤の飛散によるロスを一層効果的に低減することができる。したがって、微粉炭多量吹き込み時に発生する高炉１の下部の通気性悪化を有効に改善することができる。
【００３０】
造滓剤の吹き込み量は、ある程度までは吹き込み量に応じて融点低下に効果的な作用を示すが、多量に吹き込み過ぎると、スラグの増加、蓄積によって逆に通気性悪化の原因となる。よって造滓剤の吹き込み量は、微粉炭から発生するスラグの量以下であることが望ましい。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例について説明する。
［試験１］
高炉を模擬した図４に示すコークス充填層型試験燃焼炉を用い、炉内圧損に及ぼす吹き込み造滓剤粒度の影響を評価した。図４において、微粉炭燃焼炉３１内にはコークス充填層３２が形成され、この微粉炭燃焼炉３１の下部には羽口３３が設けられている。羽口３３にはブローパイプ３４が接続されており、熱風３５がブローパイプ３４を経て羽口３３から微粉炭燃焼炉３１内に吹き込まれるようになっている。微粉炭燃焼炉３１の上方にはコークス切り出しホッパー３６が設けられ、そこから微粉炭燃焼炉３１内にコークスが供給されるようになっている。また、ブローパイプ３５には吹き込みランス３７、３８が接続されており、本発明例の場合には、造滓剤切り出しホッパー３９および微粉炭切り出しホッパー４０からそれぞれ気送配管４１および４２を介して供給された造滓剤と微粉炭とを予め合流させて混合した状態で吹き込みランス３７から噴出させ、従来例の場合には、気送配管４１を吹き込みランス３７に繋ぎ、気送配管４２を吹き込みランス３８に繋いで造滓剤と微粉炭とを別々に噴出するようにした。上記コークス充填層型試験燃焼炉において、高炉と同様の成分になるように調整した熱風３５を微粉炭燃焼炉３１内に吹き込んで、その中のコークスを燃焼させた。
【００３２】
この試験においては造滓剤として石灰石を使用し、その粒度を変化させて炉内圧損および炉内歩留を測定した。主な試験条件は以下の通りである。
・熱風送風量：３５０Ｎｍ３／ｈｒ
・送風温度：１２００℃
・送風中酸素濃度：２４ｖｏｌ％
・微粉炭吹き込み量：６５ｋｇ／ｈｒ(高炉操業で２００ｋｇ／ｔｈｍ相当)
・石灰石吹き込み量：１ｋｇ／ｈｒ(高炉操業で３ｋｇ／ｔｈｍ相当)
【００３３】
図５に造滓剤粒度と炉内圧損および炉内歩留との関係について示す。造滓剤の炉内への歩留は本発明例および従来例を問わず粒度とともに増加し、３ｍｍではほぼ１となる。一方、炉内圧損は、従来例では粒度が２ｍｍ以上になると、高歩留にもかかわらず、造滓剤が溶融する前にレースウェイシェルに到達するため、それが蓄積することによって増加し始めるが、本発明例では、炉内圧損は粒度が３ｍｍまで低下し、それ以上になると増加する。このことから、本発明では、高歩留となる粒度で吹き込むことができ、造滓剤を非常に効率良くレースウェイシェルの成長抑制、および融解・除去に利用できることが確認された。
【００３４】
次に、本発明に従って造滓剤と微粉炭とを混合した状態で吹き込みランス３７から噴出させる場合について、造滓剤の粒度を変化させて、石灰石の吹き込み開始後の経過時間に対する炉内圧損の増加量を求めた。石灰石の粒度は、条件１では２ｍｍ超３ｍｍ以下、条件２では１ｍｍ未満、条件３では５ｍｍ超、条件４では１ｍｍ以上２ｍｍ以下とした。
【００３５】
図６に上記試験結果を示す。同図より石灰石の吹き込み開始後の経過時間に対する炉内圧損の増加量は、石灰石の粒度が２ｍｍ超３ｍｍ以下の条件１の場合には小さくなるが、１ｍｍ未満の条件２の場合には大きくなり、５ｍｍ超の条件３の場合にはさらに大きくなった。１ｍｍ以上２ｍｍ以下の条件４の場合においては、炉内圧損の増加量は小さくなるがその効果は小さい。このことから、石灰石の粒度を１ｍｍ以上３ｍｍ以下にすると、微粉炭と混合されて吹き込まれた石灰石が、飛散することなくレースウェイシェルに到達し、また溶融することでレースウェイシェルと同化し、レースウェイシェルの成長抑制、および融解・除去が促進され、その効果は２ｍｍ超３ｍｍ以下の粒度で吹き込んだ場合に最大になると推定することができた。
【００３６】
[試験２]
微粉炭を２００ｋｇ／ｔｈｍの微粉炭比で羽口から吹込み中の高炉において、石灰石の割合を３ｋｇ／ｔｈｍとして羽口から高炉内へ吹き込んだ。この際に、表１に示すように、石灰石の粒度を２．２ｍｍとして本発明に従って石灰石と微粉炭とを混合状態で吹き込んだ本発明例１と、石灰石の粒度をそれぞれ１．８ｍｍ、２．２ｍｍとし、石灰石と微粉炭とを別々に吹き込んだ比較例１，２について炉内圧損の推移を把握した。その結果を図７に示す。時刻ｔ１から石灰石の吹き込みを開始したところ、炉内圧損は徐々に低下し安定した。そして時刻ｔ２において石灰石の吹き込みを停止したところ、炉内圧損は再び上昇し、石灰石の吹き込み開始前と同等にまで戻った。この際の炉内圧損の低下量は、表１に示すように、本発明例１が０．１２ｋｇｆ／ｃｍ２であったのに対し、比較例１では０．１０ｋｇｆ／ｃｍ２、比較例２では微小量の低下に留まっていた。この結果から、
本発明例１は、微粉炭多量吹き込み時の炉下部通気性の改善効果が比較例１，２よりも大きく、効果的にレースウェイシェルの成長抑制、および融解・除去の促進が行われたと推定できた。
【００３７】
【表１】
2005307303.tif 000008
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】造滓剤の粒度と昇温時間との関係、および造滓剤の粒度と造滓剤が羽口へ吹き込まれてからレースウェイ端に到達するまでの滞留時間との関係を、本発明と従来技術とで比較して示すグラフ。
【図２】羽口付近の粒子移動距離とガス温度との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施形態に係る高炉操業方法を実施するための設備を示す概略構成図。
【図４】高炉を模擬したコークス充填層型試験燃焼炉を示す概略構成図。
【図５】コークス充填層型試験燃焼炉において、造滓剤粒度と炉内圧損および炉内歩留との関係を、本発明例と従来例とで比較して示すグラフ。
【図６】コークス充填層型試験燃焼炉において、造滓剤吹き込み開始後の炉内圧損の推移を、各造滓剤粒度で比較して示すグラフ。
【図７】炉内圧損の推移を本発明例と比較例とで比較して示すグラフ。
【図８】ＣａＯの供給によるレースウェイシェルの低融点化を示す３元状態図。
【符号の説明】
【００３９】
１……高炉
２……羽口
３……ブローパイプ
４……熱風
５……吹き込みランス
１０……造滓剤吹き込み設備
１１……造滓剤ホッパー
１２……加減圧切り替えホッパー
１３……吹き込みホッパー
１４……気送配管
１５……切り出し量調整フィーダー
１６……分配器
１７……気送配管
２０……微粉炭吹き込み設備
２１……微粉炭ホッパー
２２……加減圧切り替えホッパー
２３……吹き込みホッパー
２４……気送配管
２５……切り出し量調整フィーダー
２６……分配器
２７……気送配管
２８……合流点
【図１】
2005307303.tif 000009
【図２】
2005307303.tif 000010
【図３】
2005307303.tif 000011
【図４】
2005307303.tif 000012
【図５】
2005307303.tif 000013
【図６】
2005307303.tif 000014
【図７】
2005307303.tif 000015
【図８】
2005307303.tif 000016