(57)【要約】【課題】高炉の冷却に用いられる廃熱を回収して、高炉操業で消費されるエネルギーを減少させて、これにより炭素の使用量を削減可能な、高炉における羽口からの廃熱の回収方法および廃熱の回収に用いるのに好適な高炉送風用羽口を提供すること。【解決手段】高炉の羽口の本体内部に流体を通過させ、該流体を昇温させることで前記羽口の冷却を行ない、昇温された前記流体を高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉における羽口からの廃熱の回収方法、および流体を通過させた後に高炉内に吹き込むための吹き込み通路を本体内部に有し、前記吹き込み通路がらせん状に形成されていることを特徴とする高炉送風用羽口を用いる。【選択図】図３
2007302916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の羽口の本体内部に流体を通過させ、該流体を昇温させることで前記羽口の冷却を行ない、昇温された前記流体を高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉における羽口からの廃熱の回収方法。
【請求項２】
流体を通過させた後に高炉内に吹き込むための吹き込み通路を本体内部に有し、前記吹き込み通路がらせん状に形成されていることを特徴とする高炉送風用羽口。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高炉におけるエネルギー回収方法に関し、羽口からの廃熱の回収方法および高炉送風用羽口に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化の懸念から二酸化炭素発生量の削減が製鉄業界においても最重要課題とされている。なかでも製鉄所で最も多量の炭素（石炭）を還元エネルギーと熱エネルギーとして使用する、高炉での炭素使用量削減が最も重要とされている。高炉はＦｅ2Ｏ3である鉄鉱石を還元、溶融するプロセスであるから、純粋に還元と溶融に必要なエネルギーは熱力学的に一定である。炭素として投入されたエネルギーはそれ以外に、鉄以外の酸化物の還元（メタロイド還元）と溶融、スラグの溶融、炉頂上から排出されるカロリー含有ガス、および熱負荷（冷却水による廃熱）として使用される。このような高炉の物質と熱エネルギーの流れと、おおよその温度を模式的に図１に示す。図１において、高炉１の上部からコークス（Ｃ）、鉄鉱石（Ｆｅ2Ｏ3）、および焼結鉱（Ｆｅ2Ｏ3）が装入され、炉下部の羽口２から１２００℃の熱風（Ｏ2含有ガス）が吹き込まれる。ＣＯおよびＣＯ2からなるカロリー含有ガス３は１００℃、溶銑（Ｆｅ）およびスラグ４は１５００℃である。５は燃焼焦点であり２０００℃である。炉体冷却における炉体上部廃熱がＡ、羽口冷却による羽口廃熱がＢ、炉体冷却における炉体下部廃熱がＣである。
【０００３】
上記のうちメタロイド還元とスラグの溶融は投入原料品質により量的に固定されるため制御は不可能である。また、炉頂上からのカロリー含有ガス３のエネルギーは工場内において、下工程において熱または電力として回収使用されているため、無駄とはなっていない上、削減は高炉にとっても下工程にとっても操業上の負担が大きい。よって、高炉におけるエネルギー使用量を削減するために、もっとも好ましいのは廃熱Ａ、Ｂ、Ｃを回収することであると考えられる。炉体や羽口の冷却は、冷却水を用いて行なわれる（例えば、特許文献１参照。）。従って、廃熱Ａ、Ｂ、Ｃを回収するためには、冷却後の冷却排水から熱回収を行なうことになる。
【特許文献１】特許第３１５１８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高炉は巨大な高温反応容器であり、熱風を吹き込む下部においては２０００℃を超える場所も存在し、冷却による設備保護は不可欠である。高温の廃熱であれば蒸気回収が一般的であり、蒸気タービンを用いて電気としての回収も可能であるが、高炉の冷却水は水量は豊富であるもののセ氏数十度の低温排水であり、これらの手段による回収は現状では不可能である。低温排熱の回収方法も研究が進められているが、製鉄所ではコストやスペースなどの問題から実現性は低い。
【０００５】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、高炉の冷却に用いられる廃熱を回収して、高炉操業で消費されるエネルギーを減少させて、これにより炭素の使用量を削減可能な、高炉における羽口からの廃熱の回収方法および廃熱の回収に用いるのに好適な高炉送風用羽口を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは高炉の廃熱の大部分は羽口冷却によるものであることを見出し、羽口における熱回収方法を検討し、高炉の羽口の本体内部に流体を通過させ、該流体を昇温させることで前記羽口の冷却を行ない、昇温された前記流体を高炉内に吹き込むことで熱回収を行なうことを特徴とする高炉における羽口からの廃熱の回収方法、および流体を通過させた後に高炉内に吹き込むための吹き込み通路を本体内部に有し、前記吹き込み通路がらせん状に形成されていることを特徴とする高炉送風用羽口の発明を完成させた。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高炉における省エネルギーが可能となり、二酸化炭素発生量を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
高炉の炉体は内側から、耐火物、レンガ、冷却設備（ステーブ）となっている上、内壁にはコークス粉や亜鉛を主成分とした付着物層が形成されているため、炉体からの循環水を介した廃熱はその面積が大きい割には小さい。一方、羽口は面積的には小さいが、燃焼焦点（約２０００℃）の極付近であり高温にさらされている。本発明者等が４０００ｍ3級の高炉で測定したところ、図２に示すように、炉体上部廃熱Ａが３４％、炉体下部廃熱Ｃが２１％であり、羽口からの廃熱Ｂが全廃熱量の４５％に達しており、廃熱の半分近くが羽口で発生していることが分かった。
【０００９】
対象が高温であるほど熱回収効率は高く、その意味でも羽口は有望な熱回収対象あることが推察される。羽口は高級消耗品とみなされおり、耐久性重視のため銅鋳物製で、内部を超高速で冷却水を循環させて使用している。そこで、本発明者らは、従来単なる耐久性重視であった羽口冷却設備を、熱回収源として見直し、効率的に熱回収を行うことを目標に開発を行った。
【００１０】
上記のように、通常の羽口冷却は水を用いて行われる。腐食防止のために薬液が使用される場合もあるが主成分は水である。大気圧での水の沸点は１００℃であるため、冷却水はそれより十分に低い温度、例えば出側で６０℃程度になるように大量に循環させる必要がある。万一、羽口内で冷却水が沸騰して気泡が発生すれば、比熱、熱伝導率ともに急減し、羽口が急激に溶損するためである。しかし高温の排水でなければ熱回収を行なうことは困難である。
【００１１】
そこで本発明者らは、羽口の有する熱エネルギーを炉外に排出するのではなく、炉内に戻すことで廃熱を減らすことが可能となると考えた。通常の高炉操業において、羽口からは微粉炭等の還元材吹き込みが行なわれている。還元材は、通常は予熱されることは無く、吹き込みランスと呼ばれるパイプを介して羽口中央の空間部に吹き込まれ、熱風（銅融点１０８３℃と同程度の温度）と共に炉内に吹き込まれる。本発明者らは、還元材を羽口本体内部を通過させて昇温させ、これにより羽口の冷却を行ない、昇温された還元材を高炉内に吹き込むことで、羽口の冷却と同時に還元材の予熱が可能であることを見出した。つまり、炉内に吹き込む物質と熱交換することにより羽口を冷却すれば、羽口からの廃熱を回収して高炉で利用することとなり、結果として廃熱を減らすことが可能であることを見出し、本発明を完成したものである。即ち本発明は、高炉の羽口の本体内部に流体を通過させ、流体を昇温させることで羽口の冷却を行ない、昇温された流体を高炉内に吹き込むことを特徴とする高炉における羽口からの廃熱の回収方法である。
【００１２】
羽口を冷却後に、炉内に吹き込む物質としては流体を用いるものとする。通常高炉の羽口から炉内に吹き込まれる、還元材を吹き込み用流体として用いることが好ましい。還元材としては、重油、ＬＮＧ、コークス炉副生ガス（ＣＯＧ）等の液体、気体の還元材の他に、固体還元材も好適に用いることができる。固体還元材である微粉炭やプラスチック粒状物等は、搬送ガスとして窒素等を用いることで、流体として高炉内に吹き込まれる。羽口の冷却には水冷を併用することが好ましい。この場合は、水は炉内に吹き込まれることなく、通常の冷却水として羽口内部を循環後に排出される。
【００１３】
次に、上記の高炉における羽口からの廃熱の回収方法の実施に用いると好適な羽口について説明する。
【００１４】
本発明方法を実施する際には、例えば、流体を通過させた後に高炉内に吹き込むための吹き込み通路を本体内部に有し、吹き込み通路がらせん状に形成されていることを特徴とする高炉送風用羽口を用いることができる。
【００１５】
流体を羽口本体内部を通過させて昇温させ、昇温された流体を高炉内に吹き込む際に、羽口本体に炉内側と炉外側間を貫通した孔部である吹き込み通路を有し、該吹き込み通路が前記羽口中央の空間部（熱風吹き込み部）を芯とするコイル形状を形成しているような羽口を用いると、流体が羽口本体内部をらせん状に旋回した後に、高炉内に吹き込まれることになる。所定の吹き込み速度を維持し、流体と羽口との熱交換を行なう時間を十分に確保するためには、吹き込み通路が長いことが好ましく、このためには吹き込み通路を上記のようにらせん状とすることが適当である。
【実施例１】
【００１６】
図３に示す羽口を用いて還元材の吹き込み試験を行なった。図３は送風方向に平行な方向での羽口の断面の概略図であり、羽口２の本体６内部にらせん状に旋回する吹き込み通路７が形成されている。８は冷却水路、９は羽口への還元材吹き込み用ランスである。
【００１７】
還元材として、重油、ＬＮＧ、ＣＯＧをそれぞれ用いた。また比較のために、従来技術であるランスを用いた還元材吹き込み試験も行なった。
【００１８】
吹き込み試験は、高炉の羽口付近を模試可能な燃焼炉を用いて行った。燃焼炉の模式図を図４に示す。燃焼炉１０の上部のコークス装入孔１１からコークスを炉内に装入してコークス充填層１２を形成した。羽口２に接続したブローパイプ１３から１２００℃の熱風を吹き込み、排ガス流出孔１４から排ガスを流出させた。羽口の本体内部に形成した冷却水路８に冷却水を流すと共に、吹き込み通路入り側７ａから重油、ＬＮＧ、ＣＯＧを羽口の本体内部に吹き込み、吹き込み通路出側７ｂから燃焼炉内に吹き込んだ。また、重油、ＬＮＧ、ＣＯＧをランス９を介して直接羽口中央の空間部に吹き込み、燃焼炉への単位時間当たりの吹き込み量が吹き込み通路を用いた場合と同量になるように熱風と共に燃焼炉内に吹き込んだ。
【００１９】
ランスを介して還元材を燃焼炉内に吹き込んだ際には、羽口冷却水の入り側と出側の温度差は１２．２℃であったが、羽口本体内部を通過させて還元材を燃焼炉内に吹き込んだ際には、羽口冷却水の入り側と出側の温度差は１０．５℃まで低下した。
【００２０】
冷却水の温度上昇の低下は、羽口からの廃熱となるはずであった熱の一部が還元材の予熱に有効に利用されたことを示すものであり、羽口からの廃熱は１４％低下した。
【００２１】
なお、図３では吹き込み通路７を羽口２の外筒側に設けた例を示しているが、内筒側であってもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】高炉の物質と熱エネルギーの流れの模式図。
【図２】高炉における廃熱の例を示すグラフ。
【図３】本発明の一実施形態である、羽口の断面の概略図。
【図４】試験装置の模式図。
【符号の説明】
【００２３】
１    高炉
２    羽口
３    カロリー含有ガス
４    溶銑、スラグ
５    燃焼焦点
６    本体
７    吹き込み通路
８  冷却水路
９    還元材吹き込み用ランス
１０    燃焼炉
１１    コークス装入孔
１２    コークス充填層
１３    ブローパイプ
１４    排ガス流出孔
Ａ    炉体上部廃熱
Ｂ    羽口廃熱
Ｃ    炉体下部廃熱
【図１】
2007302916.tif 000003
【図２】
2007302916.tif 000004
【図３】
2007302916.tif 000005
【図４】
2007302916.tif 000006