(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽口から微粉炭を吹き込む高炉への微粉炭吹き込み方法において、前記微粉炭の５〜50質量％が粒径１〜20μｍの微粉炭粒子であり、かつ前記微粉炭が水分を１〜８質量％含有することを特徴とする高炉への微粉炭吹き込み方法。
【請求項２】
前記微粉炭の10〜90質量％が、揮発分を30〜50質量％含有する石炭であることを特徴とする請求項１に記載の高炉への微粉炭吹き込み方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、輸送配管を閉塞することなく微粉炭を輸送できる高炉への微粉炭吹き込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コークス炉の老朽化が進み、高炉で使用する炭材の不足が予想されることから、石炭を破砕して調製される微粉炭を高炉の羽口から吹き込む（以下、微粉炭吹き込みという）操業が行なわれている。微粉炭吹き込みにおいて、インジェクションタンクに収容された微粉炭は、キャリアガスによって輸送配管を通って羽口へ輸送され、羽口から高炉内に吹き込まれる。
【０００３】
石炭は、主成分である炭素の他に、昇温時に揮発する揮発分、および酸化物からなる灰分を含んでいる。ハードグローブ指数（ＨＧＩ）等で示される石炭の強度は、主に揮発分の含有量によって変化する。すなわち揮発分が少ない石炭ほど強度が低下し容易に破砕されるので、同一の圧下力の場合は揮発分が高い石炭に比べて粒径が減少する。そのため揮発分が少ない石炭を微粉炭として高炉への微粉炭吹き込みに使用する場合は、インジェクションタンク内での吹き抜けや、輸送配管内で閉塞が発生しやすい。特に揮発分の含有量が30質量％未満の微粉炭粒子からなる微粉炭は、輸送特性が著しく低下する。
【０００４】
また微粉炭は、通常、水分を１〜２質量％含有しているが、冬季には輸送配管内で結露が生じ、その水分によって微粉炭の粒子が容易に凝集しやすい。このように微粉炭が水分を多量に含有する場合も、輸送配管の閉塞が発生する。
そこで微粉炭吹き込みに使用する微粉炭の輸送特性を改善し、高炉の操業を安定させるために、種々の技術が提案されている。
【０００５】
たとえば特開平6-49516 号公報には、微粉炭の気流輸送方法が開示されている。この方法は、微粉炭のＣ濃度に基づいて平均粒子径を設定することによって、配管詰りを防止しようとするものである。しかしこの方法では、微粉炭の水分が増加した場合に、輸送配管内で閉塞を起こしやすいという問題があった。
また特開平9-143519号公報には、高炉の微粉炭吹込操業方法が開示されている。この方法は、 200メッシュ以下の粒子が65〜75％となるように強度（ＨＧＩ）の異なる複数種類の微粉炭を混合して微粉炭吹き込みに使用することによって、微粉炭供給配管の閉塞を防止しようとするものである。しかしこの方法では、微粉炭が水分を多量に含有する場合に、輸送配管内で閉塞を起こすという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、輸送配管を閉塞することなく微粉炭を輸送し、吹き込み速度を向上できる高炉への微粉炭吹き込み方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、種々の炭種の微粉炭について調査した結果、高炉の微粉炭吹き込みで使用するような粒径10〜100 μｍ程度の粉体の気流輸送の特性は、粉体の相互作用に依存し、特に粉体中の微細粒子の比率と水分の含有量とに依存することを見出した。
【０００８】
本発明は、羽口から微粉炭を吹き込む高炉への微粉炭吹き込み方法において、微粉炭の５〜50質量％が粒径１〜20μｍの微粉炭粒子であり、かつ微粉炭が水分を１〜８質量％含有する高炉への微粉炭吹き込み方法である。
前記した発明においては、好適態様として、微粉炭の10〜90質量％が、揮発分を30〜50質量％含有する石炭であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
インジェクションタンクと輸送配管のモデル装置を使用して実験を行ない、微粉炭の輸送特性を調査した。インジェクションタンクの内容積は１ｍ3 で、輸送配管は内径12.7mmの耐圧ホースを使用した。微粉炭をインジェクションタンク内に収容し、インジェクションタンク内の圧力を39ｋPaに維持した。
【００１０】
さらにインジェクションガスを吹き込んでインジェクションタンク内を流動化させて、ブースターガス（すなわち搬送ガス）とともに微粉炭が輸送配管を通って排出されるようにした。インジェクションガスの吹き込み量は、微粉炭の揮発分や水分によって変化したが、その吹き込み量は 3.0〜3.7 ×10-4Ｎｍ3 ／sec の範囲であった。輸送配管から排出されるガス中の固気比は50〜70kg／kgであった。
【００１１】
石炭は、主成分である炭素の他に、揮発分および灰分を含んでいる。揮発分を45質量％含有する微粉炭粒子からなる微粉炭（以下、Ｈ微粉炭という）と揮発分を12質量％含有する微粉炭粒子からなる微粉炭（以下、Ｌ微粉炭という）の２種類について、水分含有量（質量％）を変化させて実験を行なった。微粉炭への水分の添加は、微粉炭20kgを乾燥した後、所定量の水分を霧吹きを用いて均一に添加した後、30分間混練して行なった。
【００１２】
微粉炭を輸送配管から排出させながら、ロードセルを用いてインジェクションタンクの重量を常時測定した。この測定値を用いてインジェクションタンク内の微粉炭が減少する速度（以下、インジェクション速度という）を算出した。
水分含有量（質量％）とインジェクション速度（kg／min ）との関係を図１に示す。なお水分含有量０質量％は、微粉炭を乾燥させて水分添加を行なわなかった状態を指す。
【００１３】
Ｈ微粉炭は、水分含有量が０〜５質量％の範囲ではインジェクション速度（kg／min ）はほぼ一定であり、水分含有量が５質量％を超えると水分の増加とともにインジェクション速度（kg／min ）が低下した。ただし水分含有量が８質量％であっても、輸送配管の閉塞は発生しなかった。
一方、Ｌ微粉炭は、水分含有量が０〜４質量％の範囲では、インジェクション速度（kg／min ）はＨ微粉炭とほぼ同じレベルであるが、水分含有量が４質量％を超える範囲では、インジェクション速度（kg／min ）は急激に低下した。しかも水分含有量が 4.4質量％でインジェクションタンクの吹き抜けが発生し、さらに８質量％で輸送配管の閉塞が発生した。
【００１４】
Ｈ微粉炭とＬ微粉炭のインジェクション速度に差が生じる原因を調べるため、レーザー粒径測定装置を用いてそれぞれの粒径分布を測定した。レーザー粒径測定装置は、サンプル（すなわち微粉炭）を入れたセルにHe−Neガスレーザーをあて、サンプルによって散乱された光の回折像から粒径を測定するものである。複数の粒子による散乱光の回折像のスペクトルは、光の波長が一定の場合には粒径に依存するため、フォトディテクタ上のスペクトル信号をコンピュータ処理することによって粒径を測定できる。用いた装置のレーザーの波長は6328Ａで、 1.9〜300 μｍの粒径を測定可能である。
【００１５】
微粉炭を構成する微粉炭粒子の粒径（μｍ）とその比率（質量％）との関係を図２に示す。Ｈ微粉炭は粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が小さく、Ｌ微粉炭は粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が大きいことが分かる。
Ｈ微粉炭のように、輸送配管の閉塞が発生せず、しかも高いインジェクション速度（kg／min ）を維持するための微粉炭中の粒径が１〜20μｍの微粉炭粒子の比率を調査したところ、50質量％以下であることを見出した。したがって本発明を適用する微粉炭における粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の混合比率の上限は50質量％とする。また、微粉炭吹き込みの操業では、微粉炭を構成する微粉炭粒子が輸送中に破砕されるため、粒径１〜20μｍの微粉炭粒子は比率に換算して５質量％以上が常時混合している。したがって粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率の下限は５質量％とする。
【００１６】
つまり本発明を適用する微粉炭における粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率は５〜50質量％の範囲とする。
通常、微粉炭は水分を１〜２質量％程度含有しているが、微粉炭の水分含有量が４質量％を超えると微粉炭粒子が凝集して輸送配管を閉塞しやすくなる。しかるに、本発明のように粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率を５〜50質量％の範囲とすることによって、水分を１〜８質量％含有する微粉炭の吹き込みが可能となる。
【００１７】
微粉炭を構成する微粉炭粒子の強度（ＨＧＩ）は、微粉炭粒子に含有される揮発分によって変化する。すなわち揮発分が多いほど微粉炭粒子の強度（ＨＧＩ）は上昇する。
揮発分が少ないために強度（ＨＧＩ）の低い微粉炭粒子は、輸送中に破砕されて粒径が減少し、粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が増加する。したがって粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率を５〜50質量％の範囲に維持するために、微粉炭として用いる石炭の10〜90質量％が揮発分を30〜50質量％含有する石炭であることが好ましい。
【００１８】
一般に石炭に含有される揮発分は、50質量％を超えることはなく、また揮発分が30質量％未満では、微粉炭粒子の強度（ＨＧＩ）が急激に低下する。したがって、揮発分が30〜50質量％の範囲の石炭を微粉炭として用いることが好ましい。もちろん、微粉炭の調製としては、単味の石炭を破砕しても良いし、２種以上の石炭を混合して破砕しても良い。
【００１９】
【実施例】
粒径分布の異なる微粉炭を用いて、水分含有量を変化させてインジェクション速度（kg／min ）および輸送配管の閉塞の有無を調査した。実験はモデル装置を使用し、インジェクションガスの吹き込み時間はそれぞれ600secとした。インジェクション速度（kg／min ）は、実験開始直後と実験末期を除いてほぼ安定していたので、その安定期のインジェクション速度（kg／min ）を１次回帰して算出した。その結果は表１に示す通りである。実験に用いたモデル装置や設定条件は、前記したＨ微粉炭とＬ微粉炭の実験と同じであるので、説明を省略する。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
発明例１〜８は、Ａ微粉炭，Ｂ微粉炭およびＣ微粉炭の水分含有量を変化させた例であり、比較例１〜４は、Ｄ微粉炭およびＥ微粉炭の水分含有量を変化させた例である。Ａ微粉炭，Ｂ微粉炭およびＣ微粉炭は粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が５〜50質量％の範囲を満足し、Ｄ微粉炭およびＥ微粉炭は粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の混合比率が50質量％を超えるようにした。なお微粉炭への水分の添加は、微粉炭20kgを乾燥した後、所定量の水分を霧吹きを用いて均一に添加した後、30分間混練して行なった。
【００２２】
発明例４〜６と比較例１，２とを比べると、水分含有量（質量％）はほぼ同じであるが、発明例４〜６の方が、インジェクション速度（kg／min ）が大きくなった。
また発明例３，６〜８はＣ微粉炭を用いて水分含有量を変化させた例であり、水分含有量（質量％）が増加するとインジェクション速度（kg／min ）が低下する傾向を示した。しかしながら発明例６〜８のように、水分含有量が８質量％を超えるような多量の含水量がある条件であっても、発明例８に示す水分含有量８質量％までは輸送配管の閉塞は発生しなかった。
【００２３】
比較例２〜４でも同様に、水分含有量（質量％）が増加するとインジェクション速度（kg／min ）が低下した。特に比較例４は水分含有量が８質量％の例であるが、実験開始直後に輸送配管の閉塞が発生した。
したがって粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が５〜50質量％の範囲を満足する微粉炭に、水分を１〜８質量％含有させても、輸送配管の閉塞は発生せず安定して輸送できることが分かる。
【００２４】
次に、表１に示した５種類（Ａ〜Ｅ）の微粉炭を混合して、粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率の異なる３種類の微粉炭を製造した。すなわち表２に示すように、粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が45質量％〜50質量％の微粉炭を発明例９とし、粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が50質量％超え〜55質量％の微粉炭を比較例５、粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が55質量％超え〜60質量％の微粉炭を比較例６とする。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
これらの３種類の微粉炭を、それぞれ高炉に吹き込んで操業を行なった。高炉の内容積は5153ｍ3 ，炉床直径は15.0ｍ，羽口は40本である。操業中の出銑量は9500〜10200 ｔ／day ，コークス比は 405〜410 kg／ｔ-pigであった。微粉炭の吹き込みは内容積85ｍ3 のインジョクションタンクを用い、流量15〜17Ｎｍ3 ／hr，圧力 700ｋPaの窒素ガスで羽口まで輸送した。
【００２７】
微粉炭に含有される水分（質量％）を変化させて、インジェクションタンクから羽口までの輸送配管の途中２ケ所で圧力を測定した。この測定値から圧力損失（Pa／ｍ）を算出し、微粉炭の輸送特性を評価した。微粉炭の水分含有量（質量％）と輸送配管の圧力損失（Pa／ｍ）との関係を図３に示す。
発明例９は、水分が１〜８質量％の範囲で圧力損失が低く、しかもほぼ一定のレベルで推移しており、安定して操業できた。一方、比較例５および比較例６は、水分の増加に伴って圧力損失が急激に増大し、一部の輸送配管で閉塞が発生した。
【００２８】
したがって実機の高炉操業においても、粒径１〜20μｍの微粉炭粒子の比率が５〜50質量％の範囲を満足する微粉炭に、水分を１〜８質量％含有させると、輸送配管の閉塞は発生せず安定して輸送できることが確かめられた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、高炉への微粉炭吹き込みにおいて、輸送配管を閉塞することなく微粉炭を輸送し、吹き込み速度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微粉炭の水分含有量とインジェクション速度との関係を示すグラフである。
【図２】微粉炭粒子の粒径と混合比率との関係を示すグラフである。
【図３】微粉炭の水分含有量と輸送配管の圧力損失との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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