(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉へ送風用羽口から１５０ｋｇ／ｔ以上の微粉炭を吹き込む操業において、平均揮発分が２５ｍａｓｓ％以下の低揮発分炭を用いるに際し、微粉炭と同時に吹き込まれる気体中の酸素濃度を７０ｖｏｌ％以上確保することを特徴とする高炉での低揮発分微粉炭の燃焼性向上方法。
【請求項２】
前記微粉炭吹き込みランスとして、単管を用いた場合微粉炭搬送ガス中の酸素濃度を７０ｖｏｌ％以上としたことを特徴とする請求項１記載の高炉での低揮発分微粉炭の燃焼性向上方法。
【請求項３】
前記微粉炭吹き込みランスとして、２重管を用いた場合微粉炭搬送ガス中の酸素と、外管内のガス中の酸素とを合算して酸素濃度を７０ｖｏｌ％以上としたことを特徴とする請求項１記載の高炉での低揮発分微粉炭の燃焼性向上方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の送風用羽口から吹き込む微粉炭として、低揮発分の微粉炭使用時における高炉での微粉炭の燃焼性向上方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高炉への粉体吹き込み操業技術の一つとして微粉炭吹き込み操業が確立されるに至り、高炉でのコークス比低減に大きく寄与しており、微粉炭の吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（以下ｋｇ／ｔと記す）を超える操業も指向されるようになっている。しかし、高炉への大量の微粉炭吹き込み操業を安定して実施させるには、吹き込んだ微粉炭を完全に燃焼させる必要がある。
【０００３】
吹き込んだ微粉炭が未燃焼のままの状態で高炉内に存在すると、高炉下部や炉芯部に未燃焼のチャーとして蓄積し高炉内での通気・通液性を阻害する。
また、このような状態になると微粉炭の燃焼発熱が充分でないため、その効果が減少する結果、高炉での燃料比の上昇を招いてしまう。このような現象は特に低揮発分の石炭をの使用した時に起こり易く、微粉炭が未燃焼状態で存在し前記状況を増長する。
【０００４】
通常、微粉炭においてその燃焼性を左右するのは、微粉炭の組成、特に、揮発分と固定炭素の含有割合によって決まってくる。低揮発分炭の燃焼効率が低いのは、燃焼性の低い固定炭素の割合が高揮発分炭に比べて多く、燃焼性の高い揮発物が少ないためであると思われる。
このため、比較的燃焼性の良い高揮発分の石炭が高炉の吹き込みには適していると考えられ、該高揮発分石炭がもっぱら用いられていた。
【０００５】
例えば、高炉への吹き込み用微粉炭として石炭の揮発分に注目した発明として特許２６７５４０３号がある。該特許は微粉炭の揮発分が２３ｍａｓｓ％以上、流動度指数が０．８０以下である石炭を使用し、微粉炭の粒径が３ｍｍ〜１００μｍであること、さらに、羽口先温度を１９００℃以上２２５０℃以下とする高揮発分の石炭を対象とした技術が開示されている。
【０００６】
また、微粉炭燃焼用酸素に注目した特許として特開昭６２−２６３９０６号には、ランスを微粉炭吹き込みと酸素吹き込み用の二重構造とし、送風支管内に水平に設け、送風中の酸素濃度が３０ｖｏｌ％以上となるように酸素富化を行う技術の開示がある。
同様に、特許２９９４１４１号には微粉炭吹き込みランスに導入される酸素の平均濃度を３５〜６５ｖｏｌ％に調整して吹き込むと共に、ランスへの富化酸素量を全送風中の酸素富化率の３ｖｏｌ％以下とする技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に石炭としては燃焼面からみると、揮発分が高い程燃焼性がよく品質的に優れていると言える。このため揮発分が高い石炭程価格が高いという状況にある。これを裏返して云うならば揮発分が低い程石炭として低品位であり、廉価に入手できるため、石炭のコストを低減できる利点がある。
しかして、通常微粉炭として使用されている石炭は前述しやように、揮発分が比較的高い（３０ｍａｓｓ％以上）のものが多く用いられていた。
【０００８】
前記特許２６７５４０３号に開示された技術のように、特定の高揮発分石炭の微粉炭だけしか高炉に吹き込めない状況では、石炭資源全体を考えた場合には好ましくなく、高揮発分、低揮発分に関係なく、できるだけ幅広い銘柄、種類の石炭が高炉への吹き込み微粉炭として使用できることが、エネルギーの安定供給や価格の安定化面からも望ましいことである。
【０００９】
このような観点から従来高炉への微粉炭吹き込みの石炭としては返り見られなかった、低揮発分炭を高炉への吹き込み用微粉炭としていかにして使用するかが重要な課題となっていた。また使用に際してはその性状がもたらす燃焼性の劣るのをいかにして補い、燃焼効率を向上させるかが問題となっていた。
【００１０】
しかして、微粉炭の燃焼効率を向上させるためには、ランスから微粉炭と共に吹き込むガス中の酸素濃度を大幅に上昇させることが効果的であると考えられていた。しかし、単に酸素富化率を上げるだけではランスの溶損の問題が生じる。そこで本発明は、低揮発分炭使用時においても安定した高炉操業を行うための微粉炭の燃焼性向上方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであって、その要旨とするところは、下記手段にある。
（１）  高炉へ送風用羽口から１５０ｋｇ／ｔ以上の微粉炭を吹き込む操業において、平均揮発分が２５ｍａｓｓ％以下の低揮発分炭を用いるに際し、微粉炭と同時に吹き込まれる気体中の酸素濃度を７０ｖｏｌ％以上確保する高炉での低揮発分微粉炭の燃焼性向上方法。
（２）  前記微粉炭吹き込みランスとして、単管を用いた場合微粉炭搬送ガス中の酸素濃度を７０ｖｏｌ％以上とした（１）記載の高炉での低揮発分微粉炭の燃焼性向上方法。
（３）  前記微粉炭吹き込みランスとして、２重管を用いた場合微粉炭搬送ガス中の酸素と、外管内のガス中の酸素とを合算して酸素濃度を７０ｖｏｌ％以上とした（１）記載の高炉での低揮発分微粉炭の燃焼性向上方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者は微粉炭において、数多くの実験を行い微粉炭の燃焼性を測定し、燃焼性に及ぼす微粉炭の揮発分の影響を追求し、ランスの溶損の問題を回避しつつ満足できる燃焼性を確保するためには、微粉炭の性状および微粉炭を燃焼するための酸素濃度を特定することにより、目的が達せられるとの知見を得た。
【００１３】
ここで、微粉炭の燃焼反応は酸素富化率の増加により向上することは明白であるが、微粉炭吹き込みランス直前の急激な燃焼反応はランスの溶損を招く危険性があり、それを防ぐため水冷構造を必要とした。しかし、従来の微粉炭吹き込みレベルである１００〜１５０ｋｇ／ｔ程度の吹き込み量であれば酸素富化をそれ程要せず、このような問題に対して余り配慮しなくともよいが、吹き込みレベルが１５０ｋｇ／ｔ以上になると、上記問題を考慮する必要がある。
【００１４】
この点、低揮発微粉炭はランスの直前で急激な燃焼を起こす惧れはない。これは前記したように微粉炭の初期の燃焼は、微粉炭中の固定炭素が燃焼するのではなく熱分解によって生じた揮発分が燃焼するためであり、揮発分を規制することによりランス直前の急激な燃焼反応は回避できる。
【００１５】
一方、一般的に低揮発分炭は燃焼が遅く燃焼効率が悪いという欠点があるが、酸素富化率を上昇させることによりこの欠点は解消できる。すなわち、送風中の酸素濃度を均一に増加させるのではなく、微粉炭中の揮発分に応じて酸素量を富化するならば、特に、微粉炭吹き込みランス先端部近傍周辺の酸素濃度を増加させることは燃焼性改善に効果がある。何故ならば、高炉内に吹き込まれた微粉炭やガスは直ちに周辺全体に拡散するわけではなく、吹き込まれたガス雰囲気内で昇温、燃焼する傾向が強いからである。
【００１６】
そこで本発明者は、揮発分の異なる種々の石炭（微粉炭の混合を含む）について、微粉炭の燃焼効率を微粉炭の平均揮発分、微粉炭吹き込みランス先端部近傍周辺の酸素濃度、微粉炭原単位を変化させて微粉炭の燃焼試験炉で燃焼実験を行いその燃焼性を比較して図１に示した。
【００１７】
この結果から微粉炭吹き込み時の吹き込みランスの溶損を考慮した場合、図１から明らかなようにランス先端部近傍周辺での気体中の酸素濃度が７０ｖｏｌ％を超えるとランスの溶損が発生しており、このランス溶損は微粉炭中の平均揮発分に依存し、揮発分が２５ｍａｓｓ％を超えるとその現象が顕著に表れている。したがって、ランスの溶損を回避して低揮発分の微粉炭を使用するには平均揮発分が２５ｍａｓｓ％以下でなければならない。
【００１８】
これら両者の兼ね合いを勘案した場合、本発明においては燃焼効率７０％以上を確保して未燃焼微粉炭の量を極力防ぐためには、低揮発分の微粉炭としては平均２５ｍａｓｓ％以下の揮発分含有量のものを用い、また酸素濃度は７０ｖｏｌ％以上を必要とする。勿論微粉炭中の平均揮発分が２５ｍａｓｓ％より低い場合は、その揮発分に応じて酸素濃度を７０ｖｏｌ％より増大する措置を講ずるのが好ましい。
【００１９】
本発明においては酸素濃度を７０ｖｏｌ％以上に規制したが、前記した特許２９９４１４１号では、酸素濃度を５０ｖｏｌ％で燃焼効率は飽和状態になっており、酸素濃度を６５ｖｏｌ％以上にすると燃焼効率が低下してくる傾向にある。またランスの溶損の問題から、酸素濃度７０ｖｏｌ％以上の増加は避けている。
【００２０】
本発明では低揮発分の微粉炭を用いることにより、この事実とは反する実験結果を得ている。また、特開昭６２−２６３９０６号では、実施例で酸素濃度３７ｖｏｌ％ｍａｘ、図面で５０ｖｏｌ％ｍａｘの例が示されているのみである。
【００２１】
通常微粉炭吹き込み量が増大するになるにつれ燃焼効率が低下すると言われており、前記図１はこのことを裏付けている（図中○と●の差）。このことは、微粉炭吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔ未満の場合は、敢えてランスからの酸素濃度を７０ｖｏｌ％以上にしなくとも燃焼効率は比較的高く維持できることを示唆している。
なお、本発明で使用する微粉炭は単一銘柄のものでもよく、または２種以上の銘柄のものを混合して用いてもよい。何れにしても平均揮発分が２５ｍａｓｓ％以下の微粉炭が対象となる。
【００２２】
本発明では、高炉のブローパイプを貫通して送風羽口内に挿入される従来の単管ランスまたは２重管ランスを用いることが好ましい。単管ランスは微粉炭を搬送ガスと共に送入するものであり、２重管ランスは内管内が微粉炭を搬送ガスと共に送入する通路で、内管と外管との間（以下外管内と記す）が冷却ガスまたは微粉炭燃焼ガス（酸素富化ガス）を送入する通路となっている２重管のランスである。
【００２３】
単管ランスの場合は微粉炭搬送用ガスとして酸素濃度７０ｖｏｌ％以上のものを用い、また２重管ランスの場合は微粉炭搬送用ガス中の酸素と、外管内の酸素を合算した平均酸素濃度が微粉炭吹き込みランス先端部近傍周辺において、７０ｖｏｌ％以上になるようにそれぞれの酸素量を調整する。
【００２４】
なお、上記ではランスとして単管と２重管について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、３重管ランス（最外管内は冷却流体）または、微粉炭吹き込みランス先端部へ他のランスから酸素を供給してもよく、何れにしても微粉炭吹き込みランス先端部において、酸素濃度が７０ｖｏｌ％以上あればよい。このような状態を保持することによりレースウエイ内での燃焼効率を７０％以上に維持することが可能である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
表１に内容積３２７３ｍ3 の高炉において、本発明を適用した実施例の操業条件とその結果を比較例と共に示す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
微粉炭吹き込み量が１５０ｋｇ／ｔから２５０ｋｇ／ｔの範囲において、微粉炭吹き込みと同時に微粉炭吹き込みランス先端部近傍周辺の気体中の酸素濃度が７０ｖｏｌ％以上で、微粉炭の平均揮発分が２５ｍａｓｓ％以下の本発明を適用した期間（実施例１、２、３、４）は、通気抵抗指数が低く高炉内の通気が安定しており、荷降下指数も低く装入物の降下状況も良好であり、操業が安定した結果として低燃料比、高出銑量が達成された。
【００２８】
これに対して、本発明を適用しない期間（比較例１、２、３）はこれらの操業成績が悪く、吹き込まれた微粉炭の燃焼効率が低く未燃焼のチャーが炉芯部などに蓄積し操業に悪影響を与えていたものと推定される。
なお、比較例３については微粉炭の平均揮発分が３１ｍａｓｓ％と高く、酸素濃度が７５ｖｏｌ％と高かったためランス先端部の溶損が起こり、そのためランス詰まりを起こし、微粉炭の吹き込み量が１１５ｋｇ／ｔ（目標１５０ｋｇ／ｔ）しか行えず、高炉操業結果は全て不良であった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば従来、高炉への適用は困難視されていた低揮発分微粉炭についても、燃焼用酸素濃度を増して使用することにより、その燃焼効率を向上せしめることができ、使用可能としたものである。さらには微粉炭の揮発分程度に応じ酸素濃度を適正範囲に制御してやることにより、優れた燃焼効果を維持でき安定した高炉操業を行うことができ、微粉炭吹き込み操業における制約条件を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】微粉炭燃焼効率に及ぼす平均揮発分と酸素濃度の影響を示した図
【図１】
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