(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に沿って高炉に複数個設けられた羽口に接続されたダウン管に挿入した吹込みランスから微粉炭燃料を炉内に吹き込む際、高さ方向に関して複数段で且つ各段において円周方向に等間隔で高炉の炉壁に埋め込まれた温度検出手段で炉内円周方向の温度情報を取り出し、炉内温度の円周方向に関する偏差量を求め、当該偏差量に基づいて各吹込みランスから炉内に吹き込まれる微粉炭燃料の吹込み量を、温度が高い方位の羽口では微粉炭燃料の吹込み量が多くなるように、温度が低い方位の羽口では逆に吹込み量が少なくなるように制御することを特徴とする微粉炭燃料吹込みを伴った高炉操業方法。
【請求項２】
各高さレベルの炉壁に埋め込まれた温度検出手段で得られた温度情報に各高さレベルごとの重み係数を乗じて温度データとし、炉体円周方向を等間隔で複数に分割した各方位で高さ方向の温度データを合計して炉体温度分布の偏差量を指数化し、求められた指数に基づいて各吹込みランスから炉内に吹き込まれる微粉炭燃料の吹込み量を制御する請求項１記載の高炉操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高炉の羽口から微粉炭燃料を吹き込み、高い操業効率で高炉を操業する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
銑鋼一貫製鉄では、高炉の操業効率を向上させることが製鉄コストを低減させる上で最重要課題の１つになっている。また、オイルショック以降、重油消費量を削減して製銑コストを下げるため、重油に替えて微粉炭を炉内に吹き込む微粉炭燃料吹込み操業が採用されている。
しかし、突如として炉体の熱負荷バランスの乱れ等から高炉の炉壁に付着物が付着成長することがある。炉壁で付着物が付着成長すると、高炉内のガス流れが著しく乱され、燃料比の上昇や操業効率の低下等を招き易い。その結果、製銑コストが上昇し、ときには炉況不調につながる引き金にもなることもある。
【０００３】
付着物を除去する手段としては、短期間だけ燃料比を上昇させ且つ微粉炭比を下げて高炉の通気性を確保するため、操業効率を一時的に低下させるクリーニング操業（ｃａｓ操業）や、高炉を休風して装入物の炉内レベルを下げ、高炉内の炉壁に付着した付着物を機械的に直接取り除く方法等が採用されている。
操業効率を保ったままで炉内付着物を除去する手段としては、炉内円周方向に関して熱風の流量を制御することが特開平６−２５６８２１号公報で紹介されている。この方法では、高炉の羽口ごとに接続された熱風支管に熱風制御弁を設け、高炉操業時に羽口上部の炉壁に付着物が形成して温度低下を生じた際、温度低下を生じた個所に対応する少なくとも二つ以上の熱風支管の熱風制御弁の開度を大きくしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高炉の操業効率を向上させるためには、高炉内の炉壁に生成した付着物を除去するよりも、炉壁に付着物の付着・成長がない条件下で高炉を操業する方が重要である。この点、現状のクリーニング操業は、高炉内の炉壁に付着物が付着・成長することを前提とし、付着・成長した付着物を除去するに止まっている。また、休風による機械的手段で高炉内の炉壁に付着した付着物を除去する方法では、休風までの期間に高炉の操業効率が低下する。
これに対し、熱風制御弁により熱風の流量を円周方向に関して制御する特開平６−２５６８２１号公報の方法は、高炉の操業効率を維持しながら付着物の成長を抑えることできることから、有利な方法といえる。しかし、羽口ごとに接続された熱風支管に熱風制御弁を設けることを必要とするため、熱風制御弁及びその制御機構に掛かるコストが高くなる。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、炉内温度の円周方向分布に応じて微粉炭燃料の吹込み量を炉体円周方向で制御することにより、炉壁への付着物の生成を抑制し、付着物を還元除去しながら高効率で高炉を操業することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の高炉操業方法は、その目的を達成するため、円周方向に沿って高炉に複数個設けられた羽口に接続されたダウン管に挿入した吹込みランスから微粉炭燃料を炉内に吹き込む際、高さ方向に関して複数段で且つ各段において円周方向に等間隔で高炉の炉壁に埋め込まれた温度検出手段で炉内円周方向の温度情報を取り出し、炉内温度の円周方向に関する偏差量を求め、当該偏差量に基づいて各吹込みランスから炉内に吹き込まれる微粉炭燃料の吹込み量を、温度が高い方位の羽口では微粉炭燃料の吹込み量が多くなるように、温度が低い方位の羽口では逆に吹込み量が少なくなるように制御することを特徴とする。
微粉炭燃料の吹込み量を炉体円周方向に制御する偏差量の指標は、各高さレベルの炉壁に埋め込まれた温度検出手段で得られた温度情報に各高さレベルごとの重み係数を乗じて温度データとし、炉体円周方向を等間隔で複数に分割した各方位で高さ方向の温度データを合計して炉体温度分布の偏差量を指数化して求められる。
【０００６】
【作用】
微粉炭燃料の吹込み量を高くした高炉操業下では、ある方位のみ微粉炭燃料の吹込み量が少ないアンバランスな状況が発生した場合、その方位における単位鉱石量当りの羽口前炭素供給量、換言すると羽口前炭素消費量が減少する。実際の高炉を想定した模型実験結果（「鉄と鋼」第７３巻（１９８７）第１９９６頁）によると、ある方位（Ｉ）での羽口前炭素の消費を完全に停止した場合、装入物の降下速度分布は、炉下部では通常通りに炭素が消費されている方位（II）で大きいが、炉上部では逆に炭素消費を完全に停止した方位（Ｉ）で大きくなるとされている。そのため、炉上部から炉下部までの滞留時間は、炭素消費を完全に停止した方位（Ｉ）で大きくなる。
これらの結果から、微粉炭燃料の吹込み量が少ない方位（Ｉ）では、長い滞留時間に応じて固体の加熱時間が長くなり、炉上部から炉下部までのトータルでみた放散熱量が大きくなる。しかし、局部的にみた場合には、降下速度の大きな炉上部で熱的に不足する状況が発生し、炉体内壁に付着物が生成・成長する傾向が予測される。
【０００７】
そこで、本発明においては、炉体温度の円周方向バランスに基づいて、温度が高い方位の羽口では微粉炭燃料の吹込み量を多くし、温度が低い方位の羽口では逆に吹込み量を少なくする。吹き込まれた微粉炭燃料は付着物の周辺に局部的なガス流れを発生させ、この周辺ガス流によって付着物が還元・溶融によって炉壁から除去される。このようにして、炉体円周方向に関して微粉炭燃料の吹込み量を制御することにより、単位鉱石量当りの羽口前炭素消費量を増加し、降下速度の円周方向分布を適正状態に修正する。
【０００８】
【実施の形態】
本発明に従った設備構成では、高炉１の全ての炉体温度が検出されるように、高炉１の内部に熱電対温度計２を高さ方向に関して複数段，各高さレベルごとに炉体円周方向に関して複数個設けている。
高炉１の下部には円周方向に沿って複数個の羽口３が設けられており、各羽口３は、送風支管４を介して環状管５に接続されている。送風支管４には、羽口３の近傍で開口する微粉炭燃料吹込み用のダウン管６が送入されている。ダウン管６は、微粉炭燃料吹込み用の各支管７を介して分配器８に接続されている。分配器８には、微粉炭燃料の吹込み流量を測定する測定器９が設けられている。分配器８は配管１０でフィードタンク１１に接続されており、流量調整器１２を備えたキャリアガス供給管１３が配管１０の途中に開口している。
【０００９】
フィードタンク１１には、リザーバタンク１４から微粉炭供給管１５を経て微粉炭が送り込まれる。フィードタンク１１は、微粉炭が燃焼しない雰囲気に内部を維持すると共に、内部から配管１０を経て微粉炭を送り出すために、流量調整器１６を備えた加圧窒素ガス供給管１７が接続されている。
フィードタンク１１から送り出された微粉炭は、キャリアガス供給管１３から送り込まれるエア等のキャリアガスによって配管１０内を気送され、分配器８に送り込まれ、微粉炭燃料吹込み用の各支管７に分配される。各支管７に分配された微粉炭燃料は、測定器９で流量が測定され、流量調整器１８で支管７を通過する微粉炭燃料の流量が調整される。そして、微粉炭燃料は、ダウン管６を経て吹込みランス１９から送風支管４に吹き込まれ、熱風と共に高炉１内に吹き込まれる。
【００１０】
熱電対温度計２で検出される温度は、温度管理システム２０に入力される。温度管理システム２０では、入力された温度情報から８時間平均値温度データを算出し、８時間平均値温度データに基づいて炉体の円周方向に関する熱負荷の偏差を判定する。判定結果は、温度管理システム２０から微粉炭吹込み量管理システム２１に出力される。微粉炭吹込み量管理システム２１では、各支管７内を気送される微粉炭の流量を調整する。
次いで、高さ方向に３段で複数の熱電対温度計２を内部に設けた高炉１について、炉内温度分布の偏差量を判定する方法を説明する。炉体の各高さレベルでの９０度方位ごとに分割し、各方位の炉体に設けた複数の熱電対温度計２で検出された温度情報を１分データとして９０度方位ごとに８時間平均化した。得られた平均値を図２で（ａ）〜（ｃ）に示す。
【００１１】
（ａ）は、グランドレベルから２５６２０ｍｍの高さにあるＳ−３ステーブレベルに設置した熱電対温度計２の温度指示値から得られた平均値である。（ｂ）は、グランドレベルから２０４２５ｍｍの高さにあるＳ−１ステーブレベルに設置した熱電対温度計２の温度指示値から得られた平均値である。（ｃ）は、グランドレベルから１７８１０ｍｍの高さにあるＢ−２ステーブレベルに設置した熱電対温度計２の温度指示値から得られた平均値である。なお、（ａ）〜（ｃ）の平均値は、炉体に埋め込んだ熱電対温度計２で得られる温度情報と連動し、８時間間隔で或いは過去８時間のデータを基にして恒常的に更新される。
【００１２】
具体的には、Ｓ−３ステーブレベルの炉体内部に円周方向に等間隔で埋め込んだ１２個の熱電対温度計２に炉体の０度側から時計回りに番号１，２・・を付し、０度から９０度の方位にある１〜３番の１分データから８時間平均値をとり、１〜３番の三つで平均した値をＴ−Ｓ−３−１とする。
同様にして、９０度から１８０度をＴ−Ｓ−３−２，１８０度から２７０度をＴ−Ｓ−３−３，２７０度から０度をＴ−Ｓ−３−４とする。このようにして求められた４つの平均値Ｔ−Ｓ−３−１〜Ｔ−Ｓ−３−４をグラフ化すると図２（ａ）になる。図２（ｂ），（ｃ）も同様にＳ−１ステーブレベル，Ｂ−２ステーブレベルで得られた４つの平均値Ｔ−Ｓ−１−１〜Ｔ−Ｓ−１−４，Ｔ−Ｂ−２−１〜Ｔ−Ｂ−２−４をグラフ化したものである。
【００１３】
それぞれの平均値に（０．５〜１．０）の重み係数Ａ，Ｂ，Ｃを乗じ、各方位での高さ方向を合計すると図２（ｄ）の結果が得られる。これが、炉体温度の円周方向分布を指数化したものになる。なお、重み係数Ａ〜Ｃは、高炉操業時に炉体の高さ方向に関する温度分布が円周方向に関する温度分布に影響する割合を意味し、たとえば高位置にあるＳ−３ステーブレベルでは係数が１に近く、変動の大きいＳ−１ステーブレベルやＢ−２ステーブレベルでは０．５に近い係数を用いて感度を下げる。具体的には、０度から９０度をｔ1 とし、ｔ1 ＝（Ｔ−Ｓ−３−１）＊Ａ＋（Ｔ−Ｓ−１−１）＊Ｂ＋（Ｔ−Ｂ−２−１）＊Ｃとしてｔ1 を求める。同様に、９０度から１８０度をｔ2 ，１８０度から２７０度をｔ3 ，２７０度から０度をｔ4 とする。
【００１４】
温度管理システム２０では、このようにして各段に複数配置された熱電対温度計２で検出した温度情報に基づき、指数化された炉体温度の円周方向分布を計算し、炉体温度分布に関する各４方位の指数の平均値を微粉炭吹込み量管理システム２１に出力する。微粉炭吹込み量管理システム２１では、入力された各４方位の指数の平均値に対して、それぞれの方位の指数の偏差に比例させた開度に流量調整器１８を調整する。これにより、各支管７を流れる微粉炭燃料の流量が炉内温度バランスに応じて制御される。
具体的には、高炉１に対する微粉炭燃料の全吹込み量をＭpcとし、高炉１の０度から９０度方位の範囲にある支管７を通過する微粉炭燃料の流量をＭpc1 とすると、
Ｍpc1 ＝Ｍpc＊ｔ1 ／（ｔ1 ＋ｔ2 ＋ｔ3 ＋ｔ4 ）
となる。
【００１５】
同様に、高炉１の９０度から１８０度方位の範囲にある支管７を通過する微粉炭燃料の流量Ｍpc2 ，高炉１の１８０度から２７０度方位の範囲にある支管７を通過する微粉炭燃料の流量Ｍpc3 ，高炉１の２７０度から０度方位の範囲にある支管７を通過する微粉炭燃料の流量Ｍpc4 は、それぞれ次式で求められる。
Ｍpc2 ＝Ｍpc＊ｔ2 ／（ｔ1 ＋ｔ2 ＋ｔ3 ＋ｔ4 ）
Ｍpc3 ＝Ｍpc＊ｔ3 ／（ｔ1 ＋ｔ2 ＋ｔ3 ＋ｔ4 ）
Ｍpc4 ＝Ｍpc＊ｔ4 ／（ｔ1 ＋ｔ2 ＋ｔ3 ＋ｔ4 ）
このようにして、各支管７を通過する微粉炭燃料の流量を炉内温度の円周方向分布に応じて制御しながら微粉炭燃料を高炉１に吹き込む。たとえば、図３の期間２における微粉炭燃料の吹込み実績が図２（ｅ）であったものを、図２（ｆ）のように流量制御すると、炉体の温度分布が改善される。また、高炉１の操業効率を低下させることなく、炉壁に対する付着物の付着・成長が防止され、付着物が除去される。
【００１６】
本発明に従った微粉炭燃料の吹込み量制御は、微粉炭吹込み量が１５０ｋｇ／トンを超える多量の微粉炭燃料を吹き込む高炉操業に特に有効である。このような高吹込み量では、高炉に吹き込まれた微粉炭の全量が送風される熱風に含まれている酸素によって燃焼できず、炉壁に付着物を付着・成長させ易い。そこで、炉内の円周方向に沿った温度バランスから付着物の付着・成長状況を判定し、判定結果に応じて微粉炭燃料の吹込み量を制御することにより、温度分布のバランスが良好な方向に改善される。その結果、高炉の操業効率を低下させることなく、炉体の不活性や炉壁への付着物の生成が防止され、しかも高炉の炉壁に付着している付着物も除去される。この点、微粉炭吹込み量が１５０ｋｇ／トンを下回る高炉操業では、吹き込まれた微粉炭の全量が燃焼する炉内環境に維持されることから、微粉炭燃料の吹込み量を高炉の円周方向に制御することによる効果は小さくなる。
【００１７】
【実施例】
高さ方向に関して３段で、且つ各段で１２個の熱電対温度計２を円周方向に等間隔で炉壁に埋め込んだ高炉１を用いて、微粉炭燃料を吹き込みながら高炉操業した。このときの炉体温度分布を指数化した４方位別の指数と高炉操業指標の推移を図３に示す。
期間１は、本発明に従って微粉炭燃料の吹込み量を制御する前の状態を示し、平成８年１１月１８日から微粉炭燃料の吹込み量を制御した。期間２では、炉体温度分布を指数化した４方位別の指数に基づいて支管７を通過する微粉炭燃料の流量を制御した。制御の結果、温度管理システム２０で指数化した指数が小さい０〜９０度方位及び９０〜１８０度方位の指数が上昇し、指数が大きい１８０〜２７０度及び２７０〜０度方位の指数が減少した。このことから、炉体円周方向に関する温度分布の偏差が減少していることが判る。また、温度分布の偏差が改善されていく過程で、生産量の減少や燃料比の増加を招いていないことが判る。このことから、高炉の操業効率を低下させることなく、炉体円周方向に関して温度分布が均一化され、炉内全域が活性化されていることが確認される。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の高炉操業方法では、微粉炭燃料の吹込み量を炉体円周方向に関して制御することにより、炉体温度分布の円周方向偏差が小さくなり、炉壁への付着物生成が抑制され、長期間にわたって操業効率を高位に安定維持することが可能となる。炉壁に付着物が生成した場合でも、高炉の稼動を止める休風等を必要とすることなく、またクリーニング操業のように操業効率を著しく低下させることなく、付着物を除去することができる。しかも、炉体に対する付着物の生成・成長が防止されることから、高炉内荷下り不調をもたらすスリップ，吹抜け等のトラブルの発生を抑制して高炉操業が安定化され、炉体寿命も長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施する設備構成の全体図
【図２】  実炉において支管を通過する微粉炭燃料の流量の円周方向バランスを管理する例を説明する図
【図３】  微粉炭燃料の流量を円周方向に制御することにより炉体温度の円周方向バランスが改善されたことを示すグラフ
【符号の説明】
１：高炉    ２：熱電対温度計    ３：羽口    ４：送風支管    ５：環状管
６：ダウン管    ７：微粉炭燃料供給用の支管    ８：分配器    ９：測定器
１０：配管    １１：フィードタンク    １２，１６，１８：流量調整器
１３：キャリアガス供給管    １４：リザーバタンク    １５：微粉炭供給管
１７：加圧窒素ガス供給管    １９：吹込みランス    ２０：温度管理システム
２１：微粉炭吹込み量の管理システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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