(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物リングを内装した高炉羽口孔に先端部を突出して設ける微粉炭吹込用ランスの取付け位置を、前記ランスの先端部がリング長手方向の範囲内とし、かつリング内周面から下記（１）式の条件を満足する値の距離だけ離れた位置とすると共に、微粉炭各種銘柄の揮発分含有量に応じて、ランスから噴出する微粉炭の広がり角度θを下記（２）式から算出し、得られた算出値に基づいて微粉炭吹込用ランスの取付け位置を調整することを特徴とする高炉微粉炭吹込み用ランス取付け位置決定方法。
Ｘ≧Ｌ・ｔａｎθ    ・・・（１）
但し、Ｘ：微粉炭吹込用ランス先端部の軸芯〜耐火物リング内周面の最短距離（ｍｍ）
Ｌ：羽口先端部〜ランス先端部までの距離（ｍｍ）
θ：ランスから噴出する微粉炭の広がり角度（°）
θ＝[揮発分含有量３５重量％時の微粉炭の広がり角度]−０．２３３×[％ＶＭ]＋０．００６６７×[％ＶＭ]２    ・・・（２）
但し、[％ＶＭ]：微粉炭の揮発分含有量（重量％）であり、２０重量％〜４５重量％の範囲とする。
【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を吹込む方法に係るもので、特に微粉炭吹込用ランス（またはＰＣランス）の取付け位置を調整することにより微粉炭に由来する灰分が耐火物リングに付着するのを防止する高炉微粉炭吹込み用ランス取付け位置決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高炉操業においては、燃料原単位の低減、炉況安定化のために、微粉炭粉末燃料を高炉に吹込む方法が実用化されている。図６は従来の微粉炭燃料の吹込み方法の一例を示す模式図であり、羽口１に連結されたブローパイプ２の壁を貫通して該羽口内に挿入した吹込みランス３より、微粉炭燃料をキャリアガス（主に空気）と共に高炉内に吹込む方法が一般的である。  該羽口内面には送風温度低下の抑制および羽口風速の調整を目的として断熱性の耐火物リング４を装着している。
【０００３】
しかし、このような方法で微粉炭燃料を吹込む方法では、微粉炭に由来する灰分が1000〜1300℃の高温雰囲気における燃焼熱等で溶融すること、および断熱と羽口風速調整用の耐火物リングが微粉炭中灰分に似た成分構成であることがもとで、灰分が溶解物５の状態で耐火物リングの内周面に付着・溶損する現象があり、耐火物リングの寿命を著しく低下させていた。時には、高炉の連続稼働約数カ月間毎に実施する補修の予定休風日前にリングが破損し、リング装着効果のない状態のまま高炉を稼働せざるをえないこともしばしば見受けられた。このため、耐火物リングによる羽口断熱効果が得られず大きなエネルギーロスになるばかりでなく、羽口風速の調整が崩れて炉円周方向のアンバランスが発生し、その結果として炉況悪化をまねく等の問題があった。
【０００４】
かかる対策として、灰分の耐火物リング（または羽口内周面）に付着するのを防止するために下記のような従来技術が提案されている。（１）特開昭58−171509号公報では、吹込みランスから羽口先端間での微粉炭燃焼率を低下させるようにランス先端部の位置を調整するもの、（２）特開平1-259110号公報では、羽口内周面に高圧気体を吹き付けて灰分付着を防止するもの、（３）特開平4-268002号公報では、ランス先端部をブローパイプの長手方向に平行に曲げるとともに、ブローパイプの軸芯と一致する位置にセットして吹込まれる微粉炭の流れを熱風の中心部で流れに沿うようにするもの、等が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに前記の方法は、次のような問題点がある。前記の（１）の適用条件は、耐火物リングを装着せず、かつブローパイプと羽口の内径が同一で段差のない条件において、ブローパイプ内径が 130〜180 mmで、かつ羽口とブローパイプの境界位置から 100〜350 mm上流側にランス先端部をセットするとあり、送風温度低下の抑制以外に羽口風速の調整を目的としてリングを装着する場合は問題を解決できていない。例えば、低圧損を指向した内径 180mmのブローパイプと連結した羽口の内径を、リング装着により 110mmまで絞って著しい段差が生じた場合には、該段差部で気流の停滞域が生じるため灰分付着はさほど抑制できていない。
（２）では別途付着防止手段を採るため、ブローパイプ内で圧損をきたし、かつ隆起部に損耗を生じるのでかえって問題となる。（３）ではランス内での微粉炭詰まりにより一旦閉塞させた場合、ランスを引き抜いて取替えることができないため、休風して羽口を取り外さない限り正常な状態に回復できない大きな欠点がある。
本発明は前記従来技術の問題を解消し、灰分の付着を防止させ、微粉炭吹込み高炉の羽口内面に、送風温度低下の抑制と羽口風速の調整を目的とした断熱性の耐火物リングを装着できる高炉微粉炭吹込み用ランス取付け位置決定方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明は、耐火物リングを内装した高炉羽口孔に先端部を突出して設ける微粉炭吹込用ランスの取付け位置を、前記ランスの先端部がリング長手方向の範囲内とし、かつリング内周面から下記（１）式の条件を満足する値の距離だけ離れた位置とすると共に、微粉炭各種銘柄の揮発分含有量に応じて、ランスから噴出する微粉炭の広がり角度θを下記（２）式から算出し、得られた算出値に基づいて微粉炭吹込用ランスの取付け位置を厳密に調整できることを特徴とするものである。
Ｘ≧Ｌ・ｔａｎθ    ・・・（１）
但し、Ｘ：微粉炭吹込用ランス先端部の軸芯〜耐火物リング内周面の最短距離（ｍｍ）
Ｌ：羽口先端部〜ランス先端部までの距離（ｍｍ）
θ：ランスから噴出する微粉炭の広がり角度（°）
θ＝[揮発分含有量３５重量％時の微粉炭の広がり角度]−０．２３３×[％ＶＭ]＋０．００６６７×[％ＶＭ]２    ・・・（２）
但し、[％ＶＭ]：微粉炭の揮発分含有量（重量％）であり、２０重量％〜４５重量％の範囲とする。
【０００８】
【実施の形態】
ランスから吹込まれた微粉炭は送風ガスの流れにより加速され、追従する形で羽口の長手方向へと飛行するに伴い、断面方向にも徐々に拡散されてゆく。図１はランスから吹込まれた微粉炭流れと拡散の状態を模式的に表したものである。ここで、ランスから噴出される微粉炭の広がり角度θが重要となるが、この値は例えば実際の高炉の羽口を対象にし、ランスの取付け位置を様々変えた条件で耐火物リングへの灰分付着状況を調べることで確認できる。
【０００９】
したがって、送風ガス流に異常な流れの発生しない耐火物リング長手方向の範囲内にランス先端部が位置するようランス取付けの調整を行うとともに、ランスから噴出する微粉炭の広がり角度を考慮した分だけ、ランス先端部と耐火物リング内周面との距離を十分にとるようにすれば、微粉炭吹込み高炉においても送風温度低下の抑制と羽口風速の調整を目的とした断熱性の耐火物リングを安心して装着することが可能になる。
【００１０】
【実施例】
以下では、内容積2650ｍ3 の高炉羽口10本を対象とした試験結果をもとにランスから噴出する微粉炭の広がり角度θを調査し、耐火物リングへの灰分付着が生じない条件を求めた際の内容について説明する。
この高炉の試験期間における平均の送風条件と微粉炭吹込み条件は次のとおりである。
＜送風条件＞
送風量    ：３９００Ｎｍ3 ／ｍｉｎ
送風温度  ：１１６０℃
羽口風速  ：２３０ｍ／ｓ
フローハイフ内径：１８０ｍｍ
リング内径：１１０ｍｍ
＜微粉炭吹込み条件＞
微粉炭吹込み流量：４１ｔ／ｈ（ＰＣ比：１６５ｋｇ／ｔ）
微粉炭粒度      ：２００mesh以下の粒度のものを70重量％以上
ランス挿入角度  ：１１°
ちなみに、各高炉メーカーでは羽口内面または羽口リング内面への灰分付着対策などの目的でランス挿入角度を小さくし、より炉内側へランスの先端を伸長するなどの手段がとられてきたが、設計上での限界から、一般的な高炉ではランス角度が１０〜１２°とほぼ同一の仕様となり、国内の高炉メーカー間での差は認められない。  また国内の高炉の大部分は、羽口内での熱風の風速も平均 210〜245m/sと高流速側の範囲内で調整が行なわれ、高炉間での羽口風速に関する格差もさほど大きくない。
したがって、上記２項目の変数が微粉炭の広がり角度θにおよぼす影響の調査は割愛し、本実炉試験では一定とした。
【００１１】
実炉試験では、１０本の羽口にランス取付け条件であるＸとＬの関係［図１参照］がそれぞれ異なるように外径19.4mmのランスを取付けた。耐火物リングへの灰分付着状況は羽口内状況を観察するためにブローパイプ長手方向の炉外側片端に設けられた覗き窓からの目視、あるいは覗き窓に取付けた羽口カメラにより確認を行った。得られた結果を整理したものが図２である。ここで使用した微粉炭は最も使用頻度の高い代表的な銘柄のもので、成分は揮発分＝３５重量％，灰分＝９重量％である。図中の結果より、灰分付着の有無の結果を微粉炭の広がり角度θ＝５°とした境界線で層別すればよいことがわかる。
ただし例外的に、耐火物リングの炉外側片端より上流の位置においては、すべての条件で灰分付着を生じる現象がみられた。
【００１２】
また最近では微粉炭銘柄毎の需給変動を解消する目的で、複数銘柄の炭種を使用せざる負えないというハード面での問題がある。したがって、上記の代表的な銘柄以外の高揮発分含有の微粉炭使用にも対応する必要がある。特に高揮発分含有の微粉炭を使用した場合には、ランス先端近傍での急激な揮発分の放出によって、羽口断面方向への分散が低揮発分含有微粉炭に比べて大きくなる。
微粉炭の広がり角度θに関し、低揮発分と高揮発分の各代表銘柄２種についても実炉試験を行った。それぞれの炭種での揮発分は２０重量％と４５重量％であり、実炉試験結果を図３、図４に示す。同図をもとに、微粉炭の広がり角度θを求めると、前者は３°で後者は８°であった。また他の種々の揮発分含有量の微粉炭による試験結果も合わせて得られた広がり角度θの結果を整理すれば、θは揮発分含有量ＶＭの関数とした次の式の関係により表現される。
θ＝［揮発分含有量35重量％時の微粉炭の広がり角度］−0.233 ×［％ＶＭ］        ＋0.00667 ×［％ＶＭ］2
【００１３】
図５はランス先端が従来の位置の場合と、本発明のランス取付け条件を満足する位置の場合と、微粉炭吹込みを行わなかった場合における耐火物リングの平均寿命を示したものである。同図より、従来の位置にランス先端がある場合のリング平均寿命は４５日程度であるのに対して、本発明の取付け条件を満足する場合には３００日以上にも延長され、微粉炭吹込みを行わない場合に匹敵する長寿命が得られることがわかる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の方法によれば、ランスから噴出する微粉炭の広がり角度を考慮した分だけ、ランス先端部と耐火物リング内周面との距離を十分にとると共に微粉炭各種銘柄の揮発分含有量に応じて算出した微粉炭の広がり角度に基づいてランス取付け位置を調整するため、微粉炭吹込み高炉においても送風温度低下の抑制と羽口風速の調整を目的とした断熱性の耐火物リングを安心して装着することが可能となり、微粉炭吹込みを行わない場合に匹敵する寿命まで延長できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ランスから吹込まれる微粉炭流れと拡散の状態を模式的に表した図である。
【図２】揮発分含有量３５重量％の微粉炭を使用した場合に、様々なランス取付け位置毎の灰分付着の有無を調査した試験結果の図である。
【図３】揮発分含有量２０重量％の微粉炭を使用した場合に、様々なランス取付け位置毎の灰分付着の有無を調査した試験結果の図である。
【図４】揮発分含有量４５重量％の微粉炭を使用した場合に、様々なランス取付け位置毎の灰分付着の有無を調査した試験結果の図である。
【図５】耐火物リングの平均寿命を示す線図である。
【図６】従来の微粉炭粉体燃料の吹込み方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１：羽口  ２：ブローパイプ  ３：微粉炭吹込みランス  ４：耐火物リング
５：微粉炭中灰分に由来する付着物
Ｘ：微粉炭吹込用ランス先端部の軸芯から耐火物リング内周面までの最短距離
Ｌ：羽口先端部からランス先端部までの距離
θ：ランスから噴出する微粉炭の広がり角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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