(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粉炭の吹き込みに際して、三重管ランスを用い微粉炭を中心管内部から、酸素を中心管と中間管の間から、二酸化炭素を含むガスを外管と中間管の間から、それぞれ供給することを特徴とする高炉羽口からの微粉炭吹き込み方法。
【請求項２】
微粉炭の吹き込みに際して、二重管ランスを用い微粉炭を内管内部から、酸素を内管と外管の間から、二酸化炭素を含むガスを二重管ランスの近傍に設けた別の単管ランスから、それぞれ供給することを特徴とする高炉羽口からの微粉炭吹き込み方法。
【請求項３】
請求項２において二重管ランスの近傍に設けた別のランス先端は、二重管ランス先端より５０ｍｍ以上後方へ離すことを特徴とする高炉羽口から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、高炉等のシャフト炉型高温反応容器に微粉炭を多量に吹き込むための微粉炭吹き込み方法および吹き込みランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より高炉羽口より補助燃料として微粉炭や重油を吹き込んでいる。この目的はレースウェイ内温度制御による高炉操業の安定と、コークス比の削減である。特に最近のコークス炉の劣化を考えれば、コークス比の削減は急務であり、また微粉炭とコークスの価格差を考えれば、高炉操業において多く微粉炭を使用することはコスト的にみて大きなメリットがある。
【０００３】
したがって、できるだけコークスに代えて微粉炭の吹き込みを行う高炉操業法が主流となっている。このような状況下で微粉炭を如何に多く使用できるかについて多くの試みがなされているが、微粉炭は高炉内においては分解して炭素系ガスとなるため分解熱を必要とし、炉温の低下をもたらす。そこで、この熱を補償するために送風温度を上昇させねばならないがそれには限界がある。
【０００４】
高微粉炭比の操業では、微粉炭の分解熱による羽口先での理論燃焼温度の低下を補償するため、送風中の空気に酸素を富化した操業を行ったり、または、微粉炭の燃焼性を向上するために微粉炭の吹き込みランスを二重管にして、例えば内管から微粉炭、外管から酸素を別々に吹き込み燃焼温度低下に対処している。
【０００５】
こうした中で送風ガス中の酸素濃度を高めることなく、微粉炭燃料の燃焼効率を高レベルに維持することができる高炉における送風方法として、特開平６−２３５００９号が開示されている。該公報によれば、「羽口から高炉内部に送風されたガスの流路を中心領域の主通路と周辺領域の副通路の２つに分割し、さらに、羽口から吹き込まれた微粉炭の流路を主通路とすることにより、主通路からの送風によって微粉炭の主たる燃焼領域である噴流を形成せしめ、副通路からの送風によって噴流を覆う。これにより、噴流の外部への微粉炭の飛散を防ぎ、微粉炭の燃焼効率を高めることができるので、微粉炭の吹き込み量を増すことが可能となる。」と記載されており、羽口内部を特殊な構造にすることによって上記効果を狙っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した方法では、レースウェイ内での燃焼焦点が羽口側に近づき、レースウェイで発生した高温の還元ガスが炉周辺を上昇して炉体の損傷を促進する原因ともなり、また高炉操業の安定化を阻害する。
【０００７】
例えば、図５に通常の高炉操業での高炉内における羽口先端から距離と、炉内温度の関係を酸素富化の有無によって示したが、酸素富化によって羽口直前の温度が上昇していることが判る。
このように微粉炭吹き込み操業においては、その燃焼温度の高温位置を如何に上手に調整するかが大きな課題となっていた。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、微粉炭吹き込み時に酸素以外の吸熱反応を起こす別のガスを同時に吹き込むことにより、レースウェイ内の温度分布を制御することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、下記手段にある。
（１） 微粉炭の吹き込みに際して、三重管ランスを用い微粉炭を中心管内部から、酸素を中心管と中間管の間から、二酸化炭素を含むガスを外管と中間管の間から、それぞれ供給することを特徴とする高炉羽口からの微粉炭吹き込み方法。
（２） 微粉炭の吹き込みに際して、二重管ランスを用い微粉炭を内管内部から、酸素を内管と外管の間から、二酸化炭素を含むガスを二重管ランスの近傍に設けた別の単管ランスから、それぞれ供給することを特徴とする高炉羽口からの微粉炭吹き込み方法。
【００１０】
（３） （２）において二重管ランスの近傍に設けた別のランス先端は、二重管ランス先端より５０ｍｍ以上後方へ離すことを特徴とする高炉羽口からの微粉炭吹き込み方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
通常の微粉炭吹き込みランスの設置状態を図１に示した。
高炉炉壁１には羽口２が設けられ、羽口２の後端にブローパイプ３が連接されている。ブローパイプ３には加熱空気等のガスが供給されるようになっており、ブローパイプ３を介して羽口２から炉内４に送風される。このような送風羽口においてランス７がブローパイプ３を貫通してガス通路内に開口し、該ランス７を介して微粉炭がガス通路内に吹き込まれるように構成されており、羽口２の前方にはガスによる噴流５が形成され、さらに、炉内４に充填されたコークスが旋回しながら燃焼する領域、すなわちレースウェイ６が形成される。
【００１２】
上記のような微粉炭吹き込み状況下にあって、微粉炭はランス７から吹き込まれたのち羽口２の先端を通過するまでに燃焼され、続いて、羽口２を通じて高炉内部４に吹き込まれた後は、主に噴流５の内部で燃焼される。噴流５の外部においては酸素濃度が低く、またコークスの存在量が多いため、微粉炭の燃焼量は極めて少ない。すなわち、微粉炭の燃焼が進行する主領域は、羽口２および噴流５の内部である。
したがって、燃焼効率を上昇させるため酸素を用いると早期に燃焼が進み、羽口直前での炉内温度が上昇するのは避けられない。
【００１３】
そこで本発明者らはこの高温域となる燃焼焦点をいかに羽口直前からレースウェイ内部へ移行させるかについて、鋭意研究を重ねた結果、吸熱反応を起こすガス体を微粉炭吹き込みと同時に供給することにより、羽口直前での燃焼焦点を羽口直前から遠ざけることができることを見出した。
【００１４】
ここで使用できるガス体として水蒸気が安価で簡単に入手できるので最も適していることが確認された。
水蒸気は炉内の炭素と反応して下記（１）式で示されるような吸熱反応を生ずる。
Ｈ2 Ｏ＋Ｃ→ＣＯ＋Ｈ2                       ・・・・（１）
【００１５】
この反応が生ずると炉内の熱を奪うため炉熱が下がる。したがって、この反応が微粉炭吹き込みランスの直前で起きると燃焼焦点は羽口前方側へ移り、羽口直前での炉温上昇を避けることができる。このような微粉炭燃焼条件をもたらす方法としては種々の方法が考えられるが、本発明者らが最適と考えた方法は前記した課題を解決するための手段に記載している通りである。
【００１６】
まずその１としては三重管ランス８を用いる方法があり、その実施態様としては図２（ａ）と（ｂ）にそれぞれランスの断面図と側面図を示したが、三重管ランス８から微粉炭、酸素、水蒸気をそれぞれ同時に吹き込むものである。
すなわち、ランス８は外管１０の内部に中間管１１を挿入し、さらにその内部に中心管１２を挿入した三重管構造をとり、ガス体流路を３通路としたところに特長があり、中心管内部１５には微粉炭を供給し、中心管と中間管の間１６には酸素を、中間管と外管の間１７には水蒸気を供給できるように構成し、それぞれの通路から微粉炭の燃焼に見合う酸素量と、羽口先端直前の燃焼を抑える水蒸気量を供給するものである。
【００１７】
その２としては二重管ランス９を用いる方法であり、図３（ａ）と（ｂ）にそれぞれランスの断面図と側面図を示したが、微粉炭は単独で、酸素と水蒸気は混合して同時に吹き込むものである。
すなわち、ランス９は外管２０の内部に内管２１を挿入した二重管構造をとり、ガス体流路を２通路としたもので、内管内部２５からは微粉炭を供給し、内管と外管の間２６からは混合された酸素と水蒸気を微粉炭燃焼に見合い、かつ羽口先端部直前の温度上昇を抑制する量を供給する。
【００１８】
その３は前記その２で説明した二重管ランスと単管ランスを用いる方法であり、図４（ａ）と（ｂ）にそれぞれランスの断面図と側面図を示したが、二重管ランス９の内管内部２５からは微粉炭を、内管と外管との間２６からは酸素のみを供給し、水蒸気は二重管ランス９の近傍に設けた別の単管ランス３０から二重管ランス先端部へ指向して供給し、二重管ランス９から放出された微粉炭と酸素の噴射流の外周を包み込み、前記したその１，その２とほぼ同様の燃焼状態をとらせるものである。
【００１９】
なお、この場合図４に示したように二重管ランスの近傍に設ける別の単管ランス先端は、二重管ランス先端から後方へ距離Ｌとして５０ｍｍ以上離すことが必要であり、かくすることにより羽口２内の送風流により、水蒸気は拡散しながら搬送される。しかし、ランス先端同士が同一位置または５０ｍｍより近すぎると、水蒸気が酸素流の片側のみを流れ、酸素流周囲への包込みが不足するため、水蒸気付加による目的が達成されず所期の効果が得られない惧れがある。
また、水蒸気は特別に用意しなくとも通常高炉においては、送風中に水蒸気の吹き込みが行われているのでその一部を用いればよく、熱バランス上通常の水蒸気吹き込み量中に含ませて考えれば高炉操業上特別の配慮を必要としない。
【００２０】
以上微粉炭の羽口直前での燃焼を抑制し、燃焼焦点を羽口直前から遠ざけるのに水蒸気を用いる方法について説明したが、水蒸気の代替として二酸化炭素を含むガス体が考えられる。二酸化炭素も高炉内においては水蒸気と同様熱分解して下記（２）式で示すような吸熱反応を生ずるので燃焼の抑制には効果がある。
ＣＯ2 ＋Ｃ→２ＣＯ                          ・・・・（２）
【００２１】
二酸化炭素の供給源としては、高炉操業で発生する高炉ガス（ＢＦＧ）が適している。高炉ガスの組成中には３０％近いＣＯ2 ガスが含まれており、身近に入手できるので代替が容易である。
図６は微粉炭吹き込み時に水蒸気を付加した本発明の１例を示したもので、羽口先端から高炉レースウェイ内へ燃焼温度が移行していることが図から明瞭に認められる。
【００２２】
【実施例】
以下本発明の効果を実際の高炉に適用した実施について以下説明する。
実施例に用いた微粉炭吹き込み用ランスの先端は何れも羽口先端から０．３ｍ内部に入った羽口内である。
（実施例１）
本発明方法を用いて３２８０ｍ3 の高炉にて図２に示したような三重管ランスを用いて微粉炭吹き込み時に水蒸気を付加した例について述べる。
微粉炭吹き込み量は１６０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（以下ｔ−ｐｉｇを単にｔ・ｐと記す）で、同時に同一ランスより酸素を１５ｍ3 ／ｔ・ｐ吹き込み、また水蒸気も同様に６ｋｇ／ｔ・ｐ同一ランスより吹き込んだ。
その結果、水蒸気を付加しない時に比し燃焼焦点距離が０．３ｍ羽口先端からレースウェイ内部方向に移行した。
【００２３】
（実施例２）
本発明方法を用いて３２８０ｍ3 の高炉にて図３に示したような二重管ランスを用いて微粉炭吹き込み時に水蒸気を付加した例について述べる。
微粉炭吹き込み量は１７０ｋｇ／ｔ・ｐで、同時に同一ランスより酸素を２０ｍ3 ／ｔ・ｐと、これに混合した水蒸気を６ｋｇ／ｔ・ｐ同一ランスより吹き込んだ。
その結果、水蒸気を付加しない時に比し燃焼焦点距離が０．２５ｍ羽口先端からレースウェイ内部方向に移行した。
【００２４】
（実施例３）
本発明方法を用いて３２８０ｍ3 の高炉にて図４に示したような二重管ランスと水蒸気吹き込み用単管ランスを用いて微粉炭吹き込み時に水蒸気を付加した例について述べる。
微粉炭吹き込み量は１５０ｋｇ／ｔ・ｐで、同時に同一ランスより酸素を１０ｍ3 ／ｔ・ｐ吹き込んだ。水蒸気は別の単管ランス先端を二重管ランス先端から６０ｍｍ離して後方に設置し、同ランスより５ｋｇ／ｔ・ｐ吹き込んだ。
その結果、水蒸気を付加しない時に比し燃焼焦点距離が０．２０ｍ羽口先端からレースウェイ内部方向に移行した。
【００２５】
（実施例４）
本発明方法を用いて３２８０ｍ3 の高炉にて図２に示したような三重管ランスを用いて微粉炭吹き込み時に水蒸気に代替してＢＦＧを付加した例について述べる。
微粉炭吹き込み量は１７０ｋｇ／ｔ・ｐで、同時に同一ランスより酸素を１５ｍ3 ／ｔ・ｐ吹き込み、またＢＦＧを１５ｍ3 ／ｔ・ｐ吹き込んだ。
その結果、ＢＦＧを付加しない時に比し燃焼焦点距離が０．１５ｍ羽口先端からレースウェイ内部方向に移行した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、従来での酸素を用いた微粉炭吹き込み操業においては、微粉炭燃焼焦点が羽口直前にあり、炉体に悪影響を及ぼしていたのが、水蒸気または二酸化炭素を付加することにより、燃焼焦点をレースウェイ内部方向へ移行させることができ炉体損傷防止に役立った。また本発明は入手が簡単で価格が低廉である気体を利用できるので、その実施が容易であるため高炉操業上有益な効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉の送風に用いられている羽口の断面を示す模式図
【図２】本発明に用いられる三重管ランスの断面を示す図
【図３】本発明に用いられる二重管ランスの断面を示す図
【図４】本発明に用いられる二重管ランスと別のランスとの配設状態を示した図
【図５】従来の微粉炭吹き込みによる燃焼焦点位置を示す図
【図６】本発明による微粉炭吹き込みによる燃焼焦点位置の移行を示す図
【符号の説明】
１  高炉炉壁
２  羽口
３  ブローパイプ
４  炉内
５  噴流
６  レースウェイ
７  ランス
８  三重管ランス
９  二重管ランス
１０  外管
１１  中間管
１２  中心管
１５  中心管内部
１６  中心管と中間管の間
１７  中間管と外管の間
２０  外管
２１  内管
２５  内管内部
２６  内管と外管の間
３０  単管ランス
【図１】
0003796021.tif 000002
【図２】
0003796021.tif 000003
【図３】
0003796021.tif 000004
【図４】
0003796021.tif 000005
【図５】
0003796021.tif 000006
【図６】
0003796021.tif 000007