(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含酸素粉体の吹き込みに際して、三重管ランスを用い二酸化マンガン粉、
または、酸素含有廃プラスチック粉を中心管内部から、酸素を中心管と中間管の間から、
窒素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含酸素粉体吹き込み方法。
【請求項２】
含酸素粉体の吹き込みに際して、二重管ランスを用い用い二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉を内管内部から、窒素を内管と外管の間から、それぞれ供給することを特徴とする高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【請求項３】
前記含酸素粉体の吹き込みに際し、二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉の供給管の外管から供給する窒素の速度をブローパイプ内の加熱空気の速度より大きくしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【請求項４】
前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉を微粉炭またはその他の炭材と混合して吹き込むことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【請求項５】
前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉と混合して吹き込む微粉炭としては、揮発分２５質量％以下のものを用いることを特徴とする請求項４記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【請求項６】
前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉の吹き込みに際して使用する三重管ランスまたは二重管ランスの外管部から供給するガス体の流速を調整制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【請求項７】
前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉の吹き込みに際して使用する三重管ランスまたは二重管ランスの外管部から供給するガス体の流量を調整制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【請求項８】
前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉の吹き込みに際して使用する三重管ランスまたは二重管ランスの外管部から供給するガス体の流速および流量を調整制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【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含酸素粉体を吹き込むための含酸素粉体吹き込み方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄用高炉は大量の銑鉄を製造でき、しかも熱効率が９０％と高い。このため、現在でも銑鉄製造の主流となっている。しかし、高炉は巨大な向流移動層であるために、生産性、生産弾力性等に問題があり、安定した生産性と溶銑品質の確保のためにはより一層の制御性の向上が望まれている。
【０００３】
また、高炉では鉄源コスト競争力強化の観点から、安価原燃料の多量使用や高微粉炭比高Ｏ／Ｃ操業が実施されつつある。例えば、微粉炭比で１００ｋｇ／ｔ以上の微粉炭を高炉羽口から吹き込み、且つ１チャージあたりの鉱石とコークスの装入重量比（Ｏ／Ｃ）が４．０以上であるような高微粉炭比高Ｏ／Ｃの操業下では、微粉炭比の増大に伴う炉内の粉率上昇やＯ／Ｃの増大に伴う融着帯の垂れ下がり等が発生し、特に高炉炉芯部の通気・通液性が低下しやすくなる。
高炉炉芯部の通気・通液性の低下は、炉床湯流れの不均一さの問題を引き起こすため、安定した高生産性操業を継続するためには、高微粉炭比高Ｏ／Ｃの操業時における有効な炉芯の活性化技術の確立が望まれている。
【０００４】
上記高炉炉芯部の通気性，通液性が低下した場合の対策としては、従来から知られている燃料比上昇や水蒸気添加のほかにも、最近いくつかの炉芯活性化方法が開示されている。例えば、特開平６−９３３１９号公報、特開平６−９３３２０号公報では、高炉の休風時に複数の羽口を介して高炉炉芯部の特性を測定することにより炉芯部の状態を判定し、加熱が必要な炉芯部位の近傍にある羽口から中空パイプを挿入して、その部位のコークスをサンプリングすることにより通気孔を設ける方法がある。
【０００５】
また、特開平７−２６８４１６号公報では、高炉休風時あるいは操業時に炉芯粉率を測定し、粉率が２０％以上の場合に加熱が必要な部位や粉除去が必要な部位の近傍にある羽口から中空パイプを挿入して炉芯内コークスをサンプリングすることにより空洞の通気孔を設ける方法が提示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平６−９３３１９号公報、特開平６−９３３２０号公報、特開平７−２６８４１６号公報で示されている方法、すなわち羽口から炉芯内コークスのサンプリングを行い炉芯内に空洞の通気孔を設ける方法では、高炉休風時のコークスサンプリングにより形成された炉芯内の空洞の通気孔が送風立ち上げ時に確実に維持されている保証はない。
【０００７】
したがって、上記のような炉芯の通気孔から炉芯内へ高温ガスの一部を吹き込むことにより炉芯内のコークス、メタル、スラグを加熱したり、コークス粉除去を行う方法では、送風立ち上げ時の炉芯の通気孔の状態により、その効果にバラツキが生じてしまうため、安定して予想通りの効果を得ることは困難である。
また、この方法により炉芯内に形成された空洞の通気孔が仮に送風立ち上げ時に確実に維持されて炉芯部の温度が一時的に上昇したとしても、炉芯表層部位の通気・通液性を悪化させる根本的な原因を解消したわけではないため、操業時に再度炉芯部に通気性，通液性の悪い部位が形成される可能性は大きい。
【０００８】
本発明者らは、上記のような従来技術の問題点に鑑み、特に高炉の微粉炭吹き込み操業時に炉芯温度低下の原因となる炉芯表層部の通気・通液性の悪化を従来のように燃料比を上げずに、根本的に解消することを目的とした技術の開発を行い、特願２００１−０４０２２９号として出願している。該発明は「微粉炭吹き込み操業において、高炉羽口から微粉炭と共に含酸素粉体を高炉内に吹き込む含酸素粉体吹き込みによる炉芯昇熱方法」にある。
しかして、本発明は、上記発明を実施するに当たって含酸素粉体をいかにして炉芯部へ、効率よく到達せしめるかを目的としてさらなる開発を行ったものである。
【０００９】
【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）  含酸素粉体の吹き込みに際して、三重管ランスを用い二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉を中心管内部から、酸素を中心管と中間管の間から、窒素を外管と中間管の間から、それぞれ供給する高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
（２） 酸素粉体の吹き込みに際して、二重管ランスを用い二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉を内管内部から、窒素を内管と外管の間から、それぞれ供給する高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【００１０】
（３） 前記含酸素粉体の吹き込みに際し、二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉の供給管の外管から供給する窒素の速度をブローパイプ内の加熱空気の速度より大きくした（１）または（２）記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
（４） 前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉を微粉炭と混合して吹き込む（１）ないし（３）のいずれかに記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
（５） 前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉と混合して吹き込む微粉炭としては、揮発分２５質量％以下のものを用いる（４）記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【００１１】
（６）前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉の吹き込みに際して使用する三重管ランスまたは二重管ランスの外管部から供給するガス体の流速を調整制御する（１）ないし（５）のいずれかに記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
（７）前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉の吹き込みに際して使用する三重管ランスまたは二重管ランスの外管部から供給するガス体の流量を調整制御する（１）ないし（５）のいずれかに記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
（８）前記二酸化マンガン粉、または、酸素含有廃プラスチック粉の吹き込みに際して使用する三重管ランスまたは二重管ランスの外管部から供給するガス体の流速および流量を調整制御する（１）ないし（５）のいずれかに記載の高炉羽口からの含酸素粉体吹き込み方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は高炉への微粉炭吹き込み操業法を前提として、該操業法を実施するに際し、含酸素粉体を炉芯部へ送り込むための方法にある。
先ず、含酸素粉体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を介して含酸素粉体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が形成されている。
【００１３】
通常羽口２から吹き込まれた微粉炭は、その中に含まれるＡｓｈの含有成分であるＳｉＯ2 が噴流域５の中で、コークス中のカーボン（Ｃ）、或いは吹き込まれた微粉炭中のカーボン（Ｃ）と反応してＳｉＯとなるため、微粉炭Ａｓｈ中のＳｉＯ2 濃度は低下し、Ａｌ2 Ｏ3 濃度は相対的に上昇する。
このようにして、Ａｌ2 Ｏ3 濃度および塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ2 ）が高くなった微粉炭中のＡｓｈは、レースウェイ６奥のコークス充填層３１の空隙に付着蓄積して、高融点及び高粘性の滴下スラグを形成し、これがコークス粉とともに炉芯への通気・通液性を悪化させる原因となる。なお図中３０は飛翔している含酸素粉体を示す。
【００１４】
上記のような含酸素粉体吹き込み状況下において、含酸素粉体はランス７から高炉内部４に吹き込まれた後に、噴流５の内部で含酸素粉体の組成如何によっては熱分解・溶解・反応等が起こり、炉芯部へ到達するまでに含酸素粉体は消失または減少する惧れがある。
そこで本発明者らは、この含酸素粉体を吹き込むにあたり、高温雰囲気にあるレースウェイ奥まで該含酸素粉体を到達させるためには、吹き込んだ含酸素粉体がレースウェイ内を飛翔の途次で、消失または減少させないことが最も重要であるとの見解の基に検討を行った。
【００１５】
すなわち、レースウェイ内部を飛翔する含酸素粉体をいかにして高温雰囲気から遮断せしめ、前述した現象の発現を極力抑制し、含酸素粉体をでき得る限り炉芯部へ到達せしめるかについて、鋭意研究を重ねた。
その結果、窒素をはじめとする不活性ガス体を含酸素粉体吹き込みと同時に供給し、該ガス流によって含酸素粉体を周辺から包み込むカーテン状のガス遮断膜を形成せしめ、レースウェイ内部での含酸素粉体と外部雰囲気との接触を抑制し、さらにこのガスの流速を調節することによって、含酸素粉体をレースウェイ奥の炉芯部まで運ぶことができることを見出した。
【００１６】
したがって本発明においては、前述した窒素ガスの効果により、レースウェイ内での含酸素粉体の減少を抑制することができるので、含酸素粉体を目的とする炉芯部まで到達させることができる。
しかして、このような含酸素粉体の吹き込み方法としては種々考えられるが、本発明者らが適切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た通りである。
【００１７】
次に、本発明方法について図面に基づき説明する。
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から含酸素粉体、窒素、酸素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には含酸素粉体を供給し、中心管と中間管の間１６には酸素を、中間管と外管の間（外管部）１７には窒素を供給できるように構成し、それぞれの通路から含酸素粉体の中での炭素，水素（含酸素粉体中には燃焼成分を含有する物質もある）が消費するのに見合う酸素量と、含酸素粉体のレースウェイ内での雰囲気に接触するのを極力抑制する窒素を適切な流速のもとで供給するものである。
【００１８】
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。
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からは含酸素粉体を供給し、内管と外管の間（外管部）２６からは含酸素粉体のレースウェイ内での雰囲気に接触するのを極力抑制する窒素を適切な流速のもとで供給する。
【００１９】
以上、含酸素粉体をレースウェイ奥の炉芯部のコークス粉堆積部まで運ぶに当たり、レースウェイ内での雰囲気から含酸素粉体をできるだけ遮断するために窒素を用いる方法について説明したが、窒素の代替として不活性ガスまたは空気が考えられる。空気の場合は冷風（大気）の方がレースウェイ内雰囲気からの遮断効果があることが予測される。
【００２０】
また、通常ブローパイプを通って高炉へ供給される送風速度は速くとも２５０ｍ／ｓｅｃなので、窒素ガスはそれ以上の速度をもった流速を保持するよう考慮する必要がある。
さらに、ランスにおいては、窒素ガスの流速を高速に維持するために、窒素供給口先端部を絞り構造１３となし、かつその絞り部の長さは窒素ガス流が層流状態で所定の距離まで達するような長さを付与しておく必要がある。この場合、ランス管自体に窒素ガスが層流状に流れるように通路間隔を予め設計し、その形状を保持せしめておくことも必要である。いずれにしても、窒素ガスによるガスカーテンを形成せしめてレースウェイ内で含酸素粉体の消失または減少を極力抑えることが肝要である。
【００２１】
さらに、前記した含酸素粉体の吹き込みランス（二重管または三重管）の外管部から供給する窒素ガスまたはその代替えガスの流速または／および流量を調整することによって、含酸素粉体の燃焼によるレースウェイ内で高炉羽口先端からの燃焼焦点距離を自由に調整することができるので、本発明実施時の炉芯の状態、または炉況状態の如何によってレースウェイ内での含酸素粉体の燃焼による最高温点位置を調整制御することが容易である。
【００２２】
すなわち、レースウェイ内での最高温度位置を羽口先端からできるだけ遠く離れた位置に存在せしめようとするならば、前記ランス外管部からのガス体の流速または流量を増大せしめることによって容易に目的を達することが可能である。
なお、含酸素粉体の組成については特に触れなかったが、前記した本発明者らの発明になる特願２００１−０４０２２９号に記載の含酸素粉体には全て適用可能である。
【００２３】
図４は含酸素粉体吹き込み時に窒素を付加した本発明の１例を従来例，比較例と共に示したもので、（ａ）は従来の微粉炭のみの吹き込み，（ｂ）はこれに加えて含酸素粉体の吹き込み（比較例），（ｃ）はさらに（ｂ）におけるガスカーテン（本発明）を付加した吹き込みである。高炉レースウェイ内での高温領域が、前記吹き込み手段の相違（ａ，ｂ，ｃの差）によりａからｃにいくにつれて順次炉芯部側へ移行していることが図から明瞭に認められる。
なお、上記説明では主に含酸素粉体の吹き込みについて述べたが、本発明においては含酸素粉体を微粉炭またはその他の炭材と混合して吹き込んでも同様の効果が得られるので、ランスから吹き込む物質が含酸素粉体単独のみでなくとも充分適用が可能である。
【００２４】
また、前記含酸素粉体と混合して吹き込む微粉炭としては、揮発分２５質量％以下のものを用いることが好ましく、レースウェイ内での微粉炭の燃焼位置が炉芯部側へ移行すると共に、含酸素粉体が炉芯部へ到達するのに役立つ。
さらに、微粉炭以外の炭材としては粉コークス，トナー廃材，石炭ガス化時の発生未燃チャーやバイオマス処理時の発生炭材等が考えられ、これら炭材が燃焼することにより、含酸素粉体が炉芯部まで到達するのが容易となる。
【００２５】
【実施例】
以下本発明の効果を実際の高炉に適用した実施例について以下説明する。
実施例に用いた含酸素粉体吹き込み用ランスの先端は何れも羽口先端から２０ｍｍ内部に入った羽口先端部近傍に設置した。
（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使用し、含酸素粉体（酸素含有廃プラスチック粉）吹き込んだ例について述べる。
含酸素粉体吹き込み量は１０ｋｇ／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窒素を流速２２０ｍ／ｓｅｃで５ｍ3 ／ｈ／（羽口１本）吹き込み、また酸素も同様に３ｍ3 ／ｈ／（羽口１本）を同一ランスより吹き込んだ。
その結果、従前の方法に比し含酸素粉体の炉芯部への到達率が向上し、粉率低下幅が２０％低下した。
【００２６】
（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使用し、含酸素粉体（二酸化マンガン粉）吹き込み時に窒素を付加した例について述べる。
含酸素粉体吹き込み量は８ｋｇ／ｔ・ｐで、同時に同一ランスより窒素を流速２６０ｍ／ｓｅｃで６ｍ3 ／ｈ／（羽口１本）吹き込んだ。
その結果、従前の方法に比し含酸素粉体の炉芯部への到達率が向上し、粉率が実施前に比べて１５％低下した。
【００２７】
（実施例３）
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使用し、含酸素粉体吹き込み時に窒素に代替して空気を付加した例について述べる。
含酸素粉体（酸素含有廃プラスチック粉）吹き込み量は１２ｋｇ／ｔ・ｐで、同時に同一ランスより常温の空気を流速２４０ｍ／ｓｅｃで５．５ｍ3 ／ｈ／（羽口１本）吹き込み、また酸素を４ｍ3 ／ｈ／（羽口１本）吹き込んだ。
その結果、従前の方法に比し含酸素粉体の炉芯部への到達率が向上し、粉率が実施前に比べて２０％低下した。
【００２８】
（実施例４）
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使用し、含酸素粉体（二酸化マンガン粉）と揮発分１８質量％の微粉炭を混合して吹き込み、吹き込み時に窒素を付加した例について述べる。
含酸素粉体吹き込み量は１０ｋｇ／ｔ・ｐで、微粉炭吹き込み量は１５０ｋｇ／ｔ・ｐであった。同時に同一ランスより窒素を流速２５０ｍ／ｓｅｃで８ｍ3／ｈ／（羽口１本）吹き込んだ。
その結果、従前の方法に比し含酸素粉体の炉芯部への到達率が向上し、粉率が実施前に比べて３５％低下した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、微粉炭吹き込み操業において、含酸素粉体を同時に吹き込むにあたり、窒素ガス，不活性ガスまたは空気をガスカーテンとして用いることにより、含酸素粉体のレースウェイ内部での消失または減少を極力抑制し、その状態を維持してレースウェイ奥まで運ぶことができた。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】吹き込み手段の相違によるレースウェイ内での高温域の移動を示す図
【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
１３  管先端絞り部
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  飛翔中の含酸素粉体
３１  コークス充填層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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