JP2014047390A

JP2014047390A - 高炉用微粉炭吹き込み装置および高炉内への微粉炭吹き込み方法

Info

Publication number: JP2014047390A
Application number: JP2012190878A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ogata; 清志緒方
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】送風羽口またはブローパイプに吹き込む微粉炭の燃焼性を向上させることを通じて、高炉炉内の通気特性を改善する上で有効な高炉用微粉炭吹き込み装置と、この装置を用いた吹き込み方法とを提案することを目的とする。
【解決手段】高炉の送風羽口および／またはブローパイプの内部に所定の角度で挿入された１または２以上の吹き込みランスを有する微粉炭吹き込み装置であって、上記送風羽口および／またはブローパイプの内周面に、該吹き込みランスの先端開口部から離間した上流側の後方位置に、拡散突起を設置したことを特徴とする高炉用微粉炭吹き込み用装置および高炉内への微粉炭吹き込み方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉内に微粉炭を効率よく吹き込むための微粉炭吹き込み装置、およびこの吹き込み装置を用いて高炉内へ微粉炭を吹き込む方法に関する。

高炉の羽口から炉内に微粉炭を補助燃料として吹き込むことは、燃料比の低減あるいは操業の安定化手段として注目されているだけでなく、とくに高価な高炉用コークスを節約できる技術として有望である。

一般に、高炉内への微粉炭の吹き込みは、ブローパイプや羽口を通じて行なわれる。即ち、ブローパイプや羽口というのは、本来、高温かつ大量の熱風を炉内に多量に吹き込むためのものであるが、微粉炭の炉内への吹き込みは、正にこれらブローパイプや羽口に取つ付けた微粉炭吹き込みランスを使って行なわれる。このランスは、ブローパイプや羽口内の空間に所定角度で斜めに挿入されているのが普通である。

図１は、高炉内への代表的な微粉炭吹き込み方法を示す模式図である。この図に示すように、前記熱風は、ブローパイプ２および羽口３を経て高炉内に吹き込まれ、羽口３の前方にレースウエイ５と呼ばれる燃焼空間を形成するのに役立つ。一方、微粉炭は、例えば、ブローパイプ２内に挿入された微粉炭等の吹き込みランス１によってブローパイプ２や羽口３の中心部に供給され、そこで着火、燃焼すると共に、レースウエイ５に達してさらに燃焼を続けるが普通である。

しかし、このような微粉炭の燃焼メカニズムは、本来、この微粉炭がレースウエイ５に到達するまでに完全に燃焼させるのが理想であるが、実際的には困難である。どうしても、一部の未燃焼微粉炭がレースウエイ５よりも炉内方向へ流出して炉芯部やその他の領域に堆積するという問題が起こる。このような未燃焼の微粉炭の量が多くなると、炉内の通気性や溶銑・溶滓に対する通液性が低下し操業の不安定化を招く。

つまり、微粉炭は、固体であるためにガスや液体燃料に比べて燃焼性が悪く、加えて不燃分である灰分を含んでいることもあって、多量の安定した吹き込みを行なうことは難しいと考えられ、実際にも良好な結果は得難かった。

このような問題を回避するために、従来の微粉炭吹き込み方法においては、吹き込み位置をブローパイプの上流側に移動させることにより、燃焼効率の向上を図っていた。例えば、特許文献１に開示された技術では、微粉炭吹き込み位置（ランス位置）を羽口とブローパイプとの境界位置から１００ｍｍ〜３５０ｍｍ上流に位置させることにより、燃焼性の向上と羽口やブローパイプ内への灰分の付着とを防止するようにしていた。

また、特許文献２には、微粉炭を高炉内部に熱風と共に吹き込むに当たり、燃焼用空気と熱風との混合を極力防止し、高酸素濃度の燃焼用空気を効率よく微粉炭の燃焼に用いることができるようにして、多量の微粉炭の吹き込みを可能にするための方法を提案している。即ち、ブローパイプ内に、内管、外管および最外管からなる同心３重管のランスを挿入し、内管からは微粉炭を、外管から酸素または高酸素濃度の空気を、そして最外管からは空気をそれぞれ吹き込む方法を開示している。

特公昭６０−５３０８１号公報特開平１１−３４３５１１号公報

前記の各従来技術に係る微粉吹き込み装置なかでも特許文献２に開示されている、同心３重管ランスを用いた微粉炭吹き込み装置であっても、微粉炭比というのは１５０ｋｇ／ｔ程度にしかすぎない。従って、さらに微粉炭比を上げて、高炉でのコークス使用量を減らすためには、微粉炭の燃焼性を上げることにより、ひいては高炉炉内での通気性をより以上改善する必要がある。しかし、例示の従来技術の場合、微粉炭吹き込み量をさらに増やして、燃焼性を向上させることはできず、現実には炉頂装入コークス量が多くなって、コークス比の低下にはつながらないのが実情であり、改善が望まれていた。

そこで、本発明は、送風羽口またはブローパイプに吹き込む微粉炭の燃焼性を向上させることを通じて、高炉炉内の通気特性を改善する上で有効な高炉用微粉炭吹き込み装置と、この装置を用いた吹き込み方法とを提案することを目的とする。

発明者らは、上記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、以下に述べるような高炉用微粉炭吹き込み装置と、この装置を用いて行なう高炉内への微粉炭吹き込み方法を開発した。

即ち、本発明は、高炉の送風羽口および／またはブローパイプの内部に所定の角度で挿入された１または２以上の吹き込みランスを有する微粉炭吹き込み装置であって、上記送風羽口および／またはブローパイプの内周面に、該吹き込みランスの先端開口部から離間した上流側の後方位置に、拡散突起を設置したことを特徴とする高炉用微粉炭吹き込み用装置である。

また、本発明は、高炉の送風羽口および／またはブローパイプの内部に斜めに挿入した吹き込みランスを通じて微粉炭を吹き込む方法において、上記送風羽口および／またはブローパイプの内周面に、該吹き込みランスの先端開口部から上流側に離間した後方位置に、拡散突起を設置してなる微粉炭吹き込み装置を用い、微粉炭を不活性ガスまたは空気に搬送させて吹き込むことを特徴とする高炉内への微粉炭吹き込み方法を提案する。

なお、本発明のおいては、上記の構成に合わせて、
（１）前記拡散突起としては、管軸中心に向かって半径方向に突出するリング状の突起、１〜複数個の独立した突起を同一炉周方向の位置にリング状に並べた突起、あるいは管軸方向にづらして千鳥状に配置した突起であること、
（２）送風羽口内に配設される前記拡散突起は、送風羽口先端の内径をＤ_１とするとき、その高さｈが（２％〜３０％）×Ｄ_１の大きさであること、
（３）ブローパイプ内に配設される前記拡散突起は、ブローパイプの内径をＤ_２とするとき、その高さｈが（２％〜３０％）×Ｄ_２の大きさであること、
（４）前記拡散突起の設置位置（ｄ_１）は、ランス先端開口部から管軸方向の後方に、送風羽口先端の内径をＤ_１とするとき、ｄ_１＝（２０％〜５００％）×Ｄ_１ｍｍの距離に設置すること、
（５）前記拡散突起の設置位置（ｄ_２）は、ランス先端開口部から管軸方向の後方に、ブローパイプの内径をＤ_２とするとき、ｄ_２＝（２０％〜５００％）×Ｄ_２ｍｍの距離に設置すること、
が上記課題の解決手段として採用することが有効である。

上記のような構成を有する本発明によれば、送風羽口やブローパイプから吹き込む微粉炭の燃焼効率を向上させることができる。その結果、高炉炉内のとくにシャフト部の炉内通気性が向上し、低還元比操業をもたらして、溶銑の製造コスト低減を実現することができる。

即ち、本発明の採用により、より多くの微粉炭を高炉の還元剤、熱源として使うことができ、微粉炭の使用量、燃焼効率を改善することで、高価な冶金用コークスの使用量を削減することができる。

高炉送風羽口部分の断面図である。送風羽口部分に吹き込みランスと共に、拡散突起を配設した例を示す断面（ａ）、および拡散突起の具体例（ｂ）、（ｃ）を示す断面図である。プローパイプ部分に吹き込みランスと共に、拡散突起を形成した例を示す断面（ａ）、および拡散突起の例（ｂ）、（ｃ）を示す断面図である。送風羽口部分に吹き込みランスを取り付け、その送風羽口とブローパイプとの両方に拡散突起を設けた例を示す断面図である。ブローパイプ部分に吹き込みランスを取り付け、そのブローパイプと送風羽口との両方に拡散突起を設けた例を示す断面図である。

以下、図面を用いて本発明に係る微粉炭吹き込み装置の構成について具体的に説明する。
図２は、本発明に従う微粉炭吹き込み装置の一実施形態を高炉送風羽口の後方に組み付けられているプローパイプ内の軸心に向けて斜めに挿入設置したダブルランスタイプのものを模式的に示した図である。

図における符号１は、高炉の炉体下部に配置される送風羽口、２は、送風羽口１の後端部に接続され、該羽口１を保持する役目を担うブローパイプである。このブローパイプ２および送風羽口１は、高炉の炉周方向の複数箇所に設置されており、高炉内に熱風を吹き込むことができるようになっている。

また、符号３は、微粉炭を吹き込むための吹き込みランスである。図１に示すこの吹込みランス３は、ブローパイプ２の軸心に向けて挿入したシングルランスの例であるが、図３に示すように、軸心を挟んで左右に２本配置したダブルランスとしてもよい。本発明に係る微粉炭吹き込み装置は、高炉羽口１やブローパイプ２の送風通路内に向けて所望の角度をもって挿入される吹き込みランス３を主体として構成されている。

なお、これらの吹き込みランス３の先端開口部は、傾斜させることが好ましい。この傾斜は、送風通路を指向する角度とする。

上記吹き込みランス３において、ランス本体を通り抜けた微粉炭は、まず先端開口部から、図示するような状態で吹き込まれる。即ち、先端開口部は、送風経路の中心を指向する向きに開口されているため、該先端開口部のうちの羽口１の壁面に最も近い側においては、ランス本体３ａの先端開口部から直線状に噴出する。このため、吹き込まれた微粉炭は、羽口の壁面に沿ってほぼ平行に噴出する一方、突出端となる切先側においては、羽口１の反壁面側に向けて噴出角度が拡がるように噴出させることが好ましい。

次に、図２は、一対の微粉炭吹き込みランス３、３、とくにその先端部を、羽口１内の軸心およびレースウエイ５を指向する向きに斜めに挿入した例である。この例においては、前記吹き込みランス３の先端開口部の後方（上流側）、例えば、該送風羽口１内の後部位置に、図２（ｂ）もしくは図２（ｃ）に示すような拡散突起４ａ、４ｂを突設する。

送風羽口１内に、前記拡散突起４ａ、４ｂを配置すると、該羽口１からレースウエイ５に向う熱風の流れを単純な層流から乱流に変化させることができる。その結果、吹き込みランス３の先端から噴出する微粉炭をより広く拡散させるのに役立ち、ひいては微粉炭の燃焼性を向上させる。

かかる拡散突起は、図２（ｂ）に示すような、内周面の全周に亘って連続したリング状の突起４ａであってもよく、また、図２（ｃ）に示すような、１〜複数個の独立した突起を単独もしくは複数個を同一炉周方向や管軸方向に隙間を設けて、飛び飛びに突設した突起（この場合、必ずしも同一炉周面に配置してリング状にする必要はなく、管軸方向に互い違いにずらして千鳥状に配置したもの）であってもよい。

これらの拡散突起４ａ、４ｂの高さｈは、送風羽口１内に設置する場合、送風羽口１の先端の内径Ｄ_１とするとき、（２％〜３０％）×Ｄ_１ｍｍ程度、一般的な羽口先端の内径Ｄ_１：１２０〜１８０ｍｍとするとき、約２．４ｍｍ〜５４ｍｍ程度にすることが好ましい。それは、２．４ｍｍ未満の高さではガス流と吹き込み微粉炭拡散の効果が薄く、一方、５４ｍｍを超える高さにするとガス流・微粉炭流が乱れすぎると共に、圧損が大きくなる。この意味では、むしろ連続するリング状突起４ａよりも複数個の独立した突起４ｂを各種のパターンに配置する方がより好ましいと言える。

また、該拡散突起４ａ、４ｂの設置位置は、吹き込みランス３の先端開口部から管軸方向の後方、即ち、上流側に離間した位置（ｄ_１）、即ち、ｄ_１＝（２０％〜５００％）×Ｄ_１ｍｍ、例えば、羽口先端内径Ｄ_１：１２０ｍｍのとき２４〜６００ｍｍ程度、離間した位置に設置することが好ましい。その理由は、ｄ_１が２０％未満である２４ｍｍ未満では拡散の効果が小さく、一方、ｄ_１が５００％を超える６００ｍｍ超でもまた拡散の効果が減殺されるからである。羽口先端の内径Ｄ_１が１８０ｍｍの場合も同様に、ｄ_１が２０％未満である３６ｍｍ未満では拡散の効果が小さく、一方、ｄ_１が５００％を超える９００ｍｍ超でも拡散の効果が減殺される。

なお、これらの突起の配置においては、シングルランス、ダブルランスの違いは、基本的にはないが、上記の範囲内において適宜に調整することが好ましい。

次に、図３は、吹き込みランス３の１本または２本を、ブローパイプ２内に配設したときの例を示している。この場合も、拡散突起４ａ、４ｂの形状、構造、個数等については、基本的に送風羽口１の場合と同じである。即ち、高さ（ｈ）は、ブローパイプ内径Ｄ_２（１５０〜２５０ｍｍ）とするとき、（２％〜３０％）×Ｄ_２（ｍｍ）程度、即ち、３〜７５ｍｍ程度とし、ブローパイプ２の後方、すなわち上流側の位置ｄ_２＝（２０％〜５００％）×Ｄ_２ｍｍ程度の位置に設置することが好ましい。

図４は、送風羽口１に微粉炭用の吹き込みランス３を配設したときに、その送風羽口１内に前記拡散突起４を配置すると共に、ブローパイプ２内にも拡散突起４ｂを配置した例、即ち、本発明の他の実施形態である。

また、図５は、ブローパイプ２に吹き込みランス３を配設したときに、そのブローパイプ２内の後方、即ち、離間する上流側の２ヶ所に２つの拡散突起４ａ、４ｂ、ただし、４ｂはリング状突起、４ｂ´は複数個の独立突起を設置した例である。この場合、前後の拡散突起は、同形のものでも４ｂ、４ｂ´を逆さにしたものであってもよい。

いずれにしても、複数個の拡散突起４ａ、４ｂ、４ｂ´を設置する場合、これらは必ず微粉炭吹き込みランスの先端開口部の後方でなかればならない。それは、前方（下流側）に置くと、突起が摩耗すると同時に、拡散が抑制されて逆効果になるからである。

次に、本発明では、送風羽口から、上述した構成を有する微粉炭吹き込み装置を、該送風羽口１および／またはブローパイプ２に配設した上で、微粉炭を不活性ガス又は空気を搬送ガスとして、必要に応じて可燃性ガス（酸素ガス）や燃料ガス（還元ガス）と合わせて、高炉炉内、とくに炉内の羽口先空間（レースウエイ）に吹き込めばよい。この場合において、どのような微粉炭吹き込み装置にするかは、高炉の容量、形式等、そして送風の圧力損失を考慮して決定する。

本発明の技術は、例示した実施形態のみに限定されるものではなく、送風の圧力損失を考慮して拡散突起の形状、設置位置等を変更することができる。この意味において、単に高炉のみに限らず、高温送風を伴なう他の冶金炉において、特にコークス粉や微粉炭を吹き込む設備を有するものにも適用が可能である。

１送風羽口
２ブローパイプ
３微粉炭吹き込みランス
４ａ、４ｂ拡散突起
５レースウエイ
Ｄ_１羽口先端内径
Ｄ_２ブローパイプ内径
ｄ_１、ｄ_２拡散突起設置位置

Claims

高炉の送風羽口および／またはブローパイプの内部に所定の角度で挿入された１または２以上の吹き込みランスを有する微粉炭吹き込み装置であって、上記送風羽口および／またはブローパイプの内周面に、該吹き込みランスの先端開口部から離間した上流側の後方位置に、拡散突起を設置したことを特徴とする高炉用微粉炭吹き込み用装置。
前記拡散突起としては、管軸中心に向かって半径方向に突出するリング状の突起、１〜複数個の独立した突起を同一炉周方向の位置にリング状に並べた突起、あるいは管軸方向にずらして千鳥状に配置した突起であることを特徴とする請求項１に記載の高炉用微粉炭吹き込み用装置。
送風羽口内に配設される前記拡散突起は、送風羽口先端の内径をＤ_１とするとき、その高さｈが（２％〜３０％）×Ｄ_１の大きさであることを特徴とする請求項１または２に記載の高炉用微粉炭吹き込み用装置。
ブローパイプ内に配設される前記拡散突起は、ブローパイプの内径をＤ_２とするとき、その高さｈが（２％〜３０％）×Ｄ_２の大きさであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の高炉用微粉炭吹き込み用装置。
前記拡散突起の設置位置（ｄ_１）は、ランス先端開口部から管軸方向の後方に、送風羽口先端の内径をＤ_１とするとき、ｄ_１＝（２０％〜５００％）×Ｄ_１ｍｍの距離に設置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の高炉用微粉炭吹き込み用装置。
前記拡散突起の設置位置（ｄ_２）は、ランス先端開口部から管軸方向の後方に、ブローパイプの内径をＤ_２とするとき、ｄ_２＝（２０％〜５００％）×Ｄ_２ｍｍの距離に設置することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の高炉用微粉炭吹き込み用装置。
高炉の送風羽口および／またはブローパイプの内部に斜めに挿入した吹き込みランスを通じて微粉炭を吹き込む方法において、上記送風羽口および／またはブローパイプの内周面に、該吹き込みランスの先端開口部から上流側に離間した後方位置に、拡散突起を設置してなる微粉炭吹き込み装置を用い、微粉炭を不活性ガス又は空気に搬送させて吹き込むことを特徴とする高炉内への微粉炭吹き込み方法。
前記拡散突起としては、管軸中心に向かって突出するリング状の突起、もしくは複数個の独立した突起を、例えば、半径方向に並べた突起や管軸方向にずらして千鳥状に配置した突起を突設したものであることを特徴とする請求項７に記載の高炉内への微粉炭吹き込み方法。
送風羽口内に配設される前記拡散突起は、送風羽口先端の内径をＤ_１とするとき、その高さｈが（２％〜３０％）×Ｄ_１の大きさであることを特徴とする請求項７または８に記載の高炉内への微粉炭吹き込み方法。
ブローパイプ内に配設される前記拡散突起は、ブローパイプの内径をＤ_２とするとき、その高さｈが（２％〜３０％）×Ｄ_２の大きさであることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１に記載の高炉内への微粉炭吹き込み方法。
前記拡散突起の設置位置（ｄ_１）は、ランス先端開口部から管軸方向の後方に、送風羽口先端の内径をＤ_１とするとき、ｄ_１＝（２０％〜５００％）×Ｄ_１ｍｍの距離に設置することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１に記載の高炉内への微粉炭吹き込み方法。
前記拡散突起の設置位置（ｄ_２）は、ランス先端開口部から管軸方向の後方に、ブローパイプの内径をＤ_２とするとき、ｄ_２＝（２０％〜５００％）×Ｄ_２ｍｍの距離に設置することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１に記載の高炉内への微粉炭吹き込み方法。