CN104603296A - 吹风管结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高炉设备的吹风管结构，其即使在使用不实施软化点调节的煤粉时，也可以通过简单的结构来抑制炉渣的附着。一种吹风管结构，其安装在从铁矿石制造生铁的高炉主体(20)的风口(22)，与热风(2)一起喷吹作为辅助燃料的煤粉(3)，并且煤粉(3)的炉渣中含有因热风(2)及/或煤粉(3)的燃烧热而熔融的成分，其特征在于采用在从供应热风(2)的母管(41)连续至风口(22)的外管(30a)的内部，设有从母管(41)连续至风口(22)附近并开口的内管(30b)的内外双重管结构，并且投入煤粉(3)的喷枪(31)的煤粉出口(31a)在内管(30b)的内部开口。

Description

吹风管结构

技术领域

本发明涉及一种用于高炉设备的吹风管结构，特别涉及一种适用于将粉碎低阶煤而成的煤粉作为辅助燃料与热风一起喷吹到炉内的吹风管结构。

背景技术

高炉设备通过从顶部将铁矿石、石灰石、煤炭等原料投入高炉主体内部，并且从靠近侧部下方的风口喷吹热风及作为辅助燃料的煤粉(PCI煤)，从而可由铁矿石制造出生铁。

在这种高炉设备中，进行煤粉的喷吹运行时，如果使用次烟煤、褐煤等通常灰熔点较低在1100～1300℃左右的低阶煤作为煤粉，则用于将煤粉喷吹到炉内的约1200℃的热风中所含氧气与一部分煤粉发生燃烧反应。通过这种方式，熔点较低的灰(以下称为“炉渣”)会因此时产生的燃烧热而在喷枪或风口内熔解。

这样熔解的炉渣与为保护不受高炉温度影响而始终进行冷却的风口接触后，得到快速冷却。其结果为存在固体炉渣附着在风口导致吹风管通路堵塞的问题。

为解决这种问题，例如下述专利文献1中公开的以往技术所示，在煤粉中的炉渣软化点(温度)较低时实施软化点调节处理，使熔点为高炉内的温度以上，防止炉渣附着到风口。

此外，在下述专利文献2中公示了在风口的中空部内设有分隔环的构成。利用这种分隔环，风口的前端侧可成为分隔成中心区域的主通路和周边区域的副通路的双重管结构，使供应自风口后端侧的气体分为主通路和副通路通过，在炉内形成喷流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开5-156330号公报

专利文献2：日本专利特开6-235009号公报

发明概要

发明拟解决的问题

但是，采用上述专利文献1的方法时，被指出存在下述两个问题。

第一个问题是难以使煤粉和添加物完全(均匀)地混合，其结果为不能在添加物的混合比例低于规定值的部分防止炉渣形成。

第二个问题是必须新使用石灰石或蛇纹岩等氧化钙(CaO)源，因此有时会产生额外成本。

另一方面，专利文献2中公开的以往结构中，在枪出口至分隔环之间存有未形成双重管的区域，因此不能避免至少一部分煤粉不进入分隔环内而流入周边区域的副通路的情况。

在这种背景下，人们希望在用于高炉设备的吹风管结构中，即使不实施软化点调节，也可以通过简单的结构来抑制炉渣的附着。

发明内容

本发明为解决上述课题开发而成，其目的在于提供一种高炉设备的吹风管结构，其即使在使用不实施软化点调节的煤粉时，也可以通过简单的结构来抑制炉渣的附着。

本发明为解决上述课题，采用下述方法。

本发明的一个实施方式所涉及的吹风管结构为，其安装在从铁矿石制造生铁的高炉主体的风口，与热风一起喷吹作为辅助燃料的煤粉，并且所述煤粉的炉渣中含有因所述热风及/或所述煤粉的燃烧热而熔融的成分，其中采用在从供应所述热风的母管连续至所述风口的外管的内部，设有从所述母管连续至风口附近并开口的内管的内外双重管结构，并且投入所述煤粉的喷枪的煤粉出口在所述内管的内部开口。

根据这种吹风管结构，采用在从供应热风的母管连续至风口的外管的内部设有自母管连续至风口附近并开口的内管的内外双重管结构，并且投入煤粉的喷枪的煤粉出口在内管的内部开口，因此可以在风口的上游侧，使从喷枪投入的煤粉的流动与外管壁面即吹风管的内壁面完全分离。并且，可以使煤粉在通过风口时远离风口表面。其结果是煤粉的炉渣难以附着至风口表面或吹风管内壁面。

上述发明中，优选在形成于所述外管与所述内管之间的通路，且所述内管的出口附近的位置设置有通路电阻。

因此，可以使内管内的流速快于外管内。其结果是从外管流出的热风在流动时会导向通路中心方向，并且投入内管的煤粉难以流向外管方向。

上述发明中，优选设置向所述内管供应氮气的氮气投入管。

可以通过这种方式，来变更内管与外管的运转条件。此时，可以通过向内管喷吹氮气来降低热风温度。因此，调整内管内的热风温度可以形成煤粉难以燃烧的环境。

此外，上述发明中，优选设置向所述外管供应氧气的氧气投入管。

可以通过这种方式，来变更内管与外管的运转条件。此时，通过将氧气喷吹至外管中，如上所述内管内煤粉会处于难以燃烧的环境，但在快到风口处混合内外管气体时可以使其快速燃烧。

发明效果

根据上述本发明的吹风管结构，其采用在从供应热风的母管连续至风口的外管的内部设置内管的内外双重管结构，并且投入煤粉的喷枪的煤粉出口在内管的内部开口，因此煤粉的炉渣难以附着至风口表面或吹风管内壁面。因此，即使不调节软化点，也可以通过双重管结构这一简单的吹风管结构，来抑制炉渣的附着。

其结果为，即便是次烟煤、褐煤等灰熔点较低在1100～1300℃左右的低阶煤，通过将其作为原料煤的改质等，便可作为辅助燃料的煤粉使用。

附图说明

图1示出了作为本发明所涉及的吹风管结构的一个实施方式的轴方向剖面的纵向剖面图。

图2示出了适用图1所示的吹风管结构的高炉设备的构成例的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明所涉及的吹风管结构的一个实施方式进行说明。

本实施方式的吹风管结构用于将原料煤为低阶煤的煤粉与热风一起从风口喷吹到高炉内的高炉设备。

例如，如图2所示的高炉设备中，铁矿石、石灰石及煤炭等原料1由原料定量供应装置10通过搬入输送机11供应到设于高炉主体20顶部的炉顶料斗21。高炉主体20的下部侧壁具备沿圆周方向以近似等间距配设的多个风口22。各风口22连结着向高炉主体20内部供应热风2的吹风管30的下游侧端部。此外，各吹风管30的上游侧端部与向高炉主体20内部所供应热风2的供应源即热风输送装置40连接。

高炉主体20的附近设置有进行从原料煤(次烟煤、褐煤等低阶煤)蒸发煤炭中水分等预处理(改质)，并在此预处理后粉碎低阶煤制成煤粉的煤粉制造装置50。

由煤粉制造装置50制造的改质后煤粉(改质煤)3通过氮气等运输气体4气体运输到旋风分离器60。用旋风分离器60将运输气体4分离后，气体运输的煤粉3坠落并储藏到储藏仓70内。这种改质后的煤粉3用作高炉主体20的高炉喷吹煤(PCI煤)。

储藏仓70内的煤粉3供应到上述吹风管30的喷枪(以下称为“枪”)31内。该煤粉3通过供应到吹风管30中流动的热风中而燃烧，在吹风管30的顶端变成火焰形成风口回旋区。通过这种方式，将投入到高炉主体20内的原料1中所含的煤炭等燃烧。其结果为原料1中所含的铁矿石被还原变成生铁(铁水)5，由出铁口23取出。

由上述枪31供应到吹风管30内部成为高炉喷吹煤的煤粉3的适宜性状，即将低阶煤改质后粉碎而成的改质煤粉(辅助燃料)的适宜性状为，氧原子含有比例(干态)10～18重量％，且平均细孔径10～50nm(纳米)。另外，改质煤粉的更优选平均细孔径为20～50nm(纳米)。

这种煤粉3的含氧基团(羧基、醛基、酯基、羟基等)的焦油生成基脱离后大幅减少，但主骨架(以C、H、O为中心的燃烧成分)的分解(减少)得到大幅抑制。因此，与热风2一起从风口22喷吹到高炉主体20内部后，主骨架中含有大量氧原子，并且不仅热风2的氧气容易通过直径较大的细孔，扩散到煤炭内部，还非常难以生成焦油成分，所以可完全燃烧而几乎不生成未燃碳(煤)。

为制造(改质)这种煤粉3，在上述煤粉制造装置50中实施干燥工序，所述干燥工序在氧浓度5体积％以下的低氧环境中对原料煤即次烟煤、褐煤等低阶煤(干基的氧原子含有比例：大于18重量％，平均细孔径：3～4nm)进行加热(110～200℃×0.5～1小时)后干燥。

通过上述干燥工序去除水分后，实施干馏工序，所述干馏工序在低氧环境中(氧浓度：2体积％以下)对原料煤再次加热(460～590℃(优选为500～550℃)×0.5～1小时)。通过该干馏工序将原料煤干馏后，生成水、二氧化碳及焦油成分，作为干馏气体或干馏油去除。

然后，进入冷却工序的原料煤在氧浓度2体积％以下的低氧环境中冷却(50℃以下)后，通过精磨工序进行精磨(粒径：77μm以下(80％通过))便可容易地制造而成。

本实施方式中，例如，如图1所示，作为设置在从铁矿石制造生铁的高炉主体20的风口22，与热风2一起喷吹作为辅助燃料的煤粉3，并且煤粉3的炉渣中含有因热风2及/或煤粉3的燃烧热而熔融的成分的吹风管30，采用了以下说明的结构。

也就是说，图示的吹风管30采用了内外双重管结构。该内外双重管结构从连接到热风输送装置40，并供应热风2的母管41连续至风口22，其结构为在外管30a的内部设置内管30b。

具体来说，吹风管30的外管30a从母管41分叉，连接到风口22。相对于此，吹风管30的内管30b与外管30a同样地从母管41分叉，下游侧的内管出口30c在风口22的入口附近开口。

因此，吹风管30具有内外双重管结构，其在从供应热风2的母管41连续至风口22的外管30a的内部，设置有从母管41连续至风口22的附近并且内管出口30c开口的内管30b。

换言之，吹风管30的内外双重管结构为，在作为吹风管主体的外管30a的内部，同心地设置投入煤粉3的内管30b，并且分开通路。

此外，优选吹风管30的外管30a和内管30b的截面积比设定为大致1∶1。显示具体例时，例如风口22的内径为160mm时，将外管30a的内径设为210mm，将内管30b的内径设为140mm。

而且，将煤粉3投入吹风管30的枪31贯通外管30a和内管30b，煤粉出口31a开口在内管30b的内部。

具有这种内外双重管结构的吹风管30将煤粉3从枪31投入至内管30b的内部，因此在风口22的上游侧，可以使煤粉3的流动与外管30a的外管壁面完全分离。也就是说，煤粉3的流动与吹风管30的内壁面完全分离，并且在风口22，可以以远离风口22的表面的方式通过流动的煤粉3。

其结果是与没有内管30b的以往结构相比，在风口22的表面或作为吹风管主体的外管30a的内壁面(吹风管30的内壁面)，可以消除煤粉3的通过量或使其大幅减少，因此可以大幅抑制煤粉3的炉渣附着。

在上述本实施方式的吹风管结构中，优选在形成于外管30a与内管30b之间的外周通路30d且内管30b的出口附近的位置，设置可减少通路截面积的通路电阻80。这种通路电阻80可以使通路电阻较小的内管30b内的流速快于外管内。

其结果是，从外管30a流出的热风2流动时会导向内管30b的轴中心方向，即吹风管30的通路中心方向，因此投入内管30b的煤粉3难以流向想要防止炉渣附着的外管30a的方向。

上述通路电阻80是从外管30a的内壁面或内管30b的外壁面或者外管30a的内壁面和内管30b的外壁面突出并缩小通路截面积的构件，其剖面形状并无特别限定。但是，如果例如具有使通路截面积从流动方向的上游侧向下游侧减少的倾斜面81的通路电阻80那样，在外管30a的内壁面设置楔型的突起构件，则倾斜面81会将在外周通路30d中流动的热风2导向风口22的中心方向，因此会将煤粉3的流动导向风口22的中心方向，所以可以进一步抑制煤粉3的炉渣附着。

此外，上述吹风管结构优选具有向内管30b的内部供应氮气的氮气投入管90。该氮气投入管90在想要变更例如内管30b和外管30a的运转条件等时，可根据需要在流动于内管30b内的热风2中投入氮气。

因此，将氮气喷吹至内管30b中后热风温度会降低，因此可以使热风2的温度降低至炉渣熔点以下。也就是说，氮气投入管90在通过投入氮气来调整内管30b内的热风温度的同时可降低氧浓度，因此可以调整成煤粉3难以燃烧的环境。

此外，上述吹风管结构优选具有将氧气供应至外管30a的内部即外周通路30d的内部的氧气投入管91。该氧气投入管91在想要变更例如内管30b和外管30a的运转条件等时，可根据需要在流动于外管30a内的热风2中投入氧气。

因此，通过使将氧气喷吹至外管30a并增加氧浓度的热风2在风口22的入口附近与投入内管30b内的煤粉3进行混合，可以使煤粉3快速燃烧。这种对燃烧的促进会提高热风2的温度，因此会进一步促进煤粉3的燃烧。

此处，列举一例具体说明热风2的氧浓度调整。

例如，供应自母管41的热风2的氧浓度设定为21体积％。而且，为了保证与煤粉3合流后的燃烧，会从氧气投入管91向外管30a的内部喷吹氧气，将氧浓度富氧化至25～50体积％，优选为富氧化至30～35体积％。

因此，在氧浓度相对低于外管30a的内管30b内，可以抑制煤粉3的燃烧速度，并且在内管30b内抑制炉渣的附着。而且，在内管30b内流动的热风2和煤粉3通过与自外管30a流入的经过富氧化后的热风2合流，可以通过氧浓度的上升来提高煤粉3的燃烧速度，并且使作为至高炉主体20的喷吹煤即煤粉3在风口回旋区内完全燃烧。

此外，除了调整这种氧浓度以外，也可以向内管30b内并用氮气投入，相应煤粉3的性状，将内管30b内的热风温度调整至灰熔点以下。

如此，根据上述本实施方式的吹风管结构，采用在从母管41连续至风口22的外管30a的内部设置内管30b的内外双重管结构，并且投入煤粉3的枪31的煤粉出口31a开口在内管30b的内部，因此煤粉3的流动会远离风口22的表面或吹风管30的内壁面，其结果是煤粉3的炉渣变得难以附着。

因此，即使不进行煤粉3的软化点调节，也可以通过内外双重管结构这一简单的吹风管结构来抑制炉渣的附着。因此，可以在例如风口22到达磨损寿命之前，延长吹风管30的维护时间。

包含在上述煤粉3的炉渣中因热风2或煤粉3的燃烧热等而熔融的成分，即低熔点的炉渣成分在使用约1200℃的热风2时的灰熔点大致为1100～1300℃左右。这种低熔点的炉渣成分使用次烟煤或褐煤等低阶煤作为煤粉3的原料煤，并包含在实施过干燥或干馏等改质处理的改质煤中，但如果采用本实施方式的吹风管结构，则可将作为原料煤的低阶煤进行改质后的煤粉3用作辅助燃料。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，可在不超出其主要内容的范围内适当变更。

符号说明

1  原料

2  热风

3  煤粉(改质煤)

4  送气

5  生铁(铁水)

10  原料定量供应装置

20  高炉主体

21  炉顶料斗

22  风口

30  吹风管

30a  外管

30b  内管

30c  内管出口

30d  外周通路

31  喷枪(枪)

31a  煤粉出口

40  热风输送装置

41  母管

50  煤粉制造装置

60  旋风分离器

70  储藏仓

80  通路电阻

81  倾斜面

90  氮气投入管

91  氧气投入管

Claims (4)

1.一种吹风管结构，其设置在从铁矿石制造生铁的高炉主体的风口，与热风一起喷吹作为辅助燃料的煤粉，并且所述煤粉的炉渣中含有因所述热风及/或所述煤粉的燃烧热而熔融的成分，其特征在于，

采用在从供应所述热风的母管连续至所述风口的外管的内部，设有从所述母管连续至风口附近并开口的内管的内外双重管结构，并且投入所述煤粉的喷枪的煤粉出口在所述内管的内部开口。

2.根据权利要求1所述的吹风管结构，其特征在于，在形成于所述外管与所述内管之间的通路且所述内管的出口附近的位置设置有通路电阻。

3.根据权利要求1或2所述的吹风管结构，其特征在于，设置有向所述内管供应氮气的氮气投入管。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的吹风管结构，其特征在于，设置向所述外管供应氧气的氧气投入管。