CN104641004A - 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，其中在将煤粉(3)投入吹风管(30)内的喷枪(31)的下游侧，设有增加吹风管的内壁面侧的通路电阻，使热风(2)和煤粉(3)的流动集中至通路轴中心的电阻元件(80)。

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、石灰石和煤炭等原料投入高炉主体内部，并且从靠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”)会由于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。

为解决此类问题，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。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平5-156330号公报

发明概要

发明拟解决的问题

但是，采用上述以往技术的方法时，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。

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

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。

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。

发明内容

本发明为解决上述课题，采用下述方法。

本发明的一实施方式所涉及的吹风管结构为，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，其中在将所述煤粉投入吹风管内的喷枪的下游侧，设有增加管内壁面侧的通路电阻，使所述热风和所述煤粉的流动集中至通路轴中心的电阻元件。

根据这种吹风管结构，由于在将煤粉投入吹风管内的喷枪的下游侧，设有增加管内壁面侧的通路电阻，使热风和煤粉的流动集中至通路轴中心的电阻元件，所以可通过使喷吹至高炉主体的煤粉的流动集中至通路中心，使炉渣难以附着到风口表面或吹风管内壁面。也就是说，通过在电阻元件的后游侧形成煤粉浓度的分布，将通路中心侧作为高煤粉浓度的热风流动，并降低风口表面和吹风管内壁面侧的煤粉浓度，从而抑制炉渣的附着。

上述发明中，优选所述电阻元件为突设在所述内壁面的多个块体，该块体配置为从所述风口的出口开口向通路轴中心方向突出，并且多个块体协动，从所述出口开口来看覆盖所述管内壁面的四周。此时，配置块体时，可以将在圆周方向上留有间隔并配置多个的块体作为一个单元，在通路轴方向上以覆盖四周的方式错开圆周方向上的位置(使其向圆周方向旋转)设置多个单元，或者在同一圆周上以覆盖四周的方式配置1列或多列。

此外，上述发明中，优选所述电阻元件为在所述内壁面的四周上突设的一个或多个环状块体，该环状块体从所述风口的出口开口向通路轴中心方向突出。

在上述发明中，优选所述块体和所述环状块体具有使通路剖面积向流动方向上游侧逐渐减少的倾斜面。因此，可以防止通路剖面积的急剧减少。作为可以形成使通路剖面积向流动方向上游侧逐渐减少的倾斜面的剖面形状，例如可列举三角形或楔形等。

上述发明中，优选所述块体和所述环状块体具有通路轴中心方向上的突出量可变机构。通过这种方式，可以相应炉渣的附着状况，容易地调整突出量并进行优化。

发明效果

根据上述本发明的吹风管结构，由于使喷吹至高炉主体的煤粉的流动集中至通路中心，所以炉渣难以附着在风口表面或吹风管内壁面，因此即使不进行软化点调节，也可以通过设置类似块体或环状块体等电阻元件的简单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示出了本发明所涉及的吹风管结构的一个实施方式的概略构成图，(a)示出了轴方向剖面的纵向剖面图，(b)是从高炉主体的内部观察的正面图。

图2示出了块体的剖面形状的第1改进例的剖面图。

图3示出了块体的剖面形状的第2改进例的剖面图。

图4示出了使用图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4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大致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的附近设置着进行从原料煤(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。此煤粉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(干基准)10～18wt％，且平均细孔径10～50nm(纳米)。改质煤粉更优选的平均细孔径为20～50nm(纳米)。

这种煤粉3的含氧官能基(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5v％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18wt％，平均细孔径：3～4nm)进行加热(110～200℃×0.5～1小时)后干燥。

通过上述干燥工序除去水分后实施干馏工序，所述干馏工序在低氧环境中(氧浓度：2v％以下)对原料煤再次加热(460～590℃(优选为500～550℃)×0.5～1小时)。通过此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除去。

然后，进入冷却工序的原料煤在氧浓度2v％以下的低氧环境中冷却(50℃以下)后，通过细磨工序进行细磨(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，吹风管结构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，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，其中在将煤粉3投入吹风管30内的枪31的下游侧，设有增加吹风管30的内壁面侧的通路电阻，使热风2和煤粉3的流动集中至通路轴中心的电阻元件80。也就是说，通过在吹风管30的内壁面设置电阻元件80，在吹风管30内流动的热风2和煤粉3的流动会集中至通路电阻少于管内壁面侧的通路轴中心。

图示的电阻元件80由突设在吹风管30的内壁面的多个块体81构成。

各块体81设置为与风口22的出口开口相比，向通路轴中心方向突出。此外，例如图1(b)所示，各块体81通过多个协动配置为从风口22的出口开口(高炉主体20的内部)看可覆盖管内壁面的四周。

各块体81是大致矩形剖面的构件，其在例如吹风管30的内周具有覆盖大致1/4～1/8左右的周向宽度，并且具有从管内壁面至通路轴方向的突出高度h。此时的突出高度h是与风口22的出口前端的收缩高度H相比向通路轴中心方向突出的值，也就是说，突出高度h设定为大于收缩高度H的值(h＞H)。其结果是从高炉主体20的内部观察时，如图1(b)所示，可通过风口22的出口开口看到由块体81的前端形成的通路剖面(图示的构成例中为大致八边形)。

这种块体81通过错开通路轴方向位置，在周向上等间距地设置4～16个左右，从而作为形成通路外侧(内壁面侧)的通路电阻并阻碍流动的电阻元件80发挥功能。

也就是说，块体81使用例如将剖面为矩形的环状构件在圆周方向上分成多份(图示的构成例中为分成8份)的构件。该块体81在同一圆周方向上留有间隔地配置多个(例如以90度间距配置4个)时，可成为一个单元的电阻要素。而且，以覆盖吹风管30的内壁面四周的方式将例如圆周方向上的位置错开45度的电阻要素在通路轴方向上留有间隔地配置着一个或多个单元。

换言之，各电阻要素的块体81通过使其分别向圆周方向适当旋转，可形成各单元的位置在圆周方向上错开的状态，因此如果将这种电阻要素在通路轴方向上留有间隔的配置多个单元，则可形成从高炉主体20的内部看覆盖了管内壁面的四周的状态。

上述电阻元件80的块体81并不限定于将在圆周方向上留有间隔地配置多个的块体作为一个单元，并以在通路轴方向上覆盖四周的方式错开圆周方向上的位置地设置多个单元的配置，也可以例如在同一圆周上以覆盖四周的方式配置多个块体81，并将其作为一个单元，将一列或多列配置在通路轴方向上。也就是说，也可以使在同一圆周上邻接的块体81接触，以无间隙地覆盖四周的方式配置多个块体81的单元。

此外，上述电阻元件80可以是在吹风管30的内壁面四周上突设的一个或多个环状块体，这种环状块体的突出高度h也与上述块体81相同，设定为从风口22的出口开口向通路轴中心方向突出。

这种吹风管30由于在将煤粉3投入吹风管30的内部的枪31的下游侧，设有增加管内壁面侧的通路电阻，使热风2和煤粉3的流动集中至通路轴中心的电阻元件，所以可以使喷吹至高炉主体20的煤粉3的流动集中到通路电阻较小的通路中心。其结果是煤粉3的流动会通过远离风口22的表面或吹风管30的内壁面的位置，因此炉渣难以附着至风口22或吹风管30。也就是说，由于在电阻元件80的后游侧形成煤粉浓度的分布，所以通过将通路中心侧作为高煤粉浓度的热风流动，并降低风口表面和吹风管内壁面侧的煤粉浓度，从而可以抑制炉渣对于风口22或吹风管30的附着。

此外，在上述实施方式中，将块体81和环状块体的剖面形状设为矩形剖面，但也可为例如图2和图3所示的块体81A、81B，具有通路剖面积向流动方向上游侧逐渐减少的倾斜面82、83。

图2所示的第1改进例的块体81A具有等腰三角形的剖面形状，其在倾斜面82上吹风管30的通路剖面积会向高炉主体20逐渐减少，形成可防止通路剖面积急剧减少的剖面形状。

同样地，图3所示的第2改进例的块体81B具有楔形的剖面形状，其具有在上游侧形成倾斜面83的大致直角三角形剖面。作为这种楔形剖面的块体81B，在倾斜面83上吹风管30的通路剖面积向高炉主体20逐渐减少，因此可以防止通路剖面积的急剧减少。

上述倾斜面82、83并未限定为直线倾斜，也可以是例如凹面或凸面的曲面。

此外，上述实施方式及其改进例中，优选各块体81和环状块体具有通路轴中心方向上的突出量可变机构90。

突出量可变机构90可改变块体81的突出高度h，是可使块体81上下移动以达到所期望的突出高度h的驱动机构，例如可列举与使用液压或气压的气缸或电动机连接的连杆机构等，可根据各种条件适当选择。

通过这种方式，利用突出量可变机构90可对突出高度h加以调整，因此可以相应炉渣的附着状况容易地调整突出量。也就是说，由于在突出高度h为初始设定的状态下运转后，维护等时可确认实际的炉渣附着状况，所以在炉渣附着量超出预计时，可增加突出高度h，将煤粉3的流动调整为靠近通路中央，反之如果炉渣附着量较少时，则可通过降低突出高度h来减少吹风管30内的通路电阻，实现炉渣附着与通路电阻的平衡得以优化的运转。

如上所述，如果采用本实施方式的吹风管结构，则可以使喷吹至高炉主体20的煤粉3的流动集中至通路中心。其结果是在接近风口22的表面或吹风管30的内壁面的区域，炉渣会因煤粉浓度的降低而难以附着。

因此，即使不对煤粉3中含有的炉渣进行软化点调节，也可通过设置类似块体81或环状块体等电阻元件80的简单结构，并且无需特殊技术或技能，即可在作业中实现对炉渣附着的抑制。因此，可在例如风口22到达磨损寿命之前，延长吹风管30的维护时间。

包含于上述煤粉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。

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 运输气体

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

31 喷枪(枪)

40 热风输送装置

50 煤粉制造装置

60 旋风分离器

70 储藏仓

80 电阻元件

81、81A、81B 块本

82、83 倾斜面

90 突出量可变机构

Claims (5)

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，

在将所述煤粉投入吹风管内的喷枪的下游侧，设有增加管内壁面侧的通路电阻，使所述热风和所述煤粉的流动集中至通路轴中心的电阻元件。

2.根据权利要求1所述的吹风管结构，其特征在于，所述电阻元件为突设在所述内壁面的多个块体，

该块体配置为从所述风口的出口开口向通路轴中心方向突出，并且多个块体协动，从所述出口开口看覆盖所述管内壁面的四周。

3.根据权利要求1所述的吹风管结构，其特征在于，所述电阻元件为在所述内壁面的四周上突设的一个或多个环状块体，

该环状块体从所述风口的出口开口向通路轴中心方向突出。

4.根据权利要求2或3所述的吹风管结构，其特征在于，所述块体和所述环状块体具有使通路剖面积向流动方向上游侧逐渐减少的倾斜面。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的吹风管结构，其特征在于，所述块体和所述环状块体具有通路轴中心方向上的突出量可变机构。