JP2000178614A - 高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高炉羽口から廃棄合成樹脂粒を吹き込むに際
し、安価な設備で、通風性、通液性などの炉況を損なう
ことなく大量の吹込みが可能な方法を提供する。 【解決手段】 羽口部の送風支管に設置したノズルから
微粉炭、重油、タール、天然ガス等の補助燃料を吹き込
むとともに、該ノズルの位置よりも送風の上流側に設置
した別のノズルから合成樹脂粒を吹き込む。合成樹脂粒
の最大粒度Ｓと、補助燃料吹込みノズル−合成樹脂粒吹
込みノズル間距離Ｄとの関係を、３５×Ｓ＋５０≦Ｄ≦
１００×Ｓ＋１０００（ただし、Ｓ＜１０のとき）、３
０×Ｓ＋１００≦Ｄ≦２０００（ただし、Ｓ≧１０のと
き）とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の羽口部から
補助燃料とともに合成樹脂粒を吹き込む高炉操業方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉操業においては、高価なコークスを
より安価な燃料で代替すべく、羽口部から燃焼性が良く
発熱量の高い微粉炭、重油、タール、天然ガス等（以
下、単に補助燃料と称する）を吹込むことが一般に行わ
れている。特に最近では安価な微粉炭吹込みが主流とな
っており、燃料コスト低減、生産性向上に大きく寄与し
ている。

【０００３】羽口部から吹き込まれた補助燃料は、羽口
内あるいは炉内で急速に燃焼することにより、炉頂から
装入されたコークスの羽口前における燃焼量を低減する
とともに、多量の還元性ガスを生成し、鉱石の還元に効
率的に寄与する。また、これら補助燃料は燃焼性が良好
なことから、炉内に未燃分が蓄積して炉内の通気性を阻
害するようなことがないため、高炉の通気性を維持しつ
つ生産性を向上させ、かつ、燃料比（銑鉄単位当たりの
燃料消費量）を低下させることができる。

【０００４】一方、近年我が国の合成樹脂の廃棄量は年
間９００万ｔも発生している。そのうち約４０％弱が埋
め立て、４０％弱が単純焼却されており、有効利用され
ているものはわずかな量にとどまっている。しかしなが
ら、埋め立て処理では埋め立て地の確保が年々困難にな
っていること、単純焼却においてはダイオキシンなど公
害問題が顕在化してきていることなどから、環境への悪
影響のない廃棄合成樹脂の有効利用方法の開発が望まれ
ている。

【０００５】このような背景から、廃棄合成樹脂を破砕
して合成樹脂粒とし、キャリアガスとともに高炉の羽口
に吹き込む操業が試みられている。しかし、合成樹脂粒
は微粉炭に比較して粒度が大きくかつ着火性および燃焼
速度が劣るため、高炉の羽口前燃焼帯（レースウェイ）
で完全燃焼せず、未燃物が炉内に蓄積して通気性、およ
び通液性を阻害する可能性がある。そのため合成樹脂粒
の羽口吹込み量を拡大するには制約があると考えられて
いた。

【０００６】この課題を解決するために、特開平８−２
６０００７号公報には、合成樹脂粒の吹込み位置より送
風の上流側５０〜５００ｍｍの位置から微粉炭吹込みを
実施する方法が提案されている。この発明の狙いは、着
火性・燃焼性の良好な微粉炭の燃焼フレームの中に着火
・燃焼性の劣る合成樹脂粒を吹き込むことにより、燃焼
速度を向上させ、未燃のままレースウェイに放出される
のを防止するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平８−２６０
００７号公報に開示の方法によれば、合成樹脂粒の燃焼
性は改善するものの、実際の高炉操業においては以下の
問題がある。

【０００８】(1) 微粉炭吹込みは種々の操業条件、設備
条件から最適な位置が決められているが、微粉炭吹込み
位置を従来通りの位置とし、前記特開平８−２６０００
７号公報に開示の方法のように、微粉炭吹込み位置より
羽口側に合成樹脂粒の吹込み位置を設定した場合、 (a) 吹込み位置からレースウェイまでの距離が短く、合
成樹脂粒は微粉炭より燃焼速度が遅いため、十分な燃焼
率を得ることができない。

【０００９】(b) 合成樹脂粒吹込みノズルが微粉炭の燃
焼フレーム中に置かれることになり、熱負荷が大きく、
通常のノズル材料では短命となりやすい。その対策とし
て高耐熱材料を使用し、強冷却構造が必要になるが、ノ
ズルの製造単価が高くなることおよび、合成樹脂粒吹込
みノズルの冷却水によって微粉炭の燃焼熱の一部が奪わ
れるため、熱損失が大きくなるという問題がある。

【００１０】(c) 羽口周辺は狭い範囲に各種の設備が集
中しており、現状の微粉炭吹込みノズルよりも高炉炉体
の近くに合成樹脂粒吹込みノズルを設置することはスペ
ース的に困難で、これを解消するため羽口を改造するに
は多額の費用を要することになる。

【００１１】(2) 現状の微粉炭吹込みノズル位置に合成
樹脂粒吹込みノズルを設置し、微粉炭吹込みノズルを上
流側に設置する場合、前記(1) −(c) の問題を回避で
き、(1) −(a) の問題を緩和できるが下記の問題があら
たに生じる。

【００１２】(a) 微粉炭吹込み位置が羽口から遠ざか
り、微粉炭燃焼フレームに接触する範囲が上流側に拡大
する。その結果、送風支管等の設備への熱負荷が高くな
り、設備寿命が短くなりやすい。この対策として、送風
支管等の冷却強化などの対策が必要となり、設備改造費
用が発生するとともに、微粉炭燃焼熱の送風支管、羽口
からの熱損失量が増加する。

【００１３】(b) 微粉炭の燃焼ガスが送風支管、羽口を
通過する距離が長くなる。微粉炭の燃焼ガスは、燃焼に
より実ガス量が非常に大きくなっているので、通過距離
が長くなると送風支管、羽口部の圧力損失が高くなり、
送風圧を上昇させなければならない。

【００１４】本発明の目的は、このような合成樹脂粒を
高炉羽口から吹き込むに際し、上述の問題を回避しつ
つ、合成樹脂粒の燃焼性を向上させて未燃のまま炉内へ
流入する合成樹脂粒をなくすことにより、合成樹脂粒吹
込み量の上限規制を緩和し、高炉の通気性・通液性を確
保し、燃料比を維持しつつ生産量を向上することにあ
る。

【００１５】ここで、本発明において合成樹脂粒とは、
産業廃棄物系の合成樹脂類および一般廃棄物系の合成樹
脂類を羽口から吹き込めるよう破砕、粉砕したもの、フ
ィルム状・板状のものを必要に応じて破砕・切断したも
の、それらを溶融造粒したもの、または、塩化ビニール
樹脂等の含ハロゲンの合成樹脂を脱ハロゲン処理した
後、粉砕したもの、あるいはこれらの混合物とする。合
成樹脂粒の最大粒度は、篩のメッシュ寸法（ｍｍ）で呼
称する。

【００１６】最大粒度および粒度分布は破砕機の性能に
よって変化するが、高炉に挿入する場合、通常は最大粒
度で２０ｍｍ程度である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】以下では、補助燃料とし
て微粉炭を用いる場合を主体に説明するが、重油、ター
ル、燃料ガスを用いる場合も同様に適用される。

【００１８】本発明者は合成樹脂粒の吹込み方法を検討
するにあたり、種々の実験を行い、下記の知見を得た。 (a) 合成樹脂粒は着火性、燃焼性ともに微粉炭に劣る。
合成樹脂粒を未燃焼のままレースウェイを超えて高炉炉
内に投入しないようにするには、微粉炭の高温燃焼熱を
利用して燃焼を促進させる必要がある。この目的に限れ
ば、合成樹脂粒吹込み位置は羽口の出口直近でなければ
微粉炭の吹込み位置前後いずれでもよい。しかし、合成
樹脂粒の吹込み位置からレースウェイ境界までの距離を
微粉炭のそれより長くすることにより燃焼時間を確保
し、前記の合成樹脂粒吹込みノズルの熱負荷を軽減する
こと等を考慮すると、合成樹脂粒の吹込み位置は微粉炭
吹込み位置の上流側がよい。

【００１９】(b) 合成樹脂粒の燃焼性が劣ることは、上
流側で吹込んでも送風支管および羽口での送風抵抗を増
加させる恐れがないという点でかえって有利である。ま
た、既存の微粉炭吹込み位置の上流側に合成樹脂粒吹込
みノズルを設置すると羽口周りの設備改造の面でも有利
である。

【００２０】(c) 合成樹脂粒の粒度が大きい場合は着火
性・燃焼性が低下するので、粒度の小さい場合より上流
側で吹込むのがよい。

【００２１】上記の知見に基づき完成した本発明の要旨
は、以下の(1) 〜(2) にある。

【００２２】(1) 高炉の羽口から合成樹脂粒を吹き込む
高炉操業方法であって、羽口部の送風支管に設置した補
助燃料吹込みノズルから補助燃料を吹き込むとともに、
該補助燃料吹込み位置よりも送風の上流側に設置された
ノズルから合成樹脂粒を吹き込むことを特徴とする高炉
操業方法。

【００２３】(2) 合成樹脂粒の最大粒度Ｓ（ｍｍ）と、
合成樹脂粒吹込みノズル位置と補助燃料吹込みノズル位
置との間隔Ｄ（ｍｍ）を、下記の(1) および(2) の関係
とすることを特徴とする前記(1) 項に記載の高炉操業方
法。

【００２４】 ３５×Ｓ＋５０≦Ｄ≦１００×Ｓ＋１０００ (1) ただし、Ｓ＜１０のとき、 ３０×Ｓ＋１００≦Ｄ≦２０００ (2) ただし、Ｓ≧１０のとき。なお、本発明において、合成
樹脂粒を吹込む羽口は高炉の全羽口に適用してもよい
し、一部の羽口に適用してもよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明においては、補助燃料の吹
き込み位置よりも上流側に設置したノズルから合成樹脂
粒を吹き込む。

【００２６】図１は本発明の方法を実施する高炉羽口部
の断面図である。同図において、符号１は羽口、２は送
風支管、３は合成樹脂粒吹込みノズル、４は補助燃料吹
込みノズル、５は鉄皮、６は耐火物、７はレースウェイ
である。

【００２７】本発明の方法においては、補助燃料吹込み
ノズル４より微粉炭等の補助燃料を吹き込み、これより
上流側で合成樹脂粒吹込みノズル３より合成樹脂粒を吹
込む。合成樹脂粒吹込みノズル３と補助燃料吹込みノズ
ル４の両ノズルの先端間の距離はＤとする。

【００２８】通常、高炉羽口部から吹き込まれる熱風の
温度は１１００〜１２５０℃程度であり、従来使用され
ていた微粉炭のような補助燃料がこのような熱風中に吹
き込まれると、速やかに着火し燃焼性も良好なため吹き
込まれた雰囲気の温度は１５００〜２０００℃程度に上
昇する。補助燃料は燃焼性が良いことから未燃のままレ
ースウェイ７を通過して炉内にはいることはほとんどな
いため、炉内の通気性・通液性への影響はなく、良好な
燃料比を維持しつつ生産性を向上できる。

【００２９】一方、羽口部から合成樹脂粒のみを吹き込
むと、粒度が大きいことに加え着火性が悪いこと、燃焼
性も低いことからレースウェイ７内で完全に燃焼しきれ
ず、未燃のまま炉内に侵入する部分が生じ、炉内の通気
性、通液性に悪影響を及ぼす。

【００３０】本発明では補助燃料吹込み位置より上流側
から合成樹脂粒を吹き込むが、この合成樹脂粒は熱風に
より加熱されて着火しやすくなる、あるいは一部が着火
する。

【００３１】下流側に設置された補助燃料吹込みノズル
４から吹き込まれた補助燃料が燃焼して形成している１
５００〜２０００℃の高温ゾーンに着火しやすくなった
合成樹脂粒が流入すれば、着火と燃焼は速やかに進行
し、レースウェイ７内で完全に燃焼し、未燃のままレー
スウェイ外に流出されることはなくなるため、微粉炭吹
込みと同様、炉内の通気性・通液性への影響はなく、良
好な燃料比を維持しつつ生産性を向上できる。

【００３２】本発明の方法のように合成樹脂粒吹込みノ
ズル３を補助燃料吹込みノズル４の上流側に設置するこ
とにより、さらに以下の特長がある。

【００３３】まず、設備改造費が少ないことである。通
常微粉炭の吹込み位置は羽口近傍の位置に配置すること
が多い。従来の経験から微粉炭の燃焼性、炉内の通気性
への影響、補助燃料吹込みノズルの寿命、羽口への熱負
荷および羽口への石炭灰分の付着など、種々の要因を考
慮して決められたものである。この位置より炉体側は両
隣の羽口が近接していること、鉄皮に近いことなどから
あらたに設備を追加するのは極めて困難である。本発明
の方法によれば、補助燃料吹込みノズルはそのままと
し、上流側の送風支管の部分に合成樹脂粒吹込みノズル
を新設するのみでよく、設備改造が容易かつ短期間で施
工可能である。

【００３４】次に、合成樹脂粒吹込みノズルの費用が安
価で、微粉炭燃焼に悪影響を与えない特長がある。本発
明の方法では合成樹脂粒吹込みノズルは補助燃料吹込み
ノズルより上流側に設置されるため、微粉炭の燃焼フレ
ーム中に曝されることがなく、強耐熱材料を使用した強
冷却構造が不要である。また、合成樹脂粒吹込みノズル
を微粉炭吹込みノズルの下流側に設置し、冷却構造を採
用すると、微粉炭の高温ガスを冷やすことになるが、本
発明の方法においてはこの問題はない。

【００３５】さらに、本発明の方法は熱風の送風抵抗の
増加がないことである。合成樹脂粒の吹込み位置が微粉
炭吹込み位置より上流に位置しており、１１００〜１２
５０℃の熱風温度によって合成樹脂粒は着火寸前または
一部着火するが燃焼性が悪く、燃焼ガス量が増加するこ
とは殆どないため、合成樹脂粒吹込みノズルと微粉炭の
燃焼領域の間での圧力損失はなく、送風圧力を増加させ
る必要がない。

【００３６】合成樹脂粒は一般の燃料と同様に粒度によ
り着火・燃焼性が大きく変化する。従ってその吹込み位
置は粒度に応じて適正位置を選択するのが望ましい。

【００３７】本発明では、合成樹脂粒の吹込み位置を補
助燃料吹込み位置の上流側に配置した上で、合成樹脂粒
の最大粒度Ｓと、合成樹脂粒の吹込み位置を補助燃料吹
込み位置間の距離Ｄとの間に、下記(1) および(2) の関
係を持たせる。

【００３８】 ３５×Ｓ＋５０≦Ｄ≦１００×Ｓ＋１０００ (1) ただし、Ｓ＜１０のとき、 ３０×Ｓ＋１００≦Ｄ≦２０００ (2) ただし、Ｓ≧１０のとき。図２は合成樹脂粒の最大粒度
Ｓと、合成樹脂粒の吹込み位置を補助燃料吹込み位置間
の距離Ｄの関係を示すグラフである。同図において、Ｄ
１（上記(1) 式の第１辺および第２辺で表される）およ
びＤ３（上記(2) 式の第１辺および第２辺で表される）
は距離Ｄの下限を示し、Ｄ２（上記(1) 式の第２辺およ
び第３辺で表される）およびＤ４（上記(2) 式の第２辺
および第３辺で表される）は上限を示す。すなわち、距
離Ｄは上記のＤ１、Ｄ３とＤ２、Ｄ４で挟まれた範囲に
ある。

【００３９】距離Ｄが図２のＤ１およびＤ３のグラフで
表される下限値未満であると、最大粒度の合成樹脂粒が
未燃焼のままレースウェイを超えて炉内に侵入する恐れ
がある。距離Ｄが図２のＤ２およびＤ４で表される上限
値を超える領域は送風支管の配置上、合成樹脂粒吹込み
ノズルの設置が困難である。また、一部含まれる小粒径
の合成樹脂粒が熱風によって送風支管内で燃焼し、燃焼
ガス容積が増加するため、送風抵抗が増大する恐れもあ
る。

【００４０】望ましくは、最大粒度Ｓとの距離Ｄとの関
係は、下記の(3) および(4) の関係を保つのがよい。

【００４１】 ７５×Ｓ＋５０≦Ｄ≦８０×Ｓ＋１０００ (3) ただし、Ｓ＜１０のとき、 ４０×Ｓ＋４００≦Ｄ≦１８００ (4) ただし、Ｓ≧１０のとき。

【００４２】上記の(3) および(4) 式は図２のＤＡ１、
ＤＡ３で表される下限値、およびＤＡ２、ＤＡ４に示す
上限値で表される。

【００４３】同じ最大粒度でも、合成樹脂粒が熱分解し
やすい材質や、表面積の大きい着火しやすい形状の場合
ほど、前記の上下限範囲でＤを大きくするのが望まし
い。

【００４４】合成樹脂粒の種類、粒度が変化する場合、
ノズルの羽口前後方向の挿入深さを調整可能な構造にす
ることにより、上記範囲内で合成樹脂粒の吹き込み位置
を変更して対応するのが望ましい。

【００４５】

【実施例】以下に本発明の効果を実施例により具体的に
説明する。微粉炭（揮発分３２％、平均粒度０．１ｍ
ｍ）を１５０ｋｇ／ｔ吹き込み、合成樹脂粒として廃ポ
リエチレン屑を３０ｋｇ／ｔ吹き込んだ操業をベースと
し、合成樹脂粒の吹込み方法を変更して送風圧、燃料
比、生産量に及ぼす影響を調査した。表１に操業結果を
示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】同表に示すように、調査は５ケース実施
し、Ｃａｓｅ１からＣａｓｅ３までが従来例であり、Ｃ
ａｓｅ４〜 Ｃａｓｅ５が本発明によるものである。

【００４８】Ｃａｓｅ１は合成樹脂粒と微粉炭をノズル
位置を同じにして吹き込んだものである。一方、Ｃａｓ
ｅ２とＣａｓｅ３は特開平８−２６０００７号公報に開
示された方法に準ずるものである。合成樹脂粒の最大粒
度がＣａｓｅ２では５ｍｍ、Ｃａｓｅ３では１５ｍｍで
ある。Ｃａｓｅ４とＣａｓｅ５は本発明の方法であり、
合成樹脂粒の最大粒度がそれぞれ５ｍｍ、１５ｍｍであ
り、それぞれ従来例のＣａｓｅ２、Ｃａｓｅ３に対応し
ている。

【００４９】まず、Ｃａｓｅ１では送風圧は２．６０ｋ
ｇ／ｃｍ² 、燃料比は５１０ｋｇ／ｔ、出銑量は３５０
０ｔ／ｄであった。

【００５０】これに対し、Ｃａｓｅ２、Ｃａｓｅ３では
送風圧、燃料比が低下し、出銑量が増加したが、合成樹
脂粒吹込みノズルが破損した。破損ノズルを炉外へ取り
出して観察した結果、いずれも熱負荷の増大による損傷
と判断された。

【００５１】一方、本発明によるＣａｓｅ４とＣａｓｅ
５は、いずれも、従来例のＣａｓｅ２およびＣａｓｅ３
よりも送風圧および燃料比が低下し、生産量が増加し
た。また、合成樹脂粒吹込みノズルの損傷も皆無であ
り、本発明の効果を確認することができた。

【００５２】

【発明の効果】本発明の方法によって、安価な設備で、
高炉炉況を損なうことなく廃棄合成樹脂を大量に高炉に
吹込むことができ、溶銑コストの低減および廃棄合成樹
脂の処理問題を解決することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法の実施例に係る高炉羽口部の断面
図である。

【図２】合成樹脂粒の最大粒度Ｓと、合成樹脂粒の吹込
み位置と補助燃料吹込み位置間の距離Ｄとの関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１： 羽口 ２： 送風支管 ３： 合成樹脂粒吹込みノズル ４： 補助燃料吹込みノズル ５： 鉄皮 ６： 煉瓦 ７： レースウェイ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の羽口から合成樹脂粒を吹き込む高
   炉操業方法であって、羽口部の送風支管に設置した補助
   燃料吹込みノズルから補助燃料を吹き込むとともに、該
   補助燃料吹込み位置よりも送風の上流側に設置されたノ
   ズルから合成樹脂粒を吹き込むことを特徴とする高炉操
   業方法。
2. 【請求項２】 合成樹脂粒の最大粒度Ｓ（ｍｍ）と、合
   成樹脂粒吹込みノズル位置と補助燃料吹込みノズル位置
   との間隔Ｄ（ｍｍ）とが、下記の(1) および(2) の関係
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方
   法。 ３５×Ｓ＋５０≦Ｄ≦１００×Ｓ＋１０００ (1) ただし、Ｓ＜１０のとき、 ３０×Ｓ＋１００≦Ｄ≦２０００ (2) ただし、Ｓ≧１０のとき。