JP2000328115A - 高炉への粒状固体燃料吹込み用ランス及びそれを使用した高炉への粒状固体燃料の吹込み方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランス先端部における微粉炭の詰まりと、ラ
ンス内冷却水路の抵抗増大を解消することにより、従来
レベルの微粉炭燃焼性を維持しつつ、従来よりも多量の
微粉炭を吹き込むことができ、且つ寿命延長が可能な高
炉への微粉炭吹込み用ランスを開発する。 【解決手段】 二重管構造の水冷ランスにし、内管９内
部を粒状固体燃料の流路とし、内管９と外管１０との空
隙を冷却水路８とし、ランスの先端部に粒状固体燃料吹
出し口を一つ設ける。その前方に粒状固体燃料流れを分
散させる反射体１を設ける。冷却水路８は管軸方向に仕
切り体１１を入れて作り、ランス先端行きとその戻り水
路を作る。ランスを高炉炉壁のブローパイプに挿入し、
粒状固体燃料流れの分散方向が互いに交差せず、且つそ
の流れがブローパイプ内面及び羽口内面に衝突しないよ
うにランスの設計及び取付けを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高炉の羽口から
微粉炭等粒状固体燃料を吹き込むためのランスに関し、
特に、吹き込まれる粒状固体燃料の分散性を良くして燃
焼性を向上させるランス構造に関するものでる。

【０００２】

【従来の技術】最近の高炉操業において、羽口からの微
粉炭吹込みは、コークス炉の寿命延長及び溶銑コストの
低減等を目的として実施されており、その吹込み量は増
加傾向にある。図８に、高炉への微粉炭吹込み方法の従
来例を説明する図を示す。従来、高炉へ微粉炭を吹き込
むにあたっては、高炉6の下部に設けられたブローパイ
プ3に微粉炭吹込み用ランス2を設置し、これからブロー
パイプ３内を流れる熱風１５中に微粉炭7を吹き出させ
て羽口4から炉内へ吹き込んでいる。吹き込まれた微粉
炭７はブローパイプ３の先端部及びレースウェイ5内に
滞留している間に燃焼するが、この間に燃焼できなかっ
たものが未燃チャーとして炉内反応で消費される。

【０００３】しかし炉内反応で消費される量を上回る量
の未燃チャーがレースウェイ部で発生した場合には、炉
内に蓄積されるか、又は炉頂部よりダストとして排出さ
れる。このような状態になると、炉内に蓄積する未燃チ
ャーの影響により炉内通気性が悪くなり高炉の安定操業
ができなくなる。そこで、未燃チャーの発生量がその炉
内消費量と等しくなるときの吹込み量を、微粉炭の限界
吹込み量としている。図９に、従来使用されてきた微粉
炭吹込み用ランスの例を示す。このように、一本の単管
が微粉炭吹込みランス２として用いられた場合には、高
炉内に吹き込まれた微粉炭７の分散性が悪く、その吹込
み量は溶銑トン当たり最大１９０kg程度が限界であっ
た。

【０００４】そこで、本発明者等は先に、微粉炭の吹込
み量を更に増加させる手段として、図１０に示すような
縦断面構造を有する微粉炭吹込みランスを提案した。即
ち、３重管構造の水冷ランス１２において、中間及び外
側管路に冷却水１３を流し、中央部の内管９内を微粉炭
供給路とし、水冷ランス１２の先端部において、微粉炭
供給路を一本から二本ないし三本に分岐させ、２個ない
し３個の微粉炭吹出し孔１４を設けた。このような水冷
ランス１２を、図１１に示すように、ブローパイプ３側
面から２本挿入設置した。同図において、水冷ランス１
２からの微粉炭の吹出し方向は、互いに交差せず、且つ
ブローパイプ３及び羽口４の内面に当たらないように、
ブローパイプ３に対する水冷ランス１２の挿入方向、及
び図１０に示した微粉炭吹出し孔１４の方向を決定し
た。こうして、上記吹込みランス２を用いることによ
り、高炉内に吹き込まれた微粉炭の分散性が改善され、
その最大吹込み量は溶銑トン当たり２５０ｋｇ程度まで
増加した。しかしながら、上記構造にしたために水冷ラ
ンスの先端分岐部内部で微粉炭が詰まりやすくなり、こ
れを安定して吹き込むことができない。更に、ランス先
端部に吹出し孔を設置したことにより、３重管ランスの
冷却水路８での抵抗が増大して先端部での冷却能力が低
下し、ランスが溶損するといった問題が発生した。

【０００５】そこで、この発明の目的は、上記問題点で
あるランス先端部における微粉炭の詰まりと、ランス内
冷却水路の抵抗増大を解消することにより、従来レベル
の微粉炭燃焼性を維持しつつ、従来よりも多量の微粉炭
を吹き込むことができ、且つ寿命延長が可能な高炉への
微粉炭吹込み用ランスを提供し、これを用いて高炉への
微粉炭吹込みを効果的に行なう方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記観点
から試験研究を重ねた結果、下記知見を得た。

【０００７】高炉へ吹き込まれる粒状固体燃料である微
粉炭吹込み試験において、微粉炭吹込み用ランスの先端
部に、吹出し口設置数を一つに限定し、且つ炉内に吹き
込まれた微粉炭の流れを分散させるための反射体を取り
付けることにより、ランス先端部での微粉炭の詰りを防
止することができると共に、微粉炭が反射体に衝突する
ことにより微粉炭の分散状況が改善され、微粉炭と熱風
中の酸素との混合が促進されて、微粉炭の燃焼率を向上
させることができる。また、ランスを二重管構造の水冷
ランスとし、ランス全体を管内圧損の小さい水冷構造と
することにより、ランス先端部での冷却流体の偏流を防
ぎ、冷却能力の低下を抑制することができる。こうし
て、燃焼熱によるランス先端部の溶損を防止すると共
に、ランス内での微粉炭の滞留による微粉炭の焼き付き
(コークス化)を抑制することができ、これに起因して発
生していた微粉炭詰りを防止することが可能となる。こ
の発明は、上記知見に基づきなされたものであり、その
要旨は次の通りである。

【０００８】第１発明の高炉への粒状固体燃料吹込み用
ランスは、二重管構造の水冷ランスであって、内管内部
が前記粒状固体燃料の流路を構成すると共に、内管と外
管との空隙が冷却水路を構成し、ランスの先端部に粒状
固体燃料の吹出し口が一つだけ設けられており、当該吹
出し口の前方には、当該吹出し口から吹き出した粒状固
体燃料流れに衝突してこれを分散させるための反射体が
設けられている。そして、当該ランスの冷却水路は、内
管と外管との空隙が円周方向に所定の間隔を空けて管軸
方向に平行に設けられた複数本の仕切り体により複数条
の空間に分割され、且つランスの先端部行き水路と先端
部からの戻り水路になっており、両者はその先端部で折
り返し連続して形成されていることに特徴を有するもの
である。

【０００９】第２発明の高炉への粒状固体燃料の吹込み
方法は、第１発明記載の高炉への粒状固体燃料吹込み用
ランスの１本又は複数本を、高炉の炉壁に設けられたブ
ローパイプに挿入し、当該ブローパイプに挿入された複
数本のランスから噴射される粒状固体燃料流れの分散方
向が互いに交差しないように、且つ１本のランス又は当
該複数本のランスから噴射される粒状固体燃料が、ブロ
ーパイプ内面及び羽口内面のいずれにも衝突しないよう
に、上記ランスの設計及び取付けを行なうことに特徴を
有するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、この発明を図面を参照しな
がら説明する。

【００１１】図１は本発明の微粉炭吹込みランスを説明
する図であり、（ａ）は当該ランスの概略縦断面図、
（ｂ）は（ａ）中のＡＡ線矢視断面図、そして（ｃ）は
当該ランスの先端部斜視図である。また、図２は図１に
示した微粉炭吹込みランスを、実用高炉のブローパイプ
に設置した場合の概略縦断面図であり、図３は図２の高
炉炉内への微粉炭吹込み状態を微粉炭吹込みランスの背
面（炉外側）から見た斜視図である。

【００１２】図１、図２及び図３において、内管９を外
管１０の中に設置し、外管１０と内管９の間に円周方向
に間隔を空けて複数本の仕切り体１１を設けて冷却流体
の複数の流路８を形成し、その半数の流路８を先端行き
流路とし、残りの流路８を先端からの戻り流路とした２
重管構造の冷却方式の微粉炭吹込み用ランス２の先端部
に、内管内部を流れる微粉炭流の方向を管の軸方向から
そらす反射体1が取り付けられている。反射体1が設けら
れた部分は開放型となっている。これにより内管内部を
気送されてきた微粉炭は反射体１に衝突して分散せしめ
られてブローパイプ３内に吹き込まれるため、ブローパ
イプ３での微粉炭の分散性は従来技術のランスと比べて
ほぼ同程度であるが、ランス先端内部での微粉炭の詰り
は殆ど発生しない。また冷却構造が従来の３重管構造か
ら２重管構造となるため冷却流体の流路間隔が大きくな
り圧力損失を大きく低減することが可能となる。その結
果、先端部の反射体内部での通水状態を良好に保つこと
ができ反射体設置による先端部での冷却能力の低下を防
止することができる。

【００１３】図４に、この発明の微粉炭吹込みランスの
先端部における寸法、角度等の諸元変更による反射体の
改造方法の説明図を示す。同図は、先端部の反射体１
が、その反射体１の取付け範囲角度がФ、取り付け角度
がθ、そして反射体１の大きさがｄである場合を基本と
し、反射体１の形状因子Ф、θ及びｄをそれぞれ単独で
ΔФ、Δθ及びΔｄだけ変化させた場合の反射体１の形
状変更の例を、それぞれ同図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）
に示す。更に、変更する形状因子Ф、θ及びｄの種類と
その変化量とを適宜組み合わせて反射体１を設計するこ
とにより、微粉炭の分散方向及び分散状態を目標通りに
設定することができる。従って、一本のブローパイプ３
に本発明の微粉炭吹込みランス２を複数本設置する場
合、図３に示したように各ランスからの微粉炭流れ７ａ
の分散方向が互いに交差せず、且つ、微粉炭がブローパ
イプ３の内面にも、羽口４内面にも当らないように配置
し得る。従って、このように微粉炭吹込みランスを配置
することにより、微粉炭が互いに干渉されずにブローパ
イプ内に拡散し、しかも内壁に衝突せずに真っ直ぐ炉内
へ吹き込まれるので、この発明の微粉炭吹込みランスの
効果を十分に引き出すことが可能となる。

【００１４】図５は１次元燃焼モデルにより計算された
ブローパイプ〜レースウェイ内での燃焼率分布を示す図
であり、本発明の微粉炭吹込みランスを用いることによ
り、レースウェイ端での微粉炭の燃焼率は従来タイプの
微粉炭吹込みランスに比べてほぼ同程度に維持できるこ
とがわかる。

【００１５】更に、上述した高炉への微粉炭吹込みラン
ス及びそれを用いた微粉炭の吹込み方法は、単に微粉炭
の吹込みにのみ効果を発揮するに留まらず、高炉へのそ
他の粒状固体燃料の吹込みに対しても効果を発揮し得
る。

【００１６】

【実施例】次に、この発明を実施例により更に説明す
る。図１に示した本発明の微粉炭吹込みランスを用い
て、図２及び図３に示したようにブローパイプに挿入
し、高炉への微粉炭吹込み操業試験をした。図６に、本
発明及び従来技術の微粉炭吹込みランスを用いた場合
の、微粉炭によるランスの詰り発生率を比較して示す。
これよりわかるように、従来技術では、設置した微粉炭
吹込みランスの約３０％が先端部での微粉炭詰まりによ
り使用不可となったが、本発明の微粉炭吹込みランスに
より詰りは無くなり、安定して微粉炭の吹込みができる
ようになった。

【００１７】図７は、本発明の微粉炭吹込みランスを用
いた場合のランス寿命を従来の微粉炭吹込みランスを用
いた場合と比較したものである。従来の微粉炭吹込みラ
ンスでは、先端部の破損等によりその寿命が約３ヶ月程
度であったが、本発明の微粉炭吹込みランスにより破損
が抑制され長寿命化が図られたことがわかる。

【００１８】なお、上記試験では、反射体１の材質とし
てＳＣＳ１６の鋳鋼を用いたが、反射体１には直接微粉
炭が衝突するため、この部分に１０００℃以上の熱間で
の耐摩耗性に優れた材料、例えばセラミックスなどを使
用すれば、更にランスの寿命を伸ばすことも可能であ
る。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
微粉炭吹込みランス先端部での微粉炭の詰りが解消され
るため、従来技術よりも安定して微粉炭の吹込みを行う
ことができる。その結果、従来困難とされていた溶銑ト
ン当たり２５０ｋｇ程度の微粉炭の多量吹込みが可能と
なる。また、先端部の反射体の取付け角度、大きさ及び
取付け範囲角度を適切に変えることにより、羽口部の設
備状況(羽口径及び長さ、ブローパイプ径、微粉炭ラン
ス挿入角度等)にあわせて最適な微粉炭の分散状態を容
易に設定することができる。また、先端部の冷却能力の
向上により、ランスの長寿命化が可能となる。このよう
な高炉への微粉炭吹込み用ランスと、これを用いた効果
的な微粉炭吹込み方法を提供することができ、工業上有
用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の微粉炭吹込みランスを説明する図であ
り、（ａ）はランスの概略縦断面図、（ｂ）は（ａ）中
のＡＡ線矢視断面図、（ｃ）はランスの先端部斜視図で
ある。

【図２】図１の微粉炭吹込みランスを実用高炉のブロー
パイプに配設したときの概略縦断面図である。

【図３】図２の微粉炭吹込みランスの配設状態の背面か
ら見た斜視図である。

【図４】本発明の微粉炭吹込みランスの先端部に設けた
反射体の形状因子の諸元変更による反射体の改造方法を
説明する図である。

【図５】１次元燃焼モデルにより計算されたブローパイ
プ〜レースウェイ内での燃焼率分布を示すグラフであ
る。

【図６】微粉炭によるランスの詰り発生率を、本発明の
微粉炭吹込みランスと従来の微粉炭吹込みランスとにつ
いて比較したグラフである。

【図７】ランス寿命を、本発明の微粉炭吹込みランスと
従来の微粉炭吹込みランスとについて比較したグラフで
ある。

【図８】従来の高炉への微粉炭吹込み方法を説明する概
略縦断面図である。

【図９】従来の微粉炭吹込み用ランスの一例を説明する
概略縦断面図である。

【図１０】従来の微粉炭吹込み用ランスの他の例を説明
する概略縦断面図である。

【図１１】図１０の微粉炭吹込み用ランスを、ブローパ
イプの側面から２本挿入した場合の状態を示す概略縦断
面図である。

【符号の説明】

１ 反射体 ２ 微粉炭吹込みランス ３ ブローパイプ ４ 羽口 ５ レースウェイ ６ 高炉 ７ 微粉炭 ７ａ 微粉炭流れ ８ 冷却水路 ９ 内管 １０ 外管 １１ 仕切り体 １２ 水冷ランス １３ 冷却水 １４ 微粉炭吹出し孔 １５ 熱風 １６ ランス先端部 １７ セラミックス部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉内に粒状固体燃料を吹き込むための
   二重管構造の水冷ランスであって、内管内部が前記粒状
   固体燃料の流路を構成すると共に、前記内管と外管との
   空隙が冷却水路を構成し、前記ランスの先端部に前記粒
   状固体燃料の吹出し口が一つ設けられており、当該吹出
   し口の前方には、当該吹出し口から吹き出した前記粒状
   固体燃料流れに衝突してこれを分散させるための反射体
   が設けられており、そして、当該ランスの冷却水路は、
   前記内管と外管との空隙が円周方向に所定の間隔を空け
   て管軸方向に平行に設けられた複数本の仕切り体により
   複数条の空間に分割され、且つ当該ランスの先端部行き
   水路と当該先端部からの戻り水路とに形成されているこ
   とを特徴とする、高炉への粒状固体燃料吹込み用ラン
   ス。
2. 【請求項２】 請求項１記載の高炉への粒状固体燃料吹
   込み用ランスの１本又は複数本を、高炉の炉壁に設けら
   れたブローパイプに挿入し、当該ブローパイプに挿入さ
   れた当該複数本のランスから吹き出す粒状固体燃料流れ
   の分散方向は互いに交差せず、且つ前記１本のランス又
   は当該複数本のランスから吹き出す粒状固体燃料が、前
   記ブローパイプ内面及び羽口内面のいずれにも衝突しな
   いように、前記ランスの設計及び取付けを行なうことを
   特徴とする、高炉へ粒状固体燃料の吹込み方法。