JP2006241586A - 高炉への還元材吹込み装置、該装置を用いた高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】天然ガス等を気体還元材として高炉羽口から吹込む場合においても、圧損を生ずることなくコークス比を低減できる高炉への還元材吹込み装置及び該装置を用いた高炉操業方法を得る。
【解決手段】高炉羽口１から気体還元材を吹込む還元材吹込み装置であって、気体還元材を吹込む気体還元材吹込み用ランス５を備え、該気体還元材吹込み用ランス５の先端に位置する気体還元材吹込み口５ａを高炉羽口１の炉内側端部１ａ近傍に配置した。
また、固体還元材吹込み用ランス７を備え、該固体還元材吹込み用ランス７の先端に位置する固体還元材吹込み口７ａを気体還元材吹込み用ランス５の気体噴出し口より送風方向上流側に配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高炉の羽口部から気体還元材を単独または他の還元材と共に吹き込む還元吹込み装置、及び該装置を用いた高炉操業方法に関する。

高炉操業において、高価なコークスの代替として、安価で燃焼性がよい燃料（微粉炭、石油、ナフサ等）を羽口から吹込むことが一般に行なわれており、特に天然ガス等の燃料ガスを羽口から吹き込むものとして以下のものが知られている。
（１）微粉炭を１７０ｋｇ／ｔ以上吹込んでも、その燃焼性を確保してコークスとの置換率を高く保ち、生産量、燃料比を維持することを目的とした高炉操業方法であって、微粉炭吹込み位置の手前より燃料ガスを吹込むことを特徴とする高炉操業方法（特許文献１参照）。
（２）合成樹脂の多量吹き込みを実現することを主目的とした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天然ガス等の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（特許文献２参照）。
特開平４−２６８００３号公報 特開２０００−１７８６１４号公報

特許文献１に開示された高炉操業方法においては、微粉炭の吹込み量を多くすることに主眼がおかれ、燃料ガスは微粉炭の熱分解促進を目的として吹込まれるものである。
したがって、本願のように燃料ガス等を微粉炭と同様に還元材として用いるものとは、基本的に異なるものである。

また、特許文献２に記載のものは、合成樹脂の多量吹き込みを実現することを主目的としており、この目的を達成するために合成樹脂の吹き込み位置と補助燃料の吹込み位置の相対関係を規定するものである。

このように、特許文献１、２には天然ガス等を羽口から吹込む技術についての開示はあるものの、天然ガス等を微粉炭等と同等の還元材として吹込むことを前提として、その際の問題点の指摘、およびその解決手段について言及したものではなく、このような問題点の指摘及びその解決手段を開示した先行技術はない。
本発明は天然ガス等を気体還元材として高炉羽口から吹込む場合について、具体的な問題点の指摘、およびその解決手段を示すものである。

天然ガス等は燃焼性が高いことから、高炉羽口から吹込むに際して、ブローパイプの途中にて吹込むと、吹込まれた天然ガス等が急激に燃焼してガスボリュームが増大し、その結果ブローパイプ内で圧損が生ずる。圧損が生ずると高炉内への送風量が減少し、還元効率の低下等重大な問題が発生する。これを回避するためには、送風能力を大きくする必要があるが、送風能力を大きくすることはランニングコストの増加になり、また圧損の程度によっては送風機の能力不足の問題が生ずることもある。
また、天然ガス等がブローパイプ内で燃焼すると、その熱は羽口やブローパイプの周囲を冷却する冷却装置によって奪われることになり、熱が無駄になる。また、冷却装置の冷却効率の低下にもなる。

本発明の解決すべき課題は、天然ガス等を気体還元材として高炉羽口から吹込む場合においても、圧損を生ずることなくコークス比を低減できる高炉への還元材吹込み装置及び該装置を用いた高炉操業方法を得ることを目的としている。

（１）本発明に係る還元材吹込み装置は、高炉羽口から還元材を吹込む還元材吹込み装置であって、気体還元材の吹き込み口が前記高炉羽口の炉内側先端部近傍に設けられてなることを特徴とするものである。
なお、高炉羽口の炉内側先端部近傍とは、気体還元材の吹き込み口から吹込まれる気体還元材が羽口又はブローパイプ内で燃焼することによるガスボリューム増大に起因する圧損が生ずることがない位置をいう。

（２）また、高炉羽口から気体還元材を吹込む還元材吹込み装置であって、気体還元材を吹込む気体還元材吹込み用ランスを備え、該気体還元材吹込み用ランスの吹込み口を前記高炉羽口の炉内側端部近傍に配置したことを特徴とするものである。

（３）また、気体還元材吹き込み位置を高炉羽口の炉内側先端部から炉外側に０〜５０ｍｍの範囲内に配置したことを特徴とするものである。

（４）また、上記（１）〜（３）に記載のものにおいて、固体還元材吹込み用ランスを備え、該固体還元材吹込み用ランスの吹込み口を気体還元材吹込み用ランスの送風方向上流側に配置したことを特徴とするものである。

（５）また、上記（４）に記載のものにおいて、送風通路内において、固体還元材吹込み用ランスと気体還元材吹込み用ランスが交差するように配置したことを特徴とするものである。

（６）また、上記（４）または（５）に記載のものにおいて、固体還元材吹込み用ランスの吹込み口を高炉羽口の炉内側先端部から炉外側に２００ｍｍの範囲内に配置したことを特徴とするものである。

（７）また、上記（２）〜（６）に記載の気体還元材吹込み用ランスが屈曲部又は湾曲部を有していることを特徴とするものである。

（８）本発明に係る高炉操業方法は、上記（１）〜（７）のいずれかに記載の還元材吹込み装置を用いて、該還元材吹込み装置から少なくとも気体還元材を吹込むことを特徴とするものである。

本発明においては、気体還元材の吹込み位置を高炉羽口の炉内側先端部近傍としたことにより、気体還元材を羽口及びブローパイプ内で燃焼させることなく炉内で燃焼させることができ、ブローパイプ内での圧損の発生を防止できる。その結果、還元効率を低下させることなく気体還元材を効果的に利用でき、コークス置換率を高めることができる。また、羽口及びブローパイプ等を冷却する冷却設備の熱負荷を軽減し、熱ロスを防止できる。

［実施の形態１］
図１は本実施の形態に係る高炉への還元材吹込み装置の要部の説明図である。本実施の形態に係る還元材吹込み装置は、高炉羽口１に接続されたブローパイプ３内に、気体還元材としての都市ガスを吹込む気体還元材吹込み用ランス５と、固体還元材としての微粉炭を吹込む固体還元材吹込み用ランス７とを、両者が交差するように設置したものである。
気体還元材吹込み用ランス５はブローパイプ３の周壁からブローパイプ３の中心に向けて斜めに挿入され、ブローパイプ３の中心近傍でブローパイプ３の軸線に平行な方向に屈曲されている。そして、気体還元材吹込み用ランス５の先端に位置する気体還元材吹込み口５ａが羽口炉内側先端部１ａから炉外側に２５ｍｍ後退した位置に配置されている。

固体還元材吹込み用ランス７は、気体還元材吹込み用ランス５と同様にブローパイプの周壁からブローパイプ３の中心に向けて斜めに挿入されて設置されている。そして、固体還元材吹込み用ランス７の先端に位置する固体還元材吹込み口７ａは気体還元材吹込み用ランス５との交差位置よりも若干だけ炉内側に延出しており、気体還元材吹込み用ランス５の先端に位置する気体還元材吹込み口５ａよりも炉外側に配置されている。

気体還元材吹込み用ランス５の後端側は都市ガスを供給する都市ガス供給管に連結されており、都市ガス供給管には図示しない都市ガス供給装置から所定圧力、所定量の都市ガスが供給される。
また、固体還元材吹込み用ランス７の後端側は、図示しない微粉炭製造装置によって製造される微粉炭を気流搬送する微粉炭気流搬送管に連結されている。

上記のように構成された還元材吹込み装置においては、気体還元材吹込み用ランス５から都市ガスが所定量吹込まれ、また固体還元材吹込み用ランス７から微粉炭が所定量吹込まれる。吹込まれた都市ガス及び微粉炭は還元材としてコークスの代替として機能する。
そして、本実施の形態においては、気体還元材吹込み用ランス５の先端に位置する気体還元材吹込み口５ａが羽口炉内側先端近傍、具体的には羽口先端部１ａから炉外側に２５ｍｍ後退した位置に配置されているので、気体還元材吹込み用ランス５から吹込まれた都市ガスはブローパイプ３及び羽口内で燃焼することなく、炉内に供給されて炉内にて燃焼して還元性ガスとなる。

このように本実施の形態においては、気体還元材吹込み用ランス５の先端に位置する気体還元材吹込み口５ａを羽口炉内側先端近傍に配置したので、供給される都市ガスが羽口内やブローパイプ内で燃焼することがなく、羽口内やブローパイプ内で燃焼した場合に発生するガスボリュームの増大に起因する圧損の問題がない。また、都市ガスの燃焼が炉内で行なわれるので、羽口１やブローパイプ３の周囲を冷却している冷却装置に過大な熱負荷をかけることもなく、また、熱ロスも少ない。

また、固体還元材吹込み用ランス７を、気体還元材吹込み用ランス５と交差して配置したので、固体還元材吹込み用ランス７から噴出される微粉炭が気体還元材吹込み用ランス５に直接吹きかけられることがなく、気体還元材吹込み用ランス５の損耗を防止できる。
また、気体還元材吹込み用ランス５の先端部近傍を屈曲して都市ガス吹き出し位置が羽口中心位置になるようにしたので、都市ガスを炉内に偏りなく吹込むことができ、安定的な操業ができる。安定的な操業をするためには、都市ガス吹込み位置は羽口が円形の場合、羽口の中心軸から半径が羽口口径の６分の１以内とするのが好ましい。
都市ガスの吹込みに偏りがあれば、炉内の還元反応に偏りが生じ、装入物の降下異常等の操業状態の悪化を誘発し、結果として、還元効率が悪化する。
なお、気体還元材吹込み用ランス５内を通過するのは気体であることから、気体還元材吹込み用ランスを屈曲させても管の閉塞や損耗の心配はない。

なお、上記の実施の形態においては、気体還元材吹込み用ランス５の先端に位置する気体還元材吹込み口５ａの位置を羽口炉内側先端１ａから炉外側に２５ｍｍ後退した位置に配置した例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、気体還元材吹込み用ランス５の先端に位置する気体還元材吹込み口５ａの位置は、気体還元材吹込み用ランス５から吹込まれる都市ガスがブローパイプ３又は羽口１内で燃焼することによるガスボリューム増大に起因する圧損が生ずることがない位置であればよい。具体的には、羽口炉内側先端１ａから炉外側に０〜５０ｍｍの範囲に配置されることが好ましい。また、羽口先端位置から炉外側に０〜２５ｍｍの範囲に配置されることがより好ましい。

なお、気体還元材吹込み用ランスの炉外側の限界位置として羽口炉内側先端から５０ｍｍとしたのは、気体還元材吹込み用ランスの都市ガス吹込み位置を羽口炉内側先端から徐々に炉外側にずらして圧損変化率（圧損変化率＝都市ガス吹込み後圧損／都市ガス吹込み前圧損）を試験的に調査した結果、羽口炉内側先端から５０ｍｍの位置で圧損変化率が急激に上昇することが判明したからである。詳細は後述の実施例においてさらに詳細に説明する。

なお、上記の実施の形態において気体還元材の例として、都市ガスを例に挙げたが、その他にも液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、コークスガス（ＣＯＧ）、ヂメチルエーテル（ＤＭＥ）などを用いてもよい。もちろんこれらの混合ガスも使用できる。
また、上記の実施の形態においては、固体還元材の例として微粉炭を例に挙げたが、その他に、微粒化した合成樹脂、木材チップなどや、これらの混合物を用いてもよい。
さらに、上記の実施の形態においては、気体還元材と固体還元材の両方を吹込む例を示したが、気体還元材のみを吹込む場合であっても、気体還元材吹込み用ランスの先端部の位置を上記実施の形態で示した範囲に配置することで、上記実施の形態で示した効果が得られることは言うまでもない。

上記実施の形態においては、気体還元材吹き込み手段としてブローパイプ３の周壁から挿入する気体還元材吹込みランス５を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば羽口に通気路を設けて気体還元材を吹き込むようにしてもよい（図８参照）。
また、複数種類の固体還元材を吹込む場合には、固体還元材吹込み用ランスを二重管または三重管以上の多重管として一箇所から２種類以上の固体還元材を吹込むようにしてもよい。このようにすることで、固体還元材の吹込み効率を向上させることができる（図９参照）。

［実施の形態２］
上記の実施の形態１においては、固体還元材吹込み用ランス７の配置に関し、固体還元材吹込み口７ａが気体還元材吹込み口５ａよりも炉外側に位置しているとしたが、その具体的な範囲については示していなかった。
そこで、この実施の形態２においては、固体還元材吹込み口７ａの最適な配置について以下検討すると共にその具体的な範囲を示す。

固体還元材は、気体還元材に比べて比熱が高いので昇温速度が遅い。そのため、固体還元材吹込み口は気体還元材吹込み口より羽口先端からより炉外側に配置した方がブローパイプ内での予熱時間が長くなり、高炉内での燃焼性が向上する。
他方、予熱時間が短い場合には高炉内での燃焼性が低くなり、還元材比が下げられないと同時に未燃の固体還元材がコークス充填層内で目詰まりを発生させて、通気性が悪化してしまうという問題が生ずる。

一方、固体還元材吹込み口の位置を炉外側に後退させていくと、予熱時間は長くなるが、ある距離以上後退させると固体還元材がブローパイプまたは羽口内で燃焼してしまうことになる。固体還元材がブローパイプまたは羽口内で燃焼すると、圧損が生じ、高炉内への送風量が減少し、還元効率の低下等重大な問題が発生する。
このように、固体還元材吹込み口の位置は、予熱を十分するためには羽口炉内側先端よりも炉外側により多く後退させることがよいが、他方、後退させすぎると圧損の問題が生ずるので、このバランスを上手くとることが重要である。
しかしながら、従来においてはこのバランスをとるのは非常に難しく、より重大な問題である固体還元材がブローパイプまたは羽口内で燃焼して圧損が生ずるのを避けるために、若干未燃の問題が生ずることを許容し、固体還元材吹込み口は、羽口先端から炉内側に５０〜１５０ｍｍの範囲内に配置していた。

そこで、本実施の形態においては、実施の形態１に示した気体還元材吹込み口を羽口先端から炉外側に０〜５０ｍｍに配置するという新規な構成を前提として、固体還元材吹込み口の最適位置の範囲について検討した。
その結果、気体還元材吹込み口を羽口先端から炉外側に０〜５０ｍｍに配置することを前提とすれば、固体還元材吹込み口の位置を羽口先端から２００ｍｍの範囲に配置すれば、固体還元材の炉内での燃焼性を高く維持できると共に固体還元材のブローパイプまたは羽口内での燃焼による圧損の問題も生ずることがないことを見出した。

したがって、本実施の形態における還元材吹込み装置は、図１に示した気体還元材吹込み口５ａを羽口先端から炉外側に０〜５０ｍｍの範囲に配置すると共に、固体還元材吹込み口７ａを羽口先端から炉外側に２００ｍｍの範囲に配置するというものである。
また、より好ましくは、固体還元材吹込み口７ａを羽口先端から炉外側に７５〜２００ｍｍの範囲に配置するというものである。

上記の範囲が最適である理由は以下の通りである。
気体還元材を羽口先端近傍で吹込んでいることから、固体還元材は炉内において気体還元材の助燃効果により未燃分が少なくなる。つまり、固体還元材吹込み口７ａの位置が羽口先端から炉外側に５０ｍｍ程度であっても、羽口先端近傍にて吹込まれる気体還元材の助燃効果により未燃分を多量に生ずることがなく、通気性悪化の問題が生じないのである。

また、固体還元材吹込み口７ａの位置が羽口先端から炉外側に２００ｍｍの場合には固体還元材の予熱が十分され炉内での燃焼性はより向上するが、前述したような固体還元材のブローパイプまたは羽口内での燃焼による圧損発生の問題が懸念される。
しかし、気体還元材を羽口先端近傍で吹込んでいることから、気体還元材吹込み口５ａの近傍では、炉内における羽口近傍での気体還元材の燃焼および羽口先端近傍での圧損を生じない程度の気体還元材の燃焼により、羽口先端近傍では熱風中の酸素が消費され予熱が十分された固体還元材が通過しても固体還元材に圧損を生ずるような燃焼が起こらないのである。
なお、固体還元材吹込み口７ａを羽口先端から炉外側に２００ｍｍの範囲に配置したときの具体的な効果については、以下の実施例６において実証する。

本発明の効果を確認するために、高炉を模擬したコークス充填型試験燃焼炉を用いて都市ガス吹込みと圧損との関係を検証した。
コークス充填型試験燃焼炉１０は、図２に示すように、炉内高さ１０００ｍｍ、炉内奥行き６００ｍｍの矩形の炉であり、炉壁１０ａに羽口１１を一本有している。羽口１１には熱風吹き込み用のブローパイプ１３が接続され、ブローパイプ１３にはブローパイプ内の圧力を測定する入側圧力計１５が設けられている。
また、炉の上部にはコークス装入口１７と排気口１９が設けられ、排気口には排ガスの圧力を測定する出側圧力計２１が設けられている。
また、ブローパイプ１３には、気体還元材吹込み用ランスと微粉炭吹込み用ランスが設けられている。コークス充填型試験燃焼炉１０においては、気体還元材吹込み用ランスと微粉炭吹込み用ランスのそれぞれの設置位置は適宜変更可能になっている。

上記のように構成されたコークス充填型試験燃焼炉１０においては、高炉と同様に羽口１１から熱風を吹込むと共に固体還元材としての微粉炭と気体還元材としての都市ガスを吹き込み、炉内のコークスを燃焼させる。
本実施例では、羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭及び都市ガスの吹込みを行う場合（比較例）と、都市ガスを羽口炉内側先端位置で吹き込みその後方の羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭の吹込みを行う場合（本発明例）の、２つの場合を行った。
なお、本実施例で用いた都市ガスの組成は、メタンガス：88.5体積％、エタンガス：4.6体積％、プロパンガス：5.4体積％、ブタンガス：1.5体積％で、カロリーは11800kcal/kgである。また、微粉炭の銘柄は、Blackwater炭であり、７４μmのメッシュ間隔の篩いを通過した微粒子が８０％のものを用いた。

図３、図４は上記２つの場合のコークス充填型試験燃焼炉１０による試験結果をグラフ化したものであり、図３、図４は共に縦軸が圧損（ｋＰａ）、横軸が時間（min）を示している。図３が比較例の場合であり、図４が本発明の実施例の場合である。なお、ここで圧損とは、入側圧力計１５で計測される入側圧力と出側圧力計２１で計測される出側圧力の差をいう。
図３に示すように、比較例においては都市ガスの吹込みを開始した時点（実験の開始から約４０分の時点）で圧損が約４ｋＰａから約６ｋＰａに上昇している。これは、都市ガスの吹込みによって羽口内で都市ガスが燃焼し、ガスボリュームの増大によって流路抵抗が増し、圧損が上昇したものと考えられる。
他方、本発明の実施例の場合には、都市ガスの吹込みを開始しても圧損の大きな変化はない。

このように、本発明の実施例によれば、気体還元材としての都市ガスを吹込んでも圧損が生じないことが検証された。

次に、都市ガス吹込み位置と圧損との関係を調べるために、都市ガスの吹込み位置を羽口炉内側先端から徐々に炉外側に移動させて圧損変化率を求めた。圧損変化率とは、前述したように、都市ガス吹込み後圧損を都市ガス吹込み前圧損で除算したものである。
図５は圧損変化率と都市ガス吹込み位置との関係を示したグラフであり、縦軸が圧損変化を、横軸が羽口炉内側先端からの距離を示している。
図５から分かるように、羽口炉内側先端から５０ｍｍまでは圧損変化率１．０でほぼ横ばいであり、５０ｍｍを超えた地点から圧損変化率が急上昇している。
このことから、圧損を生ずることなく都市ガスを吹込むことができる位置としては、羽口炉内側先端から炉外側に５０ｍｍまでの範囲であると認められる。
なお、圧損の発生を確実に防止することを考えれば、都市ガス吹込み位置は羽口炉内側先端から炉外側に２５ｍｍまでの範囲にするのがより望ましい。

上記の試験炉による検証結果から本発明例のようにして気体還元材を吹き込むようにすれば、圧損の問題を生じないことがわかった。そこで、この点が高炉の実操業に与える影響についての検証を行なった。検証結果を表１に示す。

表１においては、微粉炭のみ吹込み、都市ガスの吹込み無しの場合（以下において「ベース操業」という。）を左欄に、羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭（１００ｋｇ／Ｔ）及び都市ガス（５０ｋｇ／Ｔ）の吹込みを行った場合（以下において「比較例」という。）を中央欄に、図１に示した本発明例のランスを用いて比較例と同様に微粉炭（１００ｋｇ／Ｔ）及び都市ガスを（５０ｋｇ／Ｔ）吹込んだ場合（都市ガスを羽口炉内側先端位置で吹込みその後方から羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭の吹込みを行う場合、以下において「本発明例」という。）を右欄にそれぞれ記載している。

表１における送風量の欄を見ると、ベース操業では８００５（ｍ^３(標準状態）／min）、比較例では７９３０（ｍ^３(標準状態）／min）、本発明例では７７７０（ｍ^３(標準状態）／min）となっている。これは、本発明例の都市ガス吹込み構造を用いることで、都市ガスを吹込む場合にもベース操業の場合と同様の送風が可能であることを示している。これは、都市ガスを吹込んでも圧損が生じないことの効果である。
還元材比（RAR）の欄を見ると、ベース操業では還元材比が５００（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では４９０（ｋｇ／Ｔ）に低下しており、還元効率が向上したことが分かる。このことは、還元効率の高い都市ガスを還元材として効果的に利用できたことを示している。他方、比較例では本発明例と同量の都市ガスを吹込んでいるのにもかかわらず、還元材比は５２０（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合よりも還元材比が高くなっている。これは還元効率のよい都市ガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材として効果的にできなかったことを示している。

また、コークス比(CR)の欄を見ると、ベース操業ではコークス比が４００（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では３４０（ｋｇ／Ｔ）になっており、コークス比が６０（ｋｇ／Ｔ）低下したことが分かる。都市ガスを５０（ｋｇ／Ｔ）吹込んだことによってコークス比が６０（ｋｇ／Ｔ）低下しており、このことは、吹込んだ都市ガスがコークスと効果的に置換（コークス置換率：60/50=1.20）されていることを示している。他方、比較例では本発明例と同量の都市ガスを吹込んでいるにもかかわらず、コークス比は３７０（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合より３０（ｋｇ／Ｔ）低下したにすぎない。これは還元効率のよい都市ガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長されコークスとの置換（コークス置換率：30/50=0.6）が効果的にできなかったことを示している。コークス置換率の欄に数値を示すが、比較例では0.60であったのに対し、本発明では1.20と大きくなっており、コークスの削減効果が大きいことが分かる。なお、コークス置換率は、コークス比の削減量を都市ガス比で除して求めた。

さらに、表１の出銑量の欄を見ると、ベース操業では出銑量が１１５００（Ｔ／Ｄ）であったのが、本発明例では１１７００（Ｔ／Ｄ）に増えており、還元効率のよい都市ガスを吹込んだ効果が、出銑量に反映されている。他方、比較例においては、出銑量が１１０００（Ｔ／Ｄ）であり、ベース操業の場合よりも減少している。これは、還元効率のよい都市ガスを吹込んだにもかかわらず、その吹込み方が適切でなかったため、圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材を効果的に利用できなかったためである。
このように、都市ガスのような還元効率の高い気体還元材を吹込んでも、その吹込み方が不適切であれば、効果的な高炉操業ができない。
この点、本発明によれば、効果的な高炉操業が実現され、その効果は絶大である。

（実施例２）（気体還元材が、ＬＮＧ）
実施例１の都市ガスを液化天然（ＬＮＧ）ガスに代えて、試験炉での検証と高炉実操業に与える影響について、検証を行った。なお、試験の条件は、都市ガスをＬＮＧガスに代えた以外は、実施例１と同じ方法で行った。なお、本実施例で用いたＬＮＧガスの組成は、メタンガス：88.8体積％、エタンガス：5.6体積％、プロパンガス：3.7体積％、ブタンガス：1.8体積％で、カロリーは11800kcal/kgである。また、本実施例で用いた微粉炭は、７４μmのメッシュ間隔の篩いを通過した微粒子が８０％で、銘柄はBlackwater炭である。
その結果、本発明の範囲で、気体還元材を吹き込むようにすれば、圧損の問題を生じないことが分かった。また、高炉の実操業に与える影響について、検証を行った結果を表２に示す。

表２においては、ＬＮＧガスの吹込み無しの場合（以下において「ベース操業」という。）を左欄に、羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭及びＬＮＧガス（５０ｋｇ／Ｔ）の吹込みを行った場合（以下において「比較例」という。）を中央欄に、図１に示した本発明例のランスを用いて比較例と同様にＬＮＧガスを５０（ｋｇ／Ｔ）吹込んだ場合（ＬＮＧガスを羽口炉内側先端位置で吹込みその後方から羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭の吹込みを行う場合、以下において「本発明例」という。）を右欄にそれぞれ記載している。

表２における送風量の欄を見ると、ベース操業では８００５（ｍ^３(標準状態）／min）、比較例では７９３０（ｍ^３(標準状態）／min）、本発明例では７７７０（ｍ^３(標準状態）／min）となっている。これは、本発明例のＬＮＧガス吹込み構造を用いることで、ＬＮＧガスを吹込む場合にもベース操業の場合と同様の送風が可能であることを示している。これは、ＬＮＧガスを吹込んでも圧損が生じないことの効果である。

還元材比（RAR）の欄を見ると、ベース操業では還元材比が５００（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では４９５（ｋｇ／Ｔ）に低下しており、還元効率が向上したことが分かる。このことは、還元効率の高いＬＮＧガスを還元材として効果的に利用できたことを示している。他方、比較例では本発明例と同量のＬＮＧガスを吹込んでいるのにもかかわらず、還元材比は５２２（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合よりも還元材比が高くなっている。これは還元効率のよいＬＮＧガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材として効果的にできなかったことを示している。

また、コークス比(CR)の欄を見ると、ベース操業ではコークス比が４００（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では３４５（ｋｇ／Ｔ）になっており、コークス比が５５（ｋｇ／Ｔ）低下したことが分かる。ＬＮＧガスを５０（ｋｇ／Ｔ）吹込んだことによってコークス比が５５（ｋｇ／Ｔ）低下しており、このことは、吹込んだＬＮＧガスがコークスと効果的に置換（コークス置換率：55/50=1.10）されていることを示している。他方、比較例では本発明例と同量のＬＮＧガスを吹込んでいるにもかかわらず、コークス比は３７２（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合より２８（ｋｇ／Ｔ）低下したにすぎない。これは還元効率のよいＬＮＧガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長されコークスとの置換（コークス置換率：28/50=0.56）が効果的にできなかったことを示している。実施例１と同様、コークス置換率は比較例では0.58であったのに対し、本発明では1.10と大きくなっていることが分かる。

さらに、表２の出銑量の欄を見ると、ベース操業では出銑量が１１５００（Ｔ／Ｄ）であったのが、本発明例では１１６００（Ｔ／Ｄ）に増えており、還元効率のよいＬＮＧガスを吹込んだ効果が、出銑量に反映されている。他方、比較例においては、出銑量が１１２００（Ｔ／Ｄ）であり、ベース操業の場合よりも減少している。これは、還元効率のよいＬＮＧガスを吹込んだにもかかわらず、その吹込み方が適切でなかったため、圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材を効果的に利用できなかったためである。
このように、ＬＮＧガスのような還元効率の高い気体還元材を吹込んでも、その吹込み方が不適切であれば、効果的な高炉操業ができない。
この点、本発明によれば、効果的な高炉操業が実現され、その効果は絶大である。

（実施例３）（気体還元材が、ＬＰＧ）
実施例１の都市ガスをプロパンガス（ＬＰＧ）ガスに代えて、試験炉での検証と高炉実操業に与える影響について、検証を行った。なお、試験の条件は、都市ガスをＬＰＧガスに代えた以外は、実施例１と同じ方法で行った。なお、本実施例で用いたＬＰＧガスの組成は、プロパンガス：95体積％、ブタンガス：5体積％で、カロリーは11100kcal/kgである。また、本実施例で用いた微粉炭は、７４μmのメッシュ間隔の篩いを通過した微粒子が８０％で、銘柄はBlackwater炭である。
その結果、本発明の範囲で、気体還元材を吹き込むようにすれば、圧損の問題を生じないことが分かった。また、高炉の実操業に与える影響について、検証を行った結果を表３に示す。

表３においては、ＬＰＧガスの吹込み無しの場合（以下において「ベース操業」という。）を左欄に、羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭及びＬＰＧガス（５０ｋｇ／Ｔ）の吹込みを行った場合（以下において「比較例」という。）を中央欄に、図１に示した本発明例のランスを用いて比較例と同様にＬＰＧガスを５０（ｋｇ／Ｔ）吹込んだ場合（ＬＰＧガスを羽口炉内側先端位置で吹込みその後方から羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭の吹込みを行う場合、以下において「本発明例」という。）を右欄にそれぞれ記載している。

表３における送風量の欄を見ると、ベース操業では８００５（ｍ^３(標準状態）／min）、比較例では７９００（ｍ^３(標準状態）／min）、本発明例では７８９０（ｍ^３(標準状態）／min）となっている。これは、本発明例のＬＰＧガス吹込み構造を用いることで、ＬＰＧガスを吹込む場合にもベース操業の場合と同様の送風が可能であることを示している。これは、ＬＰＧガスを吹込んでも圧損が生じないことの効果である。

還元材比（RAR）の欄を見ると、ベース操業では還元材比が５００（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では４８８（ｋｇ／Ｔ）に低下しており、還元効率が向上したことが分かる。このことは、還元効率の高いＬＰＧガスを還元材として効果的に利用できたことを示している。他方、比較例では本発明例と同量のＬＰＧガスを吹込んでいるのにもかかわらず、還元材比は５１７（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合よりも還元材比が高くなっている。これは還元効率のよいＬＰＧガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材として効果的にできなかったことを示している。

また、コークス比(CR)の欄を見ると、ベース操業ではコークス比が４００（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では３３８（ｋｇ／Ｔ）になっており、コークス比が６２（ｋｇ／Ｔ）低下したことが分かる。ＬＰＧガスを５０（ｋｇ／Ｔ）吹込んだことによってコークス比が６２（ｋｇ／Ｔ）低下しており、このことは、吹込んだＬＰＧガスがコークスと効果的に置換（コークス置換率：62/50=1.24）されていることを示している。他方、比較例では本発明例と同量のＬＰＧガスを吹込んでいるにもかかわらず、コークス比は３６７（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合より３３（ｋｇ／Ｔ）低下したにすぎない。これは還元効率のよいＬＰＧガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長されコークスとの置換（コークス置換率：33/50=0.66）が効果的にできなかったことを示している。

さらに、表３の出銑量の欄を見ると、ベース操業では出銑量が１１５００（Ｔ／Ｄ）であったのが、本発明例では１１９００（Ｔ／Ｄ）に増えており、還元効率のよいＬＰＧガスを吹込んだ効果が、出銑量に反映されている。他方、比較例においては、出銑量が１１４００（Ｔ／Ｄ）であり、ベース操業の場合よりも減少している。これは、還元効率のよいＬＰＧガスを吹込んだにもかかわらず、その吹込み方が適切でなかったため、圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材を効果的に利用できなかったためである。
このように、ＬＰＧガスのような還元効率の高い気体還元材を吹込んでも、その吹込み方が不適切であれば、効果的な高炉操業ができない。
この点、本発明によれば、効果的な高炉操業が実現され、その効果は絶大である。

（実施例４）（気体還元材が、ＣＯＧ）
実施例１の都市ガスをコークスガス（ＣＯＧ）ガスに代えて、試験炉での検証と高炉実操業に与える影響について、検証を行った。なお、試験の条件は、都市ガスをＣＯＧガスに代えた以外は、実施例１と同じ方法で行った。なお、本実施例で用いたＣＯＧガスの組成は、水素：58.5体積％、ＣＯガス：6.4体積％、ＣＯ2ガス：2.0体積％、メタンガス：27.4体積％、エチレンガス：2.6体積％、Ｎ2ガス：2.0体積％、その他で、カロリーは4580kcal/Nm³である。また、本実施例で用いた微粉炭は、７４μmのメッシュ間隔の篩いを通過した微粒子が８０％で、銘柄はBlackwater炭である。
その結果、本発明の範囲で、気体還元材を吹き込むようにすれば、圧損の問題を生じないことが分かった。また、高炉の実操業に与える影響について、検証を行った結果を表４に示す。

表４においては、ＣＯＧガスの吹込み無しの場合（以下において「ベース操業」という。）を左欄に、羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭及びＣＯＧガス（５０ｋｇ／Ｔ）の吹込みを行った場合（以下において「比較例」という。）を中央欄に、図１に示した本発明例のランスを用いて比較例と同様にＣＯＧガスを５０（ｋｇ／Ｔ）吹込んだ場合（ＣＯＧガスを羽口炉内側先端位置で吹込みその後方から羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で微粉炭の吹込みを行う場合、以下において「本発明例」という。）を右欄にそれぞれ記載している。

表４における送風量の欄を見ると、ベース操業では８００５（ｍ^３(標準状態）／min）、比較例では７７８０（ｍ^３(標準状態）／min）、本発明例では７７６０（ｍ^３(標準状態）／min）となっている。これは、本発明例のＣＯＧガス吹込み構造を用いることで、ＣＯＧガスを吹込む場合にもベース操業の場合と同様の送風が可能であることを示している。これは、ＣＯＧガスを吹込んでも圧損が生じないことの効果である。

還元材比（RAR）の欄を見ると、ベース操業では還元材比が５００（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では５００（ｋｇ／Ｔ）と変化はないが、比較例では本発明例と同量のＣＯＧガスを吹込んでいるのにもかかわらず、還元材比は５２９（ｋｇ／Ｔ）まで上昇している。

また、コークス比(CR)の欄を見ると、ベース操業ではコークス比が４００（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では３５０（ｋｇ／Ｔ）まで低下しており、高価なコークスを５０（ｋｇ／Ｔ）削減できていることが分かる（コークス置換率：50/50=1.00）。
他方、比較例では本発明例と同量のＣＯＧガスを吹込んでいるにもかかわらず、コークス比は３７９（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合より２１（ｋｇ／Ｔ）低下したにすぎない。これは還元効率のよいＣＯＧガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長されコークスとの置換（コークス置換率：21/50=0.42）が効果的にできなかったことを示している。

さらに、表４の出銑量の欄を見ると、ベース操業では出銑量が１１３００（Ｔ／Ｄ）であったのが、本発明例では１１９００（Ｔ／Ｄ）に増えており、還元効率のよいＣＯＧガスを吹込んだ効果が、出銑量に反映されている。他方、比較例においては、出銑量が１１３００（Ｔ／Ｄ）であり、ベース操業の場合よりも減少している。これは、還元効率のよいＣＯＧガスを吹込んだにもかかわらず、その吹込み方が適切でなかったため、圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材を効果的に利用できなかったためである。
このように、ＣＯＧガスのような還元効率の高い気体還元材を吹込んでも、その吹込み方が不適切であれば、効果的な高炉操業ができない。
この点、本発明によれば、効果的な高炉操業が実現され、その効果は絶大である。

（実施例５）（固体還元材が、合成樹脂）
実施例１の合成樹脂を合成樹脂（灰分：3.0mass％(db)、Ｃ：85.0 mass％(daf)、Ｈ：15
mass％(daf)）に代えて、試験炉での検証と高炉実操業に与える影響について、検証を行った。なお、試験の条件は、微粉炭を合成樹脂に代えた以外は、実施例１と同じ方法で行った。なお、本実施例で用いた合成樹脂は、平均粒径が6.5mmで、樹脂の種類は、ポリエチレンである。
その結果、本発明の範囲で、気体還元材を吹き込むようにすれば、圧損の問題を生じないことが分かった。また、高炉の実操業に与える影響について、検証を行った結果を表５に示す。

表５においては、都市ガスの吹込み無しの場合（以下において「ベース操業」という。）を左欄に、羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で合成樹脂及び都市ガス（５０ｋｇ／Ｔ）の吹込みを行った場合（以下において「比較例」という。）を中央欄に、図１に示した本発明例のランスを用いて比較例と同様に都市ガスを５０（ｋｇ／Ｔ）吹込んだ場合（都市ガスを羽口炉内側先端位置で吹込みその後方から羽口炉内側先端から２００ｍｍの位置で合成樹脂の吹込みを行う場合、以下において「本発明例」という。）を右欄にそれぞれ記載している。

表５における送風量の欄を見ると、ベース操業では７８７０（ｍ^３(標準状態）／min）、比較例では７９５０（ｍ^３(標準状態）／min）、本発明例では７８００（ｍ^３(標準状態）／min）となっている。これは、本発明例の都市ガス吹込み構造を用いることで、都市ガスを吹込む場合にもベース操業の場合と同様の送風が可能であることを示している。これは、都市ガスを吹込んでも圧損が生じないことの効果である。

還元材比（RAR）の欄を見ると、ベース操業では還元材比が５０３（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では４９３（ｋｇ／Ｔ）に低下しており、還元効率が向上したことが分かる。このことは、還元効率の高い都市ガスを還元材として効果的に利用できたことを示している。他方、比較例では本発明例と同量の都市ガスを吹込んでいるのにもかかわらず、還元材比は５２０（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合よりも還元材比が高くなっている。これは還元効率のよい都市ガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材として効果的にできなかったことを示している。

また、コークス比(CR)の欄を見ると、ベース操業ではコークス比が４００３（ｋｇ／Ｔ）であったのが、本発明例では３４３（ｋｇ／Ｔ）になっており、コークス比が６０（ｋｇ／Ｔ）低下したことが分かる。都市ガスを５０（ｋｇ／Ｔ）吹込んだことによってコークス比が６０（ｋｇ／Ｔ）低下しており、このことは、吹込んだ都市ガスがコークスと効果的に置換（コークス置換率：60/50=1.20）されていることを示している。他方、比較例では本発明例と同量の都市ガスを吹込んでいるにもかかわらず、コークス比は３７０（ｋｇ／Ｔ）であり、ベース操業の場合より３３（ｋｇ／Ｔ）低下したにすぎない。これは還元効率のよい都市ガスを吹込んだにもかかわらず圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長されコークスとの置換（コークス置換率：33/50=0.66）が効果的にできなかったことを示している。

さらに、表５の出銑量の欄を見ると、ベース操業では出銑量が１１５００（Ｔ／Ｄ）であったのが、本発明例では１１７００（Ｔ／Ｄ）に増えており、還元効率のよい都市ガスを吹込んだ効果が、出銑量に反映されている。他方、比較例においては、出銑量が１１４００（Ｔ／Ｄ）であり、ベース操業の場合よりも減少している。これは、還元効率のよい都市ガスを吹込んだにもかかわらず、その吹込み方が適切でなかったため、圧損上昇により、送風量の低下や操業の不安定化が助長され還元材を効果的に利用できなかったためである。
このように、都市ガスのような還元効率の高い気体還元材を吹込んでも、その吹込み方が不適切であれば、効果的な高炉操業ができない。
この点、本発明によれば、効果的な高炉操業が実現され、その効果は絶大である。

実施の形態２の効果を実証するために図１に示したコークス充填型試験燃焼炉によって、都市ガス吹込がある場合とない場合について微粉炭吹込み位置による影響を調査する実験を行った。なお、都市ガス吹込み位置は羽口炉内先端から２５ｍｍで一定とした。

図６に微粉炭吹込み位置を変化させた場合の、微粉炭吹込み位置と排ガス中のダスト捕集量との関係を示したグラフを示す。図６においては、縦軸がダスト捕集量を示し、横軸が微粉炭吹込み位置を示している。
図６のグラフに示されるように、排ガス中のダスト捕集量は、都市ガス吹込みある場合もない場合も、微粉炭の吹込み位置が羽口先端から炉外側に後退するほど減少している。これは、羽口先端からの距離が長くなるほど、ブローパイプ内での微粉炭の予熱が十分となり、微粉炭の炉内での燃焼性が向上することを示している。
また、都市ガス吹込みを行った場合の方が、排ガス中のダスト捕集量が減少していることから、都市ガスの炉内における燃焼熱による助燃効果により、微粉炭の燃焼性が向上しているものと考えられる。

図６のグラフから羽口先端近傍にて都市ガス吹込みを行った場合には、微粉炭吹込み位置が羽口先端から５０ｍｍであっても、排ガス中のダスト捕集量は都市ガス吹込みのない場合のほぼ最低値と同等程度であることが分かる。このことから、実施の形態２で述べた微粉炭吹込み位置が羽口先端から５０ｍｍであっても通気性の問題が生じないことが実証された。

図７は微粉炭吹込み位置を変化させた場合の、微粉炭吹込み位置と圧損の関係を示したグラフを示している。図７においては、縦軸が圧損を示し、横軸が微粉炭吹込み位置を示している。
図７に示されるように、都市ガス吹込みがない場合、羽口先端からの距離が１５０ｍｍを超えると圧損が急上昇するのに対して、都市ガス吹込みがある場合、羽口先端からの距離が２００ｍｍを超えるまで圧損の上昇が認められない。
これは、都市ガスを吹込んだ場合には、都市ガスの燃焼が炉内における羽口先端近傍付近で起こっているため、ブローパイプから送られる熱風中の酸素が羽口先端近傍で消費され、この位置での微粉炭の燃焼が起こりにくくなり、圧損が上昇する微粉炭吹込み位置が羽口先端から炉外側に約５０ｍｍずれたものと考えられる。

このように図７のグラフから、羽口先端近傍にて都市ガス吹込みを行った場合には、微粉炭吹込み位置が羽口先端から２００ｍｍであっても、圧損は都市ガス吹込みのない場合のほぼ最低値と同等程度であることが分かる。このことから、実施の形態２で述べた微粉炭吹込み位置が羽口先端から２００ｍｍであっても圧損の問題が生じないことが実証された。

以上のように、気体還元材の吹込み位置を羽口先端から０〜５０ｍｍの範囲に設定した場合には、固体還元材の吹込み位置は気体還元材吹込み位置よりも炉外側で羽口先端から２００ｍｍの範囲に設定するのが望ましいことが実証された。
また、図６、図７によれば、ダスト捕集量がより少なくかつ圧損も小さくするためには、固体還元材の吹込み位置を羽口先端から７５〜２００ｍｍの範囲に設定するのがより望ましいことが分かる。

本発明の一実施形態に係る微粉炭吹き込み方法及び装置の説明図である。 本発明の実施例に用いた試験炉の説明図である。 実施例１における比較例の実験結果のグラフである。 実施例１における本発明例の実験結果のグラフである。 実施例１における圧損変化率と都市ガス吹込み位置との関係を示すグラフである。 実施例２におけるダスト捕集量と微粉炭吹込み位置との関係を示すグラフである。 実施例２における圧損と微粉炭吹込み位置との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１における気体還元材吹込み手段の他の態様の説明図である。 本発明の実施の形態１における固体還元材吹込み用ランスの他の態様の説明図である。

符号の説明

１ 羽口、１ａ 羽口炉内側端部、３ ブローパイプ、５ 気体還元材吹込み用ランス、５ａ 気体還元材吹込み口、７ 固体還元材吹込み用ランス、７ａ 固体還元材吹込み口。

Claims (8)

1. 高炉羽口から気体還元材を吹込む還元材吹込み装置であって、気体還元材の吹き込み口が前記高炉羽口の炉内側先端部近傍に設けられてなることを特徴とする高炉への還元材吹込み装置。
2. 高炉羽口から気体還元材を吹込む還元材吹込み装置であって、気体還元材を吹込む気体還元材吹込み用ランスを備え、該気体還元材吹込み用ランスの吹込み口を前記高炉羽口の炉内側端部近傍に配置したことを特徴とする高炉への還元材吹込み装置。
3. 気体還元材吹き込み位置を前記高炉羽口の炉内側先端部から炉外側に０〜５０ｍｍの範囲内に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉への還元材吹込み装置。
4. 固体還元材吹込み用ランスを備え、該固体還元材吹込み用ランスの吹込み口を気体還元材吹込み用ランスの吹込み口より送風方向上流側に配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高炉への還元材吹込み装置。
5. 送風通路内において、固体還元材吹込み用ランスと気体還元材吹込み用ランスが交差するように配置したことを特徴とする請求項４記載の高炉への還元材吹込み装置。
6. 固体還元材吹込み用ランスの吹込み口を高炉羽口の炉内側先端部から炉外側に２００ｍｍの範囲内に配置したことを特徴とする請求項４または５に記載の還元材吹込み装置。
7. 気体還元材吹込み用ランスは屈曲部又は湾曲部を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の高炉への還元材吹込み装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の還元材吹込み装置を用いて、該還元材吹込み装置から少なくとも気体還元材を吹込むことを特徴とする高炉操業方法。

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