JP2007131873A - 高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉の微粉炭吹込み操業において、羽口の摩耗を低減可能な高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造を提供すること。また、微粉炭の燃焼性を向上可能な高炉微粉炭吹込みランス配置構造を提供すること。
【解決手段】高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が前記羽口側に向くように挿入された複数本の微粉炭吹込み用ランスを、ブローパイプ軸芯線を通る軸方向水平断面へ各微粉炭吹き込みランスの軸芯線を投影した際に得られる軸方向水平断面上での各微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線とブローパイプの軸芯との交点が、羽口先端から５０ｍｍ以内の羽口内側に位置するように、または羽口先端部における微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線と羽口上部内壁面との距離が４０ｍｍ以上となるように、配置することを特徴とする高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉の羽口から微粉炭を吹き込む操業に関し、高炉微粉炭吹込み用ランスの配置構造に関するものである。

近年の高炉操業においては、燃料原単位の低減、炉況安定化のため、微粉炭を羽口より直接、高炉内に吹き込む操業方法が実施されている。この微粉炭を補助燃料として使用する方法は、コークス比を低減できるので、コークス炉の負荷も軽減可能であり、より多量の微粉炭吹込みが指向されている。

一般に微粉炭の高炉内への吹込みは、図６に示すように、先端を羽口１方向に向けてブローパイプ３内に挿入したランス２を介して行われるが、微粉炭の多量吹込みを行おうとする場合、微粉炭と酸素との比（ｋｇ／Ｎｍ³）が大きくなり、微粉炭の燃焼性が低下する。そのため高炉内に装入するコークスの一部を微粉炭に置き換えることができる割合、即ち、置換率が低下し、微粉炭の吹込み効果が減少する。図６において８はレースウェイである。

高炉羽口部での２本以上の微粉炭の吹込みランスの配置方法については、燃焼性改善や羽口部での圧損低減を目的として様々な方法が提案されている。例えば、複数本のランスの各々を、ランスの少なくとも先端部の中心軸線がブローパイプの中心軸線と交差しない位置に、且つ、ブローパイプの中心軸線に関して互いに軸対称位置に配置する偏芯ランス等が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このようなランスの配置により、微粉炭の拡散効率が向上し、より多量の微粉炭吹込みが可能となる。

いずれにしろ従来の基本的なランスの配置としては、羽口の内面部の、羽口先から５０〜２５０ｍｍ程度の範囲にランスの先端が位置するように設計しており、その際に２つ以上の微粉炭流が互いに衝突しないように先端位置をずらしたり、ランス先端部の形状の変更（曲げ加工、分散チップの取り付け等）を行なうなどの工夫がなされている（例えば、特許文献２参照。）。
特許第２９５３２５５号公報 特開平１１−２２２６１２号公報

しかし、従来の微粉炭吹込みにおけるランスの配置方法を用いて２本以上のランスを使用して微粉炭吹込みを行なう場合、ランスから吹込まれた微粉炭が羽口内壁面に衝突し、羽口内壁の摩耗による羽口破損を引き起こすという問題がある。また、羽口前面（炉内側）の上側の摩耗が著しい場合があり、この部分の摩耗により羽口破損に至る場合もある。このような微粉炭衝突の摩耗による羽口破損の問題は、従来のランス配置方法では対応できない。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、高炉の微粉炭吹込み操業において、羽口の摩耗を低減可能な高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造を提供することにある。また本発明の他の目的は、微粉炭の燃焼性を向上可能な高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造を提供することにある。

このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が前記羽口側に向くように挿入された複数本の微粉炭吹込み用ランスを、ブローパイプ軸芯線を通る軸方向水平断面へ各微粉炭吹き込みランスの軸芯線を投影した際に得られる軸方向水平断面上での各微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線とブローパイプの軸芯との交点が、羽口先端から５０ｍｍ以内の羽口内側に位置するように配置することを特徴とする高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造。
（２）高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が前記羽口側に向くように挿入された複数本の微粉炭吹込み用ランスを、羽口先端部における該微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線と羽口上部内壁面との距離が４０ｍｍ以上となるよう配置することを特徴とする高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造。
（３）高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が前記羽口側に向くように挿入された複数本の微粉炭吹込み用ランスを、各微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線とブローパイプの軸芯との交点が、羽口先端から５０ｍｍ以内の羽口内側に、かつ羽口先端部における前記微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線と羽口上部内壁面との距離が４０ｍｍ以上となるよう配置することを特徴とする高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造。
（４）各微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線の羽口先端部における間隔が４０ｍｍ以上となるようにランス位置を配置することを特徴とする（１）ないし（３）のいずれかに記載の高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造。

本発明によれば、微粉炭の燃焼性を維持または向上させつつ、羽口破損による操業トラブルの発生を抑制できる。また、羽口先端部での微粉炭流れを考慮したランス配置としているので、羽口先端部上側の損耗速度を抑制でき、羽口の寿命延長も期待できる。

本発明者等は高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が前記羽口側に向くように挿入された複数本の微粉炭吹込み用ランスからキャリアガスにより微粉炭を前記ブローパイプ内に吹込む際の、微粉炭吹込み用ランスの配置構造について検討した。その結果、ランスはブローパイプの側面から斜め方向に羽口に向かって挿入されるため、挿入角度の設定によっては、ブローパイプ軸芯線を通る軸方向水平断面へ各微粉炭吹き込みランスの軸芯線を投影した際に得られる軸方向水平断面上での各微粉炭吹き込みランスの軸芯延長線が、同じ軸方向水平断面上へ羽口の軸芯線を投影させた場合に得られる軸芯線と交わる点が生じ、その交点と羽口先端からの距離が一定以上の長さになると、ランスから吹込まれた微粉炭が羽口内壁面に衝突し、羽口内壁の摩耗による羽口破損を引き起こすことを見出した。これは通常、ランス配置を設計する際には、ランス軸芯延長線が羽口内面壁へ衝突しないような挿入角度を設定するが、実炉において羽口やブローパイプを設置する際に、羽口金物のずれ、羽口−ブローパイプ間のずれ、ランス−ブローパイプガイド管のずれ等の発生により、羽口内におけるランス位置が変動することが原因で、羽口内面壁へ微粉炭流が衝突する場合が発生するためである。また、微粉炭流が羽口内面のランス先端からレースウェイ内へ吹き込まれる際に、微粉炭の吹出し位置、すなわち、羽口軸芯線に垂直な断面上でのランス先端位置を変更することで、炉内の還元ガスの上昇に伴い羽口前面部上側へ巻き込まれる微粉炭の量を低減でき、羽口前面上側の磨耗を抑制できることを見出した。

まず、ランスから吹込まれる微粉炭が羽口の内壁面を摩耗させる可能性を低減可能なランスの配置について説明する。このためには、ランスから直線状に吹込まれる微粉炭の流線の中心であるランスの軸芯延長線が、羽口先端部において羽口内壁面との最短距離が３０ｍｍ以上となるようにランスを設置すればよい。図１は高炉の羽口１付近の水平断面の概略図であり、ランス２をブローパイプ３へ挿入するためのガイド管４の軸芯５と、ブローパイプ３の軸芯６とを含む断面において、ランス２の軸芯延長線７とブローパイプ３の軸芯６との交点Ａが、羽口先端位置Ｂから５０ｍｍ羽口内部側の点（−５０ｍｍ）Ｃよりも炉内側に位置するように設定してランス２を設置する。このように設定することで、ランスの設置時に多少のずれが発生しても、羽口の先端部においても吹込まれる微粉炭の流線の中心点と羽口内壁面との最短距離が３０ｍｍ以上となり、微粉炭による羽口内壁の摩耗が防止される。

次に、微粉炭が羽口前面上側を摩耗させる可能性を低減可能なランスの配置について説明する。図２は羽口の正面から見た羽口先端部における微粉炭流が吹込まれる位置を示す概略図である。図２に示す円は、羽口先端部での羽口の内壁面に相当する。図２中の点Ｄ、Ｅは、２本のランスの軸芯延長線の羽口先端部における到達位置であり、微粉炭流線の中心点を示す。図３にランスの軸芯延長線（微粉炭流線の中心点）と羽口内壁面上側との距離と、羽口前面上側の摩耗速度との関係を示す。図３によれば、ランスの軸芯延長線と羽口内壁面との距離が大きい場合に摩耗速度が低下することが明らかである。例えば、羽口前面上側においては、羽口表面から内部の冷却水路までの距離が４０ｍｍであり、３５ｍｍ損耗した状態で交換するとした場合、使用期間を１年とすると羽口磨耗速度は０．０９６ｍｍ／日（３５mm／年）以下とする必要があることになり、図３を用いてこのような羽口磨耗速度を有する羽口上部内壁面とランスの軸芯延長線との距離を４０ｍｍと推定することができる。すなわち、羽口前面上側に必要な寿命から推定された、羽口上部内壁面とランスの軸芯延長線との距離は、上記の内壁面の摩耗防止の場合よりも大きく、４０ｍｍ以上とすると良いことが分かる。したがって、最も羽口上面に近い点Ｄと羽口の内壁の最上部との距離ａが４０ｍｍ以上となるようにランス位置を設定することで、微粉炭流が羽口からレースウェイ内へ吹込まれる際に羽口上面へすぐに巻き込まれることを防止して、羽口前面上側の摩耗を抑制する。

したがって、ランスの軸芯延長線が、羽口先端部において羽口内壁面との最短距離が３０ｍｍ以上となり、かつ羽口先端部においてランスの軸芯延長線のうち最も上部に位置するものの羽口上部内壁面と微粉炭流線の中心点との距離が４０ｍｍ以上となるようにランスを設置することが特に望ましい。

さらに、微粉炭の燃焼性を向上させるためのランスの配置について説明する。羽口先端部における微粉炭流の重なりが少ないほど、微粉炭の燃焼性が向上する。図４にランス先端からの距離と微粉炭流の拡がり半径との関係を示す。ランス先端部と羽口先端部との距離は通常で最大２５０ｍｍ程度に設定されるので、羽口先端部における微粉炭流の半径は２０ｍｍ以下と考えることができる。従って通常の高炉の羽口では、各ランスの軸芯延長線の羽口先端部における間隔が４０ｍｍ以上となるようにランス位置を設定することで微粉炭流の重なりの発生を防止して、微粉炭の燃焼性を向上させることが可能である。

以上のことから、最も望ましくは、最も羽口上側に吹込まれる微粉炭流のランスの軸芯延長線の羽口内壁面との距離を４０ｍｍ以上、複数のランスの軸芯延長線の羽口先端部における間隔を４０ｍｍ以上、羽口上側に吹込まれる微粉炭流以外の微粉炭流のランスの軸芯延長線の羽口内壁面との距離を３０ｍｍ以上となるように、ランス位置を設定する。図５は羽口の正面から見た羽口先端部における微粉炭流が吹込まれる位置を示す概略図であり、１は、羽口先端部での羽口の内壁面に相当する。図５中の点Ｄ、Ｅは、２本のランスの軸芯延長線の羽口先端部における到達位置であり、微粉炭流線の中心点を示す。最も羽口上側に吹込まれる微粉炭流の中心点Ｄの羽口上部内壁面との距離ａは４０ｍｍ以上、２つの微粉炭流の中心点Ｄ、Ｅ間の距離ｂは４０ｍｍ以上、羽口上側に吹込まれる微粉炭流以外の中心点Ｅの羽口内壁面との距離ｃは３０ｍｍ以上となるように、ランス位置を設定する。ランスを３本以上用いる場合も、同様にランス位置を設定すれば、同様の効果を得ることができる。

高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が羽口側に向くように挿入された２本の微粉炭吹込み用ランスを用いて微粉炭吹き込み操業を行なった。図７に、高炉の羽口付近の垂直方向での断面の概略図を、図８に高炉の羽口付近の水平方向での断面の概略図を示す。２本のランス２（炉芯向き右側ランス２ａおよび炉芯向き左側ランス２ｂ）は、図７、図８に示すような角度で配置された。図８において、炉芯向き右側ランス２ａ、炉芯向き左側ランス２ｂのブローパイプ軸芯線を通る軸方向水平断面へ微粉炭吹き込みランスの軸芯線を投影した際に得られる軸方向断面上での微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線とブローパイプの軸芯との交点は、羽口先端部から１５０ｍｍ内側の位置であった。

その後、図９、図１０に示すようにランスの配置を変更して、本発明のランス配置構造を用いて高炉操業を行なった。図９は、高炉の羽口付近の垂直方向での断面の概略図を、図１０は高炉の羽口付近の水平方向での断面の概略図である。図８と比較して、ランスの先端位置は同じであるが、図１０において、炉芯向き右側ランス２ａ、炉芯向き左側ランス２ｂのブローパイプ軸芯線を通る軸方向水平断面へ微粉炭吹き込みランスの軸芯線を投影した際に得られる軸方向断面上での微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線とブローパイプの軸芯との交点は、羽口先端部であり、羽口先端から５０ｍｍ以内の羽口内側に位置していた。また、図７に比較して、図９においては、微粉炭がランスから直線状に吹込まれた場合の羽口先端部における到達位置が下がり、羽口上部内壁面との距離が広くなった。また、炉芯向き右側ランス２ａ、炉芯向き左側ランス２ｂの微粉炭がランスから直線状に吹込まれた場合の羽口先端部における到達位置の間隔も広がった。

図１１は図７〜図１０を炉外側から炉芯方向に向かって見た場合のランス配置を示す概略図である。

図７、図８に示すランス配置で操業を行なった場合は、羽口寿命が２００日、羽口破損によるトラブル発生頻度が２回／年、微粉炭置換率８２．５％であったのに対し、図９、図１０に示す本発明のランス配置の導入後は、羽口寿命が３６５日、羽口破損によるトラブル発生頻度が０回／年、微粉炭置換率８４．２％となり、羽口が長寿命化して、これに伴いトラブルの発生もなくなり、微粉炭置換率も向上した。

高炉の羽口付近の断面の概略図。 羽口の正面から見た羽口先端部における微粉炭流が吹込まれる位置を示す概略図。 微粉炭流線の中心点（ランスの軸芯延長線）と羽口内壁面上側との距離と、羽口前面上側の摩耗速度との関係を示すグラフ。 ランス先端からの距離と微粉炭流の拡がり半径との関係を示すグラフ。 羽口の正面から見た羽口先端部における微粉炭流が吹込まれる位置を示す概略図。 高炉における微粉炭吹込み方法を示す概略断面図。 高炉の羽口付近の垂直方向での断面の概略図（比較例）。 高炉の羽口付近の水平方向での断面の概略図（比較例）。 高炉の羽口付近の垂直方向での断面の概略図（本発明例）。 高炉の羽口付近の水平方向での断面の概略図（本発明例）。 図７〜図１０を炉外側から炉芯方向に向かって見た場合のランス配置を示す概略図。

符号の説明

１ 羽口
２ ランス
２ａ 炉芯向き右側ランス
２ｂ 炉芯向き左側ランス
３ ブローパイプ
４ ガイド管
５ ガイド管の軸芯線
６ ブローパイプの軸芯線
７ ランスの軸芯線
８ レースウェイ
Ａ ランスの軸芯線とブローパイプの軸芯線との交点
Ｂ 羽口先端位置
Ｃ 羽口先端から５０ｍｍ羽口内部側の点
Ｄ 羽口先端部における微粉炭流線の中心点
Ｅ 羽口先端部における微粉炭流線の中心点
ａ 羽口の内壁の最上部との距離
ｂ ２つの微粉炭流の中心点間の距離
ｃ 羽口内壁面との距離

Claims (4)

1. 高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が前記羽口側に向くように挿入された複数本の微粉炭吹込み用ランスを、ブローパイプ軸芯線を通る軸方向水平断面へ各微粉炭吹き込みランスの軸芯線を投影した際に得られる軸方向水平断面上での各微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線とブローパイプの軸芯との交点が、羽口先端から５０ｍｍ以内の羽口内側に位置するように配置することを特徴とする高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造。
2. 高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が前記羽口側に向くように挿入された複数本の微粉炭吹込み用ランスを、羽口先端部における該微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線と羽口上部内壁面との距離が４０ｍｍ以上となるよう配置することを特徴とする高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造。
3. 高炉の送風羽口に接続されたブローパイプ内に、先端が前記羽口側に向くように挿入された複数本の微粉炭吹込み用ランスを、各微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線とブローパイプの軸芯との交点が、羽口先端から５０ｍｍ以内の羽口内側に、かつ、羽口先端部における前記微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線と羽口上部内壁面との距離が４０ｍｍ以上となるよう配置することを特徴とする高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造。
4. 各微粉炭吹込み用ランスの軸芯延長線の羽口先端部における間隔が４０ｍｍ以上となるようにランス位置を配置することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の高炉微粉炭吹込み用ランス配置構造。
   

Images