JP2008231529A - 高炉への気体還元材吹込装置及びこれを用いた高炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】羽口から固体還元材と気体還元材の両方を吹き込む高炉操業を行なう際に、固体還元材の吹込みを停止した際にも、高炉炉況を悪化させることなく高炉の操業を継続可能とする装置及び高炉の操業方法を低コストで提供すること。
【解決手段】高炉炉体外周に配設された複数のリング状気体還元材供給管２ａ〜２ｄと、２ａ〜２ｄと羽口に設置した気体還元材吹き込み用ランス３とを接続する気体還元材吹込み管４と、２ａ〜２ｄに気体還元材を供給する気体還元材供給本管５ａと、５ａから分岐して各２ａ〜２ｄに気体還元材を供給する気体還元材供給管５ｂ〜５ｅと、高炉炉体外周に配設された固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管６と、６とランス３とを接続する固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材吹込み管７と、６に気体還元材を供給する固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材供給管８よりなる、高炉への気体還元材吹込装置を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉への気体還元材吹込装置に関し、特に、固体還元材（微粉炭・使用済みプラスチック等）と気体還元材（都市ガス等）の双方を高炉羽口より炉内に吹込む際に使用する高炉への気体還元材吹込装置及びこれを用いた高炉の操業方法に関するものである。

高炉において、高出銑比、低還元材操業を達成する手段として、天然ガスや都市ガス等の気体還元材（還元性ガス）の羽口からの吹き込みが行われている。しかし、例えば、５０００ｍ³クラス、羽口の送風圧力４００Ｋｐａ以上、羽口の数４０個前後の大型高炉で、この気体還元材の吹込みを行なう場合、熱風を熱風本管から高炉を取り巻く熱風環状管に送り、そこからさらに各羽口に設けられた送風ノズルに供給する熱風吹込装置を用いると、大型高炉は羽口の数も多いため、個々の羽口の吹込ガス量を均一になるように調整することが難しく、さらに、逆火を防止するためにある程度の吹込速度を確保しなければならないが、高炉が大きくなると炉内圧が大きくなるので、特に、吹込ガス量が少なくなった場合にこの吹込速度を確保することが困難となり、気体還元材の吹込みが容易でないと言う問題があった。このような問題を解決する装置として、高炉の炉体の外周に配設された複数のリング状還元性ガス供給管と、炉体の外壁に周状に配置された複数の羽口と、各リング状還元性ガス供給管から複数の羽口に接続する還元性ガス吹込管よりなる、高炉への還元性ガス吹込装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。各羽口への還元性ガス（気体還元材）の吹込量制御は、羽口ごとに個別に流量制御装置を設置すると、設備費が高く制御上も複雑なので、各リング管の元配管に設置された流調弁で一括実施している。
特開２００６−２０６９９４号公報

特許文献１に記載の高炉への還元性ガス吹込装置を用いることで、大型高炉であっても、気体還元材を容易に円周バランスよく安定して吹込むことができ、吹込量を調節することもできる。

一方で、通常の高炉操業においては微粉炭等の羽口吹込みが行なわれている。羽口から固体還元材（微粉炭・使用済みプラスチック等）と気体還元材の両方を吹き込む操業を行なう場合、通常は固体還元材吹込み用と、気体還元材吹込み用のランスを１本ずつ各羽口に設置するが、固体還元材吹込み用のランスは、粉体の吹込みであるため、ランス先端の閉塞等により、吹込みを停止しなければならなくなる場合がある。

微粉炭が吹込み不可能になった羽口では、羽口先端の理論燃焼温度が他の羽口より２００〜３００℃上昇し、高炉炉内コークスの熱衝撃による劣化を助長し、高炉炉況悪化を招く。

炉況悪化を回避するためには、微粉炭の吹込みが不可能になった羽口のランス取替作業を行なうことになるが、これは休風作業となり、実施する場合は大減産（２０００〜３０００ｔ）となる。

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、羽口から固体還元材と気体還元材の両方を吹き込む高炉操業を行なう際に、固体還元材の吹込みランスの吹き込みを停止した際にも、高炉炉況を悪化させることなく、高炉の操業を継続可能とする高炉への気体還元材吹込み装置及びこれを用いた高炉の操業方法を、低コストで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）、固体還元材と気体還元材とを羽口より炉内に吹込む操業を行なう高炉に設置して使用する気体還元材吹込み装置であって、高炉の炉体の外周に配設された複数のリング状気体還元材供給管と、該リング状気体還元材供給管と前記羽口に設置した気体還元材吹き込み用ランスとを接続する気体還元材吹込み管と、前記リング状気体還元材供給管に気体還元材を供給する気体還元材供給本管と、該気体還元材供給本管から分岐して前記各リング状気体還元材供給管に気体還元材を供給する気体還元材供給管とを有し、さらに、高炉の炉体の外周に配設された固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管と、該固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管と前記気体還元材吹き込み用ランスとを接続する固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材吹込み管と、前記固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管に気体還元材を供給する固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材供給管よりなる、高炉への気体還元材吹込装置。
（２）、（１）に記載の装置を用い、固体還元材と気体還元材とを羽口より炉内に吹込む操業を行なう高炉において、当該羽口から固体還元材の吹き込みを停止した際に、当該羽口の気体還元材吹き込み用ランスへのリング状気体還元材供給管からの気体還元材の供給を停止し、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管から前記気体還元材吹き込み用ランスに気体還元材を供給する高炉の操業方法。
（３）、固体還元材の吹き込み停止前にリング状気体還元材供給管から供給していた気体還元材の流量よりも、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管から気体還元材吹き込み用ランスに供給する気体還元材の流量を増加させる、（２）に記載の高炉の操業方法。

本発明によれば、固体還元材が吹込み不可能になった羽口に対して、個別に気体還元材の流量を制御して吹込むことが可能となり、これにより羽口先端の理論燃焼温度を一定に保つことができるので、高炉炉況悪化を防止できる。また、固体還元材吹き込み用のランスが閉塞するたびに、ランス取替作業のために高炉の操業を停止する必要がないので、高炉の生産性が増加する。

本発明者らは、羽口から固体還元材と気体還元材の両方を吹き込む高炉操業を行なう際に、ある羽口において固体還元材の吹込みを停止する場合、その羽口の先端での理論燃焼温度を他の羽口と同レベルにするためには、気体還元材の流量を増加させることで対処可能であると考えた。この場合気体還元材の流量は、通常の約２倍程度必要となる。

尚、固体還元材の吹き込みを停止する場合とは、固体還元材吹き込み用ランスが閉塞した場合や、閉塞には至らないまでもランス先端の異常等により所定量の固体還元材を吹き込むことができなくなった場合、配管の設備トラブルで固体還元材を吹き込むことができなくなった場合等が挙げられる。

以降は、固体還元材吹き込み停止の典型的な例として、固体還元材吹き込み用ランスが閉塞した場合を一実施態様として説明する。

図２、３に、従来技術である特許文献１に記載の還元性ガス（気体還元材）吹込み装置を示す。図２が還元性ガス吹込み装置、図３は図２の装置を高炉に取り付けた状態である。図２、３において、還元性ガスは４つのリング管から吹込み管を通じて高炉内に吹込まれる。還元性ガスの吹込量制御は、各リング管の元配管に設置された流調弁で一括実施している。例えば、羽口３８本の高炉においては、流調弁１台で、９〜１０羽口分の流量を一括調整するものである。したがって、図２、３に記載の装置を用いる場合、固体還元材が吹込み不可能になった羽口のガス流量のみを増加させることは不可能である。尚、固体還元材は気体還元材とは別の経路で、羽口に設置した固体還元材吹込み用ランスから搬送ガスとともに高炉内に吹込まれる。

気体還元材のガス流量を羽口毎に調整可能とするためには、各羽口毎に単独の配管を設置して、羽口数と同一数の流調弁と流量計を設置することで対処可能であるが、設備費が高額になり、制御的にも複雑になる。吹込み管に流調弁と流量計を設置する手段もあるが、現実の設備では配置上、設置不可能な場合もあり、また、高温・ダスト・ガス雰囲気の羽口周辺に流調弁や流量計を設置することになるため、設備費だけでなく、耐久性の面でも問題がある。

そこで、本発明者らは、固体還元材が吹込み不可能になり気体還元材を通常の２倍程度吹込みたい羽口用の、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管及び流量計、流調弁からなる固体還元材吹き込み停止時専用ラインを設置することで、個別の羽口のガス流量の調整が可能な設備とすることができることを見出し、本発明を完成した。この固体還元材吹き込み停止時専用ライン使用時は、羽口廻りに設置された弁で通常使用している吹込み管を閉止し、固体還元材吹き込み停止時専用ライン側からのみ気体還元材を供給する。固体還元材の吹込み不可能となった羽口への気体還元材供給量は、通常の約２倍であり、羽口間で異なるものではないので、微粉炭吹込み不可能な羽口が数本ある場合にも対応して、同時に気体還元材を供給可能である。

尚、本発明で用いる気体還元材とは、還元性ガスであり、メタン、プロパン、都市ガス、天然ガス、また、高炉、コークス、転炉等から発生する製鉄所内副製ガス等のガスである。また、本発明で用いる固体還元材とは、上記のように、微粉炭、廃プラスチック等の固体炭素含有物質である。

図１を用いて、本発明を詳しく説明する。図１は本発明の高炉への気体還元材吹込み装置の一実施形態の概略図であり、図３と同様に高炉に設置して使用する。気体還元材吹込み装置１は、複数（本実施形態においては４本）のリング状気体還元材供給管２ａ〜２ｄと、リング状気体還元材供給管２から羽口に設置した気体還元材吹き込み用ランス３に接続する気体還元材吹込み管４と、リング状気体還元材供給管２に気体還元材を供給する気体還元材供給本管５ａと、気体還元材供給本管５ａから分岐して各リング状気体還元材供給管２にガスを供給する気体還元材供給管５ｂ〜５ｅと、さらに、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管６と、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管６から気体還元材吹き込み用ランス３に接続する固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材吹込み管７と、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管６に気体還元材を供給する固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材供給管８とからなり、気体還元材供給本管５ａと、固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材供給管８とは、それぞれ流量計９、流調弁１０とを有している。１１は弁、１２は逆止弁、１３はフレキシブルホースである。図１において、気体還元材吹き込み用ランス３は１本のみを示したが、実際には羽口の数のランスがあり、それぞれについて、リング状気体還元材供給管２ａ〜２ｄのいずれかに気体還元材吹込み管４を介して、および、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管６に固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材吹込み管７を介して、接続されている。気体還元材吹き込み用ランス３を設置する羽口は、各リング状気体還元材供給管２ａ〜２ｄに対して均等な数で、ほぼ等間隔になるように配置する。

複数のリング状気体還元材供給管と固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管は、高炉の炉体の外周に配設する。図１においては、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管６の径がリング状気体還元材供給管２ａ〜２ｄより大きく示されているが、全て同じ径として、図２、３に示すように高炉の異なる高さ位置に配設することができる。

図１の装置を用いて、高炉炉体の外壁に周状に３８の羽口が配置され、各羽口には固体還元材として微粉炭吹き込み用と、気体還元材として都市ガス吹込み用のランスが１本ずつ設置されており、微粉炭比（ＰＣＲ）８０kg／溶銑t、都市ガス（ＬＮＧ）比３０kg／溶銑t程度の吹込みを実施している際に、固体還元材の吹込み用ランスが閉塞した場合の操業方法を説明する。

固体還元材の吹込み用ランスが閉塞した羽口の先端での理論燃焼温度を他の羽口と同レベルにするために、気体還元材の流量を通常の約２倍程度とする。まず手動ボール弁１１ａを閉じ、通常ラインからの都市ガスの吹込みを中止する。同時に手動ボール弁１１ｂを開き、固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材供給管８、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管６、固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材吹込み管７を介して都市ガスを気体還元材吹き込み用ランス３に供給する。この際に、流調弁１０を調整して、都市ガス比（ＬＮＧ）６０kg／溶銑t程度の吹込みを行なう。これによりランスが閉塞した羽口先温度の上昇は防止され、安定操業を継続できる。

固体還元材の吹込み用ランスが閉塞した羽口が複数発生している場合にも本発明の設備で対応できるが、ランスの閉塞が４ヶ所を超えた場合には、高炉の操業を停止して、ランスの交換作業を行なうことが望ましい。ランスの閉塞が４ヶ所以内であれば、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管から固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材吹込み管への吹込み量が各羽口間で変動することも少なく、バランスの良い吹込みを実施できる。

体積約５０００ｍ³、羽口の数３８個の大型高炉において、羽口から微粉炭（ＰＣ）と都市ガス（ＬＮＧ）を吹込む操業を行なった。都市ガス成分は、CH₄：88.0%、C₂H₆：5.8%、C₃H₈：4.5%、C₄H₈：1.7%であり、ガス比重は0.837kg/Nm³であった。

ベースの操業条件は、羽口１個当たりで、送風量：7600Nm³/min、酸素流量：44000Nm³/H、微粉炭比：80kg/溶銑t、ＬＮＧ比：30kg/溶銑t、であった。ＬＮＧ吹き込み用ランスからの吹き込みガスの流量は500Nm³/H、流速は97.2m/sであった。

操業中に微粉炭吹込み用ランスの一本に詰まりが発生した。この場合の操業条件は、送風量：7600Nm³/min、酸素流量：44000Nm³/H、微粉炭比：0kg/溶銑t、ＬＮＧ比：30kg/溶銑t、であった。ランスが詰まった羽口の羽口先端理論燃焼温度がベースの操業条件での2300℃程度に対して、約200℃上昇し、高炉炉内コークスの熱衝撃による劣化を助長し、高炉炉況悪化を招くので、ランス取替のために臨時休風を行った。これにより2000t程度減産する結果となった。

次に、操業中に微粉炭吹込み用ランスの一本に詰まりが発生した時に、本発明の気体還元材吹込み装置を用いてＬＮＧの吹込み量を２倍にした。操業条件は、送風量：7600Nm³/min、酸素流量：44000Nm³/H、微粉炭比：0kg/溶銑t、ＬＮＧ比：60kg/溶銑t、であり、ＬＮＧ吹き込み用ランスからの吹き込みガスの流量は1000Nm³/H、流速は194.3m/sであった。微粉炭詰り羽口の羽口先端理論燃焼温度がベースの2300℃を一定に保つことで、高炉炉況悪化が回避された。ランス取替のための臨時休風は不要であった。

本発明の高炉への気体還元材吹込み装置の一実施形態の概略図。 還元性ガス吹込み装置の概略図（従来技術）。 図２の装置を高炉に取り付けた状態の概略図（従来技術）。

符号の説明

１ 気体還元材吹込み装置
２（２ａ〜２ｄ） リング状気体還元材供給管
３ 気体還元材吹き込み用ランス
４ 気体還元材吹込み管
５ａ 気体還元材供給本管
５ｂ〜５ｅ 気体還元材供給管
６ 固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管
７ 固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材吹込み管
８ 固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材供給管
９ 流量計
１０ 流調弁
１１ 弁
１２ 逆止弁
１３ フレキシブルホース

Claims (3)

1. 固体還元材と気体還元材とを羽口より炉内に吹込む操業を行なう高炉に設置して使用する気体還元材吹込み装置であって、高炉の炉体の外周に配設された複数のリング状気体還元材供給管と、該リング状気体還元材供給管と前記羽口に設置した気体還元材吹き込み用ランスとを接続する気体還元材吹込み管と、前記リング状気体還元材供給管に気体還元材を供給する気体還元材供給本管と、該気体還元材供給本管から分岐して前記各リング状気体還元材供給管に気体還元材を供給する気体還元材供給管とを有し、さらに、高炉の炉体の外周に配設された固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管と、該固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管と前記気体還元材吹き込み用ランスとを接続する固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材吹込み管と、前記固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管に気体還元材を供給する固体還元材吹き込み停止時専用気体還元材供給管よりなる、高炉への気体還元材吹込装置。
2. 請求項１に記載の装置を用い、固体還元材と気体還元材とを羽口より炉内に吹込む操業を行なう高炉において、当該羽口から固体還元材の吹き込みを停止した際に、当該羽口の気体還元材吹き込み用ランスへのリング状気体還元材供給管からの気体還元材の供給を停止し、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管から前記気体還元材吹き込み用ランスに気体還元材を供給する高炉の操業方法。
3. 固体還元材の吹き込み停止前にリング状気体還元材供給管から供給していた気体還元材の流量よりも、固体還元材吹き込み停止時専用リング状気体還元材供給管から気体還元材吹き込み用ランスに供給する気体還元材の流量を増加させる、請求項２に記載の高炉の操業方法。

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