JP2011523439A - 高炉中への粉炭投入方法 - Google Patents

Abstract

本発明は粉炭の高炉中への投入方法に関する発明であり、本発明方法は、
バスル管（１２）から、高炉壁（１６）中の開口部内の送風口（１５）を通して高炉の炉床中へ熱噴射空気を吹き込むための送風口支持体（１４）を設け、
粉炭搬送用内側管（２０）と、該内側管（２０）の周囲に共軸配置される燃料ガス搬送用外側管（２２）から構成されていて、粉炭を送風口（１５）中へ送り込むための粉炭投入槍（１８）を設け、該内側管（２０）は粉炭を燃焼ガスから分離するための分離壁を形成し、該粉炭投入槍は送風口（１５）内に配置される槍先端部（２４）を有しており、
槍先端部（２４）において粉炭と燃焼ガスを混合させて混合物を生成し、
送風口（１５）中において粉炭と燃料ガスの混合物を燃焼させ、
槍先端部（２４）において火炎燃焼が起こっているか否かをモニターし、
槍先端部（２４）において火炎燃焼が生じていないと判定した時、粉炭投入槍（１８）を通る燃焼ガス流を一時的に減じて火炎を再点火させる。

Description

本発明は、高炉中への粉炭投入方法、特に粉炭を送り込むための内側管と、該内側管に同心円状に配置される燃焼ガスを送り込むための外側管を設けて粉炭投入槍（投入装置）を通して行われる高炉中への粉炭の投入方法に関する。

粉炭投入槍は一般的にコークスの代用として粉炭を高炉中へ投入するために用いられる。粉炭は空気圧により前記槍を通して運ばれ、熱噴射空気が炉中へ吹き込まれる送風口部域内の酸化性雰囲気中へ送り込まれる。粉炭を完全に燃焼させるため、燃焼反応は可能な限り槍先端に近い部分において開始されなければならない。所謂オキシコール槍(Oxycoal lances)は、粉炭を運ぶための内側管と、該内側管に同心円状に配置される、燃焼ガス（通常は純酸素）を運ぶための外側管から構成される。槍先端部に純酸素が存在することにより燃焼条件が改善されるため、燃焼反応が槍先端部において開始される。

しかしながら、槍先端部においては火炎が安定せず、かつ火炎燃焼が散発的であることが見出されている。いくつかの例において、無介入の状態で火炎を自動的に再点火させることが可能である。しかし、このような再点火は保証できるものではない。火炎が消えてしまうために槍先端部において粉炭の燃焼が起こらない場合には、粉炭と酸素が高炉中へ送り込まれるため、粉炭の完全燃焼を保証することができなくなる。

槍先端部における燃焼効率を高めるため、粉炭と酸素の混合を改善するなどの解決策が多数提案されている。例えばＥＰ１０６０２７２には、槍先端部へ送られた酸素が渦巻動作を起こすように共軸パイプ間に渦流発生装置を設けることにより、粉炭の燃焼を改善し、かつ火炎を維持することが可能なことが記載されている。しかしながら、この渦流発生装置の効果は槍の構造によって大きく左右される。螺旋角が大き過ぎると酸素は粉炭から離れる方向に向かい、その結果として燃焼効率は低下する。他方螺旋角が小さ過ぎると燃焼効率の改善は無視される程度まで低下する。

ＥＰ１０６０２７２においてはさらに、内側管の外面壁の槍先端部近くに複数の窪みを設けることにより、液流抵抗を減じ、及び槍先端部における粉炭と酸素の混合状態を改善することが示唆されている。

上記システムは、一定条件下において燃焼効率を高めることに適するが、この効果は保証されたものではなく、火炎が維持されないリスクが猶残存している。

本発明は、高炉中へ粉炭を投入するためのより改善された方法を提供することを目的とする。この目的は請求項１項記載の方法によって達成される。

上記目的を達成するため、本発明により高炉中への粉炭の投入方法を提供する。本方法は、
熱噴射空気を、炉壁中の開口部内の送風口を通してバスル管から高炉の炉床中へ吹き込むための送風口支持体を設け、
粉炭を燃焼ガスから分離する分離壁を成形する粉炭搬送用内側管と、前記内側管の周囲に共軸配置される燃焼ガス搬送用外側管から成り、かつ送風口領域内に槍先端部を有する、粉炭を送風口中へ送り込むための粉炭投入槍を設け、
槍先端部において粉炭と燃焼ガスを混合し、
粉炭・燃焼ガス混合物を送風口部域内において燃焼させる。

本発明の重要な観点に従って、前記方法にはさらに、
前記槍先端部において火炎燃焼が起こっているか否かをモニターし、
前記槍先端部において火炎燃焼が生じていないことが判明した時、粉炭投入槍を通る燃料ガス流を一時的に減ずることにより火炎を再点火させる。

火炎の燃焼状態がモニターされ、火炎が消えるや否や槍先端部への燃焼ガスの流入が減じられる。発明者らは、燃焼ガスの供給を減じあるいは中断することにより、槍先端部において火炎の再点火が起こり、これにより送風口における粉炭の燃焼効率が急速に回復されることを見出した。

好ましくは、粉炭投入槍を通る燃焼ガスの流れが一時的に減じられる一方において、粉炭投入槍を通る粉炭の流れは維持される。

前記槍先端部における火炎燃焼状態のモニタリングは、好ましくは持続的に実施される。従って、高炉中へ投入されている粉炭の未燃焼量を最少とすべく、火炎は可能な限り速やかに再点火される。

前記槍先端部における火炎燃焼状態のモニタリングは、有利な態様においては、送風口遮断検知手段によって実施される。かかる送風口遮断検知手段を用いることにより、高炉に既設された装置を用いて火炎状態のモニタリングを行うことが可能である。この場合、追加の検知器が必要とされないため、設置及び維持のための追加費用が不要である。

本発明の第一の実施態様においては、本発明方法にはさらに、
槍先端部の上流にある送風口支持体部の全体に亘って熱噴射空気の圧力降下を測定するための圧力センサを備える送風口遮断検知手段を設け、
送風口支持体部全体に亘る圧力降下をモニターし、このモニター結果に基づいて槍先端部において火炎が生じているか否かを判定する。

この態様では、送風口支持体内における圧力降下の測定手段を用いて送風口の遮断検知が行われる。実際に、送風口の高炉への出口が遮断されるようにすることが可能である。この出口が遮断され、さらに粉炭が送風口中へ投入された場合、送風口は粉炭で充満してしまう。送風口の遮断が圧力の急激な低下によって検知されるや否や、粉炭及び燃焼ガスの投入が停止されるため、送風口支持体及びバスル管が粉炭で充満されることが防止される。

発明者らは、前記圧力降下が槍先端部における燃焼反応によっても影響されることを見出している。槍先端部において火炎燃焼が起こっている場合、送風口内に熱が発生し、それによって温度上昇による熱噴射空気の膨張が起こり、送風口における圧力がさらに降下する。そのため、熱噴射空気の流速が僅かに減じられ、従って送風口支持体の降下管中における圧力降下も僅かに減じられる。

圧力降下が急速に進んだ場合、槍先端部において火炎燃焼はもはや生じていないと理解される。

典型例として、送風口遮断の検知に用いられる圧力降下測定手段を用いて、槍先端部における火炎の燃焼状態をモニターすることが可能である。

圧力降下は、バスル管と槍先端部の上流にある送風口支持体との間で測定可能である。圧力降下測定手段は、例えば槍先端部上流の送風口支持体部内に圧力検知器を配置することによって構成可能である。さらに、槍先端部上流の送風口支持体内にベンチュリ管を配置し、圧力検知器と連結することも可能である。

圧力降下の測定に基づく信号を信号処理アルゴリズム中に用いて槍先端部において火炎が生じているか否かを判定することも可能である。

例えば、圧力降下が所定の量まで増加されているならば、槍先端部において火炎燃焼が生じていないと結論付けることが可能である。また、圧力降下が所定の時間量について所定量まで増加していれば、槍先端部において火炎燃焼が生じていないと結論することも可能である。圧力降下は多くのパラメータによって影響されるため、通常の操作条件においてさえ、圧力降下信号に多数の変形が生ずる。従って、好ましくは、圧力降下が一定量まで増加したか、あるいは一定期間増加したか、あるいはこれら双方が起こった場合のみ、火炎燃焼が生じていないと結論される。

本発明の第二の実施態様では、本発明方法は、
送風口支持体に、高炉の炉床中へ熱噴射空気を吹き込むためのほぼ水平な吹き込み管を設け、
送風口遮断検知手段に、吹き込み管と軸方向に整列して配置される光強度検知器を設け、
送風口内における光強度をモニターし、その結果に基づいて槍先端部において火炎燃焼が起こっているか否かを判定する。

送風口の遮断を検知するために、送風口内光強度測定手段が現在用いられている。送風口からの光強度の重大な減少が検知された場合、送風口は遮断されたと見做され、その結果粉炭及び燃焼ガスの投入は送風口支持体及びバスル管に粉炭が充満することを避けるため停止される。

光強度の減少は、槍先端部において火炎燃焼がもう生じていないことの表示として理解される。実際、送風口内に火炎が存在すれば、送風口内に光が生ずる。従って、火炎がないことは送風口内における光強度の減少に繋がる。

特に送風口遮断の検知に用いられる光強度測定手段を用いて槍先端部における火炎の燃焼状態をモニターすることができる。

送風口内の光強度が所定量まで低下すれば、槍先端部において火炎が発生していないと結論することも可能である。

また、送風口内の光強度が所定時間に亘って所定量まで低下すれば、槍先端部において火炎が発生していないと結論することも可能である。

本発明の第三の実施態様では、本発明方法は、
送風口支持体に、熱噴射空気を高炉の炉床中へ吹き込むためのほぼ水平な吹き込み管を設け、
送風口遮断検知手段に軸方向に吹き込み管と整列して配置されるカメラを備え、
送風口内の画像をモニターし、その画像に基づいて粉炭投入槍の先端において火炎燃焼が起こっているか否かを判定する。

送風口の遮断を検知するため、現在では送風口からの画像をモニターする画像モニター手段が用いられている。送風口が遮断されている場合、送風口からの画像の図式が変化し、その変化の特徴によって粉炭及び燃焼ガスの投入が停止され、それによって送風口支持体及びバスル管が粉炭で充満されることが防止される。

送風口からの画像の特徴変化は、槍先端部において火炎燃焼が起こっていないことの指示として取り扱うことも可能である。

通常送風口の遮断を検知するために用いられる送風口からの画像をモニターする画像モニター手段は、槍先端部における火炎の燃焼状態のモニタリングにも利用可能である。送風口からの画像が所定の図式に従って変化すれば、槍先端部において火炎が燃焼していないと結論することが可能である。また、送風口からの画像が所定の模範画像と十分に類似していれば、槍先端部において火炎燃焼が起こっていないと結論することが可能である。

送風口からの画像は好ましくは画像処理アルゴリズムを用いて解析される。

本発明の第四の実施態様では、本発明方法は、
送風口支持体に、高炉の炉床中へ熱噴射空気を吹き込むためのほぼ水平な吹き込み管を設け、
高温計等の温度測定手段を吹き込み管と軸方向に整列させて配置し、
送風口内又はその付近における温度をモニターし、そのモニターした温度に基づいて粉炭投入槍の先端部において火炎燃焼が起こっているか否かを判定する。

高温計は、例えばそれを各送風口と連結させることにより、送風口前面の炉中の火炎温度を測定することが可能である。温度信号により、槍先端部における火炎燃焼をモニターすることが可能である。温度が所定量まで降下していれば、あるいは温度が所定期間に亘って所定閾値以下に留まっていれば、槍先端部において火炎燃焼が起こっていないと結論することが可能である。

粉炭投入槍と連結されて使用される燃焼ガスは好ましくは酸素である。

本発明方法を実施するために用いられる装置の断面図である。

発明を実施するための手段

本発明について、以下に記載された非限定的実施態様を用い、さらに添付図面を参照しながら明らかにする。

図１は高炉を取り囲む状態のバスル管１２と高炉壁１６中の開口部を通して高炉中の炉床中へ熱噴射空気を送り込む多数の送風口支持体１４を備える熱送風システム１０を示した図である。送風口支持体１４はバスル管１２から熱噴射空気を高炉へ供給するため耐火材で内張りされたスチール管から成っている。通常これら支持体のそれぞれには、ダウンカマーとも称される傾斜した第一部分１４’と、吹き込み管とも称される水平な第二部分１４”が含まれる。前記第二部分１４”には炉壁１６中の開口部中に設置された送風口１５の凹状端部と気密状態で噛み合うように設計、配置される凸状球形の鼻部が設けられる。前記第一部分１４’は前記水平部分１４”に対して一定角度を成して配置され、バスル管１２からの熱噴射空気を第二部分１４”へ導き入れるためバスル管１２と連結される。

粉炭投入槍１８は高炉中へ粉炭を投入するために設置される。粉炭投入槍１８はオキシコール型であり、粉炭搬送用の内側管２０と、この内側管２０の周囲に共軸配置される燃焼ガス搬送用の外側管２２から構成される。内側管２０により、槍１８を通る全経路に亘り、粉炭と燃焼ガスが粉炭投入槍１８の槍先端部２４において混合されるまで粉炭を燃焼ガスから分離するための分離壁が形成される。

粉炭投入槍１８は、槍先端部２４が炉壁１６中の開口部に近い送風口１５の出口部域２６中に位置するように配置される。

操作に際しては、熱風がバスル管１２から送風口支持体１４を通して高炉の炉床中へ吹き込まれる。それに追加して、粉炭と燃焼ガス、通常は酸素、が粉炭投入槍１８を通して送風口支持体１４の第二部分１４”中へ送り込まれる。槍先端部２４において粉炭が酸素と接触状態となり混合物が生成される。この混合物は発火され、送風口１５内部の槍先端部２４において火炎燃焼が起こるように燃焼される。粉炭は好ましくは送風口１５内部において完全燃焼される。

槍先端部２４において火炎は安定しておらず、かつ散発的に消えてしまうため、再点火して火炎を得る必要がある。火炎の再点火は槍１８を通して送り込む酸素量を一時的に減ずることによって達成される。かかる減量操作により燃焼状態が変更され、酸素供給を元に戻すことによって火炎の再点火が得られる。燃焼ガス流の一時的減量により、槍先端部２４における加熱及び又は乱流を引き起こすことが可能であり、これによって火炎の再点火を促進することができる。

本発明において、槍先端部２４において火炎燃焼が起こっているか否かの判定は、送風口１５の遮断の判定に現在用いられているシステムに基づいて行われる。このようなシステムは既に高炉に装備されているので、追加のコストは必要とされない。

上記遮断検知システムに、例えば送風口支持体１４の第一部分１４’を横切る熱噴射風中における圧力降下を測定する測定手段を含めることも可能であり、そのために、該第一部分１４’にベンチュリ型断面縮小部材２８を含ませることも可能である。

上記遮断検知システムに、代替として、あるいは追加として、送風口支持体１４の第二部分１４”と軸方向に整列させて配置される検知手段３０を含ませることも可能である。送風口１４の第一部分１４’と第二部分１４”を連結するベンド３２中において、送風口支持体を検知手段３０が配置される部分の末端に軸方向延長管によって構成することも可能である。

前記検知手段３０を、送風口１５内の光強度を測定するための光強度検知器によって構成することも可能である。光強度の減少は、槍先端部２４における火炎燃焼がもはや生じていないことを示す表示として理解可能である。

前記検知手段３０を送風口１５からの画像をモニターするためのカメラで構成することも可能である。撮影された画像は画像処理装置で解析可能である。送風口１５からの画像のいくつかの特徴における変化についても、槍先端部２４において火炎燃焼がもはや生じていないことの表示として理解することが可能である。

１０：熱風噴射システム
１２：バスル管
１４：送風口支持体
１６：高炉壁
１４’：傾斜第一部分
１４”：水平第二部分
１５：送風口
１８：粉炭投入槍
２０：内側管
２２：外側管
２４：槍先端部
２６：出口部域
２８：断面縮小部材
３０：検知手段
３２：ベンド
３４：軸方向延長管

Claims (16)

1. バスル管から、高炉壁にある開口部中の送風口を通して高炉の炉床中へ熱噴射空気を吹き込むための送風口支持体を設け、
   粉炭搬送用の内側管と該内側管の周囲に共軸配置される燃料ガス搬送用の外側管から構成されていて、粉炭を送風口中へ送り込むために用いられる粉炭投入槍を設け、該内側管は粉炭を燃焼ガスから分離するための分離壁を形成し、該粉炭投入槍は送風口内に配置される槍先端部を有しており、
   槍先端部において粉炭と燃焼ガスを混合させて混合物を生成し、粉炭と燃焼ガスを送風口で燃焼させ、槍先端部において火炎燃焼が起こっているか否かをモニターし、槍先端部において火炎燃焼が生じていないと判定した時、粉炭投入槍を通る燃焼ガス流を一時的に減じて火炎を再点火させることを特徴とする高炉中への粉炭送り込み方法。
2. 粉炭投入槍を通る燃焼ガスの流れが一時的に減じられる一方において、該粉炭投入槍を通る粉炭の流れが維持されることを特徴とする請求項１項記載の方法。
3. 前記槍先端部における火炎燃焼が起こっているか否かが連続的にモニターされることを特徴とする請求項１項又は２項記載の方法。
4. 前記槍先端部における火炎燃焼のモニタリングが送風口遮断検知手段によって実施されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記槍先端部の上流の送風口支持体の部分を横切る熱噴射空気中における圧力降下を測定する圧力センサを備える送風口遮断検知手段が設けられ、及び
   前記送風口支持体の部分に亘る圧力降下がモニターされ、その結果に基づいて槍先端部において火炎燃焼が生じているか否かが判定される操作が含まれることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 前記圧力降下がバスル管と槍先端部の上流にある送風口支持体の一部との間において測定されることを特徴とする請求項５項記載の方法。
7. 圧力降下が所定の降下量増加すれば、槍先端部における火炎燃焼が生じていないと結論されることを特徴とする請求項５項又は６項記載の方法。
8. 圧力降下が所定の時間間隔に亘って所定の降下量増加すれば、槍先端部における火炎燃焼が生じていないと結論されることを特徴とする請求項７項記載の方法。
9. 高炉の炉床中へ熱噴射空気を吹き込むためのほぼ水平な吹き込み管を備える送風口支持体を設け、
   吹き込み管と軸方向に整列させて配置される光強度検知器を備える送風口遮断検知手段を設け、及び
   送風口内における光強度をモニターし、その結果に基づいて槍先端部における火炎燃焼が生じている否かについて判定することがさらに含まれることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 送風口内における光強度が所定の光量まで減少すれば槍先端部における火炎燃焼が起こっていないと結論されることを特徴とする請求項９項記載の方法。
11. 送風口内における光強度が所定の時間間隔において所定の光量まで減少すれば槍先端部における火炎燃焼が起こっていないと結論されることを特徴とする請求項１０項記載の方法。
12. 高炉の炉床中へ熱噴射空気を吹き込むためのほぼ水平な吹き込み管を備える送風口支持体を設け、
    吹き込み管と軸方向に整列されて配置されるカメラを備える送風口遮断検知手段を設け、及び
    送風口内の画像をモニターし、その結果に基づいて粉炭投入槍の先端部における火炎燃焼が生じているか否かが判定されることをさらに含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 送風口からの画像が所定の図式に従って変化すれば槍先端部において火炎燃焼が生じていないと結論されることを特徴とする請求項１２項記載の方法。
14. 送風口からの画像が所定の画像と類似していれば、槍先端部において火炎燃焼が生じていないと結論されることを特徴とする請求項１２項又は１３項記載の方法。
15. 送風口からの画像が画像処理アルゴリズムを用いて解析されることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 高炉の炉床中へ熱噴射空気を吹き込むためのほぼ水平な吹き込み管を備える送風口支持体を設け、
    温度測定手段を吹き込み管と軸方向に整列して配置されるように設け、及び
    送風口中又はその付近の温度をモニターし、その結果に基づいて粉炭投入槍の先端部における火炎燃焼が起こっているか否かを判定することがさらに含まれることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。

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