JP2012172184A - 高炉羽口部への還元材吹込み方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元材吹込みランスの閉塞を確実に防止できると共に、炉内への還元材の円滑な吹き込みを実現して、安定した高炉操業を実現することにある。
【解決手段】高炉羽口から固体還元材と気体還元材とを、別々の還元材吹込みランスを用いて吹き込むに当たり、固体還元材吹込み用ランスからの固体還元材材吹込み位置を、気体還元材吹込み用ランスからの気体還元材吹込み位置よりも送風方向の下流側の位置にて行なうようにした高炉羽口部への還元材吹込み方法およびその装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉羽口から微粉炭などの固体還元材と液化天然ガス（ＬＮＧ）や都市ガスなどの気体還元材（常温において）とを吹き込む高炉の操業において、還元材吹込みランスの詰まりを防止して安定した高炉の操業を行なう上で有効な高炉羽口部への還元材吹込み方法とその装置に関するものである。

近年、炭酸ガス排出量の増加による地球温暖化が問題となっており、特に製鉄業の場合、その炭酸ガス排出量の抑制こそ喫緊の課題となっている。こうした課題に対応するため、近年の高炉操業は、低還元材比操業を目指すのが普通である。

ところで、高炉で使用される固体還元材としては、高炉の炉頂から装入される塊コークスと羽口から吹き込まれる微粉炭などが用いられている。ただし、その固体還元材については、良質な石炭の涸渇やコークス製造コストの低減、あるいはコークス製造時における環境への配慮から、羽口から吹込む微粉炭等を吹き込む技術が注目されている。その理由は、この技術を採用すると、還元材量自体の低減や塊コークス使用量の低減に有利だからである。

このような背景の下で、近年の高炉操業は、羽口から、微粉炭などの固体還元材や、ＬＮＧなどの気体還元材（常温において）を吹込む方法が普通に行なわれるようになってきた。

従って、このような高炉の操業においては、羽口からの還元材吹込みの方法や還元材吹込みのための装置について検討することが重要になってくる。特に、吹込みランスの先端位置をどのように設計するかが重要であり、例えば、特許文献１では、気体還元材吹込み用ランスの先端位置（吹出し口）を、還元材の燃焼による圧損の増大を防ぐという観点から、固体還元材吹込み用ランスの先端位置（吹出し口）よりも送風方向の下流側（炉内側）に配設することを提案している。

特開２００７-１６２０３８号公報

高炉の安定操業という観点からはまた、高炉羽口から還元材を吹き込む際、その吹き込みのためのランスが閉塞しないようにすることが必要である。それは、固体還元材や気体還元材を吹き込むためのランスが何らかの要因で閉塞したりすると、その閉塞羽口から吹き込む還元材が減少ないしは停止することで、高炉炉周方向における還元材のバランスが崩れ、炉況の悪化を招くためである。しかも、その還元材吹込みランスがインナーガスにより冷却する非水冷式タイプの場合、このインナーガスによる冷却が停止することで、熱風や炉内輻射熱の抜熱ができなくなり、ランスの劣化や毀損・溶損を招くことがある。もし、このランスが毀損したりすると、吹き込む固体還元材や気体還元材が設計どおりの軌跡で飛行せずに、羽口へのカッティング（微粉炭が羽口内表面に触れる現象）やブローパイプ内での異常燃焼を招き、羽口の損傷やブローパイプの損傷を促進するという問題が生じる。

要するに、高炉の安定操業を実現するには、還元材吹込みランスの閉塞防止ならびに羽口からの還元材の円滑な吹き込みを行なうことが極めて重要であり、本発明の目的は、正に、その還元材吹込みランスの閉塞を確実に防止できると共に、炉内への還元材の円滑な吹き込みを実現して、安定した高炉操業を実現することにある。

従来技術が抱えている上述した課題を解決することができ、かつ上掲の目的を達成できる、高炉羽口部への還元材吹込み方法およびその装置につき鋭意検討を重ねた結果、
（１）高炉羽口から固体還元材と気体還元材とを、別々の還元材吹込みランスを用いて吹き込む方法において、固体還元材吹込み用ランスからの固体還元材材吹込み位置を、気体還元材吹込み用ランスからの気体還元材吹込み位置よりも送風方向の下流側の位置にて行なうことを特徴とする、高炉羽口部への還元材吹込み方法。
（２）高炉羽口に、固体還元材吹込み用ランスと気体還元材吹込みランスとを設置してなる高炉羽口部への還元材吹込む吹込み装置において、上記固体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置を、気体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置よりも、送風方向下流側にしたことを特徴とする高炉羽口部への還元材吹込み装置。
が、有効であるとの知見を得て、本発明を開発した。

なお、本発明において、
（１）還元材を吹込む場合、前記固体還元材材の吹込み位置を、気体還元材の吹込み位置よりも送風方向の下流側４５０ｍｍ以内（ただし、零となる位置を除く）で行なうこと、
（２）還元材吹込みランスの配置は、前記固体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置を、気体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置よりも、送風方向の下流側４５０ｍｍ以内（ただし、零となる位置を除く）にしたこと、
（３）前記気体還元材吹込み用ランスが非水冷式ランスであること、
がそれぞれ好ましい解決手段である。

前述のように構成される本発明に係る高炉羽口部への還元材吹込み技術によれば、各還元材吹込み用ランスの閉塞を確実に防止することができるようになると共に、高炉羽口からの還元材の吹込みを効率よくしかも安定して行なうことができるようになる。その結果、高炉の操業に当たって、羽口からの還元材の異常吹き込みを起こすようなことがなくなり、高炉炉周方向での還元材吹込み量の偏差や羽口前温度偏差を抑制することができるようになり、高炉の操業が安定するという効果が得られる。

本発明の実施形態の一例を示す高炉羽口部への還元材吹込み装置の模式図である。

高炉羽口から、微粉炭等の固体還元材を、ＬＮＧや都市ガス等の気体還元材と共に炉内に吹き込む場合、気体還元材吹込み用ランスが閉塞する場合のあることが知られている。その主たる原因としては、固体還元材吹込み用ランスから吹き出した微粉炭が気体還元材吹込み用ランスの中に侵入することによって発生することがわかっている。そこで、発明者らは、このことを確かめるために、微粉炭と都市ガスとの同時吹き実験を行なった。即ち、気体還元材（都市ガス）吹込み用ランスの先端が閉塞した場合について、その閉塞原因を突き止めるため、ランス閉塞物質の分析を行なったのである。表１は、このときのランス閉塞物質を分析した結果を示す。この表１に示すように、ランス閉塞物質からは、微粉炭には含まれるが都市ガスには含まれない元素が確認された。このことから、ランス閉塞物質は、微粉炭の燃焼灰であることがわかった。

そこで、発明者らは、表１に示す知見から、こうしたランスの閉塞、特に気体還元材吹込み用ランスの閉塞を防止するための方法、装置について検討した。その結果として、本発明では、固体還元材吹込み用ランスの先端部（吹出し口）からの固体還元材の吹込み位置を、気体還元材吹込み用ランスの先端部（吹出し口）からの気体還元材の吹込み位置よりも、送風方向（炉内側）の下流側の位置、即ち、固体還元材吹込み位置を炉内により近い位置から吹込む方法が有効であるとの知見を得た。

この場合において、各還元材吹込み用ランスからの固体還元材および気体還元材のそれぞれの吹込み位置の関係は、好ましくは固体還元材の吹込み位置を、気体還元材吹込み位置より送風方向の下流側に当たる４５０ｍｍ以内（ただし、零となる位置を除く、ｄ＝０）で行なうこと、より好ましくは１５０ｍｍ以内の範囲にて行なうこととする。即ち、固体還元材吹込み用ランス先端部の吹出し口２ａと気体還元材吹込み用ランス先端部の吹出し口３ａとの間隔ｄを４５０ｍｍ以内とするということである。

なお、炉内側に位置することになる固体還元材吹込み用ランス先端と羽口先端（炉内側端面）との距離Ｄは、羽口先溶損防止のために１００ｍｍ以上、好ましくは１５０〜２００ｍｍ程度となるように配設することが求められているので、羽口の全長（Ｌ＝４５０〜５００ｍｍ）にもよるが、実際には、ｄ＝１５０〜３００程度とすることが、閉塞防止の効果の上からもより好ましいと言える。

図１は、前述の本発明に係る還元材吹込み方法の実施に当たって用いる好適な還元材吹込み装置の概要を示す一例である。この装置は、高炉羽口１内に、固体還元材吹込み用ランス２と気体還元材吹込み用ランス３とを、左右もしくは上下方向から挿入したダブルランス構造を有するものである。

この装置の特徴は、固体還元材吹込み用ランス２の先端部吹出し口２ａの位置を、気体還元材吹込み用ランス３の先端部の吹出し口３ａの位置よりも、送風方向下流側（炉内側）に位置させることにより、従来から問題となっていた、吹込み固体還元材の一部が気体吹込み用ランス３の中に入り込んで、これを閉塞するのを防止できるようにしたことにある。

本発明に適合するこの装置において、固体還元材吹込み用ランス２の吹出し口２ａの位置は、気体還元吹込み用ランス３の吹出し口３ａの位置よりも、送風方向の下流側４５０ｍｍの範囲内、好ましくは１５０ｍｍの範囲内にする。即ち、上記吹出し口２ａと３ａとの距離ｄが４５０ｍｍ以内、好ましく３００ｍｍ以内、より好ましくは１５０ｍｍ以内（いずれも、零となる位置を除くｄ＝０）の関係となるように配設する。

なお、これらの吹出し口２ａ、３ａの形状は、吹き出し方向がストレートになるようなもの、または図１に示したように屈曲させて羽口芯を指向させるようにしたものであってもよい。また、これらのランスは、少なくとも気体還元材吹込みランスについては、非水冷式ランスを用いている場合に、本発明の効果が際立つと考えられる。

本発明の実施効果を確かめるための高炉操業を４ケ月に亘って実施した。このときの操業条件は、送風量；約２００ｍ^３（標準状態）／ｍｉｎ／羽口、送風温度：約１１００℃、固体還元材として微粉炭を約１トン／時／羽口、気体還元材として都市ガスの間欠吹き込みを行なった。固体還元材吹込み用ランスの吹出し口２ａの位置を、気体還元材吹込み用ランスの吹出し口３ａの位置よりも送風方向の下流側（ｄ＝１５０ｍｍ）に設定し、かつ羽口炉内側端面からはそれぞれＤ＝１５０ｍｍとなる位置に設定した。

その結果、操業自体のトラブルや他設備のトラブルの影響を除けば概ね操業は安定しており、上記期間中、還元材吹込み用ランスの閉塞は０であった。

一方、本発明の適合範囲を外れた操業（比較例）を実施した場合、即ち、送風量が約２００ｍ^３（標準状態）／ｍｉｎ／羽口、送風温度が約１１００℃、固体還元材として、微粉炭をおおよそ１トン／時／羽口、気体還元材として都市ガスの間欠吹き込みを行なった。ただし、固体還元材吹込み用ランスの吹出し口２ａの位置を、気体還元材吹込み用ランスの吹出し口３ａの位置より５０ｍｍだけ、送風方向の上流側（ブローパイプ側のｄ＝−５０ｍｍ）に設定した。即ち、固体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置を、羽口炉内端面から２３０ｍｍの位置に、そして気体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置を、羽口炉内側端面から１８０ｍｍに設定して実施した。

その結果、表２からわかるように、本発明適合例（発明例）が、気体還元材吹込み用ランス閉塞の有効な抑止方法であることがわかった。

本発明の技術は、固体還元材と気体還元材を吹き分けるときだけでなく、個体還元材を両方のランスから吹き込む場合にも適用が可能である。

１ 羽口
２ 固体還元材吹込みランス
２ａ 固体還元材吹込みランス吹出し口
３ 気体還元材吹込みランス
３a 気体還元材吹込みランス吹出し口
４ ブローパイプ

Claims (5)

1. 高炉羽口から固体還元材と気体還元材とを、別々の還元材吹込みランスを用いて吹き込む方法において、固体還元材吹込み用ランスからの固体還元材材吹込み位置を、気体還元材吹込み用ランスからの気体還元材吹込み位置よりも送風方向の下流側の位置にて行なうことを特徴とする、高炉羽口部への還元材吹込み方法。
2. 前記固体還元材材の吹込み位置を、気体還元材の吹込み位置よりも送風方向の下流側４５０ｍｍ以内（ただし、零となる位置を除く）で行なうことを特徴とする請求項１に記載の高炉羽口部への還元材吹込み方法。
3. 高炉羽口に、固体還元材吹込み用ランスと気体還元材吹込みランスとを設置してなる高炉羽口部への還元材吹込み装置において、上記固体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置を、気体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置よりも、送風方向下流側にしたことを特徴とする高炉羽口部への還元材吹込み装置。
4. 前記固体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置を、気体還元材吹込み用ランスの吹出し口の位置よりも、送風方向の下流側４５０ｍｍ以内（ただし、零となる位置を除く）にしたことを特徴とする請求項３に記載の高炉羽口部への還元材吹込み装置。
5. 前記気体還元材吹込み用ランスが非水冷式ランスであることを特徴とする請求項３または４に記載の高炉羽口部への還元材吹込み装置。

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