JP2012173241A - 微粉炭の粒度分布測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉へ吹込みされる微粉炭の粒度分布を簡易かつ安定的に測定できる微粉炭の粒度分布測定方法を得る
【解決手段】本発明に係る微粉炭の粒度分布測定装置１は、微粉炭製造装置４で製造された微粉炭５をバグフィルタ７に気流搬送して、バグフィルタ７で回収した微粉炭５をコールビン８に貯留し、コールビン８に貯留された微粉炭５を吹込みタンク９に切り出して高炉羽口１３に向けて気流搬送する微粉炭吹込み装置に設けられて微粉炭５の粒度分布をレーザ回折式粒度分布測定装置３５によって測定するものであって、バグフィルタ７と吹込みタンク９との間に設けられた微粉炭５の搬送管１９に取り付けられて搬送管１９内を移動する微粉炭５を採取する採取装置としての吸入ノズル２５と、吸入ノズル２５によって採取された微粉炭５をレーザ回折式粒度分布測定装置３５に気送する微粉炭気送装置２７とを備えたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、補助還元材としての微粉炭の粒度分布を簡易かつ安定的に測定する微粉炭の粒度分布測定装置に関するものである。

高炉操業においては、還元材であるコークスの一部の代わりとして微粉炭を高炉羽口から吹き込む、微粉炭吹込み高炉操業が行なわれている。高炉への微粉炭吹込み操業は、高炉用コークスに比べて微粉炭が安価であるために、大きなコスト低減効果が得られる。また、高炉への微粉炭吹き込み量を増やすことにより高炉用コークスの製造設備であるコークス炉の負荷軽減を図ることができ、コークス炉の延命にも寄与する。
そこで、高炉操業においては、より一層多量の微粉炭を吹き込むための操業技術開発が要請されるに至り、現在では120kg/T以上の微粉炭多量吹込み操業が行われている。

このような、微粉炭の高炉内への吹込み処理の流れを図９に基づいて概説する。微粉炭の高炉内への吹込みは、ヤードにストックされた石炭１を石炭ホッパ２に貯留し、その石炭ホッパ２に貯留されている石炭１をフィーダ３で切出して、微粉炭製造装置４に供給する。石炭１は、複数銘柄（石炭種）からなり、微粉炭製造装置４へは、各銘柄の石炭を所定の比率で供給・混合して粉砕すると共に乾燥し、所定の粒度分布に調製する。

こうして調製された微粉炭５を、主管６を通してバグフィルタ７へ気流輸送する。バグフィルタ７で捕集された微粉炭５はコールビン８で貯留され、更に吹込みタンク９へ輸送する。吹込みタンク９に輸送された微粉炭５を気送により分配器１０へ供給し、更に分配器１０から複数の枝管１１を通して高炉１２下部の多数の羽口１３部まで分配気送する。熱風炉１４から各羽口１３部のブローパイプ１５に供給される熱風中に、微粉炭５を吹込みノズルから噴射し、熱風と共に各羽口１３から高炉１２内に吹き込み、燃焼させる。

このように、微粉炭５を高炉１２の炉内へ吹き込むまでには、いくつかの配管系やバルブ、吹込み装置等を経由させなければならない。ところが、多量吹込みが要請される今日の微粉炭吹込みの高炉操業においては、微粉炭が配管系等の内部に付着し、更にはそれらを閉塞させることもある。
このような微粉炭の配管系等における付着や閉塞が発生した場合には、正常な高炉操業を継続することができなくなる。例えば、吹込みタンク９から分配器１０までの間で閉塞した場合には、高炉１２の全羽口からの微粉炭吹込みが不可能となり、炉頂からのオールコークス装入操業に切り替えなければならず、炉内状況を安定化させるためには長時間を要する。あるいは、分配器１０以降の複数の支管１１のいずれかで閉塞すれば、炉内円周方向についての微粉炭吹込み量にバラツキが発生し、溶銑の成分変動や炉況不調の原因となる。特に、微粉炭吹込み量が多い高炉操業の場合には、減風や休風を余儀なくされて、減産その他大きな問題となる。
このように、配管系等における微粉炭の付着や配管系の閉塞は高炉操業に多大な損失を与える。したがって、微粉炭吹込みにおいては、微粉炭がその配管系等に付着したり、閉塞したりすることなく、スムーズに流れることが強く要請される。

ところで、配管系等における付着や閉塞の要因として微粉炭の粒度分布が影響していることが知られている。したがって、輸送管を流れる微粉炭の粒度分布を計測して常に適切な粒度分布になるように管理することが求められる。
そこで、従来、高炉に吹き込まれる粉体の粒度分布測定は、その都度、輸送管等からサンプリングして測定室に設置されたレーザ回折法により測定をするといういわゆるバッチ方式によって行われており、特許文献１では微粉炭の５〜50質量％が粒径１〜20μｍの微粉炭粒子であり、かつ前記微粉炭が水分を１〜８質量％含有する高炉への微粉炭吹き込み方法が開示されている。
しかしながら、輸送管を流れる微粉炭の粒度分布を常に適切な粒度分布になるように管理するためには、微粉炭の粒度分布の経時変化を測定することが要請される。
そこで、微粉炭粒度を連続測定するための微粉炭粒度測定装置、微粉炭製造システム、高炉操業方法が特許文献２開示されている。

特許文献２に開示された微粉炭の粒度分布測定装置は、微粉炭を高炉羽口へ気流輸送する輸送管と、該輸送管を流れる微粉炭をキャリアガスと共に取り出すバイパス路と、該バイパス路に設けられて該バイパス路に流入する微粉炭の濃度を希釈する希釈手段と、該希釈手段で希釈された微粉炭の粒度分布を連続的に測定するレーザ回折式粒度分布測定装置とを備えたことを特徴とするものである。

特開２００１−２７１１０５号公報 特開２００５−２４１４８０号公報

しかしながら、特許文献２に開示された方法は、高圧で気流輸送中の微粉炭を、バイパス路やエジェクタ等を設けて輸送管から取り出すため、取り出し流路が複雑でバルブ等が多数必要となり、設置およびメンテナンスの費用が多大となる問題があった。
また流路の圧力調整が複雑なため取り出しが安定しないという問題があった。すなわち、最大9kg/cm²程度の高圧となっている吹込みタンクから輸送管を通して微粉炭は輸送されるが、吹込みタンクの圧力が変動すると輸送管内圧力も変動するためエジェクタ差圧が変動し、エジェクタ効果により取り出しされるキャリアガス量および微粉炭量が変動することになる。レーザ回折式粒度分布測定装置は、透過率が所定の範囲内にあることが要請されるところ、取り出されるキャリアガス量および微粉炭量が変動するとキャリアガス中の微粉炭濃度が変化し、それ故に透過率が変化して、安定した測定が難しいという問題がある。
また、吹込みタンクの圧力が変動してエジェクタ差圧の変動が大きい場合には、微粉炭の取り出しが困難になることも考えられる。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、高炉へ吹込みされる微粉炭の粒度分布を簡易かつ安定的に測定できる微粉炭の粒度分布測定方法を得ることを目的としている。

（１）本発明に係る微粉炭の粒度分布測定装置は、微粉炭製造装置で製造された微粉炭をバグフィルタに気流搬送して、該バグフィルタで回収した微粉炭をコールビンに貯留し、該コールビンに貯留された微粉炭を吹込みタンクに切り出して高炉羽口に向けて気流搬送する微粉炭吹込み装置に設けられて微粉炭の粒度分布をレーザ回折式粒度分布測定装置によって測定する微粉炭粒度分布測定装置であって、
前記バグフィルタと前記吹込みタンクとの間に設けられた微粉炭の搬送管に取り付けられて該搬送管内を移動する微粉炭を採取する採取装置と、該採取装置によって採取された微粉炭を前記レーザ回折式粒度分布測定装置に気送する微粉炭気送装置とを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記採取装置は、微粉炭気送装置における気送配管の先端側に設けられると共に前記搬送管に挿入された吸入ノズルであることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記採取装置は、前記搬送管に挿入され搬送管内を移動する微粉炭を捕集する捕集部と、該捕集部で捕集した微粉炭を前記微粉炭気送装置側に搬送して供給する搬送部とを有する機械式サンプラーであることを特徴とするものである。

（４）また、上記（３）に記載のものにおいて、前記機械式サンプラーと前記吸入式導入装置の吸入口との間に振動フィーダを備え、該振動フィーダによって前記吸入口側に向かって供給される微粉炭を前記吸入口で吸入するようにしたことを特徴とするものである。

（５）また、上記（１）乃至（４）に記載のものにおいて、前記吸入導入装置は、微粉炭の吸入量を調節する吸入量調節機能を有することを特徴とするものである。

本発明の微粉炭の粒度分布測定方法においては、バグフィルタと吹込みタンクとの間に設けられた微粉炭の搬送管に取り付けられて該搬送管内を移動する微粉炭を採取する採取装置と、該採取装置によって採取された微粉炭を前記レーザ回折式粒度分布測定装置に気送する微粉炭気送装置とを備えたことにより、簡易な装置構成によって安定的に微粉炭粒度分布の測定ができる。

本発明の一実施形態に係る粒度分布測定装置の取り付け位置を説明する説明図である。 本発明の一実施形態に係る粒度分布測定装置の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る粒度分布測定装置の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る粒度分布測定装置の他の態様の説明図である。 本発明の一実施の形態に係る粒度分布測定装置を用いて粒度分布測定を行った場合の微粉炭の粒度分布（-74μｍ割合（％））の時間経過を示したグラフである。 本発明の一実施の形態に係る粒度分布測定装置を用いて粒度分布測定を行った場合の微粉炭の粒度分布（-44μｍ割合（％））の時間経過を示したグラフである。 本発明の他の実施の形態に係る粒度分布測定装置によって粒度分布測定を行った場合の微粉炭の粒度分布（-74μｍ割合（％））の時間経過を示したグラフである。 本発明の他の実施の形態に係る粒度分布測定装置によって粒度分布測定を行った場合の微粉炭の粒度分布（-44μｍ割合（％））の時間経過を示したグラフである。 微粉炭の高炉内への吹込みフローの説明図である。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に係る微粉炭の粒度分布測定装置２４が取り付けられる部位を説明するための説明図であり、バグフィルタ７と吹込みタンク９との間の配管等を詳細に示している。
まず、図１に基づいて、バグフィルタ７と吹込みタンク９との間の配管等を詳細に説明する。
図１に示されるように、バグフィルタ７の下部にはバグフィルタ７で回収された微粉炭を切り出すためのスクリューフィーダ１７が設けられている。また、スクリューフィーダ１７で切り出された微粉炭をコールビン８に搬送するための２本の搬送管１９がスクリューフィーダ１７とコールビン８との間を連結するように設けられている。各搬送管１９にはバグフィルタ７の機密性を確保するためのロータリーバルブ２１が設けられている。
コールビン８の下方には中間タンク２３が設けられ、中間タンク２３の下方には吹き込みタンクが設けられている。

上記のように構成されたバグフィルタ７から吹込みタンク９までの構造において、バグフィルタ７で回収された微粉炭が吹込みタンク９に供給されるまでの流れを説明する。
バグフィルタ７で回収された微粉炭は、スクリューフィーダ１７で切り出され、スクリューフィーダ１７の下部に設けられた搬送管１９内を自由落下してコールビン８に貯留される。コールビン８に貯留された微粉炭は中間タンク２３を経由して吹込みタンク９に供給される。

次に本実施の形態に係る微粉炭の粒度分布測定装置２４について説明する。
本実施の形態に係る粒度分布測定装置２４は、図２に示すように、バグフィルタ７とコールビン８との間に設けられた搬送管１９に取り付けられて搬送管１９内を落下する微粉炭を採取する採取装置としての吸入ノズル２５と、該採取装置によって採取された微粉炭を前記レーザ回折式粒度分布測定装置３５に気送する微粉炭気送装置２７とを備えている。
以下、詳細に説明する。

＜採取装置＞
本実施の形態に係る採取装置は、搬送管１９に挿入された吸入ノズル２５によって構成されている。

＜微粉炭気送装置＞
微粉炭気送装置２７は、先端側が吸入ノズル２５に連結された吸入管２９と、吸入管２９の他端に取り付けられたエジェクタ３１と、エジェクタ３１に吸入用のガスとなる窒素を供給する窒素供給管３３とを備えている。吸入管２９におけるエジェクタ３１の上流側には、レーザ回折式粒度分布測定装置３５が設けられ、レーザ回折式粒度分布測定装置３５にはＰＣ３７（パーソナルコンピュータ）が接続され、さらにＰＣ３７にはプロセスコンピュータ３９が接続されている。

上記のように構成された本実施の形態に係る微粉炭の粒度分布測定装置２４を用いて微粉炭の粒度分布を測定する方法を説明する。
バグフィルタ７で捕集された微粉炭はバグフィルタ７下部のスクリューフィーダ１７により搬送管１９に切出される。搬送管１９に切り出された微粉炭は、コールビン８に貯留され、中間タンク２３を経て吹込みタンク９へと搬送される。
ここで、バグフィルタ７から吹込みタンク９間は、ほぼ大気圧であり、微粉炭は自然落下しているため、搬送管１９から微粉炭を取り出す場合には、複雑な圧力調整が必要ない。

微粉炭気送装置２７における窒素供給管３３に窒素を供給すると、エジェクタ３１の作用によって吸入ノズル２５から搬送管１９を落下する微粉炭が吸入管２９に吸入される。吸入された微粉炭は、レーザ回折式粒度分布測定装置３５に供給される。レーザ回折式粒度分布測定装置３５は、搬送管１９から吸入されて分散飛翔状態で流れる微粉炭粒子群にレーザ光を照射することによって生ずる回折光の空間強度分布を測定し、その測定結果に基づいて微粉炭粒子群の粒度分布を測定する。
レーザ回折式粒度分布測定装置３５によって測定された測定結果はＰＣ３７に出力され、ＰＣ３７によって所定の演算がなされ、プロセスコンピュータ３９にさらに出力され、プロセス操作室等でモニターされる。

以上のように、本実施の形態においては、バグフィルタ７と吹込みタンク９との間にある搬送管１９に吸入ノズル２５を設けて、搬送管１９内を落下する微粉炭を取出してレーザ回折式粒度分布測定装置３５に導入するようにしたので、搬送管１９内はほぼ大気圧であることから、搬送管１９から微粉炭を取り出すに際して、複雑な圧力調整が必要ない。そして、安定的かつ確実に微粉炭を取り出すことができるので、散飛翔状態の微粉炭濃度を安定させることができ、微粉炭の粒度分布の経時変化を正確に測定することができる。

また、本実施の形態では、バグフィルタ７とコールビン８との間に設けた搬送管１９に微粉炭を吸入する吸入ノズル２５を設けたので、吹込みタンク９側の圧力の影響が少なく、より好ましい。もっとも、バグフィルタ７と吹込みタンク９との間であれば、コールビン８と吹込みタンク９との間、例えばコールビン８と中間タンク２３の間にある配管に吸入ノズル２５を設けるようにしてもよい。

なお、レーザ回折式粒度分布測定装置３５による微粉炭の粒度分布の測定に際し、微粉炭濃度を調整するには、微粉炭気送装置２７における窒素供給管３３への窒素の供給量を調整して微粉炭の吸入量を変化させることで対応できる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、搬送管１９に設けた微粉炭の取出し口に吸入ノズル２５を設けた例であったが、本実施の形態の粒度分布測定装置４０においては、図３に示すように、吸入ノズル２５に代えて搬送管１９に機械式サンプラー４１を挿入し、機械式サンプラー４１によって取り出された微粉炭を、ホッパ４３を介して吸入管２９の吸入口４５に供給し、これを吸入ノズル２５から吸入してレーザ回折式粒度分布測定装置３５に導入するようにしたものである。

機械式サンプラー４１としては、上面が開放された筒体内にスクリューを設置したスクリューフィーダ等を用いることが出来る。上面が開放したスクリューフィーダを用いる場合、スクリューの一部を搬送管１９に挿入し、スクリュー上に落下した微粉炭を搬送管１９の外に定量的に取り出すことが可能となる。この場合、上面が開放した筒体が本発明の微粉炭の捕集部に相当し、スクリューが本発明の搬送部に相当する。

本実施の形態の粒度分布測定装置４０においては、機械式サンプラー４１を用いて搬送管１９から微粉炭を取り出すようにしたので、安定的かつ定量的に微粉炭を取り出すことができ、微粉炭の経時変化を正確に測定することができる。

なお、図４に示すように、機械式サンプラー４１によって取り出した微粉炭を一時的に貯留するバッファタンク４７を設け、バッファタンク４７から吸入ノズル２５へフィーダ４９によって定量的に切出すようにすれば、レーザ回折式粒度分布測定装置３５へ導入される分散飛翔状態の微粉炭濃度をより安定させることができる。
この場合、フィーダ４９による供給量を調整することで微粉炭濃度を最適値になるように調製することもできる。

本発明の実施の形態１の粒度分布測定装置２４によって粒度分布測定を行った。図５、図６はその結果を示すグラフである。図５は、横軸が経過時間を示し、縦軸が微粉炭粒度分布（-74μｍ割合（％））を示している。また、図６は、横軸が経過時間を示し、縦軸が微粉炭粒度分布（-44μｍ割合（％））を示している。
図５、図６のグラフを見ると、測定値が多少上下に変動しているが、経過時間４４Ｈまでは平均値をとるとほぼ一定していることが分かる。経過時間が４４Ｈを過ぎると、グラフ全体が右下がりになっており、この時間以降で微粉炭粒度分布の変化が読み取れる。
このように、実施の形態１の粒度分布測定装置２４によれば、微粉炭採取装置として吸入ノズル２５という簡易な装置でありながら、安定して微粉炭粒度分布を測定できる。

図３に示した実施の形態２の粒度分布測定装置４０によって粒度分布測定を行った。図７、図８はその結果を示すグラフであり、図７は、横軸が経過時間を示し、縦軸が微粉炭粒度分布（-74μｍ割合（％））を示している。また、図８は、横軸が経過時間を示し、縦軸が微粉炭粒度分布（-44μｍ割合（％））を示している。
図７、図８のグラフを見ると、測定値の上下への変動が少なく、微粉炭粒度分布の経時変化を正確に測定できていることが読み取れる。
このように実施の形態２の粒度分布測定装置によれば、微粉炭採取装置として機械式サンプラー４１を用いたので、微粉炭の粒度分布を安定的、かつ正確に測定することができる。

１ ヤードにストックされた石炭
２ 石炭ホッパ
３ フィーダ
４ 微粉炭製造装置
５ 微粉炭
６ 主管
７ バグフィルタ
８ コールビン
９ 吹込みタンク
１０ 分配器
１１ 枝管
１２ 高炉
１３ 羽口
１４ 熱風炉
１５ ブローパイプ
１７ スクリューフィーダ
１９ 搬送管
２１ ロータリーバルブ
２３ 中間タンク
２４ 粒度分布測定装置
２５ 吸入ノズル
２７ 微粉炭気送装置
２９ 吸入管
３１ エジェクタ
３３ 窒素供給管
３５ レーザ回折式粒度分布測定装置
３７ ＰＣ（パーソナルコンピュータ）
３９ プロセスコンピュータ
４０ 粒度分布測定装置
４１ 機械式サンプラー
４５ 吸入口
４７ バッファタンク
４９ フィーダ

Claims (5)

1. 微粉炭製造装置で製造された微粉炭をバグフィルタに気流搬送して、該バグフィルタで回収した微粉炭をコールビンに貯留し、該コールビンに貯留された微粉炭を吹込みタンクに切り出して高炉羽口に向けて気流搬送する微粉炭吹込み装置に設けられて微粉炭の粒度分布をレーザ回折式粒度分布測定装置によって測定する微粉炭粒度分布測定装置であって、
   前記バグフィルタと前記吹込みタンクとの間に設けられた微粉炭の搬送管に取り付けられて該搬送管内を移動する微粉炭を採取する採取装置と、該採取装置によって採取された微粉炭を前記レーザ回折式粒度分布測定装置に気送する微粉炭気送装置とを備えたことを特徴とする微粉炭の粒度分布測定装置。
2. 前記採取装置は、微粉炭気送装置における気送配管の先端側に設けられると共に前記搬送管に挿入された吸入ノズルであることを特徴とする請求項１記載の微粉炭の粒度分布測定装置。
3. 前記採取装置は、前記搬送管に挿入され搬送管内を移動する微粉炭を捕集する捕集部と、該捕集部で捕集した微粉炭を前記微粉炭気送装置側に搬送して供給する搬送部とを有する機械式サンプラーであることを特徴とする請求項１記載の微粉炭の粒度分布測定装置。
4. 前記機械式サンプラーと前記吸入式導入装置の吸入口との間に振動フィーダを備え、該振動フィーダによって前記吸入口側に向かって供給される微粉炭を前記吸入口で吸入するようにしたことを特徴とする請求項３記載の微粉炭の粒度分布測定装置。
5. 前記吸入導入装置は、微粉炭の吸入量を調節する吸入量調節機能を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の微粉炭の粒度分布測定装置。

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