JP2015502456A - 高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置および除去方法 - Google Patents

Abstract

操業中に高炉の燃焼帯に形成される未燃焼堆積層をより効果的で確実に除去することができるように、高炉の燃焼帯の後段に形成される未燃焼堆積層に衝撃エネルギーを加えて未燃焼堆積層を破壊する衝撃手段を含む、高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置および除去方法を提供する。

Description

本発明は、高炉内部の燃焼帯に形成される未燃焼堆積層をより効果的で確実に除去するための、高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置および除去方法に関する。

一般に、高炉操業は、主原料の鉄鉱石と主燃料のコークスを高炉内に装入し、高炉下部の風口を通して高温の熱風と酸素を吹き込んで鎔銑を生産する工程である。コークスは、高炉の内部で高温の熱風と酸素によって燃焼する。コークスの燃焼時発生する高温の熱と還元ガスによって、高炉の内部にある鉄鉱石が還元および溶融する。高炉の内部には、固体、液体、気体、粉体などの様々な相が共に共存し、鉄鉱石の還元反応など、２０種類以上の化学反応が起こる。鉄鉱石とコークスは、高炉の上部から下部へ４〜５時間にわたって降下し、この過程で、各種相変化と化学反応により鎔銑とスラグとして作られ、高炉下部の出銑口を通して排出される。

高炉の下部では、風口を通して空気や酸素が吹き込まれ、補助燃料として微粉炭が熱風と共に高炉内に吹き込まれる。高炉の内部に吹き込まれた熱風と酸素によってコークスや微粉炭が燃焼する。このような燃焼反応は、高炉に熱風を吹き込む風口の前の燃焼帯で主に起こる。

上記燃焼帯では、コークスの激しい旋回現象や酸素不足などの理由から、粉化したコークスおよび微粉炭のうちの一部が燃焼しない現象が発生する。未燃焼のコークスや微粉炭は、燃焼帯の後面に積もって堆積層を形成する。未燃焼コークス粉や微粉炭、灰分で構成された堆積層は、堅い壁をなして、燃焼帯のガスが高炉中心に流れるのを阻害し、上部で生成された溶融物の流れを防止する。特に、微粉炭を多量吹き込む高炉操業では、微粉炭の燃焼性がコークスより優れているため、炉内でコークスの滞留時間が増加して粉発生量が増加し、未燃焼微粉炭の発生量も多くなって、燃焼帯の後面により多くの堆積層が積もる。これにより、熱伝達および還元ガスの流れが悪くなって鎔銑生産量が低下し、還元ガス利用率が低下して、全般的に高炉の操業効率が低下する。このような問題は、高炉の内容積が大きくなるほど堆積物が増加してより深刻化する。

このような燃焼帯の堆積層を適期に解消するために、従来は、微粉炭の吹き込み量を調節したり、微粉炭の燃焼性を向上させることができるように、送風温度の上昇、酸素吹き込み量の増大、高炉の内部温度の上昇、微粉炭吹き込み用ランスの構造改善などの様々な方法が試みられている。

しかし、上記の従来の構造はいずれも、微粉や、スラグ、石炭灰分などがコンクリートのように硬く固まった堆積層を除去するには不十分な技術であり、満足する結果が得られなかった。したがって、上記堆積層を適期に解消させるための技術の開発が要求される。

そこで、操業中に高炉の燃焼帯に形成される未燃焼堆積層をより効果的で確実に除去することができる、高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置および除去方法を提供する。

このために、本除去装置は、高炉の燃焼帯の後段に形成される未燃焼堆積層に衝撃エネルギーを加えて前記未燃焼堆積層を破壊する衝撃手段を含むことができる。

前記衝撃手段は、爆発して前記堆積層に衝撃を加えるカプセルと、前記カプセル内に貯蔵され、ガスを生成してカプセルを爆発させるガス発生材とを含むことができる。

前記ガス発生材は、化学反応によって膨張ガスを生成する物質を含むことができる。

前記ガス発生材は、気化して膨張する物質を含むことができる。

前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウムに砂糖が混合された混合物であるとよい。

前記ガス発生材は、灯油がさらに含まれるとよい。

前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム７０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％を含むことができる。

前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム６０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％、灯油０〜１０重量％を含むことができる。

前記ガス発生材は、液体酸素であるとよい。

前記カプセルは、高炉の内部熱によって溶解する材質からなるとよい。

前記カプセルは、アルミニウム、鉄、またはステンレス材質からなるとよい。

前記カプセルは、内部が中空で、一側には、内部にガス発生材を注入するための注入口が形成され、前記注入口にカプセルを密封するキャップが着脱可能に締結された構造であるとよい。

前記カプセルは、一側先端部が尖った構造であるとよい。

本装置は、前記衝撃手段を未燃焼堆積層に位置させるための移送手段をさらに含むことができる。

前記移送手段は、高炉の風口を通して内部の燃焼帯に連結され、内部に前記カプセルが搭載される発射管と、前記発射管に連結され、前記カプセル発射のためのエネルギーを供給するエネルギー供給部とを含むことができる。

前記発射管は、高炉の風口に設けられる燃焼帯観察窓に連結された構造であるとよい。

前記発射管は、高炉の風口に設けられる微粉炭吹き込みランスに設けられる構造であるとよい。

前記エネルギー供給部は、前記カプセルを押し出す押し棒と、前記押し棒を前進移動させる駆動部とを含み、押し棒で押してカプセルを発射する構造であるとよい。

前記エネルギー供給部は、前記発射管に気体を供給して気体圧力でカプセルを発射する構造であるとよい。

前記気体は、窒素または空気であるとよい。

前記移送手段は、前記発射管の内周面に沿って設けられ、前記カプセルに密着して気密を維持する気密リングをさらに含むことができる。

前記エネルギー供給部は、前記発射管に連結される供給管と、前記供給管に連結され、内部に気体が充填されて発射管に高圧の気体を供給する高圧タンクと、前記供給管に設けられ、供給管を開閉する第１バルブと、前記高圧タンクに連結される気体供給ライン上に設けられ、高圧タンクに気体を充填する昇圧ポンプとを含むことができる。

前記エネルギー供給部は、カプセルの発射前に、前記発射管の圧力を高炉の内部圧力に合わせるための均圧部をさらに含むことができる。

前記均圧部は、前記気体供給ラインに連結され、気体が充填される充填タンクと、前記充填タンクと前記発射管との間に設けられる分岐管と、前記分岐管に設けられ、分岐管を開閉する分岐管バルブと、前記発射管に設けられ、発射管を開閉する発射管バルブとを含むことができる。

一方、本除去方法は、高炉の燃焼帯の後段に形成される未燃焼堆積層に衝撃エネルギーを加えて前記未燃焼堆積層を破壊する段階を含むことができる。

本除去方法は、ガスを生成するガス発生材が内部に注入されたカプセルを用意する準備段階と、前記カプセルを高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層に移送させる移送段階と、カプセルが高炉の内部熱によって爆発する爆発段階とを含むことができる。

前記ガス発生材は、化学反応によって膨張ガスを生成する物質を含むことができる。

前記ガス発生材は、気化して膨張する物質を含むことができる。

前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウムに砂糖が混合された混合物であるとよい。

前記ガス発生材は、灯油がさらに含まれるとよい。

前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム７０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％を含むことができる。

前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム６０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％、灯油０〜１０重量％を含むことができる。

前記ガス発生材は、液体酸素であるとよい。

前記カプセルは、高炉の内部熱によって溶解する材質からなるとよい。

前記カプセルは、アルミニウム、または鉄、またはステンレス材質からなるとよい。

前記移送段階は、高炉の風口を通して内部の燃焼帯に連結される発射管にカプセルを搭載する段階と、前記発射管に高圧の気体を供給してカプセルを押し出す発射段階とを含むことができる。

前記気体は、窒素または空気であるとよい。

前記移送段階は、前記発射段階の前に、前記発射管の圧力を高炉の内部圧力に合わせて調節するための均圧段階をさらに含むことができる。

以上のように、本実施形態によれば、燃焼帯の後段に形成される堆積層を除去することにより、ガスおよび溶融物の流れをより円滑に改善し、炉体の圧力を低下させ、還元ガス利用率を高めることができる。

また、堆積層の除去により炉心に十分な熱を供給し、高炉の操業効率を高めることができる。

さらに、操業状態で堆積層を除去可能とすることにより、堆積層の除去や設備補完のために別途に操業を中断する必要がなく、生産性を高めることができる。

本実施形態にかかる高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去構造を示した概略図である。 本実施形態にかかる高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置の発射管を示した概略図である。 本実施形態にかかる高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置のカプセルを示した断面図である。 本実施形態にかかる高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置の一部構成を示した概略図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施形態を説明する。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施形態は、本発明の概念および範囲を逸脱しない限度内で多様な形態に変形可能である。できるだけ同一または類似の部分は、図面において同一の図面符号を用いて表す。

以下で使用される技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同じ意味を有する。事前に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加的に解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。

図面は概略的であって縮尺に合わせて示されていないことを明らかにする。図面にある部分の相対的な寸法および比率は、図面における明確性および便宜のために、その大きさにおいて誇張または縮小して示されており、任意の寸法は単に例示的なものであって限定的ではない。

図１は、本実施形態にかかる高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去構造を示している。

図１に示されているように、高炉１００は、下部に形成された風口１１０を通して高温の熱風と酸素、微粉炭を吹き込み、内部に装入された鉄鉱石とコークスを溶融させて鎔銑を生産する。

上記高炉１００の風口１１０には、熱風を吹き込むための送風パイプ１２０が設けられる。上記送風パイプ１２０は、内部通路を有する管構造物であり、外側先端には、高炉１００内部の燃焼状態確認のための観察窓１２２が水平方向に設けられる。また、上記送風パイプ１２０は、先端側の側面に挿入口１２４が形成され、微粉炭ランス１３０が上記挿入口１２４を通して内部に挿入設置される。これにより、微粉炭は、上記微粉炭ランス１３０を通してブローパイプの内部に投入され、ブローパイプの内部に投入された熱風と共に、高炉１００の送風口１１０を通して高炉１００の内部に吹き込まれる。

コークスや微粉炭は、高炉１００の内部に吹き込まれた熱風と酸素によって燃焼する。このような燃焼反応は、高炉１００に熱風を吹き込む風口１１０の前の燃焼帯２００で主に起こる。燃焼帯２００は、２５０〜２９０ｍ／ｓｅｃの流速で送風される熱風によって形成された大きい瞳孔形態であり、コークスと微粉炭がここで酸素と会って燃焼する。この過程で、粉化したコークスおよび微粉炭のうちの一部が燃焼せず、燃焼帯２００の後面に積もって未燃焼堆積層２１０を形成する。

本除去装置は、上記堆積層２１０を除去するためのものであり、高炉１００の燃焼帯２００の後段に形成される堆積層２１０に衝撃エネルギーを加えて上記堆積層２１０を破壊する衝撃手段を含む。

本実施形態において、上記衝撃手段は、図２に示されているように、爆発して上記堆積層２１０に衝撃を加えるカプセル１０と、上記カプセル１０内に貯蔵され、ガスを生成してカプセル１０を爆発させるガス発生材２０とを含む。

上記カプセル１０は、円筒形態からなり、ガス発生材２０が満たされるように内部が空の構造となっている。上記カプセル１０の一側先端には、内部にガス発生材２０を注入するための注入口１２が形成される。上記注入口１２には、キャップ１４が着脱可能に締結されてカプセル１０を密封する。

図示のように、上記カプセル１０は、一側先端部が先にいくほど尖った構造となっている。このような構造は、カプセル１０が燃焼帯２００に向けて発射された時、カプセル１０が燃焼帯２００により容易に打ち込まれるようにする。したがって、カプセル１０は、より少ない発射エネルギーで燃焼帯２００の後方の堆積層２１０に十分に到達することができる。

上記注入口１２は、上記カプセル１０の尖った先端側に形成される。上記注入口１２に結合されるキャップ１４は、コーン形態からなり、カプセル１０の尖った先端をなす。本実施形態において、上記注入口１２と上記キャップ１４との接合面にはねじ山が加工され、互いにねじ締結方式で結合可能になる。

ここで、上記カプセル１０は、高炉１００の内部熱によって溶解する材質、より正確には、高炉１００内部の燃焼帯２００の雰囲気温度以下の溶融点を有する材質からなるとよい。本実施形態において、上記カプセル１０は、アルミニウム、または鉄、またはステンレス材質からなるとよい。これにより、上記カプセル１０は、高炉１００の内部に投入されて堆積層２１０を除去した後、高炉１００の内部熱によって溶融して除去される。

本実施形態において、上記ガス発生材２０は、上記カプセル１０の内部に満たされるものであり、化学反応によって膨張ガスを生成する物質を含む。ここで、上記物質は、高炉１００の内部熱によって反応してガスを生成する物質であるとよい。上記物質に加えられる高炉１００の内部熱は、カプセル１０を通して上記物質に間接的に伝達されたり、またはカプセル１０の溶解時に上記物質に直接的に伝達される。

本実施形態において、上記ガス発生材２０は、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）に砂糖（Ｃ_１２Ｈ_２２Ｏ_１１）が混合された混合物であるとよい。あるいは、上記ガス発生材２０は、硝酸カリウムの代わりに、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）が含まれていてもよい。また、上記ガス発生材２０は、灯油（Ｃ_１６Ｈ_３４）がさらに含まれていてもよい。灯油は、カプセル１０の爆発力を増加させる。

上記硝酸カリウムや硝酸ナトリウムおよび砂糖は、固体状態でカプセル１０内に装入できる。

上記ガス発生材２０の化学反応式をみると、４８ＫＮＯ_３（Ｓ）＋５Ｃ_１２Ｈ_２２Ｏ_１１（Ｓ）＝２４Ｋ_２ＣＯ_３（Ｓ）＋３６ＣＯ_３（ｇ）＋２４Ｎ_２（ｇ）＋５５Ｈ_２Ｏ（ｇ）である。上記反応により、ガス発生材２０は、６９ｍｏｌｅの気体が生成され、数千倍の体積膨張が生じるようになる。

上記ガス発生材２０をなす各物質の含有量は、気体生成量に影響を与えるため、上記各物質の含有量を異ならせてカプセル１０の破壊力を調節することができる。

上記各物質の含有量を多様に変化させ、それぞれに対して破壊力を繰り返し実験した結果、以下のようにガス発生材２０の各物質に対する最適な含有量が得られた。

本実施形態において、上記ガス発生材２０は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム７０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％で混合されるとよい。また、灯油がさらに含まれる場合、上記ガス発生材２０は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム６０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％、灯油０〜１０重量％で混合されるとよい。

上記硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウムの混合量が上記範囲を外れると、砂糖との反応によって発生する気体生成量が過度に多いか小さくなる。これにより、カプセルの爆発力が燃焼帯の堆積層を破壊するのに過度に大きいか小さく、所望の効果を達成することが困難である。

このように、上記ガス発生材２０は、硝酸カリウムや硝酸ナトリウムと砂糖との反応によって数千倍の体積のガスを生成することにより、堆積層２１０を破壊できる衝撃エネルギーを発生する。

上記混合物の入っているカプセル１０は、内部で発生したガスの膨張圧によって爆発する。したがって、燃焼帯２００の堆積層２１０は、混合物から発生したガスの膨張エネルギーとカプセル１０の爆発力によって衝撃を受けて破壊される。

他の実施形態として、上記ガス発生材２０は、気化して膨張する物質を含むことができる。ここで、上記ガス発生材２０は、液体酸素であるとよい。

液体酸素は、カプセル１０内に液体状態で存在する。上記液体酸素は、高炉１００の内部でカプセル１０を通して伝達される熱によって気化して数千倍の体積に膨張する。これにより、上記液体酸素の入っているカプセル１０は、内部で発生した酸素の膨張圧によって爆発する。したがって、燃焼帯２００の堆積層２１０は、液体酸素の気化による膨張エネルギーとカプセル１０の爆発力によって衝撃を受けて破壊される。

また、ガス発生材２０として液体酸素を使用する場合、液体酸素が気化して堆積層２１０に酸素を供給する。したがって、堆積層２１０に積もっていた未燃焼状態の微粉炭や粉コークスなどが、供給された酸素によって燃焼する効果が付加的に得られる。

ここで、上記カプセル１０に入るガス発生材２０全体の量は、破壊しようとする堆積層２１０の状態に応じて多様に設定可能である。ガス発生材２０の量が多ければカプセル１０の破壊力が高められるが、過度の場合、破壊力が大きすぎて高炉１００設備に影響を与えることがある。ガス発生材２０の量が少なすぎると、破壊力が弱くなって堆積層２１０が破壊されないことがある。

本除去装置は、上記カプセル１０を燃焼帯２００に発射して堆積層２１０に位置させるための移送手段をさらに含む。図３および図４は、上記移送手段を示している。

図示のように、上記移送手段は、高炉１００の風口１１０を通して内部の燃焼帯２００に連結され、内部に上記カプセル１０が搭載される発射管３０と、上記発射管３０に連結され、上記カプセル１０発射のためのエネルギーを供給するエネルギー供給部４０とを含む。

これにより、エネルギー供給部４０から発射管３０に加えられたエネルギーによって、発射管３０に搭載されていたカプセル１０が高速で発射され、燃焼帯２００の堆積層２１０に打ち込まれる。

上記発射管３０は、長く伸びた管構造物である。上記発射管３０の内径は、略カプセル１０の外径に対応する。上記発射管３０の内周面には、カプセル１０と上記内周面との間の隙間を塞ぐための気密リング３２が設けられる。

ここで、上記発射管３０は、高炉１００の風口１１０に設けられる送風パイプ１２０に連結され、送風パイプ１２０を通して燃焼帯２００の堆積層２１０にカプセル１０を発射する。

本実施形態において、上記発射管３０は、送風パイプ１２０の水平方向の先端に設けられる観察窓１２２に連結できる。上記構造のほか、上記発射管３０は、上記送風パイプ１２０に設けられる微粉炭吹き込みランス１３０の終端に連結されてもよい。

上記エネルギー供給部４０は、カプセル１０発射のために多様な構造が適用可能である。一実施形態として、上記エネルギー供給部４０は、上記発射管３０の内部に挿入されてカプセルを押し出すための押し棒と、上記押し棒を高速で前進移動させる駆動シリンダなどの駆動部とを含むことができる。上記構造の場合、駆動部の作動によって押し棒が高速で前進しながらカプセルを押し出すようになる。これにより、カプセルは、押し棒の押す力によって発射管から高速で発射される。

他の実施形態として、上記エネルギー供給部４０は、上記発射管３０に高圧の気体を供給して気体圧力でカプセル１０を発射する構造であってもよい。上記カプセル１０発射のための気体は、窒素または空気を用いることができる。

図４は、高圧の気体をカプセル１０発射用に用いるためのエネルギー供給部４０の構成を例示している。以下の説明において、カプセル１０発射用の気体が窒素の構造を例として説明する。

図示のように、上記発射管３０に連結される供給管４２と、上記供給管４２に連結され、内部に窒素が充填されて発射管３０に高圧の窒素を供給する高圧タンク４４と、上記供給管４２に設けられ、供給管４２を開閉する第１バルブ４６と、上記高圧タンク４４に連結される窒素供給ライン４１上に設けられ、高圧タンクに窒素を充填する昇圧ポンプ４８とを含む。

これにより、高圧タンク４４に満たされた窒素は、供給管４２を通して発射管３０に供給され、発射管３０からカプセル１０を発射する推進力として作用する。

上記高圧タンク４４は、カプセル１０発射のための窒素が高圧で充填されたタンクであり、供給管４２を通して高圧の窒素を発射管３０に瞬間的に供給するようになる。

上記窒素供給ライン４１には、第４バルブ５３が設けられ、供給ライン４１を通した窒素の供給を制御する。上記高圧タンク４４の一側には、高圧タンク４４の内部圧力を検出するための圧力計５４が設けられる。

上記昇圧ポンプ４８は、窒素供給ライン４１を通して供給される窒素を、高圧タンク４４に設定圧力で充填する。

上記昇圧ポンプ４８と上記高圧タンク４４との間の窒素供給ライン４１上には、窒素供給ラインを開閉して高圧タンクに窒素を供給する供給バルブ５０が設けられる。

上記供給バルブ５０は、カプセルの発射後、高圧タンクに設けられた圧力計５４の圧力が低下すると開放作動し、昇圧ポンプによって供給される窒素を、高圧タンク４４に設定圧力で充填させる。

ここで、上記高圧タンク４４の前後には、高圧タンク４４に連結される供給管４２および供給ライン４１をそれぞれ開閉する第２バルブ５１および第３バルブ５２が設けられる。上記第２バルブ５１と第３バルブ５２は、第１バルブ４６と供給バルブ５０を補助するためのものであり、必要な時、手動または自動的に開閉され、高圧タンク４４に窒素を流入または流出させる。

また、上記エネルギー供給部４０は、カプセル１０の発射前に、上記発射管３０の圧力を高炉１００の内部圧力に合わせるための均圧部をさらに含む。高炉１００の内部圧力は、４気圧以上の高圧である。これにより、発射管３０を高炉１００に連結した時、高炉１００の内部ガスが発射管３０を通して逆流することがある。このようなガスの逆流防止のために、カプセル１０の発射前に、発射管３０の内部圧力を高炉１００の内部圧力と同一に合わせる必要がある。

上記均圧部は、上記窒素供給ライン４１に連結され、気体が充填される充填タンク６１と、上記充填タンク６１と上記発射管３０との間に設けられる分岐管６２と、上記分岐管６２に設けられ、分岐管６２を開閉する分岐管バルブ６３と、上記発射管３０に設けられ、発射管３０を開閉する発射管バルブ６４とを含む。

本実施形態において、上記充填タンク６１は、窒素供給ライン４１に設けられている昇圧ポンプ４８に連結される。昇圧ポンプ４８の駆動により、充填タンク６１または／および高圧タンク４４に窒素が充填される。

上記充填タンク６１の前後には、充填タンク６１に連結される分岐管６２および供給ライン４１をそれぞれ開閉する第５バルブ６５および第６バルブ６６が設けられる。上記第５バルブ６５と第６バルブ６６は、分岐管バルブ６３を補助するためのものであり、必要な時、手動または自動的に開閉され、充填タンク６１に窒素を流入または流出させる。

上記分岐管６２は、充填タンク６１と発射管３０とを連結し、窒素を発射管３０に供給する。上記分岐管６２は、発射管３０に設けられる発射管バルブ６４と発射管３０のカプセル１０搭載位置との間で発射管３０に連結される。上記発射管３０には、発射管３０の内部圧力を検出するための圧力計６７がさらに設けられる。

これにより、カプセル１０の発射前に、分岐管６２に設けられた分岐管バルブ６３と発射管３０に設けられた発射管バルブ６４を開閉調節することにより、発射管３０の内部に窒素を供給して発射管３０の内部圧力を高炉１００の内部圧力と同一に維持することができる。

以下、堆積層２１０の除去過程について説明する。

本実施形態にかかる堆積層２１０の除去は、堆積層２１０に衝撃エネルギーを加えて堆積層２１０を破壊する方法により行われる。

堆積層２１０破壊のために、まず、ガスを生成するガス発生材２０が内部に注入されたカプセル１０を用意する過程を経る。作業者は、カプセル１０を爆発させるためのガス発生材２０をカプセル１０の内部に装入し、カプセル１０を密封して用意する。

衝撃エネルギーを発生するためのカプセル１０が用意されると、次の過程として、カプセル１０を高炉１００の内部に発射し、高炉１００の燃焼帯２００の堆積層２１０に打ち込む。

本実施形態では、カプセル１０発射のために、発射管３０内にカプセル１０を搭載し、カプセル１０が搭載された発射管３０を、高炉１００の風口１１０に設けられた送風パイプ１２０に連結する。上記発射管３０は、送風パイプ１２０の先端に設けられた観察窓１２２に連結されたり、送風パイプ１２０に設けられる微粉炭吹き込みランス１３０に連結されるとよい。

発射管３０が観察窓１２２に設けられた場合、送風パイプ１２０の内部に伸びた微粉炭吹き込みランス１３０は外側に後進させ、発射されたカプセル１０と微粉炭吹き込みランス１３０との間に干渉が発生しないようにする。

微粉炭吹き込みランス１３０を用いてカプセル１０を発射しようとする場合には、微粉炭吹き込みランス１３０の外側先端に発射管３０を装着する。

発射管３０が送風パイプ１２０に連結されると、発射管３０の後段に高圧の窒素が噴射される供給管４２を連結する。上記高圧の窒素は、カプセル１０を押し出すための推進力を発生させる。

このように、カプセル１０発射のための装備のセッティングが完了すると、供給管４２を通して高圧の窒素を発射管３０に瞬間的に供給することにより、発射管３０に搭載されたカプセル１０を発射させることができる。発射管３０から発射されたカプセル１０は、送風パイプ１２０を通って燃焼帯２００に打ち込まれ、燃焼帯２００の後方の堆積層２１０に位置させられる。

そして、カプセル１０は、堆積層２１０で高炉１００の内部熱によって爆発することによって堆積層２１０を除去する。

ここで、本除去方法は、上記カプセル１０の発射前に、上記発射管３０を高炉１００に連結した状態で、発射管３０の内部圧力を高炉１００の内部圧力に合わせる過程を経る。

図４に示されているように、窒素供給ライン４１に設けられた第４バルブ５３を開放作動させて昇圧ポンプ４８を駆動すると、窒素は、供給ライン４１に沿って連結された充填タンク６１と高圧タンク４４に移送されて充填される。このような充填過程で、供給ライン４１に設けられた供給バルブ５０は開放作動する。第２バルブ５１と第３バルブ５２、第５バルブ６５および第６バルブ６６は、補助的な役割を果たすバルブであり、装置が正常作動する状態では開放状態を維持する。これにより、窒素は、充填タンク６１と高圧タンク４４に流入する。そして、供給管４２に設けられた第１バルブ４６は、閉鎖作動して窒素の流出を遮断する。また、上記発射管３０に設けられた発射管バルブ６４と、分岐管６２に設けられた分岐管バルブ６３も閉鎖作動する。

この状態で、分岐管６２に設けられた分岐管バルブ６３が開放作動すると、充填タンク６１内の窒素が分岐管６２を通して発射管３０の内部に流入する。発射管３０の内部に流入する窒素によって発射管３０の内部圧力は高くなる。発射管３０の内部圧力は、発射管３０に設けられた圧力計６７により検出される。発射管３０の内部圧力が次第に増加して高炉１００内部の燃焼帯２００の圧力と同一になると、発射管３０に設けられた発射管バルブ６４を開放作動する。上記発射管バルブ６４が開放作動して高炉１００の燃焼帯２００と発射管３０とが連通しても、同じ圧力下にあるため、高炉１００内部のガスが発射管３０に逆流しない。発射管３０の内部圧力の調整が完了すると、分岐管バルブ６３は、閉鎖作動して分岐管６２を通した窒素の移動を遮断する。

このように発射管３０の内部圧力が調整された状態で、高圧タンク４４の充填された窒素がカプセル１０発射のための十分な圧力に到達したかを確認する。高圧タンク４４の圧力は、高圧タンク４４に設けられた圧力計５４により検出することができる。

高圧タンク４４に十分な圧力で窒素が充填されると、供給管４２に設けられた第１バルブ４６が開放作動してカプセル１０を発射する。第１バルブ４６が開放作動すると、高圧タンク４４内に充填されていた高圧の窒素が、供給管４２を通して発射管３０に瞬間的に供給される。発射管３０に供給された高圧の窒素によって、発射管３０に搭載されたカプセル１０が高速で押し出され、発射管３０の先端を通して高炉１００の内部に発射される。

発射管３０から発射されたカプセル１０は、高炉１００の燃焼帯２００に衝突しながら内部に打ち込まれ、燃焼帯２００の後段の堆積層２１０に位置させられる。

カプセル１０が発射された後、第１バルブ４６は、直ちに閉鎖作動して高炉１００内部のガスが発射管３０を通して逆流するのを遮断する。

高炉１００内部の堆積層２１０に打ち込まれたカプセル１０は、カプセル１０の内部に装入されているガス発生材２０が高炉１００の内部熱によって反応して、内部で数千倍の体積のガスを生成する。

これにより、上記カプセル１０は、内部で発生したガスの膨張圧によって爆発する。ガスの膨張エネルギーとカプセル１０の爆発力によって、堆積層２１０で衝撃エネルギーが発生する。したがって、燃焼帯２００の堆積層２１０は、このような衝撃エネルギーによって破壊されて除去される。

以上、本発明の例示的な実施形態が図示および説明されたが、多様な変形および他の実施形態が本分野における熟練した技術者によって実施可能である。このような変形および他の実施形態は、添付した請求の範囲にすべて考慮されて含まれており、本発明の真の趣旨および範囲を逸脱しない。

Claims (36)

1. 高炉の燃焼帯の後段に形成される未燃焼堆積層に衝撃エネルギーを加えて前記未燃焼堆積層を破壊する衝撃手段を含む、高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
2. 前記衝撃手段は、爆発して前記堆積層に衝撃を加えるカプセルと、前記カプセル内に貯蔵され、ガスを生成してカプセルを爆発させるガス発生材とを含む、請求項１に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
3. 前記ガス発生材は、化学反応によって膨張ガスを生成する物質を含む、請求項２に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
4. 前記ガス発生材は、気化して膨張する物質を含む、請求項２に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
5. 前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウムに砂糖が混合された構造である、請求項３に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
6. 前記ガス発生材は、灯油をさらに含む、請求項５に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
7. 前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム７０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％を含む、請求項５に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
8. 前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム６０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％、灯油０〜１０重量％を含む、請求項６に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
9. 前記ガス発生材は、液体酸素である、請求項４に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
10. 前記カプセルは、高炉の内部熱によって溶解する材質からなる、請求項２に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
11. 前記カプセルは、アルミニウム、鉄、またはステンレス材質からなる、請求項１０に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
12. 前記カプセルは、内部が中空で、一側には、内部にガス発生材を注入するための注入口が形成され、前記注入口にカプセルを密封するキャップが着脱可能に締結された構造である、請求項２に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
13. 前記カプセルは、一側先端部が尖った構造である、請求項２に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
14. 前記衝撃手段を未燃焼堆積層に位置させるための移送手段をさらに含む、請求項１から１３のいずれか１項に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
15. 前記移送手段は、高炉の風口を通して内部の燃焼帯に連結され、内部に前記カプセルが搭載される発射管と、前記発射管に連結され、前記カプセル発射のためのエネルギーを供給するエネルギー供給部とを含む、請求項１４に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
16. 前記発射管は、高炉の風口に設けられる燃焼帯観察窓に連結された構造である、請求項１５に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
17. 前記発射管は、高炉の風口に設けられる微粉炭吹き込みランスに設けられる構造である、請求項１５に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
18. 前記エネルギー供給部は、前記カプセルを押し出す押し棒と、前記押し棒を前進移動させる駆動部とを含み、押し棒で押してカプセルを発射する構造である、請求項１５に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
19. 前記エネルギー供給部は、前記発射管に気体を供給して気体圧力でカプセルを発射する構造である、請求項１５に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
20. 前記気体は、窒素または空気である、請求項１９に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
21. 前記移送手段は、前記発射管の内周面に沿って設けられ、前記カプセルに密着して気密を維持する気密リングをさらに含む、請求項１５に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
22. 前記エネルギー供給部は、前記発射管に連結される供給管と、前記供給管に連結され、内部に気体が充填されて発射管に高圧の気体を供給する高圧タンクと、前記供給管に設けられ、供給管を開閉する第１バルブと、前記高圧タンクに連結される気体供給ライン上に設けられ、高圧タンクに気体を充填する昇圧ポンプとを含む、請求項１９に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
23. 前記エネルギー供給部は、カプセルの発射前に、前記発射管の圧力を高炉の内部圧力に合わせるための均圧部をさらに含む、請求項２２に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
24. 前記均圧部は、前記気体供給ラインに連結され、気体が充填される充填タンクと、前記充填タンクと前記発射管との間に設けられる分岐管と、前記分岐管に設けられ、分岐管を開閉する分岐管バルブと、前記発射管に設けられ、発射管を開閉する発射管バルブとを含む、請求項２３に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去装置。
25. 高炉の燃焼帯の後段に形成される未燃焼堆積層に衝撃エネルギーを加えて前記未燃焼堆積層を破壊する段階を含む、高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
26. 前記堆積層を破壊する段階は、ガスを生成するガス発生材が内部に注入されたカプセルを用意する準備段階と、前記カプセルを高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層に移送させる移送段階と、カプセルが高炉の内部熱によって爆発する爆発段階とを含む、請求項２５に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
27. 前記ガス発生材は、化学反応によって膨張ガスを生成する物質を含む、請求項２６に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
28. 前記ガス発生材は、気化して膨張する物質を含む、請求項２６に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
29. 前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウムに砂糖が混合された、請求項２７に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
30. 前記ガス発生材は、灯油をさらに含む、請求項２９に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
31. 前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム７０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％を含む、請求項２９に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
32. 前記ガス発生材は、硝酸カリウムまたは硝酸ナトリウム６０〜８０重量％、砂糖２０〜３０重量％、灯油０〜１０重量％を含む、請求項３０に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
33. 前記ガス発生材は、液体酸素である、請求項２８に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
34. 前記移送段階は、高炉の風口を通して内部の燃焼帯に連結される発射管にカプセルを搭載する段階と、前記発射管に高圧の気体を供給してカプセルを押し出す発射段階とを含む、請求項２６から３３のいずれか１項に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
35. 前記気体は、窒素または空気である、請求項３４に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。
36. 前記移送段階は、前記発射段階の前に、前記発射管の圧力を高炉の内部圧力に合わせて調節するための均圧段階をさらに含む、請求項３４に記載の高炉の燃焼帯の未燃焼堆積層除去方法。

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