JP3771728B2 - 高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の羽口部から微粉炭を吹き込む際に、微粉炭と同時に還元ガスを吹き込む高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業にあっては、コークス代替として、安価で燃焼性がよい燃料（微粉炭、石油、ナフサ等）を羽口部より吹き込み、熔銑製造コスト低減、生産性向上を図ってきており、特公昭４０−２３７６３号公報にその技術が開示されている。特に直近では価格の点から微粉炭吹き込みが主流となっている。
【０００３】
また、微粉炭吹き込みに加えて種々のガスを吹き込むことが、特開平４−２６８００３号公報に提示されている。この技術は該公報の記載によれば、羽口部から微粉炭を高炉の内部に吹き込む場合において、微粉炭吹き込み位置の手前１００〜５００ｍｍより天然ガス（ＬＮＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、プロパンガス（ＬＰＧ）などを吹き込み、微粉炭吹き込み位置の雰囲気温度を１５００〜２０００℃に調整することに主眼点を置いている。
【０００４】
さらには、特開平４−３５８０１４号公報には、高炉の羽口部から微粉炭を吹き込む際に、その分解熱によるフレーム温度低下を防止し、高炉の炉熱を確保し、かつ高炉の炉芯内温度を維持することにより、生産性を向上させ燃料比を低下させることを目的とし、予め微粉炭を高炉外にて熱分解し、生成したガス、タール、チャーを全量羽口部から吹き込むか、或いは生成したガス、タールを除去し、残ったチャーのみを羽口部から吹き込む技術が開示されている。
また、その他にも生産性を増すために送風中に酸素を富化した操業も通常実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高炉操業においては、微粉炭吹き込み量には自ずから限界があった。すなわち、微粉炭を多量に吹き込むと、吹き込んだ微粉炭全量が燃焼せずに一部未燃チャーが発生する。この未燃チャーは上昇ガス流に乗って炉頂より排出されることもあり、微粉炭のコークスに対する置換率が低下し、燃料比上昇、生産量低下を引き起こす。また、この未燃チャーが高炉炉下部中心のコークス層（炉芯と称する）に捕捉された時は、この部分を流下する熔銑滓の通液性を阻害し、ひいてはこの部分のガスの通気性を阻害することになり、高炉の生産量はさらに低下する。
【０００６】
したがって、微粉炭の吹き込み限界をあげるためには、微粉炭の燃焼性向上対策や溶銑滓の通液性確保のためのコークス強度の上昇、高炉燃料比上昇等を余儀なくされコストアップの要因となっていた。このため、多くとも１５０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（出銑ｔ当りの微粉炭吹き込み量ｋｇを示すが、以下ｋｇ／ｔ・ｐで表す）が限度とされていた。
そこで、他の還元ガスの併用も考えられるが前述したＬＮＧは生産地域が偏在しているのでその利用に難があり、手近にあるＣＯＧの使用は製鉄業全体の燃料バランスからみると、他の鋼材加熱炉等の熱源として用いた方が燃料の熱量を有効に活用できるという観点から有利であり、高炉へ用いるとコスト的に不利益となる。
【０００７】
また、特開平４−３５８０１４号公報にあるように微粉炭を炉外で熱分解し、分解生成物を高炉に吹き込む方法、またはチャーのみを吹き込む方法では、高炉の羽口での微粉炭の熱分解によるフレーム温度低下防止には役に立つが、高炉では熱分解に必要な熱を外部から供給する必要があることや発生ガスのカロリーは高いが、発生ガス収率が少なく、さらにガス発生と同時にチャーやタールが多量に発生するために、これら生成物の分離処理が必要になってくる。
また分離しないで直接高炉に吹き込む場合には、タールやチャーによる詰まり付着防止対策が必要となること、またスラグ分も高炉に直接吹き込まれること等の不都合な問題が生じる。
【０００８】
さらに、高出銑操業のために一般的に酸素富化操業を実施しているが、この操業により羽口先温度（フレーム温度）が上昇する他、熱流比（炉内を通過する固体の速度×固体の比熱）／（炉内を通過するガス速度×ガス比熱）が増加する。これは富化した酸素に相当する送風量を減じて（窒素量が減少することになる）、高炉ボッシュガス中のＣＯ濃度を高めて鉱石の還元速度を上昇させる操業となり、結果としてボッシュガスを減じることに繋がる。
本発明は、このような従来の問題点の解決を図ることを目的として開発されたもので、微粉炭の吹き込みに加えて還元ガスを同時に吹き込む方法を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは下記手段にある。
（１） 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを微粉炭と同時に高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した２本のランス通して高炉内へ供給するに当たり、それぞれのランスを微粉炭と還元ガスの専用となし、該ランスから微粉炭と還元ガスを同時に供給する高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
（２） 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した２本のランスの先端部において、微粉炭供給ランスより還元ガス供給ランスが５０〜１００ｍｍ高炉側へ配設されているランスを用いる（１）記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
【００１０】
（３） 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを微粉炭と同時に高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した二重管ランスを通して高炉内へ供給するに当たり、該ランスの内管へ微粉炭を、外管へ還元ガスを搬送する高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
（４） 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口したランスの先端部において、外管を内管より１０〜３０ｍｍ突出させた二重管ランスを用いる（３）記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
【００１１】
（５） 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した単管ランスを通して高炉内へ供給するに当たり、該単管ランスとは別に二重管ランスをブローパイプ内に臨ませ、該二重管ランスの内管へ微粉炭を、外管へ酸素を搬送する高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
（６） 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した単管ランスと二重管ランスの先端部において、単管ランスを二重管ランスより５０〜１００ｍｍ高炉側へ配設したランスを用いる（５）記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは前述のように高炉へ吹き込む微粉炭量を如何にして増量できるかについて鋭意研究検討を重ねた結果、種々の操業条件からみて微粉炭のみで通常操業で使用されている最大量１５０ｋｇ／ｔ・ｐの限界値を超えることは、高炉を安定して操業させるには困難であるとの結論に到達した。
そこでこの微粉炭に代え得る還元材とし、従来法で提案されている種々の還元材について試行してみたがいずれも望ましい結果が得られなかった。
【００１３】
しかし、微粉炭をガス化して使用してみた結果、微粉炭を増量させるための代替還元材として有効であり、さらにそのガスの改質をおこなってみたところ、よりよい還元材が得られることが判明し、この還元材の使用によって微粉炭と還元ガス（微粉炭換算）の両者合算で、約２００ｋｇ／ｔ・ｐまで増量できることが可能となったが、この還元ガスを用いるに当たり、適切な吹き込みランスを使用すべくその開発を試みた結果、本発明の完成をみるに至った。
【００１４】
以下、本発明を先ず図面に基づいて説明する。
図１は、微粉炭から還元ガスを製造し高炉羽口に供給するまでの設備フローを示したものである。
まず、石炭５を粉砕設備２にて１００μ程度の微粉状に破砕し、次いでガス化炉３に装入する。一方、破砕された微粉炭５を部分燃焼させるための酸素６（空気または酸素富化空気でもよい）を該ガス化炉３に供給し、炭化水素を主成分とする微粉炭中の揮発分を揮発させる。炭化水素は酸素と反応し、主に一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2 ）を生成し、一部二酸化炭素（ＣＯ2 ）と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）にまで反応が進む。
【００１５】
しかし、還元ガスの生成を目的とするので過剰酸素率は、石炭５の炭化水素量に見合った量の供給に止め、できるだけＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの発生を抑制できるよう考慮する。このようにして生成したガスは１５００〜１６００℃の高熱を有しており、このままの状態で高炉内に供給することもできるが、さらにこのガスをガス改質炉４に導入して、微粉炭７を供給することにより高カロリー化・高還元性能のガスとなすことができる。
【００１６】
またガス改質炉４において、水蒸気８を供給すると供給した水蒸気（Ｈ2 Ｏ）は、高温雰囲気下でＨ2 とＯ2 に分解し還元ガス中のＣＯ、Ｈ2 濃度を上昇させることができ、前記した還元ガスの還元力の不足を補う効果を有する。また、供給された微粉炭中の炭素が完全燃焼したＣＯ2 およびＨ2 Ｏと反応し、還元ガス９としてのＣＯ、Ｈ2 ガスに改質され、還元ガスとしての潜熱を上昇させることができる。
【００１７】
このときの上記反応は吸熱反応であるため、ガス化炉３で発生する高温のガス温度を高炉使用に適する温度１２００℃程度まで低下させることができ、還元ガス温度の調整が可能である。このとき供給すべき還元ガス量が多い場合、または、熱バランス的にガス温度が高炉で使用すべき温度よりも高い場合、温度によってガス容積が変わってくるので、高炉へ供給するためのランスでの搬送限界量を超える惧れがある。したがって、熱交換器等を用いることにより、還元ガス温度を５００℃程度までに温度を低下させることも考慮する必要がある。
例えば、熱交換器によって熱交換された熱は、ボイラー等の熱源として有効利用に役立つ。このようにして得られた還元ガス９は、ランスを通して熱風１０へ供給され同時に微粉炭１９も他のランスを通して熱風１０へ供給される。
【００１８】
前述したように本発明者らは、微粉炭を空気や酸素等の酸化剤と反応させてガス化させるが、酸素と微粉炭の比率を調整し、Ｃ＋１／２Ｏ2 ＝ＣＯ反応である部分燃焼反応を利用して多量の還元ガスを生成させ、さらにガス組成をより高カロリーまたは高還元性能に変えるため、微粉炭添加、水蒸気添加等によるＣ＋ＣＯ2 ＝２ＣＯまたはＣ＋Ｈ2 Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ2 反応により、ＣＯ、Ｈ2 の量を増やせることに着目した。
【００１９】
本発明によれば、ガス化による温度上昇（約１５００℃）により、タール分のガス化、スラグの溶融滴下による分離が可能となり、さらには微粉炭添加、水蒸気添加等を組み合わせることによりガス温度の調節も可能であり、高炉羽口からの吹き込みが極めて容易となる。
本還元ガスを用いることにより、微粉炭由来のガスと吹き込み微粉炭量を合わせて実質的に安価な微粉炭使用量を例えば、２００ｋｇ／ｔ・ｐレベルとすることができ、コークス比も低減できる。また微粉炭吹き込み量増時の持ち込み灰分の影響もなくなり、高炉操業の安定にもつながる。さらに、羽口先温度調整やボッシュガス量確保の点で酸素富化操業との併用も可能となり、高出銑比操業の達成も容易となる。
【００２０】
本発明において、高炉に使用できる還元ガスとしては、ガス改質炉で生成される不純物等の夾雑物を含んだ粗製ガスでもよいが、スラグ分離除去したガス、またはスラグとチャーを分離除去したガス、さらにはスラグ、チャー、灰分等の夾雑物を全て取り除いた精製ガスが最も好ましい。しかしこれ等の夾雑物を分離除去するためには設備的に複雑な装置を必要とし還元ガス製造コストの上昇にも繋がり、また還元ガス供給ランスの保全管理にも影響を及ぼす。
したがって、還元ガスとしてどの段階のガスを用いるかは、高炉操業上供給される還元ガス（供給量にもよるが）からもたらされる影響の度合いと、還元ガスのコストとの兼ね合いから決めるべきで、徒にクリーンなガスのみしか使用できないということではない。
【００２１】
図２は還元ガスを微粉炭と共に高炉羽口へ供給するためのランス配設状態の１例を示した模式図である。
図において、高炉炉壁１１には羽口１２が設けられ、羽口１２の後端にブローパイプ１３が連接されている。ブローパイプ１３には加熱空気等が供給されており、ブローパイプ１３を介して羽口１２から炉内１４に送風される。
このような送風羽口において、ランス１７および１８がブローパイプ１３を貫通して加熱空気の通路内で開口し、該ランス１７を介して微粉炭が、またランス１８を介して還元ガスがブローパイプ１３内に吹き込まれるように構成されており、羽口１２の前方にはガスにより噴流１５が形成され、さらに、炉内１４に充填されたコークスが旋回しながら燃焼する領域、すなわちレースウエイ１６が形成されている。
上記ブローパイプ１３内に臨ませたランスの配設に当たっての位置関係は、微粉炭供給ランス１７より還元ガス供給ランス１８を高炉側に設置する。この場合、両ランス先端部間の距離（Ｌ1 ）は５０〜１００ｍｍの間隔を保持するのが望ましい。
【００２２】
また、図３（ａ），（ｂ）に二重管ランスについて、それぞれランスの断面図と側面図を示した。二重管ランスの外管２１の先端部を内管２２の先端部より突出させた構造（図３（ｂ））となし、該ランス内管２２から微粉炭を、外管２１から還元ガスを供給する。この場合、突出する外管２１の先端部と内管２２の先端部の距離は、１０〜３０ｍｍ（Ｌ2 ）の間隔を設けるのが好ましい。
【００２３】
また、図４（ａ），（ｂ）にそれぞれランスの断面図と側面図に示したように、二重管ランスと単管ランスを併用することもよく、二重管ランスの内管２２から微粉炭を供給し、外管２１からは酸素を供給する。一方、単管ランス１８からは還元ガスを供給する。この場合、単管ランス１８の先端部は二重管ランスの先端部から５０〜１００ｍｍ（Ｌ3 ）離して高炉側へ設置するのが望ましい（図４（ｂ））。
【００２４】
高炉内への微粉炭吹き込み量に対する還元ガス吹き込み量であるが、前述のように現在の高炉操業では微粉炭量は、最大限１５０ｋｇ／ｔ・ｐが限界値と言われている。しかし、本発明によれば従来の微粉炭に加え還元ガス（還元ガスは微粉炭換算）を用いることにより、両者の吹き込み量の合計で２００ｋｇ／ｔ・ｐまでは可能となり、この還元ガス量を増大せしめれば微粉炭の吹き込み量を低下させることができる。
【００２５】
これら両者の吹き込み量は高炉操業における炉況の安定性、吹き込み設備の規模によっても当然左右されるものであり、一概に適正範囲を決めることは困難であるが、還元ガスの使用量としては、高炉羽口から吹き込む鉱石の還元に用いられる炭素量および水素量が微粉炭に含有される量（Ｃ）と、還元ガスに含まれる量（Ｇ）（還元ガスは微粉炭に換算してその量を算出）の間では、（Ｇ＋Ｃ）の絶対量にもよるが（Ｇ）／（Ｇ＋Ｃ）が０．０５〜０．７５の範囲が実用上好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の効果を実際の高炉に適用した実施例によって説明する。
操業を行った高炉は内容積３２７３ｍ3 を有する微粉炭吹き込み実施中の高炉であり、この高炉に微粉炭と同時にＣＯ４９．２％，Ｈ2 ３５．１％，ＣＯ2 ９．８％，Ｈ2 Ｏ４．６％の成分を有する還元ガスを用いて、ブローパイプより高炉内へ羽口を通して吹き込みを行った。
【００２７】
還元ガスについてはその製造度合によって、高炉操業へ及ぼす影響度も異なってくるが、実施例においては、使用ランスの種別、配設位置での差異を明確にすることに主眼をおいたので、上記１種類の還元ガスのみについて実施した。したがって、ランスについては図２，３，４に示したそれぞれのランスを用いた。
高炉において微粉炭と還元ガス吹き込みを実施したときの操業条件を表１に示し、さらにその操業によって得られた操業結果を表２に示した。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては種々のランスについてそのランス応じ、その設定状態を最適位置に配設させ、予め微粉炭を高炉外にてガス化炉で生成した還元ガスを、ブローパイプより高炉内へ羽口を通して微粉炭と同時に吹き込むことにより、高炉の炉熱を確保し、出銑比が向上し、燃料比低下が図られ、安定した溶銑供給が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】還元ガス製造のフローを示す図。
【図２】高炉羽口部のランス配設状態を示す模式図。
【図３】本発明に用いられる二重管ランスの概略図。
【図４】本発明に用いられる二重管ランスと単管ランスの配設状態を示した概略図。
【符号の説明】
１ 高炉
２ 粉砕設備
３ ガス化炉
４ ガス改質炉
５ 石炭
６ 酸素
７ 微粉炭
８ 水蒸気
９ 還元ガス
１０ 熱風
１１ 炉壁
１２ 羽口
１３ ブローパイプ
１４ 炉内
１５ 噴流
１６ レースウェイ
１７ 微粉炭供給ランス
１８ 還元ガス供給ランス
１９ 微粉炭
２１ 外管
２２ 内管
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の羽口部から微粉炭を吹き込む際に、微粉炭と同時に還元ガスを吹き込む高炉操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉操業にあっては、コークス代替として、安価で燃焼性がよい燃料（微粉炭、石油、ナフサ等）を羽口部より吹き込み、熔銑製造コスト低減、生産性向上を図ってきており、特公昭４０−２３７６３号公報にその技術が開示されている。特に直近では価格の点から微粉炭吹き込みが主流となっている。
【０００３】
また、微粉炭吹き込みに加えて種々のガスを吹き込むことが、特開平４−２６８００３号公報に提示されている。この技術は該公報の記載によれば、羽口部から微粉炭を高炉の内部に吹き込む場合において、微粉炭吹き込み位置の手前１００〜５００ｍｍより天然ガス（ＬＮＧ）、コークス炉ガス（ＣＯＧ）、プロパンガス（ＬＰＧ）などを吹き込み、微粉炭吹き込み位置の雰囲気温度を１５００〜２０００℃に調整することに主眼点を置いている。
【０００４】
さらには、特開平４−３５８０１４号公報には、高炉の羽口部から微粉炭を吹き込む際に、その分解熱によるフレーム温度低下を防止し、高炉の炉熱を確保し、かつ高炉の炉芯内温度を維持することにより、生産性を向上させ燃料比を低下させることを目的とし、予め微粉炭を高炉外にて熱分解し、生成したガス、タール、チャーを全量羽口部から吹き込むか、或いは生成したガス、タールを除去し、残ったチャーのみを羽口部から吹き込む技術が開示されている。
また、その他にも生産性を増すために送風中に酸素を富化した操業も通常実施されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高炉操業においては、微粉炭吹き込み量には自ずから限界があった。すなわち、微粉炭を多量に吹き込むと、吹き込んだ微粉炭全量が燃焼せずに一部未燃チャーが発生する。この未燃チャーは上昇ガス流に乗って炉頂より排出されることもあり、微粉炭のコークスに対する置換率が低下し、燃料比上昇、生産量低下を引き起こす。また、この未燃チャーが高炉炉下部中心のコークス層（炉芯と称する）に捕捉された時は、この部分を流下する熔銑滓の通液性を阻害し、ひいてはこの部分のガスの通気性を阻害することになり、高炉の生産量はさらに低下する。
【０００６】
したがって、微粉炭の吹き込み限界をあげるためには、微粉炭の燃焼性向上対策や溶銑滓の通液性確保のためのコークス強度の上昇、高炉燃料比上昇等を余儀なくされコストアップの要因となっていた。このため、多くとも１５０ｋｇ／ｔ−ｐｉｇ（出銑ｔ当りの微粉炭吹き込み量ｋｇを示すが、以下ｋｇ／ｔ・ｐで表す）が限度とされていた。
そこで、他の還元ガスの併用も考えられるが前述したＬＮＧは生産地域が偏在しているのでその利用に難があり、手近にあるＣＯＧの使用は製鉄業全体の燃料バランスからみると、他の鋼材加熱炉等の熱源として用いた方が燃料の熱量を有効に活用できるという観点から有利であり、高炉へ用いるとコスト的に不利益となる。
【０００７】
また、特開平４−３５８０１４号公報にあるように微粉炭を炉外で熱分解し、分解生成物を高炉に吹き込む方法、またはチャーのみを吹き込む方法では、高炉の羽口での微粉炭の熱分解によるフレーム温度低下防止には役に立つが、高炉では熱分解に必要な熱を外部から供給する必要があることや発生ガスのカロリーは高いが、発生ガス収率が少なく、さらにガス発生と同時にチャーやタールが多量に発生するために、これら生成物の分離処理が必要になってくる。
また分離しないで直接高炉に吹き込む場合には、タールやチャーによる詰まり付着防止対策が必要となること、またスラグ分も高炉に直接吹き込まれること等の不都合な問題が生じる。
【０００８】
さらに、高出銑操業のために一般的に酸素富化操業を実施しているが、この操業により羽口先温度（フレーム温度）が上昇する他、熱流比（炉内を通過する固体の速度×固体の比熱）／（炉内を通過するガス速度×ガス比熱）が増加する。これは富化した酸素に相当する送風量を減じて（窒素量が減少することになる）、高炉ボッシュガス中のＣＯ濃度を高めて鉱石の還元速度を上昇させる操業となり、結果としてボッシュガスを減じることに繋がる。
本発明は、このような従来の問題点の解決を図ることを目的として開発されたもので、微粉炭の吹き込みに加えて還元ガスを同時に吹き込む方法を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは下記手段にある。
（１） 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを微粉炭と同時に高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した２本のランス通して高炉内へ供給するに当たり、それぞれのランスを微粉炭と還元ガスの専用となし、該ランスから微粉炭と還元ガスを同時に供給する高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
（２） 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した２本のランスの先端部において、微粉炭供給ランスより還元ガス供給ランスが５０〜１００ｍｍ高炉側へ配設されているランスを用いる（１）記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
【００１０】
（３） 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを微粉炭と同時に高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した二重管ランスを通して高炉内へ供給するに当たり、該ランスの内管へ微粉炭を、外管へ還元ガスを搬送する高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
（４） 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口したランスの先端部において、外管を内管より１０〜３０ｍｍ突出させた二重管ランスを用いる（３）記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
【００１１】
（５） 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した単管ランスを通して高炉内へ供給するに当たり、該単管ランスとは別に二重管ランスをブローパイプ内に臨ませ、該二重管ランスの内管へ微粉炭を、外管へ酸素を搬送する高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
（６） 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した単管ランスと二重管ランスの先端部において、単管ランスを二重管ランスより５０〜１００ｍｍ高炉側へ配設したランスを用いる（５）記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者らは前述のように高炉へ吹き込む微粉炭量を如何にして増量できるかについて鋭意研究検討を重ねた結果、種々の操業条件からみて微粉炭のみで通常操業で使用されている最大量１５０ｋｇ／ｔ・ｐの限界値を超えることは、高炉を安定して操業させるには困難であるとの結論に到達した。
そこでこの微粉炭に代え得る還元材とし、従来法で提案されている種々の還元材について試行してみたがいずれも望ましい結果が得られなかった。
【００１３】
しかし、微粉炭をガス化して使用してみた結果、微粉炭を増量させるための代替還元材として有効であり、さらにそのガスの改質をおこなってみたところ、よりよい還元材が得られることが判明し、この還元材の使用によって微粉炭と還元ガス（微粉炭換算）の両者合算で、約２００ｋｇ／ｔ・ｐまで増量できることが可能となったが、この還元ガスを用いるに当たり、適切な吹き込みランスを使用すべくその開発を試みた結果、本発明の完成をみるに至った。
【００１４】
以下、本発明を先ず図面に基づいて説明する。
図１は、微粉炭から還元ガスを製造し高炉羽口に供給するまでの設備フローを示したものである。
まず、石炭５を粉砕設備２にて１００μ程度の微粉状に破砕し、次いでガス化炉３に装入する。一方、破砕された微粉炭５を部分燃焼させるための酸素６（空気または酸素富化空気でもよい）を該ガス化炉３に供給し、炭化水素を主成分とする微粉炭中の揮発分を揮発させる。炭化水素は酸素と反応し、主に一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ2 ）を生成し、一部二酸化炭素（ＣＯ2 ）と水蒸気（Ｈ2 Ｏ）にまで反応が進む。
【００１５】
しかし、還元ガスの生成を目的とするので過剰酸素率は、石炭５の炭化水素量に見合った量の供給に止め、できるだけＣＯ2 、Ｈ2 Ｏの発生を抑制できるよう考慮する。このようにして生成したガスは１５００〜１６００℃の高熱を有しており、このままの状態で高炉内に供給することもできるが、さらにこのガスをガス改質炉４に導入して、微粉炭７を供給することにより高カロリー化・高還元性能のガスとなすことができる。
【００１６】
またガス改質炉４において、水蒸気８を供給すると供給した水蒸気（Ｈ2 Ｏ）は、高温雰囲気下でＨ2 とＯ2 に分解し還元ガス中のＣＯ、Ｈ2 濃度を上昇させることができ、前記した還元ガスの還元力の不足を補う効果を有する。また、供給された微粉炭中の炭素が完全燃焼したＣＯ2 およびＨ2 Ｏと反応し、還元ガス９としてのＣＯ、Ｈ2 ガスに改質され、還元ガスとしての潜熱を上昇させることができる。
【００１７】
このときの上記反応は吸熱反応であるため、ガス化炉３で発生する高温のガス温度を高炉使用に適する温度１２００℃程度まで低下させることができ、還元ガス温度の調整が可能である。このとき供給すべき還元ガス量が多い場合、または、熱バランス的にガス温度が高炉で使用すべき温度よりも高い場合、温度によってガス容積が変わってくるので、高炉へ供給するためのランスでの搬送限界量を超える惧れがある。したがって、熱交換器等を用いることにより、還元ガス温度を５００℃程度までに温度を低下させることも考慮する必要がある。
例えば、熱交換器によって熱交換された熱は、ボイラー等の熱源として有効利用に役立つ。このようにして得られた還元ガス９は、ランスを通して熱風１０へ供給され同時に微粉炭１９も他のランスを通して熱風１０へ供給される。
【００１８】
前述したように本発明者らは、微粉炭を空気や酸素等の酸化剤と反応させてガス化させるが、酸素と微粉炭の比率を調整し、Ｃ＋１／２Ｏ2 ＝ＣＯ反応である部分燃焼反応を利用して多量の還元ガスを生成させ、さらにガス組成をより高カロリーまたは高還元性能に変えるため、微粉炭添加、水蒸気添加等によるＣ＋ＣＯ2 ＝２ＣＯまたはＣ＋Ｈ2 Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ2 反応により、ＣＯ、Ｈ2 の量を増やせることに着目した。
【００１９】
本発明によれば、ガス化による温度上昇（約１５００℃）により、タール分のガス化、スラグの溶融滴下による分離が可能となり、さらには微粉炭添加、水蒸気添加等を組み合わせることによりガス温度の調節も可能であり、高炉羽口からの吹き込みが極めて容易となる。
本還元ガスを用いることにより、微粉炭由来のガスと吹き込み微粉炭量を合わせて実質的に安価な微粉炭使用量を例えば、２００ｋｇ／ｔ・ｐレベルとすることができ、コークス比も低減できる。また微粉炭吹き込み量増時の持ち込み灰分の影響もなくなり、高炉操業の安定にもつながる。さらに、羽口先温度調整やボッシュガス量確保の点で酸素富化操業との併用も可能となり、高出銑比操業の達成も容易となる。
【００２０】
本発明において、高炉に使用できる還元ガスとしては、ガス改質炉で生成される不純物等の夾雑物を含んだ粗製ガスでもよいが、スラグ分離除去したガス、またはスラグとチャーを分離除去したガス、さらにはスラグ、チャー、灰分等の夾雑物を全て取り除いた精製ガスが最も好ましい。しかしこれ等の夾雑物を分離除去するためには設備的に複雑な装置を必要とし還元ガス製造コストの上昇にも繋がり、また還元ガス供給ランスの保全管理にも影響を及ぼす。
したがって、還元ガスとしてどの段階のガスを用いるかは、高炉操業上供給される還元ガス（供給量にもよるが）からもたらされる影響の度合いと、還元ガスのコストとの兼ね合いから決めるべきで、徒にクリーンなガスのみしか使用できないということではない。
【００２１】
図２は還元ガスを微粉炭と共に高炉羽口へ供給するためのランス配設状態の１例を示した模式図である。
図において、高炉炉壁１１には羽口１２が設けられ、羽口１２の後端にブローパイプ１３が連接されている。ブローパイプ１３には加熱空気等が供給されており、ブローパイプ１３を介して羽口１２から炉内１４に送風される。
このような送風羽口において、ランス１７および１８がブローパイプ１３を貫通して加熱空気の通路内で開口し、該ランス１７を介して微粉炭が、またランス１８を介して還元ガスがブローパイプ１３内に吹き込まれるように構成されており、羽口１２の前方にはガスにより噴流１５が形成され、さらに、炉内１４に充填されたコークスが旋回しながら燃焼する領域、すなわちレースウエイ１６が形成されている。
上記ブローパイプ１３内に臨ませたランスの配設に当たっての位置関係は、微粉炭供給ランス１７より還元ガス供給ランス１８を高炉側に設置する。この場合、両ランス先端部間の距離（Ｌ1 ）は５０〜１００ｍｍの間隔を保持するのが望ましい。
【００２２】
また、図３（ａ），（ｂ）に二重管ランスについて、それぞれランスの断面図と側面図を示した。二重管ランスの外管２１の先端部を内管２２の先端部より突出させた構造（図３（ｂ））となし、該ランス内管２２から微粉炭を、外管２１から還元ガスを供給する。この場合、突出する外管２１の先端部と内管２２の先端部の距離は、１０〜３０ｍｍ（Ｌ2 ）の間隔を設けるのが好ましい。
【００２３】
また、図４（ａ），（ｂ）にそれぞれランスの断面図と側面図に示したように、二重管ランスと単管ランスを併用することもよく、二重管ランスの内管２２から微粉炭を供給し、外管２１からは酸素を供給する。一方、単管ランス１８からは還元ガスを供給する。この場合、単管ランス１８の先端部は二重管ランスの先端部から５０〜１００ｍｍ（Ｌ3 ）離して高炉側へ設置するのが望ましい（図４（ｂ））。
【００２４】
高炉内への微粉炭吹き込み量に対する還元ガス吹き込み量であるが、前述のように現在の高炉操業では微粉炭量は、最大限１５０ｋｇ／ｔ・ｐが限界値と言われている。しかし、本発明によれば従来の微粉炭に加え還元ガス（還元ガスは微粉炭換算）を用いることにより、両者の吹き込み量の合計で２００ｋｇ／ｔ・ｐまでは可能となり、この還元ガス量を増大せしめれば微粉炭の吹き込み量を低下させることができる。
【００２５】
これら両者の吹き込み量は高炉操業における炉況の安定性、吹き込み設備の規模によっても当然左右されるものであり、一概に適正範囲を決めることは困難であるが、還元ガスの使用量としては、高炉羽口から吹き込む鉱石の還元に用いられる炭素量および水素量が微粉炭に含有される量（Ｃ）と、還元ガスに含まれる量（Ｇ）（還元ガスは微粉炭に換算してその量を算出）の間では、（Ｇ＋Ｃ）の絶対量にもよるが（Ｇ）／（Ｇ＋Ｃ）が０．０５〜０．７５の範囲が実用上好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の効果を実際の高炉に適用した実施例によって説明する。
操業を行った高炉は内容積３２７３ｍ3 を有する微粉炭吹き込み実施中の高炉であり、この高炉に微粉炭と同時にＣＯ４９．２％，Ｈ2 ３５．１％，ＣＯ2 ９．８％，Ｈ2 Ｏ４．６％の成分を有する還元ガスを用いて、ブローパイプより高炉内へ羽口を通して吹き込みを行った。
【００２７】
還元ガスについてはその製造度合によって、高炉操業へ及ぼす影響度も異なってくるが、実施例においては、使用ランスの種別、配設位置での差異を明確にすることに主眼をおいたので、上記１種類の還元ガスのみについて実施した。したがって、ランスについては図２，３，４に示したそれぞれのランスを用いた。
高炉において微粉炭と還元ガス吹き込みを実施したときの操業条件を表１に示し、さらにその操業によって得られた操業結果を表２に示した。
【００２８】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては種々のランスについてそのランス応じ、その設定状態を最適位置に配設させ、予め微粉炭を高炉外にてガス化炉で生成した還元ガスを、ブローパイプより高炉内へ羽口を通して微粉炭と同時に吹き込むことにより、高炉の炉熱を確保し、出銑比が向上し、燃料比低下が図られ、安定した溶銑供給が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】還元ガス製造のフローを示す図。
【図２】高炉羽口部のランス配設状態を示す模式図。
【図３】本発明に用いられる二重管ランスの概略図。
【図４】本発明に用いられる二重管ランスと単管ランスの配設状態を示した概略図。
【符号の説明】
１ 高炉
２ 粉砕設備
３ ガス化炉
４ ガス改質炉
５ 石炭
６ 酸素
７ 微粉炭
８ 水蒸気
９ 還元ガス
１０ 熱風
１１ 炉壁
１２ 羽口
１３ ブローパイプ
１４ 炉内
１５ 噴流
１６ レースウェイ
１７ 微粉炭供給ランス
１８ 還元ガス供給ランス
１９ 微粉炭
２１ 外管
２２ 内管
Claims (6)
- 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを微粉炭と同時に高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した２本のランス通して高炉内へ供給するに当たり、それぞれのランスを微粉炭と還元ガスの専用となし、該ランスから微粉炭と還元ガスを同時に供給することを特徴とする高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
- 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した２本のランスの先端部において、微粉炭供給ランスより還元ガス供給ランスが５０〜１００ｍｍ高炉側へ配設されているランスを用いることを特徴とする請求項１記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
- 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを微粉炭と同時に高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した二重管ランスを通して高炉内へ供給するに当たり、該ランスの内管へ微粉炭を、外管へ還元ガスを搬送することを特徴とする高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
- 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口したランスの先端部において、外管を内管より１０〜３０ｍｍ突出させた二重管ランスを用いることを特徴とする請求項３記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
- 高炉羽口からの微粉炭吹き込みに際し、予め微粉炭を高炉外においてガス化炉に導き酸素を供給して還元ガスを生成し、該還元ガスを高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した単管ランスを通して高炉内へ供給するに当たり、該単管ランスとは別に二重管ランスをブローパイプ内に臨ませ、該二重管ランスの内管へ微粉炭を、外管へ酸素を搬送することを特徴とする高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
- 前記高炉羽口のブローパイプ内を貫通して加熱空気の通路内で開口した単管ランスと二重管ランスの先端部において、単管ランスを二重管ランスより５０〜１００ｍｍ高炉側へ配設したランスを用いることを特徴とする請求項５記載の高炉への微粉炭と還元ガスの吹き込み方法。
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