JP4292578B2 - 微粉炭吹き込み方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、高炉の炉内に補助燃料を吹込む操業の一形態であって、微粉炭と粉粒状ないし細片状の合成樹脂材を同時に吹き込む技術に関するものである。
高炉操業においては、燃料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。
また、最近では大量に排出される使用済みプラスチックの処理問題を解決することを主目的として、使用済みプラスチックを破砕あるいは造粒して(以下、本明細書において「廃プラスチック」という)、高炉の補助燃料として微粉炭と共に羽口から吹き込む技術が開発されている。
このような、廃プラスチックを羽口から吹き込む場合の問題点として、廃プラスチックは破砕あるいは造粒されているものの、その粒径が微粉炭に比べると大きくまた着火性が悪いことから、未燃焼のままレースウェイから高炉内に侵入・蓄積して、炉内の通気性を阻害し、高炉の生産性を悪化させることが挙げられる。
このような問題点を解決するものとして、羽口部の送風支管を貫通させて設置した廃プラスチック吹き込み用ランスから廃プラスチックを吹き込むとともに、廃プラスチック吹き込み位置より送風支管の送風方向で50〜500ミリメートル手前に(上流側に)設置した微粉炭吹き込み用ランスから微粉炭を吹き込み、微粉炭の燃焼を先行させて形成した1500〜2000℃の高温雰囲気の温度場に廃プラスチックを吹き込むことにより、廃プラスチックの燃焼促進を図るというものがある(先行文献1参照)。
また、他の先行技術としては、微粉炭及びプラスチック粉をそれぞれの供給ホッパーから切り出して混合し、その混合粉体を分配器まで空気で搬送し、分配器で数10本の各羽口に分配して、送風支管内に挿入されたノズルから羽口を通して炉内へ吹き込むという方法がある(先行文献2参照)。
しかしながら、先行文献1のものは、先ず微粉炭を燃焼させ、その燃焼熱により送風空気を加熱し、次いで加熱された空気で廃プラスチックを加熱するという過程をとるので、廃プラスチックの加熱が間接的であり大きな効果は見込めない。
また、先行技術2の方法は、混合粉体の分配器以降の搬送用配管内の粒子の搬送速度が廃プラスチックと微粉炭で等しい場合には、廃プラスチックと微粉炭粒子は分離して羽口に吹き込まれることになり、微粉炭の燃焼熱を廃プラスチックに与えるという効果がえられず、廃プラスチックの燃焼性改善の十分な効果はみられない。
このようなことから、微粉炭の燃焼熱を直接廃プラスチック粒子に与えることができれば、さらに効果は向上するとの着想のもとに、微粉炭と廃プラスチックとをそれぞれ異なる搬送路で気体搬送し、気体搬送されてきたそれぞれの混合流体を合流させ、こうして得られた合流体を、補助燃料用の吹込みランスから噴射させ、高炉の炉内へ吹き込む方法が提案されている(先行文献3参照)。
特開平8−260007号公報 特開平7−228905号公報 特開2002−146416号公報
確かに、先行文献3の方法によれば、微粉炭が廃プラスチックに付着して吹き込まれるため、微粉炭の燃焼熱を廃プラスチックに直接与えることができ、廃プラスチックの燃焼性の改善効果が期待できる。
しかしながら、実操業においては、数十ある羽口のすべてに微粉炭と廃プラスチックを同時に吹き込むとは限らない。
例えば、34の羽口のうちの26については微粉炭のみの吹込みを行い、残りの8について微粉炭と廃プラスチックの同時吹込みを行うという場合がある。このような場合に34の羽口に連通する分岐管には分配器で分配された概略等量の微粉炭が流れるが、このうちの一部について微粉炭と廃プラスチックの同時吹込みするとなると、同時吹込みをする羽口では微粉炭のみの羽口に比較して酸素不足となって燃焼性が悪くなるという問題がある。つまり、着火性の悪い廃プラスチックに対して着火性をよくするために微粉炭を廃プラスチックに付着させたものの、微粉炭の燃焼で酸素が使われ酸素不足になってしまい廃プラスチックの燃焼ができないという問題がある。ここで、酸素富化率を高めることも考えられるが、酸素富化率を高めると羽口先温度が上昇することになり、羽口先温度が限界値で操業している通常操業では、酸素富化率を高めることができないのが現状である。
すなわち、本発明の課題は、微粉炭のみの吹込みと微粉炭及び合成樹脂材の吹込みが混在する微粉炭吹込み操業において、微粉炭の総吹込み量を減らすことなく、また、酸素富化率を高めることなく、微粉炭及び合成樹脂材同時吹込みにおける燃焼性を改善して、すべての羽口において均等な燃焼を実現するにはいかにすべきかという点にある。
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、複数ある羽口のうちの一部について微粉炭と廃プラスチックとの同時吹込みを行う場合においても、その羽口での酸素不足が生じないで全ての羽口において均等な燃焼ができる微粉炭及び合成樹脂材の同時吹込み方法及び装置を得ることを目的としている。
(1)本発明に係る微粉炭吹込み方法は、気流輸送される微粉炭粉流を分配器によって複数の分岐管に分岐し、分岐された一部の分岐管を流れる微粉炭はそのまま高炉に吹込み、残りの分岐管を流れる微粉炭は粉粒状ないし細片状の合成樹脂材に衝突させて高炉に吹き込む微粉炭吹込み方法であって、前記合成樹脂材に衝突させる微粉炭が流れる分岐管に気流抵抗をつけ、該分岐管を流れる微粉炭量が微粉炭のみの吹込みとなる分岐管を流れる微粉炭量より少なくなるようにしたものである。
(2)また、上記(1)における気流抵抗は、分岐管を流れる気流の抵抗となる方向にガスを吹き込むことによってつけられることを特徴とするものである。
(3)また、上記(1)における気流抵抗は、分岐管の管径を絞り込むことと、分岐管を流れる気流の抵抗となる方向にガスを吹き込むことの両方によってつけられることを特徴とするものである。
(4)また、上記(1)〜(3)に記載のものにおいて、微粉炭のみの吹込みとなる分岐管を流れる微粉炭量と、微粉炭および合成樹脂材の吹込みとなる分岐管を流れる微粉炭量及び合成樹脂材の合計量とがほぼ等しくなるように気流抵抗をつけることを特徴とするものである。
(5)また、本発明に係る微粉炭吹込み装置は、気流輸送される微粉炭粉流を分配器によって複数の分岐管に分岐し、分岐された一部の分岐管を流れる微粉炭はそのまま高炉に吹き込み、残りの分岐管を流れる微粉炭は粉粒状ないし細片状の合成樹脂材に衝突させて高炉に吹き込む微粉炭吹込み装置であって、前記合成樹脂材に衝突させる微粉炭が流れる分岐管に気流抵抗を与える抵抗手段を備えたものである。
(6)また、上記(5)に記載の抵抗手段は、分岐管を流れる微粉炭粉流に抵抗となる方向にガスを噴射するガス噴射装置であることを特徴とするものである。
(7)また、上記(6)に記載のものにおいて、分岐管の途中に管径を絞り込む縮径管を設けたものである。
(8)また、上記(6)又は(7)に記載のものにおいて、ガス噴射装置はガス流量、流速のいずれか又は両方を調整可能としたことを特徴とするものである。
本発明においては、気流輸送される微粉炭粉流を分配器によって複数の分岐管に分岐し、分岐された一部の分岐管を流れる微粉炭はそのまま高炉に吹込み、残りの分岐管を流れる微粉炭は合成樹脂材に衝突させて高炉に吹き込む方法であって、前記残りの分岐管に気流抵抗をつけたことにより、該分岐管を流れる微粉炭量が微粉炭のみの吹込みとなる分岐管を流れる微粉炭量より少なくなり、各分岐管を流れる燃料の量が平均化して合成樹脂材の燃焼性の改善が図られる。
図1は、本発明の一実施の形態の説明図であり微粉炭及び合成樹脂材を高炉2の羽口4から吹き込む方法及び装置の全体説明図、図2は図1の一部を詳細に説明した詳細説明図である。以下、図1及び図2に基づいて本実施形態の装置構成及び動作説明をする。
<装置構成の説明>
本実施の形態における装置は、微粉炭を貯留する微粉炭貯留タンク1と、この微粉炭貯留タンク1に貯留されている微粉炭を所定量ずつ微粉炭輸送管7に切り出す微粉炭噴射装置3を備えている。微粉炭輸送管7には切り出された微粉炭を気流輸送するための窒素ガスを供給する圧縮窒素供給装置5が設けられており、この圧縮窒素供給装置5から噴出される窒素ガスによって微粉炭は微粉炭輸送管7内を羽口側に向かって気流輸送される。微粉炭輸送管7は途中で分配器9によって羽口の数と同数(本例では34)の微粉炭分岐管11に分配される。分配された微粉炭分岐管11のうちの8本(図中符号11aを付したもの)については後述の廃プラスチック輸送管39と合流して粉粒体吹込み用ランス23に接続される。微粉炭分岐管11aには気流の流れに直交する方向から流量制御用の窒素ガスを吹き込むための流量制御管13が接続されており、流量制御管13には流量制御管13に窒素ガスを吹き込むための圧縮窒素供給装置15が設けられている。微粉炭分岐管11aにおける流量制御管13の接続部17の内面には磨耗防止のためにセラミックのコーティングが施されている。
微粉炭分岐管11aにおける流量制御管13接続部の下流側には微粉炭分岐管11aの管径を縮径して流路抵抗をつけるための縮径部19が設けられている。本実施の形態においては、縮径部19と流量制御管13から噴射される窒素ガスが微粉炭分岐管11aを流れる気流の抵抗となる抵抗手段になる。
微粉炭分岐管11aにおける縮径部19の下流側では後述の廃プラスチック輸送管39が連結されそれ以降は粉粒体輸送管21となる。粉粒体輸送管21の先端部には粉粒体吹込み用ランス23が設けられている。粉粒体吹込み用ランス23は、図2に示すように、その先端(噴射口)の位置が熱風の送風支管25の内部ないし羽口4の内部であって、羽口4の先端(炉内側の先端)よりも手前(上流側)の位置にくるように設置されている。
なお、微粉炭分岐管11aと廃プラスチック輸送管39の合流点29から粉粒体吹込み用ランス23の先端(出口)までの距離はできるだけ短くすることが好ましい。なぜなら、合流点29以後においては廃プラスチックの表面に微粉炭が付着することになるが、この付着した微粉炭が廃プラスチックの表面から離脱しないうちに粉粒体吹込みランス23から噴射するには前記距離が短い方が好ましいからである。
分配器9によって分岐された残りの26本の微粉炭分岐管11bは、廃プラスチック輸送管39と合流することなく羽口近くまで配管され、その先端に微粉炭吹込みランス31が取り付けられて羽口に設置される。
廃プラスチック貯留タンク33には、ペットボトル等の容器、包装材等の産業廃棄物を破砕あるいは造粒して約10mm以下の径(長さ)にした廃プラスチックが貯留されている。廃プラスチック貯留タンク33の下方には廃プラスチック吹込みタンク35が設置され、該タンク35には廃プラスチックの輸送路となる廃プラスチック輸送管39が接続されている。また、廃プラスチック貯留タンク33にはタンク内の廃プラスチックを廃プラスチック輸送管39に送り出して輸送する輸送ガスとしての空気を供給する圧縮空気供給装置37が設置されている。
廃プラスチック輸送管39と微粉炭分岐管11aとは、前述したように、途中で所定の角度θをもって連結されて粉粒体輸送管21となり粉粒体吹込み用ランス23に連結されている。
<動作説明>
以上のように構成された本実施の形態においては、微粉炭貯留タンク1に貯留されている微粉炭が微粉炭噴射装置3によって微粉炭輸送管7に所定量が切り出される。切り出された微粉炭は圧縮窒素供給装置5から噴出される窒素ガスによって微粉炭輸送管7内を羽口側に向かって気流輸送され、分配器9に運ばれる。
気流輸送された微粉炭は分配器9で34本の微粉炭分岐管11に分配される。このとき、8本の微粉炭分岐管11aでは流量制御管13から流量制御用の窒素ガスが気流に直交する方向に噴射されており、また、その下流側には縮径部19が設けられていることから流路抵抗が大きくなっている。このため、残りの26本の微粉炭分岐管11bに比較して微粉炭気流が流れにくくなり、分配器9で分配される微粉炭量は少なくなる。
つまり、気流輸送された微粉炭は分配器9で8本の微粉炭分岐管11a群と26本の微粉炭分岐管11b群のそれぞれに分配され、8本の微粉炭分岐管11a群には流路抵抗の分だけ微粉炭分岐管11b群よりも少なく分配される。
抵抗値の大きさは流量制御管13から噴射する流量制御用の窒素ガスの流量、流速を変えることによって適宜変更することができる。もっとも、流量制御用の窒素ガスの流量は所定量以上になるとそれ以上流量を増やしても微粉炭量を少なくできなくなる。この点を説明するのが図3に示すグラフであり、図3のグラフは縦軸が微粉炭分岐管11aに流れる微粉炭量(微粉炭分岐管11bを流れる微粉炭量に対する割合)を示し、横軸が流量制御管13から噴射する流量制御用の窒素ガスの流量を示している。
図3のグラフに示すように、この例では窒素ガス量が30Nm3になるまでは窒素ガス量を増やすに従って当該微粉炭分岐管11aを流れる微粉炭量を微粉炭分岐管11bに流れる微粉炭量の50%まで減少させることができるが、30Nm3を超えるとそれ以上窒素ガス量を増やしても微粉炭量を減少せることはできない。したがって、微粉炭分岐管11aを流れる微粉炭量をさらに減少させるためには、本実施形態のように別の抵抗手段としての縮径部19を設けて併用するのが好ましい。
なお、最も好ましい抵抗値としては、26本の各微粉炭分岐管11bを流れる微粉炭量と、8本の各微粉炭分岐管11aを流れる微粉炭量にこの微粉炭が付着する廃プラスチック量を加えた合計量とが等しくなるような抵抗値である。このようにすることで、微粉炭と廃プラスチックの合流するラインにおいても燃焼がスムーズに行われると共にすべての羽口での燃焼がバランスすることになる。なお、この点は後述の実施例において実証する。
微粉炭分岐管11aに分配された微粉炭は合流点29以降において廃プラスチック輸送管39を流れる廃プラスチックと衝突する。微粉炭と廃プラスチックが衝突することにより、微粉炭が廃プラスチックの表面に付着して微粉炭と廃プラスチックが一体となって粉粒体輸送管21を流れてゆく。このように微粉炭と廃プラスチックが衝突して両者が一体となることが燃焼性を高めるために必要であるが、両者が合流点29以降において衝突するためには、微粉炭及び廃プラスチックが共存する気流内部において、それぞれの粒子の飛行速度に差があることが必要である。このためには合流点29直前における両者の飛行速度が異なっていれば、合流点29以降の粉粒体輸送管21においても両者の速度には差が生じ、微粉炭は廃プラスチックの表面に付着する。したがって、微粉炭分岐管11aを流れる微粉炭の飛行速度と廃プラスチック輸送管39を流れる廃プラスチックの飛行速度が異なるように圧縮窒素供給装置5,37からの窒素流速を設定する。
微粉炭が付着した廃プラスチックは粉粒体輸送管21を羽口側に流れてゆき、粉粒体吹込み用ランス23から送風支管25の熱風内に噴射される。このとき、着火性のよい微粉炭が速やかに着火してその後微粉炭の燃焼熱が廃プラスチックに速やかに与えられ廃プラスチックが着火する。しかも、微粉炭分岐管11aを流れる微粉炭量は微粉炭分岐管11bよりも少なくなるように流量制御されているので、微粉炭着火時に酸素不足となることなくスムーズな燃焼が実現される。
以下の実施例において、廃プラスチック輸送管39と合流する微粉炭分岐管11aへの流量制御を行わなかった場合との比較をすることで本実施形態の効果を実証する。
表1は微粉炭流量制御をした場合としない場合について実際に吹込みを行った結果をまとめたものである。この例では、実施の形態で示したのと同様に34の羽口のうちの26は微粉炭のみ(表中では「PCのみ」と表記)とし、残りの8については廃プラスチックと微粉炭との混合吹込み(表中では「プラ+PC」)としている。そして、微粉炭の総吹込み量は55.42T/Hでこれを34の羽口に振り分けている。また、廃プラスチックの総吹込み量は4.8T/Hであり、これを8個の羽口に振り分けている。なお、表1中では羽口1個あたりの量を示している。
また、抵抗手段としての流量制御管13から流量制御用の窒素ガスは30Nm3であり、縮径部19では分岐管11aがφ8であるところをφ7に縮径している。
Figure 0004292578
表1から分かるように、微粉炭流量制御を行わなかった場合には、「プラ+PC」ラインと、「PCのみ」ラインに等量(1.63T/H)の微粉炭が流れている。そのため、「プラ+PC」ラインでは、前記微粉炭に加えて0.6T/Hの廃プラスチックが吹き込まれ、2.23T/Hの燃料が吹き込まれている。このため、「プラ+PC」ラインでは、酸素過剰係数が0.68と小さく、燃料全てを燃焼するには酸素不足の状態になっている。その結果、廃プラスチックの燃焼が十分できず、羽口先温度も1970℃と低くなっている。他方、「PCのみ」ラインでは、供給される燃料が微粉炭1.63T/Hのみであり、酸素過剰係数は0.96であり、ほぼ完全な燃焼が可能な状態にある。その結果、「PCのみ」ラインの羽口先温度は2194℃となっている。
このように、微粉炭流量制御を行わなかった場合には、「プラ+PC」ラインにおいて酸素不足となり、燃焼性が悪くなると共に、「プラ+PC」ラインと「PCのみ」ラインでの羽口先温度にばらつきがでている。
これに対して、微粉炭流量制御を行った場合には、「プラ+PC」ラインには1.18T/Hの微粉炭が流れ、「PCのみ」ラインには1.77T/Hの微粉炭が流れている。このように、流量制御をした場合に、「プラ+PC」ラインに流れる微粉炭量が減少して「PCのみ」ラインを流れる微粉炭量が増加したのは、「プラ+PC」ラインに流量制御用のN2を吹き込むと共に縮径管によって流路抵抗を付けたため、「プラ+PC」ラインに流れる微粉炭が減少し、その減少分が「PCのみ」ラインに流れたためである。その結果、「プラ+PC」ラインの燃料量は微粉炭量1.18T/Hに廃プラスチックの0.6T/Hを加えた1.78T/Hとなり、微粉炭流量制御を行わなかった場合の燃料量に比べると微粉炭の減少分だけ減少している。そのため、酸素過剰係数は、微粉炭流量制御を行わなかった場合の酸素過剰係数0.68から0.82に向上している。他方、「PCのみ」ラインの酸素過剰係数は0.84であり、微粉炭流量制御を行わなかった場合の0.96よりも減少しているものの燃焼性に悪影響を与えるほどではない。
また、微粉炭流量制御を行った場合には、「プラ+PC」ラインの羽口先温度が2255℃であり、「PCのみ」ラインの羽口先温度が2153℃であり、両者のバランスが取れている。
以上のように、微粉炭流量制御を行ったことにより、「プラ+PC」ラインに流れる微粉炭量を「PCのみ」ラインに振り分けることができ、その結果、「プラ+PC」ラインの燃焼性が大きく改善できたことが実証された。
なお、上記の実施形態においては、廃プラスチック輸送管39と合流する微粉炭分岐管11aへの流量制御手段として、流量制御管13からの窒素ガスの吹き込みを用いたことにより、窒素ガスの吹き込み流量、流速を適宜変更することで任意に抵抗値を変更できるので、種々の状況に応じた微粉炭流量制御が実現できる。
また、本実施の形態では、流量制御管13からの窒素ガスの吹き込みと縮径部19とを併用したので、広範囲の流量制御が可能となる。もっとも、微粉炭の吹込み量等との関係から流量制御範囲が狭くて済む場合には流量制御管13からの窒素ガスの吹き込みのみであってもよい。
なお、本実施の形態においては流量制御管13から微粉炭分岐管11aに対して直交方向に窒素ガスを噴射する例を示しが、本発明はこれに限られるものではなく、窒素ガスの噴射方向は少なくとも微粉炭分岐管11a内を流れる気流の抵抗になる方向であればよい。
また、流量制御管13の噴射角度を変更可能とすることで、窒素ガス量を変更することなく抵抗値の変更を可能とし、さらに微妙な抵抗値の変更ができる。
また、本実施の形態においては微粉炭の気流輸送用ガス、微粉炭分岐管11aへ噴射する流量制御用ガス、および廃プラスチック輸送用ガスとして窒素ガスを用いた例を示した。
しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、窒素ガスに代えて空気を用いてもよい。
本発明の一実施形態に係る微粉炭吹き込み方法及び装置の説明図である。 図1の一部を詳細に説明する詳細説明図である。 本発明の一実施形態における流量制御用窒素ガス量と分岐管を流れる微粉炭量の関係を説明するグラフである。
符号の説明
1 微粉炭貯留タンク
2 高炉
3 微粉炭噴射装置
4 羽口
5、37 圧縮窒素供給装置
7 微粉炭輸送管
9 分配器
11 微粉炭分岐管
13 流量制御管
19 縮径部
33 廃プラスチック貯留タンク
35 廃プラスチック吹込みタンク

Claims (8)

  1. 気流輸送される微粉炭粉流を分配器によって複数の分岐管に分岐し、分岐された一部の分岐管を流れる微粉炭はそのまま高炉に吹込み、残りの分岐管を流れる微粉炭は粉粒状ないし細片状の合成樹脂材に衝突させて高炉に吹き込む微粉炭吹込み方法であって、
    前記合成樹脂材に衝突させる微粉炭が流れる分岐管に気流抵抗をつけ、該分岐管を流れる微粉炭量が微粉炭のみの吹込みとなる分岐管を流れる微粉炭量より少なくなるようにしたことを特徴とする微粉炭吹込み方法。
  2. 気流抵抗は、分岐管を流れる気流の抵抗となる方向にガスを吹き込むことによってつけられることを特徴とする請求項1記載の微粉炭吹込み方法。
  3. 気流抵抗は、分岐管の管径を絞り込むことと、分岐管を流れる気流の抵抗となる方向にガスを吹き込むことの両方でつけられることを特徴とする請求項1記載の微粉炭吹込み方法。
  4. 微粉炭のみの吹込みとなる分岐管を流れる微粉炭量と、微粉炭および合成樹脂材の同時吹込みとなる分岐管を流れる微粉炭量及び前記合成樹脂材の合計量とがほぼ等しくなるように抵抗手段の抵抗値を設定したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の微粉炭吹込み方法。
  5. 気流輸送される微粉炭粉流を分配器によって複数の分岐管に分岐し、分岐された一部の分岐管を流れる微粉炭はそのまま高炉に吹き込み、残りの分岐管を流れる微粉炭は粉粒状ないし細片状の合成樹脂材に衝突させて高炉に吹き込む微粉炭吹込み装置であって、
    前記合成樹脂材に衝突させる微粉炭が流れる分岐管に気流抵抗を与える抵抗手段を備えたことを特徴とする微粉炭吹込み装置。
  6. 抵抗手段は、分岐管を流れる微粉炭粉流に抵抗となる方向にガスを噴射するガス噴射装置であることを特徴とする請求項5記載の微粉炭吹込み装置。
  7. 分岐管の途中に管径を絞り込む縮径管を設けたことを特徴とする請求項6記載の微粉炭吹込み装置。
  8. ガス噴射装置はガス流量、流速のいずれか又は両方を調整可能であることを特徴とする請求項6又は7記載の微粉炭吹込み装置。
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