JP4980110B2 - 高炉吹込み用微粉炭、高炉吹込み用微粉炭の製造方法、及び、微粉炭吹き込み高炉操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉吹込み用微粉炭製造用の炭材を、揮発分に応じて、適切な粒度に粉砕して高炉吹込み用微粉炭を製造する製造方法、及び、該微粉炭を高炉に吹き込む高炉操業方法に関するものである。

近年、高炉への粉体吹き込み操業技術の一つとして、微粉炭吹き込み操業技術が確立されるに至り、高炉でのコークス比は大幅に低減されている。そして、微粉炭吹き込み量が１２０ｋｇ／ｔを超える高炉操業も指向されるようになっている。

しかし、大量の微粉炭を吹き込む高炉操業において、操業を安定して継続実施するためには、吹き込んだ微粉炭を炉内で完全に燃焼させる必要がある。吹き込んだ微粉炭が未燃焼のままの状態で炉内に滞留すると、炉下部や炉芯部に、未燃焼の微粉炭が“チャー”として蓄積し、炉内の通気性及び通液性を阻害する。

そして、炉下部や炉芯部において“チャー”が蓄積した状態になると、微粉炭の燃焼発熱が充分でなくなり、微粉炭吹き込みによる効果が低減し、その結果、高炉における燃料比が上昇する。

このような現象（微粉炭の未燃焼、チャーの蓄積）は、特に、揮発分の含有量が２０％以下の低揮発分の微粉炭を使用した時に起こり易い。即ち、高炉下部や炉芯部において、微粉炭が未燃焼状態で滞留し、燃料比の上昇を招く状況を増長する。

したがって、従来、高炉吹込み用微粉炭製造用の炭材としては、比較的燃焼性の良い高揮発分の炭材が適していると考えられ、これまで、上記炭材として、高揮発分の炭材が専ら用いられていた（例えば、特許文献１、参照）。

特許文献１には、送風羽口から熱風とともに微粉炭を吹き込む高炉操業において、微粉炭中の揮発分（ＶＭ）と、さらに、流動指数（ＭＦ）に注目し、揮発分（ＶＭ）が２３％以上で、流動度指数（ＭＦ）が０．８０以下の石炭を用いて操業する微粉炭吹き込み操業方法が開示されている。

しかし、上記操業方法のように、特定範囲の高揮発分の炭材を粉砕した微粉炭しか吹き込めない高炉操業は、石炭資源全体を有効に利用することを考えた場合、好ましいものではない。

一方、特許文献２には、低揮発分の石炭を、高炉吹き込み用微粉炭製造用の炭材として使用するという観点から、低揮発分の微粉炭に、高揮発分の微粉炭を一定の割合以上混合して羽口から吹き込む、低揮発分の石炭の使用方法が開示されている。

しかし、上記使用方法においては、低揮発分の炭材と高揮発分の炭材を混合して使用することを前提とするので、低揮発分の炭材を大量に使用することはできず、結局、低揮発分の炭材の使用量には限界がある。

通常、微粉炭中の揮発分含有量の低下に伴い、微粉炭の燃焼性が悪化するので、従来は、使用する微粉炭の揮発分含有量に下限を設定するか、又は、高揮発分の炭材を混合し、微粉炭の燃焼性を確保しているが、いずれの方法も、低揮発分の炭材の使用量には限界があり、石炭資源全体の有効利用に資するものではない。

特許第２６７５４０３号公報 特開２００２−２４１８１５号公報

前述したように、従来は、微粉炭の吹き込みにおいて、微粉炭の燃焼性を確保するため、所定量以上の揮発分を含有する微粉炭だけを使用するか、又は、低揮発分の微粉炭を使用するにしても、高揮発分の微粉炭を所定量混合して使用するが、このような使用態様は、石炭資源全体の有効利用を考えた場合、好ましくない。

揮発分含有量の高低に関係なく、できるだけ幅広い銘柄、種類の炭材を、高炉吹込み用微粉炭製造用の炭材として使用することが、エネルギーの安全供給や、価格の安定化の点からも望ましい。

したがって、微粉炭を吹き込む高炉操業においては、（ｉ）揮発分含有量の低い石炭を、高炉吹き込み微粉炭として如何に使用するか、また、（ii）揮発分含有量の低い微粉炭を使用する際に、微粉炭の性状を踏まえ、炉内における燃焼率を如何に高めるかが重要な課題である。

本発明は、上記課題を解決する、高炉吹込み用微粉炭とその製造方法、及び、微粉炭吹き込み高炉操業方法を提供することを目的とする。

本発明者は、種々の粒度と揮発分含有量の微粉炭について燃焼実験を行い、燃焼率、２０μｍ以下の質量割合（％）、及び、揮発分の平均含有量（％）の相関を調査した。

その結果、本発明者は、炭材を粉砕する場合、揮発分含有量に応じ、粉砕程度を調整し、所定粒度の微粉炭の割合を所要の割合に調整すれば、微粉炭の炉内における燃焼性を、充分に確保できることを見いだした。この点については、後述する。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１） 炭材を粉砕し高炉吹込み用微粉炭を製造する方法において、該炭材を、粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合α（％）が、下記（１）式を満たすように粉砕することを特徴とする高炉吹込み用微粉炭の製造方法。
α≧５０−０．３７・ＶＭ ・・・（１）
ここで、ＶＭは高炉吹込み微粉炭中の揮発分の平均含有量（％）であり、１４．４≦ＶＭ≦２４．２である。

（２） 炭材を粉砕した高炉吹込み用微粉炭であって、前記（１）に記載の製造方法で製造したことを特徴とする高炉吹込み用微粉炭。

（３）前記（２）に記載の高炉吹込み用微粉炭を、羽口から吹き込むことを特徴とする微粉炭吹き込み高炉操業方法。

本発明によれば、微粉炭中の揮発分含有量が変化した場合でも、微粉炭の燃焼性を適正レベルに維持することができるので、微粉炭吹き込み操業における種々の制約を解消し、安定した高炉操業を継続して実施することができる。

通常、微粉炭の燃焼性は、微粉炭の組成、特に、揮発分と固定炭素の含有量によって決まる。即ち、揮発分含有量が低い炭材の燃焼性が低いのは、揮発分含有量が高い炭材に比べ、燃焼性の低い固定炭素の含有量が多く、燃焼性の高い揮発分が少ないからである。

微粉炭の燃焼性を改善する一方法は、炭材を微粉砕することであるが、燃焼性を左右する揮発分の含有量と粉砕粒度との関係は明確でない。また、炭材を必要以上に粉砕することは、粉砕に要するエネルギーを増加することになるので、粉砕効率上及び粉砕コスト上、好ましくない。

そこで、本発明者は、表１に示す種々の組成及び揮発分含有量の微粉炭について、粒度構成を変えて燃焼実験を行い、微粉炭の燃焼性を調査した。微粉炭吹込み量を１５０ｋｇ／ｔとして行った燃焼実験の結果の一例を、図１に示す。

なお、燃焼率は、燃焼前に存在する可燃分のうち燃焼により消費されたものの重量割合と定義されるもので、燃焼前後の未燃分である灰分のバランスより求めたものである。

図１に示す結果から、燃焼率は、粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合と揮発分の平均含有量に依存し、揮発分の平均含有量が低い炭材を粉砕する場合には、粉砕を強化して、粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合を増加すれば、微粉炭の燃焼性を、燃焼率で６０％以上確保できることが判明した。

さらに、図１に示す結果から、炭材を、揮発分含有量の高低に拘わらず、粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合α（％）が、下記（１）式を満たすように粉砕することが好ましいことが判明した（図中の「点線」参照）。
α≧５０−０．３７・ＶＭ ・・・（１）
ここで、α：粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合（％）
ＶＭ：高炉吹込み微粉炭の揮発分の平均含有量（％）
である。
なお、ＶＭは、後記の実施例で確認されている１４．４≦ＶＭ≦２４．２の範囲とする。

微粉炭の燃焼性を改善する一方法は、炭材を微粉砕することであるので、炭材をできるだけ微細に粉砕することが好ましいが、本発明においては、粉砕効率や粉砕エネルギーの点での限界を考慮し、上記（１）式において、基準とする粒径を２０μｍとし、αは、粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合（％）と定義した。

本発明は、まず、高炉吹込み用微粉炭製造用の炭材を、粉砕後の粒度が、上記（１）式を満たすように粉砕することを特徴とする。

そして、本発明は、さらに、上記（１）式を満たす微粉炭を、羽口から吹き込むことを特徴とする。

上記（１）式を満たす微粉炭を吹き込むことにより、微粉炭の燃焼性が向上し、燃料比が低下する理由は、次のように考えられる。

羽口から、上記（１）式を満たす微粉炭を吹き込むと、燃焼性が良い微粒（粒径２０μｍ以下）の微粉炭が、優先的に羽口先で燃焼し、高温の燃焼場を形成する。混在する燃焼性の低い粗粒（粒径２０μｍ超）の微粉炭が、燃焼性が良い微粉炭が形成した高温の燃焼場に曝されて燃焼が促進されるため、微粉炭全体としての燃焼率が向上する。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
表２に示す平均揮発分、α、粒径２０μｍ以下の質量割合（％）の微粉炭を用意し、内容積３２７３ｍ³の高炉の操業において、羽口から、吹込み量１００〜２５０ｋｇ／ｔの範囲で炉内に吹き込んだ。その結果を、表２に併せて示す。

粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合（％）が、αを超える微粉炭を吹き込んだ本発明例においては、通気抵抗指数が低く、炉内の通気性が安定しており、荷降下指数も低く、装入物の降下状況も良好であり、操業が安定して継続した。その結果、低出銑比と、高出銑量を達成できた。

これに対し、粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合（％）が、α未満の微粉炭を吹き込んだ対比例においては、通気抵抗指数が高く、操業成績が悪化した。これは、吹き込まれた微粉炭の燃焼率が低下して、未燃焼の“チャー”が生じ、炉下部や炉芯部に堆積したことに起因すると推測される。

前述したように、本発明によれば、微粉炭中の揮発分含有量が変化した場合でも、燃焼効率を適正レベルに維持することができるので、微粉炭吹き込み操業における種々の制約を解消し、安定した高炉操業を継続して実施することができる。したがって、本発明は、高炉操業上の利用可能性が高いものである。

粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合（％）と揮発分の平均含有量（ＶＭ）（％）との関係を示す図である。

Claims (3)

1. 炭材を粉砕し高炉吹込み用微粉炭を製造する方法において、該炭材を、粒径２０μｍ以下の微粉炭の質量割合α（％）が、下記（１）式を満たすように粉砕することを特徴とする高炉吹込み用微粉炭の製造方法。
   α≧５０−０．３７・ＶＭ ・・・（１）
   ここで、ＶＭは高炉吹込み微粉炭中の揮発分の平均含有量（％）であり、１４．４≦ＶＭ≦２４．２である。
2. 炭材を粉砕した高炉吹込み用微粉炭であって、請求項１に記載の製造方法で製造したことを特徴とする高炉吹込み用微粉炭。
3. 請求項２に記載の高炉吹込み用微粉炭を、羽口から吹き込むことを特徴とする微粉炭吹き込み高炉操業方法。

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