JP5262018B2 - Blast furnace tuyere with tuyere ring and tuyere ring - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高炉において使用する羽口リングおよび羽ロリングを設置した高炉羽口に関する。 The present invention relates to a tuyere tuyere with tuyere rings and tuling rings used in a blast furnace.
高炉の羽口のほとんどは熱伝導率の良い銅で製作されている。高温の熱風が羽口を介して高炉内に供給され、さらに羽口先端部は炉内の高温雰囲気に直接さらされるため、この羽口は大きな熱衝撃を受ける。そこで、破損防止や延命を図るために、羽口内部に高流速の冷却水を流して強制的に冷却している。この冷却による羽口での熱損失抑制および吹き込み燃料のアッシュ成分による磨耗防止などの目的を兼ねて、従来、羽口内面には羽口リング(断熱リング)の装着が行われている。図8に、このような羽口リングの例を示す。羽口1の内面側に、羽口リング2aが設置されている。3は水平線であり、4は羽口リング2の中心線である。この場合の送風角度は下向きaである。
Most blast furnace tuyere are made of copper with good thermal conductivity. Since hot hot air is supplied into the blast furnace through the tuyere, and the tip of the tuyere is directly exposed to the high temperature atmosphere in the furnace, the tuyere receives a large thermal shock. Therefore, in order to prevent breakage and prolong the life, high-flow-rate cooling water is allowed to flow inside the tuyere for forced cooling. Conventionally, a tuyere ring (heat insulating ring) is attached to the inner surface of the tuyere for the purpose of suppressing heat loss at the tuyere by cooling and preventing wear due to the ash component of the injected fuel. FIG. 8 shows an example of such a tuyere ring. A
羽口リングの断熱性を高めるために、リングの材質の開発が頻繁に行われてきた。さらに、減風および休風の際に羽口風速を調整できる羽ロリング構造の開発や羽ロリングを構成する耐火物が受ける衝撃緩和・保護方法の開発も行われている(例えば、特許文献1〜7参照。)。 In order to improve the thermal insulation of tuyere rings, the ring material has been frequently developed. Furthermore, the development of a wing rolling structure that can adjust the tuyere wind speed during wind reduction and rest, and the development of impact mitigation / protection methods applied to the refractory that constitutes the wing rolling have been carried out (for example, Patent Documents 1 to 3). 7).
また、従来、コークスの代替燃料として微粉炭や廃プラスチックなどの補助燃料がランスを介して羽口より熱風とともに炉内に供給されている。この補助燃料の燃焼によりガス量が増加するため、羽口内またはブローパイプ内で急激に流速が増大し、その結果送風圧力が上昇する。そこで、補助燃料を高速で、かつ分散されるように炉内に供給し、高炉内深くに吹き込んで燃焼させる方法としてラバール羽口が開発されている(例えば、特許文献8参照。)。 Conventionally, auxiliary fuel such as pulverized coal or waste plastic is supplied into the furnace as hot air from the tuyere via a lance as an alternative fuel for coke. Since the amount of gas increases due to the combustion of the auxiliary fuel, the flow velocity rapidly increases in the tuyere or in the blow pipe, and as a result, the blowing pressure increases. Thus, a Laval tuyere has been developed as a method of supplying auxiliary fuel into a furnace so as to be dispersed at high speed, and blowing it deeply into the blast furnace for combustion (see, for example, Patent Document 8).
ラバール羽口の断面構造を図9に示す。ラバール羽口11は、ブローパイプ12の接続部付近から羽口先端13に至る間の管内に縮径部14を有しており、微粉炭吹き込みランス15先端位置をその縮径部14より下流側の末広部に臨ませて配置し、更に、羽口先端13の内径側に曲率Rを形成している。従来、通常の羽口より安定して吹き込める微粉炭の吹き込み量は150kg/銑鉄t程度であったが、このラバール羽口では200kg/銑鉄t乃至300kg/銑鉄t以上を安定して吹き込むことができるようになり、コークスの使用量を低減できるようになった。また、縮径部14を設けたことで、縮径部14を出た流れは高速の中心流と縮径部の下流側の末広部に沿った拡がりのある流れとでき、高炉深く深度のある且つ拡がりのあるレースウェイを形成できるようになった。さらに、曲率Rの形成により、羽口先端周辺部を出た微粉炭を含む熱風は羽口先端外側での渦流の発生が抑制されるため、高炉内部への熱風流れの乱れが減少でき安定したレースウェイを形成し、安定操業が可能となった。
高炉の操業において、羽口を設置した後に操業条件に応じて羽口から吹き込まれる熱風の送風角度を変更することは困難である。上記のようにラバール羽口を用いることで、微粉炭の吹き込み量を増加させ、深度と拡がりのある、安定したレースウェイを形成できるという効果があるが、ラバール羽口を一度設置してしまうと操業中に羽口径や角度を変更することは不可能である。また、ラバール羽口は縮径部での圧力損失が大きいという問題もある。 In the operation of a blast furnace, it is difficult to change the blowing angle of hot air blown from the tuyere according to the operating conditions after installing the tuyere. By using Laval tuyere as described above, there is an effect that the amount of pulverized coal can be increased and a stable raceway with depth and spread can be formed, but once Laval tuyere is installed It is impossible to change the tuyere diameter and angle during operation. In addition, the Laval tuyere has a problem that the pressure loss at the reduced diameter portion is large.
したがって本発明の目的は、ラバール羽口を用いることなく、羽口リングを設置した通常の羽口を用いながら、熱風の送風角度を任意に設定して、微粉炭の吹き込み量の増加や、深度と拡がりのある安定したレースウェイの形成に寄与できる、羽口リングおよび羽口リングを設置した高炉羽口を提供することにある。 Therefore, the purpose of the present invention is to use an ordinary tuyere with a tuyere ring without using a laval tuyere, arbitrarily set the blowing angle of hot air, increase the amount of pulverized coal blown, and depth It is to provide a tuyere ring and a blast furnace tuyere equipped with tuyere rings that can contribute to the formation of a stable and stable raceway.
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
(1)、高炉羽口内部に設置される円筒状の羽ロリングであって、該羽口リングの一部において軸方向で羽口リングの厚さが減少するように連続的に厚さが変化し、前記羽口リングの一部と円周方向で対向する部分では軸方向で羽口リングの厚さが増加するように連続的に厚さが変化していることを特徴とする羽口リング。
(2)、羽口リングの軸方向での一端付近において円周上の対向する位置で厚い部分と薄い部分とを有することを特徴とする(1)に記載の羽口リング。
(3)、(1)または(2)に記載の羽口リングを、上部は送風入り側ほど薄く、送風出側ほど厚く、下部は送風入り側ほど厚く、送風出側ほど薄くなるように羽口内に設置したことを特徴とする羽口リングを設置した高炉羽口。
(4)、(1)または(2)に記載の羽口リングを、上部は送風入り側ほど厚く、送風出側ほど薄く、下部は送風入り側ほど薄く、送風出側ほど厚くなるように羽口内に設置したことを特徴とする羽口リングを設置した高炉羽口。
The features of the present invention for solving such problems are as follows.
(1) Cylindrical tuyere rolling ring installed inside the blast furnace tuyere, where the thickness continuously changes so that the tuyere ring thickness decreases in the axial direction at a part of the tuyere ring The tuyere ring is characterized in that the thickness of the tuyere ring continuously changes so that the thickness of the tuyere ring increases in the axial direction at a part facing the part of the tuyere ring in the circumferential direction. .
(2) The tuyere ring according to (1), wherein the tuyere ring has a thick part and a thin part at opposite positions on the circumference in the vicinity of one end in the axial direction of the tuyere ring.
The tuyere ring according to (3), (1), or (2) is configured such that the upper part is thinner toward the air inlet side, thicker toward the air outlet side, and the lower part is thicker toward the air inlet side and thinner toward the air outlet side. A blast furnace tuyere with a tuyere ring characterized by being installed in the mouth.
The tuyere ring according to (4), (1) or (2), with the upper part being thicker toward the air blowing side, thinner toward the air blowing side, and the lower part being thinner toward the air blowing side and thicker toward the air blowing side. A blast furnace tuyere with a tuyere ring characterized by being installed in the mouth.
本発明によれば、高炉羽口への羽ロリングの設置のみで容易に且つ安価に送風角度を変更できる。これにより深度の大きいレースウェイの形成が可能となり、高炉内でコークスが受ける衝撃が低下し、さらに炉芯の縮小により炉下部の通気が良好になる。 According to the present invention, the air blowing angle can be changed easily and inexpensively only by installing the feather rolling at the blast furnace tuyere. As a result, a raceway having a large depth can be formed, the impact received by the coke in the blast furnace is reduced, and the ventilation of the lower part of the furnace is improved by reducing the furnace core.
また、炉内の通気性が向上すると、送風圧を低下させることができ、これにより羽口が受ける負荷が低減して、羽口の寿命が伸びるので、羽口のコストを低下させることができる。 Further, when the air permeability in the furnace is improved, the blowing pressure can be reduced, thereby reducing the load received by the tuyere and extending the life of the tuyere, thereby reducing the cost of the tuyere. .
高炉羽口には、断熱、保護、径調整などを目的として羽口内部に羽ロリングが設置される。本発明の羽口リングは、羽口の断熱等を行いながら、羽口自体の交換をすることなく、羽口リングの設置のみで羽口からの送風角度の変更を可能とするものである。このために、通常は周方向および長さ方向で均一である羽口リングの厚さを、連続的に変化させるものであり、円筒状の羽ロリングであって、羽口リングの一部において軸方向で羽口リングの厚さが減少するように連続的に厚さが変化し、前記羽口リングの一部と円周方向で対向する部分では軸方向で羽口リングの厚さが増加するように連続的に厚さが変化しているものである。このように羽口リングの厚さを変化させることで、羽口リングの内側に円筒の軸方向とは異なる角度の通路を形成することができ、送風角度を軸方向から変更することができる。 At the blast furnace tuyere, a feather rolling is installed inside the tuyere for the purpose of heat insulation, protection, diameter adjustment and the like. The tuyere ring of the present invention can change the air blowing angle from the tuyere only by installing the tuyere ring without exchanging the tuyere itself while performing thermal insulation of the tuyere. For this purpose, the thickness of the tuyere ring, which is usually uniform in the circumferential direction and the length direction, is continuously changed, and is a cylindrical tuyere ring, in which a part of the tuyere ring has a shaft. The thickness changes continuously so that the thickness of the tuyere ring decreases in the direction, and the thickness of the tuyere ring increases in the axial direction at the part facing the part of the tuyere ring in the circumferential direction. Thus, the thickness continuously changes. Thus, by changing the thickness of the tuyere ring, a passage having an angle different from the axial direction of the cylinder can be formed inside the tuyere ring, and the air blowing angle can be changed from the axial direction.
羽口リングが上記のように軸方向で厚さが変化した構造であると、軸方向の端部において、円周上の対向する位置で厚い部分と薄い部分とを有することになる。 When the tuyere ring has a structure in which the thickness is changed in the axial direction as described above, the end portion in the axial direction has a thick portion and a thin portion at opposite positions on the circumference.
このような羽口リングを高炉羽口に設置する際には、例えば送風角度を現状よりも下向きにする場合、上部は高炉内側(送風出側)ほど厚く、反対に下部は高炉内側ほど薄くなるように高炉羽口内部に設置する。 When such a tuyere ring is installed in the blast furnace tuyere, for example, when the air blowing angle is set downward from the current state, the upper part is thicker toward the inner side of the blast furnace (air blowing side), and the lower part is thinner toward the inner side of the blast furnace. Installed inside the blast furnace tuyere.
また、送風角度を現状よりも上向きにする場合、下部は高炉内側ほど厚く、反対に上部は高炉内側ほど薄くなるように高炉羽口内部に設置する。 Moreover, when making a ventilation angle upward from the present condition, it installs in the inside of a blast furnace tuyere so that a lower part is thicker inside a blast furnace, and conversely, an upper part becomes thin as a blast furnace inner side.
上記の羽口リングを羽口に設置する際、場合によっては、厚い部分が吹き込みランス設置の妨げになったり、羽口の内径を必要以上に狭くしたりする場合があるので、軸方向の端部の一部のみを薄くして、従来の羽口リングの厚さ程度とすることが好ましい。 When installing the tuyere ring above the tuyere, the thick part may hinder the installation of the lance or the inner diameter of the tuyere may be narrowed more than necessary. It is preferable that only a part of the portion is thinned to the thickness of a conventional tuyere ring.
図1を用いて、本発明の羽口リングおよび羽口リングを設置した高炉羽口の一実施形態を説明する。図1は羽口の断面図であり、熱風は紙面に向かって左から右の方向に吹き込まれ、左が炉外側、右が炉内側に相当する。羽口1の羽口リング2bは、送風角度を現状よりも下向きにする場合、上部は高炉内側ほど厚く、反対に下部は高炉内側ほど薄くなるように設計して羽ロに設置する。3は水平線、4は羽口リング2の厚さが均一な場合の中心線であり、従来の羽口リングであれば、送風角度は下向きaである。上部は高炉内側ほど厚く、下部は高炉内側ほど薄い羽口リング2bを設置した場合、羽口リング2bの中心線は5となり、送風角度は下向きbとなる。図2は、高炉羽口設置前の羽口リング2bを炉内側から見た場合の概略図である。
An embodiment of a blast furnace tuyere having a tuyere ring and a tuyere ring according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a tuyere, in which hot air is blown in the direction from left to right toward the paper surface, with the left corresponding to the furnace outer side and the right corresponding to the furnace inner side. The
羽口リング2bの長さ方向での両端部は、適宜角を丸める等の加工を行うことが好ましい。図1においては、微粉炭等の吹き込みランス6と羽口リング2bとが重ならない様に、羽口リング2b上部の送風出口部分のみを薄くしている。すなわち、全体としては羽口リング2bの上部は送風出側ほど厚くなるようにして送風の方向を変化させるが、羽口リング2b上部の送風出口部分の端部の厚さは、従来程度の厚さとすることが適当である。また、送風入口部分が広くなる様に、羽口リング2b下部の送風入口部分のみは薄くすることが好ましい。すなわち、全体としては羽口リング2bの下部は送風入り側ほど厚くなるようにして送風の方向を変化させるが、羽口リング2b下部の送風入口部分の端部の厚さは、従来程度の厚さとすることが適当である。
Both ends in the length direction of the
羽口リング2bの長さ方向での両端部を薄くする場合は、縮流部および縮流部より上流側での微粉炭の付着防止、また、縮流部で流速が最大になることより微粉炭を高炉炉深部へ吹き込めるようになる、という観点から、羽口内径が一番小さくなる部分7よりも下流側(送風出側寄り)に、吹き込みランス6の先端が位置することが好ましい。
When both ends in the length direction of the
送風角度を現状よりも上向きにする場合は、図1において羽口リング2bの上下を入れ替えたものを用いることで対応できる。
The case where the air blowing angle is set to be higher than the current state can be dealt with by using the one in which the upper and lower sides of the
次に、羽口からの送風角度を変更した際の効果を確認するために、内容積5500m3の高炉の1/10縮尺模型を用い、羽口角度とレースウェイ深度ならびに送風圧の関係を調べた結果を説明する。図3は実験装置の模式図であり、左が側面図、右が正面図である。炉22は395×120×500cmであり、下から185cmの位置に内径10mm(肉厚2mm)の羽口を設置した。上部ホッパー21から粒径3mmのプラスチック粒子をコークスに見立てて炉22内に供給し、下部から放出させ、羽口23から熱風を吹き込み炉22内にレースウェイ24を形成させた。結果を図4、図5に示す。羽口角度は、下向きを負、上向きを正で示す。
Next, in order to confirm the effect of changing the ventilation angle from the tuyere, using a 1/10 scale model of a blast furnace with an internal volume of 5500 m 3 , the relationship between tuyere angle, raceway depth and blowing pressure was investigated. The results will be described. FIG. 3 is a schematic diagram of the experimental apparatus, with the left side view and the right side front view. The
図4に示すように、羽口角度が下向きに大きいほど送風圧が低くなることが分かる。また、図5に示すように、羽口角度が下向き20°〜上向き20°の範囲でレースウェイ深度が最大となることが分かる。したがって、羽口角度は下向きが望ましく、さらにレースウェイ深度の確保を考慮した場合、羽口角度が下向き20°となる羽ロスリーブの設置が安定操業には最適であることが分かる。 As shown in FIG. 4, it can be seen that the larger the tuyere angle is, the lower the blowing pressure becomes. Further, as shown in FIG. 5, it can be seen that the raceway depth becomes maximum when the tuyere angle ranges from 20 ° downward to 20 ° upward. Therefore, it is understood that the tuyere angle is preferably downward, and when securing the raceway depth is taken into consideration, it is understood that the installation of the wing sleeve with the tuyere angle of 20 ° downward is optimal for stable operation.
したがって、羽口角度の調整ができることは、実操業上非常に効果的である。図1に示したような、本発明の羽口リングを装着した羽口を用いることで、従来の羽口角度(送風角度a:通常は3°〜9°の範囲で下向きに傾斜)を、さらに下向きに傾斜(送風角度b)させた羽口を用いたのと同じ効果を得ることができる。すなわち、羽口リングの交換だけで、羽口の設置角度を変更するのと同じ効果を得ることができる。 Therefore, the ability to adjust the tuyere angle is very effective in actual operation. By using a tuyere equipped with the tuyere ring of the present invention as shown in FIG. 1, the conventional tuyere angle (air blowing angle a: usually inclined downward in the range of 3 ° to 9 °), Further, the same effect can be obtained as when the tuyere inclined downward (air blowing angle b) is used. That is, the same effect as changing the installation angle of the tuyere can be obtained only by replacing the tuyere ring.
羽口リングは、羽口自体は交換する必要が無く、休風時など任意の時期に羽口に設置することができるので、操業スケジュールに影響を与えることなく従来の羽口リングと交換して使用することができる。高炉内の円周バランスを均等にするために、本発明の羽口は高炉の全羽口に設置することが望ましい。または、円周方向で均等になるように配置することが望ましい。 There is no need to replace the tuyere itself, and the tuyere ring can be installed in the tuyere at any time, such as when there is no wind, so it can be replaced with a conventional tuyere ring without affecting the operation schedule. Can be used. In order to equalize the circumferential balance in the blast furnace, it is desirable that the tuyere of the present invention be installed in all tuyere of the blast furnace. Or it is desirable to arrange | position so that it may become equal in the circumferential direction.
以下、本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
従来型の、厚さが均一な羽口リングを羽口に設置した、内容積5500m3の高炉において、コークス比は370kg/銑鉄t、微粉炭吹き込み量は110kg/銑鉄t、還元材比は480kg/銑鉄tの条件で操業を行った(従来例)。定期休風の際に、図1に示すのと同様の羽口リングを高炉の全羽口に設置して操業を行った(本発明例)。従来例における羽口リングの厚さは7〜10mmであり、送風角度は下向き8°であったが、本発明例において、高炉リングの厚さは薄い部分で7mm、もっとも厚い部分で20mmであり、送風角度は下向き10°に設計したものを用いた。 In a conventional blast furnace with a uniform tuyere ring installed at the tuyere, with an internal volume of 5500 m 3 , the coke ratio is 370 kg / pig iron t, the amount of pulverized coal blown is 110 kg / pig iron t, and the reducing material ratio is 480 kg. / Operation was performed under the condition of pig iron t (conventional example). During the periodical wind breaks, the same tuyere rings as shown in FIG. 1 were installed in all tuyere tuyeres for operation (invention example). The thickness of the tuyere ring in the conventional example was 7 to 10 mm and the air blowing angle was 8 ° downward. In the present invention example, the thickness of the blast furnace ring is 7 mm at the thin part and 20 mm at the thickest part. The air blowing angle was designed to be 10 ° downward.
高炉の通気抵抗(KL)と送風圧の測定を行った結果を図6、図7に示す。 The results of measuring the blast furnace ventilation resistance (K L ) and the blowing pressure are shown in FIGS.
従来例の操業と、本発明例の操業とを比較すると、本発明の適用により、通気抵抗および送風圧が低下することが分かる。また、送風圧の変動幅が小さくなり、操業が安定することが分かる。 When the operation of the conventional example is compared with the operation of the example of the present invention, it can be seen that the ventilation resistance and the blowing pressure are reduced by applying the present invention. It can also be seen that the fluctuation range of the blowing pressure is reduced and the operation is stabilized.
1 羽口
2(2a、2b) 羽口リング
3 水平線
4 羽口リングの中心線
5 羽口リング2bの中心線
6 吹き込みランス
7 羽口内径が一番小さくなる部分
8 羽口内径
11 ラバール羽口
12 ブローパイプ
13 羽口先端
14 縮径部
15 微粉炭吹き込みランス
21 上部ホッパー
22 炉
23 羽口
24 レースウェイ
a 送風角度
b 送風角度
1 tuyere 2 (2a, 2b) tuyere ring 3
Claims (4)
該羽口リングの軸方向に沿った中央付近において軸方向で羽口リングの厚さが減少するように連続的に厚さが変化し、前記中央付近において円周方向で対向する部分では軸方向で羽口リングの厚さが増加するように連続的に厚さが変化していることを特徴とする羽口リング。 Cylindrical feather rolling installed inside the blast furnace tuyere,
In the vicinity of the center along the axial direction of the tuyere ring, the thickness continuously changes so that the thickness of the tuyere ring decreases in the axial direction, and in the circumferentially opposed part near the center , the axial direction The tuyere ring is characterized in that the thickness continuously changes so that the thickness of the tuyere ring increases.
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