JP5503734B2 - 高炉に装填材を供給する方法 - Google Patents

Description

本発明は高炉、特に上部ガス再利用機構を備えた高炉に装填材を供給する方法に関する。

装入材とも呼ばれる装填材（材料）は高炉に、その上部に配置された装入装置を通して供給される。かかる装入装置は一般に、装填材を一時的に受け入れる単数又は複数の材料ホッパーを含む。材料ホッパーはまた、内部に入れられる装填材の重さを量り、高炉に送り込まれる装填材の量を制御するのに用いられる。

材料ホッパーの充填中、材料ホッパー圧力は大気圧でなければならない。だが、装填材が高炉に供給されるとき、材料ホッパー圧力は高炉圧力でなければならない。従って、材料ホッパーは、装填材が材料ホッパーから高炉に移送される前に、加圧されねばならない。

この加圧は一般に図１に示し、就中ＬＵ７３７５２に記載されているように、半清浄上部ガスを材料ホッパーに供給することによって行われる。高炉１０は高炉の上部から上部ガスを回収する配管１２を含む。回収された上部ガスは一次清浄段１４及び二次清浄段１６に送られた後、乾燥装置１８で乾燥され、ガス回路２０に送られる。二次清浄段１６は一次洗浄・冷却段２２と、後段浄化段２４を含み、そこでガスを膨張させる。半清浄ガスは一次予備洗浄・冷却段２２の後で抽出され、材料ホッパー２６のホッパー室に送り込まれて後者を加圧する。上部ガスは浄化段２４の前で既に比較的高い圧力にあるが、高炉圧力より僅か上の圧力にまでなお圧縮されなければならない。

材料ホッパーの充填中、ホッパー室に空気が引き込まれる。加圧前に、材料ホッパーが次いで封止されると、ホッパー室に空気が捕捉される。ホッパー室に半清浄ガスが送り込まれると、大気中の空気からのＯ_２と可燃性のＣＯ及びＨ_２から成るガス混合物が生成される。場合によっては、このガス混合物はホッパーに装填材を詰め込むことによって生ずる小さい爆燃を惹き起すことがある。かかる爆燃は、材料ホッパーを損ずることがあるので回避されるべきである。

場合によって、特にＣＯ及びＨ_２の濃度が高い装置では、かかる爆燃の危険が高くなる。これは特に、上部ガスが処理され、ＣＯ及びＨ_２の富んだガスが羽口システムを通して高炉に送り戻される上部ガス再利用設備においてそうである。これは、材料ホッパーにおけるＣＯ及びＨ_２の濃度、従って爆燃の危険が高まることを避け得ないものとする。爆燃の危険はまた、自然ガスが大量に注入される場合、増大する。

高炉からのＣＯ_２放出を低減してＣＯ_２放出の世界的低下に寄与する試みが近年なされていることにも注目されるべきである。従って、高炉上部ガスを、例えば圧力変動吸着（ＰＳＡ）又は真空圧力変動吸着（ＶＰＳＡ）により上部ガス内のＣＯ_２含有量を低下させる、例えばＵＳ６４７８８４１に示されているＣＯ_２除去装置に送り込むようにした上部ガス再利用設備に強調が益々置かれるようになっている。ＰＳＡ／ＶＰＳＡ装置では、ＣＯ及びＨ_２の富んだガスの第１の流れと、ＣＯ_２及びＨ_２Ｏの富んだガスの第２の流れが生成される。第１のガス流は還元ガスとして用いられ、高炉に注入し戻すことができる。第２のガス流は装置から除去され、処理される。この処理は異論のあるところだが、ＣＯ_２高濃度ガスを貯蔵のため地下の穴内に圧入することから成る。
特に上部ガス再利用設備が益々普及するようになったことに鑑み、爆燃が回避されるようにした、装填材を高炉に供給する改良方法を提供する必要がある。

ＬＵ７３７５２ ＵＳ６４７８８４１

従って、本発明の目的は装填材を高炉に供給する改良方法を提供することにある。この目的は請求項１に記載の方法により達成される。

本発明の提供の、装填材を高炉に供給する方法は、材料ホッパーを少なくとも１つ有する装入装置を設けることを含む。材料ホッパーはホッパー室と、装填材をホッパー室に送り込むための材料導入開口と、装填材をホッパー室から高炉に送り込むための材料放出開口とを含み、材料導入開口には材料導入開口を開閉するための導入封止弁が付設され、材料放出開口には材料放出開口を開閉するための材料放出弁が付設される。方法は更に、材料導入開口を開き、材料放出開口を閉じること、装填材をホッパー室に材料導入開口を通して送り込むこと、導入封止弁を閉じて、加圧ガスをホッパー室に送り込むことによってホッパー室を加圧すること、材料放出弁を開き、装填材をホッパー室から高炉に送り込むことを含む。本発明の重要な特徴によれば、方法は更に、ホッパー室加圧前に、ホッパー室を通して所定量の洗流ガスを送り、該洗流ガスが二酸化炭素少なくとも７５％を含むようにして成る。

加圧前のホッパー室を通してＣＯ_２含有洗流ガスを送ることによって、ホッパー室に含まれるＯ_２が洗流ガスによって押し流される。従って、ホッパー室はその加圧時に酸素が無くなり、ＣＯはかなりあっても、その存在が爆燃を惹起することは無い。注目されるべきことは、ホッパー室を洗い流すために、洗流ガスは高圧であることを要せず、依って洗流ガスの加圧に過剰なエネルギーを要しないことである。

全空気が確実に排出されるようにするため、洗流ガス所定量はホッパー室の容積の上限、３倍までとするのが好ましい。

ホッパー室はガス流入弁の付設されるガス引入れ口と、ガス流出弁の付設される排気口とを有して良い。方法はしかして好ましくは、材料導入封止弁を閉じ、ガス流出弁を開いた後に、ガス流入弁を開き、所定量の洗流ガスがホッパー室を通して流れ、ガス流出弁を介して逃げ得るようにし、次いでガス流出弁を閉じ、ホッパー室を加圧して成る。これにより、ホッパー室は空気が洗い流された後、加圧されるようになる。ガス排出口によって、洗流ガスはその再利用又は廃棄のため、ガス排出ラインに送り込まれるようになる。

本発明の一実施態様によれば、燃焼工程を構成する施設から洗流ガスを受け入れる。洗流ガスは例えば、再生器から受け入れる排気ガスで良い。かかる排気ガスは一般に、高濃度のＣＯ_２を含み、高炉設備で容易に入手可能である。

本発明の一実施態様によれば、ＣＯ_２除去装置から洗流ガスを受け入れ、ＣＯ_２除去装置は高炉から回収された上部ガスから二酸化炭素を抽出する。ＣＯ_２除去装置からのＣＯ_２を洗流ガスとして用いて、上部ガス再利用設備で容易に入射可能な非燃焼性ガスでホッパー室を満たすことができる。実際、ＣＯ_２は再利用される前に、回収上部ガスから除去される必要がある。除去ＣＯ_２を廃棄する代わりにそれを、材料ホッパーのホッパー室を洗い流すのに用いることができる。

好ましくは、二酸化炭素は圧力変動吸着（ＰＳＡ）又は真空圧力変動吸着（ＶＰＳＡ）により回収上部ガスから除去される。

好ましくは、回収二酸化炭素は装入装置に送られる前に、特にＣＯ_２が加圧又は十分加圧されていない場合、ブースター装置及び緩衝槽に送られる。

本発明の一実施態様によれば、ホッパー室を通して洗流ガス所定量を送った後、ホッパー室は封止され、加圧ガスとして洗流ガスを更にホッパー室に送り込むことによって加圧される。ホッパー室の洗い流しの後、洗流ガスをホッパー室に更に送ることによってホッパー室を加圧することができる。ホッパー室から全空気が排出されているので、たとえホッパー室にＣＯがあっても、爆燃を回避できる。注目すべきことは、洗流ガスを用いてホッパー室が加圧される場合、洗流量が厳密で無くても良いことである。実際、洗流ガスは非燃焼性であるので、ホッパー室に残っている如何なるＯ_２とも反応することは無く、それにより爆燃を避けることができる。

本発明の一実施態様によれば、ホッパー室を通して所定量の洗流ガスを送った後、ホッパー室は封止され、半清浄上部ガスを加圧ガスとしてホッパー室に送り込むことによって、ホッパー室は加圧される。ホッパー室から全空気が排出されているので、たとえホッパー室にＣＯがあっても、爆燃を回避することができる。Ｏ_２が無いため、燃焼ガスであるかも知れない半清浄ガスをホッパー室に、爆燃を生じさせずに、送ることができる。これは、半清浄ガスはそれが二次清浄段にあるとき既に加圧されているので、特に有利である。従って、加圧ガスの圧力増大のために過度のエネルギーを投ずる必要は無い。

好ましくは、一部清浄化上部ガスを生成する一次清浄段と半清浄上部ガスを生成する二次清浄段を、高炉から回収された上部ガスが通って、該回収上部ガスから半清浄上部ガスが抽出される。回収上部ガスの清浄化は回収上部ガスを一次洗浄段、一般に乾式清浄段を通して送って一部清浄化上部ガスを生成し、一部清浄化上部ガスを二次清浄段、一般に湿式清浄段を通して送って清浄化上部ガスを生成し、乾燥段を通して清浄化上部ガスを送って清浄化上部ガスを乾燥して成る。尚、湿式清浄段の代わりに、更なる乾式清浄段を設けても良い。

二次清浄段は一部清浄化上部ガスが予備洗浄且つ冷却されて半清浄ガスを生成する第１の工程と、一部清浄化ガスが更に洗浄されて膨張する第２の工程から成って良い。

回収上部ガスはそれから二酸化炭素を除去した後、還元ガスとして炉に送り戻されるようにすると有利である。

ホッパー室から回収されたガスが再利用され、且つ本発明の種々の実施態様に従って、二次清浄段に送り込まれ、且つ／或いは鋳床制塵システムに送られ、且つ／或いは洗流ガスとして用いられない、例えばＣＯ_２回路への、回収二酸化炭素の一部に送り込まれるようにしても良い。好ましくは、ホッパー室から回収されたガスは濾過装置に通し送られた後、洗流ガスとして用いられない回収二酸化炭素の一部に送り込まれる。

本発明の装入装置はベルレストップ(Bell Less Top)型のもので良いが、それに限定されない。
添付図面を参照して、本発明の好適な実施態様を以下、例示により説明する。

高炉と上部ガス清浄装置を含む、従来技術による高炉設備の概略図である。 高炉と上部ガス再利用装置を含む、本発明の第１の実施態様による高炉設備の概略図である。 本発明の第２の実施態様による高炉設備の概略図である。 本発明の第３の実施態様による高炉設備の概略図である。

図１は高炉１１と、高炉１１の上部から上部ガスを回収する配管１２を含む従来の高炉設備１０を概略的に示す。回収された上部ガスは一次清浄段１４及び二次清浄段１６に送られた後、乾燥装置１８で乾燥され、ガス回路２０に送られる。二次洗浄段１６は一次予備洗浄・冷却段２２及び後段浄化段２４から成り、そこでガスを膨張させる。一次予備洗浄・冷却段２２を後にして半清浄ガスが抽出され、材料ホッパー２６のホッパー室に送られ、ホッパー室を加圧する。上部ガスは浄化段２４の前で既に圧力が比較的高いものであるが、高炉圧の僅かに上の圧力にまでなお圧縮されなければならない。

図２〜４は高炉３２と上部ガス再利用装置３４を含む、本発明による高炉設備３０を示す。かかる高炉設備３０の第１の実施態様を図２に示す。高炉３２の上端３６に、装填材を高炉３２に供給する装入装置３８が配置されている。装入装置３８は図示の実施態様では、装填材を一時的に貯蔵するホッパー室４２を内部に各々が有する２つの材料ホッパー４０を含む。材料ホッパー４０は装填材を夫々、受け入れ及び放出する材料導入開口及び材料放出開口を含む。材料導入開口には、これを封止して閉じるための導入封止弁４４が付設される。同様に、材料放出開口には、これを封止して閉じるための材料放出弁４６及び放出封止弁(図示せず)が付設される。

動作において、装填材を高炉に供給するため、材料放出弁４６及び放出封止弁は閉じられ、導入封止弁４４は開かれて、装填材を材料ホッパー４０のホッパー室４２に送り込む。所定量の装填材がホッパー室４２に入ると、導入封止弁４４は閉じられる。ホッパー室４２は以下に記載のように、洗流ガスをホッパー室４２に送り込むことによって洗い流される。次に、ホッパー室４２は、ホッパー室４２に加圧ガスを送り込むことによって加圧される。ホッパー室４２が十分加圧されたら、材料放出弁４６及び放出封止弁は開かれ、装填材は高炉３２に移送される。高炉の動作自体は周知であり、此処ではこれ以上記載しない。

ホッパー室４２の洗流は本発明に従って、ＣＯ_２少なくとも７５％を含む洗流ガスによって行われる。洗流ガスは、再生器４７又は燃焼工程を構成する他の任意の設備から受け入れられる排気ガスで良い。かかる排気ガスは一般にＣＯ_２高濃度を含み、高炉設備において容易に入手できる。洗流ガスは或いはまた、以下詳細に説明する上部ガス再利用設備３４のＣＯ_２除去装置６０から受け入れられる高ＣＯ_２ガスで良い。

上部ガス再利用装置３４は高炉３２から上部ガスを回収し、回収上部ガスを処理し、処理上部ガスを高炉３２に注入し戻す手段を含む。高炉上部ガスは高炉３２の上端３６から回収され、先ず配管４８を介して一次ガス清浄装置５０に送られる、そこで回収上部ガスは一次清浄段にかけられ、回収上部ガスからの塵又は異物の量を低減させる。一次ガス清浄装置５０は例えば、軸サイクロン又は集塵器から成る乾式清浄段である。

一次ガス清浄装置５０を通過した後、今や一部清浄化された上部ガスは二次ガス清浄装置５２に送られ、そこで回収上部ガスは二次清浄段、一般には湿式清浄段にかけられる。この二次ガス清浄装置５２では、一部清浄化上部ガスは一般に、先ず予備洗浄・冷却段５４に送られ、そこで上部ガスは水を吹きかけられる。次に、一部清浄化上部ガスは浄化段５６に送られ、そこで上部ガスは単数又は複数のベンチュリ型環状通路を通る間に膨張せしめられる。

二次ガス清浄装置５２から、清浄化上部ガスは乾燥装置５８に送られてから、ＣＯ_２除去装置６０に送られ、そこで上部ガス内のＣＯ_２含有量が低減される。ＣＯ_２除去装置６０は、ＣＯ及びＨ_２に富んだ第１のガス流６２と、主としてＣＯ_２を含む第２のガス流６４を生成するＰＳＡ/ＶＰＳＡ装置で良い。第１のガス流６２は還元ガスとして用いることができ、例えば熱風炉６６により温度少なくとも９００℃に加熱後、羽口装置６５を介して高炉３２に送り戻されて良い。

第２のガス流６４は配分点６８にて第１の部分７０と第２の部分７２に分けられる。第２ガス流６４の第１部分７０が排気される一方、第２ガス流の第２部分７２は材料ホッパー（ホッパー室）４２に対する洗流ガスとして用いられる。この洗流ガスはブースター装置及び緩衝槽７４に送られて良い。かかるブースター装置及び緩衝槽７４は、特にＣＯ_２除去装置６０が極低温装置から構成されないなら、加圧ガスを圧縮するため実際必要であろう。

洗流ガスは送気ライン７６を介して装入装置３８に送られる。送気ライン７６は、洗流ガスを材料ホッパー４０のホッパー室４２に送り込むための第１のアーム７８を有して良い。だが、送気ライン７６は更に洗流ガスを弁箱８２及び／又はシュート伝動歯車箱８４に夫々送るための第２アーム７９及び／又は第３アームを含んでも良い。

第１アーム７８を介してホッパー室４２に送り込まれる洗流ガスはホッパー室４２に閉じ込まれている如何なる空気をもホッパー室４２から押し出してホッパー室４２を洗い流し、それによりホッパー室が加圧される間の爆燃の危険を回避する。第２アーム７９及び第３アーム８０を介して弁箱８２及びシュート伝動歯車箱８４に送り込まれる洗流ガスは、これ等構成部品内の過剰圧力を維持する、即ち、これ等部品内の圧力が高炉圧の僅か上に保たれるようにする役割を果たす。洗流ガスはまた、弁箱８２及びシュート伝動歯車箱８４を緊急冷却する役割も果たすこともできる。

材料ホッパー４０は更に、ホッパー室４２からガスが逃げ得るようにするため排気ライン８８に連結する排気口８６を含む。図２の実施態様によれば、排気ライン８８はホッパー室４２から回収されるガスをその廃棄のため、第２ガス流６４の第１部分７０に送り込む。

材料ホッパー４０は更に大気口９０を含んで良い。材料ホッパー４０の洗い流し時には、大気口９０及び／又は排気口８６は開いたままであり、洗流ガスがホッパー室４２に送り込まれて、ホッパー室４２内の酸素を排出できるようにする。所定量の洗流ガスがホッパー室４２に送り込まれると、大気口９０と排気口８６が閉じられ、材料ホッパー４０は次いで加圧される。

排気ライン８８は更に濾過装置９２を含む。ホッパー室４２から回収されたガスは濾過装置９２を通った後、第２ガス流６４の第１部分７０に送り込まれる。濾過装置９２は塵粒が第２ガス流６４の第１部分７０に送られるのを回避するため、例えば静電フィルタ及び／又はバッグフィルタから構成されて良い。

更に、エジェクタ９１が排気ライン８８に設けられる。かかるエジェクタは収束・発散ノズルのベンチュリ効果を用いて、運動流体の圧力エネルギーを、吸込流体を吸引及び同伴する低圧力領域を惹き起す速度エネルギーに変換する。従って、エジェクタ９１を用いてホッパー室４２からガスを引き出し、ホッパー室４２を大気圧まで圧抜きすることができる。

ホッパー室４２の洗い流し後、加圧ガスが送気ライン７６を通してホッパー室４２に送り込まれることに注目されたい。ホッパー室４２の加圧中に、送気ライン７６に再生器４７又はＣＯ_２除去装置６０から来る洗流ガスが供給されて良い。或いはまた、送気ライン７６に二次ガス清浄装置５２から来る半清浄ガス８９も供給されて良い。実際、半清浄ガスの使用は、如何なるＯ_２も洗流工程中の洗流ガスによってホッパー室４２から排出されているので、可能である。

本発明による高炉設備３０の第２の実施態様を図３に示す。この実施態様の殆どの特徴は第１の実施態様のものと同一であり、従って繰り返さない。だが、この実施態様によれば、排気ライン８８はホッパー室４２から回収されたガスを第２ガス流６４の第１部分７０に送らない。その代わりに、回収ガスは二次ガス清浄装置５２の予備洗浄・冷却段５４と浄化段５６の間に送り戻される。これにより、回収ガスは清浄化され、再びＣＯ_２除去装置６０に送られる。

本発明による高炉設備３０の第３の実施態様を図４に示す。この実施態様の殆どの特徴は第１の実施態様のものと同一であり、従って繰り返さない。だが、この実施態様によれば、排気ライン８８はホッパー室４２から回収されるガスを第２ガス流６４の第１部分７０に送らない。その代わり、回収ガスは鋳床制塵システム９４に送られる。

１０ 高炉設備
１１ 高炉
１２ 配管
１３ 高炉上部
１４ 一次清浄段
１６ 二次清浄段
１８ 乾燥装置
２０ ガス回路
２２ 予備洗浄・冷却段
２４ 浄化段
２６ 材料ホッパー
３０ 高炉設備
３２ 高炉
３４ 上部ガス再利用設備
３６ 高炉上端
３８ 装入装置
４０ 材料ホッパー
４２ ホッパー室
４４ 材料導入封止弁
４６ 材料放出弁
４７ 再生器
４８ 配管
５０ 一次ガス清浄装置
５２ 二次ガス清浄装置
５４ 予備ガス洗浄・冷却段
５６ 浄化段
５８ 乾燥装置
６０ ＣＯ_２除去装置
６２ 第１流ガス流
６４ 第２流ガス
６５ 羽口装置
６６ 熱風炉
６８ 配分点
７０ 第１部分
７２ 第２部分
７４ ブースター装置＆バッファー槽
７６ 送気ライン
７８ 第１アーム
７９ 第２アーム
８０ 第３アーム
８２ 弁箱
８４ シュート伝動歯車箱
８６ 排気口
８８ 排気ライン
８９ 半清浄ガス
９０ 大気口
９１ エジェクタ
９２ 濾過器装置
９４ 鋳床制塵システム

Claims (14)

1. 装填材を高炉に供給する方法であって、
   材料ホッパーを少なくとも１つ有する装入装置、ここで前記材料ホッパーがホッパー室と、該ホッパー室に装填材を送り込むための材料導入開口と、装填材を前記ホッパー室から前記高炉に送り込むための材料放出開口とを有し、前記材料導入開口には該材料導入開口を開閉するための材料導入封止弁が付設され、前記材料放出開口には該材料放出開口を開閉するための材料放出弁が付設される、装入装置を設け、前記材料ホッパーがガス流入弁の付設されたガス引入れ口と、ガス流出弁の付設された排気口とを有し、
   （１）前記材料導入開口を開き、前記材料放出開口を閉じ、
   装填材を前記ホッパー室に前記材料導入開口を通して送り込み、
   （２）前記導入封止弁を閉じ、及び前記ガス流出弁を前記ガス流入弁を開ける前に開け、二酸化炭素少なくとも７５％を含む所定量の洗流ガスを前記ホッパー室を通るように供給し、
   （３）前記ガス流出弁を閉じ、加圧ガスを前記ホッパー室に送り込むことによって前記ホッパー室を加圧し、
   （４）前記材料放出弁を開いて前記ホッパー室から前記装填材を前記高炉に送り込む、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記洗流ガス所定量を前記ホッパー室の容積の上限、３倍迄とする請求項１に記載の方法。
3. 燃焼プロセスを構成する設備から、前記洗流ガスを受け入れて成る請求項１または２に記載の方法。
4. 前記洗流ガスは、再生器から受け入れる排気ガスである請求項３に記載の方法。
5. 前記洗流ガスをＣＯ_２除去装置から受け入れ、該ＣＯ_２除去装置が前記高炉から回収される上部ガスから二酸化炭素含有ガスを抽出して成る請求項１または２に記載の方法。
6. 前記二酸化炭素が前記回収上部ガスから圧力変動吸着（ＰＳＡ）又は真空圧力変動吸着（ＶＡＳＡ）により抽出されて成る請求項５に記載の方法。
7. 前記洗流ガスが前記装入装置に送られる前に、ブースター装置及び緩衝槽を通して送られて成る請求項１〜６の何れか１つに記載の方法。
8. 前記ホッパー室を通して前記所定量の洗流ガスが送られてから、該ホッパー室が封止され、更なる洗流ガスを加圧ガスとして前記ホッパー室に送り込むことによって該ホッパー室が加圧されて成る請求項１〜７の何れか１つに記載の方法。
9. 前記ホッパー室を通して前記所定量の洗流ガスが送られてから、該ホッパー室が封止され、清浄段を通された、前記高炉から回収された上部ガスを加圧ガスとして前記ホッパー室に送り込むことによって該ホッパー室が加圧されて成る請求項１〜７の何れか１つに記載の方法。
10. 清浄段は、一部清浄化上部ガスを生成する一次清浄段と半清浄上部ガスを生成する二次清浄段から成る請求項９に記載の方法。
11. 前記二次清浄段が
    前記１部清浄化上部ガスを予備洗浄及び冷却して半清浄上部ガスを生成する第１の工程と、
    前記半清浄上部ガスを更に洗浄し、膨張させる第２の工程を含んで成る請求項１０に記載の方法。
12. 前記回収上部ガスから前記二酸化炭素が除去された後に、前記回収上部ガスが還元ガスとして前記炉に送り戻されて成る請求項５〜１１の何れか１つに記載の方法。
13. 前記ホッパー室から回収された前記ガスが
    再利用され、且つ
    二次清浄段に送り込まれ、且つ／或いは
    鋳床制塵システムに送られ、且つ／或いは
    前記ホッパー室への送り込みに用いられない回収二酸化炭素の一部に送り込まれて成る請求項１〜１２の何れか１つに記載の方法。
14. 前記装入装置がベルレストップ型のものである請求項１〜１３の何れか１つに記載の方法。

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