JP5644365B2

JP5644365B2 - 高炉操業方法

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Description

本発明は、微粉炭を補助還元材として利用する高炉プロセスにおいて、バイオマスを乾留して得られるバイオマス炭を高炉の補助還元材として利用する、高炉操業方法に関する。

竪型炉として代表的な高炉では、鉄鉱石又はスクラップなどの鉄源と、鉄鉱石還元材および熱源としてコークスとが原料として用いられる。高炉操業に適したコークスを製造するためには、高価で良質の原料炭を必要とする。そのため、現在、燃料用石炭を微粉砕した微粉炭を熱源として高炉の羽口から吹き込み、高価なコークス使用量を削減する高炉の操業方法が行なわれている。高炉吹込み用に利用されている微粉炭はコークス用石炭とは異なり、一般的に粘結性の劣位な石炭（非粘炭）が使用されている。吹き込む微粉炭の量は、操業条件によっても異なるが、吹き込み量が多いほどコークス使用量を削減でき、コストダウンが可能となる。通常、銑鉄１トン当たり１００〜２００ｋｇの微粉炭を吹き込むと、ほぼ同量のコークス使用量が削減できる。ここで吹き込まれる微粉炭の粒度は、一般に７４μm以下のものが全微粉炭質量の６０％〜８０％（これを微粉炭の粒度が７４μｍ以下、６０〜８０ｍａｓｓ％と略して記載する。）範囲のものが工業的に用いられている。

高炉は炉下部羽口部より約１１００℃の高温かつ高速空気（羽口先ガス速度で約２００ｍ／ｓ）を吹込み、コークスを還元ガスに変換し、鉄鉱石を還元する。羽口先にはこの衝風エネルギーにより、燃焼帯（レースウェイ）と呼ばれる空間が形成され、この空間でコークスが還元ガスに変換される。羽口部に補助還元材として吹き込まれる微粉炭もこのレースウェイで還元ガスに変換する必要がある。しかしながら、レースウェイを通過する微粉炭の滞留時間は０．０１秒程度であり、燃焼性の良好な微粉炭性状が望まれる。微粉炭の燃焼性はその粒径も重要であるが、揮発分量に依存する（例えば、非特許文献１、２参照。）。レースウェイ内で燃焼しきれなかった微粉炭は未燃チャーとして高炉内をガスとともに上昇する。その際に、鉄鉱石還元により生成したＣＯ₂およびＨ₂Ｏと反応し、ＣＯに変換される。このＣＯは鉄鉱石の還元に利用される。未燃チャーの消費量は炉内で生成するＣＯ₂およびＨ₂Ｏ量により決定される。

一方、地球温暖化防止の観点からＣＯ₂排出量削減が緊急の課題である。鉄鋼業においてもＣＯ₂排出量削減のための技術開発が行われている。ＣＯ₂排出量削減の方法としては、インプットの炭素量を削減する、アウトプットのＣＯ₂を回収する、従来の石炭・石油等をカーボンフリーの炭素源に代替する等の方法がある。カーボンフリーの炭素源としてはバイオマスが知られており、鉄鋼業で石炭代替としてバイオマスを利用できれば、ＣＯ₂排出量削減に寄与できる。バイオマスとしては、建築家屋の解体で発生する木材廃棄物、製材所発生の木質系廃棄物、森林等での剪定廃棄物、農業系廃棄物などがある。その処理利用方法としては、埋立て、放置、焼却、燃料等が主なものである。また、燃料利用を目的としたバイオ燃料作物も知られている。

バイオマスは炭素、酸素、水素から構成されているが、そのもの自体は高含水率、低発熱量（例えば、水分１５ｍａｓｓ％、発熱量１６．２ＭＪ／ｋｇ−乾燥基準）であり、直接製鉄プロセスで使用することは効率面で有利とはいえない。また、廃木材を直接７４μm以下に粉砕することは通常の石炭ミル（ローラーミル、ボールミル等）では困難であり、衝撃方式等の粉砕機を必要とする。

日本鉄鋼協会「鉄と鋼」ｖｏｌ．８１、１９９５年、ｐ．１１１４日本鉄鋼協会「鉄と鋼」ｖｏｌ．７８、１９９２年、ｐ．１２０６

前述の従来技術においては、以下（ａ）〜（ｄ）の課題がある。

（ａ）一般的に揮発分濃度の低い微粉炭（例えば、無煙炭）は燃焼性が劣り、羽口先で高燃焼率を確保できない。

（ｂ）レースウェイ内での燃焼が不十分の場合、未燃焼のチャー（燃焼不十分の微粉炭から生成する炭素）が生成し、高炉内で発生するＣＯ₂およびＨ₂Ｏによりガス化される。しかし、未燃焼のチャー量が多い場合は高炉内で消費されず、炉内の圧力損失が増加する。

（ｃ）高炉吹き込み用石炭を選定する場合には、揮発分量等を考慮する必要がある。

（ｄ）前述したように、バイオマスを高炉吹込み用炭材として利用する場合には、高含水率、低発熱量であるとともに、微粉への粉砕が困難であり、微粉炭と同様の操業が行えず、高炉で効率的に使用できないため、コークスの削減効果が小さい。

したがって本発明の目的は、このような微粉炭を高炉操業において補助還元材として利用する際の課題を解決し、微粉炭の替わりにバイオマスを用いることでＣＯ₂排出量削減に貢献できる、高炉の操業方法を提供することにある。

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）微粉炭を補助還元材として羽口から吹き込む高炉操業において、バイオマスを乾留して得られるバイオマス炭を粉砕して粉砕物を生成し、該バイオマス炭の粉砕物と微粉炭とを前記羽口から吹き込むことを特徴とする高炉操業方法。
（２）前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との吹込みが、微粉炭とバイオマス炭とを混合して羽口から吹き込むことを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
（３）前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との吹き込みが、羽口内のバイオマス炭の粉砕物の吹き込みランスと微粉炭吹込みランスからバイオマス炭の粉砕物と微粉炭を吹き込むことを特徴とする（１）に記載の高炉操業方法。
（４）前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との揮発分濃度の合計が１０ｍａｓｓ％以上になるように羽口から吹き込むことを特徴とする（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
（５）前記揮発分濃度の合計が１０ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（４）に記載の高炉操業方法。
（６）前記揮発分濃度の合計が１５ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする（５）に記載の高炉操業方法。
（７）前記バイオマス炭の粉砕物が、２５ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下の揮発分を有することを特徴とする（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
（８）前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との吹き込みが質量比率で、バイオマス炭の粉砕物：微粉炭＝６〜５０：９４〜５０の割合でバイオマス炭の粉砕物と微粉炭を羽口から吹き込むことを特徴とする（１）ないし（７）のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
（９）前記バイオマス炭の粉砕物：微粉炭が、２０〜５０：８０〜５０の割合であることを特徴とする（８）に記載の高炉操業方法。
（１０）前記バイオマス炭の粉砕物が、粒径７４μｍ以下が８０ｍａｓｓ％以上の粒度分布を有することを特徴とする（１）ないし（９）のいずれか１つに記載の高炉操業方法。

本発明によれば、微粉炭の揮発分の制約なく、低品位の石炭であっても高炉で利用できるとともに、バイオマスを乾留して得られたバイオマス炭を高炉で使用することで、製鉄プロセスにおけるＣＯ₂排出量削減に寄与することができる。

本発明の一実施形態の説明図。本発明で用いたバイオマスの乾留装置の一実施形態の説明図。本発明で用いたバイオマス炭および微粉炭の燃焼試験装置の説明図。本発明の燃焼試験結果を示すグラフ（レースウェイ内最高温度位置）。本発明の燃焼試験結果を示すグラフ（燃焼・ガス化率）。加成性が成立した場合の燃焼・ガス化率と、実測した燃焼・ガス化率の関係を示すグラフ。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ね、バイオマスを乾留して得られるバイオマス炭を粉砕して、微粉炭と同時に高炉羽口から吹き込むことで、微粉炭の燃焼性を改善できることを見出した。これにより揮発分濃度の低い微粉炭であっても高炉吹き込みに用いることができ、使用できる微粉炭の炭種が拡大する。

バイオマスを乾留して得られるバイオマス炭は微粉砕することができるので、微粉炭とバイオマス炭をあらかじめ混合して微粉炭吹き込み用の配管を用いて炉に吹き込んだり、あるいは、バイオマス炭を単独で通常の微粉炭吹き込み用の配管を用いて炉に吹き込んだりすることが可能である。したがって、微粉炭吹き込み操業を行っている高炉であれば、特別に設備を更新することなく、バイオマス炭の高炉吹き込み操業を実施することができる。バイオマスを乾留して製造したバイオマス炭と微粉炭とを同時に炉内に吹き込む際には、バイオマス炭の燃焼速度が速いために、バイオマス炭燃焼熱により、微粉炭が加熱され、微粉炭の燃焼性を向上させることができる。補助還元材の揮発分濃度を上げることで燃焼率が向上し、未燃のチャーの生成が少なくなる。ひいては、炉内でのＣＯ₂およびＨ₂Ｏでの消費の負荷が軽減される。

したがって、揮発分濃度の低い微粉炭を高炉の羽口から吹き込み、補助還元材として高炉操業に利用する際には、バイオマスを所定の揮発分濃度になるように乾留し、バイオマス炭とした後に粉砕し、微粉炭とバイオマス炭の合計の揮発分濃度が所定の濃度以上になるように混合し、微粉炭とバイオマス炭とを同時に吹き込むことで、低揮発分炭の燃焼率を向上させることができる。微粉炭とバイオマス炭とを同時に吹き込むことで、炉内で混合状態となる際の揮発分濃度が所定の濃度以上となればよく、必ずしも予め混合して吹き込む必要は無い。微粉炭とバイオマス炭との合計の、所定の揮発分濃度としては、たとえば、通常高炉で用いる微粉炭の揮発分濃度を用いることができる。

特に、微粉炭とバイオマス炭との揮発分濃度の合計が１０ｍａｓｓ％以上になるように羽口から吹き込むことが好ましい。微粉炭とバイオマス炭との合計の揮発分濃度が１０ｍａｓｓ％以上になった場合に加成性以上の燃焼率を確保することができる。揮発分濃度は高いほど燃焼性向上のためには好ましいが、本発明では揮発分濃度の合計が５０ｍａｓｓ％以下であるのを好適範囲と規定する。微粉炭として使用される通常の石炭の揮発分濃度は５０ｍａｓｓ％以下であり、微粉炭の割合が多い場合には揮発分濃度の合計を５０ｍａｓｓ％超えに調整すること自体が困難である。一方で、バイオマスを乾留することなく使用した場合には揮発分濃度は７０ｍａｓｓ％程度と高く、炭素分は５０ｍａｓｓ％以下である。したがって、バイオマスを微粉炭と共に用いる場合は、揮発分濃度を高めることには効果的である。しかし、バイオマスを微粉炭代替として使用した場合、炭素分が５０ｍａｓｓ％以下と低いことによりコークス置換率が低くなるため、微粉炭代替として使用するには適当ではなく、バイオマス炭を用いる方が効果的であることになる。

例えば、微粉炭（揮発分濃度：８．５０ｍａｓｓ％）にバイオマス炭（揮発分濃度：４０．０９ｍａｓｓ％）を６ｍａｓｓ％以上配合した場合、合計揮発分濃度が１０ｍａｓｓ％以上となり、加成性から予測される以上の高い燃焼率を得ることができる。

より望ましくは、微粉炭とバイオマス炭との揮発分濃度の合計が１５ｍａｓｓ％以上になるように羽口から吹き込むことが好ましい。微粉炭とバイオマス炭との合計の揮発分濃度が１５ｍａｓｓ％以上になった場合に、加成性以上の燃焼率を確保することができる割合をより大きくすることができる。揮発分濃度の合計が１５ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であるのが、最も好ましい。

バイオマス炭を製造する際の、バイオマスの乾留条件としては３００℃以上の温度で乾留することが好ましい。３００℃以上の乾留により、水分が除去され、発熱量も石炭と同程度とすることが可能となる。乾留の際に温度あるいは滞留時間を調整することで、バイオマス炭の揮発分濃度を所定の濃度に調整することができる。乾留温度は、６００℃以下であるのが好ましい。乾留温度が６００℃を超えるとバイオマス炭の揮発分濃度は１０ｍａｓｓ％程度となり、微粉炭と混合して揮発分濃度を１５％以上に調整することが難しくなる場合がある。

バイオマス炭の揮発分濃度は２５ｍａｓｓ％以上であることが望ましい。バイオマス炭の揮発分濃度が２５ｍａｓｓ％以下の場合には、加成性以上の燃焼率を確保することが困難となる場合がある。

バイオマス炭の揮発分濃度は５０ｍａｓｓ％以下であることが望ましい。これは揮発分濃度が５０ｍａｓｓ％を超えるようなバイオマス炭は、乾留が十分に進行しておらず、微粉砕工程において時間当たりの粉砕処理量が著しく低減する恐れがあるためである。

バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との羽口からの吹込みにおいて、バイオマス炭の粉砕物と微粉炭の割合は質量比率で、バイオマス炭の粉砕物：微粉炭＝６〜５０：９４〜５０であるのが好ましい。

上記において、バイオマス炭の粉砕物の割合が６ｍａｓｓ％以上であるのが好ましい理由は、以下のとおりである。微粉炭として混合して使用するために好適な一般的なバイオマス炭としてバイオマスを乾留温度３００℃で処理したバイオマス炭を想定する。乾留温度３００℃で処理したバイオマス炭は揮発分濃度が４０ｍａｓｓ％程度であり、また炭素分は７０ｍａｓｓ％程度であり微粉炭代替として使用することに適している。一般的に使用される微粉炭で揮発分濃度が低い微粉炭は揮発分濃度が１０ｍａｓｓ％を下回ることがあるため、混合後の揮発分濃度を１０ｍａｓｓ％以上とするためには、バイオマス炭の粉砕物を６ｍａｓｓ％以上混合することが好ましいことになる。

また、バイオマス炭の粉砕物の割合が５０ｍａｓｓ％以下であるのが好ましい理由は以下のとおりである。年間の出銑量が５００万ｔである高炉において、銑鉄１ｔあたり１００〜２００ｋｇの微粉炭を吹き込む場合を想定すると、年間の微粉炭使用量は５０〜１００万ｔである。微粉炭の５０ｍａｓｓ％をバイオマス炭で置き換えることを検討すると、年間２５〜５０万ｔのバイオマス炭が必要となる。ここで、バイオマスからバイオマス炭を製造する場合の炭化物収率を２０ｍａｓｓ％と想定すると、年間１２５〜２５０万ｔのバイオマス原料が必要であり、その場合は林地残材などの木質系バイオマス、河川敷などで発生する草本系バイオマス、下水汚泥、食品廃棄物など様々なバイオマス原料を使用することになる。このような多種多様のバイオマスを用いる場合、原料の種類の違いにより、製造したバイオマス炭の性状は、粉砕性以外の成分などの点においても様々に異なることになるが、微粉炭と混合して使用することで、５０ｍａｓｓ％程度までバイオマス炭を混合して使用しても、混合物の性状が安定するので、高炉での使用が十分に可能となる。微粉炭としては、多種多様のバイオマス原料から製造したバイオマス炭と比較して、固定炭素、揮発分、灰分等の、構成元素の含有比率のバラツキが少ないものを用いることが好ましい。

バイオマス炭の粉砕物：微粉炭＝２０〜５０：８０〜５０であるのがより好ましい。バイオマス炭の粉砕物の割合が２０ｍａｓｓ％以上であるのがより好ましい理由を下記に示す。

微粉炭及びバイオマス炭のそれぞれの燃焼・ガス化率から加成性が成立する前提で求めた混合物の燃焼・ガス化率をＡ、実測した混合物の燃焼・ガス化率をＢとし、加成性を超えて燃焼・ガス化率が向上する割合をＣ＝（Ｂ−Ａ）／Ａ×１００と定める。下記の実施例における本発明例１〜３でＣを計算すると４以上であるが、本発明例４及び５では２以下となる。これは下記に示す図６のグラフにおいて加成性が成立する場合（点線）からの、実測した燃焼ガス化率のプロットの乖離幅として視覚的に認識することもできる。すなわち本発明例３で示したバイオマス炭の粉砕物が２０ｍａｓｓ％以上であるような混合物においてＣの値が大きく、すなわち加成性を超えた燃焼・ガス化率の向上が顕著であるために、バイオマス炭の粉砕物が２０ｍａｓｓ％以上である混合物がより好ましい。

バイオマス炭の粉砕物が２５ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下の揮発分を有する場合、バイオマス炭の粉砕物と微粉炭の割合は、バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との揮発分濃度の合計が１０ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下になるようにその割合を調整するのが好ましい。バイオマス炭の粉砕物と微粉炭の混合物の揮発分の割合の、混合割合を変更した場合の例を表１に示す。

バイオマス炭の揮発分濃度は乾留条件および使用するバイオマスにより変化する。ここでバイオマス炭の揮発分濃度をＤｍａｓｓ％、微粉炭の揮発分濃度がＥｍａｓｓ％である場合に、バイオマス炭をＦｍａｓｓ％、微粉炭をＧｍａｓｓ％混合し、Ｆの値が６以上である混合物において、Ｄ×Ｆ／１００＋Ｅ×Ｇ／１００で求められる混合物の揮発分濃度が１０ｍａｓｓ％以上であれば、本発明の効果を期待することができる。

バイオマスを乾留する際の乾留方式は、通常のバッチ式、ロータリーキルン式、竪型炉を用いる方式等いずれでもよく、好ましくは連続プロセスとして採用可能なロータリーキルン式を用いることが好ましい。発生した乾留ガスはバイオマスの乾留の熱源として利用することが好ましく、鉄鋼の化工プロセス等に供給するなど、適宜利用することができる。

なお、バイオマスとは、ある一定量集積した動植物資源とこれを起源とする廃棄物の総称（ただし、化石資源を除く）であり、本発明で用いるバイオマスには、農業系、林業系、畜産系、水産系、廃棄物系等の、熱分解して炭化物を生成するあらゆるバイオマスを用いることができる。有効発熱量の高いバイオマスを用いることが好ましく、木質系バイオマスを用いることが好ましい。木質系バイオマスとしては、パルプ黒液、チップダスト等の製紙副産物、樹皮、のこ屑等の製材副産物、枝、葉、梢、端尺材等の林地残材、スギ、ヒノキ、マツ類等の除間伐材、食用菌類の廃ホダ木等の特用林産からのもの、シイ、コナラ、マツ等の薪炭林、ヤナギ、ポプラ、ユーカリ、マツ等の短伐期林業等の林業系バイオマスや、市町村の街路樹、個人宅の庭木等の剪定枝条等の一般廃棄物や、国や県の街路樹、企業の庭木等の剪定枝条、建設・建築廃材等の産業廃棄物等が挙げられる。農業系バイオマスに分類される、廃棄物・副産物を発生源とする籾殻、麦わら、稲わら、サトウキビカス、パームヤシ等や、エネルギー作物を発生源とする米糠、菜種、大豆等の農業系バイオマスの一部も木質系バイオマスとして好適に用いることができる。

バイオマス炭と微粉炭とは、高炉の同一羽口から炉内に吹き込むことが望ましい。バイオマス炭と微粉炭とを、それぞれ異なる羽口から吹き込んでもある程度の効果はあるが、同一羽口から炉内に吹き込むことでバイオマス炭と微粉炭とが速やかに混合される。同一羽口から高炉内に吹き込む方法としては、同一羽口内にバイオマス炭の粉体の専用ランスと微粉炭の専用ランスとを装入してダブルフローランス方式としても良いし、粉体供給配管の途中でバイオマス炭の粉体と微粉炭とを混合しても良い。また、予めバイオマス炭の粉体と微粉炭とを混合した上で、ホッパーなどの粉体供給装置に供給したものを吹き込むことも可能である。

図１を用いて本発明の一実施形態を説明する。バイオマス１は乾留装置２に供給され、所定の条件で乾留されバイオマス炭３を製造する。得られたバイオマス炭３は低揮発分の石炭からなる微粉炭４とともに混合装置５に供給され、その後、粉砕装置６で７４μm以下８０ｍａｓｓ％に粉砕される。粉砕されたバイオマス炭と微粉炭は吹込み装置７に供給され、高炉８に吹き込まれる。

図２を用いて、バイオマスの乾留装置としてロータリーキルンを用いた場合の一実施形態を説明する。図２において、乾留炉であるロータリーキルン炉１０の装置本体１１は、外管１２と内管１３とで構成されている。この内管１３は外管１２の内部長手方向に外管１２と同芯状に配置されている。そして、内管１３の内部がバイオマスの通路１４（処理用空間）を構成し、また外管１２と内管１３の間の空間が加熱ガスの通路１５を構成している。図２の装置を用いてバイオマスを乾留する際には、図示しない破砕装置にて事前に破砕したバイオマス１をロータリーキルン本体１１の一端側より材料供給用のスクリューフィーダー１６を介して処理空間１４に供給する。加熱ガス（熱風）１７は熱風導管１８を介して加熱ガス空間１５に供給される。１９は被処理材の定量供給装置、２０、２１は駆動モータ、２２は加熱ガスの排出口、２３は処理された被処理材及び発生ガスの排出口を示す。加熱ガスの通路１５に供給された加熱ガス１７は内管１３の全体を加熱し、その管壁を通じてバイオマスが加熱され、乾留される。加熱ガスの通路１５を流れた加熱ガス１７は装置本体１１の他端側の排出口２２から排出される。一方、内管１３内部の処理空間１４に供給されたバイオマス１は内管１３の回転によって混合されながら処理空間１４を移送されつつ加熱され、乾留され、バイオマス炭３となる。排出されたバイオマス炭３は温度が高いため冷却する必要がある。冷却ガスは不活性ガスであればよい。また、冷却部から排出されるバイオマス炭３は発火しない温度範囲であればよく、２００℃であればよい。より好ましくは１００℃以下がよい。

図２に示すロータリーキルン装置を用いてバイオマスの乾留を行いバイオマス炭の製造試験を行った。ロータリーキルンの加熱方法は３分割の電気加熱とした。ロータリーキルンは内径１５ｃｍ、長さ１．０ｍ、傾斜角１度であり、乾留温度３７５℃、乾留時間は５０分（ロータリーキルン回転数：１．５ｒｐｍ）とした。バイオマスは３ｍｍ〜１０ｍｍに粉砕分級した杉の廃木材を用いた。使用したバイオマスの組成を表２に示す。

ロータリーキルンへのバイオマス供給速度は２．０ｋｇ／ｈとした。得られたバイオマス炭の収率は３３．９ｍａｓｓ％、揮発分濃度は４０．１ｍａｓｓ％、発熱量は７７７０ｋｃａｌ／ｋｇであった。

上記で得られたバイオマス炭を粉砕し、表３に示す組成を有する微粉炭と混合し、燃焼性の評価を行った。

燃焼性の評価は、表４に示す条件で、図３に示す燃焼試験装置を用いた燃焼試験によって行った。燃焼試験装置３０は吹き込み方向長さが６００ｍｍであり、羽口３１の径が６５ｍｍ、ブローパイプ３２の径が９０ｍｍのものを用いた。レースウェイ３３内の温度、ガス組成を計測、採取するためのプローブ３４を設置している。バイオマス炭および微粉炭は、羽口３１より燃焼試験装置３０内に吹きこみ、羽口前方に形成されるレースウェイ３３内で燃焼させて、バイオマス炭と微粉炭のレースウェイ内最高温度位置と燃焼・ガス化率を測定した。羽口３１より燃焼試験装置３０内に吹きこんだバイオマス炭と微粉炭のレースウェイ内最高温度位置は燃焼性を示し、羽口先に近いほど燃焼性が良好であるため、レースウェイ内最高温度位置は羽口からの距離で示す。燃焼・ガス化率は「（吹込み無し時のコークス消費速度−吹込み時のコークス消費速度）／（バイオマス炭、微粉炭の吹込み速度）」で算出した。

バイオマス炭と微粉炭との混合比は、質量比で、本発明例１では微粉炭５０に対して５０のバイオマス炭（揮発分合計濃度：２４．３０ｍａｓｓ％）、本発明例２では微粉炭６０に対して４０のバイオマス炭（揮発分合計濃度：２１．１４ｍａｓｓ％）、本発明例３では微粉炭８０に対して２０のバイオマス炭（揮発分合計濃度：１４．８２ｍａｓｓ％）、本発明例４では微粉炭９０に対して１０のバイオマス炭（揮発分合計濃度：１１．６６ｍａｓｓ％）、本発明例５では微粉炭９４に対して６のバイオマス炭（揮発分合計濃度：１０．４０ｍａｓｓ％）とした。また、バイオマス炭単独で燃焼試験を行った場合を比較例１、微粉炭単独で燃焼試験を行った場合を比較例２とした。レースウェイ内での最高温度位置（羽口からの距離）の測定結果を図４に、燃焼・ガス化率の測定結果を図５に示す。

図６に加成性が成立した場合の燃焼・ガス化率と、上記で実測した燃焼・ガス化率の関係を示す。バイオマス炭と微粉炭の燃焼に加成性が成立するのであれば、本発明例１の燃焼率は５９．３％、本発明例２は５６．４％、本発明例３は５０．５％、本発明例４は４７．６％、本発明例５は４６．４％となるはずであるが、加成性から予測される以上にバイオマス炭と微粉炭の混合物の燃焼性は向上した。揮発分の高いバイオマス炭を混合することにより、合計の燃焼性が向上したと考えられる。

１バイオマス
２乾留装置
３バイオマス炭
４微粉炭
５混合装置
６粉砕装置
７吹込み装置
８高炉
１０ロータリーキルン炉
１１装置本体
１２外管
１３内管
１４バイオマスの通路１４（処理用空間）
１５加熱ガスの通路
１６スクリューフィーダー
１７加熱ガス（熱風）
１８熱風導管
１９定量供給装置
２０駆動モータ
２１駆動モータ
２２加熱ガスの排出口
２３排出口
２４タール・水分・発生ガス
３５ランス
３６コークス
３７バイオマス炭・微粉炭
３８窒素ガス
３９酸素ガス
４０ＬＰＧ
４１空気
４２排ガス
４３シェル

Claims

微粉炭を補助還元材として羽口から吹き込む高炉操業において、
バイオマスを乾留して得られるバイオマス炭を粉砕して粉砕物を生成し、
前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との揮発分濃度の合計が１０ｍａｓｓ％以上になるように、前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭とを前記羽口から吹き込むことを特徴とする高炉操業方法。
前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との吹込みが、微粉炭とバイオマス炭とを混合して羽口から吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との吹き込みが、羽口内のバイオマス炭の粉砕物の吹き込みランスと微粉炭吹込みランスからバイオマス炭の粉砕物と微粉炭を吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
前記揮発分濃度の合計が１０ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
前記揮発分濃度の合計が１５ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１に記載の高炉操業方法。
前記バイオマス炭の粉砕物が、２５ｍａｓｓ％以上、５０ｍａｓｓ％以下の揮発分を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
前記バイオマス炭の粉砕物と微粉炭との吹き込みが質量比率で、バイオマス炭の粉砕物：微粉炭＝６〜５０：９４〜５０の割合でバイオマス炭の粉砕物と微粉炭を羽口から吹き込むことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の高炉操業方法。
前記バイオマス炭の粉砕物：微粉炭が、２０〜５０：８０〜５０の割合であることを特徴とする請求項７に記載の高炉操業方法。
前記バイオマス炭の粉砕物が、粒径７４μｍ以下が８０ｍａｓｓ％以上の粒度分布を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の高炉操業方法。